WO2011071412A2 - Способ электрического каротажа обсаженных скважин - Google Patents
Способ электрического каротажа обсаженных скважин Download PDFInfo
- Publication number
- WO2011071412A2 WO2011071412A2 PCT/RU2010/000659 RU2010000659W WO2011071412A2 WO 2011071412 A2 WO2011071412 A2 WO 2011071412A2 RU 2010000659 W RU2010000659 W RU 2010000659W WO 2011071412 A2 WO2011071412 A2 WO 2011071412A2
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- measuring
- electrodes
- current
- probe
- electric
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/18—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging
- G01V3/20—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with propagation of electric current
- G01V3/22—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with propagation of electric current using dc
Definitions
- the invention relates to the field of geophysical studies of wells and is intended to determine simultaneously at several discrete points of electrical resistivity of rocks located equidistant along the axis of the borehole surrounding a cased metal column well.
- any known method of electric logging of wells cased by a solid metal casing is set in conditions of working with useful signals in the nanovolt range, which are many times lower than interference signals if they are not suppressed.
- the above methods are based on differential measurement between two pairs of measuring electrodes of a probe of the second electric potential difference or using a bridge consisting of two identical electrical resistances (the first option), or by separately measuring both differences of electric potentials with two separate meters, followed by subtracting their readings at the output (second option).
- the second option also has the disadvantage that it is technically difficult to create two amplifiers with the same and stable gain, suitable for differential measurement of the second potential difference.
- Such methods of measuring the second difference in electric potentials are in principle permissible in cased hole logging, provided that the linear base between the two pairs of measuring electrodes is constant.
- the distance changes when changing the electrode clamp diameter between their pairs can vary by up to one centimeter. Since the resistivity of the column and the resistivity of the rocks surrounding it differ by 10 7 times or more, such a change in the distance between the measuring electrodes in the differential measurement of the second difference in electrical potentials can lead to an error that is many times higher than the permissible one.
- the proposed method solves the problem of increasing the recording speed and eliminating the above disturbances 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 specific electrical resistance of rock formations surrounding the well over 100 Ohm.m with a measurement error of up to 5%.
- the electrodes of a multi-electrode probe are distributed into groups of measuring nodes, each of which consists of three nearby measuring electrodes;
- the number of measuring nodes is two or more
- measuring the first potential difference is carried out between the extreme measuring electrodes of each measuring node and additionally measuring the first electric potential difference between one of the extreme measuring electrodes and the central of each measuring node at each of the electric current supplies to both current electrodes;
- zi is the electrical resistance of the well section, determined for each i-th measuring unit according to the formula
- K ⁇ is the focusing coefficient determined from the condition that the resulting normalized potential difference between the extreme measuring electrodes of each measuring node is equal to zero from the equation
- the body by the body, the first potential differences of the electric field between the extreme measuring electrode Mi and the central Mi + i of each measuring unit when applying currents, respectively, to the first A ⁇ and second A current probe electrodes; - measured by one / - meter
- B is the geometric coefficient of the probe for each measuring unit.
- FIG. 1 shows a block diagram of a downhole tool that implements the proposed method.
- 1 is the body of the downhole tool; 2- first measuring electrode Mi; 3- second measuring electrode Mr, 4- third measuring electrode Ms; 5th - measuring electrode Mi; 6- i + 1- measuring electrode Mi +1; 7- i + 2- measuring electrode Mi +2; 8-p - measuring electrode Mn; 9- p + ⁇ - measuring electrode Mn + ⁇ ; 10 - p + 2 - measuring electrode probe current electrodes located outside the measuring electrodes symmetrically with respect to the probe center.
- Mi, Mi, Mi - electrodes making up the first measuring unit Mi, Ms, M4 - electrodes making up the second measuring unit; Mi, Mi + l, Mi + 2- electrodes making up the i-th measuring unit; Mn, Mn + 1, Mn + 2 - electrodes making up the fifth measuring unit;
- Figure 2-a is a graph of the distribution of electric potential along the casing from the action of the current I A from the current electrode A ⁇ .
- Figure 2-b shows a graph of the distribution of electric potential along the casing from the current I I FROM the current electrode Ar, taking into account the scaling focusing coefficient K anno ⁇ Communication ⁇ Communication Principal It obtained from the condition that the potential difference is equal to zero between the extreme measuring electrodes Mi and Mi +2 of each measuring node.
- any version of the method of electric logging cased by a solid metal casing wells is set in the conditions for working with useful signals in the nanovoltaic range, which are many times lower than interference signals, among which are: interference associated with a change the distance between the measuring electrodes of the probe due to a change in the inner diameter of the casing string and, as a consequence of this, a change in the angle of inclination of the levers of the pressure contacts of these electrodes; interference due to inconstancy of the running electrical resistance of the casing; interference caused by the inconstancy of the supply current of the probe 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 due to induction interference of the line probe current electrodes on the line of the probe measuring electrodes; interference due to contact electrode potentials; thermal noise; telluric interference; random impulse noise.
- interference signals among which are: interference associated with a change the distance between the measuring electrodes of the probe due to a change in
- the measured electric potential, its first differences and the currents of both current electrodes are digitized.
- a high frequency of supply of the probe current electrodes is required, but it cannot be higher than 0.25 Hertz due to the influence of induction pickups.
- the time interval between switching the current and the beginning of the measurement of the signals of the first potential differences depends on the length of the current and measuring lines located together with one another. When measuring the first potential differences, this interval is not less than 0.4 seconds, since the current and measuring lines of the first potential differences are combined only in the interval of several meters, equal to the length of the measuring lines of the first differences. In order to avoid the distorting effect of induction interference on the results of measuring the first potential differences, information is in the time interval from the beginning of current switching to 0.4 sec. do not use.
- this interval is already at least one second, since the current and measuring lines in this case are combined in the interval of several thousand meters, that is, over the entire length of kA a mouth cable connecting the downhole tool to surface equipment.
- the most optimal is the frequency of bipolar rectangular current pulses of 0.25 Hertz or less.
- the medium under study is approximated as two-dimensionally inhomogeneous in the coordinates Z and V.
- the well is not an ideal linear electrode, i.e., its linear electric resistance ⁇ along the coordinate ⁇ between the extreme measuring electrodes is unstable and can vary from one section to another in several
- U ( ⁇ ) is the electric potential in the well at the observation point with coordinate ⁇ ;
- 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]);
- ⁇ is the electrical resistance exerted by the medium to the current
- the surface S consists of the bases of the cylinder $ p and q and its side surface S b . Therefore, the left side of equation (3) represents the sum of three flows
- the extremum of the potential at the location of the measuring electrodes is achieved by selection in the sources
- ⁇ ⁇ and ⁇ 2 located on both sides at the same distance from the middle electrode Mi +1 (measuring point), of currents of values such that the potential difference between the two electrodes Mi and Mi +2 symmetric with respect to Mi +1 is equal to zero, i.e. . Reaching an extremum at a measurement point means the exclusion of the axial component of the current ), which in the well, upon excitation of the medium under study by a single-pole source, is much larger than the radial component .
- a second finite potential difference proportional to it is used
- h is the geometric coefficient of each measuring node of the probe, meters.
- K i is the focusing coefficient, determined from the condition that the resulting normalized potential difference between the extreme measuring electrodes of the probe from the equation be equal to zero
- I A ⁇ 5 I A2 currents of the current electrodes of the probe A 1 and Ar; - dimensionless modules of currents I A ⁇ , 1 A2 , obtained after
- ki is the geometric coefficient of the probe for each measuring unit.
- ⁇ ⁇ ⁇ is the electrical resistance of the well section, measured between the extreme measuring electrodes of each measuring node of the probe.
- the electrical resistance zi of the column section between the extreme measuring electrodes of the probe is usually determined by the formula
- the electrical resistivity P nursein this particular example is obtained from formula (12).
- this formula is deduced from the assumption that the resulting axial component of the current flowing along the highly conductive metal column between the measuring electrodes Mi and Mi + 2 of each measuring unit is zero. Owing 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 in each measuring unit using formula (12), which is confirmed by modeling on mathematical models.
- Formula (19) quantitatively for determining the electrical resistivity D does not differ from formula (12), but qualitatively it differs in that it replaces the differentially measured second potential differences by integrally measured
- the geometric coefficient of the probe h and the linearity range between the true electrical resistivity P t and the readings of the device created by this method are determined using a grid mathematical model (V. Druskin, L. Knizhnerman. Method for solving direct problems of electric logging and DC electrical intelligence. Izv. AN SSSR, ser. "Physics of the Earth", 1987,
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области геофизических исследований скважин и предназначено для определения удельного электрического сопротивления горных пород в обсаженных скважинах. Сущность: используют многоэлектродный зонд, выполненный в виде последовательно и равноудаленно расположенных вдоль оси скважины состоящих из трех измерительных электродов двух и более измерительных узлов, состоящих из трех измерительных электродов. За пределами измерительных электродов симметрично относительно середины зонда установлены два токовых электрода. В токовые электроды зонда поочередно подают двуполярные прямоугольные импульсы постоянного электрического тока. Проводят измерение и оцифровку электрического потенциала и его первых разностей. Все оцифрованные кванты сигналов соответствующим образом обрабатывают, фильтруют и на их основе определяют в каждом измерительном узле удельное электрическое сопротивление окружающих обсадную колонну пластов горных пород в нескольких точках вдоль оси скважины. Технический результат: повышение скорости записи, снижение помех, повышение динамического диапазона.
Description
Способ электрического каротажа обсаженных скважин
Изобретение относится к области геофизических исследований сква- жин и предназначено для определения одновременно в нескольких распо- ложенных равноудаленно вдоль оси скважины дискретных точках удель- ного электрического сопротивления горных пород, окружающих обсажен- ную металлической колонной скважину.
Известен способ электрического каротажа обсаженных скважин на основе двухполюсного симметричного пятиэлектродого зонда, где изме- ряют потенциал электрического поля, его певую и вторую разности (Ка- шик А.С., Рыхлинский Н.И., и др. Способ электрического каротажа обса- женных скважин. Патент JYQ 2176802 от 20.02.2001. Бюл. 34. 2001.) [1]. При исследовании этим способом исключаются связанные с непостоянст- вом погонного электрического сопротивления обсадной колонны искаже- ния 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 по- даче тока в токовые электроды зонда силовой кабель проходит мимо элек- трических линий приемных электродов. Из- за этого возникает индукци- онная 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%. Кроме этого, он обладает малой скоростью записи.
Известен способ электрического каротажа обсаженных скважин на основе двухполюсного симметричного пятиэлектродого зонда (Кашик А.С., Рыхлинский Н.И., и др. Способ электрического каротажа обсажен- ных скважин. Патент Ν° 2229735 от 22.04.2003. Бюл. JSTs 15. 2004.) [2], где
индукционные наводки устраняются. Но этим способом поддержание экс- тремума потенциала осуществляется при помощи расположенного в сква- жинном приборе автоматического аналогового автокомпенсатора, который управляется там же в скважинном приборе полезными сигналами в нано- вольтовом диапазоне, которые во много раз ниже сигналов- помех, связан- ных с тепловыми шумами, индукционными наводками, теллурическими токами, контактными электродными потенциалами и др., что приводит к неустойчивой работе этого автокомпенсатора и делает недоступным кон- троль за его работой. Поэтому этот способ не нашел применения в практи- ке каротажа обсаженных скважин. Он также обладает малой скоростью записи.
Отметим, что любой известный способ электрического каротажа об- саженных сплошной металлической колонной скважин поставлен в усло- вия работы с полезными сигналами в нановольтовом диапазоне, которые во много раз ниже сигналов- помех, если последние не подавлять.
Отметим также, что упомянутые выше способы, как и другие извест- ные, основаны на дифференциальном измерении между двумя парами из- мерительных электродов зонда второй разности электрических потенциа- лов либо при помощи состоящего из двух одинаковых электрических со- противлений моста (первый вариант), либо при помощи раздельного из- мерения обеих разностей электрических потенциалов двумя отдельными измерителями с последующим вычитанием на выходе их показаний (вто- рой вариант). Причем второй вариант обладает еще и тем недостатком, что технически трудно создать два усилителя с одинаковым и стабильным ко- эффициентом усиления, пригодных для дифференциального измерения второй разности потенциалов.
Такие способы измерения второй разности электрических потенциалов в принципе допустимы в каротаже обсаженных скважин при условии со- хранения постоянства линейной базы между обеими парами измеритель- ных электродов. Но поскольку измерительные электроды устройств элек- трического каротажа обсаженных скважин построены в виде прижимных конструкций, а диаметр обсадной колонны непостоянен, например, из-за её вздутия после перфорации или из-за особенностей технологии её прока- та, то при изменении диаметра прижима электродов расстояние межу их парами может меняться на величину до одного сантиметра. Поскольку удельное сопротивление колонны и удельное сопротивление окружающих её пород отличается в 107 раз и более, то такое изменение расстояния меж- ду измерительными электродами при дифференциальном измерении вто- рой разности электрических потенциалов может привести к погрешности, многократно превышающей допустимую.
В предложенном способе решается задача повышения скорости запи- си и исключения указанных выше помех на фоне полезных измеряемых сигналов и, как следствие этого, решается задача повышения динамиче- ского диапазона определения истинного удельного электрического сопро- тивления окружающих скважину пластов горных пород свыше 100 Ом.м с погрешностью измерения до 5%.
Этот технический результат достигается тем, что в способе электри- ческого каротажа обсаженных скважин с многоэлектродным зондом, вы- полненным в виде последовательно и равноудаленно расположенных вдоль оси скважины измерительных электродов и установленных за их пределами симметрично относительно середины зонда двух токовых элек- тродов, в которые поочередно подают двуполярные прямоугольные им- пульсы постоянного электрического тока, и при каждой из подач тока
через заданное время после затухания индукционной помехи, связанной с переполюсовкой тока, измеряют потенциал электрического поля одного из измерительных электродов и первую разность потенциалов между крайними измерительными электродами; на основе указанных измеренных электрических сигналов при равенстве нулю результирующей от суммар- ного действия токов обоих токовых электродов разности потенциалов электрического поля между крайними измерительными электродами опре- деляют электрическое сопротивление окружающих скважину пластов гор- ных пород;
согласно изобретению, электроды многоэлектродного зонда распределены на группы измерительных узлов, каждый из которых состоит из трех близлежащих измерительных электродов;
количество измерительных узлов составляет два и более;
измерение первой разности потенциалов проводят между крайними изме- рительными электродами каждого измерительного узла и дополнительно измеряют первую разность электрических потенциалов между одним из крайних измерительных электродов и центральным каждого измеритель- ного узла при каждой из подач электрического тока в оба токовые элек- трода;
проводят оцифровку измеренных сигналов потенциала, первых разностей потенциалов и токов, подаваемых в токовые электроды, при которой каж- дые группы квантов оцифровки потенциала и его первых разностей и группы квантов токов суммируют, усредняют и, используя полученные значения, определяют одновременно в нескольких точках расположения измерительных узлов вдоль оси скважины удельное электрическое сопро
тивление i окружающих скважину пластов горных пород по формуле
где z i - электрическое сопротивление участка скважины, определенное для каждого i- того измерительного узла по формуле
К ί - коэффициент фокусировки, определяемый из условия необхо- димости равенства нулю результирующей нормированной разности по- тенциалов между крайними измерительными электродами каждого изме- рительного узла из уравнения
где i изменяется от 1 до п, - потенциалы электрического поля одного из из-
мерительных электродов зонда при подаче тока, соответственно, в первый А\ и второй А2 токовые электроды зонда; - измеряемые одним - тым измери-
телем первые разности потенциалов электрического поля между крайним измерительным электродом Mi и центральным Mi+i каждого измеритель- ного узла при подаче токов, соответственно, в первый А\ и второй А то- ковые электроды зонда;
- измеряемые одним / - тым измерителем
первые разности потенциалов электрического поля между крайними из- мерительными электродами Mi и Mi+2 каждого измерительного узла при подаче токов, соответственно, в первый А\ и второй Аг токовые электроды зонда;
I А\ > ^А2 - токи токовых электродов зонда А 1 и Аг; - безразмерные модули токов I А , I А2 ;
Ъ- геометрический коэффициент зонда для каждого измерительно- го узла.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена блок - схема скважинного прибора, реализующего предложенный способ. Здесь 1- корпус скважинного прибора; 2- первый измерительный электрод Mi; 3- второй измерительный электрод Mr, 4- третий измерительный электрод Мз ; 5- - тый измерительный электрод Mi ; 6- i+ 1- измерительный элек- трод Mi +1; 7- i+2- измерительный электрод Mi +2; 8- п - ный измери- тельный электрод Мп; 9- п+ \- измерительный электрод Мп+ \ ; 10 - п+2 - измерительный электрод
токовые электроды зонда, расположенные за пределами измерительных электродов симмет- рично относительно центра зонда.
Mi, Mi, Mi- электроды, составляющие первый измерительный узел; Mi, Мз, М4- электроды, составляющие второй измерительный узел; Mi, Mi+l, Mi+2- электроды, составляющие i- тый измерительный узел; Мп, Мп+1 , Мп+2- электроды, составляющие п- ный измерительный узел;
На фиг.2-а дан график распределения электрического потенциала вдоль обсадной колонны от действия тока I А от токового электрода А\.
На фиг.2-Ь дан график распределения электрического потенциала вдоль обсадной колонны от действия тока I I ОТ токового электрода Аг с учетом масштабирующего коэффициента фокусировки К ί , полученного из условия равенства нулю разности потенциалов
меж- ду крайними измерительными электродами Mi и Mi +2 каждого измери- тельного узла.
Как уже отмечалось выше, любой вариант способа электрического каротажа обсаженных сплошной металлической колонной скважин по- ставлен в условия работы с полезными сигналами в нановольтовом диапа- зоне, которые во много раз ниже сигналов- помех, среди которых являют- ся: помехи, связанные с изменением расстояния между измерительными электродами зонда из-за изменения внутреннего диаметра обсадной ко- лонны и, как следствие этого, изменения угла наклона рычагов прижим- ных контактов этих электродов; помехи, связанные с непостоянством по- гонного электрического сопротивления обсадной колонны; помехи, свя- занные с непостоянством тока питания токовых электродов зонда, вызван- ного как недостаточной для работы в нановольтовом диапазоне стабиль- ностью источника питания, так и непостоянством электрического сопро- тивления токовой цепи; помехи, связанные с индукционными наводками питающих токовые электроды зонда линий на линии измерительных элек- тродов зонда; помехи, связанные с контактными электродными потенциа- лами; тепловые помехи; теллурические помехи; случайные импульсные помехи.
Для борьбы с указанными выше помехами измеренные электрический потенциал, его первые разности и токи обоих токовых электродов оцифро- вывают.
Также для успешной фильтрации полезных сигналов от тепловых, теллурических и других случайных помех требуется высокая частота пи- тания токовых электродов зонда, но она не может быть выше 0,25 Герца из- за влияния индукционных наводок. Для исключения искажающего влияния индукционных наводок, которые имеют место при совмещении токовых и измерительных линий, предпочтительно питание токовых элек- тродов зонда осуществлять знакопеременными прямоугольными импуль- сами постоянного тока, где помехи, связанные с индукционными навод- ками, через некоторое время после переполюсовки прямоугольных им- пульсов постоянного тока исчезают (см. [2]). При этом измерение и оциф- ровку сигналов в измерительных цепях необходимо начинать после зату- хания выбросов, связанных с процессом переключения тока в токовых электродах зонда.
Интервал времени между переключением тока и началом измерения сигналов первых разностей потенциалов, как показали экспериментальные исследования, зависит от длины расположенных совместно одна с другой токовой и измерительной линий. Этот интервал составляет при измерении первых разностей потенциалов не менее 0.4секунды, так как токовая и из- мерительные линии первых разностей потенциалов совмещены всего- лишь в интервале несколько метров, равном длине измерительных линий первых разностей. Во избежание искажающего влияния индукционных наводок на результаты измерения первых разностей потенциалов инфор- мацию в интервале времени от начала переключения тока и до 0,4 сек. не используют.
При измерении потенциала этот интервал составляет уже не менее одной секунды, так как токовая и измерительная линии в этом случае со- вмещены в интервале нескольких тысяч метров, то есть на всей длине кА
рота ного кабеля, соединяющего скважинный прибор с наземными уст- ройствами. Исходя из вышесказанного, наиболее оптимальной является частота двуполярных прямоугольных импульсов тока 0,25 Герца и менее.
Рассмотрим принцип исключения искажающего влияния непостоян- ства электрического сопротивления обсадной колонны.
В каротаже при решении газонефтеразведочных задач исследуемая среда апроксимируется как двумернонеоднородная по координатам Z и V . Вместе с тем, скважина не является идеальным линейным электродом, т. е. ее линейное электрическое сопротивление Ω вдоль координаты Ζ между крайними измерительными электродами непостоянно и может меняться от одного участка к другому в несколько
раз.
Поместим в скважину, в точку А , источник, от которого в иссле- дуемую среду подводится электрический ток I , и определим распределе- ние электрического потенциала вдоль ее оси. Известно [1], что
и только при условии, что ΩΓ /Ωζ »1 ,
где
U (ζ) - электрический потенциал в скважине в точке наблюдений с координатой Ζ ;
Ιζ (ζ) -электрический ток через поперечное сечение скважины с этой же координатой;
J r (z) - ток, стекающий со стенки скважины в окружающую породу на единицу интервала глубин (линейная плотность тока с размерностью [А/м]);
Ωγ - электрическое сопротивление, оказываемое средой току
Ωζ - (как уже отмечалось выше) электрическое сопротивление от- резка скважины между крайними измерительными электродами току осе- вого направления, функционально зависящее от координаты Ζ вследствие непостоянства геометрических и других параметров скважины.
Выделим отрезок столба скважины в точке Ζ с высотой
и с центром в точке наблюдения (средний измерительный электрод Mi+ l ). К замкнутой поверхности этого цилиндрического отрезка применим уравнение непрерывности вектора плотности тока
, взятое в интегральной форме, т. е.
Поверхность S состоит из оснований цилиндра $р и д и его боко- вой поверхности Sb . Следовательно, левая часть уравнения (3) представ- ляет сумму трёх потоков
откуда
и в пределе при
:
Продифференцируем выражение (1) по Ζ , учитывая, что Ωζ есть функция электрического сопротивления ствола скважины, изменяющегося в реальной скважине с изменением координаты Ζ , т. е.
:
Подставив в уравнение (6) равенства (2) и (5), получим уравнение распределения потенциала источника вдоль оси скважины с непостоянным вдоль ее оси электрическим сопротивлением Ωζ [1]
Анализ уравнения (7) показывает, что измерение электрического по- тенциала и его второй производной не определяет искомое соотношение
ΩΖ / ΩΓ ввиду присутствия в этом уравнении члена
5 сильно за- висящего от изменчивости электрического сопротивления ствола скважи- ны.
Способ электрического каротажа [1], на результаты измерений ко- торого практически не влияет непостоянство погонного электрического сопротивления колонны, отличается тем, что благодаря применению соот- ветствующих технических приемов и средств, кривая распределения по
тенциала вдоль оси скважины приобретает экстремум в области измери- тельных электродов (в области координаты
т. е.
. Следовательно, из уравнения (7) исключается член, содержащий неопределенную величину
5 и это уравнение в точке z ~ zMi+\ принимает следующий вид:
откуда
На основании уравнения (9), измерив электрическое сопротивление отрезка колонны между крайними измерительными электродами измери- тельного узла, потенциал и его вторую производную в точке с координа- той zMi+\ при наличии там экстремума, можно определить искомое элек- трическое сопротивление окружающих скважину пластов горных пород
Qr в этой точке.
Достижение экстремума потенциала в месте нахождения измери- тельных электродов осуществляется при помощи подбора в источниках
Αλ и Л2 , расположенных с обеих сторон на одинаковом расстоянии от среднего электрода Mi +1 (точка измерения), токов таких величин, чтобы разность потенциалов между двумя симметричными относительно Mi +1 электродами Mi и Mi +2 равнялось нулю, т. е.
Достижение экстремума в точке измерения
означает исклю- чение осевой составляющей тока
) , которая в скважине, при воз- буждении исследуемой среды однополюсным источником, многократно больше радиальной составляющей
. На практике для измерения сопротивления ΩΓ вместо второй производной потенциала из (9) исполь- зуют пропорциональную ей вторую конечную разность потенциалов
Таким образом, способом электрического каротажа обсаженных скважин можно определять сопротивление ΩΓ при условии фокусировки тока в месте приема сигнала, т.е. если в центре каждого измерительного узла Mi+l обеспечивать поддержание экстремума потенциала электриче- ского поля
. Согласно закону Ома в этой точке осевая составляющая плотности тока вдоль оси скважины равна нулю
Реализация предлагаемого способа электрического каротажа осуще- ствляется на основе определения удельного электрического сопротивления
Рп окружающих обсаженную скважину пластов горных пород по форму- лам (9) и (10), т. е.
при выполнении условия равенства нулю первой результирующей от деи- ствия обоих токовых электродов разности электрических потенциалов
между крайними измерительными электродами Mi и Mi+2 каждого измерительного узла, где
- соответственно, электрический по- тенциал поля одного из измерительных электродов и вторая разность элек- трических потенциалов на участке электропроводящего цилиндра между внешними измерительными электродами Mi и Mi+2 каждого измеритель- ного узла при равенстве нулю первой результирующей разности потен- циалов между этими электродами, вольты;
h - геометрический коэффициент каждого измерительного узла зон- да, метры.
Отметим, что вследствие того, что электрическое сопротивление об- садной колонны более, чем в 107 раз ниже сопротивления окружающих её пород, основная доля тока источников А\ и Аг течет по обсадной колонне и вследствие этого потенциал колонны на участке А \ Аг практически оди- наков, т.е. он намного порядков больше, чем вторая разность электриче- ских потенциалов. Вследствие этого электрический потенциал поля можно измерять относительно любого измерительного электрода. Тогда удельное электрическое сопротивление пластов в каждом измерительном узле опре- деляют по ормуле:
где
К i - коэффициент фокусировки, определяемый из условия необхо- димости равенства нулю результирующей нормированной разности по- тенциалов между крайними измерительными электродами зонда из урав- нения
- соответст-
венно, зависящие от токов первого А\ и второго Аг токовых электродов зонда первые и вторые разности потенциалов электрического поля;
I А\ 5 I А2 - токи токовых электродов зонда А 1 и Аг; - безразмерные модули токов I А\ , 1А2 , полученные после
суммирования и осреднения отфильтрованных их квантов;
ki - геометрический коэффициент зонда для каждого измерительного узла.
Ω ζ ί - электрическое сопротивление участка скважины, измеренное между крайними измерительными электродами каждого измерительного узла зонда.
Электрическое сопротивление z i участка колонны между край- ними измерительными электродами зонда обычно определяют по формуле
Удельное электрическое сопротивление Р„ в данном примере кон- кретного выполнения получено из формулы (12). Как уже отмечалось вы- ше, эта формула выведена из предпосылки, что результирующая осевая составляющая тока, текущего вдоль высокопроводящей металлической колонны между измерительными электродами Mi и Mi+2 каждого изме- рительного узла, равна нулю. Благодаря этому, в частности, искажающее влияние непостоянства электрического сопротивления колонны на резуль- таты измерения отсутствует, и процессор после обработки сигналов опре- деляет по формуле (12) истинное сопротивление пластов в каждом изме- рительном узле, что подтверждено моделированием на математических моделях.
Но, как отмечалось выше, способы основанные на дифференциальном измерении между двумя парами измерительных электродов зонда второй разности электрических потенциалов как при помощи состоящего из двух одинаковых электрических сопротивлений моста, так и при помощи раз- дельного измерения обеих разностей электрических потенциалов двумя отдельными измерителями с последующим вычитанием на выходе их по- казаний, не обладают необходимой точностью измерения этой разности в условиях, когда отношение удельного электрического сопротивления ок- ружающих колонну пластов горных пород к её сопротивлению составляет 107раз и более (на практике такое соотношение существует всегда). По- этому в предлагаемом способе из формулы (12) надо исключить члены, содержащие вторые разности потенциалов . Для
этого воспользуемся фиг.2 и формулой (13), откуда следует, что при ис- пользовании коэффициента κΐ
Выделим из формулы (12) знаменатель, содержащий дифференциаль- но измеряемые вторые разности потенциалов (Для
упрощения анализа будем считать, что токи равны единице).
Тогда с учетом формул (10) и (15- 17):
Теперь с учетом (18) формула (12) для определения удельного элек- трического сопротивления г примет вид:
Формула (19) количественно для определения удельного электриче- ского сопротивления Д не отличается от формулы (12), но качественно она отличается тем, что в ней заменены дифференциально измеряемые вторые разности потенциалов на интегрально изме-
ряемые одним и тем же измерителем первые разности потенциалов
между одним из внешних измерительных электродов Mi и центральным Mi +1. Благодаря этому значительно повы -
шается точность определения истинного удельного электрического сопро- тивления Pi .
В предлагаемом способе геометрический коэффициент зонда h и диапазон линейности между истинным удельным электрическим сопро- тивлением Pt и показаниями устройства, созданного по этому способу, оп- ределяют при помощи сеточной математической модели (В. Друскин, Л. Книжнерман. Метод решения прямых задач электрокаротажа и электро- разведки на постоянном токе. Изв. АН СССР, сер. «Физика Земли», 1987,
N2 4, с.63-71) [4], находя при заданных 2 значения элек-
трических потенциалов и их разностей
Г которые
подставляют в формулу (19). Устройство, созданное на основе предлагае- мого способа, испытано в скважинах. Погрешность определения удельного электрического сопротивления pi при каротаже обсаженных скважин со- ставляет не более 5%.
Claims
Формула изобретения
Способ электрического каротажа обсаженных скважин с многоэлек- тродным зондом, выполненным в виде последовательно и равноудаленно расположенных вдоль оси скважины измерительных электродов и уста- новленных за их пределами симметрично относительно середины зонда двух токовых электродов, в которые поочередно подают двуполярные прямоугольные импульсы постоянного электрического тока, и при каж- дой из подач тока через заданное время после затухания индукционной помехи, связанной с переполюсовкой тока, измеряют потенциал электри- ческого поля одного из измерительных электродов и первую разность по- тенциалов между крайними измерительными электродами; на основе ука- занных измеренных электрических сигналов при равенстве нулю резуль- тирующей от суммарного действия токов обоих токовых электродов раз- ности потенциалов электрического поля между крайними измерительными электродами определяют электрическое сопротивление окружающих скважину пластов горных пород;
отличающийся тем, что
электроды многоэлектродного зонда распределены на группы измеритель- ных узлов, каждый из которых состоит из трех близлежащих измеритель- ных электродов;
количество измерительных узлов составляет два и более;
измерение первой разности потенциалов проводят между крайними изме- рительными электродами каждого измерительного узла и дополнительно измеряют первую разность электрических потенциалов между одним из крайних измерительных электродов и центральным каждого измеритель- ного узла при каждой из подач электрического тока в оба токовые элек- трода;
проводят оцифровку измеренных сигналов потенциала, первых разностей потенциалов и токов, подаваемых в токовые электроды, при которой каж- дые группы квантов оцифровки потенциала и его первых разностей и группы квантов токов суммируют, усредняют и, используя полученные значения, определяют одновременно в нескольких точках расположения измерительных узлов вдоль оси скважины удельное электрическое сопро- тивление pi окружающих скважину пластов горных пород по формуле
где
Ω, ζ ί - электрическое сопротивление участка скважины, определенное для каждого - того измерительного узла по формуле
К i - коэффициент фокусировки, определяемый из условия необхо- димости равенства нулю результирующей нормированной разности по- тенциалов между крайними измерительными электродами каждого изме- рительного узла из уравнения
где i изменяется от 1 до п, - потенциалы электрического поля одного из из-
мерительных электродов зонда при подаче тока, соответственно, в первый A i и второй Ai токовые электроды зонда;
- измеряемые одним - тым измерите- лем первые разности потенциалов электрического поля между крайним измерительным электродом Mi и центральным Mi+i каждого измеритель- ного узла при подаче токов, соответственно, в первый
и второй Аг то- ковые электроды зонда; - измеряемые одним - тым измери-
телем первые разности потенциалов электрического поля между крайними измерительными электродами Mi и Mi+2 каждого измерительного узла при подаче токов, соответственно, в первый А\ и второй Аг токовые электроды зонда;
1 А\ , 1 Аг - токи токовых электродов зонда А\ и Аг, - безразмерные модули токов 1 А\ , I А2 ;
ki- геометрический коэффициент зонда для каждого измери- тельного узла.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009145042/28A RU2408039C1 (ru) | 2009-12-07 | 2009-12-07 | Способ электрического каротажа обсаженных скважин |
| RU2009145042 | 2009-12-07 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2011071412A2 true WO2011071412A2 (ru) | 2011-06-16 |
| WO2011071412A3 WO2011071412A3 (ru) | 2011-09-29 |
Family
ID=44055883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2010/000659 WO2011071412A2 (ru) | 2009-12-07 | 2010-11-10 | Способ электрического каротажа обсаженных скважин |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2408039C1 (ru) |
| WO (1) | WO2011071412A2 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102767364A (zh) * | 2012-07-05 | 2012-11-07 | 中国电子科技集团公司第二十二研究所 | 高分辨率双侧向测井仪及电阻率测量方法 |
| CN102767367A (zh) * | 2012-07-05 | 2012-11-07 | 中国电子科技集团公司第二十二研究所 | 高分辨率侧向测井仪及电阻率测量方法 |
| CN102767366A (zh) * | 2012-07-05 | 2012-11-07 | 中国电子科技集团公司第二十二研究所 | 一种高分辨率方位电阻率侧向测井仪及测井方法 |
| CN106646635A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-05-10 | 张鑫 | 变线源电阻率连续测量方法 |
| CN107861163A (zh) * | 2017-10-18 | 2018-03-30 | 中国煤炭地质总局九勘探队 | 一种单电极测量井中测量电阻率的方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2630335C2 (ru) * | 2011-11-18 | 2017-09-07 | Цой Валентин | Способ каротажа скважин, обсаженных металлической колонной |
| RU2615404C1 (ru) * | 2015-10-09 | 2017-04-04 | Общество с ограниченной ответственностью "ИНТЕХ-Внедрение" | Способ электрического каротажа в скважинах, обсаженных металлической колонной |
| CN110673216B (zh) * | 2019-10-28 | 2022-06-07 | 中建四局第一建设有限公司 | 一种单孔电阻率探测溶洞方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4820989A (en) * | 1986-11-04 | 1989-04-11 | Paramagnetic Logging, Inc. | Methods and apparatus for measurement of the resistivity of geological formations from within cased boreholes |
| US5510712A (en) * | 1994-05-02 | 1996-04-23 | Schlumberger Technology Corporation | Method and apparatus for measuring formation resistivity in cased holes |
| RU2229735C1 (ru) * | 2003-04-22 | 2004-05-27 | Кашик Алексей Сергеевич | Способ электрического каротажа обсаженных скважин |
| RU2302019C1 (ru) * | 2006-04-18 | 2007-06-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Интерлог" | Способ электрического каротажа обсаженных скважин |
-
2009
- 2009-12-07 RU RU2009145042/28A patent/RU2408039C1/ru active IP Right Revival
-
2010
- 2010-11-10 WO PCT/RU2010/000659 patent/WO2011071412A2/ru active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4820989A (en) * | 1986-11-04 | 1989-04-11 | Paramagnetic Logging, Inc. | Methods and apparatus for measurement of the resistivity of geological formations from within cased boreholes |
| US5510712A (en) * | 1994-05-02 | 1996-04-23 | Schlumberger Technology Corporation | Method and apparatus for measuring formation resistivity in cased holes |
| RU2229735C1 (ru) * | 2003-04-22 | 2004-05-27 | Кашик Алексей Сергеевич | Способ электрического каротажа обсаженных скважин |
| RU2302019C1 (ru) * | 2006-04-18 | 2007-06-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Интерлог" | Способ электрического каротажа обсаженных скважин |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102767364A (zh) * | 2012-07-05 | 2012-11-07 | 中国电子科技集团公司第二十二研究所 | 高分辨率双侧向测井仪及电阻率测量方法 |
| CN102767367A (zh) * | 2012-07-05 | 2012-11-07 | 中国电子科技集团公司第二十二研究所 | 高分辨率侧向测井仪及电阻率测量方法 |
| CN102767366A (zh) * | 2012-07-05 | 2012-11-07 | 中国电子科技集团公司第二十二研究所 | 一种高分辨率方位电阻率侧向测井仪及测井方法 |
| CN106646635A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-05-10 | 张鑫 | 变线源电阻率连续测量方法 |
| CN107861163A (zh) * | 2017-10-18 | 2018-03-30 | 中国煤炭地质总局九勘探队 | 一种单电极测量井中测量电阻率的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2011071412A3 (ru) | 2011-09-29 |
| RU2408039C1 (ru) | 2010-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2382385C1 (ru) | Способ электрического каротажа обсаженных скважин | |
| WO2011071412A2 (ru) | Способ электрического каротажа обсаженных скважин | |
| RU2284555C1 (ru) | Способ морской геоэлектроразведки с фокусировкой электрического тока (варианты) | |
| EP1173782B1 (en) | A method and apparatus for determining the resistivity of a formation through which a cased well passes | |
| US6667621B1 (en) | Method and apparatus for determining the resistivity of a formation surrounding a cased well | |
| CA2649498A1 (en) | Electrical cased well-logging method | |
| US6545477B1 (en) | Method and apparatus for determining the resistivity of a formation through which a cased well passes | |
| RU2229735C1 (ru) | Способ электрического каротажа обсаженных скважин | |
| RU2361246C1 (ru) | Способ электрического каротажа обсаженных скважин | |
| EP1291678B1 (en) | A method and apparatus for determining the resistivity of a formation surrounding a cased well | |
| EP2317344A1 (en) | Method and system to monitor a hydrocarbon reservoir | |
| RU2176802C1 (ru) | Способ электрического каротажа обсаженных скважин | |
| RU2235347C1 (ru) | Способ геоэлектроразведки (варианты) | |
| Kirsch et al. | Geoelectrical methods | |
| RU2172006C1 (ru) | Способ электрического каротажа обсаженных скважин | |
| CN111379551A (zh) | 自然电位测井方法 | |
| RU2200967C1 (ru) | Способ электрического каротажа обсаженных скважин | |
| RU2630335C2 (ru) | Способ каротажа скважин, обсаженных металлической колонной | |
| RU2421759C1 (ru) | Способ бокового каротажа и устройство для его осуществления | |
| RU2384867C1 (ru) | Способ электрического каротажа обсаженных скважин | |
| RU2279106C1 (ru) | Способ геоэлектроразведки с фокусировкой электрического тока (варианты) | |
| RU2190243C1 (ru) | Способ бокового электрического зондирования | |
| RU2592716C2 (ru) | Способ бокового электрического зондирования | |
| Klimenko et al. | Extension of the Dynamic Range of Laterolog Tools by Digital Signal Processing | |
| RU2251719C1 (ru) | Способ зондирования в поле собственной поляризации горных пород |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 10836268 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase in: |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 10836268 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |