СПОСОБ ОЦЕНКИ ТОКА ВЫЗВАННОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ СРЕДЫ В ЗАКОЛОННОМ ПРОСТРАНСТВЕ ОБСАЖЕННЫХ СКВАЖИН
METHOD OF ESTIMATION OF MEDIUM CURRENT INDUCED POLARISATION IN CASED WELL BOREHOLE ANNULUS

Изобретение относится к области исследования обсаженных скважин и предназначено для оценки электрохимической активности среды в заколонном пространстве методом вызванной поляризации (ВП). Может использоваться при эксплуатации скважин подземных хранилищ газа.
Метод вызванной поляризации (ВП) основан на изучении вторичных электрических полей, возникающих в земле под действием электрического тока. Эти поля имеют электрохимическое происхождение, связанное с процессами, происходящими на контакте твердого вещества горных пород с внутри поровой влагой (Дахнов В.Н. Электрические и магнитные методы исследования скважин. - М., Недра, 1967).
1
2
Стандартные исследования проводятся в дискретном режиме с помощью специального четырехэлектродного потенциал-зонда A0.04MO.04A5,0B (РД 153-39.0-072-011. Техническая инструкция по проведению геофизических исследований и работ приборами на кабеле в нефтяных и газовых скважинах. - Москва, 2001, стр.121).
Измеряют разность потенциалов ВП (ΔUвп) через промежуток времени, прошедший после выключения поляризующего тока и разность потенциалов внешнего поляризующего поля (ΔU).
Первичная обработка состоит в расчете значений ΔUвп и расчете вызванной электрохимической активности Ав пород как отношения ΔUвп/ΔU.
Недостаток известного метода состоит в том, что он не позволяет оценить электрохимическую активность окружающих обсаженную стальной колонной пород, что обусловлено образованием двойного электрического слоя, всегда возникающего на контакте сред высокой (в данном случае, обсаженная стальной колонной скважина) и низкой (заколонное пространство) электрической проводимости (Электроразведка: Справочник геофизика. - М.: Недра, 1979, стр.313, а также положит. решение по заявке №2011139572, приоритет 28.09.2011 г.), обусловливающие близкие к 0 значения ΔUвп.
Задачей предложенного изобретения является повышение информативности измерений за счет анализа кривой роста потенциала ВП после включения поляризующего тока.
Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе оценки тока вызванной поляризации среды в заколонном пространстве обсаженных скважин, после включения поляризующего тока производят измерение потенциалов вызванной поляризации (ВП) и выделяют потенциал ВП, обусловленный влиянием скважины, и потенциал ВП, обусловленный пластом.
Физической основой предлагаемого способа является то обстоятельство, что рост потенциала ВП является отражает последовательность двух процессов ВП, когда сначала происходит перезарядка двойного электрического слоя, а затем - перенапряжение электрохимических реакций и концентрационная поляризация (Электроразведка: Справочник геофизика. - М.: Недра, 1979, стр.335).
Первый процесс отражает поляризационные явления в скважине. Он аппроксимируется переходной характеристикой:
<mrow><msub><mrow><mtext>F1(t</mtext></mrow><mtext>n</mtext></msub><mtext>)</mtext><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mrow><mtext>U1(t</mtext></mrow><mtext>n</mtext></msub><mtext>)</mtext></mrow><mrow><msub><mrow><mtext>U1</mtext></mrow><mi>∞</mi></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mtext>1</mtext><mo>−</mo><mtext>exp(</mtext><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mtext>t</mtext><mtext>n</mtext></msub></mrow><mrow><msub><mtext>t</mtext><mtext>0</mtext></msub></mrow></mfrac><mtext>)</mtext><mtext>,</mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext>(1)</mtext></mrow>
n
где t - время зарядки, мкс;
0
t - постоянная времени, которая является специфической для контактирующих веществ и составляет сотни - десятки микросекунд;
n
F1(t) - экспоненциальная временная функция первого процесса;
n
n
U1(t) - коэффициент поверхностной поляризации первого процесса, зависящий от времени t, б/р величина;
∞
U1 - характеризует предельное асимптотическое значение коэффициента поверхностной поляризации первого процесса, б/р величина.
