Семинар зонды КС, форма кривых КС

Зонды КС. Повторение.

Кажущееся удельное сопротивление – результат измерения с помощью установки, рассчитанной на определение удельного сопротивления пород в однородной среде. Кажущееся УЭС зависит от удельного сопротивления пород вблизи измерительной установки, влияния скважины (при каротаже) и взаимного расположения электродов измерительной установки. В случае однородной среды кажущееся УЭС совпадает с удельным сопротивлением.

При исследовании скважин методом кажущихся сопротивлений измеряют кажущееся УЭС, величина которого зависит от удельных сопротивлений слагающих разрез пород, бурового раствора и ряда других факторов.

Для измерений в скважину на кабеле опускается измерительная установка (зонд), состоящая из 3 электродов (заземлителей): A, M и N, четвертый электрод размещается на поверхности. Электроды А и В предназначены для пропускания тока (питающие или токовые электроды), электроды М и N – для измерения разности потенциалов между двумя точками среды в момент протекания тока (измерительные электроды).

Измеряемая разность потенциалов ΔU пропорциональна току I и УЭС среды ρ, в которой расположен зонд с коэффициентом пропорциональности k

К – коэффициент зонда, который зависит от расстояния между электродами и измеряется в [м].

В зависимости от соотношений расстояний между электродами применяемые зонды классифицируются на группы.

Крестиком помечена точка записи О

У градиент-зонда расстояние между парными электродами меньше, чем между непарными

У потенциал-зонда расстояние между парными электродами меньше, чем между непарными

Точка записи О у всех зондов находится посередине между сближенными электродами

Зонд прямого питания = однополюсный, взаимного питания = двухполюсный. У однополюсных зондов второй питающий электрод находится на поверхности, у двухполюсных зондов на поверхности находится второй измерительный электрод.

Парные электроды – электроды, находящиеся в одной цепи (токовой или измерительной). В неоднородной среде характер кривой КС зависит также от последовательности расположения электродов. Согласно принципу взаимности, если взаимно изменить назначение питающих и измерительных электродов, сохранив расстояние между ними, то на результат измерения КС это не окажет влияния.

У последовательного зонда парные электроды находятся снизу.

У обращенного зонда парные электроды находятся сверху.

У идеальных зондов расстояние между сближенными электродами стремится к нулю. У идеального градиент-зонда точка записи находится в электроде М (электрод N находится в бесконечности), у идеального потенциал-зонда – посередине между электродам А и М.

Длина градиент-зонда – расстояние от удаленного электрода до точки записи, Rисслед=L

Размер потенциал-зонда – расстояние между электродами А и М. L=АМ, Rисслед=2-3L

Согласно определению длины зонда, длина идеальных зондов (как ГЗ, так и ПЗ) составляет АМ.

Коэффициент зонда

Однополюсные зонды (ГЗ и ПЗ)

Двухполюсные зонды (ГЗ и ПЗ)

Формы кривых КС.

Изучение закономерностей распределения электрического тока в неоднородной среде. Изучение формы кривой КС (положения характерных точек) необходимо для формирования представления о правилах определения границ пласта и об эффективности различных зондов КС для изучения ими разрезов скважин.

Величина и вид кривой кажущегося удельного сопротивления (ρ_к) зависят от:

• истинных удельных электрических сопротивлений пород,

• форм и размеров всех элементов изучаемой среды (в том числе и от диаметра скважины),

• типов и размеров применяемых зондов.

Понятия «мощный» и «тонкий» пласт зависят от размера зонда. Один и тот же пласт для одних зондов является мощным (для потенциал-зонда пласт мощный, если его толщина превышает размер зонда в 10 и более раз, для градиент-зонда – если в 5 и более раз), а для других – тонким (мощность пласта примерно равна или менее длины зонда). Вообще мощный пласт – это такой пласт, в котором показания зондов с малой вертикальной разрешающей способностью (КС, СП, ИКБ БК) успевают показать истинные значения в пласте. Тонкими пластами в геофизической практике являются все пласты мощностью менее 1.5 метров и они относятся к категории сложных коллекторов.

Показания зонда КС, длина которого составляет ±20% мощности пласта исключаются из рассмотрения при интерпретации БКЗ (пояснить на изображении, почему).

Изучение форм кривых КС основано на изучении плотности тока j.

Плотность тока — векторная физическая величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через элемент поверхности единичной площади.

Для градиент-зонда связь между кажущимся сопротивлением и УЭС ρ_MN среды, в которой находятся измерительные электроды зонда, определяется выражением:

, где j – действительное значение плотности тока между электродами M и N, j₀ – плотность тока в однородном изотропном безграничном пространстве.

Для потенциал-зонда кажущееся сопротивление пропорционально усредненному произведению отношения действительного значения плотности тока в однородной изотропной среде к УЭС пород на участке между точкой М и бесконечно удаленной точкой: .

