Устройство для бокового каротажа Советский патент 1992 года по МПК G01V3/18 

Изобретение относится к промыслово- геофизической технике, в частности к устройствам бокового каротажа для исследования удельного злектрического сопротивления горных пород, и позволяет выделять в них азимутальные неоднородности, определять углы падения пластов и удельные проводимости бурового раствора.

Известные устройства для электрического каротажа позволяют наряду с измерением кажущегося удельного сопротивления пород измерять углы падения пластов.

Недостатками этих приборов являются наличие механических прижимных устройств для электродов и необходимость проводить провэда от подвижных электродов непосредственно по скважине, что значительно усложняет прибор и снижает надежность. Для измерения удельного сопротивления бурового раствора в комплексе с названными приборами могут применяться резистивиметры, но при этом требуются до- полнительные электровводы от электродов резистивиметра вовнутрь охранного кожуха прибора, что снижает надежность и усложняет прибор. Наиболее близким к предлагаемому яв- ляется устройство для электрического каротажа, содержащее экранный электрод, центральный электрод, состоящий из п одинаковых секций, электрически изолированных друг от друга перргородками, распола- гающимися вдоль образующих поверхности центрального электрода, удаленный измерительный электрод, генератор переменного тока, канал измерения потенциала экранного электрода, п преобразователей ток - напряжение, управляемые ключи, генератор тактовых импульсов, канал измерения тока центрального электрода, делитель, фильтр нижних частот, фильтр верхних частот и амплитудный преобразователь. Выходы фильтра нижних частот и амплитудного преобразователя являются выходами устройства. Это устройство позволяет получать информацию как об удельном сопротивлении пород по глубине скважины, так и сте- пени электрической анизотропии пород по азимуту, что дает возможность, например, выделять в разрезах скважин трещинные коллекторы.

Однако это устройство, оценивая об- щую степень азимутальной анизотропии пород, не позволяет определять углы падения пластов, так как для определения угла падения пластов необходимо с высокой точностью знать разницу в глубинах контактов пластов по нескольким (не менее трех) образующим стенки скважины. Графики, получаемые данным устройством, не содержат достаточно четких признаков границы между пластами.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет измерения углов падения пластов, а также за счет одновременного измерения удельной проводимости бурово- го раствора.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для бокового каротажа, содержащем экранный электрод, центральный электрод в виде п электрически изолирован- ных одинаковых секций, удаленный измерительный электрод, генератор переменного тока, п преобразователей ток-напряжение, канал измерения потенциала экранного электрода, при этом экранный электрод

подключен к выходу генератора переменного тока и первому входу канала измерения потенциала экранного электрода, второй вход которого подключен к удаленному измерительному электроду, первые входы преобразователей ток - напряжение подключены к соответствующим секциям центрального электрода, а вторые их входы - к экранному электроду, п секций центрального электрода расположены попарно одна над другой по крайней мере в два ряда по п/2 в каждом ряду, дополнительно введены п/2 дифференциальных усилителей, при этом первый вход каждого дифференциального усилителя подключен к выходу преобразователя ток - напряжение соответствующей секции первого ряда, а второй вход - к выходу преобразователя ток - напряжение соответствующей секции второго ряда, а выходы канала измерения потенциала экранного электрода, преобразователей ток - напряжение секций центрального электрода первого ряда и выходы дифференциальных усилителей являются выходами устройства.

Кроме того, дополнительно введены второй генератор переменного тока с частотой, в четное число раз превышающей частоту сигнала первого генератора, суммирующий усилитель с п входами и п/2 + 1 синхронный детектор, при этом выходы второго генератора переменного тока включены в разрыв цепи между вторыми входами преобразователей ток - напряжение и экранным электродом, входы суммирующего усилителя подключены к выходам преобразователей ток - напряжение, первые п/2 синхронных детекторов включены между выходами преобразователей ток - напряжение первого ряда секций центрального электрода и соответствующими им выходами устройства, причем к вторым входам синхронных детекторов подключен управляющий выход первого генератора переменного тока, а управляющий выход второго генератора подключен к второму входу (п/2+1)-го синхронного детектора, вход которого подключен к выходу суммирующего усилителя, а выход является дополнительным выходом устройства.

На фиг.1 представлено конструктивное выполнение зоидовой части устройства; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - структурная схема устройства; на фиг.4-6 - характерные кривые, получаемые данным устройством в скважинах.

Зондовая часть (фиг. 1) состоит из экранного электрода 1 с ребрами 2 в центральной части,секций 3 центрального электрода, которые на изоляторах 4 установлены в гнездах экранного электрода, гибкого грузоне- сущего шланга 5 (косы) из электроизоляционного материала с удаленными электродами 6 и 7. Коса оканчивается устройством 8 для крепления к каротажному кабелю.

