Геометрический фактор может быть представлен как часть общего сигнала, возникающего в объёме со специфичной геометрической ориентацией по отношению к измерительному зонду в бесконечной однородной среде.

ЕЕдинственными геофизическими приборами, к которым применимо это понятие, являются приборы индукционного каротаж, так как только у них измерения не зависят о тизменения rзп/rп. Для других приборов с целью сравнительной оценки используется понятие псевдогеометрического фактора.

Совокупность псевдогеометрических факторов для приборов БК-7 и Бк-3 показана на рис 3 . кажущееся сопротивление rк, измеряемое при БК в мощных пластах, может быть представлено формулой:

,

где J(ai) - псевдогеометрический фактор.

Следует подчеркнуть, что псевдогеометрический фактор для приборов электродного типа применим в основном для сопоставления результатов измерений, полученных приборами с различной глубинностью. Его использование менее обосновано, чем введение других поправок в показания БК.

2. Принципиальная схема аппаратуры бокового каротажа

Для питания токовых электродов зонда бокового каротажа так же, как и в случае обычных зондов, применяется переменный ток.

Необходимость автоматически регулировать соотношение сил токов питания основного и экранных электродов так, чтобы напряжение между измерительными электродами M1 и N1 (или основным и экранным электродами трёхэлектродного зонда) было равно нулю, значительно усложняет схему бокового каротажа. При обычно осуществляемой стабилизации тока питания I0 основного электрода такое регулирование сводится к питанию экранных электродов током, сила которого изменяется с соблюдением указанного условия.

В схеме с автокомпенсатором (рис 4) экранные электроды питаются с выхода его. Сила тока регулируется напряжением, возникающим между электродами M1 и N1 (или между основным и экранными электродами трёхэлектродного зонда). При появлении между электродами M1 и N1 напряжение сила тока на выходе автокомпенсатора изменяется так, чтобы это напряжение было скомпенсировано. Компенсация неполная; напряжение между электродами M1 и N1 отличается от нуля на небольшую величину, необходимую для поддержания тока требуемой силы через экранные электроды; однако благодаря большому коэффициенту усиления автокомпенсатора отклонения напряжения от нулевого не велико и не приводит к большой погрешности в результатах.

В аппаратуре реализована схема с делением один на другой сигналов, пропорциональных потенциалу электродов зонда и токов, проходящему через основной электрод (DUКС/I0). Для передачи сигналов по одножильному бронированному кабелю применена телеизмерительная система с частотным разделением каналов и частотной модуляцией сигналов.

Электроды зонда питаются переменным током частотой 400 Гц от стабилизированного генератора Г, находящегося на поверхности. Равенство потенциалов всех электродов достигается соединением основного электрода A0 с экранными через малый резистор r (сопротивление 0,01Ом). Пропорциональное току I0 напряжение на резисторе r усиливается усилителем У и поступает на модуляторы (частотные преобразователи) ЧМ1 и ЧМ2. Напряжение DUКС между электродами зонда и удалённым электродом N также преобразуется аналогичным частотным модулятором ЧМЗ. На выходе каждого модулятора получается напряжение переменного тока, частота которого в несколько раз больше частоты преобразуемого (модулирующего) напряжения и изменяется пропорционально его величине. Выходные сигналы модуляторов отличаются один от другого по частоте (приблизительно в 2 раза), благодаря чему образуются три измерительных канала, разделяемых по частотному признаку.

Для измерения I0 используются два канала вследствие большого диапазона изменения величин I0. Для перекрытия всего диапазона один из каналов имеет в 10 раз меньшую чувствительность, чем другой.

Сигналы частотных модуляторов (канальные сигналы) суммируются и усиливаются выходным усилителем ВУ, а с него по каротажному кабелю передаются на поверхность.

В наземной части аппаратуры суммарный сигнал, пришедший из скважинного прибора, разделяется канальным полосовыми фильтрами ПФ. Разделённые по каналам сигналы затем детектируются частотными детекторами ЧД1-ЧД3 (выделяется исходное модулирующее напряжение переменного тока частотой 400Гц) и выпрямляются фазочувствительными выпрямителями ФЧВ1-ФЧВ3. Выпрямленное напряжение из канала DUКС и одного из каналов I0 поступает на устройство ДУ, при помощи которого производится деление DUКС на I0. Подключение первого или второго каналов I0 у делящему устройству ДУ осуществляется автоматически в зависимости от величины напряжения в первом чувствительном канале. Если оно больше определённого уровня, то подключается второй грубый канал. Получаемое в результате деления напряжение подаётся на каротажный регистратор КР, записывающий кривую сопротивления.

Схема скважинного прибора питается постоянным и переменным током от блока питания БП, включённого в цепь тока электродов зонда.

Зонд аппаратуры АБК-Т имеет следующие размеры: длина основного электрода 0,17 м, общий размер 3,2 м, диаметр 0,07 м.     

3. Основы интерпретации

Электрическое поле зонда бокового каротажа показано на рис    . Токовые линии проходящие чрез точки O1 и O2, являются граничными; эти линии отделяют слой, в котором распространяются выходящие из основного электрода токовые линии, от остальной среды, где проходят токовые линии из экранных электродов A1 и A2.

Вблизи зонда толщина слоя, в котором распространяются  выходящие из основного электрода токовые линии, остаётся более менее постоянной; на некотором расстоянии от зонда толщина слоя постепенно увеличивается. Чем больше общая длина зонда, тем больше расстояние на котором сохраняется постоянство толщины слоя.

3.1 Семиэлектродный боковой каротаж.

Электрическое поле семиэлектродного бокового каротажа представляет собой сумму полей трёх электродов - одного основного и двух экранных. Для подсчёта кажущегося сопротивления для семиэлектродного зонда бокового каротажа в общем случае необходимо определить поле каждого токового электрода в отдельности; при этом сила тока через экранные и основной электроды должна удовлетворять условию, что составляющая напряжённости поля по оси скважины в области расположения измерительных электродов и в особенности условие, накладываемое на определение силы экранного тока, в случае пластов конечной мощности сильно усложняет решение задачи.

При заданном А0А1 с приближением измерительных электродов к электроду А0 слой выходящих из электрода А0 силовых линий сжимается, а угловой коэффициент граничных линий уменьшается и наоборот.

Кажущееся удельное сопротивление пласта неограниченной мощности при отсутствии проникновения раствора (рис 6) сильно зависит от параметра зонда q; Кажущееся удельное сопротивление пласта неограниченной мощности при отсутствии проникновения раствора сильно зависит от параметра зонда q; кажущееся удельное сопротивление, наиболее близкое к удельному, получается при q, близком к оптимальному, и не очень малых L и L0 кажущееся удельное сопротивлении мало (не больше чем в 1,5 раза) отличается от удельного сопротивления; принципиально это сохраняется и для очень больших rп/rр, для которых наблюдается почти прямая пропорциональность между кажущимся и удельным сопротивлениями.

Как правило, кажущееся удельное сопротивление rтр трёхслойной среды в случае понижающего проникновения меньше, а в случае повышающего проникновения больше, чем кажущееся удельное сопротивление rдв двухслойной среды при отсутствии проникновения.

Влияние понижающего (rп>rзп) проникновения в общем невелико и его можно существенно снизить выбором соответствующих расстояний между электродами (при D/dc <8). Значительно больше сказывается на результатах измерений при боковом каротаже повышающее (rп<rзп) проникновение. Даже при небольшом диаметре зоны проникновения кажущееся удельное сопротивление в этом случае существенно отличается от значения его при двухслойной среде и от истинного сопротивления; с увеличением глубины проникновения влияние его резко увеличивается.

Влияние зоны проникновения в общем случае тем меньше, чем больше относительный размер зонда L0/dc.

С увеличением q различие между кажущимся удельным сопротивлением в трёхслойной среде и кажущимся удельным сопротивлением в соответствующей двухслойной среде уменьшается.

Принцип эквивалентности в случае повышающего проникновения, установленный для обычных зондов, применим к зондам бокового каротажа.

При одинаковом удельном сопротивлении  подстилающих и покрывающих пород кривые КС против одиночных пластов высокого сопротивления симметричны относительно середины пласта.

