Геофизические исследование скважин

ИНДУКЦИОННЫЙ КАРОТАЖ

      Изучение разрезов скважин индукционным методом основано на различии в электропроводности горных пород - величине, обратной удельному  электрическому сопротивлению. Первоначально  метод разрабатывался для исследования скважин, заполненых не проводящим электрический ток буровым раствором (на нефтяной основе), в котором обычно метод КС или метод экранированного заземления, имеющие систему токопроводящих  и измерительных электродов, применены быть не могут. Однако в последующем были обнаружены существенные преимущества индукционного метода при изучении геологических разрезов низкого сопротивления в скважинах, заполненных обычным токопроводящим буровым раствором. 

     Рис. Принципиальая схема индукционного метода. 1-скважиный снаряд-зонд; 2-излучающая катушка; 3-приемная катушка; 4-генератор; 5-усилитель и выпрямитель; 6-кабель; 7-регистрирующий прибор 

     В самом элементарном виде индукционный каротажный зонд состоит из двух катушек - генераторной и измерительной, укрепленных на изолированном немагнитном стержне на некотором расстоянии Lи, друг от друга, называемом размером зонда . Генераторная катушка питается постоянным по величине переменным током высокой частоты (20-60 кГц), создающим переменное магнитное поле – прямое или первичное. В результате в породах; окружающих зонд индуктируются вихревые токи. токовые линии которых в однородной среде представляют собой окружности с центром по оси скважины. Вихревые токи создают. в свою очередь. вторичное переменное магнитное поле той же частоты.

     Первичное и вторичное магнитные поля индуцируют в измерительной катушке ЭДС  Еп. В индуцируемую ЭДС Еп входит как составляющая  ЭДС Е1 созданная  прямым полем генераторной катушки  и не связанная с электрическими свойствами горных пород. Поэтому в цепь приемной катушки с помощью дополнительной компенсационной катушки вводят компенсационную ЭДС Ек, равную Е1 и противоположную ей по фазе. Полезная часть сигнала, т. е. ЭДС Е2, индуцируемая вторичным магнитным полем, подается на усилитель и далее через фазочувствительный выпрямитель по кабелю на поверхность к регистрируемому прибору. Е2 является активной составляющей ЭДС, индуцируемой вторичным магнитным полем, и приблизительно пропорциональна электропроводности окружающей среды. В результате в процессе перемещения зонда регистрируется диаграмма изменения электропроводности среды по разрезу скважины. Точка записи зонда - середина расстояния между центрами генераторной и приемной катушек. Единицей измерения электропроводности σ пород является величина, обратная Ом-м, - сименс на метр (См/м). На практике используют мСм/м.

     За  отсчитываемые значения σк(ρк) принимают  экстремальные значения против пласта. Они близки к удельной электропроводности пласта и могут быть использованы вместо нее в пластах достаточной  мощности при наличии скважины с пресным глинистым раствором (ρр> 1,5 Ом-м), отсутствии проникновения в пласт или наличии неглубокого повышающего проникновения. В остальных случаях при определении σп в исходные данные необходимо вносить соответствующие поправки на влияние скважины, ограниченную мощность пласта, явление скин-эффекта и наличие зоны проникновения фильтрата глинистого раствора. Для этих целей используют специальные палетки.

     Индукционные  зонды среднего размера (0,75-1 м) имеют  радиус исследования, почти в 4 раза превышающий радиус обычных зондов каротажа КС, что позволяет более точно определять истинное сопротивление пород, обычно в диапазоне до 50 Омм.

     Методы  малых зондов: микрокаротаж  (МЗ), боковой микрокаротаж (МБК), резистивиметрия

     Методы  малых зондов, в отличие от уже рассмотренных, используются для изучения пространства внутри скважины или близлежащего к ней.

