УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД Российский патент 1996 года по МПК E21B47/00 

Изобретение относится к геофизическим исследованиям в скважинах и может быть использовано для моделирования электрических свойств горных пород, пересеченных скважиной, в том числе анизотропных по свойствам, при метрологическом контроле аппаратуры электрического каротажа.

Известно устройство для контроля аппаратуры электрического каротажа, выполненное в виде помещенной в контрольную скважину или наземное сооружение обсадной трубы из не проводящего электрический ток материал, в стенке которой равномерно по периметру выполнены сквозные отверстия, заглушенные металлическими пробками, причем соседние металлические пробки с наружной стороны непроводящей трубы соединены между собой резисторами в вертикальном и азимутальном направлениях, отверстия в трубе расположены на нескольких локальных участках, а номинальные значения сопротивлений резисторов одинаковы в пределах одного локального цилиндрического участка и различны на разных локальных участках трубы [1]
В контрольной скважине, обсаженной такой трубой весьма сложно обеспечить стабильность резисторов, окруженных электропроводящей жидкостью. Устройство [1] не позволяет имитировать удельное электрическое сопротивление изотропных горных пород, так как отсутствует радиальная составляющая сопротивления.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для контроля воспроизводимости показаний скважинной аппаратуры [2] в виде обсадной стальной колонны, зацементированной в пласте, в которую помещается труба из не проводящего электрический ток материала. В стенке этой трубы выполнены сквозные отверстия на локальных участках трубы, причем площадь, занимаемая отверстиями на этих участках, имеет различную величину, соответствующую имитируемыми кажущимся удельным электрическим сопротивлениям.

К недостаткам устройства [2] относится небольшой диапазон (0,2 30 0м•мм) воспроизводимых значений кажущегося электрического сопротивления, малая радиальная глубинность слоя высокого сопротивления, равная лишь толщине стенки не проводящей электрический ток трубы, отсутствие осевой составляющей проводимости, а также невозможность моделирования различных видов радиального распределения электрических свойств.

Предлагаемое устройство направлено на расширение функциональных возможностей за счет расширения диапазона воспроизведения удельной электрической проводимости на возможность моделирования осевой составляющей проводимости увеличения глубинности в радиальном направлении, воспроизведения различных вертикальных и радиальных распределений проводимости моделируемых горных пород.

В предлагаемом устройстве, содержащем внешнюю, заполненную электролитом металлическую трубу, внутреннюю не проводящую электрический ток трубу со сквозными отверстиями на локальных участках, причем площадь, занимаемая отверстиями на этих участках имеет различную величину, для решения поставленной выше задачи введены дополнительные трубы из диэлектрика, установленные с зазорами относительно друг друга. Величины зазоров определяются фиксаторами. Толщина труб из непроводящего материала и величина зазоров между ними имеют различную величину. Сквозные отверстия в соседних трубах выполнены со сдвигом, а часть внешней трубы выполнена из диэлектрика.

На чертеже дано схематическое изображение предлагаемого устройства.

Устройство состоит из наружной обсадной трубы, верхняя часть 1 которой выполнена из не проводящего электрический ток материала, а нижняя из диэлектрика 2. Внутри наружной трубы расположены трубы из диэлектрика 3, 4, 5 и 6 со сквозными отверстиями 7, расположенными на локальных участках. Промежутку между трубами 8, 9, 10 и 11 устанавливаются с помощью фиксаторов 12, 13 и 14. Фиксаторы имеют форму колец и одеваются на наружную поверхность каждой последующей трубы таким образом, что внутренний диаметр фиксатора 12 равен наружному диаметру трубы 3, внутренний диаметр фиксатора 13 наружному диаметру трубы 4 и т.д. Разница между наружным и внутренним диаметрами фиксаторов 12, 13 и 14 различна. Это позволило установить трубы 3, 4, 5 и 6 с различной величиной зазора. Пространство внутри наружной трубы заполнено электропроводящей жидкостью 15. Необходимо отметить, что трубы 3, 4, 5 и 6 имеют различную толщину стенок.

Площадь отверстий 7 на локальных участках труб 2, 3, 4 и 5 различна, что достигается или увеличением диаметра отверстий, или увеличением их численности по периметру трубы, но отверстия в соседних трубах выполнены со сдвигом по периметру трубы.

Устройство работает следующим образом.

На кабеле 16 в устройство спускается скважинный прибор электрического каротажа 17 в область 1 наружной трубы. Электрический ток, стекающий с зондов прибора 17, растекается по электропроводящей жидкости 15 как внутри трубы 3, так и по жидкости, заполняющей отверстия 7 и промежутки между трубами 8, 9, 10 и 11, создавая пространственное распределение потенциалов электрического поля, регистрируемое вдоль ствола скважины на участке 1 прибором 17.

Отверстия в непроводящих трубах заданного наперед диаметра и строго задаваемые фиксаторами зазоры, заполненные электролитом, создают электрическому току, стекающему с электродов прибора 17, заданные значения электрического сопротивления, то есть выполняют роль резисторов. Например, имея отверстия сечением S в трубе с толщиной стенки t и электролит с удельным сопротивлением ρ создаем сопротивление R, вычисляемое по формуле

Резисторы, образованные зазорами и отверстиями и соединенные между собой, образуют пространственную структуру, которая моделирует соединения ортогональных составляющих проводимостей элементарных ячеек сплошной горной породы. Элементарные ячейки горной породы, пересеченные скважиной, можно, например, представлять при цилиндрической симметрии относительно оси скважины в виде тороидальных колец прямоугольного сечения. Каждое тороидальное кольцо сплошной среды моделируется при цилиндрической симметрии ячейкой каркасной структуры, состоящей из двух сопротивлений, радиального и осевого, равных сопротивлениям кольца в радиальном и осевом направлении [3]
При этом отверстия моделируют радиальные составляющие проводимостей элементарных ячеек, моделируемой среды, а зазоры осевые и тангенциальные составляющие проводимостей тех же ячеек. Чем больше на локальных участках сечение отверстий, ширина зазоров и чем меньше толщина труб и удельное сопротивление электролита, тем меньше удельное электрическое сопротивление моделируемой элемента среды.

Выполнение части соседних отверстий со сдвигом необходимо для сопряжения участков с различной осевой и радиальной детальностью моделирования.

При перемещении скважинного прибора 17 из участка напротив наружной трубы 1 в участках напротив трубы 2, регистрируемые прибором 17, разности потенциалов при прочих равных условиях возрастут.

Эти два участка моделируют две основные ситуации, возникающие при исследованиях в скважинах. В первом случае удельное электрическое сопротивление горных пород, ближних к стволу скважины, больше сопротивления пород, удаленных от ствола скважины. Во втором случае удельное электрическое сопротивление у ствола скважины меньше сопротивления пород вдали от скважины.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет моделировать заданное в пространстве распределение у значений удельного электрического сопротивления, аналогичное распределение сопротивлений пластов горных пород, пересекаемых скважиной.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 934420, кл. С 01 3/18, опублик. 1982.

Авторское свидетельство СССР N 1239283, кл. Е 21 В 47/00, 1986.

Альпин Л. М. Сеточное моделирование каротажа сопротивлений. Прикладная геофизика. Вып. 10, Гостоптехиздат, 1953.

Использование: для геофизических исследований в скважинах при, например контроле характеристик скважинной аппаратуры. Сущность изобретения: устройство для моделирования электрических свойств горных пород содержит внешнюю, заполненную электролитом трубу, часть которой выполнена металлической, а другая часть - из диэлектрика, внутри этой трубы расположен набор труб из диэлектрика со сквозными отверстиями, установленными с различной величиной зазора относительно друг друга. Диэлектрические трубы имеют различную толщину. Площадь отверстий на локальных участках имеет различную величину. Сквозные отверстия на соседних трубах расположены со сдвигом. 1 ил.

Устройство для моделирования электрических свойств горных пород, содержащее внешнюю, заполненную электролитом трубу, внутреннюю, не проводящую электрический ток, трубу со сквозными отверстиями на локальных участках, причем площадь, занимаемая отверстиями на этих участках, имеет различную величину, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными трубами из диэлектрика, установленными с зазорами относительно друг друга, задаваемыми фиксаторами, причем толщина труб и зазоры между ними имеют различную величину, сквозные отверстия в соседних трубах выполнены со сдвигом, часть внешней трубы выполнена металлической, а другая часть из диэлектрика.