СПОСОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КАРОТАЖА ОБСАЖЕННОЙ СКВАЖИНЫ
METHOD FOR ELECTRIC LOGGING OF CASED WELL

Изобретение относится к области геофизических исследований скважин и может найти применение при определении электрического сопротивления пластов горных пород, окружающих скважину, обсаженную металлической колонной.
Известен способ электрического каротажа обсаженных скважин. Для выполнения способа использован зонд в виде трех эквидистантно расположенных вдоль колонны измерительных электродов и трех токовых электродов. Два токовых электрода расположены симметрично относительно среднего измерительного электрода. Третий электрод расположен в середине на уровне 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, первую и вторую разность потенциалов электрического поля на участке колонны между двумя крайними измерительными электродами. Удельное электрическое сопротивление определяют по соответствующей формуле (патент РФ №2172006, кл. G01V 3/20, опубл. 10.08.2001 г.).
Недостатком способа является то, что токовые цепи к нижнему и среднему токовым электродам проходят мимо измерительных схем первой и второй разностей потенциалов электрического поля и создают в цепях этих схем емкостные и индукционные наводки, уровни которых могут превышать полезные сигналы. Поэтому при создании устройств по этому способу приходится применять сложные компенсирующие эти наводки схемы, что в целом усложняет создание устройства, его наладку и эксплуатацию.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является способ электрического каротажа обсаженных скважин, для выполнения которого использован зонд в виде трех измерительных электродов, эквидистантно расположенных вдоль колонны, и двух токовых электродов, расположенных за пределами зоны симметрично относительно среднего измерительного электрода. В колонну через каждый из двух токовых электродов поочередно подают от одного и того же полюса источника электрический ток. При каждой из подач тока измеряют потенциал электрического поля колонны в точке контакта с ней среднего измерительного электрода, первую и вторую разности потенциалов на участке колонны между двумя крайними измерительными электродами. Удельное электрическое сопротивление определяют по соответствующей формуле (патент РФ №2176802, кл. G01V 3/20, опубл. 10.12.2001 г. - прототип).
Недостатком этого способа, как и всех других известных способов электрического каротажа обсаженных скважин, является то, что из-за шунтирующего влияния низкоомной обсадной колонны вторые разности электрических потенциалов на базе крайних измерительных электродов составляют значения в пределах всего лишь от единиц до десятков нановольт.
Это создает технические трудности при создании устройств каротажа обсаженных скважин, например, требуется создание сложных прижимных устройств для обеспечения надежного контакта электродов к стенке колонны.
Трудности так же возникают и при проведении каротажа: измерения возможны только при остановленном скважинном приборе и требуется сложная математическая обработка измеряемых сигналов с целью их фильтрации от различных помех, что приводит к существенному замедлению скорости проведения каротажа.
В предложенном способе решается задача повышения точности определения электрического сопротивления пород в околоскважинном пространстве, ускорения проведения каротажа.
Задача решается тем, что в способе электрического каротажа обсаженной скважины, включающем размещение в скважине зонда, состоящего из трех или более эквидистантных измерительных электродов и двух или более токовых электродов, расположенных за пределами зоны измерительных электродов симметрично относительно среднего измерительного электрода, подачу электрического тока в колонну через каждый из двух токовых электродов поочередно от одного и того же полюса источника электрического тока, измерение при каждой из подач тока потенциала электрического поля колонны в точке одного из измерительных электродов, первой разности потенциалов на участке колонны между двумя крайними измерительными электродами и второй разности потенциалов на том же участке колонны и определение удельного электрического сопротивления породы за колонной, согласно изобретению перед проведением каротажа организуют один или более разрывов электрической связи в обсадной колонне, отделяющих исследуемый интервал от прочего пространства скважины.
Согласно изобретению расстояние между разрывами электрической связи определяют заданной точностью определения удельного электрического сопротивления в исследуемом интервале, измерительные электроды свободно размещают в скважине без специального прижима к обсадной колонне, каротаж проводят непрерывно при движении зонда вверх по скважине, а измерительные электроды выполняют в виде цилиндров.
Сущность изобретения
При электрическом каротаже обсаженной скважины возникают значительные потери тока на утечки по обсадной колонне, что приводит к снижению потенциала колонны, низкой точности определения электрического сопротивления пород в околоскважинном пространстве и малой скорости каротажных работ. В предложенном способе решается задача повышения точности определения электрического сопротивления пород в околоскважинном пространстве, ускорения проведения каротажа. Задача решается следующим образом.
В скважине организуют разрыв электрической связи между обсадной колонной в исследуемом интервале скважины (интервале проведения каротажа, т.е., как правило, в интервале продуктивного пласта) и остальными частями обсадной колонны скважины. Достигают того, что часть обсадной колонны в исследуемом интервале оказывается электрически изолированной от прочих частей обсадной колонны. Для этого на новых строящихся скважинах предусматривают диэлектрические вставки между трубами обсадной колонны. На существующих скважинах вырезают часть трубы обсадной колонны скважины, а в образовавшееся кольцо закачивают цементный раствор или другой скрепляющий материал, например материал на основе твердеющего жидкого стекла и т.п. При расположении исследуемого интервала ближе к концу скважины (сверху или снизу) бывает достаточно одного разрыва электрической связи, отделяющего исследуемый интервал от прочего пространства скважины. При расположении исследуемого интервала вдали от концов скважины для электрической изоляции исследуемого интервала может возникнуть необходимость в организации двух и более разрывов электрической связи в обсадной колонне. Разрывы располагают сверху и снизу от исследуемого интервала, отделяя исследуемый интервал от прочего пространства скважины. При значительной длине исследуемого интервала возможно применение дополнительных разрывов внутри исследуемого интервала. После подведения электродов в исследуемый интервал и подачи электрического тока исключаются токи утечки из исследуемого интервала вдоль по обсадной колонне, т.е. из обсадной колонны, ограниченной разрывами электрической связи, вдоль по остальной части обсадной колонны. Весь ток в исследуемом интервале уходит не по обсадной колонне, а в породу, создавая высокий уровень второй разности и существенно увеличивая потенциал колонны. Все измеряемые сигналы возрастают в сотни раз, значительно превосходя токи помех, измерение становится устойчивым. Для достижения необходимой точности измерений не требуется статистического накопления информации, достаточно одного кратковременного измерения. Появляется возможность проводить каротаж непрерывно без специального прижатия электродов к колонне и с высокой скоростью.
Длину интервала между разрывами электрической связи определяют исходя из достижения необходимой точности и скорости измерений. Как правило, длины интервала до 100 м бывает достаточно для обеспечения необходимой точности. При необходимости в продуктивном интервале проводят дополнительные вырезки части обсадной колонны.
Поскольку точность измерений достаточно высока, то измерительные электроды свободно размещают в скважине без специального прижима к обсадной колонне, каротаж проводят непрерывно при движении зонда вверх по скважине. Измерительные электроды могут быть выполнены с контактом на стенках обсадной колонны скважины, а могут быть выполнены в виде цилиндров, свободно размещенных в скважине. Весьма желательно, чтобы наружный диаметр цилиндров приближался к внутреннему диаметру скважины.
Высокая точность измерений позволяет определять границы пропластков малой толщины, т.е. пропластков толщиной до 0,2 м.
После организации разрыва электрической связи между частью обсадной колонны в интервале проведения каротажа и прочими частями обсадной колонны выполняют размещение в скважине зонда, состоящего из трех или более эквидистантных измерительных электродов и двух или более токовых электродов, расположенных за пределами зоны измерительных электродов симметрично относительно среднего измерительного электрода, подачу электрического тока в колонну через каждый из двух токовых электродов поочередно от одного и того же полюса источника электрического тока, измерение при каждой из подач тока потенциала электрического поля колонны в точке одного из измерительных электродов, первой разности потенциалов на участке колонны между двумя крайними измерительными электродами и второй разности потенциалов на том же участке колонны и определение удельного электрического сопротивления породы за колонной.
1
2
уд
уд
На чертеже дана блок-схема устройства для реализации предложенного способа. Здесь 1 - обсадная колонна, 2 - заполненная буровым раствором скважина, 3 - изоляционный разрыв колонны, 4 - участок колонны, в пределах которого предполагается проведение каротажа, 5 - окружающие скважину геологические породы, 6, 7 и 8 - измерительные электроды зонда M, N, М, 9 - измеритель второй разности электрических потенциалов, 10 - измеритель первой разности потенциалов, 11 и 12 - токовые электроды зонда А1 и А2, 13 - программируемый переключатель тока, 14 - наземный источник тока для питания токовых электродов зонда, 15 - обратный токовый электрод В, заземляемый на дневной поверхности в произвольной точке, 16 - корпус скважинного прибора, 17 - удаленный измерительный электрод N, подключаемый к устью обсадной колонны, 18 - измеритель потенциала центрального измерительного электрода зонда N относительно удаленного N.
Как показали результаты математического моделирования, сигналы на изолированном участке колонны длиной около 100 метров на два-три порядка выше сигналов при каротаже обсаженных сплошной колонной скважин. Это объясняется тем, что резко растет сопротивление заземления участка обсадной трубы, а следовательно, потенциал этого участка на единицу тока. В этом случае возникает принципиально новая возможность осуществления каротажа обсаженных скважин. Пропадает необходимость применения конструктивно сложных прижимных электродов зонда и появляется возможность проводить непрерывные измерения вдоль ствола скважины, что существенно повышает скорость измерений и их точность.
Пример конкретного выполнения
Проводят электрический каротаж обсаженной нефтедобывающей скважины. Организуют разрыв электрической связи между частью обсадной колонны в интервале продуктивного пласта скважины 1700-1780 м, в котором необходимо произвести каротаж обсаженной скважины, и остальными частями обсадной колонны. Для этого вырезают часть трубы обсадной колонны скважины на глубинах 1695 и 1785 м, а в образовавшиеся кольца закачивают цементный раствор. При этом токи утечки по обсадной колонне исключаются. После этого в скважине в нижней части исследуемого интервала проводят размещение зонда согласно чертежу, состоящего из трех эквидистантных измерительных электродов и двух расположенных за пределами зоны измерительных электродов, симметрично относительно среднего измерительного электрода, токовых электродов. Электроды выполнены в виде цилиндров длиной 100 мм. Организуют подачу электрического тока в колонну через каждый из двух токовых электродов поочередно от одного и того же полюса источника электрического тока, измерение при каждой из подач тока потенциала электрического поля колонны в точке среднего измерительного электрода, первой разности потенциалов на участке колонны между двумя крайними измерительными электродами и второй разности потенциалов на том же участке колонны и определение удельного электрического сопротивления породы за колонной. Каротаж проводят непрерывно при движении зонда вверх по скважине.
Скорость проведения каротажа согласно предложенному способу составляет 50 м/час, что позволяет исследовать интервал 80 м за 1,6 часа, по прототипу на исследование того же интервала требуется 26,6 часа. Точность однократного измерения (разброс показателей) согласно предложенному способу составляет ±3%, тогда как по прототипу эта же величина составляет ±50%.
Применение предложенного способа позволит решить задачу повышения точности определения электрического сопротивления пород в околоскважинном пространстве, ускорения проведения каротажа.