Каротаж. Геофизические методы исследования

1.

Каротаж
Геофизические методы исследования скважин с целью изучения вскрытого
скважиной геологического разреза и выявления полезных ископаемых называют
каротажем.
Каротаж заключается в измерении вдоль ствола скважины при помощи специальной
установки (каротажного зонда) какой либо величины, характеризующей
физические, химические или другие свойства горных пород, вскрытых скважинной.
Применение каротажа:
• при разработке нефтяных и газовых месторождений,
• при ремонте ствола скважины,
• при эксплуатации, с целью контроля над техническим состоянием
скважины

2.

Каротажный зонд
Снаряд или прибор, опускаемый в скважину на каротажном кабеле для производства
измерений при геофизических исследованиях скважин.

3.

Классификация каротажа
Электрический и электромагнитный
каротаж
Радиоактивный каротаж
Ядерно-магнитный каротаж
Акустический каротаж
Газовый каротаж
Механический каротаж

4.

Электрический
каротаж
Электрические методы исследования скважин основаны на изучении
электрических свойств пород и насыщающих их флюидов. Состоят в регистрации
параметров естественного и искусственного электрического поля.
Постоянное поле
Методы естественного поля:
Каротаж потенциалов самопроизвольной
поляризации (метод ПС)
Разность потенциалов между перемещаемым М и
неподвижным N электродами - изменение
электрического потенциала вдоль ствола скважины
Методы искусственного поля:
Метод кажущегося сопротивления (КС), боковое
электрическое зондирование (БЭЗ или БКЗ), боковой
каротаж (БК), микробоковой каротаж (МБК),
микрозондирование (МКЗ)
Измеряемой величиной является кажущееся
удельное электрическое сопротивление УЭС [Омм].

5.

Электромагнитный
каротаж
Электромагнитные методы основаны на изучении параметров искусственного
переменного электромагнитного поля.
Позволяет охватить сухие скважины и скважины, заполненные раствором на
нефтяной основе, в которых невозможен электрический каротаж.
Переменное поле
Методы искусственного поля:
Индукционный каротаж (ИК), ВИКИЗ,
Диэлектрический каротаж,
Волновой метод проводимости.

6.

Зонды электрического и электромагнитного
каротажа
Основным принципом использования электрических и электромагнитных методов
является комплексирование зондов разной глубинности.
Зонды электрического каротажа:
• трёхэлектродный зонд(три электрода в скважине и один на поверхности),
• микрозонды (три электрода, смонтированные через 2,5 см на одном башмаке),
• зонды 3-, 7- и 9-электродного бокового каротажа центральный токовый электрод и
симметричные относительно него экранные.
Зонды электромагтнитного каротажа:
• зонды индукционного каротажа - содержат приёмную, компенсационную и фокусирующие
катушки индуктивности,
• диэлектрического каротажа — генераторную и две приёмные катушки.
6

7.

Решаемые задачи электрического и электромагнитного каротажа
Расчленение пород по электрическим свойствам и определение этих свойств
Интерпретация электрического и электромагнитного каротажа
1. На основе интерпретационной модели осуществляется переход от измеренных
значений параметров (кажущихся сопротивлений, проводимостей и пр.) к
истинным удельным электрическим сопротивлениям пласта.
2. Переход на основе петрофизических зависимостей от электрических и
электромагнитных свойств пласта к параметрам, характеризующим
коллекторские емкостные свойства.
Условия проведения электрического каротажа
1. Скважина должна быть заполнена промывочной жидкостью
(ПЖ обеспечивает контакт электроустановок электрического каротажа с горной
породой).
2. Необсаженный ствол скважины
7

8.

Электрические свойства горных пород

9.

Удельная электрическая проводимость σ
Способность вещества проводить электрический ток, т. е. формировать
упорядоченный поток заряженных частиц (электронов, ионов) под действием
электрического поля, оценивается величиной электропроводности σ или
удельного электрического сопротивления ρ.
Они связаны соотношением ρ =1/σ .
Величину, обратную î, удельную электрическую проводимость ë - измеряют в
сименсах на метр (См/м). На практике можно встретить миллисименс на метр
(мСм/м).
По природе электропроводности выделяют:
проводники;
полупроводники;
диэлектрики.

10.

10

11.

