Скважинный резистивиметр

 

1. СКВАЖИННЕЛЙ РЕЗИСТИВИМЕТР, содержащий генератор переменного тока, прямой токовый электрод, обратный токовый электрод, первый и второй измерительные электроды, первый измерительный трансформатор и канал телеизмерения, при этом первый измерительный электрод расположен на теле прямого токового электрода и оба электрода охвачены вторым измерительным электродом, имекяцим пространственную форму, входы первого измерительного трансформатора подключены к первому и второму измерительным электродам, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений удельного электрического сопротивления скважинной промывочной жидкости при комплекс ных геофизических исследованиях скважин , дополнительно введены трансформатор питания токовых электродов, третий измерительный электрод, второй измерительный трансформатор, ячейка вычитания и делитель напряжения , причем третий измерительный электрод расположен на теле обратного токового электрода и оба охвачены вторым измерительным электродом, прямой и обратный токовые электроды, первый и третий измерительные электроды на всем протяжении расположены в одном сечении, перпендикулярном оси резистивиметра, входы трансформатора питания токовых электродов последовательно включены в цепь генератора переменного тока, выходы трансформатора питания токовых Ф электродов подключены к прямому то (Л ковому электроду и обратнот«гу токовому электроду, входы второго измерительного трансформатора подключены к второму и третьему измерительным электродам, выходы первого и второго измерительных трансформаторов соединены с входами ячейки вычитания , выход которой подключен к входу делителя напряжения, а выхсщ де-J лителя напряжения - к входу канала со со телеизмерения. 2. Резистивиметр по п. 1, о т л и чающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, первый и второй измерительные трансформаторы , ячейка вычитания и делитель напряжения выполнены на едином магнитопроводе .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(511 С 01 V 3 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3526637/18-25 (22) 24.12.82 (46) 15.02.84. Вюл. 9 б (72) В.Ф.Мечетин и В.A.Êoðîëåâ (71) Всесоюзный научно-исследователь. ский институт нефтепромысловой геофизики (53) 550.84(088 ° 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 439776, кл, G 01 V 3/18, 30 .06 .69

2. Кривко Н.Н. Промыслово-геофизическая аппаратура и оборудование.

М, Недра, 1981, с. 77-78 (прототип) . (54) (57) 1. СКВАЖИННЫЙ РЕЗИСТИВИМЕТР, содержащий генератор переменного тока, прямой токовый электрод, обратный токовый электрод, первый и второй измерительные электроды, первый измерительный трансформатор и канал телеизмерения, при этом первый измерительный электрод расположен на теле прямого токового электрода и о6а электрода охвачены вторым измерительным электродом, имеющим пространственную форму, входы первого измерительного трансформатора подключены к первому и второму измерительным электродам, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерений удельного электрического сопротивления скважинной промывочной жидкости при комплекс. ных геофизических исследованиях скважин, дополнительно введены трансфор„„Я0„„1 073731 A матор питания токовых электродов, третий измерительный электрод, второй измерительный трансформатор, ячейка вычитания и делитель напряжения, причем третий измерительный электрод расположен на теле обратного токового электрода и оба охвачены вторым измерительным электродом, прямой и обратный токовые электроды, первый и третий измерительные электроды на всем протяжении расположены в одном сечении, перпендикулярном оси резистивиметра, входы трансформатора питания токовых электродов последовательно включены в цепь генератора переменного тока, выходы трансформатора питания токовых электродов подключены к прямому токовому электроду и обратному токовому электроду, входы второго измерительного трансформатора подключены к второму и третьему измерительным электродам, выходы первого и второго измерительных трансформаторов соединены с входами ячейки вычитания, выход которой подключен к вхо- (, } ду делителя напряжения, а выход делителя напряжения — к входу канала телеизмерения. СЮ

2. Резистивиметр по и. 1, о т л и-, ч аюшийся тем, что, с целью упрощени я конструкций, первый и (Д второй измерительные трансформаторы, ячейка вычитания и делитель напряжения выполнены на едином магнитопроводе °

1073731

Изобретение относится к промыслово-геофизической . техники, а более конкретно к геофизическим приборам, предназначенным для измерения удельного электрического сопротивления промывочной жидкости, заполняющей ствол буровой скважины.

