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

Изобретение относится к промыслово-геофизической технике, а более конкретно к аппаратуре индукционного каротажа, предназначенной для исследования удельной электропроводности в нефтяных, газовых, гидрогеологических и прочих скважинах, оборудованных обсадной колонной из немагнитного и неэлектропроводного материала, а также в открытом стволе

СКВс1ЖИН.

Известны устройства для индукционного каротажа (ИК) скважин, содержащие индукционный зонд с системой генераторных и измерительных катушек а также электронную часть, состоящую из генератора переменного тока, измерительного преобразователя и блока питания.

Для уменьшения влияния скважины в этих устройствах используются многокатушечные индукционные систекн, называемые фокусирующими. Нногокатушечный зонд представляет собой систему из нескольких укрепленных на одном стержне из изоляционного материала катуиек, часть которых последовательно включена в генераторную цепь, а другая часть - в приемно-усилительную цепь. В каждой цепи по наибольшему числу, витков выделяется главная катушка. Остальные катушки называются фокусирующими. В соответствии с принципом суперпозиции многокатушечный зонд может быть представлен двухкатушечными парами генератор-измеритель. Сигнал в многокатушечном зонде равен алгебраической сумме всех возможных сочетаний двухкатушечных

10 пар. Фокусирование заключается в том, что, подбирая число витков в фокусирующих катушках, их расположение относительно главных и направление включения, добиваются снижения

15 влияяия скважины и вмещаииих пород 11.

Однако полностью устранить влияние скважины при такой конструкции зонда принципиально иевоэможно, и,

2Q кроме того, реальные характеристики сфокусированных систем отличаются от теоретических из-за невозможности учета конечных размеров катушек.

Основной -недостаток сфокусирован25ных зондов в том, что при использовании их для получения истинных значений удельных электрических сопротивлений пластов при интерпретации часто приходится вводить поправку на

3(1 влияние скважииы. Относительная величина этой поправки тем больше, чем больше диаметр скважины и удельная электропроводность скважинной жидкости и чем больше удельное электросопротивление интерпретируемого пласта.

При этом для вычисления.поправки на влияние скважины необходимо проводить дополнительные исследования, включающие в себя определение удельной электропроводности скважинной жидкости и диаметра скважины вдоль ее профиля. Кроме того, палетки для определения поправок рассчитаны, исходя из предположения, чтосечение скважины является круговым, в действительности сечение может значительно отличаться от кругового. Эт вносит дополнительр ую погрешность в определение поправки на влияние скважины.

Наиболее близким к предлзгаемоьту является устройство для индукционного каротажа скважин, содержащее индукционный зонд и электронную часть в защитном корпусе. Зонд состоит кз системы генераторных и измерительных катушек, смонтированных на электроизоляционном стержне., электронная часть содержит генератор переменного тока, входной преобразователь сигналов, блок обработки и передачи информации, блок питания, согласуюший блок и функциональный преобразовател1 сигналов.

В этом устройстве с цельюповыше ния точности определения удельной электропроводности горных пород посредством автоматического введения поправок, учитывающих влияние скважинной жидкости, в генераторную и измерительную цепи индукционного зонда введены тороидальные катушки, а в электронную часть - согласующий блок и функциональный преобразовател сигналов. Тороидальные катушки являются датчиком удельной электропроводности скважинной жидкости. Значение ЭДС, возникающей в приемной тороидальной катушке, определяется главным образом, параметрами жидкости, заполняющей скважину. Этот сигна поступает на вход согласующего блока где усиливается и затем передается на функциональный преобразователь сигналов, трансформирующий его в соответствии с геометрическим фактором скважины для данного зонда ИК в сигнал поправки на влияние скважины, сигнал поправки вводится в приемн(-измерительную цепь, компенсируя сигнал, обусловленный влиянием скважины.

Устройство позволяет автоматически и с большей эффективностью устранять влияние скважины в процессе каротажа, блаходаря чему точность определения удельной электропроводности повышается Г2.

