Indukční protokolování (IR) je elektromagnetická metoda založená na měření zdánlivé elektrické vodivosti hornin. IR se příznivě liší od těžby konvenčními sondami a od BC tím, že je použitelná nejen ve vrtech naplněných vrtnou kapalinou (vodivý proud), ale i ve vrtech s nevodivou kapalinou (ropa nebo vrtná kapalina připravená na ropné bázi), vzduch nebo plyn.
Měření při indukční těžbě se provádí pomocí hluboko uloženého zařízení spuštěného do studny, sestávajícího v nejjednodušší formě ze dvou cívek: budicí cívky napájené střídavým proudem a přijímací (měřicí) cívky, vybavené zesilovačem a usměrňovačem. (obr. 27).
Elektronický obvod zařízení zajišťuje napájení cívky generátoru střídavým proudem o frekvenci 20-80 kHz, zesílení a převod signálu měřicí cívky. Střídavý proud protékající cívkou generátoru vytváří střídavé magnetické pole (přímé nebo primární), které indukuje vířivé proudy v okolních horninách. V homogenním prostředí jsou siločáry proudu kruhy se středem podél osy studny (pokud se osa hlubinného nástroje shoduje s osou studny). Vířivé proudy v horninách vytvářejí sekundární magnetické pole.
Primární a sekundární střídavé magnetické pole indukuje emf v přijímací cívce. EMF Ei indukované primárním polem je rušení a je kompenzováno zavedením EMF do obvodu přijímací cívky rovného a opačného ve fázi. EMF zbývající v měřicím obvodu, indukované sekundárním magnetickým polem vířivých proudů, je přiváděno do měřicího převodníku k zesílení a převodu, načež je posláno podél jádra kabelu na povrch, kde je zaznamenáno záznamovým zařízením. .
Rýže. 27. Schéma IR zařízení:
a – prostorový diagram; b – řez podél osy vrtu; 1 – generátor nebo; 2 – válečkové oko generátoru; 3 – zesilovač smrk
s přijímací (měřicí) cívkou; 5 – převodník
s fázově citlivým prvkem ohm; L – délka sondy;
Amplituda proudu v cívce generátoru je během procesu měření udržována konstantní a síla vířivých proudů vznikajících v okolní hornině je určena měrnou elektrickou vodivostí (elektrickou vodivostí) horniny. V souladu s tím je emf Eg indukované sekundárním polem v měřicí cívce, k první aproximaci, úměrné elektrické vodivosti hornin a tudíž úměrné jejich měrnému odporu. Křivka zaznamenaná podél vrtu by měla charakterizovat změny měrné elektrické vodivosti horniny v řezu.
V homogenním izotropním prostředí s měrnou elektrickou vodivostí 0„, kdy je frekvence napájecího proudu a vodivost média malá (lze zanedbat vzájemný vliv vířivých proudů)
kde K3 je koeficient sondy.
V praxi se neměří EMF Eb, ale proporcionální hodnota signálu přijatého během indukčního záznamu:
kde C je koeficient proporcionality. A pak dostaneme
an = E2/ K3 = EC/ C – K3 = EC/ K s.
Zde Kc je koeficient pro přechod z velikosti signálu
na specifickou elektrickou vodivost.
Vzhledem k tomu, že prostředí obklopující zařízení je heterogenní (vrstvy hornin různého odporu, splachovací kapalina s odporem odlišným od odporu prostředí, přítomnost penetrační zóny), naměřená hodnota elektrické vodivosti charakterizuje zdánlivou vodivost s podobnou jako zdánlivý odpor rc. V důsledku měření je velikost signálu Ес určena takto:
ok = 1 / pk = Ec / Ks.
Hodnota koeficientu Kc se volí tak, aby v homogenním prostředí ak odpovídala op.
Elektrická vodivost se vyjadřuje v siemens na metr (S/m). Siemens – vodivost vodiče s odporem 1 ohm.
Indukční záznamová sonda je obvykle označena kódem, jehož první prvek – číslo – odpovídá počtu cívek sondy, druhý – písmeno (F, I nebo E) – označuje typ sondy, třetí prvek – číslo – odpovídá délce sondy (vzdálenost v metrech mezi středy hlavních cívek) .
Zaznamenána křivka zdánlivé vodivosti
v IR téměř lineárně odráží změnu vodivosti média. Odpovídá převrácené křivce zdánlivého měrného odporu na téměř hyperbolické stupnici měrného odporu. Díky tomu je zesílena diferenciace křivky vůči horninám s nízkým měrným odporem a je vyhlazena vůči horninám s vysokým měrným odporem (obr. 28).
