Способ электромагнитного каротажа

Изобретение относится к области исследований скважин в процессе бурения и может быть использовано для проведения каротажа и геонавигации нефтяных и газовых скважин в процессе бурения в составе MWD систем. Технический результат: повышение надежности и точности определения удельной электрической проводимости разбуриваемых пластов и, как следствие, эффективности управления буровым инструментом в процессе бурения наклонных и горизонтальных скважин. Сущность: способ, включает в себя операции возбуждения зондирующего электромагнитного поля в зоне контроля и измерения сигналов реакции контролируемой околоскважинной среды с помощью соответственно передающих и приемных антенн, размещенных внутри металлического кожуха со щелями. Возбуждение передающих антенн производится одновременно гармоническим высокочастотным сигналом с различающимися частотами f₁…f_n. Принимаемые приемными антеннами сигналы усиливаются и подвергаются многоканальной узкополосной фильтрации с последующим накоплением отсчетов и выделением амплитудной и фазовой информации. 2 з.п ф-лы, 3 ил.

 

Предлагаемый способ относится к области исследований скважин в процессе бурения и может быть использован для проведения каротажа и геонавигации нефтяных и газовых скважин в процессе бурения в составе MWD систем.

При бурении нефтяных и газовых скважин информация о геологических свойствах разреза необходима для оперативной оптимизации траектории скважин, особенно горизонтальных, с целью вывода разбуриваемой скважины в наиболее продуктивные в нефтяном или газовом отношении пласты.

Известен способ электромагнитного каротажа скважин, заключающийся в возбуждении в зоне контроля переменного двухчастотного электрического поля посредством подключения системы каротажа к электрическому разделителю телеметрической системы с электромагнитным каналом связи. Для измерения сигналов реакции контролируемой среды используют указанный электрический разделитель, металлический кронштейн и диэлектрический корпус приборного контейнера, в котором размещена скважинная аппаратура каротажа. Способ реализуется с помощью устройства, содержащего телеметрическую систему с беспроводным электромагнитным каналом связи, датчики тока и преобразователи напряжения, три электронных ключа, двухканальный цифроаналоговый преобразователь, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, память команд, память хранения результатов, устройство ввода-вывода и цифровой сигнальный процессор с портом управления коммутацией и последовательным портом в качестве электродов для создания и измерения зондирующего электрического поля используются электрический разделитель, металлический кронштейн, корпусная точка скважинной аппаратуры каротажа и диэлектрический корпус приборного контейнера, в котором размещена аппаратура каротажа [Патент РФ 2199008, кл. Е21В 47/12, G01V 3/30, приоритет 16.08.2000].

Недостатком известного способа является пониженная надежность, связанная с использованием диэлектрических вставок, выполняющих функцию электрического разделителя.

Наиболее близким по технической реализации является [Патент РФ 2392644, кл. G01V 3/30, приоритет 21.05.2009], включающий операции возбуждения зондирующего электромагнитного поля в зоне контроля с помощью передающих антенн и измерения сигналов реакции контролируемой околоскважинной среды с помощью приемных антенн, размещенных внутри металлического кожуха со щелями, при этом измерение параметров принимаемого сигнала осуществляется последовательно во времени от каждой из передающих антенн. Способ реализуется компенсированным прибором электромагнитного каротажа в процессе бурения скважин малого диаметра, содержащим металлическую трубу, на которой расположены, как минимум, два приемных и два передающих антенных узла, каждый из которых содержит антенный провод, образующий, как минимум, один виток, ферритовые вставки и резонансный конденсатор, а также блок электроники, каждый антенный узел состоит из проточки на наружной поверхности металлической трубы для размещения разрезной гильзы, состоящей из двух одинаковых частей, на каждой из частей разрезной гильзы выполнены сквозные узкие продольные щели, на внутренней поверхности каждой из частей разрезной гильзы выполнена треугольная кольцевая проточка, в центре проточки на внешней поверхности металлической трубы, служащей для размещения разрезной гильзы, выполнена треугольная кольцевая проточка, размеры которой соответствуют треугольной кольцевой проточке, выполненной на разрезной гильзе, в проточке на наружной поверхности металлической трубы также выполнены узкие продольные щели, в которых расположены ферритовые вставки, в центре антенного канала, образованного треугольными кольцевыми проточками, размещается антенный провод, изолированный от металлической трубы и центрированный в антенном канале плазменно напыленным на поверхность треугольных кольцевых проточек слоем керамики на основе смеси оксида алюминия и диоксида титана, антенный провод соединен посредством гермовводов с резонансным конденсатором, расположенным в полости металлической трубы в непосредственной близости от антенного узла, полость защищена от внешнего гидростатического давления крышкой, втулкой и уплотнительными кольцами, резонансный конденсатор с помощью коаксиального кабеля электрически связан с блоком электроники, расположенным в баропрочном охранном кожухе, который размещен внутри металлической трубы и с помощью болтов и уплотнительных колец прикреплен к ней, разрезная гильза с помощью болтов прикреплена к металлической трубе, причем электрический контакт между разрезной гильзой и металлической трубой осуществляется посредством пайки.

Недостатком известного способа электромагнитного каротажа является невозможность одновременного определения удельной электрической проводимости разбуриваемого пласта по всем используемым зондам в процессе бурения, что существенно снижает информативность каротажа.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности и точности определения удельной электрической проводимости разбуриваемых пластов и, как следствие, эффективности управления буровым инструментом в процессе бурения наклонных и горизонтальных скважин.

