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

(Sk) УСТРОЙСТВО ДЛЯ БОКОВОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН

Изобретение относится к промыслово-геофизической технике, а более конкретно к аппаратуре трехэлектродного бокового каротажа, и может использоваться для измерения кажущихся удельных сопротивлений в нефтяных,газовых гидрогеологических и прочих сква жинах, бурящихся с целью добычи и разведки полезных ископаемых. Известно устройство для бокового каротажа, включающее трехэлектродный зонд, состоящий из первого и вто рого экранн| 1Х электродов и центрального электрода, канал измерения потенциала электродов зонда, генератор переменного тока, автокомпенсатор или авторегулятор. Для обеспечения фокусировки тока через центральный электрод зонда в этом устройстве осуществляется уравнивание потенциалов центрального и экранных электродов либо путем автоматического регулирования величины тока через экранные электроды при неизменном токе через центральный электрод в случае использования автокомпенсатора, либо соединением экранных электродов с центральным через резистор малого сопротивления, служащий для стабилизации тока через центральный электрод в случае применения авторегулятора fll. Однако в этих случаях уравнивание потенциалов производится с некоторым приближением и между центральным и экранным электродами зонда существует небольшая разность потенциалов, которая искажает поле зонда и в конечном итоге вводит погрешность в результаты измерения тем большую, чем меньше удельное сопротивление промывочной жидкости, заполняющей скважину. Погрешность измерения кажущихся сопротивлений этими устройствами может быть неограниченно большой. Наиболее близким к изобретению является устройству для бокового каротажа скважин, состоящее из первого 39 и второго экранных электродов и цен рального электрода, образующих зонд бокового каротажа, генератора переменного тока, канала измерения потенциала электродов зонда, удаленно го электрода, измерительного трансформатора тока центрального электро да, измерительного резистора-шунта, канала измерения тока центрального электрода, делительной системы (логометра), причем выход генератора переменного тока соединен с экранными электродами зонда, первый вход канала измерения потенциала электро дов зонда подключен к удаленному электроду, а второй - к экранным электродам, выход канала измерения потенциала электродов зонда подключен к первому входу делительной сис темы, первый вход измерительного трансформатора тока соединен с экра ными электродами, а второй - с цент ральным электродом, первый выход из мерительного трансформатора тока подключен к первому выводу измерительного резистора-шунта и к первому входу канала измерения тока цент рального электрода, второй выход измерительного трансформатора тока соединен с вторым выводом измерител ного резистора-шунта и одновременно с вторым входом канала измерения то ка центрального электрода, выход ка нала измерения тока центрального электрода подключен к второму входу делительной системы; В этом устройстве применена система разделительной регистрации тока центрального электрода и потенциала электродов зонда относительно удаленного электрода с последующим делением сигнала. Для уравнивания потенциалов экранных и центрального электродов, а также для измерения тока центрального электрода служат измерительные трансформатор и резис тор-шунт. Центральный и экранный электроды оказываются соединенными между собой через шунт, сопротивление которого равно Кш V где Ryj- сопротивление измерительно го резистора-шунта; П - коэффициент трансформации измерительного трансформато ра тока центрального электрода 2, .4 Однако и у этого устройства погрешность измерения удельных сопротивлений при малых значениях удельного сопротивления промывочной жидкости, хотя и ограничивается , остается неприемлемо высокой. Уменьшение погрешности путем уменьшения сопротивления шунта между экранными и центральным электродами зонда мало эффективно, так как при этом в такой же степени снижается измеряемый полезный сигнал, увеличиваются трудности выделения малых си| налов на фоне помех, уменьшается диапазон измерения кажущихся удельных сопротивлений. Целью изобретения является повышение точности измерения удельных электрических сопротивлений пород путем исключения влияния неравенства потенциалов электродов зонда на результаты бокового каротажа. Указанная цель достигается тем, что в устройство для бокового каротажа скважин, состоящее из первого и второго э.