СКВАЖИННОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ В ПРОЦЕССЕ БУРЕНИЯ Российский патент 2024 года по МПК G01V3/26 G01V3/38 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее описание относится к геофизической технике, а более конкретно - к устройству и способу электромагнитного каротажа нефтегазовых скважин в процессе бурения, и может использоваться для измерения распределения удельного электрического сопротивления горных пород вблизи скважины.

ВВЕДЕНИЕ

Определение продуктивных коллекторов скважин нефтегазовых месторождений остается одной из наиболее важных задач геофизики. Для правильного определения характеристик бурящегося пласта, необходимо получение информации об удельном электрическом сопротивлении с массива зондов различной глубинности исследования. Для достижение данного результата варьируется длина и рабочая частота зонда. Обычно выполняются измерения сдвига фаз и затухания электромагнитного сигнала между передающей и приемной антеннами.

Если в 1990-ые годы были распространены устройства электромагнитного зондирования, работающие на одной фиксированной частоте, то современные геофизические устройства используют несколько рабочих частот в комбинации с несколькими передающими и приемными антеннами, что позволяет увеличить количество независимых зондов, повысить информативность получаемых сигналов и, тем самым, повысить точность определения удельного электрического сопротивления.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В уровне техники имеются решения, направленные на исключение нестабильности передатчиков и приемников из результата измерения за счет совокупности методов геометрической компоновки передающих и приемных катушек, сочетания порядка измерения и математической фокусировки (компенсации) с применением автоматической электронной калибровки передатчика.

Из уровня техники известно решение US 2582314 A, в котором приведены различные варианты соединения катушек приемников для 2-катушечных и 3-катушечных зондов. Основной метод показан на FIG.2 и заключается в физическом вычитании напряжений приемной и компенсирующей катушек. При этом у катушек разное число витков и разное расстояние от передатчика. В пустом пространстве должен получаться сигнал равный нулю.

На усилитель приходит только разностный сигнал. Недостатками данного способа является то, что дрейф усилителя никак не компенсируется, требуется сложная операция юстировки катушек, уровень сигнала на входе усилителя меняется от амплитуды, что может привести к изменению фазы и амплитуды сигнала за счет компрессии. Дрейф передатчика так же не компенсируется.

Также известно решение US 6538447 B2, в котором прибор выполняется в стенках буровой трубы из нержавеющей стали, для уменьшения влияния металла и увеличения измеряемой фазы сигнала используется более высокая частота (типовые частоты 400 кГц и 2 МГц). При симметричной конструкции прибора можно путем последовательных во времени включений передатчиков получить полную компенсацию нестабильностей, как передатчиков, так и приемников.

Основной недостаток данного способа - это практически удвоение длины прибора из-за симметричности конструкции.

Также известно решение RU 2570118, в котором устройство по первому варианту включает корпус, блок управления, источник питания, передатчик с передающей антенной внутри корпуса, совокупность приемников с приемными антеннами внутри корпуса устройства. Передатчик генерирует трапециевидный сигнал, получаемый при управлении коммутирующими ключами, соединенными по мостовой схеме. Согласно другому варианту, трапециевидный сигнал получают при управлении коммутирующими ключами, соединенными по полумостовой схеме. Передатчиком генерируется периодический трапециевидный сигнал. Перестраиваемую рабочую частоту генератора определяют как первую гармонику периодического трапециевидного сигнала.

Недостатками этого решения являются фиксированный набор частот и сложная перестройка, шумный спектр ввиду трапециевидного сигнала

Соответственно в уровне техники имеется необходимость в создании методики компенсации искажений и улучшения пространственных и метрологических характеристик устройств для проведения каротажа скважин с исключением нестабильности передатчиков и приемников из результата измерения за счет совокупности методов геометрической компоновки передающих и приемных катушек, сочетания порядка измерения и математической фокусировки (компенсации) с применением автоматической электронной калибровки передатчика.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с заявленным изобретением предложено устройство электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения, содержащее охранный кожух, на котором смонтирована совокупность передающих и совокупность приемных катушек, причем внутри кожуха расположено электромеханическое шасси, на котором смонтированы блок передатчиков, блок приемников, блок обработки, связанные шинами питания и обмена данными, причем блок передатчиков выполнен с возможностью генерирования и подачи сигнала на каждую из совокупности из передающих катушек в заданном порядке и с заданным уровнем сигнала, причем блок приемников выполнен с возможностью приема сигнала от каждой из совокупности передающих катушек синхронно на каждой из приемных катушек; причем блок обработки данных выполнен с возможностью: приема и формирования массива значений сигналов, принятых от каждой из приемных катушек; компенсации дрейфа блока передатчиков с получением множества значений комплексных дифференциальных сигналов; компенсации дрейфа блока приемников с получением значения комплексного компенсированного сигнала; преобразования значение комплексного компенсированного сигнала в значения фаз и затуханий, характеризующие информации об удельном электрическом сопротивлении пород, окружающих скважину в процессе бурения.

