Способ электрического каротажа обсаженных скважин

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и может найти применение при определении электрического сопротивления пластов горных пород, окружающих обсаженную металлической колонной скважину. Сущность: используют зонд, состоящий из трех эквидистантных измерительных электродов и двух токовых электродов, расположенных за пределами зоны измерительных электродов. В колонну через оба токовых электрода одновременно подают совпадающие по фазе электрические токи в определенной пропорции. Меняют пропорцию токов и в оба токовых электрода одновременно подают совпадающие по фазе электрические токи в измененной пропорции. При каждой из подач токов измеряют сами токи, потенциал электрического поля в точке контакта среднего измерительного электрода с колонной, первую разность потенциалов на участке колонны между контактами двух крайних измерительных электродов и вторую разность потенциалов на том же участке колонны. Удельное электрическое сопротивление определяют по соответствующей формуле. Технический результат: повышение точности, расширение диапазона измерений. 1 ил.

 

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин и может найти применение при определении электрического сопротивления пластов горных пород, окружающих обсаженную металлической колонной скважину.

Известен способ электрического каротажа обсаженных скважин (патент РФ №2172006, опубл. 10.08.2001 [1]). Способ включает измерение потенциала электрического поля и его второй разности при помощи контактирующего с обсадной колонной однополюсного четырехэлектродного зонда. Зонд выполнен в виде трех эквидистантных измерительных электродов и трех токовых электродов, два токовых электрода расположены симметрично относительно среднего измерительного электрода, третий электрод расположен в середине на уровне среднего измерительного электрода и подключен к колонне в точке, не совмещенной с точкой контакта с колонной среднего измерительного электрода. В каждый из трех токовых электродов поочередно подают электрический ток от одного и того же полюса источника. При каждой из трех подач тока измеряют потенциал электрического поля среднего измерительного электрода, первую разность потенциалов между двумя крайними измерительными электродами, вторую разность потенциалов. Удельное электрическое сопротивление определяют по соответствующей формуле.

Недостатком способа является проблематичность его практической реализации, а именно правильного измерения второй разности потенциалов при подаче тока в третий электрод, расположенный на уровне среднего измерительного электрода.

Известен способ электрического каротажа обсаженных скважин (патент РФ №2200967, опубл. 20.03.2003 [2]). Способ использует зонд, состоящий из эквидистантно расположенных вдоль колонны трех измерительных электродов и двух пар токовых, одна из которых расположена выше за пределами измерительных электродов, а другая - ниже. В колонну через каждую из обеих пар токовых электродов подают ток от двух расположенных за пределами измерительных цепей зонда и измерителей генераторов тока. При каждой из подач тока измеряют потенциал электрического поля колонны в точке контакта с ней среднего измерительного электрода, первую и вторую разности потенциалов на участке колонны между двумя крайними измерительными электродами. Удельное электрическое сопротивление определяют по соответствующей формуле.

Недостатком способа является проблематичность его практической реализации: для получения достаточных для измерения амплитуд первой и второй разностей потенциала необходимы токовые диполи длиной сотни метров.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ электрического каротажа обсаженных скважин (патент РФ №2176802, опубл. 10.12.2001 [3]). В способе используют зонд, состоящий из трех эквидистантных измерительных электродов и двух, расположенных за пределами зоны измерительных электродов, симметрично относительно среднего измерительного электрода, токовых электродов. В колонну через каждый из двух токовых электродов поочередно подают от одного и того же полюса источника электрический ток. При каждой из подач тока измеряют потенциал электрического поля колонны в точке контакта с ней среднего измерительного электрода, первую разность потенциалов на участке колонны между двумя крайними измерительными электродами и вторую разность потенциалов на том же участке колонны. Удельное электрическое сопротивление определяют по соответствующей формуле.

Недостатком способа является то, что зонд питается токами, основные доли которых в пределах измерительных электродов текут по колонне и в тысячи раз превышают доли токов, текущих в пласт в пределах тех же измерительных электродов. В результате точность определения параметров пласта невысока, а диапазон измерения ограничен.

В предложенном способе решается задача повышения точности и расширения диапазона измерения параметров пласта за счет одновременной подачи токов выше и ниже измерительных электродов - балансировки токов для значительного, в сотни раз, уменьшения долей токов, текущих в пределах измерительных электродов по колонне без уменьшения долей токов, текущих в пласт в пределах тех же измерительных электродов.

