Устройство для измерения удельной электропроводности и электрической макроанизотропии горных пород



Устройство для измерения удельной электропроводности и электрической макроанизотропии горных пород
Устройство для измерения удельной электропроводности и электрической макроанизотропии горных пород

 


Владельцы патента RU 2528276:

Открытое акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (RU)

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 области геофизических исследований в нефтегазовых скважинах, а именно к устройствам для изучения электрических свойств горных пород (коллекторов), окружающих скважину, зондами (скважинными излучателями) методом электромагнитного каротажа.

В настоящее время из уровня техники известен ряд устройств-аналогов, применяемых для определения электрической макроанизотропии горных пород, пластов и пространственной ориентации границ пластов по отношению к скважине, конструктивно выполненных в виде индукционных зондов (скважинных излучателей) с несколькими различно ориентированными генераторными и измерительными катушками, к примеру: «RtScanner» (производитель Schlumberger, источник: http://www.slb.com) или Устройство для определения удельной электропроводности породы вблизи бурового долота с использованием тороидальных катушек (US Patent №3,305,771).

В первом аналоге источник и приемник состоят из совмещенных ортогональных катушек, а измерения осуществляют на нескольких расстояниях. Совмещенные трехкомпонентные источник и приемник позволяют измерять полный тензор переменного магнитного поля и соответствующих ему ЭДС. Основными недостатками определения электрической макроанизотропии с использованием трехкомпонентных индукционных систем являются малые значения сигналов перекрестных компонент, сильное влияние формы скважины, несовместность измерений в силу разных механизмов осреднения удельного электрического сопротивления (далее - УЭС) для разных компонент, а также сильная потеря точности определения вертикального УЭС при больших значениях коэффициента электрической макроанизотропии. Второй аналог включает проводящий сердечник, который ориентирован вдоль скважины с возможностью перемещения вдоль скважины (каротаж). На проводящий сердечник в определенных точках по длине устройства помещены две тороидальные генераторные катушки. Индуцированный генераторными катушками ток протекает по сердечнику и стекает в призабойную породу вокруг скважины. Измерительные катушки тороидального типа на сердечнике размещены симметрично, ток по проводящему сердечнику и измеряемая ЭДС зависят от удельной электропроводности (далее - УЭП) окружающей породы. Устройство включает прижимные устройства, с помощью которых зонд прижимают к стенке скважины для лучшего электрического контакта с породой. К числу недостатков второго аналога относятся: невозможность измерения электрической макроанизотропии горных пород, минимальное число измеряемых сигналов, подверженных значительному влиянию магнитных свойств бурильной трубы (или корпуса прибора), что не обеспечивает возможность многочастотных измерений; в свою очередь это не позволяет достичь высокого пространственного разрешения и необходимой точности измерений.

Наиболее близким к изобретению устройством для измерения УЭП и электрической макроанизотропии горных пород (прототипом) является устройство по US Patent. №7,227,363. Устройство включает единственный зонд, состоящий из генератора тока - тороидальной катушки, расположенной на металлическом корпусе. Также на корпусе расположены две приемных тороидальных катушки и набор изолированных от корпуса кнопочных электродов, которые расположены между двумя приемными катушками. Электрический ток «течет» вдоль поверхности корпуса устройства, при этом его часть стекает в окружающую среду (т.н. «боковой» ток). К числу недостатков прототипа можно отнести: отсутствие возможности высокого пространственного разрешения из-за ограничения количества независимых измерений; отсутствие возможности многочастотных измерений, асимметрия зонда по глубине.

Технической целью (задачей) заявляемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, а его техническим результатом - создание устройства для измерения УЭП и электрической макроанизотропии горных пород, обеспечивающего высокое вертикальное и радиальное разрешение и позволяющего проводить измерения УЭП и электрической макроанизотропии горных пород, окружающих скважину.

Поставленная задача достигается тем, что заявляемое устройство выполнено в цилиндрическом металлическом корпусе и оснащено тороидальными генераторными и тороидальными приемными катушками, конструктивно выполнено в немагнитном корпусе, генераторные и приемные катушки установлены внутри корпуса на немагнитном стрежне, генераторные катушки расположены на противоположных концах стержня, с возможностью синфазного, противофазного и компенсационного включения, а 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 (жирным выделены существенные признаки изобретения, отличающие его от прототипа). Именно вышеуказанная совокупность признаков обеспечивает получение изобретением заявленного технического результата. В частности, расположение генераторных и приемных катушек на стержне внутри корпуса позволяет не только оградить измерительную часть устройства от внешних механических воздействий, но и увеличить мощность излучаемого сигнала. Использование немагнитного корпуса и немагнитного стержня позволяет минимизировать магнитострикционный эффект при измерениях (как известно, магнитные характеристики металлов сильно зависят от температуры и давления в скважине и эти зависимости вносят в измеряемые сигналы существенный и неконтролируемый вклад, искажая его зависимость от УЭП и электрической макроанизотропии горных пород). Применение нескольких взаимодополняющих тороидальных приемных катушек, выполненных на ферромагнитном и диэлектрическом сердечниках необходимо для расширения диапазона регистрируемых значений УЭП горных пород (значения УЭП горных пород, окружающих скважину, изменяются в очень широких пределах (от 101 до 10-4 См/м); это приводит к изменению сигналов на 6 порядков и затруднениям их измерений одной приемной катушкой, поэтому слабые сигналы измеряются катушкой с ферромагнитным сердечником, а сильные сигналы катушкой с диэлектрическим сердечником; эти приемные катушки предназначены для измерения плотности тока на корпусе прибора и наведенной э.д.с. в тороидальной катушке).

Изобретение, в своих частных случаях выполнения, характеризуется признаками, указанными в предыдущем абзаце, в совокупности со следующими признаками:

1) Электромагнитное возбуждение тока осуществляется генераторными тороидальными катушками известной конструкции в диапазоне частот от 5 кГц до 500 кГц.

2) Одна из приемных тороидальных катушек может быть расположена по центру зондовой системы.

3) Измерения осуществляются зондами в диапазоне длин от 0.2 до 1.0 м.

Перечень графических чертежей, поясняющих сущность заявляемого изобретения:

Фиг.1 - общий вид конструктивной схемы технического решения (вид сбоку).

Фиг.2 - пространственные распределения реальной (а) и мнимой (б) составляющих плотности вихревого тока в пласте в зависимости от частоты.

Устройство для измерения УЭП и электрической макроанизотропии горных пород включает в себя следующие элементы (Фиг.1): корпус 1, стержень 11, генераторные катушки 12, 13, приемные катушки 14, 15, 16, 17, 18, генератор сигнала (условно не показан), блок измерительной аппаратуры (условно не показан), блок управления и передачи данных (условно не показан).

Многосекционный корпус 1 предлагаемого устройства состоит из немагнитных проводящих секций 2, 3, 4, 5, 20, 21, 22, 23, непроводящих вставок 6, 7, 8 между проводящими секциями, немагнитного металлического стержня 11 с закрепленными на нем генераторными и приемными катушками.

Генераторная катушка 12 помещается на стержень 11 между проводящими секциями 2 и 3 (в нижней части устройства) внутри непроводящей вставки 6. Генераторная катушка 13 помещаются на стержне 11 между проводящими секциями 4 и 5 (в верхней части устройства) внутри непроводящей вставки 8.

Приемные катушки 14, 15, 16, 17, 18 помещаются на стержне 11 между проводящими секциями 3, 20, 21, 22, 23, 4 и разделены непроводящими вставками 7. Приемная катушка 16 размещена на заданном расстоянии от генераторных катушек 12, 13. Приемные катушки 14, 15 расположены симметрично катушкам 17, 18 относительно катушки 16. Внутри корпуса 1 размещен генератор сигнала (условно не показан), блок измерительной аппаратуры (условно не показан) и блок управления и передачи данных (условно не показан).

Отметим, что генераторные и приемные катушки представлены тороидальными катушками общеизвестной конструкции, с магнитным или немагнитным непроводящим сердечником.

