Устройство для электрического каротажа скважин с фокусировкой тока

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ- СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалнстмческмк

Республик

< >940112 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24.09.80 (21) 2982974/18 25 с присоединением заявкн Ля (23) Приоритет (51) М. Кл.

G01 V 318

ГоауАарствкииый комитет

СССР

Опубликовано 30.06.82. Бюллетень № 24 до делам изобретеиий и открытий (з)УДК 550.83

{088.8) Дата опубликования описания 30.06.82

Г.M. И1арыгин (72) Автор изобретения

Всесоюзный научно-исследовательский институт1 геофйзических методов разведки Научно-производственного объединения Союзгеофизика" (7l ) Заявнтель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КАРОТАЖА

СКВАЖИН С ФОКУСИРОВКОЙ ТОКА

Изобретение относится к устройствам для геофизических исследований скважин, в частности для электрического каротажа несколькими зондами с фокусировкой тэка, осушествляемого за один проход устройства, по стволу скважины.

Известны устройства, позволяющие проводить измерения несколькими зондами с фокусировкой тока за один проход устройства по стволу скважины. Устройство о (1)реализует два измерения с временным разделением путем поочередного подключения через семижильный кабель различных групп электродов зонда к измери-. те 1ьной схеме на поверхностт в результате чего одновременно регистрируются показания семиэлектродного бокового зонда с большим радиусом исследования для определения удельного эпектрического сопротивления пласта Р>. и девятиэлек- го родного псевдобокового зонда с умент шенным радиусом исследования для определения сопротивления зоны проникновения у,. Устройство f2(создает в скважине

2 поле тока со сферическим распределением потенциала, исключающим влияние сква— жины. Путем измерения потенциалов этого поля в различных точках получают одно временные измерения, эквивалентные двум зондам с различным радиусом исследова. ння для определения уП и З11

Устройства $1) и f2) недостаточно эффективны вследствие близссти характеристик одновременно работающих зондов по радиусу исследования. Наиболее различаются радиусы исследования бокового семиэлектродного зонда 1 11 и малого зонда со сферической фокусирзвкой тока (2). Кроме того, эти устройства не дают сведений о сопротивлении промытой зоны f > и толщине глинистой корки на стенке скважины Ьгк, т. в. точность определения коллекторских свойств пластов и характера их насыщения недостаточна.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для электрического каротажа скважин с фокусировкой тока 3).

9401 1 2 содержащее зонд с центральным токовым электродом, с измерительными, прямыми и обратными экранными электродами,. симметрично и попарно расположенными относительно центрального токового электро-5 да, а также прижимаемый к стенке скважины изоляционный .башмак с концентрическИ расположенными це нтрельным токовым, измерительными, прямыми и обратными экранными электродами, задаю <0 щий генератор, усилитель, фазочувствительный выпрямитель и преобразовательусилитель мощности, при этом выход усилителя соединен с Гпервым входом фазочувствительного выпрямителя, а выход задающего генератора соединен с вторым входом фазочувствительного выпрямителя и с первым входам преобразователя-усилителя мощности. Этот прибор позволяет одновременно измерять бо- 20 ковым зондом большого радиуса исследования удельное электрическое сопротивление пласта Я, псевдобоковым зондом уменьшенного радиуса исследования сопротивление зоны проникновения РЗН и мик- 25 розондом со сферической фокусировкой тока сопротивление промытой зоны р5 .

Однако данный приборЭоа6 Мйе ойф-->>C О 5F00g не решает полностью задачи опре30 деления ра днальн ого распре деления с опротивлення в пласте-коллекторе, поскольку прн определении, и . „необходимо также знать диаметр зоны проникновения Д3, .а при определении рп> необходимо измеРЯть толщинУ глинистой коРки Ьг, ко35 торые являются поправочными факторами при этом. Эти дополнительные данные могут быть получены только путем измерения еше одним зондом и одним микрозондом с .соответствующими радиусами исследования, чтобы количество неизвестных параметров,„, р3„,дъ„, р„.5,, „„ было равно количеству измерений. ОчеВидно, что наибольшая точность Опредбления коллекторских свойств пластов и характера их насыщения будет достигнута при измерении всех эгих параметров за один проход устройства по стволу скважины, т. е. при обеспечении полной идентичности условий измерений. Исмерительная схема приборе, отдельные узлы которой находятся в скважине и на поверхности, объединяется семижильным кабелем и представляет собой три параллельных канала измерения на различных частотах 55 токов, пропускаемых через электроды зонда и микрозонда. Частоты каналов должны быть достаточно разнесены во,избежание взаимовлияния, в то время как общий диалазон частот, который может быть использован при измерениях, ограничен от нескольких десятков до 600800 Гц, когда начинает уже сказываться скин-эффект. Поэтому по такой системе одновременные измерения фокусированными зондами и микрозондами, числом более трех, практически неосуществимы. Кроме того, требуется еще семижильный каротажный кабель, который в СССР находит весьма ограниченное применение.

Цель изобретения - повышение точности определения коллекторских свойств пластов и характера их насыщения путем получения измерений по меньшей мере тремя зондами и микрозондами с фокуси» ровкой тока за один проход устройства по стволу скважин с использованием каротажного кабеля любого типа.

Указанная цель достигается тем, что устройство для электрического каротажа скважин с фокусировкой тока, содержащее зонд с центральным токовым электродом, с измерительными, прямыми и обратными экранными электродами, симметрично и попарно расположенными относительно центрального токового электрода, а также прижимаемый к стенке скважины изоляционный башмак с концентрически расположенными центральным токовым, измери-тельными, прямыми и обратными экранными электродами, задающий генератор, усилитель, фазочувствительный выпрямитель и преобразователь-усилитель мощности, при этом выход усилителя соединен с первым входом фазочувствительнот о выпрямителя, а выход задающего генератора соединен с вторым входом фазочувствительного выпрямителя и с первым входом преобразователя-усилителя мощности, дополнительно содержит многофазный генератор импульсов, блок синхронизации, группы синхронных ключей, запоминающие конденсаторы, согласующие трансформа— торы, масштабные резисторы, при этом

Вход многофазного генератора импульсов через блок синхронизации подключен к выходу задающего генератора, а выход многофазного генератора импульсов соединен с входами всех групп синхронных ключей, измерительные электроды зонда и башмака ° через согласующие трансформаморы первой группой синхронных ключей подключены к входу усилителя, прямые и обратные экранные электроды второй и третьей группами синхронных ключей подключены к выходу преобразовате5 9401 ля-усилителя мощности, к входу которого и одновременно к выходу фазочувствительного выпрямителя через четвертую и пятую группы синхронных ключей включены запоминающие конденсаторы, задающий генератор посредством шестой группы синхронных ключей через масштабные ре» эисаоры подключен к центральным токо»

Э 4 вым электродам зонда и башмака.

Синхронное переключение токовых

10 и измерительных электродов с одновременной установкой измерительного тока масштабными резисторами и приведением к входу усилителя через согласующие трансформа оры для регулировки градиента потенциала с различных участков зонда и башмака с последующим его преобразованием в постоянное напряжение для запоминания в конденсаторах, отключаемых от цепей для сохранения уровня заряда до следующего включения в такте, позволяет построить устройство с достаточным последовательным быстродейст вием, чтобы получить измерения с одной и той же эондовой установки нескольки- 5 ми зондами и микроэондами с различны ным радиусом исследования за один пр ход устройства по стволу скважины без потери информации при дискретизации измерений.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для электрического каротажа с фокусировкой гока; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы; на фиг. 35 - типы реализуемых в устройстве 35 фок усировок.

Устройство для электрического каротажа с фокусировкой тока содержит девятиэлектродный зонд 1, четырехэлект» родный башмак 2, задающий генератор 3, 40 к которому через блок 4 синхронизации подключен многофазный генератор 5 импульсов, предназначенный для управления группами 6-1 2 синхронных ключей, сгруппированных для переключения цепей 45 на пять позиций по семи направлениям.

Через шестую группу 11 синхронных ключей и масштабные резисторы 13 — 16 задающий генератор 3 подключен к цент ральным токовым электродам зонда и у бацмака с целью создания измерительного тока Эо. Для регулировки фокусн ровки через первуто группу 6 синхронных ключей и согласующие трансформаторы

17 — 20 вход усилителя 21 подключен к измерительным электродам зонда и башмака. Усилитель 21 имеет на выходе

2 6 фазочувствительного выпрямителя 22, к которому через четвертую группу 9 син..хронных ключей подключены интегрирующие контуры, образованные запоминаю щими конденсаторами 23 - 27 и реэистс ром 28. Эти интегрирующие контуры пятой группой 10 синхронных ключей соединены с входом преобразователя-усилителя 29 мощности, выход которого через вторую 7 и третью 8 группы сиихрон . ных ключей подключен к прямым и обрат»ным экранным электродам зонда и башмака с целью создания через них фокусируюшего тока 3g. Вход измерительного усилителя 30 через седьмую группу

12 синхронных ключей и входные трансформаторы 31 и 32 подключен к изме» рительным щектродам зонда и башмака.

Устройство работает следующим обраФ зом.

Задающий генератор 3 частотой

350 Гц через блок 4 синхронизации синхронизирует частоту срабатывания мнс>гофазнога генератора 5 импульсов (многофазный мультивибратор);таким ооразом, чтобы в период каждого иэ его выходных импульсов Т -Т укладывалось целое число периодов генератора 3, т. е. чтобы в моменты t -4 переменное нацряжение генератора 0< переходило через нулевое значение (фнг. 2). Если тактовую частоту многофазного генератора принять

7 Гц, т . е. равной минимальной частоте дискретизации показаний каротажных зондов без потери информации, то часто та следования импульсов Т -Т, при пяти1 фазном варианте, очевидно, будет 35 Гц и в период времени каждого и импу п сов будет укладываться десять периодов напряжения генератора 3. Поскольку им пульсы Т -Т управляют срабатыванием групп 6-12 синхронных ключей, то та— кой режим переключения обеспечивает достаточную точность измерений устройством и снижает до минимума переходные процессы. Коммутация цепей устройства группами 6-1 2 синхронных ключей по семи направлениям в пяти позициях создает определенную комбинацию токовых и измерительных электродов, подключенных к соответствующим узлам устройства и образующих зонды и микрозонды с фокусировкой тока с различными радиусами исследования.

В таблице ттриводится характеристика и Озиций, получающихся в результ& те и& реключения цепей по фиг. 1.

940112

Для фокусиров— ки ЬО-=0 регул руется между электродами

0,„измеря между але ми

Пози ция

А -В.

94 м -ю, 3 !

М„л 91

I уA

М1- иуА

Глубинный боковой зонд

А -В у А -E3 о1

Малоглубинный зонд со сферической фокусировкой тока

A - корпус прйбора

3 А-В

02

О2 — Kopmc прибора

А -M

О2

Глубинный боковой м икрозонд

М < — корпус прибора

А - М2

О2

"2-A> >

Среднеглубинный псевдобоковой микрозонд

Боковой микрозонд, чувствительный к гли— кистой корке

М 2 — корпус прибора (обратный измерительный электрод) g A -B

О2

Аэ2- корпус прибора

Пропускается через электроды

2S

Например, в позиции g измерительный ток о от генератора 3 (фиг. 1) величиной, определяемой масштабным резистором. 15, пропускается через центральный токовый электрод Ао зонда и обратзо ный токовый электрод В, находящийся в удалении. Разность потенциалов от тока 1 на электродах М.3 и через согласующий трансформатор 17 поступает на усили тель 21, затем выпрямляется фазочувсч вительным выпрямителем 22 и заряжает запоминаюший конденсатор 23. Контур, образованный конденсатором 23 и резистором 28, подключается на вход преобразователя-усилителя 29 мошности, на вы о ходе которого ооразуется ток Ээ, величина которого пропорциональна заряду конденсатора 23. Ток дэ пропускается через электроды А> и В и является компенсирующим (фокусирующим для тока3, Коэффициент усиления усилителя 21 явля45 ется достаточным, чтобы обеспечить падение потенциала на электродах hh„ N, от разности токов Зо и 3, стремяшегося к нулю, т. е. обеспечить заданное условие фокусировки.

