Размещено на http://www.allbest.ru/

МЕТОДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КАРОТАЖА

Удельное электрическое сопротивление горных пород изменяется от долей до тысяч и более омметров. Относительно низкие значения удельного сопротивления (единицы омметра) характерны для глин и пород, содержащих минерализованную воду и большое количество глинистого материала. Плотным разностям (ангидритам, плотным известнякам) присущи удельные сопротивления, достигающие сотен и тысяч омметров. Нефтенасыщенные породы по величине удельного сопротивления занимают промежуточное положение.

Прохождение электрического тока в горных породах, обусловлено наличием электронной и ионной проводимости водных растворов солей.

Горная порода представляет собой довольно сложный агрегат, состоящий из твердого скелета (зерен отдельных минералов или их соединений) и водных растворов, нефти и газа, заполняющих пустоты между зернами. Электрическая проводимость осадочных пород обусловлена наличием электропроводящих жидкостей, содержащихся в порах и каналах между твердыми звеньями. Горные породы различаются по химическому составу и минерализации содержащихся в них водных растворов, в связи с чем их удельные электрические сопротивления неодинаковы.

Удельное электрическое сопротивление горных пород наиболее тесно связано с их литологической характеристикой, характером насыщения (вода, газ, нефть), пористостью и проницаемостью, т.е. с параметрами, оценивающими коллекторские свойства пласта.

Для изучения изменения электрических параметров пород в радиальном направлении применяют комплексирование разноглубинных измерительных зондов одного метода - методика БКЗ, ИКЗ, ВИКИЗ - либо различных методов, реализующих зонды с разными радиусами исследований, например - МК, БМК, БК, ИК.

Для обеспечения корректной комплексной обработки данных измерения зондами ЭК, ЭМК необходимо проводить при постоянных параметрах промывочной жидкости и раньше других методов ГИС во избежание формирования глубоких зон проникновения. Недопустимы промежуточные промывки скважины между регистрацией данных ЭК, ЭМК.

Проведение ЭК, ЭМК дополняют измерениями диаметра скважины, резистивиметрией, термометрией и измерением удельного электрического сопротивления проб промывочной жидкости на дневной поверхности, данные которых необходимы для обработки материалов ЭК и ЭМК.

Рекомендуется следующий порядок проведения исследований: а) спуск прибора в скважину и его остановка после полного погружения в промывочную жидкость; б) регистрация нуль- и стандарт- сигналов для тестирования прибора; в) спуск прибора к подошве заявленного интервала каротажа; г) регистрация нуль- и стандарт- сигналов, оценка их эквивалентов в единицах АЦП, оценка цены единицы АЦП в Омм; д) проведение основного измерения при подъеме прибора; е) проведение повторного измерения; ж) регистрация нуль - и стандарт- сигналов и сопоставление их значений с данными, полученными до каротажа. При несоответствии этих значений прибор спускают на забой и измерения выполняют повторно; з) подъем прибора и его остановка в колонне; и) регистрация контрольной записи в колонне; к) подъем прибора и его извлечение из скважины.

Допускается исследование заявленного интервала глубин за несколько операций. В этом случае записи в отдельных интервалах глубин перекрывают, начинают и заканчивают регистрацией нуль- и стандарт - сигналов и записывают в отдельные рабочие файлы.

Скорость регистрации для всех методов не более 2000 м/час, для микрометодов - не более 1000 м/час; дискретность регистрации по глубине - 0,1 - 0,2 м, для микрометодов - 0,05 - 0,1 м.

Контроль качества материалов ЭК, ЭМК проводят на основании общих, единых для всех методов ГИС критериев, и частных критериев, устанавливаемых для отдельных методов ЭК и ЭМК.

Общие критерии предусматривают контроль полноты выполнения заявленного комплекса исследований, соблюдения технологии производства работ, соответствия выполненных калибровок, основного, повторного и контрольного измерений нормируемым требованиям.

Частные критерии основаны на наличии в разрезе опорных объектов, обладающими априорно известными геоэлектрическими характеристиками и сопоставлении измеренных значений сопротивлений с этими характеристиками. Основными опорными объектами для отдельных методов ЭК и ЭМК являются: а) металлическая обсадная колонна - для МК, БМК, БКЗ, БК; б) глубокие каверны - МК, БМК; в) пласты с высоким (более 100 Омм) электрическим сопротивлением - ИК; г) пласты большой толщины - для БМК, БКЗ, БК, ИК, ВИКИЗ.

Опорными пластами большой толщины служат: а) изотропные пласты без проникновения для раздельной или совместной обработки данных БКЗ, ИКЗ, ВИКИЗ, а также комплексов БКЗ+БК+ИК, БК+ИК, БМК+БК; б) анизотропные пласты без проникновения для тех же комплексов при условии, что в интерпретационной модели учитывается электрическая анизотропия; в) пласты с неглубоким (D/d<8) проникновением для БКЗ, БКЗ+БК. геофизический электрический каротаж поляризация

Первичную обработку результатов измерений ЭК и ЭМК проводят на основе общих, единых для всех методов ГИС, и частных, устанавливаемых только для ЭК и ЭМК, процедур.

Частные процедуры предусматривают учет влияния условий измерений и переход от измеренных значений параметров - кажущихся сопротивлений, проводимостей - к истинным удельным электрическим сопротивлениям пласта, зоны проникновения и промытой зоны, а также определение размеров зоны проникновения.

В связи с образованием в проницаемом пласте зоны проникновения, радиус которой может изменятся в широких пределах (4,8,16 и более диаметров скважины), измеряемое кажущееся сопротивление пласта может значительно отличатся от его истинного удельного сопротивления. Для определения последнего проводится боковое каротажное зондирование.

Боковое каротажное зондирование - электрический каротаж с использованием нескольких однотипных не фокусированных зондов различной длины, обеспечивающих радиальное электрическое зондирование пород. Измеряемая величина - кажущееся удельное электрическое сопротивление. Единица измерения - Ом-метр (Омм). Сокращение - БКЗ (международное - BKZ).

Боковое каротажное зондирование применяют для исследований всех типов разрезов с целью определения радиального градиента электрического сопротивления пород и выделения на этой основе пород-коллекторов, в которые происходит проникновение промывочной жидкости, определения удельного электрического сопротивления (УЭС) неизменённой части пластов, зон проникновения и оценки глубины проникновения.

Не выполняется в скважинах с промывочной жидкостью на непроводящей основе.

Стандартная технология БКЗ предусматривает регистрацию за одну спуско-подъёмную операцию показаний пяти последовательных градиент - зондов A0.4M0.1N, A1.0M0.1N, A2.0M0.5N, A4.0M0.5N, A8.0M1.0N, одного обращенного градиент - зонда (обычно M0.5N2.0A), одного потенциал - зонда (обычно N6.0M0.5A или N11.0M0.5A), а также ПС и токовой резистивиметрии. Длины градиент зондов определяются как расстояние от непарного электрода А до средней точки между парными электродами М и N, последняя является точкой записи градиент-зонда. Длина потенциал-зонда - расстояние между непарными электродами, точка записи соответствует середине этого расстояния.

Допускается реализация БКЗ не фокусированными зондами других размеров и типов (например, потенциал - зондами) при условии, что для такой технологии имеется метрологическое и методическое обеспечение.

Модуль БКЗ может комплексироваться с любыми другими модулями. Техническим ограничением для комплексирования является длина скважинного прибора, включая косу с измерительными электродами.

Требования к скважинному прибору БКЗ определяются

а) диапазон измерений - 0,2-5000 Ом·м;

б) основная погрешность измерений УЭС - не более ±[2,5 +0,004(_в/-1)] %, где _в - верхнее значение диапазона измерений, - измеренное значение УЭС;

в) дополнительная погрешность измерений УЭС, вызванная изменением температуры в скважине, не должна превышать 0,1 от основной погрешности на каждые 10 С относительно стандартного значения, равного 20 С.

В некоторых сложных геологических и скважинных условиях, например, при частом чередовании пластов с различным удельным электрическим сопротивлением и очень высокой минерализации промывочной жидкости обычные трехэлектродные зонды стандартного каротажа и боковое каротажное зондирование малоэффективны. В таких случаях используются установки бокового каротажа.

