Устройство для испытаний и калибровки приборов электрического каротажа

 

Использование: для испытаний и калибровки приборов электрического каротажа при геофизических исследованиях скважин. Сущность изобретения: устройство содержит внутреннюю трубу из непроводящего электрический ток материала, окруженную электролитом. В стенках последней равномерно по периметру на локальных цилиндрических участках выполнены сквозные отверстия. Эти отверстия закрыты пробками из металлов, полупроводников и пористых диэлектриков. Внутренняя труба установлена с фиксированными зазорами по отношению к внешней обсадной колонне. Последняя выполнена составной из труб, проводящих и непроводящих электрический ток. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к геофизическим исследованиям в скважинах и может быть использовано при испытаниях и калибровке приборов электрического каротажа. Известно устройство (аналог) для контроля аппаратуры электрического каротажа /1/, выполненное в виде помещаемой в контрольную скважину трубы из непроводящего электрический ток материал, в стенке которой равномерно по периметру на нескольких локальных цилиндрических участках выполнены сквозные отверстия, заглушенные металлическими пробками, причем соседние пробки с наружной стороны непроводящей трубы соединены между собой резисторами в вертикальном и азимутальном направлениях, а номинальные значения сопротивления резисторов одинаковы в пределах участка и различны на разных локальных участках трубы.

Совпадающими существенными аналога с заявляемым изобретением являются: труба из непроводящего электрический ток материала, отверстия в ней на локальных цилиндрических участках, заглушенные металлическими пробками, электролит.

Причинами, препятствующими получению требуемого технического результата, являются применение только металлических пробок с весьма малыми значениями удельного электрического сопротивления (У. Э. С.), применение резисторов, которые нестабильны в скважинных условиях.

Прототипом заявляемого изобретения выбрано устройство для контроля воспроизводимости показаний скважинной аппаратуры /2/, включающее непроводящую электрический ток внутреннюю трубу, в стенках которой выполнены сквозные отверстия на локальных участках трубы, причем площадь, занимаемая отверстиями на этих участках, имеет различную величину, соответствующую имитируемым кажущимся значениям У.Э.С. и наружную стальную обсадную колонну, заполненную электролитом.

Признаками прототипа, совпадающими с признаками заявляемого изобретения, являются: внутренняя труба из непроводящего электрический ток материала, отверстия в ней на локальных (по длине) участках, электролит, наружная обсадная колонна.

Причинами, препятствующими получению требуемого технического результата, являются практически "нулевое" У.Э.С. материала стальной обсадной колонны и заполнение отверстий электролитом с фиксированным значением У.Э.С.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - расширение функциональных возможностей устройства путем получения следующих технических результатов: расширение диапазона имитируемых У.Э.С. имитирование радиальной и аксиальной составляющих У.Э.С. моделируемых пространственных элементов горных пород, повышение однородности значений имитируемых У.Э.С. моделирование пачек пластов горных пород.

Предлагаемое изобретение характеризуется следующим набором существенных признаков: внутренняя труба из непроводящего электрический ток материала (диэлектрика), отверстия в ее стенках, расположенные на нескольких цилиндрических локальных участках, заглушенные пробками из материалов с различными У. Э. С. (т. е. из металлов, полупроводников, из пористых диэлектриков), внешняя обсадная колонна, составленная как из труб, проводящих электрический ток, так и из труб, непроводящих электрический ток (диэлектриков), фиксированные зазоры между внутренней трубой и трубами обсадной колонны, электролит заданного У.Э.С.

Признаками, отличительными от прототипа, являются: пробки из металлов, полупроводников и пористых диэлектриков; введение участков обсадной трубы, выполненной из непроводящего электрический ток материала; зазоры фиксированной величины между внутренними и обсадными трубами.

Чертеж представлен фиг. 1, на которой показано эскизное изображение устройства.

Устройство содержит непроводящую электрический ток внутреннюю трубу 1, окруженную электролитом 2, в стенках которой на локальных цилиндрических участках выполнены отверстия, заполненные пробками 3, 4, 5. Пробки 3 выполнены из металлов, пробки 4 выполнены из полупроводникового материала, например, графитопласта, металлопласта и других углеграфитовых материалов /3/. Пробки 5 выполнены из пористого диэлектрического материала, насыщенного электролитом, например, из дерева, цемента, песчано-цементной смеси и т.д. Снаружи находится обсадная колонна, составленная из участков труб, проводящих 6 и непроводящих 7 электрический ток.

Фиксированный зазор 8 между трубами заполнен электролитом 2. В трубу 1 опущен на каротажном кабеле 9 скважинный прибор 10 с токовым 11 и измерительным 12 электродами.

Устройство работает следующим образом. Скважинный прибор 10 перемещают в трубе 1, например, снизу вверх с помощью каротажного кабеля 9. Электрический ток, подаваемый на токовый электрод 11 прибора, растекается по электролиту 2 и стекает к другому токовому удаленному электроду (не показан), создавая пространственное распределение потенциала электрического поля, фиксируемое измерительным электродом 12 вдоль оси трубы. При этом часть тока, текущего по трубе через пробки, стекает в наружные электропроводящие слои, окружающие трубу, уменьшая регистрируемые прибором разности потенциалов, пропорциональные измеряемым кажущимся У.Э.С. среды.

Согласно работам /4, 5/, моделируемые устройством электропроводящие объемные элементы пластов горных пород, пересеченных скважиной (пласты, границы пластов, пачки пластов, зона влияния электролита в стволе скважины и т.д.), могут быть заменены сеточной моделью, состоящей из соединенных ячеек с проводимостями, равными проводимостям объемных элементов среды. Для предлагаемого устройства в частности в случае асимметричного распределения электрических свойств объемных элементов упрощенная эквивалентная электрическая схема устройства представлена на фиг. 2.

Резисторы R_k, R_k+1, моделируют аксиальную составляющую проводимостей элементов устройства, создаваемых элементами столба электролита внутри внутренней трубы, ограниченными плоскостями, проходящими через центры соседних пробок, перпендикулярно оси трубы.

Резисторы r_k, r_k+1. моделируют аксиальную составляющую проводимостей элементов устройства, создаваемое коаксиальными электропpоводящими слоями снаружи внутренней трубы между плоскостями, проходящими перпендикулярно оси трубы через центр соседних пробок. Отметим, что на участках наружной обсадной металлической трубы значения r_k весьма близки к нулю. На участках напротив наружной обсадной колонны из диэлектрика значения r_k определяются главным образом величиной фиксированного зазора, а также расстоянием между пробками, наружным диаметром внутренней трубы, У.Э.С. электролита.

Сопротивление пробок Rn_k, Rn_k+1 определяется У.Э.С. материала, пробок, высотой и сечением пробок.

Применяя пробки из металлов, полупроводников, пористых диэлектриков, добиваются изменения Rn в необходимых пределах. Применяя на отдельных участках обсадные трубы из диэлектрика 7 и изменяя величину и форму зазоров, добиваются изменений в необходимых пределах. Таким образом, согласно работам /4, 5/ возможно промоделировать весь необходимый диапазон кажущихся значений У.Э.С. регистрируемых скважинными приборами.

При помещении прибора в центр участка с пробками и металлов, находящимися напротив проводящей электрический ток трубы, значительная часть тока стекает в проводящую ток трубу, так как сопротивления пробок Rn_k и сопротивления r_k весьма малы. Показания прибора при этом минимальны. При перемещении прибора вверх в центр участка с пробками их полупроводниковых материалов сопротивление пробок увеличивается, так как У.Э.С. полупроводников колеблется в пределах 10^-5oC10⁷ Ом·м, что позволяет имитировать широкий диапазон кажущихся значений У.Э.С. регистрируемых прибором. При поднятии прибора в центр участка с пробками из пористых диэлектрических материалов, пропитанных электролитом, показания прибора зависят от параметра пористости /3/ материала пробок, определяющего величину отношения У.Э.С. пористой пробки к У.Э.С. электролита.

При дальнейшем поднятии прибора в участок с пробками, находящимися напротив непроводящей обсадной колонны, значения эквивалентного сопротивления наружного коаксиального слоя r_k резко возрастают и регулируются также величиной фиксированных зазоров.

На локальных участках, находящихся напротив непроводящей трубы, имитируются как аксиальные, так и радиальные составляющие проводимостей горных пород. Это связано с тем, что сопротивление пробок во многих случаях соизмеримо с эквивалентным сопротивлением наружного слоя r_k.

На участках (на фиг. не указаны), где обсадная колонна набрана из чередующихся отрезков проводящих электрический ток труб, моделируются пачки пластов с "контрастно" чередующимися электрическими свойствами.

При создании имитаторов возникает также проблема достаточной однородности регистрируемых вдоль трубы значений кажущегося У.Э.С.в широком диапазоне значений У.Э.С. например, от 0,1 до 10000 Ом·м. Однородность воспроизводимых значений связана в первую очередь с расстоянием между пробками по длине трубы. Чем меньше это расстояние, тем однородность лучше.

Расчеты и эксперименты показывают, что этого можно достичь только одновременным применением пробок из материалов с различными значениями У.Э.С. регулированием зазора между трубами и применением в качестве обсадных труб из проводящего и диэлектрического материалов.

Формула изобретения

Устройство для испытаний и калибровки приборов электрического каротажа, содержащее наружную обсадную колонну, внутреннюю, окруженную электролитом, трубу из непроводящего электрический ток материала со сквозными отверстиями в ней, выполненными на локальных участках, отличающееся тем, что отверстия на локальных участках снабжены пробками из металлов, полупроводников и пористых диэлектриков, а обсадная колонна выполнена составной из труб, проводящих и непроводящих электрический ток, и отделена фиксированными зазорами от внутренней трубы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2