Способ электромагнитного изопараметрического каротажного зондирования



Способ электромагнитного изопараметрического каротажного зондирования
Способ электромагнитного изопараметрического каротажного зондирования
Способ электромагнитного изопараметрического каротажного зондирования

 


Владельцы патента RU 2525314:

Федеральное государственное бюджетное учреждение Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук (ИНГГ СО РАН) (RU)

Изобретение относится к области геофизических исследований электрических свойств горных пород на основе изопараметрического зондирования и может быть использовано для определения электрофизических параметров пластов-коллекторов при бурении скважин на нефть и газ. Сущность: способ заключается в применении набора зондов с последовательным увеличением их длины LN и уменьшении частоты fN согласно электродинамическому изопараметру, равному произведению , где N - порядковый номер зонда 1; 2; …N-1; N, и измерении фазы модуля амплитуды гармонического колебания ЭДС в приемной катушке относительно синхронного колебания ЭДС в излучающей катушке зонда. Эти операции выполняют в каждом зонде по мере последовательного увеличения их длины. Технический результат: повышение чувствительности и разрешающей радиальной способности по данным информации об измененных электрофизических свойствах коллекторов и фиксации электрофизических неоднородностей, возникающих в ранние времена бурения, когда происходит неглубокое проникновение воды из скважины с признаками возникновения окаймляющей зоны. 2 ил.

 

Изобретение относится к области геофизических исследований электрических свойств горных пород на основе изопараметрического зондирования и может быть использовано для определения электрофизических параметров пластов-коллекторов при бурении скважин на нефть и газ.

Известны способы и устройства высокочастотного индукционного изопараметрического зондирования (ВИКИЗ) и высокочастотного электромагнитного каротажного изопараметрического зондирования (ВЭМКИЗ), предназначенные для исследования пространственного распределения удельного электрического сопротивления пород, вскрытых скважинами, бурящимися на нефть и газ.

Известные устройства для каротажного электромагнитного изопараметрического зондирования основаны на измерении разности фаз (авт.св. СССР №1004940, МКИ G01V 3/18, опубл. 15.03.1983; патент РФ №2063053, МПК G01V 3/18, опубл. 27.06. 1996).

Известен способ электромагнитного каротажного изопараметрического зондирования по патенту РФ №2365946, МПК G01V 3/28, опубл. 27.08.2009, основанный на регистрации между смежными зондами различной длины LN>LN-1 и различной частоты fN<fN-1 несинхронных разностей фаз между измерительными катушками или . В выражениях для разностей фаз, вычитаемая фаза или уменьшаемая фаза умножаются на коэффициент равный отношению частот больший единицы или меньший единицы соответственно, для того, чтобы привести (скорректировать) фазы различных гармонических колебаний к единому отсчету времени. При этом технические параметры всех смежных зондов подчиняют электродинамическому изопараметру, равному произведению .

Известные способы и устройства на основе измерения разности фаз исключают техногенные электрофизические параметры скважины и зоны проникновения. Действительно, разность фаз обладает фокусировкой. Под фокусировкой понимается технический способ исключения влияния электрических свойств части среды, находящейся около зондов. Это исключение возможно при получении разности фаз, поскольку отклики от ближних участков среды имеют равные значения аргументов в уменьшаемой фазе и в вычитаемой фазе. Таким образом, разностная величина дает информацию об электрическом свойстве пласта, исключая техногенные изменения в окрестности скважины, что, в итоге, снижает радиальную разрешающую способность зондирования. Однако исключение информации об изменениях удельного сопротивления в окрестности скважины лишает возможность диагностировать характер насыщения коллектора на ранней стадии вытеснения пластовых флюидов фильтратом бурового раствора. Отметим, в частности, что вытеснение нефти сопровождается замещением порового пространства водой. Это замещение приводит к понижению УЭС пласта в окрестности скважины, что является прямым признаком нефтеносности пласта-коллектора. В предлагаемом способе, измеряемая величина, а именно: фаза модуля амплитуды ЭДС, не имеет фокусирующего свойства. Фаза модуля амплитуды ЭДС, измеренная относительно источника, охватывает весь объем среды вокруг зонда и несет информацию обо всех изменениях электрических свойств в окрестности зонда, включая электрофизические свойства скважины. Электрофизические параметры скважины (диаметр и свойства бурового раствора) известны и легко учитываются при интерпретации данных измерения.