При перемещении зонда от удалённой точки к середине пласта будем последовательно иметь:

а) плавный не очень глубокий минимум перед пластом (с минимальным значение сопротивления на расстоянии половины длины зонда от границы пласта);

б) некоторое повышение показаний пред пластом и в самом пласте у границы его;

в) кривой подъём кривой после входа электрода А0 в пласт; точка наибольшей крутизны кривой расположена на расстоянии половины длины зонда (А0О1) от границы пласта; при большом отношении удельных сопротивлений пласта и вмещающих пород эта точка несколько (обычно в пределах расстояния M1N1 или M2N2) смещается относительно указанного положения к границе пласта; при малом значении указанного отношения наблюдается обратная картина;

г) медленный подъём кривой до максимума против середины пласта; если пласт мощный, против средней части пласта образуется участок, на котором кривая идёт параллельно оси глубин.

При различном удельном сопротивлении вмещающих пород симметрия нарушается - максимум кривой смещается в сторону вмещающей породы с более высоким сопротивлением.

Можно рекомендовать следующий способ отбивки границ пласта:

а) отмечают на кривой сопротивления точки, где кривая имеет наибольшую кривизну; эти точки соответствуют кажущемуся удельному сопротивлению, приблизительно равному полусумме показаний против середины пласта и против вмещающих пород;

б) от определённой таким образом ниже точки откладывают вниз расстояние соответствующее полудлине зонда (A0O1) и отмечают подошву пласта;

в) от аналогичной верхней точки кривой сопротивлений откладывают такое же расстояние вверх и отмечают кровлю пласта.

При мощности пласта, значительно большей размера зонда (рис 8)(A1A2<0,4 H), влияние ограниченной мощности пласта не сказывается, максимальное значение сопротивления близко к значению кажущегося удельного сопротивления для пласта неограниченной мощности. В дальнейшем по мере увеличения длины зонда по сравнению  с мощностью пласта максимальное сопротивление против пласта:

а) занижено по сравнению с кажущимся удельным сопротивлением для пласта неограниченной мощности; наибольшее снижение наблюдается при зондах, размер которых близок к мощности пласта (L0»H);

б) начиная приблизительно с L0 > 1,6 H завышено относительно сопротивления против пласта неограниченной мощности; наибольшее завышение наблюдается при  L»H;

в) при L >> H опять наблюдается занижение максимального сопротивления по сравнению с сопротивлением пласта неограниченной мощности, тем больше чем больше L по сравнению с H.

Аналогичная картина наблюдается, если мощность пласта остаётся постоянной. А увеличивается длина зонда.

Влияние ограниченной мощности пласта (снижение rмакс при H»L0 и увеличение при H »L) в основном определяется отношением удельного бурового раствора rр; оно тем, больше чем меньше rвм/rр >10 максимальное сопротивление пласта максимальной мощности.

При различном удельном сопротивлении подстилающих rн и покрывающих rв пород влияние ограниченной мощности пласта определяется удельным сопротивлением менее проводящей породы (rв или rн).

3.2 Трёхэлектродный боковой каротаж.

Электрическое поле трёхэлектродного зонда представляет собой поле длинного цилиндрического (вытянутого элипсоида вращения) заземления. Расчёт его также сложен. В связи с этим кажущееся удельное сопротивление для обоих типов зондов бокового каротажа получаю обычно на сеточной модели.

Кажущееся удельное сопротивление для трёхэлектродного зонда определяется выражением для двухслойной среды

при наличие зоны проникновения

где 2a-диаметр центрального электрода; 2с-общий размер зонда; 2а1 = dс - диаметр скважины; 2a2 = D - диаметр зоны проникновения;

c2=a2+k2; c12=a1+k2; c22=a2+k2.

Указанные формулы получены заменой фактического цилиндрического зонда удлинённым сфероидом и в предположении, что поверхность скважины и внешняя граница зоны проникновения представлены эквипотенциальными поверхностями.

Сравнение трёхэлектродного и семиэлетродного зонда бокового каротажа дает следующее.

Для получения одинаковой вертикальной разрешающей способности расстояние O1O2 между серединами интервалов, отделяющих основной электрод трёхэлетродного зонда от дополнительных, должно быть равно расстоянию O1O2 между средними точками интервалов M1N1 и M2N2 семиэлектронного зонда.

При одинаковом радиусе исследования общая длина трёхэлетродного зонда должна быть равной 1,5 A1A2 семиэлектродного.

Преимущества семиэлектродного зонда бокового каротажа заключаются в возможности более лёгкого комплексирования его с исследованиями других видов и в меньшем влиянии скважины на результаты измерений.

Рассмотрим некоторые вопросы интерпретации данных семиэлектродного бокового каротажа.

3.3 Выбор зонда.

