Устройство для электрического каротажа скважин Советский патент 1982 года по МПК G01V3/18 

.Изобретение относится к промыслов геофизической технике, а более конкретно к аппаратуре электрического каротажа, предназначенной для исследования кажущихся удельных сопротивлений в нефтяных, газовых, гидрогеологических и прочих скважинах, бурящихся с целью разведки и добычи полезных ископаемых. Известны устройства для электриче кого каротажа , каждое из кот рых включает блок зондов электрического карота ха, генератор переменного тока и блок измерительных преобразователей 1 . Результаты измерений кажущихся удельных сопротивлений этими устройствами в значительной мере подвержены влияниям различных помех, которые могут вызвать большие погрешности в измерении удельных сопротивлений. Основными причинами этих помех являются: утечки тока вследствие нарушения изоляции в токовых и измерительных цепях блока зондов электрического каротажа; утечки ток вследствие нарушения Изоляции жил кабеля; нарушение изоляции токовой или измерительной цепей на поверхности; индуктивные связи между токовыми и измерительными цепя/-1и; несимметричность сопротивления жил зонда; наличие в земле токов промышленной частоты (индустриальная помеха). Известно также устройство для электрического каротажа,включающее блок зондов электрического карота)а, генератор переменного тока и блок измерительных преобразователей, содержащих фазочувствительные выпрямители и. фильтры ,подавляющие помеху с частотой 50 Гц 2. В этом успройстве, благодаря введению в измерительный преобразователь фазочувствительного выпрямителя, в значительной степени снижена погрешность измерения, обусловленная индуктивной помехой, а введение фильтра

39

сильно ослабило влияние индустриальной помехи. Однако влияние остальнь1. помех, перечисленных выше, coxpans-i-лось.

Наиболее близким к предлагаемому язг;яется устройство для 3neiOpn--iS:: ;c)ГС карота;ча,. 3 т1ючающуе бпок зондоь элсктри- еского с токовымИ; обр1ггм|,1м токовым и измерительными 3iie cродами,, генерат(5р переменногс , лераый выход которого соединен с ;j6ратнум токовым з;1е сгоодон, : бло . измерительных реобгик ог э олей; г; 3jc под1 :лючень1 ;(о зтс.,:,:. ну EJhixoAy генерлторс; 18ременного . ка, J из -ерителbHbie - ко охода ; бч; ка из:-;ер:-тельных преобразокэ выходы которых соединены с аь.ходнь л эа;«имами устройства. В измер-: ;ель -(г,-1-; г;рео5разсват(М1и K;:; KiiOi o -лн ханалов устройства веедень; LiecTOTHbis: .|ЯТОрЬ, осу щест в/ яащие гфеобрйзс аан с е/лпли удно-модупиров5 -Нь1Х си г налов низкой -астоты, поступающих с из.-.1ерителонк ;; 3jieCTpOLiO8 :5омдов ялектрическо; Г кагютажэ, в частотномс)дул/рО rjiiiibic ci-ir-iaflbi.. которые после yci:;ie--i.L-i псреда отся s Haseiih.yio часть усгройсза :о од - ожиль;-юну га оелю. 8 наземной 1С-:-ги услрсйства х налы разделяются н;, частоте олог;/-;:; ми фил ь рали , дяМ,/ду ли с сомоцьв частотных детек ссов и преобразуются Е на ; :мжен -1е пос-тo, тока, г рсг|0р4иокз/1ьное .черлемо-iy удельному сопрот/влениЮ; фаО-:увств тельны1ли вь Прямитзлями , Благодаря г;ереходу от амплитудной („одуляи -й мэглеряемого сигнала к час1с тной , аличию ф1-|льтр. е м maaoLiyeсгг:и гетьному выпрямлй;-,ию помгхо:1а цищсннос ;:, 31 ого устройства ,;а--ачи тель;- О улу -11;-илась пс сравнению с распрактически устранен пс; грешное i и . связан;- ые с влиянием помеХ; обусловлонных угечками тока з жилах кабеля. г-1арушение 1 изоляции .токовой или измерительной цепей на поверхности 5 неси(гметрнмностыо согфОТИБле1;ий жи;-; зонда а Однако результаты ис ереги;- удел;.иых сопротивлений этим устройс-:азом nOi Быть сильно искажены утечкам(-: тока G токовых и измс рительных цепях блока зондо-; з.пектрическогс каротажа Oorpeiiji-iCjCT ь а -;змерении у-, со прО7 -1илений, вызванная у течками. ножет достигать весьма --елич:-:Н, зплот - до 200%. Кроме того, га