Горная
порода
Минеральн
ый скелет
Трещины
или поры
Газ или
жидкость
Удельное электрическое сопротивление (УЭС) ρ
характеризует способность пород оказывать электрическое
прохождению тока.
Единицей измерения УЭС - Ом·метрах (Ом·м).
сопротивление
Удельное электрическое сопротивление зависит от:
сопротивления минералов, слагающих горные породы;
характера и состава флюидов, заполняющих поры;
сопротивления насыщающих породу водных растворов (пластовые воды);
влажности, пористости;
температуры и давления в горном массиве;
глинистости.

12.

Удельное электрическое сопротивление горных пород
Зависимость от характера и состава флюидов, заполняющих поры
Сопротивления бурового раствора – ρр;
Сопротивление фильтрата БР – ρф;
Глинистой корочки – ρгк;
Зоны полностью промытых пород – ρпп;
Усредненное
сопротивление
зоны
проникновения в целом – ρ ;
Водонасыщенного
пласта
–
ρвп;
Нефтегазонасыщенного – ρнг;
Диаметр скважины – dс;
Рис. 1 - Распределение электрических сопротивлений в
радиальном направлении для водонасыщенного (а) и
нефтенасыщенного (б) пласта-коллектора
Диаметр зоны проникновения – D;
Толщина глинистой корочки – hгк
12

13.

Зависимость от характера и состава флюидов, заполняющих
поры
1. Сопротивление нефтенасыщенного пласта ρнг выше, чем водонасыщенного ρвп, что
объясняется тем что сама нефть является изолятором, а вода, особенно минерализованная,
хорошо проводит ток.
2. . При одном и том же сопротивлении бурового раствора ρр близки значения ρгк, а вот
значения ρпп различаются.
В водонасыщенном пласте сопротивление промытых пород ρпп определяется
сопротивлением фильтрата бурового раствора ρф и пористостью пласта. Поскольку,
сопротивление фильтрата выше, чем минерализация пластовых вод, то ρпп> ρвп
В нефтенасыщенном пласте в тонких порах и трещинах промытой зоны сохраняется
небольшое количество (15-20 %) остаточной нефти, поэтому сопротивление промытых пород
ρпп в нефтенасыщенном пласте выше, чем в водонасыщенном.
В газонасыщенном пласте остаточная газонасыщенность газоносных пластов всегда
больше, чем остаточная нефтенасыщенность, и ее можно считать равной 30 %, поэтому
сопротивление промытых пород ρпп в газонасыщенном пласте выше, чем в водонасыщенном.
13

14.

Несмотря на то, что сопротивление в зоне проникновения не
остается постоянным, при теоретических расчетах принимают
его за некоторую постоянную величину, равную среднему
сопротивлению в этой зоне.
При интерпретации данных электрического каротажа следует
учитывать, что УЭС пород разреза не остается постоянным и в
вертикальном направлении, как это показано на рис. 2, и
измеренное сопротивление будет зависеть от целого ряда
электрических и геометрических параметров:
Рис. 2 - Факторы, влияющие на
величину кажущегося сопротивления
при измерениях в условиях буровой
скважины
По этой причине измеренное в скважине сопротивление пласта будет не его истинным
сопротивлением, а кажущимся ρк.
Из этой же формулы видно, что для того, чтобы по ρк определить ρп , нужно исключить или
учесть влияние всех остальных параметров.
14

15.

Зависимость от глинистости
Глины обладают очень низкими УЭС, значительно ниже, чем у воды. Этот эффект связан
со сложными электрохимическими процессами, протекающими в капиллярах глинистых
пород на границе твердой и жидкой фазы.
Чем больше глинистость горных пород, тем ниже УЭС.
Для коллекторов Западной Сибири
Глины – У.Э.С. от 0,5 до 5 (Ом·м)
ρп < 4 (Ом·м) – водоносные
Угли – У.Э.С. составляет первые сотни Ом·м
ρп > 6 (Ом·м) – нефтеносные
15

16.

Зависимость от влажности и пористости
Поры или трещины, заполненные полностью или частично влагой, в большинстве
случаев являются проводниками электрического тока.
С увеличением увлажнённости горных пород, их пористости электрическое
сопротивление уменьшается в 10–30 раз.
Связь УЭС горных пород с
коэффициентом пористости
чем больше пористость – тем ниже УЭС
горных пород.

17.

