Промысловая геофизика (стр. 2 )

Падение напряжения dU на элементарном участке dr

(1.10)

Потенциал электрического поля в точке М, расположенной на расстоянии AM от источника тока, найдем интегрированием уравнения (1.10):

(1.11)

Аналогично найдём потенциал точки N, находящийся на расстоянии AN от источника тока А:

(1.12)

Разность потенциалов

. (1.13)

Из уравнения (1.10) также следует, что в случае однородной и изотропной среды напряжённость электрического поля Е можно определить по формуле

, (1.14)

где r или АО - расстояние от источника тока до точки, в кото­рой определяется Е.

Уравнения (1.принципиально позволяют найти удельное сопротивление однородной среды по результатам из­мерения потенциалов, разности потенциалов или напряженности электрического поля:

, (1.15)

. (1.16)

Однако с практической точки зрения измерить потенциал Uм или напряженность Е в какой-либо точке среды значительно сложнее, чем разность потенциалов AU. Поэтому для изучения удельного сопротивления пород в скважинах применяют четырехполюсные установки AMNB, использование которых основы­вается на измерении разности потенциалов электрического поля.

§ 3. МЕТОД КАЖУЩЕГОСЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Принципиальная схема. Зонды

Для изучения удельного сопротивления горных пород в скважи­ну на специальном кабеле спускают измерительную установку (зонд), состоящую, как правило, из трех электродов (заземлителей): А, М и N. Четвертый электрод В помещают на поверхно­сти земли (рис. 7). Электроды А к В предназначаются для про пускания электрического тока (питающие, или токовые электроды), электроды М и N — для измерения разности потенциалов между двумя точками среды в момент протекания электрическо­го тока (измерительные электроды).

Рис. 7. Принципиальные схемы измерения кажущегося сопротив­ления горных пород в скважине. а — с зондом прямого питания; б — с зондом взаимного питания; Б - источник постоянного тока; Р - реостат; П - прибор для измерения разности потен­циалов; mА — миллиамперметр

При перемещении зонда вдоль ствола скважины в зависимости от удельного сопротивле­ния окружающих пород изме­няется разность потенциалов между измерительными электро­дами М и N. Если затем значе­ние разности потенциалов под­ставить в формулу, полученную для удельного сопротивления однородной среды [например, в формулу (1.16)], то вычисленная величина будет называться ка­жущимся удельным элек­трическим сопротивле­нием (или сокращенно ка­жущимся сопротивле­нием). В однородной среде ка­жущееся сопротивление равно удельному сопротивлению среды. В скважине среда неоднородна и кажущееся сопротивление зави­сит от многих факторов, харак­теризующих эту электрическую неоднородность, а также от ти­па и коэффициента зонда К. Кажущееся сопротивление связано с измеренной разностью потенциалов соотношением аналогично (1.16):

, (1.17)

где ρк - кажущееся сопротивление, Ом·м;

К - коэффициент зонда, м;

ΔU - разность потенциалов между электродами М и N, мВ;

I - сила питающего тока, мА.

На практике для измерения кажущегося сопротивления при­меняют зонды, различающиеся по числу питающих и токовых электродов и по их взаимному расположению.

В зависимости от числа питающих и измерительных электро­дов различают зонды прямого питания (или однополюсные) и зонды взаимного питания (или двухполюсные)1 (рис. 8).

Зонд прямого питания имеет один питающий и два измерительных электрода (второй питающий электрод устанавливается в этом случае на поверхности). Зонд взаимного питания имеет два питающих и один измерительный электрод (второй измерительный электрод устанавливается на поверхно­сти).

1 Коэффициент трёхэлектродного зонда вычисляют по формулам — для зонда прямого питания [см. формулу (1.16)] или — для зонда взаимного питания, где AM, AN, MN и т. д. — расстояние между соответствующими электродами.

Зонд прямого питания можно превратить в зонд взаимного питания и наоборот. Для этого нужно поменять назначения электродов: АМ и BN. Результат измерений при этом не из­менится, если сохранить расстояние между электродами.

