Устройство для электрическогокаротажа обсаженных скважин

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советский

Социалистический

Республик

<>851308

К АВТОРСКОМУ

ТИЗЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 02,1079 (21) 2824293/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет —.

Опубликовано 30.07.81. Бюллетень М 28 (51)М. Кл 3

6 01 Ч 3/18! осударствеииый комитет

СССР по делам изобретеиий и открытий (53) УДК 550 837 (088. 8) Дата опубликования описания 300781 (72) Авторы изобретения

В.П. Ткачук и A Ñ. Барышев

Восточно-Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья. (71) Заявитель (54 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КАРОТАЖА

ОБСАЖЕННЫМИ СКВАЖИН

Изобретение относится к геофизическим исследованиям скважин и может быть применено для изучения электрических характеристик среды, окружающей обсадную колонну.

Известно устройство для исследования скважин, состоящее из дипольного электродного зонда и размещенной в защитном металлическом кожухе электронной схемы, содержащей источник переменного тока, соединенный с токовыми электродами зонда, и усилитель, вход которого соединен с приемными электродами, а выход через кабель и наземное устройство— с регистратором. Электроды зонда выполнены в виде скребков (1).

Однако данное устройство позволяет регистрировать полную составляющую тока, s составе которой преобладает осевая составляющая тока, зависящая от многих условий.

Малейшее изменение контактного сопротивления таких электродов с колойной вызывает значительную модуляцию тока питания цепи АВ, что сказывается на результатах измерения.

Эти недостатки проявляются при дискретных измерениях с остановкой зон-, да и совершенно не позволяют вести работы в динамике, т.е. прн его движении.

Известно также устройство для электрического каротажа, которое представляет собой однополюсный электродный зонд, позволяющий измерять вторую разность потенциала, состоящий из питающего А и трех измерительных М, N, М электродов, выполненных в виде скребков. Электроды М, и N соединены через сопротивления между собой и расположены по .высоте скважины симметрично по обе стороны электрода N . Между электродом Н и .средней точкой указанного сопротивления включен измерительный прибор (2).

Хотя такое устройство позволяет устранить влияние осевой составляющей тока на измеряемую величину, однако другие недостатки проявляются в большой степени, так как осевая

25 составляющая тока измеряется по падению напряжения на отрезке колонны между измерительными электродами, представляет собой втЪрую производную потенциала и оказывается весьма малой. Кроме того, однополюсный зонд

851308 создает наводки на измерительную цепь, так как обратный токовый,электрод В выводится на поверхность.

Известно устройство для электрического каротажа обсаженных скважин, которое состоит из набора четырех электромагнитных датчиков, отстоящих друг от друга по стволу скважины и рассчитанных на движение внутри обсадной колонны. Каждый датчик содержит Ферромагнитный сердечник с токовыми обмотками, расположенными на сердечнике (вертикальная перекладина Е-образного сердечника), цепи для питания обмоток постоянным током для изменения проницаемости части обсадной колонны, примыкающей к каждЬму датчику, цепи для питанияобмоток переменного тока двух внешних датчиков, создающих в обсадной колонне ток продольного направления, причем эти токи, за исключением осевой составляющей, направлены встречно. Устройство содержит также цепь, соединенную с обмотками переменного тока двух внутренних датчиков", измеряющих переменные электрические сигналы, индуцированные в обмотках переменным током, проходящим по обсадной колонне. Магнитопроводы датчиков выполнены из электротехнической стали (3).

Основными недостатками указанного устройства являются невысокая вертикальная разрешающая способность и сложность выделения радиальной составляющей тока, что обуславливает наличие двух источников тока. Это ведет к усложнению устройства, увеличивает его размеры и смещает точку записи к центру установки.

Цель изобретения — повышение разрешающей способности измерений при одном источнике тока - датчике-индукторе.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для электрического каротажа обсаженных скважин, содержащем зондовую часть с питающим электромагнитным датчиком Е-образной формы и удаленными от него двумя приемными электромагнитными датчиками также Е-образной формы, причем все цепи питания датчиков постоянным током последовательно соединены и подключены к кабелю, размещенному в корпусе, внутри которого также помещены блок питания, электромагнитный датчик-индуктор, включающий последовательно соединенные задающий генератор, авторегулятор и усилитель мощности, подсоединенные к обмотке переменного тока питающего электромагнитного датчика, на выходе которого подключено эталонное сопротивление, оба концы которого соединены с . управляющими входами авторегулятора, и измерительный блок, включающий последовательно соединенные усили5

lO

3$

49

4$

$O

$$

6$ тель, модулятор и выходное устройство, подключенное к кабелю, причем эталонное сопротивление через дополнительный модулятор соединено с выходным устройством, применено встречное включение измерительных обмоток двух приемных электромагнитных датчиков. При этом обмотки электромагнитных датчиков размещены на горизонтальных перекладинах Е-образного магнитопровода. Кроме того, магнитопровод можно выполнить Т-образной формы.

На фиг. 1 схематически показана скважинная часть предлагаемого устройства; на фиг. 2 — вариант приме- нения устройства для проведения каратажа в открытом стволе с".важины; на фиг. 3 - блок-схема аппаратуры для каротажа проводимости; на фиг.4 измерительный ролик-электрод; на фиг. 5 и б — варианты выполнения электромагнитных датчиков и расположение обмоток на магнитопроводах; на фиг. 7 и 8 - пути магнитных потоков {переменного и постоянного) через магнитопровод датчиков и материал колонны либо корпус прибора для аппаратуры, предназначенной для работы в открытом стволе скважины.

Устройство содержит электромагнитный питающий датчик 1 для исследования горных пород 2, находящихся за обсадной колонной 3, помещенной в скважину 4. Скважинная часть аппаратуры состоит из корпуса 5, приспособленного для движения внутри колонны, и опускается в скважину на одножильном или трехжильном бронированном кабеле 6. Для обеспечения движения корпуса прибора по обсадной колонне он снабжен двумя рядами роликов 7, которые обеспечивают зазор между корпусом прибора и внутренней стенкой колонны в 1-1,5 мм.

При работе в скважине, стенки которой ие защищены стальной -колонной, роль обсадной колонны выполняет охранный корпус прибора (Фиг. 2).

Внутри корпуса (фиг. 3) размещен питающий электромагнитный датчик (а в случае двухзондового приборадва электромагнитных питающих датчика, выполняющих роль индуктора (непокаэаны), передающий электрическую энергию электромагнитным способом, состоящий иэ обмотки 8 постоянного тока и обмоток 9 и 10 переменного тока,. соединенный с усилителем 11 мощности, авторегулятором 12 и задающим генератором 13. Задающий генератор, авторегулятор, усилитель мощности, обмотки переменного тока питающего датчика и эталонное сопротивление образуют блок питания.

Приемные электромагнитные датчики

14 и 15 (фиг. 1 и 2), расстояние между которыми мало по сравнению о расстоянием между питающим и измери851308

ЗО

65 тельным датчиками, образуют дифференциальный электромагнитный диполь 16 (обведен пунктиром), обмотки которого по конструк сии и обозначению (фиг. 3) аналогичны обмоткам питающего электромагнитного диполя.

Обмотки переменного тока измерительного дифференциального электроо магнитного диполя 16 включены встречно и соединены с усилителем 17, ко.. торый через модулятор 18 и выходное устройство 19 соединен с кабелем.

При этом эталонное сопротивление R, включенное на выходе питающего датчика и соединенное с управляющими входами авторегулятора, подсоедииено через дополнительный модулятор 20 ко второму входу выходного устройства. Измерительный диполь, усилитель, два модулятора и выходное устройство образуют измерительный блок скважинного снаряда.

Нижняя панель 21 (фиг. 3) построена обычным образом, принятым в каротаже, и включает источник 22 постоянного тока, фильтры 23, усилители 24 высокой частоты, ограничите" ли 25, демодуляторы 26, усилители

27 низкой частоты, фазочувствительный выпрямитель 28 и регистратор 29 °

Ролики-электроды (фиг. 4) выполнены в виде зубчатых роликов 30, расположенных на прижимном устройстве и укрепленных на кернах 31, которые одновременно служат токосъемниками. Сила пружины и конструкция роликов обеспечивают надежность контакта с обсадной колонной даже в местах, покрытых окалиной или ржавчиной, вследствие ударного воздействия зубцов роликов на поверхность колонны. Пространство между токосъемными роликом и керном заполнено графитовой смазкой 32. Ролик закреплен в корпусе 33 при помощи шплинта

34.

На фиг. 5 и 6 показано положение электромагнитных датчиков внутри корпуса и обсадной колонны, m-образный сердечник 35 (фиг. 5) и Т-образный сердечник 36 (фиг. 6) прижаты к обсадной колонне, при этом на сердечниках размещены обмотки постоянного и переменного токов (фиг ° 3)Ä

Магнитные потоки, создаваемые датчиками, включают постоянный 37 и переменный 38 магнитные потоки (фиг. 7 и 8) и растекаются по обсадной колонне или контуру прибора.

Устройство работает следующим образом.

От источника 22 постоянного тока (фиг. 3) по кабелю 6 в скважинный снаряд к обмоткам 9 и 10 соответственно электромагнитного датчикаиндуктора 1 и дифференциального измерительного электромагнитного диполя

16, состоящего из системы вихретоковых датчиков 14 и 15, подается постоянный ток заданной величины. В связи с этим каждый датчик ведет себя как электромагнит и притягивает корпус 5 прибора к стенке, обсадной колонны 3, причем необходимый зазор обеспечивается опорными роликами 7. Одновременно с этим постоянный ток поступает через цепь (не показана) для питания электрической схемы, размещенной внутри корпуса 5. Начинают работать задающий генератор 13 и автоматический регулятор 12 тока.

Регулируемый усилитель 11 мощности подает переменный ток к обмоткам

9 и 10 переменного тока электромагнитного датчика-индуктора 1. Участок колонны, примыкающий к среднему полюсному m-образному сердечнику 35

Е-образного магнитопровода или к вертикальному сердечнику 36 Т-образного магнитопрээода (Фиг. 7 и 8), насыщен постоя «ным магнитным потоком

37. Переменный магнитный поток 38 в результате д йствия обмоток переменного тока проходит по большему полукольцу обсадной колонны и вызывает в ней мощные вихревые токи, которые порождают в проводящем материале горных пород разность потенциалов около концов электромаг- нитного датчика-индуктора 1. Ток, растекаясь по колонне и стекая с нее, экспоненьиально затухает.

Поскольку часть обсадной колонны, примыкающая к полюсным сердечникам приемного дифференциального электромагнитного диполя 16, является магнитопроводом, то ток по колонне изменяет магнитн. ю проницаемость магнитопроэода пропорционально проходящему току и псрождает переменный магнитный поток в магнитопроэодах приемного дифференциального электромагнитйого диполя 16. Магнитный поток индуцирует ЭДС в,обмотках диполя.

Обмотки 9 и 10 переменного тока дифференциального при много электромагнитного дип<ля, образованного измерительными датчиками, включены встречно и на заданном участке колонны измеряют кривизну спаца тока, или, что то же самое, радиапьный ток

1, который затем усиливается усилителем 17, подвергается частотной модуляции в модуляторе 18 и подается по кабелю 6 через выходное устройство 19 на поверхность. В кабеле существуют два :«апряжения — постоянное и переменнсе. На поверхности производится их разделение фильтрами 23, затем переменное напряжение усиливается в усилителе 24 высокой частоты и после амплитудного ограничения в ограничителе 25 подвергается частотной демоу.уляции э,демодуляторе

26. Далее это напряжение поступает на усилитель низкой частоты (УНЧ) 27, 851308

После усиления сигнал низкой частоты выпрямляется в фазочувствительном выпрямителе 28 и подается на регист-. ратор, обеспечивая тем самым непрерывную запись диаграмм, характеризующих удельное сопротивление горных пород, окружающих обсадную колонну или охранный корпус прибора.

Поскольку усилитель 17 можно выполнять с высоким входным сопротивлением, а изменение контактного сопротивления при снятии потенциалов при помощи электродов-роликов составляет небольшой процент от входного, то представляется возможным гальваническое измерение сигналов. Вместо дифференциального измерительного )5 электРомагнитного диполя 16 для получения информации о радиальном токе и измерении разности потенциалов возможно использование электродов M«N и М,образующих трехэлектродную диф- 20 ференциальную установку.Для притягивания корпуса прибора к колонне в этом случае необходимо дополнительно применять электромагнит.

:Величина нагрузки питающего дат- 25 чика зависит от сопротивления вмещающих скважину пород. Поэтому для исключения изменения тока питающего датчика на эталонном сопротивлении

R измеряют потенциал, который через демодулятор 26 передают на поверхность, где его используют для относительных измерений разности потенциалов, измеряемых дифференциальным диполем 16.

Технологически более просто изготовление обмоток датчиков с C-образной формой сердечника, когда катушки, образующие обмотки, размещены на горизонтальных перекладинах сердечника. конструкция датчиков еще 40 более упростится, если магнитопровод выПолнять Т-образной формы. Обычно магнитопровод выполняется из набора пластин марок Перемендюр, Гиперко либо Феррита, имеющих более высокие 45 эксплуатационные параметры, и имеет

E или Т-образное сечение. Катуш;ки датчиков помещают на нижней. и верхней перекладине Е или Т= образного магнитопровода, что дает возможность механизировать их намот ку и удобно при сборке датчиков.

Использование предлагаемого устройства позволяет улучшить разрешающую способность измерений фонда обсаженных скважин. формула изобретения

1. Устройство для электрического каротажа обсаженных скважин, содержащее зондовую часть с питающим электромагнитным датчиком Е-образной формы и удаленными от него двумя приемными электромагнитными датчиками также Е-образной формы, причем все цепи питания датчиков постоянным током последовательно соединены и подключены к кабелю, размещенному в корпусе, внутри которого также помещены блок питания, электромагнитный-датчик-индуктор, включающий последовательно соединенные задающий генератор, авторегулятор и усилитель мощности, подсоединенные к обмотке переменного тока питающего электромагнитного датчика, на выходе которого подключено эталонное сопротивление, оба концы которого соединены с управляющими входами авторегулятора, и измерительный блок, включающий последовательно соединенные усилитель, модулятор и выходное устройство, подключенное к кабелю, при этом эталонное сопротивление через дополнительный модулятор соединено ° с выходным устройством, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения разрешающей способности измерений при одном источнике тока — датчике-индукторе, измерительные обмотки двух электромагнитных датчиков включены встречно.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что обмотки электромагнитных датчиков размещены на горизонтальных перекладинах Е-образного магнитопровода.

3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что магнитопроводы электромагнитных датчиков выполнены Т-образной формы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 266090, кл. 0 01 4 3/18, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

9 70228, кл. 21 т 30/01, 1959.

3. Патент CltlA 9 3277363,кл.324"1,,1966 (прототип). абие. C

Pet. 7

Составитель Л. Воскобойников

Редактор М. Митровка Техред И. Астолсаа Корректор М. Демчик

ФЭ Ю Ф Ф

Эакав 6347/64

Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж-35, Раувская наб.. д. 4/5

Филиал ППП . Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4