Устройство для каротажных электрических зондирований Советский патент 1986 года по МПК G01V3/18 

и средней радиальной глубикностьм исследования, генераторы 3 , „ , 3 высокой частоты, генератор низгсой частоты, телеизмерительный блок, центральный и экранные электроды, образующие зонд бокового каротажа с малой радиальной глубинностью исследования, электроизоля щонкые экраны, фокусирующие электроды. Оси генераторных 1J,..,., I j и измерительньш 2,5,.. 2р„ катушек перпендикулярны продольной оси устройства. Генераторные катушки 1 ,,,,, питаеьые генераторами 3,,...|,3, создают в окружакщей ере- . де электромагнитные поля, токовь е линии которых направлены вдоль нормалей к центрам свободных поверхностей центрального электрода зонда бокового

Изобретение относится к промысло- всгтеофизз4ческой технике и может быть использовано для измерения удельного .электрического-, сопротивления (УЭС) горных пород, пересеченны скважиной, и изучения радиального распределения УЭС в прискважинной зоне с целью выделения в разрезах скважин проницаемых пластов - коллекторов и определения их параметров,

.изобретения. - повышение .достоверности результатов зондирования в. пластах со сложной структурой норового пространства.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - сечение зонда бокового каротажа устройства плоскостью, перпендикулярной его продольной оси, проходящей через середину д ентралького электрода (разрез А-А на фиг. 1); на фиг, 3 - распределение токовых линий поля одного из электромагнитных зон- дов и ПОЛ)- зонда бокового каротажа в плоскости, проходящей через продольную ось устройства и перпендикулярной осям катушек электромагнитиь х зондовj на ,фиг, 4 - то же, в плоскости, перпендикулярной оси устройства и проходящей через середину центрального электрода.

каротажа, питаемого генератором низкой частоты. Благодаря нал1гч ию электроизоляционных экранов и фокусирующих электродов размещенных на поверхности центрального электрода симметрично относительно плоскости, проходящей через проекции осей катушек электромагнитных зондов и продольизто ось устройства, токовые линии, истекающие со свободных поверхностей центрально™ го электрода, совпадают по направлению с токовыми линиями электромагнитных полей. Телеизмерительный блок осуществляет измерение сигналов измерительных катушек 2 ,,.,. ,2|й, тока центрального электрода 6 и потенциала экранных электродов, 1 з.п. ф-лы, А ил.

На фиг, 1 изображена система j 1 к 1 генераторных катушек, сис-г тема 2,,2,,о,2., ,2 измерительных катуйех, генераторы 3,,,,,3 высокой частоты, генератор 4 низкой частоты, телеизмерительный блок 5, центральный электрод 6 зонда бокового каротажа и его первый 7 и второй 8 экранные электроды, первый 9 и второй „ 10 электроизоля1и1онные sKpaHUj первый 11 и второй 12 ({юкусирукяцие электроды „

Выходы генераторов 3,...3д высокой частоты подключены соответственно к входам генераторных катушек

5

1

выходы измерительных катушек 2, ,,..,2 соединены с входами телеизнерительного блока 5, выход генератора 4 низкой частоты подключен 1C соединеннь1м между еобой первому 7 и атерому 8 экранным электродам, первый 7 и второй 8 экранные электроды и центральный электрод 6 подключены к входам телеизмерительного блока 5. Оси генераторнь х 1, .,., If, и измерительных 2j,,,52fn катушек перпендикулярны (или наклонны) к продольной оси устройства, .

На фкг, 2 изображены нормали 13 к центрам свободных поверхностей цен

трального электрода 6, проекция 14

1

электгенераторных катушек ,

ромагнитных зондов на плоскость,пер- пендикулярн5то оси устройства, проекция 15 осей генераторных 1,...,1 и измерительных 2,,,,,,2 катушек на эту же плоскость.

