OSNOVI GEOFIZIČKOG KAROTAŽA

Šesto predavanje

INDUKTIVNI KAROTAŽ

Iduktivni karotaž je uveden u upotrebu 1949. godina, a njegova konstrukcija je zasnovana na uređajima za detekciju mina.

Instrumenti Induktivnog karotaža pripadaju grupi elektromagnetnih geofizičkih karotažnih uređaja i primenjuju se za određivanje specifične električne provodnosti formacija.

Kod Induktivnog karotaža se, za pobuđivanje formacija, koriste izolovani kalemovi (naizmenična struja), a ne elektrode (jednosmerna struja).

Prednost Induktivnog karotaža, nad Konvencionalnim ili Lateralnim električnim karotažom, je u tome što može da se primenjuje u bušotini u kojoj je isplaka bilo kakav fluid, koji ima nisku specifičnu električnu provodnost (isplaka na bazi slatke vode, nafte ili gasa, pene, vazduha), što znači da može da se koristi i u praznim bušotinama.

Merenja ne mogu da se vrše u bušotinama koje su zacevljene čeličnim (metalnim) kolonama ili ispunjene slanom (visoko mineralizovanom) isplakom.

Druga prednost Induktivnog karotaža je u boljoj rezolucijipri merenjima u tanko-uslojenim formacijama, usled načina raspodele struje koja se indukuje u formaciji, odnosno usmeravanja signala i većeg radijusa prodiranja signala u formaciju.

Strujni tokovi, koji teku kroz slojeve, upravni su na osu bušotine, tako da (u većini slučajeva) ne seku granice slojeva. To olakšava određivanje stvarne vrednosti specifične električne otpornosti (SEO) formacija i omogućava preciznije određivanje debljine i granica slojeva(naročito slojeva niske SEO).

Princip rada Induktivnog karotaža prikazan je na modelu sonde sa dva kalema (ne postoji ovakva sonda, pojednostavljenje služi za lakše objašnjenje principa rada).

Prijemni i predajni kalemsu namotani na nosač od izolacionog materijala i nalaze se u kućištu od neprovodnog materijala.

Princip rada sonde Induktivnog karotaža

Model sonde Induktivnog karotaža sa dva kalema

Rastojanje između kalemova (njihovih centara) se naziva dužina (“dimenzija”) sonde, a tačka na koju se odnose merenja je na sredini između kalemova.

Predajni kalem se napaja (iz oscilatora) visokofrekventnom naizmeničnom strujom (It), konstantne amplitude i frekvencije (20Hz), koja stvara elektromagnetno polje.

Model sonde Induktivnog karotaža sa dva kalema

It

Naizmenično magnetno polje indukuje vrtložnu struju u okolnim formacijama.

Prikazan je i hipotetički prsten formacije, čija je specifična električna provodnost σ, a u kome se indukuje struja.

Model sonde Induktivnog karotaža sa dva kalema

σ

Gustina vrtložne struje (J) u prstenastom prostoru formacije proporcionalna je specifičnoj električnojprovodnosti sredine (σ).

Vrtložna struja je fazno pomerena za 900 u odnosu na struju u predajnom kalemu.

Vrtložne struje u formaciji pobuđuju sekundarno magnetno polje, koje indukuje elektromotornu silu (EMS) u prijemnom kalemu.

Model sonde Induktivnog karotaža sa dva kalema

J = σE

Indukovani signal (napon) u prijemnom kalemu zavisi od frekvencije signala u predajnom kalemu i specifične električne provodnosti formacije.

Indukovani signal u prijemnom kolu je fazno pomeren za 900 u odnosu na vrtložnu struju, odnosno 1800 u odnosu na struju u predajnom kalemu.

U prijemnom kolu se indukovani signal pojačava i prenosi do uređaja za registraciju na površi terena.

Model sonde Induktivnog karotaža sa dva kalema

Predajni kalem predstavlja, u stvari, oscilujući magnetni dipol, koji u formaciji indukuje sekundarno magnetno polje (Bt), čija je vertikalna komponenta bitna za razmatranje sistema.

Vertikalna komponenta magnetnog polja ((Bt)z) zavisi od jačine naizmenične struje u predajnom kalemu (It), te predstavlja funkciju vremena (t).

