Использование
метода ВИКИЗ позволяет решать следующие задачи ГИС:
— расчленение
разреза, в том числе тонкослоистого, с высоким пространственным разрешением;
— оценка
положения водонефтяных и газоводяных контактов;
— определение
удельного электрического сопротивления неизмененной части пласта, зоны
проникновения фильтрата бурового раствора с оценкой глубины вытеснения
пластовых флюидов;
— выделение
и оценка параметров радиальных неоднородностей в области проникновения, в том
числе скоплений соленой пластовой воды («окаймляющие зоны»), как прямого
качественного признака присутствия подвижных углеводородов в коллекторах.
В отличие от
трехкатушечных зондов индукционного каротажа, в которых измеряются абсолютные
значения сигналов на фоне скомпенсированного прямого поля, метод ВИКИЗ,
базирующийся на измерении относительных фазовых характеристик, мо¬жет использоваться
для исследования в скважинах, заполненных сильнопроводящим (УЭС менее 0,5 Ом-м)
буровым раствором.
Результаты
интерпретации диаграмм ВИКИЗ в комплексе с данными других ме¬тодов ГИС и
петрофизической информацией позволяют определять коэффициент неф-тегазонасыщения,
литологию терригенного разреза, оценивать неоднородность коллек-торских свойств
на интервалах пористо-проницаемых пластов, выделять интервалы уплотненных
песчаников с карбонатным или силикатным цементом и др.
3.2.
Основы теории. Сигналы ВИКИЗ в неородных средах
О
фокусирующих системах электромагнитного каротажа
Основная цель
электромагнитного (в том числе индукционного) каротажа заключается в возможно
более точной оценке удельных электрических сопротивлений пластов. Для
достижения этой цели применяются многокатушечные зонды. Параметры зондов
выбираются таким образом, чтобы измеряемый сигнал в основном определялся УЭС
неизмененной части пласта, а влияние скважины и зоны проникновения было
относительно небольшим. Такого рода зонды в каротаже принято называть фокусирующими.
В индукционном
каротаже (частоты до 250 кГц) для проектирования зондов используются принципы
частотной и геометрической фокусировки, базирующиеся на теории обобщенного
геометрического фактора. При геометрической фокусировке моменты катушек и
расстояния между ними подбираются таким образом, чтобы существенно уменьшить
вклады (геометрические факторы) скважины и измененной проникновением
прискважинной области. Другим, менее распространенным способом фокусировки
является измерение двухчастотной разности реальных частей э.д.с. или мнимой
составляющей э.д.с. Улучшение радиальных характеристик фокусирующих зондов
приводит к увеличению влияния на сигнал вмещающих пород. Особенно это
становится заметным, когда мощность пласта сравнима с длиной зонда. Другой
особенностью фокусирующих систем является значительное уменьшение уровня
измеряемого сигнала. Таким образом, при их проектировании требуется найти
компромисс между двумя альтернативными условиями: для улучшения радиальных
характеристик необходимо понижать частоту или увеличивать длину зонда, а для
улучшения вертикальных характеристик и увеличения измеряемого сигнала
необходимо повышать частоту и укорачивать зонд. Все широко используемые зонды
индукционного каротажа (6Ф1, 6Ф1М, 8И1.4) спроектированы с учетом этих
противоречивых требований.
Принципиально
иным является принцип фокусировки переменного электромагнитного поля в области
высоких частот. Было установлено, что относительная разность амплитуд или фаз,
измеренных в двух близко расположенных катушках, очень слабо зависит от
параметров скважины даже на очень высоких частотах (до 15 МГц). Таким образом,
измерение разности фаз позволяет выполнить сразу два требования: исключить
влияние скважины, не утратив при этом хорошего вертикального разрешения. Применение
высоких частот приводит к высоким уровням сигналов даже в относительно плохо проводящей (до 120 Ом-м) среде, что расширяет диапазон
определяемых удельных электрических
сопротивлений.
Разность
фаз и ее связь с удельным электрическим сопротивлением однородной изотропной
среды. Кажущиеся сопротивления
В высокочастотных
методах при измерении относительных характеристик используются трехкатушечные
зонды. Такой зонд состоит из одной генераторной (Г) и двух измерительных (Ир
И2) катушек. Все катушки соосны. Измерительные элементы
располагаются по одну сторону от генератора. Генераторная катушка питается
переменным гармоническим током
J=J0e-iwt.
Здесь w— круговая частота, J0— амплитуда, i = √-1 — мнимая единица.
Момент генераторной катушки Mt определяется током, площадью витка S и
количеством витков nt:
Mt = JntS.
Моменты
измерительных катушек Мr определяются площадью витка и числом витков п:
Mr = nrS.
Расстояние между
центрами генераторной и дальней измерительной И1 катушек
называется длиной зонда L1. Относительное
расстояние между центрами измерительных катушек )L\L1 называют базой зонда.