     Микрокаротаж  относится к методам электрического каротажа, использующим установки с  малой зоной исследования для  детального изучения прискважинной части разреза. Сам микрозонд представляет собой зонд малого размера, электроды которого крепятся на башмаке из изоляционного материала на расстоянии 2,5 см друг от друга (рис. Во избежание влияния скважины на результаты измерений, башмак прижимают к стенке скважины специальным устройством, которое может быть либо - рессорным, либо управляемым рычажным (использование рычажного устройства позволяет одновременно с регистрацией диаграмм микрозондов регистрировать микрокавернограммы), что позволяет башмаку в процессе проведения исследований «скользить» по стенке скважины, реагируя на изменение ее диаметра. 
 
 
 

      Рис. Схематический вид микрозонда. 1-изоляционная пластина; 2-электрод; 3-пружина; 4-корпус микрозонда; 5-груз; 6-кабель; А, М1, М2 – элекроды зонда. 

     В практике геофизических исследований применяют два микрозонда: микроградиент-зонд А0,025М0,025 и микропотенциал-зонд А0,05М (электродом N данном случае служит корпус прибора): Радиус исследования микроградиент-зондом примерно 3,75 см, микропотенциал-зондом - в 2-2,5 раза больше. Точкой записи микроградиент-зонда (МГЗ) служит середина расстояния между измерительными электродами, микропотенциал-зонда (МПЗ) электрод М. Кривые микропотенциал- и микроградиент-зондов обычно регистрируются одновременно, поскольку при раздельной записи башмак зонда может занимать неодинаковое положение, что приводит к несопоставимости кривых. При регистрации используют как многожильный, так и одножильный кабель. С одножильным кабелем применяют многоканальную аппаратуру с частотным разделением каналов - МДОЗ и

Э-2.

     Обычно  данные микрозондирования используют для детального расчленения разреза, выделения различных литологических разностей и четкой отбивки их границ, выделения пластов-коллекторов  и оценки мощности продуктивных горизонтов, определения пористости и трещиноватости пород.

     Так как радиус исследования микроградиент-зондом меньше радиуса исследования микропотенциал-зондом, влияние глинистой корки и глинистого раствора на его показания гораздо значительнее. Показания же микропотенциал-зонда определяются в основном сопротивлениями промытой зоны и пласта.

     По  диаграммам микрозондов в комплексе  с другими методами каротажа можно  выделить породы разных типов.

     В фильтрующих коллекторах с межзерновой  пористостью (пески, песчаники и  т.д.) показания микропотенциал-зонда больше, чем микроградиент-зонда. Наблюдается так называемое положительное приращение:

     Δρ = ρк мпз - ρк мгз >0

     Уровень приращения против продуктивных пластов  выше чем против водоносных за счет остаточного нефтенасыщения. Плотные породы характеризуются высоким уровнем сопротивлений; против них показания двух микрозондов совпадают.

     Та  же картина наблюдается и против глинистых пород, но для них характерен более низкий уровень значений кажущихся  сопротивлений. Показания обоих  микрозондов против глин обычно совпадают и при наличии больших каверн соответствуют ρр.

     Скважинный  резистивиметр многоэлектродного  зонда (типа КСП) представляет собой  трехэлектродный зонд небольшого размера, смонтированный в специальном кожухе (экранном устройстве), исключающем влияние стенки скважины на результаты замера ρр. Измерения проводят по обычной схеме замера КС.

     Данные  скважинной резистивиметрии используют также для решения задач, связанных  с техническим состоянием ствола скважины. Если по тем или иным причинам не удаётся непосредственно в скважине измерить ρр  или требуются специальные исследования проб глинистого раствора, в условиях лаборатории используют поверхностные резистивиметры. При этом в данные замеров вносят поправку за температуру, соответствующую глубине отбора пробы. 

ДИЕЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАРОТАЖ (ДК)

     Один из методов каротажа электрического, основанный на измерении характеристик высокочастотного электромагнитного поля, возбуждаемого зондом ДК.

     Зонд  ДК состоит из возбуждающей поле генераторной и двух измерительных катушек. Поле, распространяясь в породах, в каждой точке пространства характеризуется фазой φ и амплитудой h, которые зависят от частоты поля, характеристик зонда и от таких электрических свойств среды, как удельное сопротивление и диэлектрическая проницаемость пород. В точках расположения измерительных катушек регистрируют разность фаз поля Δφ = φ1 — φ2 и относительную амплитуду вторичного поля |hz1 — hz2| / |hz1|. Относительную диэлектрическую проницаемость находят с помощью соответствующих номограмм.

