§24. Звичайний низькочастотний індукційний метод із повздовжнім датчиком

В практиці геофізичних досліджень нафтогазових свердловин найбільшого розповсюдження набула апаратура індукційного каротажу з повздовжнім датчиком, вісь якого співпадає з віссю свердловини. В цьому випадку вихрові струми, що індукуються первинним полем, розташовані в площинах, перпендикулярних до вісі свердловини, і не перетинають границь пластів, що вміщують досліджуваний пласт.

На результати вимірів найпростішим двокатушковим зондом значний спотворюючий вплив створює свердловина, зона проникнення та вміщуючи породи, а також прямий сигнал від генераторної котушки. Для позбавлення впливу зазначених факторів і виключення прямого сигналу в сучасній апаратурі використовуються багатокотушкові фокусуючи зонди.

Багатокотушковий зонд представляє собою систему котушок, закріплених на одному ізоляційному стрижні (рис. 38). Окрім основних генераторної (ГК) і приймальної (ПК) котушок свердловинні зонди індукційного каротажу комплектуються додатковими котушками: компенсаційними (К) та фокусуючими (Ф), що вмикаються в генераторний та вимірювальний ланцюги. Компенсаційні котушки слугують для виключення у приймальній котушці е.р.с. прямого поля, що індукується генераторною котушкою.

Фокусуючі котушки призначені для зменшення впливу сигналів від свердловини ( ), зони проникнення ( ) та вміщуючих порід ( ). Фокусуюча дія додаткових котушок досягається шляхом підбору числа їх витків, розташування і увімкнення їх відносно основних котушок. Компенсаційні і фокусуючі котушки вмикаються послідовно із головними, але їх витки намотані назустріч виткам генераторної і приймальної котушок. Котушки вертикального фокусування розташовуються зовні основних (генераторної та приймальної) котушок і вмикаються назустріч їм. При цьому досягається фокусування зонду у вертикальному напрямі, що призводить до суттєвого зменшення впливу вміщуючих порід. Радіальне фокусування здійснюється за допомогою внутрішніх фокусуючих котушок. Головне їх призначення – зменшення впливу свердловини і зони проникнення на результати вимірів.

Зонди індукційного каротажу позначаються таким чином: перша цифра відповідає загальній кількості котушок, літера «Ф» позначає, що зонд є сфокусованим, остання цифра вказує на довжину зонда. Наприклад, індукційний зонд 6Ф1 – шестикотушковий фокусований зонд довжиною 1 м.

В таблиці 4 наведені основні характеристики зондів індукційного каротажу, схеми котрих зображені на рис. 40.

Таблиця 4

Деякі параметри зондів індукційного каротажу

Шифр* зонда	Довжина зонда, м	Частота струму живлення, кГц	Фокусування	Маркування апаратури, держава-виробник
4И1	1	20	Зовнішнє	ПИК-1 М, СРСР
6Ф1	1	50	Зовнішнє і внутрішнє	АИК-3, АИКМ
4Ф1	1	70	Внутрішнє	ВИК
6ФФ40	1.016	20	Зовнішнє і внутрішнє	США і Франція

* У шифрі зонда перша цифра – кількість котушок, остання цифра ­– довжина зонда в метрах (для зонду 6ФФ40 – в дюймах)

Рис. 40. Схеми зондів індукційного каротажу. Відстань між котушками наведена в метрах.

Ступенем фокусування індукційного зонду ( ) називається відношення сигналу, отриманим багатокотушковим зондом в однорідному середовищі ( ) до сигналу, отриманим у тому самому середовищі двокатушковим зондом ( ):

(82)

Для зондів із слабким фокусуванням , із сильним фокусуванням – .

Найпростіший багатокотушковий зонд складається з трьох котушок – двох головних (ГК і ПК) та одної фокусуючої. Фокусуюча котушка може бути ввімкненою або в генераторний ланцюг, і в цьому випадку позначається ФГ, або в приймальний ланцюг і тоді позначається ФП. Показання зондів будуть однаковими у зв’язку з рівністю їх магнітних моментів.

Ефективність застосування індукційного методу при вивченні розрізів свердловин у значній мірі визначається вибором багатокотушкового зонду з оптимальними параметрами. До таких параметрів відносяться його радіальна та вертикальна характеристики (рис. 41), що визначають, відповідно, глибинність дослідження даного зонду в радіальному напрямку (залежність величини зареєстрованого сигналу від радіусу r – відстані від вісі свердловини до точки спостереження) і роздільну здатність за вертикаллю (залежність величини зареєстрованого сигналу від потужності пласта h, коли зонд розташований симетрично відносно границь пласта).

Рис. 41. Радіальна (а) та вертикальна (б) характеристики індукційних зондів 4Ф1 і 6Ф1. По вісі ординат відкладене значення зареєстрованої е.р.с. Е′, нормованої на величину первинного поля Е.

Таким чином, у випадку неоднорідного середовища з коаксіально-циліндричними та плоско-паралельними горизонтальними поверхнями розділу радіальні характеристики дозволяють: 1) встановлювати ті мінімальні значення діаметрів циліндрів (свердловина, промита зона, зона проникнення, незмінена частина пласта), які практично не впливають на зареєстрований сигнал; 2) визначати ті максимальні діаметри циліндрів, за яких вплив зовнішнього середовища є вельми незначним, тобто глибинність дослідження. Вертикальні характеристики дають можливість: 1) встановити ту мінімальну потужність пласта, за якої він може бути зафіксований; 2) визначити ту граничну потужність пласта, за якої можна знехтувати впливом вміщуючих порід на величину повного сигналу.