Аналогично происходит работа устройства и на других позициях, только выполнение условия фокусировки Ь U =0 и пропускание токов Зон 3о происходит через другие электроды, согласно таблице.

i3 случае сферической или псевдобоковой фокусировки обратный электрод В для тока 3@ находится на зонде или на! башмаке, являясь обратным экранным электродом. B результате вариантов коммутации цепей в устройстве могут быть получены зонды и микрозонды с любым типом фокусировки, показанным на фиг. 3—

5. Боковая фокусировка по фиг. 3 используется для глубинного зонда (позиции 0 ), сферическая фокусировка по фиг. 4— для зонда с малым радиусом исследования (позиция ). В устройстве может быть также реализована псевдобоковая фокусировка по фиг. 5 для зондов со средним радиусом исследования из зондового набора с девятью электродами. Три позиции предназначены для микрозондов: глубинного (4), со средним радиусом исследования с псевдобоковой фокусировкой (7 ) и микрозонда, специально предназначенного для выделения и оценки .толщины глинистой корки как признака коллектора и поправочного фактора при определении удельного сопротивления промытой зоны (д)

Возможность одновременного изб:ерения обеспечивается, в первую очередь, наличием запоминающих конденсаторов 23-27, в которых сохраняется тот уровень заряда, который оставался от предыдущего такта и при атом соответствует тому выходному сигналу, который поступает через согласующие трансформаторы

1 7 — 20 .на усилитель .21 и фазочувсчвительный выпрямитель 22 для отработки соответствующей фокусировки. Г(ри на стуллении нового такта на той же позиции, 9401 когда запоминающий конденсатор совместно с резистором 28 оказывается включенным на вход усилителя-преобразователя 29, последний сразу дает тот выходной фокусируюший ток д на соот- 5 ветствующие экранные электроды, который был в конце предыдущего такта. Поэтому отработка фокусировки происходит не с нуля а с предыдущего значения диск10 ретизации каждого из .пяти состояний уст ройства, соответствующего различным зон дам и микрозондам. Все узлы устройства, кроме узла запоминающих конденсаторов, малоинерционны и время установления показаний (переходные процессы) на позиции не более 5 мс. Уменьшению време ни переходных процессов способствует также переключению цепей устройства в моменты Ф,4 —, когда переменное на20 пряжение генератора 3 переходит через нуль (фиг. 2), и использование измерительного тока 3о различной амплитуды, обеспечиваемой масштабными резисторами 13-16, пропорциональной коэффициентам зондов. Тем самым уровни сигналов в цепях приводятся к близким диапазонам их изменения в различных позициях.

Измеряемым входным параметром являются потенциалы измерител ного электро30 да М зонда относительно удаленного электрода Муд и электрода М башмака относительно корпуса скважинного прибора, пропорциональные кажущемуся .сопротивлению зондов и микрозондов и подводимые через входные трансформаторы 31 и 32 55 на вход измерительного усилителя 30.

Выходной сигнал О ыхявляется пере лен— ным напряжением чередующейся амплитуды в периодах вевремени, соответствующих Т -T (фиг. 2). Сигнал О ых сов40 местно с синхроимпульсами, полученными из многофазного генератора импульсов и соответствующими по времени Ь - Ь передается по одножильному кабелю на

45 поверхность, поскольку схема скважинного прибора питается постоянным током.

На поверхности, используя синхроимпульсы, U b,< распределяется по каналам с временным разделением и после выпрямления и интегрирования в аналоговой форме посту50 пает для одновременной регистрации пятиканальным регистратором. Таким образом, используя одну многоэлектродную зондовую установку и один многоэлект родный башмак, который с целью совме-55 щения точек записи может быть устаноьлен против центрального токового электрода и прижимается к стенке скважины

12 10 отклонителями из изоляционного материала, устройство позволяет получить за один проход его по стволу скважины измерения зондами и микрозондами с фо кусировкой тока, общее количество которых, как показали лабораторные исследования схемы, может достичь шести в любом их сочетании. В их числе может быть реализован любой из известных типов и коэффициентов фокусировки и размеров зонда при обеспечении соответствующего подключения электродов к цепям устройства.

