Электрический каротаж на постоянном токе

Сопротивление минерального скелета
У большинства горных пород минеральный скелет является диэлектриком

Сопротивление водных растворов
Сопротивление воды зависит от
- концентрации солей;
- химического состава;
- температуры.
СNaCl [г/л] ρ [Омм]
0 20*104
0,01 516
0,1 52,5
1,0 5,5
10,0 0,625
50,0 0,149
100,0 0,08
УЭС растворов различных солей
при концентрации 10 г/л и t=180C
NaCl 0.625 Омм
KCl 0.641 Омм
CaCl2 0.626 Омм
MgCl2 0.580 Омм
При увеличении температуры УЭС снижается. Это связано с увеличением подвижности ионов
и уменьшением вязкости.
где α = 0.0236 – температурный коэффициент

Зависимость удельного электрического сопротивления водных растворов солей
от концентрации раствора (по В.Н. Дахнову)
Зависимость удельного электрического сопротивления раствора NaCl от температуры и концентрации

Сопротивление минерального скелета > 108 Омм
Сопротивление пластовой воды – доли Омм
Сопротивление горных пород – от долей до первых тысяч Омм
Следовательно, сопротивление горных пород в основном зависит от содержания токопроводящей воды, т.е. от пористости
- сопротивление водяного пласта
- сопротивление пластовой воды
a- литологический коэффициент (0,9 – 1,2)
b – коэффициент цементации (1,3 – для песков
2,3 – для сцементированных пород)
P – параметр пористости

1 – пески
2 - песчаник слабосцементированный
3 - песчаник среднесцементированный
4 - известняки глинистые и ракушечные
5 – известняки и доломиты среднесцементированные
6 – известняки и доломиты плотные
Чем можно объяснить неоднозначную связь между коэффициентом пористости и Р – параметром?

На величину удельного электрического сопротивления оказывает существенное влияние тип пористости и ее структура
Гранулярная
пористость
Трещинная
пористость
Трещинно-
кавернозная
пористость
Чем более окатанные зерна,
тем меньше сопротивление
Чем тоньше трещины, тем меньше сопротивление
Наличие “тупиковых” пор обуславливает наибольшее сопротивление
Для постоянной пористости

При повышении давления удельное сопротивление увеличивается. Это связано с уменьшением пористости и увеличением извилистости поровых каналов.
Для слоистых горных пород удельное сопротивление различно в разных направлениях. Коэффициент анизотропии определяется из выражения
где и - удельные сопротивления в двух ортогональных направлениях
Для анизотропных сред вычисляют среднее удельное электрическое
сопротивление

При замещении воды нефтью или газом удельное
электрическое сопротивление увеличивается
где Pнг – коэффициент увеличения сопротивления (параметр насыщения),
ρнп – сопротивление нефтегазового пласта,
ρвп – сопротивление водяного пласта,
Pп - параметр пористости.
где a – коэффициент (a = 1 ÷ 1,3, по умолчанию а = 1),
n – показатель смачиваемости (по умолчанию n = 2),
kв – коэффициент водонасыщенности.

Метод КС
(каротаж сопротивлений)

Установка для измерения УЭС
A,B – питающие электроды;
M,N – приемные (измерительные)
электроды;
Г – генератор;
R – переменное сопротивление;
мА – прибор для измерения силы тока;
О – точка записи;
АО – длина зонда.

А – питающий электрод;
M,N – измерительные электроды
Поле точечного источника
в однородной среде
- линии равного потенциала;
- токовые линии.
M
N
А
где U, E - потенциал и напряженность электрического поля в данной точке;
j – плотность тока; ρ, σ – удельное электрическое сопротивление и
удельная электропроводность среды.