Model sonde Induktivnog karotaža sa dva kalema

It

Bt

(Bt)z

Vrtložne struje u prostoru oko bušotine teku putanjama, koje su u obliku omči (petlji), čija se osa poklapa sa osom predajnog kalema.

Uspostavljeno električno polje(E) proporcionalno je promeni vertikalne komponente magnetnog polja ((Bt)z) u jedinici vremena.

Gustina vrtložne struje je proporcionalna specifičnojelektričnoj provodnosti formacije (J = σE).

Model sonde induktivnog karotaža sa dva kalema

(Bt)z

J = σE

Vrtložna struja indukuje sopstveno magnetno polje(B2), koje je promenljivo u vremenu.

Ovo sekundarno magnetno polje indukuje napon (UR) u prijemnom kalemu.

Napon (UR) je funkcija specifične električneprovodnosti sredine (σ), frekvencije (ω) i jačine struje u predajnom kalemu(It).

Model sonde induktivnog karotaža sa dva kalema

UR

B2

Geometrijski faktor za sondu sa dva kalema

Model za računanje geometrijskog faktora kod

sonde Induktivnog karotaža sa dva kalema

Geometrijski faktor je bezdimenziona veličina, koja se odnosi na horizontalni prsten homogene sredine, sa centrom na osi bušotine, čiji je poprečni presek kvadrat jedinične površine.

Geometrijski faktor predstavlja neku vrstu težinskog koeficijenta, odnosno učešće specifične električne provodnosti nekih delova ispitivanog prostora na ukupan odziv, registrovan instrumentom.

Vertikalna komponenta magnetnog polja (Bz), koje nastaje u predajnom kalemu, indukuje vrtložnu struju na rastojanju z od predajnika.

Indukovano električno polje (E) može da se izrazi kao funkcija poluprečnika prstena (r) i rastojanja od predajnog kalema (Rt):

.3tR

rE ∝

Električno polje (E) prouzrokuje električnu struju gustine Ju prstenu poluprečnika r, čija je geometrijska zavisnost data izrazom (σ je specifična električna provodnost formacije):

.3

tRrEJ σ

∝σ=

,

gde je Rr – rastojanje od bilo koje tačke strujnog prstena do prijemnog kalema.

3r

2

RrJB∝Δ

Indukovani napon u prijemnom kalemu je proporcionalan vertikalnoj komponenti magnetnog polja ΔB u prijemnom kalemu :

Geometrijska zavisnost izmerenog signala naziva se diferencijalni geometrijski faktor(g(r,z)) i data je izrazom:

.

Diferencijalni geometrijski faktor predstavlja doprinos jednog prstena (njegove specifične električne provodnosti) jediničnog poprečnog preseka, prečnika (r), na rastojanju (z) od predajnika, ukupnom odzivu sonde. Izraz može da se napiše i kao funkcija rastojanja (L) između predajnika i prijemnika.

3r

3t

3

RRr)z,r(g ∝

Informacije o odzivu sonde mogu da se dobiju i na osnovu druga dva geometrjska faktora, izvedena iz diferencijalnog geometrijskog faktora.

Diferencijalni vertikalni geometrijski faktor g(z)predstavlja odziv formacije jedinične debljine i preseka na rastojanju z od sredine sonde.

Na izmerenu vrednost specifične električne provodnosti tankih slojeva znatno utiče rastojanje između predajnika i prijemnika.

Diferencijalni vertikalni geometrijski faktor

Diferencijalni radijalni geometrijski faktor g(r) predstavlja relativan doprinos svakog od cilindričnih slojevapoluprečnika r, ukupnom odzivu sonde.

Diferencijalni radijalnigeometrijski faktor

Da bi se dobio odziv granica slojeva, koristi se integralni vertikalni geometrijski faktor (Gv).

Integralni vertikalni geometrijski faktor

Primer: Sredina sonde je na rastojanju (z = +130cm ≈+50”) od granice slojeva. To rastojanje je znatno veće od rastojanja predajnik-prijemnik (L = 92cm ≈ 36”), a na rezultate merenja više utiče sredina naspram koje je sonda (Gv = 0.9), nego susedna sredina (G = 0.1).

