Устройство ядерно-магнитного каротажа Российский патент 2023 года по МПК G01V3/32 G01R33/20 

Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано при исследовании бурящихся нефтяных, газовых и гидрогеологических скважин методом ядерно-магнитного каротажа.

Известно устройство для ядерно-магнитного каротажа (а.с. СССР № 669898, МПК G01V3/32, опубл. 20.04.2000), содержащее источник тока поляризации, ключи и катушку поляризации с отводами, которые соединены через контакты ключа с источником тока поляризации и входом измерительного усилителя, коммутатор.

Известно устройство для ядерно-магнитного каротажа («Расчёт характеристик и выбор элементов аппаратуры ЯМК» Тетельбаум Б.И., ВНИИ ядер. геофиз. и геохимии, М.: 1984, 12 с.), содержащее основную катушку индуктивности, коммутатор, усилитель, входную цепь.

Эти устройства невозможно использовать для проведения исследований в скважинах, частота прецессии в которых изменяется в широких пределах до 400 Гц с градиентом изменения частоты 10 Гц на 10 м. Неточная настройка на частоту прецессии приводит к большим погрешностям определения начальной амплитуды сигнала свободной прецессии при ядерно-магнитном каротаже, а иногда и вообще исключает возможность выделения сигналов на фоне помех.

Также известно устройство для измерения ядерно-магнитных свойств пород в скважине в процессе каротажа (патент РФ № 2148843, МПК G01V3/32, G01N24/00, опубл. 10.05.2000). Устройство включает скважинный прибор, содержащий датчик ядерного магнитного каротажа (ЯМК), схему измерения, управления и настройки, связанный с генератором импульсов тока поляризации каротажным кабелем, и процессорный блок. Процессорный блок находится на поверхности, т.е. обрабатываемый сигнал поступает по кабелю на поверхность в аналоговом виде. Геофизический кабель по своей сути представляет дополнительный источник помех, который сильно искажает форму передаваемого полезного сигнала, что, в свою очередь, повышает вероятность ошибок при определении начальной амплитуды сигнала. К тому же, управление настройкой датчика ЯМК на резонансную частоту происходит на поверхности, что также занимает время и усложняет схему управления и настройки. Диапазон настройки на частоту прецессии сигнала в таком устройстве ограничен полосой в 128 Гц, что не перекрывает аномального изменения частоты прецессии в реальных скважинах, бурящихся в настоящее время.

Диапазон изменения частоты прецессии в интервале исследования в некоторых из них достигает 400 Гц. В таких скважинах при больших значениях расстройки регистрация полезного сигнала от пластов может стать невозможной или начальная амплитуда принимаемого сигнала будет определена с большой погрешностью.

Наиболее близким является устройство ядерно-магнитного каротажа (патент RU № 90225, опубл. 27.12.2009), содержащее скважинный прибор, состоящий из датчика ЯМК, схемы измерения, управления и настройки, связанный с наземной аппаратурой, состоящей из генератора импульсов тока поляризации и блока измерения, с помощью каротажного кабеля, процессор, расположенный внутри скважинного прибора и связанный с датчиком ЯМК и схемой измерения, управления и настройки. С помощью такого устройства возможно определение резонансной частоты прецессии в диапазоне 400Гц с градиентом изменения частоты 10Гц на 10м каротажа.

Недостатком данного устройства является «грубая» настройка прибора на резонансную частоту и ее определение с низкой точностью, что снижает точность определения начальной амплитуды сигнала свободной прецессии.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое устройство, заключается в повышении точности определения резонансной частоты, с получением их значений в непрерывном режиме и во всем диапазоне изменения.

Технический результат достигается устройством ядерно-магнитного каротажа, содержащим скважинный прибор, состоящий из датчика ядерно-магнитного каротажа ЯМК, схемы измерения, управления и настройки, процессора, связанный с наземной аппаратурой, состоящей из генератора импульсов тока поляризации и блока измерения, с помощью каротажного кабеля.

Новым является то, что скважинный прибор дополнительно содержит MEMS-датчик, представляющий собой магнитометр и акселерометр или магнитометр и гироскоп, который сообщен с процессором и установлен выше датчика ЯМК не менее чем на 40 см с возможностью исключения влияния датчика ЯМК на его показания.

На фиг. 1 представлено устройство ядерно-магнитного каротажа.

На фиг. 2 представлена плата с расположенным на ней MEMS-датчиком.

На фиг. 3 представлен фрагмент программы регистрации с определением резонансной частоты с помощью предлагаемого устройства.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Устройство ядерно-магнитного каротажа (фиг. 1) состоит из скважинного прибора 1 и наземной аппаратуры 2, которая включает генератор импульсов тока поляризации 3 и блок измерения 4. Скважинный прибор 1 содержит датчик ЯМК 5, процессор 6, схему измерения, управления и настройки 7 и связан с наземной аппаратурой 2 с помощью каротажного кабеля 8.

