Боковой каротаж

(SFL)

В однородной изотропной среде эквипотенциальные поверхности  электрического поля точечного источника  представляют собой сферы. Если же происходит отклонение от сферической модели, что может быть вызвано присутствием скважины, полученные данные могут быть исправлены с помощью исходных (расчётных) графиков. В приборе SFL, наоборот, использованы фокусирующие токи, чтобы принудительно приблизить эквипотенциальные поверхности для широкого ряда диаметров скважин. Влияние скважины практически устанавливается при d £ 25см. Во всех случаях, кроме предельных, наибольшая чувствительность прибора соответтвует зоне проникновения.

1.7 Микробоковой каротаж

С помощью зондов этого  типа измереяется удельное сопротивление  прилегающей к стенке скважины части пласта.

На башмаке из изоляционного  материала на стороне, обращёной  к стенке скважины, монтируют небольшой  зонд, сотоящий из центрального основного A₀ и трёх кольцевых электродов - двух (M и N) измерительных и внешнего А₁ экранирующего.

Расстояние между кольцевыми электродами 1,25- 2,5 см, электрод A₁ обычно образован совокупностью небольших электродов, центры которых расположены по окружности.

Принцип действия установки  такой же, как и установки семиэлектродного бокового каротажа, вариантом которой он является.

1.8 Псевдогеометрические  факторы

Геометрический фактор может быть представлен как часть  общего сигнала, возникающего в объёме со специфичной геометрической ориентацией  по отношению к измерительному зонду  в бесконечной однородной среде.

ЕЕдинственными геофизическими приборами, к которым применимо  это понятие, являются приборы индукционного  каротаж, так как только у них  измерения не зависят о тизменения r_зп/r_п. Для других приборов с целью сравнительной оценки используется понятие псевдогеометрического фактора.

Совокупность псевдогеометрических факторов для приборов БК-7 и Бк-3 показана на рис 3 . кажущееся сопротивление r_к, измеряемое при БК в мощных пластах, может быть представлено формулой:

,

где J(a_i) - псевдогеометрический фактор.

Следует подчеркнуть, что псевдогеометрический фактор для приборов электродного типа применим в основном для сопоставления  результатов измерений, полученных приборами с различной глубинностью. Его использование менее обосновано, чем введение других поправок в показания БК.

 

2. Принципиальная  схема аппаратуры бокового каротажа

Для питания токовых  электродов зонда бокового каротажа так же, как и в случае обычных  зондов, применяется переменный ток.

Необходимость автоматически регулировать соотношение сил токов питания основного и экранных электродов так, чтобы напряжение между измерительными электродами M₁ и N₁ (или основным и экранным электродами трёхэлектродного зонда) было равно нулю, значительно усложняет схему бокового каротажа. При обычно осуществляемой стабилизации тока питания I₀ основного электрода такое регулирование сводится к питанию экранных электродов током, сила которого изменяется с соблюдением указанного условия.

В схеме с автокомпенсатором (рис 4) экранные электроды питаются с выхода его. Сила тока регулируется напряжением, возникающим между электродами M₁ и N₁ (или между основным и экранными электродами трёхэлектродного зонда). При появлении между электродами M₁ и N₁ напряжение сила тока на выходе автокомпенсатора изменяется так, чтобы это напряжение было скомпенсировано. Компенсация неполная; напряжение между электродами M₁ и N₁ отличается от нуля на небольшую величину, необходимую для поддержания тока требуемой силы через экранные электроды; однако благодаря большому коэффициенту усиления автокомпенсатора отклонения напряжения от нулевого не велико и не приводит к большой погрешности в результатах.

 

На рис  5   показана блок-схема аппаратуры типа АБК-Т  для трёхэлектродного бокового каротажа.

В аппаратуре реализована  схема с делением один на другой сигналов, пропорциональных потенциалу электродов зонда и токов, проходящему  через основной электрод (DU_КС/I₀). Для передачи сигналов по одножильному бронированному кабелю применена телеизмерительная система с частотным разделением каналов и частотной модуляцией сигналов.

