Способ электрического каротажа скважин через металлические трубы Советский патент 1993 года по МПК G01V3/06 G01V3/18 

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин (ГИС). а именно, к методам электрического каротажа. При изучении разрезов скважин геофизическими методами серьезным препятствием является наличие обсадных труб.

Цель изобретения - расширение области исследования и повышение детальности каротажа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе каротажа через металлические трубы, заключающемся в пропускании тока между двумя питающими электродами на поверхности и измерении разности потенциалов между двумя приемными электродами внутри металлических труб, один из питающих электродов заземляют непосред: ственно на металлические трубы, приемные эл-ектроды размещают на расстоянии MN, составляющем величину порядка 1 м. друг

от друга, измеряют разность потенциалов Ди между ними и рассчитывают проводимость у среды по формуле

Г d2(

AU

М N

)

Ч

о со

где а - постоянная;

I - сила тока в цепи питающих электродов;

Z - текущая координата по скважине.

Рассмотрим теоретическое обоснование предложенного способа.

Допустим, скважина пройдет в горизонтально слоистой среде, удельная проводимость которой ( У) меняется по закону у XZ), где Z - глубина от поверхности. В силу высокой удельной электропроводности металлическая обсадная труба будет близка к эквипотенциальной. Для обеспечения условия эквипотенциальное™ плотность тока

ся

Јь

стекающего в каждой точке трубы в радиальном направлении Jr, должна быть пропорциональна проводимости пород. Сила тока, протекающего через трубу в осевом направлении Iz, будет меняться (уменьшаться) с глубиной Z в результате утечки тока в породу. Если обозначить внешний радиус колонны через R, то очевидна связь между Iz и jr:

1z(Z)l-f0 2jrRjz(Z))dZ,(1)

где I - ток источника.

В силу конечности значения удельной проводимости материала колонны на ней будет происходить некоторое падение напряжения. Падение напряжения dU на интервале dZ может быть рассчитано из выражения напряженности электрического поля

Ez dudZ

численное значение напряженности EZ может быть найдено из закона Ома в дифференциальной форме:

F - И U -J Rjojz (Z ) d Z (7.

Дифференциальное соотношение в левой части (7) заменим конечными приращенияd U AU ,.., ми измеряемой величины OKI (oZ

dT 1Ш

MN)

Юz

AU I - 2 л R /о Jz (Z ) d Z

ШЗ

7ry0(R2 R2,)

15

Продифференцируем уравнение (8) no Z: d -f AU ч 2RJf(Z)

I M M

y0.()

(9)

20.

В то же время jr пропорциональна силе тока I и проводимости среды y(Z): ji-(Z) К I y(Z), где К - коэффициент пропорциональности.

25 Окончательно получаем

Использование: в области геофизических исследований скважин. Существо изобретения: питающие электроды размещают на поверхности. Один из них заземляют непосредственно на обсадные металлические трубы. Приемные электроды размещают в скважине на расстоянии 1-3 м друг от друга. Проводимость среды у определяют по формуле } a/I d/dz( Д U/MN), где а - постоянная, I - сила тока в цепи питающих электродов, г - текущая координата по скважине, Ди - разность потенциалов между приемными электродами, a MN - расстояние между ними. 3 ил. ел

Ez jzp0 ,

где у0 - удельная электропроводность металла труб,

Из выражений (2) и (3) следует

,.11- 1Z dz Уо

Выразим jz через Iz: Iz .

lz JiSTP jr()

где fop - площадь поперечного сечения труб, a R и RI, их внешний и внутренний радиус.

Ток через поперечное сечение самой скважины здесь не учитывается, поскольку он много меньше тока, проходящего по металлическим трубам; в силу того, что сопро- тивление последних меньше, чем сопротивление жидкости, заполняющей скважину,

Лз формул (А) и (5) следует

du -IzdZ

. (6)

y0Jt(R2-R2) Комбинируя (6) и (1), получаем

30

Ez.

( AUЛя dZ MN )7S

2R К

Уо ( R2 - R )

y(Z) (10)

Т.е. градиент измеряемого параметра в точке измерения пропорционален проводимости среды y(Z).

На фиг.1 показано решение прямой за35 дачи предложенного способа для однородной; на фиг.2 - неоднородной среды. Электрическая схема способа показана на фиг.З.

Здесь 1 - обсадная труба, 2- скважина,

-гто (ствола скважины) - графики б. Неоднородная среда представляет собой вмещающие породы с электропроводностью у , среди которых залегает горизонтальный 50 пласт повышенной электропроводности yi

- 5у (график а). Расчет производился по формуле, следующей из (10):

д и 22

WKFJ2 R К

Z1 Уо ( R2 - tf )

(2)62

,У(2}62.

111

где а - постоянная:

Zi,Z - координаты точек изменения электропроводности.

Причем на начало отсчета (0) нижний конец трубы, где измеряемый параметр ра- вен нулю. Интегрируя формулу (10) от ноля до Z получим

При постоянной проводимости (y(Z) const) получим - у Z (где ось Z

условно направлена вверх; для упрощения расчетов). Случай соответствует фиг.1.

Положим, что на интервале Zi - Za залегает слой с проводимостью у 1, а остальная среда имеет проводимость у . Тогда из (11) в интервале от 0 до Zi получим

ли

ivm

: у

a Y

в интервале Zi-Z2 получим

AU lyZl+ IX1(Z-Z1)

в интервале от 2.г до поверхности:

шН i(Z2-Zi) + lye

Случай соответствует фиг.2.

A U На рассчитанном графике ттгтп пласту с

повышенной электропроводностью соответствует участок с более крутым наклоном. Отсюда следует вывод о том, что для данного способа может быть решена и обрат- ная задача, т.е. по измеренным значениям

ли

тпгк может быть рассчитана электропроводность среды. Как следует из (10) и (11), при

постоянных значениях диаметра и электропроводности труб

)

К

2 R I а и /- ALK ,19,

I d Z М N и Значение постоянной а может быть вычис-. лено, если величина у известна хотя бы в одной точке скважины. В случае, если требуется только выполнить расчленение геологического разреза по проводимости (сопротивлению) за обсадной трубой, постоянную а можно не определять.

5

10

15

5

0

5

5

0

5

Способ осуществляют в следующем порядке.

С этой целью могут быть использованы генераторы серийной электроразведочной аппаратуры, например, ИКС-50 или источники питания скважинных снарядов электрического каротажа из комплекта каротажных станций: электромашинный усилитель или выпрямитель с пульсатором.

При использовании каротажных станций измеряемую разность потенциалов регистрируют в функции глубины скважины на диаграммной ленте фоторегистратора или автоматического электронного потенциометра, при использовании электроразведочной аппаратуры измерения проводят поточечно через 5-10 м со сгущением точек наблюдения до 1 м в наиболее интересных частях разреза.

Для уменьшения влияния случайных погрешностей измерения необходимо включить процедуру сглаживания либо непосредственно в результаты измерения AU, либо в результаты вычисления у . :

Строят график проводимостей горных пЬрЬД по ствблу Скважины, по которому определяют пйложёниё литологических границ и судят о составе геологического разреза скважины.

Применение предложенного способа позволит повысить точность построения геологических разрезов скважин по данным

Фае. 1

бурения с Гидровыносом керна и дифференцировать по сопротивлениям разрезы скважин, обсаженных металлическими трубами. Большим достоинством предлагаемого

способа является то, что для его проведения нб требуется вносить никаких изменений в конструкцию бурового снаряда или обсадных труб, через которые производится каротаж.

0 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ электрического каротажа скважин через металлические трубы, включающий пропускание тока Г между двумя питающими электродами на поверхности,

5 измерение разности потенциалов AU между двумя приемными электродами внутри металлических труб и определение параметров среды, отличающийся тем,что, С целью расширения области исследований

O и повышения Детальности каротажа, один Из питающих электродов заземляют на металлические трубы, приемные электроды размещают на расстоянии MN - 1-3 м друг ot Друга, а проводимость у среды опреде5 лйют по формуле у | (-j) -а-постоянная; Z - текущая координата по скважине.

30

:Фиг. 2

3 4

Фм.З.