Способ электрического каротажа скважин через металлические трубы

Способ электрического каротажа скважин через металлические трубы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: в области геофизических исследований скважин. Существо изобретения: питающие электроды размещают на поверхности. Один из них заземляют непосредственно на обсадные металлические трубы. Приемные электроды размещают в скважине на расстоянии 1-3 м друг от друга. Проводимость среды у определяют по формуле } a/I d/dz( Д U/MN), где а - постоянная , I - сила тока в цепи питающих электродов, г - текущая координата по скважине , Ди - разность потенциалов между приемными электродами, a MN - расстояние между ними. 3 ил. ел

С()l(| 3 СОВГ ТСУИХ

СОЦИАЛИ(ЛИНЕ(:КИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР

{ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К .АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ аd AV

1 T >(MN) (21) 4871920/25 (22) 10.10.90 (46) 28.02,93. Бюл. N. 8 (71) Свердловский горный институт им.

В.В.Вахрушева . (72) И.И.Бреднев и И.Г.Сковородников (56) Авторское свидетельство СССР

N 396653, кл. G 01 V 3/06, 1973.

Яковлев A.Ï. и др. Измерения электрического поля, возбуждаемого на поверхности земли, в обсаженных скважинах.—

Разведочная геофизика., М,: Недра, вып.

103, 1986, с. 85-89, Изобретение относится к области геофизических исследований скважин (ГИС), а именно, к методам электрического каротажа. При изучении разрезов скважин геофизическими методами серьезным препятствием является наличие обсадных труб.

Цель изобретения — расширение области исследования и повышение детальности ка ротажа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе каротажа через металлические трубы, заключающемся в пропускании тока между двумя питающими электродами на поверхности и измерении разности потенциалов между двумя приемными электродами внутри металлических труб, один из питающих электродов заземляют непосредственно на металлические трубы, приемные электроды размещают на расстоянии MN, составляющем величину порядка 1 м, друг, .. SU 1798754 А1 (si)s G 01 V 3/06 // G 01 V 3/18 (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН ЧЕРЕЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ

ТРУБЫ (57) Использование: в области геофизических исследований скважин. Существо изобретения: питающие электроды размещают на поверхности. Один из них заземляют непосредственно на обсадные металлические трубы. Приемные электроды размещают в скважине на расстоянии 1 — 3 м друг от друга.

Проводимость среды у определяют по формуле у = а/! d/dz(Л О/MN), где а — постоянная, — сила тока в цепи питающих электродов, z — текущая координата по скважине, Л{! — разность потенциалов между приемными электродами. а MN — расстояние между ними. 3 ил. от друга, измеряют разность потенциалов

Л0 между ними и рассчитывают проводимость у среды по формуле где а — постоянная; ! — сила тока в цепи питающих электродов;

2 — текущая координата по скважине.

Рассмотрим теоретическое обоснование предложенного способа.

Допустим, скважина пройдет s горизонтально слоистой среде. удельная проводимость которой (y) меняется по закону

=1(2), где Z — глубина от поверхности. В силу высокой удельной электропроводности металлическая обсадная труба будет близка к эквипотенциальной. Для обеспечения условия эквипотенциальности пло1ность тока

1798754

AU I — 2nRfa iz(Z)dZ

ДЯ (г —, ) (8) 15

Продифференцируем уравнение (8) по 2:

Ф

В то же время jr пропорциональна силе тока l и проводимости среды (2): Ir(Z) = К I у(2), где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

25 Окончательно получаем

d u

Ez=--—

dZ (2) Ez- Jzpo =—

>2 } о (3) 30 где у„— удельная электропроводность металла труб, Из выражений (2) и (3) следует (4) jz dz г о

Выразим jz через Iz: (5) 40

Бтр 7г(ф = g ) где prp — площадь поперечного сечения труб, а R и R<, их внешний и внутренний

45 радиус.

7ок через поперечное сечение самой .скважины здесь не учитывается, поскольку . он много меньше тока, проходящего по металлическим трубам; в силу того, что сопротивление последних меньше, чем

50 сопротивление жидкости, заполняющей скважину.

Из формул (4) и (5) следует

55 г г

lz d Z (R2. R2 ) ег — — (y(Z)d Z. стекающего в каждой точке трубы в радиальном направлении Jr, должна быть пропорциональна проводимости пород. Сила тока, протекающего через трубу в осевом направлении lz, будет меняться (уменьшаться) с глубиной Z в результате утечки тока в породу. Если обозначить внешний радиус колонны через R, то очевидна связь между

Iz v Jr, Iz(Z) = l - 2 xRjz(2))dZ, (1) где — ток источника, В силу конечности значения удельной проводимости материала колонны на ней будет происходить некоторое падение напряжения. Падение напряжения dU на интервале.dZ может быть рассчитано иэ выражения напряженности электрического поля численное значение напряженности Ez может быть найдено из закона Ома в дифференциальной форме:

Комбинируя (б) и (1), получаем

z.

dU 2лR î Jz(Z)dZ 7 лу, (рг R1)

Ди >ферен циал ьное соотношение в левой части (7) заменим конечными приращенияdU Л0 ми измеряемой величины с 2 (г!2 =

AU)

dZ (MN y (Р R1) (9) г У(2 ) (10)

d Л0 2RKI

dZ MN (г ) Т.е. градиент измеряемого параметра в точке измерения пропорционален проводимости среды у(2).

На фиг.1 показано решение прямой задачи предложенного способа для однородной; на фиг.2 — неоднородной среды.

Электрическая схема способа показана на фиг.3.

Здесь 1 — обсадная труба, 2 — скважина, 3 — источник тока, 4 — измеритель тока, 5— измеритель разности потенциалов. А именна, по заданному значению электропроводности среды у выполнен расчет напряженности поля вдоль оси Z— щ (ствола скважины) — графики "б". Неоднородная среда представляет собой вмещающие породы с электропроводностью у, среди которых залегает горизонтэльHûé пласт повышенной. электропроводности у!

- 5y. (график "а"). Расчет производился по формуле, следующей из (10):

Л0 г 2В К! дц=j "(Z ldZ =

21 (R2 )

1798754

ЮПЧ=а (y(Z)

OUI

10 t5

20 щ = ) Z ли где а — постоянная:

Z),Z — координаты точек изменения электройроводности.

Причем на начало отсчета (О) нижний конец трубы, где измеряемый параметр ра. вен нулю. Интегрируя формулу (10) от ноля до Z получим

При постоянной проводимости (y(2) =

h,U I

const) получим = — у Z (где ось Z чич а условно направлена вверх; для упрощения расчетов). Случай соответствует фиг.1.

Положим, что на интервале Zt - 2г залегает слой с проводимостью у1, а остальная среда имеет проводимость у . Тогда из (11) в интервале от О до 2> получим в интервале 2 -Zг получим

= — y Z1+ — ) 1(2-Zt)

h,U t а а

1 в интервале от 2г до поверхности:

= — y Z+ — y1 (2г Zi)+ — y12

ЛU 1 д а . а

Случай соответствует фиг.2.

ЛU

На рассчитанном графике. щ пласту с повышенной электропроводностью соответствует участок с более крутым наклоном.

Отсюда следует вывод о том, что для данного способа может быть решена и обратная задача, т.е. по измеренным значениям

Л0

-дщ может быть рассчитана электропроводность среды, Как следует из (10) и {11), при постоянных значениях диаметра и электрои роводности труб (Ь0 ), (г цг1)

2RI К вЂ” (— ), (12) а d ЬU.

I d2 MN

Значение постоянной а может быть вычислено, если величина у известна хотя бы в одной точке скважины. В случае, если требуется только выполнить расчленение геологического разреза по проводимости (сопротивлению) за обсадной трубой, постоянную а можно не определять.

Способ осуществляют в следующем порядке.

1. Один из питающих электродов (электрод А) заземляют на металлические трубы

1, расположенные вскважине 2,,Для этого прежде всего обеспечивают хороший контакт между проводом, идущим от источника тока, и трубами; зачистив навильником или наждачной бумагой кольцо на внешней поверхности труб, обматывают это кольцо oroленным проводом, который также предварительно зачищают, 2. Заземляют на поверхности земли второй питающий электрод (В). Расстояние между питающими электродами А и В должно быть таким, чтобы влиянием электрода В на формирование электрического поля вблизи скважины можно было пренебречь, Практически достаточно, чтобы расстояние

АВ в 2 — 3 раза превосходило глубину скважины. Для обеспечения хорошего контакта электрода В с землей он должен по возможности располагаться в сыром месте и состоять из отрезка медного провода, плотно прижатого к земле стальными шпильками, 3. Подключают питающие электроды А и

В к источнику тока 3 последовательно с амперметром 4. Для устранения влияния естественных потенциалов Земли, поляризации измерительных электродов и промышленных помех в качестве источника тока необходимо выбирать генератор переменного тока низкой частоты.

С этой целью могут быть использованы генераторы серийной электроразведочной аппаратуры, например, ИКС-50 или источники питания скважинных снарядов электрического каротажа из комплекта каротажных станций: электромашинный усилитель или выпрямитель с пульсатором.

4. На забой исследуемой скважины опускают зонд, состоящий из двух металлических электродов, подсоединенных к жилам каротажного кабеля. Расстояние между приемными электродами М и N зонда должно быть порядка 1-2 м. Для повышения помехозащищен ности и увеличения чувствительности, целесообразно в состав измерительного зонда включить предварительный усилитель, настроенный на рабочую частоту генератора. Выводы от электродов М и N подключают к измерителю разности потенциалов 5, 5. Включают ток генератора и осуществляют подъем измерительного зонда с одновременным измерением разности потенциалов между приемными электродамиМи К.

При использовании каротажных станций измеряемую разность потенциалов ре1798754 гистрируют в функции глубины скважины на диаграммной ленте фоторегистратора.или автоматического электронного потенциометра, при использовании электроразведочной аппаратуры измерения проводят поточечно через 5-10 м со сгущением точек наблюдейия до 1 м в наиболее интересных частях разреза.

6. По измеренным данным рассчитывают электропроводность горных пород по формуле (12), значения которой получают с точностью до неизвестной постоянной а.

Если в каком-либо интервале скважины проводимость известна (или может быть принята априорно, например, по измерениям керна), то вычисляют постоянную а.

Для уменьшения влияния случайных погрешностей измерения необхбдимо включить процедуру сглаживания либо непосредственно в результаты измерения

hl3, либо в результаты вычисления g .

Строят график проводимостей горных йород по стволу скважины, l10 которому ott ределяют положение литологических границ и судят о составе геологического разреза скважины.

Применение предложенного способа позволит повысить точность построения геалогических разрезов скважин по данным бурения с гидровыносом керна и дифференцировать по сопротивлениям разрезы скважин, обсаженных металлическими трубами, Большим достоинством предлагаемого

5 способа является то, что для его проведения не требуется вносить никаких изменений в конструкцию бурового снаряда или обсадных труб, через которые производится каротаж.

10. Формула изобретения

Способ электрического каротажа скважин через металлические трубы, включающий пропускание тока Г между двумя питающими электродами на поверхности, 15 йзмерение разности потенциалов hil между двумя приемными электродами внутри металлических труб и определение параметровсреды, отлича ю щи йс я тем,что, с целью расширения области исследований

20 и повышения детальностй каротажа, один йз йитаю@йх электродов заземляют на ме. таллические трубы, приемные электроды размещают на расстоянии Мй - 1 — 3 м друг .от друга, а проводимость усреды опреде25 . «а d hU ляют по формуле g = - -, (), а — постоянная; Z — текущая координата по скважине.

1798754

Составитель И.Бреднев

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н,Милюкова

Редактор Н.Козлова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 771 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям ори ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5