Способ индукционного каротажа

 

Использование: в промысловой геофизике , в частности в измерительной аппаратуре для геофизических исследований скважин на нефть и газ. Сущность изобретения: способ индукционного каротажа включает возбуждение электромагнитного поля по оси скважины и измерении напряженности магнитного поля и его первой и/или второй производных, а о величине удельной электрической проводимости судят из соотношений: при измерении первой производной «1 LH -1/2 щ 1/2, при измерении второй производной а L Н,-1/6 «2 0, при измерении первой и второй производных т/з Н + а LH + аЛ.2и ,- 1/6+ 1/3 0, где К, Н1, Н - напряженность магнитного поля, ее первая и вторая производные, L- расстояние между точкой возбуждения электромагнитного поля и точкой измерения.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 V 3/18

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ ЬСТВУ (21) 4785954/25 (22) 25.01.90 (46) 15.02.93, Бюл, N 6 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических методов исследований, испытания и контроля нефтегазоразведочных скважин (72) Г.Ф.Борисенко, М.Е.Комлева и Б,В.Рудяк (56) Антонов Ю.И., Приворотский Б.И., Высокочастотный индукционный каротаж, Новосибирск, Наука, 1975, с.260.

Кашик А.С. Разработка дифференциальных систем наблюдения и регистрации геофизических полей. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, M„1986, с.31-86.

Патент Великобритании

N 2121189, кл. G 01 V 3/18, 1983.

Изобретение относится к области промысловой геофизики, в частности, к измерительной аппаратуре для геофизических исследований скважин на нефть и газ.

Известен способ индукционного каротажа для определения удельной электрической проводимости среды, состоящей в возбуждении электромагнитного поля в среде катушками генераторной цепи зонда, питаемыми переменным током заданной частоты, измерении сигнала измерительной цепи и определении на основании измеренного сигнала с учетом чувствительности an„„. Ж„„1795397 А1 (54) СПОСОБ ИНДУКЦИОННОГО КАРОТАЖА (57) Использование: в промысловой геофизике. в частности в измерительной аппаратуре для геофизических исследований скважин на нефть и газ. Сущность изобретения; способ индукционного каротажа включает возбуждение электромагнитного поля по оси скважины и измерении напряженности магнитного поля и его первой и/или второй производных, а о величине удельной электрической проводимости судят иэ соотношений: при измерении первой производной g>=H+ а1 LH, -1/2 < 1/2, при измерении второй производной п2=Н+ а2

° L Н,— 1/6 <а2 <0, при измерении первой

2 и второй производных р = Н + ai LH + а 1 Н, — 1/6+ 1/3/а1 у а2 0, где Н, Н, Н вЂ” напряженность магнитного поля, ее

1 первая и вторая производные, L — расстояние между точкой возбуждения электромагнитного поля и точкой измерения, паратуры и скинэффекта проводимости пласта. Известен также способ определения электрических параметров пласта на постоянном токе с созданием дифференциальных систем наблюдения, позволяющий измерять высшие производные электрического поля.

Недостатком этих способов является низкая разрешающая способность исследований по вертикали.

Известен также способ индукционного каротажа скважин, основанный на возбуждении в среде электромагнитного поля, из1795397

Пусть на расстоянии L от дипольного источника измеряются также первая и вторая производные напряженности магнитного поля Hz u Hz по направлению оси. Для

5 однородной изотропной среды проводимости у непосредственным дифференцированием в (1), (2) получаем:

Hz = H„„+ iH, ° °

Hz =Ныл +IH (5) 10 (6) 15

Вводя по аналогии с (3), (4) понятие кажущейся удельной проводимости пласта для измерения производных Н и Н, получаем:

Н = Нпп+ Н», ft

Н, о М

) к2 =, / = — (10)

2д з

Для определения вертикальных характеристик установок, измеряющих Н и Н рассмотрим случай осесимметричной среды, проводимость которой изменяется в вертикальном направлении Z и не изменяется в радиальном направлении r:

y=y(z) В этом случае согласно (1) имеем; ко = до(, Z) g(z) dZ. (11)

45 — 00

Здесь ноль оси Z совпадает с серединой между источником и приемником, отстоящими друг от друга на расстоянии 1., а до (L, Z) -дифференциальная вертикальная харак50 теристика двухкатушечной пары; — k о =, (3)

Н . в M"

/Co 4_#_

1 I z I (/2

В общем случае неоднородной среды на ос- до (L, Z) = нове соотношения (3) вводится понятие ка- 55 жущейся удельной проводимости (12) I z l >u

Подставляя в (4) выражения (11) и (12) и ïðîводя дифференцирование, с учетом (9), (10), а

Н неодн. ь = (4) мерении напряженности магнитного поля по крайней мере двумя измерительными цепями, передаче измеренных сигналов на поверхность скважины и комбинирование этих сигналов несколькими различными способами с целью получения нескольких величин, характеризующих электрические свойства пласта.