Предлагаемое устройство для электрического каротажа скважин с фокусировкой тока обеспечивает по сравнению с известными повышение точности определения коллекторских свойств пластов и характера их насыщения путем измерения не менее чем двумя зондами и не менее чем двумя микрозондами с фокусировкой тока за один проход по стволу скважины, обеспечивая одновременное определение

p„p>z d>„pz> г„. Повышается геолого-геофизическая эффективность комплекса измерений s результате реализации в устройстве зондов и микрозондов всех известных типов фокусировки (боковой, псевдобоковой, сферической) с различной степенью фокусировки и размеров зонда с целью измерения ми за один проход по стволу скважины. Возрастает производительность труда при геофизических исследованиях скважин и снижается их себестоимость, а также сокращается время простоя скважин при их исследованиях.

Исключаются погрешности из- за различных растяжений кабеля при разновременных измерениях, при этом устройство может работать с любым типом каротажного кабеля.

Таким образом, экономический эффект устройства состоит в повышении производительности труда при геофизических исследованиях, .снижении их стоимости, сокрашении времени задалживания скважин для исследований, так как достаточно одного скважинного прибора вместо трех типов, используемых в настоящее время: бокового каротажа, бокового микрокаротажа и обычного микрокаротажа.

Формула изобретения

Устройство для электрического карота жа скважин с фокусировкой тока, содержащее зонд с центральным токовым электродом, с измерительными, прямы940112

12 ми и обратными экранными электродами, симметрично и попарно расположенными относительно центрального токового электрода, а также прижимаемый к стенке ncaa ° жины изоляционный башмак с концентри - % чески расположенными центральным токо вым, измерительными, прямыми и обратными экранными электродами, задающий генератор, усилитель, фазочувствительный выпрямитель и преобразователь-усилитель tO мощности, при этом выход усилителя соединен с первым входом фазочувствительного выпрямителя, а выход задающего генератора соединен с вторым входом фазочувствительного выпрямителя H c neptç вым входом преобразователя-усилителя мощности, о т л и ч а ю ш е е с я тем; что, с целью повышения точности определения коллекторских свойств пластов и характера их насыщения путем получения измерений по меньшей мере тремя зондами и микрозондами с фокусировкой тока за один проход устройства по стволу сква. жины с использованием каротажного кабеля любого типа, оно дополнительно содержит многофазный генератор испульсов, блок синхронизации, группы синхронных ключей, запоминающие конденсаторы, cor ласуюшие трансформаторы, масштабные резисторы, при этом вход многофазного ЗО генератора импульсов через блок синхронизацни подключен к выходу задающего генератора, а выход многофазного генера тора импульсов соединен с входами всех групп синхронных ключей, измерительные электроды зонда и башмака через согласующие трансформаторы первой группой синхронных ключей подключены к входу усилителя, прямые и обратные экранные электроды второй и третьей группами синхронных .ключей подключены к выкоду преобразователя-усилителя мощности, к входу которого и одновременно к выходу фазочувствительного выпрямителя через четвертую и пятую группы синхронных ключей включены запоминающие конденсаторы, задающий генератор посредством шестой группы синхронных ключей через масштабные резисторы подключенк центральным токовым электродам зо да и башмака.

И сточники информации, принятые во внимание пои экспертизе

1. Патент США No 3660755, кл. 324-10. опублик. 1972.

2. Патент США % 3797535, кл. 141-46, опублик. 1974.

ЪSctatt 3,Qt.itnaldt J.S.Р, Роироп А.юд боОйайе Р.,"ТМ ЭоИ g<егоtop -Qxo i

Тоо ". Раре SÐÅ-4019,SPE.- ACME. ЪииаС

РоИ %eeking, чаи АМ;ои1о 4972. (пратотип).

940112

Составитель Н.Журавлева

Техред К.Мыцьо Корректор Г. Решетник

Редактор А. Маковская филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 4662/68 Тираж 717 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5