Устройство для бокового каротажа скважин Советский патент 1983 года по МПК G01V3/20 

Изобретение относится к промыслово-геофизической технике, в частности к устройствам бокового каротажа дпя исследования удельного электрического сопротивления гориых пород, пересеченных скважиной зондом с объемными электродами, и позволяет вьщелять в них азимутальные неоцнороаности, например трешинные коллекторы. Некоторые коллекторы, например трещинные, характеризующиеся преиму- щественно вертикальным относителЫю слоистости пород наклоном трещин, прояв ляются в виде неоднороаностей при изме рениях удельного электрического сопроти ления. Измеряемое удельное сопротивлен зависит от азимута, по которому направлены токовые линии в этой среде. Известно устройство для .бокового каротажа скважин, состоящее из зонда трехэлектронного бокового каротажа с экранными и центральными электродами, автогенератора и блока измерения потенциала экранных электродов t 13 . Это устройство позволяет получить интегральную кривую удельного сопротивления, осредненную по всем азимутальным направлениям в скважине. Это устройство не дает возможности выделит дифференциальную неоднородность в разрезе скважины. Известно устройство для бокового каротажа скважин, содержащее зону бокового каротажа и использующее систему поэлементного измерения потенциала экранного электрода и тока центрального электрода и последующего их логарифмирования, один телеизмерительный канал потенциала и два телеизмерительных канала тока, логарифмические преобразователи, подключенные к выходу каждого из мерительного канала, и схему вычитания логарифмов потенциала и тока, а также .автоматический коммутатор, подключак щий схему вычитания к выходу логарифмического преобразователя того измерительного канала тока, предел измерения которого оптимален для данной точки разреза скважины 2) . Это устройство также не позволяет выделять в разрезах скважин неоднородности и определять степень и.х азимуталь ней электрической анизотропии. Наиболее близким по технической сут к предлагаемому является устройство дл бокового каротажа скважин, состоящее и генератора переменного.тока, зонда, содержащего соединенные между собой экранные и центральный электроды, удален ный электрод, канала измерения потенциала экранных электродов, входного трансформатора тока центрального электрода, щунта, канала измерения тока центрального электрода и делителя, причем выход генератора переменного тока подключен к. экранным электродам, вход канала измерения потенциала экранных электродов соединен с экранными электродами, а второй - с удаленным электродом, выход канала измерения потенциала экранных электродов подключен к первому входу оелителя, первый вход трансформатора тока центрального электрода соединен с экранными электродами, а второй с центральным электродом, выход трансформатора тока центрального электрода подключен к щунту, выход канала измерения тока центрального электрода подключен к второму входу делителя. С вьрсода делителя получают значения удельного сопротивления пород 3 . Это устройство также позволяет получить только интегральное значение удельного сопротивления и не дает возможности определять степень анизотропности горны.х пород. Цель изобретения - расширение функцнсиальных возможностей устройства путем определения степени электрической анизотропии горных пород. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для бокового каротажа сква жин, содержащем генератор переменного тока, зонд с соединенным между собой экранными и центральным электродами, удаленный электрод, канал измерения потенциала экранных электродов, первый входной трансформатор тока центрального электрода, первый щунт, канал измерения тока центрального электрода и делитель, примем выход генератора переменного тока подключен к экранным электродам, первый вход канала измерения Потенциала экранных электродов соединен с экранными электродами, а второй - с удаленным электродом, выход канала измерения потенциала экранных электродов подключен к первому входу делителя, вход первого входного трансформатора тока соединен с центральным электродом и с экранными электродами, а выход - с перюым шунтом, . выход канала измерения тока центрального электрода подключен к второму входу делителя, центральный электрод выполнен в виде У1 одинаковых секций, представляющих собой участки цилиндрической поверхности центрального элект рода, электрййчески изолированные друг от друга перегороцкамй, располагающимися ваоль образующих поверхности центрального электропа, а также аополнительно введены (и-1 )-вхоаной трансформатор токов секций центрального электрооа, (h-1) шунтов, генератор тактовых импульюов, И управляемых ключей, фильтр нижнихчастот, амплитудный преобразователь и фильтр верхних частот, пртчем первые вхоаы всех входных трансформаторов токов секций центрального электрода соединены с экранными электродами, а вторые - с соотбетствующими секциями центрального электрода, выходы всех входных трансформаторов токов секций центрального электрода соединены с соответ ствуюшими шунтами и одновременно с вхоаами управляемых ключей, выходы всех управляемых ключей подключены к входу канала измерения тока центрального электрода, управляющие входы всех ключей соединены с выходами генератора тактовых импульсов, выход делителя подкл чен к входам фильтров верхних, и нижних частот, выход фильтра верхних частот соединен с входом амплитудного преобразователя, а выходы фильтра нижних частот и амплитудного преобразователя являются выходами устройства. На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - конструктивное выполнение зондовой части устройства; на фиг. 3 временные диаграммы, иллюстрирующие работу устройства; на фиг. 4 - взаимное расположение секций центрального элек-ррода, токовых линий поля и трещин коллектора. Устройство {фиг. 1) содержит генера тор 1 переменного тока, экранные элект роды 2, удаленный электрод 3, канал 4 измерения потенциала экранньик электродов, секции 5-12 центрального электрода, входные трансформаторы 13-2О тохов секций центрального зяектроаа, рези стгоры-чиунты 21-28, управляемые ключи 29-36, генератор 37 тактовых импульсов, канал 33 измерения тока ueHiw рального электрода,делитель 39, фильтр4 нижних частот, фильтр 41 верхних часто амплитудный преобразователь 42. Вьгход генератора 1 переменного тока подключен к экрашгым электрснхам 2, первый вход канала 4- измерения потенциала экранных электродов соединен с экранными электродами 2, а второй - с удаленным электродом 3i выход канала 4 измерени потенциеша экранных электродов подключ к первому входу делителя 39, первые входы входных трайсформаторов 13-20 токов секций центрального электрода., соединены с экранными электродами 2, а вторые - соответственно с секциями 5-12 центрального электрода, выходы входных трансформаторов 13-2О подключены соответственно к резисторам-шунтам 21-S8 и одновременно к входам управляемых кя1Очей 29-36 соответственно, выходы управляемьсх ключей 29-36 подключены к входу канала 38 измерения тока центральното электрода, управляющие входы ктз чей 29-36 соединены с выходами гене- ратора 37 тактовых импульсов, выход канала 38 измерения тока центрального электрода подключен к второму входу делителя 39, а выход его соединен с вхо-дами фильтра 40 нижних частот и фильтра 41 верхних частот, выход фильтра 40 нижних частот является первым выходом устройства, выход фильтра 41 верхних частот подключен к входу амплитудного преобразователя 42, выход которого является вторым выходом устройства. Устройство содержит также изолирующие перегородки 43 , изолирующую прокладку 44, изолийгющие кольца 45. На графиках 46-53 (фиг. 3) приведены формы напряжений на выходах генератора 37 тактовых импульсов; на Г1.«фи- ке 54 - форма напряжения на выходе делителя 39; на графике 55 - форма напряжения на выходе фильтра 41 верхних частот, ось напряжений 56, оси времени 57. На фиг. 4 изображены секции 5-12 шнтрального электрода, токовые линии 58, трещинь 59 коллектора. Скважинная часть устройства конструктивно (фиг, 2) представляет собой металлический круговой цилиндр, образованный экранными электродами 2. В средней части цилиндра расположен центральный электроа, выполненный в вице одинаковыхсекций 5-12, представляющих собой часть поверхности кругового цилиндра, изолированных друг от друга изолирующими перегородками 43, а от экранных электродов 2 - изолирующей прокладкой 44 и изолирующими кольцами 45. Устройство работает следующим образом. Переменный ток (частота ЗОО400 Гц), создаваемый генераторюм 1, подается на экранные электроды 2 и через щунты малого сопротивления Rjgj аО,010м, образованные грресчитанными в первичные обмотки входных т|)ансфо{Ж1аторов 13-2 О резистороа-шунтов 21 Я8, поступает на секции 5-12 центрального электрона. Ток, протекающий через кажаую из секций 5-12 центрального электроаа, зависит от их сопротивления заземления, которое в свою очерець опре деляется удельным сопротивлением срецы в направлении, нормалыюм к поверхности цанной секции. П| протекании тока через секции 5-11 центрального элeкI роаа на выходе вхопньос трансформаторов 13-20 образуются напряжения, пропо(щиональные этим токам. В cpede, однородной по азимуту, сопротивления заземлений секций 5-12 центрального электрода ра.вны друг другу поэтому равны и токи, протекакицие через них. В неоднородной среде, например в коллекторе с вертикальной трешинова- тостью (фиг. 4), сопротивление заземления секций 8 и 12 минимальны, а секций 6 и 1О - максимальны, так как удельное сопротивление породы вдоль тре щин меньше, чем уделыюе сопротивление в направлении, перпендикулярном к трещинам. Плотность тока на поверхности секций 8 и 12 болыие плотности тока на поверкности секций 6 и 1О, а следовательно, и токи секций 8 и 12 больше токов секций 6 и Ю. Таким образом, измеряя и сравнивая между собой токи, протекающие через секции 5-12, можно выделять среды, неоднородные в азимутальном направлении, и определять степень их электрической анизотропии. На графиках 46-53 (фиг. 3) изображены эпюры напряжений на выходах гене ратора 37 тактовых импульсов. В случае деления центрального электрюда на восем секций генератор 37 имеет восемь выходов, на каждом из которых формируются импульсы управления ключами 29-39 равной длительности t 100-125 мс. Если передний фронт импульса на первом выходе генератора 37 тактовых импульсов совместить с началом оси 57 времени (фиг. 3, график 46), то импульс на втором выходе генератора 37 должен быть задержан во времени на {величину длительности импульса 17. Импульс на третьем выходе должен быть задержан относительно импульса на втором выходе тоже на величину и -а- С окончанием импульса на восьмом выходе вновь форммируечся импульс на первом выходе, далее такой цикл повторяется по конца измерений. Теисим образом, с помошью генератора 37 тактовых импульсов и управляемых ключей 29-36 выходы входных трансформаторов 13-2О токов секций центрального электрода поочередно с час- тотой 8-10 Гц подключаются к входу канала 38 измерения тока центрального эле ктрода. После преобразований сигналы, пропорциональные токам секций центрального электрода, подаются на один из входов делителя 39, на другой вход которого подается сигнал с выхода канала 4 измерения потенциала экранных электродов, пропорциональный потенциалу экранных элек-рродов 2 относительно удаленного электрода 3. Делитель 39 осуществляет операцию деления сигнала, пропо{Л1ионального потенциалу экранных электродов 2, на токи секций 5-12 центрального электрода. На выходе делителя 39 формируется напряжение, пропорциональное кажущемуся удельному сопротивлению, измеренному каждым из зондов, обр 13ованных экранными эпектр|( дам и 2 и каждой из секций 5-12 центрального электрода, в соответствии с формулой: 1)-УУ)О - Wllf , IKi Зо4 кажущееся удельное сопротивление, измеренное зондом, об разованным экранными элекгродами и i -ой секцией центрального электрода; масштабный коэффициент; коэффициент зонда, образованного экранными электродами и одной из секций центрального электрода; потенциал экранных электродов; ток 1 -ой секции центрального электрода. В случае среды, однородней по азимуту р, равны междУ собой, и измерения напряжений на выходе делителя 39 определяются только изменением удельного электрическрго сопротивления по глубине скважины. Частотный спектр этого сигнала ограничен сверху граничной частоой ( Гц, Это напряжение через ильтр 40 нижних частот с частотой среза {(.р ° поступает на первый выод устройства и регистрируется В виде диаграммы кажущего удельного сопротивления в функции глубины скважины. В случае среды, неоднородней по азимутУ| например трещинного коллектора (фиг. 4), зависят не только от глубины скважины, но и от положения секций

центрального электроца относительно осей электрической анизотропии среды (напрев ления трешин 59 цля трешинного коллектора). В этом случае напряжение на выходе делителя 39 имеет виа, привеаенный на графике 54 (фиг. 3). В спектре этого сигнала наряду с составляющей, обусловленной изменением удельного сопротивления по глубине скважины, присутствует и составлякйцая, обусловленная азимутальной неоцнородностью среды, причем последняя составляющая для сред, имеющих две плоскости симметрии, проходящих через ось устройства, например трещинных коллекторов (фиг. 4), няется с частотой 21, т.е. 16-20 Гц. Эти колебания выделяются фильтром 41 верхних частот. Форма колебаний на выходе фильтра 41 верхних частот представ- лена на графике 55 (фиг. 3). Наличие колебаний на выходе фильтра 41 свидетельствует о присутствии в разрезе сква-

жины ааимутально неоднорооных сред. Амплитуда этих колебаний характеризует степень электрической анизотропии этих сред. С выхода фильтра 41 колебания подаются на вход линейного амплитудного преобразователя 42, на выходе которого, являющимся вторым выходом устройства, форми{фется напряжение постояннснго тока пропорциональное степени, азимутальной неоднороднооти исследуемых сред, которое регистртр тся яа диаграммной ленте.

Таким образом, предпагаемое устройство в отличие от и юствых позволяет выделять в разрезах скважш среды неодноридные по азимуту, например трешиннью коллекто{иы, (тредепять степень их элект(жчвской анизотропии наряду с одновременным полу юнием информации об удельных сопротивлениях пород по глубине скважины.

УСТРОЙСТБО ДЛЯ БОКОВОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН, содержащее генеpai4 p переменного тока, зонд с соединенными между собс экршШыми и центральными электродами, удаленный электрод, канал измерения потенциала экранных электродов, первый входной трансформатор тока центрального зяектрода, первый шунт, канал измерения тока центрально го электрода и делитель, причем БЫХОД генератора переменного тока подключен к экранным электродам, первый вход ке нала измерения потенциала экранньос электродов соединен с экранными электродами, а второй - с удаленным электродом,. ВЫХОД канала измерения потенциала экранных электродов. подключен к пе{ вому входу делителя, ВХОД первого входного трансфог 1атора тока соединен с центральным электродом и с экранными электродами, а выход с первым шунтом, ВЫХОД канала измерения тока центрального электрода подключен к второму вхо- . Оу целителя, отличающееся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей устройства путем определения степени электрической анизотропии порой центральный элект род выполнен в виде VI одинаковых секций, представляющих собой участки цилиндрической поверхности центрального электрода, электрически изолированные друг от друга перегородками, располагающимися ВДОЛЬ образуквцих поверхности центрального электрода, а также дополнительно введены (И-1 )-вхоаной трансформатор ТОКОВ секций центрального элект рэда, () шунтов, генератор тактовых импульсов, W управляемых ключей, фильтр i нижних частот, фильтр верхних частот и (Л амплитудный преобразователь, причем Еюрвые вхоаы всех входных трансформатоС ров тсясов секций центрального электрода соединены с экранными электродами, а вторые с соответствующими секциями центрального электрода, выходы всех ВХОДНЫХ трансформаторов токов секций централыюго э/юктрода соединены с соо to to оггеетствукмцими шунтами и одновременно с входами управляемых ключей, выходы всех управляемых ключей подключены к входу канала измерения Toim центрального электрода, управляющие входы всех vl ключей соединены с выходами генератора тактовых импульсов, выход целители подключен к вхоаам фильтров веросних и нижних частот, ВЫХОД фильтра верхних час тот соединен с вкодом амплитудного преобразователя, а выходы фильтра ниж- ннх частот и амплитудного преобразователя ЯВЛЯЮТСЯ выходами устройства.

Фиг.1

A-A