elektrokarotaža i.pptrgn.hr/~joresko/nids_joresko/prvi_dio/ek_i.pdftemperaturom tj. dubinom, pa...
TRANSCRIPT
11/03/2012
1
Bušotinska karotaža
Preddiplomski studij Naftnog rudarstvaIV semestar
Električna mjerenja (Električna mjerenja (elektrokarotažaelektrokarotaža) ) -- I dioI dio
22
S obzirom na fizička svojstva koja se određuju
električne metode
Metode Metode karotažnihkarotažnih mjerenja mjerenja
radioaktivne metodeakustične metodeelektromagnetske metode
o mjerenje promjera bušotineo snimanje stijenke bušotine
33
o mjerenje temperature
11/03/2012
2
Električna otpornostElektrična otpornost
Električna otpornost (ρ) – svojstvo materijala vodiča (stijene)(eng. Resistivity)
Def.: otpor vodiča jedinične površine presjeka i jedinične duljinep j p p j j j
)(Ω=ALR ρ
ρ – el. otpornost [Ωm]L – duljina vodiča [m]A – površina poprečnog presjeka [m2]
ć d lji ći t
4
veća duljina → veći otporveća površina → manji otporSpecifična električna vodljivost (σ):
(eng. Conductivity)
(siemens/m)ρ
σ 1=
Električna otpornost stijenaElektrična otpornost stijena
Ovisi o (Hearst & Nelson, 1985):
• zasićenju vodom – slojna voda najčešće vrlo dobro provodi el strujuel. struju
• salinitetu – otpornost (provodljivost) slojne vode ovisi o koncentraciji otopljenih iona
• temperaturi – provodljivost slojne vode povećava se s temperaturom tj. dubinom, pa time i provodljivost stijene
5
11/03/2012
3
Raspodjela el. otpornosti i Raspodjela el. otpornosti i zasićenja u okolini kanala zasićenja u okolini kanala bušotine kroz propusni bušotine kroz propusni slojsloj
Rm – otpornost isplakeRmf - otpornost filtrata isplakeRmc – otpornost isplačnog
kolačaRxo – otpornost isprane zoneRt – otpornost netaknute zoneRw – otpornost slojne vodeR t t j d ih
6
Rs – otpornost susjednihslojeva
Sxo – zasićenje isprane zone filtratom isplake
Sw – zasićenje vodom
Električne metode (Električne metode (elektrokarotažaelektrokarotaža))
1. Podjela:
a) metode koje koriste postojeća, prirodna električna polja(npr. metoda prirodnog potencijala (SP))
b) metode koje koriste izazvana, inducirana električna polja(npr. metode otpornosti, metoda inducirane polarizacije)
2. Podjela – s obzirom na zahvaćeni volumen stijene:
a) metode koje zahvaćaju horizontalnu dubinu do 3 m od stijenkebušotine tj prijelaznu netaknutu zonu
77
bušotine tj. prijelaznu, netaknutu zonu(npr. induktivna karotaža, klasična elektrokarotaža, laterolog)
b) metode koje zahvaćaju neposrednu blizinu stijenke bušotine(npr. mikrolog, mikrolaterolog)
11/03/2012
4
Dubinski zahvat različitih Dubinski zahvat različitih karotažnihkarotažnih sondisondi
88
Spontani potencijal (SP)Spontani potencijal (SP)
Spontani ili prirodni potencijal – razlika potencijala između elektrode na površini i elektrode spuštene u bušotinu
• elektroda u bušotini nalazi seelektroda u bušotini nalazi se u vodljivoj isplaci• površinska elektroda –referentna elektroda; konstantnog potencijala
dijagram spontanog
9
dijagram spontanog potencijala pokazuje promjenu potencijala u bušotini