Боковой каротаж - электрические исследования фокусированными зондами с фокусировкой тока в радиальном направлении с помощью экранных электродов. Измеряемая величина - кажущееся удельное электрическое сопротивление. Единица измерения - ом - метр (Омм). Сокращение - БК (международное - LL).

Значения кажущихся сопротивлений _к, измеряемые при боковом каротаже, слабо искажаются влиянием скважины и вмещающих пород. Поэтому БК эффективен для изучения разрезов с частым чередованием пластов, характерным, например, для карбонатных пород, а также в условиях высоких отношений удельных сопротивлений пород _п и промывочной жидкости _с. Благодаря высокому вертикальному разрешению БК целесообразно применять для исследования терригенных разрезов, разбуренных на пресных и минерализованных жидкостях.

БК не выполняют в скважинах с промывочной жидкостью на непроводящей основе.

Для проведения БК применяют одно - и многозондовые приборы, а также комплексные приборы, содержащие зонды БК и других методов ЭК и ЭМК. Техническим ограничением комплексирования является длина скважинного прибора. Целесообразно комплексирование БК с БКЗ с использованием единой изоляционной косы.

В однозондовых приборах БК применяют трех- и многоэлектродные (пяти-, семи-, девятиэлектродные) измерительные зонды с совмещенными токовыми и измерительными электродами, а также многоэлектродные зонды с разделением токовых и измерительных электродов.

Для зондов БК определяющим размером является общая длина зонда - это расстояние между внешними концами экранных электродов для трехэлектродного зонда. За точку записи зондов БК принимается середина центрального электрода.

В многоэлектродных приборах БК применяют комбинации трех - и пяти -, семи - и девятиэлектродного измерительных зондов с различными радиусами исследования для изучения распределения электрического сопротивления пород в радиальном направлении.

Фокусировку тока в измерительных зондах БК осуществляют аппаратно непосредственным регулированием потенциалов электродов зонда, либо расчетным (программным) путем по результатам измерения составляющих поля от токов через основной и экранный электроды зонда.

Требования к скважинному прибору (модулю) БК определяются:

а) диапазон измерений УЭС - от 0,2 до 10000 Омм;

б) основная погрешность измерений УЭС - не более 5%;

в) допустимая дополнительная погрешность измерений УЭС, вызванная изменением температуры в скважине, не должна превышать 0,1 от значения основной погрешности на каждые 10С относительно стандартного значения, равного 20 С.

В условиях заполнения скважины непроводящей промывочной жидкостью наиболее эффективным методом исследования низкоомного геологического разреза является индукционный каротаж. Преимущества этого метода заключаются в большей глубинности исследований при относительно малых размерах зонда, меньшем влиянии вмещающих пород, возможности более точного измерения удельных сопротивлений в низкоомной части разреза. При индукционном каротаже не требуется гальванического контакта.

Индукционный каротаж основан на измерении кажущейся удельной электрической проводимости _к пород в переменном электромагнитном поле в частотном диапазоне от десятков до сотни килогерц. Реализованы варианты измерения как активной компоненты кажущейся удельной электрической проводимости _к^а, пропорциональной амплитуде магнитного поля, которое синфазно току генераторной цепи зонда, так и реактивной компоненты _к^р, пропорциональной амплитуде магнитного поля, сдвинутой по фазе относительно тока генераторной цепи зонда на величину /2. Единица измерения - симменс на метр (См/м). Сокращение - ИК (международное - IL).

Основное назначение ИК, выполненного с помощью многозондовых приборов, состоит в определении геоэлектрических характеристик разреза - УЭС неизмененной части пласта, УЭС зоны проникновения и глубины зоны проникновения. При использовании однозондовых приборов решение этих задач достигается комплексированием данных ИК с данными БКЗ и БК.

Типовые условия применения метода - вертикальные и наклонные скважины, заполненные любой промывочной жидкостью и вскрывшие породы с удельным электрическим сопротивлением менее 500 Омм

Применение метода ограничено высоким содержанием в промывочной жидкости компонент с сильными магнитными свойствами, значениями удельного электрического сопротивления пород более 500 Омм, а для малоглубинных зондов ИК и зондов со слабым исключением влияния скважины - высокоминерализованными промывочными жидкостями.

Простейший измерительный зонд ИК состоит из генераторной и измерительной цепей, содержащих, по крайней мере, по одной катушке - генераторной и измерительной. Реально общее число катушек зонда ИК, как правило, не меньше 3 и не больше 8. При построении многозондовых приборов ИК одну из цепей (генераторную или измерительную) выбирают общей для всех зондов.

Длина зонда ИК - расстояние между главными генераторной и измерительной катушками. Точку на оси зонда, для которой проходящая через нее и перпендикулярная оси зонда плоскость делит все пространство на два полупространства с равными геометрическими факторами, принимают за точку записи.

Прибор (модуль) ИК комплексируют с модулями других методов ГИС без ограничений.

Активные компоненты кажущихся проводимостей могут иметь отрицательные аномалии только в экстраординарных случаях: в интервалах не более 1м на границах пластов с высокой контрастностью УЭС; при сильной кавернозности ствола скважины, заполненной высокоминерализованной промывочной жидкостью; для некоторых зондов в пластах с низкими значениями УЭС в результате инверсии кривой скин-эффекта.

При высоком УЭС однородной среды (_п 200 Омм) активная компонента кажущейся проводимости практически равна удельной электрической проводимости среды (_к^а _п); реактивная компонента кажущейся проводимости практически равна нулю при _п 40 - 100 Омм. Эти факты следует использовать при оценке “сдвига нуля” измеряемых сигналов.

Каротаж потенциалов самопроизвольной поляризации (ПС) состоит в измерении потенциала (редко, градиента потенциала) естественного электрического поля, вызванного самопроизвольной поляризацией горных пород. Единица измерения - милливольт (мВ).

Измерительный зонд состоит из электрода М, расположенного на изолированной косе (например, среди электродов БКЗ), и удаленного на расстояние не менее 5 м от металлических деталей скважинного прибора неподвижного электрода (заземления) N, опущенного в емкость с промывочной жидкостью на дневной поверхности. Точкой записи ПС является электрод М.

Регистрацию потенциалов ПС выполняют одновременно с любыми другими измерениями без ограничений.

Электроды М и изготавливают из свинца для исключения влияния непостоянной электродной разности потенциалов на измеряемую величину.

В случае невоспроизводимого смещения кривой ПС, свидетельствующего о нестабильности электродных потенциалов, применяют неполяризующийся электрод, который представляет собой свинцовый электрод, помещённый в брезентовый мешочек с насыщенным раствором хлористого натрия.

В районах с высоким уровнем блуждающих токов измерения ПС выполняют стабильным зондом, который состоит из электрода М и расположенного в 3-6 м от него длинного (более 30 м) эквипотенциального электрода . Этот электрод выполняют из нескольких свинцовых электродов, соединённых проводом малого сопротивления. Длинный электрод может быть разделён на две одинаковые части, расположенные по обе стороны от электрода М. Не допускается применение брони кабеля в качестве длинного электрода стабильного зонда.

При очень сильных блуждающих токах вместо потенциала измеряют градиент потенциала ПС по скважине. Для этого используют зонд с двумя обычными свинцовыми электродами, расположенными на расстоянии 0.2-1 м друг от друга.

При записи кривой ПС возможны следующие помехи и искажения:

а) помехи из-за влияния блуждающих токов и неустойчивости поляризации электродов, которые обнаруживают по изменению показаний при неподвижном зонде, изменению кривой ПС при повторном замере, по волнистой форме кривой ПС и наличию на ней не согласующихся с разрезом значений.

Для устранения этих искажений необходимо последовательно применять следующие меры: изменить положение электрода N в емкости с промывочной жидкостью, погрузить его в скважину, или использовать в качестве заземления обсадную колонну; выбрать время измерений, когда помехи от блуждающих токов минимальны; приостанавливать бурение или эксплуатацию соседних скважин, если помехи вызваны работающими там промышленными установками; применять стабильный зонд.

