Индукционный каротаж

1. Дать понятие метода
2. Решаемые задачи
3. Как работает метод
4. Схема измерения
5. Оборудование
6. Строение зонда
7. Дополнительные характеристики
8. Ограничения метода

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

2) Задачи: 

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

3) 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)

5) Схема расположения механизмов и узлов во время проведения каротажных работ

Схема сборки каротажной станции

Типовое устройство каротажной станции:

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.

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.

Каротажный кабель – линия связи между СП и наземной частью измерительной аппаратуры.

Спуско-подъемное оборудование: (лебедка, бензоэлектрический агрегат, комплект вспомогательных проводов).

Спулер (лапа). Роликовая система с датчиками параметров, служит для укладки кабеля, измеряет скорость, глубину и имеет датчик магнитных меток. бывает разных видов и модификаций. Всю информацию с датчиков выводит на панель машиниста, с пульта машиниста данные передаются на каротажный регистратор.

Схема компьютеризированной каротажной станции

Блок геофизический (БГФ-05). Обеспечивает непрерывное декодирование информации от скважинного прибора, работу системы измерения глубины и скорости прибора. Соединяется с внешним компьютером и с другими блоками. В БГФ находится источник управляющих напряжений (ИУН) с выходной мощностью 150Вт.

Блок коммутации (БК-05). Осуществляет необходимые коммутации между тремя жилами кабеля, двумя источниками питания и входами АЦП блока геофизического, а также формирует цифровые последовательности, необходимые для управления скважинными приборами.

Плоттер (ПЛ-05). Обеспечивает представление результатов измерений в виде каротажных диаграмм на термобумаге.

Регистратор обеспечивает запись измеряемых параметров в функции глубины скважины в аналоговой или цифровой форме. ПО каротажного регистратора позволяет редактировать данные для максимального точных проведений геофизических исследований.

Панель машиниста

Обычно унифицированы и без изменений входят в состав различных каротажных станций. Служит для: контроля спуско-подъемных операций, управления лебедкой и управления двигателем.

Колтюбинг:

Колтюбинг – самая эффективная технология доставки геофизических приборов с применением гибкой трубы, оборудованной трехжильным геофизическим кабелем, с целью проведения исследований в скважинах с горизонтальным окончанием, в том числе оборудованных компоновкой с изменяющимся внутренним диаметром (хвостовиком с многоступенчатой конструкцией для проведения поинтервального ГРП).

Суть технологии заключается в том, что спускаются гибкие, непрерывные трубы, которые могут изгибаться под землей, работать в боковых
и горизонтальных стволах.

Оборудование для колтюбинга включает не только гибкие металлические трубы на установке, но и различное внутрискважинное и наземное оборудование:

• колтюбинговый агрегат (в т.ч. катушку с трубами, инжекторную головку);
• буровой насос;
• бустерную установку или специальные компрессоры для нагнетания инертного газа;
• технику для нагрева технологической жидкости, генератор инертного газа и разнообразное устьевое оборудование.

В состав дополнительного оборудования могут также входить и забойные двигатели, многочисленные насадки, режущие инструменты, породоразрушающие инструменты, отклонители, пакеры и др. приборы.

Общий вид колтюбинговой установки

Схема доставки прибора колтюбингом

Достоинства колтюбинговой установки для проведения гис:

• Снижение временных затрат на проведение исследований и непроизводительных простоев скважины за счёт более высокой скорости доставки геофизических приборов.
• Возможность выполнения каротажа в горизонтальных скважинах, оборудованных компоновкой с изменяющимся внутренним диаметром (хвостовиком с многоступенчатой конструкцией для проведения поинтервального ГРП) за счет безмуфтовой гибкой трубы.
• Более низкая вероятность прихвата в скважине за счёт меньшего диаметра инструмента.
• Более высокая вероятность освобождения геофизического прибора и гибкой трубы за счёт жёсткости самой трубы и более высокой нагрузки на инструмент в случае возникновения осложнений в скважине.

К недостаткам этого способа относят его высокую стоимость. В настоящее время колтюбинговые технологии пользуются спросом при ремонте ГС.

Трактор:

Технология доставки геофизических приборов с помощью скважинного трактора (иногда называют "геофизический трактор") предназначена для эффективного продвижения приборов на забой в сильно наклонных и горизонтальных скважинах, где при обычной доставке за счет тяжести приборы не доходят до нужной глубины.

Ключевые особенности и преимущества технологии доставки на тракторе:

• Скважинный трактор — это специальное силовое устройство (движитель), которое крепится к приборной сборке и обеспечивает её продвижение по наклонным и горизонтальным участкам скважины за счет собственного привода. Это позволяет достичь глубин и зон, недоступных при доставке обычным способом через тяжесть прибора или бурильные трубы.
• Трактор облегчает работу, сокращает время доставки приборов, снижает риски, связанные с проведением работ по подаче геофизического оборудования.
• В сравнении с колтюбинговой технологией (доставка на кабеле при помощи циркуляции), трактор не ограничен максимальной глубиной и позволяет доставлять приборы в сложных геометрических участках ствола, а также является более распространённым и бюджетным способом. 
• Для расчёта массы и обеспечения стабильного движения к прибору сверху присоединяют "движитель" — иногда это несколько насосно-компрессорных труб (УБТ) либо гидравлические/механические устройства, которые проталкивают прибор на нужный участок.
• Использование трактора упрощает работу при исследовании боковых, горизонтальных и субгоризонтальных стволов длиной от 1000 до 7000 м и более.
• Технология внедрена и развивается в России и за рубежом, обладает промышленной практичностью и позволяет повысить качество исследований при сложных геофизических условиях.

6) 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) 

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)