Стержень 11 имеет гальванический контакт с проводящими секциями 2 и 5 через концевые проводники 9 и 10, соответственно. Концевые проводники герметично закрывают внутреннее пространство зонда, ограниченное корпусом 1. Стержень 11 имеет электрический контакт с секциями 3, 4, 20, 21, 22, 23 через упругие контактные пружины 19. Стержень 11 может быть выполнен в виде единой полой металлической трубы или в виде составного проводника с проводящими втулками под размеры генераторных тороидальных катушек, которые индуцируют в стержне 11 вихревой электрический ток. Материал стержня обладает высокой электрической проводимостью.

Заявляемое устройство работает следующим образом: на обмотку генераторных катушек 12 и 13 подается переменный электрический ток с генератора сигналов (условно не показан), посредством чего, в окружающей среде возбуждается переменное электрическое поле, проникающее на достаточную для исследования глубину и имеющее как горизонтальную, так и вертикальную компоненты.

Блок измерительной аппаратуры (условно не показан) измеряет электрический ток на выводах приемных катушек 14, 16, 18 и ЭДС в катушках 15, 17. В приемных тороидальных катушках 15, 17 измеряются реальные и мнимые составляющие ЭДС, а в катушках 14, 16, 18 измеряются реальная и мнимая составляющие параллельной корпусу компоненты плотности вихревого тока. Благодаря высокой электропроводности металла последняя будет значительной даже при невысоких значениях моментов генераторных катушек. При этом регистрируемые в приемных тороидальных катушках сигналы будут зависеть не только от горизонтальной, но и от вертикальной УЭП, пересекаемого скважиной пласта.

Техническое решение позволяет реализовать два режима возбуждения-измерения:

1) Электромагнитное возбуждение тока осуществляется двумя тороидальными генераторными катушками, включенными встречно, при этом в одной из генераторных катушек, являющейся компенсационной, изменяют величину электрического тока так, чтобы измеренные амплитуды э.д.с. и поверхностного тока в одной из приемных катушек, расположенных в центре между генераторными катушками, были равны нулю (в этом случае можно измерять активную и реактивную составляющие тока компенсационной катушки);

2) Электромагнитное возбуждение тока осуществляется двумя тороидальными генераторными катушками, включенными встречно, при этом в одной из генераторных катушек, являющейся компенсационной, можно изменять величину тока так, чтобы измеренные амплитуды ЭДС и поверхностного тока в каждой из приемных катушек, расположенных между генераторными катушками, поочередно были равны нулю, также возможно дополнительно измерять активную и реактивную составляющие тока компенсационной катушки.

Первый, суммарный режим: токи в генераторных катушках равны, проводятся измерения абсолютных и/или относительных характеристик электромагнитного поля с последующим определением диагональных элементов тензора УЭП. Смысл второго, дифференциального режима состоит в том, что при стабильном токе в нижней генераторной катушке - в верхней генераторной катушке задается компенсирующий ток. Его величина устанавливается таким образом, чтобы на центральных приемных катушках измеренная амплитуда ЭДС и поверхностного вихревого тока были меньше уровня помех. Такой способ обеспечит не только компенсацию влияния однородной по вертикали части среды (в первую очередь скважины, во вторую - зон проникновения внутри однородных коллекторов), но и даст возможность подчеркнуть тонкие пласты, их границы и зоны трещиноватости. Обобщая основную идею, укажем: в суммарном режиме, измеряя абсолютные и относительные характеристики электромагнитного поля, можно определить компоненты тензора УЭП. В дифференциальном режиме диаграммы измеренного компенсационного тока позволяют детально расчленять разрез по вертикали, выделяя границы пластов и зоны трещиноватости.

При этом радиальная глубинность обеспечивается: 1) измерением электромагнитных откликов, слабо зависящих от влияния корпуса прибора и бурового раствора, 2) совместной инверсией полного набора данных измерений. Сопоставление данных об электрической макроанизотропии, полученных из значений ЭДС и поверхностного тока в тороидальных катушках, и данных о детальной структуре тонкослоистого коллектора, полученных из значений компенсационных токов, позволяет достоверно устанавливать тип флюидонасыщения и эффективную мощность коллектора.