б) искажения кривой ПС гальванокоррозией груза или кожуха скважинного прибора, возникающие в разрезах, представленных породами с высокими удельными электрическими сопротивлениями, которые обнаруживают по различиям в кривых ПС, записанных с электродами, находящимися на одинаковом расстоянии от скважинного прибора, а также по сходству отдельных участков кривой ПС с кривой КС.

Влияние гальванокоррозии устраняют удалением электрода М на 5 - 20 м от металлических деталей, являющихся источником токов гальванокоррозии, или изоляцией этих металлических деталей;

в) искажения кривой ПС, вызванные ЭДС, индуцируемой в кабеле при вращении барабана лебедки с намагниченными стальными деталями; эта ЭДС накладывается на кривую ПС в виде синусоиды с периодом, соответствующим одному обороту барабана.

Помеху от влияния намагниченности лебедки устраняют заменой лебедки.

2. Прибор комплексный электрического каротажа К1А-723-М

Прибор предназначен для проведения геофизических исследований в нефтяных и газовых скважин. Прибор обеспечивает возможность за один проход по интервалу исследований выполнить измерения кажущегося удельного электрического сопротивления горных пород (КС), комплексом зондов бокового каротажного зондирования (БКЗ) и трёхэлектродного бокового каротажа (БК), потенциала самопроизвольной поляризации (ПС), удельного электрического сопротивления промывочной жидкости (Рс), кажущейся электрической проводимости горных пород (УЭП), зондом индукционного каротажа (ИК).

Прибор расчитан на работу совместно со следующими изделиями:

каротажными станциями, оснащёнными системой «АЯКС»;

модулем сопряжения с системой «АЯКС»;

трёхжильным бронированным каротажным кабелем марки КГЗ - 70 -180 длиной 3000 - 5000 м, оснащённым кабельным наконечником;

каротажным генератором типа П4507 или УГ-1.

Условия эксплуатации:

Максимальная рабочая температура окружающей среды - 120°С.

Максимальное рабочее гидростатическое давление - 80 мПа.

Габариты прибора:

Диаметр, не более 75мм

Длина жёсткой части, не более 3,9м

Длина гибкого зонда, не более 17м

Масса прибора, не более 80кг.

Параметры тока питания скважинного прибора:

1) действующее значение тока зондов электрического каротажа 400±40мА

2) частота - 400±5Гц.

Прибор состоит из следующих конструктивно законченных блоков: блока ИК, выполненного на общем шасси с ТИС, блока БК-БКЗ, а также гибкого зонда с размещёнными на нём питающими и измерительными электродами. В верхней части гибкий зонд заканчивается стандартным гермо-разъёмом для подсоединения к геофизическому каротажному кабелю.

Телесистема обеспечивает питание прибора, синхронизацию работы его схемы, модуляцию и передачу по первой жиле кабеля сигналов блоков БК-БКЗ и ИК.

Блок БКЗ обеспечивает питание зондовых установок, приём, усиление, согласование со входом ТИС сигналов от зондов БК-БКЗ.

Блок ИК осуществляет питание зондовой установки ИК, приём, усиление и согласование со входом ТИС сигнала зонда ИК.

Схема содержит дроссель L1, трансформаторы Тр1,Тр2, источник питания ИП, формирователь синхронизирующих сигналов Ф, счётчик Сч, модулятор, усилитель-формирователь УФ.

В состав модулятора входят сумматор, два амплитудных детектора АД1 и АД2, формирователь пилообразного напряжения ФП, компаратор К, запоминающее устройство ЗП, ключи К, К, Ко. Кроме того, модулятор содержит два источника опорного напряжения на стабилитронах У1 и У2. Прочие элементы носят вспомогательный характер и на функциональной схеме не показаны.

Схема ТИС работает следующим образом:

Ток питания прибора I_n 0,4A 400 Гц последовательно проходит через дроссель L1, трансформатор питания Тр1, трансформатор Тр2 и далее на блок БК-БКЗ.

Выходные обмотки Тр1 поступают на схему ИП, который вырабатывает стабилизированные уровни питания ±12В, 24В, 50В, 6В.

