Измерения в неоднородных средах
Среды с плоскими и цилиндрическими границами раздела
Как упоминалось выше, к основным понятиям метрологии относится понятие «величина» и «измеряемый параметр». Если физическая величина отражает свойство вещества, то по умолчанию предполагается, что количественное содержание этого свойства в каждом элементарном объеме вещества одинаково. Теоретические основы измерений параметров состава и свойств таких однородных объектов хорошо разработаны в общей метрологии.
Однако существуют слоистые среды, в которых возникает необходимость измерить параметры одного или нескольких отдельных однородных слоев. Например, пласты горных пород, плоские материалы и трубопроводы с многослойным покрытием, ткани живых организмов, многослойные космические объекты и др.
Объекты скважинных геофизических измерений - пласты горных пород, пересеченные скважиной, не являются однородными по объему. Скважина после спуска колонны и ее цементирования также становится неоднородной. Многокомпонентный поток газожидкостной смеси в колонне добывающей скважины также неоднороден.
Измерения параметров состава и свойств пластов и скважин сопряжены с большими техническими проблемами, обусловленными необходимостью учета множества параметров разных структурных зон неоднородной среды.
Кроме того, особенностью скважинных измерений является то, что структура неоднородной среды часто заранее неизвестна и уточняется после выполнения измерений зондами различной конструкции на основе разных физических полей с использованием разных принципов измерений. Поскольку пласты горных пород пересечены скважиной, то типовые модели структуры такой среды представляет собой неоднородные структуры с плоскопараллельными и (или) коаксиально-цилиндрическими границами раздела.
|
|
|
Часто погрешности выполненных скважинных измерений могут быть оценены только после выполнения всех запланированных измерений с учетом ограничений применимости методики измерений. В ряде случаев измерения параметров пластов выполнить с гарантированной точностью принципиально невозможно.
Все эти особенности скважинных измерений определяют сложность обоснования и создания метрологических основ измерений параметров пластов геофизическими методами. К метрологическим основам измерений относятся методические разработки, позволяющие обоснованно вычислять погрешности выполненных измерений параметров пластов и скважин, обеспечивая единство скважинных геофизических измерений и сопоставимость их результатов.
Одна часть скважинных измерений параметров пластов в одной и той же скважине может рассматриваться как технические измерения, а другая – как лабораторные.
|
|
|
Техническими скважинные измерения следует называть тогда, когда условия измерений в скважине совпадают с условиями калибровки и погрешности заранее (до измерений) с учетом поправок определены. При этом измеряемый параметр по определению один и тот же при калибровке и при измерениях в скважине.
Скважинные измерения следует относить к «лабораторным» измерениям тогда, когда условия измерений в скважине отличаются от условий калибровки и границы погрешности вычисляются после измерений. При этом измеряемые параметры могут принимать кажущиеся значения, если скважинные условия отличаются по структуре и составу исследуемой среды от условий калибровки аппаратуры.
По масштабам проявления неоднородности свойств различают микронеоднородные и макронеоднородные среды. В зависимости от направления изменений свойств в пределах исследуемой среды различают: вертикальную, горизонтальную (радиальную) и азимутальную неоднородности.
На границах сред значения параметров могут изменяться плавно (зона проникновения, зона водонефтяного контакта) или скачкообразно (граница «скважина - пласт» или границы пластов).
|
|
|
В пределах исследуемой неоднородной среды отдельные зоны могут располагаться закономерно (глинистые прослои) или случайным образом (трещины, каверны).
Перечисленные разновидности и особенности неоднородностей обусловливают выбор размеров зондов скважинной аппаратуры и схемы построения методик геофизических измерений в целом.
Неоднородные среды описываются геометрическими и физическими параметрами. Геометрические параметры отражают структуру исследуемой неоднородной среды. К ним относятся линейные размеры структурных зон (толщины пластов и глинистой корки, диаметры скважины и зоны проникновения), а также параметры, характеризующие взаимное расположение отдельных структурных зон (углы пересечения оси скважины с границами пластов). К физическим параметрам относятся физические величины, отражающие свойства отдельных структурных зон (глинистой корки, зоны проникновения, пласта, вмещающих пород).
К особенностям измерений в неоднородных средах относят необходимость введения понятий «геометрический фактор» и «кажущееся значение величины».
Кажущееся значение величины
Измерения удельного электрического сопротивления пластов горных пород аппаратурой электрического каротажа основаны на «методе кажущихся сопротивлений». Этот метод зондирования позволяет выполнять измерения удельного электрического сопротивления (УЭС) пласта горной породы при наличии скважины и зоны проникновения. Поскольку среда в поле электрического зонда в скважине неоднородна, то показания аппаратуры не могут соответствовать измеренному значению УЭС ни скважины, ни зоны проникновения, ни пласта. Показания аппаратуры зависят как от параметров однородных пластов и скважины слоистой горной породы, так и от расположения источников и приемников поля относительно границ раздела сред.
|
|
|
Поскольку сама величина как объективная физическая реальность не может быть кажущейся, то «кажущимся» следует называть лишь ее числовое значение на входе аппаратуры при измерениях этой величины в неоднородной среде при условии, что единица передана аппаратуре в однородной среде. Например, кажущееся значение удельного электрического сопротивления горной породы или кажущееся значение коэффициента пористости пласта при наличии глинистой корки.
Такой же подход был выбран при введении понятия «среднее значение измеряемого параметра». При этом конкретизируют алгоритм осреднения, например, «среднее арифметическое значение диаметра скважины», измеренное четырехрычажным каверномером.
Очевидно, что показания на выходе СИ зависят от расположения приемников естественного поля пассивного преобразователя относительно структурных зон или от расположения источников и приемников поля активного измерительного преобразователя относительно структурных зон среды.
Кажущимся значением измеряемой величины неоднородной среды называется значение, полученное путем прямых измерений или расчетным путем при фиксированном расположении источников и (или) приемников поля зонда относительно структурных зон, в предположении, что искусственное поле создается (или естественное поле существует) и его параметры измеряются в условиях, которые были приняты при передаче единицы величины средству измерений от эталона[15].
Например, все зонды аппаратуры электрического каротажа градуируют для условий бесконечной однородной среды (без скважины), а измерения всегда выполняются в скважине, пересекающей пласты. Следовательно, выходной сигнал такой аппаратуры всегда соответствует кажущемуся значению величины. Кривая нейтронного каротажа вдоль оси разреза скважины часто представляет собой кривую кажущихся значений коэффициента пористости. Не кажущимися измеренными значениями на этой кривой являются значения напротив тех пластов, в которых условия измерений по составу и структуре среды совпадают с условиями калибровки этой аппаратуры.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 521; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!