Структурная схема устройства (фиг.З) содержит первый генератор 9, выход которого подключен к экранному электроду 1, канал 10 измерения потенциала экранного электрода, входы которого подключены к удаленному электроду 7 и экранному электроду 1, п секций 3 центрального электрода, разделенных попарно на два ряда по п/2 секций, которые подключены к первым входам преобразователей 11 ток - напряжение, вторые входы которого подключены к экранному электроду 1 через выходы второго генератора 12. Выходы всех преобразователей 11 подключены к входам суммирующего усилителя 13, выход которого подключен к первому входу синхронного детектора 14, второй вход которого подключен к второму генератору 12. Выходы преобразователей

11первого и второго ряда попарно подключены к входам п/2 дифференциальных усилителей 15. Выходы преобразователей 11 первого ряда, кроме того, подключены к п/2 синхронным детекторам 16, вторые входы которых подключены к управляющему выходу первого генератора 9. Устройство, кроме того, содержит второй удаленный электрод 6 и дифференциальный канал 17, подключенный к удаленным электродам 6 и 7. Выходы синхронного детектора 14, дифференциальных усилителей 15, синхронных детекторов 16, канала 10 и дифференциального канала 17 являются выходами устройства и могут быть подключены к входам многоканальной цифровой телеметрической системы.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 9 (фиг.З) вырабатывает сигнал переменного тока, который поступает на экранные электроды 1 и излучается в среду. Часть тока генератора 9 протекает и через секции 3 центрального электрода, поскольку генератор 9 связан с ними через малое входное сопротивление преобразователей 11 ток - напряжение и малое выходное сопротивление второго генератора 12. Напряжение переменного тока генератора

12приложено с одной стороны к экранному электроду 1, с другой стороны - через входы преобразователей 11 ток - напряжение к секциям 3 центрального электрода. Поэтому через секции 3 центрального электрода проходит также ток, пропорциональный проводимости бурового раствора, находящегося в зазоре (фиг.1) между секциями 3 центрального электрода и ребрами 2 экранного электрода 1. Таким образом, через входы преобразователей 11 ток - напряжение

(фиг.З) протекает сумма двух токов, один из которых характеризует проводимость участка разреза скважины, расположенного против соответствующей секции 3 центрального электрода, а другой - проводи0 мость бурового раствора, причем частоты этих токов различаются в четное числЧ) раз. Синхронные детекторы 16, работа которых синхронизируется первым генератором 9, детектируют выходные сигналы преобразо5 вателей 11 ток - напряжение первого ряда секций 3 центрального электрода, выделяя составляющие сигнала первого генератора 9 и подавляя составляющие сигнала второго генератора 12. В результате напряжения на

0 выходах синхронных детекторов Охарактеризуют проводимости пород разреза скважины, измеряемые в различных азимутальных направлениях.« Усилитель 13 суммирует сигналы с выхо5 дов всех преобразователей 11 ток - напряжение. Синхронный детектор 14, работая под управлением второго генератора 12. детектирует сигнал с выхода усилителя 13, подавляя составляющие сигнала первого

0 генератора 9, в результате чего на выходе детектора 14 появляется напряжение, пропорциональное проводимости бурового раствора.

Дифференциальные усилители 15 уси5 ливают разность напряжений с выходов преобразователей 11 ток - напряжение, относящихся к соответствующим парам секций 3 центрального электрода. При этом составляющие сигнала второго генератора

0 12 в результате вычитания уничтожаются и выделяются и усиливаются сигналы, характеризующие разности в про во димостях участков пород, находящихся против верхней и нижней частей каждой пары секций 3

5 центрального электрода. Таким образом, сигналы на выходах дифференциальных усилителей 15 отмечают границы Пластова их местоположения по глубинам разреза скважины в нескольких различных азиму0 тальных направлениях, что служит исходной информацией для определения углов залегания пластов.

Сигналы с выходов синхронных детекторов 16, 14, дифференциальных усилите5 лей 15, канала 10 измерения потенциала экранного электрода и дифференциального канала 17 измерения разности потенциалов между удаленными электродами 7 и 6 передаются с помощью многоканальной телеметрической линии связи на поверхность

для их регистрации и дальнейшей обработки.

Кривая, полученная путем измерения разности потенциалов между электродами б и 7 в процессе перемещения зонда по скважине (фиг.4), характеризует удельное электрическое сопротивление пород вкрест напластованию, кривая, полученная путем деления потенциала экранного электрода 1 на ток одной из секций 3 центрального электрода (фиг.5),- удельное электрическое сопротивление пород вдоль напластования, а группа этих кривых - азимутальную анизотропию пород.

На фиг.б показаны кривые разности токов трех секций верхнр, э и нижнего рядов. Секции попарно расположены на одних образующих поверхности зонда, которые смещены Друг относительно друга на 120°. Приращения Ah, Ate глубин контактов пласта характеризуют угол падения пласта. Местоположения контактов пластов приурочены к хорошо выраженным экстремальным точкам кривых, что и обеспечивает их надежное выделение. Хорошая геометрическая расчлененность геологического разреза и четкое выделение границ, что необходимо для наклонометрии, обеспечиваются также улучшением фокусировки тока за счет вывода ребер экранного электрода в зазоры между секциями центрального электрода.

