Электрический каротаж скважин реферат

Обновлено: 02.07.2024

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАРОТАЖ (а. resistivity logging; н. elektrische Воhlochmessung, elektrisches Воhrloch-me ß verfahren; ф. diagraphie electrique, carottage de соnductibilite electrique; и. testificacion electrica; perfilaje electrio) — геофизические исследования в скважинах, основанные на измерении электрического поля, возникающего самопроизвольно или создаваемого искусственно. Электрический каротаж используется для оценки литологического состава пород, слагающих стенки скважины, выделения в них нефтегазонасыщенных, рудных и водонасыщенных пластов, оценки их параметров, корреляции разрезов различных скважин, контроля технического состояния скважин и т.п. Физическая основа электрического каротажа — различие электрических свойств горных пород. В скважинах измеряются величины, характеризующие электрическое сопротивление и способность к поляризации горных пород.

Впервые измерение электрического сопротивления в скважинах проведено французскими исследователями братьями Шлюмберже в 1926, в 1931 ими же предложено измерение естественного электрического поля в скважинах. В CCCP электрический каротаж применяется с 1933.

В электрический каротаж входят: каротаж потенциалов самопроизвольной поляризации (ПС), каротаж сопротивления (KC), боковое каротажное зондирование (БКЗ), каротаж вызванных потенциалов (ВП), каротаж электродных потенциалов (ЭП), токовый каротаж (TK), боковой каротаж, микрокаротаж, индукционный каротаж.

При каротаже самопроизвольной поляризации регистрируют изменения разности потенциала между электродом, перемещаемым по скважине, и электродом на поверхности. Потенциалы ПС определяются процессами диффузии ионов, фильтрацией жидкостей и окислительно-восстановительными реакциями, идущими в массивах горных пород, пройденных скважиной. При каротаже сопротивлений определяют кажущееся удельное сопротивление пород в скважине с помощью 4-электродной установки с 2 токовыми и 2 измерительными электродами. 3 электрода находятся в скважинном приборе и образуют зонд KC. Применяют градиент-зонды и потенциал-зонды длиной 0,1 до 8 м (см. Зонд каротажный). Боковое каротажное зондирование включает определение кажущегося удельного сопротивления с помощью нескольких зондов разной длины, обычно 5-6 градиент-зондов с длиной от 1 до 32 диаметров скважины.

Реклама

Каротаж вызванных потенциалов основан на измерении остаточных (вызванных) потенциалов, возникающих в горных породах после прохождения через них электрического тока. Измерения проводят с помощью зондов аналогичных зондам метода KC. Вызванные потенциалы возникают в горных породах и рудах, содержащих вкрапленную сульфидную минерализацию, а также в водопроницаемых осадочных горных породах с примесью глинистого материала. Каротаж электродных потенциалов основан на измерении потенциала электрода, скользящего по стенке скважины, и электрода сравнения, расположенного на поверхности. Оба электрода выполняют из металла, потенциал которого отличается от потенциалов сульфидных руд с электронной проводимостью. Токовый каротаж сводится к измерению сопротивления заземлённого электрода в скважине. В качестве заземления на поверхности обычно используют обсадные трубы скважины, тогда ток в цепи в основном определяется сопротивлением электрода в скважине и резко возрастает, когда электрод находится против пластов низкого сопротивления, например сульфидных руд. Если электрод в скважине выполнен в виде щётки, то эту разновидность измерений называют каротажем скользящими контактами.

Электрический каротаж по объёму выполняемых работ относится к основным методам геофизических исследований в скважинах. Каротаж методами KC и ПС — обязательные стандартные исследования для большинства скважин, бурящихся в простых геологических условиях.

Перспективы развития электрического каротажа связаны с применением комплексных скважинных приборов, обеспечивающих одновременное проведение измерений несколькими методами (или зондами), автоматизацией измерений, обработкой и интерпретацией данных на ЭВМ.

Введение.
Геофизические исследования скважин (ГИС)—совокупность физических методов, предназначенных для изучения горных пород в околоскважинном и межскважинном пространствах.
Методы скважинной геофизики применяются при исследовании буровых скважин, эти методы называют методами каротажа (от французского слова carotte – морковь, которую напоминает измерительный снаряд, опускаемые в скважину).Каротаж – это геофизические методы изучения геологического строения разрезов скважин. Это означает, что в каротаже исследуются очень небольшие объемы горных пород, прилегающие к стенкам самой скважины. Отличительная особенность каротажа – исключительно высокая детальность и точность исследований. Эта особенность связана с тем, что результаты каротажа фиксируются в виде непрерывных диаграмм при движениидатчиков по стволу скважины, либо в виде числовых значений с очень небольшим шагом дискретизации.
Широкое использование каротажа диктуется высокой стоимость бурения и естественной ограниченностью информации, которую получают в результате бурения. Каротажные методы основаны на изучении магнитных, акустических полей, естественной и искусственной радиоактивности и электрических полей, которые и станутпредметом рассмотрения в данной работе.
Электрический каротаж – наиболее развитый и разветвленный вид каротажа. Его назначение – дифференциация разрезов скважин по электрическим свойствам и определение этих свойств.
1. Физические и геологические основы электрического каротажа

