Метод бокового каротажа (стр. 1 из 4)
Основным этапом разведки месторождений большинства полезных ископаемых является бурение скважины. Операция бурения неотъемлемо связана с изучением геологического разреза скважины. Одним из способов такого изучения является отбор керна. Но так как эта процедура требует как больших материальных так и временных затрат, применяют её более дешёвый аналог - каротаж. Каротаж заключается в измерении вдоль ствола скважины при помощи специальной установки или другим способом какой-либо физической или химической величины. Данные каротажа менее достоверны, чем отбор керна, но, тем не менее, этот способ изучения скважины имеет широкое применение. Важное место среди геофизических методов исследования скважин занимает каротаж сопротивлений. Этот набор методов занимает важное место в исследовании и разработке нефтяных месторождений, из-за возможности определения им нефтенасыщености пласта.
Одним из видов каротажа сопротивлений является боковой каротаж, этот метод появившийся сравнительно недавно имеет широкое применение вследствие его характерных особенностей. В данной курсовой работе будут рассмотрены общие сведения по боковому каротажу, а так же принципы действия аппаратуры и основы интерпретации, полученных с помощью метода данных.
Методом бокового каротажа исследуется кажущееся удельное сопротивление пластов. Этот метод входит в группу модификаций электрического каротажа, в которых используются зонды с управляемым электрическим полем. Боковой каротаж так же называют каротажем с зондами с фокусировкой тока.
Боковой каротаж проводят многоэлектродными (семь, девять электродов) и трёх электродными зондами. Применяют многоэлектродные зонды с электродами небольшого размера (точечными) и с кольцевыми электродами, установленными на изолированной трубе.
Отличается от каротажа обычными трёхэлектродными зондами тем, что кроме основного (центрального) питающего электрода А0, здесь используют дополнительные (экранирующие) электроды, через которые пропускают ток той же полярности, что и через питающий электрод А0. Сила тока через электроды автоматически регулируется так, чтобы ток, выходящий из электрода А0, в некоторых пределах распространялся в направлении, перпендикулярном оси скважины (при вертикальных скважинах-горизонтально), захватывая слой определённой толщины.
Благодаря применению экранирующих электродов с регулируемой силой тока через них уменьшается влияние на результаты измерений бурового раствора, заполняющего скважину, и вмещающих пород и кажущееся сопротивление получается близким к удельному.
Имеется один центральный электрод А0 и три пары электродов, расположенных симметрично относительно него: M1 и M2, N1, и N2, A1 и A2; симметричные электроды соединены между собой. Электрод А0 - основной электрод, А1 и А2 - экранирующие.
Силы тока через электрод А0 сохраняют постоянной; силы тока через экранирующие электроды поддерживают такой, чтобы разность потенциалов между электродами M1 (M2) и N1 (N2) ,была равна нулю. Измеряют разность потенциалов DU между измерительными электродами зонда и удалённым электродом N.
В результате измерений получают кажущееся удельное сопротивление rк, оно определяется по формуле:
rк=КDUКС/I0,
где I0 сила тока через основной электрод А0; K-коэффициент зонда; он берётся таким, что бы в однородной среде кажущееся удельное сопротивление получалось равным удельному.
Определим коэффициент зонда. Если считать, что электроды точечные, то как легко видеть, в однородной среде с удельным сопротивлением rп потенциалы точек M1 и N1, будут соответственно
где Iэ - сила тока через каждый экранный электрод A1 и A2.
Так как сила тока Iэ устанавливается такой, что UM1=UN1, то написанные для UM1 и UN1 выражения можно приравнять; отсюда после преобразования
Обозначая множитель при I0 через C и учитывая, что потенциал удалённой точки (электрода N) равен нулю, получим
Отсюда получим 
Коэффициент зонда будет определятся следующим образом:
Результат измерений зондом бокового каротажа относят к точке A0; за длину L зонда принимают расстояние между точками O1 и O2 (серединами интервалов M1N1 и M2N2). Характеристиками для зонда являются также расстояние Lоб = A1A2, называемое общим размером зонда, и параметр фокусировки зонда q=(Lоб-L)/L.