     Диаграммы ДК используются для детального расчленения  разреза, определения характера  насыщения пластов со средним  и высоким сопротивлением и для  оценки в чистых коллекторах коэффициента нефтегазонасыщенности. Методом ДК можно исследовать сухие скважины и скважины, заполненные непроводящим раствором. 

РАДИОАКТИВНЫЕ МЕТОДЫ

     Гамма-каротаж

       Гамма – каротаж (ГК) основан  на измерении естественной гамма  – активности горных пород.  Гамма – излучение представляет  собой высокочастотное коротковолновое электромагнитное излучение, граничащее с жестким рентгеновским излучением. Интенсивность гамма – излучения приблизительно пропорциональна гамма – активности пород. Средняя глубина проникновения g-лучей в осадочных породах около 30 см, что соответствует радиусу сферы исследования, из которой поступает 90% регистрируемого излучения (g-лучи полностью поглощаются лишь слоем толщиной  около 1 м).

     При прохождении g-лучей через слой вещества интенсивность излучения I0g снижается до величины Ig.

     Ig = I0g × e – m0dl 

     I0g - первоначальная толщина слоя;

     l – толщина слоя;

     d - плотность вещества;

     m0 – массовый коэффициент поглощения гамма – излучений.

     Интенсивность поглощения оценивается толщиной слоя вещества, в котором поток g-квантов уменьшается в 2 раза.

     Интенсивность радиоактивного излучения пород в скважине измеряют с помощью индикатора гамма – излучения. В качестве индикатора используют сцинтилляционные счетчики.

     Погрешность измерений тем больше, чем меньше импульсов, испускаемых в единицу  времени (скорость счета). Уменьшить погрешность можно путем усреднения наблюдений за некоторый интервал времени tя.

     Гамма – излучение, измеряемое при гамма  – каротаже, включает в себя так  называемое фоновое излучение (фон). Фоновое излучение вызвано загрязнением радиоактивными веществами материалов и космическим излучением. Влияние космического излучения резко снижается с глубиной и на глубине несколько десятков метров на результатах измерений уже не сказывается.

     Измерение радиоактивности производится с  помощью радиометров, которые состоят из скважинного прибора и наземного пульта, соединенных между собой геофизическим кабелем.

     Важнейшим элементом радиометров являются детекторы излучения. В качестве детекторов излучения в скважинной аппаратуре применяют газонаполненные (газоразрядные) или сцинтилляционные счетчики.

     Гамма-гамма  каротаж

     Метод гамма-гамма-каротаж (ГГК) основан на измерении интенсивности Jγγ гамма-излучения, рассеянного породой при ее облучении  потоком гамма-квантов.

     Для исследований используют установку, включающую детектор и источник гамма-квантов с расположенным между ними экраном (фильтром) из стали и свинца, предохраняющим детектор от прямого гамма-излучения источника. Расстояние между источником и центром детектора  называется размером зонда и в зависимости от целей исследований изменяется в пределах 30 - 40 см.

     Интенсивность излучения, регистрируемого при  ГГК, зависит от плотности и вещественного  состава горных пород и в основном определяется процессами комптоновского рассеяния и фотоэлектрического поглощения гамма-квантов породой. Испускаемые источником гамма-кванты большой энергии претерпевают на пути своего движения несколько актов рассеяния, значительно уменьшают свою энергию и поглощаются в результате фотоэффекта. Как следствие, около источника устанавливается некоторое их распределение (облако), обусловленное свойствами окружающей среды, ее способностью рассеивать и поглощать гамма-кванты. В результате по мере удаления от источника поток рассеянных гамма-квантов около детектора, расположенного от источника на довольно значительном расстоянии (в среднем 20 см), быстро убывает, особенно с увеличением плотности горной породы и концентрации в ней тяжелых элементов.