УСТРОЙСТВО ЯДЕРНО-МАГНИТНОГО КАРОТАЖА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН МАЛОГО ДИАМЕТРА
NUCLEAR MAGNETIC LOGGING FOR SURVEYING SLIM HOLE WELL

Изобретение относится к устройствам для исследования бурящихся нефтяных, газовых и гидрогеологических скважин методом ядерно-магнитного резонанса в магнитном поле Земли.
Известен зонд для ядерно-магнитного каротажа (а.с. №938234, МПК G01V 3/32, опубл. 23.06.1982), состоящий из основной катушки индуктивности, дополнительной катушки, коммутатора.
Известно устройство для ядерно-магнитного каротажа (а.с. №168217, МПК G01V 3/32, Е21В 49/00, опубл. 01.01.1965), состоящее из катушки, источника тока, коммутатора, усилителя.
Известно устройство для ядерного магнитного каротажа (а.с. №620882, МПК G01N 27/78, G01V 3/14, опубл. 25.08.1978), содержащее основную и дополнительную катушки, соединенные с коммутатором, который связан с усилителем и измерительной схемой, размещенные на одном уровне по оси устройства.
Известно устройство для ядерного магнитного каротажа (а.с. №669898, МПК G01V 3/32, Е21В 47/00, опубл. 20.04.2000), ближайшее по технической сущности к заявляемому устройству и принятое за прототип, содержащее источник постоянного тока, ключи и катушку поляризации, которая соединена через контакты ключа с источником постоянного тока и входом усилителя, в него введен коммутатор, выходы которого соединены с источником постоянного тока.
Известное устройство невозможно использовать при проведении исследований в скважине диаметром от 120 до 180 мм, а также проведение исследований методом ядерно-магнитного каротажа через буровой инструмент, внутренний диаметр которых составляет около 90 мм, т.к. для скважин диаметром от 216 мм и больше диаметр зондовой части скважинного прибора составляет 140 мм. Уменьшение же диаметра зонда для скважин меньшего диаметра приводит к тому, что добротность основной катушки и всего измерительного тракта становится малой, и сигналы ядерно-магнитного каротажа невозможно выделить на фоне помех и, как следствие, регистрировать.
Задачей изобретения является создание устройства ядерно-магнитного каротажа для регистрации сигналов ядерно-магнитного каротажа в скважинах малого диаметра.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении общей добротности измерительного тракта и снижении уровня помех, повышении надежности и точности замера сигнала.
Технический результат достигается тем, что в устройстве ядерно-магнитного каротажа для исследования скважин малого диаметра, содержащем источник постоянного тока, усилитель, коммутатор, основную катушку индуктивности, соединенную через коммутатор с источником постоянного тока, новым является то, что в него введены, по меньшей мере, две дополнительные катушки индуктивности, включенные попарно и последовательно основной катушки индуктивности, расположенные симметрично относительно ее средней точки, их входы соединены с основной катушкой индуктивности через коммутатор, а выходы подсоединены к усилителю.
Дополнительные катушки намотаны на кольцевые сердечники из магнитного материала, например феррита, магнитодиэлектрика.
На фиг.1 представлена блок-схема устройства ядерно-магнитного каротажа для исследования скважин малого диаметра.
На фиг.2 представлена принципиальная электрическая схема устройства ядерно-магнитного каротажа для исследования скважин малого диаметра, где К1.1, К1.2, К2.1, К2.2, К3.1 - контакты реле.
На фиг.3 представлен интервал диаграммы, полученной с помощью предлагаемого устройства, на котором слева изображены кривые стандартного комплекса геофизических исследований скважин, а справа кривые амплитуд сигнала при ЯМК, т.е. кривые U1, U2 и U3, которые идентичны кривым сигналов, зарегистрированных обычным скважинным прибором ЯМК диаметром 140 мм.
Здесь 1 - основная катушка индуктивности, 2 - коммутатор, 3 - дополнительные катушки индуктивности, 4 - усилитель, 5 - источник постоянного тока.
Устройство ядерно-магнитного каротажа для исследования скважин малого диаметра содержит основную катушку индуктивности 1 для поляризации и приема сигналов, подключенную через коммутатор 2 к источнику постоянного тока 5, а также две дополнительные катушки индуктивности 3, намотанные на кольцевые сердечники из магнитного материала, например феррита, магнитодиэлектрика (альсифера, марганец-пермалоя и др.), подключенные к усилителю 4, и подключаемые на время регистрации сигналов к основной катушке индуктивности 1 через коммутатор 2.
Работает устройство следующим образом (см. фиг.2).
Устройство погружают на заданную глубину. Для проведения ядерно-магнитного каротажа сначала проводится поляризация окружающей среды, затем прием сигналов от ядер водорода в пластовом флюиде. Перед началом поляризации контакты реле К1.1 и К1.2 замыкаются, тем самым коммутатор 2 подключает основную катушку 1 к источнику постоянного тока 5 и через основную катушку 1 протекает постоянный ток. Таким образом, происходит поляризация окружающей среды. Контакты реле К3.1 находятся в отключенном состоянии. Дополнительные катушки 3 и усилитель 4 в момент поляризации отключены от основной катушки 1 за счет того, что контакты реле К2.1 и К2.2 замкнуты и шунтируют дополнительные катушки 3 и усилитель 4 за счет схемы защиты, которая находится в нем. Во время приема сигнала контакты реле К1.1 и К1.2 отключаются, тем самым коммутатор 2 отключает основную катушку 1 от источника постоянного тока 5, контакты реле К2.1 и К2.2 размыкаются, тем самым коммутатор 2 подключает ее к дополнительным катушкам индуктивности 3. Контакты реле К3.1 замыкаются, образуя тем самым «среднюю точку» основной катушки индуктивности, которая соединяется с "землей". Сигнал, принимаемый основной катушкой 1 и дополнительными катушками 3, проходит через усилитель 4 и передается на поверхность. Далее цикл поляризации и приема повторяется.
Оптимальные параметры основной катушки зонда малого диаметра определяются расчетным путем («Расчет зонда ядерно-магнитного каротажа с оптимальными электрическими параметрами» Аксельрод С.М. и др., «Геофиз. аппаратура», 1978, №64, с.137-143, «The nuclear magnetism log - a guide for fild use» Brown R.J.S., Neuman C.H., "Log Anal.", 1982, 23, №5).
При расчете параметров зонда диаметром 80 мм для скважинного прибора ядерно-магнитного каротажа оказывается, что добротность основной катушки индуктивности 1, обеспечивающей регистрацию сигналов, становится равной 40-50. Такая величина является недостаточной для выделения их на уровне помех. При подключении дополнительных катушек индуктивности 3, имеющих добротность порядка 120, общая добротность измерительного тракта становится равной 70-90, что обеспечивает уверенную регистрацию сигналов. Добротность дополнительных катушек должна быть больше, чем добротность основной катушки, чтобы обеспечить общую добротность измерительного тракта, достаточную для выделения сигналов на фоне помехи.
Это достигается благодаря тому, что дополнительные катушки намотаны на кольцевые сердечники из магнитного материала, например феррита, магнитодиэлектрика (альсифера, марганец-пермалоя и др.). Сердечники из такого материала обеспечивают большую добротность дополнительных катушек, которые наматываются на них, чем добротность основной катушки, к тому же они обеспечивают минимальные изменения добротности дополнительных катушек при высоких температурах в скважине.
Таким образом, предлагаемое устройство ядерно-магнитного каротажа с использованием зонда малого диаметра позволяет исследовать скважины малого диаметра и повысить надежность и точность получаемого сигнала за счет повышения общей добротности измерительного тракта.
Предлагаемым устройством проведены исследования в скважинах диаметром 155 мм, 140 мм и 120 мм и получены данные, подтверждающие его эффективность.