удельное электрическое сопротивление
в однородной изотропной среде.
_
кажущееся удельное электрическое
сопротивление в неоднородной среде.
_
- удельное сопротивление пласта;
- мощность пласта;
- удельное сопротивление вмещающих пород;
- удельное сопротивление бурового раствора;
- диаметр скважины:
D – диаметр зоны проникновения;
- удельное сопротивление зоны проникновения;
L – длина зонда.

Типы зондов
A
M
N
*
0
Гадиент-зонды
Потенциал-зонд
Кровельный
Подошвенный
Градиент-зонд
MN < AM
AO – длина зонда.
при MN→0
Радиус исследования:
Градиент-зонд ≈ АО
Потенциал-зонд ≈ 2АМ
(последовательный)
(Обращенный)
Зонд запиисывается сверху вниз – А2M0,5N
Метод КС
Потенциал-зонд
АМ < MN
АМ – длина зонда.
при N →∞

Кривые КС
Два однородных и изотропных полупространства
последовательный (подошвенный)
градиент-зонд
обращенный (кровельный)
градиент-зонд

потенциал-зонд

Кривые КС для мощного пласта
высокого сопротивления
кровельный
градиент-зонд
подошвенный
градиент-зонд
потенциал
-зонд

Кривые КС для мощных пластов
низкого сопротивления
кровельный
градиент-зонд
подошвенный
градиент-зонд
потенциал
-зонд

Кривые КС для тонкого пласта
градиент-зонд
потенциал-зонд

Правила определения границ
градиент-зонд
подошвенный: подошва hп = hmax+MN/2
кровля hк = hmin+MN/2
кровельный: подошва hп = hmin - MN/2
кровля hк = hmax - MN/2
Мощный пласт
Тонкий пласт
потенциал-зонд
Мощный пласт

Кривые ρк для двух пластов высокого
сопротивления, мощность которых h
меньше длины подошвенного градиент-
зонда.
а, б и в – занижающее экранирование
г – завышающее экранирование

При исследовании переслаивающихся тонких пластов высокого и низкого сопротивления экранный эффект приводит к искажению не только величины УЭС, но и самой формы кривой.

Кажущееся удельное сопротивление ρк различно против разных точек пласта. В качестве существенных наиболее характерных значений УЭС принято считать среднее ρк,ср, максимальное ρк,max или минимальное ρк,min и оптимальное ρк,опт

Определить истинное сопротивление горных пород ρп можно
с помощью специальных палеток
(Двухслойная палетка БКЗ)

Метод БКЗ
(Боковое каротажное зондирование)

БКЗ (БЭЗ) – боковое каротажное зондирование –
измерение ρк однотипными зондами разной длины
Двухслойный разрез
Трехслойный разрез
ρ
ρ
ρ
ρ
ρ
с
с
п
п
зп
0,5 dc
0,5 dc
А 0.4 M 0.1 N
А 1.0 M 0.1 N
3) А 2.0 M 0.5 N
4) А 4.0 M 0.5 N
5) А 6.0 M 1.0 N
6) N 0.5 M 2.0 A
Определение истинного сопротивления пласта
0,5 D

Повышающее
проникновение
Понижающее
проникновение
Повышающее
проникновение
нефтяной пласт
Зона проникновения

Типы кривых БКЗ
1а – ρс < ρп
1б – ρс > ρп
2 – ρс < ρзп < ρп
3 – ρс < ρзп > ρп
4 – тонкий пласт высокого
сопротивления
5 – крест кривой

Обработка данных БКЗ
1. Расчленение разреза;
2. Снятие существенных значений и построение фактических
кривых БКЗ;
3. Сравнение фактических кривых БКЗ с теоретическими и
вычисление искомых параметров.
Существенные значения:
среднее,
оптимальное,
- экстремальное.