Pro získání přesnějších údajů o elektrické vodivosti hornin obsahuje IR sonda kromě dvou hlavních cívek několik dalších generátorových a měřicích cívek, nazývaných fokusační cívky. Účelem přídavných cívek je v kombinaci s hlavními snížit vliv splachovací kapaliny, penetrační zóny a hostitelských hornin na hodnotu zdánlivé vodivosti a také zvýšit hloubku studie. Bod, ke kterému se vztahují výsledky měření, je střed vzdálenosti mezi hlavní (proudovou a měřicí) cívkou (záznamový bod O na obr. 27).
Tvar křivky a určení hranic vrstev při IR závisí na charakteru proudových čar, které tvoří uzavřené kruhy kolem osy vrtu, umístěné v rovině kolmé k ose zařízení. Vliv studny na IR hodnoty v obecném případě závisí na dc, рс a poměru р„/рс. V případě vysoce mineralizované promývací kapaliny (рс < 1 Ohm m) a dostatečně vysokého měrného odporu specifických hornin (рп/рс >20) se vliv vrtu stává patrným a je zohledněn při interpretaci IR diagramů pomocí speciální palety.
Vliv penetrační zóny na výsledky IR je malý pro zvýšení penetrace. Významný efekt má snížení penetrace, počínaje penetrací vrtné kapaliny do hloubky přesahující tři průměry vrtu (D > 3 dc).
Rýže. 28. Rozdělení úseku podle indukčního logovacího diagramu. Vrstvy odporu: 1 – vysoká; 2 – střední; 3 – nízká. Body na křivce IK odpovídají hranicím vrstev
Indukční protokolování na rozdíl od jiných odporových metod nevyžaduje přímý kontakt měřicí jednotky s vrtným výplachem. To umožňuje použití IR v případech, kdy se používají nevodivé výplachové kapaliny (připravené na ropné bázi), stejně jako v suchých vrtech.
Příznivé výsledky jsou získány při studiu řezů s nízkým a středním odporem a přítomnosti rostoucího pronikání filtrátu vrtné kapaliny do souvrství. Pomocí IR diagramu můžete přesněji určit měrný odpor nízkého odporu
zvodněmi a postavením vodních nádrží. Použití IR je omezeno, když je vrtná kapalina slaná a měrný odpor hornin je vysoký. IR se doporučuje provádět v kombinaci s jinými odporovými metodami a také s metodou PS.
3.11. Metoda spontánních polarizačních potenciálů (SP)
Ve studni naplněné jílovým roztokem nebo vodou,
a kolem ní spontánně vznikají elektrická pole, nazývaná spontánní nebo vnitřní polarizace (přirozené potenciály).
Původ takových potenciálů ve studni je způsoben
především difuzně-adsorpčními, filtračními a redoxními procesy, ke kterým dochází na rozhraní vrstev, které se liší svými litologickými vlastnostmi (hlavně jílovitý obsah hornin), a na styku vrtné kapaliny ve vrtu a vrstvách, jejichž póry jsou naplněné vodou jednoho druhu nebo jiného stupně mineralizace.
Měření přirozených potenciálů spočívá v měření rozdílu potenciálu mezi elektrodou M, procházející vrtem naplněným vrtným výplachem (jílový roztok, voda), a elektrodou N, umístěnou na povrchu poblíž ústí vrtu (obr. 29).
Potenciál elektrody N je prakticky udržován konstantní a rozdíl potenciálů mezi elektrodami M a N AUMN = UM – UN = = UM- konst.
Rozdíl potenciálů mezi posunutou elektrodou M
a stacionární N označuje změnu elektrického potenciálu podél vrtu. Důvodem je přítomnost ve studni
a kolem něj samovolně vznikající elektrické pole. Zaznamenaná křivka přírodních potenciálů (křivka
PS) ukazuje změnu velikosti potenciálu elektrického pole na elektrodě M s hloubkou. Záznamový bod AU se vztahuje k elektrodě M. Rozdíl potenciálu PS se měří v milivoltech
tach (v mV). Měřítko záznamu je vyjádřeno v počtu milivoltů na 1 cm a je zvoleno tak, aby amplitudy odchylek PS anomálií byly v rozmezí 3-7,5 cm.
Rýže. 29. Schéma měření PS:
1 – hlína; 2 – pískovec; 3 – záznamové zařízení
Typicky se používají stupnice 5, 10 a 12,5 mV/cm. Hloubková měřítka jsou nastavena v souladu s měřítkem používaným pro křivku KS a v závislosti na detailu registrace jsou rovna 1:500; 1:200 a ve vzácných případech – 1:50.
