Способ измерения площади поперечного сечения скважины и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01B7/32 E21B47/08 

13

Изобретение относится к геофизическим методам исследования скважин и может быть применено для измерения поперечного сечения скважин и внутреннего диаметра труб, изготовленных из материалов с высоким удельным сопротивлением.

Целью изобретения является повышение точности измерения площади по- перечного сечения скважины, пробуренной в высокоомных породах, в том числе в кристаллическом фундаменте, сверхглубоких скважин.

На фиг.1 изображен электрический зонд в скважине, имеющий диаметр, близкий к номинальному диаметру скважины; на фиг.2 - то же, диаметр зонда меньший номинального; на фиг.З - принципиальная схема устройства для осуществления способа.

Устройство содержит корпус 1 с двумя зондами электрического каротажа с питающими А(,В,,А2 и В и измерительными М,, N и Mj электродами, выполненными на изоляционном покрытии зонда, генератор 2 зондирующего тока, измерительный усилитель 3, программное устройство 4, коммутаторы 5-7. К питающим электродам А( и В, или Aj и В через коммутаторы 5 и 6 поочередно подключается генератор 2 зондирующего тока, а к измерительным электродам М,, N и Mj через коммутатор 7 - измерительньм усилитель 3. Программное устройство 4 соединено с коммутаторами 5-7. При этом электроды A,,M,,N и В, зонда смещены вдоль оси корпуса 1 относительно соответствующих электродов Aj,N,M и Bj зонда на одно и то же расстояние, в данном случае равное M, М. Смещение однотипных электродов друг относительно друга может быть и больше, чем расстояние между измерительными электродами, однако в этом случае появляется еще один измерительный электрод. Расстояния между электродами первого зонда равны расстояниям между соответствующими электродами второго зонда.

Диаметр изолированного участка покрытия зонда между электродами М и N меньше диаметра участка между M,j и N, Из соображений конструктивной прочности зондового устройства меньший диаметр изолированного участка покрытия зонда между измерительными

t2

электродами удобно выбирать в пределах 0,5-0,9 от большего диаметра.

Электроды А, В, М и N образуют первый зонд, а электроды А, В, М, и N - второй.

При пропускании тока (фиг.1 и 2) между питаюигими электродами А и В часть тока протекает по породе, а другая часть - по буровому раствору в кольцевом зазоре между стенками зонда rt скважины. При этом общий ток, протекающий в плоскости, перпендикулярной оси зоида и проходящей через середину зонда, определяется выражением

5 0

.

S- iTr ... PP. 2-|ГАМ AN VI- ) +

Р м

где и.

рри

5

(1) MNpp 1

- напряжение между измерительными электродами М и N; S - площадь сечения скважины; г, - радиус электрического зонда; р„ - удельные сопротивления раствора и породы; AM, AN и MN - длины соответствующих

элементов зонда.

Аналогичное выражение можно записать для второго зонда радиусом г, При этом длины соот ветствующих элементов зонда AM, AN и MN должны оставаться такими же, как и в первом зонде, благодаря чему при измерениях в скважине обеспечивается одно и то же положение питающих и измерительных электродов обоих зондов относительно стенки скважины.

Если в процессе измерения обоими зондами токи зондирования поддерживать постоянными и равными друг другу, то для одной и той же глубины можно определить площадь сечения скважины из выражения

г2 - г2

S 1T-i-li

1- iiiu

+ iir

и

WN,

2 irAM AN

Ёг:7 pp

(2)

где и.

и и.

- напряжения между

/MN, Mlg,

измерительными электродами, замеренные с помощью первого и второго зон° - ... Рп

00 , т,е.

Из выражения (2) при -;,

РР

при высокоомных породах или сильно минерализованном растворе, получают

-2

rf

ilS.

- MN j

В этом случае площадь скважины определяется по

3rUJ2

диаметрам электрических зондов и отношению напряжений, измеренных между электродами М и N.

С учетом выражения (3) при -- со

IP из выражения (1) определяется

и

МП,

(

MN

но для этого необходимо дополнительн измерять ток зондирования I.

Таким образом, для измерения площади поперечного сечения скважины, пробуренной в высокоомных породах, достаточно с помощью двух зондов одной длины, но разного диаметра при постоянном зондирующем токе измерить напряжения на измерительных электродах, а затем по их отношению и изве- стным диаметрам зондов определить пл площадь сечения скважины.

С целью повьпиения точности измерений в изменяющихся условиях исследований (изменение температуры и соста- ва бурового раствора) целесообразно проводить комплексные исследования с помощью одного устройства.

Способ осуществляется следующим образом.

По команде с программного устройства 4 вначале с помощью коммутаторов 5 и 6 к генератору 2 зондирующего тока подключаются токовые электроды А, и В(, ас помощью коммутатора 7 измерительный усилитель 3 подключается к электродам К, и N. Измеряемое напряжение регистрируется соответствующим устройством (каротажный самопи- сец, магнитофон и т.д.). Затем по команде с программного устройства 4 коммутаторы 5 и 6 переключают генератор 2 зондирующего тока на токовые электроды Aj и Bj, а коммутатор 7 подключает измерительный усилитель 3 к электродам М и N. Измеренное напряжение вновь регистрируется и т.д. Измерение проводят одновременно двумя зондами.

