Зонд индукционного каротажа Советский патент 1992 года по МПК G01V3/18 

Изобретение относится к измерительной аппаратуре для геофизических исследований скважин методом индукционного каротажа.

Известен зонд индукционного каротажа, содержащий генераторный и измерительный датчики, один из которых выполнен в виде 3 обмоток, расстояние между которыми в 4-20 раз меньше расстояний между датчиками, причем крайние обмотки включены навстречу средней, а число витков в обмотках подобрано таким образом, что отношение эффективного сечения в средней обмотке к расстоянию до другого датчика равно сумме отношений эффективных сечений к соответствующим им расстояниям до другого датчика.

Посольку указанный зонд предназначен для определения высокопроводящих рудных пластов, проводимость которых значительно выше проводимости бурового раствора, то требование нечувствительности, зонда к скважине не накладывает столь

сильных ограничений на радиальную характеристику зонда, как в случае исследования разреза на нефть и газ.

Недостатком данного зонда является высокая чувствительность к удельной электрической проводимости бурового раствора, не позволяющая его использование в нефтегазоносных пластах.

Наиболее близким к изобретению является зонд для индукционного каротажа скважин, содержащий как в генераторной, так и в измерительной цепях, кроме основной катушки, две фокусирующие катушки, включенные в противоположной полярности и расположенные по обе стороны от основной катушки на одинаковых расстояниях, причем магнитные моменты фокусирующих катушек полагаются равными и выбираются из условия нуля прямого поля.

Недостатком данного зонда является его низкая разрешающая способность по вертикали.

-г

Ё

ё

О

Os

Ьь

Цель изобретения - повышение разрешающей способности зонда по вертикали.

На фиг.1 представлена схема зонда индукционного каротажа; на фиг.2 - дифференциальные вертикальные характеристики зонда; на фиг.З - интегральные радиальные характеристики этого зонда,

Зонд индукционного каротажа (фиг,1) содержит немагнитный стержень 1, на котором соосно расположены основные катушки 2 и 3 и фокусирующие катушки 4 и 5, включенные навстречу основной катушке 3 и расположенные симметрично относительно нее.

На фиг.2 показаны дифференциальные вертикальные характеристики 6-9 зонда с расстоянием между основными катушками 2 и 3, равным 1 м, внешней фокусирующей катушкой 5 с моментом 1 /2 и расстояниями между катушками 3 и 5, соответственно равными 0,05, 0,1, 0,2 и 0,4м.

На фиг.З показаны интегральные радиальные характеристики 10 и 11 зонда с расстоянием между катушками 2 и 3, равным 1 м, расстоянием между катушками 3 и 5, равным 0,1 м и с моментом, равным 1/2, соответственно катушки 5 и катушки 4.

Рассмотрим основные свойства зонда индукционного каротажа (ИК), ограничиваясь при этом приближенной теорией Долля.

Измеряемая зондом ИК кажущаяся удельная проводимость ук(2) связана с проводимостью пласта yn(Z) следующим соотношением:

yK(Z)/g(Z-Z)yn(Z)dZ ,(1) где g(Z) - дифференциальная вертикальная характеристика зонда;

Z- точка записи;

Z - переменная интегрирования,

а интегрирование ведется по всей оси.

Сложность решения интегрального уравнения (1) относительно известной УП (Z) связана с неустойчивостью решения интегральных уравнений Фредгольма 1-го рода. Эта неустойчивость проявляется в том, что небольшие погрешности во входной информации yx(Z) будут приводить к значительным погрешностям в искомой величине уп (Z).

Покажем теперь, как решается эта проблема с помощью зонда предлагаемой конструкции, изображенного на фиг.1. Обозначая I расстояние между основными катушками 2 и 3, а А- расстояние между основной катушкой 3 и фокусирующими катушками 4 и 5 и полагая для определенности, что внутренняя фокусирующая катушка 4 имеет момент 1/2, находим из условия

нуля прямого поля в воздухе момент внешней фокусирующей катушки 5

)3-1(|)3

где т Д/1 .

