Методы каротажа сопротивлений, регистрация диаграмм КС, их качественная и количественная интерпретация - Особенность геологоразведочных скважин

Как и в электроразведке, предпосылками методов электрического каротажа является возможность существования в геологической среде, окружающей скважину, электромагнитного поля, состоящего из суммы электрического и магнитного и приводящего к существованию в земной коре электромагнитных волн. Поле описывается уравнениями Максвелла и условно разделяется в зависимости от частоты поля на три модели: стационарную (постоянное электрическое поле, где частота стремиться к нулю), полустационарную (электромагнитное поле средних частот, или индукционное поле) и волновую (электромагнитное поле высоких и сверхвысоких частот).

Параметры поля:

Е - напряженность электрического поля.

Н - напряженность магнитного поля.

D - электрическая индукция.

В - магнитная индукция.

J - плотность тока в среде.

Электромагнитное поле возникает и взаимодействует с геологической средой в зависимости от ее электрических свойств, к которым относятся:

С - удельное электрическое сопротивление;

У = 1/с - удельная электропроводность;

Е - диэлектрическая проницаемость;

М - магнитная проницаемость;

Ед, Еф, Еа - ЭДС (электродвижущая сила) поляризации вследствие диффузионно-адсорбиционных, фильтрационных и окислительно-восстановитель-ных (электро-химических и электро-кинетических) процессов.

Исследование и изучение степени деформации (усиления или ослабления) электромагнитного поля в зависимости от дифференциации горных пород, включая целевые объекты (нефтегазовые, продуктивные горизонты, угольные пласты, рудные тела и пр.) и является основной целью электромагнитных методов ГИС.

Электрических методов ГИС очень много. Это преимущественно методы электрического профилирования по стволу скважины. Методы электрического зондирования (вторая модификация электроразведки) выполняются только в интервалах залегания целевых объектов, в частности в нефтегазовых пластах.

Классическим методом, появившимся на заре каротажных работ, является Электрический каротаж методом КС (кажущихся сопротивлений). Исследования выполняются с использованием искусственно созданного поля, т. е. должен быть источник поля (генератор). Одновременно с методом КС производится регистрация потенциалов постоянного естественного электрического поля, т. е. потенциалов собственной поляризации (ПС). Последние в наземной электроразведке носят название потенциалов естественного электрического поля (ЕП). Схема электрического каротажа КС и ПС приведена на рис. 3.

схема электрического каротажа кс и пс

Рис. 3 Схема электрического каротажа КС и ПС

1 - генератор, 2 - измеритель, 3, 4 - фильтры,

А, В - питающие электроды,

М, N - измерительные электроды

Согласно приведенной схеме, метод КС по своей сущности аналогичен электрическому профилированию 3-х электродными осевыми установками, когда один из питающих или измерительных электродов отнесен в бесконечность. В таких установках, как известно, электроды А и В являются питающими (через них вводится электрический ток), а электроды М и N носят название измерительных (между ними измеряется разность потенциалов). "Бесконечностью" на скважине служит "зумф" (резервуар бурового раствора возле скважины). Электроды, помещенные в скважину, составляют зонд КС. Зонды выполняются из отрезков каротажного кабеля в шланговой оплетке, в котором электроды монтируются из пластин свинца, наименее подверженного процессам поляризации в жидкой среде (буровой раствор). Схема типового зонда КС приведены на рис. 4.

схема типового зонда кс

Рис. 4 Схема типового зонда КС

Результаты скважинных исследований регистрируются в аналоговой или цифровой форме в процессе подъема или спуска зонда в форме кривой кажущегося удельного электрического сопротивления (Ск), которое, как и в электроразведке, определяется по формуле:

Ск = ДU/I*k (1), где

ДU - разность потенциалов, I - сила тока, K - коэффициент установки, рассчитываемый по формуле:

K = 2р*AM*AN/MN (2)

Если зонд КС находится в однородной и изотропной среде, то Ск соответствует истинному Сист. Как и в электроразведке, для зондов КС справедлив принцип взаимности, согласно которому величина Ск не изменяется, если питающие и измерительные электроды меняются местами. Зонд с одним питающим электродом носит название однополюсного, а с двумя - двухполюсного (рис. 5).

однополюсный (а) и двухполюсный (б) зонды кс

Рис. 5 Однополюсный (а) и двухполюсный (б) зонды КС

И те и другие зонды, в зависимости от расстояния между парными (или питающими, или измерительными) электродами разделяются на потенциал - и градиент-зонды, притом, что в зависимости от положения этих электродов (вверху или внизу) они еще и разделяются на прямые (подошвенные) и обращенные (кровельные) (рис. 6.). Точка О является точкой записи, а расстояние L - размером зонда.

типы зондов метода кс

Рис. 6 Типы зондов метода КС

Электроды: 1 - измерительный, 2 - питающий, 3 - точка записи

Физический смысл разделения зондов на потенциал - и градиент - в том, что для первых MN > ?, а для вторых MN > 0. Такие зонды называются идеальными, к которым должны приближаться применяемые на практике реальные зонды. Глубинность зондов КС зависит от их размеров. Для потенциал-зонда она примерно равна утроенной длине AM, а для градиент-зонда расстоянию АО, т. е. при равных длинах глубинность больше у потенциал-зондов. В то же время размеры зондов ограничиваются их разрешающей способностью, которая зависит от соотношения этих размеров с мощностью пересекаемых скважиной пластов. В силу этого пласты горных пород по отношению к размерам зондов разделяются на большой, средней и малой мощности, притом, что от указанного соотношения зависит степень приближения С-кажущегося к С-истиному (рис.7).

теоретические кривые кажущегося удельного электрического сопротивления, полученные потенциал- и градиент-зондами в пластах высокого сопротивления большой (а) и ограниченной (б) мощности

Рис. 7 Теоретические кривые кажущегося удельного электрического сопротивления, полученные потенциал - и градиент-зондами в пластах высокого сопротивления большой (а) и ограниченной (б) мощности

На каждом конкретном месторождении при записи кривых КС выбираются оптимальные условия их регистрации, то есть те, которые в наилучшей степени позволяют выделить границы пластов и охарактеризовать их литологическую принадлежность.

Интерпретация каротажных кривых КС, как и для других методов ГИС, состоит в: 1) обработке диаграмм; 2) геофизической интерпретации; 3) геологической интерпретации.

Обработка диаграмм сводится к приведению результатов к определенным глубинам и системе отсчетов, к учету и устранению аппаратурных и других помех, нахождению границ пластов и снятию показаний. Однозначно определяются толщины мощных пластов (длина зонда меньше мощности пластов). Для пластов малой мощности определение границ затруднено. С целью проведения последующей количественной интерпретации, снимают (определяют) "существенные значения" Ск, либо средние (Ск сред), либо максимальные (Ск мах), либо оптимальные (Ск опт) (рис.8).

определение существенных значений ск для градиент-зонда

Рис. 8 Определение существенных значений ск для градиент-зонда

1 - исследуемый пласт, 2- вмещающие породы

Геофизическая интерпретация проводится с целью определения Сп на основе решения обратной задачи, то есть методом подбора наблюденной кривой с теоретической с привлечением априорных данных. Условия, обеспечивающие единственность решения, зависят от модели среды.

Похожие статьи




Методы каротажа сопротивлений, регистрация диаграмм КС, их качественная и количественная интерпретация - Особенность геологоразведочных скважин

Предыдущая | Следующая