Для определения площади поперечно- го сечения скважины значения измеренных напряжений, полученных при одном и том же положении электродов М, N и N, М относительно стенок скважины, подставляются в вьфажение (3).

С целью автоматизации вычисления площади поперечного сечения может использоваться микропроцессор или микро-ЭВМ.

10

о

2о-

25

20

-

50

35

40

45

В процессе каротажа 1 устройства с двумя зондами электрического каротажа непрерывно продвигается по стволу скважины, поэтому из-за конечного расстояния между измерительными электродами при вычислении площади поперечного сечения скважины необходимо использовать результаты измерения напряжений и, и Uj со сдвигом по глубине на величину расстояния между измерительными электродами.

Предлагаемые способ и устройство для измерения площади поперечного сечения.,скважины позволяют повысить точность измерения площади сечения при диаметрах скважины, близких к номинальному, и в условиях высокого удельного сопротивления пород. При измерении тока зондирования появляется возможность определения удельного сопротивления бурового .раствора. При этом за счет одинаковой длины обоих зондов и одних и тех же условий измерения наличие зоны проникновения практически не сказывается на результате измерений. Точность определения сечения скважины возрастает с повышением удельного сопротивления пород. Экспериментальные исследования показали, что в породах с удельным сопротивлением выше 2000 Ом погрешность измерения гшощади сечения скважины не превышает нескольких процентов. Таким образом, изобретение может быть исцользовано для исследования сверхглубоких скважин, пробуренных преимущественно в высокоомных кристаллических породах. При этом изменения профиля сечения скважины (неправильной формы каверны, желоба) практически не сказываются на точности измерений, что позволяет с высокой точностью определять объем скважины.

Формула изобретения

1. Способ измерения площади поперечного сечения скважины зондом электрического каротажа, основанный на измерении напряжения между измерительными электродами, возникающего за счет пропускания электрического тока между питающими электродами зонда и привязке измерений к одной глубине, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, измерение проводят одновременно двумя зондами электрического каротажа равной длины, но различного

513

диаметра, а по известным диаметрам зондов и по отношению измеренных напряжений определяют площадь поперечного сечения скважины.

2, Устройство для измерений площади поперечного сечения скважины, содержащее зонд электрического каротажа, измерительные и питающие электроды, выполненные на изоляционном покрытии зонда, генератор зондирующего тока, коммутаторы, измерительный усилитель, отличающееся тем, что, с целью повьппения технологичности и точности измерения, оно снабжено вторым зондом электрического каротажа, вьшолненным на одном корпусе с первым, питающие и измерительные электроды которого смещены по оси зонда относительно одноименных элект

1в

родов первого зонда на одно и то же расстояние, равное или превышающее расстояние между измерительными электродами, причем расстояние между электродами первого зонда равны расстояниям между соответствующими электродами второго зонда, а диаметр изолированного участка покрытия зонда между измерительными электродами первого зонда отличается от диаметра изолированного участка покрытия зонда между измерительными электродами второго зонда, при этом к питающим электродам первого и второго зондов через первый коммутатор подключен генератор зондирующего тока, а к измерительньм электродам первого и второго зондов через второй коммутатор подключен из- мерительный усилитель.

vA/V

Раг2

Составитель В.Архипов Редактор О.Юрковецкая Техред М.Ходанич

Заказ 4635/41 Тираж 676Подписное

ВНШШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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

Корректор М.Демчик

Изобретение относится к области геофизического исследования скважин. Цель изобретения - повьппение точности измерений. В скважине измеряют напряжение между измерительными электродами, возникающие за счет пропускания тока между питающими электродами зонда. Измерения проводят на одной глубине одновременно двумя зондами электрического каротажа равной длины, но различного диаметра. По известным диаметрам зондов и по отношению измеренных напряжений определяют площадь поперечного сечения скважины, В корпусе 1 устр-ва размещены два зонда с питающими , и и измерительными M,,N,M электродами, выполненными на изоляционных покрытиях. К электродам А« и В, или А и Bj через коммутаторы 5 и 6 поочередно подключается генератор 2 зондирующего тока, а к измерительным электродам М,, N, Mj через коммутатор 7 - измерительный усилитель 3. С коммутаторами 5, 6 и 7 соединено программное устр-во 4. Электроды A,,M,,N,B, смещены вдоль оси корпуса 1 относительно электродов A,j,N,Mj,B2 на одно и то же расстояние. Расстояния между электродами первого зонда равны расстояниям между соотв. электродами второго зонда. Диаметр изолированного участка покрытия зонда между электродами М,, N меньше диаметра участка между электродами M2,N. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. с Ф (Л AI Аг л/г fJ fli &i 5г 00 rsS Й/гЗ