Переменный ток в
генераторной катушке возбуждает в однородной проводящей среде переменное
электромагнитное поле. Если расстояния между генераторной и измерительными
катушками существенно превышает их размер (L » √/S ), все катушки можно заменить
магнитными диполями. В этом случае магнитное поле в центрах измерительных
катушек описывается выражением:
Здесь k — волновое число, которое связано с
параметрами среды следующим соотношением:
В j-й измерительной катушке наводится
э.д.с.
Фаза магнитного
поля или э.д.с. в измерительной катушке описывается выражением
Эта
зависимость является базовой для проектирования изопараметрических зондов. Из
представленного выражения видно, что разность фаз в однородной среде будет
одинакова и зависит только от УЭС среды, если выполняются два условия:
Трехкатушечные
зонды, для которых выполняются эти условия, называются изопараметрическими.
В аппаратуре
ВИКИЗ выбраны следующие значения изопараметров:
Где f— частота в Гц. В однородной среде
показания всех зондов ВИКИЗ соответствуют одному значению кажущегося
сопротивления, равному УЭС среды (рк=р). Для этих значений изопараметров на
рис. 3.1 приведена зависимость
измеряемойразности фаз )φ от
УЭС однородной среды. Как видно из рисунка, существует
однозначная связь между величинами )φ и ρ, которая применяется для введения
кажущегося сопротивления ρк. Отметим, что в однородной среде показания
всех зондов ВИКИЗ соответствуют одному значению кажущегося
сопротивления, равному УЭС среды (ρк= ρ).
Поскольку реальные измерения содержат погрешности,
проанализируем влияние ошибок измерения сигналов на кажущееся сопротивление.
Как известно, относительная ошибка определения кажущегося сопротивления δρк
связана с относительной ошибкой измерения δ)φ
следующим приближенным соотношением:
Величина kρ называется коэффициентом усиления относительной ошибки измерения, ηρ — чувствительностью
измеренного сигнала )φ к сопротивлению среды р.
Рис. 3.1. Зависимость
разности фаз от удельного электрического сопротивления однородной среды
Глинистый
низкоомный пласт, вскрытый скважиной. Зона проникновения либо мала, либо
совсем отсутствует. При расчете кривых учтено, что глины характеризуются
высокой диэлектрической проницаемостью, которая может влиять на показания двух
коротких зондов. КС для всех зондов, кроме самого короткого, совпадают с
истинным сопротивлением пласта. На показания самого короткого зонда влияние
оказывает скважина. Хорошо проводящий раствор приводит к завышению КС по
отношению к истинному(рис.3.2.).
Уплотненный
малопроницаемый высокоомный пласт. Зона проникновения мала либо
отсутствует. Влияние скважины проявляется практически на всех зондах.
Причем проводящая
скважина занижает (до 25%) КС по сравнению с истинным(рис.3.3.).
Водонасыщенный
коллектор с повышающим проникновением. Кажущее сопротивление двух коротких
зондов определяется УЭС зоны проникновения.
УЭС раствора
практически не влияет на показания четырех длинных зондов.
Сильно проводящий
раствор снижает КС для самого короткого зонда примерно на 7%. Показания двух
длинных зондов близки к истинному сопротивлению пласта(рис.3.4).
Нефтенасыщенный
коллектор с повышающем сопротивлением. Кривые зондирования отражают
истинное распределение УЭС. КС двух коротких зондов рисуют УЭС зоны
проникновения. Влияние хорошо проводящего раствора (до 0,02 Омм) проявляется в
снижении КС двух коротких зондов на 12%. Показания двух длинных зондов близки
между собой и УЭС незатронутой части пласта. В этой ситуации также, как и в предыдущем
случае возможно проведение достоверной оценки качества насыщения(рис.3.5.).
Газовый
коллектор с понижающим проникновением. Кривые отражают повышение
сопротивления от скважины к неизменной части пласта.
Показания двух
коротких зондов близки УС ЗП, в то время как УС двух длинных зондов практически
полностью определяют УС пласта(рис.3.6.).
Нефтенасыщенный
коллектор с повышающим проникновением и окаймляющей зоной (рис. 3.7). При наличии
окаймляющей зоны возможна смена типа кривой зондирования: от монотонной к
инвертированной (с экстремумом). При этом кажущиеся сопротивления на коротких
зондах существенно ниже, чем УЭС зоны проникновения, но значительно превосходят
УЭС окаймляющей зоны. Кажущееся сопротивление для длинного зонда совпадает с
УЭС пласта.
На рис. 3.8
показаны изменения кривых зондирований при разных положениях окаймляющей зоны.
По мере удаления окаймляющей зоны от скважины минимум кривой зондирований
смещается в область все более длинных зондов. В то же время происходит
постепенное увеличение кажущихся сопротивлений для коротких зондов, которые все
более приближаются к УЭС зоны проникновения. Окаймляющая зона диагностируется
минимумом на кривой зондирования. Отметим, что этот признак наблюдается только
при больших контрастах УЭС зоны проникновения и УЭС окаймляющей зоны. То есть
окаймляющую зону можно выделить на кривых зондирования, если УЭС фильтрата
бурового раствора и пластовой воды сильно различаются. На рис. 3.9 приведены
кривые зондирования при сравнительно небольшом контрасте ρзп
и ρоз. В этом случае кривые становятся монотонно
убывающими и на них отсутствует минимум, обусловленный окаймляющей зоной.