Величина этого произведения определяется характером распределения тока и удельным сопротивлением среды в сферическом пространстве, окружающем источник питания, с радиусом до 5-10 размеров зонда.

При рассмотрении стандартных кривых КС моделируется ситуация при отсутствии скважины (dc=0), идеальные зонды. Две плоскопараллельные границы, верхний и нижний пласт бесконечной мощности. Внимание! Неидеальность зонда и скважина по-разному влияют на форму кривой КС.

Построение кривой КС. Общие принципы.

1. Кривые КС строятся из соображений изменения плотности тока в среде.

2. Кривые потенциал-зонда симметричны относительно середины пласта (если УЭС вмещающих сред равны, то идеально симметричны).

3. Запись диаграммы КС относится к точке записи прибора (помнить, где она находится у каждого зонда).

4. При достаточном удалении зонда от границы раздела сред КС равно истинному сопротивлению среды, в которой находятся электроды M и N.

5. При приближении (расстояние 2L ГЗ, 5L для ПЗ) токового электрода А к пласту высокого сопротивления увеличивается плотность тока в точках, расположенных ниже электрода А (часть тока не проходит в высокоомный пласт, отражается от него (экранный эффект), уходя в низкоомный пласт, в котором находится пишущий электрод, соответственно, зонду кажется, что нарастает сопротивление; зонд воспринимает границу с высокоомным пластом как дополнительную преграду, т.е. как дополнительное сопротивление).

6. При приближении токового электрода А к пласту низкого сопротивления увеличивается плотность тока в точках, расположенных выше электрода А (ток убегает в низкоомную среду, соответственно, зонду кажется, что сопротивление падает).

7. В случае, когда токовый и измерительный электроды находятся по разные стороны от границы раздела двух сред, каажущееся сопотивление не зависит от типа и размера зонда, постоянно и определяется соотношением УЭС контактирующих сред. Образуется прямолинейная площадка (всегда, когда граница раздела находится между токовым и измерительным электродами). Её сопротивление:

8. Так как у ГЗ точка записи соответствует электроду М, прямолинейная площадка начинается на расстоянии одной длины зонда от границы раздела. Так как у ПЗ точка записи соответствует середине между электродами А и М, прямолинейная площадка начинается на расстоянии половины длины зонда от границы раздела. Длина прямолинейной площадки всегда равна длине зонда.

9. При пересечении точкой О идеального градиент-зонда границы раздела сред кажущееся сопротивление меняется скачкообразно в соответствии с отношением истинных сопротивлений контактирующих сред. Сопротивление, до которого происходит скачок, равно:

10. Для потенциал-зондов кажущееся сопротивление изменяется не скачкообразно, а постепенно (сначала более резко, затем более плавно), за счет постепенного изменения сопротивления пространства между М и ∞ по мере движения зонда.

11. По мере отдаления от границы раздела происходит выход на истинное сопротивление породы (для ГЗ на протяжении 1.5L, для ПЗ 5L),

Рисуя, пояснять:

1. Расположение характерных точек для градиент-зонда 2-1,5-2-1,5, для потенциал-зонда всегда 5. Показывать это, рисуя диаграмму, пояснять положение характерных точек.

2. Для потенциал- и прямого градиент-зондов кривые рисуются снизу вверх, для обращенного градиент-зонда сверху вниз.

3. Кривая обращенного градиент-зонда соответствует кривой прямого градиент-зонда вверх ногами.

4. Кривая КС в пласте низкого сопротивления соответствует кривой КС в пласте высокого сопротивления, отраженной слева направо.

5. Особенно пояснять тонкие пласты, какие правила в них работают, какие нет:

   1. Если мощность пласта для ГЗ менее 4.5L, для ПЗ менее 10L (пласт средней мощности), то строятся две кривые: сначала относительно нижней границы, потом относительно верхней границы, затем рисуется осредняющая линия.

   2. Если мощность пласта менее длины зонда, форма кривой КС рисуется особым способом (пояснить!)

Рисуя кривые, пояснять, почему УЭС «кажется» зонду. Плотность тока возрастает, и измерительной установке кажется, что возрастает сопротивление, хотя это не так. Поэтому и КС.

Как показать влияние неидеальности

Для неидеальных ГЗ MN≠0, поэтому на границе раздела двух сред (когда точка О пересекает границу) сопротивление меняется не скачкообразно, а на участке протяженностью MN. Начало изменения сопротивления происходит на расстоянии MN/2 от границы. Таким образом, мы имеем наклонную линию, граница пласта будет отбиваться на середине вертикали между её началом и концом. Это смещение касается всех характерных точек.

Как показать влияние скважины??

Что я там говорила про «загоняет»?? Мои записи на доске!

8