Известен скважинный резистивиметр .для измерения удельного электрического сопротивления промывочной жидкости на одножильном кабеле, содержащей два электрода, наземную измерительную схему, генератор переменного тока, развязывающие фильтры.

B этом резистивиметре для уменьшения погрешности, вносимой активным сопротивлением жил кабеля, один электрод подключен к жиле кабеля через конденсатор, другой электрод соединен с оплеткой кабеля, а между жилой и оплеткой кабеля включен диод (1) .

Однако этот резистивиметр не пригоден для комплексирования с другими методами электрического каротажа. Это снижает производительность геофизических исследований скважин.

Кроме того, точность измерений низка из-за неполного устранения влияния жил кабеля, так как при изменении сопротивления жилы кабеля изме-. няется обратный ток диода, а следовательно, и измеряемый сигнал. Йогрешность в измерениях вносит также!

О!

5 изменение прямого напряжения диода при температурных воздействиях и утечки в кабеле. Точность измерений 35 снижается также из-за изменения переходного сопротивления электродов резистивиметра, обусловленного состоянием поверхности электродов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является скважинный резистивиметр, входящий в состав аппаратуры электрического к ар от аж а КПС; 2, Скважинный резистивиметр содержит генератор переменного тока, прямой токовый электрод, обратный токовый электрод, первый и второй измерительные электроды, первый измерительный трансформатор и канал телеизмерения, при этом первый измерительный электрод расположен на теле прямого токового электрода и оба электрода охвачены вторым измерительным электродом, имеющим пространственную форму, входы первого 55 измерительного трансформатора подключены к первому и второму изме— рительным электродам.

Этот резистивиметр комплексируется с зондами бокового каротажного QQ зондирования (БКЗ), так как прямой токовый электрод является общим для резистивиметра и зондов БКЗ, Точность измерения повышается за счет снижения влияния изменений параметров кабеля (в частности утечек) на измеряемые величины (2).

Однако так как зонды БКЗ требуют для своего питания токи порядка

0,4-0,5 A„ à токовые электроды резистивиметра и зондов БКЗ общие, то плотность тока на поверхности прямого токового электрода достигает значительных величин. Это приводит к разрушению поверхности электрода и к изменению коэффициента резистивиметра, что снижает точность измерений. Кроме того, при больших плотHocTfIx тока увеличивается емкостная составляющая эквивалентного переходного сопротивления электрода, что также приводит к дополнительной погрешности при фазочувствительном выпрямлении В канале телеизмерения °

Цель из обретен и я — повышен и я т очности измерений удельного электрического сопротивления скважинной промывочной жидкости при комплексных геофизических исследованиях скважин.

Указанная цель достигается тем, что в скважинный резистивиметр, содержащий генератор переменного тока, грямой токовый электрод, обратный токовый электрод, первый и второй измерительные электроды, первый измерительный трансформатор и канал телеизмерения, при этом первый измерительный электрод расположен на теле прямого токового электрода и оба электрода охвачены вторым измерительным электродом, имеющим пространственную форму, входы первого измерительного трансформатора подключены к первому и второму измерительным электродам, дополнительно введены трансформатор питания токовых электродов, третий измерительный электрод, второй измерительный трансформатор, ячейка вычитания и делитель напряжения, причем третий измерительный электрод расположен на теле обратного токового электрода и оба охвачены вторым измерительным электродом, прямой и обратный токовые электроды, первый и третий измерительные электроды на всем своем протяжении располо>кены в одном сечении, перпендикулярном оси резистивиметра, входы трансформатора питания токовых электродов последовательно включены в цепь генератора переменного тока, выходы трансформатора питания токовых электродов подключены к прямому токовому электроду и обратному токовому электроду, входы второго измерительного трансформатора поцключены Ко второму и третьему измерительным электродам, выходы первого и второго измерительных трансформаторов соединены со входами ячейки вычитания, выход которой подключен ко входу делителя,- а выход делите1073731

20

25 ключены соответственно к токовым электродам 2 и 3, входы первого из- З0 мерительного трансформатора 6 соеди40

50 чена к входу канала 7 телеизмерения. 60

На фиг. 3 изображены прямой токо65 ля напряжения — к входу канала телеизмерения, при этом с целью упрощения конструкции первый и второй измерительные трансформаторы, ячейка вычитания и делитель напряжения выполнены на едином магнитопроводе.