Первый 9 и второй 10 электроизоляционные экраны представляют собой части полого цилиндра с внутренним диаметром, равным диамет|ру центрального электрода 6, первье 11 и второй 12 фокусирукщие электроды являются частями полого проводящего цилиндра с внутренним диаметром, равным наружному диаметру электроизоляционных экранов, угловые размеры электроизоляционных экранов 9, to и фокусирующих электродов 11 и 12 равны 90°, а длина их превьшает длину центрального электрода 6. Первый 9 и второй 10 электроиэоляционяые экраны установлены на поверхности центрального электрода 6, а nepsi П и второй 12 фокусирукяр1е электроды - соответственно на поверхностях первого 9 и второго 10 электроизоляционных экранов. Первый 9 и второй 10 электроизоляционные экраны и первый 11 и второй 12 фокусирующие электроды размещены симметричио относительно плоскости, проходящей чер(з продольную ось устройства и оси генераторных 1,,..., 1 д и иэмерительных 2,,...,2 катушек электромагнитных зондов таким обраэом, что нормали 13 в центрах свободных поверхностей центрального электрода 6 перпендикулярны проекциям 15 осей катушек электромагнитных зондов на плоскость сечения, Перв 9 и второй 10 электроизоля- циокшде экраны и первый 11 и второй 12 фокусирукэдие электроды расположены также симметрично отиосительно плоскости, проходящей через середину

fS

20

25

30

35

40

Генераторные катушки 1.,...,1„, питаемые генераторами 3,,..,,3„ высокой частоты, создают в окружающих устройство горных породах электромагнитные поля различных частот, в частности, удовлетворяющих принципу электродинамического подобия, .

где , («)„ - круговые

w;zl

to,

п

to

частоты тока питания генераторных катушек зондов с номерами i и п, Z , Z р - длины зондов с номерами i и п. Таким образом, чем дпинее зонд тем меньше его рабочая частота и наоборот. Показания более длинных эон- дов несут информацию о более удаленных от оЪи скважины частях пластала показания коротких - о сравнительно близких частях пласта. В измерительных катушках 2,,2,...,2 электромаг нитных зондов создаются ЭДС, зависящие от удельного электрического сопротивления окружающих пород, которы подаются на входы телеизмерительного блока 5, в котором производится их преобразование и формируется измеряе NKsR параметр электромагнитных полей, наиболее тесно связанный с измеряемь УЭС, например разность фаз ACf или от hj

ношение амплитуд

1М

и т.п.

Токовые линии электромагнитных по лей, возбуждаемых генераторкьади катушками, имеют вид концентрических окружностей с центром на оси генераторной катушки.

Дня поперечно расположенных генераторных катушек токовые линии лежат в плоскости, параллельной оси устрой ства. Распределение токовых линий электромагнитного поля в однородной среде приведено на фиг. 3, 4. При достаточно больших частотах полей и больших расстоя1(иях от генераторных

центрального электрода 6 и перпенди- . катушек фройт электромагнитной волны

кулярную его оси (фиг. 1).

Першлй 11 и второй 12 фокусируку щне электроды соединены с экранными электродами (фнг. 1) зонда бокового каротажа.

Иа . 3, А изображены токовые линии 16 поля одной из генераторных катушек (1, ) электромагнитного зонда и токовые линии 17 тока центрального электрода 6 зонда бокового каротажа в однородной среде.

Устройство работает следующим образом.

50

близок к плоскому.

в этом случае токовые линин элект- рс «агнитноГо поля на достаточно большом (в пределах глубинности зонда бокового каротажа) расстоянии от оси устройства направлены почти перпендикулярно к этой оси. Этим условиям Соответствуют произведения длины зонда z; на квадрат его рабочей частоты, находящиеся в интервале 10 МГц-м i г ; f f 20 МГц-м..

Генератор 4 низкой частоты питает током частотой 300-400 Гц первый 7

257593

Генераторные катушки 1.,...,1„, питаемые генераторами 3,,..,,3„ высокой частоты, создают в окружающих устройство горных породах электромагнитные поля различных частот, в частности, удовлетворяющих принципу электродинамического подобия, .

