Фильтрационные потенциалы
При течении жидкости через горные породы возникают потенциалы фильтрации, происхождение которых также связано с наличием двойного электрического слоя и, в частности, его подвижной диффузной части. Поскольку ионы диффузного слоя подвижны, протекающая через капилляр жидкость увлекает часть ионов диффузного слоя, в результате чего сам капилляр заряжается положительно. В той его части, где за счет смещения диффузного слоя отрицательный заряд оказался нескомпенсированным, возникает отрицательный потенциал. При течении жидкости в пласт в скважине возникает отрицательный потенциал, при течении из пласта — положительный. Методы ПС, основанные на фильтрационной активности, применяют, главным образом, в гидрогеологических скважинах с целью выделения участков притока или поглощения жидкости.
Электродные потенциалы.
Катионы пород, обладающих электронной проводимостью (сульфидные руды, графит, антрацит), взаимодействуя с полярными молекулами воды, переходят в раствор. Поверхность пород заряжается при этом отрицательно, а раствор — положительно. Возникающую разность потенциалов называют электродной. В разрезах угольных и рудных скважин величина и структура естественного электрического поля в значительной степени обусловлена потенциалами электродного происхождения.
Вопрос
Методы потенциалов самопроизвольной поляризации (ПС) Методы потенциалов самопроизвольной поляризации горных пород основаны на изучении естественных электрических полей в скважинах. Естественные поля возникают в результате электрической активности диффузионно-адсорбционного, окислительно-восстановительного, фильтрационного и электродного характера. (см выше).
Зондом для измерения собственных потенциалов служат свинцовые приемные электроды. Работы в методе ПС чаще выполняются способом потенциала, то есть установкой, состоящей из одного неподвижного приемного электрода N, заземленного вблизи устья скважины, и второго электрода M, перемещаемого по скважине (рис. 7.4, а). Иногда, особенно при наличии электрических помех, запись ПС ведется способом градиента потенциала. В этом случае оба приемных электрода M и N передвигаются по скважине, а расстояние между ними остается постоянным (1 - 2 м).
 |
| Рис. 7.4. Схема каротажа ПС способом потенциала с полуавтоматической регистрацией: а - схема установки: 1 - блок-баланс, 2 - лебедка с коллектором, 3 - милливольтметр, 4 - регистратор, 5 - лентопротяжный механизм, соединенный гибким валиком (6) с роликом блок-баланса, 7 - диаграммная бумага, 8 - карандаш; б - диаграмма естественных потенциалов по стволу скважины: I (почва) и III (известняки) - пласты со слабой электрохимической активностью, II (суглинки) и V (глины) - пласты с положительными аномалиями ПС, IV - пласт с отрицательной аномалией ПС, характерной для проницаемых слоев |
Вид диаграмм ПС. Диаграммы методов ПС характеризуют изменения соответст-
вующих потенциалов — диффузионно-адсорбционных, фильтрационных, электродных
в зависимости от глубины скважины. Наибольшее распространение получили методы,
основанные на диффузионно-адсорбционной активности. Их диаграммы приведены на
рис. 7.3. Видно, что в качестве нуля на них условно выбирают положение, соответст-
вующее максимальному положительному отклонению,— линию глин. Отсчет берут
справа налево. Следовательно, амплитуда ПС в чистых глинах равна нулю.
Диаграммы изменения ЭДС называют статическими. Протекание токов между
участками с различными потенциалами приводит к тому, что фактические диаграммы
отличаются от статических так же, как разность потенциалов на электродах источника
электрического тока отличается от его ЭДС. Все факторы, способствующие увеличе-
нию тока (повышение минерализации промывочной жидкости, увеличение диаметра
скважины, а также снижение мощности исследуемого пласта), приводят к увеличению
расхождения между фактическими и статическими диаграммами. При чрезмерно соле-
ных промывочных жидкостях или пластах очень малой мощности (в 2 раза и более
меньших диаметра скважины) расхождение может оказаться столь большим, что метод
становится неэффективным. В благоприятных условиях можно восстановить статиче-
скую диаграмму по известной фактической.
Метод ПС является одним из основных электрических методов при исследовании
разрезов нефтегазовых скважин. Он включен также в обязательный комплекс исследо-
ваний инженерно-геологических и гидрогеологических скважин. Для изучения рудных
и угольных скважин используют методы гальванических пар (МГП) и электродных по-
тенциалов (МЭП).
