Изорезистивная методика интерпретации кривых сопротивлений

Для определения значений ρ_п, ρ_зп и D пласта коллектора применяют также изорезистивную методику комплексной интерпретации данных БКЗ и кажущихся сопротивлений, регистрируемых зондами других типов (БК, ИК и др.).

Методика построена на теоретических и экспериментальных исследованиях показаний БКЗ, БК и ИК для пластов, различающихся по мощности и условиям проникновения в них фильтрата ПЖ. При этом учтена электрическая неоднородность зоны проникновения. При диаметре ее более 4d_c выделяют две части: промытую зону с неизменным сопротивлением; градиентную зону, в которой сопротивление линейно снижается или нарастает.

Полученные результаты наносят на трехслойные палетки БКЗ в виде дополнительной изорезистивной кривой ρ_к^э/ρ_с = = f(h/d) (где ρ_к^э — эквивалентное сопротивление) для заданных значений ρ_зп/ρ_с и D/d_c (шифр палетки БКЗ). Изорезистивная кривая является геометрическим местом точек, в которых показания эквивалентных градиент-зондов палетки БКЗ совпадают с показаниями одиночных кривых сопротивления.

На рис. 58 изорезистивные кривые построены по диаграммам БК-3 и 8И1,4. При построении изорезистивной кривой показания БК исправляют за h и d_c (см. рис. 40), показания ИК — за скин-эффект (см. рис. 51, б). Комплексная интерпретация данных БКЗ, БК, ИК нашла применение при определении ρ_п, ρ_зп и D пластов малой, средней и большой мощности.

Глава III. Диэлектрический каротаж

Диэлектрический каротаж (ДК) является электромагнитным методом, основанным на измерении кажущейся диэлектрической проницаемости горных пород.

§ 9. Диэлектрическая проницаемость горных пород и принцип ее измерения

При помещении любого вещества в электрическое поле электрические заряды, составляющие вещество (электроны, атомные ядра), испытывают влияние этого поля. В результате часть зарядов начинает направленно перемещаться, образуя электрический ток. Другие заряды будут перераспределяться так, что «центры тяжести» положительных и отрицательных зарядов сместятся друг относительно друга, произойдет поляризация вещества. Соответственно по этим двум процессам вещества делятся на проводники электрического тока (металлы, электролиты, плазмы) и диэлектрики. Горные породы под действием электрического поля поляризуются и относятся к диэлектрикам. При наличии поляризации напряженность поля Е в веществе отличается от напряженности Е0 первичного поля Е = Е₀/(1+χ), где χ— диэлектрическая восприимчивость, безразмерная величина, характеризующая способность диэлектрика к поляризации.

Для характеристики диэлектрических свойств среды — ее реакции на электрическое поле,— вводится понятие диэлектрическая проницаемость ε_п=1+χ, измеряемая в фарадах на метр. В вакууме диэлектрическая восприимчивость χ = 0, а диэлектрическая проницаемость ε₀=1Ф/м. Диэлектрическая проницаемость ε_п является одним из физических свойств горной породы и показывает, во сколько раз возрастает емкость конденсатора, если вместо вакуума между обкладками в качестве диэлектрика поместить ту или иную породу. На практике пользуются безразмерной относительной диэлектрической проницаемостью ε = ε_п/ε₀, показывающей, во сколько раз диэлектрическая проницаемость вещества ε_п больше диэлектрической проницаемости вакуума ε₀.

Диэлектрическая проницаемость горных пород зависит от их состава, содержания в них твердой, жидкой и газообразной фаз, а также от частоты электрического поля и температуры. Главные породообразующие минералы имеют малую ε = 4÷10, а вода при 20 °С —80.

Диэлектрическая проницаемость пород в большой степени зависит от их водонасыщенности. Экспериментально установлено, что ε_в воды мало зависит от минерализации, а следовательно, и от удельного сопротивления воды ρ_в и снижается с увеличением температуры. С ростом температуры от 0 до 100 °С ε_в падает с 88 до 55 отн. ед. Для нефти ε_н=2÷3, соответственно диэлектрическая проницаемость нефтенасыщенной породы ε_н = 6÷10. В нефтегазонасыщенных коллекторах ε_н определяется в основном содержанием остаточной воды, так как ε_в воды во много раз превышает ε_н нефти, газа и скелета породы. В первом приближении считают, что

На рис. 59, а иллюстрируется линейное увеличение ε с ростом коэффициента водонасыщенности k_в для песка, известняка и глин. Высокие значения ε глин (до 50—60) объясняются наличием в них значительного количества связанной воды. Для чистых неглинистых водонасыщенных коллекторов существует также линейная зависимость между ε и k_п (рис. 59,б). Таким образом, значения ε, измеренные в скважине, могут быть использованы для прогнозирования характера насыщения коллектора, а при благоприятных условиях — для определения коэффициентов пористости и нефтегазонасыщенности.

Для исследования высокочастотного электромагнитного поля, применяемого при диэлектрическом каротаже, используют трехкатушечный зонд, состоящий из генераторной Г и двух измерительных И₁ и И₂ (или двух генераторных и одной измерительной) катушек (рис. 60). Расстояние между одноименными сближенными катушками зонда является базой зонда Δz, середина этого расстояния соответствует точке записи; расстояние от удаленной катушки до точки записи называют длиной зонда L. С помощью генераторной катушки в скважине возбуждается высокочастотное электромагнитное поле. Волна, распространяющаяся от источника, частично отражается от стенки скважины, а частично проникает¹ во вмещающие породы.

Волна, распространяющаяся по скважине, быстро затухает, что обусловлено малым диаметром скважины по сравнению с длиной волны (0,3—0,5 м), а также относительно низким удельным электрическим сопротивлением промывочной жидкости (0,7—1 Ом·м). В породах, окружающих источник, волна распространяется на значительное расстояние, которое возрастает с увеличением удельного сопротивления породы. Проходящая волна, скользя по породе вдоль стенки скважины, образует в скважине преломленную (боковую) электромагнитную волну. Скорость ее распространения соответствует скорости распространения колебаний во вмещающих породах.

Для зондов, длина которых в несколько раз превышает диаметр скважины, поле в точке измерений определяется боковой волной. Путь волны от источника до измерительной катушки слагается из участков АВ, ВС, CD и EF. На участках АВ, CD и EF происходят затухания и фазовый сдвиг колебаний, обусловленные электрическими параметрами скважины, а на участках ВС, СЕ — параметрами пород. Наличие двух измерительных катушек при измерении относительных характеристик обеспечивает исключение влияния скважины. Электромагнитное поле в каждой точке пространства характеризуется фазой φ и амплитудой h, которые зависят от частоты электромагнитного поля ω, типа и размеров зонда, а также от электрических свойств ρ_п и ε окружающей среды. ЭДС, индуцируемая в измерительных катушках зонда, пропорциональна магнитной компоненте поля. При этом могут регистрироваться следующие характеристики высокочастотного поля в точках расположения измерительных катушек зонда, свободные от влияния скважины: Δφ = φ₁—φ₂, |h_z1—h_z2|/h_z1 |h_z1—h_z2|/h_z2 и др., где h_z — амплитуда суммарного поля; z₁ и z₂ — расстояние до первой удаленной от непарной и второй ближайшей к непарной измерительных катушек; |h_z1—h_z2| — разностная амплитуда вторичного поля; Δφ — разность фаз первой φ₁ и второй φ₂ измерительных катушек.

Влияние среды на поле в сильной мере зависит от отношения ωε/σ, т. е. от соотношения между токами смещения и токами проводимости. С повышением частоты влияние проводимости на фазу снижается и при очень высоких частотах практически исключается даже в породах малого сопротивления. Амплитуда в отличие от фазы испытывает влияние проводимости и на высоких частотах.

В приближенных расчетах разность фаз

где a_ф — фазовая постоянная: a_ф = ω√εμ (ω= 2πf — частота поля; μ — магнитная проницаемость среды), или

где с = 3· 10³ м/с.

При ωε/σ≥1 (породы высокого сопротивления), когда токи смещения преобладают над токами проводимости, фазовая постоянная a_ф не зависит от проводимости среды, и выражение (III.2) с учетом (III.3) записывается следующим образом:

a_ф=ω√ε/с) Δz, соответственно

т. е. для определения ε в заданных условиях достаточно измерить величину a_ф.

При ωε/σ ≤1 (породы малого сопротивления), когда токи проводимости значительно преобладают над токами смещения, диэлектрическая проницаемость ε среды слабо влияет на характеристики высокочастотного поля; амплитуда и фаза поля зависят в основном от электропроводности среды σ.

В зависимости от измеряемых величин ε или σ различают соответственно два вида электрического каротажа: волновой диэлектрический каротаж — ВДК и диэлектрический индуктивный каротаж — ДИК. Диэлектрический индуктивный каротаж не получил пока промышленного применения.

 

¹ В установившихся гармонических колебаниях нет фронта волны, перемещающегося в пространстве, и выражения «волна распространяется», «волна проникает» означают перемещение в пространстве некоторой синфазной поверхности.