Задачей изобретения является повышение чувствительности и разрешающей способности к электрофизическим параметрам пласта-коллектора, включая зону техногенных изменений около скважины, исследование которой имеет большое практическое значение, например, при измерениях в процессе бурения. При этом задача зондирования решается набором зондов с электродинамическим подобием и регистрацией фазовых характеристик модуля амплитуды ЭДС в приемной (измерительной) катушке относительно синхронной по частоте ЭДС в излучающей (генераторной) катушке.

Техническим результатом является повышение чувствительности и радиальной разрешающей способности путем получения полной информации об измененных электрофизических свойствах коллекторов, включая параметры скважины. При этом конструкция зондового комплекса упрощается за счет уменьшения измерительных элементов вдвое.

Технический результат достигается тем, что в способе электромагнитного изопараметрического каротажного зондирования применяют набор 2-катушечных зондов с последовательным увеличением их длины LN и уменьшением частоты fN в соответствии с электродинамическим изопараметром, равном произведению , где N - порядковый номер зонда - 1; 2; …N-1; N, и измеряют каждым зондом фазу модуля амплитуды гармонического колебания ЭДС в приемной катушке относительно синхронного колебания ЭДС в излучающей катушке и выполняют эту операцию по мере последовательного увеличения длин зондов.

Цикл измерений в процессе каротажа выполняется последовательно всеми зондами по мере увеличения их длины. Один цикл измерений производится за 0,1 секунды и повторяется непрерывно при производстве каротажа. При стандартной скорости подъема скважинного прибора, равной 2000 м/ч, все зонды производят измерения на интервале глубины геологического разреза, равной 5,5 см. Этим достигается высокая разрешающая способность расчленения геологического разреза, поскольку получаемая дискретность дает непрерывность диаграмм каротажа в стандартных масштабах, например, 1/200.

Способы исключения техногенных изменений свойств коллектора около скважины известными техническими решениями можно рассмотреть аналитическим путем на примере функциональной связи магнитной напряженности поля HN и HN-1 вертикального магнитного диполя (излучателя поля) в модельной среде типа «цилиндрическая область в пласте коллекторе». Электрофизические параметры цилиндрической области отличаются от пласта и являются помехой для оценки УЭС пласта. С этой целью используют, по меньшей мере, два измерения гармонических колебаний в двух приемных катушках с разными расстояниями до излучателей поля. Временной сдвиг гармонических колебаний ЭДС между приемными катушками, определяемый как разность фаз, является целью измерений известными способами. Магнитные компоненты (Д.С. Даев, 1974), пропорциональные с ЭДС в приемных катушках, при определенных условиях (высокая частота, большая длина зонда), можно представить в виде:

и - компоненты поля вертикального магнитного диполя в однородной среде с параметрами пласта;

f - гармоническая частота поля;

µ - магнитная проницаемость среды;

σn - электропроводность пласта;

σr - электропроводность цилиндрической неоднородности;

r - радиус неоднородности;

L - длины зондов (расстояния между генераторными и измерительными элементами);

- модифицированная функция Бесселя первого рода нулевого порядка, отвечающая за параметры цилиндрической неоднородности.

Величины HN и HN-1, определяемые выражениями (1) для зондов различной длины, можно представить в виде:

где фазы зондов LN и LN-1 определяются суммой аргументов, включающих электрофизические параметры однородного пласта и неоднородности:

Определяя разность фаз между гармоническими колебаниями в измерительных элементах, имеем

Из результирующего выражения (5) следует, что разность фаз, измеряемая между колебаниями ЭДС в измерительных катушках зондов разной длины, не зависит от электрофизических свойств цилиндрической неоднородности.

Отсюда следует, что в известном решении измеряемая фаза в не обладает фокусирующими свойствами и, в соответствии с уравнением (3) или (4), зависит от электропроводности пласта σn и техногенной электропроводности σr в следующем виде:

В предлагаемом способе фаза гармонических колебаний ЭДС в приемной катушке N-то зонда измеряется относительно синхронного по частоте гармонического колебания ЭДС в излучающей катушке. По мере увеличения электропроводности исследуемой среды происходит увеличение фазы и уменьшение модуля амплитуды ЭДС в приемной катушке. Учитывая необходимость однозначного представления фазовой характеристики в диапазоне высоких значений электропроводности, предельной величиной для фазы является значение равное π/2-радиан.

Реализацию более высокой чувствительности предлагаемого способа можно продемонстрировать на модели однородной среды (А.А. Кауфман, 1965).

Напряженность электрического поля в точке размещения приемной катушки на оси излучателя поля в электропроводящей и электрически поляризующейся среде имеет вид:

Где ω=2πf - круговая и циклическая частота (радиан и Гц);

µ - магнитная проницаемость среды (Гн/м) принята равной вакууму [4π10-7 (Гн/м)].

МГ - магнитный момент излучающей катушки;

L - длина зонда, м;

σ - удельная электропроводность (Сим/м);

ε - абсолютная диэлектрическая проницаемость (Ф/м).

В квазистационарном электромагнитном поле (индукционный каротаж) токи проводимости преобладают над токами смещения (Iпр>>Iсм при σ>>ωε), и тогда

Для реальной и мнимой частей поля из (7) имеем выражения:

Модуль электрической компоненты поля в плоскости ортогональной оси зонда на расстоянии L равен

Фаза модуля электрической компоненты относительно тока в генераторной катушке зонда имеет следующий вид:

В выражениях (9), (10), (11), (12) безразмерный параметрр, с учетом (8), равен:

Технические параметры N-ых зондов, представленные произведением , позволяют рассматривать уравнения (9), (10), (11), (12) зависящими только от удельной электропроводности, если магнитные свойства пренебрежимо малы. Следовательно, фиксированное значение безразмерного параметра p согласно равенству (13) и фиг.2, определяет конкретное значение электропроводности однородной изотропной среды. При этом отклики от среды приходятся на различные радиальные удаления от зондов различной длины. При наличии изменения электропроводности в радиальном направлении, например, за счет вытеснения пластовых флюидов фильтратом воды из скважины, зонды различной длины в составе набора, несут информацию об изменении электрических свойств, вызванных техногенными процессами бурения.

На фиг.1 показаны графики чувствительности к удельному электрическому сопротивлению однородной среды различными методами измерения электромагнитных характеристик, а именно: разности фаз (Δφ) и фазы (φ), измерение которой выполняют по предлагаемому способу. Из приведенных графиков на фиг.1 следует, что чувствительность фазы к удельному сопротивлению выше, чем для известных решений, по меньшей мере, в два и более раз в диапазоне измерения удельного сопротивления среды.

На фиг.2 представлен график зависимости реальной и мнимой компонент поля от параметра p гласно уравнениям (9) и (10). Модуль амплитуды определяется в координатах реальной и мнимой компонент поля в соответствии с уравнением (11). Фаза модуля амплитуды ЭДС в приемной катушке, измеряемая относительно ЭДС в излучающей катушке описывается выражением (12) и складывается из постоянной фазы равной (π/2)-радиан, когда зонд находится в воздухе, и фазы, зависящей от удельной электропроводности среды. Любая точка пересечения вектора амплитуды с графиком соответствует определенному значению удельной электропроводности однородной среды. В качестве примера, на график фиг.2 нанесены численные значения параметра p по мере увеличения фазового угла. Как видно, значению p=3,81 соответствует величина фазового угла от проводящей среды, равная π-радиан. Модуль амплитуды и его фаза, как следует из графика на фиг.2, связаны с реальными и мнимыми компонентами поля в однородной изотропной среде в широком диапазоне электропроводности среды.

