Изобретение относится к каротажу геологоразведочных обсаженных скважин и может быть использовано для определения сопротивления вмещающих пород в заколонном пространстве скважин. Технический результат: повышение точности определения сопротивления среды в заколонном пространстве обсаженных скважин при геофизических исследованиях. Сущность: электромагнитное поле в окружающей среде возбуждается импульсным током одновременно в двух соосных генераторных индуктивных катушках с различными встречными моментами, перемещаемых по исследуемой скважине. По величине ЭДС спада осевой составляющей магнитной индукции, измеряемой с помощью измерительной катушки и расположенной между генераторными катушками, производят определение величины удельного электрического сопротивления вмещающих горных пород. 4 ил.
Предлагаемый способ относится к области геофизических исследований геологоразведочных скважин на переменном токе, возбуждаемом индуктивным способом в условиях обсаженных промысловых скважин и предназначен для определения удельного электрического сопротивления вмещающих горных пород в заколонном пространстве. Область преимущественного применения - изучение геоэлектрических свойств пластов горных пород за обсадной колонной скважины, продуктивных на углеводородное сырье.
Известен способ электрического каротажа за обсадной колонной скважины, предложенный Альпиным Л.М [1] и развитым в работах [2-4] и реализующая этот способ аппаратура, в котором сопротивление вмещающих пород определяют, измеряя падения напряжения от протекающего по железной трубе скважины электрического тока при помощи измерительных электродов, находящихся в непосредственном контакте с внутренней поверхностью трубы.
Способу электрического каротажа присущи существенные недостатки: во-первых, требованием хорошего контакта питающих и приемных электродов с колонной; во-вторых, - возможностью проведения только поточечных измерений, что существенно увеличивает время исследований. При этом не учитываются значения сопротивлений зоны цементации, зоны проникновения и ряда переходных зон на пути тока, протекающего от питающих электродов в скважине к электроду, расположенному на поверхности земли.
Известен способ индукционного каротажа за обсадной колонной скважины [5], в котором сопротивление вмещающих пород определяют по результату вычитания (subtracting) двух измерений осевой составляющей магнитной индукции, создаваемых гармоническим током различной частоты в последовательно (alternatively) включаемых двух соосных генераторных индуктивных катушках, расположенных выше и ниже измерительной катушки на нескольких частотах диапазона от 0,001 Гц и 20 Гц (п. 2).
Существенным недостатком этого способа является малая величина полезной (аномальной) части магнитного поля, содержащаяся в каждом из двух последовательных измерений поля от тока в генераторных катушках и в величине их разности. Определение величины удельного сопротивления пород по этому способу будет приводить к большим погрешностям.
Наиболее близким техническим решением является способ индукционного каротажа [6, 7], взятый нами в качестве способа - прототипа. В способе-прототипе сопротивление вмещающих пород за обсадной колонной скважины определяют по результату измерений мнимой квадратуры осевой составляющей магнитной индукции, создаваемой гармоническими токами в двух соосных генераторных индуктивных катушках с различными встречными моментами, расположенных на разном расстоянии от измерительной катушки на нескольких частотах диапазона от 0.1 до 10 кГц. Величины моментов генераторных катушек и их различные расстояния от измерительной катушки подобраны так, что измеряемая мнимая квадратура осевой составляющей магнитной индукции в обсадной колонне, находящейся в непроводящей среде (воздухе), была равна нулю. Существенной особенностью этого способа является проведение измерений поля в условиях скомпенсированного влияния проводящей обсадной колонны скважины.
Недостатком способа-прототипа является сложность технической реализации создания гармонического поля в широком спектре частот с детальной дискретизацией частот для определения величин экстремальных значений измеряемого магнитного поля.
Новизна предлагаемого способа усматривается в том, что измерения ЭДС спада поля, создаваемого импульсным током внешнего источника, осуществляют в условиях, когда влияние проводящей обсадной колонны скомпенсировано (близко к нулю) с детальными измерениями во времени ЭДС спада.
Цель предполагаемого технического решения - повышение точности определения удельного сопротивления вмещающих пород в заколонном пространстве обсаженных скважин с компенсацией влияния проводящей обсадной колонны.
Поставленная цель достигается тем, что в способе индукционного каротажа возбуждают электромагнитное поле в окружающей среде импульсным током в двух соосных генераторных индуктивных катушках с различными встречными моментами, перемещаемыми по исследуемой скважине, а по величине ЭДС спада осевой составляющей магнитной индукции, измеряемой с помощью измерительной катушки и расположенной между генераторными катушками, производят определение величины удельного электрического сопротивления вмещающих горных пород.
На фиг. 1 изображена структурная схема устройства, с помощью которого реализуется предлагаемый способ.
Устройство содержит генераторное устройство 1, два излучателя - возбуждающая катушка 2 с моментом MZ1 и возбуждающая катушка 3 с моментом MZ2, размещенные соосно и соединенные встречно-последовательно к генераторному устройству, осевая измерительная катушка ЭДС магнитной индукции 4, усилитель сигнала 5, аналого-цифровой преобразователь 6 и регистрирующее устройство 7. Моменты катушек 3 Мz1 и 4 Mz2 встречные и направлены параллельно оси скважины. Момент измерительной катушки ЭДС магнитной индукции 4 направлен по оси скважины.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Электромагнитное поле в окружающем пространстве создают импульсным током силой J, протекающем в возбуждающих катушках 2 и 3 с встречными моментами, параллельными оси скважины Z, с помощью генераторного устройства 1. Выходное напряжение ЭДС с измерительной катушки 4 поступает через усилитель сигнала 5 в аналого-цифровой преобразователь 6, в котором осуществляется определение величины ЭДС магнитной индукции и далее в регистрирующее устройство 7.
Расстояния L1 и L2 генераторных катушек 2 и 3 от измерительной катушки 4, величины их встречных моментов Мz1 и Mz2 подобраны таким образом, чтобы измеряемая катушкой 4 величина ЭДС спада магнитной индукции устройства, помещенного в обсадную проводящую колонну в непроводящей среде, была скомпенсирована (близка к нулю).
Компенсацию влияния проводящей обсадной колонны проводят при предварительной калибровке устройства, помещенного внутрь обсадной колонны, находящейся в воздухе, либо в интервал обсаженной скважины с высокоомными породами (с удельным сопротивлением пород ρ>100 Ом*м). При помещении установки в исследуемую скважину с обсадной колонной, за счет индукции и возникновения вихревых токов во вмещающей проводящей среде измеряемая величина ЭДС будет отличаться от нуля.
На фиг. 2-4 представлены материалы, поясняющие принцип реализации предлагаемого технического решения.
Для определения удельного электрического сопротивления пород в заколонном пространстве обсаженной скважины используется несимметричная установка из двух соосных генераторных катушек с различными моментами встречного направления Мz1≠-Mz2. В точке измерений N, расположенной на этой же оси на различном расстоянии L1≠L2 между генераторными катушками измеряется ЭДС спада осевой составляющей магнитной индукции (фиг. 1). Моменты Мz1 и Mz2, а также расстояния L1 и L2 подобраны так, чтобы измеряемая величина ЭДС спада электромагнитного поля квадрупольной установки, помещенной внутрь обсадной колонны в воздухе, была скомпенсирована (равна нулю).
Параметры расчетов: сила тока J=1 А, радиусы катушек 3 и 4=0,05 м, разносы L1=0.1 м и L2=0.5 м., обсадная колонна: наружный диаметр D=0.15 м, удельное электрическое сопротивление ρ=5⋅10-6 Ом⋅м, толщина h=0.01 м. (продольная проводимость S=h/ρ≈2⋅103 См); величины удельных электрических сопротивлений вмещающих горных пород ρ от 5 до 50 Ом⋅м (шифр кривых), пространство скважины, где расположен скважинный прибор, является диэлектриком ρ=∞ Ом⋅м, диапазон времен спада t=10-7÷10-3 с.
На фиг. 2 приведены кривые спада ЭДС от квадрупольной установки с разносами L1=1.0 м L2=1.5 м на оси скважины в зависимости от различного удельного электрического сопротивления вмещающей среды при α=0.075 м, S=2⋅103 См.
Различия амплитуд кривых ЭДС спада обусловлены различным удельным электрическим сопротивлением вмещающей среды в заколонном пространстве. Времена, соответствующие экстремальным величинам ЭДС определяются только характеристиками обсадной колонны: радиусом а и продольной проводимостью S (толщиной h и удельной электропроводностью колонны).
Величина амплитуды ЭДС и разрешение по удельному электрическому сопротивлению ρ вмещающей среды в заколонном пространстве увеличивается по мере уменьшения размера несимметричной компенсационной установки. Однако при этом требуется более точная компенсация поля квадрупольной установки в точке измерений.
Как видно из фиг. 2 предлагаемый способ с использованием несимметричной квадрупольной установки позволяет определять удельное электрическое сопротивление вмещающих горных пород за обсадной колонной скважины по экстремальным значениям величины спада ЭДС.
Графики определения величины ρ среды в зависимости от амплитуды спада ЭДС поля квадрупольной установки с разносами L1=1.0 м L2=1.5 м приведены на фиг. 3 при а=0.075 м, S=2⋅103 См.
Квадрупольная установка с двумя диполями встречных моментов, находящихся на различном расстоянии от измерительной катушки, компенсирует вклад в измеряемую ЭДС спада от встречных индукционных токов, наводящиеся в проводящей обсадной колонне. При этом индукционные токи, наводимые во вмещающей проводящей среде за обсадной колонной, не скомпенсированы, поскольку моменты генераторных катушек и их расстояния до измерительной катушки различные.
На фиг. 4 приведены графики напряженности электрического поля Eϕ на расстоянии R за обсадной колонной на трех временах спада t с удалением от оси скважины.
Как видно из приведенных графиков фиг. 4, на каждом из приведенных трех времен спада t с удалением от обсадной колонны скважины электрическое поле является не скомпенсированным, а его экстремальная величина наблюдается на расстоянии R, сравнимом с размером максимального разноса установки L=1.5 м.
Сущность заявляемого изобретения выражается в совокупности существенных признаков, достаточных для достижения технического результата, который выражается в повышении точности определения сопротивления вмещающих пород в заколонном пространстве обсаженных скважин.
Заявленная совокупность существенных признаков находится в прямой причинно-следственной связи с достигаемым результатом. Анализ современного уровня техники показал, что предлагаемое техническое решение соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень" и может быть промышленно реализовано при использовании существующих технических средств.
Формула изобретения
Способ импульсного индукционного каротажа в условиях обсаженных скважин, заключающийся в создании электромагнитного поля током в двух соосных генераторных индуктивных катушках с различными встречными моментами, перемещаемых по исследуемой скважине, отличающийся тем, что возбуждение поля производят при одновременном включении импульса тока в генераторных катушках, а по величине ЭДС спада осевой составляющей магнитной индукции, измеряемой на оси скважины между генераторными катушками, производят определение величины удельного электрического сопротивления вмещающих горных пород.