УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН, ОБСАЖЕННЫХ ОБСАДНОЙ КОЛОННОЙ A DEVICE FOR ELECTRICAL LOGGING IN BOREHOLES CASED WITH A STEEL CASING

Полезная модель относится к области геофизических исследований скважин и может найти применение при осуществлении способов электрического каротажа скважин, обсаженных стальной колонной.
Устройство создано на основе способов электрического каротажа обсаженных скважин описанных в патентах РФ №2176802 и №2384867.
Известны также устройства для электрического каротажа скважин, обсаженных стальной колонной (Http://www.npp-geofizika.ru/dokumentaciya.html. Технология ЭКОС-31-7 электрического каротажа скважины, обсаженной стальной колонной, с. 7-15 и Метод наноэлектрического каротажа через обсадную колонну для оценки невыработанных запасов нефти и количественного определения коэффициента нефтенасыщенности горных пород / В.Е. Цой и др., описанный в Вестнике ЦКР Роснедра. - 2009. - №3., с. 54-56.
Эти устройства состоят из наземной (блок телеметрии, регистратор данных (компьютер), источник тока питания колонны) и скважинной (скважинный прибор) частей. Для выполнения работ данными устройствами необходим семижильный грузонесущий геофизический кабель; возможно выполнение работ на специализированном четырехжильном кабеле, при этом жилы кабеля (ЖК) используются следующим образом: одна ЖК - для измерения потенциала колонны относительно удаленного электрода на поверхности; две ЖК - для связи наземного блока телеметрии и скважинного прибора и питания по «фантомной» схеме электронных блоков и электропривода прижимного устройства скважинного прибора; четыре (или одна увеличенного сечения) ЖК - для подачи в скважину тока питания колонны.
Известно, что электрический каротаж обсаженных скважин значительно отличается от других видов электрического каротажа наличием шунтирующего воздействия на сигналы стальной обсадной колонны, что существенно (в тысячи раз) уменьшает полезный сигнал, ограничивая динамический диапазон измеряемого параметра, поэтому, результат измерений прямо зависит от величины тока питания колонны.
Используемая в устройствах схема подачи тока питания колонны по геофизическому кабелю в скважинный прибор недостаточно эффективна, и величина тока питания колонны в значительной мере зависит от типа и длины используемого в процессе измерений геофизического кабеля.
В предложенном устройстве решается задача максимально эффективной подачи тока питания колонны от наземного источника тока в скважинный прибор по геофизическому кабелю.
Этот технический результат достигается тем, что в устройстве для электрического каротажа, состоящем из наземной и скважинной частей, удаленный электрод, используемый для измерения потенциала электрического поля колонны, через электрический коммутатор соединен с одной из жил каротажного кабеля, соединенной через другой электрический коммутатор с измерителем потенциала колонны; две жилы каротажного кабеля через трансформаторы соединяют наземную часть телеметрии со скважинной частью телеметрии и через средние точки выходных обмоток этих же трансформаторов соединяют источник тока питания колонны с токовыми цепями скважинного прибора; две другие жилы каротажного кабеля через трансформаторы соединяют наземный источник питания электронных узлов скважинного прибора со скважинным источником питания и через средние точки выходных обмоток этих же трансформаторов соединяют источник тока питания колонны с токовыми цепями скважинного прибора; две другие жилы каротажного кабеля соединяют источник тока питания колонны с токовыми цепями скважинного прибора, а регистратор данных (компьютер), источник тока питания колонны и скважинной (скважинный прибор) частей, коммутация информационных и силовых цепей выполнена таким образом, что ток питания колонны подается по всем жилам используемого при выполнении измерений грузонесущего геофизического кабеля за исключением одной жилы, используемой для измерения потенциала колонны относительно удаленного электрода, а при разделенном во времени измерении потенциала колонны и второй разности потенциала, при измерении второй разности потенциала - по всем жилам используемого при выполнении измерений грузонесущего геофизического кабеля.
При этом при разделенном во времени измерении потенциала электрического поля колонны и второй разности потенциала, при измерении второй разности потенциала, электрические коммутаторы соединяют жилу кабеля, использовавшуюся для измерения потенциала, в наземной части устройства с источником тока питания колонны, а в скважинном приборе - с токовыми цепями, и ток питания колонны подается по всем жилам используемого при выполнении измерений грузонесущего геофизического кабеля.
И электрический коммутатор в скважинном приборе соединяет токовые цепи скважинного прибора с электроприводом прижимного устройства, и для питания электропривода используется источник тока питания колонны.
И питание электронных узлов скважинного прибора осуществляется от блока аккумуляторов, а две жилы каротажного кабеля, через которые осуществлялась подача электрической энергии от наземного источника питания электронных узлов скважинного прибора к скважинному источнику питания, соединяют источник тока питания колонны с токовыми цепями скважинного прибора.
И блок аккумуляторов скважинного прибора заряжается зарядным устройством, питание на которое подается через электрический коммутатор от источника тока питания колонн
И четыре жилы геофизического кабеля, которые соединяют источник тока питания колонны с токовыми цепями скважинного прибора без дополнительных функций измерения потенциала электрического поля колонны и передачи информации и команд не используются, а электрический каротаж обсаженных скважин выполняется с помощью трехжильного геофизического каротажного кабеля.
И в наземной части имеются два источника тока питания колонны и дополнительные электрические коммутаторы, позволяющие подключать источники тока к нагрузке либо последовательно, либо параллельно.
И в наземной части имеются дополнительные электрические коммутаторы, позволяющие при параллельном включении источников тока распределять между ними жилы геофизического кабеля в заданной пропорции.
Анализ информации об известных устройствах для электрического каротажа показал, что предлагаемое устройство обладает новизной.
Известно, что для осуществления данного вида каротажа необходимо:
- подавать в скважинный прибор ток питания колонны и измерять потенциал колонны относительно удаленного электрода и приращения потенциала;
- ток питания колонны должен быть значительным, не менее 5 А.
Чтобы использовать для выполнения работ любой геофизический кабель без ограничений, напряжение при подаче тока питания колонны не должно превышать 380 В (ГОСТ Р 51978-2002 Кабели грузонесущие геофизические бронированные. Общие технические условия).
Из этих требований следует, что подавать ток питания колонны в скважинный прибор следует по максимальному количеству жил геофизического кабеля.
Устройство представлено на графических материалах:
На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство для электрического каротажа скважин, обсаженных стальной колонной;
На фиг. 2 представлен другой вариант предлагаемого устройства для электрического каротажа скважин, обсаженных стальной колонной;
На фиг. 3 представлено устройство, позволяющее выполнять электрический каротаж обсаженных скважин с помощью трехжильного геофизического каротажного кабеля;
На фиг. 4 изображено устройство, имеющее два источника тока и дополнительную коммутацию.
Из наземной части устройства показаны: 1 - удаленный электрод для измерения потенциала электрического поля колонны; 2 - блок наземной телеметрии с трансформатором телеметрии 3; 4 - источник питания электроники скважинного прибора с выходным трансформатором 5; 6 - источник тока питания колонны, один выход которого соединен с обратным токовым электродом 7; 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 - токопроводящие жилы семижильного грузонесущего каротажного кабеля (ЖК). Из скважинной части устройства показаны: 15 - измеритель потенциала с подводящим к измерительному электроду проводом 16; 17 - скважинная часть телеметрии с трансформатором телеметрии 18; 19 - блок питания электронных устройств скважинного прибора с входным трансформатором 20; 21 - электропривод прижимного устройства скважинного прибора; 22, 23 - коммутаторы тока; 24, 25 - подводящие провода к токовым электродам A1, A2 зонда; 26, 27 - коммутаторы ЖК для измерения потенциала.
На схеме коммутаторы ЖК 26, 27 изображены таким образом, что одна ЖК включена в цепь измерения потенциала колонны, а остальные шесть ЖК - в цепь питания электропривода прижимного устройства скважинного прибора.
Питание электроники скважинного прибора осуществляется переменным током по двум жилам кабеля 11, 12, что позволяет, как и в случае использования телеметрии, осуществить питание колонны током по этим же ЖК по «фантомной» схеме. Электропривод прижимного устройства работает, когда измерения не производятся, и ток в колонну не подается, что позволяет использовать для его питания источник тока питания колонны 6, выполнив соответствующее переключение коммутатора 22.
Возможно осуществление разделенного во времени измерения потенциала колонны и второй разности потенциала:
- при измерении потенциала ток питания колонны подается по шести ЖК, а для измерения потенциала используется седьмая ЖК;
- при измерении второй разности потенциала потенциал колонны не измеряется, а ток питания колонны подается по семи ЖК, седьмую ЖК при этом переключают соответствующие коммутаторы 26, 27.
Коммутатор 23 при реализации способа электрического каротажа обсаженных скважин осуществляет поочередную подачу тока питания колонны в токовые электроды.
Таким образом, устройство реализует частотно-временное разделение информационных и силовых каналов, что позволяет использовать для подачи тока питания колонны шесть жил геофизического кабеля в режиме одновременного измерения потенциала и второй разности потенциала колонны и семь жил геофизического кабеля в режиме измерения второй разности потенциала без измерения потенциала колонны.
На фиг. 2 питание электронных устройств скважинного прибора осуществляется от блока аккумуляторов 30, который заряжается зарядным устройством 29. Источником питания для зарядного устройства 29 является источник тока питания колонны 6 при соответствующем переключении коммутатора 28 (когда ток не подается в колонну или на электропривод прижимного устройства). В данной схеме зарядное устройство 29 с коммутатором 28 являются необязательными элементами.
На схеме коммутация изображена таким образом, что одна ЖК включена с помощью коммутаторов 26, 27 в цепь измерения потенциала колонны, а остальные шесть ЖК - в цепь питания колонны через один из токовых электродов зонда скважинного прибора.
Устройства, представленное на фиг. 2, интересно тем, что, во-первых, его реализация проще (отсутствуют источник питания скважинного прибора 4 с выходным трансформатором 5 и блок питания электронных устройств скважинного прибора 19 с входным трансформатором 20), во-вторых, это устройство позволяет выполнять электрический каротаж обсаженных скважин с помощью трехжильного геофизического каротажного кабеля, как это показано на фиг. 3.
На фиг. 3 коммутаторы 26, 27 изображены таким образом, что все три ЖК включены в цепь питания колонны для измерения второй разности потенциала колонны.
Также в выше описанных устройствах частотное разделение информационных и силовых каналов может быть осуществлено с помощью не только трансформаторов (трансформаторы 3 и 18), но и разделительных конденсаторов.
Измеритель потенциала колонны 15 может быть размещен на поверхности.
Устройство, изображенное на фиг. 4, имея в своем составе два источника тока и дополнительную коммутацию, позволяет в любых условиях подавать в скважину максимальный ток и, по способу, описанному в патенте РФ №2384867 осуществлять измерения по этому способу. Дополнительно данное устройство имеет в своем составе: второй источник тока питания колонны 31; коммутаторы, позволяющие включать источники тока 6 и 31 последовательно или параллельно, - 32, 33; коммутаторы жил кабеля в наземной части аппаратуры - 34, 35, 36, 37; коммутаторы жил кабеля в скважинной части аппаратуры - 38, 39, 40, 41.
Известно, что существуют грузонесущие геофизические кабели, рассчитанные на работу с напряжениями до 600 В. Поэтому при работе данного устройства с соответствующим трехжильным кабелем возможно последовательное включение источников при помощи коммутаторов 32, 33, что позволяет работать с трехжильным кабелем практически любой длины.
Для работы по способу, описанному в патенте РФ №2384867 устройству необходим семижильный кабель. Источники тока в этом случае включаются параллельно, на разные ЖК. В зависимости от требуемой пропорции токов все жилы кабеля делятся на две группы. Коммутаторы ЖК 26, 27, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41 обеспечивают требуемые соотношения количества ЖК в группах: 1 и 5, 2 и 4, 3 и 3 - при подаче токов по шести жилам (с одновременным измерением потенциала по седьмой ЖК) и 1 и 6, 2 и 5, 3 и 4 - при подаче токов по всем ЖК.
На фиг. 4 коммутация изображена таким образом, чтобы обеспечить работу устройства по способу №2384867, при этом:
- одновременно происходит измерение потенциала колонны относительно удаленного электрода (обеспечивается коммутаторами 26, 27) и приращений потенциала;
- источники тока 6 и 31 включены параллельно, что обеспечивается коммутаторами 32, 33;
- ток источника 6 подается в колонну по трем ЖК: 9, 10, 13 через токовый электрод 25, что обеспечивается коммутаторами 35, 36, 39, 41;
- ток источника 31 подается в колонну также по трем ЖК: 11, 12, 14 через токовый электрод 24 (это обеспечивается коммутаторами 22, 34, 37, 38, 40).
Предложенное устройство по сравнению с прототипом позволяет:
- во-первых, при использовании семижильного кабеля поднять ток питания колонны в более чем полтора раза, что, в свою очередь, делает независимой величину тока питания колонны от типа и длины используемого в процессе измерений геофизического кабеля (например, при использовании стандартного источника 3 КВт (300 В, 10 А), даже при длине кабеля 7 км и погонном сопротивлении жилы кабеля 30 Ом/км, по семи жилам в скважину будет подан максимальный ток 10 А);
- во-вторых, использовать для электрического каротажа обсаженных скважин трехжильный кабель.
Внедрение предлагаемого устройства в практику электрического каротажа обсаженных скважин позволит более качественно определять параметры пластов-коллекторов при всем разнообразии геологических и производственных условий, что существенно повысит точность оценки запасов углеводородов.