Апаратура та методика низькочастотного індукційного методу

На практиці найбільшого розповсюдження набула апаратура низькочастотного індукційного методу з повздовжнім датчиком (ПІК-1М, АІК-3, АІК-М та ін.). Розглянемо будову і принцип дії такої апаратури на прикладі комплексної апаратури індукційного і електричного каротажу АІК-4.

Комплексна апаратура АІК-4

Апаратура індукційного і електричного каротажу АІК-4 призначена для вимірів ефективної питомої провідності індукційним методом (ІМ) в нафтових і газових свердловинах, позірного питомого опору методом бокового електричного зондування (БЕЗ), величини самочинних потенціалів методом самочинної поляризації (СП) та питомого електричного опору бурового розчину (резистивіметрія).

Апаратура складається з двох частин: свердловинної, що включає зонди ІК та БКЗ і електронний блок, та наземної частини, що містить блоки живлення, перетворення та реєстрації даних. Свердловинний прилад конструктивно виконаний у вигляді трьох роз’ємних частин: індукційний зонд, електронний блок і зондовий пристрій БКЗ.

Індукційний зонд типу 8Ф1.4 містить котушку збудження (ГК) первинного електромагнітного поля в гірських породах, що живиться від генератора змінного струму частотою 20 кГц, котушку прийому (ПК) вторинного електромагнітного поля та допоміжні котушки фокусування (ФК). Вторинне електромагнітне поле збуджує в приймальній котушці зонду сигнал, пропорційний . Зонд розміщений в корпусі із непровідного і немагнітного матеріалу, що заповнений кремнійорганічною рідиною і містить компенсатор тиску. Діапазон вимірюваної величини складає 10-2000 мСм/м.

Зондовий пристрій БКЗ представляє собою ізольований відрізок кабелю (косу), на якому розташовані електроди зондів БКЗ, ПС та резистивіметра. Вимірювальні електроди зондів БКЗ підключені до відповідних вимірювальних трансформаторів. Діапазон вимірів для БКЗ складає 1-5000 Ом∙м, а для резистивіметра – 0.1-20 Ом∙м.

В залежності від роду робіт виходи каналу БКЗ (включаючи ПС та резистивіметр) і каналу ІК підключаються до входу телевимірювальної системи з частотною модуляцією і частотним розділенням каналів. Сигнал по кабелю поступає на наземний блок керування і вимірювальну панель частотної модуляції, де відбувається розділення сигналів з їх наступною реєстрацією.

Максимальна робоча температура для свердловинного приладу складає 150ºС, а максимальний гідростатичний тиск – 100 МПа.

Повний комплекс вимірів виконується за 4 спуско-піднімальні операції за умови використання одножильного кабелю і за 3 спуско-підйоми при використанні трижильного кабелю. При роботі в сухих свердловинах або в свердловинах з непровідною промивальною рідиною передбачена можливість роботи без електричного зонда.

Як відомо, питома провідність і питомий опір пов’язані між собою оберненою залежністю: . Тому шкала діаграми ефективної питомої провідності в індукційному методі є лінійною, а відповідна їй шкала діаграми ефективного питомого опору – гіперболічна, без нульової лінії.

Область застосування та вирішувані задачі

Метод набув широкого застосування при дослідженні розрізів нафтових і газових свердловин з промивальними рідинами порівняно низької мінералізації (  Ом·м). Крім того, він може застосовуватися при вивченні свердловин із непровідними буровими розчинами (на нафтовій основі, вапняково-бітумними та ін. розчинами), а також для дослідження свердловин, закріплених трубами з діелектриків (азбоцементні та полімерні обсадні колони). Таким чином, на фоні високих значень індукційний метод найбільш ефективно буде використовуватись при дослідженні розрізів, складених породами низького (до 50 Ом·м) питомого опору, які чітко виділяються на діаграмах ІМ.

Звичайний індукційний метод в зазначених умовах дозволяє детально вивчати розрізи, виявляти нафтоносні і водоносні породи, досліджувати будову перехідної водонафтової зони і положення контактів «нафта–вода» і «газ–вода».

Індукційні зонди порівняно невеликих розмірів (0.75 – 1.4 м) характеризуються значним радіусом дослідження, що перевищує приблизно в 4 рази радіус дослідження звичайних градієнт-зондів ПО аналогічних розмірів.

Застосування звичайного низькочастотного індукційного методу є обмеженим у випадку використання солоних бурових розчинів (в цьому випадку зареєстрована ефективна провідність насамперед є пропорційною провідності свердловини та зони проникнення пластів-колекторів, що насичена фільтратом цього бурового розчину) і при дослідженні пластів з питомим опором більшим за 50 Ом·м.

Зазначимо, що при визначенні істинного питомого опору порід ефективним є застосування індукційного методу в комплексі із звичайним методом ПО або методом опору екранованого заземлення ОЕЗ. На рис. 42 наведений комплекс методів електрохімічного, електричного та електромагнітного каротажу в теригенно-карбонатному розрізі.

Рис. 42. Комплекс електричних методів в свердловині №272 Середньо-Ітурського нафтогазового родовища (Західно-Сибірська нафтогазова провінція)