šejlovi – konstantne vrijednosti spontanog potencijalapješčenjaci – otklon krivulje od konstantnih vrijednosti
11/03/2012
5
Porijeklo prirodnog potencijala u bušotini Porijeklo prirodnog potencijala u bušotini
• najvećim dijelom je elektrokemijskog porijekla
- čine ga potencijal membrane (Em) i potencijal spajanja tekućina (Ej)
SP = Ej – Em
= UB - UA
• sloj pijeska ili pješčenjaka najčešće je zasićen slojnom vodom većeg saliniteta od isplake→ koncentracije tekućina se
t j i j d čiti
Potencijal spajanja tekućina
10
nastoje izjednačiti
→ ioni klora i natrija kreću se prema fluidu s manjom koncentracijom, no ioni Cl- putuju brže → fluid s manjom koncentracijom postaje negativniji ⇒ dolazi do razlike potencijala → Ej
(Parasnis, 1986)
Porijeklo prirodnog potencijala u bušotini Porijeklo prirodnog potencijala u bušotini
SP = Ej – Em
= UB - UA
Potencijal membrane (Em)
Potencijal Em nastaje na granici šejla i pješčenjaka
→ kristalna rešetka minerala glina sastavljena od atoma Si, Al i H stvara negativnu mrežu
→ djeluje tako da ioni Na+ prolaze(Parasnis, 1986)
j ( )
11
⇒ dolazi do razlike potencijala → Em→ djeluje tako da ioni Na prolaze kroz nju, a ioni Cl- ne
Em i Ej – ovise o koncentracijama tekućina
• u slučaju izmjene karbonata i pješčenjaka razlike potencijala su znatno manje → nema potencijala membrane
11/03/2012
6
Statički spontani potencijal (SSP)Statički spontani potencijal (SSP)
• na granici propusnog i nepropusnog sloja dolazi do povećanja potencijala
ako bi se na granicu slojeva postavio izolator potencijal u sloju pješčenjaka bi bio statički spontani potencijal
1212
u debelim i čistim (nezaglinjenim) slojevima pješčenjaka mjereni spontani potencijal je vrlo blizu SSP-a
(modificirano iz Schlumberger, 1972)
Primjena SPPrimjena SP--dijagramadijagrama
SP (mV)
SP-dijagram koristi se za:
• određivanje granica propusnih i nepropusnih slojeva
→ posebno kod homogenih izmjena propusnih pješčenjaka i nepropusnih laporapj j p p p
U nepropusnim zonama (lapor, šejl) -krivulja ima približno stalnu vrijednost →osnovna linija lapora
U propusnim intervalima - odstupanje od linije lapora (šejla)
osnovna linija šejla (lapora)
1313
Negativno odstupanje – otpornost filtrata isplake (Rmf) veća je od otpornosti slojne vode (Rw),
Pozitivno odstupanje – otpornost filtrata isplake (Rmf) manja je od otpornosti slojne vode (Rw).
11/03/2012
7
Primjena SPPrimjena SP--dijagramadijagrama
SP (mV)
SP-dijagram koristi se za:
• posredno određivanje električne otpornosti slojne vode (Rw) pomoću statičkog spontanog potencijala (SSP)
⎞⎛
SSP
osnovna linija šejla (lapora)
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅−=
w
mflogRRKSSP
t – temperatura [°F]R – otpornost filtrata isplake
tK ⋅+= 133,061
1414
Rmf – otpornost filtrata isplakeRw – otpornost slojne vode
osnovna linija pješčenjaka
Spontani potencijali pokazuje razliku potencijala, a ne apsolutnu vrijednost ⇒ očitanja su razlike u mV (otklon od osnovne linije).
Konvencionalna Konvencionalna elektrokarotažaelektrokarotaža
Klasični elektrokarotažni uređaji sastoje se od četiri elektrode:A, B – strujne elektrodeM, N – potencijalne elektrode
Teoretski dvije elektrode se spuštaju u bušotinu, a dvije se nalaze na površini.U k i i d ij l l k d š b š i li d lj jU praksi se i druga potencijalna elektroda se spušta u bušotinu ali na dovoljnoj
udaljenosti od prve mjerne elektrode (AN >> AM)
Normalna sonda
1515
Normalna sonda
|AM| - duljina sonde
11/03/2012
8
Konvencionalna Konvencionalna elektrokarotažaelektrokarotaža
Normalna sonda – mjeri se potencijal na nekoj udaljenosti od strujne elektrode
Prividna otpornost (Ra) izračunata iz mjerenog napona i ajakosti struje je:
IUKRa
Δ=
ΔU – razlika potencijalaI – jakost strujeK – konstanta koja ovisi o
dimenzijama sonde
AMK π4= – udaljenost AM
uz pretpostavku da se struja širi kroz
AM
16
uz pretpostavku da se struja širi kroz homogeno i izotropno sredstvo
Dubina prodiranja struje ovisi o razmaku elektroda. Najčešće su korištene usporedno sonde dviju dimenzija:a) mala normala, duljine oko 41 cm (16’’); koristi se za određivanje granica slojevab) velika normala, duljine oko 163 cm (64’’); radijus mjerenja je veći od 3 m pa omogućuje procjenu otpornosti netaknute zone (Rt) kod debljih slojeva
Inverzna sonda – udaljenost potencijalnih elektroda M i N je vrlo mala→ mjeri se gradijent potencijala na određenoj udaljenosti od strujne
elektrode A
Konvencionalna Konvencionalna elektrokarotažaelektrokarotaža
MNAMANK ⋅
= π4
– udaljenost AM
– udaljenost AN
d lj t MN
AM
ANMN
1717|AO| - duljina sonde
– udaljenost MNMN
11/03/2012
9
Idealne krivulje prividne otpornosti za normalnu sonduIdealne krivulje prividne otpornosti za normalnu sondu
R R
Rt > Rs
Ra ≈ Rt
AMh 4>
18Ra ≠ Rt
hAM >→ dobiva se obrnuti odnos otpornosti
Rt < Rs
R ≈ Ro obje krivulje su
Idealne krivulje prividne otpornosti za normalnu sonduIdealne krivulje prividne otpornosti za normalnu sondu
Ra ≈ Rt
(za h > 4AM)simetrične s točkama infleksije izvan granica sloja
19Ra ≠ Rt
11/03/2012
10
Idealne krivulje prividne otpornosti za Idealne krivulje prividne otpornosti za inverznuinverznu sondusondu
Rt > Rs
o krivulje su asimetričneR ≈ R
M i N su u sloju veće otpornosti, dok je A u sloju manje otpornosti
Ra ≈ Rt(za h > 2,5AO)
A je blizu donje granice sloja pa je tok struje veći kroz sloj manje otpornosti → prividna otpornost je veća
20
o nema ravnog dijela krivulje i teško je odrediti stvarnu otpornost Rt
Empirijske formule:a) h < 1,3 AO
Rt ≈ (Ra)max
b) h ≈ 1,5 AORt = RAO+2/3[(Ra)max-RAO] (Ra)max
RAO
Idealne krivulje prividne otpornosti za Idealne krivulje prividne otpornosti za inverznuinverznu sondusondu
Rt < Rs
o krivulje su asimetrične, R ≈ Rj ,sličnih karakteristika kao u slučaju Rt > Rs
Ra ≈ Rt
21
Ra ≠ Rt
11/03/2012
11
Linearnaskala
Logaritamskaskala
Dijagram otpornosti Dijagram otpornosti -- skalaskala
skala
MikrosondeMikrosonde
Mikrosonde – sonde s malim razmakom elektroda
⇒ za mjerenje malih volumena u blizini stijenke bušotine⇒ određivanje otpornosti isprane zone (Rxo) i/ili precizne debljine sloja
Upotrebljavaju se:a) Mikrolog (ML)
b) Mikrolaterolog (MLL)
c) Mikrosferično fokusirani laterolog (MSFL)
23
• elektrode su smještene na papuči koja je pritisnuta uz stijenku bušotine, kako bi se umanjio utjecaj uvjeta u bušotini (isplake i isplačnog kolača)
11/03/2012
12
Mikrolog (ML)Mikrolog (ML)
Mikrolog (ML)
• elektrode su smještene na papuči, koja je tijekom mjerenja pritisnuta uz stijenku bušotine
A0 – strujna elektroda
