"Каротажник", выпуск 61, 1999г.

Е. А. Кулигин, Р. А. Кучеров, Фирма "СЭЛКА"

ДВОЙНОЙ БОКОВОЙ МИКРОКАРОТАЖ

Введение
Обычные зонды микрокаротажа и бокового микрокаротажа монтируются на башмаках, прижимаемых системой рычагов к стенке скважины, что обеспечивает уменьшение влияния промывочной жидкости на результаты измерения. Зонды позволяют выделять пласты коллекторы по наличию глинистой корки и оценивать УЭС ближней зоны пласта (Rxo).
При каротаже скважин со сложными техническими условиями проведения спускоподъемных операций (работа через инструмент, в наклонно направленных стволах, плохая проходимость приборов и т. д.) возникает потребность в более простом, без башмаков и прижимных устройств, приборе для микрокаротажа.

Физические основы метода ДБМК

61-1.gif (25015 bytes) 61-3.gif (28831 bytes)
Рис. 1. Основные размеры зондовой установки ДБМК Рис. 2. Система питания зондовой установки ДБМК-М

Метод двойного (компенсированного) бокового микрокаротажа (далее по тексту - ДБМК) основан на использовании цилиндрической зондовой установки диаметром 70...80 мм без выступающих частей и прижимных устройств.

За основу установки взят зонд бокового каротажа малой глубинности с объемными электродами, в котором центральный электрод разделен вертикальными изоляторами на 8 равных частей-сегментов (рис.1). Аналогичная конструкция электрода используется в азимутальном электрическом сканере типа ARI (Azimutal Resistivity Imager) фирмы Shlumberger [1] . При свободном (нецентрированном) положении такого зонда в скважине всегда один из восьми сегментов зонда будет находиться достаточно близко от стенки скважины, что позволяет использовать показания такой зондовой установки для исследования ближней зоны пласта.

Для уменьшения искажающего влияния зазора между сегментом и стенкой скважины, заполненного промывочной жидкостью или глинистой коркой, применена компенсированная система измерений двумя разноглубинными зондовыми установками: обычной для БМК (БМК-С) и малой, в пределах скважины, глубинности (БМК-М).

Глубинность микроустановок изменяется за счет системы их электропитания, в едином по времени измерительном цикле.

Система питания БМК-М и схематичное изображение силовых линий тока в окружающем пространстве показаны на рис.2. Одноименные парные электроды А1 электрически закорочены. Равенство потенциалов между всеми сегментами электрода А0 обеспечивается пассивно, за счет шунтов низкого сопротивления (0.1 Ом каждый). Переменный ток питания поступает по цепи каротажного кабеля на электрод А0 и стекает с восьми сегментов на электроды А1. При указанной системе питания, силовые линии тока J0 распределены в непосредственной близости от поверхности зонда, в основном в пределах скважины и глинистой корки на ее стенках. Значения восьми составляющих удельного электрического сопротивления, измеренные зондами БМК-М, определяются по алгоритму:

r mi = Km * Um / Jmoi, ( 1 )

 

где Um- разность потенциалов между электродами А0 и А1, мВ;

Jmoi- ток i-го сегмента, мА;

Km = 0.0438 - геометрический фактор (коэффициент зонда).

 

Основное назначение зондов БМК-М - вспомогательное. Они отражают позиционное положение сегментов А0 относительно стенок скважины, позволяют выбирать ближайший к стенке сегмент, а также определять удельное сопротивление промывочной жидкости в скважине по данным сегмента, максимально удаленного от стенок.

61-2.gif (37898 bytes)
Рис. 3. Система питания зондовой установки ДБМК-С

 

Система питания БМК-С и схематичное изображение силовых линий тока в окружающем пространстве показаны на рис.3. Одноименные парные электроды А1 электрически закорочены. Равенство потенциалов между всеми сегментами электрода А0 обеспечивается пассивно, за счет шунтов низкого сопротивления (0.1 Ом каждый). Между электродами А0 и А1 включен автокомпенсатор АК-1, который обеспечивает равенство потенциалов между выводами: U0 = U1. Переменный ток питания поступает по цепи каротажного кабеля на электроды А1 и стекает с них на обратный электрод В2. При этом, за счет действия автокомпенсатора, часть тока питания подается на электрод А0, как показано на рис.3 стрелками. При указанной системе фокусировки силовые линии тока J0 вытеснены токами экранных электродов из зоны скважины и распределены в ближней зоне пласта. Значения восьми составляющих удельного электрического сопротивления, измеренные зондами БМК-С, определяются по алгоритму:

r si = Ks * Us / Jsoi ( 2 )

 

где Us- разность потенциалов между электродами А1 и B2, мВ;

Jsoi- ток i-го сегмента, мА;

Ks = 0.02088 - геометрический фактор (коэффициент зонда).

