Mélyfúrási geofizikai kollégium
Szerkesztette: dr Vass Péter Tamás földtudományi mérnök mesterszakos
hallgatók számára
A fajlagos ellenállás szelvényezés
hagyományos módszere
A fúrás által feltárt kőzetformációk fajlagos ellenállásának mérésére
szolgáló szelvényezési módszerek az aktív módszerek nagy csoportjába tartoznak. A mérés a szonda segítségével mesterségesen létrehozott fizikai jelenség (elektromos áramot létrehozó elektromos potenciálkülönbség
vagy elektomágneses mező) és a kőzetek erre adott válaszának rögzítésére irányul. A kőzetek fizikai értelemben vett válasza a
fúrólyukkörnyezetben létrehozott (vagy létrejövő) jelenség és a kőzetek kölcsönhatása eredményeképpen módosuló értékét jelenti annak a
mérhető fizikai mennyiségnek, amely összefüggésben áll az anyagi
tulajdonságokkal és a szóban forgó jelenséggel. A fajlagos ellenállás mérés esetében ez a mennyiség az elektromos potenciálkülönbség, azaz
elektromos feszültség, melyből közvetlenül származtatható az ún.
látszólagos fajlagos ellenállás (Ra) vagy látszólagos vezetőképesség (Ca).
Az alkalmazott fizikai jelenségek alapján két csoportba oszthatók a tárgyalandó szelvényezési módszerek és változataik:
• galvanikus fajlagos ellenállásmérő módszerek,
• indukciós szelvényezési módszer.
Fajlagos ellenállás szelvényezés
A galvanikus fajlagos ellenállásmérő módszerek esetében az elektromos áramvezetés játssza a főszerepet, amelyet a szonda környezetét alkotó anyagi közegek közvetlen érintkezése biztosít.
A galvanikus jelző, melyet általában elhagynak, arra utal, hogy érintkezési elektromossággal kapcsolatos a mérés. Az elektródák segítségével mért feszültség arányos a szonda vizsgálati geometriája (a szonda
környezetének az a része, amelynek részaránya domináns a mért mennyiséget befolyásoló hatások szempontjából – fajlagos ellenállás
szelvényezésnél ez a részarány 50%) által lehatárolt környezetet jellemző látszólagos fajlagos ellenállással.
Az angolszász szakirodalom használja az „electrode resistivity” kifejezést arra a fajlagos ellenállásra, amelyet elektródákkal megvalósított
mérőrendszerekkel hajtanak végre fúrólyukkörnyezetben. (Schlumberger | Oilfield glossary, https://glossary.oilfield.slb.com/en/terms/e/electrode_resistivity)
Fajlagos ellenállás szelvényezés
Az indukciós szelvényezési módszernél a mesterségesen létrehozott elektromágneses mező és a szonda mérési geometriája által lehatárolt környezet kölcsönhatása eredményeképpen létrejövő másodlagos
elektromágneses mezőt jellemző indukált feszültség mérése a cél. Itt nincs szükség az áramfolyás számára közvetlen kapcsolat biztosítására a
szonda és a kőzet között. Ez a feszültéség a közeg látszólagos fajlagos vezetőképességével arányos.
A látszólagos vezetőképesség reciprokaként természetesen
leszármaztatható a látszólagos fajlagos ellenállás, melynek értéke azonban nem egyezik meg a galvanikus módszerekkel kapott értékekkel ugyanazon fúrólyukkörnyezet esetén sem. A megkülönböztetés érdekében alkalmazza az angolszász szakirodalom a „ (wireline) induction resistivity” kifejezést.
Az eltérő fizikai elvek miatt az indukciós szelvényezési módszert nem is minden szakirodalmi tárgyalásnál sorolják a fajlagos ellenállás mérő
módszerek csoportjába, hanem fajlagos vezetőképesség szelvényezésnek tekintik.
Fajlagos ellenállás szelvényezés
(Galvanikus) fajlagos ellenállás szelvényezési módszerek
A szűkebb értelemben vett fajlagos ellenállás szelvényezési módszerek alkalmazásakor tehát elektromos áramkört hoznak létre a mérőrendszer és a kőzetformáció között.
Az egyen vagy kisfrekvenciás (< 500 Hz) váltóáramot a felszíni mérő adatgyűjtő rendszer tápegysége biztosítja, és a szelvényezésnél
alkalmazott kábelen keresztül valósul meg a tápáramkörnek a szelvényezőrendszer felőli része.
A szondát körülvevő fúrólyukkörnyezeten és kőzeten keresztül folyó áram kilépési és visszatérési pontjai a szonda tápelektródái (jelölésük A és B).
A mérés végrehajtása vízbázisú fúróiszappal kitöltött nyitott fúrólyuk-
szakaszban történik. A vízbázisú iszap, mint elektromosan vezető közeg, biztosítja az elektromos áram folyását a tápelektródák és a kőzetformáció között.
Fajlagos ellenállás szelvényezés
(Galvanikus) fajlagos ellenállás szelvényezési módszerek
A mesterségesen létrehozott elektromos tér szonda körüli potenciál eloszlását és az ennek megfelelő áramsűrűség eloszlást a különböző anyagi minőségű térrészek (zónák) fajlagos ellenállásai, valamint a geometriai jellemzőik határozzák meg alapvetően.
Ezek a hatások együttesen, de különböző súllyal vesznek részt a szonda mérőelektródái között aktuálisan mérhető elektromos feszültség értékének kialakításában.
A távolsággal általánosan csökken a befolyásoló hatás, és emiatt a szonda ún. vizsgálati geometriáján túli részből jövő hatásokat a
modellszámításoknál már gyakran elhanyagolják.
