Устройство для индукционного каротажа скважин

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

{{1) 949601 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 121180 (21) 3002485/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

Опубликовано 070882. Бюллетень ¹ 29

Дата опубликования описания 070882

Р М К з

G 01 Ч 3/18

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий

t j3) УДК 550. 83 (0BB. 8) (72) Авторы изобретения

В.A.Êîðîëåâ и В.Ф.1{ечетин

Ф

Всесоюзный научно-исследовательский нститут нефтепроьысловой.геофизики (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО

KAPOTAXA СКВАЖИН

Изобретение относится к промыслово-геофизической технике, а более конкретно к аппаратуре индукционного каротажа, предназначенной для исследования удельной электропроьодности в нефтяных, газовых, гидрогеологических и прочих скважинах, обо-..зудованных обсадной колонной из немагнитного и неэлектропроводного материала, а также в открытом стволе скважин.

Известны устройства для индукцион ного каротажа (ИК) скважин, содержащие индукционный зонд с системой генераторных и измерительных катушек, а также электронную часть, состоящую иэ генератора переменного тока, измерительного преобразователя и блока питания.

2Ц

Для уменьшения влияния скважины в этих устройствах использу{отся многокатушечные индукционные систеьх{, называемые фокусирукв{ими. ?1ногокатушечный зонд представляет собой систему из нескольких укрепленных на одном стержне из изоляционного материала катушек, часть которых последователь. но включена в генераторную цепь, а другая часть - в приемно-усилительную цепь. В каждой цепи по наиболь- З{{ шему числу, витков выделяется главная катушка. Остальные катушки называются фокусирующими. В соответствии с принципом суперпозиция многокатушечный зонд может быть представлен двухкатушечными парами генератор-измеритель. Сигнал в многокатушечном зонде равен алгебраической сумме всех возможных сочетаний двухкатушечных пар. Фокусирование заключается в том, что, подбирая число витков в фокусирующих катушках, их расположение относительно главных и направление включения, добиваются снижения влиялия скважины и вмещающих пород (1 }.

Однако полностью устранить влияwe скважины при такой конструкции зонда принципиально невозможно, и, кроме того, реальные характеристики сфокусированных систем отличаются от теоретических иэ-за невозможности учета конечных размеров катушек.

Основной недостаток сфокусированных зондов в том, что при использовании их для получения истинных значений удельных электрических сопротивлений пластов при интерпретации часто приходится вводить поправку на влияние скважины. Относительная вели949601 чина этой поправки тем больше, чем больше диаметр скважины и удельная электропроводность скважинной жидкости и чем больше удельное электросопротивление интерпретируемого пласта.

При этом для вычисления поправки на влияние скважины необходимо проводить дополнительные исследования, включающие в себя определение удельной электропроводности скважинной жидкости и диаметра скважины вдоль ее профиля. Кроме того, палетки для определения поправок рассчитаны, исходя из предположения, что сечение скважины является круговым, в действительности сечение может значительно отличаться. от кругового. Это вносит дополнительную погрешность в определение поправки на влияние скважины.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для индукционного каротаяа скважин, содержащее индукционный зонд и электронную часть в защитном корпусе. Зонд состои г кэ системы генераторных и измерительных катушек, смонтированных на электро- 25 изоляционном стержне., электронная часть содержит генератор переменного тока, входной преобразователь сигналов, блок обработки и передачи информации, блок питания, согласующий 30 блок и функциональный преобразователь сигналов.

В этом устройстве с целью повыше ния точности определения удельной электропроводности горных пород пос- 35 редством автоматического введения поправок, учитывающих влияние скважинной жидкости, в генераторную и измерительную цепи индукционного зонда введены тороидальные катушки, 40 а в электронную часть — согласующий блок и функциональный преобразователь сигналов. Тороидальные катушки являются датчиком удельной электропроводности скважинной жидкости. Зна- 45 чение ЭДС, возникающей в приемной тороидальной катушке, определяется главным образом, параметрами жидкости, заполняющей скважину. Этот сигнал поступает на вход согласующего блока, где усиливается и затем передается на функциональный преобразователь сигналов, трансформирующий его в соответствии с геометрическим фактором скважины для данного зонда ИК н сигнал поправки на влияние скважины. Сигнал поправки вводится в приемно-измерительную цепь, компенсируя сигнал, обусловленный влиянием скважины.

Устройство позволяет автоматичес- 60 ки и с большей эффективностью устранять влияние скважины в процессе каротажа, благодаря чему точность определения удельной электропроводности повьпгдаетс..я Г2 3 . 65

Однако известное устройство имеет сложную конструкцию. Поскольку сигнал пропорциональный удельной электропроводности скважинной жидкости, необходимо трансформировать в сигнал поправки в соответствии с геометрическим фактором скважины, который для реальной скважины неизвестен, то трансформация сигнала осуществляется в соответствии с расчетным геометрическим фактором скважины, определяемым, исходя из предположения, что скважина, представляет собой круговой цилиндр с диаметром, равным номинальному диаметру скважины. Однако реальная скважина в значительной степени отличается от этой идеализированной модели, что приводит к погрешностям в определении удельной электропроводности пластов. Погрешности особенно значительны в местах образования каверн в стволе скважины. Теория, использующая понятие геометрического фактора справедлива для не слишком больших значений удельHAA электропроводности. Поэтому при удельном сопротивлении скважинной жидкости менее 5 Ом/м из-за скин-эффекта зависимость между величиной поправки на влияние скважины и удельной электропроводностью становится нелинейной, что приводит к дополнительным погрешностям при проведении измерений в скважинах, заполненных минерализованной промывочной жидкостью. Наличие взаимного влияния полей индукционного зонда и тороидальных катушек является источником дополнительных погрешностей измерений.

Сигнал в приемной тороидальной катушке зависит в некоторой степени и от удельной электропроводности горных пород тем сильнее, чем больше их электропроводность и меньше электропроводность скважинной жидкости. Это также является источником дополнительной погрешности.

Цель изобретения — повышение точности измерений удельной электропроводности горных пород путем уменьшения влияния скважинной жидкости на результаты каротажа, а также упрощение конструкции устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для индукционного каротажа скважины, содержащее индукционный зонд и электронную часть в,защитном корпусе, на внешней поверхности корпуса устройства выполнены радиальные ребра из неэлектропроводного и немагнитного материала, число и которых определяется требуемой степенью 5 ослабления влияния скважины и выбирается по формуле

Il=J/2(S"2), причем основания ребер

949601 расположены параллельно оси индукционного зонда, длина нижнего и верхнего оснований каждого из ребер выбирается равной не менее двум длинам индукционного зонда, высота реВк,ь-ак

5 бЕР РаВНа,, ГЛЕ О„д l максимальный. диаметр каверн в стволе скважины, д„ - диаметр корпуса устройства, а толщина ребер равна

2-3 мм. 10

При этом вдоль верхнего основания каждого ребра сделаны разрезы в радиальном направлении с шагом, 5-10 см и длиной, равной

1 1 где 0 - номинальный диаметр скважиН ны.

На фиг, 1 представлено устройство в двух проекциях; на фиг.2 — работа устройства в скважине при разрезе 20 ее вертикальной и горизонтальной плоскостями

Устройство содержит индукционный зонд 1 устройства, электронная часть

2, четыре трапецеидальных ребер 3, 25 разрезы 4, d - диаметр корпуса устройства. 0н - номинальный диаметр исследуемой скважины, D< z- максимальный диаметр скважины в зоне каверн (фиг. s). 30

На фиг.2 изображены горные породы 5, скважинная жидкость 6, каверна 7, каротажный кабель 8, кольцевые витки 9 тока в породе, токовые линии

10 в скважинной жидкости. 35

Форма четырех радиальных ребер 3 из эластичного, неэлектроПроводного и немагнитного материала (например, из маслобензостойкой резины) представляет собой разнобочную трапецию,40 и обусловлена необходимостью хорошего прохождения прибора в скважине. Длина верхнего и нижнего оснований ребер зави сит от ве-ртикальных характеристик индук,ционного зонда, примененного в устройстве ° Например, для зонда 5Ф1,2 эта

45 длина должна быть не менее 3 м, а для зонда 6Ф1 — не менее 1,5 м . Тблщина ребер — 2-3 мм. Ребра могут быть выполнены как одно целое с индукционным зондом и электронной 50 частью, или же в виде насадки, одеваемой на прибор и закрепляемой на нем, число ребер определяет степень подавления влияния скважины.

Степень ослабления влияния сква- 55 жины 5, определяется следующим соотношением

"(ск8 к) а< скв

a ске Х где n — число введенных ребер;. диаметр скважины;

d„ диаметр корпуса устройства- 65

Для наиболее распространенных диаметров корпуса iI 0i07 м и л4 величина S, рассчитанная по формуле (2), равна 4,96.

Для определения необходимого числа ребер прн заданной степени ослабления влияния скважины 5 можно использовать приближенную формулу, вытекающую из (2) при условии дк/dcgg0, т.е. если диаметр корпуса прибора гораздо меньше диаметра скваяины, при этом

5=i1 4+ — 1 (3)

Л / откуда необходимое число ребер опре- деляется по формуле

n=Ji/2{5-2) (4)

ПолУченные по этой формуле значения округляются до ближайшего целового числа.

Устройство работает следующим образом.

На каротажном кабеле 8 устройст- во опускается в скважину, заполненную скважинной жидкостью б. Индукционный зонд 1 создает в окружающей зонд среде переменное магнитное поле, под воздействием которого в горных породах 5 возбуждаются кольцевые токи, кольцевые витки которых показаны на фиг.2, концентричные с осью зонда. Эти токи создают в измерительных катушках зонда 1 ЭДС, пропорциональную удельной электропроводности горных пород. Сигнал поступает в электронную часть 2, где преобразуется в вид, удобный для передачи на поверхность по каротажному кабелю 8. В скважинной жидкости в области расположения индукционного зонда, благодаря наличию непроводящих перегородок, образованных ребрами 3, токи, концентричные оси зонда, протекать не могут. В этом случае в каждом из контуров, образованных соседними ребрами 3, корпусом прибора и стенкой скважины, начинают протекать замкнутые токи, токовые линии

10 которых показаны на фиг.2. Суммарное магнитное поле, создаваемое эти ми токами в области расположения измерительной катушки, будет значительно меньше, чем в случае отсутствия непроводящих перегородок в скважине, по тем причинам, что сопротивление протеканию токов в скважинной жидкости возрастает, так как увеличивается суммарная длина токо вых линий в жидкости и уменьшается эффективная площадь, по которой протекают токи в каждом из контуров, что уменьшает величины токов, текущих в контурах. Магнитный поток, пронизывающий все образованные контуры в каждом сечении скважины, меньше

949601 магнитного потока, пронизывающего контур, образованный .стенками скважины и корпусом зонда, в случае отсутствия перегородок.на величину потока, проходящего внутри стержня, из которого изготовлен зонд. Это также уменьшает токи, текущие в контурах Оси вторичных магнитных полей, созданных токами в жидкости, смещены относительно оси индукционного зонда, поэтому ЭДС наводимая ими в измерительной катушке, меньше чем в случае совпадения их осей, что имеет место в случае отсутствия непроводящих перегородок.

В силу укаэанных причин влияние скважины ослабляется. Использование четырех ребер приводит к пятикратному ослаблению влияния скважинной жидкости. Если в стволе скважины имеются каверны.то, благодаря тому, что высота ребер 3 равна

Э„-ак . т.е. расстояние между

1 верхними основаниями ребер 3 равно максимальному диаметру скважины в зоне каверн, а также наличию разрезов 4, область каверны 7 тоже заполняется непроводящими перегородками и влияние ее также ослабляется.

Устройство обладает такими преимуществами, как простота конструкции, так как отсутствует необходимость в датчике электропроводности сквахинной жидкости, согласующем блоке и функциональном преобразователе сигналов.

Влияние сквахины уменьшается независимо.от форьы ее поперечного сечения и благодаря этому повышается точность измерения удельной электропроводности пластов. !

Ослабление влияния скважины не зависит от удельной электропроводности сквахинной жидкости.

Нреимуцеством является также ослаблеиие влияния симметричных и несимметричных каверн в стволе скважины.

Формула изобретения

1. Устройство для индукционного каротажа скважин, содержащее индукционный зонд и электронную часть в защитном корпусе, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повыше ния точности измерений удельной электропроводности горных пород путем уменьшения влияния скважинной жидкости на результаты каротажа и упрощения конструкции устройства, на внешней поверхности корпуса устройства выполнены радиальные ребра из неэлектропроводного и немагнитного материала, число и которых оп- . ределяется требуемой степенью s ослабления влияния скважины и выбирается по формуле." n = Jl/2 (S - 2), -причем основания ребер расположены параллельно оси индукционного зонда, длина нижнего и верхнего оснований каждого из ребер выбирается равной не менее двум длинам индукционнрго зонда, высота ребер равна

-а„ каВ К 1 где В ксŠ— максимальный

Ч диаметр каверн в стволе скважины; дк — диаметр корпуса устройства, а толщина ребер равна

2-3 мм.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения влияния каверн в стволе скважины, вдоль верхнего основания каждого ребра сделаны разрезы в радиальном направлении с шагом

5-10 см и длиной, равной и где З H — номинальный диаметр, скважины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Дьяконов Д.И., Леонтьев E.È., Кузнецов Г.С.; Общий курс геофизических исследований скважин. И., "Недра", 1977, с.127-130.

2. йвторское свидетельство СССР

Р 646297, кл. G 01 V 3/18, 1977 (прототип).

949601 а@я

Составитель Н.Журавлева

Редактор А.Власенко Техред С.Мигунова Корректор "О.Билак

Закаэ 5744/36 Тираж 717 Подлисное

ВНИ11ПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, 1- аушская иаб., д.4/5

Филиал 1111П "Патент", r.Óÿòîðîä, ул.Проектная,4