§ 12. КРИВЫЕ ЭФФЕКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ И ИХ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

Изучение горных пород методом сопротивления экранированного заземления осуществляют по эффективному (среднему) сопротивлению (Термин «эффективное сопротивление» научно более обоснован, чем термин «кажущееся сопротивление», в связи с чем было бы правильнее не пользоваться термином «кажущееся сопротивление», как это делали проф. В. Р. Бурсиан, проф. А. П. Краев и др. Однако в связи с тем, что термин «кажущееся сопротивление» глубоко вошел в практику метода сопротивления, автор нашел возможным произвести такую замену только для метода сопротивления экранированного заземления, для которого вначале его применения в СССР термин «кажущееся» не использовался.), пропорциональному полному сопротивлению заземления А, экранированного двумя однополярными с ним заземлениями [2,4,5,12—14,21].

ТРЕХЭЛЕКТРОДНЫЕ ЗОНДЫ БЕЗ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ФОКУСИРОВКИ ЭКРАНИРОВАННОГО ТОКА

Кривые эффективного сопротивления или пропорциональные им кривые ρэф/ρр при ρ1

—ρ2— ρвм симметричны относительно середины пласта [2,21]. Максимум ρэф приурочен к середине пласта и возрастает с увеличением его мощности и удельного сопротивления ρп, стремясь к некоторому пределу, меньшему ρп(ρп/ρр). В том случае, когда ρ1≠ ρ3, кривые ρэф асимметричны. Максимум ρэф, смещен к вмещающей среде, имеющей более высокое сопротивление.

Термин «эффективное сопротивление» научно более обоснован, чем термин «кажущееся сопротивление», в связи с чем было бы правильнее не пользоваться термином «кажущееся сопротивление», как это делали проф. В. Р. Бурсиан„ проф. А. П. Краев и др. Однако в связи с тем, что термин «кажущееся сопротивление» глубоко вошел в практику метода сопротивления, автор нашел возможным произвести такую замену только для метода сопротивления экранированного заземления, для которого вначале его применения в СССР

термин «кажущееся» не использовался.

Экстремальное значение ρэф,экс эффективного сопротивления (максималь-ное в пластах высокого сопротивления и минимальное в пластах низкого сопротивления) зависит от отношений диаметра dз зонда к диаметру dc скважины, размера Lз зонда к его диаметру dз и от отношения мощности h пласта к диаметру dc скважины.

Мощность пласта по диаграммам ρэф сопротивления экранированного заземления определяется по палетке зависимостей hф = f(h). Для h > h3 функция hф = f (h) представляет почти линейную зависимость, параметрами которой являются отношения Lз/dз, dз/dc и ρп/рр.

ТРЕХЭЛЕКТРОДНЫЙ ЭКРАНИРОВАННЫЙ ЗОНД С НЕПРЕРЫВНОЙ ФОКУСИРОВКОЙ ЭКРАНИРУЮЩЕГО ТОКА (ЗОНДЫ ТИПА АБК)

При неограниченной мощности среды, окружающей скважину, сопротивление ρэф,з, измеренное трехэлектродным экранированным зондом, находится в прямой зависимости от удельного сопротивления ρп (ρзп) этой среды и возрастает при ρп > ρр с увеличением отношений dз/dc и Lз/dc (рис. 34).

В пластах ограниченной мощности кривые ρэф,з симметричны при симметричном распределении удельных сопротивлений относительно середины объекта, создавшего аномалию ρэф. Оптимальные отношения рэф,з,/ρр возрастают с увеличением отношений ρп/ρр, ρзп/ρр, h/dc, Lз/dс и dз/dc. Чем ближе dз/dc к единице, тем меньше разница между оптимальным значением ρэф и рп (при отсутствии зоны проникновения фильтрата раствора) и между ρэф и ρзп. (при глубоком проникновении фильтрата).

При близком расположении пластов большой мощности может наблюдаться

55

асимметрия кривых ρэф,з за счет влияния соседнего пласта.

Использование экранированного зонда особенно эффективно для расчленения пачек пластов высокого сопротивления малых мощностей (рис. 35, а, б). В отличие от диаграмм ρк потенциал-зонда и градиент-зонда на диаграммах экранированного зонда четко выделяются все пропластки высокого сопротивления, если их мощности и мощности разделяющих прослоев удельного сопротивления ρпр близки к длине центрального электрода или превышают ее (сравните рис. 30 и 35). Экранные влияния отдельных пропластков вызывают незначительное увеличение эффективных сопротивлений в средней части пачки.