64

этом -; описанных устройствах весьма низка надежное ь электрической изоляции от окружающей среды гермоввоД08 проаодоз, идущих из блока зондов

электрического каротажа в герметизирозанный об-ьем скважинного прибора. Низка тагсже наденя-юсть изоляции и провоДОР. идущих от электродов к гермовводам. Это обуслсвлено жесткими условиями эксплуатации устройства; тэк;

TBMnepaTvpb в скважинах могут достиirfTb 2 О иС и более, давления 00 атм а окружающая среда может быть сильно чанерализированным раствором солей.

главным образом KaCj, в смеси с нефтью, Ci; pHHCTa;H газом и други - агрессивMbif;i--; г;:; цествами, Поэтому брак геофи,-:-pOi oro материала из-за больших помзешностей в из.- ёрениях,. вызванных

у- ечками -тока,- час;-ое явление при экcпj- yaтaции зтг-х устройств. Нал теките межремонтный период этой аппаратуры и велики затраты на ремонт.

изобоотения является повышение точное- -; из/мОрений и надежности устройства злек-; ри :еского каротажа Г|у--е л исключения влияния утечек тока 5 |.:Змцри- ел ьных и ТОКОБЫХ 14епях устройс Г 3 а ;-i а результаты измерений,

11ель достигается тем, что в устооис1-зо для злектри--1€ского касота)ха скважин, включающее блок зондов -электрического каротажа с токовыми, обратным токовым и лервым. и вторым

и 3 м е р и т 6 Г; ь н ы м и з п е т р о д а ми , генератор переменного гока и блок измерительных преобразователей, при этом обратнь1И токОЗый электрод соединен : с первым выходок генератора переменного тока, дополг:ительно введены вы- ислитепьный блок, блок управления, Ьлоки выделения утечек тока в измерительных цепяхр число которых равно зондов Е блоке зондов электрического каротажа и каждь й из которых

содержит первый,, второй и третий yпpaзляe e ключ; , блоки выделения

KOTCjpbix раьно 1-:ислу i-оковых электродов Б блоке з-сндов электрического

каротажа, и каждый из которых содержит четвертый и пятый управляемые ключи, I-iiiiiTaTop сопр,от|х(вления заземления токового эляк--рода, схему управления имитатором и тока

