Способ и устройство электрического каротажа обсаженной скважины

Способ и устройство электрического каротажа обсаженной скважины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважины и может найти применение для определения удельного электрического сопротивления горных пород, окружающих обсаженную металлической колонной скважину.

Известен способ электрического дивергентного каротажа обсаженных скважин [1], включающий измерение потенциала электрического поля и его второй разности при помощи контактирующего с колонной однополюсного зонда второй разности, конструктивно выполненного в виде трех эквидистантных измерительных электродов и одного расположенного выше на заданном расстоянии от них токового электрода.

Способ позволяет определять отношение электрического сопротивления окружающих скважину горных пород к электрическому сопротивлению колонны через отношение потенциала электрического поля в точке измерения ко второй разности потенциалов в данной точке при возбуждении электрического поля исследуемой среды одним однополюсным источником тока.

Недостатком способа является то, что в измеряемом параметре присутствует электрическое сопротивление колонны, которое может заметно изменяться в связи с непостоянством толщины стенки колонны, отсутствием достаточного электрического контакта в замках и др. Заметное искажение измеренного сопротивления горных пород связано с тем, что зонд питается от одного однополюсного источника тока, основная доля которого в пределах измерительных электродов течет вдоль по колонне и во много раз превышает долю тока, текущего в пласт в пределах тех же измерительных электродов. В результате точность определения электрического сопротивления невелика, а диапазон измерения ограничен.

Известен способ электрического каротажа обсаженных скважин [2], который включает подачу электрического тока, измерение потенциала электрического поля и его второй разности при помощи контактирующего с обсадной колонной зонда. Зонд выполнен в виде трех эквидистантных измерительных электродов и трех токовых электродов, два токовых электрода расположены соответственно выше и ниже измерительных электродов симметрично относительно среднего измерительного электрода, третий токовый электрод расположен в середине на уровне среднего измерительного электрода и подключен к колонне в точке, не совмещенной с точкой контакта с колонной среднего измерительного электрода. В каждый из трех токовых электродов поочередно подают электрический ток от одного и того же полюса источника. При каждой из трех подач тока измеряют потенциал электрического поля среднего измерительного электрода U_n(I_A1, I_A2, I_A3), первую разность потенциалов между двумя крайними измерительными электродами ΔU(I_A1, I_A2, I_A3), вторую разность потенциалов Δ²U(I_A1, I_A2, I_A3) на том же участке колонны. Удельное электрическое сопротивление горных пород определяют по формуле:

где k₁ и k₂ - коэффициенты, вытекающие из системы двух уравнений

для получения которых принимают, что в пределах зоны измерительных электродов зонда независимо от его конструкции результирующий ток вдоль колонны равен нулю, а результирующий радиальный ток в пределах этой зоны имеет заданную величину при любой величине электрической проводимости колонны, и эти коэффициенты для данной конструкции зонда с тремя измерительными электродами равны:

U_N(I_A1), U_N(I_A2) U_N(I_A3) - потенциалы электрического поля колонны в точке контакта с ней центрального измерительного электрода соответственно при подаче токов в верхний, нижний и средний токовые электроды зонда; ΔU_M2M1(I_A1), ΔU_M2M1(I_A2), ΔU_M2M1(I_A3) - первые разности потенциалов электрического поля на участке колонны между контактами с ней двух крайних измерительных электродов зонда и ΔU²(I_A1), ΔU²(I_A2), ΔU²(I_A3) - вторые разности потенциалов электрического поля на участке колонны между контактами с ней всех трех измерительных электродов зонда соответственно при подаче поочередно токов в верхний, нижний и средний токовые электроды зонда; I_A1, I_A2, I_A3 - токи, подаваемые к колонне в точке соприкосновения с ней верхнего, нижнего и среднего токовых электродов зонда; k - коэффициент зонда.

К недостаткам способа следует отнести необходимость выполнения измерений при остановке скважинного прибора, слабую помехозащищенность, невысокий динамический диапазон измеряемых параметров и необходимость очень большого времени для работы с поочередным включением трех токов.

Известен зонд CHFR фирмы Шлюмберже для каротажа сопротивлений в обсаженной скважине [3]. Он состоит из электронной секции, питающего токового электрода, одновременно действующего и в качестве центратора, четырех наборов, измеряющих напряжение электродов, и возвратного токового электода, который тоже действуют как центратор. Зонд имеет длину 43 фута (13 м) и диаметр 3 3/8 дюйма (85,7 мм), что позволяет опускать его в насосно-компрессорные трубы и хвостовики размером 4,5 дюйма (114,3 мм).

Зонд может измерять пластовое удельное электрическое сопротивление через одиночную обсадную колонну. Зонд может быть спущен в скважину с искривлением до 70° с использованием дополнительного центрирующего фонаря и даже в горизонтальную скважину, если используются изолирующие центраторы.

Каждый набор электродов (одного уровня) состоит из трех механических рычагов, расположенных через 120° друг от друга, электроды на которых соединенны параллельно. Три контактных электрода в каждом наборе обеспечивают улучшенный контакт с обсадной трубой и избыточные измерения в том случае, если один из контактных электродов имеет плохой контакт или же попал на перфорационное отверстие в обсадной трубе или на переходную муфту.

Измерительные электроды зонда сконструированы таким образом, чтобы продавливать образовавшуюся на обсадной трубе тонкую окисную и коррозионную пленку и создавать с обсадной колонной хороший электрический контакт, что весьма существенно для получения качественных измерений. Зонд перемещается вверх по скважине при выпущенных электродных упорах, чтобы поддерживать наилучший контакт с обсадной колонной. Конструкция, в которой на каждом уровне находится три электрода (три контакта одного и того же электрода), обеспечивает постоянную избыточность измерений, поэтому вероятность потери данных по причине поломки отдельных контактов какого-либо из электродов мала.

Тем не менее проблемы с качеством контактов существуют. Обеспечить требуемое электрическое сопротивление контакта трудно, если скважина пробурена давно и стенка стальной колонны окислилась, корродирована или закоксована окислившимися жидкими углеводородами в смеси с песком, глинистыми или карбонатными частицами горных пород, парафинизирована и т.п.

О качестве контакта можно судить по импедансу питающего токового электрода и по измерениям сопротивления обсадки. Технология CHFR предусматривает в таких скважинах перед опусканием зонда проведение предварительной механической и химической обработки обсадной колонны, чтобы улучшить электрический контакт. Предварительная подготовка может включать в себя проработку скважины долотом с ершом для снятия ржавчины или химическую обработку для удаления окисной пленки. Даже на тех месторождениях, где указанные проблемы не встречаются, рекомендуется извлечь НКТ и подготовить обсадную колонну к проведению каротажа сопротивлений, чтобы уменьшить риск возникновения проблем с созданием хорошего контакта.

Измерение зондом выполняется при неподвижном зонде в связи с тем, что измеряемые величины напряжения очень небольшие, и поэтому технология весьма чувствительна к ошибкам, возникающим при движении электродов по обсадным трубам из-за значительных помех, превосходящих пластовый сигнал более чем в 100 раз (микрофонный эффект).

Описанный аналог обеспечивает только относительное измерение сопротивления пласта в связи с тем, что способ и конструкция его зонда не позволяют провести измерения потенциала электродов зонда, находящихся в скважине, по отношению к удаленному на «бесконечность» электроду [4]. Кривые, получаемые зондом, настраиваются так, чтобы они накладывались на кривую удельного электрического сопротивления, полученную в открытом стволе в непроницаемом пласте, в котором со временем не произошло изменений (например, в глине).

В лучшем случае все это приводит к большим погрешностям при вычислении удельного электрического сопротивления ρ_n горных пород, а в худшем - надежные измерения становятся невозможными.

Время остановки на производство измерений в одной точке варьирует от двух до пяти минут в зависимости от величины оцениваемого ρ_n, требуемой точности и свойств обсадной колонны ρ_n.

Погрешность измерения зондом при благоприятных условиях в диапазоне измерения ρ_п горных пород от 0 до 100 Ом·м составляет более 10%.

К недостаткам зонда следует отнести невозможность обеспечения надежного контакта измерительных электродов со стенкой стальной колонны, большую длину жесткой части прибора (13 м), большой вес, жесткую связь измерительных электродов друг с другом, что обусловливает слабую помехоустойчивость. Все это не позволяет увеличить динамический диапазон и снизить погрешность измерения ρ_n, а предложенная технология предварительной механической или химической обработки обсадной колонны стоит дорого и, как правило, не приводит к положительному результату, особенно в скважинах, пробуренных много лет назад.

Кроме того, способ CHFR предусматривает корректировку ρ_n путем нормализазии (к-фактор) по сопротивлению горных пород в открытом стволе, что также не всегда приводит к положительным результатам. В зависимости от среды, окружающей скважину, бывает невозможно использовать непосредственно ρ_n глин, измеренное в открытом стволе. Например, точность индукционного каротажа в открытом стволе в глине, если скважина бурилась на пресной промывочной жидкости, может быть приемлема, а данные бокового каротажа сомнительны. Влияние скважины на ρ_n глины может составлять до 50% и более. Следовательно, кривые электрического каротажа CHFR могут быть сдвинуты (смещены) как в глине, так и в нефтегазонасыщенном пласте, что может привести к завышенным оценкам коэффициента нефтегазонасыщения.

Нормализация по известному ρ_n осложняется, кроме влияния скважины, еще и влиянием вмещающих пласт горных пород.

На измерение кажущегося сопротивления ρ_к зондом CHFR в обсаженной скважине влияют также и другие факторы, например цемент, локальные неоднородности обсадной колонны (муфты, перфорационные дыры и центраторы).

Обсадная колонна обычно окружена цементным кольцом. Вследствие высокой пористости цемента и равновесного перемещения ионов удельное сопротивление цемента ρ_ц обычно ниже ρ_n пласта, насыщенного высокоминерализованной водой. Поэтому в пластах высокого значения ρ_n влияние цемента мало. Однако, поскольку электрический каротаж CHFR не обладает разной глубинностью (радиусом исследования), и, если влияние цемента не ничтожно, то нельзя отделить долю влияния цемента на ρ_n пласта. Хотя ρ_ц цемента обычно ниже ρ_n песчаного пласта, но ρ_ц может быть выше, чем ρ_n глины, что при нормализации приведет к неточному определению ρ_n песчаного пласта.

Еще большая неопределенность возникает, если нет информации о свойствах цемента, использованного для цементации колонны.

Применение способа ограничено и тем, что сопротивление колонны может значительно изменяться за счет изменения толщины стенки колонны, муфтовых соединений, плохого контакта в замках колонны, центраторов и др. Заметное искажение измеренного ρ_n связано с тем, что зонд CHFR питается от однополюсного источника тока только через один токовый электрод, а не поочередно через несколько токовых электродов (как это, например, у аналога (2)). Основная доля тока в пределах измерительных электродов течет вдоль по колонне и в миллионы раз превышает долю тока, текущего в пласт. В результате точность определения параметров пласта невысока, а диапазон измерения ограничен. Зонд имеет большие размеры (13 м) и вес более 300 кг.

К недостаткам зонда CHFR следует отнести также большой зумпф (мертвую зону), не позволяющий производить исследования прибором в призабойной части, а жесткость конструкции и большие размеры (13 м) обусловливают слабую помехозащищенность зонда.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности является способ электрического каротажа обсаженной скважины (А.С.Кашик и др. Патент RU №2176802) [5], включающий подачу электрического тока, измерение потенциала электрического поля и его второй разности при помощи многоэлектродного зонда второй разности, выполненного в виде трех эквидистантных измерительных электродов и двух токовых, верхнего и нижнего, электродов, которые расположены за пределами измерительных электродов, симметрично относительно среднего измерительного электрода, причем в каждый из двух токовых электродов поочередно подают электрический ток от одного и того же полюса источника и при каждой из подач тока измеряют потенциал электрического поля в точке контакта среднего измерительного электрода с колонной, первую разность потенциалов на участке колонны между контактами двух крайних измерительных электродов и вторую разность потенциалов на том же участке колонны, а в качестве параметра электрического каротажа обсаженных скважин используют удельное электрическое сопротивление окружающих колонну пластов горных пород, которое определяют по формуле:

где k - коэффициент, полученный из уравнения:

k+ΔU_M2M1(I_A2)+ΔU_M2M1(I_A2)=0,

вытекающего из необходимости условия экстремума потенциала электрического поля вдоль колонны в пределах зоны измерительных электродов зонда;

- расстояние между измерительными электродами M₁ и М₂;

U_N(I_A1), U_N(I_A2) - потеницалы электрического поля колонны в точке контакта с ней среднего измерительного электрода соответственно при подаче токов в первый и второй токовые электроды зонда;

ΔU_M2M1(I_A1), ΔU_M2M1(I_A2) - первые разности потенциалов электрического поля на участке колонны между контактами с ней двух крайних измерительных электродов зонда соответственно при подаче токов в первый и второй токовые электроды зонда;

Δ²U(I_A1), Δ²U(I_A2) - вторые разности потенциалов электрического поля на участке колонны между контактами с ней всех трех измерительных электродов зонда соответственно при подаче токов в первый и второй токовые электроды зонда;

I_A1, I_A2 - подаваемые к колонне в точках соприкосновения с ней первого и второго токовых электродов зонда.

В способе частично решена задача повышения точности и расширения диапазона измерения удельного электрического сопротивления пластов горных пород, окружающих обсаженную скважину, за счет подавления влияния на результаты измерений неоднородностей обсадной колонны и внешних случайных электрических помех.

Недостатки во многом схожи с теми же, что и перечисленные у аналогов [2] и [3]. Дополнительно можно отметить следующие.

Не используется статистика при точечных измерениях.

Необходимость подачи тока питания к электродам зонда с поверхности большой величины ограничивает использование способа в глубоких скважинах из-за большого сопротивления кабеля и помех, возникающих в связи с переменной индуктивной и емкостной связью между жилами многожильного кабеля. Аддитивная смесь сигнала и шума (например, дробовые и тепловые шумы, возникающие в электрических цепях независимо от действующих в них сигналах), а также паразитные изменения во времени параметров цепей или любых других элементов канала связи, например амплитудная модуляция, т.е. мультипликативная помеха, являются факторами, которые искажают сигнал, но не учитываются. Отсюда слабая помехозащищенность зонда и невысокий динамический диапазон измерения ρ_n.

Большое время измерения параметров U, ΔU, Δ2U, I при подаче тока последовательно в каждый из токовых электродов. Отсутствие контроля прижима измерительных электродов.

Невозможность сравнения на идентичность скважинных приборов. Общим недостатком всех перечисленных аналогов и прототипа является отсутствие способа и реальной модели поверочной установки, с помощью которой можно было бы оценить точность конечного результата вычисления ρ_п по формулам, выведенным на основании теоретических или экспериментальных зависимостей с использованием конечных дифференциальных разностей потенциала электрического поля при точечных измерениях.

Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в создании способа и устройства зонда для определения удельного электрического сопротивления ρ_n горных пород в скважинах, обсаженных металлической колонной, обеспечивающих больший динамический диапазон и большую точность измерения ρ_n при одновременном уменьшении размеров зонда и увеличении скорости измерения.

Технический результат от использования данного изобретения состоит в том, что может быть не только существенно расширена область применения, увеличен диапазон, повышена точность определения параметров пласта и обсадной колонны в условиях многолетней коррозии при одновременном уменьшении габаритов зонда, но и получена дополнительная информация, позволяющая оценивать идентичность каротажных зондов, исключать влияние различного рода неоднородностей колонны, а также в тех случаях, когда нельзя обеспечить корректность измерений потенциала из-за невозможности соблюдения условия отнесения на бесконечность заземления удаленного измерительного электрода зонда или получить точное значение первой и второй разности потенциала из-за плохого контакта измерительных электродов зонда с колонной.

Указанная задача достигается тем, что согласно способу электрического каротажа обсаженной скважины, включающему подачу электрического тока, определение потенциала U электрического поля, его первой и второй разностей при помощи многоэлектродного зонда, выполненного в виде трех эквидистантных измерительных электродов, двух прямых токовых электродов A₁ верхнего и А₂ нижнего, расположенных за пределами эквидистантных измерительных электродов симметрично относительно среднего измерительного электрода, заземление обратного токового электрода «В» производят за металлическую колонну соседней скважины, за металлическую обсадку шурфа для турбобура или за металлическую рубашку (кольцо) защиты устья металлической колонны. Удаленный электрод N_∞ заземляют вдали от обратного токового электрода «В» при помощи металлического штыря или за устье металлической колонны исследуемой скважины. В каждый из прямых токовых электродов поочередно подают электрический ток от одного и того же полюса источника I_A1, I_A2 и при каждой из подач тока измеряют потенциал U(I_A1, I_A2) электрического поля в точке контакта любого из измерительных электродов с колонной. При измерении потенциала U выполняется цифровая фильтрация сигнала от помех, возникающих в линиях связи (многожильном каротажном кабеле) между линиями подачи тока к токовым электродам и линией измерения потенциала U. Измерение первых разностей потенциала ΔU1(I_A1, I_A2) и ΔU2(I_A1, I_A2) между соседними измерительными электродами эквидистантной тройки производят идентичными измерителями. Вычисляют первую разность ΔU(I_A1, I_A2) между крайними измерительными электродами эквидистантной тройки по формуле:

вычисляют вторую разность потенциалов по формуле:

В качестве параметра электрического каротажа обсаженных скважин вычисляют удельное электрическое сопротивление окружающего колонну пласта горных пород по формуле:

где R_ис=f(I, U, ΔU, Δ2U) - функция с зависимыми переменными I, U, ΔU, Δ2U параметрами зонда, измеренными или вычисленными по результатам измерения в скважине, известная по установленным зависимостям экспериментальным R_ис=f(I, U, ΔU, Δ2U) или теоретическим, например при коэффициенте зонда, принятом равным 1, по формуле прототипа:

где k - коэффициент, полученный из уравнения:

k·ΔU(I_A2)+ΔU(I_A1)=0,

вытекающего из необходимости условия экстремума потенциала электрического поля вдоль колонны в пределах зоны измерительных электродов зонда;

U_N(I_A1), U_N(I_A2) - потенциалы электрического поля колонны в точке контакта с ней среднего измерительного электрода соответственно при подаче токов в первый и второй токовые электроды зонда;

ΔU(I_A1), ΔU(I_A2) - вычисленные по формуле (3) первые разности потенциалов электрического поля на участке колонны между контактами с ней двух крайних измерительных электродов зонда соответственно при подаче токов в первый и второй токовые электроды зонда;

Δ2U(I_A1), Δ2U(I_A2) - вычисленные по формуле (4) вторые разности потенциалов электрического поля на участке колонны между контактами с ней всех трех измерительных электродов зонда, соответственно, при подаче токов в первый и второй токовые электроды зонда;

I_A1, I_A2 - токи, подаваемые к колонне в точках соприкосновения с ней первого и второго токовых электродов зонда;

С и b - константы, полученные при поверке аппаратуры многоэлектродного гибкого зонда при помощи поверочной установки, состоящей из части свечи обсадной металлической колонны, имеющей сечение (наружный диаметр, толщина стенки), равное или большее, чем у находящейся в исследуемой скважине, а длину - равную (или большую) расстоянию между крайними токовыми электродами зонда, и аттестованной линейки дискретных значений резисторов R_л, имитирующих удельное электрическое сопротивление ρ_n (т.е. ρ_n в Ом·м и R_л в Ом равны по величине), расположение пласта и вмещающих горных пород за стенкой колонны, включенных соответственно с ее внешней стороны в точках напротив контактов измерительных и токовых электродов зонда. При поверке производят многократные статистические измерения и вычисление параметров U(I_A1, I_A2), ΔU1(I_A1, I_A2), ΔU2(I_A1, I_A2), ΔU(I_A1, I_A2), Δ2U(I_A1, I_A2), I_A1, I_A2.

Значение величин С и b получают из эмпирической зависимости для искомой линейной функции R_л от аргумента R_ил на некотором участке ΔR_л, заданном в табличном виде, с использованием кусочно-линейной апроксимации из формулы, аналогичной (5):

R_л=CR_ил+b,

где R_ил=f(I_л, U_л, ΔU_л, Δ2U_л) - функция с зависимыми переменными I_л, U_л, ΔU_л, Δ2U_л параметрами многоэлектродного гибкого зонда, измеренными или вычисленными по результатам измерения в поверочной установке.

Величины С и b подбираются так, чтобы сумма квадратов невязок значений R_ил с линейкой резисторов R_л, т.е. , была минимально возможной. Находятся коэффициенты С и b из системы уравнений первой степени с двумя неизвестными:

и

где R_л, R_ил, и число измерений N - известные величины, по формулам:

Вычисляют среднее значение:

и среднеквадратическую ошибку измерений σ_л при поверке, которыми пользуются для оценки точности определений ρ_п горных пород в скважине. Измерение на каждой точке глубины с заданным шагом дискретности и вычисление результата определения ρ_п в скважине выполняют с учетом поправочных коэффициентов С и b, производя многократный прижим измерительных электродов многоэлектродного гибкого зонда и пробивание ржавчины, окисного или закоксованного слоя стальной колонны до получения под воздействием импульсно наращиваемого гидравлического давления необходимого стабильного контакта каждого измерительного электрода с колонной, оцениваемого по амплитуде и форме сигналов параметров I, U, ΔU1, ΔU2 и/или совпадающих двух значений ρ_п при статистических измерениях на одной и той же точке глубины скважины с точностью ±jσ_л, a j выбирают из ряда целых чисел 1,2,...,m с учетом доверительной вероятности к точности статистических измерений, или отличающихся значений ρ_п друг от друга при переходе от одной точки глубины к другой на величину ±jσ_л.

Указанная задача достигается также устройством для каротажа обсаженной скважины. Устройство для каротажа содержит наземную и скважинную части многоэлектродного зонда. Скважинная часть многоэлектродного зонда состоит из электронных блоков и электродов, три из которых - эквидистантные измерительные электроды N, M₁, M₂ и два - верхний и нижний прямые токовые электроды A₁ и А₂ питания зонда. Измерительные электроды M₁ и М₂ и токовые электроды A₁ и А₂ симметрично расположены относительно измерительного электрода N. Все электроды скважинной части многоэлектродного зонда имеют возможность прижиматься к стенке металлической колонны скважины, создавая с ней электрический контакт. Электронные блоки скважинной части многоэлектродного зонда имеют коммутатор токов питания, измеритель тока питания, измерители потенциала, его первой разности, передающий полукомплект телеизмерительной системы (ТИС). Наземная часть устройства включает в себя генератор тока питания токовых электродов многоэлектродного зонда, приемный полукомплект ТИС, персональный компьютер, обратный токовый электрод (В) и удаленный измерительный электрод N_∞, соединенные между собой линиями связи. Скважинная часть многоэлектродного зонда выполнена гибкой, содержит управляемый импульсным напряжением электрогидропривод. Электрогидропривод состоит из блока насоса с линейным электродвигателем и поршнем; блока кулисного механизма с золотником и кулисами в виде рычагов и пружин, расположенных под равными углами друг к другу; муфты, микропереключателя положения кулис; датчика давления; дросселя; поршневого гидропереключателя с двумя полостями; линии забора и подачи рабочей жидкости с запорными клапанами; блока клапанов; линии накачки и линии сброса давления с двумя запорными клапанами; блока предохранительного устройства, имеющего металлические калиброванные штифты, срезаемые под воздействием натяжения; блоков исполнительного устройства прижима измерительного электрода многоэлектродного гибкого зонда к стенке скважины, которые содержат измерительные электроды, армированные твердосплавной вставкой, фонари, траверсы, подвижные обоймы, блоки телескопических стаканов, резиновые сильфоны, основания сильфонов, приемные и проходные штуцеры гидроканала, силовые пружины, центрирующие рычаги; линии слива рабочей жидкости из блоков в барокомпенсатор. Линейный электродвигатель соединен подвижным штоком с поршнем блока насоса. Блок насоса соединен с линиями забора и подачи рабочей жидкости через запорные обратные клапаны. Линия подачи рабочей жидкости соединена с блоком кулисного механизма через золотник. Золотник соединен при помощи подвижного штока с кулисами. Кулисы соединены шарнирно с муфтой при помощи рычагов и имеют возможность совершать вращательно-поступательное движение и под воздействием пружин перемещать релаксационно золотник в одно из крайних положений. С рычагами кулис соединен микропереключатель положения золотника. Муфта соединена жестко с поршнем гидропереключателя, одна полость которого соединена через дроссель с линией накачки избыточного давления, контролируемого датчиком давления. Вторая полость гидропереключателя, с другой стороны поршня, соединена с линией сброса давления, в которую включены параллельно-встречно два запорных клапана. Линия сброса давления соединена со вторым выходом золотника. Линия накачки давления соединена также через предохранительное устройство с блоком исполнительного устройства прижима измерительных электродов многоэлектронного гибкого зонда к колонне. Блок предохранительного устройства с одной стороны жестко соединен с металлическим кожухом электрогидропривода, а с другой - соединен через металлические калиброванные штифты с гибкой частью косы многоэлектродного гибкого зонда. При срезании металлических штифтов избыточное давление имеет возможность разгрузится через линию слива предохранительного устройства в барокомпенсатор, а измерительные электроды складываются. В следствие этого многоэлектродный гибкий зонд освобождается от жесткой связи с колонной и может быть извлечен из скважины. Блоки исполнительного устройства прижима измерительного электрода к стенке скважины подключены к линии гидроканала последовательно при помощи гибкого шланга и подвешиваются на не проводящем электрический ток гибком тросе. Гибкий шланг от блока охранного устройства подключается к приемному, а выходной - к проходному штуцеру гидроканала основания сильфонов, установленному жестко на фонаре. К фонарю, поверх него подвижно с одной стороны при помощи силовых пружин присоединены подвижные обоймы, к которым подвижно присоединены центрирующие рычаги и траверсы. С другой стороны к фонарю присоединено жестко основание резиновых сильфонов, связанное через блок телескопических стаканов с траверсами, а через резиновые сильфоны - с твердосплавными вставками измерительного электрода. Силовые пружины производят силовое замыкание фонаря и подвижных обойм в исходном закрытом положении, при этом твердосплавные вставки втягиваются в отверстие траверс. Пассивные рычаги расположены в перпендикулярной плоскости по отношению к твердосплавным вставкам измерительного электрода. Они соединены одноименными концами между собой попарно, другими концами - с подвижными обоймами с возможностью вращения в местах соединения. Служат они так же, как и рычаги с траверсами, для центровки твердосплавных вставок измерительного электрода при их прижиме к стенке скважины.

Таким образом, отличие способа и устройства от известных аналогов и прототипа заключается в следующем:

а) Способа. Используется многоэлектродный гибкий зонд, обладающий лучшим соотношением сигнал-шум; цифровая фильтрация сигнала от помех; первая разность потенциалов измеряется на полубазах M₁N и M₂N между соседними электродами эквидистантной измерительной тройки электродов, а первая и вторая разность потенциалов на полной базе M₁M₂ эквидистантной измерительной тройки электродов рассчитывается как сумма и разность измеренных значений первой разности потенциалов на полубазах; удельное электрическое сопротивление горных пород вычисляется по формуле для кусочно-линейной аппроксимации ρ_n=CR_ис+b, где R_ис=f(I, U, ΔU, Δ2U), с использованием результатов поверки зонда в поверочной установке, состоящей из части обсадной металлической колонны и линейки аттестованных резисторов. При поверке и измерениях в скважине производятся многократные статистические измерения параметров, используя многократный прижим измерительных электродов в месте контакта с обсадной металлической колонной, оценивается среднеквадратическая ошибка измерений и доверительная вероятность к точности статистических измерений, которыми пользуются для оценки и повышения точности определения ρ_n горных пород. В результате зонд обладает большим динамическим диапазоном и точностью определения ρ_n горных пород, чем известные аналоги и прототип.

б) Устройства. Скважинная часть многоэлектродного зонда выполнена гибкой за счет комбинации жестких и гибких частей конструкции электропривода и косы с изолированными управляемыми измерительными электродами, обеспечивающими надежный контакт их с обсадной колонной за счет пробивания окисного или закоксованного слоя колонны твердосплавной вставкой измерительного электрода под воздействием импульсно наращиваемого гидравлического давления и контролем качества контакта, а так же использованием известных и неизвестных конструкций элементов, их соединений и электрических включений для решения поставленной задачи.

На фиг.1 дана блок-схема многоэлектродного гибкого зонда устройства электрического каротажа обсаженной скважины, реализованная по предлагаемому способу, где: 1 - исследуемая скважина, 2 - обсадная металлическая колонна, 3 - окружающие скважину горные породы, 4 - скважинный прибор многоэлектродного гибкого зонда, 5 - измерительный электрод N, 6 и 7 - измерительные электроды (M₁) и (М₂), 8 и 9 - верхний и нижний прямые токовые электроды (A₁) и (А₂), 10 - гидроэлектропривод (ГП), 11 - наземный измерительный блок (НБ), 12 - линия связи гидроэлектропривода ГП с наземным блоком НБ, 13 - измеритель тока I, 14 - коммутатор (К) токов питания I (I₁ и I₂), 15 - генератор (Г) тока питания I, 16 - линия связи первого полюса генератора с коммутатором тока К, 17 - обратный токовый электрод (В), 18 - устье металлической колонны соседней скважины, 19 и 20 - измерители напряжения ΔU1 и ΔU2 между электродами NM₁ и NM₂, 21 - передающий полукомплект (ЭБ) телеизмерительной системы (ТИС) скважинного прибора, 22 - линия связи ТИС, 23 - измеритель потенциала U, 24 - линия связи между измерителем потенциала U и удаленным электродом N_∞ 25, 26 - персональный компьютер (ПК).

На блок-схеме показана исследуемая скважина 1 в поперечном разрезе с обсадной металлической колонной 2, которую окружают пласты горных пород 3. Скважинная часть гибкого зонда находится в скважине напротив исследуемого пласта 3, удельное сопротивление которого измеряют через стальную колонну 2.

Скважинная часть многоэлектродного гибкого зонда состоит из скважинного прибора 4 и электродов 5-9, три из которых 5-7 - эквидистантные измерительные электроды N, M₁, М₂ и U* (* Пунктиром на фиг.1 обозначен измерительный электрод U потенциала для модифицированного шестиэлектродного варианта исполнения зонда. Электрод U используется вместо электрода N только при измерении потенциала U (поэтому на схеме цифрой не обозначен)) электрод для измерения потенциала, 8 и 9 - прямые верхний и нижний токовые электроды А₁ и А₂ питания многоэлектродного гибкого зонда.

Измерительные электроды M₁ и М₂ и токовые электроды A₁ и А₂ симметрично расположены относительно измерительного электрода N. Все электроды скважинной части многоэлектродного гибкого зонда являются подвижными и имеют возможность прижиматься к стенке металлической колонны 2, создавая с ней электрический контакт, при этом эквидистантные измерительные электроды N, M₁, M₂ и измерительный электрод U прижимаются к колонне с помощью электрогидропривода 10, имеющего гибкий гидравлический канал давления, а электроды А₁ и А₂ прижимаются к стенке колонны неуправляемыми упругими рессорами. Гибкий гидравлический канал давления описан ниже. Он обеспечивает необходимое минимальное электрическое сопротивление и неизменность контакта каждого измерительного электрода с колонной 2 в