Аппаратура микрокаротажа мдо-3

Предназначена для исследования нефтяных и газовых скважин градиент- и потенциал-микрозондами с целью детального расчленения геологического разреза, выделения маломощных прослоев, определение границ и мощности пластов и обнаружения пористых и проницаемых разностей пород.

Питание скважинного прибора осуществляется стабилизированным переменным током частотой 300 Гц от унифицированного генератора каротажной станции (6), а также от выпрямителя (7). (8)-источник переменного тока - промышленная сеть.

Разность потенциалов U измеряется между электродами Мr и Nr (градиент-микрозонд) и М_П и N_П (потенциал-микрозонд), расположенными на башмаке микроустановки. В качестве электрода N_П используется корпус скважинного прибора.

Сигналы DU_ГЗ и DU_ПЗ одновременно передаются по одножильному кабелю на основе принципа частотного разделения каналов и частотной модуляции измеряемых сигналов. Для этого разность потенциалов DU_ГЗ с электродов М_r и N_r (1 канал) подается через трансформатор Тр1 на частотный модулятор (1) с несущей частотой 25.7кГц, а DU_ПЗ с электродов М_П и N_П через трансформатор Тр2 на частотный модулятор (2) с несущей частотой 7,8 кГц. С модуляторов (1)и(2) промодулированные по частоте сигналы поступают на усилитель мощности (сумматор) (4) и далее через согласующий трансформатор Тр3 и разделительную емкость С в кабель и на вход измерительной панели (5). Емкость С защищает от постоянного напряжения питания трансформатор Тр1. С этой же целью дроссель L защищает от переменного напряжения блок питания (3).

Б лок питания скважинного прибора (3) обеспечивает питание цепи АВ переменным током и питания модуляторов (1) и (2), сумматора (4) постоянным током. В панели (5) измеряемые сигналы разделяются по частоте и распределяются по соответствующим каналам, усиливаются, демодулируются, выпрямляются. С выхода панели (5) напряжения постоянного тока, пропорциональное r_КГЗ и r_КПЗ, подается на 1 и 2 каналы регистратора каротажной станции.

Боковой микрокаротаж

Применяют зонд с фокусировкой тока основного токового электрода с помощью дополнительных экранных электродов. Это уменьшает влияние на результаты измерения промежуточного слоя. Практическое применение получил двухэлектродный зонд, который монтируется на одном из башмаков, он состоит из центрального токового электрода ао и однополярного с ним кольцевого электрода Аэ. При измерениях потенциалы электродов Ао и Аэ поддерживаются постоянными за счет автоматической регулировки силы тока, стекающего с электрода Аэ при постоянном тока Iо. Благодаря этому ток центрального электрода собирается в узкий пучок, перпендикулярный стенке скважины. В этом случае в цепь тока Iо промежуточный слой включается последовательно с породой за стенкой скважины. При таком соединении сопротивлений _СЛ  0 и _П  _П, т.е. значительно уменьшается влияние промежуточного слоя (при h_СЛ<1,5см).

В качестве электрода В обычно используют стальной корпус скважинного прибора.

_К = К * U / Iо, где

U - потенциал ао (или Аэ) относительно корпуса скважинного прибора.

Каротаж ближней зоны

П рименяют трехэлектродный зонд. Микрозонд каротажа ближней зоны имеет центральный токовый электрод Ао, расположенный в середине башмака и охватывающий его экранный электрод Аэ. В отличив от двухэлектродного зонда в промежутке между ними располагается измерительный электрод М в виде тонкой рамки. При постоянном токе Iо через основной электрод сила тока Iэ через экранный электрод регулируется таким образом, чтобы разность потенциалов между электродами ао и М равнялась нулю. Для такого зонда:

_К = К * Uм / Iо.

Так как согласие условию регулировки поля, трехэлектродного зонда сохраняется равенство потенциалов ао и М, то потенциал экранного электрода Аэ больше потенциала электрода Ао, так как расстояние между Ао и М и между М и Аэ равны, то электрода Ао и Аэ должны создавать в точке О одинаковый потенциал, чтобы удовлетворить требованию U_А0М = 0. Но так как Ао расположен ближе к точке О, чем Аэ, то отсюда следует Аэ должен иметь больший потенциал. Поэтому в непосредственной близости от зонда токовый пучок электрода ао сжимается, а затем на некотором расстоянии от зонда расширяется. Такая фокусировка тока проводит к увеличению радиуса исследования по сравнению с двухэлектродным зондом. Считается, что глинистая корка толщиной до 20 мм не оказывает влияния на показания такого зонда, т.к. глинистая корка редко превышает эту величину, то _К такого зонда практически полностью определяется _ЗП. Поэтому такие измерения и называют каротажем ближней зоны.

2.10. методы токового каротажа

1) метод регистрации тока (обычный токовой каротаж).

Скважинный электрод А питается от генератора Г, второй электрод В заземляется на поверхности. Электрод А не касается стенок скважины; заземление происходят через буровой раствор.

Регистрируется падение напряжения U на резисторе Rо:

U = I * Rо. Обозначим через Е - е.д.с. источника тока. Тогда:

I = E /(R + Ra), где

 R - суммарное сопротивление кабеля, внутреннее сопротивление генератора, электрода R и резистора Rо. Они всегда постоянны. Rа - сопротивление электрода А. Оно меняется при перемещении скважинного прибора. Таким образом:

U= E*R₀ /(R + Ra)

На участке 1 диаграммы сопротивление пород и, следовательно, Rа больше, чем на участке 2.

Из формулы следует, что при перемещении электрода А по разрезу скважины сила тока в цепи АВ будет увеличиваться против пород малого сопротивления и уменьшаться против высокоомных пластов.

О днако невозможность установить истинное удельное сопротивление пород по данным обычного токового метода вследствие значительного влияния скважины и других факторов существенно ограничивает его практическое применение.

2) метод скользящих контактов (МСК).

М етод применяется для исследования рудных скважин. Регистрируется изменение сопротивления заземления электрода А, скользящего по стенке скважины. Заземление А выполняют в виде щетки, изолированной от бурового раствора и соприкасающейся со стенками скважины. Регистрация изменения сопротивления ведется по схеме измерения тока в цепи из двух электродов - щеточного в скважине и заземления на поверхности. При движении щеточного электрода по пустым породам ток в цепи мал. При соприкосновении электрода с хорошо проводящим рудным телом сопротивление заземления Rа уменьшается и ток увеличивается. МСК позволяет в благоприятных случаях (ровная стенка скважины) отметить в разрезе наличие маломощных рудных прослоев (1-2 см).

Другая схема МСК. Здесь записывается кривая изменения разности потенциалов ли между точками М и N моста. Величина U обусловлена изменением силы тока в цепи АВ.

Здесь электрод А точечный, а не щеточный размещаем в прижимном устройстве.

3) Экранированный токовый каротаж (ЭТК)

Г - генератор переменного тока,

В_п - выпрямитель,

РП - регистрирующий прибор.

Метод основан на регистрации изменения силы тока, стекающего с электрода Ао. Благодаря экранирующим электродам ток распространяется перпендикулярно стенкам скважины. Как было показано выше, такой характер распределения тока значительно уменьшает влияние скважины, мощности пласта и удельного сопротивления промывочной жидкости на результаты измерений.

О днотипные пласты высокого сопротивления на диаграммах ЭТК отмечаются минимумом силы тока, пласта низкого сопротивления - максимумами. ЭТК применяют, в основном, при изучении пластов угля (пласты высокого сопротивления).

Сравнительная характеристика диаграмм ТК (обычного) и ЭТК видна из рисунка. Очевидно, что четче отбивается граница пластов с разным удельным сопротивлением. Диаграмма ЭТК более изрезана за счет большей чувствительности метода и неоднородности разреза.

Методы сопротивления заземления

1) метод сопротивления заземления (обычный).

Принципиально отличается от рассмотренного выше только схемой регистрации. Здесь запись разности потенциалов производят в диагонали моста сопротивлений.

Как видно из рисунка в одно из плеч моста входит сопротивление заземления a(r_a).

R_а меняется в процессе каротажа, и его изменение приводит к изменению U_MN между точками М и n моста. Найдем это изменение:

U_MN = U_M - U_N,

где U_M = U₀ + I₁*R₃

U_N= U₀ + I₂*(R_B + R_А + R₄),

тогда: U_MN = I₁*R₃ – I₂*(R_B + R_А + R₄)

Конструктивно выбирают: R₁ = R₂ = R₃ = R. Перед спуском скважинного прибора производят настройку моста. При этом показании регистрирующего прибора должны быть равны нулю. Т.е. добиваются равенства: R_a + R_B = R, включая электрод B к R₄ вместо электрода А.

Таким образом, посла настройки имеем:

U_MN = I₁*R – I₂*(R + R_А).

Найдем токи I₁ ж I₂. Для этого запишем два уравнения, связывающие их.

I₁ + I₂ = I 1-вое уравнение

Второе уравнение можно записать, воспользовавшись законом Кирхгофа (величина тока обратно пропорциональна сопротивлениям параллельных цепей). Т.е.

I₁/I₂ = (2*R + r_a) / 2*R 2-вое уравнение.

Решая совместно эти два уравнения, найдем I₁ и I₂. Воспользуемся для этого способом произвольных пропорций (сложим числители и знаменатели левой и правой частей уравнений).

, таким образом:

, таким образом:

Следовательно:

Конструктивно выбирают 4*R » r_а, тогда:

U_MN = -I * R_А / 4.

Н едостатком метода является малая глубинность (радиус исследовании примерно 10 радиусов электрода A). Таким образом, в узких скважинах метода работают достаточно хорошо. В широких - хуже. Для повышения глубинности применяют экранные электрода (т.е. фокусировку тока). Это реализовано в методе экранированного сопротивления заземления.

2) Метод разности сопротивлений заземлений. Метод широко применяется на угольных месторождениях при изучении структуры угольных пластов. Реализуется на 3-х жильном кабеле. ШЗ - шаровой зонд, состоящий из 3 частей, причем, площадь поверхности центральной части равна суммарной площади двух боковых частей. Части изолированы друг от друга.

П - пульсатор (механический преобразователь постоянного тока в переменный частотой 15 - 25 Гц). R₁ = R₂ = R - балластные сопротивления.

Работа на переменном токе необходима для исключения поляризации электродов, а также для защиты от помех. В процессе каротажа изменяются сопротивления заземлений R_M и R_N. Такой зонд оказывается очень чувствительным к слоистости горных пород. Таким образом, в плечах моста будут протекать различной силы токи, что приведет к появлению разности потенциалов между точками М и N. Потенциалы электрического поля в этих точках будут обусловлены источниками тока А и В:

;

Конструктивно R₁ = R₂ = R и следовательно:

Найдем неизвестные токи I₁ и I₂:

I₁ + I₂ = I 1-вое уравнение

I₁/I₂=(R+R_N)/(R+R_N) 2-вое уравнение.

, таким образом

, таким образом

или

, так как , то

Как следует из последнего выражения, величина U_MN пропорциональна разности сопротивлений R_N и R_M. Отсюда и название метода.

В однородной среде эта разность равна нулю. Поэтому метод оказывается весьма чувствительным к неоднородностям.