Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН
СПОСОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН

СПОСОБ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО КАРОТАЖА СКВАЖИН

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: при определении электрических параметров трещинных коллекторов и ориентации горизонтальной оси электрической анизотропии относительно сторон света. Сущность изобретения: в способе электромагнитного каротажа дополнительно возбуждают электромагнитное поле вдоль оси скважины и в горизонтальной плоскости под углом 45 град. к одному из направлений возбуждаемого поля. Измеряют напряженность магнитного поля в направлениях вдоль оси скважины, совпадающих с направлениями каждого из возбуждаемых взаимно перпендикулярных полей и в каждом из двух направлений, перпендикулярных возбуждаемым полям и сдвинутым на 45 град. 1 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2069878
Класс(ы) патента: G01V3/18
Номер заявки: 5033680/25
Дата подачи заявки: 10.02.1992
Дата публикации: 27.11.1996
Заявитель(и): Всесоюзный научно-исследовательский и проектно- конструкторский институт геофизических методов исследований, испытаний и контроля нефтегазоразведочных скважин
Автор(ы): Вержбицкий В.В.; Кузьмичев О.Б.
Патентообладатель(и): Кузьмичев Олег Борисович; Вержбицкий Виктор Владимирович
Описание изобретения: Изобретение относится к промысловой геофизике, к электромагнитному каротажу и может использоваться для определения электрических параметров трещинных коллекторов и ориентации горизонтальной оси электрической анизотропии относительно сторон света.
Известен способ электромагнитного каротажа, который основан на возбуждении в скважине с помощью передающей вертикальной катушки электромагнитного поля и измерении с помощью вертикальной приемной катушки реактивной и активной составляющих напряженности магнитного поля [1]
Известен также способ, представляющий собой комплекс диэлектрического и индукционного каротажа [2] Комплексирование измерений в этом способе достигается путем изменения частоты возбуждающего поля от низкой частоты для индукционного каротажа до высокой для диэлектрического.
Эти способы не позволяют однозначно определить величины удельной электрической проводимости σt и коэффициента электрической анизотропии λ коллектора, пересекаемого системой вертикальных трещин, так как измеряемый сигнал пропорционален комбинации этих величин, а именно st/λ. Определение направления горизонтальной оси анизотропии этими способами в принципе невозможно.
В тоже время известен способ электромагнитного каротажа, который основан на возбуждении с помощью пары горизонтальных взаимно перпендикулярных генераторных катушек в породе гармонического высокочастотного электромагнитного поля, результирующий вектор которого вращается с некоторой частотой в горизонтальной плоскости, не меняя величины своей амплитуды, и измерении с помощью системы двух пар взаимно перпендикулярных горизонтальных измерительных катушек затухания этого поля между точками расположения пар путем деления величины напряженности в этих точках. Изменение величины затухания в зависимости от ориентации возбуждаемого поля позволяет выделять породы с азимутально-неоднородным распределением удельного электрического сопротивления, например трещинные коллекторы.
Однако при высоких удельных сопротивлениях, которыми, как правило, характеризуются трещинные коллекторы, этот метод не позволяет отличить породы с системой вертикальных трещин, например, от пород с наклонной трещиноватостью, так как зависимость затухания от ориентации трещин существенно ослабляется. Неясно также, как по результатам измерений определять величины электрических параметров коллектора и ориентацию оси анизотропии в пространстве. Кроме того, возбуждение и регистрация вращающегося поля усложняет конструкцию устройства и накладывает ограничения на скорость проведения каротажа.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ, заключающийся в возбуждении электромагнитного поля в двух взаимно перпендикулярных азимутах, измерении затухания горизонтальной составляющей магнитного поля, сравнении результатов измерения и определении азимутальной неоднородности среды по расхождению показаний [3]
Недостатком этого способа является невысокая достоверность выделения азимутально-неоднородных сред, в том числе трещинных коллекторов, так как возможны случаи, когда показания зондов равны при наличии трещиноватости пород. Азимутальная неоднородность трещиноватых пород проявляется как анизотропия их электрического сопротивления. Если в породе существует основная система трещин, ориентированных в одном направлении, то сопротивление в направлениях, параллельных плоскостям трещин, отличается от сопротивления в направлении, перпендикулярном этим плоскостям. Последнее направление называется осью анизотропии. В случае системы вертикальных трещин, который является наиболее вероятным из-за разницы между вертикальным и боковым горным давлением, ось анизотропии горизонтальна и в случае, когда угол между осью анизотропии и каждым из зондов составляет 45o показания зондов будут равны. Кроме того, используя известные значения потенциалов нетрудно получить выражение для напряженности магнитного поля Н в точке расположения одной из измерительных катушек
H = Hc+Hacos2β,
где Hc составляющая магнитного поля, не зависящая от ориентации зонда; Ha составляющая магнитного поля, соответствующая максимальному влиянию анизотропии на показания зонда, β угол между направлением возбуждения поля и осью анизотропии.
При высоких сопротивлениях разреза, характерных для трещиноватых пород Hc~(L/δ)2, а Ha~(L/δ)3, где L длина зонда, толщина скин-слоя в исследуемой породе, w циклическая частота поля, m магнитная проницаемость породы, rt удельное электрическое сопротивление породы в плоскости трещин. В этом случае L/δ≪ 1 и, следовательно, Ha<H>c, т.е. поля, регистрируемые двумя взаимно перпендикулярными зондами или затухания этих полей слабо отличаются друг от друга. В то же время для определения этим методом электрических параметров пород, пересеченных вертикальными трещинами, и установления ориентации оси анизотропии в пространстве не хватает информации.
Цель изобретения расширение функциональных возможностей определения удельной электрической проводимости σt вдоль простирания трещин, коэффициента электрической анизотропии λ и установление ориентации оси анизотропии в плоскости напластования.
Поставленная цель достигается тем, что в способе электромагнитного каротажа, основанном на возбуждении электромагнитного поля в двух взаимно перпендикулярных азимутах, регистрации с удалением по оси скважины компонент магнитного поля и суждении на основе измерений об азимутальной неоднородности дополнительно возбуждают электромагнитное поле вдоль оси скважины и в горизонтальной плоскости под углом 45o к одному из направлений возбуждаемого поля и измеряют напряженность магнитного поля в направлениях каждого из возбуждаемых взаимно перпендикулярных полей и в каждом из двух направлений, перпендикулярных возбуждаемым полям и сдвинутым на 45o и по измеренным величинам находят удельную электрическую проводимость, коэффициент анизотропии, и угол, определяющий положение горизонтальной оси анизотропии удельной электрической проводимости.
Заявляемый способ отличается от прототипа тем, что третью генераторную катушку располагают в горизонтальной плоскости под углом 45o к одной из двух генераторных катушек, измеряют напряженности магнитного поля в двух направлениях, перпендикулярных возбуждаемому полю и сдвинутых на угол 45o, дополнительно возбуждают электромагнитное поле в направлении, перпендикулярном к осям горизонтальных катушек и измеряют в этом же направлении активную или реактивную составляющую напряженности магнитного поля и по измеренным величинам определяют электрические параметры пласта и ориентацию горизонтальной оси анизотропии относительно сторон света. Таким образом заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна". Признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной области техники и, следовательно, обеспечивают заявляемому способу соответствие критерию "существенные отличия".
На чертеже 1 показана схема расположения катушек скважинного прибора, с помощью которого осуществляется предлагаемый способ.
Скважинный прибор содержит генераторные катушки 1,2,3,4 и приемные катушки 5,6,7,8. Оси катушек 1 и 6 перпендикулярны между собой и повернуты как целое на угол 45o относительно системы взаимно перпендикулярных катушек 2 и 7. Катушки 2 и 3, 5 и 7 перпендикулярны друг к другу. Оси катушек 4 и 8 лежат на прямой перпендикулярной плоскости, на которой лежат оси катушек 1,2,3. На генераторные катушки 1,2,3,4 поочередно подают электрический ток частотой 50 кГц при расстоянии между приемными и генераторными катушками равном L 1 м.
При этом измеряют напряженность магнитного поля:
приемной катушкой 6 магнитное поле, возбуждаемое генераторной катушкой 1;
приемной катушкой 5 магнитное поле, возбуждаемое катушкой 2;
приемной катушкой 7 магнитное поле, возбуждаемое катушкой 3;
приемной катушкой 7 магнитное поле, возбуждаемое катушкой 2;
приемной катушкой 8 магнитное поле, возбуждаемое катушкой 4.
Для того, чтобы определить ориентацию горизонтальной оси анизотропии, необходимо сопряжение предложенного выше устройства с инклинометром, тогда угол a между горизонтальной осью анизотропии и направлением на север будет равен
a = β+γ,
где β угол между осью приемной катушки 7 и горизонтальной осью анизотропии;
g угол между осью приемной катушки 7 и направлением на север.
Суть заявляемого способа заключается в следующем.
Известно, что величина напряженности магнитного поля, возбуждаемого в горизонтальном направлении, но измеряемая в горизонтальном направлении перпендикулярном направлению возбуждаемого поля равна /6/
H1= Hysin2β. (1)
Если же магнитное поле возбуждается в горизонтальном направлении под углом 45o к предыдущему, то величина напряженности магнитного поля, измеряемая в направлении перпендикулярном направлению возбуждения поля, равна
H2= -Hycos2β. (2)
Напряженность магнитного поля, измеряемая в направлении совпадающем с направлением возбуждения магнитного поля, равна
H3= Hc+Hycos2β.. (3)
Напряженность магнитного поля, измеряемая в направлении, совпадающем с направлением возбуждения магнитного поля, перпендикулярном направлению возбуждения поля для H3, равна
H4= Hc-Hycos2β. (4)
Здесь Hc составляющая магнитного поля, не зависящая от направления измерения, Hy составляющая напряженности магнитного поля, соответствующая максимальному влиянию анизотропии на показания зонда, β - угол между направлением регистрации поля и осью анизотропии.
При решении обратной задачи относительно угла b необходимо избавиться от удвоенного угла b, т.к. удвоение угла вносит неоднозначность в решение обратной задачи. Тогда решение системы (1), (2) будет представляться в виде
(5a)
(5б)
Рассмотрим сечение скважины горизонтальной плоскостью. Совместим ось Х с осью одной из приемных катушек (на чертеже изображена стрелкой). Угол β - это угол между осью Х и горизонтальной осью анизотропии l. Оси координат ОХ и OY делят сечение скважины на четыре квадранта I, II, III и IV (см. рис.1). Горизонтальная ось анизотропии l имеет четыре возможных положения, для которых мы можем определить значение угла b:
ось анизотропии l пересекает I и III квадранты, тогда величину угла b рассчитываем по формуле (5а);
ось анизотропии l пересекает II и IV квадранты, тогда величина угла b определяется по формуле (5б);
ось анизотропии l совпадает с осью ОХ, тогда
H3-H4-2H2 0 и b 0;
ось анизотропии l совпадает с осью OY, тогда
H3-H4+2H2 0 и b 90o.
Для того, чтобы определить знак угла b, необходимо знать удельную электрическую проводимость st в плоскости простирания трещин и величину коэффициента анизотропии λ. Существует возможность непосредственной оценки величины st. Из выражений (1) (4) в приближении малого параметра можно получить

где ω = 2πf циклическая частота электромагнитного поля,
μ магнитная проницаемость среды, обычно принимаемая равной 4π·10-7Гн/м,
L расстояние от генераторной катушки до приемной.
Для определения величины коэффициента анизотропии λ дополнительно возбуждаем магнитное поле вдоль оси скважины и на расстоянии L от точки возбуждения поля измеряем напряженность магнитного поля H5 в том же направлении, тогда

Подставляя найденные значения σt и λ в выражение для Hy
,
где K -(1-i)Pt, длина зонда, нормированная на толщину скин-слоя, и, находя отношение H1/Hy, определяем знак угла β:

Использование предлагаемого способа электромагнитного каротажа обеспечивает по сравнению с прототипом возможность количественного анализа электрических параметров трещинных коллекторов и позволяет судить о местоположении системы вертикальных трещин в коллекторе относительно сторон света.
Формула изобретения: Способ электромагнитного каротажа скважины, включающий возбуждение электромагнитного поля в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных азимутах, регистрацию с удалением по оси скважины компонент магнитного поля каждой из генераторных катушек и суждение на основе измерений об азимутальной неоднородности среды, отличающийся тем, что дополнительно возбуждают электромагнитное поле вдоль оси скважины и в горизонтальной плоскости под углом 45o к одному из направлений возбуждаемого поля и измеряют напряженность магнитного поля вдоль оси скважины в направлениях, совпадающих с направлениями каждого из возбуждаемых взаимно перпендикулярных полей, и в каждом из двух направлений, перпендикулярных возбуждаемым полям и сдвинутых на 45o, а об азимутальной неоднородности среды судят по удельной электрической проводимости σt, коэффициенту анизотропии λ и углу b, определяющему положение горизонтальной оси анизотропии удельной электрической проводимости, согласно формулам

где H1 активная или реактивная составляющая напряженности магнитного поля, измеряемая в направлении, перпендикулярном оси одной из генераторных катушек;
H2 активная или реактивная составляющая напряженности магнитного поля, измеряемая в направлении, перпендикулярном оси генераторной и сдвинутом на угол 45o относительно предыдущего направления;
H3 активная или реактивная составляющая напряженности магнитного поля, измеряемая в направлении, совпадающем с направлением возбуждения магнитного поля;
H4 активная или реактивная составляющая напряженности магнитного поля, измеряемая в направлении, совпадающем с направлением возбуждения магнитного поля, измеряемая в направлении, совпадающем с направлением возбуждения магнитного поля, перпендикулярном направлению возбуждения для H3;
H5 активная или реактивная составляющая напряженности магнитного поля, измеряемая в направлении, совпадающем с направлением возбуждения магнитного поля вдоль оси скважины.