Так как выполняется условие, что напряжение между измерительными электродами M1 и N1 (а также между M2 и N2) равно нулю, то сила тока на участке скважины M1N и M2N2 также равна нулю. Получается, что будто бы скважина и прилегающие к ней участки пласта над электродом A0 и под ним были замещены изолятором (рис 1). Ток, выходящий из электрода A0, распространяется на значительное расстояние в радиальном направлении (от скважины) слоем, перпендикулярным к оси скважины (горизонтально). Измеряемое напряжение DUКС представляет собой падение потенциала по указанному слою от скважины до удалённой точки. Естественно, что на это падение потенциала скважина и вмещающие породы оказывают небольшое влияние. Это позволяет во многих случаях получить кажущееся удельное сопротивление, значительно более близкое к удельному сопротивлению, чем при обычных зондах; в частности, обеспечивается лучшая оценка удельного сопротивления тонких пластов.
Преимущество зонда бокового каротажа перед обычными зондами особенно наглядно иллюстрируется на рис 2, где показано распределение токовых линий, выходящих из расположенного в середине тонкого пласта большого сопротивления токового электрода, в случае обычного зонда )а), когда экранные электроды отсутсвуют, и при зонде бокового каротажа (б), когда имеются экранные электроды, сила тока через которые регулируется так, как указано выше. Как видно, при обычном зонде токовые линии в пределах пласта в основном идут вверх и вниз по скважине, пока не выйдут во вмещающие породы низкого сопротивления; поэтому кажущееся сопротивление много меньше удельного. Наоборот, при боковом каротаже токовые линии распространяются по пласту, так что полученное сопротивление, пропорциональное падению потенциала между электродом A0 и бесконечностью по пласту, будет близко к удельному сопротивлению пласта.
Для изучения ближней к скважине зоны пласта применяют девятиэлектродный зонд псевдобокового каротажа. О получается путём добавления в семиэлектродный зонд двух обратных токовых электродов B1 и B2, расположенных вблизи электродов A1 и A2 с внешней стороны зонда симметрично относительно центрального электрода A0. Из-за наличия в зонде электродов B1 и B2 (через них замыкается цепь тока I0 и Iэ) слой тока I0 быстро расширяется с удалением от стенки скважины, поэтому измеряемое напряжение зависит в основном от удельного сопротивления прилегающей к скважине части пласта.
Предназначен для сопоставления разрезов скважин, определения удельного сопротивления плата, в отдельных случаях - удельного сопротивления зоны проникновения.
Представляет собой длинный цилиндрический электрод, разделённый изоляционными прослойками на три части. Имеется основной (центральный электрод) А0; симметрично по отношению к нему расположены соединённые между собой удлинённые экранирующие электроды А1 и А2.
Обеспечивается одинаковое значение потенциала все6х электродов: а) автоматическим изменением силы тока через экранирующие электроды при сохранении постоянства силы тока I0 через основной электрод; б) соединением между собой всех электродов в) в этом случае сила тока I0 изменяется при измерении.
Измеряют потенциал DU экранирующих электродов или непосредственно отношение
.Для определения кажущегося сопротивления необходимо знать потенциал основного электрода - разность потенциалов DUкс между ним и удалённым на достаточно большое расстояние от зонда электродом N. Фактически измеряют потенциал экранного электрода; результат получается тот же самый, так как потенциал экранных и основного электрода одинаков.
Кажущееся удельное сопротивление подсчитывается по формуле
rк=КDUКС/I0.
Если сила тока питания основного электрода поддерживается постоянной. То записывая изменение DUКС, получают коэффициент трёхэлектродного бокового каротажа:
где L- длина основного электрода A0; Lоб- общая длина зонда; dз - диаметр зонда; C2=L2об - d2з.
Кажущееся сопротивление относят к середине электрода A0.
При трёхэлетродном зонде бокового каротажа, как и при семиэлетродном, в результате влияния поля экранирующих электродов ток, выходящий из основного электрода, на значительном расстоянии распространяется слоем, перпендикулярным к оси скважины, с толщиной приблизительно равной длине основного электрода. Вследствие этого влияние скважины и вмещающих пород сказывается на результатах измерений значительно меньше, чем при обычных зондах.
Зонд бокового каротажа аналогичен обычному потенциал-зонду; при этом трёхэдлектродный боковой каротаж соответствует варианту потенциал-зонда, при котором электрод A, имеющий большие размеры, совмещает функции токового и измерительного M электродов. Отличительной особенностью зонда бокового каротажа является применение фокусировки тока, что значительно улучшает результат измерений по сравнению с обычным потенциал-зондом.