Теоретические основы индукционного каротажа

1. Теоретические основы индукционного каротажа

1

2. ИК. Принципиальная схема измерений

2

3.

И
Н
Д
У
К
Ц
И
Я
Полученное напряжение
Принимающая катушка
Замыкающий контур
Передающая катушка
Переменный ток
3

4. ИК. Блок-схема зонда ИК без компенсацией (а) и с компенсацией (б) первичного поля

4

5. ИК. Схема, поясняющая решение прямой задачи ИК в низкочастотном приближении. Z-cоставляющая напряженности первичного магнитного

поля
H1 j
Mz
2
3 cos 1 .
3
4 Lг
Момент генераторной
катушки
M z nãS ã I ã
5

6. ИК. Схема, поясняющая решение прямой задачи ИК в низкочастотном приближении. Учитывая, что Перепишем

ИК. Схема, поясняющая
решение прямой задачи ИК в
низкочастотном приближении.
Учитывая, что
Lг z r
cos z
2
Перепишем
2
1
H1 j
/ r
2
j
2
1
z
2
1
1
2
Mz
2
3
cos
1 .
3
4 Lг
2
Mz
z
1
.
H1 j
3
1
3
2
2
2
2 2
r
z
1
4 r j z1 j
2
j
6

7. ИК. Схема, поясняющая решение прямой задачи ИК в низкочастотном приближении. Поток магнитной индукции через j-тый тор Решение

ИК. Схема, поясняющая решение
прямой задачи ИК в низкочастотном
приближении.
Поток магнитной индукции через j-тый тор
rj
rj
2
Mz
z1 rdr
rdr
Ф1 j
a 3
5
2
2 2
2
2
2
0
0
z
r
z
r
1
1
Решение интегралов и то, что
3
z r L
2
1
2
j
2
г
дает
Ô1 j a nãSã exp i t r / 2L
2
j
2
3
ã
7
.

8. ИК. Схема, поясняющая решение прямой задачи ИК в низкочастотном приближении. Комплексная ЭДС в j-том торе Ток в j-м торе I1j =

ИК. Схема, поясняющая решение прямой
задачи ИК в низкочастотном приближении.
Комплексная ЭДС в j-том торе
E1 j
dФ1 j
dt
i a nг S г Ir j2 exp i t / 2 L3г
Ток в j-м торе I1j = E1j / R1j , где R1 –
сопротивление тора.
Считается, что сечение тора S равно единице. Тогда
R1 j 2 r j / п .
Далее находим значение вихревого тока в в j-м торе
I1 j i a nг S г Ir j п exp( i t ) / 4 L
3
г
8

9. ИК. Схема, поясняющая решение прямой задачи ИК в низкочастотном приближении. Напряженность вторичного магнитного поля j-тым

тором
H 2 j M zj / 2 L ,
3
п
M =S I
Момент диполя
zj
j 1j , где
площадь, ограниченная j-м тором.
Sj= rj2 –
Подставляя
I1 j i a nг S г Ir j п exp( i t ) / 4 L
3
г
Получим
H 2 j i a nг S г Ie
i t 3
j
r п / 8 L L .
3 3
r п
9

10. ИК. Схема, поясняющая решение прямой задачи ИК в низкочастотном приближении. Поток магнитной индукции через приемную катушку

Ф2 j i n S г nп Sп Ie
2
a г
i t 3
j
r п / 8 L L .
3
г
3
п
Комплексная ЭДС в приемной катушке, созданная j-м
тором,
E2 j
dÔ 2 j
dt
f n S n S ï Ie
2
2
a ã ã ï
Умножив и разделив
Е2j
на
i t 3
j
r ï / 2L L .
Lи
большинства немагнитных пород
3 3
ã g
и учтя, что для
а = о, запишем
E 2 j K è G j ï ,
10

11. ИК. Схема, поясняющая решение прямой задачи ИК в низкочастотном приближении. Комплексная ЭДС в приемной катушке, созданная j-м

тором,
E 2 j K è G j ï ,
K и f nг S г nп S п I г / Lи
2
2
o
- коэффициент индукционного зонда;
G j L r / 2L L
3
и j
3 3
г п
- геометрический фактор j-го тора, характеризующий
его относительный вклад в ЭДС, создаваемую в
приемной катушке всеми торами, составляющими
исследуемое пространство.
11

12. ИК. Схема, поясняющая решение прямой задачи ИК в низкочастотном приближении. ЭДС, создаваемая в приемной катушке всеми торами,

составляющими исследуемое пространство
E п Ки G j drdz.
0
Известно, что
окончательно
G
drdz
1
,
j
0
п Е / Ки .
12

13. ИК. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ ФАКТОР В однородной среде при >20 Ом*м и f<20 кГц Из формулы следует, что при отсутствии скин-эффекта вклад

