способ измерения при боковом каротаже скважин
Классы МПК: | G01V3/20 с использованием распространения электрического тока |
Автор(ы): | Королев Владимир Алексеевич (RU), Сугак Владимир Михайлович (RU) |
Патентообладатель(и): | Королев Владимир Алексеевич (RU), Сугак Владимир Михайлович (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2009-09-08 публикация патента:
20.10.2010 |
Использование: в методе трехэлектродного бокового каротажа, предназначенном для измерения кажущихся удельных сопротивлений горных пород в нефтегазовых скважинах. Технический результат: повышение точности измерений и надежности их выполнения, автоматический учет влияния скважины. Сущность: на электрически соединенные между собой центральный и экранные электроды зонда подают питающий переменный ток. Измеряют ток I0 центрального электрода и потенциал U экранных электродов относительно электрода сравнения. В процессе каротажа измеряют также удельное сопротивление
с бурового раствора и температуру t° в скважине. Определяют сопротивление r0t цепи, соединяющей центральный и экранные электроды, при температуре t° из соотношения: r0t=r0(i+
·
t°), где r0 - сопротивление цепи, предварительно измеренное при 20°С;
t=t°-20°;
-температурный коэффициент сопротивления. Далее вычисляют отношение
и определяют кажущееся удельное сопротивление
k горных пород по предварительно рассчитанным зависимостям
для ряда значений удельного сопротивления пласта, сопротивления r0 и номинального диаметра скважины. 1 ил.
![способ измерения при боковом каротаже скважин, патент № 2402047](/images/patents/60/2402047/2402047-17.jpg)
Формула изобретения
Способ измерения при боковом каротаже скважин, в котором на электрически соединенные между собой центральный и экранные электроды зонда подают питающий переменный ток, измеряют ток I0 центрального электрода и потенциал U экранных электродов относительно электрода сравнения, вычисляют отношение
, по которому судят о кажущемся удельном сопротивлении горных пород, отличающийся тем, что дополнительно в процессе каротажа измеряют удельное сопротивление
c бурового раствора и температуру t° в скважине, определяют сопротивление r0t цепи, соединяющей центральный и экранные электроды, при температуре t° из соотношения: r0t=r0(1+
·
t°), где r0 - сопротивление цепи, предварительно измеренное при 20°С;
t=t°-20°;
- температурный коэффициент сопротивления, после чего определяют
k по предварительно рассчитанным зависимостям
для ряда значений удельного сопротивления пласта, сопротивления r0 и номинального диаметра скважины.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к геофизическим методам исследования разрезов нефтегазовых скважин и, в частности, к трехэлементному боковому каротажу, предназначенному для измерения кажущихся удельных сопротивлений горных пород.
Известен способ измерения при боковом каротаже трехэлектродным зондом (см., например, С.С.Итенберг, Т.Д.Дахкильгов. Геофизические исследования в скважинах. М.: «Недра», 1982. С.108, 131, 132), при котором на центральный и экранные электроды зонда, соединенные между собой для уравнивания их потенциалов электрическим шунтом малого ( 0,01 Ом) сопротивления, подают питающий переменный ток, измеряют ток I0 центрального электрода и потенциал
U экранных электродов относительно электрода сравнения и определяют кажущееся удельное сопротивление
к горных пород из соотношения:
где k - коэффициент зонда. При этом низкоомный шунт реализуют с помощью входного трансформатора тока центрального электрода и резистора, включенного параллельно его вторичной обмотке.
Этот способ измерения дает удовлетворительные результаты при не слишком низких удельных сопротивлениях (>0,1 Ом·м) бурового раствора.
Однако уравнивание потенциалов производится с некоторым приближением, и между центральным и экранными электродами зонда существует небольшая разность потенциалов, которая искажает поле зонда и в конечном итоге вводит погрешность в результаты измерений тем большую, чем меньше удельное сопротивление бурового раствора, заполняющего скважину. Погрешность измерения при этом может достигать 100% (см. В.Т.Чукин и др. О влиянии неравенства потенциалов электродов зонда на результаты трехэлектродного бокового каротажа. В сб.: «Прикладная геофизика». Вып.39, М.: «Недра», 1964. С.114-122).
Искажение поля зонда, вызванное неравенством потенциалов, и связанная с этим погрешность измерений приводят к нарушению постоянства коэффициента зонда в выражении (1).
Известен способ измерения (см. Мельников А.Г. К вопросу выравнивания потенциалов электродов в приборах бокового каротажа типа БК-3. НТВ «Каротажник». 2004. Вып.8 (121). С.51-53), в котором уравнивание потенциалов электродов зонда производится с помощью операционного усилителя, входы которого подключаются к вторичной обмотке входного трансформатора тока центрального электрода. На систему электродов подают питающий переменный ток, измеряют ток центрального электрода и потенциал экранных электродов относительно электрода сравнения и определяют кажущееся удельное сопротивление горных пород из соотношения (1).
В этом способе измерения приведенное сопротивление между электродами зонда снижается до 0,0035 Ом, что повышает точность измерений.
Однако такие результаты достигаются тогда, когда входной трансформатор тока центрального электрода располагается в непосредственной близости от центрального и экранного электродов зонда, и сопротивлением соединительных проводов можно пренебречь. Это возможно не всегда. Так в аппаратуре бокового каротажа, используемой для измерений в процессе бурения скважины, центральный и экранный электроды зонда располагаются на внешней поверхности бурильной трубы и соединяются с измерительным электронным блоком проводниками значительной длины (до 2 м) (см., например, А.А.Молчанов. Измерение геофизических и технологических параметров в процессе бурения скважин. М.: «Недра». 1983. С.52-57).
Широкое использование при бурении скважин полимер-солевых буровых растворов с удельным сопротивлением до 0,02 Ом·м усугубляют эту ситуацию. Кроме того, сопротивление проводников зависит от температуры в скважине, что вносит дополнительную температурную погрешность в результаты измерений.
Известен также способ измерения (См. Мельников А.Г. К вопросу выравнивания потенциалов электродов в приборах бокового каротажа типа БК-3. НТВ «Каротажник». 2004. Вып.8 (121). С51-53), принятый за прототип, в котором уравнивание потенциалов электродов зонда осуществлено с помощью операционного усилителя, входы которого подключаются непосредственно к центральному и экранному электродам зонда. На систему электродов подают питающий переменный ток, измеряют ток I0 центрального электрода и его потенциал U относительно электрода сравнения и определяют кажущееся удельное сопротивление горных пород из соотношения:
Использование в этом способе бестрансформаторной схемы уравнивания потенциалов позволяет устранить влияние соединительных проводников и температурных изменений их сопротивлений на результаты измерений.
Недостатком является низкая устойчивость операционного усилителя в такой схеме измерения, что приводит к его самовозбуждению и, соответственно, резкому снижению точности измерений или вообще невозможности их проведения.
Задачами настоящего изобретения являются повышение точности измерений и надежности их выполнения.
Это достигается тем, что в способе измерения при боковом каротаже скважин, в котором на электрически соединенные между собой центральный и экранные электроды зонда подают питающий переменный ток, измеряют ток I0 центрального электрода и потенциал U экранных электродов относительно электрода сравнения, вычисляют отношение
по которому судят о кажущемся удельном сопротивлении
к горных пород, дополнительно в процессе каротажа измеряют удельное сопротивление
с бурового раствора и температуру t° в скважине, определяют сопротивление r0t цепи, соединяющей центральный и экранный электроды, при температуре t° из соотношения: r0t=r0(1+
·
t°), где r0 - сопротивление цепи, предварительно измеренное при 20°С;
t=t°-20°;
- температурный коэффициент сопротивления, после чего определяют
k по предварительно рассчитанным зависимостям
для ряда значений удельного сопротивления пласта, сопротивления r0 и номинального диаметра скважины.
Таким образом, в предлагаемом способе строгое уравнивание потенциалов электродов зонда не является обязательным, поскольку влияние неравенства потенциала учитывается в расчетных зависимостях, а коэффициент зонда ввиду его непостоянства в этом случае не используется для определения k.
Это снижает требования к схеме измерения тока центрального электрода, в качестве которой может быть использована традиционная трансформаторная схема и могут применяться достаточно длинные соединительные провода.
Расчетные зависимости могут быть получены в результате математического моделирования методом интегральных уравнений (см., например, Р.А.Кучеров. К расчету поля зондов бокового каротажа в пластах ограниченной мощности при наличии скважины. Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. 1980. № 7. С.93-96).
На чертеже приведен пример зависимостей рассчитанных для удельных сопротивлений
n пластов от 0,25 до 4096 Ом·м, r0 =0,25 Ом и диаметра dk скважины 0,125 м.
Способ осуществляют следующим образом. Скважинную аппаратуру бокового каротажа дополнительно оснащают резистивиметром и термометром, а наземную часть дополняют компьютеризованным вычислительным блоком, в память которого вводят предварительно измеренное значение сопротивления r0 цепи, соединяющей центральный и экранный электроды, предварительно рассчитанные зависимости и номинальный диаметр скважины.
В процессе каротажа измеряют ток I0 центрального электрода, потенциал U экранных электродов относительно электрода сравнения, удельное сопротивление
с бурового раствора и температуру t°. Результаты измерений поступают в вычислительный блок, с помощью которого вычисляют отношение
и сопротивление r0t. Исходя из значений r 0t и dн, из памяти вычислительного блока извлекают соответствующую им зависимость
по которой, используя измеренные значения отношения
и удельного сопротивления
с, определяют кажущееся удельное сопротивление
k горных пород. При необходимости при выборе зависимости
и определении
k используют линейную интерполяцию.
Значение температурного коэффициента для конкретного металла проводников выбирают по справочным данным или определяют экспериментально. Так для медных проводников
=0,0039 град-1.
Предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения кажущихся удельных сопротивлений и надежность их выполнения.
Кроме того, в этом способе автоматически учитывается и влияние скважины на результаты измерений, так как зависимости рассчитаны для условий пласта, пересеченного скважиной. Так, в непроницаемых пластах кажущееся сопротивление
k, определенное по данному способу, будет соответствовать удельному сопротивлению
n пласта.
Класс G01V3/20 с использованием распространения электрического тока