Таким образом, исходным результатом измерений, выполненных данным устройством, являются величины токов каждой секции центрального электрода li, потенциала экранного электрода иэ и близкого к нему по величине потенциала1 центрального электрода, потенциалов удаленных измерительных электродов UM и UMN. тока питания резистивиметра 1С. По этим параметрам устанавливаются расчетным путем следующие физические и геометрические

характеристики среды: Ki

Ц-«

-- - 1л

/а- удельное кажущееся электрическое сопротивление пород в секторе 1-й секции центрального электрода, где Ki - коэффициент зонда БК| ; Ка -р рс- удельное

электрическое сопротивление бурового раствора, где Ка - коэффициент зонда резистивиметра; Uc - напряжение источника;

aii jP-ir

ТГдҐ

- производные токов (или

функционально связанных с ними/э) секций центрального электрода по оси скважины; Дп - расстояние между рядами электродов по оси прибора; 1|в и 1|н - токи секций, расположенных на одних образующих поверхности прибора, соответственно в верхнем и нижнем рядах. Данный параметр служит целям расчленения разреза по мощности слоев и для определения углов падения по разностям глубин контактов ( ДН и Л12, фиг.б). При установке вместо одной нескольких пар электродов возможно определение известным путем производных более высоких порядков.

Преимуществом предлагаемого устройства в сравнении с прототипом является то, что. кроме определения удельного сопротивления пород и степени их электрической

анизотропии, устройство позволяет также четко выделять местоположения границ пластов, определять углы их падения. Кроме того, возможно одновременное получение информации об удельном сопротивлении бурового раствора без дополнительного усложнения конструкции зондовой части устройства, т.е. без введения для этого дополнительных электродов и герметизированных электровводов.

Формула изобретения

1. Устройство для бокового каротажа, содержащее экранный электрод, центральный электрод в виде п электрически изолированных одинаковых секций,

удаленный измерительный электрод, генератор переменного тока, п преобразователей ток - напряжение, канал измерения потенциала экранного электрода, при этом экранный электрод подключен к выходу генератора переменного тока и первому входу канала измерения потенциала экранного электрода, второй вход которого подключен к удаленному измерительному электроду, первые входы преобразователей ток - напряжение подключены к соответствующим секциям центрального электрода, а вторые их входы - к экранному электроду отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства

путем измерения углов падения пластов, п Секций центрального электрода расположены попарно одна над другой по крайней мере в два ряда по п/2 в каждом ряду, дополнительно введены п/2 дифференциальных усилителей, при этом первый вход каждого дифференциального усилителя подключен к выходу преобразователя ток - напряжение соответствующей секции первого ряда, а второй вход - к выходу

преобразователя ток - напряжение соответствующей секции второго ряда, а выходы канала измерения потенциала экранного электрода, преобразователей ток - напряжение секций центрального электрода первого ряда и выходы дифференциальных усилителей являются выходами устройства.

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем одновременного измерения удельной проводимости бурового раствора, дополнительно введены второй генератор переменного тока с частотой, в четное число раз превышающей частоту сигнала первого генератора, суммирующий усилитель с п входами и п/2+1 синхронный детектор, при этом выходы второго генератора переменного тока включены в разрыв цепи между вторыми входами преобразователей ток - напряжение и экранным электродом, входы

0

5

суммирующего усилителя подключены к выходам преобразователей ток - напряжение, первые п/2 синхронных детекторов включены между выходами преобразователей ток - напряжение первого ряда секций центрального электрода и соответствующими им выходами устройства, причем к вторым входам синхронных детекторов подключен управляющий выход первого генератора переменного тока, а управляющий выход второго генератора подключен к второму входу последнего синхронного детектора, вход которого подключен к выходу суммирующег&усилителя, а выход яв- ляется дополнительным выходом устройства.

Изобретение относится к промыслово- геофизической технике, в частности к устройствам для бокового каротажа скважин. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет измерения углов падения пластов, а также за счет одновременного измерения удельной проводимости бурового раствора. Цель достигается благодаря расположению п секций центрального электрода попарно одна над другой, по крайней мере в два ряда по п/2 в каждом ряду и дополнительному введению п/2 дифференциальных усилителей. Первый вход каждого из п/2 дифференциальных усилителей подключен к выходу преобразователя ток - напряжение соответствующей секции первого ряда. Второй вход подключен к выходу преобразователя ток - напряжение соответствующей секции второго ряда. Дополнительная цель достигается благодаря введению второго генератора переменного тока с частотой, в четное число раз превышающей частоту сигнала первого генератора, а также суммирующего усилителя с п входами и (п/2+1)-м синх- рбнным детектором. Выходы второго генератора включены в разрыв цепи между вторыми входами преобразователей ток - напряжение и экранным электродом. Первые п/2 синхронных детекторов включены между выходами преобразователей ток - напряжение первого ряда секций центрального электрода и соответствующими им выходами устройству. Управляющий выход второго генератора подключен к второму входу (п/2+1)-го синхронного детектора. Вход последнего подключен к выходу суммирующего усилителя, а выход является дополнительным выходом устройства. 1 з.п. ф-лы, 6 ил (Л С XI ел Сл Јь СО ся

Фиг.

Фиг J

/Ш

j(11.,.1э

270Ч

J/H

260

270280290300310V 1 „ Я

17

Фиг.5