Je třeba poznamenat, že kromě přirozeného potenciálového rozdílu PS vzniká mezi elektrodami M a N ve vrtu potenciálový rozdíl, způsobený rušivými proudy různého původu: polarizace elektrod, přítomnost bludné a střídavé země (telurické) proudy, rušení spojené s magnetizací navijáku, galvanická koroze nákladu atp.
Měření křivky PS se obvykle provádí současně se záznamem křivky CS pomocí standardní gradientové nebo potenciální sondy. Operace společné registrace křivek získala titul standardní elektrologování.
Tvar a amplituda odchylky PS křivky závisí na různých faktorech ovlivňujících rozložení proudových siločar a potenciálního poklesu ve studovaném prostředí – tloušťka útvaru, průměr vrtu, odpor útvaru, hostitelské horniny, splachovací tekutina a voda z útvaru, tloušťka útvaru, průměr vrtu, odpor útvaru, splachovací kapalina a voda z útvaru. průnik filtrátu jílového roztoku do formace a pod.
Velikost amplitudy PS anomálií D£/ps se měří od jílové čáry, běžně nazývané nulová čára. Tato čára, která je obvykle přímá, je nakreslena proti silným jílovým vrstvám, ve kterých se amplituda křivky PS blíží hodnotě EMF E„s, v tenkých vrstvách je menší než Et; čím menší je tloušťka útvaru, tím větší je rozdíl mezi těmito hodnotami. Hranice tlusté vrstvy (h/dc> 4) jsou vyznačeny v bodech odpovídajících polovině amplitudy odchylky křivky PS; hranice tenkých vrstev jsou posunuty vzhledem k polovině amplitudy odchylky křivky PS k maximální odchylce a identifikace hranic tenkých vrstev podél křivky PS je obtížná (obr. 30).
Písčito-jílovitý úsek je nejpříznivější pro jeho studium podél křivky PS. Písky, pískovce, slíny a prachovce lze od jílů snadno odlišit křivkou PS. Písčito-bahnité vrstvy jsou označeny potenciálními minimy. S nárůstem množství jílového materiálu ve vrstvě písku roste koeficient difuzně-adsorpčního potenciálu a následně se zmenšuje odchylka křivky PS proti němu. Největší adsorpční aktivitu (největší disperzi) mají jíl a limonitový cement z horniny, mnohem menší má uhličitanový cement a nejméně silikátový cement.
Proti čistým písčito-bahnitým útvarům obsahujícím ropu a plyn je negativní anomálie SS obvykle stejná jako u vodonosných vrstev. Proti jílovitým nádržím poněkud klesá.
Rýže. 30. PS křivky pro různé poměry měrných elektrických odporů filtrátu proplachovací kapaliny rf a formovací vody re:
Negativní anomálie na křivce PS označují v karbonátovém řezu nejčastěji čisté (nejílovité) karbonátové vrstvy (vápence, dolomity), a to jak hrubozrnné, tak středně zrnité, i jemnozrnné, včetně nízkoporézních a hustých.
Karbonátové vrstvy (opuky, jílovité vápence a dolomity) obsahující jílovitý materiál koncentrovaný v pórech nebo v rozptýlené formě se vyznačují drobnými
odchylky křivky PS od hliněné linie. Rozdělení řezu a identifikace hranic vrstev pomocí PS křivky v řezu s vysokým odporem je obtížné.
Metoda PS, donedávna jedna z nejdůležitějších v komplexu GIS, se široce používá ke stanovení hranic vrstev a jejich korelace, rozdělení řezu a identifikaci nádrží.
3.12. Jiné elektrické metody a kombinace metod pro stanovení měrného odporu
Kromě výše uvedených elektrických metod praxe vrtání někdy používá metodu evokovaného potenciálu, dielektrické protokolování a další modifikace metod odporu.
Metoda evokovaného potenciálu (EP) je určena pro hodnocení vlastností hornin a je založena na schopnosti hornin polarizovat se, když jimi prochází elektrický proud. Nejčastěji se metoda IP používá k izolaci uhelných a rudných vrstev.
Dielectric logging (DC) je elektromagnetický záznam založený na měření zdánlivé dielektrické konstanty hornin ek, která je číselně rovna dielektrické konstantě takového homogenního nevodivého média, jehož hodnoty se rovnají hodnotám v dané nehomogenní médium s konečným odporem.
Pro zkrácení doby geofyzikálních prací se využívá kombinace elektrických metod, kdy se měření provádí současně více různými sondami nebo metodami během jednoho sestupu a výstupu.