кранных электродов и центрального электрода, образующих зонд бокового каротажа, генератора переменного тока, канала измерения потенциала, удаленного электрода, измерительного трансформатора тока, первого измерительного резистора-шунта, канала измерения тока и делительной системы, при этом выход генератора переменного тока соединен с экранными электродами зонда, первый вход канала измерения потенциала подключен к удаленному электроду, а второй - к экранным электродам, выход канала измерения потенциала подключен к первому входу делительной системы, первый вход измерительного трансформатора тока соединен с экранными электродами, а второй - с центральным электродом, первый выход измерительного трансформатора тока подключен к первому выводу первого измерительного резистора-шунта и к первому входу канала измерения тока, второй выход измерительного трансформатора тока соединен с вторым входом канала измерения тока, дополнительно введены второй измерительный резистор-шунт, первый и второй управляемые ключи, вычислительный блок и блок управления, причем вход первого управляемого ключа соединен с вторым выводом первого измеритель59ного резистора-шунта, а выход - с вторым выходом измерительного трансформатора тока, первый вывод второго измерительного резистора-шунта соединен с первым выходом измерительного трансформатора тока, а второй вывод - с входом второго управляемого ключа, выход которого подключен к второму выходу измерительного транс форматора тока, управляющие входы обоих управляемых ключей соединены с первым и вторым выходами блока управления, третий, выход блока управления подключен к первому входу вычислительного блока, второй вход вычислительного блока соединен с выходом канала измерения тока, а выход - с вторым входом делительной системы,На фиг, 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - эквивалентная схема замещения зонда бокового каротажа. Устройство содержит фиг, 1J первый экранный электрод 1, второй экранный электрод 2, центральный элект род 3. генератор k переменного тока, канал 5 измерения потенциала, удален ный электрод 6, измерительный трансформатор 7 тока, первый измерительный резистор-шунт 8, канал 3 измерения тока, делительную.систему 10, второй измерительный резистор-шунт 11, первый управляемый ключ 12, второй управляемый ключ 13, вычислитель ный блок Tt, блок 15 управления, сопротивление 16 шунта- (фиг, 2J между экранными 1 и 2 и центральным 3 элект родами зонда, обусловленное наличием измерительных резисторов-шунтов и определяемое формулой (1), сопротивление 17 участка скважины между цент ральным 3 и экранными 1 и 2 электродами, обусловленное наличием в сква жине промывочной жидкости, сопротивление 18 заземления экранных электро дов 1 и 2, сопротивление 19 заземления центрального электрода 3. При этом 1д - ток, протекающий через экранные электроды 1 и 2, If- - ток, протекающий через сопротивление 16 шунта между экранными 1 и 2 и центральным 3 электродами зонда, протекающий через центральный электрод 3 зонда, 103 - ток, ответвляющийся из цепи экранных электродов 1 и 2 и протекающий через сопротивление 17 участка скважины между экранными и центральным электродами. 1 Выход генератора переменного тока соединен с первым экранным электродом 1 , первый вход канала измерения потенциала 5 подключен к удаленному электроду Ь, а второй - к экранным электродам 1 и 2, выход канала 5 измерения потенциала подключен к первому входу делительной системы 10, первый вход измерительного трансформатора 7 .