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

Изобретение относится к устройствам для геофизических исследований скважин, в частности для электрического каротажа несколькими зондами с фокусировкой тока осуществляемого за один проход устройства, по стволу скважины, Известны устройства, позволяющие про водить измерения несколькими зондами с фокусировкой тока за один .проход устройства по стволу скважины. Устройство реализует два измерения с временным разделением путем поочередного подключения через семижильный кабель различных групп электродов зонда к. измерительной схеме на поверхности, в результате чего одновременно регистрируются показания семиэлектродного бокового зо№да с большим радиусом исследования для определения.удельного электрического сопротивления пласта jj. и девятиэлекродного псевдобокового зонда с тленьщенным радиусом исследования для определения сопротивления зоны проникновения ,. Устройство 2 создает ,в скважине поле тока со сферическим распределением потешхиала, исключающим влияние скважины. Путем измерения потенциалов этого поля в различных точках получают одновременные измерения, эквивалентные двум зондам с различным радиусом исследования для определения Рп и . Устройства и f2 недостаточно эффективны вследствие близости характеристик одновременно работающих зовдов по радиусу исследования. Наиболее различаются радиусы исследования бокового семиэлектродного зонда 1 и малого зонда со сферической фсжусировкой тока 2. Кроме того, эти устройства не дают сведений о сопротивлении промытой зоны pfij, и толщине глинистой корки на стенке скважины гм . т. е. точность определения коллекторских свойств плаотов и характера их насьпдения недостаточна. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для электрического каротажа скважин с фокусировкой тока Цз. 394 содержащее зонд с центральным токовым электродом, с измерительными, йрймыми и обратными экранными электродами,.; симметрично и попарно расположенными от носкгельно центрального токового электро да, а также прижимаемый к стенке скважины изоляционный башмак с концентрически расположенными центральным токовым, измерительными, прямыми и обратными экранными электродами, задаю щий генератор, усилитель, фазочувствительный выпрямитель и преобразовательусилитель мощности, при этом выход усилителя соединен с Гпервым входом фазочувствитального выпрямителя, а выход задающего генератора соединен с вторым входом фазочувствительного 1вы- прямителя и с первым входом преобразователя-усилителя мощности. Этот прибор позволяет одновременно измерять бсх ковым зондом большого радиуса исследования удельное электрическое сопроти ление пласта f лпсевдобоковым зондом уменьшенного радиуса исследования сопротивление зоны проникновения Я}п и микрозондом со сферической фокусировкой тока сопротивление промытой зоны Рпэ Однако данный приборБоаб lateHjEog-Mic ИЗ 5F800; не решает полностью зааачи опре деления рааиальногораспрё деления сопротив ления в пласте-коллекторе, поскольку при определении Р Pjn необходимо также знать диаметр зоны проникновения dj а при определении необходимо измерять толщину глинистой корки lifi , ко торые являются поправочными факторами при этом. Эти дополнительные данные могут быть получены только путем измерения еще одним зондом и одним микрозондом с .соответствующими радиусами исследования, чтобы количество неизвестных параметров рп,,. было равно количеству измерений. Очевидно, что наибольшая точность определения коллекторских свойств пластов и характера их насыщения будет достигнута при .измерении всех этих параметров за один проход устройства по стволу скважи ны, т. е. при обеспечении полной идентич ности условий измерений. Измерительная схема прибора, отдельные узлы которой находятся в скважине и на поверхности, объеднняется семижильным кабелем и представляет собой три параллельных канала измерения на различных частотах токов, пропускае лых через электроды зон да и мякрозонда. Частоты каналов должны быть достаточно разнесены во .избе24жание взаимовлияния, в то время как общий диапазон частот, который может быть использован при измерениях, ограничен от нескольких десятков до 600- 80О Гц, когда начинает уже сказываться скин-эффект. Поэтому по такой системе одновременные измерения фокусированными зондами и микрозондами, чиолом более трех, практически неосуществимы. Кроме того, требуется еще семижильный каротажный кабель, который в СССР находит весьма ограниченное применение. Цель изобретения - . повышение точности определения коллекторских свойств пластов и характера их насыщения путем получения измерений по меньшей мере тремя зондами и мккрозондами с фокусировкой тока за один проход устройства по стволу скважин с использованием каротажного кабеля любого типа. Указанная цель достигается тем, что устройство для электрического каротажа скважин с