Интерпретация диаграмм диэлектрических методов

Содержание.docx

Общие сведения о методах 5
1 Физические основы диэлектрического индукционного метода 6
2 Физические основы волнового диэлектрического метода 8
3 Аппаратура диэлектрических методов .. .9
Обработка кривых диэлектрических методов ..12
1 Кривые волнового диэлектрического метода . ..12
2 Кривые диэлектрического индукционного метода .15
Интерпретация снятых данных .17
1Интерпретация кривых ДИМ .. .17
2Интерпретация кривых ВДМ 18
Список литературы . 20
В данном курсовом проекте будут рассмотрены диэлектрические методы: индукционный и волновой. В тексте представлены основные сведения о методах физические основы методов аппаратура кривые методов и их интерпретация.
Диэлектрические методы основанные на изучении диэлектрической проницаемости горных пород позволяют получать сведения о физических свойствах горных пород при бескерновом исследовании разрезов скважин.
Диэлектрические методы основаны на изучении высокочастотного электромагнитного поля э. д. с. которого зависит от интенсивности токов смещения обусловленных диэлектрической проницаемостью среды. Па величину общего сигнала могут влиять токи проводимости. Плотность токов определяется электропроводностью среды.
Диэлектрические методы могут быть использованы для изучения разрезов скважин заполненных непроводящей промывочной жидкостью закрепленных полимерными или асбоцементными трубами для исследования гидрогеологических и инженерно-геологических скважин разрезов скважин сложенных малопористыми породами высокого сопротивления.
Диэлектрические методы позволяют более детально расчленять разрезы скважин сложенные породами среднего и высокого удельного электрического сопротивления выявлять места прорыва пресных вод нагнетаемых при разработке месторождения исследовать водоносные пласты насыщенные пресными пластовыми водами определять истинную диэлектрическую проницаемость пород с целью изучения их коллекторских свойств и нефтенасыщения.

Приложение.dwg

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДИАГРАММ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
КРИВЫЕ Δ Δ°° ДЛЯ ЗОНДА И20.2И10.8 Г ВОЛНОВОГО ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МЕТОДА
ПАЛЕТКИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПО ДАННЫМ SIN2 (ЗОНД И20.2И10.8 Г). ШИФР КРИВЫХ - ρП
f=60 МГв; п = 20; ρп = 20 Ом*м; вм = 5; ρвм = 50 Ом*м. Шифр кривых - мощность пласта
м. Пунктирной линией изображен график изменения

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ДИАГРАММ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МЕТОДОВ.docx

1 Основные сведения о методах
В группу диэлектрических методов входят диэлектрический индукционный метод (ДИМ) и волновой диэлектрический метод (ВДМ).
Диэлектрическая проницаемость являющаяся одной из основных электрических характеристик горной породы показывает во сколько раз уменьшается взаимодействие единичных зарядов в данной среде по отношению к вакууму. На практике чаще используют относительное значение диэлектрической проницаемости которое всегда превышает единицу. Относительная диэлектрическая проницаемость главных породообразующих минералов составляет 4—10 воды — около 80 нефти 20—27. Диэлектрическая проницаемость горных пород которые являются в общем случае многофазными многокомпонентными системами определяется их минеральным составом и структурой соотношением твердой жидкой и газообразной фаз типом насыщающего флюида частотой поля и температурой.
Таким образом диэлектрические методы основанные на изучении диэлектрической проницаемости горных пород позволяют получать сведения о физических свойствах горных пород при бескерновом исследовании разрезов скважин.
Диэлектрические методы основаны на изучении высокочастотного электромагнитного поля э. д. с. которого зависит от интенсивности токов смещения обусловленных диэлектрической проницаемостью среды. Па величину общего сигнала могут влиять токи проводимости. Плотность токов определяется электропроводностью среды.
Исходя из уравнения Максвелла которое можно представить в виде (1):
Вихрь напряженности магнитного поля определяется вторым слагаемым представляющим собой плотность токов смещения в случае переменного поля достаточно высокой частоты (порядка десятков мегагерц) или малой электропроводности среды (0).
Анализ уравнения (1) показывает что при а1 величина диэлектрической проницаемости среды не влияет на интенсивность магнитного поля. При преобладании токов смещения а>>1 величина сигнала не зависит от проводимости среды и полностью определяется ее диэлектрическими свойствами. Величина плотности токов смешения может быть соизмерима с величиной плотности токов проводимости при а>>02. При сравнительно невысоких значениях удельных сопротивлений пород это соотношение удовлетворяется на частотах равных десяткам мегагерц и лишь при высоком удельном электрическом сопротивлении (свыше 500 Ом-м) на частотах равных единицам мегагерц. Таким образом зависимость измеряемого магнитного поля от а возрастает с повышением частоты.
Теоретические и экспериментальные исследования проведенные Д. С. Даевым Ю. Н. Антоновым Ю. Л. Брылкиным показали что диэлектрическую проницаемость пород целесообразнее изучать на частотах порядка десятков мегагерц. При этом могут быть использованы как амплитудные так и фазовые способы измерения характеристик магнитного поля. Способ основанный на измерении характеристик магнитного поля создаваемого индукционными датчиками нашел практическое применение.
1 Физические основы диэлектрического индукционного метода
В диэлектрическом индуктивном методе (ДИМ) измеряется абсолютное значение амплитуды вторичного магнитного поля. Для исследования разрезов скважин применяются трехкатушечные зонды с двумя измерительными и одной генераторной катушками (И10 2И20 8Г) или с двумя генераторными и одной измерительной катушками (И0 8Г10 2Г2) (рисунок 1). Частота тока питания генераторной катушки 15—64 МГц. Расстояние между сближенными катушками является базой зонда а середина этого расстояния условно принята за точку записи кривой ДИМ.
Г Г2 – генераторные основные катушки; Г1 = фокусирующая генераторная катушка
Рисунок 1 - Схемы трехэлементного высокочастотного индукционного и диэлектрического зондов с двумя измерительными (а) и двумя генераторными (б) катушками
От высокочастотного генератора в окружающей среде возбуждаются вихревые токи. Индуцированные токи представляют собой сумму токов смещения плотность которых определяется диэлектрической проницаемостью пород и токов проводимости с плотностью зависящей от электропроводности пород. Эти токи наводят э. д. с. в измерительной катушке. Величина э. д. с. фиксируемая на выходе измерительной катушки пропорциональна диэлектрической проницаемости и электропроводности пород. Переход от измеряемой величины к диэлектрической проницаемости пород осуществляется с помощью специальных палеток которые позволяют ввести в измеряемый сигнал поправки за влияние электропроводности среды. Величина пл может быть установлена по данным метода БЭЗ либо обычным низкочастотным индукционным методом.
Кроме абсолютного значения амплитуды вторичного поля может быть зарегистрирована разность его амплитуд (2):
где Az1 = Az2 = Hz1 Hz2 — осевые составляющие напряженности магнитного поля диполя на расстояниях z1 и z2 от генераторной катушки; Hz0— вертикальная компонента магнитного поля в воздухе.
Разность амплитуд напряженностей магнитного поля в волновой зоне (kz>>1 где k—волновое число) в случае если токи смещения соизмеримы с токами проводимости или превышают их определяется по формуле (3):
где а и b — коэффициенты в выражении для волнового числа.
Из (3) следует что разностная амплитуда в волновой зоне зависит от расстояния между генераторной и ближней к ней измерительной катушками z2 величины поглощения энергии поля на этом пути е-bΔz2 отношения расстояний z1z2 поглощения и фазового сдвига на интервале AZ определяемых величинами функций е-bΔz2 и cosaΔZ.
В двухчастотном варианте ДИМ амплитуда вторичного поля измеряется па двух частотах 32 и 64 МГц или 1 и 32 МГц. По результатам измерений ДИМ на двух частотах с трехкатушечным фокусированным зондом раздельно определяются с помощью специальных номограмм диэлектрическая проницаемость и электропроводность среды.
Недостатком диэлектрического индукционного метода является влияние на результаты измерений параметров скважины и электропроводности пород. Для устранения этого недостатка Ю. Н. Антонов предлагает использовать пятиэлементный зонд с частотно-геометрической фокусировкой который обладает более высокими глубинностью исследования п чувствительностью к изменению диэлектрической проницаемости пласта по сравнению с трехэлементными зондами ДИМ.
2 Физические основы волнового диэлектрического метода
Измерения волновым диэлектрическим методом (ВДМ) выполняются на частотах 40—60 МГц с использованием трехкатушечного зонда состоящего из одной генераторной и двух измерительных катушек. Определяется разность фаз Δφ составляющих электромагнитного поля.
Если в волновой зоне ((kz>>1) величина токов смещения соизмерима с величиной токов проводимости или превышает ее (а>11) разность фаз (4):
Из (4) следует что разность фаз зависит от диэлектрической проницаемости пород определяется фазовым сдвигом на интервале ΔZ и не зависит от длины зонда и фазовых сдвигов на пути от источника поля до ближайшей из измерительных катушек. При измерении Δφ исключается влияние скважины.
Если 02≤ а≤11 то разность фаз будет зависеть не только от диэлектрической проницаемости но и от электропроводности среды. При удельном сопротивлении пород менее 50 Ом*м и определении диэлектрической проницаемости по данным измерений зондом И10 2И20. 8Г на частоте 60 МГц необходимо вводить поправку за влияние электропроводности пород. При рпл>50 Ом*м поправку вносить не требуется. Значение рпл может быть найдено по данным БЭЗ ИМ или Δφ и Аz1Лz2 полученным ВДМ. Поскольку разность фаз определяется преимущественно величиной диэлектрической проницаемости. а отношение амплитуд — проводимостью пород то совместная обработка этих двух характеристик поля позволяет установить истинные значения пл и рпл.
3 Аппаратура диэлектрических методов
Аппаратура диэлектрического индукционного метода. Одночастотная аппаратура ДИМ. Аппаратура ДИМ состоит из генераторного и измерительного блоков между которыми расположен зонд (рисунок 2 а). Генераторный блок включает задающий генератор ГЗ усилитель напряжения У1 усилитель мощности У2 и автономный источник тока ИТ. Стабилизированный генератор позволяет вырабатывать частоту 24 или 145 МГц. Измерительный блок состоит из смесителя С усилителя напряжения УЗ усилителя мощности У4 и измерительного выпрямителя ВИ. Измерительная часть прибора питается постоянным током силой 220 мА и напряжением 100—150 В от источника ВП.
При измерениях используется трехэлементный зонд И0 8Г10 2Г2 состоящий из основной Г2 и фокусирующей Г1 генераторных катушек и измерительной И катушки. Фокусирующая катушка предназначена для исключения влияния сигнала прямого поля задающего генератора на измерительную катушку. Длина зонда 1 м. Измеряемое напряжение по двум жилам кабеля поступает на поверхность к регистрирующему прибору РП.
Одночастотная аппаратура ДИМ позволяет производить измерения диэлектрической проницаемости в диапазоне 5—40 относительных единиц в породах с удельным сопротивлением от 4 Ом*м и выше при температуре до 90 °С и давлении до 40 МПа.
Двухчастотная аппаратура ДИМ. Эта аппаратура разработана в ИГГ СО АН СССР Ю. Н. Антоновым для измерения в скважине электромагнитных полей на двух парах частот: 32 и 64 МГц 1 и 32 МГц. На рисунке 2б изображена блок-схема аппаратуры ДИМ работающая на частотах 32 и 64 МГц. Аппаратура позволяет определять диэлектрическую проницаемость пород удельного электрического сопротивления свыше 11 Ом * м при Dзпdс4 стабильна в работе при температуре до 100 °С.
Рисунок 2 - Блок-схема одночастотной (а) и двухчастотной (б) аппаратуры диэлектрического индукционного метода и аппаратуры волнового диэлектрического метода (в)
Аппаратура волнового диэлектрического метода. Аппаратура ВДМ разработана С. Б. Денисовым. Она измеряет разность фаз высокочастотного поля между двумя точками удаленными на разное расстояние от генератора. Задающий генератор ГЗ работающий от источника питания ИТ посылает на генераторную катушку Г зонда напряжение частотой 60 МГц (или 45 МГц) через усилитель напряжения У1 и усилитель мощности У2. Сигналы вторичного поля фиксируются измерительными катушками зонда И1 и И2 и поступают в двухканальную фазоизмерительную систему с преобразованием частоты состоящую из усилителей УЗ и У4 смесителей С1 и С2 усилителей У5 и У6 ограничителей-формирователей ОФ1 и ОФ2 фазоизмерительного блока ФИЗ усилителя мощности У7 линейного амплитудного детектора АД и блоков автоматики БА1 БА2 и БАЗ (рисунок 2 в). На регистрирующий прибор РП подается постоянное напряжение.
Питание приемно-измерительной схемы прибора осуществляется с поверхности источником постоянного тока в случае применения трехжильного бронированного кабеля или источником переменного тока частотой 300 Гц при использовании одножильного бронированного кабеля.
Аппаратурой ВДМ с помощью трехэлементного зонда И10.25И20.751 измеряется параметр sin(Δφ2). Аппаратура работает стабильно при температуре до 90 °С и давлении до 40 МПа. Длина и база зонда составляют 1 и 025 м соответственно. Диапазон измеряемых значении разности фаз 0—180 °С. Глубинность волнового диэлектрического метода с этим зондом 03—06 м.
Обработка кривых диэлектрических методов
1 Кривые волнового диэлектрического метода
Диэлектрическую проницаемость горных пород в скважинах определяют по данным волнового диэлектрического метода. Согласно теории этого метода разность фаз Δφ поля измеренного в двух точках расположенных на расстояниях z1 и z2 от генераторной катушки питаемой током частоты 40—60 МГц связана с кажущимся значением к относительной диэлектрической проницаемости соотношением (5)
где Δ — угловая частота тока питающего генераторную катушку; с — скорость света. Под кажущимся значением к понимается относительная диэлектрическая проницаемость однородного непроводящего пространства в котором показания приборов одинаковы с показаниями приборов в изучаемом пространстве неоднородном по диэлектрическим свойства.
На рисунке 3 приведены кривые отношения величины Δφ к ее значению Δφ (в среде неограниченной мощности) для случая пересечения зондом И20.2И10.8 Г пластов ограниченной мощности диэлектрическая проницаемость которых п выше диэлектрической проницаемости вм вмещающей среды. Для пластов мощностью 03 м оптимальное значение этого отношения приурочено к подошве пласта. По мере увеличения точка максимума отношения Δφ Δφ°° смещается к кровле и в пластах мощности большей размера Lд зонда (рисунок 3) располагается ниже кровли на расстоянии Δl2.
f=60 МГв; п = 20; ρп = 20 Ом*м; вм = 5; ρвм = 50 Ом*м. Шифр кривых – мощность пласта м. Пунктирной линией изображен график изменения
Рисунок 3 - Кривые Δφ Δφ°° для зонда И20.2И10.8 Г волнового диэлектрического метода
В современной аппаратуре волнового диэлектрического метода регистрируют величину пропорциональную sin. Кривые параметра sin близки по конфигурации к кривым Δφ: характерные точки (точки максимума и минимума) этих кривых совпадают. В том случае когда проводимостью изучаемых пород можно пренебречь кривые параметра D = sin могут быть приведены к кривым путем пересчета линейного масштаба параметра D в нелинейный масштаб к по формуле (6)
Если проводимость изучаемой среды достаточно велика оптимальные значения параметра D пересчитывают в п (к) по кривым приведенным на рисунке 4.
Рисунок 4 - Палетки для определения по данным sinφ2 (зонд И20.2И10.8 Г). Шифр кривых - ρп Ом*м
2 Кривые диэлектрического индукционного метода
Кривые отношения разности амплитуд ΔА’ = Az1—Аz2 в неоднородной среде против одиночных изотропных пластов различной мощности и поляризуемости к разности амплитуд ΔА = Az1—Аz2 в однородной среде асимметричны (рисунок 5). Против мощного пласта (h>L) характерные показания снимаются в средней его части. Против маломощных пластов асимметрия кривых ДИМ еще более значительна чем против мощных пластов. Отбивка границ пластов по кривым ДИМ затруднительна.
Результаты измерений диэлектрическим индукционным методом в скважинах не есть кажущаяся диэлектрическая проницаемость изучаемых пластов как в методе кажущегося сопротивления. В общем случае кривая диэлектрического метода характеризует диэлектрическую проницаемость и удельное электрическое сопротивление пород. В связи с этим возникает необходимость перехода от измеряемых комплексных характеристик к кажущейся диэлектрической проницаемости. В этом случае под кажущейся диэлектрической проницаемостью следует понимать значение диэлектрической проницаемости такой однородной непроводящей среды показания в которой равны показаниям в данной неоднородной среде с конечным сопротивлением. Переход от величии измеренных ДИМ к кажущейся диэлектрической проницаемости пород осуществляется с помощью специальных палеток.
2 – неоднородная и однородная среды; 3 – пласт; а б – пл = 20; ρпл = 20 Ом*м; вм = 5; ρвм = 50 Ом*м; в г - пл = 5; ρпл = 50 Ом*м; вм = 20 Ом*м; а в – h =05 м; б г – h=2м. Зонд И20.2И10.8 Г; f=60 МГц
Рисунок 5 - Кривые отношения разности амплитуд ДИМ записанные против пластов с низкой и высокой диэлектрической проницаемостью (по Д.С. Даеву)
Интерпретация снятых данных
1 Интерпретация кривых ДИМ
В случае насыщения коллекторов пресными водами их невозможно отличить от нефтеносных пластов методами сопротивления или электропроводности. В то же время различие значений диэлектрической проницаемости пород насыщенных пресной водой (в.п.= 16÷25) и нефтью (н.п.=5÷12) позволяет разграничивать их достаточно уверенно. Появление пресных вод в нефтеносных пластах обычно наблюдается при законтурном и внутриконтурном заводнении их в процессе разработки месторождения. Описываемые методы позволяют также определить коэффициент нефтенасыщения таких пластов.
Диэлектрические методы могут быть использованы для изучения разрезов скважин заполненных непроводящей промывочной жидкостью закрепленных полимерными или асбоцементными трубами для исследования гидрогеологических и инженерно-геологических скважин разрезов скважин сложенных малопористыми породами высокого сопротивления.
Диэлектрические методы позволяют более детально расчленять разрезы скважин сложенные породами среднего и высокого удельного электрического сопротивления выявлять места прорыва пресных вод нагнетаемых при разработке месторождения исследовать водоносные пласты насыщенные пресными пластовыми водами определять истинную диэлектрическую проницаемость пород с целью изучения их коллекторских свойств и нефтенасыщения.
2 Интерпретация кривых ВДМ
На кривых волнового диэлектрического метода увеличенными значениями к(sin) выделяются породы повышенной влажности - водонасыщенные коллекторы высокой пористости и породы содержащие в существенных количествах глинистые минералы галенит гематит рутил и некоторые другие. Пониженные значения к характерны для плотных пород и коллекторов насыщенных газом и нефтью в условиях когда проникновение фильтрата глинистого раствора не превышает 10—15 см. При большей глубине проникновения фильтрата в связи с ограниченностью глубины исследования волновым диэлектрическим методом (03—04 м) в условиях изменяющейся влажности горных пород выделение газоносных и нефтеносных коллекторов по данным этого метода неэффективно.
Основные погрешности в определении п вызываются недостаточным учетом влияния электропроводности горных породс увеличением которой возрастает величина Δφ(sin).
При используемых частотах тока питающего генераторную катушку этот учет возможен при рп (рпп) > 5 Ом*м. Влияние скважины на показания наблюдается в тех случаях когда dcLд превышает 13 и особенно при растворах с сопротивлением рр 08 Ом*м.
В данном курсовом проекте были рассмотрены диэлектрические методы их аппаратура кривые а также их интерпретация.
Д.И. Дьяконов Е.И. Леонтьев Г.С. Кузнецов. Общий курс геофизических исследований скважин. Издание второе. Москва Недра 1984 г.
Л.В. Будыко. Профилеметрия скважин - реальность и вымыслы. НТВ Каротажник № 142 2006г.
В.Н. Дахнов. Интерпретация результатов геофизических исследований разрезов скважин. Москва Недра 1982 г.
В.М. Добрынин Б.Ю. Вендельштейн Р.А. Резванов А.Н. Африкян. Геофизические исследования скважин. Москва Нефть и газ РГУНГ 2004
С.С. Итенберг. Интерпретация результатов геофизических исследований скважин. Москва Недра 1987 г.
В.Г. Мартынов Н.Е. Лазуткина М.С. Хохлова. Геофизические исследования скважин: справочник мастера по промысловой геофизике. Москва Инфра-инженерия 2009 г.
С.С. Итенберг Т.Д. Дахкильгов. Геофизические исследования в скважинах. Москва Недра 1982 г.
Л.И. Померанц М.Т. Бондаренко Ю.А. Гулин В.Ф. Козяр. Геофизические методы исследования нефтяных и газовых скважин. Москва Недра 1981 г.