Запись кривых БКЗ

Построение фактической кривой БКЗ

Шифр кривых ρп/ρc
Фактическую кривую БКЗ совмещают с 2-х слойной
палеткой БКЗ
I – двухслойная кривая БКЗ,
II – трехслойная кривая с повышаю-
щем проникновением
III - трехслойная кривая с понижаю-
щем проникновением
Шифр кривых ρп/ρc

Совмещение фактической и теоретической кривых
БКЗ на 2-х слойной палетке
Шифр кривых ρп/ρc= μ2

Трехслойная палетка
БКЗ (ρзп /ρс, D/dс)
Шифры палетки:
ρзп / ρс– 5, 10, 20, 40 …
D/dc - 2, 4, 8, 16
Шифр кривых – μ3 = ρп/ρc
из 2-х слойной палетки
ρзп = μ2 ρс
ρп = μ3 ρс
dс = D/dc •dc

Общий вид зондов КС + ПС
ЭК2-НН
(БКЗ+2БК+ПС)

Микрокаротажное зондирование
(МКЗ)
A0,025M0,025N – микроградиент-зонд.
Радиус исследования ≈ 3 см.
A0,05M – микропотенциал-зонд.
Радиус исследования ≈ 12 см.

- положительное расхождение
Положительное
расхождение
Проницаемые
горные породы
МПЗ
МГЗ

Положительное
расхождение,
ПС – большое,
ρк - большое
Непроницаемые
горные породы
большого сопротивления

Отрицательное
расхождение
Горные породы с
сопротивлением
меньшим, чем у
бурового раствора
- отрицательное расхождение

Нет расхождения
Плотные, непроницаемые
горные породы

Резистивиметрия
Резистивиметрия применяется для определения удельного
электрического сопротивления промывочной жидкости.
ρc- необходимо при обработке и интерпретации данных геофизи-ческих методов, при изучении технического состояния скважины, при гидрогеологических исследованиях.

а – определение места притока пластовой воды в
скважину (ρс > ρпв)
б – определение места поглощения
промывочной жидкости (ρс < ρдв)
ρс - сопротивление
промывочной
жидкости;
ρпв- сопротивление
пластовой воды;
ρдв- сопротивление
доливаемой воды.

Боковой каротаж (БК)
A1
A2
При использовании обычных зондов,
плотность тока в каждой из сред,
пропорциональна их УЭС
Расположив однополярные
электроды А1 и А2 симметрично
относительно основного питающего
электрода А0 можно направить
токовые линии ортогонально стенке
скважины.

Типы зондов БК
а – трехэлектродный зонд (БК-3),
Lобщ= 3,2м, L=0,18м;
б - семиэлектродный зонд (БК-7),
Lобщ=3м, L=0,6м, q=5,
A0.2M10.2N11.1A1 (LA3q5);
в – девятиэлектродный зонд (БК-9):
Lобщ=1,2м, L=0,6м, q=2,
A0,2M10,2N10,2A10,9B1 (LB3LAq2)
q – параметр фокусировки

1 – скважина;
2 – зона проникновения;
3 – неизмененная часть пласта;
4 – токовые линии.
- радиальные геометрические факторы;
- удельные электрические сопротивления.
Радиальные характеристики

Кривые БК для пластов
разной мощности
Кривые БК для пачки
тонких пластов

Поправка за скважину
Поправка за мощность пласта
Псевдогеометрический
фактор
D, м
Определение удельного сопротивления по диаграммам БК

Специальные зонды БК (сканеры)
АЭСБ-73
2БК

Результат сканирования горизонтальной скважины
Представление результатов сканирования
а б в г
а – монохромная шкала удельного сопротивления;
б – монохромная шкала проводимости:
в – многоцветная шкала;
г – двухцветная шкала.

Микробоковой каротаж (МБК)
I – трех электродный микрозонд;
II – схема токовых линий.

Наклонометрия

- песчаник
- глина
угол падения
Изображение результатов наклонометрии

Токовый каротаж (ТК)
Метод скользящих контактов
(МСК)
E – напряжение источника тока;
суммарное сопротивление части
питающей среды (кабеля, проводов,
реостата, источника питания и
заземления B
RA – сопротивление электрода A