токоБОг-о электрода, при этом вход перзого управляе№.-1го KjitoMa соединен с пэрвы;.1 HSHepHTejibHuc; электродом зонда, вьгход перзого гооключен к входу третьего управляемого ключа, вход второго управляемого ключа соединен со вторым измеритель ным электродом, его выход соединен с выходом третьего управляемого клю ча, вход и выход третьего управляемого ключа соединены с гзходами бло ка измерительных преобразователей управляющие входы первых трех ключе соединены с первым выходом блока управления, вход четвертого ключа соединен с токовым электродом, выход этого ключа подключен к первому входу датчика тока и к входу пятого управляемого ключа, выход пятого клю ча соединен с первым входом имитатора сопротивления токового электро да, управляющие входы четвертого и плтого ключей подключены к первому выходу блока управления, второй вход датчика тока подключен к, второму выходу генератора переменного тока и к первому входу схемы управления, выход датчика тока соединен со вторым входом схемы управления, а выход ее подключен ко второму входу имитатора сопротивления заземления токового электрода, выход имитатора соединен с Обратным токовым электродом, выходы блока измерительных преобразователей подключены к входам вычислительного блока, второй выход блока управления подключен к последнему входу вычислительного блока, выходы вычислительного блока являются выходами устройства. Кроме того, блоки выделения утечек тока в измерительной и в токовых цепях конструктивно выполнены в виде контейнеров, корпуса которых являются измерительными и токовыми электро дами зондов соответственно. На чертеже представлена функциона ная схема устройства электрического каротажа. Схема устройства содержит генерат переменного тока 1, блок измерительных преобразователей 2, блок 3 зондов электрического каротажа, обратный токовый электрод В k, который электрО А 5 одного из зондов электрического каротажа, измерительные ,электроды М 6 и N 7 этого зонда, блок управления 8, вычислительный блок 9, блок 10 выделения утечек тока в измерйтел ных цепях, состоящий из первого, второго и третьего управляемых ключей 11-13, блок 1 выделенияутечек в 066 токовой цели, состоящий из четвертого, и пятого управляемые ключей 15-1б имитатора 17 сопротивления зазе;лления токового электрода, датчика тока 18, схемы управления 19 имитатором, выходные зажимы -0 .1 , . . . ,20п устройства. Кроме того, здесь даны утечек Л -21 в токовой цепи, Н -22 в измерительной цепи электрода И, N -23 в измерительной цепи электрода. Первый выход генератора перемен ,юго тока 1 соединен с обратным токовым электродом , вход первого управляемого ключа 11 блока выделения утечек тока в измерительных цепях 10 соединен с первым измерительным электродом М 6 зонда, выход ключа 11 подключен к входу третьего управляемого ключа 13, вход второго упраэляемого ключа 12 соединен со вторым измерительным электродом N-7 его выход соединен с выходом третьего ключа 13, вход и выход ключа 13 подключены ко входам блока измерительных преобразователей 2, управляющие входы ключей 11-13 соединены с первым выходом блока управляения 8, вход четвертого ключа 15 .