Второй процесс отражает поляризационные явления в пласте. Он описывается переходной характеристикой:
<mrow><msub><mrow><mtext>F2(t</mtext></mrow><mtext>n</mtext></msub><mtext>)</mtext><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mrow><mtext>U2(t</mtext></mrow><mtext>n</mtext></msub><mtext>)</mtext></mrow><mrow><msub><mrow><mtext>U2</mtext></mrow><mi>∞</mi></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mtext>1</mtext><mo>−</mo><mtext>exp</mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mtext>t</mtext><mtext>n</mtext></msub></mrow><mrow><msub><mtext>t</mtext><mtext>0</mtext></msub><mtext>*</mtext><msqrt><mtext>π</mtext></msqrt></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext>*erfc</mtext><msqrt><mrow><mfrac><mrow><msub><mtext>t</mtext><mtext>n</mtext></msub></mrow><mrow><msub><mtext>t</mtext><mtext>0</mtext></msub><mtext>*</mtext><msqrt><mtext>π</mtext></msqrt></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow></msqrt><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext>(2)</mtext></mrow>
где erfc - стандартное обозначение дополнительного интеграла вероятностей;
∞
U2 - характеризует предельное асимптотическое значение коэффициента поверхностной поляризации второго процесса, б/р величина;
n
n
U2(t) - коэффициент поверхностной поляризации второго процесса, зависящий от времени t, б/р величина;
n
F2(t) - экспоненциальная временная функция второго процесса;
n
t - время зарядки после включения тока, мкс;
0
t - постоянная времени, которая является большей, чем у первого процесса и составляет сотни секунд;
π - постоянное число.
На Фиг. 1 представлены типичные примеры переходных характеристик 1-го и 2-го процессов ВП.
w
На Фиг. 2 дано сопоставление коэффициентов η на моделях скважин открытого ствола и обсаженных стальной колонной.
n
На фиг. 1 первый процесс отражает поляризационные явления в скважине. Он аппроксимируется экспоненциальной переходной характеристикой - F1(t) (1).
n
Второй процесс отражает поляризационные явления в пласте. Он описывается переходной характеристикой F2(t) - (2).
n
Как видно из приведенных результатов на фиг.1, при t более 0,1 с возрастание потенциала ВП будет обусловлено 2-м процессом, 1-й процесс будет обуславливать фон, что делает возможным простую оценку потенциала ВП в заколонном пространстве.
При осуществлении практической реализации способа с помощью стандартного зонда ВП (РД 153-39.0-072-011. Техническая инструкция по проведению геофизических исследований и работ приборами на кабеле в нефтяных и газовых скважинах. - Москва, 2001, стр.121) после включения поляризующего тока производят измерение потенциала ВП (t) в скважине в интервале времени (0-100) с, с шагом квантования по времени 0,02 с, и рассчитываются значения
<mrow><msub><mrow><mtext>ВП</mtext></mrow><mrow><mtext>пл</mtext></mrow></msub><mtext>(t)</mtext><mo>=</mo><mtext>ВП(t)</mtext><mo>−</mo><mtext>ВП(0</mtext><mtext>,1)</mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext>(3)</mtext></mrow>
где ВП (0,1) - значение потенциала ВП при t=0,1 с,
ВП (t) - значения потенциала ВП в моменты времени >0,1 с.
пл
Кривая ВП(1) характеризует рост потенциала в заколонном пространстве после учета влияния обсаженной скважины.
w
0
0
пл
Параметром, определяемым электрохимичской активностью пласта, в предлагаемом способе служит величина η=x/x, где x - значение ВП (0,1), x - сумма значений ВП(t) для t>0,1 с.
w
1
2
w
Пример практической реализации вышеуказанного способа показан на фиг. 2, на которой приведено сопоставление коэффициентов η, полученные при измерениях на насыпных моделях скважин открытого ствола и обсаженной стальной колонной. Измерения на моделях скважин открытого ствола проводились четырехэлектродным потенциал-зондом A0.04M0.04A5.0B при продолжительности зарядки 1 мин, паузы 5 сек, измерения 1 мин. Как видно из приведенных результатов, между коэффициентами η, полученными на моделях скважины открытого ствола и обсаженной, наблюдается высокая сходимость.
1. Дахнов В.Н. Электрические и магнитные методы исследования скважин. - М.: Недра, 1967.
2. Электроразведка. Справочник геофизика. - М.: Недра, 1979.
3. РД 153-39.0-072-011. Техническая инструкция по проведению геофизических исследований и работ приборами на кабеле в нефтяных и газовых скважинах. Москва - 2001.