KAPITOLA 4. RADIOAKTIVNÍ PŘIHLÁŠENÍ
Geofyzikální metody pro studium geologického řezu vrtů, založené na měření charakteristik polí ionizujícího záření (přirozeného i uměle způsobeného) vyskytujícího se v jádrech atomů prvků, se nazývají radioactive logging (RL) [18, 19, 28, 31 ]. Nejrozšířenějšími typy radioaktivní těžby jsou: gama těžba, určená ke studiu přirozeného y-záření hornin; Gamma-gama logging a neutron logging, založené na efektu interakce zdrojů y-záření a neutronů s horninou (obr. 31).
Radioaktivita je schopnost nestabilních atomových jader spontánně se přeměňovat na stabilnější jádra jiných prvků, vyzařujících záření alfa-beta-gama a elementární částice (elektrony, neutrony, protony, pozitrony a nukleony). Radioaktivita atomových jader nalezená v přírodních podmínkách se nazývá přirozená radioaktivita a radioaktivní rozpad atomových jader, když jsou bombardována elementárními částicemi (elektrony, protony, neutrony, y-částice atd.), se nazývá umělá radioaktivita. Tyto názvy však odrážejí pouze způsob získání radioaktivního izotopu a radioaktivita je v obou případech určena vlastnostmi atomových jader přecházet z jednoho stavu do druhého, stabilnějšího, s různými fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Proces přeměny jednoho izotopu chemického prvku na jiný se nazývá radioaktivní rozpad, který je dán vnitřním stavem atomového jádra, proto rychlost radioaktivního rozpadu neovlivňuje teplota a tlak, elektrická a magnetická pole, druh chemické sloučeniny daného radioaktivního prvku a jeho agregovaný stav .
Rýže. 31. Schéma instalace radioaktivní klády:
Aha; b – GGK; c – NGK; d – NK (NK-t nebo NK-n); d-A G K; 1 – ocelové síto; 2 – olověné síto; 3 – parafín (nebo jiný materiál s vysokým obsahem vodíku); L – délka sondy; О – bod záznamu měření; I – indikátor y-záření; II – zdroj y-záření; III – indikátor hustoty neutronů; IV – zdroj neutronů
4.1. Záznam gama záření (GC)
Měření intenzity přirozeného y-paprskového záření z hornin podél vrtu se nazývá gama ray logging (GLR). Intenzita radioaktivního záření z hornin ve vrtu se měří pomocí indikátoru y-záření umístěného ve vrtném zařízení (obr. 31, a). Jako indikátor se používají Geiger-Mullerovy počítače nebo účinnější scintilační počítače, které lépe disekují řez (obr. 32). Výsledná
Křivka měření charakterizující intenzitu y-záření útvarů podél vrtu se nazývá gama křivka logování GC (obr. 33).
Indukční záznam (IR) je jednou z nejdůležitějších technik elektrického záznamu. V IR se studuje elektrická vodivost hornin protnutých vrtem pomocí speciální instalace – sondy, která přijímá signály indukované okolními vířivými proudy. Hlavními výhodami IR jsou relativně velká hloubka výzkumu s malým vlivem okolních hornin, absence galvanického kontaktu instalace s prostředím, v důsledku čehož je možné studovat prázdné studny a studny naplněné ne- vodivá proplachovací kapalina, měřte CL s vysokou přesností v horninách s nízkým odporem (méně než 10 Om*m).
Indukční těžba dřeva se nejlépe používá ve vrtech naplněných vrtným výplachem s nepříliš nízkou hodnotou odporu (0,3 Ohm*m s) a s п vrstvy ne více než 100 Ohm*m. IR metoda je méně citlivá na změny CS ve formacích nad 100 Ohm*m. Indukční protokolování v kombinaci s dalšími zaměřenými metodami s různou hloubkou výzkumu úspěšně řeší problém studia řezů pomocí odporové metody.
Indukční metody se také liší charakterem distribuce sekundárních proudů indukovaných cívkou generátoru v horninách: jejich proudové čáry leží v rovinách kolmých k ose cívky generátoru. V homogenním prostředí jsou čáry vířivých proudů kruhy se středy na ose zařízení. S takovým rozložením proudových čar je možné přesněji určit skutečný měrný odpor útvarů a výrazně se sníží vliv elektrické vodivosti hostitelských hornin na odečty indukčních metod.
