RU2733110C1 - Downhole multifrequency introscope for investigation of near-borehole space - Google Patents

Downhole multifrequency introscope for investigation of near-borehole space Download PDF

Info

Publication number
RU2733110C1
RU2733110C1 RU2019135951A RU2019135951A RU2733110C1 RU 2733110 C1 RU2733110 C1 RU 2733110C1 RU 2019135951 A RU2019135951 A RU 2019135951A RU 2019135951 A RU2019135951 A RU 2019135951A RU 2733110 C1 RU2733110 C1 RU 2733110C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
downhole
borehole
receivers
values
introscope
Prior art date
Application number
RU2019135951A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Александрович Истратов
Александр Викторович Скринник
Сергей Олегович Перекалин
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Радионда"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Радионда" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Радионда"
Priority to RU2019135951A priority Critical patent/RU2733110C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2733110C1 publication Critical patent/RU2733110C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/18Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/18Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging
    • G01V3/30Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with electromagnetic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/18Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging
    • G01V3/34Transmitting data to recording or processing apparatus; Recording data

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to means of geophysical exploration of borehole environment and can be used in oil, gas and engineering geology, hydrogeology and geocryology for studying physical properties of rocks, separation of reservoirs and determination of their saturation (water, oil, gas), as well as assessment of permafrost conditions of soils and detection of local inhomogeneities located in borehole environment. Disclosed is downhole multifrequency introscope for investigation of near-wellbore, which includes ground part consisting of computer module 107 and associated repeater 106, and downhole part consisting of located along one axis of optical-electric converter 101 of logging cable 108, well radiator 102 and upper 103 and lower 104 well receivers. Well emitter 102 is provided with an electrical antenna which is configured to emit harmonic radio signals into the borehole well in series at a plurality of frequencies selected from the frequency range of 1 to 50 MHz in accordance with the radiation program received by downhole radiator 102 from the ground portion, and recording values of current amplitude and complex resistance at the input of its antenna at each radiation of the radio signal and transmission of measured values in digital form to the ground part. Top and bottom 104 well receivers are remote from downhole radiator 102 by two fixed distances and are equipped with electric antennae configured to receive radio signals transmitted through the rocks occurring in the near borehole space, wherein well receivers 103 and 104 are configured to record amplitude values of the axial component of the electric field of the received radio signal and phase difference of measured field between antennae of receivers 103 and 104 and transmission of said values in digital form to ground part. Computing module 107 is configured to generate a radiation program for transmission thereof to downhole emitter 102, receiving from it and from downhole receivers 103 and 104 values of registered values in digital form through retransmitter 106, calculations based on these values of electric resistance and dielectric permeability of rocks lying in near-borehole space. Retransmitter 106 is configured to match computing module with logging cable.
EFFECT: technical result is high accuracy of determining information parameters, characterizing rocks, lying in borehole environment.
8 cl, 5 dwg

Description

Область техникиTechnology area

Настоящее изобретение относится к средствам геофизических исследований околоскважинного пространства, в частности, к устройству электромагнитного каротажа для определения электрического сопротивления и диэлектрической проницаемости горных пород, расположенных вблизи ствола скважины. Изобретение может быть использовано в нефтяной, газовой и инженерной геологии, гидрогеологии и геокриологии для изучения физических свойств горных пород, выделения пластов-коллекторов и определения характера их насыщения (вода, нефть, газ), а также оценки мерзло-талого состояния грунтов и обнаружения локальных неоднородностей, расположенных в околоскважинном пространстве.The present invention relates to tools for geophysical surveying of the near-wellbore space, in particular, to an electromagnetic logging device for determining the electrical resistance and dielectric constant of rocks located near the wellbore. The invention can be used in oil, gas and engineering geology, hydrogeology and geocryology to study the physical properties of rocks, identify reservoir beds and determine the nature of their saturation (water, oil, gas), as well as assess the frozen-thawed state of soils and detect local heterogeneities located in the near-wellbore space.

Уровень техникиState of the art

Геофизические исследования скважин (ГИС) представляют собой комплекс физических методов, используемых для изучения горных пород в околоскважинном пространстве, а также для контроля технического состояния скважин. Каротаж, также известный как промысловая геофизика, предназначен для изучения свойств пород, непосредственно примыкающих к стволу скважины (радиус исследования до 1,5 м). Исходя из результатов каротажа, выполняются необходимые геологические построения.Well logging (GIS) is a complex of physical methods used to study rocks in the near-wellbore space, as well as to monitor the technical condition of wells. Logging, also known as production geophysics, is designed to study the properties of rocks immediately adjacent to the wellbore (survey radius up to 1.5 m). Based on the logging results, the necessary geological constructions are performed.

Известно также, что электрические свойства пород зависят от степени их пористости и свойств заполняющего поры флюида: пресная или минерализованная вода, нефть, газ, лед. Поэтому электрометрические методы исследования скважин и особенно бесконтактные электромагнитные методы каротажа получили широкое применение во всех отраслях геологии.It is also known that the electrical properties of rocks depend on the degree of their porosity and the properties of the fluid filling the pores: fresh or mineralized water, oil, gas, ice. Therefore, electrometric well survey methods and especially non-contact electromagnetic logging methods are widely used in all branches of geology.

Из уровня техники известны устройства и измерительные комплексы, предназначенные для электромагнитного и, в частности, диэлектрического каротажа скважины. Среди них наиболее близкими к предлагаемому изобретению являются следующие.Devices and measuring systems are known from the prior art for electromagnetic and, in particular, dielectric well logging. Among them, the closest to the proposed invention are the following.

