Способ каротажа собственной поляризации Советский патент 1992 года по МПК G01V3/18 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин.

Известен способ каротажа собственной поляризации (ПС), основанный на регистрации значения потенциала ПС в каждой точке наблюдения и разности градиентов ПС выше и ниже этой точки, создании искусственного экранирующего поля переменного тока, измерении в этом поле потенциала и разности градиентов потенциала выше и ниже точки наблюдения и определении статического потенциала ПС в этой точке, как функциональной зависимости от измеренных величин.

Недостатком этого способа является его низкая информативность: невозможность определения геометрических параметров разреза (границ раздела пластов, диаметра зоны проникновения промывочной жидкости в пласт), невозможность разделения результата измерения потенциала ПС по вкладам от статических потенциалов на различных границах раздела (скважина граница пласта, зона проникновения - граница пласта).

Известен также способ каротажа ПС, включающий измерение потенциала ПС и его первой производной на оси скважину и определение по результатам измерений границ раздела пластов.

К недостаткам данного способа следует отнести низкую точность определения границы пласта по результатам каротажа и принципиальную невозможность определения диаметра зоны проникновения и величин статических потенциалов на границах раздела при наличии проникновения промывочной жидкости в пласт.

Целью изобретения является повышение точности и информативности каротажа.

Сущность способа каротажа ПС заключается в следующем.

В качестве модели среды рассмотрим однородный по электрическому сопротивлению полубесконечный пласт с зоной проникновения, пересеченный вертикальной скважиной. На границе скважина - вмещаЁ

2 &

К

ющие породы возникает диффузионно-адсорбционная ЭДС ЕОИ на границе скважина - зона проникновения - Ео,2, а границе зона проникновения - пласт - Ё2А на границе зона проникновения - вмещающие породы - Ei,2, на границе пласт - вмещающие породы - Е4,1.

Статические потенциалы ESI, Es2 пред- ставимы в виде

Esi Ео,1 + Ео,2- Е1,2;(1)

Es2 Ei,2- E4.1 + Ј2,4,(2)

где ESI статический,потенциал на границе скважина - пласт;

Es2 - статический потенциал на границе зона проникновения - пласт; а величина измеряемого потенциала ПС вдоль оси скважины, отсчитываемая от линии глин (диффузионно-адсорбционной ЭДС вмещающих пород)

U(Z) E + о,

где Z - расстояние, которое отсчитывается от границы пласта;

d - диаметр сквахсины;

D - диаметр зоны проникновения.

Непосредственным дифференцированием в соотношении (3) находим выражения для измеряемых значений U (Z) и U(Z):

(d/2)2

2 U

+ U (Z)- (D/2)2

Z2+(D/2) U(Z).

Z2+(d/2)

ES2 J

3/2

ES1 +

3/2

(4)

3Z(d/2)2

Z2 + (d/2)2 3Z(D/2)25/2US2

5/2

Esi(5)

(425-r + l),

где

т

- + +

- + + - Zd Z/d;Dd D/d.

Формально соотношения (6) ставляют собой параметрическо Ю прямой у / + упри вариации г, где тангенс угла наклона прям ляется соотношением

fi зсз§

15 Р 4z5(4z3;MX4Z5+DSy

С другой стороны. тангенс угла на мой можно определить по коорд у двух ее точек. Одной из этих точ

. 20 ся измеряемые значения у -кх -г -f-{ . Как следует из соотн

0 U(Zd)

и (7), при Ј 1 исчезает зависимо 25 нат х0, УО от неизвестных величи D:

х0 2Zd(1 + 4Zd2),

., 6Zd

у°7ТТ4й)

где x0 и уо - координаты точек п

Это обстоятельно позво точку с координатами х0уо для о тангенса угла наклона/ dU

j8

30

35

277Г-У°

Z2+fD/2/ где U и U - соответственно первая и вторая производная потенциала ПС.

Как следует из формулы (5), при прохождении границы пласта (Z 0) величина второй производной потенциала ПС изменяется знак, что является надехсной основой определения границ раздела пластов при измерении второй производной потенциала ПС.

Система уравнений (3)- (5) является нелинейной относительно неизвестных D, ESI, Es2, , поэтому для ее решения применим следующие преобразования. Поделим левые и правые части уравнений {3), (5) со- ofeeTCf венн о на ле ую й правую часть уравнения (4). В результате получим

d U 6Zd(DS-r + 4Zi) . fm U1 (4zUl)(4Zl+Da);lJ

l iXo

d yi

Приравнивая правые части 40 (9) и (12), получаем линейное ура носительно Dd2, откуда находим

СИ- t6Z4d(4Zd -K1)j8

3+4Zl(4Z§ + 1)/S 45 где величина у определяется со ями (10) и (12). По найденному зн решая систему уравнений (3) и (4 потенциалы ESL Ј52: (

Р U-E(Dd)-U-B(Dd). (Dd)--C-B(DdJ U-C + U-A

ES2

50

где

55 E(Dd)A-E(Dd)-C-B(Dd) ; D§

B(DH)

4ZS + D§ 27d

V4Z + DS

.1.

57г d

2 U

(425-r + l),

(7)

где

т

- + + + .

- + + + Zd Z/d;Dd D/d.