Мощность пласта на диаграммах ρэф может быть определена:

а) по разности глубин Hп и Hк точек кривой с граничными значениями ρэф,гр, полученными по зависимостям ρэф,гр =f (ρвм/ρр, ρп/ρр, D/d);

б) по палетке кривых зависимостей hф/dc =f (h/dc) (построение abc см. на рис. 36). При углах встречи пласта (β < π/2 по hф определяется «электрическая» hэ мощность, и

далее по формуле (69) рассчитывается истинное значение мощности.

Рис. 34. Кривые ρэф/ρр в одиночных пластах различного сопротивления.

а — в пластах различной мощности, ρп=100ρр, ρвм=10ρр, d = 0,43dc, Lэ = 15dc; шифр кривых — h/dc ; б — при различном отношении dз/dc (шифр кривых), Lэ =10dc; в — при различном сопротивлении пласта; Lэ = I0dc, dз = 0,3dc; шифр кривых — ρп/ρр

56

Рис. 35. Кривые ρэф/ρp, подученные трехэлектродным экранированным зондом в пачках пластов различного сопротивления.

ρпл = 10ρпр = 100ρр; h = 2dc. Шифр кривых — dз/dc (а); ρвм/ρр (б)

Рис. 36. Палетка для определения мощности пласта h по ее фиктивному hф значению.

1- hф/dc = f (h/dс) для трехэлектродного экранированного зонда dэ/dc > 0,5; 10 < ρп/ρр < 1000); 2- hф/L0= f (h/L0) -для семиэлектродного зонда; зависимости

hф/Lи = f(h/ Lи): 3 — для индукционного зонда 6Ф1, 4 — для зонда 4И1

СЕМИЭЛЕКТРОДНЫЙ ЭКРАНИРОВАННЫЙ ЗОНД

(ЗОНДЫ ТИПА LA3q4, LA2q1,5 и др. (Цифры в шифре зонда обозначают: первая — общая длина зонда — расстояние между заземлениями А1 и A2 (в м), вторая — параметр фокусировки зонда

57

Рис.37.Кривые зависимостей семиэлектродных и девятиэлектродных экранированных зондов в пластах высокого сопротивления различных мощностей.

1-L3q4; 2-LB1LA0,6q1; 3-L2q1,5

В пластах высокого сопротивления кривые ρэф,7 имеют следующие особенности. При симметричном распределении удельных сопротивлений относительно середины пласта кривые рэф,7 симметричны (рис. 37, кривые 1, 3). При ρ1 ≠ ρ3 кривые ρэф,7 асимметричны, причем более высокие значения ρэф,7 наблюдаются близ границы пласта с вмещающей средой (ρ1 или ρэф) более высокого удельного сопротивления.

Протяженность аномалии на кривых ρэф,7 в пластах высокого сопротивления меньше их мощностей. На рис. 36 (кривая 2) приведена зависимость hф/L0 от h/L0. Используя эту зависимость и зная hф и L0, можно определить искомую мощность пласта.

При hф/L0 > 4 с достаточной для практики точностью полагают

(74)

В тех случаях, когда угол β встречи кровли пласта со скважиной не равен π/2, то мощность пласта, вычисленная по формуле (73) и по кривой 2 (см. рис. 36), соответствует hэ.

ДЕВЯТИЭЛЕКТРОДНЫЙ (ГРАДИЕНТ) ЭКРАНИРОВАННЫЙ ЗОНД

(ЗОНДЫ ТИПА LB1LA0,6ql, LB3LA1,2q1(Цифры в шифре зонда обозначают: первая — расстояние между заземлениями B1 и В2 (в м), вторая — расстояние между заземлениями А1

58

и A2 (в м) и третья — параметр q фокусировки зонда.))

Кривые ρэф,9 девятиэлектродного экранированного зонда в пластах, отличающихся по удельному сопротивлению от вмещающих пород при симметричном распределении сопротивлений симметричны относительно середины пластов (см. рис. 37). В пластах мощности h, превышающей длину зонда, на кривых рэф,9 близ границ наблюдаются локальные аномалии рэф,9.

Характерная особенность девятиэлектродных зондов — меньшая глубина исследования по сравнению с семиэлектррдными зондами того же размера: Вследствие этого конфигурация кривых рэф,9 часто определяется характером измерения электрического удельного сопротивления зоны проникновения фильтрата глинистого раствора.