Для получения наиболее благоприятных результатов (rк ближе всего к rп) при двухслойной среде необходимо, чтобы коэффициент фокусировки зонда был около 1,5 размера зонда L0 - ,более 5dc. Для уменьшения влияние проникновения раствора коэффициент фокусировки зонда следует увеличить до 2,% -3, а размер зонда взять не менее 10dс. Чтобы иметь возможность отбивать пласты малой мощности, надо иметь зонд небольшого размера и, самое главное, небольшой длины. Последнее означает необходимость уменьшения размера зонда (A1A2) и увеличения q.

Исходя из изложенного выше, для бокового каротажа, предназначенного для определения удельного сопротивления пластов, можно рекомендовать зонд с A1A2 » 10d и q= 2,5, например, A1A2 =2,5 м и O1O2 = 0,714 м. Расстояние M1N1 может быть взято равным 0,15-0,2 м.

Зонд бокового каротажа общества Шлюмберже имеет O1O2 =32² (80см); A1A2 =80² (203см); модуль фокусировки O1O2/A1A2 = 2,5.

Для изучения зоны проникновения общество Шлюмберже применяет малый зонд бокового каротажа:

O1O2=12² (30 см), A1A2=56² (142см).

3.4 Определение удельного сопротивления.

При оценке удельного сопротивления по данным бокового каротажа можно исходить из следующего.

При пресных буровых растворах боковой каротаж сравнительно точно даёт значение сопротивления нефтеносных и газоносных пластов.

Для точного определения удельного сопротивления по результатам измерения зондом бокового каротажа необходимо пользоваться расчётными кривыми зависимостями rк от параметров среды. На рис 9. Дана палетка для трёхслойной среды для определения удельного сопротивления пласта по результатам измерений зондом бокового каротажа с A1A2 - 2,5 м и q=2,5 для rзп/rр= 20 и диаметра скважины 9 3/4².

При ограниченной мощности пласта необходимо вводить поправку на мощность пластов.

В общем случае удельное сопротивление пласта по данным одного зонда бокового каротажа определить затруднительно; следует провести измерения ещё одним или несколькими зондами.

При повышающем проникновении для уточнения удельного сопротивления пласта рекомендуется пользоваться показаниями грдиент-зонда AO = 4,25 м. При понижающем проникновении в комплекс зондов малого размера, с индукционным каротажем и др.

Рекомендуемая область применения бокового каротажа. Боковой каротаж следует применять в случае, если удельное сопротивление бурового раствора мало (менее 0,5 Ом м) или содержится большое число пластов малопористых пород (с удельным сопротивлением порядка нескольких сотен Ом м). К таким разрезам относятся разрезы, в которых преобладают карбонатные породы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате  выполнения данной работы был обобщён материал по методу бокового каротажа. Из этих данных можно заключить, что этот метод имеет широкое применения для решения задач исследования разреза скважины. Хотя существуют различные модификации метода, для решения конкретных задач, но общей особенностью всех модификация является применение фокусирующих электродов, что позволяет значительно  сузить толщину токовых линий и направить их непосредственно в изучаемый пласт. Так же с помощью некоторых модификаций можно наоборот уменьшить зону исследования зонда или придать токовым линиям определённую форму.

Боковой каротаж целесообразно применять при бурении на сильноминерализованных растворах, так как хорошо проводящий раствор оказывает значительно меньшее влияние на показания бокового каротажа, чем на результаты измерения установками других типов. При проникновении в пласт раствора большой минерализации велика вероятность понижающего проникновения, которое мало сказывается на кривых бокового каротажа. Также хорошие результаты получаются при применении бокового каротажа в разрезах, представленных малопористыми породами, для которых наблюдается большее отношение удельного сопротивления пород к удельному сопротивлению бурового раствора. В этом случае боковой каротаж обеспечивает хорошее расчленение разреза. Метод мало эффективен при изучении пластов с повышающим проникновением.

Большое применение получило комплексирование метода бокового каротажа, как с другими модификациями этого метода  так и с другими методами геофизического исследования скважин, такими как индукционный каротаж.

Список литературы

Комаров С.Г. Геофизические методы исследования скважин. Изд. второе. М., "Недра" 1973

Справочник Геофизика М., Гостоптехиздат, 1961.

Sclumberger.: "Log interpretation" Vol. I-Principles. 1972.

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.ed.vseved.ru/