Недостатком известного способа является низкая разрешающая способность по .вертикали и относительно небольшая глубинность в радиальном направлении.

Цель изобретения состоит в повышении разрешающей способности по вертикали и увеличении глубинности метода.в радиальном направлении.

Сущность предложенного способа состоит в следующем.

При возбуждении электромагнитного поля магнитным диполем с моментом M напряженность Н магнитного поля в точке, расположенной на оси диполя и отстоящий от него на расстоянии L, определяется соотношением где Нпп- M /2xL — величина прямого поля, не зависящая от свойств окружающей среды, а X» — вторичное поле, обусловленное наличием токов в среде, индуцированных магнитным диполем. Для однородной и изотропной среды с электрической проводимостью у в низкочастотном приближении

Долля имеем:

М н., = н, н = — ""- —, (г) где о — угловая частота тока питания,,имагнитная проницаемость, а наличие мнимой единицы отражает фазовый сдвиг вторичного поля относительно прямого на л/2.

В этом случае, измеряя активную компоненту напряженности магнитного поля

Н, определяем величину у как отношение измеренного значения Н к коэффициенту установки а>, 3 М; Н =-c0 MÕ, (7) л Г 4 x L

II б M н, УЯм Х 81. L 2 г 3

Г у1 —, к1 = — (9)

На,Лг к1 47г,г

1795397

Поэтому естественно ввести следующее определение кажущейся удельной электрической проводимости пласта при измерении . величины rp:

—1,,I г (< L/2

Г

gq (LZ) = (13) — — i Z I )1/2

10

2 1. 7 1 Е/2 (14) 15

3 3

jZ I )1/2, 322 где д (Z— - 1 /2) — д — функция Дирака, 20

Аналогичным образом рассматривая случай радиально-неоднородной среды и используя явный вид интегральной радиальной характеристики Qo(L.r) установки, измеряющей напряженность магнитного поля:

1-а1+2аг (19) О 3(° )—

L/r р (15) (20)

Использование соотношений (19), (20) и явных выражений для go, g>, g2, Оо, Q1. Ог ((12) — (17)) позволяет подбирать коэффициенты а1 а2 в целях повышения фокусирующих свойств метода индукционного

40 каротажа как в радиальном, так и в вертикальном направлениях.

При измерении напряженности магнитного поля Н и ее первой производной Н с последующим весовым сложением:

+ р{(— ) (4р — 3) — 1)Е(р); (16) Условие отсутствия отрицательного захода на дифференциальной вертикальной харак50 теристике: — -а . I z I a г дзу1(L z)—

2 Ф

+ . Iz I ) /г

S Z2 8Z3 (22) получаем явные выражения для дифференциальных вертикальных характеристик установок, измеряющих Н и Н

Оо(1,r) = 1 — p{E(p)+(— ) (E(p) — k(p)J), и свойства полных эллиптических интегралов первого К(р) и второго Е(р) рода, находим выражения для интегральных радиальных характеристик установок, реализующих измерение и роизводн ых Н и

Нз™, О (Е,г)=1 — р(— ) { 1+8(— ) р ) k(p)+

Ог(1,г)=1+(— ) p{1+4(— ) р (4+р ))k(p)+ р{-1 — 5(— ) +р (— ) +Зр (— ) )E(p). (17)

При сложении измеряемых величин Н, Нз и Нз с весовыми множителями, с учетом соотношений (4), (9), (10) получаем: з = Н +- а1 Н з + аг г Нз

=Го Ь 0 — a>y«+2àãóêã1

Hà +a> Hç +a2 2 Hç

7к ф к>у д — -Д вЂ” (1 — а1 - - 2 а ) (1В) Отсюда находим выражения для пространственных характеристик установки, измеряющей взвешенную сумму rp:

gpP(LZ) =

go (L Z ) - aq gi L, Z )+ 2 а2 g2 (L, Z ) I

I7I = Н +a) 1 Нз (21) приводит к следующим ограничениям на а>.

1795397

1 1 — — <а1 <—

2 2 (23) Интегральная радиальная характеристика согласно (20) определяется выражением: 5

Характерной особенностью пространственных характеристик в предложенном способе индукционного картажа является

10 наличие скачка и (или) д — функции на дифференциальной вертикальной характеристике в точке измерения первой и (или) второй производных напряженности магнитного поля, что следует из выражения (22), (26), 15 (30).

Q<1 (L r)— (24) Использование предлагаемого способа индукционного каротажа позволит по сравнению с существующим повысить достовер20 ность определения электрических параметров тонких пластов, а также пластов — коллекторов с глубокой зоной проникновения. Наиболее эффективным представляется использование предлагаемого способа

25 в вертикально-неоднородных разрезах. В разрезах, характеризующихся наличием тонких пропластков Н < 1 м и пачек пластов

Н - 0,3 — 0,5 м, целесообразно измерять вторую производную поля и определять паЗО раметры пластов из соотношения пг=- .Н +

+ Q2 L Н, варьируя при этом параметр а2

2 в пределах (-g 0), что позволяет менять

1 радиус исследования от L до 1,3 L. Для более

35 мощных пластов — коллекторов целесообразно измерять первую производную поля и определять проводимость неизменной части пласта из соотношения

1+2аг (26) 40 что позволяет увеличить радиус исследования до 1,6 L. В случае тонких пластов кол45 лекторов целесообразно измерять обе производные поля и определять проводимость пласта иэ соотношения

1-а1 +гаг

При измерении напряженности магнитного поля Н и ее второй производной Н с последующим весовым сложением

fl

rp = Н +m Р Н (25) Условие отсутствия отрицательного захода на дифференциальной вертикальной характеристике:

9 „. (L,2) = — „2 д(2-L/2)+ — + —; l Z I /2

1 3аг, 2I 1

+; I Z I >1/2

82 162 приводит к ограничениям на значения коэффициента — — аг (0

6 (27)

Интегральная радиальная характеристика Qyj2 представима в виде:

Q4 L r +2агрг L r) (28)

При измерении всех трех величин Н, Н" и

Н с последующим весовым сложением р= Н + а1 Н +а23 Н (29) пространственные характеристики рр (L,Z) и Qyp (L,r) определяются соотношениями (19), (20). Используя выражения (12) — (14) получаем: г — — IZI < L/2

+ 1

1-а1 +гаг 2 3

+а1 - +3 а2 L >„/

8Z 8Z 16Z (ЗО) Полагая рр (L,Z) >0 и анализируя выражение (30), получаем ограничения на параметры а1, аг: — — + — I а1 (аг О (31)

1 1

6 3

rI1 = Н + а1 L Н (— а1 — ), 1 1 р = Н + а1 р Н + аг L Н", варьируя коэффициенты а1, аг в допустимых пределах с целью получения требуемых радиуса исследования и вертикального расчленения.

1795397 а а 0.

Составитель В.Попов

Техред М.Моргентал Корректор Н.Милюкова

Редактор Т.Иванова

Заказ 428 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/Б

Производственно-издательский комбинат "Патент" ° г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

Способ индукционного каротажа, в котором возбуждают электромагнитное поле магнитным диполем, расположенным на оси скважины, измеряют напряженность Н магнитного поля на оси скважины в точке, отстоящей от магнитного диполя на расстояние L, и по полученным результатам судят об удельной электрической проводимости пластов, вскрытых скважиной, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения, разрешающей способности исследований по вертикали и увеличения глубинности способа в радиальном направлении, дополнительно измеряют в той же точке первую производную Н и/или вторую производную Н напряженности магнитного поля по направлению оси скважины. а о величине удельной электрической проводимости 7J пластов судят, исходя из соотношений:

y> - Н + a>LH — при измерении первой производной:

tp - Н + L H — при измерений второй производной:

rp- H+a>LH + цр . Н вЂ” при измерении первой и второй производных напряженности магнитного поля, причем коэффициентывы а> ий выбирают, исходя изусловий ! а 1 <За + — 2.