СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРИ БОКОВОМ КАРОТАЖЕ СКВАЖИН Российский патент 2010 года по МПК G01V3/20 

Изобретение относится к геофизическим методам исследования разрезов нефтегазовых скважин и, в частности, к трехэлементному боковому каротажу, предназначенному для измерения кажущихся удельных сопротивлений горных пород.

Известен способ измерения при боковом каротаже трехэлектродным зондом (см., например, С.С.Итенберг, Т.Д.Дахкильгов. Геофизические исследования в скважинах. М.: «Недра», 1982. С.108, 131, 132), при котором на центральный и экранные электроды зонда, соединенные между собой для уравнивания их потенциалов электрическим шунтом малого (≈0,01 Ом) сопротивления, подают питающий переменный ток, измеряют ток I₀ центрального электрода и потенциал ΔU экранных электродов относительно электрода сравнения и определяют кажущееся удельное сопротивление ρ_к горных пород из соотношения: где k - коэффициент зонда. При этом низкоомный шунт реализуют с помощью входного трансформатора тока центрального электрода и резистора, включенного параллельно его вторичной обмотке.

Этот способ измерения дает удовлетворительные результаты при не слишком низких удельных сопротивлениях (>0,1 Ом·м) бурового раствора.

Однако уравнивание потенциалов производится с некоторым приближением, и между центральным и экранными электродами зонда существует небольшая разность потенциалов, которая искажает поле зонда и в конечном итоге вводит погрешность в результаты измерений тем большую, чем меньше удельное сопротивление бурового раствора, заполняющего скважину. Погрешность измерения при этом может достигать 100% (см. В.Т.Чукин и др. О влиянии неравенства потенциалов электродов зонда на результаты трехэлектродного бокового каротажа. В сб.: «Прикладная геофизика». Вып.39, М.: «Недра», 1964. С.114-122).

Искажение поля зонда, вызванное неравенством потенциалов, и связанная с этим погрешность измерений приводят к нарушению постоянства коэффициента зонда в выражении (1).

Известен способ измерения (см. Мельников А.Г. К вопросу выравнивания потенциалов электродов в приборах бокового каротажа типа БК-3. НТВ «Каротажник». 2004. Вып.8 (121). С.51-53), в котором уравнивание потенциалов электродов зонда производится с помощью операционного усилителя, входы которого подключаются к вторичной обмотке входного трансформатора тока центрального электрода. На систему электродов подают питающий переменный ток, измеряют ток центрального электрода и потенциал экранных электродов относительно электрода сравнения и определяют кажущееся удельное сопротивление горных пород из соотношения (1).

В этом способе измерения приведенное сопротивление между электродами зонда снижается до 0,0035 Ом, что повышает точность измерений.

Однако такие результаты достигаются тогда, когда входной трансформатор тока центрального электрода располагается в непосредственной близости от центрального и экранного электродов зонда, и сопротивлением соединительных проводов можно пренебречь. Это возможно не всегда. Так в аппаратуре бокового каротажа, используемой для измерений в процессе бурения скважины, центральный и экранный электроды зонда располагаются на внешней поверхности бурильной трубы и соединяются с измерительным электронным блоком проводниками значительной длины (до 2 м) (см., например, А.А.Молчанов. Измерение геофизических и технологических параметров в процессе бурения скважин. М.: «Недра». 1983. С.52-57).

Широкое использование при бурении скважин полимер-солевых буровых растворов с удельным сопротивлением до 0,02 Ом·м усугубляют эту ситуацию. Кроме того, сопротивление проводников зависит от температуры в скважине, что вносит дополнительную температурную погрешность в результаты измерений.

Известен также способ измерения (См. Мельников А.Г. К вопросу выравнивания потенциалов электродов в приборах бокового каротажа типа БК-3. НТВ «Каротажник». 2004. Вып.8 (121). С51-53), принятый за прототип, в котором уравнивание потенциалов электродов зонда осуществлено с помощью операционного усилителя, входы которого подключаются непосредственно к центральному и экранному электродам зонда. На систему электродов подают питающий переменный ток, измеряют ток I₀ центрального электрода и его потенциал ΔU относительно электрода сравнения и определяют кажущееся удельное сопротивление горных пород из соотношения:

Использование в этом способе бестрансформаторной схемы уравнивания потенциалов позволяет устранить влияние соединительных проводников и температурных изменений их сопротивлений на результаты измерений.

Недостатком является низкая устойчивость операционного усилителя в такой схеме измерения, что приводит к его самовозбуждению и, соответственно, резкому снижению точности измерений или вообще невозможности их проведения.

Задачами настоящего изобретения являются повышение точности измерений и надежности их выполнения.

Это достигается тем, что в способе измерения при боковом каротаже скважин, в котором на электрически соединенные между собой центральный и экранные электроды зонда подают питающий переменный ток, измеряют ток I₀ центрального электрода и потенциал ΔU экранных электродов относительно электрода сравнения, вычисляют отношение по которому судят о кажущемся удельном сопротивлении ρ_к горных пород, дополнительно в процессе каротажа измеряют удельное сопротивление ρ_с бурового раствора и температуру t° в скважине, определяют сопротивление r_0t цепи, соединяющей центральный и экранный электроды, при температуре t° из соотношения: r_0t=r₀(1+α·Δt°), где r₀ - сопротивление цепи, предварительно измеренное при 20°С; Δt=t°-20°; α - температурный коэффициент сопротивления, после чего определяют ρ_k по предварительно рассчитанным зависимостям для ряда значений удельного сопротивления пласта, сопротивления r₀ и номинального диаметра скважины.

Таким образом, в предлагаемом способе строгое уравнивание потенциалов электродов зонда не является обязательным, поскольку влияние неравенства потенциала учитывается в расчетных зависимостях, а коэффициент зонда ввиду его непостоянства в этом случае не используется для определения ρ_k.

Это снижает требования к схеме измерения тока центрального электрода, в качестве которой может быть использована традиционная трансформаторная схема и могут применяться достаточно длинные соединительные провода.

Расчетные зависимости могут быть получены в результате математического моделирования методом интегральных уравнений (см., например, Р.А.Кучеров. К расчету поля зондов бокового каротажа в пластах ограниченной мощности при наличии скважины. Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. 1980. №7. С.93-96).

На чертеже приведен пример зависимостей рассчитанных для удельных сопротивлений ρ_n пластов от 0,25 до 4096 Ом·м, r₀=0,25 Ом и диаметра d_k скважины 0,125 м.

Способ осуществляют следующим образом. Скважинную аппаратуру бокового каротажа дополнительно оснащают резистивиметром и термометром, а наземную часть дополняют компьютеризованным вычислительным блоком, в память которого вводят предварительно измеренное значение сопротивления r₀ цепи, соединяющей центральный и экранный электроды, предварительно рассчитанные зависимости и номинальный диаметр скважины.

В процессе каротажа измеряют ток I₀ центрального электрода, потенциал ΔU экранных электродов относительно электрода сравнения, удельное сопротивление ρ_с бурового раствора и температуру t°. Результаты измерений поступают в вычислительный блок, с помощью которого вычисляют отношение и сопротивление r_0t. Исходя из значений r_0t и d_н, из памяти вычислительного блока извлекают соответствующую им зависимость по которой, используя измеренные значения отношения и удельного сопротивления ρ_с, определяют кажущееся удельное сопротивление ρ_k горных пород. При необходимости при выборе зависимости и определении ρ_k используют линейную интерполяцию.

Значение температурного коэффициента α для конкретного металла проводников выбирают по справочным данным или определяют экспериментально. Так для медных проводников α=0,0039 град^-1.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения кажущихся удельных сопротивлений и надежность их выполнения.

Кроме того, в этом способе автоматически учитывается и влияние скважины на результаты измерений, так как зависимости рассчитаны для условий пласта, пересеченного скважиной. Так, в непроницаемых пластах кажущееся сопротивление ρ_k, определенное по данному способу, будет соответствовать удельному сопротивлению ρ_n пласта.

Использование: в методе трехэлектродного бокового каротажа, предназначенном для измерения кажущихся удельных сопротивлений горных пород в нефтегазовых скважинах. Технический результат: повышение точности измерений и надежности их выполнения, автоматический учет влияния скважины. Сущность: на электрически соединенные между собой центральный и экранные электроды зонда подают питающий переменный ток. Измеряют ток I₀ центрального электрода и потенциал ΔU экранных электродов относительно электрода сравнения. В процессе каротажа измеряют также удельное сопротивление ρ_с бурового раствора и температуру t° в скважине. Определяют сопротивление r_0t цепи, соединяющей центральный и экранные электроды, при температуре t° из соотношения: r_0t=r₀(i+α·Δt°), где r₀ - сопротивление цепи, предварительно измеренное при 20°С; Δt=t°-20°; α-температурный коэффициент сопротивления. Далее вычисляют отношение и определяют кажущееся удельное сопротивление ρ_k горных пород по предварительно рассчитанным зависимостям для ряда значений удельного сопротивления пласта, сопротивления r₀ и номинального диаметра скважины. 1 ил.

Способ измерения при боковом каротаже скважин, в котором на электрически соединенные между собой центральный и экранные электроды зонда подают питающий переменный ток, измеряют ток I₀ центрального электрода и потенциал ΔU экранных электродов относительно электрода сравнения, вычисляют отношение , по которому судят о кажущемся удельном сопротивлении горных пород, отличающийся тем, что дополнительно в процессе каротажа измеряют удельное сопротивление ρ_c бурового раствора и температуру t° в скважине, определяют сопротивление r_0t цепи, соединяющей центральный и экранные электроды, при температуре t° из соотношения: r_0t=r₀(1+α·Δt°), где r₀ - сопротивление цепи, предварительно измеренное при 20°С; Δt=t°-20°; α - температурный коэффициент сопротивления, после чего определяют ρ_k по предварительно рассчитанным зависимостям для ряда значений удельного сопротивления пласта, сопротивления r₀ и номинального диаметра скважины.