Еще меньшую глубину исследования имеет сферический экранированный зонд NMBN0A0N0BM (см. рис. 1), для которого измеряемое эффективное сопротивление с небольшими поправками соответствует ρпп (ρзп). Укажем также, что кривые ρэф семи- и девятиэлектродных зондов более подвержены искажающим влияниям локальных неоднородностей, создающих неравенство в распределении токов в цепях экранирующих заземлений, чем кривые ρэф,з трехэлектродного зонда.

Конфигурация кривых ρэф микроэкранированных зондов, а также правила определения положения границ пород, отличающихся по электрическому удельному сопротивлению от вмещающей среды, аналогичны экранированным зондам.

§ 13. КРИВЫЕ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ИНДУКЦИОННОГО МЕТОДА

ИИХ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

Впластах ограниченной мощности при симметричном распределении удельного сопротивления пород относительно середины пласта кривые эффективной (кажущейся)

электропроводности σэф симметричны. Зонды с дополнительной фокусировкой тока (например, типа 6Ф1) дают близ границ пласта незначительные локальные максимумы и минимумы (рис. 38).

59

Рис. 38. Кривые эффективной (кажущейся) электропроводности σэф, измеренной индукционными зондами 4И1 (A) и 6Ф1 (Б) в пластах высокого (а) и низкого (б) удельных электрических сопротивлений. Шифр кривых — мощность пласта, м. Пунктирной линией изображены графики изменения истинной электропроводности

Истинная мощность h пласта высокого сопротивления определяется по кривым зависимостей hф/Lи=f(h/Lи), приведенным на рис. 36. В пластах низкого сопротивления для зонда 6Ф1 при h/Lи > 0,8 можно принять h = hф.

Амплитуда аномалии ∆σэф = σэф,опт — σэф,вм при прочих , равных условиях зависит от угла β встречи пласта со скважиной. Чем больше неравенство σп≠σвм , тем при больших значениях β это влияние существенно. Предельный угол, ниже которого требуется внесение корректив в величину ∆σэф обычно варьирует в интервале от 50 до 75°.

60

Рис. 89. Зависимости σэф,в = f(σэф) [кривые 1 и 2] и σэф,в= f(βэф) [кривые 3,4]. 1,3 — зонд 4Т1; 2, 4 — зонд 6Ф1

Сигнал, регистрируемый в индукционном методе, пропорционален эффективной σэф (неоднородная среда) или истинной σп (однородная среда) электропроводностям при их значениях, меньших 0,2 См·м -1. При больших значениях σэф (σп) в связи со скин-эффектом указанная пропорциональность нарушается, и это приводит к нелинейности масштаба записи σэф. На рис. 39 приведены зависимости между величиной так называемой видимой эффективной электропроводностью σэф,в , регистрируемой в предположении линейного масштаба записи, и величинами σэф и ρэф для наиболее широко используемых зондов 4И1 и 6Ф1. Инструкцией института ВНИИГеофизика рекомендуется до пересчета σэф,в в σэф (ρэф) из величины σэф,в вычитать долю сигнала, обусловленного электропроводностью глинистого раствора:

(75)

61

Рис. 40. Палетка кривых зависимостей Вп,р =f(dc) для зондов 6Ф1 (а) и 4И1 (б). Шифр кривых — а/rc

где Вп,р — пространственный фактор скважины; а — расстояние между осями зонда и скважины.

При обычном положении индукционного зонда на стенке скважины а = rс — rз (rз — радиус зонда). На рис. 40 приведены зависимости Вп,р от dc при а/rc = соnst (шифр кривых) для зондов 4И1 и 6Ф1.

§ 14. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДИАГРАММ КАЖУЩЕГОСЯ И ЭФФЕКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ И ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ

Предварительный разрез исследуемой скважины расчленяют на горизонты различного сопротивления по правилам, изложенным выше. Так, например, на диаграммах ρк (рис. 41) выделяют следующие объекты: а1, а2, а3, а4 и а5 — пласты низких сопротивлений; b1,b2 и b3— мощные пласты высоких сопротивлений; b4 — пласт высокого сопротивления малой мощности; с — весьма проводящие пласты.