Однако известное устройство имеет сложную конструкцию. Поскольку сигна пропорциональный удельной электропроводности скважинной жидкости, необходимо трансформировать в сигнал поправки в соответствии с геометрическим фактором сквакины, который для реальной скважины неизвестен, то трансформация сигнала осуществляется в соответствии с расчетным геометрическим фактором скважины, определяемым, исходя из предположения, что скважина, представляет собой круговой цилиндр с диаметром, равным номинальному диаметру скважины. Однако реальная скважина в значительной степени отличается от этой идеализированной модели, что приводит к погрешностям в определении удельной электропроводности пластов. Погрешности особенно значительны в местах образования каверн в стволе скважины. Теория, использующая понятие геометрического фактора справедлива для не слишком больших значений уделной электропроводности. Поэтому при удельном сопротивлении скважинной кидкости менее 5 Ом/м из-за скин-эффекта зависимость между величиной поправки на влияние скважины и удельной электропроводностью становится нелинейной, что приводит к дополнительным погрешностям при проведении измерений в скважинах, заполненных минерализованной промывочной жидкостью. Наличие взаимного влияния полей индукционного зонда и тороидальных катушек является источником дополнительных погрешностей измерений.

Сигнал в приемной тороидальной кат5Ш1ке зависит в некоторой степени и от удельной электропроводности горных пород тем сильнее, чем больше их электропроводность и меньше электропроводность сквакинной жидкости. Это также является источником дополнительной погрешности.

Цель изобретения - повышение точности измерений удельной электропроводности горных пород путем уменьшения влияния скважинной жидкости на результаты каротажа, а также упрощение конструкции устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для индукционного каротажа скважины, содержа1 1ее индукционный зонд и электронную часть в |за1цитном корпусе, на внешне поверхности корпуса устройства выполнены радиальные ребра из неэлектропроводного и немагнитного материала число п которых определяется требуе мой степенью S ослабления влияния скважины и выбирается по формуле , (S-2), причем основания ребер расположены параллельно оси индукционного зонда, длина нижнего и верхнего оснований каждого из ребер выбирается равной не менее двум дли нам индукционного зонда, высота ре: Kd6« Kгде Окает бер равна максимальный диаМетр каверн в стволе скважины, du - диаметр корпуса устройства, а толщина ребер равна 2-3 мЛ. При этом вдоль верхнего основания каждого ребра сделаны разрезы в радиальном направлении с шагом. кавОн 5-10 см и длиной, равной где Оц - номинальный диаметр скважи ны. На фигД представлено устройство в двух проекциях; на фиг.2 - работа устройства в скважине при разрезе ее вертикальной и горизонтальной плоскостями. Устройство содержит индукционный зонд 1 устройства, электронная част 2, четыре трапецеидальных ребер 3, разрезы 4, dx - диаметр корпуса уст ройства. DM - номинальный диаметр исследуемой скважины, аъ максимал ный диаметр скваяины в зоне каверн (фиг.1). На фиг.2 изображены горные породы 5, сквс1жинная жидкость 6, каверна 7, каротажный кабель 6, кольцевы витки 9 тока в породе, токовые лини 10 в скважинной жидкости. Форма четырех радиальных ребер 3 из эластичного, неэлектропроводного и немагнитного материала (папри иер, из маслобензостойкой резины) представляет собой разнобочную трапецию и обусловлена необходимостью хорошего прохождения прибора в скважине.Длина верхнего и нижнего оснований ребер зав сит от ве-ртикальных характеристик инд 1ЦИОННОГО зонда,примененного в устройс ве. Например, для зонда 5Ф1,2 эта длина должна быть не менее 3 м, а для зонда 6Ф1 - не менее 1,5 v; . Тб щина ребер - 2-3 мм. Ребра могут быть выполнены как одно целое с индукционным зондом и электронной частью, или же в виде насадки, одеваемой на прибор и закрепляемой на нем, число ребер определяет степень подавления влияния скважины. Степень ослабления влияния скважимы S, определяется следующим соот ношением скв- к -- п - число введенных ребер;. скв диаметр скважины; d,j - диаметр корпуса устройства Для наиболее распространенных диаметров корпуса жв ичина S, рассчитанная по формуле (2), равна 4,96. Для определения необходимого числа ребер при заданной степени ослабления влияния скважины S мокно использовать приближенную формулу, вытекающую из (2) при условии d /cJ g-fcO, т.е. если диаметр корпуса прибора гораздо меньше диаметра сквахины, при этом ,-a(.f) откуда необходимое число ребер опре- деляется по формуле (s-2) (Ц) Полученные по этой формуле значения округляются до ближайшего цепового числа. Устройство работает следующим образом. На каротажном кабеле 8 устройство опускается в сквс1 сину, заполненную скважинной жидкостью 6. Индукционный зонд 1 создает в окружающей зонд среде переменное магнитное поле, под воздействием которого в горных породах 5 возбуткдаются кольцевые токи, кольцевые витки которых показаны на фиг.2, концентричные с осью зонда. Эти токи создают в измерительных катушках зонда 1 ЭДС, пропорциональную удельной электропроводности горных пород. Сигнал поступает в электронную часть 2, где преобразуется в вид, удобный для передачи на поверхность по каротажному кабелю 8. В скважинной жидкости в области расположения индукционного зонда, благодаря наличию непроводящих перегородок, образованных ребрами 3, токи, концентричные оси зонда, протекать не могут. В этом случае в каждом из контуров, образованных соседними ребрами 3, корпусом прибора и стенкой скважины, начинают протекать замкнутые токи, токовые линии 10 которых показаны на фиг.2. Суммарное магнитное поле, создаваемое этими токами в области расположения измерительной катушки, будет значительно меньше, чем в случае отсутствия непроводясщх перегородок в скважине, по тем причинам, что сопротивление протеканию токов в скважинной жидкости возрастает, так как уйеличивается суммарная длина токо вых линий в жидкости и уменьшается эффективная площгшь, по которой протекают токи в каждом из контуров, что уменьшает величины токов, текуiwx в контурах. Магнитный поток, пронизывающий все образованные контуры в каждом сечении скважины, меньше

.магнитного потока, пронизывающего контурf образованный стенками скважины и корпусом зонда, в случае отсутствия перегородок.на величину потока, проходящего внутри стержня, из которого изготовлен зонд. Это также уменьшает токи, текущие в контурах Оси вторичных магнитных полей, созданных токами в жидкости, смещены относительно оси индукционного зонда, поэтому ЭДС наводимая ими в измерительной катушке, меньше чем в случае совпадения их осей, чт имеет место в случае отсутствия непроводящих перегородок.

В силу указанных причин влияние скважины ослабляется. Использование четырех ребер приводит к пятикратному ослаблению влияния скважинной жидкости. Если в стволе скважины имеются каверны то, благодаря тому, что BbicoTa ребер 3- равна

Di/rta,li;

каа

расстояние между

т. е.

верхними основаниями ребер 3 равно максимальному диаметру скважины в зоне каверн, а также наличию разрезов 4, область каверны 7 тоже заполняется непроводящими перегородками и влияние ее также ослабляется.

Устройство-обладает такими преимуществами, как простота конструкции, так как отсутствует необходимость в датчике электропроводности скважинной жидкости, согласующем блоке и функциональном преобразователе сигналов.

Влияние скважины уменьшается независимо от формы ее поперечного сечения и благодаря этому повышается точность измерения удельной электропроводности пластов.

Ослабление влияния скважины не зависит от удельной электропроводности скважинной жидкости.

Преимуществомявляется также ослабление влияниясимметричных и несимметричных каверн в стволе скважины.

Формула изобретения

1. Устройство для индукционного каротажа скважин, содержащее индукционный зонд и электронную часть

в защитном корпусе, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений удельной электропроводности горных пород путем уменьшения влияния скважинной

жидкости на результаты каротажа и упрощения конструкции устройства, на внешней поверхности корпуса устройства выполнены радиальные ребра из неэлектропроводного и немагнитного материала, число п которых определяется требуемой степенью S ослабления влияния скважины и выбирается по формуле: n J7/2(S-2;, причем основания ребер расположены

параллельно оси индукционного зонда, длина нижнего и верхнего оснований каждого из ребер выбирается равной не менее двум длинам индукционного зонда, высота ребер равна

-а,

ков

., где максимальный

диаметр каверн в стволе скважины; djt - диаметр корпуса устройства, а толщина ребер равна

2-3 мм.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что, с целью уменьшения влияния каверн в стволе скважины, вдоль верхнего основания

каждого ребра сделаны разрезы в радиальном направлении с тагом

5-10 см и длиной, равной- 1И L,

- -1

рде D н - номинальный диаметр, скважины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Дьяконов Д.И., Леонтьев Е.И., Кузнецов Г.С., Общий курс геофизических исследований скважин. М., Недра, 1977, с.127-130.

2.Авторское свидетельство СССР № 646297, кл. G 01 V 3/18, 1977 (прототип).