Электроды зонда питаются переменным током частотой 400 Гц от стабилизированного генератора Г, находящегося на поверхности. Равенство потенциалов  всех электродов достигается соединением основного электрода A₀ с экранными через малый резистор r (сопротивление 0,01Ом). Пропорциональное току I₀ напряжение на резисторе r усиливается усилителем У и поступает на модуляторы (частотные преобразователи) ЧМ1 и ЧМ2. Напряжение DU_КС между электродами зонда и удалённым электродом N также преобразуется аналогичным частотным модулятором ЧМЗ. На выходе каждого модулятора получается напряжение переменного тока, частота которого в несколько раз больше частоты преобразуемого (модулирующего) напряжения и изменяется пропорционально его величине. Выходные сигналы модуляторов отличаются один от другого по частоте (приблизительно в 2 раза), благодаря чему образуются три измерительных канала, разделяемых по частотному признаку.

Для измерения I₀ используются два канала вследствие большого диапазона изменения величин I₀. Для перекрытия всего диапазона один из каналов имеет в 10 раз меньшую чувствительность, чем другой.

Сигналы частотных модуляторов (канальные сигналы) суммируются  и усиливаются выходным усилителем ВУ, а с него по каротажному кабелю передаются на поверхность.

В наземной части аппаратуры суммарный сигнал, пришедший из скважинного  прибора, разделяется канальным  полосовыми фильтрами ПФ. Разделённые  по каналам сигналы затем детектируются частотными детекторами ЧД1-ЧД3 (выделяется исходное модулирующее напряжение переменного тока частотой 400Гц) и выпрямляются фазочувствительными выпрямителями ФЧВ1-ФЧВ3. Выпрямленное напряжение из канала DU_КС и одного из каналов I₀ поступает на устройство ДУ, при помощи которого производится деление DU_КС на I₀. Подключение первого или второго каналов I₀ у делящему устройству ДУ осуществляется автоматически в зависимости от величины напряжения в первом чувствительном канале. Если оно больше определённого уровня, то подключается второй грубый канал. Получаемое в результате деления напряжение подаётся на каротажный регистратор КР, записывающий кривую сопротивления.

Схема скважинного прибора  питается постоянным и переменным током  от блока питания БП, включённого в цепь тока электродов зонда.

Зонд аппаратуры АБК-Т  имеет следующие размеры: длина  основного электрода 0,17 м, общий  размер 3,2 м, диаметр 0,07 м.     

3. Основы интерпретации

Электрическое поле зонда  бокового каротажа показано на рис    . Токовые линии проходящие чрез точки O₁ и O₂, являются граничными; эти линии отделяют слой, в котором распространяются выходящие из основного электрода токовые линии, от остальной среды, где проходят токовые линии из экранных электродов A₁ и A₂.

 

Вблизи зонда толщина  слоя, в котором распространяются  выходящие из основного электрода  токовые линии, остаётся более менее  постоянной; на некотором расстоянии от зонда толщина слоя постепенно увеличивается. Чем больше общая  длина зонда, тем больше расстояние на котором сохраняется постоянство толщины слоя.

3.1 Семиэлектродный боковой  каротаж.

Электрическое поле семиэлектродного бокового каротажа представляет собой  сумму полей трёх электродов - одного основного и двух экранных. Для  подсчёта кажущегося сопротивления для семиэлектродного зонда бокового каротажа в общем случае необходимо определить поле каждого токового электрода в отдельности; при этом сила тока через экранные и основной электроды должна удовлетворять условию, что составляющая напряжённости поля по оси скважины в области расположения измерительных электродов и в особенности условие, накладываемое на определение силы экранного тока, в случае пластов конечной мощности сильно усложняет решение задачи.

На рис 1. Показано распределение  эквипотенциальных поверхностей и токовых линий семиэлектродного зонда бокового каротажа в однородной среде. При заданном А₀А₁ с приближением измерительных электродов к электроду А₀ слой выходящих из электрода А₀ силовых линий сжимается, а угловой коэффициент граничных линий уменьшается и наоборот.

Кажущееся удельное сопротивление  пласта неограниченной мощности при  отсутствии проникновения раствора (рис 6) сильно зависит от параметра  зонда q; Кажущееся удельное сопротивление пласта неограниченной мощности при отсутствии проникновения раствора сильно зависит от параметра зонда q; кажущееся удельное сопротивление, наиболее близкое к удельному, получается при q, близком к оптимальному, и не очень малых L и L₀ кажущееся удельное сопротивлении мало (не больше чем в 1,5 раза) отличается от удельного сопротивления; принципиально это сохраняется и для очень больших r_п/r_р, для которых наблюдается почти прямая пропорциональность между кажущимся и удельным сопротивлениями.

