УСТРОЙСТВО ЯДЕРНО-МАГНИТНОГО КАРОТАЖА

Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано для исследования бурящихся нефтяных, газовых и гидрогеологических скважин методом ядерно-магнитного каротажа в поле Земли.
Известен способ получения информации о горной породе («Способ устранения влияния акустического возбуждения на данные ядерно-магнитного резонанса», заявка РФ №2005138896, МПК G01V 3/32, опубл. 2007.06.20), при котором вводят прибор ядерно-магнитного каротажа в пробуренную в толще пород скважину, получают первичную последовательность эхо-сигналов ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), осуществляют опенку величины сигнала, не связанного с ЯМР и являющегося результатом вспомогательной последовательности импульсов, и осуществляют коррекцию эхо-сигнала в первичной последовательности эхо-сигналов ЯМР с использованием оценки сигнала, не связанного с ЯМР.
Известно устройство для ядерно-магнитного каротажа (а.с. СССР №669898, МПК G01V 3/32, опубл. 2000.04.20), содержащее источник тока поляризации, ключи и катушку поляризации с отводами, которые соединены через контакты ключа с источником тока поляризации и входом измерительного усилителя, коммутатор.
Известно устройство для ядерно-магнитного каротажа («Расчет характеристик и выбор элементов аппаратуры ЯМК» Тетельбаум Б.И., ВНИИ ядер. геофиз. и геохимии, М.: 1984, 12 с.), содержащее основную катушку индуктивности, коммутатор, усилитель, входную пень.
Известное устройство невозможно использовать для проведения исследований в скважинах, частота прецессии в которых изменяется в широких пределах до 400 Гц с градиентом изменения частоты 10 Гц на 10 м.
Неточная настройка на частоту прецессии приводит к большим погрешностям определения начальной амплитуды сигнала свободной прецессии при ядерно-магнитном каротаже, а иногда и вообще исключает возможность выделения сигналов на фоне помех.
Известен помехозащищенный способ комплексных измерений ядерно-магнитных свойств пород в скважине в процессе каротажа («Способ измерения ядерно-магнитных свойств пород в скважине», патент РФ №2148843, МПК G01V 3/32, G01N 24/00, опубл. 2000.05.10), ближайший по технической сущности и совокупности совпадающих признаков к заявляемому способу и принятый за прототип, при котором производят поляризацию окружающих пород, подвергают принятый сигнал прямому преобразованию Фурье. После этого производят повторное возбуждение сигнала ядерной индукции и измеряют его частоту, сравнивают частоты сигналов ядерной индукции и по соотношению частот при первом и третьем измерениях судят об индукции магнитного поля в скважине до и после поляризации. В результате преобразования Фурье исходный сигнал переводится из временного в частотное представление, что позволяет применить цифровую фильтрацию сигнала и измерить амплитуду и ширину спектральной линии протонного резонанса.
Однако в известном способе необходимо три раза поляризовать среду и три раза проводить преобразование Фурье, что увеличивает время проведения каротажа. При времени поляризации равном 2 с и продолжительности вычисления Фурье 0,8 с общее время одного цикла измерения сигнала от пласта будет равно (2+0,8)*3=8,4 с.
Известный способ реализуется устройством для измерения ядерно-магнитных свойств пород в скважине в процессе каротажа, которое является ближайшим но технической сущности к заявляемому устройству и принято за прототип. Устройство включает скважинный прибор, содержащий датчик ЯМК, схему измерения, управления и настройки, связанный с генератором импульсов тока поляризации каротажным кабелем, и процессорный блок.
Процессорный блок находится на поверхности, т.е. обрабатываемый сигнал поступает по кабелю на поверхность в аналоговом виде. Геофизический кабель по своей сути представляет дополнительный источник всякого рода помех, который сильно искажает форму передаваемого полезного сигнала, что, в свою очередь, повышает вероятность ошибок при определении начальной амплитуды сигнала, К тому же, управление настройкой датчика ЯМК на резонансную частоту происходит с поверхности, что также занимает время и усложняет схему управления и настройки. Диапазон настройки на частоту прецессии сигнала в таком устройстве ограничен полосой в 128 Гц, что не перекрывает аномального изменения частоты прецессии в реальных скважинах, бурящихся в настоящее время.
Диапазон изменения частоты прецессии в интервале исследования в некоторых из них достигает 400 Гц. В таких скважинах при больших значениях расстройки регистрация полезного сигнала от пластов может стать невозможной или начальная амплитуда принимаемого сигнала будет определена с большой погрешностью.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении точности регистрации сигналов ядерно-магнитного каротажа, частота прецессии в которых изменяется в широких пределах до 400 Гц с градиентом изменения частоты 10 Гц на 10 м, сокращении времени каротажа и снижении уровня помех.
Технический результат достигается тем, что в способе ядерно-магнитного каротажа, включающем поляризацию постоянным магнитным полем окружающих скважину пород, последующее измерение сигнала ядерно-магнитной индукции от пласта при отключенном магнитном ноле, преобразование Фурье измеренного сигнала ядерно-магнитной индукции, новым является то, что определение резонансной частоты сигнала ядерно-магнитной индукции и последующую настройку на эту частоту проводят за один цикл поляризации-измерения, причем настройка на резонансную частоту сигнала ядерно-магнитной индукции происходит после каждой поляризации.
Настройку на резонансную частоту осуществляют в диапазоне до 400 Гц.
В устройстве ядерно-магнитного каротажа, содержащем скважинный прибор, состоящий из датчика ЯМК, схемы измерения, управления и настройки, связанный с наземной аппаратурой, состоящей из генератора импульсов тока поляризации и блока измерения, с помощью каротажного кабеля, процессор, новым является то, что процессор расположен внутри скважинного прибора и связан с датчиком ЯМК и схемой измерения, управления и настройки, причем в схему измерения, управления и настройки введены дополнительные конденсаторы с возможностью их подключения на время настройки датчика ЯМК на резонансную частоту.
Сущность способа заключается в следующем.
Сначала проводится поляризация окружающих пластов в скважине. После окончания поляризации производится прием сигнала ядерно-магнитной индукции от пласта, который затем и подвергается прямому преобразованию Фурье, далее определяется резонансная частота сигнала ядерно-магнитной индукции и происходит подстройка датчика ЯМК на эту частоту, оцифровывание сигнала ядерно-магнитной индукции и последующая передача принятого сигнала на поверхность.
Для определения резонансной частоты не требуется передача сигнала но кабелю на поверхность, т.к. процессор находится в скважинном приборе и кабель не вносит дополнительные помехи. Тем самым, обеспечивается выделение сигнала ядерно-магнитного каротажа на фоне помех, т.е. его регистрация и повышается точность определения начальной амплитуды сигнала.
Предлагаемый способ позволяет проводить подстройку датчика ЯМК на частоту прецессии за один цикл измерения в диапазоне 400 Гц, причем определение резонансной частоты сигнала происходит после каждого цикла поляризации.
Предлагаемый способ реализован в устройстве ядерно-магнитного каротажа, представленном на фиг.1.
Устройство ядерно-магнитного каротажа (фиг.1) состоит из скважинного прибора 1, и наземной аппаратуры 2, которая включает генератор импульсов тока поляризации 3 и блок измерения 4. Скважинный прибор 1 содержит датчик ЯМК 5, процессор 6, схему измерения, управления и настройки 7 и связан с наземной аппаратурой 2 с помощью каротажного кабеля 8.
Схема измерения, управления и настройки 7 дополнительно содержит набор конденсаторов с разной подстроечной емкостью, обеспечивающих подстройку датчика ЯМК 5 на резонансную частоту сигнала от пласта.
Введение дополнительных конденсаторов позволяет настраивать датчик ЯМК 5 в частотном диапазоне 400 Гц.
Измерение резонансной частоты происходит в диапазоне от 0 до 4096 Гц. В диапазоне 400 Гц (относительно средней частоты 2300 Гц) происходит настройка датчика ЯМК 5 на резонансную частоту сигнала. Это происходит за счет изменения схемы измерения, управления и настройки 5, а именно за счет добавления в нее дополнительных конденсаторов.
Добавление дополнительных конденсаторов в схему измерения, управления и настройки 5 позволяет расширить диапазон настройки и подстройки до 400 Гц.
Работает устройство следующим образом.
Импульсы тока поляризации от генератора импульсов тока поляризации 3 подаются в скважинный прибор 1 к датчику ЯМК 5, т.е. производится поляризация окружающей среды в скважине. После окончания поляризации датчик ЯМК 5 регистрирует сигнал ядерно-магнитной индукции, который поступает на процессор 6 и параллельно на схему измерения, управления и настройки 7. В процессоре 6 определяется резонансная частота сигнала и, процессор 6 подает команду на схему измерения, управления и настройки 7, где происходит подключение необходимого количества конденсаторов, что позволяет настроить датчик ЯМК 5 на резонансную частоту сигнала от пласта. Далее происходит прием, оцифровывание и усиление сигнала ядерно-магнитной индукции, который в цифровом виде по кабелю 8 передастся в наземную аппаратуру 2 в блок измерения 4, где происходит визуализация и окончательная обработка сигнала ядерно-магнитной индукции. 11осле передачи сигнала на поверхность цикл поляризации и измерения повторяется.
В каждом цикле измерения датчиком ЯМК 5 сигнала ядерно-магнитной индукции от пласта, с помощью процессора 6 определяется резонансная частота сигнала от пласта, а с помощью подключения необходимого числа конденсаторов в схеме измерения, управления и настройки происходит подстройка датчика ЯМК 5 на эту частоту.
Процессор 6 осуществляет управление схемой измерения, управления и настройки 7 для точной настройки датчика ЯМК 5 на частоту прецессии, т.е. в резонанс с принимаемым сигналом. Этим обеспечивается повышение точности регистрации сигналов от пластов в скважинах, частота прецессии в которых изменяется в широких пределах до 400 Гц с резким градиентом изменения частоты более 10 Гц на 10 м.
Для определения резонансной частоты не требуется передача сигнала по каротажному кабелю 8 на поверхность, так как процессор 6 находится в скважинном приборе 1 и каротажный кабель 8 не вносит дополнительные помехи. Тем самым, обеспечивается выделение сигнала ядерно-магнитного каротажа на фоне помех, т.е. его регистрация и повышается точность определения начальной амплитуды сигнала.
Заявляемые способ ядерно-магнитного каротажа и устройство для его осуществления позволяют проводить подстройку на частоту прецессии за один цикл измерения в диапазоне 400 Гц, причем определение резонансной частоты происходит перед началом измерения в каждом цикле.
Заявляемые способ ядерно-магнитного каротажа и устройство для его осуществления реализованы в скважинной аппаратуре ЯК8, разработанной в ООО «ТНГ-Групп», г.Бугульма. Аппаратура ЯК8 используется в производственных подразделениях компании при выполнении исследований ЯМК в бурящихся скважинах, как на территории Татарстана, так и за его пределами.