Индукционный каротаж

1) Дать понятие метода

Метод ИК – это измерение кажущейся удельной электропроводимости горных пород, основанное на возбуждении тока в горной породе и измерении её вторичного сигнала.

2) Решаемые задачи

Задачи:

Выявление уровней флюидов;
Выявление коллекторов;
Определение кажущейся проводимости;
Исследование тонкослоистых разрезов
Выявление нефтенасыщенных зон
Выявление границ ВНК (водонефтяной контакт)
Корреляция разрезов скважин

3) Как работает метод

Индукционный каротаж (ИК) - один из наиболее важных методов электрического каротажа. Метод ИК основан на возбуждении тока в горных породах при помощи индукционной катушки с последующим измерением вторичного сигнала приёмной катушкой. Индукционная катушка создаёт первичное электромагнитное поле, индуцируемое в породу. В результате этого в породе возникают вихревые токи, создающие в свою очередь вторичное электромагнитное поле. Возникающее в данном процессе вторичное поле зависит от проводимости породы и фиксируется приёмной катушкой. Для устранения влияния магнитного поля индукционной катушки на приёмную применяют дополнительные катушки, с противоположной направленностью магнитного поля. Далее полезный сигнал индукционной катушки поступает на усилитель, располагающийся в скважине, а затем регистрируется на поверхности.

Индукционный каротаж отличается от каротажа c обычными зондами и бокового тем, что применим не только в скважинах, заполненных промывочной жидкостью (проводящий ток), но и в скважинах с непроводящей жидкостью (нефтью или промывочной жидкостью, приготовленной на нефтяной основе), воздухом или газом, так как не требуется непосредственного контакта измерительной установки с промывочной жидкостью.

Кривая кажущейся удельной проводимости, регистрируемая в ИК, практически линейно отражает изменение проводимости среды. Она соответствует перевернутой кривой кажущихся сопротивлений в практически гиперболическом масштабе сопротивлений. Кривые ИК симметричны относительно середин пластов. Границы пластов проходят по серединам спуска – подъёма кривой ИК. Характерными показаниями кривой являются экстремальные значения. Максимальные значения принимают глины, минимальные – известняки и другие плотные породы, а коллекторы характеризуются промежуточными значениями.

Форма кривой и определение границ пластов при ИК зависят от характера токовых линий, образующих вокруг оси скважины замкнутые окружности, располагающиеся в плоскости, перпендикулярной к оси прибора. В пластах со слабым наклоном относительно оси скважины токовые линии проходят в одной среде, пересекая границ пластов различного сопротивления. Характерными (существенными) значениями кривой индукционного каротажа, записанной против пласта конечной мощности, являются показания против середины пласта. Влияние скважины на показания ИК в общем случае зависит от диаметра скважины (d_с), удельного сопротивления скважины (p_с) и отношениям pп/pс. В случае высокоминерализованной промывочной жидкости (p_с <1 Омм) и достаточно высокого удельного сопротивления пород (p_п/p_с>20) влияние скважины становится заметным и учитывается при интерпретации диаграмм ИК с помощью специальных палеток.

Так как среда, окружающая прибор, неоднородна (прослои пород разного сопротивления, промывочная жидкость с сопротивлением, отличающимся от сопротивления окружающей среды, наличие зоны проникновения), то замеренная величина электропроводности характеризует кажущуюся проводимость σ_к, аналогично кажущемуся удельному сопротивлению p_к. В результате измерений величину сигнала Е_с определяют следующим образом: σк=1/ pк=Ес/Кс. Величина коэффициента Кс выбирается с таким расчетом, чтобы в однородной среде σк соответствовала σп. Влияние скважины и зоны проникновения увеличивается во всех случаях с повышением сопротивления пород, слагающих разрез. Это обусловлено характером распределения силовых линий тока при индукционном каротаже.

Индукционный каротаж (ИК) имеет несколько разновидностей, которые отличаются частотой работы, методикой измерения и задачами. Основные виды индукционного каротажа можно выделить так:

1) Классический индукционный каротаж — основан на измерении удельной проводимости горных пород с помощью переменного магнитного поля в частотном диапазоне от десятков до сотен килогерц (обычно 10-250 кГц). Используются генераторные и приемные катушки, расположенные в зондe (чаще двухкатушечный зонд).

