EA011470B1 - Способ и устройство для измерения удельной проводимости формации изнутри обсаженной скважины - Google Patents

Abstract

Предложен способ определения пространственного распределения удельного сопротивления в горных породах, окружающих скважину, содержащую проводящую трубу. Способ включает измерение удельного сопротивления горных пород с использованием измерений утечки тока по трубе в выбранных аксиальных положениях. Электромагнитные свойства горных пород измеряют изнутри трубы. Измерения электромагнитных свойств соответствуют большему аксиальному расстоянию и большему горизонтальному расстоянию по сравнению с измерениями удельного сопротивления по утечке тока. Измерения утечки тока и электромагнитные измерения совместно преобразуют для получения модели пространственного распределения.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится, главным образом, к устройствам для измерения удельного электрического сопротивления горных пород. Более конкретно, оно относится к скважинной аппаратуре для измерения удельного сопротивления горных пород изнутри электрически проводящей трубы или обсадной колонны (через электрически проводящую трубу или обсадную колонну), включающей движущееся при измерении устройство, а также к способу такого измерения.

Предшествующий уровень техники

Устройства для измерения удельного электрического сопротивления горных пород известны и применяются для определения свойств изучаемых горных пород. Среди этих свойств наибольший интерес представляет содержание флюидов в поровом пространстве горных пород. При измерении удельного сопротивления с использованием известных в геофизике скважинных приборов обычно требуется, чтобы в результате бурения горные породы были вскрыты и оставались в скважине открытыми с целью проведения измерений внутри открытых пород.

Когда скважина полностью пробурила представляющие интерес горные породы, часто в скважину вставляется стальная труба или обсадная колонна, которая цементируется внутри скважины для защиты горных пород, предотвращения гидравлического взаимодействия между залегающими на глубине горными породами и обеспечения механической целостности скважины. Стальная обсадная колонна является очень хорошим электрическим проводником, в результате чего использование обычной (так называемая «открытая скважина») техники для определения удельного сопротивления различных горных пород при проведении измерений изнутри стальной трубы или изнутри обсадной колонны представляет значительные трудности.

В геофизике известны способы измерения для определения удельного электрического сопротивления горных пород изнутри проводящей трубы или обсадной колонны. Большое число ссылок раскрывают технологию проведения таких измерений. Перечень ссылок, в которых предлагаются различные устройства и способы для определения удельного сопротивления горных пород изнутри проводящих обсадных колонн, включает авторское свидетельство СССР № 56052, выданное Альпину Л.М. (1939), на изобретение «Способ каротажа в обсаженных скважинах»; авторское свидетельство СССР № 56026, выданное Альпину Л.М. (1939), на изобретение «Технология электрических измерений в обсаженных скважинах»; патент США № 2459196, выданный 5>1е\\'аг1 \ν.Η. (1949), на изобретение «Способ и устройство для электрического каротажа»; патент США № 2729784, выданный Реагоп К.Е. (1956), на изобретение «Способ и устройство для электрического каротажа»; патент США № 2891215, выданный Реагоп К.Е. (1959), на изобретение «Способ и устройство для электрического каротажа»; патентная заявка Франции № 72.41218, поданная на имя ОекЬгапбек К. и Мепдех Р. (1972), на изобретение «Способ и устройство для измерения удельного электрического сопротивления пород в скважинах, имеющих металлическую обсадку»; международная публикация νθ 00/79307 А1, ВешшеИ Ό. (2002), на изобретение «Способ и устройство для изучения пород, окружающих обсаженную скважину»; патент США № 4796186, выданный КаиРшап А.А. (1989), на изобретение «Определение удельной проводимости пород в обсаженных скважинах»; патент США № 4820989, выданный Уай III, V. (1989), на изобретение «Способы и устройства для измерения удельного сопротивления геологических формаций изнутри обсаженных скважин»; патент США № 4837518, выданный Сатб и др. (1989), на изобретение «Способ и устройство для измерения удельного электрического сопротивления горных пород через металлическую бурильную трубу или обсадную колонну»; патент США № 4882542, выданный Уай III, V. (1989), на изобретение «Способы и устройства для измерения электрических свойств геологических формаций через скважинную обсадную колонну»; патент США № 5043668, выданный Уай III, V. (1991), на изобретение «Способы и устройства для измерения электрических свойств геологических формаций через скважинную обсадную колонну»; патент США № 5075626, выданный УаИ III, V. (1991), на изобретение «Устройство для измерения электрических свойств, которое может перемещаться в обсаженной скважине и компенсирует влияние сопротивления обсадки»; патент США № 5223794, выданный УаИ III, V. (1993), на изобретение «Способы эксплуатации устройства для измерения удельного сопротивления горных пород внутри обсаженной скважины, основанные на однократном измерении и двух компенсационных операциях»; патент США № 5510712, выданный Зехдшег и др. (1996), на изобретение «Способ и устройство для измерения удельного сопротивления пород в обсаженных скважинах»; патент США № 5543715, выданный 8шдет и др. (1996), на изобретение «Способ и устройство для определения удельного сопротивления пород через обсадную колонну с использованием одножильного электрического каротажного кабеля»; патент США № 5563514, выданный Мои1ш (1996), на изобретение «Способ и устройство для определения удельного сопротивления пород в обсаженных скважинах, использующий три электрода, которые соединены с мостом для измерения сопротивлений»; патент США № 5654639, выданный Ьоеа1еШ и др. (1997), на изобретение «Устройство для измерения индукции в присутствии металлических экранов»; патент США № 5570024, выданный Уай III, V. (1996), на изобретение «Определение удельного сопротивления пород, граничащих с обсадкой скважины, на основе использования группы электродов и измерения сопротивления между ними»; патент США № 5608323, выданный Кое1тап 1.М.У.А. (1997), на изобретение «Система электродов для электрокаротажного зонда, предназначенная для определения удельного электрического сопротивления залегающих под землей

- 1 011470 горных пород»; патент США № 5633590, выданный УаП III, (1997), на изобретение «Измерение удельного сопротивления пород внутри обсаженной скважины для количественного определения содержания нефти и газа»; патент США № 5680049, выданный СЬПег и др. (1997), на изобретение «Устройство для измерения удельного сопротивления пород через обсадку, имеющую коаксиально вставленные трубы»; патент США № 5809458, выданный Тататсйепко (1998), на изобретение «Способ моделирования характеристик скважинного каротажного устройства для измерения удельного сопротивления через обсадку и его применение для определения удельного сопротивления горных пород»; патент США № 6025721, выданный УаП III, (2000), на изобретение «Определение удельного сопротивления пород, граничащих с обсаженной скважиной, посредством пропускания постоянного электрического тока через часть обсадки и использования по меньшей мере двух электродов для измерения напряжений»; патент США № 6157195, выданный УаЛ III, ^. (2000), на изобретение «Измерение удельного сопротивления пород внутри обсаженной скважины для количественного определения содержания нефти или газа»; патент США № 6246240 В1, выданный УаП III, ^. (2001), на изобретение «Определение удельного сопротивления пород, граничащих со скважиной, имеющей обсадку, с применением устройства, у которого все токопроводящие электроды находятся внутри обсаженной скважины»; патент США № 6603314, выданный Ко81е1шсек и др. (2003), на изобретение «Синхронные токовые включения для измерения удельного сопротивления пород через обсадку»; и патент США № 6667621, выданный ВештеШ, на изобретение «Способ и устройство для определения удельного сопротивления пород, окружающих обсаженную скважину».

Публикации заявок США, относящихся к данной области техники, включают № 2001/0033164 А1, Ушедат и др., на изобретение «Фокусируемые измерения удельного сопротивления через обсадную колонну»; № 2001/0038287 А1, Ат1ш, Вуап К., на изобретение «Каротажный прибор для измерения удельного сопротивления через обсадную колонну, использующий металлические транспаранты и магнитную фокусировку»; № 2002/0105333 А1, Ат1ш, Вуап К., на изобретение «Измерение электрических свойств через магнитно непроницаемые металлы с использованием направленных магнитных пучков и магнитных линз»; и № 2003/0042016 А1, Ушедат и др., на изобретение «Беспроводная связь с использованием скважинной обсадки».

Ниже кратко рассматривается предшествующая технология. В патенте США № 2459196 описывается способ измерения внутри обсаженной скважины, при этом электрический ток пропускается через проводящую обсадную трубу таким образом, что некоторое количество тока будет «утекать» в окружающие горные породы. Величина утекающего тока связана с удельной электрической проводимостью горных пород. И8 2459196 не раскрывает какой-либо технологии для корректировки измерений с учетом электрической неоднородности обсадки.

Патент США № 2729784 раскрывает технологию, в которой для создания двух противоположных пар электродов используются три потенциальных электрода, контактирующих с обсадной трубой скважины. Электрический ток протекает через две встречные «петли» через две пары токовых электродов, которые размещены над и ниже потенциальных электродов таким образом, чтобы исключить влияние электрических неоднородностей в обсадной трубе. Падение напряжения на двух парах электродов связано с током утечки в горные породы. Устройство, описанное в патенте США № 2891215, содержит токовый электрод, который расположен между измерительными электродами аппаратуры, раскрытой в патенте ϋδ 2729784, и предназначено для создания методики, обеспечивающей полную компенсацию тока утечки.

В патенте США № 4796186 описана наиболее часто используемая технология для определения удельного сопротивления через проводящую обсадную трубу, которая включает измерение тока утечки в горные породы и измерение тока, проходящего вдоль той же самой части обсадной трубы, в которой производится измерение тока утечки, при этом производится компенсация ошибок при измерении тока утечки, вызванных изменениями сопротивления вдоль обсадной трубы. Другие ссылки описывают различные добавления и усовершенствования основной технологии измерения удельного сопротивления через обсадную трубу.

Известные в геофизике способы измерения удельного сопротивления через обсадную трубу могут быть подытожены следующим образом. Прибор, погружаемый в скважину, имеет по крайней мере один электрод (А), который контактирует на различных глубинах с обсадной трубой. Обратный токовый электрод В на обсадной трубе расположен на ее верхнем конце и соединен с ней. Обратный токовый электрод В* в породе расположен на земной поверхности на некотором удалении от скважины. В процессе выполнения работ производится запись падения напряжения и тока, текущего от электрода А, устанавливаемого в скважине на разных глубинах, сначала к электроду В в верхней части обсадной трубы, а затем к обратному электроду В* в породе. Электрический ток и падение напряжения на обсадной трубе (АВ) используются для корректировки измерений, падения напряжения и электрического тока через породы (А-В*) с учетом влияния неоднородностей в обсадной трубе.

Если бы земля и обсадная труба были однородными, то графики зависимости от глубины падения напряжения на обсадной трубе и падения напряжения при прохождении через обсадную трубу и породы были бы практически линейными. Как хорошо известно в данной отрасли техники, обсадная труба имеет неоднородности, даже когда она является новой, это обусловлено существованием допустимых отклоне

- 2 011470 ний в конструкции и составе, а также наличием «соединительных муфт» (резьбовых сочленений), которые используются для соединения отдельных частей обсадной трубы. Очевидно, что горные породы вообще не являются однородными, и породы с большим сопротивлением обычно являются объектом глубинных исследований, потому что именно в таких горных породах может присутствовать нефть, тогда как в более проводящих породах следует ожидать наличия связанной воды в поровом пространстве. Поэтому наибольший интерес при определении удельного сопротивления горных пород вне обсадной трубы с использованием известных в геофизике технологий представляют аномальные зоны в графике зависимости падения напряжения от глубины.

Проводимость горных пород связана с величиной тока, утекающего из обсадной трубы в породы. Зависимость удельной проводимости пород от глубины обычно связывается со второй производной падения напряжения вдоль А-В по глубине, когда ток идет между А и В*. Обычно вторая производная от падения напряжения измеряется с использованием, как минимум, трех расположенных вдоль оси отдельных электродов, находящихся в контакте с обсадной трубой и присоединенных к каскадным дифференциальным усилителям, выходы которых, в свою очередь, соединены со схемой для измерения напряжения. Усовершенствования базисного метода, которые доказали свою полезность, включают системы, создающие небольшую осевую зону вдоль обсадной трубы, в которой, по существу, отсутствует электрический ток вдоль самой обсадной трубы, что позволяет уменьшить влияние неоднородности обсадной трубы на точность измерения падения напряжения, создаваемого током утечки.

На практике, проведение измерений с использованием известных в геофизике методов и аппаратуры осуществляется при фиксированном положении аппаратуры в скважине, что требует больших затрат времени на проведение измерений в пройденных скважиной породах, которые представляют интерес для разведки. Кроме того, измеряемые падения напряжения являются малыми и поэтому будут ограничиваться шумом электронных устройств, используемых для их измерения. Можно также отметить, что известные в геофизике системы для создания зон с отсутствием тока или известным значением электрического тока, которые используются при измерении падения напряжения, обычно являются аналоговыми системами и, таким образом, подвержены ограничениям в точности измерений, свойственным аналоговым системам.

В геофизике известно также использование низкочастотного переменного тока (АС) для индуцирования протекания тока по обсадной трубе и в горных породах. Переменный ток используется для исключения ошибок, вызванных электрической поляризацией обсадной трубы и электродов при использовании непрерывного постоянного тока (ОС). Обычно частота переменного тока ограничена диапазоном от 0,01 до 20 Гц, чтобы избежать ошибок в измерениях, обусловленных диэлектрическими эффектами или скинэффектом. Также известны способы с переключением полярности постоянного тока при проведении измерений удельного сопротивления через обсадную трубу, которые позволяют исключить проблему поляризации, но могут создавать ошибки при измерениях, вызываемые переходным процессом при переключении полярности постоянного тока. Ошибки, создаваемые переходными процессами и низкочастотным переменным током, не могут быть учтены достаточно простыми способами при использовании известных систем.

Наконец, в геофизике известен способ моделирования характеристик устройства, измеряющего удельное сопротивление через обсадную трубу, например патент США № 5809458, выданный Тамарченко (1998), «Способ моделирования характеристик скважинного каротажного устройства для измерения удельного сопротивления через обсадку и его применение для определения удельного сопротивления горных пород». В процессе определения удельного сопротивления пород при измерениях изнутри проводящей трубы или обсадной колонны в соответствии с данным патентом Тамарченко создается первоначальная модель геологических формаций и моделируются ожидаемые характеристики устройства, измеряющего удельное сопротивление. Смоделированные характеристики сравниваются с характеристиками, полученными при реальных измерениях этим устройством. Модель корректируется, и процессы моделирования и сравнения повторяются до тех пор, пока разница между смоделированными характеристиками и измеренными характеристиками не достигнет минимального значения. Когда различия станут минимальными, модель, соответствующая этой стадии моделирования, будет представлять пространственное распределение удельных сопротивлений в среде, окружающей проводящую трубу или обсадную колонну. Хотя способ по патенту И8 5809458 и является эффективным, однако, для его реализации может потребоваться большое число вычислительных операций, поскольку измерения напряжения известными в геофизике системами для измерения удельного сопротивления через проводящую обсадную колонну являются исключительно сложными, а количество возможных моделей среды, согласуемых с измеренными характеристиками, может привести к тому, что установление модели среды займет много времени. Поэтому необходимо создание устройства для измерения удельного сопротивления через проводящую трубу или обсадную колонну, которое может производить измерения, позволяющие эффективно ограничить первоначальную модель среды, таким образом, что последующая инверсионная обработка дает возможность более быстро приблизиться к искомой модели.

Сущность изобретения

В одном из аспектов изобретение предлагает устройство для измерения удельного сопротивления пород через проводящую трубу в скважине. Устройство имеет ряд соединенных непрерывной цепью

- 3 011470 корпусов, выполненных с возможностью перемещения в скважине. На каждом корпусе расположен по меньшей мере один электрод. Все электроды выполнены с возможностью установления электрического контакта с внутренней поверхностью трубы. Устройство содержит источник электрического тока, цифровую схему для измерения напряжения и переключатель. Переключатель подключает источник электрического тока между одним из указанных электродов и обратным токовым электродом, выбираемым между обратным токовым электродом, расположенным на верхней части трубы, и обратным токовым электродом, расположенным на поверхности земли на выбранном расстоянии от верхней части трубы. Переключатель также подключает выбранные пары электродов к цифровой схеме для измерения напряжения. Пары выбираются таким образом, чтобы измерение напряжения производилось в соответствии с выбранными аксиальными расстояниями (по оси скважины) и выбранными горизонтальными глубинами горных пород. Внутри по меньшей мере одного корпуса расположены по меньшей мере один электромагнитный излучатель, по меньшей мере один электромагнитный приемник и управляющая схема, выполненная с возможностью выборочного включения по меньшей мере одного излучателя и выделения сигналов от по меньшей мере одного электромагнитного приемника.

В другом аспекте изобретение предлагает способ определения пространственного распределения удельного сопротивления горных пород, окружающих скважину, содержащую проводящую трубу. Способ включает измерение удельного сопротивления горных пород с использованием утечек тока по трубе в выбранных аксиальных положениях. Электромагнитные свойства горных пород измеряют изнутри трубы. Измерения электромагнитных свойств соответствуют большему аксиальному расстоянию и большему горизонтальному расстоянию (латеральному расстоянию) по сравнению с измерениями удельного сопротивления по утечке тока. Измерения утечки тока и электромагнитные измерения совместно преобразуют для получения модели пространственного распределения. Такое сочетание позволяет осуществлять медленное перемещение измерительной аппаратуры.

Другие аспекты и преимущества изобретения будут очевидны из приведенного ниже описания и приложенной формулы изобретения.

Перечень фигур чертежей

На фиг. 1 показан пример устройства для измерения удельного сопротивления через обсадную трубу в соответствии с изобретением при его использовании в обсаженной скважине.

На фиг. 2 приведена более детальная схема примерного устройства, изображенного на фиг. 1.

На фиг. 3А-3С иллюстрируются различные примеры формы кривой тока при измерении удельного сопротивления через обсадную трубу согласно изобретению.

На фиг. 4 показан пример устройства для измерения удельного сопротивления через проводящую трубу, которое содержит фокусирующую ток систему.

На фиг. 5 изображен альтернативный вариант устройства, содержащий избирательно подключаемую совокупность электродов на сердечнике зонда.

На фиг. 6 приведена блок-схема последовательности операций при работе устройства, изображенного на фиг. 4 и предназначенного для автоматической оптимизации управления подключением электродов в соответствии с характеристикой устройства, основанной на модельных данных.

На фиг. 7 изображена система для измерения удельного сопротивления через проводящую трубу, включающая центральный управляющий блок и группу «сателлитных» блоков.

На фиг. 8 изображен конкретный вариант сателлитного блока, содержащего устройства для электромагнитных измерений.

На фиг. 9 приведена блок-схема одного из вариантов осуществления комбинации гальванических и электромагнитных измерений.

На фиг. 10 изображен конкретный вариант сателлитного блока, который включает расположенные в нем устройства, измеряющие ядерное излучение.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Один из вариантов реализации скважинного каротажного устройства, используемого для измерения удельного сопротивления горных пород изнутри скважины 14, когда скважина имеет внутри проводящую трубу или обсадную трубу (колонну), схематически изображен на фиг. 1. Устройство 10 может содержать зонд или подобный корпус 18 в виде сердечника. Корпус 18 предпочтительно выполнен из непроводящего электрический ток материала или имеет такой непроводящий материал на своей внешней поверхности. Корпус 18 может опускаться в скважину 14 и удаляться из нее при помощи любого известного в геологии спускоподъемного оборудования для скважинных каротажных устройств. В настоящем примере спускоподъемным средством может быть бронированный электрический кабель 16, который разматывается и сматывается лебедкой 38. Может быть использовано и другое известное в геологии оборудование для выполнения спускоподъемных операций, включающее бухтовые тюбинги, бурильные трубы, эксплуатационные трубопроводы и т.п. Соответственно, спускоподъемные средства не могут ограничивать объем настоящего изобретения.

Скважина 14 бурится через различные горные породы, показанные схематически под номерами 22, 24 и 26. Как правило, после окончания бурения скважины 14 в нее вставляется проводящая труба 12 или обсадная труба. Если труба 12 является обсадной трубой, то обсадная труба 12 обычно цементируется

- 4 011470 внутри скважины 14, хотя цементирование трубы или обсадной трубы не является необходимым условием для работы устройства 10. Вариант реализации изобретения, приведенный на фиг. 1, рассмотрен на примере «обсадной трубы», которая вставлена в пробуренную скважину и зацементирована, однако, следует понимать, что другие типы электрически проводящих труб, таких как буровые трубы, бухтовые тюбинги, эксплуатационные трубопроводы и аналогичное оборудование, могут быть также использованы при работе с этим устройством в соответствии с данным изобретением. Например, в качестве трубы 12 может быть не обсадная труба, а бурильная труба. В данной области техники известно, что при бурении бурильную трубу может заклинить в скважине 14. В таком случае устройство 10 может быть опущено во введенную буровую трубу на бронированном электрическом кабеле 16 для проведения измерений удельного сопротивления формации, рассмотренных в последующем описании.