Пласты высокого сопротивления b1,b2 и b3 отмечаются на диаграммах ρк потенциал- и градиент-зондов и диаграмме ρэф экранированного зонда рельефными аномалиями высоких сопротивлений. Пласт b4 хорошо выделяется на кривой ρк градиент-зонда и особенно на кривой ρэф экранированного зонда. Пласты с — весьма низкого сопротивления, наиболее четко прослеживаютса на диаграмме индукционного зонда — оптимального зондом для выделения низкоомных объектов.

При определении литологии пород основываются на знании электрических удельных

62

сопротивлений геологических формаций, слагающих разрез исследуемой скважины. Если скважина пробурена в песчано-глинистых отложениях, то низкие сопротивления характерны для глин и песков, насыщенных высокоминеразованными водами. Высокие сопротивления наблюдаются в нефтеносных и газоносных песках, в песчаниках, в крепких породах — сцементированных песчаниках, известняках, доломитах.

Без диаграмм других геофизических методов расчленить более точно разрез по диаграммам ρк (ρэф) можно лишь в тех случаях, когда известно, что в разрезе скважины могут быть встречены только определенные породы высокого или низкого сопротивления (см. часть вторую). Очень низкие сопротивления характерны для сульфидов, сильно пиритизированных пород, антрацитов, полуантрацитов и графитизированных сланцев.

Рис. 41. Пример интерпретации диаграмм кажущегося ρк и эффективного ρэф сопротивлений и электропроводности σэф.

I — потенциал-зонд; II — обращенный градиент-зонд; III — экранированный зонд; IV — индукционный зонд; пласты: а — пониженного сопротивления, b — высокого сопротивления, с — низкого сопротивления

§ 15. ИСКАЖЕНИЯ ДИАГРАММ КАЖУЩЕГОСЯ И ЭФФЕКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

При интерпретации диаграмм кажущегося и эффективного сопротивления следует остерегаться погрешностей, которые могут возникнуть вследствие искажения диаграмм. Искажения бывают обусловлены следующими факторами: а) наличием каверн; б) влиянием башмака колонны труб; в) присутствием в скважине металлических предметов; г) наличием блуждающих токов, утечек, индуктивных помех и наводок, резонансных явлений; искажения возникают также при неточной регистрации диаграмм.

Каверны создают наиболее резкие аномалии на диаграммах ρк в породах высокого сопротивления. Признаки влияния каверн — практически одинаковые относительно измерения кажущегося сопротивления (при ρк→ ∞), зарегистрированного макрозондами разного размера при пересечении каверны, и отсутствие близ границ каверны характерных экранных аномалий.

Средний диаметр каверны

(76)

где ρк,кав и ρк — кажущиеся сопротивления в породах очень высокого сопротивления на участке каверны и там, где скважина имеет номинальный диаметр dc. Аномалии на

63

диаграммах ρк у башмака колонны возникают вследствие перераспределения тока в этом пространстве, вызванного значительной электропроводностью материала колонны. Особенности диаграмм ρк на участке пересечения зондом башмака колонны (рис. 42, А) и способы определения его местонахождения по кривым ρк различных зондов подробно описаны в [2]. Положение башмака колонны наиболее точно устанавливается по максимуму ρк на кривой обращенного градиент-зонда, смещенному на lг/2 книзу от башмака (рис. 42, г).

Металлические предметы, оставленные в скважине, чаще всего оборвавшиеся отрезки стальных труб, создают характерные аномалии на кривых ρк подобные аномалиям ρк близ башмака обсадной колонны (рис. 42, Б). Не останавливаясь на описании конфигурации кривых ρк [2], укажем, что длина lг трубы, оставленной в скважине, надежно определяется по диаграммам градиент и экранированного зондов.

Аномалии, созданные блуждающими переменными токами, наблюдаются на диаграммах ρк в скважинах, расположенных вблизи индустриальных центров. В зависимости от соотношений между частотами блудающих токов и тока, питающего зонд, и схемой коммутации в измерительной цепи могут появляться постоянная составляющая и гармоники переменного [2,21].

Рис. 42. Кривые ρк, полученные различными зондами против башмака колонны труб (А) и отрезка трубы, оставленного в скважине (Б).

а, б — последовательный и обращенный потенциал-зонды; в, г — последовательный и обращенный градиент-зонды; д — экранированный зонд

Искажения, созданные утечками тока в питающей и измерительной цепях, обусловленные индукцией и емкостью жил кабеля, зависят как от интенсивности и перечисленных процессов, так и от принципиальных схем измерения ρк и ρэф. Этот вопрос, а также вопрос возникновения погрешностей за счет резонансных явлений в измерительных

64