Стандартный каротаж в комплексе с индукционным, радиоактивным, акустическим и другими методами ГИС предназначен для решения следующих основных геологических задач:
- литостратиграфическое расчленение разрезов с возможностью построения детальной литостратиграфической колонки;
- определение однородных и неоднородных по строению и свойствам пород интервалов разреза;
- предварительное выделение проницаемых пластов и покрышек (установление их толщин, строения по однородности);
- предварительное выделение нефтегазонасыщенных пластов и оценка характера насыщения коллекторов;
- предварительное выделение контактов пластовых флюидов (ВНК, ГВК, ГНК) в однородных коллекторах и прогноз фазового состояния углеводородов в пластовых условиях;
предварительное выделение эффективных нефтегазонасыщенных толщин;
контроль технического состояния ствола скважины (в открытом стволе и в колонне).
Вопрос
Электрическое поле в однородной среде. В гл.4 получены выражения для расче-
та удельного электрического сопротивления однородного полупространства. Для од-
нородного пространства формулы расчета получают таким же образом, но коэффици-
енты установок должны быть в 2 раза больше. Это объясняется тем, что для получения
той же разности потенциалов ΔU между приемными электродами MN в однородной
среде с ρп в питающую линию АВ следует подавать ток I в 2 раза больший, чем в полу-
пространство с тем же ρп.
В частности, удельное электрическое сопротивление, измеренное трехэлектрод-
ной установкой AMN, рассчитывают по формуле (3.4), в которой вместо 2π берут 4π
Трехэлектродную установку AMN, предназначенную для измерения ρп, называют
зондом КС. Четвертый электрод В размещают на поверхности (рис. 7.5).
Величину k=4π AM·AN / MN называют коэффициентом зонда. Если расстояние
MN >> AM, установку называют потенциал-зондом, если MN << AM — градиент-
зондом. Электроды могут быть расположены в порядке, приведенном на рис. 7.6. Вели-
чину L=AM называют длиной потенциал-зонда. Длиной L градиент-зонда называют
расстояние от A до точки записи О, расположенной в центре между М и N. Зонды обо-
значают следующим образом: А ... М ... N или N...M...A. Между буквами ставят соот-
ветствующие расстояния. Если обозначение начинается с буквы А — зонд называют
последовательным, если с N—обращенным. Например: А1,0М0,1N — последовательный граднент-зонд с L=1,05 м; N1,0M0,1A—обращенный потенциал-зонд с L=0,1 м.
Вопрос
метод КС основан на измерении удельной электрической проводимости горных пород.
MN >> AM, установку называют потенциал-зондом, если MN << AM — градиент-
зондом. Электроды могут быть расположены в порядке, приведенном на рис. 7.6. Вели-
чину L=AM называют длиной потенциал-зонда. Длиной L градиент-зонда называют
расстояние от A до точки записи О, расположенной в центре между М и N. Зонды обо-
значают следующим образом: А ... М ... N или N...M...A. Между буквами ставят соот-
ветствующие расстояния. Если обозначение начинается с буквы А — зонд называют
последовательным, если с N—обращенным. Например: А1,0М0,1N — последовательный граднент-зонд с L=1,05 м; N1,0M0,1A—обращенный потенциал-зонд с L=0,1 м.
Стандартный каротаж включает регистрацию потенциалов самопроизвольной поляризации (ПС) и кажущихся сопротивлений нефокусированными потенциал - и градиент - зондами.
Типовые условия применения:
- применяется в необсаженных скважинах, заполненных любым раствором;
- информативность метода ПС снижается с увеличением минерализации раствора.
Применение
- литологическое и стратиграфическое расчленение разреза;
- выделение пластов-коллекторов в комплексе с другими геофизическими методами;
- корреляция разрезов скважин.
Вопрос
Боковое каротажное зондирование ( БКЗ) - измерение кажущихся сопротивлений пород вдоль ствола скважины при помощи каротажных зондов различной длины, чем обеспечивается различная глубина исследования в направлении, перпендикулярном к оси скважины.
Боковое каротажное зондирование. В общем случае значение ρк, как уже говорилось, зависит не только от ρп , но и от длины зонда L, его расстояния до границы
пласта z, мощности пласта h, диаметра скважины d, диаметра зоны проникновения D,
сопротивления скважинной жидкости ρс и некоторых других параметров. Изменяя дли-
ну зонда, можно изменять степень влияния того или иного фактора на значение ρк. На-
пример, для зонда очень малых размеров, в силу его малости и удаленности от стенок
скважины, влияние ρп будет несущественным и ρк ≈ ρс. Для большого зонда влияние ρп
будет значительно сильнее. Чем больше длина зонда L (или отношение L/dc), тем силь-
нее влияние ρп и меньше влияние ρс (рис. 7.9).
Начиная с определенной оптимальной длины зонда L1, ρс практически перестает влиять на показания, и для пласта с h>>L можно считать ρк = ρп (график μ1 на рис. 7.9). Дальнейшее увеличение длины зонда не изменяет картины. Если увеличить шунти-
рующее влияние скважины, увеличив ρп и сохранив прежнее ρс, то для выполнения условия ρк ≈ ρп потребуется зонд большей оптимальной длины L2 (график
μ2). Семейство графиков, отражающих зависимость ρк от длины зонда L (точнее lg ρп/ρс от lg L/dc), называют палеткой. Шифр графика — отношение ρп/ρс= μ —именуют его модулем. При значениях μ >20 применятьзонды оптимальной длины, как правило, не удается, так как они оказываются соизмеримы с мощностью пластов или больше нее. Однако для определения ρп достаточно провести измерения ρк несколькими зонда-
ми разной длины, меньшей чем оптимальная. Полученные при этом точки с координатами lg ρк — lg L лягут на тот график палеточного семейства зависимостей lg ρп/ρс
— lg L/dc, модуль которого μ соответствует искомому значению ρп . Определив μ , легко можно найти ρп: ρп = μρс.
Такую методику называют боковым каротажным зондированием (БКЗ).Существуют альбомы палеточных зависимостей, предназначенные для интерпретации материалов в пластах большой и ограниченной мощности, а также при наличии зоны проникновения. Разработаны алгоритмы и программы, автоматизирующие процесс интерпретации БКЗ. Методом БКЗ исследуют разрезы с целью детального изучения пластов и получения их количественных характеристик (в первую очередь kn и kнг). Обычно БКЗ проводят только в продуктивном участке разреза.
Методика БКЗ
Для проведения БКЗ используют набор из 4-6 зондов одного типа, например, обращенных или последовательных градиент-зондов, длина которых возрастает от L≈d до L≈30d. Каждый последующий зонд примерно вдвое длиннее предыдущего. Кроме того, в комплект зондов БКЗ включают еще один зонд, "перевернутый" по отношению к остальным (т. е. последовательный, если остальные обращенные, и наоборот), один потенциал-зонд и резистивиметр. Записывают также диаграмму ПС и кавернограмму (диаметр скважины).
Типы кривых БКЗ
Полученные кривые БКЗ ρкср бывают двуслойные и трехслойные.
Двуслойные кривые БКЗ получаются на породах, не обладающих проницаемостью, например, на глинах, плотных известняках или магматических породах. Двуслойные кривые БКЗ бывают 1 типа. Этот тип соответствует случаю, когда сопротивление горных пород выше, чем сопротивление бурового раствора (ρ>ρ0). Эти кривые имеют две асимптоты: левую, на которую кривые выходят при ρ=∞, она общая для всех кривых, и правую ρк = ρпл, индивидуальную для каждой кривой.
Трехслойные кривые БКЗ получаются на пористых и проницаемых породах. Глинистую корочку, образующуюся на этих породах, можно не рассматривать как отдельный слой потому, что, во-первых, ее сопротивление близко к сопротивлению бурового раствора, а во-вторых, ее толщина очень невелика - 1-2 см.
Трехслойные кривые БКЗ также бывают двух типов - приподнятыми и выположенными - в зависимости от соотношения между сопротивлением зоны проникновения и неизмененного пласта.
В случае если сопротивление бурового раствора выше, чем сопротивление пластовых вод (ρ0 > ρв), а это наиболее частый случаи при разведке нефтяных и газовых месторождений, т. к. пластовые воды на них обычно сильно минерализованы из-за своей повышенной температуры, имеет место так называемое"повышающее" проникновение бурового раствора: ρ0 < ρ' > ρ. Такие трехслойные кривые называются "приподнятыми" - у них средняя часть приподнята по сравнению с левой и правой ветвью.
В случае если сопротивление бурового раствора меньше, чем сопротивление пластовых вод (ρ0<ρв), имеет место "понижающее" проникновение бурового раствора: ρ0 < ρ' < ρ, т. к. сопротивление в зоне проникновения становится ниже, чем было до вытеснения пластового флюида фильтратом
бурового раствора. Такие кривые БКЗ называются "выположенными".
Для определения количественных характеристик — коэффи-циентов пористости, нефтегазонасыщенности, зольности и т. д.—используют результаты геофизической интерпретации данных БКЗ и уточненные для конкретных отложений петрофизические
зависимости. Методика БКЗ позволяет также выяснить, проницаем ли пласт по факту наличия или отсутствия у него зоны проникновения. Важный ограничивающий фактор метода КС в целом, и БКЗ в частности — большое отношение рп/рс. При рп/рс>200, шунтирующее влияние скважины столь значительно, что погрешности определения могут превысить допустимые величины. Погрешности определения рп пластов ограниченной мощности в большой степени зависят от удельного сопротивления вмещающих пород. При рп/рвм>20 значительная часть тока ответвляется во вмещающие породы и погрешности достигают существенных значений.
Вопрос
Микромодификации метода КС
Существуют две микромодификации метода КС — микрозондирование и резистивиметрия.Микрозондирование (МКЗ) состоит в детальном исследовании ближней зоны потенциал- и градиент-зондами существенно меньшей длины, чем при макромодификациях метода КС Электроды микрозондов расположены на внешней стороне резинового башмака, который для исключения влияния промывочной жидкости на результаты измерений, прижимается к стенке скважины. Расстояния между электродами принимают 0,025 м, что позволяет применить потенциал-микрозонд А0,05М и градиент-микрозонд A0,025M0,025N. Роль удаленного электрода N для потенциал-микрозонда играет металлический корпус прибора. Радиус исследования потенциал-микрозондом в несколько раз больше, чем градиент-микрозондом. Поэтому образующаяся
в коллекторах глинистая корка влияет на показания потенциалмикрозонда меньше, чем на показания градиент-микрозонда. Поскольку удельное сопротивление глинистой корки меньше, чем у промытой части пласта, показания градиент-микрозонда в проницаемых пластах меньше, чем у потенциал-микрозонда, что является важным диагностическим признаком коллектора (см. рис. 136). В нефтегазонасыщенных коллекторах это рас-
хождение может быть еще значительнее, за счет большего влияния остаточной нефтегазонасыщенности на показания потенциал-микрозонда (интервал выше 1730 м на рис. 136). В непроницаемых пластах низкого удельного сопротивления
(например, в глинах) показания микрозондов совпадают. В непроницаемых пластах высокого сопротивления показания градиент-микрозонда часто превышают показания потенциал-микрозонда, так как плотность тока в тонком слое жидкости между
изоляционным башмаком и породой, т. е. в интервале расположения измерительных электродов градиент-микрозонда, сильно возрастает. Данные микрозондирования служат для детального расчленения разрезов скважин, уточнения границ и выделения
тонких прослоев. При рс>0,2~0,5 Ом • м и небольших значениях рп (не превышающих первых десятков Ом-м), они являются эффективным средством выделения коллекторов, а в благоприятных условиях — определения местоположения водонефтяных и
газоводяных контактов.
Резистивиметрияслужит для определения удельного сопротивления промывочной жидкости. Ее выполняют градиент-зондами столь малой длины — резистивиметрами, что влиянием стенок скважины можно пренебречь. Среда при этом практически однородна и измеряемое резистивиметром рк = рс
Поскольку размеры электродов микрозондов и резистивиметров соизмеримы с расстояниями между ними, определение коэффициентов соответствующих зондов расчетным путем неэффективно. Для этих приборов коэффициенты определяют эталонированием в емкостях с электролитом известного удельного
сопротивления.
Пластовая наклонометрия заключается в проведении исследований несколькими
микрозондами, расположенными таким образом, что их точки записи лежат в одной
плоскости, перпендикулярной к оси скважины. При прохождении установкой горизон-
тальной границы все микрозонды пересекут ее одновременно. Аномалии на каждой из
диаграмм совпадут по глубине. Если граница наклонена, аномалии будут смещены од-
на относительно другой на величины, пропорциональные углу наклона границы. В на-
стоящее время в пластовых наклономерах чаще применяют микрозонды с фокусиров-
кой тока. В целом нужно отметить большую информативность методов пластовой на-
клонометрии.