Также предложен способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения, содержащий этапы, на которых: формируют устройство для электромагнитного каротажа, причем устройство содержит совокупность передающих и совокупность приемных катушек и блок обработки, связанные шинами питания и обмена данными, генерируют в блоке передатчиков и подают сигнал на каждую из совокупности из передающих катушек в заданном порядке и с заданным уровнем сигнала, принимают в блоке приемников сигнал от каждой из совокупности передающих катушек синхронно на каждой из приемных катушек; формируют массив значений сигналов, принятых от каждой из приемных катушек в блоке обработки; компенсируют дрейф блока передатчиков с получением множества значений комплексных дифференциальных сигналов; компенсируют дрейф блока приемников с получением значения комплексного компенсированного сигнала; преобразуют значение комплексного компенсированного сигнала в значения фаз и затуханий, характеризующие информации об удельном электрическом сопротивлении пород, окружающих скважину в процессе бурения.

Техническим результатом настоящего изобретения является снижение искажений и улучшения пространственных и метрологических характеристик устройств для проведения каротажа скважин с исключением нестабильности передатчиков и приемников из результата измерения. Такой технический результат достигается посредством применения совокупности методов геометрической компоновки передающих и приемных катушек, сочетания порядка измерения и математической фокусировки (компенсации) с применением автоматической электронной калибровки передатчика.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее варианты осуществления заявленного изобретения описываются более подробно, посредством чертежей, на которых показано:

Фиг. 1 (A)-(B) общий вид скважинного устройства для электромагнитного каротажа в процессе бурения, а также схематический вид катушки и металлической крышки с продольными щелями.

Фиг. 2 схематическое представление блоков скважинное устройство электромагнитного зондирования

Фиг. 3 схематическая компоновка совокупности передающих и приемных катушек, а также схема подачи сигналов.

Фиг. 4 блочная схема приемки и обработки сигнала.

Фиг. 5 вертикальный отклик, радиальный отклик.

Фиг. 6 схема входных цепей приемника с системой автокалибровки

Фиг. 7(A)-7(B) схема подачи сигналов автокалибровки и последовательность проведения автокалибровки.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

В соответствии с заявленным изобретением предложено устройство электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения (Фиг. 1 (A)), которое имеет конструкцию из охранного кожуха из немагнитного материала, на внешней стороне кожуха размещена совокупность передающих и приемных антенных катушек, размещенных в специально сформированных проточках-ложах (101) (Фиг. 1(B). Каждая из совокупности катушек (102) расположена по центру проточки и содержит 10 витков изолированного провода, намотанного виток к витку, катушка снаружи защищена металлической крышкой (103) с продольными щелями.

Внутри охранного кожуха расположено извлекаемое электромеханическое шасси, состоящее из нескольких сегментов, соединенных между собой с помощью болтов. Сегменты шасси выполнены из алюминиевого сплава и унифицированы между собой: пять предназначены для установки плат приемников и передатчиков, шестой - для установки платы контроллера, измерителя затрубного давления и интерфейсного разъема для коммуникации с прибором на поверхности.

Сегменты шасси смонтированы на трубе, выполняющей функцию канала для протекания промывочной жидкости внутри прибора. Электронные платы установлены в выфрезерованные полости на шасси. Транзитные электрические соединения проложены в двух каналах, расположенных по обе стороны от плат.

Выводы катушек пропущены внутрь охранного кожуха через свечные герметичные вводы для подключения к электронным платам приемников и передатчиков, размещенным на шасси.

Скважинное устройство электромагнитного зондирования показано на Фиг. 2, и состоит из следующих элементов.

Силового охранного кожуха (1), на котором смонтированы передающие катушки (2,5,6), приемные катушки (3,4), а также датчик внешнего затрубного давления (13). Внутри кожуха находится электромеханическое шасси (7), на котором смонтированы печатные платы приемников (15,16), передатчиков (14,17,18), плата управления (8), которые связанные шинами питания и обмена данными (19), платы сбора данных (8), плата интерфейса (9), датчик температуры (11), разъем для программирования и считывания данных (10), а также разъемы (12) интерфейсы для подключения к другим устройствам в составе буровой компоновки. Вдоль всего прибора проходит проточная труба (20) для циркуляции бурового раствора.

