Скважинный резистивиметр Советский патент 1984 года по МПК G01V3/18 

Изобретение относится к промыслово-геофизической техники, а более конкретно к геофизическим приборам, предназначенным для измерения удельного электрического сопротивления промывочной жидкости, заполняющей 5 ствол буровой скважины.

Известен скважинный резистивиметр ДЛЯ измерения удельного электричес-, кого сопротивления промлвочной жидкости н-а одножильном кабеле, содер- 10 жащей два электрода, наземную измерительную схему, генератор переменного тока, развязывающие фильтры, в этом резистивиметре для уменьшения погрешности, вносимой активным 5 сопротивлением жил кабеля, один электрод подключен к жиле кабеля через конденсатор, другой электрод соединен с оплеткой кабеля, а между жилой и оплеткой кабеля включен . , диод 1..

Однако этот резистивиметр не пригоден для комплексирования с другими методами электрического каротажа. Это снижает прои.з води тел ьн ость геофизических исследований скважин . 25 Кроме того, точность измерений низка из-за неполного устранения влияния жил кабеля, так как при изменеНИИ сопротивления жилы кабеля изменяется обратный ток диода, а следо- 30 вательно, и измеряегллй сигнал. Погрешност.ь в измерениях вносит также изменение прямого напряжения диода при температурных воздействиях и утечки в кабеле. Точность измерений 35 снижается также из-за изменения переходного сопротивления электродов резистивиметра, обусловленного состоянием поверхности электродов.

Наиболее близким по технической Q сущности к изобретению является скважинный резистивиметр, входящий в состав аппаратуры электрического каротажа КПС-2.

Скважинный резистивиметр содер- . ит генератор переменного тока, пряой токовый электрод, обратный токовый электрод, первый и второй изерительные электроды, первый измерительный трансформатор и канал тееизмерения, при этом первый изме- 50 рительный электрод расположен на теле прямого токового электрода и оба электрода охвачены вторым измеительным электродом, имеющим пространственную форму, входы первого 55 измерительного трансформатора подключены к первому и второму измеительным электродам.

Этот резистивиметр комплексируется с зондами бокового каротажного 60 зондирования (БКЗ), так как прямой оковый электрод является общим для езистивиметра и зондов БКЗ. Точность змерения повышается за счет сниения влияния изменений парамет- 5

ров кабеля (в частности утечек) на измеряемые величины 2,

Однако так как зонды БКЗ требуют для своего питания токи порядка 0,4-0,5 А, а токовые электроды резистивиметра и зондов БКЗ общие, то плотность тока на поверхности прямого токового электрода достигает значительных величин. Это приводит к разрушению поверхности электрода и к изменению коэффициента резистивиметра, что снижает точность измерений. Кроме того, при больших плотностях тока увеличивается емкостная составлякадая эквивалентного переходного сопротивления электрода, что также приводит к дополнительной погрешности при фазочувствительном выпр;5млении в канале телеизмерения.

Цель, изобретения - повышения точности измерений удельного электрического сопротивления скважинной промьдвочной жидкости при комплексных геофизических исследованиях скважин.

Указанная цель достигается тем, что в скважинный резистивиметр, содержс1щий генератор переменного тока прямой токовый электрод, обратный токовый электрод, первый и второй измерительные электроды, первый измерительный трансформатор и канал телеизмерения, при этом первый измерительный электрод расположен на теле прямого токового электрода и оба электрода охвачены вторым измерительным электродом, имеющим пространственную форму, входы первого измерительного трансформатора .подключены к первому и второму измерительным электродам,- дополнительно введены трансформатор питания токовых электродов, третий измерительный электрод второй измерительный трансформатор, ячейка вычитания и делитель напряжения, причем третий измерительный электрод расположен на теле обратного токового электрода и оба охвачены вторым измерительным электродом, прямой и обратный токовые электроды, первглй и третий измерительные электроды на всем своем протяжении расположены в одном сечении, перпендикулярном оси резистивиметра, входы трансформатора питания токовых электродов последовательно включены в цепь генератора переменного тока, выходы трансформатора питания токовых электродов подключены к прямому токовому электроду и обратному токовому электроду, входы второго измерительного трансформатора подключены ко второму и третьему измерительным электродам, выходы первого и второго измерительных трансформаторов соединены со вхсдами ячейки вычитания, выход которой подключен ко входу д елителя, а выход делителя напряжения - к входу канала телеизмерения, при этом с целью упро щения конструкции первый и второй измерительные трансформаторы, ячей ка вычитания и делитель напряжения выполнены на едином магнитопроводе На фиг. 1 представлена структур ная схема резистивиметра; на фиг. измерительные трансформаторы, ячейки вычитания и делитель напряжения на фиг. 3 - конструкция электродной систе1 л предлагаемого резистивиметра; на фиг. 4 - сечение А-А ца фиг На фиг. 1 изображен генератор 1 переменного тока, прямой токовый электрод 2, обратный токовый электрод 3, первый измерительный электрод 4, второй измерительный электрод 5, первый измерительный трансформатор 6, канал 7 телеизмерения, трансформатор 8 питания токовых электродов, третий измерительный электрод 9, второй измерительный трансформатор 10, ячейка 11 вычитания, делитель 12 напряжения. Входы трансформатора 8 питания токовых электродов последовательно включены в цепь генератора 1 переменного тока, выходы трансформатора 8 питания токовых электродов под ключены соответственно к токовым электродам 2 и 3, входы первого измерительного трансформатора 6 соеди нены с первым измерительным электродом 4 и вторым измерительным электродом 5, выходы первого измери тельного трансформатора 6 подключевы к входам ячейки 11 вычитания, входы второго измерительного трансформатора 10 подключены к второму измерительному электроду 5 и третье му измерительному электроду 9, выходы второго измерительного трансФорматора 10 соединены с входами ячейки 11 вычитания, выход ячейки 11 вычитания подключен к входу дели теля 12 напряжения, выход которого соединен с входом кангьла 7 телеизмерения. На фиг,2 изображены первичная обмотка 13 первого измерительного трансформатора, первичная обмотка 14 второго измерительного трансформатора, магнитопровод 15, выполняющий также функции ячейки вычитания вторичная обмотка 16 первого и второго измерительных трансформаторов, выполняющая также функции индуктивного делителя напряжения. Первичные обмотки 13, 14 соедине ны с измерительными электродатчи 4, 5 и 9. Вторичная обмотка 16 подключена к входу кан.ша 7 телеизмерения На фиг. 3 изображены прямой токо вый электрод 2, обратный токовый электрод 3, первый измерительный электрод 4, второй измерительный электрод 5, третий измерительный электрод 9, изолирующие прокладки 17 - 20. Первый измерительный электрод 4 расположен на теле прямого токового 2 и изолирован от него прокладкой 17, третий измерительный электрод 9 расположен на теле обратного токового электрода 3 и изолирован от него прокладкой 18. Прямой токовый электрод 2, обратный токовой электрод 3, первый измерительный электрод 4, третий измерительный электрод 9, охвачен вторым измерительным электродом 5, имеющим пространственную форму полого цилиндра. Прямой токовый электрод 2 изолирован от второго измерительного электрода 5 прокладкой 19, обратный токовый электрод 3 изолирован от второго измерительного электрода 5 прокладкой 2 О. На всем своем протяжении прямой токовый электрод 2, обратный токовый электрод 3., первый измерительный электрод 4 и третий измерительный электрод 9 находится в одном сечении, перпендикулярном оси резистивиметра. Реэистивиметр работает следующим образом. Стабилизированной переменный ток величиной 400-500 мА и частотой 300-400 Гц, создаваемый генератором 1 переменного тока, преобразует- ся трансформатором 8 питания токовых электродов в ток величиной около 20 мА. Этот ток питает прямой 2 и обратный 3 электроды резистивиметра. Токовые электроды 2, 3 и измерительные 4, 9 расположены в полости, образованной измерительным электродом 5, через которую может свободно проходить скважинная про)4 шочная жидкость. Между измерительными электродами 4 и 5 возникает разность потенциалов ли 4 и 5, пропорциональная удельному электрическому сопротивлению промывочной жидкости f 2L4,5- к. . (1) где I - ток питания токовых электродов;К - коэффициент трехэлектродной установки, образованной электродами 2, 4,и 5. Между измерительными электродами 9 и 5 гакже возникает разность потенциалов Ди5,Э пропорциональная удельному электрическому сопротивлению промывочной жидкости р и равная,„ ли - ,Э- К, (2) где Кл - коэффициент трехэлектродной установки, образованной электродами 3, 5 и 9. Так как конструкция и размеры электродных установок одинаковы, то илЦ. , Минус в формуле (И) обусловлентем, что ток питания I втекает в токовый электрод 3, а из электрода 2 вытекает. Разности потенциаловди 5 и дОг j приводятся измерительными трансформаторами б и 10 к необходимом уров ню и подаются на входы ячейки 11 вы читания, где производится операция вычитания. Напряжение на выходе яче ки 11 вычитания равно ,,,} . (51 где m - коэффициент преобразования водных напряжений. Это напряжение подается на делитель 12 напряжения с коэффициентом деления равным 2. Выходное напряжеп( I вне делителя 12 равное г--п дается на вход канала 7 телеизмерения, где преобразуется в напряжение постоянного тока, пропорциональное величине удельного электрического сопротивления промывочной жидкости Таким образом, входным напряжением канала телеизмерения является полусумма разностей потенциалов двух одинаковых трехэлектродных установо поэтому одинаковые и противоположвые изменения разностей потенциалов &и,ли , обусловленные, например изменением коэффициентов К и К2, компенсируют друг друга. Неодинаковые изменения разностей потенциалов благодаря измерению их полусуммы так же приводят к меньшим погрешностям измерения удельного сопротивления промывочной жидкости, чем это .имело бы место при измерениях одной элект родной установкой. На фиг. 2 приведен пример конкретного выполнения измерительных трансформаторов, ячейки вычитания и делителя напряжения. Обмотки 13 и 14, являющиеся первичными обмотка ми измерительных трансформаторов, включены встречно. В магнитопроводе 15, играющим роль ячейки -вычитания, происходит вычитание магнитных пото ков, создаваемых обмотками 13, 14. На вторичной обмотке 16 трансформатора возникает напряжение, пропорциональное величине (uU 4 ) . Число витков во вторичной обмотке 16 выбирается в два раза меньше, чем необходимо для приведения суммарного сигнала к нужному уровнао. Благодаря этому осуществляется деление напряжения на 2. Предлагаемый скважинный резистивиметр допускает комплексирование его с зондами бокового каротажного зондирования, не внося погрешностей в результаты измерений зондами ВКЗ, так как расстояния от измерительных электродов зондов БКЗ до прямого 2 и обратного 3 токовых электродов равны между собой (поскольку электроды 2 и 3 расположены в одном сечении скважины на всем своем протяжении) , а токи питания электродов 2 и 3 равны по величине и противоположны по знаку. -После токового электрода зондов БКЗ также не оказывает влияния на результаты измерения резистивиметром, так как осевая составляющая тока этого поля не создает разности потенциалов между измерительными электродами 2, 5 и 9, 5, поскольку они расположены в одном сечении скважины. Радиальная составляющая тока создает на измерительных электродах разистивиметра противоп-оложные по знаку разности потенциалов, которые взаимно уничтожаются. Таким образом, предлагаемый резистивиметр в отличие от существующего резистивиметра (прототипа), реализованного в аппаратуре КСП-2, обладает следующими преимуществами: .меньшая погрешность измерений, обусловленная нестабильностью коэффициента резистивиметра, так как токовые электроды работают при малых плотностях токов, что исключает разрушение электродов; малая плотность тока обусловливает малую емкостную составляющую переходных сопротивлений токовых электродов, что уменьшает погрешность за счет фазовых сдвигов; - резистивиметр может использоваться как автономно, так Ёомплексироваться с приборами электрического, индукционного и прочих видов каротажа; уменьшение погрешности измерений благодаря регистрации полусум№л показаний двух одинаковых электродных установок. Геолого-технический иэкономический эффект от внедрения изобретения составляет не менее 2 тыс.руб, в год на один резистивиметр.