Известно устройство для диэлектрического индуктивного каротажа, раскрытое в описании к АС СССР № 212387 (опубл. 28.05.1969). Известное устройство состоит из генераторной части и приемной части. Генератор представляет собой двухкаскадный передатчик, состоящий из окварцеванного задающего генератора и усилителя мощности. Выход генератора нагружен на генераторную катушку. Приемная часть устройства двухканальная, имеет две разнесенные приемные рамки, резонансные усилители и высокой частоты, смесительные каскады и преобразования частоты, общий гетеродин, усилители и промежуточной частоты, фазоизмерительный блок и регистрирующее устройство.Known device for dielectric inductive logging, disclosed in the description to the USSR AS No. 212387 (publ. 05/28/1969). The known device consists of a generator part and a receiving part. The generator is a two-stage transmitter consisting of a quartzised master oscillator and a power amplifier. The generator output is loaded on the generator coil. The receiving part of the device is two-channel, it has two spaced receiving frames, resonant amplifiers and high-frequency amplifiers, mixing stages and frequency conversions, a common local oscillator, amplifiers and an intermediate frequency, a phase-measuring unit and a recording device.

Известна аппаратура электромагнитного каротажа, раскрытая в описании к АС СССР № 374565 (опубл. 20.03.1973). Известная аппаратура содержит генератор, устройство синхронизированной коммутации, содержащее генераторный коммутационный и приемный коммутационный блоки, два излучатели, приемник, устройство для преобразования, каротажный кабель, три регистратора, устройство для обработки информации.Known equipment for electromagnetic logging, disclosed in the description of the USSR AS No. 374565 (publ. 03/20/1973). The known equipment contains a generator, a synchronized switching device containing a generator switching and receiving switching units, two emitters, a receiver, a conversion device, a logging cable, three recorders, a device for information processing.

Известно устройство электромагнитного каротажа, раскрытое в описании к АС СССР № 1469490 (опубл. 30.03.1989). Известное устройство содержит генераторный блок, зонд, приемно-преобразующую часть, измерительно-телеметрическую часть и наземную часть. Генераторный блок включает в себя задающий генератор двух частот и два усилителя мощности. Два трехэлементных зонда состоят из генераторных катушек и двух приемных катушек. Приемно-преобразующая часть содержит генератор-гетеродин, смесители-мультиплексоры, ограничители. В измерительно-телеметрическую часть входят блок управления, формирователь разности фаз и периода, измеритель разности фаз, измеритель периода промежуточной частоты, мультиплексор, передатчик и линия связи. Наземная часть содержит приемник, регистр-указатель измеряемых величин, регистр фазового сдвига, регистр периода измерения, делитель, преобразователь фазового сдвига, цифроаналоговые преобразователи.Known device for electromagnetic logging, disclosed in the description to the USSR AS No. 1469490 (publ. 03/30/1989). The known device contains a generator unit, a probe, a receiving-converting part, a measuring-telemetric part and a ground part. The generator unit includes a master oscillator of two frequencies and two power amplifiers. The two 3-piece probes are composed of transmitter coils and two receiver coils. The receiving-converting part contains an oscillator-local oscillator, mixers-multiplexers, limiters. The measuring and telemetry part includes a control unit, a phase difference and a period shaper, a phase difference meter, an intermediate frequency period meter, a multiplexer, a transmitter and a communication line. The ground part contains a receiver, a register-pointer of the measured values, a phase shift register, a register of a measurement period, a divider, a phase shift converter, and digital-to-analog converters.

Представленные выше технические решения используют зонды, состоящие из генераторных антенн, возбуждающих в окружающих породах высокочастотное гармоническое электромагнитное поле и измерительных антенн, позволяющих регистрировать амплитуду и фазу сигнала, прошедшего через породы. Ограничением существующих устройств является использование в качестве излучающих и приемных устройств антенн рамочного типа – катушек, ось которых совпадает с осью скважины (измерительные установки НzHz). Основными преимуществами таких систем являются их компактность, относительная простота конструкции и слабая зависимость от антенного эффекта каротажного кабеля и проводов, соединяющих приемные и излучающие антенны.The technical solutions presented above use probes consisting of generator antennas that excite a high-frequency harmonic electromagnetic field in the surrounding rocks and measuring antennas that allow recording the amplitude and phase of the signal that has passed through the rocks. A limitation of the existing devices is the use of frame-type antennas - coils whose axis coincides with the axis of the borehole - as emitting and receiving devices (HzHz measuring devices). The main advantages of such systems are their compactness, relative simplicity of design and weak dependence on the antenna effect of the logging cable and wires connecting the receiving and transmitting antennas.

К основным недостаткам таких устройств следует отнести низкую эффективность магнитных антенн, так как при расстояниях излучатель – приемник более 2 м в нормальном разрезе не удается получить уверенный сигнал на высоких частотах (более 20 МГц), на которых, собственно, и начинает проявляться влияние диэлектрической проницаемости. Это обуславливает недостаточную глубинность исследований (расстояние от оси скважины, на котором окружающие породы еще оказывают влияние на регистрируемые параметры), что не позволяет судить о свойствах пород в неизмененной части пласта за пределами зоны проникновения бурового раствора.The main disadvantages of such devices include the low efficiency of magnetic antennas, since at emitter-receiver distances of more than 2 m in a normal section, it is not possible to obtain a reliable signal at high frequencies (more than 20 MHz), at which, in fact, the influence of the dielectric constant begins to appear. ... This causes insufficient depth of research (the distance from the axis of the well, at which the surrounding rocks still affect the recorded parameters), which does not allow judging the properties of rocks in the unchanged part of the formation outside the drilling mud invasion zone.

Еще одним недостатком указанных устройств является использование одной, реже двух рабочих частот, что не позволяет определить частотную дисперсию электрических свойств пласта, которая несет важную информацию о текстурно-структурных особенностях флюидовмещающей породы.Another disadvantage of these devices is the use of one, rarely two operating frequencies, which does not allow determining the frequency dispersion of the electrical properties of the formation, which carries important information about the textural and structural features of the host rock fluids.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Техническая задача, положенная в основу настоящего изобретения заключается в обеспечении возможности получения информативных параметров, характеризующих горные породы, которые залегают в околоскважинно пространстве.The technical problem underlying the present invention is to provide the possibility of obtaining informative parameters characterizing rocks that occur in the near-wellbore space.

Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в повышении точности определения информативных параметров, характеризующих горные породы, залегающие в околоскважинном пространстве.The technical result achieved with the implementation of the present invention is to improve the accuracy of determining the informative parameters characterizing rocks occurring in the near-wellbore space.

В соответствии с настоящим изобретением, технический результат достигается скважинным многочастотным интроскопом для исследования околоскважинного пространства, включает наземную часть, состоящую из вычислительного модуля и связанного с ним ретранслятора, и связанную с ретранслятором посредством каротажного кабеля скважинную часть, состоящую из расположенных по одной оси оптико-электрического преобразователя каротажного кабеля, скважинного излучателя и верхнего и нижнего скважинных приемников, при этом:In accordance with the present invention, the technical result is achieved by a multi-frequency borehole introscope for studying the near-wellbore space, includes a surface part consisting of a computing module and an associated repeater, and a borehole part, which is connected to the repeater by means of a logging cable, consisting of optical-electric a logging cable transducer, a borehole transmitter and upper and lower borehole receivers, while:

скважинный излучатель снабжен электрической антенной, которая выполнена с возможностью излучения в околоскважинное пространство гармонических радиосигналов последовательно на нескольких частотах, выбранных из частотного диапазона от 1 до 50 МГц в соответствии с программой излучения, принимаемой скважинным излучателем от наземной части, и регистрации значений амплитуды тока и комплексного сопротивления на входе своей антенны при каждом излучении радиосигнала и передачи измеренных значений в цифровой форме в наземную часть;the borehole transmitter is equipped with an electric antenna, which is configured to emit harmonic radio signals into the near-borehole space sequentially at several frequencies selected from the frequency range from 1 to 50 MHz in accordance with the radiation program received by the borehole transmitter from the surface part, and recording the values of the current amplitude and complex resistance at the input of its antenna for each radio signal emission and transmission of measured values in digital form to the ground part;

верхний и нижний скважинный приемники удалены от скважинного излучателя на два фиксированных расстояния и снабжены электрическими антеннами, выполненными с возможностью приема радиосигналов, прошедших через горные породы, залегающие в околоскважинном пространстве, при этом упомянутые скважинные приемники выполнены с возможностью регистрации значений амплитуды осевой компоненты электрического поля принятого радиосигнала и разности фаз измеренного поля между антеннами приемников и передачи этих значений в цифровой форме в наземную часть;the upper and lower borehole receivers are removed from the borehole transmitter by two fixed distances and are equipped with electric antennas capable of receiving radio signals that have passed through rocks lying in the near-borehole space, while said borehole receivers are made with the ability to record the amplitude values of the axial component of the electric field received the radio signal and the phase difference of the measured field between the antennas of the receivers and transmitting these values in digital form to the ground part;

вычислительный модуль выполнен с возможностью формирования программы излучения для ее передачи в скважинный излучатель, приема от них значений зарегистрированных величин в цифровой форме через ретранслятор, вычисления на основе этих величин электрического сопротивления и диэлектрической проницаемости пород, залегающих в около скважинном пространстве;the computing module is configured to generate a radiation program for transmitting it to the borehole transmitter, receiving from them the values of the registered values in digital form through a repeater, calculating on the basis of these values the electrical resistance and dielectric constant of rocks lying in the borehole space;

ретранслятор выполнен с возможностью согласования вычислительного модуля с каротажным кабелем.the repeater is configured to match the computing module with the logging cable.

Измерения проводятся в широком диапазоне частот 1 – 50 МГц, в котором наиболее ярко проявляется дисперсия электрических свойств пород, связанная с граничной поляризацией, обусловленной извилистостью поровых каналов в породе. Изучение дополнительного параметра дисперсии электрических свойств позволяет характеризовать структуру пород и повысить точность определения характера насыщения пластов.The measurements are carried out in a wide frequency range of 1 - 50 MHz, in which the dispersion of the electrical properties of rocks associated with the boundary polarization caused by the tortuosity of pore channels in the rock is most pronounced. The study of an additional parameter of dispersion of electrical properties makes it possible to characterize the structure of rocks and improve the accuracy of determining the nature of saturation of layers.

В интроскопе в соответствии с настоящим изобретением применены специальные конструкции скважинных излучателя и приемников, которые позволяют проводить измерения высокочастотного электрического поля с помощью электрических антенн, свободных от влияния антенного эффекта. Каждое из упомянутых устройств скважинной части размещено в диэлектрическом корпусе, в котором размещаются однотипные двухплечевые излучающие или приемные электрические антенны, причем, каждая из антенн содержит электронную схему, работающую от автономного источника питания и размещенную в теле антенны, а обмен данными и командами между скважинными излучателем, приемниками и наземной частью обеспечен оптическими каналами с оптико-электрическими преобразователями.The introscope in accordance with the present invention employs special designs of borehole emitters and receivers that allow measurements of high-frequency electric fields using electrical antennas that are free from the antenna effect. Each of the above-mentioned devices of the downhole part is located in a dielectric housing, in which the same type of two-arm radiating or receiving electric antennas are placed, and each of the antennas contains an electronic circuit operating from an autonomous power source and located in the antenna body, and the exchange of data and commands between the downhole radiator , receivers and ground part are provided with optical channels with optical-electrical converters.