2) Высокочастотный индукционный каротаж — применяется на частотах от сотен килогерц до нескольких мегагерц (до 2 МГц и выше). Результаты такого каротажа зависят не только от электропроводности пород, но и от их диэлектрической проницаемости, что расширяет область применимости метода. Сюда относятся методы:

ВМП (волновой метод проводимости) с частотой 1-5 МГц,
ВДК (волновой диэлектрический каротаж) с частотой до 60 МГц,
ВЭМКЗ (высокочастотное электромагнитное каротажное зондирование),
ВИКИЗ (высокочастотное индукционное каротажное изопараметрическое зондирование), в котором используется переменный ток вместо постоянного.

3) Многозондовые и однозондовые приборы — по конструкции зондов существуют разновидности с разным количеством катушек. Многозондовые приборы позволяют определять глубину проникновения измеряемого поля и геоэлектрические характеристики по разрезу скважины, в однозондовых задачах часто применяют комплексирование с другими видами каротажа.

4) В рамках электрометрических методов индукционный каротаж рассматривается как разновидность электромагнитного каротажа с искусственным переменным электромагнитным полем, что отличается от каротажа с естественным полем (например, метод самопроизвольной поляризации).

Индукционный каротаж (ИК) работает на частотах в диапазоне примерно от 10 кГц до 250 кГц, причем типичные значения частоты генераторной катушки колеблются в пределах 20-100 кГц.

Удельная электрическая проводимость выражается в Сименсах на метр (См/м). Сименс – проводимость проводника, имеющего сопротивление 1 Ом.

Благоприятные результаты получают при исследовании индукционным каротажем разрезов низкого и среднего сопротивлений и наличии повышающего проникновения фильтрата промывочной жидкости в пласт. По диаграммам индукционного каротажа можно более точно определить удельное сопротивление низкоомных водоносных коллекторов и положение водонефтяного контакта. Индукционный каротаж целесообразно применять в скважинах, заполненных промывочной жидкостью с не очень низким значением удельного сопротивления (0,3 Ом∙м < ρс) и с ρк пластов не более 100 Ом∙м. Метод ИК к изменению КС в пластах свыше 100 Ом∙м менее чувствителен. Индукционный каротаж в комплексе с другими фокусированными методами с различной глубинностью исследований успешно решает задачи изучения разрезов по методу сопротивлений.

Индукционный метод позволяет получить хорошо расчлененные кривые электропроводности с симметричными и весьма четкими аномалиями. Небольшое влияние мощности, а также глубинность исследований дают возможность определить истинное удельное сопротивление пластов.

Основные преимущества ИК — это относительно большая глубинность исследований при незначительном влиянии вмещающих пород, отсутствие гальванического контакта установки со средой, вследствие чего становится возможным исследование пустых и заполненных непроводящей промывочной жидкостью скважин, измерение КС с большой точностью в породах с малым значением удельных сопротивлений (менее 10 Ом∙м). Так же индукционный каротаж можно проводить в случае, если скважина обсажена стеклопластиковыми трубами.

4) Схема измерения

В рамках электрометрических методов индукционный каротаж рассматривается как разновидность электромагнитного каротажа с искусственным переменным электромагнитным полем, что отличается от каротажа с естественным полем (например, метод самопроизвольной поляризации).

Рис. 1 и 2. Зонд ИК. Линии вихревых токов (1);
силовые линии первичного (2) и вторичного (3) магнитного поля

Рис.3. Схематические кривые БК, ИК, КВ против пород разной литологии

5) Оборудование

Скважинный прибор (СП) включает в себя первичный преобразователь и некоторые вспомогательные устройства в зависимости от типа и назначения исследований. Скважинный прибор, который состоит из двух катушек, обладающих большой индуктивностью, высокочастотного генератора и усилителя.

Цифровой скважинный прибор индукционного каротажа ИК-42К

Фокусированный индукционный зонд HI-453F

Примененный фокусированный комплект катушек позволяет проводить измерения с глубоким проникновением в стенки скважины и, одновременно, с отличной вертикальной разрешающей способностью, необходимой для детектирования маломощных слоев горных пород.

Рис.4. Цифровые скважинные приборы КАСКАН

6) Строение зонда

Установка индукционного каротажа (зонд) в принципе представляет собой две индукционные катушки — генераторную и измерительную, расположенные по оси скважины на некотором расстоянии друг от друга (рисунок ниже). Величина I называется длиной зонда. Точка О по середине длины зонда служит точкой записи, и измеренная величина относится по глубине к этой точке.

В практике индукционного каротажа для увеличения глубины исследования и уменьшения влияния вмещающих пластов, т. е. улучшения вертикальной и горизонтальной характеристик и снижения помех, в аппаратуре ИК применяют многокатушечные установки- четырех-, пяти-, шестикатушечные зонды и более.

При помощи дополнительных фокусирующих катушек добиваются конфигурации поля, когда сигнал приходит из определенной зоны породы.

Наиболее перспективная модификация ИК - это высокочастотное индукционное каротажное изопараметрическое зондирование (ВИКИЗ), зондовое устройство которого состоит из пяти трехэлементных геометрически подобных зондов. Каждый зонд выполнен из одной генераторной и двух измерительных катушек, которые размещены снизу вверх. Процесс зондирования осуществляется измерением с помощью пяти зондов различной длины, каждый из которых работает поочередно. Время работы одного канала (зонда) 20 мс с интервалом между каналами 100 мс. Это позволяет проводить исследования одновременно с пятью зондами различного радиуса измерения в процессе движения прибора по стволу скважины со скоростью до 2000 м/ч.

7) Дополнительные характеристики

Длина зонда 0,5-1м

Радиус исследования 2,5 – 3м.

Вертикальная разрешающая способность метода – 0,35м

Горизонтальная разрешающая способность метода – 2,5м

8) Ограничения метода

Малая разрешающая способность в высокоомных разрезах (соответственно наибольшая эффективность в низкоомных разрезах до 50 Ом•м) (для его решения используют фокусирующие катушки)
Чувствительность к шуму, особенно при работе в сложных геологических условиях.
Ограниченная разрешающая способность на больших глубинах, особенно в случае низкой проводимости пород. (для его решения используют многокатушечные зонды)
Применение ИК ограничено при соленой промывочной жидкости и высоком удельном сопротивлении пород. (для его решения используют комбинирование с другими методами ГИС)

Тест

1. Что является физической основой метода индукционного каротажа?

A) Возбуждение тока в породе переменным электромагнитным полем

B) Измерение естественного гамма-излучения пород

C) Возбуждение постоянного электрического тока в породе

D) Измерение давления пластовых флюидов

2. Что измеряется при индукционном каротаже?

A) Естественная радиоактивность пород

B) Кажущаяся удельная электропроводимость горных пород

C) Температура бурового раствора

D) Пористость пород

3. Какой элемент прибора создает первичное электромагнитное поле при ИК?

A) Приемная катушка

B) Генераторная катушка

C) Усилитель сигнала

D) Дополнительная катушка компенсации

4. Какой из перечисленных факторов является преимуществом индукционного каротажа?

A) Возможность работы без контакта с промывочной жидкостью

B) Не чувствителен к электропроводности пород

C) Используется только в обсаженных металлических скважинах

D) Измеряет только сопротивление бурового раствора

5. В каком диапазоне частот обычно работает классический индукционный каротаж?

A) 1–5 Гц

B) 10–250 кГц

C) 1–5 МГц

D) 100–250 МГц

6. В каких породах метод ИК наиболее эффективен?

A) В высокоомных породах (>100 Ом∙м)

B) В породах с низким и средним сопротивлением (<100 Ом∙м)

C) В непроводящих породах (сухие пески, ангидриты)

D) В магматических породах с низким содержанием минералов

7. Какой параметр характеризует кажущуюся проводимость?

A) σк = 1/ρк

B) σк = ρк²

C) σк = Kс / Eс

D) σк = ρк × Eс

8. Каково основное отличие ИК от потенциалометрических методов (например, БК, КС)?

A) Не требует гальванического контакта с породой

B) Работает только при высоких давлениях

C) Измеряет природные поля без внешнего источника

D) Использует прямое подключение электродов к стенке скважины

9. Каковы типичные параметры индукционного каротажа?

A) Длина зонда 0,5–1 м, радиус исследования 2,5–3 м

B) Длина зонда 5–10 м, радиус исследования 10–15 м

C) Длина зонда 0,1–0,2 м, радиус исследования 1 м

D) Длина зонда 3–4 м, радиус исследования 7–8 м

10. Какое ограничение характерно для метода индукционного каротажа?

A) Малая эффективность в высокоомных разрезах

B) Невозможность применения в скважинах с непроводящей жидкостью

C) Сильная зависимость от температуры

D) Невозможность работы в обсаженных скважинах