С выходных обмоток Тр2 синусоидальные напряжения поступают на модулятор и формирователь, который вырабатывает серии импульсов, синхронные с частотой тока питания, необходимые для управления модулятором и работы счётчика. Состояние счётчика определяет номер текущего канала прибора, подключённого ко входу ТИС.

Модулятор блока ТИС обеспечивает преобразование сигналов, поочерёдно поступающих на вход в широтно-модулированный сигнал. При этом возможны следующие режимы преобразования.

Первый режим - преобразование сигнала напряжения переменного тока частотой 400 Гц, синхронного с током питания зондовых установок БК-БКЗ. В этом режиме сигнал, поступающий на вход модулятора, представляет собой у, фрагмент синусоидального напряжения длительностью в один период.

Начало и конец фрагмента расположены на максимальных значениях положительных полуволн. Преобразование напряжения в интервал времени основано на сравнении уровня напряжения на выходе запоминающего устройства с пилообразно изменяющимся напряжением на выходе формирователя ФП. Сравнение происходит с помощью компаратора К. При этом схема обеспечивает линейное преобразование амплитуды сигнала в интервал времени, причём коэффициент преобразования, а также начальное значение интервала, соответствующее нулевому уровню преобразуемого сигнала, не зависят от тока питания I_n.

Второй режим работы модулятора ТИС предназначен для преобразования сигнала напряжения постоянного тока (не связанного с током питания скважинного прибора). Включение этого режима осуществляется подачей логического сигнала ИК=1. Отличие этого режима от описанного выше состоит в том, что на вход сумматора в качестве сигнала нулевого уровня подаётся напряжение не от обмотки Тр2, а через ключ К от источника постоянного напряжения на У 2. Напряжение питания цепи заряда конденсатора ФП в этом случае осуществляется через ключ К с опорного стабилитрона У1.

Функциональная схема блока БК-БКЗ.

Функциональная схема блока БК-БКЗ прибора приведена на рис.3.4. Схема содержит трансформаторы Т1... Т 10, коммутаторы К1,К2,КЗ, масштабные усилители У1, У2, логику управления.

Схема работает следующим образом:

Ток питания I_n поступает в блок БК-БКЗ через блок ТИС и проходит через опорный резистор R1 и трансформатор Тр10, после чего через силовой коммутатор К1 и поступает на питание зондовой установки. Коммутатор К1 содержит три ключа и обеспечивает, соответственно три режима питания:

1) электрод Аэ;

2) электрод А 1;

3) электрод А2.

Управление коммутаторами осуществляется двоичным кодом с блока ТИС через дополнительную логику.

Коммутатор К2 подключает ко входу У1 сигналы с измерительных трансформаторов, первичные обмотки которых подключены к соответствующим электродам зондовой установки, а также сигнал нулевого уровня и стандарт-сигналы 8тг и 8тч с трансформатора Тр10.

Посредством коммутатора КЗ к выходу блока подключаются сигналы, прошедшие либо грубый (У1), либо чувствительный (каскадное включение У1 и У2) тракты усиления с соотношением коэффициентов 1:10.

Функциональная схема блока ИК.

Функциональная схема блока ИК прибора приведена на рис.3.5. Схема содержит генератор Г гармонических колебаний 50 кГц для питания излучающей (генераторной) катушки КГ зонда. Питание генератора, в свою очередь, обеспечивается встроенным источником стабилизированного напряжения постоянного тока ИП. Последовательно с генераторной включена фокусирующая катушка КФ, обеспечивающая компенсацию прямого поля с целью исключения его влияния на принимаемый сигнал. Сигнал с приёмной катушки КП после усиления VI поступает на ключ Кик. В соответствии с текущим кодом канала ключи Кик, Ко, Кет подключают на вход фазового детектора ФД либо сигнал зонда ИК, либо опорные сигналы калибровки. Фазосдвигающая цепь Ф обеспечивает совпадение по фазе сигналов управления ФД и детектируемого сигнала. Продетектированные сигналы зонда и калибровки запоминаются на конденсаторах Cl, C2, СЗ, усиливаются V2 и последовательно поступают на выход блока.

Размещено на Allbest.ru