Указанная задача реализуется путем возбуждения зондирующего электромагнитного поля в зоне контроля и измерения сигналов реакции контролируемой околоскважинной среды с помощью соответственно передающих и приемных антенн, размещенных внутри металлического кожуха со щелями, возбуждение передающих антенн производится одновременно гармоническим высокочастотным сигналом с различающимися частотами f₁…f_n, принимаемые приемными антеннами сигналы усиливаются и подвергаются многоканальной узкополосной фильтрации с последующим накоплением отсчетов и выделением амплитудной и фазовой информации.

На фиг. 1 представлена упрощенная структурная схема процесса обработки информации, на фиг. 2 - конструкция, а на фиг. 3 - схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Передатчики 1₁…1_n облучают околоскважинное пространство высокочастотными сигналами с частотами соответственно f₁…f_n. Сигналы реакции контролируемой среды регистрируются приемниками 2 и 3. Сигналы с выходов приемников 2 и 3 поступают на входы цифровых фильтров соответственно 4₁…4_n и 5₁…5_n. Фильтры 4_i и 5_i настроены на частоту f_1i. Сигналы с выходов фильтров 4_i и 5_i поступают на входы блока обработки 6_i и характеризуют параметры среды по результатам облучения ее передатчиком 1_i. Цифровая фильтрация фильтрами 4₁…4_n, 5₁…5_n осуществляется путем переноса спектра высокочастотного сигнала в низкочастотную область и последующего его усреднения на интервале времени t_уср. Для эффективного разделения сигналов, поступающих от околоскважинной среды в результате высокочастотного облучения ее передатчиками, разность частот Δf должна составлять не менее 5/t_уср, где t_уср - длительность интервала усреднения. Учитывая то, что базовая частота исследования f₀ при электромагнитном каротаже составляет не менее 400 кГц, a Δf равно единицам герц при t_уср порядка 1c, частотный разнос каналов не вносит существенных погрешностей в процесс измерения. При этом ,

где

f₀ - базовая частота измерения,

i=1…n - номер передатчика,

[] - оператор взятия целой части числа,

n - общее число передатчиков.

Конструктивно устройство, реализующее способ электромагнитного каротажа в процессе бурения, содержит корпус 7, на котором размещены приемные 8 и 9 и передающие 10₁…10_n антенные узлы, включающие в себя не менее одного витка провода, намотанного на изолирующей прокладке, и разрезную гильзу со щелями.

Устройство, реализующее способ электромагнитного каротажа в процессе бурения, содержит передатчики 11₁…11_n, формирующие высокочастотные сигналы для передающих антенн 12₁…12_n, облучающих околоскважинное пространство, приемные антенны 13 и 14, регистрирующие сигналы реакции контролируемой среды, которые поступают на входы приемников 15 и 16, с выхода их - на блок обработки 17 и с выхода его - на блок передачи информации на поверхность 18.

Устройство работает следующим образом.

Блок обработки 17 передает по общей шине передатчикам информацию, определяющую режимы работы передатчиков, соответствующие частотам излучения f₁…f_n. Синхронизация высокочастотных колебаний всех передатчиков 11₁…11_n производится единой тактовой последовательностью, также формируемой блоком обработки 17.

Сигналы реакции контролируемой среды с выходов приемных антенн 13 и 14 регистрируются приемниками 15 и 16, с выходов которых поступают в блок обработки 17, в котором осуществляется их многоканальная фильтрация с частотами f₁…f_n, выделение амплитудной и фазовой информации, характеризующей проводящие свойства околоскважинного пространства и передачу этой информации на поверхность блоком 18.

Использование распределенной системы управления и обработки, введение элементов цифрового синтеза частот в состав передатчиков повышает функциональную устойчивость приборов, реализующих данный способ. Цифровые фильтры могут быть выполнены на базе ПЛИС, DSP даже 32-разрядных микропроцессорах, вычислительной мощности которых вполне достаточно для реализации 4-6 фильтров предлагаемой структуры.

Таким образом, предложенный способ позволяет проводить электромагнитный каротаж скважин непосредственно в процессе бурения.

Использование многочастотной обработки при электромагнитном каротаже позволяет повысить пространственную точность определения удельной электрической проводимости пластов.

Предлагаемый способ легко реализуется с использованием современной элементной базы, применение его позволяет повысить конкурентоспособность отечественных систем исследования скважин в процессе бурения.

Предлагаемое устройство реализовано при разработке и выпуске комплексной скважинной аппаратуры и опробовано в условиях месторождений Западной Сибири, что позволяет сделать вывод о «Промышленной применимости».

1. Способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения, включающий операции возбуждения зондирующего электромагнитного поля в зоне контроля и измерения сигналов реакции контролируемой околоскважинной среды с помощью соответственно передающих и приемных антенн, размещенных внутри металлического кожуха со щелями, отличающийся тем, что возбуждение передающих антенн производится одновременно гармоническим высокочастотным сигналом с различающимися частотами f₁…f_n, принимаемые приемными антеннами сигналы усиливаются и подвергаются многоканальной узкополосной фильтрации с последующим накоплением отсчетов и выделением амплитудной и фазовой информации.

2. Способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения по п. 1, отличающийся тем, что частоты f₁…f_n определяются по формуле

,

где f₀ - базовая частота измерения,

i=1…n - номер передатчика,

[] - оператор взятия целой части числа,

n - общее число передатчиков.

3. Способ электромагнитного каротажа скважин в процессе бурения по п. 2, отличающийся тем, что Δf>=5/t_ycp, где t_ycp - длительность интервала усреднения.