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)