A kisebb fajlagos ellenállású és nagyobb térfogatú zónákban ugyanakkor sokkal nagyobb lehet az áramsűrűség a közelebbi zónákhoz képest, és ez növeli a hozzájárulását a távolabbi résznek a mért feszültség értékéhez.
Fajlagos ellenállás szelvényezés
(Galvanikus) fajlagos ellenállás szelvényezési módszerek
Ha a szondát körülvevő közeg homogén és izotróp lenne, akkor a mért feszültségből közvetlenül lehetne számítani a közeg tényleges (valódi) fajlagos ellenállását (Rt vagy Ro).
Azonban ez a feltétel lényegében soha nem áll fenn, mert különböző fajlagos ellenállású és kiterjedésű zónák veszik körül a szondát (pl.
iszappal töltött fúrólyuk, iszaplepény, kisepert v. kiöblített zóna, kevert v.
átmeneti zóna, érintetlen zóna, függőleges irányokban réteghatárokkal elválasztott szomszédos rétegek). Ennek következtében a mért
feszültségből leszármaztatott mennyiség az aktuálisan jelenlévő
inhomogén környezetet jellemző ún. látszólagos fajlagos ellenállás (Ra).
𝑅𝑎 = 𝐾 ∙ 𝑈
𝐼,
Az összefüggésben szereplő K tényező a szonda elektróda elrendezésétől függő konstans, amelyet a szonda K tényezőjének vagy geometriai
tényezőnek neveznek. Az U a mért feszültséget az I pedig a tápáram beállított erősségét jelenti.
Fajlagos ellenállás szelvényezés
(Galvanikus) fajlagos ellenállás szelvényezési módszerek
A látszólagos fajlagos ellenállás értékét befolyásoló legfontosabb tényezők:
• a fúrólyukátmérő (dh),
• a fúróiszap fajlagos ellenállása (Rm),
• az iszapfiltrátum fajlagos ellenállása (Rmf),
• az iszaplepény fajlagos ellenállása (Rmc) és vastagsága (hmc),
• a kisepert v. kiöblített zóna átmérője (dxo) és fajlagos ellenállása (Rxo),
• az elárasztott zóna átmérője (di) és fajlagos ellenállása (Ri),
• a vizsgált réteg vastagsága (h) és valódi fajlagos ellenállása (Rt v. Ro),
• a rétegdőlés szöge (a),
• a szomszédos rétegek fajlagos ellenállása (Rs),
• a hőmérséklet (T),
• a szonda elektróda elrendezése (az elektródák sorrendje és távolságai egymástól).
Fajlagos ellenállás szelvényezés
(Galvanikus) fajlagos ellenállás szelvényezési módszerek
Az alkalmasan megválasztott, különböző elektróda elrendezésű
szondákkal mért látszólagos fajlagos ellenállás görbék már korrekciók elvégzése nélkül is bevonhatók a szelvényértelmezés első, ún. kvalitatív fázisába, amikor a rétegsor litológiai tagolását, a réteghatárok megadását, a különböző fluidumtároló zónák kijelölését, és a tárol fluidum fajtájának (víz, olaj, gáz) lehetőség szerinti meghatározását, ill. valószínűsítését végzik el.
A szelvényértelmezés kvantitatív fázisában már szükségessé válik
azoknak az előzőekben ismertetett hatásoknak a korrekciója, amelyek nem kívánatosak a számításokban alkalmazott mennyiségek értékeinek
megadása szempontjából. A mért látszólagos fajlagos ellenállások korrekciója révén leszármaztatandó mennyiségek: Rxo, Rt vagy Ro. Az Rxo az Sxo , az Rt pedig az Sw tárolóparaméterek meghatározása szempontjából alapvető jelentőségű a szénhidrogénkutatás területén.
Természetesen a látszólagos fajlagos ellenállás görbék kiértékelése más területeken is nagy jelentőséggel bír (pl. vízkutató, érckutató és szénkutató fúrások szelvényezése).
Fajlagos ellenállás szelvényezés
(Galvanikus) fajlagos ellenállás szelvényezési módszerek
A fajlagos ellenállás szelvényezésre alkalmazott szondák széles
választékát fejlesztették ki és használják a különböző kutatási célokkal mélyített fúrásokban.
A mérések alapjául szolgáló fizikai elv ugyanaz, de minden típusnak saját elektróda elrendezése, méretei és egyéb technikai jellemzői vannak. Az előnyös tulajdonságaik kihasználása és a hátrányok kiküszöbölése miatt, általában két vagy három megfelelően megválasztott elektróda elrendezést kombináló szondákat, vagy szondavonatokat alkalmaznak a gyakorlatban ugyanazon rétegsor szelvényezése során.
Az elektródákat alkalmazó fajlagos ellenállás szelvényezés két nagy
csoportja adható meg az alkalmazott szondák tápáramának rétegbe jutása szempontjából.
1. Az ún. hagyományos (konvencionális) fajlagos ellenállás szelvényezés (ES: Electric Survey) esetén a tápáram rétegbe folyásának mértékét
jelentősen, és bizonyos esetekben kedvezőtlenül befolyásolják a fúrólyuk- környezet egyéb, nem kívánatos hatásai.
Fajlagos ellenállás szelvényezés
(Galvanikus) fajlagos ellenállás szelvényezési módszerek
2. Az ún. írányított vagy fókuszált áramú fajlagos ellenállás szelvényezés szondáinál speciális elektróda elrendezést és terelő áramot alkalmaznak annak érdekében, hogy a tápáram rétegbe folyásának mértékét javítsák.
Mindkét csoporton belül alkalmaznak ún. makro és mikro szondahosszú fajlagos ellenállás mérő szondákat, hogy a jelentősen eltérő behatolási mélységek és rétegfelbontó képességek kombinálhatók legyenek.
A makro szondák esetében a szondahossz általában nagyobb mint 0,1 m.
A különböző behatolási mélységek szerint megkülönböztethetők sekély, közepes és mély behatolást biztosító rendszereket. A behatolási mélység növelése csökkenti az elárasztott zóna hatását a mért értékben, de
durvább rétegfelbontóképességhez vezet (a vékonyabb rétegek kimutatása nem lehetséges).
A mikro szondáknál a szondahossz kisebb mint 0,1 m, s ennek megfelelően nagyon sekély behatolású mérésekre alkalmasak.
Lényegében a kisepert (kiöblített) zóna, valamint az iszaplepény
befolyásolja a mért értéket a permeábilis rétegek esetében. Ugyanakkor nagyon jó a rétegfelbontóképességük, már néhány centiméter réteg-
vastagságok is meghatározhatók a segítségükkel.
Fajlagos ellenállás szelvényezés
Hagyományos (konvencionális) fajlagos ellenállás szelvényezés
A Konrad és Marcel Schlumberger által kifejlesztett, és 1927-ben már fúrásban alkalmazott (Pechelbronn, Elzász) első fúrási geofizikai szonda lényegében egy fajlagos ellenállás mérésére alkalmas mérőeszköz volt.
Ez a szonda és a további fejlesztések eredményeként kialakított különböző változatok még nem biztosították a tápáram terelését az ún. fókuszálást.
Emiatt a hagyományosnak elnevezett fajlagos ellenállás szelvényezés eszközei közé tartoznak.
Alapvető jellemzőjük, hogy négy elektróda alkalmazásával alakítják ki a tápáramkört és a mérőáramkört. A két tápelektróda (A és B) kapcsolja be az iszapon keresztül a kőzetformációt a tápáramkörbe. A két mérőelektróda (M és N) képezi a mérőáramkör nyitott pontjait a fúrólyuk és a kőzetrétegek felé. A négyből az egyik elektródát mindig a felszínen földelik le. Ennek
megfelelően a szondatesten kialakított három elektróda tartozik egy adott elektróda elrendezéshez. Ezek közül kettő egymáshoz közelebb (közeli elektródák), a harmadik pedig tőlük távolabb helyezkedik el (távoli
elektróda).
Fajlagos ellenállás szelvényezés
Hagyományos (konvencionális) fajlagos ellenállás szelvényezés
Az elektróda elrendezésük alapvető jellemzői alapján két nagy csoportba oszthatók a hagyományos fajlagos ellenállás mérő eszközök:
1.) a potenciál vagy normál szondák csoportja, 2.) a laterál vagy gradiens szondák csoportja.
Potenciál vagy normál szondák
A két közeli elektróda különböző típusú, az egyik táp- (A), a másik pedig mérőelektróda (M). A távoli elektróda lehet mérőelektróda (N), ilyenkor egypólusú potenciál szondáról beszélünk, és a tápáramkör a felszíni
tápelektródával (B) záródik. Másik lehetőség az, amikor a távoli elektróda a szondatesten tápelektróda (B). Ez a kétpólusú potenciál szonda esete,
melynek mérőáramköre a felszíni mérőelektródával (N) záródik.
A potenciál elnevezés arra utal, hogy a mesterségesen létrehozott, és a szonda környezetében lévő anyagi közegek hatásait is hordozó elektromos térnek az elektromos potenciálját lehet megközelítőleg mérni a szonda
segítségével. Valójában a nagyon távolinak tekinthető felszíni potenciálhoz viszonyított potenciálkülönbség (feszültség) méréséről van szó.
Fajlagos ellenállás szelvényezés
Egypólusú potenciál szonda áramköri vázlata
Fajlagos ellenállás szelvényezés
Kétpólusú potenciál szonda áramköri vázlata A potenciál szonda vonatkozási pontja (O) a két közeli elektróda közötti szakasz felezőpontjában helyezkedik el. A mért feszültséget és az ebből származtatott látszólagos fajlagos ellenállást ennek a pontnak a
fúrólyukbeli helyzetéhez rendeli hozzá a regisztráló egység.
Fajlagos ellenállás szelvényezés
Potenciál vagy normál szondák
Az elektródák távolságától függő szondahossz (L) a két közeli elektróda közötti távolságnak felel meg. A szonda behatolási mélysége a
szondahossz kétszerese (2L). Ennek értéke összefügg a szonda vizsgálati geometriájának lyuktengelyre merőleges irányú kiterjedésével.
Megjegyzés:
A fajlagos ellenállásmérő szondák vizsgálati geometriája azt a szonda körüli térbeli alakzatot jelenti, amelyen belülről származó hatások 50 %- ban járulnak hozzá a mért mennyiség értékéhez. Ennek az alakzatnak a geometriai jellemzői, szimmetria viszonyai az elektróda elrendezés
paramétereitől függenek homogén izotróp végtelen kiterjedésű közegben.
A szondahossz és a behatolási mélység közötti összefüggés erre az elméleti határesetre vezethető le.
Általánosan érvényes tehát, hogy a nagyobb szondahossz nagyobb behatolási mélységgel jár együtt (a szondától távolabb eső térfogatrész hatása is jelen van a mért jelértékben), ugyanakkor rosszabb
rétegfelbontóképességet eredményez, amely a szelvénygörbe alapján egyértelműen kijelölhető legvékonyabb réteg vastagságával áll
összefüggésben.
Potenciál vagy normál szondák
A potenciál szondákat több különböző szondahosszas változatban alkalmazták, és még jelenleg is alkalmazásban vannak bizonyos területeken, hogy az eltérő behatolási mélységek és rétegfelbontó
képességek segítségével, a látszólagos fajlagos ellenállásnak a fúrólyuk tengellyel párhuzamos és arra merőleges irányú változásait minél
pontosabban ki lehessen mutatni.
Az elektróda elrendezés és az elektródák közötti távolságok jelölésére szolgáló rövidítésben az elektródák betűjelei a szonda felső részétől
kezdve jelennek meg, a közöttük lévő számok a szomszédos elektródák közötti távolságot adják meg méterben vagy inch-ben (utóbbi egységet az amerikai fejlesztésű szondáknál alkalmazzák).
Például:
B1.95A0.1M a szondahossz L=0,1 m a behatolási mélység 2L= 0,2 m B3.8A0.4M a szondahossz L=0.4 m a behatolási mélység 2L= 0.8 m A fenti elrendezésekkel készült szondákat elterjedten alkalmazták a hazai szén- és vízkutatás területén.
Fajlagos ellenállás szelvényezés
Potenciál vagy normál szondák
Az Egyesült Államokban és a nyugati országokban az ún. Gulf Coast
rendszert használták a szénhidrogénkutatás területén, amely többek között egy rövid normál (AM=16”) és egy hosszú normál (AM=64”) elrendezést is magában foglalt egy szondában.
Rövid normál elrendezést 8" szondahosszal, valamint közepes behatolású normál elrendezést 32" szondahosszal szintén alkalmaztak.
A vízkutatás területén végzett szelvényezéseknél még jelenleg is használatosak ezek.
A rövid normál elrendezéssel mért szelvénygörbéket a réteghatárok
kijelölésében, a rétegvastagságok meghatározásában alkalmazzák a jobb rétegfelbontóképességük miatt. Ezen kívül permeábilis rétegek esetén az elárasztott zónáról szolgáltatnak értékes információt.
A hosszú normál elrendezéssel mért görbék a mélyebb behatolásuk miatt szépen elválnak a rövid normál görbéktől az elegendően vastag
permeábilis rétegekkel szemben. Az elválás mértékét növeli a szénhidrogén jelenléte a tárolórétegben.
Fajlagos ellenállás szelvényezés
Potenciál vagy normál szondák
Impermeábilis rétegekkel szemben az elválás nem jelentkezik, mivel nincs elárasztás és emiatt nincsenek eltérő fajlagos ellenállású zónák oldalirány- ban távolodva a lyukfaltól.
A két elrendezés kombinált alkalmazása előnyösnek bizonyult a rétegsor tagolásában, a permeábilis rétegek kimutatásában.
Fajlagos ellenállás szelvényezés
A litológiai oszlop sötét sávjai impermeábilis, kis fajlagos
ellenállású "shale" rétegeket (nagy agyagtartalmú finomszemcsés
törmelékes üledékes kőzet) jelölnek.
A szelvénygörbék elválása
permeábilis rétegekkel szemben jelentkezik.
Az elválás mértékét növeli a
szénhidrogéntartalom az érintetlen zónában. Csökkenti az
agyagtartalom növekedése. Az elválás előjele víztároló rétegek esetén az iszapfiltrátum és a
formációvíz sókoncentrációjának viszonyától függ.
Fajlagos ellenállás szelvényezés
Malcolm Rider: The Geological Interpretation of Well Logs
A rövid (shallow) és hosszú (deep) normál elrendezésekkel mért fajlagos ellenállás görbék jellegzetes viselkedése különböző rétegek és fluidum- tartalmak esetén.
Horizontálisan rétegzett formációk esetében, a szondahosszhoz képest elegendően vastag
rétegeknél jelentkező látszólagos fajlagos ellenállás kitérések a réteg közepén érik el maximumukat, vagy minimumukat, és a réteghatárok felé mindkét
irányban szimmetrikusan csökkennek, vagy
növekednek az értékek. A maximumok közel vannak a rétegek valódi fajlagos ellenállásához, de azt nem érik el.
A réteghatárok nem esnek egybe a görbe inflexiós pontjaival. A réteghatár az inflexiós ponthoz képest távolabb, a szondahossz felének megfelelő
távolsággal jelölhető ki ilyen ideális esetben.
Ha a rétegvastagság (h) kisebb mint a szondahossz (AM), a szelvénygörbe alakja alapján már nem lehet következtetni a réteghatárokra, és a környezetétől nagyobb fajlagos ellenállású réteg jelenlétére.
Ilyen esetben a görbealak két hamis csúcs által
közrefogott minimumot formáz, aminek semmi köze nincs a valósághoz.
A rétegvastagság hatása a szelvénygörbe alakjára
Schlumberger: Log Interpretation Principles/Applications, 1989
Fajlagos ellenállás szelvényezés
R16 jelöli a szondával mért fajlagos ellenállás értékét (a
szelvénygörbéből leolvasandó).
Számítani kell az R16/Rm arányt a fúróiszap réteghőmérséklet korrigált fajlagos ellenállásának segítségével.
A kapott érték (pl. 100) által kijelölt ordináta egyenese és az aktuális fúrólyukátmérőhöz (pl. 8”) tartozó görbe metszéspontjához tartozó abszcissza adja meg az Rt/Rm arányt, amelyből a réteg korrigált fajlagos ellenállása (Rt) már
kifejezhető. Kisebb fúrólyukátmérők esetén és nem túl nagy R16/Rm
aránynál a mért látszólagos fajlagos ellenállás értéke közel van a réteg valódi fajlagos ellenállásához.
Szénhidrogéntároló réteg esetén azonban az R16/Rm arány jellemzően nagy, s így a korrekció mértéke is nagy.