Nejjednodušší sondu indukční metody mohou tvořit dvě cívky (generátor a měřicí) spuštěné do jímky. Vzdálenost mezi středy generátoru a měřicích cívek je délka Lи indukční sonda. Cívka generátoru sondy je připojena ke generátoru střídavého proudu s ultrazvukovou frekvencí 20-60 kHz a je napájena proudem stabilizovaným ve frekvenci a amplitudě. Měřicí cívka sondy je prostřednictvím zesilovače a fázově citlivého prvku připojena kabelem k záznamové přepážce umístěné na povrchu. Vytlačený proud protékající cívkou generátoru vytváří střídavé magnetické pole (přímé a primární), které naopak indukuje vířivé proudy v médiu obklopujícím sondu a vytváří sekundární střídavé magnetické pole o stejné frekvenci jako primární.
Primární a sekundární střídavé magnetické pole indukuje emf. v měřicí cívce. Přímý vliv primárního pole na přijímací cívku není spojen s horninami, proto emf. indukovaný přímým polem, je kompenzován protisměrným emf, rovným prvnímu ve velikosti a opačnému ve fázi, pomocí přídavných cívek nebo speciálních elektronických zařízení.
Elektromotorická síla generovaná sekundárním polem v měřicí cívce se skládá ze dvou složek – aktivní a reaktivní. Záznamové zařízení zaznamenává signál aktivní složky emf, která nejvíce souvisí s elektrickou vodivostí prostředí.
V případě nízké vodivosti média je emf. aktivní složka je přímo úměrná její elektrické vodivosti. Se zvýšením elektrické vodivosti média se emf. aktivní signál se zvyšuje pomaleji a podle složitějšího zákona. Porušení proporcionality mezi aktivním signálem a elektrickou vodivostí média je spojeno s interakcí vířivých proudů. Tento jev se nazývá kožní efekt. Čím vyšší je frekvence proudu a elektrická vodivost média, tím významnější je interakce vířivých proudů a tím významnější je vliv kožního efektu na hodnoty indukční metody.
Aktivní signál je na povrchu zaznamenáván měřicím zařízením ve formě křivky odrážející změnu elektrické vodivosti hornin podél úseku vrtu. Záznamový bod křivky je středem vzdálenosti mezi středy generátoru a měřicích cívek. Jednotkou pro měření elektrické vodivosti hornin je siemens na metr (S/m) – převrácená hodnota (OM*m). V praxi používají tisícinu siemens na metr – milisiemens na metr (mS/m).
Indukční metody měří efektivní elektrickou vodivost efv závislosti na vodivosti útvaru, vrtné kapalině, zóně průniku filtrátu vrtné kapaliny, hostitelských horninách, průměru vrtu, tloušťce souvrství, jakož i velikosti a provedení sondy. V tomto ohledu se efektivní elektrická vodivost v obecném případě liší od skutečné elektrické vodivosti studovaného útvaru pl.
IR INTERPRETACE
Hlavním úkolem IR interpretace je stanovení měrného odporu útvarů. Při absenci průniku pankreatického filtrátu do formace stanovení п podle jedné křivky se IR zohledňuje vlivy jamky, kožního efektu a omezené tloušťky útvaru, to se provádí pomocí palet.
V přítomnosti průnikové zóny, když sn odlišné od п neměřená část útvaru, IR údaje jsou interpretovány pomocí třívrstvých jednosondových nebo komplexních palet. Jednosondové palety jsou určeny pro vrstvy neomezené tloušťky a představují grafy závislosti к/с od п/с pro známé hodnoty dc a sn/с. Paleta je vybavena křivkami pro pevné hodnoty D/ dc a с. Pro výběr požadované palety a určení z ní п podle IR křivky je nutné předběžné stanovení parametrů D/ dc a sn/с. Toho je dosaženo prováděním IR měření v kombinaci s jinými metodami elektrického odporu.
Interpretační schéma je redukováno na zprávu s významnou hodnotou к, provedení korekcí vlivu jamky, kožního efektu a posouzení к, uvedení odečtů do podmínek útvaru neomezené tloušťky a nalezení pořadnice palety п/с.
IČ čtení pro určení tří neznámých veličin п, sn a D jsou obvykle interpretovány ve spojení s daty z jiných elektrických záznamových sond s různými výzkumnými poloměry. Pro tento účel byly vyvinuty komplexní přístroje pro simultánní záznam křivek IR, BC, potenciálu a gradientu sondy.
S klesající penetrací stanovení п, sn a D je ve ztrátě. To je způsobeno snížením hloubky studia IR sond a zvýšením hloubky BC sondy na пsn. Výsledkem je nesoulad v hodnotách velkého ICБ a malé př.n.lМ Sond zařízení E6 je podstatně méně než v případě rostoucí penetrace. Komplex sondy E6 za těchto podmínek neumožňuje jednoznačně určit parametry п, sn a D, protože každá kombinace hodnot zaznamenaná sondamiк odpovídá několika kombinacím definovaných parametrů.