фокусировкой тока, содержащее зонд с центральным токовым электродом, с измерительными, прямыми и обратными экранными электродами, симметрично и попарно расположенными относительно центрального токового электрода, а также Прижимаемый к стенке скважины изоляционнь1й башмак с концентрически расположенными центральным токовым, измери -тельными, прямыми и обратными экранными электродами, задающий генератор, усилитель, фазочувствительный выпрямитель и преобразователь-усилитель мощности, при этом выход усилителя соединен с первым входом фазочувствительног-о выпрямителя, а выход задающего генератора соединен с вторым входом фазочувствительного выпрямителя и с первым входом преобразователя-усилителя мощности, дополнительно содержит многофазный генератор импульсов, блок синхронизации, группы синхронных ключей, запоминающие конденсаторы, согласующие трансформа- торы, масштабные резисторы, при этом вход многофазного генератора импульсов через блок синхронизации подключен к выходу задающего генератора, а выход многофазного генератора импульсов со&динен с входами всех групп синхронных ключей, измерительные электроды зонда и башма&а через согласующие трансформаторы первой группой синхронных подключены к входу усилителя, прямые и обратные экранные электроды второй и третьей группами синхронных ключей подключены к выходу преобразовате594ля-усилмтеля мощности, к входу которо го и одновременно к выходу фазочувствг тельного выпрямителя через четвертую и пятую rpyraibf синхронных ключей вклк чены запоминающие ковденсаторы, задаюИЩИ генератор посредстве шестой группы синхронных ключей через масштабные резисюры подключен к центральным токовым электродам зонда и башмака. Синхронное переключение токовых и измерительных электродов с одновременной установкой измерительного тока масштабными резисторами и приведением к входу усилителя через согласующие трансформаторы для регулировки гра диента потенциала с различных участков зонда и башмака с последующим его преобразованием в постоянное напряжение для запоминания в конденсаторах, отключаемых от цепей для сохранения уровня заряда до следующего включения в такте, позволяет построить устройство с достаточным последовательным быстродейст вием, чтобы получить измерения с одной и той же зондовой установки нескольки«ми зондами и микрозондами с различны ным радиусом исследования за один проход устройства по стволу скважины без потери информации при дискретизации измерений. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для электрического каротажа с фокусировкой тока; на фиг. 2 - вр&менные диаграммы его работы; на фиг. 3 5 -.типы реализуемых в устройстве фокусировок. Устройство для элек рического каротажа с фокусировкой тока содержит девятиэлектродный зонд 1, четырехэлект родный башмак 2, задающий генератор 3 к которому через блок 4 синхронизации подключен многофазный генератор 5 импульсов, предназначенный для управления группами 6-12 синхронных ключей, сгруппированных для переключения цепей на пять позиций по семи направлениям. Через шестую группу 11 синхронных клю чей -и масштабные резисторы 13 -16 задающий генератор 3 подключен к ценг- ральным токовым электродам зонда и башмака с целью создания измеритель- ного тока DO . Для регулировки фокус№ровки через первуй группу 6 синхронных ключей и согласующие трансформаторы 17-20 вход усилителя 21 подключен к измерительным электродам зонда и башмака. Усилитель 21 имеет на выходе 126 фазочувствительного вьшрямктеля 22, к которому через четвертую группу 9 син -хронных ключей подключены интегрирутошле контуры, образованные запоминающими конденсаторами 23 - 27 и резистсуром 28. Эти интегрирующие контуры пятой группой 1О синхронных ключей соединены с входом преобразователя-устоги- теля 29 мощности, выход которого через вторую 7 и третью 8 группы синхронных ключей подключен к прямым и обрат ным экранным электродам зонда и башмака с целью создания через них фокусирующего тока Gg. Вход измерительного усилителя ЗО седьмую группу 12 синхронных ключей и входные травоформаторы 31 и 32 подключен к измерительным Э11ектродам зонда и башмака. Устройство работает следующим образом. Задающий генератор 3 частотой 35О Гц через блок 4 синхронизации си хронизирует частоту срабатывания многофазного генератора 5 импульсов (многофазный мультивибратор) 1таким ооразом, чтобы в период каждого из его выходных импульсов Т -Тс укладывалось целое число периодов генератора 3, т. е. чтобы в моменты переменное напряжение генератора U-2. переходило через нулевое значение (фиг. 2). Если тактовую частоту многофазного генератора принять 7 Гц, т . е. равной минимальной часто- . те дискретизации показаний каротажных зондов без потери информации, то частота следования импульсов Т. при пятвфазном варианте, очевидно, будет 35 Гц и в период времени каждого иэ импульсов будет укладываться десять периодов напряжения генератора 3. Поскольку импульсы управляют срабатыванием групп 6-12 синхронных ключей, то та - кой режим переключения обеспечивает достаточную точность измерений устрой ством и снижает до минимума переходные процессы. Коммутация цепей устройн ства группами 6-12 синхронных ключей по ,семи направлениям в пяти позициях создает определенную комбинацию токовых и измерительных электродов, подключенных к соответствующим узлам устройства и образующих зонды и микрозонды с фокусировкой тока с различными радиусами исследования. В таблице приводится характеристика позиций, получающихся в результате переключения цепей по фиг. 1. Например, В позиции о измеритель ный ток о от генератора 3 (фиг. 1) в&личиной, определяемой масштабным резистором 15, пропускается через централ ный токовый электрод AQ зонда и обрат ный токовый электрод В, наход5пцийся в удалении. Разность потенциалов от тока на электродах М N-i через согласующий трансформатор 17 поступает на усилитель 21, затем выпрямляется фазочувст- вительным выпрямителем 22 и заряжает запоминающий конденсатор 23. Контур, образованный конденсатором 23 и резистором 28, подключается на вход преобразователя-усилителя 29 мощности, на выходе которого ооразуется ток Dj , величи на которого пропорциональна заряду конденсатора 23. Ток пропускается через электроды АЗ и В и является компенсирующим (фокусирующим для тока Dp Коэффициент усиления усилителя 21 является достаточным, чтобы обеспечить паде ние потенциала на электродах , от разности токов Эо и Oj, стремящегося к нулю, т. е. обеспечить заданное условие фокусировки. Аналогично происходит pa6oTia устройства и на других позициях, только выполнение условия фсжусировки Ь и О и пропускание токов д и ;;}(, происходит через другие электроды, согласно таблице. В случае сферической или псевдобоковой фоку гировки обратный электрод В для тока Од находится на зонде или на башмаке, являясь обратным экранным электродом. В результате вариантов коммутации цепей в устройстве могут быть получены зонды и микрозонды с любым типом фокусировки, показанным на фиг. 3 5. Боковая фокусировка по фиг. 3 используется -для глубинного зонда (позиции О), сферическая фокусировка по фиг. 4 - для зонда с малым радиусом исследования (позиция ). В устройстве может быть также реализована псевдобоковая фокусировка по фиг. 5 для зондов со средтол радиуссм.исследоватгя из зондового набора с девятью электродами. Три позиции предназначены для микрозондов: глубинного (и) , со средним радиусом исследования с псевдобоковой фокусировкой (.) и микрозонда, специально предназначенного для выделения и оценки .толщины глинистой корки как признака коллектора и поправочного фактора при определении удельного сопротивления промытой зоны (д) . Возможность одновременного измерения обеспечивается, в первую очередь, наличием запоминающих конденсаторов 23-27, в которых сохраняется тот уровень заряда, который оставался от предьщущего такта и при этом соответствует тому выходному сигналу, который поступает через согласующие трансформаторы 17 - 20 .на усилитель-21 и фазочувс вительный выпрямитель 22 для отрабо1ки соответствующей фокусировки. При наступлении нового такта на ТРИ же позиции, 994 когда запоминающий койденсатор со&местно с резистором 28 оказывается включенным на вход усилителя-преобразователя 29, последний сразу дает тот выходной фокусирующий ток о 5 на соответствующие экранные электроды, который был в конце предыдущега такта. Поэтому отработка фокусировки происходит I не с нуля а с предыдущего значения дис ретизации каждого из .пяти состояний устройства, соответствующего различным зон дам и микрозондам. Все узлы устройства, кроме узла запоминающих конденсаторов, малоинерционны и время установления показаний (переходные процессы).на позиций не более 5 мс. Уменьшению времени переходных процессов способствует также переключению цепей устройства в моменты t --t , когда переменное напряжение генератора 3 переходит через нуль (фиг. 2), и использование измерительного тока DO различной амплитуды, обеспечиваемой масщтабными резисторами 13-16, пропорциональной коэффициентам зондов. Тем самым уровни сигналов в цепях приводятся к близким диапазо нам их изменения в различных позициях. Измеряемым входным параметром являются потенциалы измерителпного электрода М зонда относительно удаленного электрода NvA и электрода М j. башмака относительно корпуса скважинного прибора пропорциональные кажущемуся .сопротивлению зондов и микрозондов и подводимые через входные трансформаторы 31 и 32 на вход измерительного усилителя 30, Выходной стенал является перемен ным напряжением чередующейся амплитуды в периодах вевремени, соответствующих (фиг. 2). Сигнал UgbDi сов- . местно с синхроимпульсами, полученными из многофазного генератора импульсов и соответствующими по времени ti-ts передается по одножильному кабелю на поверхность, поскольку схема скважин- ного прибора питается постоянным токсзм. На поверхности, используя синхроимпульсы и gjj|j( распределяется по каналам с време ным разделением и после выпрямления и интегрирования в аналоговой форме поступает для одновременной регистрации пятиканальным регистратором. Таким образом, используя одну многоэлектродную зондовую установку и один многоэлектродный бащмвк, который с целью совме- щения точек записи может быть установ, - лен против центрального токового элект рода и пpижи aeтcя к стенке скважины 210 отклонителями вз изоляционного материала, устройство позволяет получить за один проход его по стволу скважины измерения зондами и микрозондами с фс. кусировкой тока, обшее количество кото рых, как показали лабораторные исследования схемы, может достичь шести в любом их сочетании, В их числе может быть реализован любой из известных типов в коэффициентов фокусировки и размеров зонда при обеспечении соответствующего подключения электродов к цепям ycrpojEtства. Предлагаемое устройство для элект рического каротажа скважин с фокусировкой тока обеспечивает по сравнению с известными повышение точности определения коллекторских свойств пластов и характера их насыщения путем измерения не менее чем двумя зондами и не менее чем двумя микрозондами с фокусировкой тока за один проход по стволу скважины, обеспечивая одновременное определение ,3,n,PnV. Повышается геолого-геофизическая эффективность комппекса измерений в результате реализации в устройстве зондов и микрозондов всех известных типов фокусировки (боковой, псевдобоковой, сферической) с различной степенью фокусировки и змеров зонда с целью измерения -ими за один проход по стволу скважины. Возрастает производительность труда при геофизических исследованиях скважин и снижается их себестоимость, а также сокращается время простоя скважин при их исследованиях. Исключаются погрешности из-за различных растяжений кабеля при разновременных измерениях, при этом устройство может работать с любым типпм каротажного кабеля. Таким образом, экономический эффект устройства состоит в повыщении производительности труда при геофизических исследованиях, .снижении их стоимости, сокращении времени задалжтшания скважин для исследований, так как достаточно одного скважинного прибора вместо трех типов, используемых в настоящее время: бокового каротажа, бокового микрокаротажа и обычного микрокаротажа. Формула изобретения Устройство для электрического каротажа скважин с фокусировкой тока, содержащее зонд с центральным токовым электродом, с измерительными, прямы1194ми и обратными экранными алектродамн, стшметрично и попарно расположенными относительно центрального такового элект рода, а также прижимаемый к стенке сжва жины изоляционный башмак с концентри чески расположенными центральным TOKIVвым, измерительными, прямыми и обратными экранными электродами, задающий генератор, усилитель, фазочувствительный выпрямитель и преобразователь-устетитель мощности, при этом выход усилителя соединен с первым входом фазочувствител ного вьшрямитеяя, а выход задающего генератора соединен с вторым входом фазочувствитвльного выпрямителя и с входом преобразователя-усилителя мощности, отличающееся тем; что, с целью повышения точности опред&ления коллекторских свойств пластов и характера их насыщения путем получения измерений по меньшей мере тремя зондами и микрозондами с фокусировкой тока за один проход устройства по стволу сква жины с использованием каротажного кабеля любого типа, оно дополнительно содержит многофазный генератор испульсов, блок синхронизации, группы синхронных ключей, запоминающие конденсаторы, сог ласующие трансформаторы, масштабные резисторы, при этом вход многофазного генератора импупьсов через блок синхро212низации подключен к выходу задающего генератора, а выход многофазного генера тора импульсов соединен с входами всех rpyjui синхронных ключей, измерительные электроды зонда и башмака через согласующие трансформаторы первой группой синхронных ключей подключень к входу усшгателя, прямые и обратные экранные электроды второй и третьей группами синхронных ключей подключены к выходу преобразователя-усилителя мощности, к входу которого и одновременно к выходу фазочувствительного выпрямителя через четвертую и пятую группы синхронных ключей включены запоминающие конденсаторы, задающий генератор посредством шестой группы синхронных ключей через масштабньш резисторы подключенк центральным TOKOBBDVI апектродам зонда и башмака. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 366О755, кл. 324-10. опублик. 1972. 2.Патент США № 3797535, кл. 141-46, опублик. 1974. 3.5оа« j QHmaWi J.9.P.,Poupo)i A.avid SootiaHe P.,T1ie DuaC uqlet-otop- -Rxo i Toot. Papev- 5Pt-40ie,5Pt-AIWE foee , saw .1972 (npcftoтмп).

СимрО wmytbctt Vy(AA/VV H/ ,s

Фиг. Ъ

Гп

Фиг. 5

фuz.t