M1, M2 – potencijalne elektrode
24
• elektrode su međusobno vertikalno udaljene 25 mm (1’’)
• spojene su tako da mogu mjeriti na dva načina:a) kao mikronormala - mjerenje potencijala između M2 i potencijalne el. na velikoj udaljenosti →razmak sonde je 50 mm (2’’) → dublji zahvat; otpornost isprane zone
b) kao mikroinverzna – mjerenje potencijala između M1 i M2 (AO = 1½’’) → plići zahvat; otpornost u zoni isplačnog obloga
Mikrolog (ML)Mikrolog (ML)
Nepropusan sloj (A) - nema infiltracije (nema isplačnog obloga) → približno jednake vrijednosti obiju krivuljaPropusan sloj (B) - prisutna je infiltracija (postojanje isplačnog obloga) → dolazi do odvajanja krivulja, tj. do znatne razlike u vrijednostima
Mikrolog – mjeri otpornost s dva različita dubinska zahvata (radijusa)
A
25
B
Rxo > Rmc
11/03/2012
13
Mikrolog (ML)Mikrolog (ML)
Mikrolog – koristi se za određivanje granica propusnih i nepropusnih slojeva
• najčešće se mjerenja ne mogu kvantitativno interpretirati (Rxo)→ kombinira se s drugim mjerenjima mikrootpornosti
Uvjeti za kvalitetna mjerenja ML-om:• debljina isplačnog obloga mora biti < 12 mm• dubina prodiranja isplake > 100 mm
U slučaju kada se mjeri zatvorenom
26
U slučaju kada se mjeri zatvorenom sondom (papuča nije pritisnuta uz stijenku bušotine) → mjeri se otpornost isplake (Rm)
Glavni nedostaci konvencionalnih elektrokarotažnih metoda:
1. U slučaju tankih slojeva na mjerenu otpornost veliki utjecaj imaju okolni slojevi, tako da je mjerena otpornost znatno različita od stvarne otpornosti
ElektrokarotažaElektrokarotaža
stvarne otpornosti
2. Prilikom mjerenja u bušotini s isplakom na bazi slane vode veliki je ‘gubitak struje’ → mjerena otpornost je približna otpornosti isplake(Rm) ili isplačnog kolača (Rmc)
Prednost mikrologa – veća vertikalna rezolucija, mogu se otkriti i vrlo tanki slojevi
2727
⇒ razvijene su sonde s usmjerenim strujama - LATEROLOG
Prednosti laterologa:• manja ovisnost mjerenja o otpornosti isplake, promjeru bušotine i
debljini sloja
11/03/2012
14
⇒u stijenu se šalje struja usmjerenaokomito na stijenku bušotine⇒znatno se povećava dubinski zahvat i točnost mjerenja
Fokusirana mjerenja Fokusirana mjerenja -- LaterologLaterolog
j j⇒ vrlo točno se može procijeniti prava otpornost sloja, ili otpornost netaknutezone (Rt)
Upotrebljavaju se uređaji:a) s 3 i 7 ili 8 strujnih elektroda
(LL3 LL7 LL8)
2828
(LL3, LL7, LL8)a) dvojni laterolog (DLL)b) sferično fokusirani laterolog (SFL)c) mikrolaterolog (MLL)
Rt – otpornost netaknute zoneRs – otpornost susjednog slojaRm – otpornost isplake
Fokusirana mjerenja Fokusirana mjerenja -- LaterologLaterolog
mjerenja električne otpornosti pomoću sondi s usmjerenim strujama→ strujnice opisuju koncentrični disk okomit na sondu
Laterolog – 3 (LL3)• sastoji se od dugačke cilindrične elektrode podijeljene na 3 dijela• na sve tri elektrode je jednaki potencijal
A0 – središnja elektroda → mjerna elektrodaDuljina joj je oko 30,5 cm (1 ft)
A1 i A2 – kontrolne elektrode → održavanje konstantnog potencijala
2929
Duljina im je oko 1,5 m (5 ft)
Laterolog-3 (Doll, 1951)
11/03/2012
15
Laterolog Laterolog –– 3 (LL3)3 (LL3)
• na sve tri strujne elektrode (A0, A1, A2) pušta se struja istog polariteta
→ održava se jednaki potencijal na sve tri elektrode pa nema toka struje između elektroda⇒ tok struje u obliku ploče (diska) širi se okomito na smjer elektroda
Ig – kontrolna struja (automatski se podešava)
• potencijal na elektrodama je proporc. otpornosti (spec. vodljivosti) sloja koji se nalazi točno nasuprot središnje elektrode