 

Как правило, кажущееся  удельное сопротивление r_тр трёхслойной среды в случае понижающего проникновения меньше, а в случае повышающего проникновения больше, чем кажущееся удельное сопротивление r_дв двухслойной среды при отсутствии проникновения.

 

Влияние понижающего (r_п>r_зп) проникновения в общем невелико и его можно существенно снизить выбором соответствующих расстояний между электродами (при D/d_c <8). Значительно больше сказывается на результатах измерений при боковом каротаже повышающее (r_п<r_зп) проникновение. Даже при небольшом диаметре зоны проникновения кажущееся удельное сопротивление в этом случае существенно отличается от значения его при двухслойной среде и от истинного сопротивления; с увеличением глубины проникновения влияние его резко увеличивается.

Влияние зоны проникновения  в общем случае тем меньше, чем больше относительный размер зонда L₀/d_c.

С увеличением q различие между кажущимся удельным сопротивлением в трёхслойной среде и кажущимся удельным сопротивлением в соответствующей двухслойной среде уменьшается.

Принцип эквивалентности  в случае повышающего проникновения, установленный для обычных зондов, применим к зондам бокового каротажа.

 

На рис 7. приведены  кривые бокового каротажа для пластов  конечной мощности без проникновения  раствора, полученные на сеточной модели. По кривым можно сделать следующие выводы.

 

1. При одинаковом удельном сопротивлении  подстилающих и покрывающих пород кривые КС против одиночных пластов высокого сопротивления симметричны относительно середины пласта.
2. При перемещении зонда от удалённой точки к середине пласта будем последовательно иметь:

а) плавный не очень  глубокий минимум перед пластом (с минимальным значение сопротивления  на расстоянии половины длины зонда  от границы пласта);

б) некоторое повышение  показаний пред пластом и в  самом пласте у границы его;

в) кривой подъём кривой после входа электрода А0 в пласт; точка наибольшей крутизны кривой расположена на расстоянии половины длины зонда (А₀О₁) от границы пласта; при большом отношении удельных сопротивлений пласта и вмещающих пород эта точка несколько (обычно в пределах расстояния M1N1 или M2N2) смещается относительно указанного положения к границе пласта; при малом значении указанного отношения наблюдается обратная картина;

г) медленный подъём кривой до максимума против середины пласта; если пласт мощный, против средней части пласта образуется участок, на котором кривая идёт параллельно оси глубин.

3. При различном удельном сопротивлении вмещающих пород симметрия нарушается - максимум кривой смещается в сторону вмещающей породы с более высоким сопротивлением.

Можно рекомендовать следующий способ отбивки границ пласта:

а) отмечают на кривой сопротивления  точки, где кривая имеет наибольшую кривизну; эти точки соответствуют  кажущемуся удельному сопротивлению, приблизительно равному полусумме  показаний против середины пласта и  против вмещающих пород;

б) от определённой таким  образом ниже точки откладывают  вниз расстояние соответствующее полудлине  зонда (A₀O₁) и отмечают подошву пласта;

в) от аналогичной верхней  точки кривой сопротивлений откладывают  такое же расстояние вверх и отмечают кровлю пласта.

При мощности пласта, значительно  большей размера зонда (рис 8)(A₁A₂<0,4 H), влияние ограниченной мощности пласта не сказывается, максимальное значение сопротивления близко к значению кажущегося удельного сопротивления для пласта неограниченной мощности. В дальнейшем по мере увеличения длины зонда по сравнению  с мощностью пласта максимальное сопротивление против пласта:

а) занижено по сравнению  с кажущимся удельным сопротивлением для пласта неограниченной мощности; наибольшее снижение наблюдается при зондах, размер которых близок к мощности пласта (L₀»H);

б) начиная приблизительно с L0 > 1,6 H завышено относительно сопротивления против пласта неограниченной мощности; наибольшее завышение наблюдается при L»H;

в) при L >> H опять наблюдается занижение максимального сопротивления по сравнению с сопротивлением пласта неограниченной мощности, тем больше чем больше L по сравнению с H.