Удельное электрическое сопротивление пластовых вод
Величина ρр зависит от:
концентрации солей в фильтрате;
температуры;
плотности бурового раствора.
Пластовые поровые воды представляют собой растворы солей (электролиты) и относятся к
классу ионных проводников.
Наиболее распространенными солями являются хлориды натрия, кальция и магния.
Соль NaCl преобладает – поэтому при определении минерализации вод условно считают,
что в растворе только NaCl. Если содержание других солей не превышает 10%. То для
практических целей УЭС пластовой воды оценивается по общей концентрации, приравненной
к NaCl.
Зависимость от концентрации солей в фильтрате
Удельное электрическое сопротивление в
таких растворах тем ниже, чем выше
концентрация солей и температура t.
СNaCl [г/л]
0
0,01
0,1
1,0
10,0
100,0
r [Омм]
20*104
516
52,5
5,5
0,625
0,08

18.

Для
практических
расчетов
существуют
номограммы
для
пересчета суммарной концентрации
раствора в эквивалентную по NaCl.
Номограмма для пересчета концентрации
раствора С в эквивалентную по NaCl с
помощью множителя «А»
18

19.

Зависимость от температуры
С увеличением температуры удельное сопротивление водных растворов
закономерно уменьшается.
где α и β – температурные коэффициенты, равные для растворов
NaCl соответственно 216*10-4 и 6*10-6 ; Т0 и Т – температуры
стандартная (равная 20 или 25 оС); ρВ (Т0) и ρВ (Т) – удельные
сопротивления раствора при температурах Т0 и Т.

20.

Зависимость удельного электрического сопротивления раствора NaCl от
температуры и концентрации
Кроме расчета УЭС воды по формулам, можно
определять УЭС растворов по номограмме. На
графике наглядно показано, что понижает УЭС
как повышение минерализации, так и
повышение температуры.
20

21.

Поляризуемость горных пород
Поляризуемость характеризует способность минералов и горных пород поляризоваться в
электрическом поле вследствие физико-химических процессов – связана с наличием у горных
пород естественной электрохимической активности (потенциала).
Проявляется в виде:
диффузионно-адсорбционной,
фильтрационной,
окислительно-восстановительной активностей
Диффузионно-адсорбционная
активность
(потенциал)
пласт
-
характерна для пород, насыщенных водными растворами электролитов.
При контакте свободных растворов различной концентрации происходит
диффузия ионов, основной поток которой направлен в сторону меньшей
концентрации.
В результате возникает разностный поток анионов, приводящий к
образованию в растворе меньшей концентрации отрицательного заряда, т.е. к
возникновению отрицательной ЭДС, названной диффузионной.
скважина
21
ЭДС

22.

На границе твердой и жидкой фаз в капилляре
образуется двойной электрический слой.
Состоит из слоев:
Диффузного (подвижный),
Адсорбционного (неподвижный),
Электронейтрального канала.
Положительные ионы адсорбируются твердой фазой и
компенсируют отрицательный заряд, образующийся на
поверхности твердого тела при его контакте с водой. Та
его часть, которая ближе к твердой фазе, неподвижна,
удаленная же (диффузный слой) подвижна и
адсорбированные в ней ионы также двигаются в сторону
меньшей концентрации, т.е. в сторону скважины.
Центральную часть капилляра занимает электронейтральный канал, содержащий катионы и
анионы. Следовательно, объемный заряд против содержащего капилляры пласта обусловлен
разницей количества катионов, поступающих из диффузного слоя, и количества анионов,
поступающих из электронейтрального канала.
Таким образом, он обусловлен не только диффузионной, но и диффузионно-адсорбционной
активностью (потенциалом).
22

23.

Фильтрационная активность (потенциал) - появляется при фильтрации раствора
электролита через капилляр..
Ионы диффузного слоя подвижны, протекающая через капилляр жидкость увлекает часть ионов
диффузного слоя, в результате чего сам капилляр заряжается положительно. В той его части, где
за счет смещения диффузного слоя отрицательный заряд оказался некомпенсированным,
возникает отрицательный потенциал.
При течении жидкости в пласт в скважине возникает отрицательный потенциал, при
течении из пласта — положительный.
Окислительно-восстановительная
активность
(потенциал)
обусловлена
различными химическими реакциями, протекающими в скважине, она возникает в результате
окислительно-восстановительных процессов.
Окислительно-восстановительные процессы связаны с потерей электронов (окисление) или
приобретением их (восстановление).
Окисляющаяся среда, отдавая электроны, приобретает положительный заряд, а
восстанавливающая, присоединяя электроны – отрицательный
-
23