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