Физико-математическая теория электроразведки основана на теории электромагнитного поля и, в частности, на теории постоянных ипеременных электромагнитных полей. Если геоэлектрический разрез известен, то с помощью уравнений и физических условий решают прямые задачи разведки для ряда физико-геологических моделей среды определяют те или иные свойства породы.
К электрическимсвойствам горных пород относят: удельное электрическое сопротивление ρ, электрохимическую активность а, поляризуемость η и диэлектрическую проницаемость ε.

1.1.Удельное электрическое сопротивление горных пород

Способность вещества проводить электрический ток определяется наличием свободных зарядов, которые могут двигаться направленно под действием внешнего электрического поля. Сопротивление электрическому току, вызывается хаотическим (тепловым) движением заряженных частиц, а также столкновениями и взаимодействиями с другими частицами и зависит от строенияэлектронной оболочки атомов, кристаллохимических структур минералов и ионизационных свойств водных растворов солей.
 ρ-удельное электрическое сопротивление, R – сопротивление, S – поперечное сечение тела, l – длина тела
Удельное электрическое сопротивление измеряется в Омметр [Ом·м], оно является наиболее известным электромагнитным свойством и изменяется для горных пород и руд в очень широких пределах: от10-5 до 1015 Ом·м. Для наиболее распространенных осадочных, изверженных и метаморфических горных пород оно зависит от минерального состава, физико-механических и водных свойств горных пород, а также от некоторых других факторов (температуры, глубины залегания, степени метаморфизма, техногенных воздействий и других).
Если сопротивление такого единичного объема породы одинаково во всех трехнаправлениях, то такая среда называется изотропной, если нет то анизотропной. Анизотропия горных пород может быть обусловлена их трещиноватостью, микрослоистостью или рассланцованностью. В анизотропных средах параметры, характеризующие различные свойства среды, зависят от направления. Наиболее часто применяемой в теории моделью анизотропной среды является среда с осевой анизотропией (трансверсально-изотропнаясреда). Удельную электропроводность σ такой среды характеризуют два значения: σn – по направлению оси анизотропии n (ортогональной направлению трещин или границ прослоев) и σt – по любому, нормальному оси n направлению t. Такую среду можно характеризовать также двумя значениями удельного электрического сопротивления: поперечного ρn=1/σn и.

Электрический каротаж, который наиболее часто применяется в настоящее время, проводится посредством погружения измерительного прибора на изолированном электрическом кабеле в ствол скважины после удаления оттуда бурильных труб. Каждый тип пласта характеризуется своим электрическим откликом, при этом электрические свойства нефти и газа отличаются от свойств воды. При электрическом каротаже измеряют электрические свойства пластов и пластовых флюидов. Таким образом, соответственно интерпретированная диаграмма может указать, содержит ли данный пласт нефть и газ, а также позволяет определить природу пласта (песчаник, известняк или сланец).


Рис. 6.4. Работа с каротажным зондом

Электрокаротаж называют также каротаж необсаженной скважины, так как его нельзя проводить в скважинах с обсаженным стволом: стальная труба нарушает электрические свойства пласта.

При проведении данного вида каротажа строят графики для нескольких видов данных (рис. 6.5). Стандартная диаграмма электрического каротажа регистрирует два вида величин. В левой части находится кривая потенциала самопроизвольной поляризации, а в правой — кривая изменения удельного сопротивления. С каждым ходом инструмента можно одновременно записать несколько видов кривых.

Потенциал самопроизвольной поляризации — это малая величина электрического напряжения, которая характерна в той или иной степени практически для всех материалов. Напряжение играет ту же роль в электрических явлениях, что и давление для поведения жидкостей. Обе величины показывают потенциал, с которым нечто стремится течь. В случае электричества — это потенциал или давление электронов.

Удельное электрическое сопротивление является мерой сопротивления материала потоку электронов. Эту величину можно считать противоположной электропроводности, которая показывает способность материала проводить электричество (или поток электронов). Удельное сопротивление пласта позволяет получить данные о его возможной литологии и содержании жидкости.

