Способ ядерно-магнитного каротажа и устройство для его осуществления Российский патент 2024 года по МПК G01V3/32 

Изобретение относится к геофизическим методам исследования скважин, в частности к ядерно-магнитному каротажу (ЯМК), применяемому для исследования нефтяных и газовых скважин.

Известен способ ядерно-магнитного каротажа, включающий поляризацию пластов, пересеченных скважиной, постоянным магнитным полем, плавное выключение поляризующего поля, последующего включения переменного фазирующего магнитного поля с частотой, равной частоте прецессии, и одновременного с ним включения расфазирующего переменного магнитного поля, напряженность которого падает в радиальном направлении пропорционально третьей и большей степени расстояния с частотой, 0,5-2 от частоты прецессии. При этом разрушается когерентность прецессии отдельных составляющих вектора ядерной намагниченности и тем самым исключается образование сигналов от ближней к скважинному прибору зоны, то есть от ствола скважины и зоны кольматации (авторское свидетельство СССР № 957142, МКИ G01V 3/32, опубл. 07.09.1982).

Основным недостатком способа является то, что при десяти-двадцати кратном уменьшении сигнала от ствола скважины (промывочной жидкости) полезный сигнал от пласта уменьшается в 2-3 раза, что существенно снижает точность результатов ЯМК.

Известен способ и устройство ядерно-магнитного каротажа (патент GB №2056082, МПК G01N 24/08, опубл. 11.03.1981), содержащий зонд, состоящий из основной катушки индуктивности для создания постоянного магнитного поля (поля поляризации) путем пропускания в течение времени поляризации через нее постоянного тока, который намагничивает жидкость в стволе скважины и в горной породе вблизи стенки скважины, т.е. создает вектор ядерной намагниченности, и последующего после выключения поля поляризации, наблюдения сигнала свободной прецессии (ССП) этого вектора в магнитном поле Земли, и при этом создается неоднородность магнитного поля путем пропускания через нее постоянного тока напряженностью 0,05-0,005Э в течение времени наблюдения ССП, используя для этого дополнительный источник питания и ключ. Тем самым исключается сигнал от ствола скважины.

Недостатком такого способа и устройства является изменение времени поперечной релаксации (то есть искажение формы ССП) вследствие действия во время приема ССП постоянного тока, что в свою очередь ведет к ошибке вычисления (определения) начальной амплитуды сигнала ЯМК.

Наиболее близким по технической сущности является способ ядерно-магнитного каротажа, включающий поляризацию пластов, пересеченных скважиной, постоянным магнитным полем основной катушки, плавное выключение поляризующего поля, создание дополнительного расфазирующего магнитного поля с помощью пропускания постоянного тока через дополнительную катушку или две встречно намотанные определенной величины и длительности, и последующее измерение отклика в основной катушке (патент RU №2351959, опубл. 10.04.2009). Дополнительное расфазирующее поле создают действием либо одного, либо четного количества импульсных постоянных магнитных полей, результирующая напряженность которых спадает в радиальном направлении пропорционально пятой и более степени расстояния, а наблюдение сигнала проводят после окончания действия дополнительного расфазирующего постоянного магнитного поля. При этом разрушается когерентность прецессии отдельных составляющих вектора ядерной намагниченности и тем самым исключается образование сигналов от ближней к скважинному прибору зоны, то есть от ствола скважины и зоны кольматации.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для ЯМК, содержащее скважинный прибор, состоящий из электронного блока и зонда, наземную панель, состоящую из блока управления, обеспечивающего необходимые режимы для работы устройства в целом, и блока питания, обеспечивающего устройство необходимыми для работы напряжениями, кабель, соединяющий скважинный прибор и наземную панель, зонд состоит из основной катушки индуктивности, обеспечивающей возбуждение и прием сигналов свободной прецессии, и дополнительной катушки, обеспечивающей дополнительное расфазирующее поле, электронный блок состоит из основных электронных схем скважинного прибора, в том числе измерительного усилителя, обеспечивающего выделение полезного сигнала на фоне помех, и коммутирующего устройства (патент RU №2351959, опубл. 10.04.2009).

Недостатком способа и устройства является низкая точность определения начальной амплитуды регистрируемого сигнала и, как следствие, индекса свободного флюида из-за отсутствия четкой границы между зоной исключения сигнала и зоной исследования. При существенном снижении сигнала от промывочной жидкости происходит уменьшение полезного сигнала от пласта, что значительно уменьшает точность определения начальной амплитуды регистрируемого сигнала, и, как следствие, индекса свободного флюида. Для снижения сигнала от промывочной жидкости используется дополнительное расфазирующее магнитное поле. При этом в силу особенностей прибора и приемно-передающей катушки сигналы формируются во всей области, окружающей прибор, а затем исключается наиболее ближняя к поверхности прибора область. Определение начальной амплитуды сигнала, то есть индекс свободного флюида производится с ошибкой.