Бронированный электрический кабель 16 содержит один или несколько изолированных электрических проводов (не показанных отдельно) и служит для подачи электрической энергии к устройству 10, расположенному в скважине 14. Электрическая энергия может подводиться от регистрирующего блока 30, расположенного на поверхности земли, и в него же могут передаваться сигналы от устройства 10 с использованием электрических проводов в кабеле 16. Регистрирующий блок 30 может быть также использован для записи и/или интерпретации сигналов, получаемых от устройства 10 в скважине 14. Регистрирующий блок 30 может содержать электрический блок питания 32, который используется при проведении измерений для определения удельного сопротивления различных горных пород 22, 24, 26. В настоящем описании любой электрический блок питания, который используется для выполнения измерений, связанных с определением удельного сопротивления пород, будет относиться к «источнику измерительного тока». Блок питания 32 может быть также использован только для обеспечения электрическим питанием различных измерительных и управляющих схем, показанных в общем виде под номером 20 на фиг. 1 в устройстве 10. Функциональное предназначение различных схем в устройстве 10 будет рассмотрено ниже со ссылкой на фиг. 2.

Снова возвращаясь к фиг. 1, измерительный обратный токовый электрод 34В* устанавливается на поверхности земли на выбранном расстоянии от скважины 14. Измерительный обратный токовый электрод 34В* обычно устанавливается в породе вблизи земной поверхности таким образом, чтобы обеспечить электропроводящий путь до горных пород 22, 24, 26, пробуренных скважиной 14. Измерительный обратный токовый электрод 34В* обеспечивает, в частности, прохождение измерительного тока через горные породы 22, 24, 26 от токового питающего электрода А в устройстве 10. Измерительный обратный токовый электрод 34В* может быть присоединен, как показано на фиг. 1, к схемам 35В* в регистрирующем блоке 30 или в альтернативном варианте к одному из электрических проводов (не показанных раздельно) в кабеле 16. Обратный токовый электрод 34В на обсадной трубе, который показан соединенным с верхней частью трубы или обсадной трубы 12, обеспечивает обратный путь измерительного тока, протекающего от токового питающего электрода А в устройстве 10 к верхней части обсадной трубы 12. Обратный токовый электрод 34В на обсадной трубе может быть присоединен к схемам 35В в регистрирующем блоке 30 или соединен с одним из проводов (не показаны) в кабеле 16 для возврата к схемам 20 в устройстве 10.

Устройство 10 содержит группу электродов, обозначенных буквами А и от Р0 до Р6, которые размещены на корпусе 18 зонда в виде сердечника и расположены на расстоянии друг от друга вдоль его оси. Электроды А, Р0-Р6 электрически изолированы друг от друга при помощи непроводящего материала, расположенного на внешней поверхности или формирующего корпус 18 зонда в виде сердечника. Каждый из электродов А, Р0-Р6 механически и электрически выполнен с возможностью создания хорошего электрического контакта с обсадной трубой 12. Известны различные типы электродов, контактирующих с обсадной трубой, которые включают щетки, «шипы», приводимые в действие гидравликой, зубчатые колеса и аналогичные устройства. Каждый из электродов А, Р0-Р6 соединен с выбранной частью электронных схем 20 в устройстве 10.

В процессе работы устройства 10, если оно перемещается бронированным кабелем, кабель 16 разматывается лебедкой 38 до тех пор, пока устройство 10 не расположится на выбранной глубине в скважине 14. Электрический ток проходит через обсадную трубу 12, через горные породы 22, 24, 26 посредством управляемого соединения между токовым питающим электродом А на одном конце токового пути и обратным электродом 34В на обсадной трубе или обратным электродом 34В* в породе, соответственно, на другом конце токового пути. Производятся измерения напряжения, существующего между опорным потенциальным электродом, показанным как электрод Р0 на фиг. 1, и одним или несколькими потенциальными измерительными электродами, Р1-Р6 на фиг. 1. В зависимости от типа используемых электродов, например щетки или зубчатые колеса, в некоторых вариантах реализации изобретения оказывается возможным медленное перемещение устройства 10 по скважине 14 в процессе проведения измерений. Для других типов электродов, таких как приводимые в действие гидравликой шипы, необходимо, чтобы устройство 10 оставалось, практически, неподвижным в процессе одной измерительной последовательности. После выполнения измерения напряжения независимо от того, перемещалось устройство 10 или оставалось неподвижным, устройство 10 постепенно поднимается по скважине 14, пока в выбранной части скважины 14, которая включает представляющие интерес породы 22, 24, 26, не будут про

- 5 011470 ведены соответствующие измерения напряжения, как с использованием обратного токового электрода 34В на обсадной трубе, так и обратного токового электрода 34В* в породе.

Один из вариантов электронных схем 20 более детально показан на фиг. 2. Этот вариант схем 20 может содержать центральный обрабатывающий блок 50 (СРИ), который может быть предварительно программируемым микрокомпьютером или программируемым микрокомпьютером. В рассматриваемом варианте СРИ 50 предназначен для выделения управляющих команд из форматированного телеметрического сигнала, посылаемого регистрирующим блоком (30 на фиг. 1) к телеметрическому приемопередатчику и блоку питания, обозначенным как 48. Кроме того, телеметрический приемопередатчик 48 выполняет операции форматирования сигналов, передаваемых СРИ 50, для передачи по проводу кабеля 16А к регистрирующему блоку (30 на фиг. 1), а также приема и стабилизации электрической энергии, посылаемой по проводу 16А для использования различными компонентами схем 20. СРИ 50 может быть также перепрограммирован командными сигналами, когда они определяются телеметрическим приемопередатчиком 48 и передаются на СРИ 50. Перепрограммирование может включать, например, изменение формы кривой измерительного тока, который использовался для проведения рассмотренных ранее измерений падения напряжения. Среди других примеров перепрограммирования можно отметить изменение амплитуды измерительного тока, а также изменение частоты дискретизации при измерении падения напряжения. Другие виды перепрограммирования будут рассмотрены при ссылках на фиг. 4-6.

Вариант реализации изобретения, показанный на фиг. 2, содержит электрический телеметрический приемопередатчик 48, однако, следует понимать, что оптическая телеметрия также может быть использована в некоторых вариантах изобретения, и в таких вариантах телеметрический приемопередатчик 48 должен содержать соответствующие фотоэлектрические датчики и передающие устройства, известные в этой области техники. В этих вариантах кабель 16 должен включать по меньшей мере одно оптоволокно для передачи телеметрических сигналов. Один из вариантов бронированного электрического кабеля, содержащего внутри оптоволокно для телеметрии сигналов, раскрыт в патенте США № 5495547, выданный Кайе и др. В других вариантах оптоволокно может использоваться для передачи электрической энергии к устройству 10 от регистрирующего блока 30. Кабель, раскрытый в патенте Кайе и др. И8 5495547, или другие аналогичные оптоволоконные кабели могут быть использованы в этих вариантах для передачи энергии к устройству по оптоволоконному кабелю.

СРИ 50 может быть программирован изначально (или с помощью перепрограммирующих телеметрических сигналов) с включением цифровых представлений различных форм кривой тока, которые использовались при пропускании тока через горные породы (22, 24, 26 на фиг. 1) и обсадную трубу (12 на фиг. 1) для определения удельного сопротивления горных пород (22, 24, 26 на фиг. 1). Цифровое представление включает информацию о частотном составе, форме сигнала и амплитуде тока, пропускаемого через породы и обсадную трубу.

Цифровое представление может быть введено в цифроаналоговый преобразователь 42 (ΌΛΟ), который генерирует аналоговый сигнал по цифровому представлению. Аналоговый сигнал с выхода ЭАС 42 затем подается на вход усилителя 44 мощности. Выход усилителя 44 мощности соединяется с токовым питающим электродом А и с переключателем 47. Переключатель 47 управляется СРИ 50. Переключатель 47 осуществляет соединение второго выходного терминала усилителя 44 мощности с обратным электродом В на обсадной трубе либо с обратным электродом В* в породе, или другими токовыми электродами при других расстановках электродов. В альтернативном варианте второй выходной терминал усилителя 44 мощности может быть подключен к одному или нескольким проводам кабеля (к 16А или к другому проводу) и переключение соединения с обратными электродами на обсадной трубе и в породе может быть выполнено в регистрирующем блоке (30 на фиг. 1). Еще в одном альтернативном варианте ЭАС 42 и усилитель 44 мощности исключены из схем 20, а измерительный ток и необходимые переключения обеспечиваются блоком питания (32 на фиг. 1) в регистрирующем блоке (30 на фиг. 1) и соответствующими проводами (не показаны) в кабеле (16 на фиг. 1). В этом последнем варианте реализации изобретения измерительный ток может быть подведен к питающему электроду А с использованием одного или нескольких проводов в кабеле, например 16А на фиг. 2. В рассматриваемом варианте измерения напряжения могут быть проведены между опорным потенциальным электродом РО и одним из выбранных потенциальных измерительных электродов Р1-Р6. Один из измерительных электродов, показания которого используются для измерения в данный момент времени, управляется мультиплексором 40 (МиХ), который сам может управляться СРИ 50. Выход МиХ 40 соединяется со входом малошумящего предварительного усилителя или усилителя 38. Выход предварительного усилителя 38 подключен к аналогоцифровому преобразователю 36 (АЭС). АЭС 36 может быть сигма-дельта преобразователем, аналогоцифровым преобразователем с последовательным приближением или любым другим известным в технике устройством для аналого-цифрового преобразования. Желательно использовать устройство, которое может обеспечивать по меньшей мере 24-разрядное представление входного сигнала. Цифровые сигналы с выхода АЭС 36 представляют измеренный потенциал между опорным электродом РО и одним из выбранных МиХ измерительных электродов Р1-Р6. Одно из возможных преимуществ использования МиХ 40 и одного предварительного усилителя 38, как следует из фиг. 2, заключается в том, что аналоговая часть схемы для измерения напряжений будет, по существу, одинаковой, независимо от того, какой из

- 6 011470 измерительных электродов Р1-Р6, служащих для измерения напряжения, опрашивается для определения разности потенциалов относительно электрода РО. В результате, ошибки измерения, вызванные разницей в характеристике предварительного усилителя 38, могут быть уменьшены или исключены. Предпочтительным является использование 24-разрядного АЭС 36, разрешающая способность которого позволяет проводить измерения при разнице в напряжениях до 1 нВ (1х 10^-9 В). В альтернативном варианте каждый измерительный электрод Р1-Р6 может быть подключен к одному входному терминалу отдельного предварительного усилителя (не показанного на фиг. ) для каждого электрода Р1-Р6, таким образом, исключая Мих 40 из аналоговой входной схемы.

Цифровые значения, представляющие измеренное напряжение, могут быть переданы из АЭС 36 в СРи 50 для включения в телеметрию для регистрирующего блока (30 на фиг. 1). В альтернативном варианте СРи 50 может включать свою собственную память или другое запоминающее устройство (не показано отдельно) для хранения цифровых значений до тех пор, пока устройство (10 на фиг. 1) не будет удалено из скважины (14 на фиг. 1). В некоторых вариантах реализации изобретения частота опроса АЭС 36 находится в диапазоне нескольких килогерц (кГц) для обеспечения большого числа выборок измеряемого сигнала, предпочтительно не менее 1 тыс. на один период тока, а также для обеспечения возможности производить выборку в зоне переходных процессов, когда переключаемый постоянный ток используется как измерительный ток для проведения измерений удельного сопротивления. В таком варианте частота переключений постоянного тока может быть в диапазоне от 0,01 до 20 Гц, таким образом, давая возможность АЭС 36 делать от 1 тыс. до нескольких тысяч выборок измеряемого напряжения в каждом периоде переключаемого постоянного тока.

В настоящем варианте АЭС 36 работает, практически, непрерывно для обеспечения относительно большого числа цифровых выборок сигнала в каждом периоде измерительного тока. В рассматриваемом варианте такая, практически, непрерывная работа АЭС 36 может обеспечить преимущество точного, быстрого определения любого смещения постоянного тока в измерениях напряжения. Такое смещение постоянного тока необходимо учитывать для получения высокой точности при определении удельного сопротивления породы по данным измерений напряжения. В известных системах, в которых приборы не производят непрерывного измерения напряжения, необходимо определять смещение постоянного тока другими средствами, см., например, патент США № 5467018, выданный Вис1сг и др.

Форма кривой измерительного тока, как уже было показано ранее, может быть генерирована введением формирующих сигнал численных значений из СРИ 50 или другого запоминающего устройства (не показанного) в ЭЛС 42. Обращаясь теперь к фиг. 3А, 3В, 3С, рассмотрим несколько типичных форм кривой тока, которые наиболее подходят для измерения удельного сопротивления через обсадную трубу (или через электрически проводящую трубу). Фиг. 3А является графиком изменения во времени выходного тока усилителя (44 на фиг. 2) мощности. Кривая тока 60 на фиг. 3А является низкочастотной (от 0,01 до 20 Гц) прямоугольной волной, которая может быть генерирована с использованием переключаемого постоянного тока или введением соответствующих чисел, представляющих такую форму кривой, в ИАС (42 на фиг. 2). Ток 60 на фиг. 3А является периодическим, т.е. имеет, практически, постоянную частоту в течение выбранного интервала времени и имеет 100%-ный «рабочий цикл», т.е. ток протекает, практически, все время.

Другая возможная форма кривой тока 60 показана на фиг. 3В. Кривая тока на фиг. 3В является прямоугольной волной со случайной или псевдослучайной частотой и также имеет 100%-ный рабочий цикл. Как и в предыдущем примере (фиг. 3А), вариант формы кривой тока, показанный на фиг. 3В, может быть сформирован введением соответствующих цифровых значений из СРИ (50 на фиг. 2 ) в ИАС (42 на фиг. 2). Преимущество случайных переключений заключается в том, что они позволяют избежать появления зеркальных частот или других вредных эффектов, связанных с периодической выборкой данных.

Другая возможная форма кривой тока 60 показана на фиг. 3С. Кривая тока 60 на фиг. 3С является периодической прямоугольной волной, у которой рабочий цикл менее 100%. Такой рабочий цикл является следствием временных интервалов, показанных под номером 62, в течение которых ток не протекает. Как и в предыдущем варианте (фиг. 3А), форма кривой тока, показанного на фиг. 3С, может быть сформирована введением соответствующих цифровых значений из СРИ (50 на фиг. 2) в ИАС (42 на фиг. 2). Использование рабочего цикла менее 100% целесообразно применять в случае необходимости экономии электрической энергии, когда измеряемое падение напряжения достаточно большое, что позволяет уменьшить число выборок при измерении напряжения. Использование рабочего цикла менее 100% может также дать возможность определять некоторые переходные процессы путем измерения падения напряжения между различными электродами (между Р0 и Р1-Р6 на фиг. 1) в течение коротких временных интервалов после выключения тока. Эффект такого наведенного потенциала (1Р) может быть связан с составом флюида в поровом пространстве горных пород (22, 24, 26 на фиг. 1). Рабочий цикл менее 100% может также дать возможность более точно определять смещение постоянного тока посредством использования значения из временных интервалов 62, в течение которых отсутствует протекание тока в качестве опорного.

Предшествующие примеры, показанные на фиг. 3А, 3В и 3С, не являются единственными формами кривой тока, которые могут быть сформированы применением СРИ/ОАС комбинации, изображенной на

- 7 011470 фиг. 2. Квалифицированные специалисты понимают, что, практически, любая кривая тока с заданной частотой и формой, включая, например, синусоидальную кривую, может быть сформирована путем введения соответствующих цифровых значений в ΌΛΟ (42 на фиг. 2). В некоторых вариантах цифровые значения могут храниться в СРИ (50 на фиг. 2). В других вариантах сами цифровые значения или команды, которые активируют цифровые значения для выбранной кривой тока, могут передаваться из регистрирующего блока (30 на фиг. 1) к устройству (10 на фиг. 1) по кабелю (16 на фиг. 1). В других вариантах сигнал может быть псевдослучайной бинарной последовательностью (РКБ8).

Снова обращаясь к фиг. 2, отметим, что некоторые варианты реализации изобретения могут включать одну или несколько следующих особенностей, запрограммированных в СРИ 50 или запрограммированных в компьютере в регистрирующем блоке (30 на фиг. 1) на поверхности. Некоторые варианты могут включать автоматическое редактирование измерений напряжения, сделанных одной или несколькими электродными парами, Р0 с любым электродом Р1-Р6. Например, если отдельный цифровой отсчет напряжения представлен числом, значение которого находится за пределами выбранного диапазона, то этот отсчет может быть исключен и интерполированное значение может быть записано в памяти СРИ 50 или передано в регистрирующий блок (30 на фиг. 1) для этого удаленного значения отсчета. В альтернативном варианте, если измеренное напряжение не увеличивается монотонно с увеличением расстояния между Р0 и различными измерительными электродами Р1-Р6, то аномальные отсчеты напряжения могут быть исключены; интерполированы или иным способом не записываться непосредственно в память. Другие варианты могут включать суммирование отсчетов напряжения, соответствующих одинаковым электродным парам (Р0 с любым из Р1-Р6) при, практически, одинаковой глубине погружения в скважине, с целью существенного улучшения отношения сигнала к шуму при проведении измерений.

Снова обратимся к фиг. 1, другие варианты реализации изобретения могут содержать постоянное расположение группы электродов, как показано на фиг. 1 под А и от Р0 до Р6 в обсадной трубе 12. Кабель или аналогичное оборудование могут быть использованы для осуществления электрического соединения с приборами на земной поверхности устройства, расположенного внутри скважины 14 на выбранной глубине, ближайшей к содержащему нефть резервуару, например к породе 24 на фиг. 1. Измерения могут проводиться в выбранные интервалы времени в течение всего периода существования скважины 14 для определения перемещения водонефтяного контакта (не показанного на фиг. 1) с течением времени. При таком постоянном размещении электродов А, Р0-Р6 схемы 20 могут быть расположены на поверхности земли или могут сами располагаться в скважине 14, как и в случае описанного здесь ранее устройства, поднимаемого и опускаемого кабелем.

Работа с устройством может выполняться большим числом различных способов, некоторые из них будут рассмотрены здесь. В стандартной технологии выполнения работ устройство 10 перемещается на заданную глубину в скважине 14, на которой должны быть проведены измерения. Сначала приводятся в действие схемы 20 с использованием либо внутреннего программирования СРИ (50 на фиг. 2), либо команд, передаваемых от регистрирующего блока (30 на фиг. 1), для измерения падения напряжения, вызванного протеканием тока исключительно вдоль обсадной трубы 12. Чтобы провести измерение падения напряжения на обсадной трубе, усилитель (44 на фиг. 2) мощности соединяется с питающим токовым электродом А на устройстве 10 и обратным токовым электродом 34В на обсадной трубе (12 на фиг. 1), соединенным с ее верхним концом на земной поверхности. Затем производятся измерения напряжения между Р0 и любым одним или несколькими электродами от Р1 до Р6. Выход усилителя (44 на фиг. 2) мощности затем переключается для подключения измерительного тока к измерительному обратному токовому электроду 34В* на земной поверхности. Выполняется другая серия измерений напряжения между Р0 и теми же самыми электродами от Р1 до Р6. Устройство 10 может быть затем перемещено на выбранное расстояние по оси скважины 14, и вся измерительная процедура повторяется. Значения разности напряжений, измеренных между Р0 и одним или несколькими электродами Р1-Р6, могут быть математически преобразованы во вторую производную измеренного падения напряжения по глубине скважины 14. Значения такой второй производной связаны с глубинной утечкой тока в горные породы 22, 24, 26 и, таким образом, связаны с удельной электрической проводимостью каждой из пород 22, 24, 26. Благоприятным обстоятельством является то, что устройство, компоновка которого соответствует показанной на фиг. 1 и 2, не требует измерения падения напряжения с использованием каскадных дифференциальных усилителей (каждый из которых был бы аналоговым) для определения второй производной падения напряжения по глубине.

Эксплуатационные качества устройства в соответствии с данным изобретением могут быть улучшены при использовании систем фокусирующего тока для осевого ограничения потока измерительного тока через различные горные породы. Пример устройства, которое содержит системы фокусирующего тока, схематически изображен на фиг. 4. Принцип измерения с использованием устройства, показанного на фиг. 4, описан в патенте США № 2729784, выданном Реатои и включенном в описание в качестве ссылки. Устройство на фиг. 4 содержит совокупность электродов, расположенных в выбранных местах вдоль сердечника устройства или его корпуса (18 на фиг. 1). Электроды могут быть одинаковыми по механической и электрической конструкции с электродами, описанными выше при ссылке на фиг. 1. Электроды приспособлены для осуществления электрического контакта с трубой или обсадной трубой (12 на

- 8 011470 фиг. 1) в скважине (14 на фиг. 1).

Электроды в варианте реализации изобретения, изображенном на фиг. 4, содержат две пары электродов фокусирующего тока, показанных как В1А, В1В и В2А, В2В, приблизительно одинаково расположенных вдоль оси с каждой стороны центрального питающего электрода М0 измерительного тока. Опорные измерительные потенциальные электроды К1А, К1В и К2А, К2В расположены, соответственно, между каждой электродной парой В1 А, В1 В и В2А, В2В фокусирующего тока и питающим электродом М0 измерительного тока. Каждая электродная пара В1А, В1В и В2А, В2В фокусирующего тока присоединена к выходу соответствующего усилителя 44А, 44С мощности фокусирующего тока, соответственно. В рассматриваемом варианте фокусирующий ток генерируется усилителями 44А, 44С мощности, соединенными с выходами соответствующих ЭЛС 42А, 42С. Каждый ЭЛС 42А, 42С может быть присоединен к шине или другому сходному соединению с СРИ 50. Как и в рассмотренном выше варианте со ссылкой на фиг. 2, вариант, показанный на фиг. 4, может содержать цифровые значения, хранящиеся в памяти или транслируемые СРИ 50, определяющие форму кривой фокусирующего тока, который должен быть генерирован каждым усилителем 44А, 44С мощности и подведен к обсадной колонне (12 на фиг. 1). Среди основных характеристик тока управляемыми являются, помимо прочих, амплитуда, фаза, частота и рабочий цикл.

Каждая пара опорных измерительных потенциальных электродов К1А, К1В и К2А, К2В связана через входные терминалы соответствующих малошумящих предварительных усилителей 38 А, 38Ό или усилителей с низким уровнем входных шумов, аналогичных предварительным усилителям, рассмотренным при ссылке на фиг. 2. Выход каждого малошумящего предварительного усилителя 38 А, 38Ό соединен с АЭС 36, 36Ό. Выходы АЭС 36, 36Ό через шину или каким-либо другим образом подключены к СРИ 50. В рассматриваемом варианте в качестве АЭС 36, 36Ό желательно использовать 24-разрядные устройства, аналогичные АЭС, рассмотренному при ссылке на фиг. 2. В рассматриваемом варианте измерение разности потенциалов производится между каждой парой опорных потенциальных электродов К1А, К1В и К2А, К2В, соответственно. СРИ 50 получает цифровые значения, представляющие потенциал, измеренный каждой парой опорных электродов К1А, К.1 В и К2А, К2В, соответственно. Амплитуда фокусирующего тока на выходе каждого усилителя 44А, 44С мощности может регулироваться СРИ 50 таким образом, чтобы потенциал, измеренный каждой парой опорных потенциальных электродов К1А, К1В и К2А, К2В, соответственно, был близок к нулевому значению. СРИ 50 может осуществлять такое регулирование посредством, например, изменения амплитуды, или изменения рабочего цикла на выходах усилителей 44А, 44В мощности, или и того, и другого. Изменение амплитуды и/или рабочего цикла может быть выполнено для одного или обоих усилителей 44А, 44В мощности. Другие способы изменения или регулирования выходной мощности каждого из усилителей 44А, 44С мощности фокусирующего тока могут быть предложены квалифицированными в этой области специалистами. Цель такого регулирования амплитуды фокусирующего тока, которое осуществляется для сохранения близким к нулевому значению потенциала между опорными электродами К1А, К1В и К2А, К2В, соответственно, заключается в создании внутри обсадной трубы (12 на фиг. 1) области, в которой, практически, нет прохождения полного тока в обсадной трубе ни в верхнем, ни в нижнем направлении.

Вариант реализации изобретения, показанный на фиг. 4, может содержать цифровой управляемый источник измерительного тока. В представленном варианте источник состоит из ЭАС 42В измерительного тока, присоединенного при помощи шины или иным способом к СРИ 50. Измерительный ток генерируется посредством введения цифровых значений, определяющих форму кривой тока, в ЭАС 42В, который преобразует эти значения во входной сигнал для усилителя 44В мощности измерительного тока, соединенного на входе с выходом ЭАС 42В. Выход измерительного тока усилителя 44В мощности измерительного тока соединен с измерительным питающим токовым электродом М0 и может возвратиться на земную поверхность, на обратный электрод 34В* или, альтернативно, на обратный токовый электрод 34В на обсадной трубе. Измерительные потенциальные электроды М1 А, М1 В расположены с каждой стороны измерительного питающего токового электрода М0. Каждый измерительный потенциальный электрод М1 А, М1 В и питающий электрод М0 соединены через входы соответствующих малошумящих усилителей 38В, 38С для измерения потенциалов. Выход каждого малошумящего усилителя 38В, 38С для измерения потенциалов соединен с соответствующими АЭС 36В, 36С, при этом цифровые значения, представляющие величину измеренного потенциала каждой соответствующей парой измерительных потенциальных электродов М1А, М0 и М1В, М0 вводятся в СРИ 50 для последующей обработки. В качестве АЭС 36В или 36С для измерения потенциалов также желательно применять 24-разрядные устройства. Удельное сопротивление горных пород за пределами обсадной трубы связано с потенциалом между измерительными потенциальными электродами и с амплитудой измерительного тока. Форма кривой, частота и рабочий цикл измерительного тока могут управляться, практически, тем же способом, как и в варианте, который рассматривался в связи со ссылкой на фиг. 2.

Вероятные преимущества системы, изображенной на фиг. 4, заключаются в более точном управлении свойствами фокусирующего тока по сравнению с предшествующими возможностями, что позволяет производить более точное измерение потенциала между измерительными электродами М1 А и М1 В.

Другой вариант реализации устройства согласно настоящему изобретению показан схематически на

- 9 011470 фиг. 5. Устройство включает совокупность электродов, размещенных на корпусе 18 устройства раздельно вдоль оси. Электроды обозначены буквами А, В, Р, О, N и М. Электроды соединены через переключающую систему, обозначенную «управляющий блок» 50А (который может быть отождествлен или может являться частью контроллера, аналогичного по конструкции СРИ 50 на фиг. 2). Управляющий блок 50А определяет, какие из электродов подключаются к одной из выбранных схем. Схемы содержат источник 52 тока. Источник 52 тока может представлять собой цифровое синтезирующее устройство, которое может содержать ЭЛС и усилитель мощности (не показаны отдельно). Схемы могут включать схему 51 для измерения напряжения (или потенциала), которая может содержать малошумящий предварительный усилитель и АЭС (не показаны отдельно), аналогичные рассмотренным при ссылке на фиг. 2. Схемы могут также включать блок 53 обратной связи по напряжению, который может быть аналогичен по конфигурации источнику фокусирующего тока, рассмотренному при ссылке на фиг. 4.

Для выполнения различного вида измерений устройство, показанное на фиг. 5, может выбирать источники измерительного и фокусирующего тока, подключаемые к выбранным электродам или выбранным парам электродов, и измерения напряжения на этих выбранных электродах или парах электродов. Примеры различных режимов измерений и электроды, используемые для выполнения измерений в каждом из режимов, приведены в следующей таблице.

Режим измерений	Питающие токовые и обратные электроды	Измерение потенциала между электродами
Полностью ограниченное скважиной	А, В	М и Ν; О и Р
Глубоко проникающее удельное сопротивление	В, обратный токовый электрод расположен на земной поверхности на удалении от вершины обсадной трубы (обратный 34В*)	М и Ν; О и Р
Быстрое измерение	ΜμΝ	А и В; О и Р
Комбинированное	Комбинированные питающие электроды	Комбинированные пары

В приведенной выше таблице колонка «Питающие токовые и обратные электроды» представляет электроды, присоединенные к источнику 52 измерительного тока. Измерение потенциала производится между электродными парами, указанными в колонке «Измерение потенциала между электродами».

В соответствии с настоящим изобретением различные конфигурации устройства, содержащие соответствующим образом запрограммированный СРИ (50 на фиг. 2), могут обеспечить, практически, в реальном времени автоматическое управление выбором различных электродов с целью, которая уже объяснялась выше при ссылке на фиг. 4, а именно расстоянием вдоль оси между измерительными электродами, предназначенными для измерения напряжения, а также расположением и величиной фокусирующего тока, подаваемого на различные фокусирующие электроды. Обобщенная блок-схема, показывающая один из вариантов системы, запрограммированной для выполнения вышеупомянутых функций, изображена на фиг. 6. Под номером 70 обозначена исходная конфигурация электродов, источников тока и схем для измерения напряжения, которые, соответственно, создают измерительный ток, фокусирующий ток и осуществляют измерение напряжения. Первоначальная конфигурация может быть установлена системным оператором или задана предварительным программированием. Предварительно запрограммированная или установленная оператором начальная конфигурация может основываться на таких параметрах, как ожидаемая мощность различных горных пород и предполагаемое удельное сопротивление различных горных пород. На этапе 71 напряжения измерены по меньшей мере одной парой измеряющих напряжение электродов. В конфигурации, которая включает опорные потенциальные электроды, например рассмотренной при ссылке на фиг. 4, такие опорные потенциалы также могут быть измерены. На этапе 72 измеренные напряжения анализируются. Анализ может включать определение величины падения напряжения вдоль обсадной трубы для оценки сопротивления обсадной трубы, а также определение падения напряжения, создаваемого током утечки в породы. Анализ может включать определение направления поляризации для тех измерений опорных потенциалов, которые существенно отличаются от нуля. На этапе 75 анализ используется для оценки, представляют ли полученные характеристики устойчивый ряд измерений удельного сопротивления пород. Если характеристики устойчивы, то на этапе 77 результаты измерения напряжения используются для определения удельного сопротивления пород, обычно, как обсуждалось ранее, путем определения второй производной от амплитуды тока утечки по глубине, исправленной с учетом изменения сопротивления обсадной трубы на том участке, где проводились измерения.

На этапе 73 результаты измерения напряжения могут быть использованы для создания модели распределения удельного сопротивления вне скважины (14 на фиг. 1), на участке, приближенном к устройству (10 на фиг. 1). Способы создания модели горных пород раскрыты, например, в патенте США № 5809458, выданном Тататсйепко (1998), «Способ моделирования характеристик скважинного каротажного устройства для измерения сопротивления через обсадку и его применение для определения удельного со

- 10 011470 противления горных пород». На этапе 74 модель подвергается анализу на чувствительность. Модель, используя соответствующий анализ на чувствительность, может быть использована на этапе 76 для определения оптимального расположения электродов фокусирующего тока. Если определенное оптимальное расположение электродов фокусирующего тока отличается от первоначального или текущего расположения, то на этапе 79 изменяется конфигурация, а на этапе 78 изменяются параметры фокусирующего тока для создания модели с оптимальной характеристикой чувствительности.

На фиг. 7 схематически изображен вариант, который может быть использован для исследования как при относительно больших аксиальных расстояниях между электродами, так и при меньших аксиальных расстояниях. Вариант реализации на фиг. 7 содержит большое число «сателлитных» или вспомогательных инструментальных блоков, обозначенных 62, которые соединены друг с другом по оси отрезками 17 кабеля. В конкретной реализации может быть использовано любое число вспомогательных блоков 62. Каждый вспомогательный блок 62 может включать один или большее количество электродов, выполненных в соответствии с приведенным выше описанием с возможностью осуществления электрического контакта с обсадной колонной (12 на фиг. 1). Каждый вспомогательный блок 62 может содержать один или более источников тока, установленных в соответствии с приведенным выше описанием при ссылке на фиг. 2, и одну или большее количество схем для измерения напряжения, также установленных в соответствии с приведенным выше описанием при ссылке на фиг. 2. Длина отрезков 17 кабеля не ограничивает данное изобретение, однако, предполагается, что длина отрезков кабеля в типичных условиях может составлять от 1 до 1,5 м.

Вспомогательные блоки 62 могут быть расположены по оси с любой стороны центрального управляющего блока 60 и электрически соединены с ним. Центральный управляющий блок 60 может содержать центральный процессор, аналогичный по выполнению СРИ, рассмотренному при ссылке на фиг. 2. Управляющий блок 60 может приводить в действие различные вспомогательные блоки 62 для включения токовых питающих электродов и/или обратных токовых электродов измерительного тока, фокусирующего тока или и того, и другого, в соответствии с описанием этих токов при ссылке на фиг. 4. Различные электроды во вспомогательных блоках 62 могут также устанавливаться таким образом, чтобы проводить измерения напряжения при измерительном токе и/или фокусирующем токе, также в соответствии со ссылкой на фиг. 4. В некоторых вариантах центральный управляющий блок 60 может сам включать один или более источников тока (не показанных отдельно) и одну или более схем для измерения напряжения (не показаны отдельно). Центральный управляющий блок 60 может также содержать телеметрический приемопередатчик, аналогичный по конфигурации приемопередатчику, рассмотренному при ссылке на фиг. 2, и выполненный с возможностью передачи измеренных сигналов на земную поверхность в выбранном формате телеметрии и приема командных сигналов с поверхности Земли по кабелю 16. В альтернативном варианте управляющий блок 60 может включать регистрирующие устройства, как объяснено при ссылке на фиг. 2, для хранения данных измерений, пока скважинный зонд не будет извлечен из скважины (14 на фиг. 1).

В некоторых случаях вариант, приведенный на фиг. 7, при помощи электронного управления может обеспечить фокусирующий ток при очень больших аксиальных разносах, например, путем выбора наиболее внутренних вспомогательных блоков (тех, которые аксиально наиболее близки к управляющему блоку 60) для предоставления фокусирующего токового питающего электрода и крайних вспомогательных блоков 62 (тех, которые аксиально наиболее удалены от центрального блока 60) для предоставления фокусирующего обратного токового электрода. Специалист в данной области поймет, что такой большой аксиальный разнос для фокусирующего тока может обеспечить относительно большую радиальную (латеральную) «глубину изучения» измерительного тока, поскольку такой измерительный ток проникает в горизонтальном направлении на большее расстояние по сравнению с тем случаем, когда фокусирующий ток пересекает меньший аксиальный разнос.

Возможное преимущество компоновки управляющего блока 60/вспомогательного блока 62, показанной на фиг. 7, заключается в том, что различные электроды могут быть избирательно конфигурированы и реконфигурированы электронным способом центральным управляющим блоком 60 для обеспечения широкого диапазона различных радиальных глубин и аксиальной разрешающей способности при измерении удельного сопротивления горных пород вне проводящей трубы. Более конкретно, электрические соединения между одним или несколькими электродами в каждом из вспомогательных блоков 62 могут адресоваться по отдельности схемой в центральном управляющем блоке 60. Изображенная на фиг. 7 конфигурация может быть, по-видимому, реализована в одном удлиненном приборном корпусе, однако, специалист в данной области поймет, что ряд аксиально более коротких блоков (60, 62), соединенных гибкими отрезками 17 кабеля, легче вставить и извлечь из скважины, особенно если скважина не является строго вертикальной или содержит участки с относительно высокой кривизной траектории («степенью естественного искривления»).

Любой или несколько вспомогательных блоков 62 могут содержать сейсмический приемник 8В любого из известных в геофизике типов, приспособленных для использования в скважине. Каждый такой сейсмический приемник 8В может содержать один или несколько геофонов, гидрофонов, акселерометров или других приборов, предназначенных для определения сейсмической энергии, приходящей к сква

- 11 011470 жине от источника 65 сейсмической энергии, который расположен на поверхности Земли. Полученные на основе измерений одним или несколькими сейсмическими приемниками 8В сейсмические изображения могут быть использованы для формирования модели горных пород, полученных на основе измерений удельного сопротивления, в соответствии с приводимым ниже рассмотрением со ссылкой на фиг. 9.

В другом варианте многоблочная (центральный и вспомогательные блоки) система, такая как изображенная на фиг. 7, может содержать различные типы электромагнитных измерительных приборов. Такие измерения могут быть использованы для дополнения измерений, сделанных при помощи ранее описанных вариантов. Один из вариантов системы, которая включает электромагнитные измерительные приборы, изображен на фиг. 8. Электромагнитные измерительные приборы, показанные на фиг. 8, более полно описаны в патенте США № 6541975, выданном Стрэк и включенном здесь в качестве противопоставляемого материала. Как показано на фиг. 8, центральный управляющий блок 60 может содержать в дополнение к элементам, описанным при рассмотрении фиг. 7, один или более 3-компонентных электромагнитных излучателей/приемников, показанных как излучатели/приемники 148 и 150, содержащие, каждый, три обмотки 148а, 148Ь и 148с, а также 150а, 150Ь и 150с, соответственно, для возбуждения или определения магнитных полей по трем ортогональным направлениям. Обмотки для излучения/приема могут быть скомпонованы как для возбуждения, так и для определения магнитных полей. Центральный управляющий блок 60 обычно содержит два электромагнитных излучателя/приемника, тогда как вспомогательные блоки 62 обычно включают только один электромагнитный излучатель/приемник, потому что измерения возле скважины делаются, как правило, из центрального блока 60. Центральный блок 60 может также включать по меньшей мере три кольцевые электродные установки 144, 145 и 146. Хотя эти электродные установки изображены на фиг. 8 внутри центрального блока 60, кольцевые электродные установки обычно монтируются на внешней поверхности сердечника 149 центрального блока 60.

Центральный блок 60 обычно будет также содержать датчик 152 ориентации, в качестве которого может использоваться известный специалистам в области геофизики стандартный датчик ориентации, такой как трехосный магнитометр и/или гироскоп.

Как показано на фиг. 8, каждый из вспомогательных блоков 62, как правило, может включать по меньшей мере один 3-компонентный электромагнитный излучатель/приемник 133, содержащий три обмотки 133 а, 13 3Ь и 133с для определения или возбуждения магнитных полей по трем ортогональным направлениям. Обмотки излучателя/приемника могут быть скомпонованы таким образом, чтобы функционировать как излучатель или как приемник. Если желательно возбуждать и принимать магнитный сигнал внутри одного и того же вспомогательного блока, то туда может быть также включен второй 3компонентный электромагнитный излучатель/приемник 135, содержащий три обмотки 135а, 135Ь и 135с.

Каждый из вспомогательных блоков 62 будет, как правило, также включать по меньшей мере три кольцевые электродные установки, изображенные как кольцевые электродные установки 138, 139 и 140 на фиг. 8. Каждый из вспомогательных блоков 60 будет, как правило, содержать сейсмический датчик 158, в качестве которого может использоваться 3-компонентный геофон, который позволяет принимать сейсмические сигналы, создаваемые продольными волнами, в каждом из трех ортогональных направлений. В конкретных вариантах реализации изобретения в качестве сейсмического датчика может использоваться 4-компонентный датчик, в котором датчик давления, такой как гидрофон, используется совместно с 3-компонентным геофоном. Могут также использоваться 4-компонентные геофоны, в которых 4 датчика расположены под углом 54° относительно друг друга, а не ортогонально, как это обычно принято в 3компонентном геофоне. В других конкретных вариантах в качестве сейсмического датчика может использоваться 5-компонентный датчик, в котором датчик давления используется совместно с 4-компонентным геофоном.

Центральный блок 60 будет обычно содержать управляющий и обрабатывающий блок 154. Управляющий и обрабатывающий блок 154 содержит средства для функционального управления и связи, включая передачу данных на поверхность, и электронику для обеспечения промежуточных преобразований при управлении коммуникациями. Управляющий и обрабатывающий блок 154 содержит также средства для выполнения околоскважинных наблюдений. Специалист в области геофизики поймет, что при околоскважинных измерениях могут использоваться скважинные каротажные зонды в дополнение к тем, что составляют настоящее изобретение. Околоскважинные определения могут включать, но не ограничиваться только этим, определение эксцентриситета оборудования, шероховатости стенок скважины, наличия трещин, проникновения бурового раствора в пласт, наклона и азимута трещин, а также оценку других параметров, связанных с состоянием скважины, поправками на окружающую среду, влиянием проникновения, а также характеристиками околоскважинных пород. Управляющий и обрабатывающий блок 154 принимает командные сигналы с поверхности Земли. Управляющий и обрабатывающий блок 154, в свою очередь, подает соответствующие командные сигналы к электромагнитным излучателям/приемникам и электродам. Управляющий и обрабатывающий блок 154 определяет, какой из электромагнитных излучателей/приемников и какой из электродов служит как излучатель в любой данный момент времени, а какой работает как приемник.

Управляющий и обрабатывающий блок 154 также передает командные сигналы и принимает данные измерений от вспомогательного управляющего и обрабатывающего блока 155 в каждом из вспомо

- 12 011470 гательных блоков 62. Вспомогательный управляющий и обрабатывающий блок 155, в свою очередь, подает соответствующие командные сигналы к электромагнитным излучателям/приемникам и к электродам во вспомогательных блоках для возбуждения или приема соответствующих сигналов. Вспомогательный управляющий и обрабатывающий блок 155 также управляет приемом сейсмических сигналов сейсмическими датчиками 58. Обычно для связи между центральным блоком 60 и вспомогательными блоками 62 используется цифровая техника, причем каждый вспомогательный блок имеет индивидуальный адрес. Управляющий и обрабатывающий блок 154 может также выполнять определенную обработку сигналов, включающую, но не ограниченную этими процедурами, коррекцию характеристик излучателя и системы, фильтрацию помех, осреднение данных и улучшение отношения сигнал/шум.

В системе, изображенной на фиг. 8, электромагнитные излучатели/приемники и электроды могут быть использованы для возбуждения и выделения сигналов множеством различных способов. Используемый здесь термин «временная область» относится к измерениям, в которых используется возбуждаемый сигнал, в котором применяется ток с резким выключением, в результате чего возникает переходный процесс. При возбуждении во временной области в качестве возбуждаемого сигнала обычно используются прямоугольная волна, пульсирующая или треугольная волна, а также сигнал в виде псевдослучайной бинарной последовательности (РВВ8). При измерениях в «частотной области» обычно в качестве возбуждаемого сигнала используется синусоидальная волна.

Примеры различных режимов, в которых могут проводиться измерения посредством устройства, включают следующие варианты, но не ограничиваются ими.

Режим 1. Измерения во временной области, в которых сигнал генерируется электромагнитным излучателем (3 компоненты х, у, ζ) и выделяется электромагнитным приемником (3 компоненты х, у, ζ). Эти измерения чувствительны преимущественно к удельной проводимости проводящих пластов в горной породе.

Режим 2. Измерения во временной области, в которых сигнал возбуждается электрическим диполем (только направление ζ) и выделяется электромагнитным приемником (3 компоненты х, у, ζ). Эти измерения имеют смешанную чувствительность к проводящим породам и пластам с повышенным сопротивлением в горных породах. Эти измерения чувствительны к удельному сопротивлению пород, потому что возбуждаемый сигнал является сигналом во временной области (переходным), который возбуждается электрическим диполем. Эти измерения чувствительны также к удельной проводимости горных пород, так как сигнал принимается электромагнитным приемником, который чувствителен к магнитному полю, пропорциональному потоку тока в породе.

Режим 3. Измерения во временной области, в которых сигнал возбуждается электрическим диполем (только направление ζ) и выделяется электрическим дипольным приемником (3 компоненты х, у, ζ). Эти измерения преимущественно чувствительны к горным породам с повышенным удельным сопротивлением.

Режим 4. Измерения во временной области, в которых сигнал возбуждается электромагнитным излучателем (3 компоненты х, у, ζ) и выделяется электрическим диполем (3 компоненты х, у, ζ). Эти измерения обеспечивают информацию, которая является, по существу, одинаковой с информацией, получаемой при измерениях в режиме 2, но могут проводиться для получения резервных данных. Эти измерения чувствительны к удельной проводимости пород, потому что возбуждаемый сигнал является сигналом во временной области (переходным), возбуждаемым электромагнитным излучателем. Эти измерения также чувствительны к удельному сопротивлению породы, поскольку сигнал принимается дипольным приемником, который чувствителен к напряжению, создаваемому потоком тока.

При конкретной реализации системы, изображенной на фиг. 8, удельное сопротивление горных пород, окружающих скважину, измеряется с использованием системы, конфигурация которой, в основном, совпадает с показанной и рассмотренной со ссылкой на фиг. 2-7. Предполагается, что измерения, сделанные с использованием системы в соответствии с фиг. 2-7, будут выполняться с применением электродов, расположенных таким образом, чтобы обеспечить аксиальную разрешающую способность порядка 1-5 м. Измерения удельного сопротивления горных пород могут проводиться одновременно или последовательно с использованием аппаратуры, конфигурация которой, по существу, та же, что и у изображенной на фиг. 8, и, как описано выше, позволяющей выполнять любые комбинации электромагнитных измерений во временной области (включая измерение свойств индуцированных магнитных и электрических полей) и электромагнитных измерений в частотной области (включая измерение свойств индуцированных магнитных и электрических полей). Специалисты в области геофизики поймут, что аппаратура, изображенная на фиг. 8, может иметь конфигурацию, позволяющую выполнять вышеупомянутые электрические и электромагнитные измерения при относительно низком разрешении (порядка 10-100 м) за счет использования соответствующего аксиального расстояния между теми обмотками и/или электродами, которые служат излучателями, и теми, что работают как приемники. При использовании больших аксиальных расстояний и получающейся аксиальной разрешающей способности возникает возможность провести измерения, которые позволят выполнить относительно глубокое горизонтальное (поперечное к продольной оси зонда и скважины) изучение свойств. Именно на этих более глубоких горизонтальных удалениях от скважины наиболее вероятно отсутствие проникновения (вторжения) буровой жидкости из скважины, оказывающего влияние на удельное сопротивление горных пород. В вариантах, в которых

- 13 011470 электромагнитные измерения выполняются во временной области, аксиальная разрешающая способность измерений может быть относительно небольшой, как и в случае гальванических измерений, выполняемых по обсадной колонне и рассмотренных выше при ссылках на фиг. 1-5.

Один из вариантов вышеупомянутого процесса показан в виде блок-схемы на фиг. 9. На этапе 160 производятся измерения удельного сопротивления через обсадную колонну, в которых используется принцип «утечки тока», в соответствии с приведенным выше рассмотрением при ссылках на фиг. 2-7. При использовании системы, изображенной на фиг. 8 (включающей также приборы для измерения удельного сопротивления через обсадную колонну, показанные на фиг. 2-7), измерения удельного сопротивления при «глубинном» горизонтальном проникновении в породы производятся с использованием электромагнитных измерений с низкой аксиальной разрешающей способностью, как показано на этапе 162. На этапе 164 формируется исходная модель пространственного распределения удельных сопротивлений. Обычно границы слоев выбираются на основе измерений удельного сопротивления с использованием утечки тока (через обсадную колонну), потому что они имеют более высокую аксиальную разрешающую способность. Не затронутые проникновением (глубинные) значения удельного сопротивления выбираются на основе «глубинных» электромагнитных измерений. На этапе 166 вычисляются ожидаемые характеристики как глубинной системы, так и системы, основанной на измерении утечки тока, по отношению к исходной модели. На этапе 168 вычисленные характеристики сравниваются с реальными измерениями, сделанными различными приборами. На этапе 170 по результатам сравнения определяется, достигнуто ли минимальное различие или, как показано на этапе 170, достигло ли значение целевой функции минимума. Если да, то процесс завершается и эта модель считается наиболее вероятным пространственным распределением значений удельного сопротивления. Если нет, то на этапе 172 эта модель изменяется и процесс повторяется, начиная с вычисления ожидаемой характеристики приборов на этапе 166. Использование вышеприведенной технологии позволяет провести надежное изучение пространственного распределения удельных сопротивлений в породах при проведении измерений изнутри обсаженной скважины.

Другой вариант вспомогательного блока 62 показан на фиг. 10. Вариант на фиг. 10 включает обрабатывающие, телеметрические и управляющие схемы 155, как и в предыдущих вариантах, например таком, который показан на фиг. 8. Вариант на фиг. 10 включает приборы для обнаружения ядерного излучения, чтобы позволить провести измерения, соответствующие различным композиционным свойствам горных пород, окружающих скважину. На основе таких измерений может быть сделана первоначальная оценка удельного сопротивления в породах, объема трещиноватых зон в поровом пространстве (пористости), а также дана оценка наличия каких-либо гидрокарбонатов в геологических формациях в виде жидкости и/или газа. Измерительный прибор содержит импульсный нейтронный генератор в виде трубки 174, который излучает «выбросы» нейтронов с энергией порядка 14 млн электрон-вольт (МеУ), имеющие управляемую длительность. Время и продолжительность таких нейтронных выбросов может определяться контроллером 155. Внутри корпуса вспомогательного блока по отдельности расположены два или более детекторов 179, 181 радиоактивного излучения. В настоящем варианте каждый из детекторов радиоактивного излучения содержит сцинтилляционный детекторный кристалл 176, 180, в качестве которого могут использоваться иодид натрия с примесью таллия или другие аналогичные материалы для обнаружения ядерного излучения, известные в этой области техники. Другие известные материалы для кристаллов 176, 180 включают оксиортосиликат гадолиния с примесью церия, см., например, патент США № 5521378, выданный Роско и др. Материал, используемый для кристаллов 176, 180, не ограничивает данное изобретение. Каждый сцинтилляционный кристалл 176, 180 соединен с соответствующим фотоэлектронным умножителем 178, 182. Выход каждой трубки 178, 182 соединен с контроллером 155. Схемы (не показаны отдельно) в контроллере 155 определяют электрические импульсы, создаваемые каждой трубкой 178, 182, и считают импульсы, а также измеряют их относительные амплитуды. Измерение времени, числа и амплитуды импульсов на каждой 178, 182 трубке может быть использовано для заключения о пористости геологических формаций и о макроскопическом сечении поглощения нейтронов в горных породах. В некоторых вариантах реализации на основе вышеприведенного анализа импульсов могут быть также сделаны выводы о минеральном составе горных пород. Приборы для выполнения таких измерений и анализа известны в геофизике. См., например, патент США № 6124590, выданный Микаэль и включенный здесь в качестве противопоставляемого материала.

В варианте на фиг. 10 первоначальные выводы о составе и содержании флюидов в горных породах могут быть использованы для получения исходных оценок удельного сопротивления горных пород. Такие первоначальные оценки могут быть использованы в некоторых вариантах для формирования исходной модели (160 на фиг. 9). В других вариантах, особенно в тех случаях, когда устройство согласно данному изобретению используется для мониторинга перемещения флюидов в глубинных отложениях, наличие показанных на фиг. 10 измерительных приборов позволяет уменьшить число измерений, выполняемых гальваническими (утечка тока) приборами для измерения удельного сопротивления, приведенными на фиг. 1-5. Приборы для гальванических измерений на фиг. 1-5 требуют, чтобы устройство или останавливалось в скважине, или перемещалось с относительно маленькой аксиальной скоростью, вследствие чего уменьшается эффективность измерительных операций. Имея ядерные приборы, показанные

- 14 011470 на фиг. 10, можно таким образом увеличить эффективную скорость, с которой может быть проведено изучение отдельной скважины.

Хотя данное изобретение было рассмотрено для ограниченного числа вариантов его реализации, специалисты в соответствии с раскрытым здесь описанием могут создать другие варианты без отклонения от объема данного изобретения. Соответственно, рамки изобретения должны быть ограничены только прилагаемой формулой.

Claims (38)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство для измерения удельного сопротивления горных пород изнутри проводящей трубы в пробуренной через породы скважине, содержащее ряд соединенных непрерывной цепью корпусов, выполненных с возможностью перемещения в скважине; по меньшей мере один электрод на каждом корпусе, причем каждый электрод выполнен с возможностью установления электрического контакта с внутренней поверхностью трубы; источник электрического тока; цифровую схему для измерения напряжения; переключатель, выполненный с возможностью включения источника электрического тока между одним из указанных электродов и обратным токовым электродом, выбираемым между первым обратным токовым электродом, расположенным на верхней части трубы, и вторым обратным токовым электродом, расположенным на земной поверхности на выбранном расстоянии от верхней части трубы, а также с возможностью подключения выбранных пар электродов к цифровой схеме для измерения напряжения, причем пары выбираются с возможностью проведения измерений напряжения в соответствии с выбранными аксиальными расстояниями и выбранными горизонтальными глубинами горных пород, при этом внутри по меньшей мере одного корпуса предусмотрены по меньшей мере один электромагнитный излучатель, по меньшей мере один электромагнитный приемник и управляющая схема, выполненная с возможностью выборочного включения по меньшей мере одного излучателя и с возможностью выделения сигналов по меньшей мере от одного электромагнитного приемника.
2. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит источник фокусирующего тока, причем переключатель выполнен с возможностью подключения выбранных пар электродов к источнику фокусирующего тока, при этом выход указанного источника выполнен управляемым для ограничения тока, протекающего между одним из электродов и вторым обратным электродом, по существу, горизонтально наружу от скважины в ее горизонтальной окрестности.
3. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цифровая схема для измерения напряжения содержит по меньшей мере 24-разрядный аналого-цифровой преобразователь.
4. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что частота выборки аналого-цифрового преобразователя по меньшей мере в тысячу раз превышает частоту электрического тока, подаваемого на по меньшей мере один питающий токовый электрод.
5. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник электрического тока содержит синтезирующий цифровой источник тока.
6. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что источник электрического тока выполнен с возможностью генерирования постоянного тока с переключаемой полярностью, или с возможностью генерирования постоянного тока с переключаемой полярностью, рабочий цикл которого составляет менее 100%, или с возможностью генерирования переменного тока заданной частоты и формы, или с возможностью генерирования псевдослучайной бинарной последовательности.
7. 7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что источник фокусирующего тока выполнен управляемым для поддержания выбранного падения напряжения на паре опорных потенциальных электродов, при этом опорные потенциальные электроды выбираются переключателем из группы электродов.
8. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цифровая схема для измерения напряжения выполнена с возможностью определения смещения постоянного тока, которое присутствует на измерительных приемных электродах при их, по существу, непрерывной работе.
9. 9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере один из корпусов содержит откидной рычаг для избирательного осуществления контакта корпуса с внутренней поверхностью трубы, а также сейсмический приемник для выделения сейсмических сигналов от сейсмического источника.
10. 10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере один электромагнитный излучатель содержит обмотку из проволоки, или дипольную антенну, или три ортогональные обмотки из проволоки, или три ортогональные дипольные антенны.
11. 11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере один электромагнитный приемник содержит обмотку из проволоки, или дипольную антенну, или три ортогональные обмотки из проволоки, или три ортогональные дипольные антенны, или электрод, расположенный на внешней поверхности по меньшей мере одного корпуса.
12. 12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что управляющая схема выполнена с возможностью включения по меньшей мере одного электромагнитного излучателя, возбуждающего сигнал во временной области, или сигнал в частотной области, или сигнал в виде псевдослучайной бинарной последовательности.

    - 15 011470
13. 13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере один электромагнитный излучатель и по меньшей мере один электромагнитный приемник в каждом из ряда корпусов, при этом управляющая схема выполнена с возможностью выбора включаемых электромагнитных излучателей и включаемых электромагнитных приемников, от которых необходимо выделить сигналы.
14. 14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит средства для выбора электромагнитных излучателей и приемников для выполнения измерений, соответствующих горизонтальному расстоянию порядка от 10 до 100 м от внутренней части трубы.
15. 15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что переключатель выполнен с обеспечением проведения измерений удельного сопротивления изнутри проводящей трубы, соответствующих аксиальному расстоянию порядка от 1 до 5 м.
16. 16. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит прибор для измерения ядерного излучения, расположенный по меньшей мере в одном из корпусов, при этом прибор для измерения ядерного излучения выполнен с возможностью измерения радиации, соотносящейся по меньшей мере с одним из параметров, включающих содержание флюидов и объем трещиноватости в поровом пространстве горных пород.
17. 17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что прибор для измерения ядерного излучения содержит импульсный генератор нейтронов и по меньшей мере один детектор радиации, при этом по меньшей мере один детектор радиации содержит кристалл, соединенный с фотоэлектронным умножителем.
18. 18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что управляющая схема содержит контур, измеряющий число, временное распределение и амплитуду импульсов, генерируемых фотоэлектронным умножителем.
19. 19. Способ определения пространственного распределения удельных сопротивлений горных пород, окружающих скважину, содержащую проводящую трубу, в котором измеряют удельные сопротивления горных пород с использованием измерений утечек тока по трубе в выбранных аксиальных положениях; измеряют изнутри трубы электромагнитные свойства горных пород, при этом измерения электромагнитных свойств соответствуют большему аксиальному расстоянию и большему горизонтальному расстоянию по сравнению с измерениями удельного сопротивления по утечке тока; и совместно преобразуют измерения утечки тока и электромагнитные измерения для получения модели пространственного распределения.
20. 20. Способ по п.19, отличающийся тем, что при измерениях удельного сопротивления с использованием измерений утечки тока пропускают электрический ток между первой выбранной позицией в скважине через проводящую трубу и второй позицией, расположенной на трубе возле земной поверхности; преобразуют в цифровую форму падение напряжения, измеренного между третьей и четвертой выбранными позициями, которые расположены на трубе между выбранными первой и второй позициями; пропускают электрический ток между первой выбранной позицией и пятой выбранной позицией, расположенной вблизи земной поверхности на удалении от трубы; повторяют преобразование в цифровую форму падения напряжения, измеренного между третьей и четвертой позициями; и определяют удельные сопротивления горных пород по преобразованному в цифровую форму падению напряжения.
21. 21. Способ по п.20, отличающийся тем, что перемещают первую, вторую и третью позиции и повторяют первое и повторное преобразования в цифровую форму.
22. 22. Способ по п.20, отличающийся тем, что пропускают фокусирующий ток от выбранной позиции вдоль трубы, причем фокусирующий ток формируют таким образом, чтобы ограничить поток тока от первой позиции к пятой позиции вдоль, по существу, горизонтального наружного пути от скважины в горизонтальной окрестности скважины.
23. 23. Способ по п.22, отличающийся тем, что управляют амплитудой фокусирующего тока таким образом, чтобы падение напряжения, измеренное вдоль оси скважины между выбранными позициями, оставалось, по существу, равным нулю.
24. 24. Способ по п.20, отличающийся тем, что управляют рабочим циклом тока, протекающего от скважины ко второй и пятой позициям возле земной поверхности, для согласования с кажущейся удельной электропроводностью горных пород.
25. 25. Способ по п.20, отличающийся тем, что преобразование в цифровую форму выполняют со скоростью, по меньшей мере в тысячу раз превышающей частоту тока, протекающего от первой выбранной позиции, для обеспечения возможности определения переходных процессов.
26. 26. Способ по п.20, отличающийся тем, что пропускание электрического тока между первой выбранной позицией и второй позицией и между первой позицией и пятой позицией выполняют с переключением полярности постоянного тока.
27. 27. Способ по п.26, отличающийся тем, что частота переключений находится в диапазоне от 0,2 до 20 Гц.
28. 28. Способ по п.26, отличающийся тем, что переключение выполняют в соответствии с псевдослучайной бинарной последовательностью.
29. 29. Способ по п.20, отличающийся тем, что пропускают переменный электрический ток между первой выбранной позицией и второй позицией и между первой позицией и пятой позицией.
30. 30. Способ по п.29, отличающийся тем, что частота переменного тока находится в диапазоне от 0,2

    - 16 011470 до 20 Гц.
31. 31. Способ по п.20, отличающийся тем, что определяют аксиальное расстояние между второй и третьей позициями в соответствии с ожидаемым удельным сопротивлением горных пород.
32. 32. Способ по п.31, отличающийся тем, что создают первоначальную модель горных пород, оценивают удельные сопротивления горных пород по преобразованным в цифровую форму измерениям напряжения и определяют аксиальное расстояние на основе различий между первоначальной моделью и полученными в результате оценки значениями удельных сопротивлений.
33. 33. Способ по п.20, отличающийся тем, что определяют аксиальное расстояние между первой позицией и по меньшей мере одной из двух, второй и третьей, позиций в соответствии с ожидаемым удельным сопротивлением горных пород.
34. 34. Способ по п.33, отличающийся тем, что создают первоначальную модель горных пород, оценивают удельные сопротивления горных пород по преобразованным в цифровую форму измерениям напряжения и определяют аксиальное расстояние на основе различий между первоначальной моделью и полученными в результате оценки значениями удельных сопротивлений.
35. 35. Способ по п.33, отличающийся тем, что пропускают фокусирующий ток через трубу в выбранных аксиальных положениях, при этом аксиальные положения для пропускания фокусирующего тока выбирают на основании по меньшей мере одной первоначальной модели и с учетом различий между этой моделью и полученными оценками удельных сопротивлений, для ограничения области прохождения электрического тока, протекающего от первой позиции, предварительно определенной геометрией.
36. 36. Способ по п.20, отличающийся тем, что электромагнитные измерения содержат измерения во временной области или в частотной области.
37. 37. Способ по п.19, отличающийся тем, что измеряют характеристики ядерного излучения горных пород и получают заключение по меньшей мере по одному из параметров, включающих содержание в структуре флюидов и объем трещиноватости в поровом пространстве горных пород.
38. 38. Способ по п.37, отличающийся тем, что характеристики ядерного излучения содержат макроскопическое сечение поглощения нейтронов.