30
→ promjenom struje Ig održava se konstantni potencijal
→ zbog tanjeg toka struje bolja je vertikalna razlučivost
Laterolog-3 (Desbrandes, 1985)
Laterolog Laterolog –– 7 (LL7)7 (LL7)
• sastoji se od središnje strujne elektrode i 3 para kratko spojenih elektroda, simetrično razmještenih oko središnje elektrode
A0 – središnja elektroda → mjerna elektroda
A1 i A2 – kontrolne strujne elektrode → održavanje konstantnog potencijala
M1 i M2 potencijalne elektrode,M ’ i M ’ spojene dvije po dvije
31
M1’ i M2’ spojene dvije po dvije
Laterolog-7 (Desbrandes, 1985)
11/03/2012
16
Laterolog Laterolog –– 7 (LL7)7 (LL7)
• struja istog polariteta pušta se na elektrode A0, A1 i A2
• na potencijalnim elektrodama (M) održava se jednaki potencijal mijenjanjemse jednaki potencijal mijenjanjem intenziteta struje na A1 i A2
⇒ u smjeru potencijalnih el. nema toka struje jer nema razlike potencijala
⇒ tok struje je okomito na taj smjer – u obliku ploče okomite na stijenke bušotine
32Laterolog-7 (Schlumberger, 1989)
• iz središnje elektrode (A0) struja je konstantna – razlika potencijala između jedne od potencijalnih elektroda i beskonačno udaljene elektrode proporcionalna je otpornosti slojeva
Laterolog Laterolog –– 7 (LL7)7 (LL7)
Prednosti laterologa:
• daje dobre rezultate u slučaju isplake male otpornosti (vodljive isplake )
• dobri rezultati su i kod velikih razlika u otpornostima slojeva tj. velikih p j jkontrasta otpornosti→ posebno pri otkrivanju tankih poroznih slojeva u karbonatnim stijenama visoke otpornosti
11/03/2012
17
Dvojni laterolog (DLL Dvojni laterolog (DLL –– Dual laterolog)Dual laterolog)
• sastoji se od devet elektroda – kontrolne strujne elektrode su udvostručene u odnosu na Laterolog-7
A1, A’1 i A2, A’2 – kontrolne strujne elektrode
• Laterolog koji istovremeno radi u dva moda: LLd i LLs
LLd - long investigation laterologLLs – short investigation laterolog
34Dvojni laterolog (Schlumberger,1989)
• pri tome koristi različite frekvencije za LLd i LLs
Dvojni Dvojni laterologlaterolog (DLL (DLL –– Dual Dual laterologlaterolog))
• mjeri istovremeno otpornost za dva dubinska zahvata→ dvije krivulje na dijagramu
LLd – veći dubinski zahvat od LL7 ili LL3j ći d bi ki h d ih l l→ najveći dubinski zahvat od svih laterologa
LLs – manji dubinski zahvat
• vertikalna rezolucija im je jednaka
3535
11/03/2012
18
Sferično fokusirani Sferično fokusirani laterologlaterolog (SFL (SFL –– SfericallySferically FocusedFocused LaterologLaterolog))
mjerno područje ima sferični oblik
• koristi se umjesto klasične sonde - male normale za mjerenje otpornosti infiltrirane zone
• sastoji se od 9 elektroda: 3 strujne elektrode i 3 para potencijalnih elektroda
A0, A1 i A1’ – strujne elektrode
M0 i M0’M1 i M1’ potencijalne elektrodeM2 i M2’
36
I0 – struja iz elektrode A0→ regulirana je tako da razlika potencijala između M1 i M2 (i M1’ i M2’) bude nulaIa – struja između elektroda A0 i A1 i A1’→ održava konstantan referentni potencijal između M0 i M0’, M1 i M1’
Bassiouni, Z. (1994): Theory, Measurement, and Interpretation of Well Logs. SPE Textbook Series Vol. 4.
Desbrandes R (1985): Encyclopedia of Well Logging Institut Français
LiteraturaLiteratura
Desbrandes, R. (1985): Encyclopedia of Well Logging. Institut Français du Pétrole, Gulf Publishing Company.
Doll, H.G. (1951): The laterolog: a new resistivity logging method with electrodes using an automatic focusing system, Petroleum Trans., AIME192, 305–316.
Log Interpretation, Volume I - Principles, Schlumberger, Houston, 1972.
43