Fúrólyukhatás korrekciójára alkalmazandó görbesereg rövid normál elektróda
elrendezéshez (Schlumberger, AM=16”)
Darwin V. Ellis, Julian M. Singer: Well Logging for Earth Sciences
Fajlagos ellenállás szelvényezés
Laterál vagy gradiens szondák
Ezeknél a szondáknál a közeli elektródák azonos fajtájúak, vagy mindkettő mérőelektróda (M és N) vagy tápelektróda (A és B). A távoli elektróda
pedig ezektől eltérő fajtájú (A vagy M).
A mérőelektródák között mért feszültség arányos a szonda körüli elektromos potenciál gradiensének függőleges összetevőjével (az elektromos térerősség függőleges komponensével).
Amikor a közeli elektródák a szonda felső részén helyezkednek el, akkor fedős (gradiens) szondáról beszélünk. A feküs (gradiens) szondánál
viszont az alsó rész tartalmazza a közeli elektródákat.
Használatos még az inverz elnevezés is a gradiens szondákra, de szigorú értelemben véve csak azok a gradiens szondák tekintendők inverz
szondáknak, amelyeknél tápelektródák (A és B) a közeli elektródák, és a távoli elektróda egy mérőelektróda (M).
Az inverz elrendezés előnye, hogy könnyebben megvalósítható a
kombinációja a normál elektróda elrendezéssel egyetlen szondán belül (pl.
Gulf Coast rendszerű szonda).
Fajlagos ellenállás szelvényezés
fedős gradiens szonda feküs gradiens szonda
A vonatkozási pont (O) itt is a közeli elektródák közötti távolság
felezőpontjában van. A szondahossz (L) azonban a vonatkozási pont és a távoli elektróda közötti távolságnak felel meg (L=OA vagy L=OM).
A gradiens (v. laterál) eletróda elrendezés behatolási mélysége megegyezik a szondahosszal (L).
Fajlagos ellenállás szelvényezés
A gyakorlatban alkalmazott gradiens elektróda elrendezések esetén a behatolási mélységek meghaladják a potenciál szondákét.
Néhány példa a gradiens szondahosszakra (L):
4' 8", 6', 9', 13', 15', 18' 8", 24'.
Ezek közül a 18' 8" szondahosszas inverz elrendezést tartalmazta a Gulf Coast rendszerű szonda.
Megjegyzés:
1' = 1 láb (foot) = 12 hüvelyk (inch), 1" = 1 hüvelyk = 2,54 cm
Magyarországon a 4 m szondahosszú fedős gradiens szonda az egyik alapvető eszköz a vízkutatásban (N0,4M3,8A).
A nagyobb behatolási mélység miatt az érintetlen zóna fajlagos ellenállásának (Rt) meghatározásában volt szerepe a
szénhidrogénkutatásban.
A vízkutatásban a talajvízszint kimutatásában és az eltérő minőségű (ionkoncentrációjú) rétegvizek összehasonlításában van szerepe.
Fajlagos ellenállás szelvényezés
Az ún. Gulf coast rendszerű fajlagos ellenállásmérő szonda elektróda elrendezései.
Fajlagos ellenállás szelvényezés
Csókás J.: Mélyfúrási geofizika, Nemzeti Tankönyvkiadó, 1999
A gradiens elrendezés nagy hátránya, hogy a mért értékek és a látszólagos fajlagos ellenállás görbe alakja nagyon érzékeny a szondahossz és a
szondával szemközti réteg vastagságának
viszonyára. A kiértékelésben használható görbe alak csak a szondahossz többszörösét meghaladó
vastagságú, a környezetétől jelentősen nagyobb valódi fajlagos ellenállású réteg estén jelentkezik.
Ezt az optimálisnak mondható esetet mutatja az ábra felső része egy feküs gradiens szonda esetére (a h rétegvastagság, 10-szerese az L=AO
szondahossznak). Az alsó réteghatárnál jelentkező hirtelen változás segít kijelölni ennek a
határfelületnek a helyzetét. A görbe platószerű szakasza akkor alakul ki amikor a szonda már a réteg tartományán belül van. A plató értéke jól közelíti a réteg valódi fajlagos ellenállását. A felső réteghatár felé már csökkenés van. A réteghatár kijelölése bizonytalan.
A rétegvastagság hatása a látszólagos fajlagos ellenállás-
görbére egy feküs gradiens szonda esetén
Schlumberger: Log Interpretation Principles/Applications, 1989
Fajlagos ellenállás szelvényezés
A fedős gradiens szondáknál is jellemző ez az aszimmetrikus görbealak, de a hirtelen változás a felső réteghatárnál jelentkezik, így ennek kijelölése válik egyszerűbbé.
Csökkenő rétegvastagság a platószerű szakasz rövidülésével, majd eltűnésével jár együtt. Ez a helyzet már akkor bekövetkezik, amikor a
rétegvastagság nem éri el a szondahossz háromszorosát.
Emiatt a görbe már alkalmatlanná válik a réteg jellemzőinek kiértékelésére (ld. az ábra középső része).
Ha a rétegvastagság kisebb mint a szondahossz a görbealak már lényegében nem tartalmaz
értékelhető információt a rétegre vonatkozóan. Sem a rétegvastagságot, sem a réteg valódi fajlagos
ellenállását nem lehet meghatározni a mért értékek alapján. Ilyenkor kialakul egy ún. vak zóna (blind zone) is, amelyen belülről semmilyen rétegeredetű hatás nem befolyásolja a mért értékeket (ld. Az ábra alsó része).
A rétegvastagság hatása a látszólagos fajlagos ellenállás-
görbére egy feküs gradiens szonda esetén
Schlumberger: Log Interpretation Principles/Applications, 1989
Fajlagos ellenállás szelvényezés
Számított látszólagos fajlagosellenállás görbék különböző réteg-
vastagságok esetén.
Balra: potenciál (vagy normál) elektróda
elrendezésre
Jobbra: fedős gradiens (vagy laterál) elektróda elrendezésre
Mindkét ábránál a baloldali görbe az iszapelárasztás hatását elhanyagoló, a
másik görbe pedig az azt is figyelembe vevő eseteket mutatja be.
Csókás J.: Mélyfúrási geofizika, Nemzeti Tankönyvkiadó, 1993
Fajlagos ellenállás szelvényezés
A Gulf coast rendszerű szondával készült szelvény.
1. Szelvénysáv (track) balról:
természetes potenciál görbe, 2. Szelvénysáv: a mélység (depth)
megjelenítése
3. Szelvénysáv: rövid (16”) és hosszú (64”) normál elrendezéssel mért fajlagos ellenállás görbék
4. Szelvénysáv: laterál (gradiens) elrendezéssel mért fajlagos ellenállás görbe
Hagyományos fajlagos ellenállás szelvényezés
Baker Hughes Inc., Introduction to Wireline Log Analysis
1. Ha a fúróiszap fajlagos ellenállása sokkal kisebb, mint a kőzet valódi fajlagos ellenállása (pl. sósvíz bázisú iszap, Rt >>Rm), akkor az áram túlnyomó része a fúrólyukat kitöltő iszapban
folyik, és csak kisebb része hatol be a kőzetbe.
Ennek eredményeképpen a mért látszólagos fajlagos ellenállás értéke inkább jellemzi az iszapot, mint a fúrólyukfal mögötti kőzetet.
Hagyományos fajlagos ellenállás szelvényezés
A hagyományos fajlagos ellenállásmérő szondák hátrányai
A jó elektromos vezetőnek tekinthető vízbázisú fúróiszapnak kedvezőtlen hatása van a mért látszólagos fajlagos ellenállásra vonatkozóan. Emiatt a hagyományos fajlagos ellenállásmérő szondák nagyon érzékenyek a
fúrólyuk környezet olyan jellemzőire, amelyek nem hordoznak a kőzetekre vonatkozó információt (pl. fúrólyuk átmérő, iszap fajlagos ellenállása).
Darwin V. Ellis, Julian M. Singer: Well Logging for Earth Sciences
2. A fluidumtároló kőzeteket határoló impermeábilis agyagrétegeknek is általában kicsi a fajlagos
ellenállása (Rs < Rt), és emiatt az áramot elvezetik. A nagyobb fajlagos ellenállású tárolókőzetekbe csak kisebb része folyik be az áramnak, így a mért
látszólagos fajlagos ellenállás inkább jellemzi az ágyazó agyagkőzeteket, mint a tárolókőzetet. A rétegvastagság csökkenésével és a fajlagos
ellenállás kontraszt növekedésével ez a jelenség egyre fokozódik.
3. A fenti ok miatt a vékony tároló rétegek kimutatása, és a réteghatárok megállapítása nagyon
bizonytalanná válik.
Hagyományos fajlagos ellenállás szelvényezés
A hagyományos fajlagos elenállásmérő szondák hátrányai
Darwin V. Ellis, Julian M. Singer:
Well Logging for Earth Sciences
Mindezen kedvezőtlen hatások csökkentése érdekében fejlesztették a fajlagos ellenállásmérő szondák új generációját (1949), amelynél további, segéd áramelektródák segítségével terelik az áramot a kívánt irányba. A hagyományos fajlagos ellenállásmérő szondákat a szénhidrogénkutatás- ban már nem, de egyéb területeken (pl. vízkutatás, szénkutatás) még ma is alkalmazzák.
Fajlagos ellenállás szelvényezés mikro változata
A Microlog (ML) szonda
Az egyetlen túlélője a hagyományos fajlagos ellenállás mérő rendszereknek a szénhidrogén kutatásban a nagyon sekély behatolási
mélyéggel bíró mikro változat. Az ún. Microlog (magyarul mikrolog) rendszer egy normál és egy laterál elektródaelrendezést kombinál a kétkaros szonda egyik karjának végére szerelt, szigetelőanyagból készült szondapapucsba ágyazott három gombelektróda megfelelő elrendezésével.
Mivel az elektródák nagyon közel helyezkednek el, a szondahosszak is nagyon rövidek. Ennek köszönhető a nagyon sekély behatolási
mélység, ugyanakkor a finom rétegfelbontó képesség is. Az elektródák anyaga réz, a
szondapapucs olajjal töltött, zárt keménygumi köpeny, vagy kopásálló műanyag.
Baker Hughes Inc., Introduction to Wireline Log Analysis
A szelvényezés megkezdése előtt nyitják a szonda karjait, és így a szonda- papucsot közvetlenül a fúrólyukfalhoz nyomják.
Fajlagos ellenállás szelvényezés mikro változata
A Microlog (ML) szonda
Kezdetben karok helyett acél ívrugók segítségével biztosították a szonda- papucs lyukfalhoz szorítását (ld. ábra).
A lehető legjobb közvetlen kapcsolat biztosítása az elektródák és a
fúrólyukfal között nagyon fontos, hiszen csak ilyen esetben kapunk a kőzetre és a fúrólyukfal anyagára jellemző mérési eredményt a nagyon kis behatolási mélység miatt. Megfelelő kontaktus biztosítása esetén az elektródák és a lyukfal anyaga között csak egy vékony iszapréteg marad, s így az iszap hatása a mért értékre vonatkozóan
minimalizálható. A vízbázisú fúróiszap itt is szükséges feltétele a mérésnek amelyet a szonda lassú felfelé
vontatása mellet hajtanak végre.
H. G. Doll: The Microlog– a new electrical logging method for detailed determination of permeable beds, 1950
A szondával lényegében három mennyiséget lehet mérni a mélység függvényében:
• a normál elrendezésnek megfelelő ún. mikro-normál vagy mikro- potenciál fajlagos ellenállást (RNML),
• a laterál elrendezésnek megfelelő ún. mikro-laterál vagy mikro-gradiens fajlagos ellenállást (RLML),
• és a fúrólyukátmérőt (CAL), a lyukfalhoz szorított szondakarok segítségével).
A szondapapucs külső felületén függőleges sorban elhelyezett elektródák egyike
áramelektróda (A0), a másik kettő (M1, M2) mérőelektródaként funkcionál.
A szomszédos elektródák közötti távolság:
1" = 2,54 cm.
A mikro-normál szondahossz: L=A0M2=2"
A behatolási mélység: 2L=4"
A mikro-laterál szondahossz: L=OA0=1.5"
(az O vonatkozási pont a két mérő- elektróda középpontja). A behatolási
mélység: L=1.5". D. V. Ellis, J. M. Singer: Well Logging for Earth Scientist, Springer, 2007
Fajlagos ellenállás szelvényezés mikro változata
A mikrolog fajlagos ellenállás görbék „viselkedése” különböző rétegek és fúrólyuk környezetek esetében
1. Fluidumtároló (porózus és permeábilis) rétegek
A legtöbb esetben az iszaplepény fajlagos ellenállása durván kétszerese az iszap fajlagos ellenállásának (Rmc 2Rm), és a mikro-fajlagos
ellenállások lehetséges legnagyobb értéke (Rlimit) a következő tartományba esik bele a fluidum-tároló rétegek esetében: 20Rm Rlimit 30Rm
Az iszap réteghőmérsékleten érvényes fajlagos ellenállását (Rm) a felszín- en vett iszapminta fajlagos ellenállásából lehet számítani a felszíni hőmér- séklet és a réteghőmérséklet közötti különbség figyelembevételével.
Iszaplepénnyel borított fluidumtároló rétegeknél a mért mikro-fajlagos ellenállások rendszerint a 2Rm és 10Rm közötti tartományban változnak.
Ennek megfelelően általában mindkét mikro-fajlagos ellenállás, de legalábbis a mikro-laterál (RLML) kisebb, mint a lehetséges maximum értéke (Rlimit). Ezen kívül a két mérési görbe el is válik egymástól (azonos skála alkalmazásakor) úgy, hogy a mikro-normál (RNML) nagyobb értékű.
Ez a jelenség a görbék pozitív elválásának esete, amely egyértelműen utal a permeábilis rétegszakasz jelenlétére.
Fajlagos ellenállás szelvényezés mikro változata
1. Fluidumtároló (porózus és permeábilis) rétegek
Természetesen más görbék (pl. SP, GR) alakulását is figyelembe kell venni az adott szakaszon a permeábilis rétegek megbízható kijelölése
érdekében.
A két mikro-fajlagos ellenállás görbe pozitív elválásának oka a két elektróda elrendezés eltérő behatolási mélységének köszönhető.
Mivel a mikro-laterál (RLML) behatolási mélysége kisebb, és a lyukfalat iszaplepény fedi – amelynek fajlagos ellenállása kisebb, mint a kisepert zóna fajlagos ellenállásáé (Rmc < Rxo) – az RLML értéke szempontjából egy jelentősebb csökkentő hatás jelentkezik.
Az RNML esetén ez a csökkentő hatás kisebb, hiszen a nagyobb
behatolási mélység növeli a kisepert zónából jövő hatás részarányát a mért értékben, és emiatt nagyobb fajlagos ellenállás mutatkozik.
Ennek a görbeszétválási jelenségnek köszönhető az, hogy a mikrolog szondát „iszaplepény detektor”-nak is nevezik a gyakorlatban.
Fajlagos ellenállás szelvényezés mikro változata
2. Impermeábilis rétegek kis fajlagos ellenállással (agyag és „shale”
rétegek)
Mind a két mikro-fajlagos ellenállás kis értéket mutat, jelentősen kisebbet, mint az Rlimit értéke, és az eltérés is kicsi közöttük.
A két görbénél nincs szétválás, vagy kismértékű negatív elválás jelentkezik (RNML RLML). Az utóbbi akkor fordul elő, ha az iszap
fajlagos ellenállása kisebb az agyagréteg fajlagos ellenállásánál (Rm < Rs).
Ha szükség van bizonyos korrekciók (pl. rétegvastagság korrekció) végrehajtása miatt a tárolórétegeket közrefogó impermeábilis
agyagrétegek fajlagos ellenállására (Rs), akkor az RNML értékét fogadhatjuk el jó közelítésként.
Fajlagos ellenállás szelvényezés mikro változata
3. Impermeábilis rétegek nagy fajlagos ellenállással (tömör kőzetek pl.
mészkő) Mind a két mikro-fajlagos ellenállás nagy értéket mutat, nagyobbat a
permeábilis rétegre vonatkozó maximális Rlimit értékénél, de kisebbet a réteg valódi fajlagos ellenállásánál. A fúrólyukfal és szondapapucs felülete között mindig van egy vékony iszap film, amely kicsit csökkenti a mért
fajlagos ellenállást.
Ilyen szakaszok esetén a görbék elválásának nincs jelentősége.
Azokon a részeken, ahol iszappal töltött repedések szakítják meg a
kőzetanyag folytonosságát, a mért mikro-fajlagos ellenállás értékek hirtelen csökkenést mutatnak.
A fentiektől eltérő bármilyen egyéb esetben a mikro-fajlagos ellenállás görbék értelmezése bizonytalan.
Fajlagos ellenállás szelvényezés mikro változata
Példa egy SP, hagyományos fajlagos
ellenállás (16” és 55” szondahosszas normál) és mikro-fajlagos ellenállás görbékből álló szelvényre. A mikro-inverz (micro-inverse) név a mikro-laterál elrendezésnek felel meg.
I2 szakaszok: impermeábilis „shale” réteg kis fajlagos ellenállással, nincs vagy negatív a mikrolog görbék elválása
P2 szakaszok: permeábilis réteg (homokkő), a mikrolog görbék pozitív elválással jelzik, a makro szondákkal mért fajlagos ellenállás görbék is elválnak. Mivel a 55” szondahosszas kisebb értéket mér, a rétegvíz fajlagos
ellenállása kisebb az iszapfiltrátuménál (Rw < Rmf édesvízbázisú iszap és sós rétegvíz).
Az alsó rész impermeábilis mészmárga váltakozó mikro-ellenállás értékekkel. A csúcsok vékony nagy mésztartalmú betelepüléseknek köszönhetők.
A makro szondák nem képesek kimutatni
ezeket a vékony mészkő csíkokat, mert sokkal rosszabb a rétegfelbontóképességük.
H. G. Doll: The Microlog – a new electrical logging method for detailed determination of permeable beds, 1950
Fajlagos ellenállás szelvényezés mikro változata
Jellegzetes mikrolog szonda válaszok különböző rétegek esetében.
A nagy agyagtartalmú „shale”
rétegben nincs, vagy negatív a görbék elválása.
A tömör (tight) nem porózus rétegnél (pl. mészkő, kvarcit) nagyon nagy a fajlagos ellenállás.
Az iszaplepénnyel fedett permeábilis rétegekben (ahol volt iszap-
elárasztás) a görbék pozitív elválást mutatnak.
Ha nem túl mély az elárasztás, akkor a szénhidrogén-tartalmú rétegben nagyobbak a mért értékek.
Ahol nincs vagy elhanyagolható az elárasztás mértéke, és víztároló a réteg, ott nem válik el a két görbe.
Fajlagos ellenállás szelvényezés mikro változata
Baker Hughes Inc., Introduction to Wireline Log Analysis
Alkalmazások
• a permeábilis rétegek kimutatása (pozitív elválás)
• a réteghatárok kijelölése és a permeábilis rétegek effektív
rétegvastagságának meghatározása (a jó rétegfelbontóképesség miatt)
• repedések és törések kimutatása nagy fajlagos ellenállású tömör kőzetekben (az iszappal kitöltött repedések és törések hirtelen, impulzusszerűen lecsökkenő értékekkel jelentkeznek a görbéken)
• a kisepert zóna fajlagos ellenállásának (Rxo) meghatározása bizonyos feltételek teljesülése esetén (az iszaplepény vastagsága hmc < 15 mm, Rxo/Rmc 20, > 20%)
Megjegyzések az Rxo érték jelentőségéről és alkalmazásáról
• A permeábilis réteg Rt valódi fajlagos ellenállásának meghatározásához korrigálni kell a mély behatolású szondával mért látszólagos fajlagos
ellenállást. Ez lényegében az elárasztott zóna hatásának kiejtését igényli a mért értékből, amihez szükség van az Rxo ismeretére.
• A kisepert zóna víztelítettségének (Sxo) becsléséhez is szükséges.
• Az érintetlen zóna víztelítettségének (Sw) becslése is lehetséges az Rxo/Rt arány ismeretében.
• A formáció faktor (F) meghatározásához is szükséges.
Fajlagos ellenállás szelvényezés mikro változata
Kedvezőtlen körülmény a mérés szempontjából
A kis távolságokon is túlzottan változó lyukátmérő nagyon szabálytalan fúrólyukfal felületet jelent, amely kedvezőtlen a szondapapucs és a lyukfal illeszkedése szempontjából. A nem megfelelő kontaktus azt eredményezi, hogy a fúróiszap hatása megnövekszik és véletlenszerűen változó
mértékben torzítja a mért értéket.
Különleges alkalmazás
Ha a mikrolog szondát zárt karokkal alkalmazzák a fúrólyukban, akkor lehetővé válik a fúróiszap fajlagos ellenállásának (Rm) szelvényezésére a mélység függvényében.
Az RLML (mikro-laterállal mért fajlagos ellenállás) értékét fogadják el az Rm mért értékeként, mivel a mikro-laterál elrendezésnek kisebb a
behatolási mélysége és zárt karok esetén a szondapapucs elektródáit lényegében az iszap veszi körül.
A mérést a szonda lefelé engedése mellett végzik el. A lefelé mért RLML görbét a réteghőmérsékleten mért Rm görbéjeként használják fel a makro szondákkal mért látszólagos fajlagos ellenállások korrekcióihoz.
Fajlagos ellenállás szelvényezés mikro változata
A gyártó mikrolog értelmezéséhez készített grafikonja 8” lyukátmérőre vonatkozóan
A vízszintes tengely logaritmikusan skálázva az RNML / Rmcarány
szerint.A függőleges tengely
logaritmikusan skálázva az RLML / Rmc arány szerint. Lépések:
1. Rmc értékének mérése iszapmintán vagy becslése.
2. a tengelyek skálázásának
megfelelő arányok számítása a mért mikro-fajlagos ellenállás értékek alapján.
3. az arányoknak megfelelően
húzott egyenesek (ld. piros vonalak) metszéspontjának kijelölése.
4. a metszéspont kivetítése az Rxo/Rmc skálára (kék vonal), majd Rxo kifejezése az arány értékéből.
Fajlagos ellenállás szelvényezés mikro változata
Schlumberger 1997: Log Interpretation Charts
5. a metszéspont kivetítése az iszaplepény vastagság (hmc) skálára (zöld vonal), és az érték leolvasása.
