Зонд, у которого расстояние между парными электродами во много раз меньше расстояния от них до непарного электрода, называется градиент-зондом

По порядку расположения электродов зонды делятся на подошвен­ные и кровельные. У подошвенного зонда парные электроды находятся ниже непарного, у кровельного — парные электроды выше непарного.

Зонд обозначают последовательным буквенным наименованием его электродов в порядке их расположения сверху вниз с указанием рас­стояния между электродами в метрах. Например, М4АО,5В — двух­полюсный подошвенный градиент-зонд длиной 4,25 м; В7,5АО,75М — двухполюсный потенциал-зонд длиной 0,75 м и т. п.

В скважинах исследуемая среда обычно электрически неоднородная. Удельное сопротивление промывочной жидкости отличается от сопротив­ления породы. Породы по разрезу скважины представлены пластами, удельные сопротивления и мощности которых могут быть весьма различными. Вблизи от стенки скважины удельное сопротивление проницаемых пластов изменяется в горизонтальном направлении за счет проникновения в породу фильтрата промывочной жидкости.

На рис. 4.5.2 сопоставлены кривые КС потенциал-зонда В7,5А0,75М, подошвенного градиент-зонда М2А0,5В и кровельного градиент-зонда В0,5А2М.

Рис. 4.5.2. Пример фактических кривых КС

По кривым КС выделяются пласты высокого сопротивления боль­шой (а, в) и малой (б, д, е) мощности, а также пачка пластов (г). Указанные пласты разделяются прослоями низкого сопротивления.

На кривой зонда М2А0,5В не отмечается максимума КС в подошве пласта. Как видно из кривой потенциал-зонда, это объясняется снижением удельного сопротивления пласта в направлении к подошве.

Из сравнения кривых КС подошвенного и кровельного градиент- зондов выявляется взаимное влияние пластов б и в и особенно пластов д и е.

Диаграммы КС используют для изучения геологического строения нефтяных и газовых месторождений. С помощью диаграмм КС и ПС уточняют стратиграфию, изучают строение, условия залегания, фациальную изменчивость толщ осадочных пород и т. п. Эти задачи решают обычно путем качественного сопоставления диаграмм по разным скважинам как по площади изучаемого месторождения нефти и газа, так и по соседним площадям.

Для облегчения сопоставления диаграмм измерения во всех скважинах в пределах крупных районов проводят одним и тем же стандартным зондом. Стандартный зонд выбирают таким, чтобы на кривой КС четко выделялось большинство пластов с различными удельными сопротивлениями, а кажущееся сопротивление мало отли­чалось от удельного сопротивления пластов.

Наиболее точно расчленение разреза скважины на пласты различ­ного удельного сопротивления производится по диаграмме КС, полу­ченной зондом малой длины. Однако в этом случае кажущееся сопротивление значительно отличается от удельного сопротивления пластов. Кажущееся сопротивление, измеренное зондом большой длины, близко к удельному сопротивлению пластов. Однако по диаграмме КС большого зонда затруднена отбивка пластов различных сопротивле­ний малой мощности в интервалах частого чередования пластов.

Практика показывает, что стандартным зондом, в наибольшей степени удовлетворяющим обоим требованиям, является зонд средней длины: градиент-зонд длиной 2,2-2,6 м или потенциал-зонд длиной 0,5-0,75 м.

В районах, разрез которых представлен песчано-глинистыми порода­ми, стандартными обычно являются градиент-зонды, например В0,5А2М, применяемый на Апшеронском полуострове и в Западной Туркмении. В районах с карбонатным разрезом стандартными являются потенциал-зонды, например В7,5А0,75М, применяемый в Башкирии, Татарии, Куйбышевском Поволжье.

Боковой каротаж (БК) — разновидность каротажа сопротивлений.

Рис.4.5.3. Схема трехэлектродного зон­да БК:

а — схема зонда; б — распределение токо­вых линий от электрода Aо (Aо — цент­ральный токовый электрод; а₁ и А₂ — экранные токовые электроды; N — удален­ный измерительный электрод; Iо — ток через электрод Aо; I₁ +I₂ — ток через элек­троды A₁ и А₂; L. — длина зонда)

Применяют трех-, семи- и девятиэлектродные зонды БК. На рис. 4.5.3 приведена схема основного трехэлектродного варианта зонда. Измери­тельная установка (рис. 4.5.3, а) представляет собой длинный метал­лический цилиндр, составленный из трех изолированных друг от друга частей. Центральная, короткая часть зонда является основным электро­дом Aо, а симметрично расположенные относительно него и соединенные накоротко верхняя и нижняя части — экранными электродами А₁ и А₂.

Через основной и экранные электроды пропускается электри­ческий ток одного направления. Сила тока через основной электрод при измерениях поддерживается постоянной. Сила тока через экранные электроды автоматически регулируется так, чтобы разность потенциалов экранных и основного электродов была равна нулю. Измеряют потенциал U одного из электродов относительно удаленного электрода N и силу тока I о через электрод A о.

При микрокаротаже (МК) измеряют кажущиеся сопротивления зондами неболь-

Рис.4.5.4. Схемы зондов МК и их электрического поля:

а — общий вид скважинного прибора; б — микрозонд; в — боковой каротажный микро­зонд. 1 — корпус; 2 — пружина; 3 — изоляционная пластина с электродами; 4 — кабель; 5 — промывочная жидкость в скважине; 6 — промежуточный слой; 7 — порода; 8 — токовый пучок центрального электрода А₀

ших размеров, электроды которых установлены на пластине из изоляционного материала, прижимаемой к стенке скважины с помощью пружин (рис. 4.5.4). Пластина препятствует растеканию электрического тока по скважине, что приводит к снижению влияния промывочной жидкости на результаты измерений.

Измерительная установка состоит из трех электродов, расположен­ных на расстоянии 2,5 см один от другого. Из них составляют два зонда: градиент-микрозонд АО,025МО,025М и потенциал-микрозонд А0,05М (МЗ – микрозонды).

Вследствие малой длины зондов (L=3,75 и 5 см соответственно у градиент- и потенциал-микрозондов) ими исследуют небольшой объем среды. Исследуемая среда ограничивается по площади размерами пластины и в радиальном направлении состоит из двух слоев различного удельного сопротивления.Первый слой представлен глинистой коркой против проницаемых пород. Толщина глинистой корки достигает 2 см, удельное сопротивле­ние ее мало отличается от сопротивления глинистого раствора. Против плотных пород глинистая корка отсутствует. Однако вследствие не­ровностей стенки скважины и возможного несоответствия формы пластины стенке скважины между ними всегда имеется тонкая пленка глинистого раствора. Таким образом, первый слой имеет удельное сопротивление ρсл, равное или близкое к сопротивлению глинистого раствора, и толщину Нсл, малую против плотных и большую против проницаемых пород.

Порода за стенкой скважины на радиальную глубину, не превышаю­щую 10-12 см, составляет второй слой исследуемого объема. Удель­ное сопротивление этого слоя равно удельному сопротивлению ρп не­измененной породы, если порода непроницаемая, либо удельному сопро­тивлению ρпп промытой части зоны проникновения проницаемой породы.

Для повышения геологической эффективности метода измерения в скважинах проводят одновременно градиент- и потенциал- микрозондами. Это обеспечивает получение кажущихся сопротивлений с обоими зондами при одной и той же толщине первого слоя. Обе кривые КС регистрируют в одинаковом масштабе и затем перечерчивают на один бланк диаграм­мной бумаги, совмещая нулевые линии сопротивлений.

По диаграммам микрозондов проводят детальное литологическое расчленение разрезов нефтяных и газовых скважин и выделяют в разрезах породы-коллекторы, залегающие среди плотных непроницаемых пород (рис. 4.5.5). Породам различных литологических типов соответ­ствуют следующие особенности на диаграммах микрозондов.

Пласты глин характеризуются минимальными кажущимися сопро­тивлениями, практически равными сопротивлению глинистого раствора. Показания градиент- и потенциал-микрозондов в глинах одинаковы. Указанные особенности связаны с тем, что против глин диаметр скважины увеличен. Электродная пластина не касается стенки скважины, поэтому на показания микрозондов влияет только сопротивление гли­нистого раствора.

Пласты песчаников отмечаются на диаграммах микрозондов более высокими по сравнению с глинами значениями кажущихся сопротив­лений. Характерным для песчаников является превышение значения ρк, измеренного потенциал-микрозондом, над значением, измеренным градиент-микрозондом,— так называемое положительное приращение КС. Кривые КС микрозондов против песчаников обычно сглажены.

Отмеченные особенности в показаниях микрозондов против песчаников, сохраняющиеся также против пористо-проницаемых карбонатных пород, обусловлены присутствием толстой глинистой корки на стенке скважины в интервале залегания коллекторов.

Плотные глинистые песчаники отмечаются на диаграммах микро­зондов более высокими ρк, чем пористые песчаники. Плотные известняки характеризуются наибольшими значениями рк на диаграммах микрозон­дов. Кривые КС на участках, соответствующих плотным известнякам и глинистым песчаникам, сильно изрезаны, ρк, измеренные потенциал-микрозондом, нередко меньше рк, измеренных градиент-микрозондом (отрицательные приращения КС).

Рис.4.5.5. Пример использования диаграмм микрозондов для литологического расчленения разреза:

1 — нефтенасышенные песчаники; 2 — алевролиты; 3 — песчаники; 4 — глины; 5 — из­вестняки

Боковой микрокаротаж (БМК). Боковой микрокаротажный зонд монтируется на одной из пластин микрозонда. Он состоит из центрального токового электрода Aо и однополярного с ним (экранного) кольцевого электрода Fэ (см. рис. 4.5.4, в).

Каротаж потенциалов самопроизвольной поляризации – ПС.

Потенциалы самопроизвольной поляризации в скважинах зависят от литологического состава пород по разрезу. Это дает возможность широко использовать диаграммы потенциалов самопроизвольной поляри­зации (диаграммы ПС) для литологического расчленения и корреляции разрезов нефтяных и газовых скважин, а также для характеристики коллекторских свойств пород.

Потенциалы ПС в скважинах изучают путем регистрации кривой изменения разности потенциалов между двумя измерительными электро­дами, один из которых (электрод М) перемещается по скважине, а второй (электрод N) установлен неподвижно на поверхности вблизи от устья скважины.