Integralni vertikalni geometrijski faktor

U svakom položaju merenja, svaka sredina (sloj i susedne formacije) ima sopstveni geometrijski faktor, a suma svih geometrijskih faktora, koji utiču na merenje jednaka je jedinici. Kada je sredina sonde na horizontalnoj granici dva sloja velike debljine, integralni vertikalni geometrijski faktor ima istu vrednost za oba sloja (Gv = G = 0.5).

Integralni vertikalni geometrijski faktor

Doprinos svake sredine u ukupnom registrovanom signalu biće proporcionalan proizvodu njene specifične električne provodnosti i njenog geometrijskog faktora.

Integralni vertikalni geometrijski faktor

Integralni radijalni geometrijski faktor (Gr)

Sredine su predstavljene kružnim cilindrima, koaksijalno raspoređenim oko ose bušotine. Svaka od ljuski (cilindara) ima određeni geometrijski faktor, koji će, ako je sredina uniformne specifične električne provodnosti, predstavljati relativan udeo u ukupnom signalu, ostvaren uticajem te ljuske.

Integralni radijalnigeometrijski faktor

Doprinos svake ljuske proporcionalan je proizvodu njene specifične električne provodnosti i njenog geometrijskog faktora.

Integralni radijalnigeometrijski faktor

Konvencionalne sonde Induktivnog karotaža

Fokusiranje induktivne sonde je usavršeno kombinacijom dodatnih predajnih i prijemnih kalemova. Ako je sistem kalemova konstruisan tako da nema međusobne indukcije između predajnog i prijemnog kalema, uticaj bušotine je minimalan.

Konvencionalne induktivne sonde imaju 6 i više kalemova. Svaki predajni kalem indukuje napon u svakom prijemnom kalemu. Svaka kombinacija predajnog i prijemnog kalema doprinosi jednom delu ukupnog signala, a taj deo zavisi od parametara predajnog i prijemnog kalema i rastojanja između njih.

Vrednost prividne specifične električne provodnosti zavisi od uticaja svih zona (bušotina, isprana zona, prelazna zona, neporemećena zona) i sredina (slojeva), koji se nalaze u okolini sonde, a data je izrazom

σa = σmGm + σiGi + σuGu+ σSGS ,

gde jeσa - prividna specifična električna provodnost,σm, σi, σu, σS - specifična električna provodnost isplake,

zone invazije i neporemećene zoneposmatranog sloja i susednog sloja, respektivno,

Gm, Gi, Gu, GS - geometrijski faktor za isplaku (bušotinu), zonuinvazije i neporemećenu zonu posmatranog slojai za susedni sloj, respektivno.

Vrednosti specifične električne provodnosti, dobijene merenjem Induktivnim karotažom, mogu znatno da odstupaju od vrednosti proračunatih na osnovu geometrijskog faktora.

To je najčešće posledica slabljenja signala u visoko provodnim sredinama (“skin efekat”), koje mora da se uzme u obzir pri određivanju geometrijskog faktora.

Kriva integralnog radijalnog odziva se primenjuje kada su u pitanju slojevi velike debljine, u kojima su formirane zone različite specifične električne provodnosti.

Svaka od zona utiče na signal u prijemnom kalemu. Izraz za prividnu specifičnu električnu provodnost (σa), koji povezuje geometrijski faktor sa parametrima bušotine i formacije, ima oblik:

σa = σmGrm + σiGri + σuGru

gde jeσm, σi, σu – specifična električna provodnost isplake, zone

invazije i neporemećene zone, respektivno,Grm, Gri, Gru – integralni radijalni geometrijski faktor za

isplaku (bušotinu), zonu invazije ineporemećenu zonu, respektivno.

Da bi se pravilno procenila dubina invazije, najbolje je da se koriste parovi kalemova na različitom međusobnom rastojanju.

Radijus istraživanja zavisi od rastojanja između predajnog i prijemnog kalema. Što je veće rastojanje između kalemova, veći je radijus istraživanja, ali je veće i slabljenje signala, zbog uticaja okolne sredine.

Merenje specifične električne provodnosti različitih zona omogućava procenu radijusa invazije.

Izraz za prividnu specifičnu električnu provodnost tankog sloja ima oblik:

σa = σbGb + σSGS

σb, σS, – specifična električna provodnost posmatranog sloja i susednog sloja,

Gb, GS – geometrijski faktor za posmatrani sloj i susedni sloj.