Техническим результатом изобретения является увеличение степени подавления сигнала от ствола скважины при минимальном уменьшении полезного сигнала от пласта, обеспечение тем самым четкости границы между областью исключения сигнала и областью формирования сигнала, что позволяет увеличить точность определения индекса свободного флюида в коллекторах. А также увеличивается межремонтный срок службы устройства.

Технический результат достигается способом ЯМК, включающим поляризацию пластов, пересеченных скважиной, постоянным магнитным полем, выключение поляризующего поля, создание дополнительного расфазирующего постоянного магнитного поля и наблюдение сигнала свободной прецессии в магнитном поле Земли после окончания действия дополнительного расфазирующего постоянного магнитного поля.

Новым является то, что выключение поляризующего поля выполняют одновременно с подключением коммутирующим устройством основной катушки к рассеивателю тока поляризации, обеспечивающего максимально возможное значение начальной амплитуды сигнала и плавное снижение до полного выключения.

Технический результат достигается устройством ЯМК, содержащим наземную панель, блок управления, блок питания, кабель, скважинный прибор, состоящий из электронного блока с измерительным усилителем и коммутирующим устройством и зонда, содержащего основную катушку индуктивности и дополнительную катушку.

Новым является то, что в электронном блоке дополнительно размещен рассеиватель тока поляризации, соединенный с основной катушкой через коммутирующее устройство.

Также новым является то, что рассеиватель тока поляризации содержит диод, конденсатор и сопротивление.

Также новым является то, что рассеиватель тока поляризации содержит диод и варистор.

На фиг. 1 изображено устройство ЯМК.

На фиг. 2 представлены временные диаграммы обычного (до изменения) режима поляризация/измерение: тока поляризации, тока дополнительного расфазирующего поля, тока (напряжения) регистрируемого сигнала.

На фиг. 3 представлены временные диаграммы ускоренного режима поляризация/измерение: тока поляризации, тока дополнительного расфазирующего поля, тока (напряжения) регистрируемого сигнала.

На фиг. 4 представлены временные диаграммы смешанного (быстрого и плавного) режима поляризация/измерение: тока поляризации, тока дополнительного расфазирующего поля, тока (напряжения) регистрируемого сигнала.

На фиг. 5 изображена функциональная схема прибора содержащая:

БП - блок питания,

КУ - коммутирующее устройство,

БУ - блок управления,

ИТП - источник тока поляризации,

К - катушка,

РТП - рассеиватель тока поляризации,

У - усилитель.

На фиг. 6 изображены варианты рассеивателя тока поляризации.

Устройство ядерно-магнитного каротажа содержит скважинный прибор 1 (фиг. 1), наземную панель 2 и кабель 3, соединяющий скважинный прибор и наземную панель. Скважинный прибор 1 состоит из электронного блока 4 и зонда 5. Зонд 5 содержит основную катушку индуктивности 6 для поляризации (намагничивания) пластового флюида, обеспечивающую возбуждение и прием сигналов свободной прецессии, и дополнительную катушку 7, обеспечивающую дополнительное расфазирующее поле. Электронный блок 4 содержит рассеиватель тока поляризации 8, который подключается к основной катушке 6 с помощью коммутирующего устройства 9. Коммутирующее устройство 9 обеспечивает попеременное подключение катушки 6 к источнику тока поляризации и после истечения времени поляризации подключение ее к входу измерительного усилителя 10 скважинного прибора 1. В электронном блоке 4 расположены основные электронные схемы скважинного прибора, в том числе измерительный усилитель 10, обеспечивающий выделение полезного сигнала на фоне помех. В наземной панели 2 находятся: блок управления 11, обеспечивающий работу устройства в целом, блок питания 12, обеспечивающий устройство необходимыми для работы напряжениями.

Рассеиватель тока поляризации можно реализовать, например с помощью диода D (фиг. 6), конденсатора С и сопротивления R, или с помощью диода D и варистора V.