Далее, на основе численного моделирования и анализа электромагнитных сигналов в однородных, слоисто-однородных изотропных и макроанизотропных средах выполнен полномасштабный анализ измеряемых сигналов в рассматриваемой зондовой системе предлагаемого устройства. Проведенный анализ источников измеряемых сигналов показал, что при возбуждении тороидальной катушкой на металлическом корпусе переменного тока, в среде возникает вихревое переменное электрическое поле. Основным источником измеряемых электромагнитных сигналов является вихревой ток в среде. На Фиг.2 показаны пространственные распределения реальной (а) и мнимой (б) составляющих плотности вихревого тока в пласте с УЭС 5 Ом·м в зависимости от частоты (5, 50 и 500 кГц). Источник расположен в начале координат. Генераторная тороидальная катушка расположена на металлическом корпусе радиусом 0.051 м с УЭС 0.57·10-9 Ом·м. Двухслойная цилиндрическая модель включает скважину радиусом 0.108 м с УЭС бурового раствора 2 Ом·м. Как видно, возбуждаемый в среде вихревой ток имеет как горизонтальную, так и вертикальную компоненты. Это обеспечивает зависимость измеряемых электромагнитных сигналов как от горизонтального, так и от вертикального УЭС пласта. Пространственное распределение источников измеряемых сигналов указывает на значительную глубинность и локальность исследований. Это обеспечивает высокое вертикальное и радиальное разрешение.

1. Устройство для измерения удельной электропроводности и электрической макроанизотропии горных пород, содержащее корпус, тороидальные генераторные и тороидальные приемные катушки, отличающееся тем, что 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, а 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.

2. Устройство для измерения удельной электропроводности и электрической макроанизотропии горных пород по п.1, отличающееся тем, что одна из тороидальных приемных катушек расположена по центру стержня.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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 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.

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин, а именно к приборам для измерений геофизических и технологических параметров в процессе бурения.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения насыщения флюидом порового пространства пород исследуемых пластов. Способ определения насыщения водой в подземном пласте включает в себя определение глубины проникновения в пласт на основании множества измерений, выполняемых в стволе скважины, пробуренном сквозь пласт.

Изобретение относится к области исследования обсаженных скважин и предназначено для оценки электрохимической активности среды в заколонном пространстве методом вызванной поляризации (ВП).

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при электрическом каротаже скважин. .

Изобретение относится к области изготовления, градуировки и обслуживания приборов и устройств для геофизических измерений и может быть использовано в оборудовании для каротажа, содержащем систему охлаждения с использованием криогенных жидкостей.

Изобретение относится к обработке изображения или каротажной информации, а более конкретно, к обработке изображения или результатов исследований в скважине на основе объема исследования.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для проведения каротажа на рудных скважинах. .

Изобретение относится к области исследований нефтяных скважин, а именно к акустическим измерениям, проводимым для определения формы и размеров области заводнения нефтяного пласта в окрестностях скважины.

Изобретение относится к геофизическим исследованиям электрических параметров пород в нефтегазовых скважинах. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при каротажных работах. Сущность: устройство содержит следующие элементы: датчики (1-3) геоакустических сигналов, первый коммутатор (4), первый усилитель (5), блок фильтров (6), блок выпрямителей (7), второй коммутатор (8), аналого-цифровой преобразователь (9), блок (10) передачи цифрового сигнала, датчик (11) магнитной восприимчивости, измерительная схема (12) магнитометра, аналоговые запоминающие устройства (13, 14), вычитающий усилитель (15), генератор (16) прямоугольного напряжения, ферритовая антенна (17), третий коммутатор (18), три конденсатора (19), второй усилитель (20), смеситель (21), фильтр нижних частот (22), переключаемый генератор (23), выпрямитель (24), блок (25) управления, блок (26) питания. Технический результат: повышение информативности исследований. 1 ил.
Наверх