На Фиг. 3 представлена схематическая компоновка совокупности передающих и приемных катушек, а также схема подачи сигналов. Центры продольных приемных катушек (3) и (4) расположены на расстояниях -3'' и +3'' от центра зонда - точки записи каротажных данных - соответствует позиции 0''. Центры продольных передающих катушек (2, 5, 6) расположены на расстояниях -22'' +16'' и +34'' от относительно центра зонда соответственно. Подача напряжения в катушки (2, 5, 6) производится последовательно по времени в соответствии с возрастанием их абсолютных положений относительно точки записи.

Блочная схема приемки и обработки сигнала показана на Фиг. 4.

Передатчики формируют на передающих катушках переменное напряжение с помощью генераторов по мостовой схеме на частотах 404 кГц или 1818 кГц.

Магнитное поле передающей катушки индуцирует в окружающих горных породах вихревые токи, сила которых определяется электропроводностью пород. Вихревые токи в свою очередь создают вторичное поле, индуцирующее напряжение (э.д.с.) в приемных катушках.

Сигнал с приемной катушки ограничивается по полосе в диапазоне частот 300…1900 кГц, усиливается, смешивается с сигналом гетеродина, разностная частота сигнала и гетеродина фильтруется и усиливается на промежуточной частоте 40 кГц. В АЦП сигнал оцифровывается и далее с помощью цифровой обработки вычисляется комплексная амплитуда первой гармоники.

Данные с АЦП приемника проходят следующие стадии цифровой обработки: умножение на COS и SIN сигнала промежуточной частоты, генерируемыми внутренними DDS генераторами; накопление квадратур P (косинусная) и Q (синусная) принимаемого сигнала в течение времени измерения.

Накопление квадратур сигнала во время измерения производится с помощью 2 независимых сумматоров необходимой разрядности. Квадратуры P и Q являются реальной и мнимой компонентами комплексной амплитуды сигнала.

Имеющееся количество приемников и передатчиков определяет 6 двухкатушечных зондов, обеспечивающих массив показаний 6 комплексных напряжений , , , . Для компенсации искажений сигналов и улучшения пространственных и метрологических характеристик применяется способ математической компенсации, представляющий собой последовательность обработки измерений для каждого 2-катушечного зонда.

Амплитудно-фазовые искажения, обусловленные прохождением сигнала через среду и электронные тракты передатчика и приемника двухкатушечного зонда, описываются комплексным коэффициентом передачи

. (1)

где - комплексный коэффициент передачи приемо-передающего тракта от i-го передатчика в j-й приемник, и - комплексные коэффициенты передачи передатчика и приемника, - комплексный коэффициент передачи исследуемой среды,.

Первые два множителя (1) описывают искажения, вносимые приемником и передатчиком в полезный сигнал. Полезный сигнал, отражающий чистое влияние среды, обеспечивается третьим множителем. Зависимость комплексных амплитуд от времени обусловлено нестабильностью параметров передатчика и приемника, а коэффициента передачи среды - движением инструмента относительно пластов переменной проводимости.

Для того чтобы избавиться от влияния передатчика и приемника на полезный сигнал, а также улучшить другие характеристики измерительного прибора, с помощью имеющегося набора пар приемник-передатчик формируют конфигурацию зонда, которая обеспечивает взаимную компенсацию искажений полезного сигнала. С математической точки такой процесс, заключается в том, чтобы по возможности исключить комплексные коэффициенты передачи передатчиков и приемников из целевой комбинации. На первом шаге фокусировку начинают с формирования комплекта дифференциальных зондов из имеющегося набора (1) в терминах коэффициентов передачи

(2)

или в терминах комплексных напряжений описываемого инструмента

На этом шаге компенсируется дрейф передатчиков, поскольку их коэффициенты передачи входят и в знаменатель, и в числитель полученных отношений. Знак степени учитывает последовательность положений приемников по отношению к конкретному передатчику.

На следующем шаге составляют комбинации из набора дифференциальных зондов (2), таким образом, чтобы свести к нулю дрейф приемников, еще оставшихся нескомпенсированными. Для этого необходимо составить произведение комплексных дифференциальных зондов со степенями a_ji, сумма которых равна единице

В этом случае скомпенсируются дрейфы всех приемников, путем сокращения их коэффициентов передачи. Количество синтезируемых зондов S_j определяется набором необходимых разрешений и глубинностей. Значения коэффициентов (степеней) в комбинации (3) определяются компромиссом между требуемыми пространственными характеристиками, отношением сигнал/шум, формой отклика, при строгом выполнении условия (4). Управляя формой откликов (Фиг. 5), возможно уменьшать влияние скважины и корпуса инструмента на его показания. Форма откликов рассчитывается на этапе проектирования прибора исходя из требования к его геометрическим характеристикам - разрешению и глубинности исследований. На этом этапе управлять формой отклика можно положением катушек и коэффициентами aji в формулах (3)-(5). Также имеется возможность изменения отклика в некоторых пределах на этапе эксплуатации прибора в рамках программного изменения коэффициентов aji в формулах (3)-(5). Изменение значений данных коэффициентов приводит к изменению формы отклика прибора. Значения коэффициентов (степеней) в комбинации (3) определяются таким образом, чтобы соответствующая им форма отклика позволила уменьшить искажение показаний вследствие влияния корпуса прибора, неравномерностей скважины, бурового раствора и.т.п.