Верхний предел измерения электропроводности ограничен углом в π-радиан от величины ЭДС прямого поля в воздухе в измерительной катушке. При этом значение максимальной электропроводности оценивается для конкретного значения электродинамического изопараметра при известном значении минимальной величины удельного сопротивления среды.

Нижний предел измерения удельной электропроводности ограничен минимальной величиной фазового угла относительно прямого поля с максимальным удельным сопротивлением исследуемой среды и определяется погрешностью измерений малых фазовых углов.

В предлагаемом способе использование 2-катушечных зондов позволяет сократить количество измерительных катушек вдвое, по сравнению с известными системами измерения разностей фаз.

Способ электромагнитного изопараметрического каротажного зондирования, в котором применяют набор зондов с последовательным увеличением их длины LN и уменьшением частоты fN согласно электродинамическому изопараметру, равному произведению , где N - порядковый номер зонда 1; 2; …N-1; N, отличающийся тем, что измеряют фазы между синхронными гармоническими колебаниями ЭДС в измерительной катушке относительно колебания ЭДС в генераторной катушке зонда и выполняют эти операции в каждом зонде по мере последовательного увеличения их длины.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при изучении электрических свойств горных пород. Заявлен способ измерения удельной электропроводности и электрической макроанизотропии горных пород, включающий электромагнитное возбуждение тока, текущего вдоль проводящей поверхности металлического корпуса каротажного прибора, тороидальной катушкой.

Изобретения относятся к области подземной разведки, в частности к устройствам и способам определения параметров среды и геологического сопровождения бурения скважины.

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин в процессе бурения и может быть использовано для определения электрического сопротивления (УЭС) пластов, окружающих скважину.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при скважинных исследованиях распределения удельного сопротивления пласта. .

Изобретение относится к применению измерений методом сопротивлений для оценки толщ пород, которые включают глубоководные отложения. .

Изобретение относится к каротажу скважин. .

Изобретение относится к геофизике и может использоваться для трехмерных (3D) измерений электрических параметров горных пород: вдоль скважины, в радиальном и азимутальном направлениях.

Изобретение относится к промыслово-геофизической технике и может быть использовано в аппаратуре электромагнитного каротажа, предназначенной для измерения удельного электрического сопротивления и/или диэлектрической проницаемости горных пород в нефтегазовых скважинах.

