Этот метод основан на измерении наведенного электрического тока, вырабатываемого генератором и передаваемого в исследуемую породу посредством зонда, в который встроены электроды. Все необходимое оборудование смонтировано на грузовой автомашине. При электрокаротаже методом сопротивлений используются различные комбинации установок электродов в исследуемой скважине; некоторые из них показаны на рис. 6.29. Чаще всего применяют установки из трех-четырех электродов. Этим достигается различная глубина проникновения электрического тока в горные породы.
Рис. 6.29. Схема двух видов установок электродов при каротаже методом сопротивлений.
Удельное электрическое сопротивление пород, насыщенных флюидом, при прохождении электрического тока — функция трех главных факторов: 1) степени минерализации флюида, 2) пористости породы, 3) температуры породы и флюида. Кроме указанных факторов, большое влияние на электрическое сопротивление пород оказывают их минералогический состав и геометрия порового пространства. Отношения между некоторыми из наиболее важных переменных воды и породы выражаются следующими уравнениями:
(6.8)
(6.9)
где F — коэффициент относительного сопротивления; Rw — удельное электрическое сопротивление пластовой воды; R0 — суммарное сопротивление породы; θ — пористость; С и m — константы, зависящие от минералогического состава и геометрии порового пространства породы. Для большинства природных материалов величины F меняются от 3 до 200. Многие значения С близки к 1,0, а величины т изменяются приблизительно от 0,3 для рыхлых пород до 2,2 для плотных.
Каротаж по методу сопротивлений используется для определения типов горных пород, корреляции геологических разрезов и оценки химического состава поровой жидкости. Из уравнения (6.9) видно, что плотные непористые породы, такие, как известняк, должны обладать очень высоким сопротивлением. Наоборот, сильно пористые породы, насыщенные минерализованной водой, будут иметь очень низкое сопротивление. Присутствие глинистых минералов обычно снижает сопротивление пород, поскольку ионы, адсорбируемые поверхностью этих минералов, значительно увеличивают электропроводимость. В большинстве случаев наиболее низкие сопротивления регистрируются в зоне сланцев, и глин.
Как и при каротаже методом естественного электрического поля, каротаж методом сопротивлений обычно дает возможность получить диаграмму, форма которой существенно зависит от характера исследуемых пород. Изменение формы кривой сопротивления позволяет уловить даже самые незначительные изменения литологии пород, что невозможно сделать при геологическом исследовании скважин. Таким образом, сочетание этих двух видов каротажа представляет собой один из наиболее эффективных методов корреляции геологических разрезов.
В некоторых районах уравнение (6.8) позволяет производить оценку качества подземных вод песков и песчаников. Приближенное значение F можно получить, исходя из приемлемой пористости исследуемого водоносного горизонта. Истинное удельное электрическое сопротивление пород Rs можно рассчитать по кривым сопротивлений. Если водоносный горизонт однороден и имеет большую мощность, то широкий разнос электродов дает возможность получить значения сопротивления, близкие к истинным. Однако в большинстве практических случаев в полученные результаты приходится вводить многочисленные поправки, учитывающие диаметр скважины, характер установки электродов, сопротивление бурового раствора, глубину проникновения в пласт фильтрата бурового раствора и мощность водоносного пласта. Учет всех этих факторов удобно осуществлять с помощью палеток, составленных фирмой «Шлюмберже корпорейшн». На рис. 6.30 показаны некоторые правила, позволяющие находить приближенные значения истинного электрического сопротивления с точностью, вполне достаточной для большинства гидрогеологических исследований.
Рассчитывая удельное электрическое сопротивление воды Rw, необходимо помнить, что оно характеризует сопротивление воды при ее температуре в водоносном горизонте. Таким образом, зная температуру воды в водоносном пласте, с помощью графика на рис. 6.27 можно получить минерализацию воды, выраженную содержанием NaCl в частях на миллион.
Рис. 6.30. Схема, иллюстрирующая применение правил нахождения истинного удельного электрического сопротивления пород Rt по диаграмме сопротивлений. е — мощность слоя; Rмакс — максимальное сопротивление; Rмин — минимальное сопротивление; Rs — сопротивление сланцев; на верхней диаграмме е > 40'.
Дальнейшим значительным развитием рассматриваемого метода является микрокаротаж. В обычном каротаже методом сопротивлений электроды расположены более или менее в центре скважины и окружены буровым раствором, причем расстояния между электродами составляют от 1,5 до 20 футов. При микрокаротаже используются резиновые «башмаки», которые прижимаются к стенкам скважины. Электроды расположены в «башмаке», и расстояние между ними всего несколько дюймов или даже менее. При этом устраняется влияние бурового раствора, а замеры сопротивлений производят через слой толщиной несколько дюймов. Последнее обстоятельство позволяет детально исследовать образование глинистой корки на стенке скважины и точно определить сопротивление зоны внедрения бурового раствора. Толщина корки бурового раствора в свою очередь служит индикатором водопроницаемости пород, поскольку более водопроницаемые породы пропускают больше бурового раствора, в результате чего на стенках скважины образуется более толстая глинистая корка. Сопротивление зоны внедрения — функция относительного сопротивления пласта. Если исследуемые породы не содержат глины, справедливо следующее соотношение:
(6.10)
где F, R0, Rw определены выше; Ri — сопротивление зоны внедрения бурового раствора; Rmf — сопротивление фильтрата бурового раствора. Величина Rmf определяется на поверхности путем фильтрования пробы бурового раствора и измерением сопротивления фильтрата с помощью мостика Уитстона. В полученное значение Rmf с графика рис. 6.27 вводится поправка, учитывающая температуру в пластовых условиях. Истинные значения R0 и Ri определяются соответственно по диаграммам сопротивления и микрокаротажа. Таким образом, единственной неизвестной величиной в уравнении (6.10) остается Rw. Величина Ri, считанная с диаграммы микрокаротажа, должна быть уточнена путем введения поправок на толщину глинистой корки, глубину внедрения раствора и изменений Rmf. Фирмы, оказывающие услуги в области микрокаротажа скважин, располагают палетками, в которых учитываются все указанные факторы.
Значительным достижением в области электрического каротажа скважин явилась разработка индукционного каротажа. Здесь нет электродов, находящихся в контакте с буровым раствором. Переменный ток поступает в передающую катушку. Образуемое при этом магнитное поле создает вихревые токи, которые проникают в породы, окружающие ствол скважины. Вихревые токи создают в свою очередь магнитное поле, регистрируемое приемной рамкой прибора. Интенсивность сигнала, зарегистрированного прибором, пропорциональна электропроводности или обратно пропорциональна электрическому сопротивлению пород. Результаты индукционного каротажа в меньшей степени, чем в случае обычного электрокаротажа методом сопротивлений, подвержены влиянию как столба бурового раствора в скважине, так и слоев пород, расположенных выше и ниже прибора индукционного каротажа. Наиболее эффективно применение индукционного каротажа в скважинах, бурящихся с растворами высокого сопротивления, которые приготовляют на нефтяной основе.