Возможность изменения отклика на этапе эксплуатации приборасостоит в следующем. Заранее рассчитывается и записывается в память трехмерный массив коэффициентов ajik в формулах (3)-(5), путем моделирования формы отклика в соответствии с требуемым шагом и диапазоном глубинности. Индекс k нумерует наборы коэффициентов aji, соответствующие конкретному значениюглубинности. В предложенном варианте программа в процессе измерения последовательно извлекает из памяти набор коэффициентов ajik и рассчитывает с помощью них показания по формулам (3)-(5), осуществляя, таким образом, сканирование по пространству в радиальном направлении. Вышеуказанный подход позволит увеличить разрешение по глубинности или, другими словами, подробнее измерять радиальный профиль кривой УЭС (удельного электрического сопротивления), или, другими словами, увеличить количество измеряемых точек на единицу длины в радиальном направлении, вследствие чего точнее измерять толщину тонких прослоев (например, глинистой корки), положение и профиль границы зоны проникновения. А также позволит оперативно подстраиваться под текущие геолого-технические условия (размеры скважины и инструмента, УЭС бурового раствора, каверны стенок скважины), путем пространственной коррекции области наибольшей чувствительности (формы отклика).

Фокусированные зонды S_j содержат информацию об исследуемой среде с минимизированным влиянием приемо-передающих трактов, скважины и корпуса инструмента.

В представлении фаз и затуханий, комплексные фокусированные зонды (3), представленные в мультипликативном виде, записываются в эквивалентном аддитивном виде

(5)

В результате вышеуказанного преобразования комплексного компенсированного сигнала получаем значения фаз и затуханий, содержащих информацию об удельном электрическом сопротивлении пород, окружающих скважину в процессе бурения.

Также с целью дополнительного исключения нестабильности передатчиков используется способ внутренней собственной компенсации, который уменьшает влияние температурной, механической и долговременной нестабильностей приемных катушек (индуктивность, сопротивление потерь, паразитная емкость) и электронных схем приемников на результаты измерений. Для компенсации используется образцовый сигнал с высокой стабильностью. В предлагаемом устройстве реализована схема и алгоритм автоматический калибровки призванный снизить уровень вносимых помех. Способ обеспечивает калибровку для рабочих частот в широком частотном диапазоне.

Схема входных цепей приемника с системой автокалибровки показана на Фиг. 6. Данная схема включает: первый усилительный каскад, предназначенный для усиления входного сигнала; трансформатор, предназначенный для согласования импеданса антенны и усилительного каскада; резистивную схему подводки автокалибровочного сигнала (R23-R30), предназначенная для компенсации нестабильностей трансформатора и усилительного каскада.

Сигнал автокалибровки подается через трансформатор на вход приемника и используется для компенсации изменений параметров приемника и приемной катушки (коэффициент усиления, фаза) в процессе измерений. Передатчик в это время выключен.

На Фиг. 7 (A) представлена схема подачи сигналов автокалибровки.

В заявленном устройстве сигналы калибровки CAL+ и CAL- генерируются в противофазе и представляют собой меандры со скважностью 2 кроме первого и последнего полупериодов, где длительности равны ¹/₄ периода. Период повторения определяется коэффициентом деления тактовой частоты. Синхронизация START производится по моменту начала 1/4 периода, что соответствует переходу CAL+ в 1, а CAL- в 0. Окончанию времени измерения соответствует 1/4 периода с переходом CAL+ в 0, а CAL- в 1.

Напряжение калибровки на входе приемника должно быть сопоставимо с уровнем напряжения сигнала с передатчика.

Обычно автоматическая калибровка запускается перед каждым циклом измерения, тем самым компенсируются все уходы параметров приемника возникшие между циклами работы. Схематично последовательность проведения автоклибровки и циклов измерения представлены на Фиг. 7 (B). В предложенном варианте было уменьшено количество циклов автокалибровки, проводя один цикл калибровки на несколько циклов измерения.

