Устройство для индукционного каротажа

О П И С А Н И Е (1 ц 900823ИЗОБРЕТЕН ИЯ Своз СоветскихСоциалкстнцеоеаРеспублик К ПАТЕНТУ(31) 888239 (ЭЗ) США С 01 Ч 3/18 Говударатааввй авивтет ИФР во доаи изабретеиий и открытий(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИНДУКЦИОННОГО КАРОТАЮ Изобретение относится к исследованию характеристик горных пород, вчастности к индукционным устройствам,и может быть использовано для измерения средней проводимости и неоднородности пород, окружающих буровые скважины,Для осуществления этих измеренийиспользует изменения Фазовых составляющих электрического сигнала, созда- Оваемого индукционным прибором при автоматической записи результатов каротажа. С этой целью результаты измерений обрабатываются математическидля представления показаний средней 14проводимости и неоднородности пород,Эти результаты, соответствующие средней проводимости и неоднородности,могут быть, в свою очередь, использованы для получения показаний проводимости различных исследуемых радиальных зон, К катушке (катушкам) передатчика подводят сигналы различныхчастот, при этом значения напряжений,индуцированных в катушке (катушках) И приемника, вследствие прямой взаимной связи с катушкой передатчика нанизких и высоких частотах, компенсируются, Для повышения точности проводимых .испытаний фазовые компоненты,используемые в вычислениях, измеряются на более высоких частотах,Известна система катушек, содержа"щая одну или несколько катушек передатчика и одну или несколько приемных катушек, Эти катушки могут бытьсмонтированы на опоре или держателес Фиксированием промежуточного пространственного расстояния между ними,К катушкам или катушке передатчикаподводят от генератора переменноготока электрические сигналы для наведения вторичного тока в окружающих породах, Электромагнитное поле, создаваемое этим вторичным электрическимтоком, наводит напряжение сигнала водной катушке или в нескольких ка"тушках приемника, Величина этого на"пряжения сигнала зависит от электропроводимости пород, У применяемых в19 90082 машины, которая решает уравнения относительно параметрови 6 в функции величин 6 и 6 .После запуска схемы по данной программе измеренные параметры проводи 5 мости для одного уровня Глубины, с учетом поправочных констант измерительного прибора вводятся в вычислительную машину через блоки 43 и 44 обработки данных, Затем в первом при- а ближении параметр 8, считают равным параметру 6, а параметр Я приводят к нулю с помощью блока 45, Это первая аппроксимация соответствует случаю однородной породы, После этого уравнение (19) с помощью блока 4 б обработки данных решают относительно параметров 6 и 6, используя для этого значенияи (з .Когда необходимо определить с достаточной точностью параметры 5 и Я, применяют ряд итераций, Подобная итерация состоит в определении разности между одним или обеими измеренными значениями величин б и/или Я и вычисленнь 1 ми значениями этих величин с использованием заданных значений параметров 6 и 6. В этом случае посредством блока 47 итерацию производят, определяя разности между новым вычисленным значением 6 и прежнимгни лзначением 6 , когда эта разность меньше выбранного коэффициента С, Если ответ схемы совпадения соответствует "Да", для ранее заданных зна 35 чений параметров 5, и 5, то вычисления данных производят уже для следующего уровня глубины посредством блоков 48 и 49 . Если проверка схемы совпадения (блок 47) неудовлетворительна на, то выбирают новые значения параметров 6 и 6 ч и вновь повторяют тот же процесс вычисления блоком 50 обработки данных, причем выходной сигнал этого блока подается для этого45 на вход блока 4 б.В процессе повторного выполнения вычисленных операций для ранее вычисленного значения параметра 6, обозначенного 5" сравнивают его с50 последующим вычисленным значением того же параметра, обозначенногои-6 . Таким образом, посредством блока 46 и схемы совпадения производят проверку, определяя правильность вычисленных значений параметра, которые значительно изменяются от одной интерации к следующей, Если они не изменяются, то это показыва 3 20ет, что они являются для выбранных окончательными значениями параметров 6 иЬ .Для определения правильности новых значений параметров 6 ц и Я вычисляют отношение измеренного значения суммы 8 + )5 к ее вычисленному значению, а затем производят умножение на последнее выбранное значение параметров 6 и 6, Уравнение, соответствующее выбору новых значений параметров С, и бч, имеет види д и+11 бл + 1 фу и, и8 ч +,)ч - и , и ц 3х + Зо 1(24) где обозначение (и + 1) относится к новому параметру, используемому при следующих вычислениях, а обозначение и относится к ранее вычисленному параметру, Уравнение, которое решает блок, 47 имеет вид- 6. С, (2)где (и - 1) определяет, что значение 6 получено раньше данного вычисления (первоначально оно соответствовало измеренному значению 6 ); С представляет собой любую величину.Таким образом, значения параметроь 6 и 5 вычислены для каждого уровня глубины, а параметры 6 и 6 первоначально выбирались для различных значений 6, включая равные нулю,Уравнение (19) затем решают относительно 6 и 6, Если вычисленное значение параметра 6 (Я") не удовлетворяет уравнению (29), то составляет в соответствии с уравнением (24) программу вычислений новых значений параметров 5 и 5, Эти новые значения параметров Гэц и 6 затем используются для вычисления новых значений параметров 5 и Я, а новое вычисленное значение параметра 8 (и/или параметра 6 ) сравнивают с ранее вычисленным значением Я и/или 6 (согласно уравнению (25). Если уравнение (25) удовлетворено, производят вычисление новых значений параметров бц и б согласно уравнению (24) и вдсь процесс вычислений повторяется, Этот процесс вычислений продолжается несколько раз до тех пор, пока полученные результаты не будут окончательно удовлетворять уравнению (25) и тогда последние вычисленные значения параметров бч и 6 будут отпечатаны, а23 9008 ального геометрического фактора 99 положительные и отрицательные площади, ограниченные кривой для вертикального геометрического Фактора М равны между собой, так что общая реакция, определяемая вертикальным геометрическим фактором бЧ в гомогенной среде будет равна нулю, На фиг, 8 центральная зона с отрицательной реакцией обозначена буквой Н, а верхняя и ниж- е няя зоны с положительной реакцией обозначены соответственнои 3 . Если дальний исследуемый пласт породы является более проводящим, чем прилегаю. щие пласты, что соответствует .по рисунку большей проводимости в зоне Н, чем в зонахи 3, то характеристика,. определяемая посредством вертикального геометрического Фактора ОЧ. , будет отрицательной и, наоборот, она будет положительной, когда ближние пласты являются более проводящими.Вертикальный геометрический фактор Сц (Фиг .8) очень сходен с геометрическим Фактором для измерительного устройства с двумя катушками, который определяется согласно теории, описанной в ранее упомянутой статье Долла. Поэтому значения проводимости ,Я будут почти одинаковыми с обычными значениями проводимости, измеренными с помощью квротажа обычными индукционными измерительными приборами, Геометрические Факторы, как это 1 следует иэ уравнений (27) и (28)изменяются в зависимости от характера проводимости. кривые (Фиг, 7 и 8) соответствуют типичным условиям, Хотя радиальные и вертикальные геометрические факторы боева, Сц,Сч приведены для измерительного устройства с двумя катушками, их можно вывести для конструкций с любым количеством измерительных катушек, Они также могут быть использованы как45 средство интерпретации результатов измерений параметров 8 ч и Я, получен. ных с помощью любого подобного изме рительного устройства с несколькими катушками, Кривые логарифмических параметров Яр и 6, полученных при50 исследовании пород, показаны в левой части фиг, 9 . Здесь имеется три однородных пласта, обладающих проводимостями 6, 5, 3 причем они показаны в верхней части Фиг, 9, Проводимость 8 больше проводимости 6 и больше проводимости 6 , Логарифм от параметра 5,полученный при ис 23 24 следовании этих пластов, почти одинаков с кривой логарифма проводимости, полученной с помощью известного индукционного измерительного устройства, Однако кривая логарифма параметра 5 совершенно отличается от ранее записанных любых логарифмических значений, Измерение проводимости (фиг, 9) производилось перемещением измерительного устройства сверху вниз,При перемещении катушек от пласта П, с проводимостью Я к более проводящему пласту П на границе пластов параметр Зц будет сначала иметь положительное значение, а затеи при переходе этой границы приобретает отрицательное значение, Далее значение параметра 6 становится близким к нулю, вплоть до границы пласта с проводимостью 6, Причину этого можно видеть, если учесть вертикальный геометрический Фактор 69 (рис,8). Дпя случая расположения измерительных катушек, соответствующего центральной части кривой между положительнымиучасткамиили Э, вследствие влияния геометрического фактора данныеисследования являются противоположными для более проводящей Формации,которая соответствует центральнойчасти кривой Н. В том случае, когдацентральный участок Н противостоитболее проводящему пласту с проводимостью 6, отрицательные компонентысигнала будут превышать положительные компоненты сигнала, Отсюда можно видеть, почему параметр имеет положительный знак вслед эа отрицательным значением, когда измерительные катушки пересекают границу пластов отк П,Когда измерительные катушки проходят от пласта П, к менее проводящему пласту П , то кривая параметра 6 отклоняется в отрицательном направлении, а затем в положительном направлении, Это происходит потому,что участок Н кривой геометрического фактора соответствует переходу к более проводящей формации, когда катушки перемещаются по направлению к границе этого пласта, Когда измерительная катушка перемещается от границы пласта, участок Н кривой геометрического фактора будет соответствовать менее проводящей Формации25 9008ния помогают определить разграничение пластов,Теперь рассмотрим, что получится,когда измерительное устройство исследует формации, лежащие в зонах, заполненных раствором с проводящей жидкостью, Этот пример представлен нафиг. 9, где приводятся формацйи спроводимостями ВФ-Хц и 8 Сь - 6 ю ьПласты Пь и П разделены пластомП 5 с проводимостью 65, Проводимость61 больше проводимости 5, а проводимость бмь больше проводимостиЯЦ, Дпя пластов П и П кривая логарифма параметра бв определяет среднюю проводимость каидого пласта, Однако криваябудет иметь положительное значение в зоне, противолежащейпласту П, потому что зона с проводимостью бх является менее проводящей, чем радиально более удаленная,непропитанная раствором зона с проводимостью И, Почему это значениебудет положительным можно увидеть израссмотрения Фиг. 7, где показано,что кривая для радиального геометрического фактора 6 Ч 1 проходит в отрицательной области К в зоне, радиально более близкой к измерительнымкатушкам и в положительной областирадиально более удаленной от этихкатушек, Следовательно, если проводимость бх насыщенной раствором зоныменьше проводимости 5 Ф , не насыщенной зоны, то положительная часть ха 35рактеристики, т,е, кривой геометрического Фактора (фиг. ) будет оказывать большее воздействие на сигнал,чем отрицательный участок характеристики,4 ОПри дальнейшем движении измерительного устройства, когда катушки приближаются к границе между пластамиП и П 5, логарифм параметра 5 покажет уменьшение проводимости, какрезультат уменьшения средней проводимости между двумя пластами формации.С другой стороны, логарифм параметра5 будет оставаться положительным,когда измерительные катушки прибли 50жаются к границе этого пласта, таккак средняя проводимость 5 пластаП 5 больше проводимости пласта П, Когда измерительные катушки пересекаютпласт П, то значения логарифма пара 55метра 5 не будут иметь отклонениивследствие того, что пласт П является однородным, Затем, когда измерительные катушки еще больше прибли 23 26жаются к границе между пластами П иП и, следовательно, подвергаютсябольшему влиянию пласта П, логарифмические значения параметра 5 возможно будут изменяться в область отрицательных отклонений, что указывает на тот факт, что пРовоДимостьэхьГзахваченной проникновением зоны больше проводимости пласта, не затронутого проникновением,Причина этого отрицательного отклонения связана с тем, что проводимость на отрицательном участке Ккривой геометрического фактора(фиг. ) больше проводимости на положительном участкетой же характеристики, Когда измерительные катушкидвижутся к границе между пластамиПь и П, логарифм параметра Я становится положительным, так как проводимостьбольше средней проводимости пласта П , После того, как измерительные катушки будут двигатьсядалее от границы пласта, кривая логарифма параметра (7 будет сначалаотклоняться в отрицательном направлении по прямо противоположной причине, а затем пересекает ряд стабильныхнулевых значений для случая гомогенности пласта П,.В дополнение к регистрации параметров Ьц и о для получения логарифмических кривых, которые определяютсреднюю проводимость и неоднородностьпород, сочетают параметры 6 и 6таким образом, что они дают информацию относительно проводимости различных радиальных зон Формации,На фиг. 10 показаны графини относительных сигналов в зависимости отрадиального расстояния от оси буровойскважины (по которым можно определитьзначения радиального геометрическогофактора), обьясняющие каким образомсочетание параметров б и Я можетдать необходимую информацию, Кривая9, показанная сплошной линией .(фиг,10), представляет собой совокупность значений радиального геометрического ФактоРа 9 для многокатушечной конструкции измерительногоустройства, Кривая абсид (нанесеннаясплошной линией) соответствует радиальному геометрическому фактору дчумноженному на коэффициент о, 8 Результате совмещения этих двух кривыхгеометрических Факторов д и с думожно получить кривую результирующе"го геометрического фактора дц +4 д,27 90082которая соответствует исследуемойглубине залегания пород в радиальномнаправлении, На фиг. 11 показана вертикальная проекция объединенных геометрических факторов, показанныхна фиг, 10 . Оплошная кривая (фиг11)5характеризует геометрический фактор,полученный в результате сочетаниягеометрического фактора 0 сс(, 9 м1 з сравнения этой кривой с кривой геометрического фактора ц на фиг, 10можно видеть что геометрический фактор Я + С 9 ч допускает большую глубину радиального исследования, чем фактор ц , Геометрический фактор 9++ Аучсоответствует сочетанию параметров 8 и Яч согласно выражению(м + сч .Сравнительно неглубокое радиальноеисследование может быть достигнутопутем вычитания геометрического фактора о умноженного ыа выбранныймножитель А из геометрического фактора 9, Бсли выразить это через значение сигнала, то такая операция соответствует вычитанию 7 ч из 6 о,Теперь рассмотрим фиг, 12, гдепоказано устройство для вычисленияпроводимости участка пород, находящегося на выбранном расстоянии от30скважины и сложения параметров 6 иБ по и, 3 формулы изобретения (дляполучения отдельных сигналов, соответствующих проводимостям различных радиальных зон пород),Сигнал 8 умножен на коэффициенты,чего выходные сигналы имеют вид4 О Блоки умножения 51 и 52 и соответствующие суммирующие блоки 53 и 54 могут отдельно содержать операционные усилители с соответствующими входными сопротивлениями, причем выбор способа соединения положительного или отрицательно;о сигнала на выходе усилителя50 определяет знак множителя + с и -С. Эти сигналы 6 и 8 можно также запи. сатьна регистратор 55 указанный на фиг, 12 и 1, Измеряемые сигналы, поступающие с кабеля 6 обычно усиливаются усилителем 56, расположенным в, 55 наземной аппаратуре,Следовательно, в результате практического осуществления предлагаемого 3 28изобретения можно получить точное измерение средней проводимости среды,окружающей систему катушек устройства, без ошибокобусловленных неоднородностью пород и скин-эффектом,(Роме того, можно получить значениянеоднородности среды, окружающей измерительные катушки, в логарифмическом масштабе, Эти измерения могутбыть получены в Результате примененияустройства с одной приемной катушкой,Хотя показана возможность измерения двухфазовых составляющих напряжения сигнала на выходе приемной катушки, которые были использованы для получения значений б и 5возможнотакже измерение и других параметровдля получения тех же сигналов Вч и5, Следовательно, амплитуду напряжения сигнала на выходе приемной катушки и его фазовый угол могут бытьиспользованы для получения тех же результатов, Например, согласно фиг. 4предположим, что точка 34 представляет результат измерения с помощью упомянутых катушек, т,е, измерения длинывектора между этой точкой и началом координат(Ч = Чх = О) и измерения угламежду этим вектором и любой из осейкоординат Ч и Ч (или преобразованныхвариантов их), которые могут быть использованы для определения положенияочки 24 относительно кривой 19, Такимобразом могут быть после этого получены значения, представляющие проводимость и неоднородность исследованныхпород, Сигналы фазовых компонентовЧ, и Ч функционально зависят от амплитуды и фазы напряжения сигнала, наведенного в приемной катушке, которые,в свою очередь, пропорциональны амплитуде и фазе электромагнитного поля вприлегающих породах,Хотя сущность изобретения описанадля случая, когда измеренная точкаЧ, Ч (т,е, точка 24 на фиг, 4) проектировалась перпендикулярно,на кри вую 19 (фиг. 4) и параллельно на осьЧ на кривой 19, возможны другие варианты, когда проектируют измереннуюточку другим способом на кривую 19,причем эти способы не изменяют сущности изобретения,Дополнительно выбранная модельформации для лучшей формы практического выполнения изобретения представляет собой однородную породу,определяемую кривой 19 можно считать,что другие модели формации также мо29 90082 гут быть использованы, Например, может быть использована другая кривая, параллельная и удаленная от кривой 19.формула изобретения 1. Устройство для индукционногокаротажа, содержащее скважинный снаряд, включающий систему генераторныхкатушек, соединенных с генератором,16и систему измерительных катушек, соединенных с двумя фазочувствительнымидетекторами, линии опорных сигналовкоторых соединены соответственно сактивным и реактивными элементами1генераторной цепи, а также телеметрическую систему и наземный блок регистрации, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точностиисследований, оно дополнительно со" вдержит блок выделения активной и реактивной составляющих комплекснойпроводимости пород, включенный междутелеметрической системой и блоком регистрации,252, Устройство по и, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок выде 3 30лен и я акт ивн ой и ре акт ивной сост авляющих комплексной проводимости породсодержит узел объединения совпадающих по фазе составляющих напряжений,соединенный с нелинейным каскадом, .узел суммирования объединенного инелинейного сигналов, соединенныйс регистратором.3. Устройство по и, 2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок выделения активной и реактивной составляющих комплексной проводимости породсодержит устройство для вычисленияпроводимости участка пород, находящегося на выбранном расстоянии отскважины,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Доли Г, Г, Введение в индукционный метод каротажа и его применение на нефтяных скважинах,"Л, Ресгоецио ТесЬпо 1 оду" 1949, 116,2. Патент СИ 1 А Р 3226633,кл. 324 - 6, 28,12.65,3, Патент США 11 3147429,кл, 324 - 6, 01,09,64 1 прототип), 900 В 233 90082 настоящее время индукционных каротажных устройств для получения показаний измеряется только та часть сигнала проводимости приемника, которая находится в фазе с током передатчика, На выходе сигнал системы катушек при% емника прямо пропорционален электрической проводимости пород в наиболь.шей части дйапазона, обычно встречающихся значений проводимости 113 .На результат измерений влияют нелинейные эффекты, обусловленные явлениями электрического скин-эффектаВеличина этого скин-эффекта возрастает с увеличением рабочей частоты системы катушек излучателя,.Известны также устройства для корректирования результатов измерений .проводимости с помощью индукционных .систем относительно влияния нелиней.ности скин"эффекта, У одной из полодных систем первичный функциональный контур корректирует сигнал кажущейся проводимости, получаемый от индукционного измерительного прибора согласно предварителЬно заданной функции 23 . 8 другой системе в приемной катушке наводится сигнал прямоугольной формы и суммируется с обычным компонентом сигнала, находящимся в фазе для образования сигналапроводимости, скорректированного на скин-эФФект, Эта система основана на принципе, что сигнал от породы, имеющий сдвиг Фазы на 90, приблизитель" но равен составляющеи сигнала отч 35 скин-эффекта, противофазного с этим сигналом в пределах данного диапазона Значений проводимости и частоты 33,3 4Цель изобретения - повышение точности измерений проводимости пород в широком диапазоне рабочих частот,Поставленная цель достигается тем,что в устройство, содержащее скважинный снаряд, включающий систему генераторных катушек, соединенных с генератором, и систему измерительных катушек, соединенных с двумя фазочувствительными детекторами, линии опорных сигналов которых соединены соответственно с активным и реактивным элементами генераторной цепи, а также телеметрическую систему и наземный блок регистрации, введен блок ,вьщеления активной и реактивной составляющих комплексной проводимости пород, включенный между телеметрической системой и блоком регистрации,При этом введенный блок. содержит узел (устройство) объединения.совпадающих по фазе составляющих напряжений, соединенный .с нелинейным каскадом, узел (устройство) суммирования объединенного и нелинейного сигналов, соединенный с регистратором,Блок выделения активной и реактивной составляющих комплексной проводимости пород содержит также устройство для вычисления проводимости участка пород, находящегося на выбранном расстоянии от скважины,Большинство пород, исследуемых с гюмощю индукционных измерительных прибОров р сОстоит из мнОжества зон р обладающих различными прОводимОстями . Подобные породы называют неоднородными, в противоположность породам, имеющим одну проводимость (они называются1(огда значения рабочей частоты системы и проводимости близлежащих формаций не являются слишком большими, то эти известные системы обеспе чивают исключительно точные измерения проводимости формаций почти при всех встречающихся условиях. Однако, когда значение произведения частоты на проводимость пород становится очень большим, то очень трудно получить точный результат измерения проводимости из-за значительного влияния скин-эффекта . Если исследуемыегорные породы являются неоднородными,а произведение частоты и проводимости велики, то проблемы получения точных измерений проводимости горных пород существенно усложняются. Однородными),.Поэтому необходимо совершенствовать. индукционные устройства, применяемые для исследования неоднородныхгорных пород.Согласно настоящему изобретению, Образовавшееся электромагнитное поле и наведенный сигнал имеют амплитуду и фазу, зависящие от проводимости и неоднородности пород, значения которых сравнивают с.амплитудой и Фазой эталонного сигнала, По амплитудной и фазовой характеристикам наведенного сигнала (по двум или нескольким показаниям) можно определить необходимую характеристику ороды, причем, по крайней иере, по одному из показаний находят проводимость, По второму показанию можно определить неодно 900823900823 Составитель Воскобойн актор С, Патрушева Техред С.МигуноваКТираж 718 осударственного елам изобретений Москва 1-35) Ра аз 12225/77 дписиВНИИПИ Г комитета СССи открытий113035) ушская наб д, 4/ филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4рый подается с поверхности земли. На поверхности земли расположены лебедка и барабан (не показаны) для подъема и опускания упомянутой части измерительного устройства в скважину, На поверхности земли расположен также источник питания (не показан) от которого к устройству подается электрическая энергия через кабель б,Система катушек включает (фиг, 1) излучающую катушку 7 и приемную катушку 8. Обе эти катушки соосно намотаны на непроводящем немагнитном опорном стержне-зонде ч и обычно параллельны продольной оси буровой скважины 2. Центры катушек находятся на расстоянии 1. друг от друга,Внутри герметичного корпуса 5 расположен генератор 9 сигналов 8, выход которого подключен к катушке 7, Протекание переменного тока 1 через обмотку катушки 7 приводит к появлению напряжения сигнала в приемной катушке 8, величина которого зависит от электрических характеристик горных , пород, В дополнение к составляющей напряжения, зависящей от строенияпород, в приемной катушке наводитсятакже дополнительное напряжение вследствие прямой связи магнитных потоков,пересекающих обмотки излучающей иприемной катушек, Для компенсацииэтого компонента напряжения в приемной катушке в аппарутуру введено устройство, выполненное в виде трансформотка 12 соединена последовательнос приемной катушкой 8, Трансформатор10 включен таким образом, что напрядет иметь противоположную полярность фпо отношению к полярности напряженияпрямой связи, которое наводится вприемной катушке 8, Коэффициент трансформации (,отношение витков обйоток 50 катушке 8, Любая необходимая настройка трансформатора 10 обычно произвоизмерительного услройства, котораяподвешивается над поверхностью землина достаточном удалении от любых зна 5 9008236родность или какой-либо другой параметр зависящий от неоднооодности,На фиг, 1, показана функциональнаясхема предложенного устройства; нафиг, 2 и 3 - диаграммы напряжения(и его составляющих, находящихся вФазе и со сдвигом фазы на 90), индуцированного в приемной катушке индукционной измерительной системы приразличныХ значениях проводимости одно-,родной породы; на фиг, 4 - диаграмманекоторых вычисленных параметров вфункции напряжения от проводимости,находящегося в фазе и со сдвигом фазы на 90; на Фиг, 5 - функциональная,схема вычислительной аппаратуры, раскрывающая и, 2 Формулы изобретения;ка Фиг, 6 - схема цепи дпя программирования цифрового вычислительногоустройства общего назначения, которал20может быть использована для вычислениянекоторых параметров; на фиг, 7 и8 - положение измерительного приборавнутри буровой скважины и приведенырадиальная и вертикальная характеристики пластов пород в виде некоторыхпараметров, полученных с помощью аппаратуры, изображенной на фиг, 1;на Фиг, 9 - кривые 61 и б дейтви-.тельной и мнимой компонент проводимости пород при их горизонтальномзалвгании; на фиг, 10 и 11 - графикиотносительных сигналов в зависимостиот расстояния на оси буровой скважины для геометрических Факторов; на35Фиг, 12 - блок-схема устройства опре- матора 10, первичная обмотка 11 котоделения активной и реактивной состав- рого соединена последовательно с генеляющих, описанная в и, 3 формулы изо- ратором 9 сигналов, а вторичная оббретения,На фиг, 1 дана функциональнаясхема индукционного автоматическогорегистрирующего устройства для каро- жение в его вторичной обмотке 12 бутажного исследования, которая разра- .ботана для исследования пород 1, пересеченных буровой скважиной 2, Буровую скважину 2 обычно наполняютжидким раствором 3, Погрунаемая вскважину подвижная часть индукцион- трансформатора 10 выбран таким обраного измерительного устройства вклю- зом, что компенсирующее напряжениечает стержень-зонд 4 с системой ка- трансформатора равно по абсолютнойтушек, который может перемещаться величине напряжению, создаваемому ввнутри скважины 2, Электрические час- результате прямой связи в приемнойти устройства, опускаемые в скважину,помещены в герметичный корпус 5,который механически укреплен на верх- дится совместно с подвижной частьюнем конце стержня 4 с системой катушек, Эта часть устройства в корпусе5, в свою очередь, подвешена на армированном многожильном кабеле 6, кото- чительных магнитных тел, Следователь9008но, напряжение сигнала на входе усилителя представляет собой только напряжение в приемной катушке х, наведенное вследствие действия вихревыхтоков в породахСкважинная часть устройства (Фиг.1)содержит усилитель 13, на вход которого подводится напряжение от приемнойкатушки 8 и вторичной обмотки 12 трансформатора 10, фазочувствительный де втектор 11 для выделения полярного выходного сигнала, величина которогопропорциональна составляющей напряжения сигнала от усилителя 13, которыйнаходится в фазе с током 4 в излучающей катушке, Для образования выходногосигнала с сопротивления 15 в цепи, питае):ой генератором 9 сигналов, снимают опорный сигнал для сравнения фазыи подают его в Фазочувствительнцй детектор 11), Устройство (Фиг, 1) содержит также второй Фазочувствительныйдетектор 16 для создания однополярного выходного сигнала, который должен быть пропорционален той компонен-те сигнала от усилителя 13, котораяимеет сдвиг фазы на 90 относительноФазы сигнала 1 генератора сигналов,Дпя осуществления этого на вход Фазочувствительного детектора 16 подаютдля сравнения Фазы сигнал, возбуждаемый в катушке 17, Компоненты напря- .жения в Фазе и со сдвигом Фазы на90, обозначенные соответственноЧ и Ч 1 создаваемые Фазочувствите 1ззльными детекторами 1 ч и 16, подаютсяна вход усилителя 18 и далее по многожильному кабелю 6 поступают на поверхность,4 ЯСкважинная часть устройства работает следующим образом,Генератор сигналов 9 питает сигна" лами с постоянной частотой излучающую катушку 7, Протекание тока через катушку 7 приводит к образованию переменного электромагнитного поля в пространстве, окружающем эту катушку передатчика, и которое, в свою очередь, проникает на значительное расстояние в соседние пласты горных по 59 род, Это приводит к возникновению вторичного тока, Как правило, этот вторичный ток протекает по круговым цепям, вокруг зонда 1 в скважине 2 и соосен с осью катушки 7, Величина этого вторичного тока зависит от эфФективного импеданса материала вмещающих пород. Обычно этот ток содер 23 8жит активную и реактивную составляющие,В приемной катушке 8 наведено также вторичное напряжение, обусловленное пряьой магнитной связью между катушками 7 и 8, Это напряжение вследствие прямой магнитной связи не зависит от изменения проводимости соседних пород и, следовательно, остается, в основном, постоянным в течение всего процесса исследований пород, окружающих буровую скважину 2,. Как видно из Фиг, 1, этот сигнал отдействия прямой взаимной связи компенсируется соответствующим включением трансформатора 10.Из теории электромагнитного поляи в особенности иэ теорий, касающихся магнитных диполей, известно, чтозавистмость напряжения Ч,в приемнойкатушке от тока излучающей катушкидпя пары соосных катушек, расположенных в однородной изотропной средеи разделенных расстоянием, большимразмеров катушек, может быть выражена следующим образом,йгде 1 = -1; 1 - ток генератора сигналов; 1 ч - проницаемость. среды;О)" круговая частота в радианах длясигнала генератора вдФ 2 ТГ, где Г - частога, А - произведение площадипоперечного сечения на число витковизлучающей катушки; Аг - произведениеплощади поперечного сечения на числовитков приемной катушки; 1. - расстояние между центрами катушек; - константа распространения волны в среде,окружающей катушки,Когда окружающая среда имеет проводящий характер, как в настоящем слу"чае, константа распространения волныможет быть описана выражением 3 1)7 шб)а, ) 2) где 6 означает электрическую проводимость среды,Уравнение (2) может быть переписано в следующем виде т-, (3) где 8 - .глубина проникновения тока (скин-эффект) в исследуемую среду. Эта глубина В представляет собой эффективную глубину проникновения эле5 /2/йБ/ц,Разложение уравнения (1) в степенный ряд и введение значения величины ", определяемой уравнением (3), приводят к выражению 0(6) Ч Чг+3 Чк,25 Здесь Ч означает действительную часть уравнения (5) и, следовательно, представляет составляющую напряжения в приемной катушке, которая находится в фазе с током сигнала в катушке 50 7. Эти совпадающие по фазе компоненты соответствуют активному сопротивлению породы, Ч) - мнимая часть уравнения (5) и соответствует сигналам, наведенным в приемной катушке, фазы кото рых сдвинуты на 90 относительно перевичного сигнала в излучающей катушке, Эти сдвинутые по фазе сигналы наведены действием прямой магнитной связи между катушками передатчика и 40 приемника, а также могут быть производными и от реактивного компонента импеданса формации, При излучении действительной части уравнения (5) можно видеть 45 О)1 ч 3 Д АУ=(13) оЗч 3 А+ А Ч, обозначает,как это определяетуравнение (13), напряжение, создаваемое в результате прямой магнитнойсвязи между излучающей и приемнойкатушками и не зависящее от проводимости материала соседних пластов,На функциональной схеме устройства(фиг, 1) Ч, от прямой магиной связи компенсируется с помощью трансформатора 10,Ч уравнения (12) соответствуетсоставляющей напряжения, сдвинутой(9) ктромагнитного поля и она определяется из выражения ч - - -- " )+) ( о ) т +2) ( - ) + Как видно, уравнение (5) содержит действительную и мнимую части. В конечном виде уравнение (5) преобразуется в следующее М1- -(7) 50 Этой зависимости для совпадающего по фазе напряжения, определяемого уравнением (7), можно придать форму Ч Ч у + (10) Член Ч,определяемый уравнением(9), означает так называемый сигналгеометрического фактора, которыйпредсказан линейной теорией, Как следует из уравнения (8), единственнойпеременной величиной является коэффициент 6 проводимости горных пород,Следовательно, этот сигнал Ч геометрического фактора прямо пропорционален проводимости 1 материала прилегающих пород,Остальные члены уравнения (7) представляют собой совокупность нелинейных компонентов и обозначаются символом Ч 5, определяемым уравнением(10), Из уравнения (7) можно видеть,что этот член определяет влияние скинэффекта и является частью общего сиг" .нала Ч.В уравнении (5) реактивная состав"глющая (сдвинутая по Фазе на 90)общего сигнала представлена мнимой частьюуравнения (5), Члены этой мнимой части имеют вид Последнее уравнение соответствует формеЧ = Ч Ч ,1 г) 1 4- 2(1 1.)Л Я Б 11 9008 по фазе на 90 О и определяющей величину реактивного компонента, зависящего от протекания вторичного тока в материале соседних пластов, Ее величина зависит от влияния проводимости материала пластов, что и отмечено коэффициентомв уравнении (1 4),Суммируя уравнения Ч (7) и Ч (14) согласно Формуле (6), получает напря жение приемника (компонента Ч, создаваемого в результате прямой взаимоиндукции, погашена)1а гАЧ:Ч 1 Ч -15Л(. На Фиг, 2 показана диаграмма зависимости Ч от Ч для исследованийс помощью двухкатушечного зонда однородных пород в некотором диапазонезначений пооводимости, Из фиг, 2видно, что значения проводимостивозрастают по направлению противчасовой стрелки вдоль кривой 19,35Первоначально индукционное измерительное устройство работало толькона низкой частоте, тогда сигнал приемника был прямо пропорционален проводимости, Эту пропорциональностьможно определить по уравнениям (4),(9), (10) и (14), Из уравнения (4)следует, что при низком значении частоты и 1 глубина скин-эфФекта Б будет большой, Следовательно, состав 45ляющая сигнала Ч , образованноговследствие скин-эффекта (определяемого уравнением (10), а также компонента, сдвинуты по фазе на 90и характеризующая проводимостьпороды согласно уравнению (14), являютсяпренебрежимо малыми, Зто означает,что й в уравнении (9) остается только компонента напряжения Ч, обусловленная геометрическим Фактором, Ди-.аграмма на фиг, 2 показывает, что55вся кривая 19 спрямляется при условии уменьшения значений Ч и Ч, подвлиянием уменьшения частоты,23 12 Однако увеличение Ч и Ч до уровня, где новая кривая проводимостипересекает первоначальную кривую 19,приводит к тому, что кривая проводимости в точке 20 будет смещаться вновое положение 21, При более низкой частоте большая часть представляющих интерес значений проводимости будет лежать на участке кривой вблизи оси Ч,Однако использование низких рабочих частот значительно уменьшает отношение сигнала к помехам. Зто можновидеть из уравнения (9), так как компонента Ч индуцированного напряжения пропорциональна квадрату частоты 03, Следовательно, при возрастаниирабочей частоты до уровня, когдастановятся значительными напряженияЧ 5 от скин-эфФекта, находящиеся вФазе, и компонента напряжения, сдвинутая по Фазе на 90 и зависящая отпроводимости пород, будет полученакривая, аналогичная кривой 13 нафиг. 2, Для получения точных результатов измерения проводимости Формации на этих сравнительно высоких рабочих частотах, для определения точных значений проводимости 3 Формации,необходимо ввести коррекцию на .скинэффект в выражение для составляющейнапряжения Чр приемной катушки, Этакоррекция принимает форму сдвигауровня синфазного напряжения Ч 1. приемника на предписываемую величину при данных значениях этого напряжения ЧВвиду того, что скин-эффект влияетна принимаемое напряжение нелинейным образом, как это следует из уравнений (10) и (14), коррекция на скинэффект принимает Форму нелинейногосдвига компоненты Чг напряжения приемника, находящейся в Фазе, для получения скорректированных значении проводимости горных пород,Проводимость, измеренная подобной системой с коррекцией на скин-эффект,является достаточно точной для значительного большинства значений проводимости пород, как это изображено точкой 22 на кривой 19 проводимости (Фиг, 2),Большинство пород не являются однородными и, следовательно, значения ,проводимости неоднородных пород не будут совпадать с кривой 19 (фиг,2) проводимости однородного пласта, При сравнительно низких значениях проводимости пласта эта разница не13 90082будет слишком заметной, гак как наклон кривой 19 при подобных значениях проводимости приближается кнулю,Рассмотрим случай, когда неоднородная порода может иметь значенияЧ и Ч соответствующие точке 23 нафиг, 2, При измерениях с помощью систем прежнего вида, когда определяется только не влияющая на фазу составляющая напряжения Ч,предполагается,что измеренное значение проводимостипороды представляет собой вертикальную проекцию точки 23 на кривую 19проводимости породы, В действительности по нескольким .значениям средней проводимости пород находят проводимость по кривой 19, в точке 20которая наиболее близка проводимостив точке 23, Неточности измерений,возникающие из-эа .неоднородности пород, могут быть скорректированы донекоторой степени благодаря использованию нескольких измерительных устройств сложной вычислительной техникиСогласно изобретению, измеряют обазначения совпадающей по фазе с токомгенератора компоненты Чр и сдвинутойОпо Фазе на 90 компоненты Ч напряжения приемника и, используя эти значения, не только более точно определяют гроводимость пород в большинствеслучаев, но также и степень их неоднородности, При этом предполагают, цтопараметр проводимости б в уравнении35(2), является комплексным числом, имеющим действительную и мнимую части,Обозначив действительныи и мнимый компоненты проводимости соответственно40Ю и 6 комплексную проводимость 6определяют уравнением 19 однородной проводимости, как этопредставлено точкой 26, то значениекомпоненты (3 является отрицательным и проводимость близлежащей зоныбольше проводимости удаленной зоны.Следовательно, полярность величиныб указывает на распределение проводимости пород, Расстояние междуточкой 26 и ближайшей точкой на кривой 19 проводимости для однороднойпороды соответствует степени неоднородности, Следовательно, зная величину 6, можно определить неоднородность, т,е, относительное значениепроводимости близких и удаленных эонгорных пород (вертикально и радиально) по амплитуде и полярности вычисленного параметра 5,бч + .1 У(перпендикуляр к кривой 19); рассто" яние между точкой 24 и кривой 19Гпредставляет значение Ь и может быть отградуировано в единицах значений б, Расстояние между начальной1 точкой 24 и кривой 19 при Ч, М = 0 до точки пересечения 35 соответствует значению компоненты Я, и может бытьотградуировано в единицах измерениябцИз вышеизложенного можно вывести,что выбранное значение компоненты бо находят в точке пересечения перпендикуляра с кривой 19 проводимости,например для точки 24, Следовательно,значение компоненты б представляетсреднюю величину проводимости формации в исследуемой зоне, Таким обра-.зом исследованная проводимость одноУродных пород выраена в данном случае в средних значениях проводимости6 для пород данного типа,Определим значение компоненты Ьч,е .ли искомая точка, определяемая значениями Ч и М, лежит в области, ограниченной кривой 19 проводимости(как это показано для точки 24), тогда величина б является положительной и значение проводимости породы вблизи расположения катушек меньше проводимости в тех зонах, которые больше удалены от катушек, Наоборот, когда значение 6 оказывается вне кривой(17 лен С це ст оспрои также н омпонен ложенной ю более полного предста яющих 6 и бч на фиг, 3 едена кривая 19, показа фиг, 2, Определяют энац ов Ч и У в точке 24, наиболее близко к криво нная ения расп й 19 У однородных метраравно компонентов Ч точке, лежащей сти для однород ное значение па ется по координ пород значение пара- нулю, когда значения и У соответствуют на кривой проводимоной породы, а измерен раметра 6 определя" атам точки, образован15 90082 ной пересечением перпендикуляра с1кривой (Ч = Ч - О) .До настоящего момента описаниекасалось только двухкатушечного зонда,Известно, что благодаря использованиюнескольких передающих и принимающихкатушек, можно получить улучшеннуюхарактеристику, т,е, можно более полно определить влияние радиальных ивертикальных геометрических факторов, 10Методика согласно настоящему изобретению может быть также применена ксигналам, образуемым подобными многокатушечными устройствами,Оценку результатов измерения посредством многокатушечных устройствнеобходимо проводить для каждой парыпередающих и приемных катушек, считая их отдельным двухкатушечным устройством и затем объединяя сигналывсех двухкатушечных зондов, Перепишем уравнение (17) для многокатушечного зонда ЗцЗЗр АМАЧ )Ч =2 н 125), (18) Для определенияуравнении (18) прауравнения следует проводимостиую часть это азделить на где А 1, - произведение площади попе речного сечения и числа витков катушки а-го передатчика; Аг - произведение площади поперечного сеченияи числа витков катушки и-го приемни-,ка; 1 - расстояние между центрами3катушек а-го передатчика и и-го приемника и, наконец,3 16и 6 одинаковым способом, как былорешено уравнение (1) относительнотех же параметров для двухкатушечного зонда. Уравнения (18) и(19) представляют собой обобщенные выраженияи они распространяются на число катушек, включая двухкатушечный зонд,Уравнение (19) может быть использовано для получения координатнойсетки, определяющей значения величин6 и б в функции переменных 6и ", Это можно осуществить, например, путем выбора значений б и 5 ми решения уравнения для соответствующих значений 6 и 6. На фиг. 4 пока,зан результат подобных вычислений,На рис, 4 дана диаграмма значенийб в эавимости от 6 для многокатушечного устройства,Как следует из диаграммы (Фиг, 4)можно значения Ч и Ч (илии 6; )определить через значения параметровби и ч с помощью семейства ортогональных кривых, построенных в системепрямоугольных координат, где эти семейства кривых будут криволинейнымиотносительно прямоугольной координатной системы, По осям прямоугольнойсистемы координат (фиг, 3 или 4) можно отложить значения 60,6 х = 0и определить затеи любые значенияпараметров 6 и 6 с помощью этихкривых, Кроме того, эти кривые позволяют определить параметры 6 и 6при построении их в системе координат для 8 и 6, Следовательно, припрактическом использовании изложенныхспособов параметры С и Т измеряют спомощью измерительного устройства, опущенного в буровую скважину, и те же способы согласно настоящему изобретениюмогут быть применены для получения(р и 6 с помощью измеренных значений параметров 6 и 6.1 ожно написатьЯа бг в ьц .Ц- я, 6, соответствует Ч,Затем уравнения (18) и (19) мог быть решены относительно величин 8 Подобный прием может быть осуществлен с помощью сложных или простых преобразований, Например, измеренныезначения компонентов Ч и Ч позволяют определить по диаграмме на фиг. значения параметров 6 и 6 . С ее помощью для любого измерительного устройства можно составить таблицы значений параметров б иб для любых значений 5 и , Подобную таблицуможно использовать для простых вычислений или составить программу для введения ее в вычислительное устройство,(23) 17 9008Можно также испольэовать построенные кривые для приближенного решения уравнения (19). В зависимости от точности аппроксимации уравнения (19), эти выражения могут быть сложными или простыми, Некоторые выражения для параметров Б в функции компонентов Ч и Ч можно в достаточной степени упростить значения1 О 196= С + А 19 б, + В б, + Об+ ++ А,196, + ВД + 0(Д,)-+ (20),аЧ + вЧ и 6: аЧ + Выражение для параметра 6 имеет вид 196 р = С + А 196+ 0 б+ 06 1. 20 + А 19 + В+ 0 (6) +(22) Коэффициенты от о до с, А, В, С, О, ся постоянными зависимыми только от конструкции катушек зонда и определя- З 0 ются в процессе построения кривых,На Фиг,5 показан пример построения блока 27 выделения активной и реактивной составляющих комплексной проводимости пород согласно и, 2 формулы изобретения для вычисления параметров 8 и 6, который показан также на Фиг. 1, Вычислительное устройство (Фиг, 5) может определить только первые три члена уравнений (20) и (22), Сигналы Ч и Ч из измерительной аппаратуры, расположенной в скважине, поступают через каскады 28 и 29 усиления; которые определяютреднее значение коэффициентов М и 45 е, в узел 30 объединения совпадающих по Фазе напряжений 30 (суммирующий каскад), Каскад 30 суммирует эти две величины аМ. и вЧ и образует выходной сигнал, обозначенный в соответствии с уравнением (21) буквой 6 Выходной сигнал 6 поступает в нелинейный каскад - логарифмический преобразователь) 31 для получения выходного сигнала, пропорциональ 55 ного логарифму от 6, Этот выходной сигнал из логарифмического преобразователя 31 подается в каскад 32 усиления, где величина 19 б для образова 23 18ния выходного сигнала, пропорционального произведению А 19 6, умножаетсяна коэффициент А из уравнения (18),Этот выходной сигнал иэ каскада 32усиления вместе с сигналом, пропорциональным постоянному коэффициентус иэ уравнения (20), и значению Ь 6поступает в узе суммирования объединенного и нелинейного сигналов 33(суммирующий контур), выходной сигналкоторого пропорционален согласно уравнению (20) значению логарифма параметра бц, Величину В 6 дает цепь 31усиления, которая принимает сигнал,пропорциональный параметруиз суммирующего каскада и умножает на коэфФициент В, Логарифм величины 6 может быть также преобразован в линейный параметр 6 путем использованияантилогарифмической схемы 35,Для получения значения б следует419 6, умножить на коэффициент Апосредством каскада 3 б усиления иполученный результат передать в суммирующий каскад 37, дополнительно кэтому 6, умножают на коэффициент Вс помощью каскада 38 и результат передают в суммирующий каскад 37. Коэффициент С также вводят в тот же кас"кад и таким образом сигнал на выходеего будет согласно уравнению (23) пропорционален логарифму параметра 6,Логарифм параметра 6 преобразу.",т взначение самого параметра посредством антилогарифмического каскада 39,сигналы с выхода которого поступаютна вход дифференциального усилителяо110, Сдвинутый по фазе на 90 сигналЧ , в зависимости от свойств породыпоступает затем в положительной полярности на вход дифференциальногоусилителя 10 через усилитель 41, такчто согласно уравнению (22) сигнална выходе последнего будет поопорци- фонален величине о, В случае необходимости член, определяющий неоднородность пород, может быть нормалиэован для учета колебаний проводимостипластов, Для осуществления этого необходимо параметр 6 разделить наб или лучше на сумму параметров 6 ++ 6., что может быть выполнено каскадом 12 (Фиг, 5).уравнения (17) и (19) могУт бытьрешены с помощью цифровой вычислительной машины для каждого измеренного1значения Чи Чили 6 и 5Рассмотрим теперь фиг, 6, где показана схема запуска вычислительной