RU2065957C1 - Method for measuring electrochemical properties of formations adjacent to hole - Google Patents
Method for measuring electrochemical properties of formations adjacent to hole Download PDFInfo
- Publication number
- RU2065957C1 RU2065957C1 SU5001355A RU2065957C1 RU 2065957 C1 RU2065957 C1 RU 2065957C1 SU 5001355 A SU5001355 A SU 5001355A RU 2065957 C1 RU2065957 C1 RU 2065957C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- casing
- current
- well
- measuring
- formation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к нефтяной промышленности и предназначено для измерения удельного сопротивления и других электрохимических параметров через обсадную колонну. The invention relates to the oil industry and is intended to measure resistivity and other electrochemical parameters through the casing.
Известен способ определения проводимости в формации, имеющей обсаженную скважину, имеющее две пары измеряющих напряжение электродов, которые контактируют с обсадной колонной, и которое имеет калибровочное устройство для калибрования вариаций толщины обсадной колонны и ошибок в размещениях электродов (1). A known method for determining conductivity in a formation having a cased hole, having two pairs of voltage measuring electrodes that are in contact with the casing, and which has a calibration device for calibrating variations in the thickness of the casing and errors in the placement of the electrodes (1).
Однако, известный способ не исключает все типы "ошибок второго рода". However, the known method does not exclude all types of "errors of the second kind."
Известен способ для измерения электрического удельного сопротивления геологических формаций через металлическую бурильную трубу или обсадную трубу (2), в котором измеряют напряжение множеством электродов внутри обсаженной скважины, которые касаются стенки скважины. Однако, в этом способе не регистрируется разность между двумя парами электродов для прямого измерения электронных свойств в непосредственной близости формаций. A known method for measuring the electrical resistivity of geological formations through a metal drill pipe or casing (2), in which the voltage is measured by a plurality of electrodes inside a cased hole that touch the wall of the well. However, in this method, the difference between the two pairs of electrodes for direct measurement of electronic properties in the immediate vicinity of the formations is not recorded.
Известен способ электрических измерений обсадных колонн скважин (3), основанный на измерении посредством двух пар измеряющих напряжение электродов, которые принудительно контактируют с внутренней поверхностью обсадной колонны. Однако, этот способ не предусматривает наличие какого-либо подходящего калибровочного устройства для калибрования вариации толщины или ошибок размещений электродов. A known method of electrical measurements of casing strings of wells (3), based on the measurement by means of two pairs of voltage measuring electrodes, which are forcedly in contact with the inner surface of the casing string. However, this method does not provide for any suitable calibration device for calibrating thickness variations or electrode placement errors.
Наиболее близким аналогом к настоящему изобретению является способ измерения электрохимических свойств формаций, прилегающих к скважине, окруженной обсадной колонной, включающий подачу первого синусоидального переменного тока на обсадную колонну в первой входной точке по близости от специфической части формации, подлежащей тестированию, измерение этого тока в первой входной точке, где часть первого тока подают в формацию вдоль длины колонны обсадных труб скважины, измерение величин напряжений между множеством дискретных пар, состоящих по меньшей мере, из трех точек измеренных вертикальных вдоль обсадной колонны скважины, определение части обсадной колонны, примыкающей к специфической части формации, подлежащий тестированию, причем, первое сопротивление определяют, как сопротивление между первой и второй точкой измерения из трех точек измерения, а второе сопротивление определяют, как сопротивление между второй и третьей измерительными точками из этих трех точек измерения, а измерение электрохимического параметра формации по величинам дифференциальных напряжений (4). The closest analogue to the present invention is a method for measuring the electrochemical properties of formations adjacent to a well surrounded by a casing string, comprising supplying a first sinusoidal alternating current to the casing string at a first input point in proximity to a specific part of the formation to be tested, measuring this current in a first input the point where a portion of the first current is supplied to the formation along the length of the casing string of the well, measuring stresses between a plurality of discrete pairs, consisting of at least three points measured vertically along the well casing, determining the part of the casing adjacent to a specific part of the formation to be tested, the first resistance being defined as the resistance between the first and second measuring points of three measuring points, and the second resistance is defined as the resistance between the second and third measuring points from these three measurement points, and the measurement of the electrochemical parameter of the formation according to the differential voltage D (4).
Однако, этот способ устраняет только ошибки первого порядка и не устраняет ошибок второго порядка. However, this method only eliminates first-order errors and does not eliminate second-order errors.
Целью настоящего изобретения является повышение точности измерения за счет компенсации ошибок второго порядка и производства измерений во время вертикального перемещения измерительного устройства в скважине. The aim of the present invention is to improve the accuracy of measurements by compensating for second-order errors and making measurements during the vertical movement of the measuring device in the well.
Для этого в способе измерения электрохимических свойств формаций, прилегающих к скважине, окруженной обсадной колонной, включающем подачу первого синусоидального переменного тока на обсадную колонну в первой исходной точке поблизости от специфической части формации, подлежащей тестированию, измерение этого тока в первой входной точке, где часть первого тока подают в формацию вдоль длины обсадной колонны скважины, измерение величин напряжений между множеством дискретных пар, состоящих, по меньшей мере, из трех точек измерения, разнесенных вертикально вдоль обсадной колонны скважины, определение части обсадной колонны скважины, примыкающей к специфической части формации, подлежащей тестированию, причем, первое сопротивление определяют между первой и второй точками измерения из этих трех точек измерения, а второе сопротивление определяют между второй и третьей точками измерения из этих трех точек измерения и измерение электрохимического параметра формации по величинам дифференциальных напряжений, одновременно с подачей первого синусоидального переменного тока, подают второй синусоидальный переменный ток во второй точке входа на обсадную колонну скважины, через эту часть обсадной колонны, определяемую этими разнесенными точками измерения напряжения и к первой выходной точке на обсадной колонне, причем эта вторая входная точка и эта первая выходная точка расположена на противоположных сторонах этой части обсадной колонны, определенной этими разнесенными точками измерения напряжения, и измеряют величины дифференциальных напряжений между множествами дискретных пар этих трех точек измерения, разнесенных вдоль обсадной колонны, а также определяют величины дифференциальных напряжений между этим множеством дискретных пар этих точек измерения, разнесенных вдоль обсадной колонны, и с помощью этого определения величин дифференциального напряжения осуществляют первое компенсационное определение из первого и второго сопротивлений и второго тока, измеренного на второй входной точке обсадной колонны, и второе компенсационное определение из первого и второго сопротивления и из части первого тока, входящего в формацию, в которой определяют электрохимический параметр по изменяющимся во времени величинам дифференциальных напряжений, включая первое и второе компенсационное определение вдоль обсадной колонны скважины. To this end, in a method for measuring the electrochemical properties of formations adjacent to a well surrounded by a casing string, comprising supplying a first sinusoidal alternating current to the casing string at a first reference point near a specific part of the formation to be tested, measuring this current at the first input point, where part of the first current is supplied to the formation along the length of the casing of the well, measuring stresses between a plurality of discrete pairs consisting of at least three measurement points vertically along the well’s casing, determining the part of the well’s casing adjacent to the specific part of the formation to be tested, the first resistance being determined between the first and second measuring points from these three measuring points, and the second resistance being determined between the second and third measuring points from of these three measurement points and the measurement of the electrochemical parameter of the formation by the values of the differential voltages, simultaneously with the supply of the first sinusoidal alternating current, p give a second sinusoidal alternating current at the second entry point to the casing of the well, through this part of the casing determined by these spaced points of voltage measurement and to the first output point on the casing, and this second input point and this first output point are located on opposite sides of this parts of the casing defined by these spaced points of voltage measurement, and measure the magnitude of the differential stresses between the sets of discrete pairs of these three measurement points, ra carried along the casing, and also determine the magnitude of the differential voltages between this set of discrete pairs of these measurement points spaced along the casing, and using this determination of the values of the differential voltage, the first compensation determination is made from the first and second resistances and the second current measured at the second input the casing string, and the second compensation determination from the first and second resistance and from the part of the first current entering the formation in which fissioning electrochemical parameter of time-varying values of differential voltages, including first and second compensation determination along the well casing.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 разрез предпочтительного варианта осуществления изобретения, именуемого "инструментом измерения удельного сопротивления через обсадную колонну" (TCRT), на фиг.2 - графическая зависимости ДI от Z, характеризующая чувствительность инструмента к различным формациям, на фиг. 3 разрез предпочтительного варианта осуществления изобретения, иллюстрирующий способ измерения Vo, на фиг. 4 разрез варианта осуществления изобретения, который имеет измеряющие напряжение электроды, разнесенные на различные расстояния, на фиг. 5 разрез варианта осуществления изобретения, в котором электроды разнесены на различные расстояния и который иллюстрирует способ измерения Vo, и на фиг. 6 - разрез варианта осуществления изобретения, которое приспособлено производить измерения во время вертикального перемещения в обсаженной скважине.The invention is illustrated in the drawing, where in Fig.1 a section of a preferred embodiment of the invention, referred to as a "casing resistivity measuring instrument" (TCRT), in Fig.2 is a graph of the dependence of DI on Z, characterizing the sensitivity of the tool to various formations, in Fig.1 . 3 is a sectional view of a preferred embodiment of the invention illustrating a method for measuring V o ; FIG. 4 is a sectional view of an embodiment of the invention that has voltage measuring electrodes spaced apart at various distances; FIG. 5 is a sectional view of an embodiment of the invention in which the electrodes are spaced apart at various distances and which illustrates a method for measuring V o , and FIG. 6 is a sectional view of an embodiment of the invention that is adapted to take measurements during vertical movement in a cased well.
На фиг. 1 показана типичная обсаженная скважина в нефтяном месторождении. Скважина 2 закреплена обсадной колонной 4, которая удерживается цементом 6 в горной формации 8. В окрестности обсаженной скважины имеется нефтеносный пласт 10. In FIG. 1 shows a typical cased well in an oil field. The
Обсадная колонна может электрически простираться или не доходить до уровня земли 12. Генератор сигнального напряжения 14 подает переменного тока напряжение по кабелю 16 на усилитель мощности 18. Генератор сигналов представляет собой основной источник напряжения, включающий в себя как сравнительно простые устройства, подобные осциллятору, так и сравнительно сложную электронику, подобную генератору произвольной формы сигналов. Усилитель мощности 18 используется для подачи переменного тока по изолированному проводу 20 на электрод А, который находится в электрическом контакте с обсадной колонной. Этот ток может возвращаться на усилитель мощности по кабелю 22 по двум различным цепям. Если переключатель SWI соединен с электродом В, который электрически заземлен на поверхности земли, то ток от усилителя мощности, в основном, проходит через кабель 20 на электрод А и затем возвращается через обсадную колонну и цементный слой, через горную формацию на электрод В и, наконец, через кабель 22 на усилитель мощности. В этом случае большая часть тока проходит через землю. Альтернативно, если переключатель соединен с изолированным кабелем 24, который, в свою очередь, соединен с электродом Г, который находится в электрическом контакте с обсадной колонной, то ток в основном, проходит от электрода А на электрод Г по обсадной колонне, возвращаясь на усилитель мощности по кабелю 22. В этом случае через землю течет очень слабый ток. The casing may or may not extend electrically to
Электроды С, Д и Е находятся в электрическом контакте с внутренней поверхностью обсадной колонны. Вообще говоря, ток текущий по обсадной колонне, зависит от позиции. Например, ток I течет вниз к электроду С, ток IД течет вниз к электроду Д, и ток IE течет вниз к электроду Е. Вообще, следовательно, существует разность напряжений VI электродов С и Д, которая усиливается дифференциально усилителем 26. Разность напряжений V2 электродов и Д и Е также усиливается усилителем 28. Когда переключатели SW2 и SW3 установлены в положения "замкнут", как проиллюстрировано на рисунке, выходные сигналы усилителей 26 и 28 вычитаются дифференциально на усилителе 30. Напряжение от усилителя 30 поступает на поверхность по кабелю 32, на фазочувствительный детектор 34. Фазочувствительный детектор получает свой опорный сигнал от генератора сигналов по кабелю 36. Дополнительно, цифровой контролер усиления 38 цифровым образом управляет коэффициентом усиления усилителя 28, посылая по кабелю 40 команды в скважину. Контроллер усиления 38 также способен переключать входные провода усилителя 20 по команде, тем самым, фактически меняя выходную полярность сигнала, исходящего из усилителя 28 при определенных видах измерений.The electrodes C, D and E are in electrical contact with the inner surface of the casing. Generally speaking, the current flowing through the casing depends on the position. For example, current I flows down to electrode C, current ID flows down to electrode D, and current I E flows down to electrode E. In general, therefore, there is a voltage difference VI of electrodes C and D, which is amplified by a
Полный ток, проходящий к электроду А, измеряет элемент 42. В предпочтительном варианте, представленном на фиг.1, переменный ток представляет собой симметричную синусоидальную волну, и поэтому в предпочтительном варианте 1 является О-пиковым значением переменного тока, проходящего к электроду А (О-пиковое значение синусоидной волны равно 1/3 значения размаха синусоидной волны). The total current passing to electrode A measures
Вообще, когда переключатель SW1 соединен с электродом В, ток проходит через формацию. Например, ток ΔI проходит в формацию вдоль длины 2L между электродами С и Е. Однако, если переключатель SW1 соединен с кабелем 24 и следовательно, с электродом F, то ток не течет через формацию к электроду В. С этом случае IC IД IE, поскольку существенно ток ΔI проходит через формацию.In general, when switch SW1 is connected to electrode B, current flows through the formation. For example, the current ΔI passes into the formation along the length 2L between the electrodes C and E. However, if the switch SW1 is connected to the
Следует заметить, что если переключатель соединен с электродом В, то ток стремится проходить через формацию, а не вдоль обсадной колонны скважины. Вычисления показывают, что при 7-дюймовом внешнем диаметре обсадной трубы и 1/2-дюймовой толщине стенки, если удельное сопротивление формации составляет I Ом-метр и формация однородна, приблизительно половина тока будет отрываться от обсадной колонны и уходить в формацию вдоль участка 320 метров обсадной колонны. Для однородной формации с удельным сопротивлением 10 Ом-метр, эта длина составит 1040 метров. It should be noted that if the switch is connected to electrode B, then the current tends to pass through the formation, and not along the well casing. Calculations show that with a 7-inch outer diameter of the casing and 1/2 inch wall thickness, if the formation resistivity is I Ohm-meter and the formation is homogeneous, approximately half of the current will break away from the casing and go into the formation along a section of 320 meters casing string. For a homogeneous formation with a resistivity of 10 ohm-meter, this length will be 1040 meters.
Один вариант осуществления изобретения предлагает предпочтительный метод работы для описанного выше устройства: Первым шагом измерения удельного сопротивления формации является "балансировка" инструмента. Переключатель SW1 соединяется с кабелем 24 и следовательно, электродом F. Затем пропускают ток переменного напряжения от электрода А к электроду F через обсадную колонну скважины. Хотя очень незначительный ток уходит а формацию, напряжения V1 и V2 вообще говоря, различны по причине вариаций толщины обсадной колонны, неточного размещения электродов и многочисленных других факторов. Однако, усилитель 28 настраивают с помощью контроллера коэффициента усиления так, что разностное напряжение V3 стало нулевым. (Усилитель 28 можно также оснастить фазобалансирующей электроникой, если необходимо обеспечить ноль на любой заданной рабочей частоте). Поэтому если электроды оставить затем на том же самом месте после балансировки на ноль, паразитные эффекты, подобные вариации толщины обсадной колонны, не будут сказываться на последующих измерениях. One embodiment of the invention provides a preferred method of operation for the device described above: The first step in measuring the formation resistivity is to “balance” the tool. The switch SW1 is connected to the
Если затем соединить переключатель SW1 с электродом В, генератор сигналов возбуждает усилитель мощности, который проводит ток на электрод А, который находится в электрическом контакте с внутренней поверхностью обсадной колонны скважины. Здесь на обсадную колонну подают ток с амплитудой от 1 ампера до 30 ампер с частотой 1 Гц, как правило. Низкочастотная работа ограничивается электрохимическими эффектами, подобными явлению поляризации и изобретением можно пользоваться при частоте вплоть до 0,1 Гц, получая правильные результаты измерений удельного сопротивления. Высокочастотная работа ограничена поверхностными эффектами, свойственной обсадной колонне, и для измерения сопротивления в соответствии с изобретением верхней предельной частотой является, вероятно, частота 20 Гц. Затем пропускают ток по обсадной колонне вверх и вниз от электрода А и некоторая часть тока проходит через насыщенный буровыми водами цемент, окружающий обсадную колонну, и через разного удельного сопротивления зоны, окружающие обсадную колонну. Ток затем возвращается к поверхности земли через электрод В. If then switch SW1 is connected to electrode B, the signal generator drives a power amplifier that conducts current to electrode A, which is in electrical contact with the inner surface of the well casing. Here, a current with an amplitude of 1 ampere to 30 amperes with a frequency of 1 Hz is supplied to the casing, as a rule. Low-frequency operation is limited to electrochemical effects similar to the polarization phenomenon and the invention can be used at frequencies up to 0.1 Hz, obtaining the correct results of measurements of resistivity. High-frequency operation is limited by the surface effects inherent in the casing, and for measuring resistance in accordance with the invention, the upper limit frequency is probably a frequency of 20 Hz. Then, current is passed through the casing up and down from electrode A and some of the current passes through the cement saturated with drill water surrounding the casing and through different resistivity zones surrounding the casing. The current then returns to the earth's surface through electrode B.
Таким образом, при работе предпочтительным способом, описанным выше, сначала инструмент балансируют на нулевой сигнал выходной усилитель 30, когда переключатель SW1 соединен с кабелем 24 и затем величина отклонения этого сигнала от нуля, когда переключатель SW1 соединен с электродом В, служит мерой утечки тока в формацию. Такой способ работы автоматически не исключает все "второго порядка ошибки измерения". Усовершенствованный способ работы описан в последнем разделе настоящей заявки, причем, этот способ автоматически исключает эти "второго порядка ошибки измерения". Thus, when operating in the preferred manner described above, first the instrument is balanced on the zero signal by the
На фиг. 2 представлено измерение разностного тока ΔI,, уходящего в формацию, для разных глубин Z внутри обсаженной стальными трубами скважины. Z означает глубину, на которой находится электрод Д на фиг.1. Следует заметить, что когда приложено напряжение к электроду А и переключатель SW1 соединен с электродом В, возникает радиально симметричное электрическое поле, приложенное к формации, которое приблизительно перпендикулярно к обсадной колонне. Это электрическое поле создает направленные наружу токи, подобные току ΔI на фиг.1, которые обратно пропорциональные удельному сопротивлению формации. Поэтому следует ожидать разрывы непрерывности тока ΔI на стыке зон разного удельного сопротивления, в частности, на границах нефть-вода и нефть-газ. Например, кривая (a) на фиг.2 иллюстрирует результат для однородной формации с удельным сопротивлением ρ1. Кривая (в) показывает отклонение от кривой (a), когда пересекается формация с удельным сопротивлением ρ2 и толщиной Т2, где ρ2 меньше ρ1. И кривая (c) иллюстрирует противоположную ситуацию, когда пересекается формация с удельным сопротивлением ρ3, которое больше ρ1 и толщиной Т3. Очевидно, что при таких обстоятельствах ΔI3 меньше ΔI1, который меньше ΔI2.In FIG. Figure 2 shows the measurement of the differential current ΔI, going into the formation, for different depths Z inside a well cased with steel pipes. Z means the depth at which the electrode D in FIG. 1 is located. It should be noted that when voltage is applied to the electrode A and the switch SW1 is connected to the electrode B, a radially symmetric electric field appears, applied to the formation, which is approximately perpendicular to the casing. This electric field creates outward currents similar to the current ΔI in FIG. 1, which are inversely proportional to the formation resistivity. Therefore, we should expect discontinuities in the current ΔI at the junction of zones of different resistivities, in particular, at the oil-water and oil-gas boundaries. For example, curve (a) in FIG. 2 illustrates the result for a homogeneous formation with resistivity ρ 1 . Curve (c) shows the deviation from curve (a) when the formation intersects with resistivity ρ 2 and thickness T 2 , where ρ 2 is less than ρ 1 . And curve (c) illustrates the opposite situation when the formation intersects with a resistivity of ρ 3 that is greater than ρ 1 and a thickness of T 3 . Obviously, in such circumstances, ΔI 3 is less than ΔI 1 , which is less than ΔI 2 .
Фиг.3 иллюстрирует детально способ измерения параметра. Figure 3 illustrates in detail a method for measuring a parameter.
Электроды А, В, С и Е и F определены со ссылками на рис.1. Все элементы, оцифрованные позициями с 2 по 40, уже определены со ссылками на рис.1. На рис.3 толщина обсадочной колонны обозначена τ1, толщина цементного слоя τ2 и диаметр обсадочной колонны d. Переключатели SW1, SW2 и SW3 также определены на рис. 1. Дополнительно на рис.3 изображен электрод С, который является опорным электродом при измерении напряжения и который находится в электрическом контакте с поверхностью земли. Этот электрод используется как опорный электрод и пропускает незначительный ток во избежание измерительных ошибок, наводимых током.Electrodes A, B, C and E and F are defined with reference to Fig. 1. All elements digitized by
Дополнительно на фиг. 3 изображен переключатель SW4, который позволяет соединять кабель 24 с одной из трех позиций: и разомкнутой цепи, к электроду G или к верхнему концу обсадной колонны скважины. Дополнительно на фиг.3 изображены переключатели SW5, SW6 и SW7, которые можно устанавливать в проиллюстрированные позиции. (Устройство, изображенное на фиг.3, может использоваться точно таким образом, как изображенное на рис.1, при условии, если переключатель SW2, SW5, SW6 и SW7 поставлены в позиции, противоположные тем стоящим, в которых они изображены на фиг.3, и если переключатель SW4 поставлен в позицию "разомкнутая цепь"). Additionally, in FIG. Figure 3 shows switch SW4, which allows
Если переключатели SW2, SW5, SW6 и SW7 установлены, как изображено на фиг. 3, то можно измерить величину Vo. Когда заданный ток I протекает к электроду А, то потенциал этой точки обсадной колонны повышается относительно нулевого потенциала гипотетичной точки, бесконечно удаленной от обсадной колонны. В интервале обсадной колонны между электродами С6 Д и Е на фиг.3 имеется средний потенциал относительно бесконечно удаленной опорной точки. Однако, потенциал, измеренный между только электродами Е и С приблизительно равен Vo при условии, если расстояние между электродами A,C,Д и Е меньше некоторого критического расстояния, пусть 10 метрам, и при условии, если электрод С находится на расстоянии, превышающем некоторое другое критическое расстояние от обсадной колонны, например, 10 метров от обсадной колонны скважины. Выходной сигнал усилителя 28 зависит от разницы напряжений на электроде Е и другом входе усилителя, к которому присоединен кабель 24. Когда переключатель SW1 соединен с электродом В и переключатель SW4 соединен с электродом G, кабель 24 находится под существенно тем же потенциалом, что и электроды G и Vo можно измерить фазочувствительным детектором 34. Во многих случаях переключатель SW4 можно соединить с верхним концом обсадной колонны, что также позволяет делать измерение при условии, если электрод А находится ниже некоторой "критической глубины".If the switches SW2, SW5, SW6 and SW7 are set as shown in FIG. 3, then the value of V o can be measured. When a given current I flows to electrode A, the potential of this casing point rises relative to the zero potential of a hypothetical point infinitely remote from the casing. In the interval of the casing between the electrodes C6 D and E in figure 3 there is an average potential relative to an infinitely distant reference point. However, the potential measured between only the electrodes E and C is approximately equal to V o provided that the distance between the electrodes A, C, D and E is less than a certain critical distance, let it be 10 meters, and provided that the electrode C is at a distance exceeding some other critical distance from the casing, for example, 10 meters from the well casing. The output signal of the
Чтобы описание изобретения было точным, скажем, что электрод А есть верхний токопроводящий электрод, который находится в электрическом контакте с внутренней поверхностью обсадной колонны, электрод В есть токопроводящий электрод, который находится в электрическом контакте с поверхностью земли, электроды С,Д и Е являются измеряющими напряжение электродами, которые электрически контактируют с внутренней поверхностью обсадной колонны, электрод F есть нижний токопроводящий электрод, который находится в электрическом контакте с внутренней поверхностью обсадной колонны, и электрод С есть опорный электрод при измерении напряжения, который находится в электрическом контакте с поверхностью земли. To make the description of the invention accurate, let's say that electrode A is the upper conductive electrode that is in electrical contact with the inner surface of the casing, electrode B is the conductive electrode that is in electrical contact with the earth’s surface, the electrodes C, D and E are measuring voltage with electrodes that are in electrical contact with the inner surface of the casing, electrode F is the lower conductive electrode that is in electrical contact with the inner the casing surface, and the electrode C is a reference electrode in measuring the voltage, which is in electrical contact with the ground.
Далее, Vo называется локальным потенциалом обсадной колонны. Примером электронного разностного устройства является комбинация из усилителей 26, 28 и 30. Разностный ток втекающий в формацию и подлежащей измерению, обозначается ΔI. Разностное напряжение, есть напряжение на выходе усилителя 30 (см. фиг.1), когда переключатель SW1 соединен с электродом В и все остальные переключатели стоят в позициях, изображенных на рисунке.Further, V o is called the local casing potential. An example of an electronic differential device is a combination of
Фиг.4 почти идентична фиг.1, исключая то, что электроды С и Д отстоят на расстоянии L1, электроды Д и Е отстоят на расстоянии L2, электроды А и С отстоят на расстоянии L3, электроды Е и F на расстоянии L4. Дополнительно r1 есть радиальное расстояние удаленности электрода В от обсадной колонны. И Z есть глубина от поверхности земли до электрода Д.Figure 4 is almost identical to Figure 1, except that the electrodes C and D are separated by a distance L 1 , the electrodes D and E are separated by a distance L 2 , the electrodes A and C are separated by a distance L 3 , the electrodes E and F by a distance L 4 . Additionally, r 1 is the radial distance of the electrode B from the casing. And Z is the depth from the surface of the earth to electrode D.
Фиг. 5 почти идентична фиг.3, исключая то, что здесь также явно проставлены расстояния L1, L2, L3, L4, r1 и Z. Дополнительно r2 определяется, как радиальное расстояние от обсадной колонны до электрода С. Как будет ясно из последующего анализа, изобретение будет хорошо работать, если L1 и L2 не будут равны. Применительно к различным типам измерениям расстояния L3 и L4 не оказывают существенного влияния при условии, если они значительно не превосходят L1 и L2.FIG. 5 is almost identical to FIG. 3, except that the distances L 1 , L 2 , L 3 , L 4 , r 1 and Z are also clearly indicated here. Additionally, r 2 is defined as the radial distance from the casing to the electrode C. As will be clear from the subsequent analysis, the invention will work well if L 1 and L 2 are not equal. For various types of measurements, the distances L 3 and L 4 do not have a significant effect, provided that they do not significantly exceed L 1 and L 2 .
Ниже дано описание усовершенствованного способа работы предпочтительного варианта осуществления изобретения со ссылками на фиг.1. Используя этот "предпочтительный способ работы", раскрытый ниже, устройство можно перевести в одно из трех состояний: (1) "чувствительное измерительное состояние", (2) "предпочтительное нулевое состояние", (3) "предпочтительное калибровочное состояние". Below is a description of an improved method of operation of a preferred embodiment of the invention with reference to figure 1. Using this “preferred mode of operation” described below, the device can be brought into one of three states: (1) “sensitive measuring state”, (2) “preferred zero state”, (3) “preferred calibration state”.
Эти три состояния, задаваемые предпочтительным способом работы настоящего изобретения, определяются следующим образом:
(1) Предпочтительное измерительное состояние устройства, изображенного на фиг.1, определяется следующей конфигурацией: SW1 соединен с электродом В, переключатель SW2 замкнут и переключатель SW3 замкнут.These three states defined by the preferred mode of operation of the present invention are defined as follows:
(1) The preferred measurement state of the device of FIG. 1 is determined by the following configuration: SW1 is connected to electrode B, switch SW2 is closed and switch SW3 is closed.
(2) Предпочтительное нулевое состояние устройства, изображенного на фиг. 1, определяется следующей конфигурацией: переключатель SW1 соединен с кабельным проводником 24 и следовательно, электрически соединен с электродом F, переключатель SW2 замкнут и переключатель SW3 замкнут. (2) The preferred zero state of the device of FIG. 1 is determined by the following configuration: the switch SW1 is connected to the
(3) Предпочтительное калибровочное состояние устройства, изображенного на фиг.1, определяется следующей конфигурацией, переключатель SW1 соединен с кабелем 24 и следовательно, электрически соединен с электродом F, переключатель SW2 разомкнут и переключатель SW3 замкнут. (3) The preferred calibration state of the device shown in FIG. 1 is determined by the following configuration, the switch SW1 is connected to the
Целью последующего анализа является определение способа работы при оценке экспериментальной величины ΔI на фиг.1, который был бы сравнительно точен, который был бы сравнительно нечувствителен даже к значительным вариациям толщины обсадной колонны и который существенно не зависел бы от неточности расположения электродов. Поэтому предложим, что усилители 26, 28 и 30 на фиг. 1 создают коэффициенты усиления соответственно, a1, a2 и a3. Далее предположим, что сопротивление колонны между электродами С и Д равно R1 Ом и что сопротивление обсадной колонны между электродами и Е равно R2 Ом. В последующем анализе исключительно с целью упрощения, предполагается, что: (a) нет фазового сдвига между усилителями, (б) нет фазового сдвига между напряжениями, прикладываемыми к обсадной колонне и током, проходящим через землю (вызванным эффектами поляризации, поверхностными эффектами или другими электрохимическими процессами) (в) следовательно, значения, представляющие амплитуды низкочастотных переменного тока величин, можно использовать в последующем упрощенном анализе.The purpose of the subsequent analysis is to determine the method of work when evaluating the experimental value ΔI in figure 1, which would be relatively accurate, which would be relatively insensitive even to significant variations in the thickness of the casing and which would not substantially depend on the inaccuracy of the location of the electrodes. Therefore, we propose that the
Среднее сопротивление обсадной колонны между электродами Д и Е, обозначаемое, как величина RA, дает следующее выражение:
RA (R1 + R2) /2 (1).The average resistance of the casing between the electrodes D and E, denoted as the value of R A , gives the following expression:
R A (R 1 + R 2 ) / 2 (1).
Таким образом, имеется отклонение от среднего сопротивления первой секции обсадной колонны между электродами С и Д, обозначаемое ΔR1,, удовлетворяющее уравнению:
R1= RA+ΔR1 (2)
Далее имеется отклонение от среднего сопротивления второй секции обсадной колонны между электродами Д и Е, обозначаемое ΔR2, удовлетворяющее уравнению:
R2= R1+ΔR2 (3) (3)
Когда устройство находится в предпочтительном нулевом состоянии так, называемый нулевым током, (обозначаемый IN) проходит по обсадной колонне между электродами С и Е. Поскольку ожидается, что сравнительно малый ток будет протекать через формацию в этом состоянии, то существенно такой же ток IN течет между электродами С и Д и между электродами Д и Е. Поэтому выходное напряжение, создаваемое в этой ситуации усилителем 30 и обозначаемое VN дает следующее выражение:
VN= a3{a2IN(RA+R2)-a1IN(RA+R1)} (4)
Перегруппировав члены уравнения 4, имеем:
VN= a3•γ•IN (5)
Величина γ в уравнении 5 определяется по следующей алгебраической формуле:
g = a2{(RA+ΔR2)-a1(RA+ΔR1)} (6)
В предпочтительном измерительном состоянии устройства полный измерительный ток, обозначаемый IT, проходит между электродами А и электродом В на расстоянии земли. Только часть полного тока проходит вниз по обсадной колонне между электродами С и Д, и эту часть называют просто "измерительным током" и обозначают IM. Если IM проходит между электродами С и Д, то определенный ток утечет с обсадной колонны между электродами Д и Е, который определяется, как величина δi2. Поэтому ток, проходящий вниз к электроду Е, обозначаемый IE, дает следующее выражение:
IE= IM-δi2 (7)
Поэтому напряжение на выходе усилителя 30, обозначаемое Wm, в такой ситуации при аппроксимации моделью с сосредоточенными компонентами дает следующее выражение:
Vm= a3{a2(IM-δi2)RA+ΔR2(-a1IM/RA+ΔR1)} (8)
Уравнение 8 можно привести к упрощенному виду:
Vm= a3•γ•IM-a2a3δi2(RA+ΔR2) (9)
В устройстве в предпочтительном калибровочном состоянии калибровочный ток ICA проходит по обсадной колонне между электродами С и Е. Поскольку ожидается, что сравнительно незначительный ток будет течь через формацию в этом состоянии, существенно одинаковые токи ICA текут между электродами С и Д и между электродами Д и Е. В предпочтительном калибровочном состоянии переключатель SW2 разомкнут, поэтому в этом состоянии выходной сигнал VCA усилителя 30 дает следующее выражение:
VCA= -a1a3ICA(RA+ΔR1)D (10)
Здесь параметр D является коэффициентом деления или параметром понижения коэффициенте усиления, вводимым во избежание насыщения усилителя 30 при разомкнутом переключателе SW2, хотя устройство его, реализующее явно не представлено на фиг. 1. В основном, когда SW2 разомкнут, выходной сигнал усилителя 30 делится на параметр Д, что было признано полезным входе полевых испытаний. В этом варианте осуществления контроллер коэффициента усиления 38 на рис. 1 обладает, по крайней мере, способностью размыкать и замыкать переключатели SW2 и SW3 и делить выходной сигнал усилителя 30 на коэффициент Д.Thus, there is a deviation from the average resistance of the first section of the casing between the electrodes C and D, denoted by ΔR 1 , satisfying the equation:
R 1 = R A + ΔR 1 (2)
Next, there is a deviation from the average resistance of the second section of the casing between the electrodes D and E, denoted by ΔR 2 that satisfies the equation:
R 2 = R 1 + ΔR 2 (3) (3)
When the device is in the preferred zero state, the so-called zero current (denoted by IN) passes through the casing between electrodes C and E. Since it is expected that a relatively small current will flow through the formation in this state, then substantially the same current IN flows between electrodes C and D and between the electrodes D and E. Therefore, the output voltage created in this situation by the
V N = a 3 {a 2 I N (R A + R 2 ) -a 1 I N (R A + R 1 )} (4)
Regrouping the terms of
V N = a 3 • γ • I N (5)
The value of γ in
g = a 2 {(R A + ΔR 2 ) -a 1 (R A + ΔR 1 )} (6)
In the preferred measuring state of the device, the full measuring current, denoted I T , passes between the electrodes A and the electrode B at a distance of the earth. Only part of the total current flows down the casing between electrodes C and D, and this part is simply called the "measuring current" and is denoted by IM . If I M passes between the electrodes C and D, then a certain current flows from the casing between the electrodes D and E, which is defined as the value of δ i2 . Therefore, the current passing down to the electrode E, denoted by I E , gives the following expression:
I E = I M -δ i2 (7)
Therefore, the voltage at the output of
V m = a 3 {a 2 (I M -δ i2 ) R A + ΔR 2 (-a 1 I M / R A + ΔR 1 )} (8)
V m = a 3 • γ • I M -a 2 a 3 δ i2 (R A + ΔR 2 ) (9)
In the device in the preferred calibration state, the calibration current I CA passes through the casing between the electrodes C and E. Since it is expected that a relatively small current will flow through the formation in this state, substantially the same currents I CA flow between the electrodes C and D and between the electrodes D and E. In the preferred calibration state, the switch SW2 is open, therefore, in this state, the output signal V CA of the amplifier 30 gives the following expression:
V CA = -a 1 a 3 I CA (R A + ΔR 1 ) D (10)
Here, the parameter D is a division factor or a gain reduction parameter introduced to avoid saturation of the
Выполняются три основных различных независимых измерения, смысл каждого из которых дает одно из следующих уравнений: уравнение 5, уравнение 9 и уравнение 10. Коэффициенты a1, a2 и a3 предполагаются известными с точностью до 0,1% Перечисляемые ниже токи замеряют для трех различных состояний: IN, IM и ICA. Таким образом, уравнение 5,9,10 содержит три основных неизвестных: δi2, R1 и R2. Три уравнения с тремя неизвестными всегда имеют единственное решение. Такое решение, применяемое на практике для минимизации необходимой точности измерений, описано ниже.Three main different independent measurements are carried out, the meaning of each of which is given by one of the following equations:
Удобный параметр ΔV, который надо вычислять для приводимого здесь анализа, определяется следующим выражением:
ΔV = VM-VN (11)
Представляя VM из уравнения 9 и VN из уравнения 5, имеет для величины ΔV следующее выражение:
ΔV = a3•γ•(IM-IN)-a2a3δi2(RA+ΔR2) (12)
Используя уравнение 10 и разрешая относительно RA, имеем:
RA= {-DCA(a1a3ICA)}-ΔR1 (13)
Подставим RA из уравнения 13 в уравнение 12, имеем две величины ΔV выражение:
ΔV = (a2/a1)(σi2/ICA)D•VCA (член A)
+a3•γ•(IM-IN) (член B) (14)
-a2a3σi2(ΔR2-ΔR1) (член C).
Уравнение 14 является основным результатом настоящего анализа.The convenient parameter ΔV, which must be calculated for the analysis presented here, is determined by the following expression:
ΔV = V M -V N (11)
Representing V M from equation 9 and V N from
ΔV = a 3 • γ • (I M -I N ) -a 2 a 3 δ i2 (R A + ΔR 2 ) (12)
Using
R A = {-D CA (a 1 a 3 I CA )} - ΔR 1 (13)
We substitute R A from equation 13 into
ΔV = (a 2 / a 1 ) (σ i2 / I CA ) D • V CA (member A)
+ a 3 • γ • (I M -I N ) (term B) (14)
-a 2 a 3 σ i2 (ΔR 2 -ΔR 1 ) (member C).
Уравнение 14 имеет три члена, которые обозначены рядомстоящими буквами и в квадратных скобках. Член А дает полезную информацию, касающуюся измерения тока утечки, уходящего в формацию. Член В является первого порядка ошибкой, которая появляется, если измерительный ток IM не равен нулевому току IN и если разные части обсадной колонны имеют разные сопротивления. Член С является ошибкой второго порядка, которая равна произведению разности сопротивлений различных частей обсадной колонны и тока утечки, уходящего в формацию. Член С называется членом второго порядка, поскольку он равен произведению двух величин, каждая из которых чрезвычайно мала в идеальных условиях.
Чтобы дать представленные о сравнительных числовых значениях членов А, В и С и их сравнительной значимости, эти члены будут вычислены для следующих значений:
a1 a2 A (15)
a3 10
D 10
ΔR1= 0,1RA
ΔR2= +0,3RA
IN ICA Io.To give a presentation on the comparative numerical values of the terms A, B and C and their comparative significance, these terms will be calculated for the following values:
a 1 a 2 A (15)
a 3 10
ΔR 1 = 0.1R A
ΔR 2 = + 0.3R A
I N I CA I o .
Далее, чтобы подчеркнуть важность члена В, представляющего первого порядка ошибку, предположим, что токи IM и IN почти равны, что определяют равенство:
IM IN -0,01•Io (16)
Сначала используется уравнение 10 для вычисления величины VCA в член А уравнения 14, затем в уравнение 14 подставляют уравнения 15 и 16, используют уравнение 6 для вычисления величины γ, в результате чего для уравнения 14 получают:
член А = -0,80A•a3δi2RA (17)
член B = -0,004A•a3•Io•RA (18)
член C = -0,40A•a3•σi2•RA (19)
В этом примере член С, определяющий ошибку второго рода, значителен. Член А несет информацию, касающуюся тока утечки, исходящего от обсадной колонны:
Член С/член А 0,44 (20)
Член "ошибка второго порядка" обуславливает 44%-ную ошибку при вычислении тока утечки, если только член А уравнения 14 используется для вычисления тока утечки в формацию. Поэтому можно сделать вывод, что для повышения точности измерений необходимо усовершенствовать способы компенсации ошибок второго порядка.Further, to emphasize the importance of the term B, which is a first-order error, suppose that the currents I M and I N are almost equal, which determines the equality:
I M I N -0.01 • I o (16)
First,
term A = -0.80 A • a 3 δ i2 R A (17)
term B = -0.004A • a 3 • I o • R A (18)
term C = -0.40A • a 3 • σ i2 • R A (19)
In this example, the C term that defines the second kind of error is significant. Member A carries information regarding leakage current from the casing:
Member C / Member A 0.44 (20)
The term “second-order error” causes a 44% error in calculating the leakage current, unless member A of
Когда ток утечки составляет около 30 миллиампер и ток Io равен 5 амперам, отношение членов В и А равно:
Член В/член А 0,74 (21)
Следовательно, если токи IM и IN равны с точностью только 1% как в уравнении 16, 74% -ные измерительные ошибки можно ожидать в этом примере, если только член А в уравнении 14 использовать для вычисления тока утечки в формацию.When the leakage current is about 30 milliamps and the current I o is 5 amperes, the ratio of members B and A is:
Member B / Member A 0.74 (21)
Therefore, if the currents I M and I N are equal with an accuracy of only 1% as in
Результат уравнения 21 также подчеркивает важный аспект настоящего анализа. Если токи IM и IN разнились бы на 50% что типично для случая, когда полные токи, подаваемые на обсадную колонну через амперметр 42, остаются одинаковыми для различных состояний переключателя SW1, то в приведенном примере ошибки при измерении этой величины могли бы, по крайней мере, в 35 раз больше. Чтобы компенсировать также большие ошибки, сопротивления R1 и T2 следовало бы измерять с точностью, характеризуемой 5-десятичными разрядами, чтобы обеспечивалась требуемая точность измерения тока утечки. Эту 5-разрядную точность весьма трудно достичь в силу перекрестных искажений в линиях связи, магнитных наводок и других факторов, которые следует рассматривать в другом родственном приложении. В противоположность этому способу работы описанный выше требует произведение измерений различных величин лишь с постоянной точностью, характеризуемой обычно 3-десятичными разрядами, что значительно проще осуществить на практике.The result of equation 21 also emphasizes an important aspect of this analysis. If the currents I M and I N would differ by 50%, which is typical for the case when the total currents supplied to the casing through the
Поэтому при использовании одного варианта осуществления изобретения токи IM и IN следует приравнивать с точностью одной тысячной (1,0%), чтобы получить приемлемые измерительные ошибки тока утечки с точностью лучше 10% если член В в уравнении 14 будет игнорировать при интерпретации данных.Therefore, when using one embodiment of the invention, the currents I M and I N should be equated with an accuracy of one thousandth (1.0%) in order to obtain acceptable measuring errors of the leakage current with an accuracy of better than 10% if term B in
Следовательно, чтобы на практике избегать первого порядка ошибки измерений, если член В будет игнорироваться (и a1 a2 A), абсолютная величина (IM IN)≅ 0,001•Io (22).Therefore, in order to avoid first-order measurement errors in practice, if term B is ignored (and a 1 a 2 A), the absolute value (I M I N ) ≅ 0.001 • I o (22).
Уравнение 14 является основным результатом и используется для интерпретации данных. Поскольку установлены сравнительные значимости различных членов, изложенная ниже логика используется для преобразования уравнения 14 к форме, которая используется в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения. В частности, если коэффициенты усиления усилителя 26 и 28 равны, то для уравнения 14 полагают:
a1 a2 A (23)
Подставляя уравнение 23 в уравнение 6, для величины γ получаем следующее выражение, которое можно использовать для упрощения члена В в уравнении 14:
g = A(ΔR2-ΔR1) (24)
Член С в уравнении 14 можно преобразовать к другой форме, которая более пригодна для анализа, если уравнение 23 подставить в уравнение 5 и 6, в результате чего:
(ΔR2-ΔR1) = VN/(a3•A•IN) (25)
Затем уравнение 24 используется для упрощения члена В в уравнении 14 и уравнение 25 используется для упрощения члена С в уравнении 14, в результате чего:
Первая строка уравнения 26 имеет соответствующие члены А и С из уравнения 14. Вторая строка уравнения 26 соответствует члену В в уравнении 14. Обратите внимание, что этот второй член представляет собой математическое произведение разности сопротивлений между различными участками обсадной колонны и разности измерительного и нулевого токов, являясь членом "ошибки первого порядка" и который очень велик, если не сделать измерительный и нулевой токи равными по причинам, обсужденным выше.
a 1 a 2 A (23)
Substituting equation 23 into
g = A (ΔR 2 -ΔR 1 ) (24)
The term C in
(ΔR 2 -ΔR 1 ) = V N / (a 3 • A • I N ) (25)
The first line of
В предпочтительном способе работы экспериментальные параметры можно настраивать следующим образом:
IM IN Io I см (27)
На практике эти токи делают равными, требуя, чтобы напряжение на выходе усилителя 30 при переключателе SW2 в разомкнутом состоянии и переключателе SW3 в замкнутом состоянии было бы одинаково для обеих состояний переключателя SW1. Для каждой позиции переключателя SW1 выполняются необходимые регулировки выходного напряжения генератора сигналов 14, изображенного на фиг. 1 для того, чтобы ток, текущий между электродами С и Д оставался одинаковым в предпочтительном варианте осуществления изобретения.In a preferred mode of operation, the experimental parameters can be adjusted as follows:
I M I N I o o I cm (27)
In practice, these currents are made equal, requiring that the voltage at the output of
Если уравнение 27 точно удовлетворено, то член В в уравнении 26 равен нулю. Используя уравнение 11 для исключения величины ΔV в уравнение 26 можно привести к следующему виду:
δi2= Io[VM-VN]/[DVCA-VN] (28)
Это первостепенной важности результат, определяющий величину δi2, на которую не влияют второго порядка ошибки измерения, обусловленные различными сопротивлениями в соседних участках обсадной колонны. На величину δi2 также не влияют первого порядка ошибки измерения.If equation 27 is exactly satisfied, then term B in
δ i2 = I o [V M -V N ] / [DV CA -V N ] (28)
This is a result of paramount importance, which determines the value of δ i2 , which is not affected by second-order measurement errors due to various resistances in neighboring sections of the casing. The value of δ i2 is also not affected by the first order of measurement error.
Следовательно по крайней мере, три измерения различных величин надо выполнить, чтобы исключить существенно измерительные ошибки и получить точные результаты. В приведенном выше случае три независимых измерения выполняются для измерения трех экспериментально независимых величин: δi2, R1 и R2. Другими словами, первое и второе компенсационные измерения выполняются для корректировки третьего измерения тока утечки в формацию от обсадной колонны для получения точных результатов.Therefore, at least three measurements of various quantities must be performed in order to eliminate essentially measuring errors and obtain accurate results. In the above case, three independent measurements are performed to measure three experimentally independent quantities: δ i2 , R 1 and R 2 . In other words, the first and second compensation measurements are performed to correct the third measurement of leakage current into the formation from the casing to obtain accurate results.
Далее устройство использовалось в трех различных конфигурациях, которые обеспечивают использование его в качестве первого компенсирующего устройства (предпочтительное нулевое состояние) и затем в качестве второго компенсирующего устройства (предпочтительное калибровочное состояние) для получения точных измерений тока утечки (в предпочтительном измерительном состоянии). Further, the device was used in three different configurations, which ensure its use as a first compensating device (preferred zero state) and then as a second compensating device (preferred calibration state) to obtain accurate measurements of leakage current (in a preferred measuring state).
Следует кратко заметить, что уравнение 6 в известном способе (1) используется для исключения различных видов измерительных ошибок. Это уравнение проанализировано в свете изложенных выше концепций. Другими словами, уравнение 6 фактически исключает первого порядка ошибки измерений, подобные члену В в уравнении 14. Однако оно не исключает второго порядка ошибки измерения, подобные члену С в уравнении 14. Приведенный пример показывает, что второго порядка ошибки измерения значительны и что необходим способ, состоящий из двух независимых компенсационных шагов и одного измерительного шага, для исключения этих второго порядка измерительных ошибок. It should be briefly noted that
В прототипе (4) описан способ анализа для определения удельного сопротивления прилегающих формаций. Смотрите, в частности, уравнения 6,8 и уравнение 9, как оно направлено в Сертификате изменений. Однако в этом патенте речь идет о величине ΔI, которая является суммарной токовой потерей между электродами С-Д и между электродами Д Е. Однако, здесь этот способ работы дает различие между токовой потерей δi1 между электродами С и Д и токовой потерей δi2 между электродами Д и Е. Поэтому, используя аппроксимацию моделью с сосредоточенными компонентами, имеем:
δi2= ΔI-δi1 (29)
Для определения удельного сопротивления прилегающей формации нужно выполнить следующий анализ. Контактное сопротивление Rc цилиндрического электрода длиной t и диаметром d находящегося в контакте с формацией удельного сопротивления ρ вычисляется по следующей формуле:
Rc= ρ{Ln(4t/d)]/(2πt) = ρc. (30)
Геометрическая константа С определяется теоретическими обоснованиями уравнения 30. Экспериментально замеряемое значение контактного сопротивления Rc дает следующая формула:
Rc= Vc/δi2
Величина Vo в уравнении 31 равна замеряемому потенциалу обсадной колонны при токе Io, входящем в уравнение 28. Поэтому удельное сопротивление ρ дает выражение:
r = Vo/(C•δi2) (32)
Очень удобно определить новый параметр К так: K I/C (33)
Тогда уравнение 32 можно переписать:
ρ = KVo/δi2 (34) (34)
Используя определение Rc из уравнения 31, можно уравнение 34 преобразовать к окончательному виду:
ρ = KRc (35)
Уравнение 35 является конечным результатом, используемым для интерпретации данных, предпочтительного способа работы. Параметр К имеет размерность в метрах, что принято, поскольку Ro измеряется в омах и удельное сопротивление измеряется в единицах Ом-метров. Любые значения параметров К, вычисленные по уравнениям 30 и 33, для заданных диаметра обсадной колонны и расстояния между измеряющими напряжение электродами, обосновываются достоверностью аргумента, что секция обсадной колонны длиной t может быть аппроксимирована эллипсоидом вращения. Поэтому следует ожидать,что любое значение К, вычисленное в соответствии с этим анализом, не будет очень точным по причине такой аппроксимации. Есть основания, однако, ожидать, что параметр К можно определить эмпирически с достаточной точностью. Калибрование устройства с использованием формации с известным удельным сопротивлением, которое прилегает к обсадной колонне и чье сопротивление было замерено до установки обсадной колонны, является достаточной мерой для эмпирического определения параметра К. Рассматривая уравнение 30 и 33, можно ожидать, что параметр К будет функцией диаметра трубы. Исходя из этих двух уравнений, можно ожидать, что параметр К будет функцией расстояния между измеряющими напряжение электродами.The prototype (4) describes an analysis method for determining the resistivity of adjacent formations. See, in particular, Equations 6.8 and Equation 9 as directed in the Certificate of Change. However, this patent deals with ΔI, which is the total current loss between the electrodes C-D and between the electrodes D E. However, here this method of operation gives a difference between the current loss δ i1 between the electrodes C and D and the current loss δ i2 between electrodes D and E. Therefore, using approximation by a model with lumped components, we have:
δ i2 = ΔI-δ i1 (29)
To determine the resistivity of an adjacent formation, the following analysis should be performed. The contact resistance R c of a cylindrical electrode of length t and diameter d in contact with the formation of resistivity ρ is calculated by the following formula:
R c = ρ {L n (4t / d)] / (2πt) = ρc. (thirty)
The geometric constant C is determined by the theoretical justification of
R c = V c / δ i2
The value of V o in equation 31 is equal to the measured potential of the casing at a current I o included in
r = V o / (C • δ i2 ) (32)
It is very convenient to determine the new parameter K as follows: KI / C (33)
Then
ρ = KV o / δ i2 (34) (34)
Using the definition of R c from equation 31, you can convert
ρ = KR c (35)
Equation 35 is the end result used to interpret the data, the preferred mode of operation. The parameter K has a dimension in meters, which is customary because R o is measured in ohms and resistivity is measured in units of ohm meters. Any values of the parameters K calculated according to
Вторая основная часть настоящей спецификации со ссылками на рис. 6 описывает устройство, приспособленное собирать данные во время движения, что позволяет реализовать предшествующий фундаментальный анализ. Предпочтительное устройство, оптимально приспособленное к сбору данных во время движения и реализующее описанные выше фундаментальные способы анализа, нуждается в машине, которая одновременно собирает данные, аналогичные тем, которые собираются в предпочтительном измерительном состоянии, предпочтительном нулевом состоянии и предпочтительном калибровочном состоянии. Устройство, изображенное на фиг. 6, приспособлено собирать данные в аналогичном предпочтительном измерительном состоянии на первой рабочей частоте, обозначаемой "F(I)" возможно, 1 Гц, оно приспособлено одновременно собирать данные в аналогичном предпочтительном нулевом состоянии на второй рабочей частоте, обозначаемой "F(2)" возможно, 2 Гц, оно приспособлено одновременно собирать данные в аналогичном предпочтительном калибровочном состоянии, которое используется для поддержания тока, текущего между электродами С и Д на двух рабочих частотах, таким, как этого требует приведенное выше уравнение 27. The second main part of this specification with reference to Fig. 6 describes a device adapted to collect data during movement, which allows the implementation of the previous fundamental analysis. A preferred device, optimally adapted to collect data while moving and implementing the fundamental analysis methods described above, needs a machine that simultaneously collects data similar to those collected in a preferred measurement state, preferred zero state, and preferred calibration state. The device shown in FIG. 6, it is adapted to collect data in a similar preferred measuring state at a first operating frequency denoted by “F (I)” possibly 1 Hz, it is adapted to simultaneously collect data in a similar preferred zero state at a second operating frequency denoted “F (2)” possibly , 2 Hz, it is capable of simultaneously collecting data in a similar preferred calibration state, which is used to maintain the current flowing between electrodes C and D at two operating frequencies, such as that required by the drive Equation 27 above.
Чтобы обеспечить последовательность изложения, элементы фиг. 6 сначала кратко сравниваются с элементами на рисунках с 1 по 5. Такое введение также служит для расшифровки разнообразных надписей, имеющих на фиг.6. Элементы N 2, 4, 6, 8 и 10 уже описаны. Электроды А, В, С, Д, Е, F и расстояния L1, L2, L3, L4 уже описаны. Величины δi1 и δi2 уже описаны выше. Усилители с обозначениями А1, А2 и А3 аналогичны соответственно, усилителям 26, 28 и 30, представленным на рисунках 1, 3, 4, 5. Дополнительно устройство, изображенное на фиг.6, имеет следующее: (a) два сигнальных генератора, обозначенных "SGIat F(I)" и "GI atF(2)"и работающих соответственно, на первой и второй рабочих частотах,
(б) два усилителя мощности, обозначенные надписями "РА 1" и "РА 2".In order to ensure consistency, the elements of FIG. 6 are first briefly compared with the elements in figures 1 to 5. This introduction also serves to decipher the various inscriptions in FIG. 6.
(b) two power amplifiers, marked with the words "
(в) пять фазочувствительных детекторов, обозначенных надписями "PSD 1", "PSD 2", "PSD 3", "PSD 4" и "PSD 5", которые соответственно, имеют каждый по измерительному входу, обозначенному SIG, каждый по входу для опорного сигнала, обозначенному "REF", каждый по выходу, обозначенному стрелкой, направленной от соответствующего устройства и каждый из которых не воспринимает любые сигнальные напряжения на частотах, не равных той, которую имеет соответствующий опорный сигнал. (c) five phase-sensitive detectors labeled "
(г) "дифференциальный усилитель ошибки", обозначенное "Error Difference amp",
(д) устройство, которое напряжением управляет коэффициентом усиления, именуемое "устройством управляемого напряжением коэффициента усиления", обозначенное "VCG".(d) "differential error amplifier", indicated by "Error Difference amp",
(e) a device that voltage controls the gain, referred to as a "voltage controlled gain device", designated "VCG".
(e) дополнительный токопроводящий электрод, обозначенный "Н" (который располагается на расстоянии L5 выше электрода А, не изображен),
(ж) дополнительный измеряющий напряжение электрод, обозначенный "I" (расположенный на расстоянии L6 ниже электрода F, не изображен).(e) an additional conductive electrode labeled “H” (which is located at a distance L 5 above electrode A, not shown),
(g) an additional voltage measuring electrode marked “I” (located at a distance L 6 below the electrode F, not shown).
(з) измеряющие ток устройства или амперметры, обозначенные "11" и "12",
(и) и дифференциальный усилитель напряжения, обозначенный "А4" на фиг.6.(h) current-measuring devices or ammeters indicated by "11" and "12",
(i) and a differential voltage amplifier indicated by “A4” in FIG. 6.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Как и при аналогичном "предпочтительному измерительному состоянию", сигнальный генератор SGI создает базисное сигнальное напряжение на SCG, который определяет уровень выхода РА I, который пропускает ток на частоте F(1) через измеритель 11, через кабель 44 на электрод А и затем между электродами А и В через геологическую формацию, а от электрода В через кабель 46 обратно на РА 1. Таким образом, создается падение напряжения на частоте F(1) вдоль обсадной колонны между электродами С-Д и Д-Е. Усилитель А1 воспринимает разность напряжений электродов С-Д, усилитель А2 воспринимает разность напряжений электродов Д-Е, и усилитель А3 воспринимает разность напряжений на выходах соответственно, усилителей А2 и А1, которая передается вверх по кабелю на PSD 1 и PSD 3. Напряжение, измеряемое PAD 1, аналогично определенному выше VM.As with the similar "preferred measurement state", the SGI signal generator generates a basic signal voltage to the SCG, which determines the output level of RA I, which passes current at a frequency F (1) through
Как и при аналогичном "предпочтительном нулевом состоянии" сигнальный генератор SG 2 создает базисное сигнальное напряжение, которое определяет уровень выхода РА 2, который пропускает ток на частоте F(2) через измеритель 12, через кабель 50 на электрод Н через участок обсадной колонны к электроду F и обратно через кабель 52 на РА 2. Таким образом, создается падение напряжения на частоте F(2) вдоль обсадной колонны между электродами С-Д и Д-Е. Усилитель А1 воспринимает разность напряжений электродов С-Д, усилитель А2 воспринимает разность напряжений электродов Д-Е, и усилитель А3 воспринимает разность напряжений на выходах соответствующих усилителей А2 и А1, которая затем передается вверх по кабелю 48 на РО 1 и РО 3. Напряжение, измеряемое РО 3, аналогично определенному выше VN.As with the similar “preferred zero state”,
Как и при аналогичном "предпочтительном калибровочном состоянии", падение напряжения между электродами С-Д, усиленное усилителем А1, по кабелю 54 поступает на PSD 2 и PSD 4. РО 4 измеряет величину, характеризующую ток на частоте F(1) через участок обсадной колонны между электродами С-Д, PSD 2 измеряет величину, характеризующую ток на частоте F(2) через участок обсадной колонны между электродами С-Д. Выходные сигналы PSD 2 и PSD 4 поступают по кабелям соответственно 56 и 58 на дифференциальный усилитель ошибки, который подает сигнал ошибки на VCG по кабелю 60. Напряжение, приложенное SG1 по кабелю 62 к VCG, характеризует базовый уровень тока, проходящего через измеритель 11. Однако, напряжение ошибки, передаваемое кабелем 60 на VCG вызывает регулировки тока, проходящего через 11, таким образом, что токи на частотах F(1) и F(2), проходящие через участок обсадной колонны между электродами С и Д оказываются равными с точностью, определяемой уравнением 22. As with the similar “preferred calibration state”, the voltage drop between the CD electrodes, amplified by amplifier A1, is fed through
Для определения удельного сопротивления нужно иметь потенциальное напряжение Vo. Электрод I обеспечивает напряжение на одном из двух входов усилителя А4, а другое входное напряжение создает электрод С. Сигнал разностного напряжения с выхода усилителя А4 поступает на РО 5 по кабелю 64. PSD 5 получает опорное напряжение на частоте F(1) от SG1. Vo измеряют PSFD 5 на частоте F(1). Таким образом, записывающая и вычисляемая система обеспечивается информацией, достаточно для вычисления удельного сопротивления в форме, аналогичной уравнению 32.To determine the resistivity, you need to have a potential voltage V o . The electrode I provides voltage at one of the two inputs of amplifier A4, and the other input voltage creates electrode C. The differential voltage signal from the output of amplifier A4 is fed to
Для целей внесения ясности, обратите внимание, что SG1 создает выходное напряжение на частоте F(1), его выход соединен с узлом "напряжение" 66, который, в свою очередь, соединен с опорными входами PSD 1, PSD 4 и PSD 5. Далее, обратите внимание, SG 2 создает выходное напряжение на частоте F(2), его выход соединен с узлом "напряжение" 68, который, в свою очередь, соединен с опорными входами PSD 2 и PSD 3. For the sake of clarity, note that SG1 generates an output voltage at frequency F (1), its output is connected to the node “voltage” 66, which, in turn, is connected to the
Цифровая записывающая система 70 обозначена надписью "ДIG REC SYSTEM". Она способна собирать данные, выполнять вычисления на встречном компьютере и выдавать результаты обработки данных в форме каротажных схем, как принято при каротаже скважин. Выход PSD 5 соединен с входом цифровой записывающей системы проводом 72. Аналогично, выход PSD 1 соединен с входом цифровой записывающей системы проводом 74. Однако, чтобы избежать излишнюю сложность рис.6, только кусок провода (обозначенный 74) изображен в виде стрелки, исходящей на PSD 1 и только конец этого провода, непосредственно соединенный с входом цифровой записывающей системы, изображен в виде входящей стрелки (также обозначенной 74). Вообще исходящая оцифрованная стрелке на фазочувствительном детекторе представляет провод, соединенный с его входом. Стрелка, входящая в цифровую записывающую систему, представляет собой провод, соединенный с ее входом. Стрелка, исходящая из фазочувствительного детектора, имеющая определенный номер, должна быть соединена проводом с соответствующей стрелкой, входящей в цифровую записывающую систему. Таким образом, выход PSD 3 соединен с входом цифровой записывающей системы проводом 76. Выход PSD 2 соединен проводом 78 с входом цифровой записывающей системы. Выход PSD 4 соединен проводом 80 с входом цифровой записывающей системы. Дополнительно, провод 82 соединяет выход усилителя А2 с входом усилителя А3. Многие сопряженные фазочувствительные детекторы имеют цифровые выходы. Такие цифровые выходы можно считать идеальными для подачи цифровых данных на компьютер, встроенный в цифровую записывающую систему. С другой стороны, многие более старых моделей фазочувствительные детекторы имеют только аналогичные входы. В таком случае соответствующими входами цифровой записывающей системы должны, очевидно, быть аналого-цифровые преобразователи, осуществляющие связь с компьютером, встроенным в цифровую записывающую систему. Этот встроенный компьютер способен выполнять стандартные математические вычисления. Данные, таким образом полученные, дают достаточно информации, чтобы вычислить ток утечки, аналогичный определенному уравнением 28. Точное алгебраическое выражение, приемлемое для устройства, зависит от коэффициентов, выбранных для усилителей А1, А2, А3 и А4, однако, очень просто определить уравнение, аналогичное уравнению 28, для подвижной системы. После этого компьютер будет способен вычислять ток утечки в формацию. Информация, поступающая на цифровую записывающую систему, также достаточна для определения потенциального напряжения Vo. Компьютер способен вычислять удельное сопротивление прилегающей геологической формации по формуле 34. Зависимость удельного сопротивления от глубины скважины выдается в форме типичной каротажной схемы, характерной для каротажа скважин.The
Резюмируя, отметим: PSD 1 измеряет величину, аналогичную Vm, PSD 3 измеряет величину, аналогичную Vn, PSD 2 и PSD 4 используются для поддержания на двух частотах постоянства тока между электродами С и Д, и PSD 5 измеряет Vo. Записывающая и вычисляющая система вычисляет ток утечки в формацию, локальное потенциальное напряжение обсадной колонны и удельное сопротивление прилегающей геологической формации во время перемещения системы вверх по скважине.Summarizing, we note:
Другие компоненты, обычно используемые при проведении каротажных работ, должны комплектоваться с устройством, они не изображены однако среди них, инструменты для измерения глубины, каротажные машины и кабели, корпуса для опускаемых в скважину приборов и устройств и т.д. Предполагается, что для создания детального проекта и изготовления устройства должны быть использованы значения достигнутого уровня техники. Должны использоваться типовые способы отладки устройства, включающие эмпирическое определение максимальной скорости вертикального подъема устройства путем постепенного повышения скорости до момента, когда будет достигнута критическая скорость, при которой результаты не согласуются с результатами, получаемыми при стационарных измерениях или при более низких скоростях. Other components commonly used in logging operations should be equipped with a device, but they are not shown, however, among them are tools for measuring depth, logging machines and cables, housings for instruments and devices lowered into the well, etc. It is assumed that to create a detailed design and manufacture of the device should be used the values of the achieved level of technology. Typical device debugging methods should be used, including empirical determination of the maximum vertical lift speed of the device by gradually increasing the speed until a critical speed is reached at which the results are not consistent with the results obtained from stationary measurements or at lower speeds.
Хотя в приведенном выше описании много конкретностей, они не должны истолковываться, как ограничения на объем изобретения, а лишь, как пояснение примером предпочтительных вариантов. Далее, описанное устройство и способ можно использовать, по крайней мере, для следующих способов: локализация невскрытых нефти и газа, оценка пористых пород, наблюдение водных потоков, измерение количественных насыщений, измерения проницаемости и измерения через бурильную колонну с закрепленным на ней бурильным долотом. Соответственно, объем изобретения не определяется проиллюстрированными вариантами, а определяется приложенной формулой или ее эквивалентом. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 Although the above description has many specifics, they should not be construed as limitations on the scope of the invention, but merely as an explanation of an example of preferred options. Further, the described device and method can be used at least for the following methods: localization of unopened oil and gas, evaluation of porous rocks, observation of water flows, measurement of quantitative saturations, permeability measurements and measurements through a drill string with a drill bit attached to it. Accordingly, the scope of the invention is not determined by the illustrated options, but is determined by the attached formula or its equivalent. YYY2 YYY4
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5001355 RU2065957C1 (en) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | Method for measuring electrochemical properties of formations adjacent to hole |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5001355 RU2065957C1 (en) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | Method for measuring electrochemical properties of formations adjacent to hole |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2065957C1 true RU2065957C1 (en) | 1996-08-27 |
Family
ID=21585043
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5001355 RU2065957C1 (en) | 1991-07-24 | 1991-07-24 | Method for measuring electrochemical properties of formations adjacent to hole |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2065957C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2630335C2 (en) * | 2011-11-18 | 2017-09-07 | Цой Валентин | Method of logging wells, cased with metal column |
RU2630991C1 (en) * | 2011-12-27 | 2017-09-15 | Цой Валентин | Device for logging wells cased with metal string |
-
1991
- 1991-07-24 RU SU5001355 patent/RU2065957C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Патент США N 4796186, кл. G 01R 27/02, 1989. 2. Патент США N 4837518, кл. G 01V 3/18, 1989. 3. Патент СССР N 56026, кл. G 01V 3/22, 1939. 4. Патент США N 4820989, кл. G 01V 3/02, 1989. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2630335C2 (en) * | 2011-11-18 | 2017-09-07 | Цой Валентин | Method of logging wells, cased with metal column |
RU2630991C1 (en) * | 2011-12-27 | 2017-09-15 | Цой Валентин | Device for logging wells cased with metal string |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7034538B2 (en) | Method for measuring earth formation resistivity through an electrically conductive wellbore casing | |
US4820989A (en) | Methods and apparatus for measurement of the resistivity of geological formations from within cased boreholes | |
US5075626A (en) | Electronic measurement apparatus movable in a cased borehole and compensating for casing resistance differences | |
US5999884A (en) | Method for determining the axial position of formation layer boundaries using measurements made by a transverse electromagnetic induction logging instrument | |
US5510712A (en) | Method and apparatus for measuring formation resistivity in cased holes | |
US7388382B2 (en) | System for measuring Earth formation resistivity through an electrically conductive wellbore casing | |
CN1036683C (en) | electrical logging system | |
WO1993021589A1 (en) | Alternating and static magnetic field gradient measurements for distance and direction determination | |
EP1173782B1 (en) | A method and apparatus for determining the resistivity of a formation through which a cased well passes | |
US5223794A (en) | Methods of operation of apparatus measuring formation resistivity from within a cased well having one measurement and two compensation steps | |
US4335353A (en) | Method and apparatus for detecting an anomaly in a resistivity measurement of an earth formation | |
US5043669A (en) | Methods and apparatus for measurement of the resistivity of geological formations from within cased wells in presence of acoustic and magnetic energy sources | |
CA2258410A1 (en) | Radial sounding electrical well logging instrument | |
WO2000067047A1 (en) | A method and apparatus for determining the resistivity of a formation through which a cased well passes | |
RU2065957C1 (en) | Method for measuring electrochemical properties of formations adjacent to hole | |
EP1291678B1 (en) | A method and apparatus for determining the resistivity of a formation surrounding a cased well | |
US6353322B1 (en) | Method for automatically calibrating resistivity well logs for effects of change in wellbore diameter and circuit drift | |
US3452269A (en) | Methods and apparatus for investigating earth formations including adjusting the potential distribution in an axial direction through a borehole | |
CA2524728C (en) | System for measuring earth formation resistivity through an electrically conductive wellbore casing | |
EP0575318B1 (en) | An electronic measurement apparatus movable in a cased borehole and compensating for casing resistance differences | |
CA2037563C (en) | Electronic measurement apparatus movable in a cased borehole and compensating for casing resistance differences | |
RU1798754C (en) | Method for electric logging through metal pipes | |
SU1753435A1 (en) | Device for side logging | |
CN114961707A (en) | Drilling device for lateral resistivity | |
MXPA01010730A (en) | A method and apparatus for determining the resistivity of a formation through which a cased well passes |