тока соединен с экранными электродами 1 и 2, а второй - с центральным электродом 3, первый выход измерительного трансф рматора 7 тока подключен к первому выводу первого измерительного резистора-шунта 8 и одновременно - к первому входу канала 9 измерения тока, второй вход измерительного трансформатора 7 тока соединен с вторым входом канала 9 измерения тока, вход первого управляемого ключа 12 соединен с вторым выиодом первого измерительного резистора-шунта 8, а выход - с вторым выходом измерительного трансформатора 7 тока, первый вывод второго измерительного резИстора-шунта 11 соединен с первым выходом измерительного трансформатора 7 тока, а второй - с входом второго управляемого ключа 13, выход которого подключен к второму выходу измерительного трансформатора 7 тока, управляющие входы управляемых ключей 12 и 13 соединены с первым и вторым выходами блока 15 управления, третий выход блока управления 15 подключен к первому входу вычислительного блока , второй вход вычислительного блока Т соединен с выходом канала измерения тока 9, а выход - с вторым входом дeлитeJlbнoй системы 10. Устройство работает следующим образом. Питание электродов зонда бокового каротажа осуществляется переменным током от стабилизированного генератора и. Для измерения потенциала электродов зонда относительно удаленного электрода 6 служит канал измерения потенциала 5 электродов зонда, а для измерения тока центрального электрода 3 канал измеоения 9 тока центрального электрода. Делительная система 10 производит деление величины потенциала электродов зонда на величину тока центрального электрода. На выходе делительной системы 10 получается напряжение, пропор7циональное измеряемому кажущемуся удельному сопротивлению, определяемому формулой о- Г ж. р K-f3 Огде К - коэффициент зонда бокового каротажа; и - потенциал электродов зонда относительно удаленного электрода 6 ; IQ - ток центрального электрода 3. Однако фактически в канале тока центрального электрода измеряется не величина тока центрального элект рода TO, а только часть этого тока 1 (фиг. 2), протекающая через сопротивление 16 шунта. Ток 1, проте кая через сопротивление 1б шунта, создает на нем падение напряжения, Поступающее на вход измерительного трансформатора 7 тока и далее в канал 9 измерения тока центрального электрода. Это же падение напряжения вызывает нарушение эквипотенциа ности электродов зонда и изменение плотности тока по длине зонда. Это приводит к перетеканию тока экранЬ)ых электродов 1 и 2 через сопротив ление 17 участка скважины непосредственно на центральный электрод 3. Величина тока через центральный эле род 3 будет больше фактически измеряемой величины 1. Для устранения влияния .неравенства .потенциалов электродов процесс измерения разбивается во времени на циклы, в каждо из которых выполняется два такта из мерения. Время цикла выбирается дос таточно малым, чтобы измеряемое удельное сопротивление практически не изменялось в течение цикла. В первом такте измерения блок 15 упра ления открывает первый управляемый ключ 12 и закрывает управляв мый ключ 13. При этом к выходу изме рительного трансформатора 7 тока по ключается первый измерительный резистор-шунт 8, Центральный электрод 8 и экранные электроды 1 и 2 оказыв ются соединенными между собой сопро тивлением шунта Hf , равным где - сопротивление первого измерительного резистора-шу та 8; 1« п - коэффициент трансформации измерительного трансформатора тока 7. Обычно п выбирается порядка 1000, а Нщл- порядка 10 кОм. Таким образом гyjимеет величину порядка 0,01 Ом. Падение напряжения на шунте г, пропорциональное току через него I у , поступает на вход санала 9 тока измерения, на выходе которого получаются показания N, равные N k-Ip.. (k-), где k - коэффициент передачи канала измерения тока 9. Показания N можно представить следующим образом (фиг. 2) N k(lp - log.J.(5J Это следует из .эквивалентной схемы замещения, представленной на фиг. 2. Показания N запоминаются вычислительным блоком 1. Во втором такте измерения блок 15 управления закрывает первый управляемый ключ 12 и открывает второй управляемый ключ 13. При этом первый измерительный резистор-шунт 8 отключается, а второй измерительный резисттор-шунт 11 подключается к выходу измерительного трансформатора 7 тока. Центральный электрод 3 будет соединен с экранными 1 и 2 через сопротивление шунта где R. - сопротивление второго измерительного резисторашунта 11. Через сопротивление 16 шунта (фиг. 2) будет протекать при этом ток If- отличный от тока у-, вследствие перераспределения токов в сопротивлениях 16 и 17. На выходе канала 9 измерения тока получаются показания NX, равные Х Ir-r loKaJ- C7j Эти показания фиксируются в памяти вычислительного блока 1. Из схемы замещения (фиг. 2) для первого такта измерения следует 1оКоЭ . П1 т - 09. - R0g - величина сопротивления 17 участка скважины, для второго такта измерения IP- Rpg 0. Т IP .