где , («)„ - круговые

w;zl

to,

п

fS

0

5

0

5

to

частоты тока питания генераторных катушек зондов с номерами i и п, Z , Z р - длины зондов с номерами i и п. Таким образом, чем дпинее зонд, тем меньше его рабочая частота и наоборот. Показания более длинных эон- дов несут информацию о более удаленных от оЪи скважины частях пластала показания коротких - о сравнительно близких частях пласта. В измерительных катушках 2,,2,...,2 электромагнитных зондов создаются ЭДС, зависящие от удельного электрического сопротивления окружающих пород, которые подаются на входы телеизмерительного блока 5, в котором производится их преобразование и формируется измеряе- NKsR параметр электромагнитных полей, наиболее тесно связанный с измеряемьм УЭС, например разность фаз ACf или от- hj

ношение амплитуд

1М

и т.п.

Токовые линии электромагнитных по лей, возбуждаемых генераторкьади катушками, имеют вид концентрических окружностей с центром на оси генераторной катушки.

Дня поперечно расположенных генераторных катушек токовые линии лежат в плоскости, параллельной оси устройства. Распределение токовых линий электромагнитного поля в однородной среде приведено на фиг. 3, 4. При достаточно больших частотах полей и больших расстоя1(иях от генераторных

катушек фройт электромагнитной волны

близок к плоскому.

в этом случае токовые линин элект- рс «агнитноГо поля на достаточно большом (в пределах глубинности зонда бокового каротажа) расстоянии от оси устройства направлены почти перпендикулярно к этой оси. Этим условиям Соответствуют произведения длины зонда z; на квадрат его рабочей частоты, находящиеся в интервале 10 МГц-м i г ; f f 20 МГц-м..

Генератор 4 низкой частоты питает током частотой 300-400 Гц первый 7

и второй 8 экранные и центральный 6 электроды 6 зонда бокового каротажа,

Потенциал экранных электродов и ток центрального электрода передаются в телеизмерительный блок 5, где преобразуются в величину кажущегося удельного электрического сопротивления пород. Размеры зонда бокового каротажа таковы, что его показания определяются удельньвм соп1зотивлением зоны проникновения. Токовые линии 17 (фиг, 3,4) зонда бокового каротажа перпендикулярны поверхностям.экранных 7, 8 и центрального 6 электродов и направлены вдоль радиусов j исходящих из оси электродов. Благодаря наличию электроизоляционньЕк экранов 9э Ю и фокусирукщих электродов 11, 12 расположенных особым образом по отношению к осям катушек электромагнитных зондов, токовые линии, истекающие с поверхности центрального электрода 6, совпадают по направлению с токовыми линиями поля электромагнитных зондов, в связи с этим структурные неоднородности в пласте (трещи- новатость, кавернозность, карстовые пустоты) в одинаковой мере отражаются на показаниях электромагнитных зондов и зондов бокового каротажа.

Выбор размеров изоляционных экранов и фокусируювщх электродов осуществляют, исходя из того, что увеличение толщин электроизоляционных экранов и фокусирукицих электродов способствует лучшему совпадению по направлению токовых линий центрального электрода и электромагнитных зондов, а также ослаблению влияния скважины. С другой стороны, это ухудшает проходимость прибора в скважине Исходя из условий эксплуатации и конкретных геолого-технйческих условий бурящихся скважин, наружный диаметр d электроизоляционных экранов выбирается В пределах (1,1-1,5)йд, где do . диаметр центрального электрода зонда бокового каротажа, а наружный диаметр фокусирующих электродов - в пределах (1,1-1,5)

Кроме того, увеличение угловых размеров электроизоляционных экранов и фокусирукнцих электродов также способствует лучшему совпадению пс на- правлению токовых линий Центрального электрода и электромагнитных зондов, однако при этом ухудшаются условия

5

0

5

0

5

0

5

измерения тока центрального электрода, так, как уменьшается отношение тока центрального электрода к току экранных электродов, и его абсолютная величина. Исходя из характеристик используемого телеизмерительного блока, угловые размеры электрокзоля- цйонных экранов и фокусирующих электродов выбираются в пределах 60-120 ,

Таким образом., применение предлагаемого устройства повьшает достоверность, результатов зондирования в структурно-неоднородных средах„что позволяет сделать верные выводы о радиальном распределении УЭС, характере проникновен21к фильтрата ггроь - вочной жидкости в пласт и характера насыщения пласта -- коллектора.