В результате, шум, вносимый работой системы автокалибровки уменьшился в 2 раза. Проведенные эксперименты показали, что разница в уходе параметров приемника между описанными режимами работы пренебрежимо мала.

При этом общий шум системы снизился на 6 дБ.

ПРИМЕРЫ

Пример 1

Различные численные эксперименты, лабораторные испытания, а также результаты полевых измерений показывают, что предложенный метод компенсации (фокусировки) позволяет уменьшить влияние как внутренних, так и внешних дестабилизирующих факторов. Его применение показывает слабое влияние электрической проводимости бурового раствора в широком диапазоне удельного электрического сопротивления горных пород.

После преобразования комплексных дифференциальных сигналов в комплексные компенсированные сигналы, происходит уменьшение нестабильности уровня сдвига фаз в несколько раз (типичным является снижение в 2-10 раз).

Пример 2

После применения автокалибровки происходит уменьшение нестабильности уровня сдвига фаз в несколько раз (типичным является снижение в 2-8 раз).

Специалистам в данной области техники будет понятно, что изобретение может быть осуществлено в различных конфигурациях компьютерных систем, включая портативные устройства, мультипроцессорные системы, основанную на микропроцессорах или программируемую бытовую электронную аппаратуру, миникомпьютеры, большие компьютеры и тому подобное. Любое число сетей компьютерных систем и компьютеров допустимо для использования с настоящим изобретением. Изобретение может быть осуществлено в среде распределенных вычислений, где задания выполняются устройствами дистанционной обработки, связанными по сети связи. В среде распределенных вычислений программные модули могут быть расположены как в локальных, так и в дистанционных запоминающих носителях. Следовательно, настоящее изобретение может быть осуществлено в соединении с различными техническими средствами, программным обеспечением или их комбинации в компьютерной системе или другой системе обработки.

Системы осуществления настоящего изобретения может быть реализована на компьютере. Система включает в себя вычислительный элемент, блок обработки, иногда называемый вычислительной системой, которая содержит устройство памяти, прикладные программы, интерфейс клиента, видеоинтерфейс и элемент обработки. Вычислительный элемент приведен только для примера подходящей вычислительной среды и не ограничивает объем применения или функциональность изобретения.

Устройство памяти хранит прикладные программы, которые также могут быть описаны как программные модули, содержащие машиновыполняемые инструкции, выполняемые вычислительным элементом для осуществления настоящего изобретения, в частности для приема и формирования массива значений сигналов, принятых от каждой из приемных катушек; компенсации дрейфа блока передатчиков с получением множества значений комплексных дифференциальных сигналов; компенсации дрейфа блока приемников с получением значения комплексного компенсированного сигнала; преобразования значение комплексного компенсированного сигнала в значения фаз и затуханий, характеризующие информации об удельном электрическом сопротивлении пород, окружающих скважину в процессе бурения.

Настоящее изобретение может быть осуществлено в машиновыполняемой программе инструкций, такой как программные модули, обычно называемые программными приложениями или прикладными программами, выполняемыми компьютером. Программное обеспечение может включать в себя, например, стандартные функции, программы, объекты, компоненты и структуры данных, которые выполняют конкретные задания или осуществляют конкретные абстрактные типы данных. Программное обеспечение формирует интерфейс, что позволяет компьютеру реагировать в соответствии с источником ввода. Программное обеспечение может также кооперировать с другими сегментами кода для инициации различных заданий в ответ на данные, принятые совместно с источником принятых данных. Программное обеспечение может храниться и/или переноситься на любом устройстве памяти, таком как CD-ROM, магнитный диск, запоминающее устройство на цилиндрических магнитных доменах и запоминающее устройство на полупроводниках (например, различные виды RAM или ROM). Дополнительно, программное обеспечение и его результаты могут передаваться по любому из множества носителей, таких как оптическое волокно, металлический провод и/или по любому из множества сетей, таких как интернет.

Вычислительный элемент обладает универсальным устройством памяти, вычислительный элемент обычно включает в себя различные машиночитаемые носители. В качестве не ограничивающего примера машиночитаемый носитель может содержать запоминающий носитель. Устройство памяти вычислительной системы может включать в себя запоминающий носитель в форме энергозависимого и/или энергонезависимого запоминающего устройства, такого как постоянное запоминающее устройство (ROM) и оперативное запоминающее устройство (RAM). Базовая система (BIOS) ввода-вывода, содержащая стандартные программы, которые помогают передавать информацию между элементами внутри вычислительного элемента, например, во время начала работы, обычно хранится в ROM. RAM обычно содержит данные и/или программные модули, которые оперативно доступны и/или выполняются в настоящее время на элементе обработки. В качестве не ограничивающего примера вычислительный элемент включает в себя операционную систему, прикладные программы, другие программные модули и программные данные.