Типичные диаграммы.
Одной из основных
задач ВИКИЗ – это расчленение разреза.
Уплотненный
молопроницаемый пласт в глинистых отложениях. Н=0,8 и 2,4м.
В маломощном
(0,8м) пласте УС занижены, т.к. УСк для одного из зондов не выходит за УС
пласта. В центральной части мощного пласта показания короткого зонда выходят на
постоянное значение, примерно на 20% больше УС пласта. Есть отличие для этих
пластов при переходе через кровлю пласта. Они связаны с тем, что малом пласте
есть точки профилирования, в которых генераторные и приемные катушки
располагаются в перекрывающих и подстилающих породах. Диаграммы асимметричны
относительно центра пласта, по причине несимметричности трехкатушечных зондов.
Асимметрия увеличивается для более длинных зондов. Отметим, что если в
маломощном пласте макс показания расположены практически на одной глубине, то в
мощном расходятся примерно на 0,5 м. УСк на длинном зонде существенно занижено
из_ за влияния хорошо проводящих вмещающих отложений (глин) (рис.3.10.).
Уплотненный
малопроницаемый пласт, перекрытый глиной и подстилающим водонасыщенным
коллектором. Здесь ВМ отложения отличаются по УС. Диаграммы аналогичны предыдущим,
разница лишь в том, что под пластом их УСк выходят на сопротивления
водонасыщенного коллектора. Уменьшение влияния ВМ пород по сравнению с
предыдущими кривыми приводит к увеличению УСк для коротких зондов(рис.3.11.).
Рис. 3.10. Диаграммы для модели
глина — уплотненный пласт — глина. Длина зонда, м: 0,5 — красный, 0,7 — зеленый,
1,0 — коричневый, 1,4 — синий, 2,0 — черный.
Водонасышенный
коллектор в глинистых отложениях. Диаграммы несимметричны относительно середины
пласта. УСк для длинного зонда даже в маломощном пласте близко к его истинному
сопротивлению. Наиболее близкие к УСп значения УСк наблюдаются в интервале над
подошвой пласта. Это объясняется, что при таких положениях внутри зонда
оказывается большая или весь исследуемый пласт. Положение кровли пластов
хорошо оценивается точкой пересечения диаграмм всех зондов(рис.3.12).
Водонасыщенный
коллектор, перекрытый глиной и подстилаемый уплотненными малопроницаемыми
породами. Даже
для маломощного пласта УСк для двух длинных зондов близки к УС
пласта(рис.3.13.).
Кровля пласта
отмечается пересечением кривых. Влияние хорошо проводящей верхней части верхней
части распространяется в изолирующей среде примерно на длину зонда. Показания
короткого зонда в пласте близки к УС зоны проникновения.
Рис.
3.11. Диаграммы для модели нефтенасыщенный пласт -уплотненный пласт —
водонасы-щенный пласт. Усл.
обозн. см. рис. 3.10.
Рис. 3.12. Диаграммы для модели глина —
Водонасыщенный пласт — глина.
Усл. обозн. см.
рис. 3.10.
Нефтенасыщенный
коллектор в глинистых отложениях. Диаграммы несимметричны относительно
середины пласта. Интервал совпадений УСк и УС смещен к его подошве. В тонком
слое показания УСк отличается от УСп примерно на 25%. Кровля пластов
отмечается пересечением кривых. При переходе под подошву заметное влияние
коллектора на сигнал наблюдается на интервале примерно равном длине зонда.
Значительное влияние коллектора на показания зонда в покрышке проявляется на
интервале, примерно равном базе зонда. Показания короткого зонда близки к УС зоны
проникновения(рис.3.14).
Водоплавающей
нефтенасыщенный коллектор, перекрытый глиной.
Диаграммы сильно
асимметричны относительно середины пласта, длинных зондов в целом правильно
отражают истинное распределение УС по разрезу. Диаграммы коротких зондов
отражают распределение УС в прискважинной зоне. Интервал совпадений УСк и УСп
примыкает к подошве. В маломощном пласте УСк для самого длинного зонда не
более, чем на 25% отличается от значений УСп. Кровля отмечается совпадением
кривых(рис.3.15).
Газонасыщенный
коллектор, перекрытый глиной и подстилаемый нефтенасыщенным коллектором. Диаграммы с маломощным
газовым пластом не выходят на значения, близкие к его сопротивлению. УСк для
короткого зонда отличается от УСп примерно на 20%. Наиболее сложной является
кривая профилирования длинного зонда в маломощном пласте, имеющая два
экстремума на интервале коллектора(рис.3.16.).
Рис.
3.13. Диаграммы для модели глина — водонасыщенный пласт — уплотненный
пласт. Усл. обозн. см.
рис. 3.10.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21
|