7

1. СКВАЖИННЕЛЙ РЕЗИСТИВИМЕТР, содержащий генератор переменного тока, прямой токовый электрод, обратный токовый электрод, первый и второй измерительные электроды, первый измерительный трансформатор и канал телеизмерения, при этом первый измерительный электрод расположен на теле прямого токового электрода и оба электрода охвачены вторым измерительным электродом, имекяцим пространственную форму, входы первого измерительного трансформатора подключены к первому и второму измерительным электродам, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений удельного электрического сопротивления скважинной промывочной жидкости при комплекс ных геофизических исследованиях скважин, дополнительно введены трансформатор питания токовых электродов, третий измерительный электрод, второй измерительный трансформатор, ячейка вычитания и делитель напряжения, причем третий измерительный электрод расположен на теле обратного токового электрода и оба охвачены вторым измерительным электродом, прямой и обратный токовые электроды, первый и третий измерительные электроды на всем протяжении расположены в одном сечении, перпендикулярном оси резистивиметра, входы трансформатора питания токовых электродов последовательно включены в цепь генератора переменного тока, выходы трансформатора питания токовых Ф электродов подключены к прямому то(Л ковому электроду и обратнот«гу токовому электроду, входы второго измерительного трансформатора подключены к второму и третьему измерительным электродам, выходы первого и второго измерительных трансформаторов соединены с входами ячейки вычитания, выход которой подключен к входу делителя напряжения, а выхсщ де-J лителя напряжения - к входу канала со со телеизмерения. 2. Резистивиметр по п. 1, о т л и чающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, первый и второй измерительные трансформаторы, ячейка вычитания и делитель напряжения выполнены на едином магнитопроводе.

5в.

/e4

16

Фиг.2