 

Назначение зондов БМК-С - измерение исходных электрических параметров ближней зоны в пласте. Обработка данных БМК-С производится совместно с БМК-М, что позволяет исключить влияние глинистой корки и плохого прилегания сегментов зонда к стенке скважины.

 

Результаты математического моделирования

 

Для выбора оптимальных параметров зондовой установки ДБМК и создания методического обеспечения аппаратуры, разработаны алгоритмы и выполнен большой объем математического моделирования методом интегральных уравнений [2] . Решение прямой задачи электрического каротажа для предложенных зондов ДБМК оказалось значительно сложнее, чем для обычных зондов БК и БМК по следующим причинам:

- вращение зонда в скважине;

- необходимость обязательно учитывать изоляционные промежутки между электродами, так как размеры электродов и изоляционных промежутков соизмеримы.

Поэтому, для обеспечения необходимой точности вычислений, пришлось делить поверхность зонда по окружности на 32 равные части и выполнять моделирование зондов при двух положения относительно стенки скважины:

- электрод на стенке скважины;

- изолятор на стенке скважины.

По данным математического моделирования получены следующие палетки:

- палетки для определения сопротивления ближней зоны пласта (Rxo) по показаниям двух зондов ДБМК при различных отклонениях зонда от стенки скважины (в пласте-коллекторе эти отклонения соответствуют толщине глинистой корки). Палетки представляют собой зависимости r кс /r с от r км /r с для фиксированных значений сопротивлений зоны проникновения и отклонений зонда от стенки скважины, при различных положения электродов и изоляторов относительно стенки скважины;

- палетка для определения профиля сечения скважины и ее среднего диаметра, которая представляет собой зависимости расстояния от оси прибора до стенки скважины для любого из восьми электродов от параметра r с *O r кс *r км для фиксированных значений Rxo, которые определяются по описанным выше палеткам.

 

Скважинный прибор Э42С

 

Предложенный метод ДБМК реализован в приборе бокового микрокаротажа Э42С. Прибор работает совместно с цифровыми каротажными станциями, укомплектованными блоком электрического каротажа Б41С. Связь с компьютерным оборудованием производится через стандартный последовательный порт RS-232. В качестве линии связи служит бронированный одно / трехжильный каротажный кабель длиной до 4500 м. Максимальная рабочая температура 150 ° С, гидростатическое давление до 100 МПа.

Допускается спуск прибора в скважину через инструмент с минимальным проходным диаметром 89 мм. Длина прибора 1.65 м.

Диапазон измерения удельных электрических сопротивлений горных пород составляет от 0.5 до 200 Омм.

Конструкция прибора и электрическая схема унифицированы с приборами серии Э40 (прибор электрического каротажа Э41С и прибор двойного бокового каротажа Э49С). Предусмотрена возможность работы в спарке с указанными приборами.

Для калибровки измерительных каналов прибора не требуется собирать сложные эквивалентные схемы замещения зондовых установок, т.к. они смонтированы в электронном блоке прибора, а необходимую коммутацию производят токовые ключи и автокомпенсатор, которые обеспечивают питание зондовых установок без спуска прибора в электропроводящую жидкость. Требуется один магазин сопротивлений класса точности 0.5 %.

Эталонировка зондовой установки производится в баке с водным раствором NaCl.

Максимальная допустимая скорость каротажа составляет 2800 м/ч (при шаге квантования 10 см), 1400 м/ч (при шаге 5 см), 560 м/ч (при шаге 2 см).

 

Программно-методическое обеспечение

 

Для первичной обработки (редактирования) исходных данных ДБМК, зарегистрированных прибором Э42С, разработано программное обеспечение редактирования и визуализации.

К стандартным этапам обработки, применяемым при обработке многих видов цифровых каротажных данных, относятся: составление заявки на обработку; чтение данных полевого файла; привязка зарегистрированных данных к глубинам по магнитным меткам; корректировка показаний информационных каналов по стандарт-сигналам, учет данных эталонировки, масштабирование измеренных параметров.

В зависимости от заданного в заявке варианта обработки, далее выполняются или нет следующие операции: анализ вращения прибора скважине и выбор каналов БМК-М и БМК-С; расчет удельного сопротивления промывочной жидкости в скважине; фильтрация измеренных параметров; расчет параметров удельного электрического сопротивления ближней зоны пласта и толщины глинистой корки, расчет радиусов отклонения оси прибора от стенок скважины, среднего и максимального диаметров скважины; фильтрация рассчитанных параметров.

В процессе выполнения программы создается файл специальной структуры. В этот файл записываются параметры , рассчитанные в процессе обработки и одновременно они записываютя в базу данных.

Разработанная программа визуализации позволяет отображать исходные данные и рассчитанные параметры в виде отдельных кривых и развернутого ориентированного цветного изображения. Оттенки этого изображения определяются относительной проводимостью или сопротивлением ближней зоны пласта. Данные визуализируются на экране дисплея, а для передачи заказчику выводятся на цветном на принтере.

Исходные данные и/или результаты обработки передаются в другие обрабатывающие комплексы посредством обмена через LAS формат.

В состав эксплуатационной документации прибора Э42С входят также обычные палетки, позволяющие производить ручную обработку данных ДБМК.

 

Результаты опробования

 

Опробование аппаратуры ДБМК и отработка технологии исследований выполнены на оборудовании и с участием специалистов ОАО Юганскнефтегеофизика (г.Нефтеюганск). В качестве наземного оборудования применялась каротажная станция ЮГРА.

На рис.4-6 приведен пример обработки каротажной диаграммы, записанной прибором Э42С в скважине 7966 Куст 583 на площади Малый Балык. Параметры скважины: диаметр долота 214 мм, забой 2275 м, башмак инструмента 2075 м, максимальный угол искривления 24° .

61-4.gif (221737 bytes)
Рис. 4. Определение сопротивления ближней зоны пласта по данным ДМБК

А - исходные кривые зонда БМК-М; Б - исходные кривые зонда БМК-С; В - максимальные показания зондов БМК-М и БМК-С, минимальные показания зонда БМК-М (резистивиметр); Г - кривая сопротивления ближней зоны пласта (Rxo)

61-5.gif (245017 bytes)
Рис. 5. Оценка геометрических размеров скважины по данным ДМБК

А - приведены исходные кривые БМК-М; Б - исходные кривые БМК-С; В - результат определения восьми радиусов скважины относительно оси прибора; Г - результат определения среднего диаметра скважины .

61-6.gif (228237 bytes)
Рис. 6. Сопоставление данных ДМБК с данными других методов

А - кривая ГК; Б - кривая ПС; В - кривая каверномера по ДБМК; Г - кривые ДБМК (Rxo), БК и ИК.

 

Спуск прибора Э42С проводился в спарке с прибором Э41С через инструмент с проходным диаметром 89 мм.

Приведенный интервал разреза представляет собой, в основном, песчаный пласт-коллектор, характеризующийся повышающим характером проникновения фильтрата бурового раствора в пласт, за исключением интервала 2254-2259 м и нескольких тонких прослоев выше и ниже. По данным БКЗ пластовое сопротивление составляет 5-6 Омм, сопротивление зоны проникновения 12 Омм.

Интервал 2254-2259 представлен глинами, что хорошо отмечается по наличию каверны, высокому уровню ГК и по кривой ПС. В этом интервале показания ДБМК, БК и ИК практически совпадают (кривая БК дает некоторое занижение, т.к. не исправлена за влияние скважины.

Таким образом , метод ДБМК позволяет выделять в геологическом разрезе скважин интервалы пластов - коллекторов, оценивать параметры промытой зоны пласта, определять эффективные мощности коллекторов в тонкослоистых разрезах, выделять в разрезе зоны развития каверн.

Метод ДБМК служит хорошим дополнением в комплекс ГИС без спуска в скважину сложных приборов с прижимными устройствами.

  "Каротажник", выпуск 61, 1999г.