Odziv sonde za tanak sloj zavisi od položaja susednih slojeva u odnosu na položaj sonde (kalemova) i od odnosa specifične električne provodnosti slojeva.

Kada je specifična električna provodnost susedne formacije manja od specifične električne provodnosti posmatranog sloja, uticaj susedne formacije je mali.

Kada je specifična električna provodnost susedne formacije veća od specifične električne provodnosti posmatranog sloja, struja teži da se prostire kroz susednu formaciju i uticaj susedne formacije je veći.

To se odražava na oblik krive specifične električne provodnosti i mora da se uzme u obzir pri određivanju debljine sloja.

Prikazan je primer dijagrama Induktivnog karotaža.

U desnoj pisti je prikazana kriva specifične električne provodnostiu mS/m.

Specifična električna otpornost(SEO) je jednaka recipročnoj vrednosti specifične električne provodnosti, a prikazana je u srednjoj pisti u Ωm (isprekidana linija).

Dijagrami Induktivnog karotaža

U srednjoj pisti je prikazan i kriva SEO izmerena “kratkom normalom” (puna linija), koja se kombinuje sa krivom SEO registrovanom sondom Induktivnog karotaža (isprekidana linija).

U levoj pisti dijagrama prikazana je kriva Karotaža sopstvenog potencijala.

Upoređujući krivu SEO neporemećene formacije, dobijenu merenjem Induktivnim karotažom, sa krivom SEO “kratke normale”, može da se odredi da li postoji zona invazije, tj. da li je formacija permeabilna.

Na slici je dat primer krivih dvojnog induktivnog karotaža.

Debele nezaglinjene zone rezervoara su označene sa A i B, a tanke zone sa C i D. Za identifikaciju ovih zona koristi se kriva SP-a (leva pista).

Krive SEO dobijene su iz dvojnog induktivnog karotaža (ILm i ILd) i fokusirajućeg sferičnog karotaža (SFLU).

Primena

Na osnovu kvantitativne i kvalitativne interpretacije rezultata merenja Induktivnim karotažom vrši se:

- određivanje stvarne SEO neporemećene zone formacije, - određivanje SEO isprane zone formacije,- procena radijusa invazione zone,- detekcija tankih slojeva,- detekcija prisustva ugljovodonika,- procena zasićenja slojnom vodom i ugljovodonicima,- procena da li je promena SEO posledica promene poroznosti ili zasićenja slojnom vodom, itd.

Primena – korelacija između bušotina

Korelacija finih promena u sastavu marinskog šejla.

Primena – procena litologije

U primeru su prikazane krive induktivnog karotaža (dublji zahvat) i fokusirajućeg sferičnog karotaža (plići zahvat) naspram sekvence pesak-šejl (glina).

U većini sekvenci tipa pesak-šejl (glina), javljaju se tipične (konstantne) vrednosti SEO naspram slojeva šejla (gline).

Primena – stratigrafska analiza

Promene SEO ukazuju na kratke sedimentacione cikluse tokom taloženja materijala u delti.

Promene SEO su vezane za promene u procentualnom sadržaju peska i gline u sedimentima.

Niske vrednosti SEO ukazuju na prisustvo izuzetno provodnih zona sa piritom.

Primena – identifikacija zona sa piritom

Prikazan je uticaj slojeva sa visokom koncentracijom pirita na rezultate merenja induktivnim karotažom.

Primena – identifikacija zona nadpritiska

Zone nadpritiska mogu da se identifikuju na dijagramima promene specifične električne provodnosti sa dubinom.

Promene specifične električne provodnosti su u korelaciji sa promenama poroznosti šejla (gline).

Za pripremu predavanja korišćeni su materijali iz knjiga:

Martinović, S. i drugi, 2000: Geofizički karotaž – obrada i interpretacija. Naftagas, Novi Sad.

Rider, M., 2002: The Geological Interpretation of Well Logs. Rider-French Consulting, Ltd., Scotland.

Ellis, D.V., Singer, J.M., 2008: Well Logging for Earth Scientists. Springer, Netherlands.

Hvala na pažnji!

Da li ima pitanja?