ИК. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ ФАКТОР
В однородной среде при >20 Ом*м и f<20 кГц
Из формулы
п Е / Ки .
E 2 j K è G j ï ,
следует, что при отсутствии скин-эффекта вклад любого элементарного тора в
регистрируемую приемной катушки ЭДС зависит только от проводимости участка
этого тора и его местоположения.
Полная ЭДС (15)
rpg h / 2
h/2
rc
E K и с Gic drdz зп G jзпdrdz п Gkп drdz 2 вм Glвмdrdz
0
r
h
/
2
r
h
/
2
r
h
/
2
c
зп
c
K и с Gc зпG зп п Gп вмGвм ,
13

14. ИК. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ ФАКТОР Полная ЭДС (15) где индексы iс, jзп, kп, lвм соответствуют геометрическим факторам произвольных

ИК. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ ФАКТОР
Полная ЭДС (15)
rpg h / 2
h/2
rc
E K и с Gic drdz зп G jзпdrdz п Gkп drdz 2 вм Glвмdrdz
0
r
h
/
2
r
h
/
2
r
h
/
2
c
зп
c
K и с Gc зпG зп п Gп вмGвм ,
где индексы iс, jзп, kп, lвм соответствуют геометрическим факторам произвольных
элементарных торов, составляющих ту или иную область, а индексы с, зп, п, вм —
результирующим геометрическим факторам этих областей.
По аналогии с предыдущим
к = Е / Ки,
(16)
к = f ( п, с, зп, вм, Lи, dс, h, D).
14

15. ИК. Типичные характеристики зонда: а – радиальная; б - вертикальная

15

16. ИК. Радиальные характеристики зондов: 1 – идеального; 2 – большого; 3 – малого; 4 – фокусированного.

16

17. ИК. Применение фокусирующих катушек.

Применение фокусирующих катушек и внесение
поправок за влияние скважины, зоны
проникновения и вмещающих пород позволяет во
многих случаях определить удельное
сопротивление пласта с необходимой точностью.
Если с<0,3 Ом-м или зона проникновения
понижающая и ее диаметр велик (D>3dc),
погрешности значительны.
Влияние вмещающих пород тем больше, чем выше
их проводимость, и особенно существенно при
h<1,5 Lи.
Неэффективен ИК также при п>50 Ом-м.
17

18. ИК. Увеличение уровня сигнала.

E2 j
dÔ 2 j
dt
f n S n S ï Ie
2
2
a ã ã ï
i t 3
j
r ï / 2L L .
3 3
ã g
Из формулы следует, что уровень сигнала в
приемной катушке можно поднять за счет
увеличения частоты. Применив частоту порядка
1 МГц, поднимают верхний предел измеряемых
удельных сопротивлений до 200 Ом•м.
При этом за счет скин-эффекта смещается в
сторону больших удельных сопротивлений нижняя
граница рабочего интервала.
18

19.

Скважинный прибор ВИКИЗ
Технические характеристики
Г5
Диапазон измерения
ПС
Максимальное давление
Максимальная температура
Габаритные размеры:
длина
диаметр
Масса
Г4
Г3
Г2
Г1
Г1…Г5 - генераторные катушки
И1…И6 - Измерительные катушки
И1
И2
И3
И4
И5
И6
1,6-200 Омм
-5…+5 В
50 МПа
1000 С
4,0 м
0,073 м
50 кг
Геометрические характеристики зондов
Схема зонда
И6 0.40 И5 1.60 Г5
И5 0,28 И4 1,13 Г4
И4 0.20 И3 0.80 Г3
И3 0,14 И2 0,57 Г2
И2 0.10 И1 0.40 Г1
длина(м) база(м)
2,00
0,40
1,41
0,28
1,00
0,20
0,71
0,14
0,50
0,10
19
19

20.

ГИС в процессе бурения
/Диаграмма ИК/
Прибор индукционного
каротажа АИК - 5
Электронная
схема
Индукционный каротаж основан на измерении в стволе
скважины напряженности переменного магнитного поля,
создаваемого вихревыми токами, генерируемыми в горной
породе. Результатом регистрации индукционного каротажа
является величина удельной электропро-водности горных
пород. Информативный метод для экспресс-анализа
наличия углеводородов в пластах-коллекторах, особенно
в терригенном (песчано-глинистом) разрезе.
решаемые задачи:
• определение сопротивления в незатронутой
проникновением фильтрата бурового раствора части
пласта
• определение радиального градиента сопротивления
горных пород
• экспресс-анализ наличия углеводородов в пластах
СТ, ПС, ИДУКЦИОННЫЙ, БК
коллекторах.
Основные технические характеристики
Измерительный зонд
Индукционный каротаж
Зонд
Диаметр прибора
Диаметр скважины
Давление
Температура
Длина
Масса
Диапазон измерений
активный
реактивный
7И1,6
90 мм
120-360 мм
150 МП
150 °С
3500 мм
43 кг
6-1000 мСм/м
60 - 2000 мСм/м
20
Пре

21. ИК. ДИАГРАММЫ

Расчленение разреза по
диаграмме ИК (по
М.Г.Латышевой):
1,2,3 – пласты
соответственно высокого,
среднего и низкого
удельного сопротивлений.
21

