Устройство для бокового каротажа скважин

 

ОП ИСАНИЕ

И306РЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскии

Социалистическии

Республик (1983621 (61) fl,îïîëìèòåëüíîå к авт. свнд-ву (51) М. Кл. (22) Заявлено 14,07. 81 (21) 3316892!18-25 с присоединением заявки №

4 01 V 3/18

1Ъвударстваивй комитет (23)Приоритет

Опубликовано 23. 12. 82. Бюллетень № 47 ио делам изобретений и открытий (53) >ВК 550.83 (088. 8) Лата опубликования описания (72) Авторы изобретения

В.A. Королев и В.ф. Мечетин

Всесоюзный научно-исследовательский институт нефтепромысловой геофизики (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙ СТ ВО ДЛЯ БОКОВОГО КАРОТАЖА

СКВАЖИН

Изобретение относится к промыслово-геофизической технике, а более конкретно к аппаратуре трехэлектродного бокового каротажа, и может использоваться для измерения кажущихся удельных сопротивлений в нефтяных,газовых гидрогеологических и прочих скважинах,бурящихся с целью добычи и разведки полезных ископаемых.

Известно устройство для бокового то каротажа, включающее трехэлектродный зонд, состоящий из первого и второго экраннЫх электродов и центрального электрода, канал измерения потенциала электродов зонда, генератор переменного тока, автокомпенсатор или авторегулятор.

Для обеспечения фокусировки тока через центральный электрод зонда в этом устройстве осуществляется уравнивание потенциалов центрального и экранных электродов либо путем автоматического регулирования величины тока через экранные электроды при

2 неизменном токе через центральный электрод в случае, использования автокомпенсатора, либо соединением экранных электродов с центральным через резистор малого сопротивления, служащи., для стабилизации тока через центральный электрод в случае применения авторегулятора Г1).

Однако в этих случаях уравнивание потенциалов производится с некоторым приближением и между центральным и экранным электродами зонда существует небольшая разность потенциалов, которая искажает поле зонда и в конечном итоге вводит погрешность в результаты измерения тем большую, чем меньше удельное сопротивление промывочной жидкости, заполняющей скважину. Погрешность измерения кажущихся сопротивлений этими устройствами может быть неограниченно большой.

Наиболее близким к изобретению является устройство для бокового каротажа скважин, состоящее из первого

621

1о

3 983 и второго экранных электродов и центрального электрода, образующих зонд бокового каротажа, генератора переменного тока, канала измерения потенциала электродов зонда, удаленного электрода, измерительного трансформатора тока центрального электрода, измерительного резистора-шунта, канала измерения тока центрального электрода, делительной системы (логометра), причем выход генератора переменного тока соединен с экранными электродами зонда, первый вход канала измерения потенциала электродов зонда подключен к удаленному электроду, а второй - к экранным электродам, выход канала измерения потенциала электродов зонда подклю" чен к первому входу делительной системы, первый вход измерительного трансформатора тока соединен с экранными электродами, а второй - с центральным электродом, первый выход измерительного трансформатора тока подключен к первому выводу измерительного резистора-шунта и к первому входу канала измерения тока центрального электрода, второй выход измерительного трансформатора тока соединен с вторым выводом измерительного резистора-шунта и одновременно— с вторым входом канала измерения тока центрального электрода, выход канала измерения тока центрального электрода подключен к второму входу делительной системы;

В этом устройстве применена сис— тема разделительной регистрации тока центрального электрода и потенциала электродов зонда относительно удаленного электрода с последующим делением сигнала. Для уравнивания потенциалов экранных и центрального электродов, а также для измерения тока центрального электрода служат измерительные трансформатор и резистор-шунт. Центральный и экранный электроды оказываются соединенными между собой через шунт, сопротивление которого равно ш

tu n где В. - сопротивление измерительного резистора-шунта; и - коэффициент трансформации измерительного трансформатора тока центрального электрода (23. го

25. зо

Однако и у этого устройства погрешность измерения удельных сопротивлений при малых значениях удельного сопротивления промывочной жидкости, хотя и ограничивается 1003, остается неприемлемо высокой.

Уменьшение погрешности путем уменьшения сопротивления шунта между экранными и центральным электродами зонда мало эффективно, так как при этом в такой же степени снижается измеряемый полезный сигнал, увеличиваются трудности выделения малых сигналов на фоне помех, уменьшается диапазон измерения кажущихся удельных сопротивлений °

Целью изобретения является повышение точности измерения удельных электрических сопротивлений пород путем исключения влияния неравенства потенциалов электродов зонда на результаты бокового каротажа.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для бокового каротажа скважин, состоящее из первого и второго экранных электродов и центрального электрода, образующих зонд бокового каротажа, генератора переменного тока, канала измерения потенциала, удаленного электрода, измерительного трансформатора тока, первого измерительного резистора-шунта, канала измерения тока и делительной системы, при этом выход генератора переменного тока соединен с экранными электродами зонда, первый вход канала измерения потенциала подключен к удаленному электроду, а второй - к экранным электродам, выход канала измерения потенциала подключен к первому входу делительной системы, первый вход измерительного трансформатора тока соединен с экранными электродами, а второй - с центральным электродом, первый выход измерительного трансформатора тока подключен к первому выводу первого измерительного резистора-шунта и к первому входу канала измерения тока, второй выход измерительного трансформатора тока соединен с вторым входом канала измерения тока, дополнительно введены второй измерительный резистор-шунт, первый и второй управляемые ключи, вычислительный блок и блок управления, причем вход первого управляемого ключа соединен с вторым выводом первого измеритель983621

5 ного резистора-шунта, а выход - c вторым выходом измерительного трансформатора тока, первый вывод второго измерительного резистора-шунта соединен с первым выходом измерительного трансформатора тока, а второй вывод - с входом второго управляемого ключа, выход которого подключен к второму выходу измерительного трансформатора тока., управляющие входы 1О обоих управляемых ключей соединены с первым и вторым выходами блока управления, третий выход блока управления подключен к первому входу вычислительного блока, второй вход 15 вычислительного блока соединен с выходом канала измерения тока, а выход - с вторым входом делительной системы.

На фиг. 1 приведена функциональ- 2о ная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — эквивалентная схема замещения зонда бокового каротажа.

Устройство содержит фиг. 1) первый экранный электрод 1, второй эк- 25 ранный электрод 2, центральный электрод 3, генератор 4 переменного тока, канал 5 измерения потенциала, удален-, ный электрод 6, измерительный трансформатор 7 тока, первый измеритель- в ный резистор-шунт 8, канал 9 измерения тока, делительную.систему 10, второй измерительный резистор-шунт

11, первый управляемый ключ 12, второй управляемый ключ 13, вычислительный блок 14, блок 15 управления, сопротивление 16 шунта- (фиг. 2) между экранными 1 и 2 и центральным 3 электродами зонда, обусловленное наличием измерительных резисторов-шунтов и определяемое формулой (1), сопротивление 17 участка скважины между центральным 3 и экранными 1 и 2 электродами, обусловленное наличием в скважине промывочной жидкости, сопротивление 18 заземления экранных электродов 1 и 2, сопротивление 19 заземления центрального электрода 3. При этом I3 — ток, протекающий через экранные электроды 1 и 2, Iy — ток, 50 протекающий через сопротивление 16 шунта между экранными 1 и 2 и центральным 3 электродами зонда, E z - ток,. протекающий через центральный электрод 3 зонда, Io> — ток, ответвляющийся из цепи экранных электродов

1 и 2 и протекающий через сопротивление 17 участка скважины между экранными и центральным электродами.

Выход генератора 4 переменного тока соединен с первым экранным электродом 1, первый вход канала измерения потенциала 5 подключен к удаленному электроду 6, а второй — к экранным электродам 1 и 2, выход канала 5 измерения потенциала подключен к первому входу делительной системы 10, первый вход измерительного трансформатора 7 тока соединен с экранными электродами 1 и 2, а второй — с центральным электродом 3, первый выход измерительного трансформатора 7 тока подключен к первому выводу первого измерительного резистора-шунта 8 и одновременно — к первому входу канала 9 измерения тока, второй вход измерительного трансформатора 7 тока соединен с вторым входом канала 9 измерения тока, вход первого управляемого ключа 12 соединен с вторым выводом первого измерительного резистора-шунта 8, а выход - с вторым выходом измерительного трансформатора 7 тока, первый вывод второго измерительного резистора-шунта 11 соединен с первым выходом измерительного трансформатора 7 тока, а второй - с входом второго управляемого ключа 13, выход которого подключен к второму выходу измерительного трансформатора 7 тока, управляющие входы управляемых ключей 12 и 13 соединены с первым и вторым выходами блока 15 управления, третий выход блока управления 15 подключен к первому входу вычислительного блока 14, второй вход вычислительного блока 14 соединен с выходом канала измерения тока 9, а выход — c вторым входом делительной системы 10.

Устройство работает следующим образом.

Питание электродов зонда бокового каротажа осуществляется переменным током от стабилизированного ге" нератора 4. Для измерения потенциа" ла электродов зонда относительно удаленного электрода 6 служит канал измерения потенциала 5 электродов зонда, а для измерения тока центрального электрода 3 - канал измерения 9 тока центрального электрода. Делитель ная система 10 производит деление величины потенциала электродов зонда на величину тока центрального электрода. На выходе делительной системы 10 получается напряжение, пропор983621 (3), ss циональное измеряемому кажущемуся удельному сопротивлению, определяемому формулой U

P= К-у -, о где К - коэффициент зонда бокового каротажа;

U - потенциал электродов зонда

9 относительно удаленного электрода 6;

Ip - ток центрального электрода 3.

Однако фактически в канале тока центрального электрода измеряется

fS не величина тока центрального электрода Ið, а только часть этого тока

Jl. (фиг. 2), протекающая через соПротивление 16 шунта. Ток Г1-, протекая через сопротивление 16 шунта, создает на нем падение напряжения, 10

Поступающее на вход измерительного трансформатора 7 тока и далее в канал 9 измерения тока центрального электрода. Это же падение напряже25 ния вызывает нарушение эквипотенциальности электродов зонда и изменение плотности тока по длине зонда. Это приводит к перетеканию тока экранных электродов 1 и 2 через сопротивление 17 участка скважины непосредственно на центральный электрод

Величина тока через центральный электрод 3 будет больше фактически измеряемой величины I>. Для устранения влияния неравенства, потенциалов 35 электродов процесс измерения разбивается во времени на циклы, в каждом из которых выполняется два такта измерения. Время цикла выбирается достаточно малым, чтобы измеряемое 40 удельное сопротивление практически не изменялось в течение цикла. В первом такте измерения блок 15 управления открывает первый управляемый ключ 12 и закрывает второй управляв- 45 мый ключ 13. При этом к выходу измерительного трансформатора 7 тока подключается первый измерительный резистор-шунт 8. Центральный электрод

8 и экранные электроды 1 и 2 оказыва- 50 ются соединенными между собой сопро тивлением шунта r1, равным

R 6 г,(=— п где В. - сопротивление первого изШg мерительного резистора-шунта 8;

П - коэффициент трансформации измерительного трансформатора тока

Обычно и выбирается порядка 1000, а

Нш - порядка l0 кОм. Таким образом г„ имеет величину порядка 0,01 Ом.

Падение напряжения на шунте гл, пропорциональное току через него Ió.„, поступает на вход канала 9 тока йзмерения, на выходе которого получаются показания, (q, равные

Ил = k-Ipq, (4), где k — коэффициент передачи канала измерения тока 9.

Показания N можно представить сле4 дующим образом (фиг. 2)

k(I o I031) ®

Это следует из .эквивалентной схемы замещения, представленной на фиг. 2.

Показания Лл запоминаются вычислительным блоком 14.

Во втором такте измерения блок 15 управления закрывает первый управляемый ключ 12 и открывает второй управляемый ключ l3. При этом первый измерительный резистор-шунт 8 отключается, а второй измерительный резисттор-шунт 11 подключается к выходу измерительного трансформатора 7 тока.

Центральный электрод 3 будет соединен с экранными 1 и 2 через сопротивление шунта

r = — —, 66) где R - сопротивление второго изШ11 мерительного резисторашунта 11, Через сопротивление 16 шунта (фиг. 2) будет протекать при этом ток Iy, отличный от тока 1) л, вследствие перераспределения токов в сопротивлениях lb и 17. На выходе канала 9 измерения тока получаются показания Ng, равные

N = k I y = k(I о Ipyg)

Эти йоказания фиксируются в памяти вычислительного блока 14. Из схемы замещения (фиг. 2) для первого такта измерения следует р 1 о а.

