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

Изобретение относится к промыслoiвo-гeoфизичecкoй технике, а 6о-. лее конкретно к устройствам, реализующим метод бокового каротажа и предназначенным для измерения кажущегося удельного электрического сопротивления в нефтяных, газовых, гидрогеологических и прочих скважинах, бурящихся с целью добьии и разведки полезных ископаемых.

Известны устройства для бокового каротажа скважин, включающие зонд бокового каротажа, канал измерений .потёнциала зонда бокового каротажа, генератор питания токовьк цепей зонда, авторегулятор или автокомпенсатор, обратный токовый (Воь) иУДа ленный измерительный (NQO) электроды. Через обратный токовый электрод (Вда) втекает суммарный ток питания эонда, а относительно измерительного электрода (NCD) производится измерение потенциала зонда 1.

При расчетах и моделировании зондов расстояния до удаленных электродов принимают равным бесконечности. Поэтому потенциал электрода NCD равен нулю-, а электрод В „, не вносит искажений ни в условие регулирования токов зоила, ни в измеряемый потенциал . На практике расстояния до электродов В 00 и Noi конечны. Эти электроды располагают на йэолирован5 ном от окружающей среды отрезке кабеля, называемом косой. Неудобства при работе с косами, на которых располагаются электроды БСО и NOO настолько возрастают с размером, что

0 их максимальная длина, правило, не превышает 50 м и обычно составляет 20-30 м. При таких расстояниях до удаленных электродов показания зондов бокового каротажа могут значительно отличаться от расчетных и модельных.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для бокового каротажа скважин, состоящее из зонда бокового каротажа, генератора переменного тока, канала измерения потенциала зонда, канала измерения тока, удаленнрго электрода (Ne, ) и делительной ;системы, причем выход генератора переменного тока соединен со . входом.зонда бокового каротажа,первый выходзонда бокового каротажа связан со входом канала измерения тока, второй выход зонда бокового каротажа подключен к первому входу канала измерения потенциала зонда, второй вход канала измерения потенциала зонда соединен с удаленным электродом, выход канала измерения тока подключен к первому входу делительной системы, а выход канала измерения потенциала зонда - ко входу делительной системы 2 .

В этом устройстве применена система раздельной регистрации силы тока и разности потенциалов между одним изЭлектродов бокового каротажа и удаленньм (электродом NCO с последукяцим делением сигналов. Генератор переменного тока, питающий зонд бокового каротажа, расположен на поверхности, поэтому обратный токовый электрод Всо также расположен на поверхности, т.е. практически в бесконечном удалении от скважинного прибора, и не вносит погрешностей в показания зонда бокового каротажа. Однако удаленный электрод Мд, , относительно которого производится измерение потенциала зонда бокового каротажа, расположен на конечном расстоянии от него. Длина косы этого устройства равна 20 м., Потенциал электрода NOD равен нулю, поэтому в показании зонда бокового каротажа будет вноситься погрешность, проявляющаяся в занижении измеряемых удельных электрических сопротивлений так как потенциал зонда будет меньше расчетного на величину потенциала электрода NCO относительно бесконечно удаленной точки.

Кроме того, зна1ительная длина косы создает неудобства при производстве спуско-подъемных работ на скважине.

Цель изобретения - повышение точности измерений удельных электрических сопротивлений пород за счет уменьшения влияния .удаленного электрода на показания зонда бокового каротажа.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для бокового каротажа скважин, включающее зонд бокового каротажа, генератор переменного тока, канал измерения потенциала . зонда, канал измерения тока, делительную систему, первый удаленный электрод, при этом вход зонда бокового каротажа соединен с выходом генератора переменного тока, первый выход зонда бокового каротажа подклю чен ко входу канала измерения тока, второй выход - к первому входу канала измерения потенциала зонда, а выход канала измерения тока подключен к первому входу делительной системы, дополнительно введены второй удален ный электрод, первый и второй управляеколе ключи, блок управления и вычислительный блок, причем первый удаленный электрод соединен со входом первого управляемого ключа, а

второй - со входом второго управляемого ключа, выходы первого и второго управляемых ключей связаны со вторым входом канала измерения потенциала зонда, управлянхцуе входы первого и второго управляемых ключей соединены с первым и вторым выходами блока управления, соответственно выход канагг ла измерения потенциала зонда подключен к первому входу вычислительного блока, второй вход вычислительного блока соединен с третьим выходом блока, управления, а выход вычислительного блока подключен ко второму входу делительной системы.

На чертеже приведена функциональная схема устройства.

Устройство содержит первый удаленный электрод 1, второй удаленный электрод 2 зонд 3 бокового каротажа, .первый управляемый ключ 4, второй управляемый ключ 5, канал 6 измер.ения потенциала зонда, канал 7 измерения тока, генератор 8 переменного тока, блок 9 управления, вычислительный блок 10 и делительную систему 11.

Вход BOHfia 3 бокового каротажа подключен к выходу генератора 8 переменного тока, первый выход -зонда 3 бокового каротажа соединен со входом канала 7 измерения тока, а второй с первьм входом канала .6 измерения потенциала зонда, выход канала 7 измерения тока подключен к перврму входу делительной системы 11, первый удаленный электрод1 соедилен со входом первого управляемого ключа 4, второй удаленный электрод 2 связан со входом второго управляемого ключа 5, выходы первого и второго ключей 4 и 5 соединены со вторым входом канала 6 измерения потенциала зонда, управлякяцие входы первого и второго управляемых ключей 4 и 5 связаны с первым и-вторым выходами блока 9 управления, выход канала 6 измерения потенциала зонда подключен к первому входу вычислительного блока 10, второй &ХОД вычислительного блока 10 соединен с третьим выходом блока 9 управления, выход вычислительного блока 10 подключен ко второму входу делитель ной системы 11.

Устройство работает следующим образом.

Питание зонда 3 бокового каротажа осуществляется переменным током от стабилизированного генератора 8, расположенного на поверхности. Для измерения потенциала зонда 3 бокового каротажа относительно электродов 1 и 2 служит канал измерения потенциала зонда, а для измерения зондирующего тока - канал 7 измерения тока. Делительная система 11 производит деление величины потенциала зонда 3 на величину зондирующего тока. На выходе делительной системы 11 получ ется напряжение,пропорциональное из ряемому кажущемуся удельному электр ческому сопротивлению пород. Процесс измерения разбивается во времени на циклы, в каждом из котор выполняется два такта измерений. Время цикла выбирается достаточно малым, чтобы измеряемое удельное со противление практически не изменило в течение цикла. В первом такте измерений блок 9 управления открывает ключ 4 и закры вает ключ 5. При этом производится измерение потенциала зонда 3 относи тельно первого удаленного электрода 1. На выходе канала 6 измерения потенциала зонда получаются показания N, которые можно представить следующим образом. NO Uoo - UN, где Uoo - потенциал зонда 3 относительно бесконечно удаленной точки; . U| - потенциал первого удаленного электрода 1 относительно бесконечно удаленной точки Показания 5 запоминаются вычислительным блоком 10. Во втором такте измерений блок 9 управления открывает ключ 5 и закрывает ключ 4. При этом производится измерение потенциала зонда 3 относительно второго удаленного электрода 2. На выходе канала измерения потенциала 6 зонда получаются показания NIJ, причем Na а- Маоо, где U| - потенциал второго удален ного электрода 2 относительно бесконечно удаленной точки. Эти показания также фиксируются в памяти вычислительного блока 10. Так как электроды 1 и 2 Находятс на значительном удалении от центра зонда 3, то можно считать зонд 3 точечным источником тока. Тогда потенциалы UN и Urt,e будут выражаться следующим образом . -- где D - суммарный ток питания зонда 3; Рц - кажущееся удельное электрическое сопротивление среды; N расстояния от центра зонда 3 до удаленных электродов 1 и 2 соответственно. . Таким образом, в результате двух тактов измерений Имеем систему двух уравнений которая решается вычислительным блоком 10 относительно Uco по агло-&. П - IV ir где- k |I12 е Напряжение свободное от влияния потенциалов удаленных электродов 1 и 2, с выхода вычислительного блока 10 подается на второй вход делительной системы 11, на выходе которой получается напряжение, пропорциональное кажущемуся удельному сопротивлению, неискаженному влиянием потенциалов удаленных электродов 1 и 2.ем Отношение выёира.ется рав. М . ным 0,85-1,15, исключая единицу. Таким образом, использование предлагаемого устройства позволяет уменьшить погрешность измерений удельного сопротивления, обусловленную конечностью расстояния от зонда до удаленного электрода. Кроме того, длина косы может быть уменьшена. Формула изобретения Устройство для бокового каротажа скважин, включающее зонд бокового каротажа, канал измерения потенциала зонда, канал измерения тока, делительную систему, первый удаленный электрод и генератор переменного тока, выход которого подключен и входу зонда бокового каротажа, первый выход зонда бокового каротажа подключен к входу канала измерения тока, второй выход - к первому входу канала измерения потенциала зонда,.а выход канала измерения уок& подключен кпервому входу делительной системы, отличающееся тем что, с целью повышения точности .измерений удельных электрических сопротивлений пород за счет уменьшения влияния удаленного электрода на показания зонда бокового каротажа, дополнительно введены второй удаленный электрод, первый и второй управляемые ключи, блок управления и вычислительный блок-, причем первый удаленный элект род соединен с входом первого управляемого ключа, второй удаленный электрод - с входом второго управляемого ключа, выходы первого и второго управляемых ключей соединены со BTCptM входом канала измерения потенциала зонда/ управляющие входы первого и второго ключей соединены с первьм и вторым выходами блока управления соответственно, выход канала измерения потенциала зонда подкл1рчен к первому входу вычислительного блока, второК вход вычислительного блока соединен с третьим выходом блока управления, а выход вычислительного блока подключен ко второму входу делительной системы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ильинский Б.М. Боковой карЪтаж, М., Недра, 1971, с. 74-77.

2. Дьяконов Д.И., Леонтьев Б.И., Кузнецов Г.С. Обмий курс геофизических исследований скважин. М., ВедРа 1977, с. 94 (прототип).