RU2361246C1 - Method of electrical logging cased wells - Google Patents
Method of electrical logging cased wells Download PDFInfo
- Publication number
- RU2361246C1 RU2361246C1 RU2008105774/28A RU2008105774A RU2361246C1 RU 2361246 C1 RU2361246 C1 RU 2361246C1 RU 2008105774/28 A RU2008105774/28 A RU 2008105774/28A RU 2008105774 A RU2008105774 A RU 2008105774A RU 2361246 C1 RU2361246 C1 RU 2361246C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- electrodes
- probe
- potential
- measuring
- Prior art date
Links
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области геофизических исследований скважин и предназначено для определения удельного электрического сопротивления горных пород, окружающих обсаженную металлической колонной скважину.The invention relates to the field of geophysical research of wells and is intended to determine the electrical resistivity of rocks surrounding a cased metal column well.
Известен способ электрического каротажа обсаженных скважин на основе двухполюсного симметричного пятиэлектродого зонда, где измеряют потенциал электрического поля, его певую и вторую разности (Кашик А.С., Рыхлинский Н.И. и др. Способ электрического каротажа обсаженных скважин. Патент №2176802 от 20.02.2001. Бюл. №34. 2001.) [1]. Этим способом исключаются связанные с непостоянством погонного электрического сопротивления обсадной колонны искажения за счет поддержания тока в токовых электродах зонда такой величины, которая вызывает появление экстремума электрического потенциала в точке его измерения. Недостатком этого способа является то, что при подаче тока в токовые электроды зонда силовой кабель проходит мимо электрических линий приемных электродов. Благодаря этому возникает индукционная наводка на приемные цепи, что существенно снижает динамический диапазон измерения удельных электрических сопротивлений окружающих колонну пластов горных пород до 25 Ом·м с погрешностью выше 10%.There is a method of electric cased hole logging based on a bipolar symmetric five-electrode probe, which measures the potential of the electric field, its singing and second difference (Kashik A.S., Rykhlinsky N.I. et al. Method for electric cased hole logging. Patent No. 2176802 from 20.02 .2001, Bull. No. 34. 2001.) [1]. This method eliminates distortions associated with the inconstancy of the linear electrical resistance of the casing by maintaining the current in the current electrodes of the probe of such a magnitude that causes the appearance of an extremum of the electric potential at the point of measurement. The disadvantage of this method is that when a current is applied to the current electrodes of the probe, the power cable passes by the electric lines of the receiving electrodes. Due to this, induction induction on the receiving circuits arises, which significantly reduces the dynamic range of measuring the specific electrical resistances of the rock formations surrounding the column to 25 Ohm · m with an error of more than 10%.
Известен способ электрического каротажа обсаженных скважин на основе двухполюсного симметричного пятиэлектродого зонда (Кашик А.С., Рыхлинский Н.И. и др. Способ электрического каротажа обсаженных скважин. Патент №2229735 от 22.04.2003. Бюл. №15. 2004.) [2], где эти индукционные наводки устраняются. Но этим способом поддержание экстремума потенциала осуществляется при помощи расположенного в скважинном приборе автоматического аналогового автокомпенсатора, который управляется там же в скважинном приборе полезными сигналами в нановольтовом диапазоне, которые во много раз ниже сигналов-помех, связанных с тепловыми шумами, индукционными наводками, теллурическими токами, контактными электродными потенциалами и др., что приводит к неустойчивой работе этого автокомпенсатора и делает недоступным контроль за его работой. Поэтому этот способ не нашел применения в практике каротажа обсаженных скважин.A known method of electric logging of cased wells based on a bipolar symmetric five-electrode probe (Kashik A.S., Rykhlinsky N.I. et al. Method of electric logging of cased wells. Patent No. 2229735 of 04.22.2003. Bull. No. 15. 2004.) [ 2], where these induction inductions are eliminated. But this way, the extremum of the potential is maintained using an automatic analog auto-compensator located in the downhole tool, which is controlled in the downhole tool by useful signals in the nanovolt range, which are many times lower than interference signals associated with thermal noise, induction pickups, telluric currents, contact electrode potentials, etc., which leads to unstable operation of this auto-compensator and makes monitoring its operation inaccessible. Therefore, this method has not found application in cased hole logging practice.
Отметим, что любой способ электрического каротажа обсаженных сплошной металлической колонной скважин поставлен в условия работы с полезными сигналами в нановольтовом диапазоне, которые во много раз ниже сигналов-помех, если последние не подавлять.It should be noted that any method of electric logging of wells cased by a solid metal casing is set in working conditions with useful signals in the nanovolt range, which are many times lower than interference signals if they are not suppressed.
В предложенном способе решается задача подавления сигналов-помех на фоне полезных измеряемых сигналов и, как следствие этого, решается задача повышения динамического диапазона определения истинного удельного электрического сопротивления окружающих скважину пластов горных пород свыше 100 Ом·м с погрешностью измерения до 5%.The proposed method solves the problem of suppressing interference signals against the background of useful measured signals and, as a result of this, solves the problem of increasing the dynamic range of determining the true electrical resistivity of the rock formations surrounding the well above 100 Ohm · m with a measurement error of up to 5%.
Этот технический результат достигается тем, что в способе электрического каротажа обсаженных скважин с пятиэлектродным зондом, выполненным в виде последовательно и равноудаленно расположенных вдоль оси скважины трех измерительных электродов и установленных за их пределами симметрично относительно среднего измерительного электрода двух токовых электродов, в которые поочередно подают двуполярные прямоугольные импульсы постоянного электрического тока, и при каждой из подач тока через заданное время после его каждой переполюсовки измеряют потенциал электрического поля среднего измерительного электрода, первую разность потенциалов между крайними измерительными электродами и вторую разность потенциалов посредством измерительного датчика второй разности потенциалов, состоящего из двух соединенных последовательно электрических сопротивлений, к крайним зажимам которых подключают крайние измерительные электроды, а вход измерителя второй разности потенциалов подключают одной клеммой к центральному измерительному электроду, а другой - к общей точке этих сопротивлений; на основе указанных измеренных электрических сигналов определяют удельное электрическое сопротивление окружающих скважину пластов горных пород; согласно изобретению, двуполярные импульсы тока задают с частотой не более 0,5 Гц; измерительный датчик второй разности потенциалов выполняют из электрических сопротивлений с номинальными значениями 100 Ом и менее, тепловые шумы которых при указанной частоте импульсов тока не превышают одного нановольта на входе работающего в нановольтовом диапазоне измерителя второй разности потенциалов; измеренные электрический потенциал, его первую и вторую разности и токи обоих токовых электродов оцифровывают с частотой квантования 30 Гц и более, причем начало оцифровки первой и второй разностей потенциалов и токов осуществляют не ранее чем через 0,2 секунды после переполюсовки тока, а начало оцифровки потенциала - не ранее чем через 0,8 секунды;This technical result is achieved by the fact that in the method of electric logging of cased wells with a five-electrode probe, made in the form of three measuring electrodes sequentially and equally spaced along the axis of the well and installed outside them symmetrically relative to the average measuring electrode of two current electrodes, into which bipolar rectangular pulses of direct electric current, and at each of the current supplies after a predetermined time after each polarity reversal from measure the potential of the electric field of the middle measuring electrode, the first potential difference between the extreme measuring electrodes and the second potential difference by means of a measuring sensor of the second potential difference, consisting of two electrical resistors connected in series, to the extreme terminals of which the extreme measuring electrodes are connected, and the input of the meter of the second potential difference is connected one terminal to the central measuring electrode, and the other to the common point of these resistances eny; on the basis of these measured electrical signals, the electrical resistivity of the rock formations surrounding the well is determined; according to the invention, bipolar current pulses are set with a frequency of not more than 0.5 Hz; the measuring sensor of the second potential difference is made of electrical resistances with nominal values of 100 Ohms or less, the thermal noise of which at the indicated frequency of current pulses does not exceed one nanovolt at the input of the second potential difference meter operating in the nanovolt range; the measured electric potential, its first and second differences and the currents of both current electrodes are digitized with a quantization frequency of 30 Hz or more, and the start of digitization of the first and second potential and current differences is carried out no earlier than 0.2 seconds after the polarity reversal, and the beginning of the potential digitization - not earlier than after 0.8 seconds;
при этом значение каждого кванта оцифровки всех сигналов, находящегося под своим номером в зоне положительного полупериода двуполярного импульса тока, вычитают из значения кванта оцифровки, находящегося под тем же номером в зоне отрицательного полупериода; затем значение каждого полученного разностного кванта оцифровки электрического потенциала и его первой и второй разностей, следующего под тем или иным номером, делят на безразмерный модуль значения кванта тока соответствующего номера; полученные значения массивов всех оцифрованных разностных и пронормированных на модули токов квантов электрического потенциала, его первой и второй разностей фильтруют с помощью высокочастотного фильтра для минимизации влияния тепловых шумов, теллурических токов и резко выделяющихся значений; каждые отфильтрованные кванты потенциала, его первой и второй разностей и кванты токов соответственно суммируют и осредняют и определяют удельное электрическое сопротивление ρn окружающих скважину пластов горных пород по формулеthe value of each quantum of digitization of all signals located under its number in the zone of the positive half-cycle of the bipolar current pulse is subtracted from the value of the quantum of digitization, which is under the same number in the zone of the negative half-period; then the value of each received difference quantum of digitization of the electric potential and its first and second differences following under one or another number are divided into the dimensionless module the values of the current quantum of the corresponding number; the obtained values of the arrays of all digitized difference and normalized quanta currents of quanta of electric potential, its first and second differences are filtered using a high-pass filter to minimize the effect of thermal noise, telluric currents and sharply distinguished values; each filtered potential quanta, its first and second differences and current quanta are respectively summed and averaged and the electrical resistivity ρ n of the rock formations surrounding the well is determined by the formula
гдеWhere
Ωz - электрическое сопротивление участка скважины, измеренное между крайними измерительными электродами зонда;Ω z is the electrical resistance of the well section, measured between the extreme measuring electrodes of the probe;
κ - коэффициент фокусировки, определяемый из условия необходимости равенства нулю результирующей нормированной разности потенциалов между крайними измерительными электродами зонда из уравненияκ is the focusing coefficient, determined from the condition that the resulting normalized potential difference between the extreme measuring electrodes of the probe be equal to zero from the equation
UN(IA1), UN(IA2) - соответственно зависящие от токов первого А1 и второго A2 токовых электродов зонда потенциалы электрического поля центрального измерительного электрода зонда, полученные после суммирования и осреднения отфильтрованных их квантов;U N (I A1 ), U N (I A2 ) are the potentials of the electric field of the central measuring electrode of the probe, depending on the currents of the first A 1 and second A 2 current electrodes of the probe, obtained after summing and averaging the filtered quanta thereof;
ΔU(IA1), ΔU(IA2), Δ2U(IA1), Δ2U(IA2) - соответственно зависящие от токов первого ΔU (I A1 ), ΔU (I A2 ), Δ 2 U (I A1 ), Δ 2 U (I A2 ) - respectively, depending on the currents of the first
А1 и второго А2 токовых электродов зонда первые и вторые разности потенциалов электрического поля, полученные после суммирования и осреднения отфильтрованных их квантов;And 1 and the second And 2 of the current electrodes of the probe, the first and second potential differences of the electric field obtained after summing and averaging their quanta filtered;
IA1, IA2 - токи токовых электродов зонда А1 и А2,I A1 , I A2 - currents of the current electrodes of the probe A 1 and A 2 ,
|IA1|, |IA2| - безразмерные модули токов IA1, IA2, полученные после суммирования и осреднения отфильтрованных их квантов;| I A1 |, | I A2 | - dimensionless current modules I A1 , I A2 , obtained after summing and averaging their filtered quanta;
k - геометрический коэффициент зонда.k is the geometric coefficient of the probe.
Как уже отмечалось выше, любой способ электрического каротажа обсаженных сплошной металлической колонной скважин поставлен в условия работы с полезными сигналами в нановольтовом диапазоне, которые во много раз ниже сигналов-помех, среди которых являются: помехи, связанные с непостоянством погонного электрического сопротивления обсадной колонны; помехи, связанные с непостоянством тока питания токовых электродов зонда, вызванного как с недостаточной для работы в нановольтовом диапазоне стабильностью источника питания, так и с непостоянством электрического сопротивления токовой цепи; помехи, связанные с индукционными наводками питающих токовые электроды зонда линий на линии измерительных электродов зонда; помехи, связанные с контактными электродными потенциалами; тепловые помехи; теллурические помехи; случайные импульсные помехи.As noted above, any method of electric logging cased by a continuous metal casing wells is put in conditions of working with useful signals in the nanovolt range, which are many times lower than interference signals, among which are: interference due to inconstancy of the linear electrical resistance of the casing string; interference due to the inconstancy of the supply current of the probe’s current electrodes caused by both the insufficient stability of the power source for operation in the nanovolt range and the inconstancy of the electrical resistance of the current circuit; interference associated with induction leads supplying the current electrodes of the probe lines on the line of the measuring electrodes of the probe; interference associated with contact electrode potentials; thermal noise; telluric interference; random impulse noise.
Для борьбы с указанными выше помехами измеренные электрический потенциал, его первую и вторую разности и токи обоих токовых электродов оцифровывают с частотой квантования 30 Гц и более.To combat the above interference, the measured electric potential, its first and second differences, and the currents of both current electrodes are digitized with a quantization frequency of 30 Hz or more.
Также для успешной фильтрации полезных сигналов от тепловых, теллурических и других случайных помех требуется высокая частота питания токовых электродов зонда, но она не может быть выше 0,5 Гц из-за влияния индукционных наводок. Для исключения искажающего влияния индукционных наводок, которые имеют место при совмещении токовых и измерительных линий, предпочтительно питание токовых электродов зонда осуществлять знакопеременными прямоугольными импульсами постоянного тока, где помехи, связанные с индукционными наводками, через некоторое время после переполюсовки прямоугольных импульсов исчезают (см. [2]). При этом измерение и оцифровку сигналов в измерительных цепях необходимо начинать после затухания выбросов, связанных с процессом переключения тока в токовых электродах зонда (отметим, что в каждом прямоугольном импульсе тока размещается 30 квантов оцифровки при частоте квантования 30 Гц и частоте знакопеременных прямоугольных импульсов постоянного тока 0,5 Гц). Интервал времени между переключением тока и началом измерения и оцифровки измерительных сигналов, как показали экспериментальные исследования, зависит от длины расположенных совместно одна с другой токовой и измерительной линий. Этот интервал составляет при измерении первых и вторых разностей потенциалов не менее 0.2 секунды (что соответствует седьмому кванту оцифровки при частоте квантования 30 Гц), так как токовая и измерительные линии первых и вторых разностей потенциалов совмещены всего лишь в интервале нескольких метров, равном длине измерительных линий первой и второй разностей. При измерении потенциала этот интервал составляет не менее 0,7 секунды (что соответствует двадцать второму кванту оцифровки при той же частоте квантования 30 Гц), так как токовая и измерительная линии в этом случае совмещены в интервале нескольких тысяч метров, то есть на всю длину каротажного кабеля, соединяющего скважинный прибор с наземными устройствами. Исходя из вышесказанного, наиболее оптимальной является частота двуполярных прямоугольных импульсов тока 0,5 Гц и менее.Also, for successful filtering of useful signals from thermal, telluric, and other random interference, a high frequency of supply of the probe current electrodes is required, but it cannot be higher than 0.5 Hz due to the influence of induction interference. To eliminate the distorting effect of induction pickups that occur when combining current and measuring lines, it is preferable to supply the probe current electrodes with alternating rectangular DC pulses, where the interference associated with induction pickups disappears some time after the reversal of the rectangular pulses (see [2 ]). In this case, the measurement and digitization of the signals in the measuring circuits must begin after attenuation of the emissions associated with the process of switching the current in the probe current electrodes (note that in each rectangular current pulse there are 30 digitizing quanta at a quantization frequency of 30 Hz and a frequency of alternating rectangular pulses of direct current 0 5 Hz). The time interval between switching the current and the beginning of the measurement and digitization of the measuring signals, as shown by experimental studies, depends on the length of the current and measuring lines located together with one another. When measuring the first and second potential differences, this interval is at least 0.2 seconds (which corresponds to the seventh quantization quantum at a sampling frequency of 30 Hz), since the current and measuring lines of the first and second potential differences are combined only in the interval of several meters equal to the length of the measuring lines first and second differences. When measuring potential, this interval is not less than 0.7 seconds (which corresponds to the twenty-second quantization quantum at the same quantization frequency of 30 Hz), since the current and measuring lines in this case are combined in the interval of several thousand meters, that is, the entire length of the logging a cable connecting the downhole tool to ground devices. Based on the foregoing, the most optimal is the frequency of bipolar rectangular current pulses of 0.5 Hz or less.
Для устранения контактных потенциалов электродов зонда значение каждого кванта оцифровки всех сигналов, находящегося под своим номером в зоне положительного полупериода двуполярного импульса тока, вычитают из значения кванта оцифровки, находящегося под тем же номером в зоне отрицательного полупериода.To eliminate the contact potentials of the probe electrodes, the value of each digitizing digit of all signals located under its number in the zone of the positive half-cycle of the bipolar current pulse is subtracted from the value of the digitizing quantum located under the same number in the zone of the negative half-period.
Для минимизации влияния нестабильности тока питания токовых электродов значение каждого полученного разностного кванта оцифровки электрического потенциала и его первой и второй разностей, следующего под тем или иным номером, делят (нормируют) на безразмерный модуль значения кванта тока соответствующего номера.To minimize the effect of instability of the supply current of the current electrodes, the value of each obtained differential quantum of digitization of the electric potential and its first and second differences following one or another number are divided (normalized) by the dimensionless module of the current quantum of the corresponding number.
Учитывая, что экранирование зонда высокопроводящей обсадной колонной понижает сигналы второй разности до нановольтовых уровней на входе усилителя второй разности потенциалов, приходится применять меры борьбы с тепловыми помехами, которые являются одними из наиболее интенсивных помех. Для подавления тепловых помех необходимо использовать низкоомный измерительный датчик второй разности, построенный из металлическых сопротивлений, выполненных, например, из константана, номиналом 100 Ом и менее, которые обладают наименьшими (до одного нановольта) тепловыми шумами при выбранной наиболее оптимальной частотой двуполярных импульсов тока 0,5 Гц. Действующее значение ЭДС тепловых шумов выполненных из константана сопротивлений определяется из формулыGiven that shielding the probe with a highly conductive casing lowers the signals of the second difference to nanovolt levels at the input of the amplifier of the second potential difference, it is necessary to apply measures to combat thermal noise, which are one of the most intense interference. To suppress thermal noise, it is necessary to use a low-resistance measuring sensor of the second difference, built of metal resistances made, for example, of constantan, with a nominal value of 100 Ohms or less, which have the smallest (up to one nanovolt) thermal noise at the selected optimal frequency of bipolar current pulses 0, 5 Hz. The effective value of the EMF of thermal noise made from constantan resistances is determined from the formula
где в этой формуле R следует брать в Омах, Δf - в Гц, чтобы получить еT в нановольтах (К.Э.Эрглис, И.П.Степаненко. Электронные усилители. Физматгиз. Москва. 1961. Стр.189) [3]. Подавление влияния тепловых помех также осуществляют путем высокочастотной фильтрации квантов оцифровки измеряемых сигналов.where in this formula R should be taken in Ohms, Δf - in Hz to get e T in nanovolts (K.E. Erglis, I.P. Stepanenko. Electronic amplifiers. Fizmatgiz. Moscow. 1961. P. 189) [3] . The suppression of the influence of thermal noise is also carried out by high-pass filtering quantization quantization of the measured signals.
Полученные значения массивов всех оцифрованных разностных и пронормированных на модули токов квантов электрического потенциала, его первой и второй разностей фильтруют с помощью высокочастотного фильтра для минимизации влияния тепловых шумов, теллурических токов и резко выделяющихся значений. Высокочастотная фильтрация осуществляется следующим образом. Из каждого следующего с частотой 0,5 Гц периода выделяют разностные и пронормированные на модули токов кванты с одним и тем же номером и их фильтруют, например, методом медианы распределения (Г.Корн, Т.Корн. Справочник по математике. Наука. Москва. 1974. Стр.545) [4]. После этой фильтрации остается по одному отфильтрованному кванту под своим порядковым номером потенциала, его первой и второй разностей и тока независимо от количества периодов подачи прямоугольных импульсов тока.The obtained values of the arrays of all digitized differential and normalized quanta currents of quanta of electric potential, its first and second differences are filtered using a high-pass filter to minimize the effect of thermal noise, telluric currents and sharply distinguished values. High-pass filtering is as follows. From each successive period with a frequency of 0.5 Hz, quanta with the same number and difference to the current modules are extracted and they are filtered, for example, by the median distribution method (G. Korn, T. Korn. Handbook of mathematics. Science. Moscow. 1974. P. 545) [4]. After this filtering, one filtered quantum remains under its sequence number of the potential, its first and second differences and current, regardless of the number of periods of supply of rectangular current pulses.
После этого каждые оставшиеся отфильтрованные кванты потенциала, его первой и второй разностей и кванты токов соответственно суммируют между собой и осредняют, то есть полученные суммы делят на количество суммируемых квантов.After that, each remaining filtered potential quanta, its first and second differences and current quanta are respectively summed together and averaged, that is, the resulting sums are divided by the number of summed quanta.
Рассмотрим также принцип исключения искажающего влияния непостоянства электрического сопротивления обсадной колонны.We also consider the principle of eliminating the distorting effect of the inconstancy of the electrical resistance of the casing string.
В каротаже при решении газонефтеразведочных задач исследуемая среда аппроксимируется как двумерно-неоднородная по координатам Z и Y. Вместе с тем, скважина не является идеальным линейным электродом, т.е. ее линейное электрическое сопротивление Ωz вдоль координаты Z между крайними измерительными электродами непостоянно (Ωz≠const) и может меняться от одного участка к другому в несколько раз.In logging while solving oil and gas exploration problems, the medium under study is approximated as two-dimensionally inhomogeneous in the Z and Y coordinates. However, the well is not an ideal linear electrode, i.e. its linear electrical resistance Ω z along the Z coordinate between the extreme measuring electrodes is unstable (Ω z ≠ const) and can vary several times from one section to another.
Поместим в скважину, в точку А, источник, от которого в исследуемую среду подводится электрический ток I, и определим распределение электрического потенциала вдоль ее оси. Известно [1], чтоWe place in the well, at point A, the source from which the electric current I is supplied to the medium under study and determine the distribution of the electric potential along its axis. It is known [1] that
и только при условии, что Ωr/Ωz>>1,and only provided that Ω r / Ω z >> 1,
гдеWhere
U(z) - электрический потенциал в скважине в точке наблюдений с координатой Z;U (z) is the electric potential in the well at the observation point with the coordinate Z;
Iz(z) - электрический ток через поперечное сечение скважины с этой же координатой;I z (z) is the electric current through the cross section of the well with the same coordinate;
Jr(z) - ток, стекающий со стенки скважины в окружающую породу на единицу интервала глубин (линейная плотность тока с размерностью [А/м]);J r (z) is the current flowing from the borehole wall into the surrounding rock per unit of the depth interval (linear current density with dimension [A / m]);
Ωr - электрическое сопротивление, оказываемое средой току Jr(z);Ω r is the electrical resistance provided by the medium to the current J r (z);
Ωz - (как уже отмечалось выше) электрическое сопротивление отрезка скважины между крайними измерительными электродами току осевого направления, функционально зависящее от координаты Z вследствие непостоянства геометрических и других параметров скважины.Ω z - (as already noted above) the electrical resistance of the borehole segment between the extreme measuring electrodes to the axial direction current, which functionally depends on the Z coordinate due to the inconstancy of the geometric and other parameters of the well.
Выделим отрезок столба скважины в точке Z с высотой Δz и с центром в точке наблюдения (средний измерительный электрод N). К замкнутой поверхности этого цилиндрического отрезка применим уравнение непрерывности вектора плотности тока 
Поверхность S состоит из оснований цилиндра Sp и Sq и его боковой поверхности Sb. Следовательно, левая часть уравнения (3) представляет сумму трех потоковThe surface S consists of the bases of the cylinder S p and S q and its side surface S b . Therefore, the left side of equation (3) represents the sum of the three flows
таким образом, согласно (3) имеемthus, according to (3), we have
откуда ΔIz(z)/Δz=-Jr(z)+o(1) и в пределе при Δz→0:whence ΔI z (z) / Δz = -J r (z) + o (1) and in the limit as Δz → 0:
Продифференцируем выражение (1) по Z, учитывая, что Ωz есть функция электрического сопротивления ствола скважины, изменяющегося в реальной скважине с изменением координаты Z, т.е. Ωz=Ωz(z)≠const:We differentiate expression (1) with respect to Z, taking into account that Ω z is a function of the electrical resistance of the wellbore, which changes in a real well with a change in the Z coordinate, i.e. Ω z = Ω z (z) ≠ const:
Подставив в уравнение (6) равенства (2) и (5), получим уравнение распределения потенциала источника вдоль оси скважины с непостоянным вдоль ее оси электрическим сопротивлением Ωz [1]Substituting equalities (2) and (5) into equation (6), we obtain the equation of the distribution of the source potential along the axis of the well with the electrical resistance Ω z that is not constant along its axis [1]
Анализ уравнения (7) показывает, что измерение электрического потенциала и его второй производной не определяет искомое соотношение Ωz/Ωr ввиду присутствия в этом уравнении члена dΩz/dz, сильно зависящего от изменчивости электрического сопротивления ствола скважины.An analysis of equation (7) shows that measuring the electric potential and its second derivative does not determine the desired ratio Ω z / Ω r due to the presence of the term dΩ z / dz in this equation, which strongly depends on the variability of the electric resistance of the wellbore.
Способ электрического каротажа [1], на результаты измерений которого практически не влияют непостоянство погонного электрического сопротивления колонны, отличается тем, что благодаря применению соответствующих технических приемов и средств, кривая распределения потенциала вдоль оси скважины приобретает экстремум в области измерительных электродов (в области координаты z=zN), т.е. dU(zN)/dz=0. Следовательно, из уравнения (7) исключается член, содержащий неопределенную величину dΩz/dz, и это уравнение в точке z=zN принимает следующий вид:The electric logging method [1], the measurement results of which are practically unaffected by the inconstancy of the linear electrical resistance of the column, is characterized in that due to the use of appropriate techniques and means, the potential distribution curve along the well axis acquires an extremum in the field of measuring electrodes (in the coordinate area z = z N ), i.e. dU (z N ) / dz = 0. Therefore, a term containing an indefinite quantity dΩ z / dz is excluded from equation (7), and this equation at the point z = z N takes the following form:
откудаwhere from
На основании уравнения (9), измерив электрическое сопротивление отрезка колонны между крайними измерительными электродами, потенциал и его вторую производную в точке с координатой zN при наличии там экстремума, можно определить искомое электрическое сопротивление окружающих скважину пластов горных пород Ωr.Based on equation (9), by measuring the electrical resistance of the column segment between the extreme measuring electrodes, the potential and its second derivative at a point with the coordinate z N in the presence of an extremum, it is possible to determine the desired electrical resistance of the rock formations surrounding the well Ω r .
Достижение экстремума потенциала в месте нахождения измерительных электродов осуществляется при помощи двух источников А1 и A2, расположенных с обеих сторон на одинаковом расстоянии от среднего электрода N (точка измерения), и подбора в них токов таких величин, чтобы разность потенциалов между двумя симметричными относительно N электродами М1 и M2 равнялась нулю, т.е.Achieving the potential extreme at the location of the measuring electrodes is carried out using two sources A 1 and A 2 located on both sides at the same distance from the middle electrode N (measuring point), and selecting currents of such quantities in them so that the potential difference between two symmetrical relative to N electrodes M 1 and M 2 was equal to zero, i.e.
Достижение экстремума в точке измерения z=zN означает исключение осевой составляющей тока Iz(zN), которая в скважине, при возбуждении исследуемой среды однополюсным источником, многократно больше радиальной составляющей Jr(zN). На практике для измерения сопротивления Ωr вместо второй производной потенциала из (9) используют пропорциональную ей вторую конечную разность потенциаловAchieving an extremum at the measurement point z = z N means the exclusion of the axial component of the current I z (zN), which in the well, upon excitation of the medium under study by a single-pole source, is much larger than the radial component J r (z N ). In practice, to measure the resistance Ω r instead of the second derivative of the potential from (9), a second finite potential difference proportional to it is used
Таким образом, способом электрического каротажа обсаженных скважин можно определять сопротивление Ωr при условии фокусировки тока в месте приема сигнала, т.е. если в центре зонда в точке электрода N обеспечивать поддержание экстремума потенциала электрического поля U(z)(dUN/dz=0). Согласно закону Ома в этой точке осевая составляющая плотности тока вдоль оси скважины равна нулю 
Реализация предлагаемого способа электрического каротажа осуществляется на основе определения удельного электрического сопротивления ρn окружающих обсаженную скважину пластов горных пород по формулам (9) и (10), т.е.Implementation of the proposed electric logging method is carried out on the basis of determining the electrical resistivity ρ n of rock formations surrounding a cased hole according to formulas (9) and (10), i.e.
при выполнении условия равенства нулю первой результирующей от действия обоих токовых электродов разности электрических потенциалов ΔU(IA1, IA2) между крайними измерительными электродами М1 и М2,when the condition of equality to zero of the first resulting from the action of both current electrodes of the electric potential difference ΔU (I A1 , I A2 ) between the extreme measuring electrodes M 1 and M 2 ,
гдеWhere
UN(ZN) и Δ2UN(ZN) - соответственно электрический потенциал поля электрода N и вторая разность электрических потенциалов на участке электропроводящего цилиндра между электродами M1, М2 при равенстве нулю первой результирующей разности потенциалов между этими электродами, вольты;U N (Z N ) and Δ 2 U N (Z N ), respectively, the electric potential of the field of the electrode N and the second difference of electric potentials in the area of the electrically conductive cylinder between the electrodes M 1 , M 2 when the first resulting potential difference between these electrodes is equal to zero, volts ;
k - геометрический коэффициент зонда, метры.k is the geometric coefficient of the probe, meters.
При цифровой регистрации с учетом необходимой из-за нестабильности тока питания токовых электродов зонда нормировки измеряемых оцифрованных квантов сигналов на модули соответствующих квантов оцифровки тока питания токовых электродов зонда формула (11) примет видFor digital recording, taking into account the normalization of the measured digitized quanta of signals to the modules of the corresponding quantization of the quantization of the current supply to the current electrodes of the probe, which is necessary due to the instability of the supply current to the probe electrodes, formula (11) takes the form
гдеWhere
κ - коэффициент фокусировки, определяемый из условия необходимости равенства нулю результирующей нормированной разности потенциалов между крайними измерительными электродами зонда из уравненияκ is the focusing coefficient, determined from the condition that the resulting normalized potential difference between the extreme measuring electrodes of the probe be equal to zero from the equation
UN(IA1), UN(IA2) - соответственно зависящие от токов первого А1 и второго А2 токовых электродов зонда потенциалы электрического поля центрального измерительного электрода зонда, полученные после суммирования и осреднения отфильтрованных их квантов;U N (I A1 ), U N (I A2 ) - respectively, the potentials of the electric field of the central measuring electrode of the probe, depending on the currents of the first A 1 and second A 2 current electrodes of the probe, obtained after summing and averaging the filtered quanta thereof;
ΔU(IA1), ΔU(IA2), Δ2U(IA1), Δ2U(IA2) - соответственно зависящие от токов первого А1 и второго А2 токовых электродов зонда первые и вторые разности потенциалов электрического поля, полученные после суммирования и осреднения отфильтрованных их квантов;ΔU (I A1 ), ΔU (I A2 ), Δ 2 U (I A1 ), Δ 2 U (I A2 ) are the first and second potential differences of the electric field depending on the currents of the first A 1 and second A 2 current electrodes of the probe, obtained after summing and averaging their quanta filtered;
IA1, IA2 - токи токовых электродов зонда А1 и А2,I A1 , I A2 - currents of the current electrodes of the probe A 1 and A 2 ,
k - геометрический коэффициент зонда.k is the geometric coefficient of the probe.
Ωz - электрическое сопротивление участка скважины, измеренное между крайними измерительными электродами зонда;Ω z is the electrical resistance of the well section, measured between the extreme measuring electrodes of the probe;
Электрическое сопротивление Ωz участка колонны между крайними измерительными электродами зонда обычно определяют по формулеThe electrical resistance Ω z of the column section between the extreme measuring electrodes of the probe is usually determined by the formula
Изобретение поясняется чертежом, где представлена блок-схема аппаратуры, реализующей предложенный способ. Здесь 1 - обсадная колонна; 2 - окружающие скважину пласты горных пород; 3 - M1, 4 - N, 5 - M2- электроды измерительного датчика второй разности электрических потенциалов пятиэлектродного зонда электрического каротажа; 3 - М1 и 5 - M1 - электроды измерительного датчика первой разности электрических потенциалов; 6 - А1 и 7 - А2 - токовые электроды зонда, расположенные за пределами измерительных электродов симметрично относительно центрального измерительного электрода N; 8 и 9 - одинаковые по электрической величине R проволочные сопротивления измерительного датчика второй разности электрических потенциалов; 10 - цифровой измеритель второй разности электрических потенциалов, одна из входных клемм которого подключена к центральному измерительному электроду N, а другая - к общей точке соединения сопротивлений 8 и 9 датчика второй разности; 11 - цифровой измеритель первой разности электрических потенциалов, вход которого подключен к крайним измерительным электродам зонда М1 и M2, 12 - цифровой измеритель электрического потенциала центрального измерительного электрода зонда N, измеряемого относительно удаленного электрода 19 - Nу∂, который подключают к верхнему концу обсадной колонны 1; 13 и 15 - шунты в цепях токовых электродов The invention is illustrated in the drawing, which shows a block diagram of equipment that implements the proposed method. Here 1 is the casing; 2 - rock formations surrounding the well; 3 - M 1 , 4 - N, 5 - M 2 - electrodes of the measuring sensor of the second difference of electric potentials of the five-electrode probe of electric logging; 3 - M 1 and 5 - M 1 - electrodes of the measuring sensor of the first difference of electric potentials; 6 - A 1 and 7 - A 2 are the current electrodes of the probe located outside the measuring electrodes symmetrically with respect to the central measuring electrode N; 8 and 9 are the wire resistances of the measuring sensor of the second electric potential difference, identical in electrical magnitude R; 10 - a digital meter of the second electric potential difference, one of the input terminals of which is connected to the central measuring electrode N, and the other to the common connection point of the resistances 8 and 9 of the second difference sensor; 11 is a digital meter of the first electric potential difference, the input of which is connected to the extreme measuring electrodes of the probe M 1 and M 2 , 12 is a digital meter of electric potential of the central measuring electrode of the probe N, measured relative to the remote electrode 19 - N у∂ , which is connected to the upper end casing string 1; 13 and 15 - shunts in current electrode circuits
6 - А1 и 7 - A2 зонда для измерения силы токов, текущих через эти электроды; 14 и 16 - цифровые измерители токов, текущих через электроды 6 - А1 и 7 - А2, 17 - управляемый с дневной поверхности переключатель тока в токовые электроды 6 - А1 и 7 - A2 зонда; 18 - скважинное электронное устройство для телеметрической передачи по кабелю в наземное электронное устройство - 23 данных цифровых измерений с выходов цифровых измерителей 10, 11, 12, 14 и 16; 20 - наземный источник питания двуполярными прямоугольными импульсами постоянного тока, питающий токовые электроды зонда током около пяти ампер; 21 - наземное программируемое устройство для управления переключателем 17 тока в токовые электроды 6 - А1 и 7 - A2; 22 - обратный токовый электрод 5, заземляемый в произвольной точке на дневной поверхности; 24 - процессор, служащий для управления скважинным прибором, для обработки и фильтрации всех измеряемых сигналов и для вычисления удельного электрического сопротивления окружающих обсаженную скважину пластов горных пород. Частота оцифровки АЦП в данном примере конкретного выполнения равна 30 Гц.6 - A 1 and 7 - A 2 probe for measuring the strength of currents flowing through these electrodes; 14 and 16 - digital meters of currents flowing through electrodes 6 - A 1 and 7 - A 2 , 17 - a current switch controlled by the day surface into current electrodes 6 - A 1 and 7 - A 2 of the probe; 18 - downhole electronic device for telemetric transmission by cable to a ground electronic device - 23 digital measurement data from the outputs of digital meters 10, 11, 12, 14 and 16; 20 - ground-based power supply with bipolar rectangular pulses of direct current, supplying the current electrodes of the probe with a current of about five amperes; 21 is a ground-based programmable device for controlling a current switch 17 into current electrodes 6 - A 1 and 7 - A 2 ; 22 - reverse current electrode 5, grounded at an arbitrary point on the day surface; 24 - a processor used to control the downhole tool, for processing and filtering all measured signals and for calculating the electrical resistivity of the rock formations surrounding the cased well. The ADC digitization frequency in this particular embodiment is 30 Hz.
Удельное электрическое сопротивление ρn в данном примере конкретного выполнения получено из формулы (12). Как уже отмечалось выше, эта формула выведена из предпосылки, что результирующая осевая составляющая тока, текущего вдоль высокопроводящей металлической колонны между измерительными электродами 3 - M1 и 5 - М2, равна нулю. Благодаря этому, в частности, искажающее влияние непостоянства электрического сопротивления колонны на результаты измерения отсутствует, и процессор после обработки сигналов определяет по формуле (12) истинное сопротивление пластов, что подтверждено моделированием на математических моделях.The electrical resistivity ρ n in this particular embodiment is obtained from formula (12). As already noted above, this formula is derived from the assumption that the resulting axial component of the current flowing along the highly conductive metal column between the measuring electrodes 3 - M 1 and 5 - M 2 is zero. Due to this, in particular, there is no distorting effect of the inconstancy of the electrical resistance of the column on the measurement results, and the processor after processing the signals determines the true formation resistance using formula (12), which is confirmed by modeling on mathematical models.
Claims (1)
отличающийся тем, что двуполярные импульсы тока задают с частотой не более 0,5 Гц;
измерительный датчик второй разности потенциалов выполняют из электрических сопротивлений с номинальными значениями 100 Ом и менее, тепловые шумы которых при указанной частоте импульсов тока не превышают 1 нВ на входе работающего в нановольтовом диапазоне измерителя второй разности потенциалов; измеренные электрический потенциал, его первую и вторую разности и токи обоих токовых электродов оцифровывают с частотой квантования 30 Гц и более, причем начало оцифровки первой и второй разностей потенциалов и токов осуществляют не ранее, чем через 0,2 с после переполюсовки тока, а начало оцифровки потенциала - не ранее, чем через 0,8 с; при этом значение каждого кванта оцифровки всех сигналов, находящегося под своим номером в зоне положительного полупериода двуполярного импульса тока, вычитают из значения кванта оцифровки, находящегося под тем же номером в зоне отрицательного полупериода; затем значение каждого полученного разностного кванта оцифровки электрического потенциала и его первой и второй разностей, следующего под тем или иным номером, делят на безразмерный модуль значения кванта тока соответствующего номера; полученные значения массивов всех оцифрованных разностных и пронормированных на модули токов квантов электрического потенциала, его первой и второй разностей фильтруют с помощью высокочастотного фильтра для минимизации влияния тепловых шумов, теллурических токов и резко выделяющихся значений; каждые отфильтрованные кванты потенциала, его первой и второй разностей и кванты токов соответственно суммируют и осредняют и определяют удельное электрическое сопротивление ρn окружающих скважину пластов горных пород по формуле
где Ωz - электрическое сопротивление участка скважины, измеренное между крайними измерительными электродами зонда;
К - коэффициент фокусировки, определяемый из условия необходимости равенства нулю результирующей нормированной разности потенциалов между крайними измерительными электродами зонда из уравнения
UN(IA1), UN(IA2) - соответственно зависящие от токов первого A1 и второго А2 токовых электродов зонда потенциалы электрического поля центрального измерительного электрода зонда, полученные после суммирования и осреднения отфильтрованных их квантов;
ΔU(IA1), ΔU(IA2), Δ2U(IA1), Δ2U(IA2) - соответственно зависящие от токов первого
A1 и второго А2 токовых электродов зонда первые и вторые разности потенциалов электрического поля, полученные после суммирования и осреднения отфильтрованных их квантов;
IA1, IA2 - токи токовых электродов зонда A1 и А2,
k - геометрический коэффициент зонда. A method for electric logging of cased wells with a five-electrode probe, made in the form of three measuring electrodes sequentially and equidistant along the axis of the well and installed outside them symmetrically with respect to the average measuring electrode of two current electrodes, into which bipolar rectangular pulses of direct electric current are alternately supplied and for each of current supply after a specified time after each polarity reversal measure the potential of the electric field of the average measuring electrode, the first potential difference between the extreme measuring electrodes and the second potential difference by means of a measuring sensor of the second potential difference, consisting of two series-connected electrical resistances, to the extreme terminals of which the extreme measuring electrodes are connected, and the input of the measuring device of the second potential difference is connected with a central terminal to the central measuring electrode, and the other to the common point of these resistances; on the basis of these measured electrical signals, the electrical resistivity of the rock formations surrounding the well is determined,
characterized in that the bipolar current pulses are set with a frequency of not more than 0.5 Hz;
a measuring sensor of the second potential difference is made of electrical resistances with nominal values of 100 Ohms or less, the thermal noise of which at the indicated frequency of current pulses does not exceed 1 nV at the input of the second potential difference meter operating in the nanovolt range; the measured electric potential, its first and second differences and the currents of both current electrodes are digitized with a quantization frequency of 30 Hz or more, and the first and second potential and current differences are digitized not earlier than 0.2 s after the current reversal, and the beginning of digitization potential - not earlier than after 0.8 s; the value of each quantum of digitization of all signals located under its number in the zone of the positive half-cycle of the bipolar current pulse is subtracted from the value of the quantum of digitization, which is under the same number in the zone of the negative half-period; then the value of each received difference quantum of digitization of the electric potential and its first and second differences following under one or another number are divided into the dimensionless module the values of the current quantum of the corresponding number; the obtained values of the arrays of all digitized difference and normalized quanta currents of quanta of electric potential, its first and second differences are filtered using a high-pass filter to minimize the effect of thermal noise, telluric currents and sharply distinguished values; each filtered potential quanta, its first and second differences and current quanta are respectively summed and averaged and the electrical resistivity ρ n of the rock formations surrounding the well is determined by the formula
where Ω z is the electrical resistance of the well section, measured between the extreme measuring electrodes of the probe;
K is the focusing coefficient, determined from the condition that the resulting normalized potential difference between the extreme measuring electrodes of the probe be equal to zero from the equation
U N (I A1 ), U N (I A2 ) are the potentials of the electric field of the central measuring electrode of the probe, depending on the currents of the first A 1 and second A 2 current electrodes of the probe, obtained after summing and averaging the filtered quanta thereof;
ΔU (I A1 ), ΔU (I A2 ), Δ 2 U (I A1 ), Δ 2 U (I A2 ) - respectively, depending on the currents of the first
A 1 and second A 2 probe current electrodes first and second electric field potential differences obtained after summing and averaging their quanta filtered;
I A1 , I A2 - currents of the current electrodes of the probe A 1 and A 2 ,
k is the geometric coefficient of the probe.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008105774/28A RU2361246C1 (en) | 2008-02-19 | 2008-02-19 | Method of electrical logging cased wells |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008105774/28A RU2361246C1 (en) | 2008-02-19 | 2008-02-19 | Method of electrical logging cased wells |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2361246C1 true RU2361246C1 (en) | 2009-07-10 |
Family
ID=41045883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008105774/28A RU2361246C1 (en) | 2008-02-19 | 2008-02-19 | Method of electrical logging cased wells |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2361246C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103278857A (en) * | 2013-05-13 | 2013-09-04 | 江苏大学 | Method for designing underground direct current advanced detection device |
| CN103913634A (en) * | 2014-04-03 | 2014-07-09 | 中色地科矿产勘查股份有限公司 | Rock-ore specimen true electrical parameter testing method and device |
| RU2615404C1 (en) * | 2015-10-09 | 2017-04-04 | Общество с ограниченной ответственностью "ИНТЕХ-Внедрение" | Method of electrical logging in wells cased with metal column |
-
2008
- 2008-02-19 RU RU2008105774/28A patent/RU2361246C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103278857A (en) * | 2013-05-13 | 2013-09-04 | 江苏大学 | Method for designing underground direct current advanced detection device |
| CN103278857B (en) * | 2013-05-13 | 2015-11-04 | 江苏大学 | A kind of arrangement of electrodes method of underground direct current forward probe |
| CN103913634A (en) * | 2014-04-03 | 2014-07-09 | 中色地科矿产勘查股份有限公司 | Rock-ore specimen true electrical parameter testing method and device |
| CN103913634B (en) * | 2014-04-03 | 2016-08-17 | 中色地科矿产勘查股份有限公司 | A kind of rock and ore sample true electric parameters testing method and device |
| RU2615404C1 (en) * | 2015-10-09 | 2017-04-04 | Общество с ограниченной ответственностью "ИНТЕХ-Внедрение" | Method of electrical logging in wells cased with metal column |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2382385C1 (en) | Method for electrical logging cased wells | |
| RU2408039C1 (en) | Method of electrical logging of cased wells | |
| CA1278826C (en) | Method and apparatus for measuring resistivity of geologic formations | |
| US2393009A (en) | Electrical well logging method and apparatus | |
| CA2405079C (en) | A logging sonde for electrically exploring geological formations through which a borehole passes | |
| CA2405077C (en) | Method and apparatus for investigating the wall of a borehole | |
| RU2284555C1 (en) | Method of naval geological survey based onto focusing of electric current (versions) | |
| US6667621B1 (en) | Method and apparatus for determining the resistivity of a formation surrounding a cased well | |
| EP1173782B1 (en) | A method and apparatus for determining the resistivity of a formation through which a cased well passes | |
| EP1896874A2 (en) | High frequency or multifrequency resistivity tool | |
| RU2361246C1 (en) | Method of electrical logging cased wells | |
| EP1175629B1 (en) | Method for determining the resistivity of a formation through which a cased well passes | |
| EP0013068B1 (en) | Hydrocarbon prospecting method for the indirect detection of hydrocarbon reservoirs | |
| HU184075B (en) | Method and apparatus for measuring the resistance of strata surrounding the bore hole | |
| US3638105A (en) | Methods and apparatus for investigating the spontaneous potential of earth formations | |
| EP1291678B1 (en) | A method and apparatus for determining the resistivity of a formation surrounding a cased well | |
| RU2229735C1 (en) | Process of electric logging of cased well | |
| RU2176802C1 (en) | Method for resistivity logging of cased wells | |
| RU2200967C1 (en) | Method of electric logging of cased wells | |
| RU2231089C1 (en) | Process of geoelectric prospecting | |
| RU2421759C1 (en) | Procedure for lateral logging and device for its implementation | |
| RU2172006C1 (en) | Method for electric logging of cased wells | |
| RU2615404C1 (en) | Method of electrical logging in wells cased with metal column | |
| Klimenko et al. | Extension of the Dynamic Range of Laterolog Tools by Digital Signal Processing | |
| RU2384867C1 (en) | Electrical cased well logging method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20091202 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210220 |