Устройство для каротажного электромагнитного зондирования

ОП ИСАНИЕИЗЬБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфюэ СоветимиСоцмалмстмчесимкРеспублик(088.8) Опубликовано 15.03 83Бюллетень У 10 вв аллам лэебретеиий и вткрытийДата опубликования описания 15. 03. 83 ьшаков, В,Вв) Авторыизобретения нститут геологии и геофизики Сибирского ет Сибирская геофизическая экспедиция Минист промышленности СССР(7 ) Заявители 1 З) ЬСТРОйст Я КАРОТАЖНОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНО ЗОНДИРОВАНИЯ зобретение лектрическ в скважинах носится к измерите- свойств горных побурящихся на нефть лям э ихродФи газ.Известно устройство, содержащеетри трехэлементных зонда различнойдлины с двумя общими измерительнымикатушками, которые присоединены к измерительно-преобразовательному блоку с помощью которого сигналы высокои частоты преобразуются и ограничиваются по амплитуде и далее поступают к измерителю разности фаз, от которо- го получают сигналы, соответствующие зондам малой, средней и большой глубин исследования горных пород, Полученные сигналы с помощью предусмотренных, схем согласования подают на поверхность, к регистратору. Возбуждение электромагнитного поля производят на частоте около 3 10 Гц 1.1Известно устройство для диэлектрического индуктивного каротажа, состоящее из задающего кварцевого генератора, генераторных усилителей напряжения и мощности, генераторной и двух измерительных катушек зонда, подключенных к измерительным каналам, которые идентичны друг другу. Каждый канал включает измерительный усилитель высокой частоты, смеситель частоты, усилитель промежуточной частоты, ограничитель напряжения. Общим для обоих каналов является гетеродин с каскада" ми умножения частоты гетеродина, а также фазоизмерительный блок, усилитель мощности информационного сигнала, линейный амплитудный детектор и кас" кад автоматической блокировки усилителей пониженной частоты. фазоизмери" тельным блоком измеряют векторную разность двух сигналов, индуцирован. ных в разнесенных измерительных катушках зонда 12Наиболее близким к изобретению является устройство для волнового каротажа для зондирования по проводимости, содержащее генератор, трехэле3 100 ч 9 ментные зонды, состоящие из гвнераторной и пары измерительных катушек, усилители мощности, усилители-преобразователи, генератор-гетеродин, усилители-ограничители промежуточной частоты, фазоизмерительный блок, блок телеметрии и блок коммутации, при этом генераторные катушки трехэлементных зондов подключены к выходам усилителей мощности, измерительные ка тушки трехэлементных зондов соединены с входами усилителей-преобразователей, вторые входы которых соединены с выходом генератора-гетеродина, выходы усилителей-ограничителей промежуточ ной частоты соединены с входами фазоизмерительного блока, выход которого через блок телеметрии соединен с блоком коммутации. Длина глубинного зонда равна 1,95 м, зонда малой глубин ности - 0,55 м, расстояние между измерительными катушками (база зонда) составляет 0,3. м. Рабочая частота генератора 3,3 10 Гц. Двухканальная система с преобразованием частоты поз И воляет измерять фазовый сдвиг(АЧ) амплитуд сигналов, индуцированных в измерительных катушках. Блок измерения состоит из высокочастотных усилителей, гетеродина, смесителей, усили- Зв телей промежуточной частоты, усилителей ограничителей, фазоизмерительного блока и блока коммутации, которым переключают выход генератора рабочей частоты между генераторными катушками зондов и отключают один из измери" тельных каналов с целью формирования стандарт-сигнала при калибровке аппаратуры. При этом за одну спускоподъемную операцию выполняют диагра в фию разреза только одним из зондов 3Недостатком данных устройств является низкая точность измерения электрических неоднородностей, образованных проникновением фильтрата3 бурового раствора в пласты-коллекторы, особенно в том случае, когда радиальное распределение электропровод- ности в зоне проникновения имеет сложную геометрию, например за счет скопления минерализованных пластовых вод перед фронтом проникающего в пласт пресного фильтрата бурового раствора (так называемая окаймляющая зона, вал), Привлечение результатов измерений, полученных другими методами каротажа, например кажущихся сопротивлений (КС) бокового каротажа (БК), микрокарота 40 4жа (МБК), индукционного каротажа (ИК) и других, увеличивает время простоя скважин под геофизическими исследованиями, снижая производительность промысловых работ.Кроме того, в аппаратуре применены два трехэлементных зонда различной длины с двумя общими для зондов измерительными катушками, что не обеспечивает им геометрического подобия, а использование одной рабочей частоты для двух зондов различной длины лишает электродинамического подобия. Кроме того, измерение электрических свойств геологического разреза осуществляется поочередным подключением либо одной, либо другой генераторной катушки к общему генератору, что приводит к необходимости производить два спуско-подъема в скважине, тем самым увеличивая время простоя скважины.При этом информация, полученная двумя зондами, дает лишь качественное представление о характере изменений электропроводимости в пласте-коллекторе,Цель изобретения - повышение производительности работ и точности измерения электрических неоднородностей в пластах-коллекторах. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для каротажного электромагнитного зондирования, содержащее генератор, трехэлементные зонды, состоящие из генераторной и пары измерительных катушек, усилители мощности, усилители-преобразователи, генератор-гетеродин, усилители-ограничители промежуточной частоты, фазоизмерительный блок, блок телеметрии и блок коммутации, при этом генераторные катушки трехэлементных зондов подключены к выходам усилителей мощности, измерительные катушки трех- элементных зондов соединены с входами усилителей-преобразователей, вторые входы которых соединены с выходом генератора-гетеродина, выходы усилителей-ограничителей промежуточной частоты соединены с входами фазоизмерительного блока, выход которого ,через блок телеметрии соединен с блоком коммутации, введены электронные ключи генераторных и измерительных цепей трехэлементных зондов, трех- элементные зонды выполнены геометрически и электродинамически подобными друг другу, генератор выполнен в ви- де генераторов рабочих частот по чис10349 40 4о для ряда зондов, тем детальней исследуются геоэлектрические радиальныенеоднородности вокруг скважины. Однако слишком малая величина коэффициента геометрического подобия затрудняет взаимное размещение катушек зондана зондовой основе, вследствие того, чтореальные размеры катушек существенно возрастают с уменьшением частотывозбуждаемого поля в полном соответствии с принципом электродинвмическогоподобия зондов(2) где Г; и Г+ - циклические частоты возбуждения полей короткими и длинным зондами, соответственно; И и М+ магнитные моменты генераторных катушек.Другое ограничение коэффициента геометрического подобия (с15) обусловлено тем, что детальность исследования радиальных неоднородностей снижается.В соответствии с выражениямь 1 (1) и (2) величина Ъ =1.Г;=1 + Г коэффициент электродинамического подобия ряда зондов, которым однозначно устанавливается равенство друг другу характеристик квазистационарного электромагнитного поля, измеряемых геометрически подобными зондамив однородной среде.Действительно, з этом случае, для модуля амплитуды в долях прямого поля в воздухе и фазы электромагнит- . ного диполя имеем следующие выражения16= ехр (-Р) 4(1+Р) + Р, (4)ч р ос 1 р, (М1 Ргде Р - безразмерный параметр, равный отношению длины зонда (или расстоянию вдоль оси диполя до точки измерения) к глубине проникновения поля в среде, т,е.р.цд., .,-, - -, (ьи ,О- электропроводность и магнитная проницаемость среды, соответственно.Из выражения (6)видно, что если конструктивные параметры зондов, длины (1,) и частоты (т ), устанавливаются в соответствии с требованиями Ь;+ 1где ,1 и+ - расстояния между любыми одноименными элементами зондов, м; - 2, и - порядковый номер зонда и 1.,1С учетом глубинности исследования фф зондов соотношение между длинами зондов устанавливают в пределах1,1а(1,5. При этом, чем меньше лу генераторых катушек трехэлементныхзондов, число генераторов-гетеродинов соответствует числу пар измери тельных катушек трехэлементных зондов, при этом электронные ключи гене- %.раторных цепей трехэлементных зондовисполнительными линиями включены между генераторами рабочих частот и, усилителями мощности, а электронные ключи измерительных цепей трехэлементных 10зондов исполнительными линиями включены между выходами усилителей-преобразователей и входами усилителейограничителей промежуточной частоты,управляющие входы электронных ключей Иподключены к блоку коммутации, который содержит схему автоматическогоуправления, причем коэффициент геометрического подобия зондов находитсяв пределах следующего соотношения 201,1.1+ /1,5,гдеи- расстояния между любыми одноименными элементами рядатрехэлементных зондов, соответственно длинного и короткого;- 1,2,; 25и - порядковый номер трехэлементногозонда.Точность измерения электрическихнеоднородностей, образующихся за счетпроникновения фильтрата бурового раст 30вора в пласты-коллекторы и перераспределения пластовых минерализованныхвод и углеводородов, достигается выбором линейных размеров (для .) гео. метрически подобных зондов. Выбор здлин ряда зондов диктуется латеральной глубинностью исследования, котораяопределяется, главным образом, длинойзонда и равна приблизительно половинедлины зонда. Такая оценка глубинности 0исследования учитывает влияние скинэффекта при распределении тока, индуцируемого в среде, относительномаксимума плотности.Для геометрически подобных зондов юс коэффициентом геометрического подобия справедливо следующее соотношение7 10069геометрического и элвктродинамичес,кого подобия (1,), (2) и (3), то измеряемые характеристики поля (4) и(5), а также любые их производные(например разность фаз), остаютсянеизменными в однородной среде. Вместе с тем, глубина исследования средыразлична, а именно с ростом длинызонда и уменьшением частоты (-солей) .она максимальна и, наоборот, с сокра в щением длины зонда и увеличением частоты глубинность исследования ми.нимальна. При этом детальность (локальность) исследования ближних участков среды возрастает. В случае неоднородной среды, вследствие проникновения фильтрата бурового раство" ра в пласт-коллектор и возможного образования вала оттесняемой в глубь пласта минерализованной воды (обра. зование окаймляющей зоны с повышенной электропроводностью) зондирование электродинамическими и геометрически подобными зондами позволяет восстановить характер распределения электрических неоднородностей с их количественной оценкой. Таким образом, предлагаемое устройство обеспе. чивает высокую точность измерения геоэлектрицеских неоднородностей.Обеспечить практически одновременную работу в скважине всех пяти зондов, т.е, повысить производительность работ, позволяет применение электрических ключей и блока коммутации, работа которого регламентируЭЗется схемой автоматического управления.Электронные ключи в генераторных цепях включены исполнительными линия 46ми между задающими генераторами рабочих частот и усилителями мощности.Это позволяет сократить расход электроэнергии усилителями мощности и в случае периодицеского их включения4 суммарный расход энергии соответствует расходу мощности одним усилителем,что также снижает самопрогрев электронных схем и элементов.Электронные ключи измерительных цепей исполнительными линиями включены между выходом усилителей промежуточной частоты и входами усилителей-ограничителей промежуточной частоты. Выбор такого места включения обеспечивает наименьшее, внесение по мех как от коммутационных операций ключей, так и из каналов усиления и преобразования сигналов. 40 8Электронные ключи генераторных иизмерительных цепей управляющими линиями подключаются к блоку коммутации ключей. Режимы включения и выключения ключей блоком коммутации,регламентируются схемой автоматического управления, Так, например, момент включения генераторных катушекпод нагрузку сопровождается нарастанием амплитуды тока от нуля до оптимальной величины. Исключить этот нестационарный режим из результатов измерений удается путем более поздней(или опережающей) коммутацией измерительных цепей относительно включения(или выключения) генераторных ключей, Кроме того, режим коммутациитого или иного зонда распознается вназемной станции благодаря передачешифрованных команд, посылаемых отсхемы автоматического управления впульт наземной станции синхронно ссигналами для блока коммутации.На чертеже изображена блок-схемаустройства.Устройство содержит генераторырабочих частот 1.1 для частоты Г ,1.2 длЯ частоты Гз, 1 1 5 длЯчастоты Г, электронные ключи 2.1-2.5 генераторных цепей, усилителимощности 3. 1-3, 5, генераторные ка-тушки 4.1-4,5 зондов, измерительныекатушки 5.1-5.5 зондов (пары), зондтрехэлементный 4, 1 и 5. 1; зонд трехэлементный 4.2 и 5.2, геометрическиподобный зонду 4.1-5.1, зонд трехэлементный 4,3 и 5.3, геометрическиподобный зонду 4,2-5.2, и т.д.; усилители-преобразователи 6.1-6 5 сигналов высокой частоты в сигналы низкой частоты - усилители промежуточной частоты; генераторы-гетеродины .7,1-7.5, электронные ключи 8.1-8.10измерительных цепей, усилители-ограничители промежуточной частоты 9.19.2, фаэоиэмерительный блок 10,. блок11 телеметрии, блок 12 коммутации. сосхемой автоматического управления,Устройство работает следующим образом,Устройство для каротажного электромагнитного зондирования содержитгенераторы 1.1-1.5, частота которыхразлична и устанавливается в соответствии с величинами коэффициентовгеометрического Ж и электродинамического подобия ф) (1), (2) и (3)Выходные цепи генераторов 1.1-1.5подключены через исполнительные линииЭ 1004940 10 электронных ключей 2.1-2.5 к усили- команда для включения следующего зонтелям мощности 3. 1-3. 5, нагрузкой ко- да. Весь цикл работы пяти зондов заторах являются генераторные катушки нимает 0,1 с. При стандартной скорос,1-4.5 зондов. Пары измерительных , ти подъема скважинного прибора, равкатушек 5.1-5.5 зондов подключены кной 2000 м/ч, все зонды производят соответствующим каждой катушке уси" измерения геологического разреза на лителям-преобразователям 6;1-6.5 сиг- интервале глубины, равной 5,5 см. налов высокой частоты в сигналы низ- В принятом масштабе записи, равном кой частоты. Автономные генераторы:200, линии записи каротажных диагетеродины 7. 1-7. 5. вырабатывают час ф грамм будут непрерывными.П именение многозондовой системы с тоты для усилителей-преобразователей , Примене6.1-6.5, которые отличаются от соот- временным раздел . ременным аз елением работы каждогозон а выгодно отличает предлагаемое ветствующих рабочих частот зондов на зондодну и ту ае ве ичину ЬЬ Г Выходные устройство для каротажного электроцепи усилителей-преобраэйввтелей й магнитного зондирования, так как значительно сокращается время на прове.1-6.5 через исполнительные линииэлектронных ключеи . - , измери-" 8.1-8,10 з ри-дение измерений, результаты которых тельных цепей подключаются, попарно к несут инФормацию о характере распре- . Усилителям-ограничителям промежуточ- деления эле реления электрических свойств пород ной частоты 9. и 9, сигналов с и9.1 9,2 сиг алов с пре ф от скважины в глубь пласта. Предла(цЧ ). С гналы гаемое устройство заменяет двухзондообразованной частотои (цт). игналынизкой частоты дГ, ограниченные до вые системы индукционного каротаа. определенного заданного уровня, подаются в фазоизмерительный блок 10 формула изобретения и далее, через блок 11 телеметрии по Икаротажному кабелю на поверхность к Устройство для каротажного электроу ьту управления станции. Блок 12 магнитного зондирования, содержащееции получая от блока 11 ко генератор трехэлементные зонддовые импульсные сигналы, обеспечи- . ый и короткий, состоящие иэ генеравает последоват,:.льную коммутацию Зф торной и пары измерительных катушек,электронных ключей 2,1-2 5 и 8.1- усилители мощности, усилители-преоб 8.10 в следующем порядке. Первым за- разователи, генератор-гетеродин, усимыкается ключ 2.1, затем после окон- лители-ограничители промежуточнойчания переходных процессов в цепях частоты, фазоизмерительный блок, блокусилителя мощности 3.1 и генераторной Э 5 телеметрии и блок коммутации, прикатушке 4.1 замыкаются исполнительные этом генераторные катушки трехэлелинии двух ключей 8.1 и 8.2. Процесс ментных зондов подключены к выходам регистрации информационных сигналов усилителей мощности, измерительныедлится в течение промежутка времени катушки трехэлементных зондов соедиравного 0,1 от промежутка, занимаемо ф нены со входами усилителей-преобразо"го одним зондом и включающим в себя вателей, вторые входы которых соедивсе операции по исключению переходных нены с выходом генератора-гетеродинае процессов коммутации, передаче сигна- выходы усилителей-ограничителей про" лов на поверхность, подаче команд на, межуточной частй частоты соединены со вхо"4 ами фазоизмерительного блока, выход отключение зонда и подготовку кприему 4 дами фазоизмер кодовых команд для подключения другого которого через бз блок телеметрии ооеди. зонда. После окончания регистрации нен с блоком коммутации, о т л и- сигнала, отключаются ключи в измери- ч а ю щ е е с я тем; что, с целью тельных цепях 8.1 и 8;2, а затем ключ повышения производительности работ и 2,1 в генераторной цепи первого зонда.Ю точности измерения электрических неодОбработка измерительных сигналов и пе- нородностей в пластах-коллекторах, в редача их на поверхность занимает устройство введены электронные ключи 0,5 от всего промежутка времени, вы- генераторных и измерительных цепей деляемого одному каналу. После этого трехэлементных зондов, трехэлементные в блок 12 коммутации поступает кодо зонды выполнены геометрически и электвый сигнал для включения второго трех- родинамически подобными друг другу, элементного зонда 4.2-5.2. После отра- генератор выполнен в вире генераторов ботки сигналов второго зонда подается рабочих частот по числу генераторных11 10049 катушек трехэлементных зондов, число генераторов-гетеродинов соответствует числу пар измерительных катушек трех- элементных зондов, при этом электронные ключи генераторных цепей трех- элементных зондов исполнительными линиями включены между генераторами рабочих частот и усилителями мощностиа электронные ключи измерительных цепей трехэлементных зондов исполни ф тельными линиями включены между выходами, усилителей-преобразователей и входами усилителей ограничителей промежуточной частоты, управляющие входы электронных ключей подключены 3 з к блоку коммутации, который содержит схему автоматического управления, причем коэффициент геометрического подобия зондов находися в пределах следующего соотношения 26 40 12111. + /1 5где ;. и 1. - расстояния между любыми одноименными элементами ряда трехэлементных зондов, соответственно, длинного и короткого, 1 - 1,2 и - порядковый номер трехэлементного зонда. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Ю 41075971кл. 324-6, опублик. 1978.2. Даев Д.С Высокочастотные электромагнитные методы исследования скважин. М "Недра", 1974, с.147-151.3, Костин А.И., Алимов Ж.З.,Темиргалиев Р.Г. Аппаратура волновогокаротажа для зондирования по проводимости, Сб. "Проблемы нефти и газаТюмени", Тюмень 1979, вып. 44,с. 19-21 (прототип).лиал ППП "Патент", г, Ужго ВНИИП каз 1888/59 Тираж писное Ш В Ел. Проектная