Дифференциальная вертикальная характеристика зонда И К определяется выражением

10

дю

ggatWaW..- - ЕС мг; ми;/| гг;-яиЛ

где суммирование ведется по всем генераторным катушкам с относительными моментами Mr и координатами Zr и по всем измерительным катушкам с относительными моментами MMj и координатами ZHJ, 9o(L, Z)-дифференциальная вертикальная характеристика двухкатушечного зонда длиной L

j L , I Z I L / 2

9oU,Z) ;

L/8Z2,, где i - число генераторных катушек; j - число измерительных катушек. В данном случае 3

W -ttphitt faW-

(мг-зч .37 -13)д„( 14 л, г - %)}

Здесь полагается, что ноль оси Z совпадает с серединой основной двухкатушечной пары. Фиксируя в уравнении (5) значение I и переходя к пределу при Д-К), получаем с учетом выражения (4) для дифференциальной вертикальной характеристики

g(Z)0,2 5(Z-l/2)+t(Z),(6) где

(0,3 /I, 121 1 /2 t(Z) )

LO,15I/Z2-0,01875I3/Z4, IZIX/2 б (Z-I/2)- 6 - функция Дирака, обладающая следующимихвойствами;

(p,Z I / 2 5(Z-l/2)j

О, 2 I /2,

00

/ 5()dZ 1 . -оо

Нетрудно показать, что в случае, когда относительный магнитный момент 1 /2 имеет внешняя фокусирующая катушка 5, дифференциальная вертикальная характеристика зонда при Д- Оимееттотжесамыйвид(6)-{7). Для зонда с такой вертикальной характеристикой уравнение (1) примет вид yx(Z)0.2 yn(Z-l/2)+/ t(Z -Z) yn(Z)dZ (8) Наличие в интегральной вертикальной характеристике наряду с непрерывной частью t(Z) слагаемого 0,2 d(Z-l/2) привело к тому, что исходное уравнение (1) для определения неизвестной yn(Z) стало интегральным уравнением Фред гол ьма 2-го рода, решение которого устойчиво к погрешностям во входной информации.

Как видно из характеристик 6-9, показанных на фиг.2, при значении Д /5 пик на кривой g(Z) в области , являющийся конечным представлением д -функции, перестает быть заметным При ,1 и 0,05 этот пик очень яркий и он достаточно хорошо воспроизводит предельную д -функцию. Требование А/К 1/5, кроме того, следует из условия нуля прямого поля в воздухе для предложенного зонда с внутренней фокусирующей катушкой 4 с моментом, равным 1/2. Представленные на фиг.З интегральные радиальные характеристики 10 и 11 зонда при м, ,1 м и различном расположении фокусирующих катушек с моментом, равным 1/2, свидетельствуют о высокой степени исключения скважины (на уровне ) и хорошей глубинности ( 1,21- 1,41).

Зонд индукционного каротажа работает следующим образом

При подаче переменного электрического тока на катушку 2 (или катушки 3, 4, 5) в породе возбуждается электромагнитное поле. С помощью фокусирующих катушек 4 и 5, играющих одновременно роль компенсационных катушек, происходит полная компенсация прямого поля, и в измерительных катушках 3, 4 и 5 (или 2) наводится ЭДС индукции, величина которой усиливается усилителем и после преобразователя (не по0

5

0

5

0

5

казан) детектируется фазочувствительным детектором и поступает на кабель (не показан).

Использование данного зонда наиболее эффективно в случае вертикально-неоднородного пласта с последующим решением задачи обратной фильтрации.

По сравнению с известными предложенный зонд обладает тем преимуществом, что позволяет устойчиво определять удельную электрическую проводимость вертикально-неоднородного пласта с одновременным исключением влияния скважины.

Формула изобретения

Зонд индукционного каротажа, содержащий соосно расположенные основные генераторную и измерительные катушки, а также две фокусирующие катушки, включенные встречно с одной из основных катушек и расположенные по обе стороны от нее на одинаковых расстояниях Д.отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности зонда по вертикали, относительный магнитный момент одной из фокусирующих катушек равен 1/2, относительный магнитный момент другой фокусирующей катушки равен

М(1+ г)3-1/2((1 + г )/(1- г))3, где т A/I ;

I - расстояние между основными катушками,

а расстояние между основной и соединенной с ней фокусирующей катушкой по крайней мере в 5 раз меньше расстояния между основными катушками.

Использование: при каротаже нефтяных и газовых скважин. Сущность изобретения: зонд содержит две основные катушки - генераторную и измерительную и две фокусирующие катушки, расположенные по обе стороны от одной из основных катушек на одинаковых расстояниях от нее и включенных последовательно-встречно с ней. Относительный магнитный момент одной из фокусирующих катушек равен 1/2, а другой выбирается исходя из равенства нулю прямого поля в воздухе. 3 ил.

Ш

со

-ч- to o

Ј

0

tM

col

О Ю

Ю

tn

0(r) 0,9 0,8- 0,7- 0,6- 0,5- Of

о,з0.2- 0.1

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 7,2 7,4 1,6 1,8 2,0 г,м

Фиг. 3

11