Способ электромагнитного каротажа скважин

 

Использование: исследование коллекторов с вертикальной осью электрической анизотропии. Сущность изобретения: в способе электромагнитного каротажа, заключающемся в возбуждении в скважине вращающегося в горизонтальной плоскости электромагнитного поля и измерении напряженности магнитного поля в вертикальном направлении, в горизонтальном направлении, перпендикулярном к направлению возбуждаемого поля, и в горизонтальном направлении, совпадающем с направлением возбуждаемого электромагнитного поля, когда напряженность в горизонтальной плоскости, измеряемая перпендикулярно к направлению возбуждения поля, равна нулю, а напряженность поля, измеряемая в вертикальном направлении, отлична от нуля. 1 ил.

Изобретение относится к промысловой геофизике, а именно к электромагнитным способам каротажа, и может применяться при исследовании коллекторов с вертикальной осью электрической анизотропии.

Известен способ электромагнитного каротажа скважин, который основан на возбуждении в скважине с помощью передающей вертикальной катушки электромагнитного поля и измерении с помощью вертикальной приемной катушки реактивной и активной составляющих напряженности магнитного поля [1].

Этот способ недостаточно информативен для исследования трещинных коллекторов. Кроме того, на измерения, проводимые зондами индукционного каротажа, вертикальная электрическая анизотропия не оказывает никакого влияния.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ электромагнитного каротажа скважин, который основан на возбуждении в скважине зондирующего электромагнитного поля вращательного характера и регистрации затухания поля системой из нескольких измерительных приемников. Систему измерительных приемников, выполненных в виде катушек, вращают синхронно и синфазно с возбужденным в скважине зондирующим электромагнитным полем, получают при этом сигнал от измерительных катушек и выделяют из него сигнал истинного значения затухания поля [2].

В этом способе величина сигнала влияния скважины меняется от нуля, когда магнитные моменты катушек перпендикулярны стенке скважины, до максимального значения, когда магнитные моменты параллельны касательной к стенке скважины. Минимумам сигнала от измерительных катушек соответствуют истинные значения измерительных параметров.

Однако в случае, когда зонд повернут в скважине и угол между магнитным моментом диполя и направлением смещения равен β, в системе координат связанной с зондом, напряженность магнитного поля, измеряемая магнитным диполем в направлении возбуждения поля равна = H₁+H₂cos2β,, где H₁= H^x_x+H, H₂= H^x_x-H,, Н_х^х - напряженность магнитного поля диполя, смещенного вдоль оси Х, измеряемая в направлении оси Х, если магнитное поле возбуждается вдоль оси Х; Н_у^у - напряженность магнитного поля диполя, смещенного вдоль оси Х, измеряемая в направлении оси Y, если магнитное поле возбуждается вдоль оси Y.

Следовательно, в прототипе за истинную принимается величина Н₁, представляющая собой среднее между напряженностями магнитного поля, измеряемыми во взаимно перпендикулярных направлениях.

Как показали расчеты, влияние смещения зонда с оси скважины на величину Н₁ может быть весьма значительным даже при больших длинах зонда. Например, для зонда длиной 6 м при увеличении смещения от 0,1 до 0,5 радиуса скважины активная составляющая сигнала увеличивается почти в 40 раз, а реактивная - более чем в три раза. В то же время поворот зонда ИК - поперечного в скважине может оказывать существенное влияние на его показания даже при достаточно большой длине. Так, в ситуации, описанной выше (длина зонда 6 м), результат измерения зондом ИКП, катушки которого ориентированы в направлении смещения, меньше результата измерения аналогичным зондом с катушками, направленными по нормали к смещению, примерно в три раза.

Цель изобретения - повышение точности измерений путем исключения погрешности, обусловленной смещением зонда с оси скважины.

Поставленная цель достигается тем, что в способе электромагнитного каротажа скважин, основанном на возбуждении в скважине, зондирующего электромагнитного поля, вращающегося в горизонтальной плоскости, и измерении напряженности магнитного поля в направлении возбуждения электромагнитного поля, дополнительно измеряют напряженности магнитного поля в вертикальном направлении и в направлении горизонтальном, перпендикулярном к направлению возбуждаемого поля, причем истинным является сигнал, измеряемый в направлении возбуждаемого поля, когда напряженность магнитного поля, измеряемая в горизонтальной плоскости перпендикулярна к направлению возбуждения поля, равна нулю, а напряженность поля, измеряемая в вертикальном направлении, отлична от нуля.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что в измерительный комплекс включают вторую приемную катушку, момент которой направлен вдоль оси скважины, и третью приемную катушку, момент которой лежит в горизонтальной плоскости и перпендикулярен моменту первой приемной катушки, измеряют напряженности магнитного поля в вертикальном направлении и в направлении горизонтальном, перпендикулярном к направлению возбуждаемого поля, причем за истинный принимается сигнал, измеряемый первой приемной катушкой в направлении возбуждаемого поля в тот момент, когда напряженность магнитного поля, измеряемая третьей приемной катушкой, равна нулю, а напряженность магнитного поля, измеряемая второй приемной катушкой, отлична от нуля.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "Новизна".

Признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной области техники и, следовательно, обеспечивают ему соответствие критерию "Существенные отличия".

Сущность способа состоит в следующем.

В скважине радиуса а, заполненной промывочной жидкостью проводимости σ_с и пересекающей анизотропный пласт с проводимостью в плоскости напластования σ_t и коэффициентом анизотропии λ, параллельно оси анизотропии расположен магнитный диполь с моментом .

Введем цилиндрическую систему координат r, ϕ, z, в которой ось скважины совпадает с осью z, а диполь имеет координаты r_o, o, o и декартову систему координат Х, Y, Z, начало и ось которой совпадают с цилиндрической, а ось Х проходит через точку расположения диполя. Будем искать отдельно поля, создаваемые диполями, ориентированными вдоль осей Х, Y, Z, из которых легко можно получить поле произвольно ориентированного диполя.

Решая задачу с использованием двух векторных потенциалов электрического и магнитного типов, ориентированных вдоль оси скважины, можно представить магнитное поле в виде псевдотензора H_i^j, где верхний индекс соответствует ориентации источника, а нижний - приемника В случае, когда зонд повернут в скважине и угол между Х-диполем и направлением смещения равен β, в системе координат, связанной с зондом, компоненты псевдотензора примут вид: = H₁+H₂cos2β, = =H₂sin2β, = H₃cosβ= - , = H₃sinβ = - , где
H₁= H^x_x+H, H₂= H^x_x-H, H₃= H^x_z.

Поворотом зонда вокруг его оси можно добиться того, чтобы угол β стал равен нулю и = H^x_x. В качестве контроля для такого положения зонда используется отсутствие сигнала в горизонтальном направлении, перпендикулярном к направлению возбуж- дения (= 0) и наличие сигнала вдоль оси скважины ( 0).

На чертеже показана схема расположения катушек скважинного прибора, реализующего предлагаемый способ.

Скважинный прибор содержит генераторную катушку 1 и приемные катушки 2,3,4. Оси приемных катушек взаимно перпендикулярны между собой. Оси генераторной катушки 1 и приемной катушки 2 параллельны одна другой. На генераторную катушку 1 подают электрический ток 50 кГц при расстоянии между генераторной и приемными катушками, равном L=1 м, измеряют активную и реактивную составляющие напряженности магнитного поля.

Использование предлагаемого способа электромагнитного каротажа скважин обеспечивает по сравнению с прототипом повышение точности и достоверности измерения за счет устранения влияния погрешности, обусловленной смещением и поворотом зонда в скважине, а также в устранении влияния на результат измерения неидеальности формы скважины.

Формула изобретения

СПОСОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН, заключающийся в том, что возбуждают в скважине зондирующее элекромагнитное поле, вращающееся в горизонтальной плоскости, и производят измерение напряженности магнитного поля в направлении возбуждения электромагнитного поля, отличающийся тем, что дополнительно измеряют напряженность магнитного поля в вертикальном направлении и в горизонтальном направлении, перпендикулярном к направлению возбуждаемого поля, а в направлении, совпадающем с направлением возбуждения электромагнитного поля, напряженность измеряют, когда напряженность магнитного поля в горизонтальной плоскости, измеряемая перпендикулярно к направлению возбуждения поля, равна нулю, а напряженность поля, измеряемая в вертикальном направлении, отлична от нуля.

РИСУНКИ

Рисунок 1