Рис. 8. Зонды для измерения ка­жущегося сопротивления горных пород. Зонды: I — прямого питания (однопо­люсный): II — взаимного питания (двух­полюсный); электроды: 1 — питающие (А, В); 2 — измерительные (М, N); 3 — точка записи кажущегося сопротивле­ния; 4 — точка записи СП

Это правило строго доказывает­ся и носит название принци­па взаимозаменяемости электродов. При измерениях с зондами прямого питания уда­ется более полно исключить при исследованиях в скважинах влия­ние полей, создаваемых естест­венными и промышленными электрическими токами в земной коре. С зондами взаимного пита­ния удобнее осуществлять одно­временную регистрацию кривых кажущегося сопротивления и соб­ственных потенциалов.

По взаимному расположению электродов различают потенциал-зонды и градиент-зонды.

Потенциал-зондами на­зывают зонды, у которых рас­стояние между парными электро­дами, т. е. электродами одного назначения (АВ или MN), суще­ственно больше расстояния от од­ного из этих электродов до бли­жайшего непарного, т. е. MNАМ или АВАМ. Расстояние между электродами А и М потенциал-зонда показывают его размером или длиной; изме­ряемое значение кажущегося сопротивления относят к средней точке отрезка AM (точке записи).

Градиент-зондами называют зонды, у которых рас­стояние между электродами одного назначения (АВ или MN) существенно меньше расстояния от одного из них до непарного электрода, т. е. MNAM или АВАМ. Измеренное кажущееся сопротивление относят к точке, расположенной на середине меж­ду парными электродами (точке записи).

Размером, или длиной, зонда считают расстояние от удаленного электрода до точки записи. Кроме того, зонды под­разделяются на последовательные (или подошвенные) и обра­щенные (или кровельные). Последовательными называ­ют зонды, у которых парные электроды расположены ниже не­парного, обращенными - зонды, у которых парные электро­ды расположены выше непарного.

Кривые кажущегося сопротивления

в одиночных пластах различных мощностей

и в пачках пластов малой мощности.

Определение границ пластов

Значение кажущегося сопротивления, измеренное в скважине, зависит от удельного сопротивления изучаемого пласта. Кроме того, кажущееся сопротивление зависит от удельных сопротив­лений вмещающих пласт пород, бурового раствора и зоны его проникновения, от мощности пласта, диаметра скважины, глу­бины проникновения раствора, а также от типа и размера применяемого зонда. В одном и том же пласте конфигурация кривых кажущегося сопротивления, а следовательно, и правила оп­ределения границ этого пласта, существенно зависят от типа и размера применяемого зонда и соотношения мощности пласта и размера зонда.

Рис. 9. Примеры определения границ однородных пластов высокого удель­ного сопротивления с помощью кривых кажущегося сопротивления (по ).

Кривые обращенного градиент-зонда: а - в мощном пласте; б - в тонком пласте; кривые потенциал-зонда: в - в мощном пласте; г - в тонком пласте

В случае горизонтального пласта высокого сопротивления на кривой обращенного (кровельного) градиент-зонда против мощного однородного пласта1 высокого сопротивления наблюдается асимметричный максимум (рис. 9, а). Кровля пласта отмечается по максимуму кривой, подошва пласта – по минимуму. Тонкий пласт2 (высокого сопротивления) отмечается на кривой обращен­ного градиент-зонда максимумом (рис.9, б). Над пластом на расстоянии равном размеру зонда, находится экранный максимум, между экранным максимумом и основной аномалией - зона экранного минимума. Возникновение минимума и максиму­ма связано с явлением экранирования электрического тока плас­том высокого сопротивления. Границы пласта находятся прибли­женно по подъему и спаду кривой у основания аномалии.

 

1 Мощность пласта больше размера зонда

2 Мощность пласта меньше размера зонда

Кривые, полученные последовательным (подошвенным) гра­диент-зондом, являются зеркальным отображением кривых обращенного градиент-зонда относительно горизонтальной плоско­сти, проходящей через середину пласта.

Рис. 10. Примеры определения границ однородных пластов низкого удельного сопротивления с помощью кривых кажу­щегося сопротивления (по ).

Кривые обращенного градиент-зонда: а - в мощном пласте; б - в тон­ком пласте; кривые потенциал-зонда: в - в мощном пласте; г - в тон­ком пласте.

Подошва мощного пласта высокого сопротивления на кривой последовательного градиент-зонда отмечается по максимуму аномалии, кровля - по ее минимуму. Правила определения гра­ниц тонкого пласта на кривых последовательного градиент-зон­да подобны таковым для обращенного зонда, однако экранные максимум и минимум располагаются под пластом.

Потенциал-зонд в одиночных однородных пластах позволяет получить кривые кажущегося сопротивления, симметричные от­носительно горизонтальной плоскости, проходящей через середину пласта. Кривые кажущегося сопротивления, полученные с последовательным и обращенным потенциал-зондами, по форме различаются, если расстояние между электродами одного назначения M и N или A и В зонда больше мощности пласта. Мощный пласт высокого удельного сопротивления выражается на кривых потенциал-зондов симметричными аномалиями высо­кого кажущегося сопротивления.

Границы мощного пласта на кривой потенциал-зонда отме­чаются по точкам кривой, в которых начинается наиболее ин­тенсивный рост кажущегося сопротивления (рис. 9, в).

Тонкому пласту высокого сопротивления на кривой кажуще­гося сопротивления потенциал-зонда соответствует симметрич­ный минимум. Кроме того, по обе стороны пласта на кривой имеются два небольших максимума, вершины которых удалены от кровли и подошвы на расстояние 1/2 AM (рис. 9, г).

Горизонтальному пласту низкого удельного сопротивления и большой мощности соответствует при измерении кажущегося со­противления обращенным градиент-зондом асимметричный ми­нимум. Подошву пласта находят по максимальному значению кажущегося сопротивления, кровлю — по минимальному (рис. 10, а).

Границы тонкого пласта низкого сопротивления определяют аналогичным образом - по максимуму (подошва) и минимуму (кровля) кривой кажущегося сопротивления (рис. 10,б). Кри­вые кажущегося сопротивления для последовательного гради­ент-зонда можно получить путем зеркального отображения кри­вых для обращенного градиент-зонда.

В соответствии с этим изменяются и правила определения границ пластов.

Кривые потенциал-зонда в мощном пласте низкого удельного сопротивления представляют собой симметричный минимум (рис. 10, в). Границы пласта находят по точкам перехода от кру­того спада кривой к ее плавному понижению, учитывая, что эти точки находятся вне пласта на расстоянии 1/2 AM от его кровли и подошвы.

Против тонкого пласта низкого удельного сопротивления при измерениях кажущегося сопротивления в скважинах потенциал-зондом наблюдается расплывчатый минимум (рис. 10, г). Точ­ное определение границ пласта в этом случае затруднено.

В природе геологический разрез представляет собой чередо­вание пластов высокого и низкого удельного сопротивления. Рассмотрим случай переслаивания горизонтальных пластов вы­сокого и низкого удельного сопротивления (пачка пластов). В этих условиях при изучении каждого пласта необходимо пом­нить о возможном влиянии соседних пластов, которое проявля­ется в экранировании электрического тока соседними пластами высокого удельного сопротивления чаще всего при измерениях с градиент-зондом. Экранирование способствует увеличению ка­жущегося сопротивления в изучаемом пласте, если экранирующий пласт высокого сопротивления расположен со стороны не­парного электрода зонда, и, наоборот, уменьшению кажущегося сопротивления, если экранирующий тонкий пласт высокого со­противления залегает относительно изучаемого пласта на рас­стоянии, меньшем размера зонда, или если он залегает со сто­роны парных электродов. Наибольшее влияние на кривые ка­жущегося сопротивления в исследуемом пласте оказывают пла­сты высокого сопротивления, находящиеся со стороны удаленного электрода зонда на расстоянии, меньшем 1—2 размеров зонда. Явления экранирования в очень неоднородном разрезе часто делают невозможным количественное определение удель­ного сопротивления пластов.

Рис. 11. Кривые кажущегося сопротивления в пачках тонких пластов бес­конечно высокого сопротивления одинаковой мощности h = dc (по ).

Кривые: а — градиент-зондов; б — потенциал-зондов

При исследовании разреза, пред­ставленного пачкой тонких пластов высокого и низкого сопро­тивления, явления экранирования электрического тока в ряде случаев могут вызвать изменение не только величины, но и фор­мы аномалии кажущегося сопротивления. Наиболее ярко это на­блюдается при изучении пачек пластов, представленных чередо­ванием тонких прослоев высокого и низкого сопротивления (рис. 11). На этом рисунке видно, что наименьшее искажение кривых и лучшая расчленяющая способность наблюдаются при использовании зондов малых размеров. На кривых потенциал-зондов маломощные прослои выделяются менее четко, чем на кривых градиент-зондов. Для определения границ тонких пропластков используются те же правила, что и для определения границ тонких одиночных пластов.

При определении мощности наклонного пласта необходимо учитывать его угол падения. В том случае, когда угол падения пласта превышает 30°, форма аномалий на кривых кажу­щихся сопротивлений, зарегистрированных с градиент - или по­тенциал-зондами, не отличается от таковой в горизонтальном пласте.

Рис. 12. Кривая зависи­мости поправочного ко­эффициента k в уравне­нии (1.19) от угла паде­ния пласта а (по )

Однако, используя при определении мощности наклон­ного пласта правила, предназначенные для горизонтального пласта, мы получаем представление о видимой его мощности. По полученному значению видимой мощ­ности можно найти истинную мощность по формуле

, (1.18)

где h - истинная мощность пласта;

hв - видимая мощность пласта;

α - угол падения пласта.

Если угол падения пласта превышает 30°, определение его истинной мощности усложняется. разрабо­тана методика получения истинной мощ­ности крутопадающих пластов бесконеч­но высокого сопротивления, которая мо­жет быть использована для приближен­ного определения мощности пластов высокого сопротивления. По формуле

, (1.19)

где hв - видимая мощность пласта, по­лученная при определении границ пла­стов обычными приемами; k - поправоч­ный коэффициент, учитывающий поправ­ку, вносимую в мощность пласта, за счет искажения кривых кажущихся сопротивлений (рис. 12); dc - диаметр скважины.

Определению удельного электрического сопротивления пластов

(боковое электрическое зондирование)

По результатам замеров кажущегося сопротивления одним зон­дом мы можем определить границы пластов и лишь приближен­но судить о величине удельного электрического сопротивления горных пород. Для более точного определения удельного сопро­тивления пластов по кривым кажущегося сопротивления приме­няют специальную методику — боковое электрическое зондирование (сокращенно БЭЗ)1. Эта методика заклю­чается в измерении кажущегося сопротивления с помощью не скольких пяти (семи градиент-зондов) или реже потенциал-зондов различной длины. Чем больше длина зонда, тем больше радиус его исследования. Применение комплекта зондов различ­ной длины позволяет при интерпретации учесть влияние бурово­го раствора на величину кажущегося сопротивления, найти ис­тинное сопротивление пласта, установить наличие проникнове­ния фильтрата бурового раствора в пласт, оценить удельное со­противление и глубину зоны проникновения раствора. Для ус­пешной интерпретации диаграмм по методу БЭЗ необходимо также иметь кривую изменения фактического диаметра скважи­ны с глубиной (кавернограмму) и кривую изменения удельного сопротивления бурового раствора по стволу скважины.

 

1 Называют также боковым каротажным зондированием , или БКЗ.

Размер зондов, используемых для БЭЗ, изменяется от 1 - 2 додиаметров скважины. Тип зондов для БЭЗ зависит от характера изучаемого разреза и выбирается опытным путем. Часто, например, применяют следующий комплект последова­тельных градиент-зондов: 1) А0,4М0,1N; 2) А1,0М0,1N; 3) А2,0М0,5N; 4) А4,0М0,5N; 5) А8,0М1N; 6) N0,5М4,0A. Последний зонд (обращенный градиент-зоил) служит для уточне­ния границ пластов.

При изучении разрезов скважин, сложенных мощными пластами очень высокого или очень низкого удельного сопротивле­ния, может в некоторых случаях оказаться эффективным боко­вое электрическое потенциал-зондирование следующим комплек­том зондов с размерами AM, равными 0,25; 0,5; 1; 2м 4 м. При этом электрод./V должен быть удален от электрода М на рас­стояние, превышающее мощность исследуемых пластов (практи­чески на 30—40м).

По результатам измерения кажущегося сопротивления зон­дами разной длины строят в каждом изучаемом пласте наблю­денную кривую зондирования — зависимость кажущегося сопро­тивления от длины зонда, вычерченную в двойном логарифмиче­ском масштабе. При этом для отсчета кажущегося сопротивле­ния используют его средние, максимальные или оптимальные значения, найденные по определенным правилам в пределах изучаемой аномалии (рис. 13).

В пластах большой мощности, не отличающихся достаточной однородностью, наблюденные кривые зондирования чаще строят по средним значениям ρк ср, в пластах малой мощности — по максимальным ρк max и в пластах мощных, достаточно однород­ных— по оптимальным значениям ρк опт.

Построенные наблюденные кривые зондирования сопоставля­ют с модельными кривыми (палетками), для которых уже из­вестны расчетные удельное сопротивление пласта и глубина про­никновения фильтрата бурового раствора. Для этого сопостав­ления на бланке с наблюдаемой кривой наносят оси зондирова­ния, образующие так называемый «крест» кривой. Горизон­тальная ось должна соответствовать удельному сопротивлению бурового раствора против изучаемого пласта, а вертикальная ось — диаметру скважины.

Различают четыре основных типа кривых БЭЗ (рис. 14). Со­ответственно различается и методика интерпретации каждого типа кривой.

Первый тип кривых — двухслойные кривые зондирова­ния, наблюдаемые в непроницаемых или весьма слабо проницае­мых пластах большой мощности, удельное сопротивление кото­рых выше (рис. 14, кривая 1а) или ниже (рис. 14, кривая 16) удельного сопротивления бурового раствора.

Литологически та­кие пласты могут быть представлены плотными непроницаемы­ми известняками, гидрохимическими осадками, глинами, аргил­литами, плотными непроницаемыми песчаниками, плотными метаморфизованными породами и т. п. Двухслойные кривые могут наблюдаться в коллекторах трещинного типа при наличии весь­ма глубокого проникновения бурового раствора в пласт по тре­щинам. Довольно часто двухслойные кривые отмечаются в нефтенасыщенных коллекторах, когда удельное сопротивление пла­ста в зоне проникновения пресного фильтрата бурового раствора близко к удельному сопротивлению Пласта в не затронутой про­никновением части.

Интерпретацию кривых первого типа проводят с помощью двухслойных палеток бокового электрического зондирования.

На рис. 15 изображен пример интерпретации двухслойной кри­вой зондирования. Наблюдаемая кривая зондирования совпала с палеточной кривой, имеющей модуль ρп/ρр=26. Найденное значение удельного сопротивления, отсчитанное на бланке по точке пересечения наблюденной кривой зондирования с линией А-А (геометрическим местом асимптот кривых), равно 17,4 Ом·м.

Второй тип кривых — трехслойные кривые зондирова­ния, наблюдаемые при проникновении фильтрата бурового раствора, понижающего сопротивление пласта. Этот тип кривых характерен для мощных пластов-коллекторов, когда сопротивле­ние пласта в зоне проникновения фильтрата бурового раствора ρзп меньше истинного сопротивления пласта ρп (ρзп < ρп). Литологически такие пласты могут быть представлены проницаемы­ми нефтенасыщенными или газонасыщенными породами. Кро­ме того, этот тип кривых зондирования может отмечаться в про­ницаемых водоносных пластах, если удельное сопротивление фильтрата бурового раствора меньше удельного сопротивления пластовой воды.

Интерпретацию проводят с помощью комплекта трехслойных кривых БЭЗ либо с большим приближением с помощью двух­слойных кривых БЭЗ и специальной палетки ЭК-2. На рис. 16 изображен пример истолкования кривой этого типа с помощью палетки ЭК-2 (серия пунктирных кривых в нижней части рисунка), совмещенной с двухслойной кривой (серия пунктирных кривых в верхней части рисунка).

По положению креста наблю­денной кривой зондирования на палетке ЭК-2 можно приближенно оценить относительный диаметр зоны проникновения фильтрата бурового раствора в пласт D/dc и относительное со­противление пласта в зоне проникновения ρзп/ρп.

Третий тип кривых — трехслойные кривые, наблюдае­мые при проникновении фильтрата бурового раствора, повы­шающего сопротивление пласта. Кривые характерны для мощ­ных пластов-коллекторов при условии, что сопротивление пла­ста в зоне проникновения фильтрата бурового раствора ρзп больше истинного сопротивле­ния пласта ρп (ρзп>ρп). Литологически такие пласты могут быть представлены проницае­мыми песчаниками и известня­ками с гранулярным типом пористости, насыщенными ми­нерализованной водой. Кри­вые третьего типа могут отме­чаться и при изучении нефте­газоносных пористых пластов при пресном буровом раство­ре и относительно невысокой их нефтегазонасыщенности.

Рис. 17. Пример интерпретации трех­слойной кривой БЭЗ при проникно­вении фильтрата бурового раствора, повышающего сопротивление пласта. ρр = 2,9 Ом·м; dc = 0,3 м; ρп = 1,15 Ом·м. Шифр кривых — параметр U-эквивалент­ности

В очень плотных низкопо­ристых известняках в некото­рых случаях наблюдаются трехслойные кривые третьего типа, обусловленные высоким сопротивлением опресненного тонкого слоя раствора пласта у стенки скважины. Интерпре­тацию кривых третьего типа проводят по трехслойным па­леткам БКЗ, а при относительно неглубоком проникновении фильтрата бурового раствора — по палеткам БКЗ-U. Пример интерпретации трехслойной кривой зондирования, отвечающей случаю проникновения фильтрата раствора, повышающего со­противление пласта, изображен на рис. 17. Определив по палет­кам сопротивление пласта ρп, параметр U-эквивалентности и по левой ветви кривой зондирования приближенное значение удельного сопротивления пласта в зоне проникновения фильтра­та бурового раствора ρзп по формуле

. (1.20)

можно приближенно оценить диаметр зоны проникновения буро­вого раствора D. Имеются специальные палетки для определе­ния D, рассчитанные по формуле (1.20).

Четвертый тип кривых наблюдается в тонких плас­тах высокого удельного сопротивления при отсутствии или при наличии проникновения фильтрата бурового раствора в пласт. Таким образом, литологически это могут быть как плотные, так и проницаемые пласты. Для интерпретации этих кривых при­меняются палетки ЭКЗ (экстремальные кривые зондирования).

Палетки получены путем моделирования электрического по­ля на электроинтеграторе. На рис. 18 показаны примеры интерпретации кривых БЭЗ четвертого типа с помощью палетки ЭКЗ.

Рис, 18. Пример интерпретации кривых БЭЗ, полученных в тонких пластах, с помощью палеток ЭКЗ.

Сопоставление наблюденной кривой БЭЗ (сплошная кривая) с кривыми палеток ЭКЗ: а - для пласта без проникновения фильтрата бурового раствора; б —для пласта с проникновением фильтрата бурового раствора. Шифр кривых — ρп/ρр

На рис. 18, а показано определение удельного сопротивления тонкого пласта без проникновения фильтрата раствора. Если ρр = 1 Ом·м, dc = 0,3 м, сопротивление вмещающих пород ρвм = 5 Ом·м и мощность пласта h = 2,4 м, то найденное удельное сопротивление пласта по кривой с модулем ρп/ρр = 25 будет рав­но ρп = 25·1 = 25 Ом·м.

На рис. 18, б приведен пример интерпретации для пласта с проникновением фильтрата бурового раствора. Сопоставление палеточных кривых с левой и правой ветвями наблюденной кри­вой зондирования производится раздельно при условии: ρр = 0,9 Ом·м, dc = 0,3 м, ρвм = 6 Ом·м и h =1 м.

Совмещая основные кресты палетки и кривой БЭЗ, находим по левой ветви модуль кривой μ = ρзп/ρр = 15, откуда ρзп = 15·0,9 =13,5 Ом·м. Совмещая вспомогательные кресты палеток, по кривой ветви кривой БЭЗ определим модуль μ = ρзп/ρп = 25. Со­противление пласта по кривой ветви вычислим по формуле Ом·м, где — относительное сопро­тивление вмещающих пород, для которых построена используемая палетка ЭКЗ. Отсюда следует, что имеется проникновение фильтрата бурового раствора, снижающего сопротивление пласта.

Определение удельного сопротивления пород методом БЭЗ получило широкое распространение в промышленности. Хоро­шие результаты получены при изучении мощных пластов плот­ных и пористых пород с межзерновой пористостью, а также при изучении уединенных тонких плотных и пористых пластов. Воз­никают большие затруднения при определении удельного сопро­тивления резко неоднородных пачек пластов, пластов высокого удельного сопротивления, а также при заполнении ствола сква­жины раствором низкого (<0,5 Ом·м) удельного сопротивления.

Все отмеченные выше ограничения метода БЭЗ связаны с весьма существенным влиянием скважины, заполненной прово­дящим буровым раствором, на показания зондов. Другими сло­вами, скважина как бы шунтирует ток, текущий между питаю­щими электродами, ослабляя тем самым полезное влияние ок­ружающих скважину горных пород. Шунтирующее влияние скважины можно уменьшить, если воспользоваться фокусирова­нием электрического тока. Эта идея была воплощена в методе экранированного заземления.

§ 4. МЕТОД ЭКРАНИРОВАННОГО ЗАЗЕМЛЕНИЯ (БОКОВОЙ КАРОТАЖ)

Изучение разрезов скважины методом экранированного зазем­ления также основано на различии удельных электрических со­противлений горных пород. В научной литературе известно не­сколько модификаций метода. В производстве получили распро­странение измерения по методу экранированного заземления с автоматической фокусировкой тока или, как часто называют, по методу бокового каротажа. Наиболее широко используют две модификации метода экранированного, заземления: измерения по схеме с семиэлектроным зондом и измерения по схеме с трехэлектродным зондом.

В семиэлектродном зонде (рис. 19) электроды смонтированы на гибком кабеле или на изолированной трубе. Зонд имеет три однополярных токовых электрода (А0, А1, А2) и две пары измерительных электродов (MN1, MN2). Через центральный электрод А0 и через фокусирующие электроды А1 и А2 пропускают ток одной полярности. Сила тока, протекающего через фокуси­рующие электроды, регулируется так, чтобы независимо от со­противления горных пород и сопротивления бурового раствора обеспечить равенство потенциалов электродов ­А0, А1 и А2 при неизменном токе I0, текущем через центральный электрод. Условие сохранения равенства потенциалов между токовыми элек­тродами будет выполняться, если разность потенциалов между двумя парами измерительных электродов MN1, MN2 поддерживать равной нулю путем изменения силы экранного тока. Поскольку при этом потенциалы электродов ­А0, А1 и А2 окажутся равны, ток не сможет течь вдоль скважины и направится фоку­сированным пучком в горную породу (рис. 19, а).

В методе экранированного заземления измеряют кажущееся или эквивалентное удельное сопротивление горных пород, кото­рое имеет такой же физический смысл, как и кажущееся сопро­тивление, измеренное с обычным зондом. Кажущееся сопротив­ление вычисляют по формуле

, (1.21)

где К - коэффициент зонда, определяемый по специальным фор­мулам; ΔU - разность потенциалов между одним из измери­тельных электродов (M1 или N1) и удаленным электродом N; I0 — сила тока, текущего через центральный электрод А0.

Трехэлектродный зонд (рис. 19,6) в методе экрани­рованного заземления пред­ставляет собой длинный цилиндрический электрод, разде­ленный двумя изолирующими
промежутками на три части: небольшой пошлине центральный_электррд_А0 и два длинных симметричных экранных электрода А1 и А2. Так же, как и в семиэлектродном зонде, че­рез электроды А0, А1 и А2 пропускают электрический ток одной полярности. Силу тока, те­кущего через экранные элек­троды, регулируют так, чтобы разность потенциалов между
тремя электродами была равна нулю1.

1 Имеется и другая возможность для достижения этого условия — замкнуть между собой центральный и экранный электроды через малое сопротивление, служащее для измерения силы тока.

Определение кажущегося сопротивления также производится с помощью уравнения (1.21), где ΔU будет разность потенциа­лов между одним из токовых электродов и удалённым электро­дом N.