22. Зонды комплексного электрического каротажа

ГИС в процессе бурения
ГИС в процессе буре ния разв едочных и эксплуатационных скважин выполняют комплексные партии.
В открытом стволе:
• Стандартный каротаж, ПС, резистивиметрия (К1А-723)
• Боковое каротажное зондирование (К1А-723)
• Боковой каротаж (К1А-723)
• Индукционный каротаж (К1А-723, АИК-5М, ИК-КАС)
• Высокочастотное индукционное каротажное
изопараметрическое зондирование (ВИКИЗ)
• Микрозондирование, микрокавернометрия
(МКГ)
• Кавернометрия, профилеметрия (СКПД-3, СКПД-Ц)
• Радиоактивный каротаж естественной и наведенной
активности (РКС-3, РК5-76)
• Плотностной гамма-гамма каротаж (СГП-2 АГАТ)
• Волновой широкополосный акустический каротаж
(АКВ-1, АКШ-42)
• Инклинометрия (ИОН, ИОН-ГК)
• Термометрия
В обсаженном стволе:
• Акустический контроль определения качества
цементирования (АКВ-1, АКШ-42)
• Плотностная цементометрия (ЦМ-8-12, СГДТ-НВ)
• Радиоактивный каротаж (РКС-3, РК-5-76, СРК-М)
• Инклинометрия (ИОН, ИОН-ГК)
• Термометрия
Электрический каротаж
Стандартный каротаж
Выполняется тр емя ста ндартным и зондам и (А2.0М0.5 N,
N0.5M2.0A, N6.0M0.5A) в комплексе с кривой ПС.
Регистра ция вып олняется во всех скважинах с целью
сопоставлен ия р азрезов скваж ин, стратиг рафи ческого
расчлене ния
по род,
пересече нных
скважи нно й,
выделения проницаемых интервалов.
Боковое каротажное зондирование (БКЗ)
Представляет собой изм ере ние в скваж ине кажущ егося
сопроти вления го рных по род пятью градиент-зондами
разной длины (A0.4M0.1N, A1.0M0.1 N, A2.0M0.5N,
A4.0M0.5N, A8.0M1.0N). БКЗ проводят в комплексе с
измере нием
диаметр а
скважины,
сопроти вления
бурового раствора (резистивиметрия) и записью ПС.
решаемые задачи:
определение границ пластов
выделение коллекторов
определение пористости пластов
определение нефтегазонасыщенности
Боковой каротаж
Отличается от каротаж а обычн ыми тр ехэлектродными
зондами, при мен ени ем двух симм етрич но р асположенных экрани рующих электродов с регулируемой
силой тока в них. Пр име нен ие этой сх емы ум еньша ет
влияние в мещающих по род и пр омыв очн ой жидкости на
результаты измере ния. Получае мые зна чен ия КС
близки к удельному электрическому соп ротивле нию
горных пород.
решаемые задачи:
расчленение разреза, в том числе определение границ
маломощных пластов
определение УЭС пластов в скважинах с минерализованным буровым раствором
определение УЭС в высокоомных разрезах
16
ПС (собственный потенциал)
Решаемые задачи:
расчленение разреза, выделение коллекторов
определение коллекторских свойств пластов
определение степени глинизации коллекторов
определение коэффициента пористости
Резистивиметрия бурового раствора:
данные
по
со противле нию
буров ого
раств ора
используются при обработке БКЗ.
Прибор комплексного электрического
каротажа К1А-723-М
Резистивиметр
Предназн ачен
для
проведения
геофизич еских
исследован ий
в
нефтяных и газовых скважин. При бор
обесп ечив ает возможн ость за один
проход по интерв алу исследований
выполнить измер ени я комплексом
зондов БКЗ, зондом КС, зондом
трехэлектродного БК, зондом ИК,
резистивиметром, ПС.
Прим еняется
для
исследования
необс ажен ных скважи н, заполне нных
промы вочн ой жидкостью на водной
Электрод
основе.
ПС
Отличается малым диаметром, что
позволяет его исп ользовать при
проведе нии
исследов ани й
через
буров ой
инструм ент,
обладает
высокой
п роизводительн остью
и
надежностью, удобен в эксплуатации.
Основные технические характеристики
Измеряемый
параметр
Зонд БКЗ
Единица
измерения
Ом.м
Диапазон
0,2 – 5000
Зонд КС
Зонд БК
Зонд ИК
ПС
Резистивиметр
Ом.м
Ом.м
МСм/м
В
0,2 – 1000
0,2 – 1000
10 – 2500
-0.5 - +0,5
Ом.м
0,05 - 5
Общие технические данные
Длина (с зондом)
Максимальный диаметр
Масса
Макс. рабочая температура
Макс. рабочее давление
Скорость каротажа
Россия 634061 г.Томск пр-т Фрунзе 77
тел: (3822) - 26-23-83 / факс: 52-05-83 / E-mail: [email protected]
20470 мм
73 мм
80 кг
120°С
80 МПа
2000 м/ч
22

23. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ БК И ИК

23

24. ДИАГРАММЫ ИМ

ГИС в процессе бурения
СТ, ПС, ИДУКЦИОННЫЙ, БК
24