Компоненты, изображенные в устройстве памяти, могут быть также включены в другие съемные/несъемные, энергозависимые/энергонезависимые запоминающие носители, либо они могут быть осуществлены в вычислительном элементе посредством интерфейса (“API”) прикладной программы, который может находиться на отдельном вычислительном элементе, соединенном через компьютерную систему или сеть. Например, накопитель на жестких дисках может читать или записывать на несъемный, энергонезависимый магнитный носитель; накопитель на магнитных дисках может читать или записывать на съемный, энергонезависимый магнитный диск; и накопитель на оптических дисках может читать или записывать на съемный, энергонезависимый оптический диск, такой как CD ROM или другой оптический носитель. Другие съемные/несъемные, энергозависимые/энергонезависимые запоминающие носители, которые могут быть использованы в типичной операционной среде, могут включать в себя, но не ограничиваясь, кассеты с магнитной лентой, карты флэш-памяти, универсальные цифровые диски, цифровую магнитную ленту, полупроводниковый RAM, полупроводниковый ROM, и тому подобное. Накопители и их связанные запоминающие носители, описанные выше, обеспечивают хранение машиновыполняемых инструкций, структур данных, программных модулей и других данных для вычислительного элемента.

Клиент может вводить команды и информацию в вычислительный элемент через интерфейс клиента, который может быть устройством ввода, таким как клавиатура или указательное устройство, обычно называемое мышью, шаровой манипулятор управления или сенсорная панель. Устройства ввода могут включать в себя микрофон, джойстик, спутниковую антенну, сканер и тому подобное. Эти и другие устройства ввода часто соединены с элементом обработки через системную шину, но также могут быть соединены с помощью других структур интерфейса и шины, таких как параллельный порт или универсальная последовательная шина (USB).

Монитор или другой тип устройства вывода могут быть соединены с системной шиной посредством интерфейса, такого как видеоинтерфейс. Графический интерфейс (“GUI”) пользователя может также быть использован с видеоинтерфейсом для приема инструкций от интерфейса клиента и передачи инструкций на элемент обработки. Дополнительно к монитору, компьютеры могут также включать в себя другие периферические устройства вывода, такие как динамики и принтер, которые могут быть соединены через периферический интерфейс вывода.

Хотя многие другие компоненты вычислительного элемента не изображены, специалистам в данной области техники будет понятно, что такие компоненты и их взаимосвязь хорошо известны.

Очевидно, что описанные выше варианты осуществления не должны рассматриваться в качестве ограничения объема патентных притязаний изобретения. Для любого специалиста в данной области техники понятно, что есть возможность внести множество изменений в описанные выше методику и, без отхода от принципов изобретения, заявленного в формуле изобретения.

Изобретение относится к геофизической технике, а более конкретно к устройству и способу электромагнитного каротажа нефтегазовых скважин в процессе бурения, и может использоваться для измерения распределения удельного электрического сопротивления горных пород вблизи скважины. Устройство электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения содержит охранный кожух, на котором смонтирована совокупность передающих и совокупность приемных катушек. Количество катушек и их взаимное расположение заданы с учетом требуемых вертикальных разрешений и глубинностей устройства. Внутри кожуха расположено электромеханическое шасси, на котором смонтированы блок передатчиков, блок приемников, блок обработки, связанные шинами питания и обмена данными. Блок передатчиков выполнен с возможностью генерирования и подачи сигнала на каждую из передающих катушек в заданном порядке и с заданным уровнем сигнала. Блок приемников выполнен с возможностью приема сигнала от каждой из совокупности передающих катушек синхронно на каждой из приемных катушек. Блок обработки данных выполнен с возможностью приема и формирования массива значений сигналов, принятых от каждой из приемных катушек, компенсации дрейфа блока передатчиков с получением множества значений комплексных дифференциальных сигналов посредством деления значения принятых сигналов одной из совокупности приемных катушек на значения принятых сигналов другой из совокупности приемных катушек, компенсации дрейфа блока приемников с получением значения комплексного компенсированного сигнала посредством перемножения со степенями, зависящими от уровня сигнала между собой, множества значений комплексных дифференциальных сигналов, преобразования значения комплексного компенсированного сигнала в значения разностей фаз и затуханий, характеризующие информации об удельном электрическом сопротивлении пород, окружающих скважину в процессе бурения. Технический результат: снижение искажений и улучшение пространственных и метрологических характеристик устройства для проведения каротажа скважин с исключением нестабильности передатчиков и приемников из результата измерения. 2 н. и 26 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения, содержащее:

охранный кожух, на котором смонтирована совокупность передающих и совокупность приемных катушек, причем количество катушек и их взаимное расположение заданы с учетом требуемых вертикальных разрешений и глубинностей устройства электромагнитного каротажа скважин;

причем внутри кожуха расположено электромеханическое шасси, на котором смонтированы блок передатчиков, блок приемников, блок обработки, связанные шинами питания и обмена данными,

причем блок передатчиков выполнен с возможностью генерирования и подачи сигнала на каждую из совокупности из передающих катушек в заданном порядке и с заданным уровнем сигнала,

причем блок приемников выполнен с возможностью приема сигнала от каждой из совокупности передающих катушек синхронно на каждой из приемных катушек;

причем блок обработки данных выполнен с возможностью:

приема и формирования массива значений сигналов, принятых от каждой из приемных катушек;

компенсации дрейфа блока передатчиков с получением множества значений комплексных дифференциальных сигналов посредством деления значениий принятых сигналов одной из совокупности приемных катушек на значения принятых сигналов другой из совокупности приемных катушек;

компенсации дрейфа блока приемников с получением значения комплексного компенсированного сигнала посредством перемножения со степенями, зависящими от уровня сигнала между собой, множества значений комплексных дифференциальных сигналов;

преобразования значения комплексного компенсированного сигнала в значения разностей фаз и затуханий, характеризующие информацию об удельном электрическом сопротивлении пород, окружающих скважину в процессе бурения.

2. Устройство по п. 1, в котором совокупность передающих катушек содержит по меньшей мере две передающие катушки, расположенные с одной стороны устройства для электромагнитного каротажа относительно центра устройства для электромагнитного каротажа, и по меньшей мере одну передающую катушку, расположенную с другой стороны устройства для электромагнитного каротажа относительно центра устройства для электромагнитного каротажа.

3. Устройство по п. 1, в котором совокупность приемных катушек содержит по меньшей мере две приемные катушки, центры которых расположены на одинаковом расстоянии по оси от центра устройства для электромагнитного каротажа.

4. Устройство по п. 1, в котором совокупность передающих и совокупность приемных катушек расположены по оси устройства для электромагнитного каротажа в зависимости от длины и в зависимости от требуемых глубинности и вертикального разрешения устройства для электромагнитного каротажа.

5. Устройство по п. 1, в котором заданный порядок подачи сигнала на каждую из совокупности из передающих катушек является последовательным по времени в соответствии с порядком возрастания их абсолютных положений относительно центра устройства.

6. Устройство по п. 1, в котором заданный уровень сигналов, поданных на каждую из совокупности из передающих катушек, зависит от расстояния между центром устройства для электромагнитного каротажа и центром передающей катушки.

7. Устройство по п. 1, в котором блок обработки выполнен с возможностью компенсации дрейфа блока передатчиков с учетом последовательности положений приемных катушек по отношению к конкретной передающей катушке.

8. Устройство по п. 1, в котором блок обработки выполнен с возможностью предварительной обработки принятого аналогового сигнала посредством ограничения принятого сигнала по полосе, усиления, смешивания с сигналом преобразователя частот, фильтрации разностной частоты принятого сигнала и сигнала преобразователя частот и усиления на промежуточной частоте, и оцифровывания предварительно обработанного сигнала с вычислением комплексной амплитуды первой гармоники, и накопление квадратур P косинусной и Q синусной принимаемого сигнала в течение заданного времени измерения.

9. Устройство по п. 1, в котором блок обработки выполнен с возможностью записи в запоминающем устройстве трехмерного массива коэффициентов путем моделирования формы отклика в соответствии с требуемым шагом и диапазоном сканирования по глубинности.

10. Устройство по п. 1, в котором блок обработки выполнен с возможностью последовательного извлечения из запоминающего устройства трехмерного массива коэффициентов и расчета значения разностей фаз и затуханий.

11. Устройство по п. 1, в котором блок обработки дополнительно выполнен с возможностью генерирования и подачи по меньшей мере двух образцовых сигналов на вход блока приемников для компенсации изменений параметров блока приемника и приемной катушки в процессе измерений, при этом блок передатчиков в это время выключен.

12. Устройство по п. 11, в котором по меньшей мере два образцовых сигнала сгенерированы в противофазе и представляют собой меандры со скважностью 2, кроме первого и последнего полупериодов, причем длительности равны 1/4 периода.

13. Устройство по п. 11, в котором период повторения по меньшей мере двух образцовых сигналов определяется коэффициентом деления тактовой частоты и синхронизация производится по моменту начала 1/4 периода, а окончание времени измерения соответствует 1/4 периода.

14. Устройство по п. 11, в котором напряжение калибровки на входе блока приемников соответствует напряжению сигнала с блока передатчиков.

15. Способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения, содержащий этапы, на которых:

формируют устройство для электромагнитного каротажа, причем устройство содержит совокупность передающих и совокупность приемных катушек, причем количество катушек и их взаимное расположение заданы с учетом требуемых вертикальных разрешений и глубинностей устройства электромагнитного каротажа скважин, и блок обработки, связанные шинами питания и обмена данными,

генерируют в блоке передатчиков и подают сигнал на каждую из совокупности из передающих катушек в заданном порядке и с заданным уровнем сигнала,

принимают в блоке приемников сигнал от каждой из совокупности передающих катушек синхронно на каждой из приемных катушек;

формируют массив значений сигналов, принятых от каждой из приемных катушек в блоке обработки;

компенсируют дрейф блока передатчиков с получением множества значений комплексных дифференциальных сигналов посредством деления значениий принятых сигналов одной из совокупности приемных катушек на значения принятых сигналов другой из совокупности приемных катушек;

компенсируют дрейф блока приемников с получением значения комплексного компенсированного сигнала посредством перемножения со степенями, зависящими от уровня сигнала между собой, множества значений комплексных дифференциальных сигналов;

преобразуют значение комплексного компенсированного сигнала в значения разностей фаз и затуханий, характеризующие информацию об удельном электрическом сопротивлении пород, окружающих скважину в процессе бурения.

16. Способ по п. 15, в котором совокупность передающих катушек состоит из по меньшей мере двух передающих катушек, расположенных с одной стороны устройства для электромагнитного каротажа относительно центра устройства для электромагнитного каротажа, и по меньшей мере одной передающей катушки, расположенной с другой стороны устройства для электромагнитного каротажа относительно центра устройства для электромагнитного каротажа.

17. Способ по п. 15, в котором совокупность приемных катушек состоит из по меньшей мере двух приемных катушек, центры которых расположены на одинаковом расстоянии по оси от центра устройства для электромагнитного каротажа.

18. Способ по п. 15, в котором совокупность передающих и совокупность приемных катушек расположены по оси устройства для электромагнитного каротажа в зависимости от длины и в зависимости от заданной глубинности и вертикального разрешения устройства для электромагнитного каротажа.

19. Способ по п. 15, в котором заданный порядок подачи сигнала на каждую из совокупности из передающих катушек является последовательным по времени в соответствии с порядком возрастания их абсолютных положений относительно центра устройства.

20. Способ по п. 15, в котором заданный уровень сигналов, поданных на каждую из совокупности из передающих катушек, зависит от расстояния между центром устройства для электромагнитного каротажа и центром передающей катушки.

21. Способ по п. 15, в котором компенсируют дрейф блока передатчиков с учетом последовательности положений приемных катушек по отношению к конкретной передающей катушке.

22. Способ по п. 15, в котором осуществляют предварительную обработку принятого аналогового сигнала посредством ограничения принятого сигнала по полосе, усиления, смешивания с сигналом преобразователя частот, фильтрации разностной частоты принятого сигнала и сигнала преобразователя частот и усиления на промежуточной частоте, оцифровывают предварительно обработанный сигнал с вычислением комплексной амплитуды первой гармоники и накапливают квадратуры P (косинусная) и Q (синусная) принимаемого сигнала в течение времени измерения.

23. Способ по п. 15, в котором рассчитывают и регистрируют в запоминающем устройстве трехмерный массив коэффициентов путем моделирования формы отклика в соответствии с заданным шагом и диапазоном сканирования по глубинности.

24. Способ по п. 15, в котором последовательно извлекают из запоминающего устройства трехмерный массив коэффициентов и рассчитывают значения разностей фаз и затуханий.

25. Способ по п. 15, в котором дополнительно перед этапом генерирования в блоке передатчиков и подачи сигнала генерируют и подают по меньшей мере два образцовых сигнала на вход блока приемников для компенсации изменений параметров блока приемника и приемной катушки в процессе измерений, при этом блок передатчиков в это время выключен.

26. Способ по п. 25, в котором по меньшей мере два образцовых сигнала генерируют в противофазе и они представляют собой меандры со скважностью 2 кроме первого и последнего полупериодов, причем длительности равны 1/4 периода.

27. Способ по п. 25, в котором период повторения по меньшей мере двух образцовых сигналов определяется коэффициентом деления тактовой частоты и синхронизация производится по моменту начала 1/4 периода, а окончание времени измерения соответствует 1/4 периода.

28. Способ по п. 26, в котором значение напряжения образцовых сигналов на входе блока приемников соответствует значению напряжения сигнала на блоке передатчиков.