Изобретение относится к области геофизических исследований обсаженных скважин. Сущность: возбуждение электромагнитного поля производят с помощью генераторной соленоидной катушки индуктивности, питаемой разнополярными импульсами тока длительностью, например, 150 ms. Прием нестационарного магнитного поля вихревых токов производят соленоидной катушкой индуктивности с ферритовым сердечником в диапазоне времен от 150 ms до 500 ms от момента выключения тока питания генераторной соленоидной катушки в непрерывном режиме. Сигнал с приемной катушки предварительно усиливают за счет применения высокодобротного контура ударного возбуждения, включающего тороидальную катушку индуктивности. По анализу кривых спада электромагнитного поля производят расчет кажущегося электрического сопротивления. Устройство содержит источник зондирующего тока, генераторную и компенсационную катушки, размещенные соосно и коаксиально и соединенные встречно через источник зондирующего тока, приемную катушку, блок согласования, регистрирующее устройство, дополнительную катушку индуктивности тороидальной формы и коммутирующие элементы. Тороидальная катушка индуктивности соединена с приемной катушкой через коммутирующие элементы параллельно с блоком согласования. Технический результат: измерение кажущегося сопротивления пород в условиях обсаженных скважин без контакта с колонной и с достаточной точностью. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Устройство для измерения удельной электропроводности и электрической макроанизотропии горных пород относится к области геофизических исследований в нефтегазовых скважинах и может быть использовано для изучения электрических свойств горных пород (коллекторов), окружающих скважину, зондами (скважинными излучателями) методом электромагнитного каротажа. Устройство для измерения удельной электропроводности и электрической макроанизотропии горных пород, содержит корпус, тороидальные генераторные и тороидальные приемные катушки. Корпус выполнен немагнитным, генераторные и приемные катушки установлены внутри корпуса на немагнитном стрежне. Генераторные катушки расположены на противоположных концах стержня, с возможностью синфазного, противофазного и компенсационного включения. Между генераторными катушками расположено заданное число приемных катушек на известном расстоянии друг от друга, при этом приемные катушки для измерения плотности тока выполнены на ферромагнитном сердечнике, а приемные катушки для измерения наведенной ЭДС выполнены на диэлектрическом сердечнике. Технический результат - повышение точности данных зондирования. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к скважинным измерительным устройствам, используемым для измерения электромагнитных свойств ствола скважины. Техническим результатом является обеспечение направленного действия антенны с возможностью принимать сигналы с разных сторон. Предложен скважинный измерительный инструмент, включающий, по меньшей мере, одну неплоскую антенну, сконфигурированную для передачи и/или приема электромагнитного излучения. При этом неплоская антенна включает в себя, по меньшей мере, одну неплоскую петлю антенного провода, развернутого вокруг корпуса инструмента. Причем в одном примере варианта осуществления неплоскую антенну можно считать двухплоскостной, включающей в себя первую и вторую секции полуэллиптической по форме, образующие первую и вторую пересекающиеся геометрические плоскости. В другом примере варианта осуществления аксиальное разделение между неплоской петлей антенного провода и проходящей по окружности центральной линией антенны изменяется, по существу, синусоидально относительно азимутального угла по окружности инструмента. Являющиеся примером неплоские антенны согласно изобретению могут быть предпочтительно выполнены с возможностью приема и передачи излучения, по существу, чисто x-, y- и z-моды. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при разведке нефти и природного газа. Электромагнитная расстановка содержит множество размещенных по оси электромагнитов, расположенных в немагнитном корпусе. Расстановка дополнительно содержит электрический модуль, такой как диодный мост, имеющий конфигурацию, обеспечивающую электрический ток постоянной полярности для по меньшей мере первого электромагнита расстановки. Расстановка может иметь конфигурацию, обеспечивающую создание спектра магнитного поля, который содержит один магнитный диполь, в случае, когда расстановка возбуждается электрическим током первой полярности, и по меньшей мере одну пару противоположных магнитных полюсов в случае, когда расстановка возбуждается электрическим током противоположной полярности. Изобретение предусматривает многочисленные независимые дальнометрические методы определения относительного положения между стволами скважин. Технический результат - повышение точности операций подземной магнитной дальнометрии. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к приборам для скважинных измерений, используемым для измерения электромагнитных свойств подземной скважины. Прибор (100) каротажа в процессе бурения включает в себя направленную антенну удельного сопротивления и экран (150, 250, 350, 450, 550) антенны. Экран (150, 250, 350, 450, 550) имеет, по меньшей мере, одну щель (160), имеющую, по меньшей мере, один электрически разомкнутый конец (165), образованную в нем. Экран (150, 250, 350, 450, 550) антенны может включать в себя опорный участок (170, 370) и множество разнесенных на расстояния пальцев (172, 372), продолжающихся на расстоянии от опорного участка (170, 370), так что концы (174, 374) пальцев электрически изолированы от корпуса (110) прибора и друг от друга. Как вариант, экран (550) антенны может включать в себя множество разнесенных на расстояния пластин (570), которые электрически изолированы от корпуса (110) прибора и друг от друга. Технический результат заключается в обеспечении надлежащей физической защиты чувствительных элементов антенны. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области геофизических исследований в нефтегазовых скважинах, а именно к устройствам для изучения электрических свойств горных пород (коллекторов), окружающих скважину, методом электромагнитного каротажа. Технический результат: повышение точности измерений при упрощении конструкции. Сущность: устройство содержит основание в виде немагнитной проводящей металлической трубы с соосно расположенной на нем приемной тороидальной катушкой с ферромагнитным сердечником и снабжено герметичным корпусом из немагнитного металла, который электрически соединен с основанием. Приемная тороидальная катушка с ферромагнитным сердечником содержит не менее двух обмоток, одна из которых сигнальная, вторая - компенсирующая. К сигнальной обмотке подключен вход усилителя-преобразователя обратной связи, к компенсирующей обмотке - выход усилителя-преобразователя обратной связи. На основании рядом с приемной тороидальной катушкой с ферромагнитным сердечником размещена приемная тороидальная катушка с неферромагнитным сердечником. Обе катушки установлены внутри корпуса с изолирующим зазором. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области геофизических исследований в нефтегазовых скважинах, а именно к устройствам для изучения электрических свойств горных пород (коллекторов), окружающих скважину, методом электромагнитного каротажа. Технический результат: повышение точности измерений при упрощении конструкции. Сущность: устройство содержит основание в виде немагнитной проводящей металлической трубы и не менее одной генераторной тороидальной катушки конструкции, расположенной соосно основанию, и снабжено герметичным корпусом из немагнитного металла, который электрически соединен с основанием. На основании рядом с генераторной тороидальной катушкой размещена измерительная тороидальная катушка. Обе катушки установлены внутри корпуса с изолирующим зазором. Измерительная тороидальная катушка содержит не менее двух обмоток, одна из которых сигнальная, вторая компенсирующая. К сигнальной обмотке измерительной катушки подключен вход усилителя-преобразователя обратной связи. К компенсирующей обмотке измерительной катушки подключен выход усилителя-преобразователя обратной связи. Между генераторной и измерительной катушками расположен электростатический экран, который электрически соединен с основанием и корпусом устройства. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для обнаружения геологических формаций. Система (10) обнаружения геологических формаций включает электромагнитное передающее устройство (11), расположенное на поверхности геологической формации (12) вблизи первой скважины (13), имеющей вертикальное направление бурения. Причем упомянутая первая скважина охвачена металлической обсадной колонной (14). Система включает также электромагнитное приемное устройство (14), расположенное на глубине внутри упомянутой первой скважины (13). При этом электромагнитное приемное устройство (14) включает средства (30) обнаружения электромагнитного поля. Система отличается тем, что упомянутое электромагнитное передающее устройство (11) включает средства (20) формирования электромагнитного поля, способные формировать первичное электромагнитное поле, сфокусированное в направлении упомянутой металлической обсадной колонны (18), при этом металлическая обсадная колонна (18) излучает вторичное электромагнитное поле в геологическую формацию (12). Технический результат - повышение точности и достоверности получаемых данных. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области геофизических исследований в открытом стволе скважин, бурящихся на нефть и газ, а именно к устройствам для изучения электрических свойств горных пород, окружающих скважину. Технический результат: повышение информативности исследования электрических свойств горных пород вокруг скважины. Сущность: зонд включает немагнитный металлический корпус, две генераторные тороидальные катушки и не менее трех приемных тороидальных катушек, расположенных внутри корпуса осесимметрично на основаниях из немагнитного металла при наличии электрического контакта между основаниями и корпусом, в котором для каждой катушки имеется изолирующий зазор. Зонд снабжен непроводящей вставкой, установленной в верхней части корпуса. Рядом с каждой генераторной тороидальной катушкой на одном основании установлена токоизмерительная тороидальная катушка. Изолирующий зазор в корпусе является общим для каждой пары генераторной и токоизмерительной тороидальных катушек. Зонд включает также электростатический экран, расположенный между генераторной и токоизмерительной катушками. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх