Устройство для генерации электромагнитного поля тороидальной катушкой в геологической среде

Авторы патента:

Еремин Виктор Николаевич (RU)

Суродина Ирина Владимировна (RU)

Петров Андрей Николаевич (RU)

Эпов Михаил Иванович (RU)

Киселёв Владимир Викторович (RU)

Глинских Вячеслав Николаевич (RU)

G01V3/28 - с использованием катушек индуктивности

Владельцы патента RU 2579177:

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

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.

Устройство для генерации электромагнитного поля тороидальной катушкой в геологической среде (далее - изобретение, техническое решение) 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, наиболее близких к изобретению, из которых прототипом является устройство для измерения бокового удельного сопротивления и удельного сопротивления распространения по патенту РФ №2398112 (дата приоритета: 01.04.2004 года). К числу недостатков прототипа можно отнести следующее:

- электрический ток, протекающий в генераторной катушке не напрямую, возбуждает электромагнитное поле в окружающей среде, часть тока будет подмагничивать тороидальный сердечник (см. фиг. 1, где Ег - генератор э.д.с, Iг - первичный ток, r1 - активное сопротивление обмотки, Ls - индуктивность рассеяния, Lm - индуктивность подмагничивания, Im - ток подмагничивания, Rн, Lн - активное и индуктивные сопротивления нагрузки, Iн - ток нагрузки (указанные величины носят комплексный характер);

- невозможность измерения электрического тока, отдаваемого в нагрузку;

- внешнее давление непосредственно воздействует на сердечники генераторных катушек, что приводит к изменению их магнитной проницаемости;

- технологическая сложность монтажа генераторных катушек и их низкая ремонтопригодность из-за того, что намотку сердечника и обмоток необходимо выполнять в малом объеме проточки неразъемной трубы.

Технической целью (задачей) заявляемого изобретения является устранение вышеуказанных недостатков, а его техническим результатом - создание устройства для электромагнитного каротажа скважин, обеспечивающего более точное измерение искомых величин и значений, при упрощении конструкции, что положительно сказывается на монтаже и ремонтопригодности устройства.

Поставленная задача достигается тем, что заявляемое устройство, содержащее основание в виде немагнитной проводящей металлической трубы и не менее одной генераторной тороидальной катушки известной конструкции, расположенной соосно вышеуказанному основанию, конструктивно снабжено герметичным корпусом из немагнитного металла, который электрически соединен с основанием, при этом 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, при этом к сигнальной обмотке измерительной катушки подключен вход усилителя-преобразователя обратной связи, а к компенсирующей обмотке измерительной катушки - выход усилителя-преобразователя обратной связи (жирным выделены существенные признаки изобретения, отличающие его от прототипа). Именно вышеуказанная совокупность признаков обеспечивает получение изобретением заявленного технического результата.

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

1) Между генераторной и измерительной тороидальными катушками расположен электростатический экран, который электрически соединен с основанием и корпусом устройства;

2) Используются две или несколько генераторных тороидальных катушек, расположенных рядом друг с другом;

3) Генераторная тороидальная катушка расположена между двумя измерительными тороидальными катушками с зазорами, в которых расположены электростатические экраны;

4) Корпус устройства выполнен разборным.

Перечень графических чертежей, поясняющих сущность заявляемого изобретения:

Фиг. 1 - эквивалентная схема возбуждения электромагнитного поля устройства с тороидальными катушками;

Фиг. 2 - электрическая схема обратной связи измерительной катушки;

Фиг. 3 - общий вид конструктивной схемы технического решения.

Устройство для генерации электромагнитного поля тороидальной катушкой в геологической среде включает в себя следующие элементы (Фиг. 3): корпус 1, генераторные катушки 2, электростатический экран 3, измерительную катушку 4, основание 5, изолирующее кольцо 6, герметизирующее покрытие 7, усилитель-преобразователь обратной связи (условно не показан), генератор сигнала (условно не показан), блок измерительной аппаратуры (условно не показан).

Корпус 1 предлагаемого устройства выполнен в виде разборной полой трубы заданного диаметра герметичным из немагнитного металла.

Генераторные катушки 2 соосно размещены на основании 5, представлены тороидальными катушками общеизвестной конструкции с ферромагнитным сердечником.

Электростатический экран 3 расположен между одной из генераторных катушек 2 и измерительной катушкой 4, электрически соединен известным образом с основанием 5 и корпусом 1.

Измерительная катушка 4 соосно размещена на основании 5 с заданным расстоянием от генераторных катушек 2, представлена тороидальной катушкой общеизвестной конструкции с ферромагнитным сердечником.

Основание 5 представлено в виде единой полой металлической трубы заданного диаметра из немагнитного проводящего металла. Закреплено известным образом внутри корпуса 1.

Изолирующее кольцо 6 представлено замкнутым керамическим кольцом, закрепленным заданным образом на корпусе 1.