На фиг. 1 представлена структурная схема резистивиметра; на фиг. 2 измерительные трансформаторы, ячейки вычитания и делитель напряжения; на фиг ° 3 — конструкция электродной системы предлагаемого резистивиметра; на Фиг. 4 - сечение A A на фиг.3.

На фиг. 1 изображен генератор 1 переменного тока, прямой токовый электрод 2, обратный токовый электрод 3, первый измерительный электрод 4, второй измерительный электрод 5, первый измерительный трансформатор 6, канал 7 телеизмерения, трансформатор 8 питания токовых электродов, третий измерительный электрод 9, второй измерительный трансформатор 10, ячейка 11 вычитания, делитель 12 напряжения.

Входы трансформатора 8 питания токовых электродов последовательно включены в цепь генератора 1 переменного тока, выходы трансформатора 8 питания токовых электродов подиены с первым измерительным электродом 4 и вторым измерительным электродом 5, выходы первого измерительного трансформатора 6 подключены к входам ячейки 11 вычитания, входы второго измерительного трансформатора 10 подключены к второму измерительному электроду 5 и третьему измерительному электроду 9, выходы второго измерительного трансформатора 10 соединены с входами ячейки 11 вычитания, выход ячейки

ll вычитания подключен к входу делителя 12- напряжения, выход которого соединен с входом канала 7 телеизмерения.

На фиг.2 изображены первичная обмотка 13 первого измерительного трансформатора, первичная обмотка

14 второго измерительного трансформатора, магнитопровод 15, выполняющий также функции ячейки вычитания, вторичная обмотка 16 первого и второго измерительных трансформаторов, выполняющая также функции индуктивного делителя напряжения.

Первичные обмотки 13, 14 соединены с измерительными электродами 4, 5 и 9. Вторичная обмотка 16 подклювый электрод 2, обратный токовый электрод 3, первый измерительный электрод 4, второй измерительный электрод 5, третий измерительный

55 электрод 9, изолирующие прокладки

17 — 20.

Первый измерительный электрод 4 расположен на теле прямого токового

2 и изолирован от него прокладкой

17, третий измерительный электрод 9 расположен на теле обратного токового электрода 3 и изолирован от него прокладкой 18.

Прямой токовый электрод 2, обратный токовой электрод 3, первый измерительный электрод 4, третий измерительный электрод 9, охвачен вторым измерительным электродом 5, имеющим пространственную форму полого цилиндра. Прямой токовый электрод 2 изолирован от второго измерительного электрода 5 прокладкой 19, обратный токовый электрод 3 изолирован от второго измерительного электрода 5 прокладкой 20.

На всем своем протяжении прямой токовый электрод 2, обратный токовый электрод 3, первый измерительный электрод 4 и третий измерительный электрод 9 находятся в одном сечении, перпендикулярном оси резистивиметра.

Реэистивиметр работает следующим образом.

Стабилиэированнь1й переменный ток величиной 400-500 мА и частотой

300-400 Гц, создаваежяй генератором 1 переменного тока, преобразует-ся трансформатором 8 питания токовых электродов в ток величиной около 20 мА. Этот ток питает прямой 2 и обратный 3 электроды резистивиметра. Токовые электроды 2, 3 и измерительные 4, 9 расположены в полости, образованной измерительным электродом 5, через которую может свободно проходить скважинная промывочная жидкость. Между измерительными электродами 4 и 5 возникает разность потенциалов дБ 4 и 5, пропорциональная удельному электрическому сопротивлению промывочной жидкости у

hU» (1) где I — ток питания токовых электродов;

К вЂ” коэффициент трехэлектродной

1 установки, образованной электродами 2, 4 . и 5 ..

Между измерительными электродами

9 и 5 также возникает разность потенциалов bU< 9, пропорциональная удельному электрическому сопротивлению про»ывочной жидкости / и равная

aU

39

5,9 К (2) где К. — коэффициент трехэлектрод2 ной установки, образованной электродами 3, 5 и 9.

Так как конструкция и размеры электродных установок одинаковы, то

К 1=К 2 иЮО» = 60 9 Минус В ФОРмУле

45 9

1073731 (2) обусловлен тем, что ток питания Х втекает в токовый электрод

3, а из электрода 2 вытекает.

Разности потенциаловй0 иaUq9 приводятся измерительными трансформаторами 6 и 1О к необходимому уровню и подаются на входы ячейки 11 вычитания, где производится операция вычитания. Напряжение на выходе ячейки 11 вычитания равно

1S где и — коэффициент преобразования в одных н а пряж ен ий .

Это напряжение подается на делитель 12 напряжения с коэффициентом деления равным 2. Выходное напряже(О + +AU ние делителя 12 равное по-20 дается на вход канала 7 телеизмерения, где преобразуется в напряжение постоянного така, пропорциональное величине удельного электрического сопротивления промывочной жидкости.

Таким образом, входным напряжением канала телеизмерения является полусумма разностей потенциалов двух одинаковых трехэле ктродных установ ок, поэтому одинаковые и противопалож- 30 ные изменения разностей потенциалов

hU < DU, обусловленные, например, изменением коэффициентов К „и K> „ компенсируют друг друга. Неодинаковые изменения разностей потенциалов 35 благодаря измерению их полусуммы также приэ адят к мен ьшим погреши ост ям измерения удельного сопротивления промывочной жидкости, чем это имело бы место при измерениях одной элект- л() родной установкой.

На фиг. 2 приведен пример конкретного выполнения измерительных трансформаторов, ячейки вычитания и делителя напряжения. Обмотки 13 и 14 являющиеся первичными обмотками измерительных трансформаторов, включены встречно. В магнитопроводе

15, играющим роль ячейки .вычитания, происходит вычитание магнитных потоков, создаваемых обмотками 13, 14.

На вторичной обмотке 16 трансформатора возникает напряжение, пропорциональное величине (hU+> + hU> ) .

Число витков во вторичной обмотке

16 выбирается в два раза меньше, чем необходимо для приведения суммарного сигнала к нужному уровню.

Благодаря этому осуществляется деление напряжения на 2. Предлагаемый скважинный резистивиметр допускает комплексирование его с зондами бокового каротажного зондирования, не внося погрешностей в результаты измеренйй зондами ВКЗ, так как расстояния от измерительных электродов зондов БКЗ до прямого 2 и обратного 3 токовых электродов равны между собой (поскольку электроды 2 и 3 расположены в одном се,чении скважины на всем своем протяжении), а токи питания электродов

2 и 3 равны по величине и противоположны по знаку. После токового электрода зондов БКЗ также не оказывает влияния на результаты измерения резистивиметром, так как осевая составляющая тока этого поля не создает разности потенциалов между измерительными электродами 2, 5 и 9, 5, поскольку они расположены э одном сечении скважины.

Радиальная составляющая тока создает на измерительных электродах разистивиметра противоположные по знаку разности потенциалов, которые взаимно уничтожаются.

Таким образом, предлагаемый резистивиметр в отличие от существующего резистивиметра (прототипа), реализованного в аппаратуре КСП-2, обладает следующими преимуществами: ,меньшая погрешность измерений, обусловленная нестабильностью коэффициента резистивиметра, так как токовые электроды работают при малых плотностях токов, что исключает разрушение электродов; .малая плотность тока обусловливает малую емкостную составляющую переходных сопротивлений токовых электродов, что уменьшает погрешность за счет фазовых сдвигов; резистивиметр может использоваться как автономно, так Момплексироэаться с приборами электрического, индукционного и прочих видов каротажа; уменьшение погрешности измерений благодаря регистрации полусуммы показаний двух одинаковых электродных установок.

Геолого-технический и экономический эффект от внедрения изобретения составляет не менее 2 тыс .руб, в год на один реэистивиметр.

1073731

107373I

Составитель Е.Поляков

Редактор A.Äîëèíè÷ Техред О.Неце Корректор Ь.Тяско

Закаэ 325/46 Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, %-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4