соединен с токовым электродом Л 5, выход четвертого управляемого ключа 15 подключен к первому входу датчика тока 18 и к входу пятого управляемого ключа 1б, выход пятого ключа 16 соединен с первым входом имитатора 17 сопротивления заземления токового электрода А 5, управляющие входы обоих ключей 15 и 16 подключены к первому выходу блока управления 8, второй вход датчика тока 18 подключен ко второму выходу генератора переменного тока 1 и к первому входу схемы управления 19 имитатором 17, выход датчика тока 18 соединен со вторым входом схемы управления 19 имитатором 17, а выход ее подключен ко второму входу имитатора 17 сопротивения заземления токового электрода 5, выход имитатора 17 соединен с братным токовым электродом В Ц, ыходы блока измерительных преобраователей 2 подключены к входам выислительного блока 9, второй выод блока управления 8 подключен к ледующему входу вычислительного лока 9, выходы вычислительного блоа 9 соединены с выходными замиг ами 0.1,...,20п устройства. Устройство работает следующим бразом. Переменный ток, даваегдай генер;, тором 1, поступает через датчик ток 18 и замкнутый клЮЧ 15 токовым электрод А 5 стекай с негс а окруж щую :;реду, он создает G ней перемен ное элeктp: tecксе поле, На америта н;-;л электродах М 6 и ; 7 очеляется разность гчотснциалоз ulL;,,,ij г|ро;К)р;Л нальнэя кам ущснуся удепь -Оглу сопрот ления пород. Процесс измерег:.;я этой DaSitOCT ) потен11иапов разоиезе СЯ во ВрСМе -|И НЗ ЦНКЯЫ, о : КО1ОрЬ:Х ПрО;ЗЗОДИТСГ шесть ТТЭК|ОВ Е первок 13мерлегся исследуй;-1ая величина iJv;. ; з cnyiaa :: ч1;я утсмек в :OKOso /1Л:: .i-MBpiTray v :деплх искз)-кенная БЛ - Я--у;е,- nor.iCXj .,.с даваемых ими, по утечками Е гокойо и ;еп,;, пос тедуощих помех/;: ооуслсоленнь с утечками в ил-лвригегьных депях зле. f.i(JB М G :.-i N 7 соотзетст ser-iHC. По по Заниям лолучен-;п1м s кзм-уюм т., рассчитьтается истин Юе знзче ;ие иГ мepяe к)й величинь, Врг-;я гм. вь:I СЯ таким, чтобы личина за зреь-л п изменял-тсь IuccMOTpuM г lOLiecc случае отсутствия ; е и и змеей таль ной цсЛ::.; такте измерения блок ;я ОТ-крывает ключи i „ / , j1i04i-i РйЗНОСТЬ I г ропори-иоьхлпьнал кажущемуся удельному сопротивлению пород, через открытые клоии поступает ма входы блока из: HhCi. преобразоаателей 2 ле зуется i3 напряжение посгопн nponopLM/ioKan ьное удел ьчому сопротив |-::-,ю 11ород, V подается в з:,|--|-.- -л-Г.п :Обления заземлен1 я электрода Л 5 на обратный электЕ)од В а,. Сопротивление имитатора 7 поддерживается равным .сопротивлению заземления, благодаря схеме управления 1П, которая работает следующим образом: на первый йход схемы управления подается напряжение, раеное потенциалу электР -Д 5 относительно обратного электрода и. i;. ,э на второй эход - напряжение, прог ордиональное току через эпектрод А 3 с датчика тока ;8 / Схема угч: айления осуществляет деление величины, пропорциональной потенциалу электрода А 5. нд величину, пропорциои.гленую току, протекающему через него, пй -мл:сдг схемь; управления; 19 полу ;-;тся сигнал, который пропордионал;- - сопоотиален/1 с заземления электро-д,а А ь,, Этот си;-нал улразляет сопротивлением инитагорз 17 такин образом, чтобы его сопоотидление 6V:no рзвнь:м сопротивлению з,}зег-шения ео всем диапазоне исследуе1.ых /дольных соиро; ивле(-;ии В качестве упрсэвляемого ..оирог i:: nc:-ия ;ложе-;- быть использован, -амримсс Д- иполярный или полезой тран-- i up соотае ствующей мсщност,,. ТаKi.-: ooposofA, so втором Тг5кте изиеоения (теребленный i ок через электрод А S не протекает, а застается через HFWгетор 17 на электрод . поэтому в окру чающей среде, если нет утечек в voKOBOi- цепи,, электрическое поле отcyiCiByeT L-i pair-ость потенциалов на змерительных ;злектродах И 6 и N 7 удрт равна нулю. Поэтому показания второго такта ;-:змерения J f, а. Эти оказан-ш фи ксир:/;с;тся вычислительным ЛОКОл: 9 ,

чулеаоч уровень; илмер:г

иого канала.

Во iiTopOM такте :-53|.-ере;-;ия бло; лания 8 закрывает ключи 15 и Г ключи П ; П у, 16 откры-ает, П случае глсктоог: А с от-.--...--. ..- снераторб переменного тока i , ток чере,;, открытый ключ ib н.- :лпотекать через игп/гглтсс Г со; ыЕ1ает КЛ10ЦИ 12 и

Ж

ключ- и 13 и IS, В этом опять поступает на элект-1 создает а среде электрическое поля, Однако в:.1од блока измерительных преобразователей 2 саккнут ;-:акоротко кпю.юн I;;, поэтому показания третьего так--а измерения N-. такие равну: N -г. а э.

L: четвертом такте измерения блок управления 8 эак|)ывае1 ключи 11 и 16. а клочн 12, 13 к 5 открывает, В этом случае локазэния N. также равны зна4ei-Hiu кулевого уровня а,.; так ;::ак клюц J замыкает накоротко вход блока -змер-тельных пп.осрагоЕатепей 2 , 9920606 В пятом такте измерения блок управления О закрывает ключи 12 и 15, а ключи 11, 13 и 16 открывает у при этом ток электрода А 5 переключается на имитатор 17 сопротиаления заземления j электрода А 5 и поле в среде исчезает , Если утечки в токовой цепи отсутствуют, то и в этом такте показания l-Jj равны ag, так как поле в среде отсутствует и вход измерительных преобразо-{9 вателей закороиен ключом 13. В шестом такте блок управления 8 закрывает ключи 11 и 15, а ключи 12, 13 и 16 открывает. Показания зтого такта измерения равны нулегзому уров- SS ню по тем же прлчинаМ; т.е. NA a.. Поле шестого такта вычислительный блок рассчитывает значение измеряемого напряжения AU дцпо следующему алгоритму: X U-AN Ь )-(N,-N,) 1/ггггчг-1 ,-,. ,/ -ат--I l так как ,fiQ, то t. Рассмотрим теперь случай одновременного наличия утечек s токовой и измерительных ц-епях зонда. В этом случае в первом такте измерения разность потенциалов между измерительными электродами I-W представляет собой сумму сигналов, обусловленных действием поля токового электрода А и утечками. Сигнал помехи, вызванный действием утечки в точке А токовой цепи, создается током, вытекающим из места утечки, величина которого зависит от сопротивления утечки и других причин. Таким образом, разность потенциалов между измерительными электродами создается действием двух зондов: ATN и А, ГК„ Сигнал помехи от утечки в точке 22цепи электрода М 6 создается з-а счет протекания уравнительного тока под действием разности потенциалов между точками электрода Мб и 22. Падение напряжения, вызванное этим током, на сопротивлении зазе -1пения электрода Мб и участке провода 6-22 и является помехой от утечки в точке 22. Эта помеха складывается с сигналом, созданным полем электрода А 5. Аналогично действие утечки в точке 23цепи электрода N 7. Эта помеха 5$ по знаку противоположна помехе от утечки в цепи электрода Н 6, так как токи, создавае.мые ими, текут навстречМ н т л о в г р Эт чи эл и ло эт -iизфи бл ра Друг другу и контуре электрод 6 - ключ 11 и входное сопротивлее блока измерительных преобразовалей 2 ключ 12 - электрод N 7. Таким образом, разность потенциав MeM,qy электродами Н 6 и N 7 при новременном наличии утечек в токой и измерительной цепях равна сумА Ml i V Д1У,Ы йимЫ+ uUwKlAf, iUMvi(A)+ ilJfAH + uU,,jlA) J fJlVb е sO разность потенциалов, обусловленная полем тока электрода А; «-A,,f|(;).,vj(y разност - потенциалов, обусловленные прогеканкем уравнительных токов, созданнь1х током электрода А 5 через утечку в точках 22 и 23 цепей электродов М 6 и К 7 соответственно; разность, потенциалов, обусловленная током утечки в точке электрода А 5 токозой цепи; Ь.U (if Wl4{A разности (тотенциалов, обусловленные протеканием уравнительных токов, созданных током утечки а токовой цепи, через утсг-:ку в точках 22 и 23 цепей электродов М 6 и N 7 соответственно, Показания первого такта измерения вны: N. b йЬ(лн(А - ibUi. Д Uf«tj(iij + показания фиксируются в памяти вылительного блока 9. Во втором такте измерения через ктрод А 5 ток не протекает, поэтому зд т(Г и(А) о .азность потенциалов U щ обуслена только действием утечек, в м случае iiUf,- iUl,; + iU + , Показания второго такте ерения равны , .. ..М IJft Ь uU,, ,)+ ulJ HlAp- O сируются в памяти вычислительного ка 9. В третьем такте измерения ток генеора йновь протекает через электрод

А 5, в среде создается эле ктрическос поле, ( как ключи 11 и 13 открыты, а ключ 12 закрыт, уравнительный ток, с.озданг ый разностью потенциалов между электродов 1 6 и 22 полем тс- tj ка электрода А 5, протекает по цепи электрод Н 6 - кпюч 1 1 - место утечки М 22, создавая разность /Л), , iiO этой же цепи тротекае :/:::.звни чгл1;ный 1ОК, созданный полем тока sr р токовой цепи, образуя падение н;: пряжения и U(. 1). Су лмармая оазност пoтe lциaл:;в ма входс измер,-:тел ьнст преобразователя равна Л,. ,, а по;;азания третьего такта. ;

ii четвергом такте изь ерен-тя оаз-ност потенциалов на входе измеритг;л : iiorc преобразователг опаеделяетс ;

влиянием утемки а цепи эле1; грода N ; О ; действия полей токов электрода м -.) и утечки в точке 21 токовой iisnn ; равна

ьГк|-В

4- /Л I „,.,,. п .

В LijecTOM I акте изь;е зениг: токовый г пектрод А 5 также отключен or гене эатора I v: в окружающей среде пол-::эсм ему действует только поле тока ут емки 1Ч5КОВОЙ цепи, Уравни-епьчый ток созданный этим полем, протекая по цепи электрод N J - ключ 12 - место утечки 23,создает разность потенциалов i Uy,|,,,. Показания шестсто такта измерения р ,:вны

1сл::ле а;естогт:1 такта измерений вычислительный блок 9 производит вычисление искомой разности потенциалов , ,j.: по алгоритму

Ч L(--rN,brN.,-N,J..,j1.

Результат этих вычислений выводится на выходной зажим 20.1.

;j6ca3OM. несмоТря на наличие утече- в трех электродах золда, устройство позволяет проводить измеpei-i-iH i получать истинное значение разности потенциалов, создавае/ ой на измерительных электродах зонда токо- аы;.; электродом А 5;И пропорциокальi-r in удельному сопротивлечию пород.

зстройство обладает высокой точ;i-.c:,:o измерения за счет исключения Е:Ч . утечек з токовой и измерителнь ji.eiTRX на ре;}ультать: изм.ерений, а также за счет устранен1-1Я логрешности обуслоБлС-ной Н(;стабильностью нулеаого уров1 я изг.-1 ;риельных преобразователей, так Kaic она входит в резульT iTbr каидого тзктэ измерения и при обгзаботке показаний по указанног у алгори-му у чичтожаетсяi высокой надежностью, гак 1:ак результаты измаречий но зависят появления утечек в токовых и измерительг Ых цепях устройства, и вследствие этого большой меи.ре--юнт-ъй период и сиитвние расходов на ремонт агпаратуры.

i . Ус1 рой с; ЕЮ для электрического ке зотаягз скважин, 5ключаю цее блок зондов злектричес.хО о каротажа с токовь-ми. обратным токовь м и первым к в ( орым измерите/bfJbJMM электрсдам11, генератор переменного тока и бпок из..ерительных преобразователей, при эгсич обратный токовый эле.ктрод соединен с первым выходом генератора пер мечного тока, о т ли чающееся тем, -:то, с аелью повышения тсчносTi-i измерений и падемности устройства путем , с ключе ни я влияния утечек тока в измерительных ;-; токовых цепях устройства результаты измерений, в не-о донолнителоно зведены вычислительный блок, блок управления, блоки выделеь ий утечек тока в измерительных цсгтях, число которых равнс:- числу зондов в блоке зондсв электрического каро ах а и каждый из которых содержит гк-зрзый, зторой и третий управляемые , блоки выделения утечек тока 1392 в токовых црпях, число KOTOpoix равно числу токовых электродов в блоке зондов электрического каротажа и каждый из которых содержит четвертый и пятый управляемые ключи, имитатор сопро тивления заземления токового электрода, схему управления имитатором и датчик тока токового электрода, при этом вход первого управляемого ключа соединен с первым измерительным злект

родом зонда, выход первого ключа подключен к входу третьего управляемого ключа, вход второго управляемого ключа соединен со вторым измерительным электродом, его выход соединен с выходом iS третьего управляемого ключа, вход и выход третьего управляемого ключа соединены с входами блока измерительных преобразователей, управляющие входы, первых трех ключей соединены с первым 20 выходомблока управления, вход четвертого ключа соединен с токовым электродом, выход этого ключа подключен к первому входу датчика тока и к входу пятого управляемого ключа, выход25

пятого ключа соединен с первым входом имитатора сопротивления токового электрода, управляющие входы четвертого и пятого ключей подключены к первому выходу блока управления, второй вход зо датчика тока подключен к второму выходу генератора переменного тока и к

.юпючен к последнему входу вычислителного блока, выходы вычислительного блока являются выходами устройства. 2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что блоки выделения утечек тока в измерительной и в токовых цепях конструктивно выполнены в виде контейнеров, корпуса которых являются измерительными и токовыми электродами зондов электрического каротажа соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Комаров С.Г. Геофизические методы исследования скважин. М., Недра, 1978, с. 76-78.

2.Там же, с. 78-80,

3.Дьяконов д.и., Леонтьев Е.И., Кузнецов Г.С. Общий курс геофизических исследований скважин. М., Недра 1977 с. (прототип). 6 первому входу схемы управления, выход датчика тока соединен со вторым входом схемы управления, а выход ее подключен ко второму входу имитатора conf oтивления заземления токового электрода, выход имитатора соединен с обратным токовым электродом, выходы блока измерительных преобразователей подключены к входам вычислительного блока, второй выход блока управления под1