Задача решается тем, что в способе электрического каротажа обсаженных скважин, включающем подачу электрических токов, измерение потенциала электрического поля и его второй разности при помощи многоэлектродного зонда второй разности, выполненного в виде трех эквидистантных измерительных электродов и двух токовых, верхнего и нижнего, которые расположены за пределами измерительных электродов, согласно изобретению используют способ питания зонда, когда в оба токовых электрода одновременно подают совпадающие по фазе электрические токи в определенной пропорции, меняют пропорцию токов и в оба токовых электрода одновременно подают совпадающие по фазе электрические токи в измененной пропорции и при каждой из подач токов измеряют сами токи, потенциал электрического поля в точке контакта среднего измерительного электрода с колонной, первую разность потенциалов на участке колонны между контактами двух крайних измерительных электродов и вторую разность потенциалов на том же участке колонны, а в качестве параметра электрического каротажа обсаженных скважин используют удельное электрическое сопротивление окружающих колонну пластов горных пород, которое определяют по формуле:

где К - коэффициент пропорциональности, зависящий от геометрических размеров зонда;

I1 - сумма токов, подаваемых в токовые электроды А1 и А2 в первый момент времени:

I1_A1 - доля тока I1, поданная в токовый электрод А1;

I1_А2 - доля тока I1, поданная в токовый электрод А2;

I2 - сумма токов, подаваемых в токовые электроды А1 и А2 во второй момент времени:

I2_A1 - доля тока I2, поданная в токовый электрод А1;

I2_A2 - доля тока I2, поданная в токовый электрод А2;

U_N(I1), U_N(I2) - потенциалы электрического поля в точке контакта с колонной среднего измерительного электрода, соответственно при подаче токов I1 и I2 в первый и второй токовые электроды зонда;

ΔU_M2M1(I1), ΔU_M2М1(I2) - первые разности потенциалов электрического поля на участке колонны между контактами с ней двух крайних измерительных электродов зонда, соответственно при подаче токов I1 и I2 в первый и второй токовые электроды зонда;

Δ²U(I1), Δ²U(I2) - вторые разности потенциалов электрического поля, соответственно при подаче токов I1 и I2 в первый и второй токовые электроды зонда.

Сущность изобретения

На фиг.1 приведена блок-схема устройства, реализованного по предлагаемому способу, где 1 - скважина; 2 - обсадная металлическая колонна; 3 - окружающие скважину горные породы; 4 - скважинный прибор; 5 - средний измерительный электрод N; 6 и 7 - симметрично расположенные относительно среднего измерительные электроды M1 и М2; 8 и 9 - токовые электроды, соответственно А1 и А2; 10 - блок измерителей: потенциала U_N между средним измерительным электродом 5 и удаленным электродом 15, первой разности потенциалов ΔU между измерительными электродами 6 и 7, второй разности потенциалов А²U между измерительными электродами 6, 7 и 5; 11 - генератор токов; 12 - обратный токовый электрод В, подключенный ко вторым полюсам генератора 11; 13 и 14 - измерители токов I_A1 и I_A2, подающихся от первых полюсов генератора 11 в токовые электроды 8 и 9 соответственно. Компьютер, регистрирующий и обрабатывающий сигналы U_N, ΔU, Δ²U, I_A1 и I_A2 по формуле (1), и регистратор кривой сопротивления ρ_п на фиг.1 не показаны.

В скважинном приборе 4 находится зонд, состоящий из среднего измерительного электрода 5, двух дополнительных измерительных электродов 6 и 7 и двух токовых электродов 8 и 9. Все пять электродов прижаты к стенке колонны и имеют с ней электрический контакт.

Генератор токов 11 представляет собой устройство, позволяющее формировать два тока, совпадающих по фазе и управляемых по амплитуде. Это могут быть два синхронно работающих управляемых генератора тока или один генератор тока с управляемым делителем тока; в последнем случае управляемый делитель тока может располагаться как на поверхности, так и в скважинном приборе.

Измерители токов 13 и 14 также могут располагаться как на поверхности, так и в скважинном приборе.

Для проведения измерения выполняют следующие действия:

- в токовые электроды 8 и 9 подают токи такой силы и в такой пропорции, чтобы сигнал блока измерителей 10 ΔU_M2M1 был отрицательным и не превышал по амплитуде единиц мкВ, а суммарный ток был значительным, и производят регистрацию сигналов U_N(I1), ΔU_M2M1(I1), Δ²U(I1), I1_A1, I1_A2;

- в токовые электроды 8 и 9 подают токи такой силы и в такой пропорции, чтобы сигнал блока измерителей 10 ΔU_M2M1 был положительным и не превышал по амплитуде единиц мкВ, а суммарный ток был значительным, и производят регистрацию сигналов U_N(I2), ΔU_M2M1(I2), Δ²U(I2), I2_A1, I2_A2;

- производят вычисление ρ_п по формуле (1).

Следует отметить, что токи растекаются по колонне на сотни метров, следовательно, выбранные при первом измерении пропорции токов с изменением глубины будут изменяться медленно и поддерживать необходимые пропорции токов не составит большого труда.

Также отметим, что вычисления ρ_п по формуле (1) справедливы для режима работы внизу колонны, когда нет необходимости балансировкой токов уменьшать ΔU_M2M1(I1), a ΔU_M2M1(I2) надо уменьшать значительно, в сотни раз (I1_A1>0, I1_A2=0, I2_A1>0 I2_A2>0), и для режима, когда I1_A2=0, I2_A1=0, тогда формула (1) соответствует формуле прототипа [3].

По сравнению с прототипом [3], предлагаемый способ позволяет повысить точность и расширить диапазон измерения удельного сопротивления пластов горных пород.

Внедрение предлагаемого способа в практику геофизических исследований скважин даст значительный экономический эффект, так как позволит совершенствовать метод и аппаратуру электрического каротажа обсаженных скважин.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Пат. 2172006 Российская Федерация. Способ электрического каротажа обсаженных скважин./А.С.Кашик, Н.И.Рыхлинский, Г.Н.Гогоненков, Р.И.Кривоносов, В.З.Гарипов (РФ). - №2000127404/28; заявл. 01.11.2000; опубл. 10.08.2001.

2. Пат. 2200967 Российская Федерация. Способ электрического каротажа обсаженных скважин./А.С.Кашик, Н.И.Рыхлинский, Р.И.Кривоносов (РФ). - №2002114518/28; заявл. 04.06.2002; опубл. 20.03.2003.

3. Пат. 2176802 Российская Федерация. Способ электрического каротажа обсаженных скважин./А.С.Кашик, Н.И.Рыхлинский, Г.Н.Гогоненков, Р.И.Кривоносов, В.З.Гарипов (РФ). - №2001104501/28; заявл. 20.02.2001; опубл. 10.12.2001.

Способ электрического каротажа обсаженных скважин, включающий подачу электрических токов, измерение потенциала электрического поля и его второй разности при помощи многоэлектродного зонда второй разности, выполненного в виде трех эквидистантных измерительных электродов и двух токовых, верхнего и нижнего, электродов, которые расположены за пределами измерительных электродов, отличающийся тем, что в оба токовых электрода одновременно подают совпадающие по фазе электрические токи в определенной пропорции, меняют пропорцию токов и в оба токовых электрода одновременно подают совпадающие по фазе электрические токи в измененной пропорции, и при каждой из подач токов измеряют сами токи, потенциал электрического поля в точке контакта среднего измерительного электрода с колонной, первую разность потенциалов на участке колонны между контактами двух крайних измерительных электродов и вторую разность потенциалов на том же участке колонны, а в качестве параметра электрического каротажа обсаженных скважин используют удельное электрическое сопротивление окружающих колонну пластов горных пород, которое определяют по формуле

где К - коэффициент пропорциональности, зависящий от геометрических размеров зонда;
I1 - сумма токов, подаваемых в токовые электроды А1 и А2 в первый момент времени:

I1_A1 - доля тока I1, поданная в токовый электрод А1;
I1_А2 - доля тока I2, поданная в токовый электрод А2;
I2 - сумма токов, подаваемых в токовые электроды А1 и А2 во второй момент времени:

I2_A1 - доля тока 12, поданная в токовый электрод А1;
I2_A2 - доля тока 12, поданная в токовый электрод А2;
U_N(I1), U_N(I2) - потенциалы электрического поля в точке контакта с колонной среднего измерительного электрода соответственно при подаче токов II и 12 в первый и второй токовые электроды зонда;
ΔU_M2M1(I1), ΔU_M2М1(I2) - первые разности потенциалов электрического поля на участке колонны между контактами с ней двух крайних измерительных электродов зонда соответственно при подаче токов I1 и I2 в первый и второй токовые электроды зонда;
Δ²U(I1), Δ²U(I2) - вторые разности потенциалов электрического поля соответственно при подаче токов I1 и I2 в первый и второй токовые электроды зонда.