Формально соотношения (6) и (7) представляют собой параметрическое задание прямой у / + упри вариации параметра г, где тангенс угла наклона прямой определяется соотношением

fi зсз§

5 Р 4z5(4z3;MX4Z5+DSy(9)

С другой стороны. тангенс угла наклона прямой можно определить по координатам х и у двух ее точек. Одной из этих точек являют0 ся измеряемые значения у -кU(Zi)

х -г -f-{ . Как следует из соотношений (6)

0 U(Zd)

и (7), при Ј 1 исчезает зависимость коорди- 5 нат х0, УО от неизвестных величин Es Esz. D:

х0 2Zd(1 + 4Zd2), (10)

., 6ZdМ1ч

у°7ТТ4й)(11)

где x0 и уо - координаты точек при т 1.

Это обстоятельно позволяет взять точку с координатами х0уо для определения тангенса угла наклона/ dU

j8 02)

0

5

277Г-У°

(13)

l iXo

d yi

Приравнивая правые части выражений 0 (9) и (12), получаем линейное уравнение относительно Dd2, откуда находим

СИ- t6Z4d(4Zd -K1)j8

3+4Zl(4Z§ + 1)/S 5 где величина у определяется соотношениями (10) и (12). По найденному значению Dd, решая систему уравнений (3) и (4), находим потенциалы ESL Ј52: (

Р U-E(Dd)-U-B(Dd). (Dd)--C-B(DdJ U-C + U-A

ES2

0

где

5 E(Dd)A-E(Dd)-C-B(Dd) ; D§

(14) (15)

B(DH)

4ZS + D§ 27d

V4Z + DS

.1.

57г d

(16)

(17)

А С -

2Zd

V4Z3 + 1

.2

зТ-г d

(18) (19)

HZi +

Таким образом, одновременная регистрация потенциала ПС и его первой и пторой осевых производных позволлет определять границы пластов, диаметр зоны проникновения промывочной жидкости и статические потенциалы ESI, Es2, возникающие на различных границах раздела.

Для доказательства осуществимости предлагаемого способа были проведены расчеты прямой и обратной задач потенци- ала ПС для модели с использованием формул (3) - (5) - прямая задача и (10) - (19) - обратная задача. Параметры модели ESI, Es2, D и координата точки Z наблюдения вырьировались в широких пределах. По- скольку соотношения (10) - (19) являются точными, то при отсутствии погрешностей в моделируемых по формулам (3) и (5) измере- ниях U. О . U, параметры ESI. Es2. D восстанавливаются точно (с точностью до машинных вычислений), независимо от выбора точки Z наблюдения Поэтому для исследования устойчивости формул обращения (10) и (19) в расчетные значения U, U , и вносились погрешности +5, -5, +5% соответ- ственно. Как оказалось, при этом максимальные погрешности возникают в определении параметра D, а величины этих погрешностей зависят от выбора точки Z наблюдения, от диаметра D зоны проникно- вения и от отношения статических потенциалов Es2/Esi.

Для реализации способа каротажа ПС можно использовать зонд ПС, состоящий из расположенных на жестком корпусе трех одинаковых сближенных электродов, причем центральный электрод расположен на равных расстояниях от крайних электродов. Снимаемые с электродов потенциалы подаются на измерительную схему. Измери- тельная схема детектирует потенциал среднего электрода относительно удаленного электрода на земной поверхности, раз- ность потенциалов между крайними электродами и разность потенциалов между средним значением потенциалов крайних электродов и потенциалом среднего электрода. Таким образом, в первом режиме измеряется потенциал ПС, а во втором и третьем режимах-соответственно разност- ная реализация первой и второй производных ПС.

Использование предлагаемого способа каротажа собственной поляризации позволит по сравнению с существующим повысить точность определения границ пласта, определять диаметр зоны проникновения промывочной жидкости в пласт и величины статических потенциалов на различных границах при наличии зоны проникновения. Кроме того, предлагаемый способ каротажа позволит определять наличие зоны проникновения при нейтральном характере проникновения, что невозможно определить чи одним из существующих электрических методов.

Формула изобретения Способ каротажа собственной поляризации, вкл.ючающий измерение потенциала собственной поляризации, а также его первой производной в точках регистрации на оси скважины и определение по результатам измерений границ раздела пластов, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности и информативности каротажа, в тех же точках измеряют вторую производную потенциала собственной поляризации, дополнительно определяют диаметр зоны проникновения D и статические потенциалы ESI на границе скважина - пласт и Е$2 на границе зона проникновения - пласт, исходя из соотношений

D / 16Z&(4Zi + iy

3+4ZS(4Z§ + 1)9 U-E(Dd)-U-B(Dd)

Esi

ES2

7VE(Od)-C-B(Dd)

U-C-bU -A A-E(Dd)-C-B(Dd)

где

/

U1 17

d + 6Zd 2 4Zd + 1

f-2Zd(4Zd-M)

4Z§ +

Dd D/d;

d - диаметр скважины;

U, U , U - соответственно величины потенциала собственной поляризации, его первой и второй производных;

Zd Z/d - расстояние от точки наблюдения до границы пласта в единицах диаметра скважины;

Z - расстояние от точки наблюдения до ближайшей границы пласта, отсчитываемое вдоль оси скважины,

и по полученным результатам судят о стро- определяют по изменению знака второй ении вскрытого скважиной разреза, при- производной потенциала собственной почем границы раздела пластов ляризации.

Использование: в области геофизических исследований скважин. Сущность изобретения: способ каротажа собственной поляризации (ПС) заключается в измерении вдоль оси скважин потенциала ПС и его первой и второй производных. По результатам измерений судят о строении вскрытого скважиной разреза, причем границы раздела пластов определяют по изменению знака второй производной потенциала ПС