} (R ОФгл

Io rq оэ = — -- . 69)

09 л где КОа — величина сопротивления 17 участка скважины, для второго такта измерения

Из выражений (8) - (11) следует

1О9 r

Г1 или. Nl 7ъ (13) SO

У этих приборов погрешность в измерении кажущихся удельных сопротивлений пород, обусловленная неравен-. ством потенциалов электродов зонда, составляет более 12 при удельном сопротивлении промывочной жидкости

И

0,03 Ом и увеличивается с уменьшением последней (He считая аппаратурной погрешности, равной 103).

I 9 1 шфл

=-г —,=Р

1О

Таким образом, в результате двух тактов измерения и выражения (12) имеет систему трех уравнений с тремя неизвестными Ip, Qg<, 1

М 1 = 1С(1О 1097) 15

N< = k(Ia Ion 1

Система уравнений (13) решается отноСительно I в вычислительном бло- 2О ке 14 по алгоритму., 1 NH 1 -cu 14

1с 1 -фЩН„)

Фактическое значейие тока I цент-. рального электрода 3 по команде блока 15 управления передается из вычислительного блока 14 в делительную систему 10, где осуществляется преобразование сигналов измерения потенциала и тока в соответствии с вы- зо ражением (2), На выходе делительной системы 10 получается напряжение, пропорциональное кажущемуся удельному сопротивлению, неискаженному влиянием

I неравенства потенциалов электродов зонда. Отношение О= выби.RLU

Юе рается равным 0,5-1,5, исключая единицу. 40

Таким образом, устройство позволяет исключить погрешность измерения удельного сопротивления, обусловленную влиянием неравенства потенциалов электродов зонда. 8 качестве базово- з го объекта для сравнивания характеристик может служить один иэ приборов бокового каротажа серии Э: Э1, Э4, Э7э Э9. !

1 10

Предлагаемое устройство позволяет устранить эту погрешность, что дает возможность получить более точные данные об удельных сопротивлениях пород, следовательно, более точно оценить.коллекторские свойства неф"

TRHbIx и газовых пластов и произвести подсчет запасов нефти и газа.

Формула изобретения

Устройство для бокового каротажа скважин, состоящее из первого и второго экранных электродов и центрального электрода, образующих зонд бокового каротажа, генератора переменного тока,,канала измерения потенциала, удаленного электрода, измерительного трансформатора тока, первого измерительного резистора"шунта, канала измерения тока и делительной системы, при этом выход генератора переменного тока соединен с экранными электродами зонда, первый вход канала измерения потенциала подключен к удаленному электроду, а второй - к экранным электродам, выход канала измерения потенциала подключен к первому входу делительной системы, первый вход измерительного трансформатора тока соединен с экранными электродами, а второй - с центральным электродом, первый выход измерительного трансформатора тока подключен к первому выводу первого измерительного резистора-шунта и к первому входу канала измерения тока, второй выход измерительного трансформатора тока соединен с вторым входом канала измерения тока, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения удельных электрических сопротивлений пород путем исключения влияния неравенства потенциалов электродов зонда на результаты бокового каротажа, дополнительно введены второй измерительный резистор-шунт, первый и второй управляемые ключи, вычислительный блок и блок управления, причем вход первого управляемого ключа соединен с вторым выводом первого измерительного резистора-шунта, а выходс вторым выходом измерительного трансформатора тока, первый вывод второго измерительного резистора"шунта соединен с первым выходом измерительного трансформатора тока, а второй вывод - с входом второго уп983621 1.2

Источники информации, ь- принятые во внимание при экспертизе

1. Чукин В,Т., Мельников A.Ã., Шахмарданов Ш.M. О влиянии неравенства потенциалов электродов зонда на результаты трехэлектродного бокового каротажа. В сб.: "Прикладная геофизика". Вып. 39, М., "Недра", 1964, с. 114-122.

ВНИИПИ Заказ 9914/54 Тираж 717 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгррод, ул. Проектная, 4 равляемого ключа, выход которого подключен к второму выходу измерител ного трансформатора тока, управляющие входы обоих управляемых ключей соединены с первым и вторым выходами блока управления, третий выход блока управления подключен к первому входу вычислительного блока, второй вход вычислительного блока соединен с выходом канала измерения тока, 1О а выход - с вторым входом делительной системы.

2. Ильинский В .М. Боковой каротаж.

H.,""Недра", 1971, с.77-79 (прототип).