Таким образом, и потенциал самопроизвольной поляризации, и удельное сопротивление предоставляют инженерам и геологам важную информацию о возможной продуктивности пласта.


 Рис. 6.5. Диаграмма электрического каротажа скважины. Левая кривая показывает изменение потенциала самопроизвольной поляризации, а правая — изменение удельного сопротивления

Существует множество моделей и модификаций приборов, используемых для электрического каротажа. При боковом каротаже ток проходит в радиальном направлении через слой определенной толщины, что достигается специальным размещением электродов и использованием системы автоматического регулирования. При этом измеряемая величина не зависит от наличия бурового раствора в скважине. Микрокаротаж относится в основном к измерению удельного сопротивления; при этом электроды располагаются на резиновой прокладке на небольшом расстоянии друг от друга. Изолирующая прокладка помещается напротив стенки ствола скважины, снижая закорачивающее действие бурового раствора. При таком виде каротажа измерение проводится в малом объеме материала перед изолирующей прокладкой, что важно при регистрации диаметра скважины и наличия спекшейся глинистой корки. При боковом микрокаротаже имеется один центральный электрод и три электрода, расположенных по кольцу вокруг него. На электроды подается ток, напряжение измеряется и регистрируется как мера электрического сопротивления.

Мы привели краткое описание наиболее широко известных методов электрического каротажа, хотя используются также и другие методы. Каждая каротажная компания должна успешно конкурировать с другими, поэтому они постоянно разрабатывают новые приборы, которые позволят получать более подробную и точную информацию о природе горных пород и жидкостей или газов, содержащихся в них.

Электрический каротаж (ЭК) – исследования горных пород, основанный на измерении параметров естественного или искусственного постоянного (квазипостоянного) электрического поля.

1. Метод потенциала самопроизвольной поляризации (ПС). Электрический каротаж, основанный на регистрации параметров естественного электрического поля, регистрирует потенциал электрического поля (ПС). Применяется для изучения естественного поля, как в открытом стволе, так и в обсаженной колонной скважине. Поскольку измерительный канал ПС в скважинном приборе представляет собой обычный вольтметр, то его метрологический контроль выполняется с помощью серийно выпускаемых средств измерения напряжения электрического тока. Изучение естественных электрических полей, возникающих в результате физико-химических процессов диффузии солей в растворах электролитов, фильтрации жидкости, окислительно-восстановительных реакций. Эти процессы порождают потенциалы диффузионные (главная роль в формировании полей), течения, окислительно-восстановительные.

2. Каротаж сопротивлений. Электрический каротаж сопротивлений основан на регистрации параметров постоянного (квазипостоянного) искусственного электрического поля. К геофизическим методам этого типа относятся следующие методы: - (БКЗ) - (БК) или метод сопротивления экранированного заземления (БК): сверху\снизу экранируют и ток течёт по ρП, куда до этого бы не потёк из-за ρП > ρВМ. Модификация – микроэкранированное заземление - Боковой микрокаротаж (БМК) - Микрокаротажное зондирование (МКЗ) - Каротаж вызванных потенциалов (ВП) - Токовая резистивиметрия (Рез). Измеряемой величиной во всех этих методах является удельное электрическое со-противление (УЭС) изучаемой среды. Единица измерения Ом-метр (омм). Метод кажущегося сопротивления (КС): ρК = K·ΔUMN/ I. AB – ток, MN – приём. Зонд длиной 0,4÷8 м. Модификация – метод микрозондов, метод резистивиметрии (определяют ρ раствора, чтобы потом учесть его влияние). Электромагнитные методы: на высокой частоте. Индукционный метод – до 60кГц. Метод волновой проводимости (ВМП) – до 30МГц. Диэлектрические методы. Измеряют ε (во сколько раз напряжённость ЭП в данном диэлектрике меньше напряжённости поля в вакууме).

47. Характеристика объекта исследования в скважине необсаженной колонной

48. Вторичное вскрытие пластов-коллекторов, гидродинамическое совершенство скважин

Способы вскрытия пласта: а - открытый забой; б - забой, перекрытый хвостовиком колонны, перфорированным перед ее спуском; в - забой с фильтром; г - перфорированный забой. При открытом забое башмак обсадной колонны цементируется перед кровлей пласта. Затем пласт вскрывается долотом меньшего диаметра, причем ствол скважины против продуктивного пласта оставляется открытым.

Скважины с перфорированным забоем нашли самое широкое распространение (более 90% фонда). В этом случае пробуривается ствол скважины до проектной отметки. Перед спуском обсадной колонны ствол скважины и особенно его нижняя часть, проходящая через продуктивные пласты, исследуется геофизическими средствами. Результаты таких исследований позволяют четко установить нефте-, водо- и газонасыщенные интервалы и наметить объекты эксплуатации. После этого в скважину опускается обсадная колонна, которая цементируется от забоя до нужной отметки, а затем перфорируется в намеченных интервалах.

Пескоструйная перфораця. При гидропескоструйной перфорации разрушение преграды происходит в результате использования абразивного и гидромониторного эффектов высокоскоростных песчано-жидкостных струй, вылетающих из насадок специального аппарата - пескоструйного перфоратора, прикрепленного к нижнему концу насосно-компрессорных труб. Песчано-жидкостная смесь закачивается в НКТ насосными агрегатами высокого давления. В породе вымывается каверна грушеобразной формы, обращенной узким конусом к перфорационному отверстию в колонне. Размеры каверны зависят от прочности горных пород, продолжительности воздействия и мощности песчано-жидкостной струи. Медленно вращая пескоструйный аппарат или вертикально его перемещая, можно получить горизонтальные или вертикальные надрезы и каналы. В этом случае сопротивление обратному потоку жидкости уменьшается и каналы получаются примерно в 2,5 раза глубже. При пескоструйной перфорации НКТ испытывают большие напряжения.

Куммулятивная перфорация. Проведение вторичного вскрытия пласта кумулятивной перфорацией возможно при различных гидродинамических условий в скважине. Проведению процесса вторичного вскрытия происходит при депрессии, что исключает попадание в ПЗП жидкости вскрытия и механических примесей. В данном случае перфоратор спускается в скважину на трубах и устанавливается напротив интервала пласта. Перспективность применения ПНКТ с экон-кой точки зрения: - снижение прод-ти ремонта скважины в результате комбинирования технологических процессов вторичного вскрытия и спуска исп-ой компоновки; -окупаемость сверхзатрат на сервисные услуги по проведению перфорации за счет сокращения прод-ти ремонта скважины.

При описании горных пород одной из характеристик выступает их способность к проведению электрического тока, что позволяет определить такие из свойства как электрическое сопротивление, электропроводность, поляризуемость и диэлектрическая постоянная. Эти свойства нашли широкое применение в области геофизического изучения буримых стволов, в частности – методом электрического каротажа.

Электрический каротаж скважин

Электрический каротаж основывается на замерах электрического поля, которое специально создается для проведения исследования или возникает самопроизвольно. Метод позволяет определить литографический состав пород разреза, а также выявить наличие и определить параметры залежей руды и водонасыщенных пластов. Также благодаря проведению электрического каротажа проводится сравнение разрезов скважин и обеспечивается контроль их технического состояния.

Среди методов электрического каротажа скважин можно выделить несколько технологий:

  • Исследование разности потенциалов между электродом на поверхности и электродом в скважине, то есть каротаж потенциалов самопроизвольной поляризации, которые детерминированы диффузией ионов, фильтрацией жидкостей, а также химическими процессами окисления и восстановления, которые протекают в породах вокруг ствола скважины.
  • Измерение кажущегося удельного сопротивления слагающих разрез пород производится двумя парами электродов, одна из которых является токовой, а вторая – измерительной. Три из четырех устройств располагаются непосредственно в скважине и представляют собой так называемый зонд каротажа сопротивлений.
  • Применение нескольких каротажных зондов различной длины (преимущественно используется пять-шесть зондов, длина которых колеблется от 1 до 32 значений диаметра скважины) позволяет провести так называемое боковое каротажное зондирование.
  • С помощью устройств, схожих с используемыми для каротажа сопротивлений, производятся замеры остаточных потенциалов, которые образуются в породах после воздействия электрического тока. Возникновение таких потенциалов характерно для природных агрегатов, содержащих сульфидные вкрапления, и водопроницаемых осадочных породах с содержанием глинистых отложений.
  • Электродные потенциалы измеряются при помощи сравнения данных от электрода на поверхности и электрода, перемещаемого по стенке ствола.
  • Токовый каротаж представляет собой определение сопротивления расположенного в скважине электрода, заземленного на поверхности с помощью обсадных труб. При использовании данного метода выявляются сульфидные руды, так как при нахождении на уровне их залегания фиксируется резким увеличением покащателя сопротивления.
  • Аналогичный вышеописаному метод с использованием электрода особой конструкции в виде щетки носит название каротаж скользящими контактами.

Открытый еще в первой трети XX века, этот метод всего за несколько лет получил довольно широкое распространение. На сегодняшний день электрический каротаж скважин является широко распространенным методом исследования скважин и часто входит в перечень обязательных исследований.

Читайте также: