АППАРАТУРА ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КАРОТАЖА
ELECTRICAL LOGGING APPARATUS

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении исследований скважин методами электрического каротажа.
При проведении исследований открытых стволов нефтяных и газовых скважин одним из основных методов является метод электрического каротажа с фокусировкой тока. Основные задачи, решаемые этим методом:
дифференциация геологического разреза скважины по удельному электрическому сопротивлению; выделение в разрезе пластов-коллекторов, имеющих зону проникновения фильтрата бурового раствора и содержащих нефть, газ или воду; определение удельного электрического сопротивления зоны проникновения и незатронутой проникновением части пласта-коллектора.
Известен ряд приборов электрического каротажа с фокусировкой тока: трехэлектродный боковой (LL3), двойной боковой (Dual laterolog - DLL), пятизондовый боковой (High Resolution Array Laterolog - HRLT), прибор со сферически фокусированным зондом (Spherically focused log - SFL).
Существенным недостатком приборов LL3 и DLL является наличие мягкой косы или длинных изоляторов массы для размещения удаленных электродов. Недостатки прибора HRLT - относительно большая длина (около восьми метров) и низкая точность определения удельного электрического сопротивления пластов-коллекторов при каротаже скважины на пресном буровом растворе.
Наиболее близким прототипом к изобретению является прибор SFL, состоящий из зондового устройства со сферической фокусировкой электрического поля, включающего в себя центральный прямой токовый электрод, удаленный обратный токовый электрод, пару обратных фокусирующих электродов, пару внутренних измерительных электродов в центральной части зондового устройства и две пары контрольных электродов, расположенных соответственно выше и ниже обратных токовых электродов, источника переменного тока, один выход которого подключен к центральному токовому электроду, а другой выход через коммутатор подключен к обратному токовому электроду и паре обратных токовых фокусирующих электродов, а также измерительных каналов с возможностью измерения основного и фокусирующих токов и разностей потенциалов между контрольными электродами и между внутренним измерительным и внешним контрольным электродом. Все пары электродов как измерительных, так и обратных фокусирующих расположены симметрично относительно центрального токового электрода и электрически соединены друг с другом проводами.
Однако этот прибор имеет принципиальный недостаток: измеряемый параметр только один - кажущееся сопротивление зонда с малым радиусом исследования. Это не дает возможности выделить в разрезе пласты-коллекторы и не позволяет определить удельное сопротивление пластов-коллекторов.
Цель изобретения - повышение точности определения удельного электрического сопротивления пластов-коллекторов и возможность выделения в разрезе пластов коллекторов.
Поставленная цель достигается тем, что в аппаратуру для электрического каротажа скважин, состоящую из зондового устройства со сферической фокусировкой электрического поля, включающего в себя центральный прямой токовый электрод, удаленный обратный токовый электрод, пару обратных фокусирующих электродов, пару измерительных электродов в центральной части зондового устройства и две пары контрольных электродов, расположенных соответственно выше и ниже обратных токовых электродов, и электронного блока, включающего в себя источник переменного тока, один выход которого подключен к центральному токовому электроду, а другой выход через коммутатор подключен к обратному токовому электроду и паре обратных токовых электродов, а также измерительные каналы с возможностью измерения основного и фокусирующего токов и разностей потенциалов между контрольными электродами и между внутренним измерительным и внешним контрольным электродами, в зондовое устройство дополнительно введена пара измерительных электродов, расположенных симметрично относительно центрального электрода во внешней зоне зондового устройства соответственно выше и ниже контрольных электродов, и введен в электронный блок дополнительный канал для измерения разности потенциалов между дополнительно введенной парой измерительных электродов и внешней парой контрольных электродов.
На рисунке 1 представлена блок-схема предлагаемой аппаратуры. Здесь Г - источник переменного тока, один выход которого подключен к центральному токовому электроду А, а другой выход через коммутатор К подключен к обратному токовому электроду В1 и обратным токовым фокусирующим электродам В2. Электроды N1, N2, N3 являются измерительными для вычисления кажущегося сопротивления сферически фокусированного зонда малого радиуса исследования. Электроды N4 являются дополнительной парой измерительных электродов для вычисления кажущегося сопротивления сферически фокусированного зонда среднего радиуса исследования и для вычисления кажущегося сопротивления фокусированного потенциал-зонда большого радиуса исследования. Токовыми электродами являются электроды А, В1 и В2: В1 - удаленный обратный токовый для основного тока I1. В2 - обратный токовый для фокусирующего тока I2. А - прямой токовый электрод для основного I1 и фокусирующего I2 токов. Парные электроды N1, N2, N3, N4, В2 соединяются между собой проводами. Все они симметричны относительно центрального электрода А.
Аппаратура работает следующим образом.
Генератор переменного тока Г, один выход которого подключен к токовому электроду А, а другой циклично переключается коммутатором с электрода В1 на электрод В2, создает по очереди в окружающей среде основное (I1) и фокусирующее (I2) электрические поля. Ток I1 течет между электродами А1 и В1. Измеряются разности потенциалов U113, U123, U134 и ток I1.
Ток I2 течет между электродами А1 и В2. Измеряются разности потенциалов U213, U223, U234 и ток I2. В названии разностей потенциалов первая цифра номер тока, далее - номера измерительных электродов.
Используя условие равенства нулю суммарной разности потенциалов на контрольных электродах N2 и N3, для кажущегося сопротивления Ra(SFLs) зонда SFL малого радиуса исследования и кажущегося сопротивления Ra(FPZ) фокусированного потенциал-зонда большого радиуса исследования получим:
Ra(SFLs)=Ks·(U123·U213/U223+U113)/I1,
Ra(FPZ)-Kf· (U134-U123·U234/U223)/I1.
Здесь Ks и Kf - коэффициенты зондов в метрах.
Кроме того, используя условие равенства нулю суммарной разности потенциалов на электродах N3 и N4, для кажущегося сопротивления Ra(SFLm) зонда SFL среднего радиуса исследования получим:
Ra(SFLm)=Km· (U134·U213/U234+U113)/I1,
где Km - коэффициент этого зонда в метрах.
Как показывает математическое моделирование по тестовым моделям геологического разреза, содержащего проницаемые пласты с зоной проникновения, кажущееся сопротивление фокусированного потенциал- зонда Ra(FPZ) слабо зависит от удельного сопротивления зоны проникновения, но сильно реагирует на изменение величины удельного сопротивления пласта. Для высокоомных пластов имеет место сильная зависимость Ra(FPZ) от величины удельного сопротивления бурового раствора Rm, но ее легко можно скорректировать, например, по следующей формуле:
Rcf=Ra(FPZ) ·U213/U223.
На рис.2 представлены результаты математического моделирования сферически фокусированного зонда с добавленными измерительными электродами N4 и измерительным каналом для измерения разности потенциалов между электродами N3 и N4 по модели геологического разреза, состоящего из пласта плотного песчаника и двух пластов-коллекторов песчаника, насыщенных нефтью. Вмещающими породами являются непроницаемые глины. Здесь Rm - удельное электрическое сопротивление бурового раствора, d - диаметр скважины, Di - диаметр зоны проникновения нефтенасыщенных пластов, Ri - удельное сопротивление зоны проникновения, Rt - удельное сопротивление пластов, Rcs1 - кажущееся сопротивление сферически фокусированного зонда малого радиуса исследования, исправленное за влияние бурового раствора, Rcs2 - кажущееся сопротивление сферически фокусированного зонда среднего радиуса исследования, исправленное за влияние бурового раствора, Rcf - кажущееся сопротивление фокусированного потенциал-зонда большого радиуса исследования, исправленное за влияние бурового раствора.
Как видно из рисунка 2, кажущиеся сопротивления всех трех зондов близки друг к другу против непроницаемых пластов, в то время как для проницаемых пластов, насыщенных нефтью, кажущиеся сопротивления сильно расходятся в соответствии со своим радиусом исследования. При этом значения кажущегося сопротивление Rcf близки к значениям Rt. Таким образом, добавление в прибор сферически фокусированного зонда дополнительных измерительных электродов Nf и дополнительного измерительного канала дает возможность дополнительно получить кажущиеся сопротивления Rcs2 и Rcf, позволяющие более точно определить удельное сопротивление пластов горных пород, пересеченных скважиной. Кроме того, появляется возможность по расхождению значений кривых кажущихся сопротивлений выделять в разрезе скважины проницаемые пласты.
Применение предлагаемой аппаратуры при проведении электрического каротажа скважин позволит уверенно выделять в разрезе пласты-коллекторы и определять удельное сопротивление пластов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Косенков О.М. О глубинности зондов каротажа сопротивлений с автоматическим регулированием электрического поля. - Известия вузов СССР, Геология и разведка, №7, 1969.
2. Авторское свидетельство СССР №233119 на «Способ электрического каротажа», Бюлл. Изобретений №2,1969.
3. LATEROLOGS, Cram's Petrophysical Handbook, http://www.spec2000.net/01-foreword.htm