Отличием от известных устройств диэлектрического каротажа и основными преимуществами заявленного интроскопа являются следующие свойства:The difference from known devices for dielectric logging and the main advantages of the claimed introscope are the following properties:

– использование в излучателе и приемниках поля осевых симметричных изолированных электрических антенн обеспечивает существенное повышение «глубинности» исследований, то есть определения электрических свойств пород на больших расстояниях относительно оси скважины и неизмененных ее влиянием (зона проникновения бурового раствора и т.п.);- the use of axial symmetrical isolated electric antennas in the field emitter and receivers provides a significant increase in the "depth" of research, that is, the determination of the electrical properties of rocks at large distances relative to the borehole axis and unaltered by its influence (zone of drilling mud penetration, etc.);

– проведение измерений последовательно на нескольких частотах из диапазона 1 – 50 МГц позволяет количественно определить коэффициенты частотной дисперсии электрических свойств пород, как сопротивления, так и диэлектрической проницаемости, и использовать эти параметры для более точного вычисления коэффициента водонасыщенности;- carrying out measurements sequentially at several frequencies from the range of 1 - 50 MHz allows to quantify the coefficients of frequency dispersion of electrical properties of rocks, both resistance and dielectric constant, and use these parameters for more accurate calculation of the water saturation coefficient;

– при каждом измерении одновременно с принимаемым сигналом регистрируются напряжение и комплексное сопротивление на входе излучающей антенны, которые позволяют оценивать электрические характеристики среды вблизи излучающей антенны и, тем самым, повышают точность определения электрических характеристик неизмененных пород путем внесения соответствующих поправок.- during each measurement, simultaneously with the received signal, the voltage and complex impedance at the input of the radiating antenna are recorded, which make it possible to evaluate the electrical characteristics of the medium near the radiating antenna and, thereby, increase the accuracy of determining the electrical characteristics of unaltered rocks by making appropriate corrections.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

Настоящее изобретение проиллюстрировано чертежами, в соответствии с которыми:The present invention is illustrated by the drawings, in accordance with which:

– на фиг.1 представлена блок-схема скважинного многочастотного интроскопа для исследования околоскважинного пространства;- figure 1 shows a block diagram of a multi-frequency borehole introscope for studying the near-wellbore space;

– на фиг.2 представлена функциональная схема скважинного излучателя;- figure 2 shows a functional diagram of a downhole transmitter;

– на фиг.3 представлена функциональная схема скважинного приемника;- figure 3 shows a functional diagram of a downhole receiver;

– на фиг.4 представлена функциональная схема ретранслятора;- figure 4 shows a functional diagram of the repeater;

– на фиг.5 представлен фрагмент графического пользовательского интерфейса программного обеспечения вычислительного модуля.Fig. 5 shows a fragment of the graphical user interface of the software of the computing module.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Интроскоп в соответствии с настоящим изобретением может быть использован при работе в разведочных и эксплуатационных не обсаженных металлом скважинах. Такие скважины могут быть пробурены на нефть, газ, твердые полезные ископаемые, а также для обеспечения различных инженерно-геологических работ. Скважины могут иметь стеклопластиковую или полиэтиленовую обсадку. Конструктивное выполнение интроскопа позволяет обеспечить его использование в скважинах, заполненных буровым раствором на водной или нефтяной основе, а также в сухих скважинах.The introscope in accordance with the present invention can be used in exploration and production uncased wells. Such wells can be drilled for oil, gas, solid minerals, as well as for various engineering and geological works. Wells can be cased with fiberglass or polyethylene. The structural design of the introscope allows its use in wells filled with water or oil-based drilling mud, as well as in dry wells.

Интроскоп предназначен для измерения в скважине амплитуды и фазы осевой компоненты электрического поля, возбуждаемого в диапазоне гармонических частот 1-50 МГц. Основными параметрами, получаемыми на выходе вычислительного модуля интроскопа, являются эффективное электрическое сопротивление (ρэфф) и эффективная диэлектрическая проницаемость (ɛэфф) горных пород, вычисляемые на конкретной частоте излучаемого скважинным излучателем электромагнитного поля.The introscope is designed to measure in a borehole the amplitude and phase of the axial component of the electric field excited in the harmonic frequency range of 1-50 MHz. The main parameters obtained at the output of the computational module of the introscope are the effective electrical resistance (ρ eff ) and the effective dielectric constant (ɛ eff ) of rocks, calculated at a specific frequency of the electromagnetic field emitted by the borehole emitter.

В соответствии с фиг.1, заявленный интроскоп конструктивно состоит из двух частей – скважинной и наземной. Более детально скважинная часть состоит из расположенных по одной оси оптико-электрического преобразователя 101 каротажного кабеля 108, скважинного излучателя 102, верхнего скважинного приемника 103 и нижнего скважинного приемника 104, которые последовательно связаны по оптическому каналу оптоволоконными линиями связи 109, 110 и 111. Оптоволоконная линия связи 109 связывает оптико-электрический преобразователь 101, оптоволоконная линия связи 110 связывает скважинный излучатель 102 и верхний скважинный приемник 103, оптоволоконная линия связи 111 связывает верхний скважинный приемник 103 и нижний скважинный приемник 104. In accordance with figure 1, the declared introscope structurally consists of two parts - downhole and ground. In more detail, the downhole part consists of a coaxial optical-electrical transducer 101, a logging cable 108, a downhole transmitter 102, an upper downhole receiver 103 and a lower downhole receiver 104, which are sequentially connected via an optical channel by optical fiber communication lines 109, 110 and 111. Fiber-optic line communication 109 connects the optical-electrical converter 101, the fiber optic communication line 110 connects the downhole transmitter 102 and the upper downhole receiver 103, the fiber optic communication line 111 connects the upper downhole receiver 103 and the lower downhole receiver 104.

Скважинная часть выполнена с возможностью ее перемещения вдоль ствола скважины, что обеспечивается каротажным подъемником 105. В одном частном случае, скважинная часть может быть выполнена с возможностью перемещения вдоль ствола скважины с заданным шагом для того, чтобы получать измерения параметров излучаемого в околоскважинное пространство электрического поля в нескольких точках измерения внутри скважины. В другом частном случае, скважинная часть может быть выполнена с возможностью перемещения вдоль ствола скважины непрерывно с заданной скоростью, достаточной для того, чтобы получать измерения параметров излучаемого в околоскважинное пространство электрического поля в непрерывном режиме в необходимом для последующего интерпретирования количестве. The downhole part is configured to move along the wellbore, which is provided by the logging hoist 105. In one particular case, the downhole part can be moved along the wellbore with a predetermined step in order to obtain measurements of the parameters of the electric field radiated into the near-wellbore space in multiple measurement points downhole. In another particular case, the borehole part can be configured to move along the wellbore continuously at a predetermined speed sufficient to obtain measurements of the parameters of the electric field emitted into the near-wellbore space in a continuous mode in the amount required for subsequent interpretation.

Наземная часть связана со скважинной частью через каротажный кабель 108 и состоит из связанных ретранслятора 106 и вычислительного модуля 107. The surface portion is connected to the downhole portion via a logging cable 108 and consists of an associated repeater 106 and a computing module 107.

Скважинный излучатель 102, в соответствии с фиг.2, состоит из последовательно связанных антенны 201, блока измерения параметров излучения 202, усилителя мощности 203, синтезатора частоты 204 и процессора 205. При этом процессор 205 дополнительно связан с усилителем мощности 203, с блоком измерения параметров излучения 202, через аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 206, а также с блоком управления питанием и оптико-электрических преобразователей 207, к которому подключены оптоволоконные линии связи 109 и 110.The borehole transmitter 102, in accordance with figure 2, consists of a series-connected antenna 201, a unit for measuring radiation parameters 202, a power amplifier 203, a frequency synthesizer 204 and a processor 205. In this case, the processor 205 is additionally connected with the power amplifier 203, with a unit for measuring parameters radiation 202, through an analog-to-digital converter (ADC) 206, as well as with a power control unit and optical-electrical converters 207, to which fiber-optic communication lines 109 and 110 are connected.

Блок управления питанием и оптико-электрических преобразователей 207 по команде, полученной от вычислительного модуля 107 через оптоволоконную линию связи 109 может переводить скважинный излучатель 102 в «спящий» режим с микропотреблением и обратно в «рабочий» режим. В рабочем режиме блок управления питанием и оптико-электрических преобразователей 207 передает команды, получаемые для данного прибора от оптоволоконной линии связи 109 в процессор 205, остальные команды ретранслирует на оптоволоконную линию связи 110. По команде, полученной процессором 205 от вычислительного модуля 107 синтезатор частоты 204 начинает последовательно генерировать гармонические колебания на частотах из диапазона 1 – 50 МГц в соответствии с заданной программой. Этот сигнал усиливается усилителем мощности 203, через блок измерения параметров излучения 202 поступает на антенну 201 и излучается в околоскважинное пространство. На блоке измерения параметров излучения 202 регистрируется напряжение на антенне 201 и ее комплексное сопротивление. Эти данные поступают через АЦП 206, в процессор 205 и через блок управления питанием и оптико-электрических преобразователей 207 и оптоволокно 1 в вычислительный модуль 107. The power control unit and optical-electrical converters 207, upon a command received from the computing module 107 via the fiber-optic communication line 109, can put the downhole transmitter 102 into a "sleep" mode with micro-consumption and back into an "operating" mode. In the operating mode, the power control unit and optical-electrical converters 207 transmits the commands received for this device from the fiber-optic communication line 109 to the processor 205, the rest of the commands are relayed to the fiber-optic communication line 110. At the command received by the processor 205 from the computing module 107, the frequency synthesizer 204 begins to sequentially generate harmonic oscillations at frequencies from the range of 1 - 50 MHz in accordance with the specified program. This signal is amplified by the power amplifier 203, through the unit for measuring the radiation parameters 202 is fed to the antenna 201 and radiated into the near-wellbore space. The unit for measuring radiation parameters 202 records the voltage across the antenna 201 and its complex impedance. This data is fed through the ADC 206, to the processor 205, and through the power control unit and optical-electrical converters 207 and the optical fiber 1 to the computing module 107.

Верхний скважинный приемник 103, в соответствии с фиг.3, состоит из последовательно связанных антенны 301, усилителя радиочастоты 302, смесителя 303, усилителя промежуточной частоты 304, аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) 305, процессора 306. При этом процессор 306 дополнительно связан с синтезатором частоты 307, который связан со смесителем 303. Процессор 306 так же связан с блоком управления питанием и оптико-электрических преобразователей 308, к которому подключены оптоволоконные линии связи 110 и 111.The upper borehole receiver 103, in accordance with figure 3, consists of a series-connected antenna 301, a radio frequency amplifier 302, a mixer 303, an intermediate frequency amplifier 304, an analog-to-digital converter (ADC) 305, a processor 306. In this case, the processor 306 is additionally connected with frequency synthesizer 307, which is connected to mixer 303. Processor 306 is also connected to power control unit and optical-electrical converters 308, to which fiber-optic communication lines 110 and 111 are connected.

Блок управления питанием и оптико-электрических преобразователей 308 работает аналогично блоку управления питанием и оптико-электрических преобразователей 207 скважинного излучателя 102. Электромагнитное поле, прошедшее от скважинного излучателя 101 через породы, преобразуется в антенне 301 в электрический сигнал. Этот сигнал, через усилитель радиочастоты 302, поступает на смеситель 303. Сюда же поступает сигнал от синтезатора частот 307. Частоту сигнала определяет процессор обработки данных 306. Смешиваясь, сигналы преобразуются в сигнал промежуточной частоты, амплитуда которого пропорциональна величине сигнала, поступающего с антенны 301. Этот сигнал поступает на усилитель промежуточной частоты 304 и далее на АЦП 305. Оцифрованный сигнал передается в процессор 306. Процессор 306 формирует набор данных для передачи в вычислительный модуль 107 через блок управления питанием и оптико-электрические преобразователи 308.The power control unit and optical-electrical converters 308 operates similarly to the power control unit and optical-electrical converters 207 of the borehole transmitter 102. The electromagnetic field transmitted from the borehole transmitter 101 through the rocks is converted into an electrical signal in the antenna 301. This signal, through the RF amplifier 302, is fed to the mixer 303. The signal from the frequency synthesizer 307 is also received here. The signal frequency is determined by the data processor 306. Mixing, the signals are converted into an intermediate frequency signal, the amplitude of which is proportional to the signal from the antenna 301. This signal is fed to the intermediate frequency amplifier 304 and then to the ADC 305. The digitized signal is transmitted to the processor 306. The processor 306 generates a data set for transmission to the computing module 107 through the power control unit and optical-electrical converters 308.

Нижний скважинный приемник 104 аналогичен верхнему скважинному приемнику 103, за исключением того, что вместо оптоволоконной лини связи 110 к нему подключена оптоволоконная линия связи 111.The lower borehole receiver 104 is similar to the upper borehole receiver 103, except that instead of the fiber optic link 110, it is connected to the fiber optic link 111.

Ретранслятор 106, в соответствии с фиг.4, состоит из последовательно связанных блока согласования 402, процессора 403 и цифрового интерфейса 404, при этом процессор 403 дополнительно связан с генератором тока 405. Блок согласования 402 и генератор тока 405 связан с коллектором 401 каротажного подъемника 105. Цифровой интерфейс 404 может быть представлен USB или Wi-Fi и предназначен для обеспечения обмена данными между ретранслятором 106 и вычислительным модулем 107.The repeater 106, in accordance with figure 4, consists of a series-connected matching unit 402, a processor 403 and a digital interface 404, while the processor 403 is additionally connected to the current generator 405. The matching unit 402 and the current generator 405 are connected to the collector 401 of the logging hoist 105 The digital interface 404 can be USB or Wi-Fi and is designed to provide data exchange between the repeater 106 and the computing module 107.

Процессор 403 через блок согласования 402 обеспечивает прием или передачу данных, переданных по цифровому интерфейсу 404 из вычислительного модуля 107, на коллектор 401 каротажного подъемника 105 и далее через каротажный кабель 108 на оптико-электрический преобразователь 101. Также процессор обеспечивает работу генератора тока 405, необходимого для питания оптико-электрического преобразователя 101 в соответствии с электрическими характеристиками каротажного кабеля 108. Питание ретранслятора 106 осуществляется от сети 220В через блок питания 406.The processor 403, through the matching unit 402, receives or transmits data transmitted via the digital interface 404 from the computing module 107 to the reservoir 401 of the logging elevator 105 and then through the logging cable 108 to the optical-electrical transducer 101. The processor also provides the operation of the current generator 405 required to power the optical-electrical transducer 101 in accordance with the electrical characteristics of the logging cable 108. The repeater 106 is powered from the 220V network through the power supply 406.

Вычислительный модуль 107 выполнен с возможностью передачи команд на скважинный излучатель 102, приемники 103 и 104, приема от них параметров, характеризующих распространение электрического поля высокой частоты в околоскважинном пространстве, вычисления на основе таких параметров эффективных значений электросопротивления и диэлектрической проницаемости горных пород в около скважинном пространстве для конкретной частоты излучаемого скважинным излучателем 102 электромагнитного поля.The computing module 107 is configured to transmit commands to the downhole transmitter 102, receivers 103 and 104, receive from them parameters characterizing the propagation of a high-frequency electric field in the near-wellbore space, and calculate, based on such parameters, the effective values of the electrical resistivity and dielectric constant of rocks in the near-wellbore space for a specific frequency of the electromagnetic field emitted by the borehole transmitter 102.

Исследование околоскважинного пространства с использованием заявленного интроскопа осуществляется следующим образом. Скважинную часть перемещают вдоль интервала исследования ствола скважины. При этом каждой глубине соответствует набор измерений фазы и амплитуды сигнала, пропорционального напряженности электромагнитного полю, возбужденному скважинным излучателем и прошедшего через породы в околоскважинном пространстве, а также ток на входе антенны излучателя и комплексное сопротивление антенны на этой частоте. Измерения проводят на нескольких частотах в наиболее информативном диапазоне от 1,25 до 50 МГц. Конкретные частоты в количестве от 2 до 50 задаются при подготовке прибора к измерениям. Вся установка перемещается в скважине с заданным шагом с помощью каротажного кабеля 108.The study of the near-wellbore space using the claimed introscope is carried out as follows. The downhole part is moved along the wellbore survey interval. In this case, each depth corresponds to a set of measurements of the phase and amplitude of the signal proportional to the strength of the electromagnetic field excited by the borehole transmitter and passed through the rocks in the near-wellbore space, as well as the current at the input of the transmitter antenna and the complex resistance of the antenna at this frequency. Measurements are carried out at several frequencies in the most informative range from 1.25 to 50 MHz. Specific frequencies from 2 to 50 are set when preparing the device for measurements. The entire rig is moved in the borehole at a predetermined pitch using the logging cable 108.

Интерпретация проводится итерационно методом подбора путем сравнения измеренного поля с расчетным. Подбор осуществляется на всех измеренных частотах одновременно путем минимизации функционала.The interpretation is carried out iteratively by the fitting method by comparing the measured field with the calculated one. The selection is carried out at all measured frequencies simultaneously by minimizing the functionality.

Совокупность измерений на выходе каждого из скважинных приемников 103 и 104 может быть визуализирована в виде диаграмм «частотных спектров» (501), как это представлено на фиг.5. По вертикальной оси отложена глубина, по горизонтальной – рабочие частоты, а цветом дана интенсивность измеренного параметра поля. The collection of measurements at the output of each of the borehole receivers 103 and 104 can be visualized as "frequency spectra" plots (501), as shown in FIG. 5. The vertical axis is the depth, the horizontal axis is the operating frequencies, and the color is the intensity of the measured field parameter.

Оценку влияния зоны проникновения проводится путем сопоставления значений ρэфф и ɛэфф, вычисленных по измерениям на малом и большом разносах установки.Evaluation of the influence of the invasion zone is carried out by comparing the values of ρ eff and ɛ eff , calculated from measurements at small and large separations of the installation.

На фиг.5 представлен графический пользовательский интерфейс программного обеспечения вычислительного модуля 107. В левой части представлен частотный спектр поля In(Ez) 501. В окне 502 представлена визуализация выведенной экспериментальной частотной зависимости поля на конкретной глубине. Поля 503 и 504 соответствуют выводу интерпретационных параметров: расчетные значения эффективной диэлектрической проницаемости ɛэфф, эффективного электрического сопротивления пород ρэфф и коэффициентов частотной дисперсии 505 и 506, соответствующие подобранной теоретической кривой.Figure 5 shows the graphical user interface of the software of the computing module 107. The left part shows the frequency spectrum of the field In (Ez) 501. The window 502 presents a visualization of the derived experimental frequency dependence of the field at a specific depth. Fields 503 and 504 correspond to the derivation of the interpretation parameters: the calculated values of the effective dielectric constant ɛ eff , the effective electrical resistivity of the rocks ρ eff and the frequency dispersion coefficients 505 and 506, corresponding to the fitted theoretical curve.

По коэффициентам дисперсии на каждой глубине напротив коллектора определяется показатель степени в уравнении Арчи – Дахнова (коэффициент MN), который, в свою очередь, используется для вычисления коэффициента водонасыщения Кв (или нефтенасыщения (Кн=1-Кв). The dispersion coefficients at each depth opposite the reservoir are used to determine the exponent in the Archie-Dakhnov equation (MN coefficient), which, in turn, is used to calculate the water saturation coefficient Kw (or oil saturation (Kn = 1-Kw).

Claims (12)

1. Скважинный многочастотный диэлектрический интроскоп для исследования околоскважинного пространства, включающий наземную часть, состоящую из вычислительного модуля и связанного с ним ретранслятора, и связанную с ретранслятором посредством каротажного кабеля скважинную часть, состоящую из расположенных по одной оси оптико-электрического преобразователя каротажного кабеля, скважинного излучателя и верхнего и нижнего скважинных приемников, при этом:1. Downhole multifrequency dielectric introscope for exploring the near-wellbore space, including the surface part, consisting of a computing module and an associated repeater, and connected to the repeater by means of a logging cable, a downhole part consisting of an optical-electric transducer of a logging cable, a downhole transmitter and upper and lower borehole receivers, while: скважинный излучатель снабжен электрической антенной, которая выполнена с возможностью излучения в околоскважинное пространство гармонических радиосигналов последовательно на нескольких частотах, выбранных из частотного диапазона от 1 до 50 МГц в соответствии с программой излучения, принимаемой скважинным излучателем от наземной части, и регистрации значений амплитуды тока и комплексного сопротивления на входе своей антенны при каждом излучении радиосигнала и передачи измеренных значений в цифровой форме в наземную часть;the borehole transmitter is equipped with an electric antenna, which is configured to emit harmonic radio signals into the near-borehole space sequentially at several frequencies selected from the frequency range from 1 to 50 MHz in accordance with the radiation program received by the borehole transmitter from the surface part, and recording the values of the current amplitude and complex resistance at the input of its antenna for each radio signal emission and transmission of measured values in digital form to the ground part; верхний и нижний скважинный приемники удалены от скважинного излучателя на два фиксированных расстояния и снабжены электрическими антеннами, выполненными с возможностью приема радиосигналов, прошедших через горные породы, залегающие в околоскважинном пространстве, при этом упомянутые скважинные приемники выполнены с возможностью регистрации значений амплитуды осевой компоненты электрического поля принятого радиосигнала и разности фаз измеренного поля между антеннами приемников и передачи этих значений в цифровой форме в наземную часть;the upper and lower borehole receivers are removed from the borehole transmitter by two fixed distances and are equipped with electric antennas capable of receiving radio signals that have passed through rocks lying in the near-borehole space, while said borehole receivers are made with the ability to record the amplitude values of the axial component of the electric field received the radio signal and the phase difference of the measured field between the antennas of the receivers and transmitting these values in digital form to the ground part; вычислительный модуль выполнен с возможностью формирования программы излучения для ее передачи в скважинный излучатель, приема от него и от скважинных приемников значений зарегистрированных величин в цифровой форме через ретранслятор, вычисления на основе этих величин электрического сопротивления и диэлектрической проницаемости пород, залегающих в околоскважинном пространстве;the computing module is configured to generate a radiation program for its transmission to the downhole transmitter, receive from it and from the downhole receivers the values of the recorded values in digital form through the repeater, based on these values of electrical resistance and dielectric constant of rocks lying in the near-wellbore space; ретранслятор выполнен с возможностью согласования вычислительного модуля с каротажным кабелем. the repeater is configured to match the computing module with the logging cable. 2. Интроскоп по п.1, в котором скважинная часть выполнена с возможностью перемещения вдоль ствола скважины с заданным шагом.2. An introscope according to claim 1, wherein the downhole portion is movable along the wellbore with a predetermined step. 3. Интроскоп по п.1, в котором скважинная часть выполнена с возможностью перемещения вдоль ствола скважины непрерывно с заданной скоростью.3. An introscope according to claim 1, wherein the downhole portion is movable along the wellbore continuously at a predetermined speed. 4. Интроскоп по п.1, в котором каротажный кабель представлен одножильным каротажным кабелем.4. The introscope of claim 1, wherein the wireline is a single core wireline. 5. Интроскоп по п.1, в котором электрические антенны скважинных излучателя и приемников представлены идентичными осевыми симметричными изолированными электрическими антеннами. 5. The introscope of claim 1, wherein the electrical antennas of the borehole transmitter and receivers are identical axially symmetrical insulated electrical antennas. 6. Интроскоп по п.1, в котором скважинные излучатель и приемники размещены в диэлектрических корпусах.6. The introscope of claim 1, wherein the downhole transmitter and receivers are housed in dielectric housings. 7. Интроскоп по п.1, в котором скважинные излучатели и приемники имеют автономное питание.7. The introscope of claim 1, wherein the downhole transmitters and receivers are self-powered. 8. Интроскоп по п.1, в котором обмен данными и командами между скважинными излучателем, приемниками и наземной частью обеспечен оптическими каналами с оптико-электрическими преобразователями.8. Introscope according to claim 1, in which the exchange of data and commands between the downhole transmitter, receivers and the surface part is provided with optical channels with optical-electrical converters.
RU2019135951A 2019-11-08 2019-11-08 Downhole multifrequency introscope for investigation of near-borehole space RU2733110C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019135951A RU2733110C1 (en) 2019-11-08 2019-11-08 Downhole multifrequency introscope for investigation of near-borehole space

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019135951A RU2733110C1 (en) 2019-11-08 2019-11-08 Downhole multifrequency introscope for investigation of near-borehole space

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2733110C1 true RU2733110C1 (en) 2020-09-29

Family

ID=72926967

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019135951A RU2733110C1 (en) 2019-11-08 2019-11-08 Downhole multifrequency introscope for investigation of near-borehole space

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2733110C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU374565A1 (en) * 1971-01-15 1973-03-20 Опытно конструкторское бюро геофизического приборостроени треста Бурмашремонт YOUR UNIONash-o-gsh ^ Egn ^
SU744415A1 (en) * 1972-10-17 1980-06-30 Трест "Татнефтегеофизика" Apparatus for electromagnetic well logging
SU1469490A1 (en) * 1987-02-02 1989-03-30 Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин Electromagnetic logging device
WO2012107107A1 (en) * 2011-02-11 2012-08-16 Statoil Petroleum As Improved electro-magnetic antenna for wireless communication and inter-well electro-magnetic characterization in hydrocarbon production wells
WO2013074411A2 (en) * 2011-11-15 2013-05-23 Halliburton Energy Services, Inc. Enhanced resistivity measurement apparatus, methods, and systems
WO2014105084A1 (en) * 2012-12-31 2014-07-03 Halliburton Energy Services, Inc. Deep azimuthal system with multi-pole sensors

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU374565A1 (en) * 1971-01-15 1973-03-20 Опытно конструкторское бюро геофизического приборостроени треста Бурмашремонт YOUR UNIONash-o-gsh ^ Egn ^
SU744415A1 (en) * 1972-10-17 1980-06-30 Трест "Татнефтегеофизика" Apparatus for electromagnetic well logging
SU1469490A1 (en) * 1987-02-02 1989-03-30 Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт геофизических исследований геологоразведочных скважин Electromagnetic logging device
WO2012107107A1 (en) * 2011-02-11 2012-08-16 Statoil Petroleum As Improved electro-magnetic antenna for wireless communication and inter-well electro-magnetic characterization in hydrocarbon production wells
WO2013074411A2 (en) * 2011-11-15 2013-05-23 Halliburton Energy Services, Inc. Enhanced resistivity measurement apparatus, methods, and systems
WO2014105084A1 (en) * 2012-12-31 2014-07-03 Halliburton Energy Services, Inc. Deep azimuthal system with multi-pole sensors

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6294917B1 (en) Electromagnetic induction method and apparatus for the measurement of the electrical resistivity of geologic formations surrounding boreholes cased with a conductive liner
US4451789A (en) Logging tool and method for measuring resistivity of different radial zones at a common depth of measurement
US9638028B2 (en) Electromagnetic telemetry for measurement and logging while drilling and magnetic ranging between wellbores
US6646441B2 (en) Well logging system for determining resistivity using multiple transmitter-receiver groups operating at three frequencies
US5402068A (en) Method and apparatus for logging-while-drilling with improved performance through cancellation of systemic errors through combination of signals, utilization of dedicated transmitter drivers, and utilization of selected reference signals
US4107597A (en) Electromagnetic wave propagation well logging utilizing multiple phase shift measurement
US9035657B2 (en) Electromagnetic logging between a cased borehole and surface
RU2577418C2 (en) Compensated cross-well tomography methods and systems
US6788066B2 (en) Method and apparatus for measuring resistivity and dielectric in a well core in a measurement while drilling tool
EP0314573A2 (en) Well logging apparatus and method
CA1040708A (en) Combination radio frequency dielectric and conventional induction logging system
US3993944A (en) Movable oil measurement combining dual radio frequency induction and dual induction laterolog measurements
US8050865B2 (en) System and method for measuring resistivity parameters of an earth formation
CA1053755A (en) Dielectric induction logging system for obtaining water and residual oil saturation of earth formations
US2455941A (en) Geophysical prospecting in boreholes by microwaves
US9933538B2 (en) Adaptive optimization of output power, waveform and mode for improving acoustic tools performance
US6377050B1 (en) LWD resistivity device with inner transmitters and outer receivers, and azimuthal sensitivity
EP3134612A1 (en) Characterizing a downhole environment using stiffness coefficients
US11740380B2 (en) Minimal electronic sensor collars
US10754055B2 (en) Apparatus and method for obtaining petrophysical images using electrical imager and multi-frequency dispersion measurements
CN108594313A (en) Hand propelled time domain electromagnetic well logging apparatus and method in a kind of coal mine down-hole drilling
US10227868B2 (en) Electromagnetic telemetry using capacitive surface electrodes
CN103917732A (en) Drill bit for performing electromagnetic measurements in a subterranean formation
CN108442926A (en) A kind of nearly drill bit electromagnetic resistivity adds gamma ray logger
RU2733110C1 (en) Downhole multifrequency introscope for investigation of near-borehole space