Устройство для ЯМК работает следующим образом. Коммутирующее устройство 9 подключает катушку 6 к жилам кабеля 3, по которым начинает протекать ток поляризации I_пол от блока питания 12. Происходит поляризация окружающей среды, пластов, пересеченных скважиной, постоянным магнитным полем, образуется вектор ядерной намагниченности и постепенно увеличивается до своего максимального значения. По истечении времени поляризации t_p протекание тока через основную катушку 6 прекращается. Коммутирующее устройство 9 подключает к катушке 6 рассеиватель тока поляризации 8. Рассеиватель тока поляризации обеспечивает максимально возможное значение начальной амплитуды сигнала за счет быстрой скорости выключения поляризующего поля, защищает входную цепь усилителя от перегорания, ограничивая напряжение, возникающее в цепи катушки после выключения тока поляризации. Ток поляризации, протекая через систему «катушка-рассеиватель тока поляризации» начинает снижаться. Рассеиватель тока поляризации содержит диод, конденсатор и сопротивление. Или рассеиватель тока поляризации содержит диод и варистор. Выключение поляризующего поля проводят в два этапа: сначала быстрое, затем плавное, обеспечивающее исключение формирования сигнала от ближней к прибору зоны.

Рассеиватель тока поляризации при подключении к основной катушке (фиг. 4) обеспечивает сначала в течение времени t_off выключение тока поляризация до значения I_ост со скоростью более чем 0,2-0,8 Гаусс за 25-125 мкс, а потом меньше, чем 0,2-0,8 Гаусс за 25-125 мкс снижается до нуля, обеспечивая исключение формирования сигнала от ближней к прибору зоны. При этом вектор ядерной намагниченности следует за результирующим направлением поляризующего поля (вектор напряженности поляризующего поля тоже уменьшается), и находящиеся в данной области ядра водорода не прецессируют, сигналы от них не образуются. После отключения тока поляризации коммутирующее устройство 9 подключает дополнительную катушку 7 к блоку питания для создания дополнительного расфазирующего поля. Такое соблюдение указанной выше последовательности в обеспечении скорости выключения и конструкция позволяют наиболее эффективно использовать предлагаемое изобретение с точки зрения обеспечения четкости границы между зоной исключения сигнала, то есть ствола скважины и зоной формирования и приема полезного сигнала, то есть пласта.

В момент полного его выключения коммутирующее устройство 9 подключает катушку 6 к измерительному усилителю 10 скважинного прибора 1 и сигнал по жилам кабеля 3 передается на наземную панель 2.

Выключение поляризующего поля по предлагаемой зависимости позволяет исключить из формирования сигнала ближайшую к скважинному прибору зону. Быстрое выключение поляризующего поля в начальный момент обеспечивает прецессию вектора ядерной намагниченности вокруг результирующего вектора ядерной намагниченности и формирование сигнала от дальних зон, соответствующих пласту. При обеспечении медленного выключения поляризующего поля в завершающей части процесса выключения тока поляризации исключает образование сигнала от ближней зоны, что соответствует зоне ствола скважины, при минимальном уменьшении полезного сигнала от пласта, что позволяет увеличить точность определения индекса свободного флюида в коллекторах. Обеспечивая необходимую скорость выключения поляризующего поля, исключается возможность формирования сигнала в ближней к прибору зоне.

Изобретение относится к геофизическим методам исследования скважин, в частности к ядерно-магнитному каротажу (ЯМК), применяемому для исследования нефтяных и газовых скважин. Технический результат: увеличение точности определения индекса свободного флюида в коллекторах за счет увеличения степени подавления сигнала от ствола скважины при минимальном уменьшении полезного сигнала от пласта, а также увеличение межремонтного срока службы устройства. Сущность: устройство для ядерно-магнитного каротажа содержит скважинный прибор, состоящий из электронного блока с измерительным усилителем и коммутирующим устройством и зонда, содержащего основную катушку индуктивности и дополнительную катушку. В электронном блоке дополнительно размещен рассеиватель тока поляризации, соединенный с основной катушкой через коммутирующее устройство. Рассеиватель тока поляризации содержит диод, конденсатор и сопротивление. Рассеиватель тока поляризации содержит диод и варистор. 6 ил.

Устройство для ядерно-магнитного каротажа, содержащее наземную панель, блок управления, блок питания, кабель, скважинный прибор, состоящий из электронного блока с измерительным усилителем и коммутирующим устройством и зонда, содержащего основную катушку индуктивности и дополнительную катушку, отличающееся тем, что в электронном блоке дополнительно размещен рассеиватель тока поляризации, содержащий диод, конденсатор и сопротивление или диод и варистор, основная катушка индуктивности и подключенный параллельно ей рассеиватель тока поляризации подключены через коммутирующее устройство к источнику тока поляризации.