Боковые каротажные зонды

Электрический каротажный зонд сопротивления, предназна­ченный для проведения Б К, называют боковым каротаж­ным зондом. В зависимости от числа электродов различают трехэлектродный и многоэлектродный зонды

БК.

Трехэлектродный боковой каротажный зонд (рис. 6.1, а) пред­ставляет собой длинный цилиндрический электрод, разделенный изоляционными промежутками на три части: небольшой по длине основной электрод А₀ (центральный) и два расположенных сим­метрично по отношению к нему закороченных экранных электрода А 1 и А₂. Через основной и экранные электроды пропускается ток одной полярности и обеспечивается равенство их потенциалов (эквипотенциальный зонд).

Рисунок 6.1. Схема распределения токовых линий зондов бокового каротажа в одно­родной среде. а — для трехэлектродного зонда; б — для девятиэлектродного зонда

Благодаря влиянию поля экранных электродов ток I₀, вы­ходящий из основного электрода А₀, распространяется на значи­тельное расстоянием слоем, перпендикулярным к оси скважины, толщиной, приблизительно равной длине основного электрода. Вследствие этого влияние скважины и вмещающих пород ска­зывается на результатах измерений намного меньше, чем при обычных зондах.

Для определения р_к измеряют потенциал U любого электрода зонда (по условию регулировки поля зонда потенциалы всех трех электродов одинаковы) по отношению к удаленному на достаточно большое расстояние электроду N. Величину р_к подсчитывают по формуле

(6.1)

Записывая изменение U при постоянном токе I₀, получают кривую КС.

Коэффициент К трехэлектродного зонда рассчитывают, представляя зонд в виде сильно удлиненного эллипсоида вращения и определяя потенциал поля этого эллипсоида в однородной среде. Как для всех зондов КС, коэффициент зонда зависит только от

(6.2)

где L₀ — длина основного электрода А₀; L — общий размер зонда; d₃ — диаметр зонда.

При выборе трехэлектродного бокового каротажного зонда необходимо учитывать влияние его размеров на значения КС: 1) с увеличением размера зонда L улучшается фокусировка зонда и несколько возрастает его радиус исследования; 2) с уменьшением диаметра зонда d₃ возрастает влияние скважины на показания зонда, поэтому значение d, не должно быть меньше 0,25 d_c; 3) умень­шение L₀ улучшает расчленяющую способность зонда, т. е. умень­шает влияние вмещаюших пород на показания зонда, однако при L₀ < 0,3d_c резко ухудшаются условия и точность изме­рения.

В разных видах отечественной аппаратуры трехэлектродного БК применяется один и тот же зонд: L₀ = 0,18 м, L = 3,2 м и d₃ = 0,07 м. Коэффициент этого зонда 0,24 м.

Многоэлектродные боковые каротажные зонды (рис.6.1, б) состоят из основного токового А₀, двух пар измерительных M 1N 1 и М 2 N 2 и нескольких пар экранных электродов. Одноименные электроды расположены симметрично по обе стороны основного электрода А₀ и попарно соединены накоротко друг с другом. Сила тока через экранные электроды автоматически регулируется так, чтобы напряжение U между электродами М1 и N1 (или между электродами М₂ и N_2t так как одноименные электроды зонда закорочены) было равно нулю. Тогда и сила тока на участках скважины M 1N 1 и M2N2 также равна нулю. Это равносильно тому, что скважина и ближайшие к ней участки разреза выше и ниже электрода A₀ заменяются тонкими слоями изолятора толщиной MN. Ток Iо, выходящий из основного электрода A₀, рас­пространяется на значительное расстояние в радиальном направ­лении слоем, толщина которого примерно равна длине зонда A₀, равной обычно 0,6 м. Измеряемое напряжение представляет со­бой падение потенциала по указанному токовому слою. Поэтому оно зависит в основном от р_п, а скважина и вмещающие породы оказывают на него небольшое влияние.

Измеряется потенциал U любого измерительного электрода зонда относительного электрода N, который находится на поверх­ности или на броне кабеля. Ток I₀ основного электрода A₀ в про­цессе записи кривой КС сохраняется постоянным, р_к рассчитыва­ется по формуле Коэффициент зондов определяется путем моделирования. Основным достоинством многоэлектродных зондов по сравне­нию с трехэлектродным является возможность изменять их глу­бинность путем подбора геометрических параметров и, благодаря этому, проводить измерения несколькими зондами БК с разным радиусом исследования.

Важнейшими геометрическими параметрами многоэлектродного бокового каротажного зонда являются: а) длина зонда, или расстояние 0 1 0 2 от средней точки между одной парой измерительных электродов до средней точки между второй парой измерительных электродов; б) размер зонда L, или расстояние между его верхним и нижним концами; в) параметр фокусировки зонда q, представляюший отношение размера зонда к его длине.

В современной отечественной и зарубежной аппаратуре много­электродного Б К используется зонд с девятью цилиндрическими электродами, установленными на корпусе скважинного прибора (см. рис.6.1, б). Условия регулировки и способ измерения р_к у этого зонда такие же, как у семиэлектродного, но более сложная система фокусировки (две пары экранных электродов) дает возможность существенно изменять его свойства.

Когда полярность тока, пропускаемого через все пять токовых электродов, одинакова, зонд используют, для изучения неизмененной проникновением части пласта. (Длинные внешние экранные электроды а1 и А₂ и большой размер зонда (L = 7-8 м) обеспечивают ему значительный радиус исследования, причем, благодаря внутренним экранным электродам А1 и А'₂, сохраняется благоприятная вертикальная характеристика — влияние вмещающих пород на показания зонда мало. Токовые линии девяти-электродного зонда с большим радиусом исследования показаны на рис.6.1, б слева.

Для изучения ЗП полярность тока, пропускаемого через внешние экранные электроды, меняют на противоположную (см. рис.6.1, б справа). Из-за наличия в зонде электродов B1 и B₂, через которые замыкается ток основного и внутренних экранных электродов, ток I₀ распространяется вблизи скважины. Поэтому измеряемое напряжение зависит в основном от удельного со­противления прилегающей к скважине части пласта. Зонд с такой системой фокусировки известен под названием псевдобокового зонда.

Таким образом, с помощью одних и тех же электродов осуществляется совместно измерение двумя многоэлектродными боковыми каротажными зондами с разным радиусом исследования.

При трехэлектродном Б К равенство потенциалов основного и экранных электродов зонда достигается одним из следующих способов:

а) автоматическим изменением силы тока через экранные электроды; при этом сила тока через основной электрод I₀ сохраняется постоянной. Устройство, при помощи которого автоматически регулируется сила тока через экранные электроды, называется автокомпенсатором. Схема трехэлектродного Б К с применением автокомпенсатора показана на рис.6.2, а;

б) соединением между собой всех трех электродов (рис.6.2, б); в этом случае сила тока I₀ изменяется при измерении. Практически основной электрод соединяется с экранными через небольшой резистор r, который одновременно используется для измерения силы тока I₀. Величина резистора должна быть достаточно малой, чтобы не нарушить условия эквипотенциальности зонда, но и достаточно большой для измерения силы тока I₀ с удовлетворительной точностью.

В отечественной аппаратуре трехэлектродного БК используются из мерительные схемы обоих видов.

В наземном пульте аппаратуры трехэлектродного бокового каротажа АБКТ имеется логарифмический преобразователь, в котором происходит определение отношения U/I₀. Выходной сигнал пропорционален логарифму р_к, что позволяет избежать перекрытий записи кривых при чередовании пластов высокого и низкого сопротивления.

Для проведения многоэлектродного Б К разработана двухзондовая аппаратура БКС-2, с помощью которой за два спускоподъема можно зарегистрировать кривые КС девятиэлектродным зондом с большим радиусом исследования и псевдобоковым зон дом.