Формула изобретения

1„ Устройство для каротажных электрических зондирований, включающееп генераторов высокой частоты, генератор низкой частоты5 телеизмерительный блок, систему п генераторных и ш измерительных катушек, образующих электромагнитные зонды с большой к средней радиальной глубинностью нс- следовання5 а также центральный м экранные электроды,; образующие 5окд бокового каротажа с радиальной глубинностью нсследованияJ причем вкходь генераторов высокой частоть подключены соответственнс к входам генераторных катушек, выходь измерительных катушек соединены с входами п леизмёрительнОго блока, выход генератора низкой частоты подключен к соединенным между собой экранным электродам экранные .и центральньй электроды подключены к входам телекзке- рительного блока, о т л и ч а к щ е е с я тем, чтор с целью повышения достоверности результатов зондирования Б горных породах со сложной - структурой порового пространства5 в него введены электроизоляционные экраны и фокусирук) электродьц а оси генераторных и измерительных каг электромагнитнъж зондов расположены перпендикулярно или наклонно к продольной оси устройства, электроизоляционные экраны установлены на поверхности центрального электрода а фокусирующие электроды - соответственно на поверхностях элегктроизоля- т з-гонйых экранов, электроизоляциокные

71

экраны и фокусирующие электроды размещены симметрично относительно плоскости, проходящей через продольную ось устройства и оси генератррных и измерительных катушек электромаг- нитньк зондов таким образом, что нормали в центрах свободных поверхностей центрального электрода перпендикулярны проекциям осей катушек электромагнитных з.ондов на плоскость, перпендикулярную оси устройства,электроизоляционные экраны и фокусирую- щие электроды расположены симметрично также относительно плоскости, проходящей через середину центрального электрода и перпендикулярную его оси, при этом фокусирующие электроды соединены с экранными электродами

зонда бокового каротажа.

/4 575938

2. Устройство по п. 1, о т. л и - чающееся тем, что электроизоляционные экраны выполнены в виде частей полого цилиндра с внутренним 5 диаметром, равным диаметру d центрального электрода зонда бокового ка- роталса, наружным диаметром, равным (1,1-1,5)dj, , фокусирующие электроды выполнены также в виде частей полого 10 проводящего цилиндра с внутренним диаметром, равным наружному диаметру d электроизоляционных зкранов и на- ружньм диаметром, равным (1,)d, угловые размеры электроизоляционных

15 экранов и фокусирующих элек

находятся в пределах , а длина их- не длины центрального элек12

1

фие.2

I

/ /

I 1 Uf))

ЛФ L

Фиг.

Редактор М. Келемеш

.Составитель И. А€).| амова

Техред А.Кравчук, Корректор В. Синицкая

Заказ 4915/45Тираж 728Подписное

ВНИШВД Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-355 Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г„ Ужгород, ул. Проектная, 4

tfjtfsA

Изобретение относится к промыс- лово-геофизической технике и может быть использовано для измерения удельного электрического сопротивления (УЭС) горных пород, пересеченных скважиной, и изучения радиального распределения УЭС в прискважинной зоне. Цель изобретения - повьшение достоверности результатов зондирования в горных породах со сложной структурой порового производства. Устройство содержит систему 1,,..., 1„ генераторных катушек, систему 2j,..., 2д, измерительных катушек, образующих зонды электромагнитного каротажа с большой 9M.t