Скважинный прибор 1 дополнительно содержит MEMS-датчик 9, который сообщен с процессором 6 и установлен выше датчика ЯМК 5 не менее чем на 40 см (это расстояние является необходимым и достаточным) с возможностью исключения влияния датчика ЯМК 5 на его показания.

MEMS-датчик 9 (фиг. 2), содержащий магнитометр в различных сочетаниях с акселерометром или гироскопом, позволяет с высокой точностью определять результирующую (полную) напряженность магнитного поля в данной точке пространства. Определение резонансной частоты происходит с высокой точностью – не хуже чем 0.5 Гц. Поскольку MEMS-датчик 9 (фиг. 1) расположен выше датчика ЯМК 5 и определение резонансной частоты происходит заблаговременно, то при перемещении датчика ЯМК в точку исследования, он уже оказывается настроенным в резонанс с прецессирующими ядрами водорода. В любых других случаях настройка датчика ЯМК 5 происходит в следующем цикле, за которое он уже смещается во время каротажа, и начальная амплитуда определяется с ошибкой.

Устройство работает следующим образом.

MEMS-датчик 9 в непрерывном режиме измеряет напряженность геомагнитного поля в месте его расположения и передает измеренное значение в процессор 6. Скважинный прибор 1 работает в циклическом режиме, который задается схемой измерения, управления и настройки 7. Ток от генератора импульсов тока поляризации 3 передается по жилам кабеля 8 в датчик ЯМК 5 скважинного прибора 1. Таким образом производится поляризация - намагничивание окружающей среды в скважине. После окончания поляризации датчик ЯМК 5 регистрирует сигнал ядерно-магнитной индукции, который поступает на процессор 6 и параллельно на схему измерения, управления и настройки 7. В процессоре 6 по данным напряженности магнитного поля от MEMS-датчика 9 рассчитывается резонансная частота. Величина резонансной частоты передается в схему измерения, управления и настройки 7, которая настраивает датчик ЯМК 5 на эту резонансную частоту.

Также в схеме измерения, управления и настройки 7 происходит оцифровка зарегистрированного сигнала ядерно-магнитной индукции, который по кабелю 8 передаётся в блок измерения 4 наземной аппаратуры 2, где происходит окончательная обработка сигнала ядерно-магнитной индукции и визуализации. После передачи сигнала на поверхность цикл поляризации и измерения повторяется.

Процессор 6 осуществляет управление схемой измерения, управления и настройки 7 для точной настройки датчика ЯМК 5 на частоту прецессии, т.е. в резонанс с принимаемым сигналом. Фрагмент программы регистрации с определением резонансной частоты предлагаемым устройством представлен на фиг. 3. Резонансная частота определяется с точностью до сотых долей герц, что в 100 раз превышает ближайшие аналоги.

Предлагаемое устройство ядерно-магнитного каротажа позволяет проводить точную настройку датчика ЯМК на частоту прецессии в нужный момент, в нужном месте, причём определение резонансной частоты происходит перед измерением сигнала свободной прецессии в каждом цикле. При этом не требуется затрачивать ресурсы основного процессора на сложные и долгие вычисления.

Изобретение относится к области геофизики. Устройство ядерно-магнитного каротажа содержит скважинный прибор, состоящий из датчика ядерно-магнитного каротажа (ЯМК), схемы измерения, управления и настройки, процессора, связанный с наземной аппаратурой, состоящей из генератора импульсов тока поляризации и блока измерения, с помощью каротажного кабеля, при этом скважинный прибор дополнительно содержит MEMS-датчик, представляющий собой магнитометр и акселерометр или магнитометр и гироскоп, который сообщен с процессором и установлен выше датчика ЯМК не менее чем на 40 см с возможностью исключения влияния датчика ЯМК на его показания. Технический результат – повышение точности определения резонансной частоты с получением их значений в непрерывном режиме и во всем диапазоне изменения. 3 ил.

Устройство ядерно-магнитного каротажа, содержащее скважинный прибор, состоящий из датчика ядерно-магнитного каротажа (ЯМК), схемы измерения, управления и настройки, процессора, связанный с наземной аппаратурой, состоящей из генератора импульсов тока поляризации и блока измерения, с помощью каротажного кабеля, отличающийся тем, что скважинный прибор дополнительно содержит MEMS-датчик, представляющий собой магнитометр и акселерометр или магнитометр и гироскоп, который сообщен с процессором и установлен выше датчика ЯМК не менее чем на 40 см с возможностью исключения влияния датчика ЯМК на его показания.