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 rezoluciji pri 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 sonde Induktivnog karotaža Princip rada Induktivnog karotaža prikazan je na modelu sonde sa dva kalema (ne postoji ovakva sonda, pojednostavljenje služi za lakše objašnjenje principa rada). Model sonde Induktivnog karotaža sa dva kalema Prijemni i predajni kalem su namotani na nosač od izolacionog materijala i nalaze se u kućištu od neprovodnog materijala.
Rastojanje između kalemova (njihovih centara) se naziva dužina ( dimenzija ) sonde, a tačka na koju se odnose merenja je na sredini između kalemova. I t Model sonde Induktivnog karotaža sa dva kalema Predajni kalem se napaja (iz oscilatora) visokofrekventnom naizmeničnom strujom (I t ), konstantne amplitude i frekvencije (20Hz), koja stvara elektromagnetno polje.
σ 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
J = σe Gustina vrtložne struje (J) u prstenastom prostoru formacije proporcionalna je specifičnoj električnoj provodnosti sredine (σ). Vrtložna struja je fazno pomerena za 90 0 u odnosu na struju u predajnom kalemu. Model sonde Induktivnog karotaža sa dva kalema Vrtložne struje u formaciji pobuđuju sekundarno magnetno polje, koje indukuje elektromotornu silu (EMS) u prijemnom kalemu.
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 90 0 u odnosu na vrtložnu struju, odnosno 180 0 u odnosu na struju u predajnom kalemu. Model sonde Induktivnog karotaža sa dva kalema U prijemnom kolu se indukovani signal pojačava i prenosi do uređaja za registraciju na površi terena.
I t Model sonde Induktivnog karotaža sa dva kalema (B t ) z B t Predajni kalem predstavlja, u stvari, oscilujući magnetni dipol, koji u formaciji indukuje sekundarno magnetno polje (B t ), čija je vertikalna komponenta bitna za razmatranje sistema. Vertikalna komponenta magnetnog polja ((B t ) z ) zavisi od jačine naizmenične struje u predajnom kalemu (I t ), te predstavlja funkciju vremena (t).
(B t ) z J = σe 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 ((B t ) z ) u jedinici vremena. Model sonde induktivnog karotaža sa dva kalema Gustina vrtložne struje je proporcionalna specifičnoj električnoj provodnosti formacije (J = σe).
B 2 U R Model sonde induktivnog karotaža sa dva kalema Vrtložna struja indukuje sopstveno magnetno polje (B 2 ), koje je promenljivo u vremenu. Ovo sekundarno magnetno polje indukuje napon (U R ) u prijemnom kalemu. Napon (U R ) je funkcija specifične električne provodnosti sredine (σ), frekvencije (ω) i jačine struje u predajnom kalemu (I t ).
Geometrijski faktor za sondu 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. Model za računanje geometrijskog faktora kod sonde Induktivnog karotaža sa dva kalema
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 (B z ), 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 (R t ): E r 3 R t.
Električno polje (E) prouzrokuje električnu struju gustine J u prstenu poluprečnika r, čija je geometrijska zavisnost data izrazom (σ je specifična električna provodnost formacije): J = σ E σ r 3 R t.
Indukovani napon u prijemnom kalemu je proporcionalan vertikalnoj komponenti magnetnog polja ΔB u prijemnom kalemu : ΔB J R 3 r gde je R r rastojanje od bilo koje tačke strujnog prstena do prijemnog kalema. r 2,
Geometrijska zavisnost izmerenog signala naziva se diferencijalni geometrijski faktor (g(r,z)) i data je izrazom: g(r, z) 3 r R 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. R 3 t 3 r.
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. Diferencijalni vertikalni geometrijski faktor Na izmerenu vrednost specifične električne provodnosti tankih slojeva znatno utiče rastojanje između predajnika i prijemnika.
Diferencijalni radijalni geometrijski faktor g(r) predstavlja relativan doprinos svakog od cilindričnih slojeva poluprečnika r, ukupnom odzivu sonde. Diferencijalni radijalni geometrijski faktor
Da bi se dobio odziv granica slojeva, koristi se integralni vertikalni geometrijski faktor (G v ). 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 (G v = 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 (G v = 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 Integralni radijalni geometrijski faktor (G r ) 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.
Doprinos svake ljuske proporcionalan je proizvodu njene specifične električne provodnosti i njenog geometrijskog faktora. Integralni radijalni geometrijski 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 σ a = σ m G m + σ i G i + σ u G u + σ S G S, gde je σ a - prividna specifična električna provodnost, σ m, σ i, σ u, σ S -specifična električna provodnost isplake, zone invazije i neporemećene zone posmatranog sloja i susednog sloja, respektivno, G m, G i, G u, G S - geometrijski faktor za isplaku (bušotinu), zonu invazije i neporemećenu zonu posmatranog sloja i 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 (σ a ), koji povezuje geometrijski faktor sa parametrima bušotine i formacije, ima oblik: σ a = σ m G rm + σ i G ri + σ u G ru gde je σ m, σ i, σ u specifična električna provodnost isplake, zone invazije i neporemećene zone, respektivno, G rm, G ri, G ru integralni radijalni geometrijski faktor za isplaku (bušotinu), zonu invazije i neporemećenu 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: σ a = σ b G b + σ S G S σ b, σ S, specifična električna provodnost posmatranog sloja i susednog sloja, G b, G S 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.
Dijagrami Induktivnog karotaža Prikazan je primer dijagrama Induktivnog karotaža. U desnoj pisti je prikazana kriva specifične električne provodnosti u ms/m. Specifična električna otpornost (SEO) je jednaka recipročnoj vrednosti specifične električne provodnosti, a prikazana je u srednjoj pisti u Ωm (isprekidana linija).
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 pesakšejl (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.
Primena identifikacija zona sa piritom Prikazan je uticaj slojeva sa visokom koncentracijom pirita na rezultate merenja induktivnim karotažom. Niske vrednosti SEO ukazuju na prisustvo izuzetno provodnih zona sa piritom.
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?