Герметизирующее покрытие 7 выполнено в виде замкнутого резинового кольца, закреплено на корпусе 1 и конструктивно предназначено для герметизации основных узлов заявляемого изобретения внутри данного корпуса.

Заявляемое устройство работает следующим образом: на обмотку генераторных катушек 2 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. Затем блоком измерительной аппаратуры (условно не показан) производят измерение электрического тока на выводах измерительной катушки 4. При этом электрический ток в сигнальной обмотке Wc измерительной катушки 4 (фиг. 2) пропорционален электрическому току, протекающему по основанию 5. Электрический ток в компенсирующей обмотке Wk измерительной катушки 4 (фиг. 2), создаваемый усилителем-преобразователем обратной связи А1, равен по величине электрическому току в сигнальной обмотке Wc измерительной катушки 4 и противофазен ему. Напряжение на выходе усилителя-преобразователя А1 будет пропорционально току, протекающему по основанию 5. За счет протекания двух одинаковых противофазных электрических токов в двух обмотках измерительной катушки 4 ее влияние на падение напряжения на основании 5 минимизируется.

1. Устройство для генерации электромагнитного поля тороидальной катушкой в геологической среде, содержащее основание с соосно расположенной на нем генераторной тороидальной катушкой известной конструкции, отличающееся тем, что снабжено герметичным корпусом из немагнитного металла, который электрически соединен с основанием, при этом 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, при этом к сигнальной обмотке измерительной катушки подключен вход усилителя-преобразователя обратной связи, а к компенсирующей обмотке измерительной катушки - выход усилителя-преобразователя обратной связи.

2. Устройство для генерации электромагнитного поля тороидальной катушкой в геологической среде по п. 1, отличающееся тем, что между генераторной и измерительной тороидальными катушками расположен электростатический экран, который электрически соединен с основанием и корпусом устройства.

3. Устройство для генерации электромагнитного поля тороидальной катушкой в геологической среде по п. 2, отличающееся тем, что используются две или несколько расположенных рядом генераторных тороидальных катушек.

4. Устройство для генерации электромагнитного поля тороидальной катушкой в геологической среде по п. 2, отличающееся тем, что генераторная тороидальная катушка расположена между двумя измерительными тороидальными катушками с зазорами, в которых расположены электростатические экраны.

5. Устройство для генерации электромагнитного поля тороидальной катушкой в геологической среде по п. 2, отличающее тем, что корпус выполнен разборным.

Экран направленной антенны удельного сопротивления // 2566604

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.

Электромагнитная расстановка для операций подземной магнитной дальнометрии // 2559329

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.

Неплоская антенна для направленного каротажа сопротивления // 2549655

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.

Устройство для измерения удельной электропроводности и электрической макроанизотропии горных пород // 2528276

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.

Способ и устройство для измерения кажущегося электрического сопротивления пород в условиях обсаженных скважин // 2526520

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.

Способ электромагнитного изопараметрического каротажного зондирования // 2525314

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.

Способ измерения удельной электропроводности и электрической макроанизотропии горных пород // 2525149

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.

Установка и система для геологического сопровождения бурения скважины и определения характеристик коллектора // 2502094

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

Способ индукционного каротажа скважин в процессе бурения // 2466431

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

Система обнаружения геологических формаций // 2580899

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.

Электромагнитный зонд для каротажа в нефтегазовых скважинах // 2583867

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.

Многоэлементная приемная антенна прибора акустического каротажа // 2598406

Изобретение относится к автономной аппаратуре волнового акустического каротажа и играет существенную роль при проведении геофизических исследований в сильнонаклонных и горизонтальных скважинах с доставкой на бурильных трубах. Техническим результатом предложенного решения является возможность проведения измерений кинематических свойств подземных пород в условиях высоких силовых нагрузок, обеспечение сквозного канала для промывочной жидкости, облегчающего доставку прибора на забой, а также повышение надежности и функциональности работы плат электроники. Технический результат достигается тем, что в многоэлементной приемной антенне акустического каротажа содержится металлическая несущая труба со сквозным каналом для промывочной жидкости, на которой размещены секции с элементами акустического преобразования и электронные блоки, выполненные отдельными сборочными единицами в виде пластиковой втулки с элементами акустического преобразования и гермоблоков с платами электроники, связанные между собой посредством герметичных электрических соединителей, причем элементы акустического преобразования герметизированы от внешней скважинной среды тонкостенными пластиковыми гильзами, а снаружи гермоблоки и втулки с тонкостенными пластиковыми гильзами закрыты чередующимися пластиковыми и стальными гильзами, имеющие пазы и выступы для обеспечения ориентировки при сборке антенны сквозных окон в стальных гильзах напротив соответствующих элементов акустического преобразования, причем указанные гильзы стягиваются нижним узлом стыковки за счет резьбы на конце несущей трубы, а верхний узел стыковки выполнен с возможностью стыковки без вращения с ориентированием по направлению. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Система и способ быстрой оценки угла падения формации // 2606249

Изобретения относятся к геофизике и предназначены для быстрой оценки угла падения формации. Сущность: каротажное устройство содержит по меньшей мере одну передающую антенну, по меньшей мере одну приемную антенну и управляющее устройство. Управляющее устройство измеряет параметры связи между передающими и приемными антеннами, причем, по меньшей мере один из этих параметров связи измеряется как функция от глубины и азимутального угла. Управляющее устройство дополнительно определяет, является ли окружающая формация анизотропной и неоднородной, по меньшей мере, частично на основании по меньшей мере одного из параметров связи, и если является, то извлекает угол падения из частной производной по глубине и искусственному углу падения параметра или параметров связи. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ индукционного каротажа из обсаженных скважин и устройство для его осуществления // 2614853

Изобретение относится к каротажу промысловых геологоразведочных обсаженных скважин на переменном токе, возбуждаемом в земле индуктивным способом, и может быть использовано для определения сопротивления вмещающих пород в заколонном пространстве скважин. Технический результат: повышение точности определения сопротивления среды в заколонном пространстве обсаженных скважин при геофизических исследованиях. Сущность: возбуждают низкочастотное электромагнитное поле в окружающей среде при помощи гармонического тока в системе двух соосных генераторных катушек со встречными моментами различной величины перемещаемых по исследуемой скважине. Расположение системы двух генераторных катушек и их моменты подобраны так, чтобы измеряемая противофазная току квадратура осевой составляющей магнитной индукции (JmBz), создаваемая током в генераторных катушках, помещенных в обсадную проводящую колонну в непроводящей среде, была скомпенсирована (близка к нулю). Если вмещающая среда является проводящей (горные породы), то JmBz составляющая магнитной индукции будет раскомпенсирована (отличаться от нуля) за счет индукции поля в проводящей среде. По величине и частотному характеру поведения JmBz составляющей определяют величину удельного электрического сопротивления вмещающих горных пород. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Способ и устройство для оптимизации глубинных измерений удельного сопротивления с использованием многокомпонентных антенн // 2617877

Изобретения относятся к измерениям удельного сопротивления с использованием многокомпонентных антенн при бурении скважин. Сущность: способ может включать в себя получение одного или нескольких первых многокомпонентных измерений со скважинного прибора, расположенного в буровой скважине. Скважинный прибор может содержать многокомпонентные антенны. Относительный конструктивный угол наклонения скважинного прибора по отношению к пластам может быть определен, например, путем использования дополнительного скважинного прибора или путем вычислений при использовании одного или нескольких первых многокомпонентных измерений. Угол наклона по меньшей мере одной многокомпонентной антенны может корректироваться, при этом скорректированный угол наклона основан на угле наклонения. Способ может также включать в себя получение одного или нескольких вторых многокомпонентных измерений, связанных со скорректированным углом наклона, и определение характеристики пласта на основании, по меньшей мере частично, одного или нескольких вторых многокомпонентных измерений без включения или учета эффектов анизотропии пласта. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.

Устройство и способ (варианты) геологического сопровождения бурения скважин // 2627003

Изобретение относится к области добычи нефти и газа. Способ бурения скважины, в котором: осуществляют сбор сигналов, генерируемых в результате работы зонда в скважине; осуществляют обработку собранных сигналов в процессорном модуле; генерируют геофизический сигнал, содержащий представление для определения разности между связной составляющей XX и связной составляющей YY; и управляют операцией, связанной с бурением, в соответствии с этим геофизическим сигналом. Технический результат заключается в повышении чувствительности в условиях слоистой формации. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 18 ил.

Выявление нетрадиционных пластов // 2627947

Изобретение относится к электромагнитному каротажу в процессе бурения. Сущность: получают измерения сигнала, собранные азимутально-чувствительным электромагнитным каротажным инструментом, как функцию местоположения в скважине. Измерения сигнала применяют для определения типа модели пласта. Метод решения обратных задач, соответствующий типу модели пласта, применяют к набору измерений сигнала для определения геофизической характеристики. Геофизическую характеристику применяют для принятия решения о бурении скважины. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 25 ил.

Металлообнаружитель многозонный // 2643672

Изобретение относится к устройствам обнаружения объектов из металла, проносимых проверяемыми лицами через контрольное пространство. Технический результат заключается в расширении технических возможностей многозонного металлообнаружителя при обнаружении объектов из металла в контрольном пространстве. Металлообнаружитель многозонный содержит передающие и приемные катушки, установленные с одной и другой стороны прохода, блок индикации и блок управления. Определение местоположения объекта из металла осуществляется путем последовательного включения каждой из передающих катушек для генерации электромагнитного поля в части контрольного пространства, обработки сигнала каждой приемной катушки, включающей определение наличия объекта из металла в каждой зоне обнаружения между передающей и приемной катушкой, вычисления местоположения объектов из металла в контрольном пространстве на основе данных о наличии объектов из металла в каждой зоне обнаружения. 1 ил.