т г . Из выражений (8) - (11) следует Таким образом, в результате двух тактов измерения и выражения (12) имеет систему трех уравнений с тремя неизвестными IQ, IQ N kdo - Io9i) N k(Io-- 1о9а) Io9a /j ТГГГ / оэ Система уравнений (13) решается относительно 1 в вычислительном бл ке Т по алгоритму- N (1 «f П ТГ 7Гмо/5Т) Фактическое значение тока I., цен рального электрода 3 по команде бло ка 15 управления передается из вычислительного блока 1 в делительну систему 10, где осуществляется преобразование сигналов измерения потенциала и тока в соответствии с вй ражением (2). На выходе делительной системы 10 получается напряжение, пропорциональное кажущемуся удельному сопротивлению, неискаженному влиянием неравенства потенциалов электродов зонда. Отношение // выбирается равным 0,5-1,5, исключая еди ницу. Таким образом, устройство позволяет исключить погрешность измерени удельного сопротивления, обусловлен ную влиянием неравенства потенциало электродов зонда. В качестве базово го объекта для сравнивания характеристик может служить один из приборов бокового каротажа серии Э: 31, Э, 37, 39. У этих приборов погрешность в из мерении кажущихся удельных сопротив лений пород, обусловленная неравенством потенциалов электродов зонда, составляет более 12% при удельном сопротивлении промывочной жидкости 0,03 Ом и увеличивается с уменьшением последней (не считая аппаратур ной погрешности, равной 10%). Предлагаемое устройство позволяет устранить эту погрешность, что дает возможность получить более точные данные об удельных сопротивлениях пород, следовательно, более точно оценить коллекторские свойства нефтяных и газовых пластов и произвести подсчет запасов нефти и газа. Формула изобретения Устройство для бокового каротажа скважин, состоящее из первого и второго экранных электродов и центрального электрода, образующих зонд бокового каротажа, генератора переменного тока,,канала измерения потенциала, удаленного электрода, измерительного трансформатора тока, первого измерительного резистора-шунта, канала измерения тока и делительной системы, при этом выход генератора переменного тока соединен с экранными электродами зонда, первый вход канала измерения потенциала подключен к удаленному электроду, а второй - к экранным электродам, выход канала измерения потенциала подключен к первому входу делительной системы, первый вход измерительного трансформатора тока соединен с экранными электродами, а второй - с центральным электродом, первый выход измерительного трансформатора тока подключен к первому выводу первого измерительного резистора-шунта и к первому входу канала измерения тока, второй выход измерительного трансформатора тока соединен с вторым входом канала измерения тока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения удельных электрических сопротивлений пород путем исключения влияния неравенства потенциалов электродов зонда на результаты бокового каротажа, дополнительно введены второй измерительный резистор-шунт, первый и второй управляемые ключи, вычислительный блок и блок управления, причем вход первого управляемого ключа соединен с вторым выводом первого измерительного резистора-шунта, а выход с вторым выходом измерительного трансформатора тока, первый вывод второго измерительного резистора-шунта соединен с первым выходом измерительного трансформатора тока, а второй вывод - с входом второго упП98362

равляемого ключа, выход которого подключен к второму выходу измерительного трансформатора тока, управляющие входы обоих управляемых ключей соединены с первым и вторым выходами s блока управления, третий выход блока управления подключен к первому входу вычислительного блока, второй вход вычислительного блока соединен с выходом канала измерения тока, to а выход - с вторым входом делительной системы.

1,2

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

с. 1Й-122.

1C

15