Электромагнитный каротаж в процессе бурения скважин.

Физико-математический анализ электромагнитного каротажа.

При бурении нефтяных или газовых скважин требуется оперативная геофизическая информация о геологических свойствах разреза для оптимизации ТСС, особенно горизонтальных, с целью вскрытия наиболее продуктивных нефтяных и газовых пластов.

При каротаже в процессе бурения предпочитают источники поля электрического типа, естественным образом вписывающихся в конструкцию КНБК.

Для определения электрофизических параметров разбуриваемых пластов разработан метод, основанный на использовании конструктивных элементов ЗТС в качестве электродов-зондов ЭМК. На рис.3.21 изображён приборный контейнер в зоне разделителя бурильных труб: 1 и 2 –бурильные трубы, 3 – металлический кронштейн, 4-диэлектричес-кая вставка-разделитель, 5-диэлектрический корпус, 6-стенки скважины, 7-направленние движения бурового раствора.

В процессе каротажа измеряются комплексные напряжения U1(ω1) и U2(ω2) с частотами ω1 и ω2, приложенные к электрическому разделителю и комплексные токи I1(ω1, ω2) и I2(ω1, ω2), протекающие в измерительной цепи между электрическим разделителем и корпусной точкой прибора, металлическим кронштейном приборного контейнера и корпусной точкой прибора. Об электрофизических параметрах разбуриваемого пласта судят по комплексным проводимостям, характеризующим разбуриваемый пласт и буровой раствор внутри бурильной трубы в зоне расположения приборного контейнера ЗТС.

Калибровка измерительной системы сводится к измерению токов I1, I2 и напряжений U1,U2 при заданных тестовых воздействиях на входе системы.

Принцип действия ЭМК изображён на схеме замещения модуля (рис.3.22), где 1 и 2 – бурильные трубы, электрически изолированные друг от друга электрическим разделителем, 3- металлический кронштейн, д.т.1 и д.т.2- датчики тока; Y1 и Y2 –комплексные проводимости между бурильными трубами 2,1 и кронштейном 3; Y3 – комплексная проводимость между трубами 1 и 2, обусловленная электрофизическими параметрами разбуриваемого пласта и бурового раствора; Y10, Y20, Y30 – комплексные проводимости, обусловленные паразитными емкостными и гальваническими связями между электродами.

Рис.3.22.

Система функционирует следующим образом.

Переменное двухчастотное электрическое поле возбуждается в зоне контроля напряжениями U1(ω1) и U2(ω2), приложенными к электрическому разделителю, т. е. между бурильными трубами 2 и 1 и корпусной точкой прибора(┴).

Сигналы реакции контролируемой среды определяются комплексными токами, измеряемыми датчиками тока 1 и 2. Измеряются следующие величины:

где U1, U2 и I1, I2- истинные напряжения и токи в измерительной цепи; Uu1, Uu2, Iu1, Iu2-измеренные напряжения и токи; К1(ω1), К2(ω2), К3(ω1), К5(ω2), К6(ω2), К(ω1)- комплексные коэффициенты передачи измеренных тока и напряжения. По измеренным токам и напряжениям определяют комплексные проводимости Yu1, Yu2,Yu3, связанные с их истинными значениями соотношениями

 

Из измеренных комплексных проводимостей Yu1, Yu2,Yu3 выделяют информативные составляющие Y1, Y2,Y3, проводится калибровка измерительной системы. Прибор отключается от электродов 1,2 и 3, к соответствующим зажимам подключается калиброванная нагрузка: Y3k1, Y1k1, Y2k1- между зажимами 1-2, 1-3, 2-3(см.рис.2), затем-Y3k1, Y1k1, Y2k1. При этих калиброванных нагрузках измеряются комплексные токи I1, I2 и напряжения U1,U2, затем определяются комплексные проводимости

Аналогично определяют проводимости Yu3k1(ω1), Yu1k2(ω1), Yu2k2(ω2), Yu2k2(ω2) при калиброванной нагрузке Y3k2,Y3k2, Y2k2. По результатам калибровки определяют неинформативные составляющие Y10, Y20, Y30 и комплексные коэффициенты передачи К14(ω1), К13(ω1), К25(ω2), К26(ω2).

 

Информативные составляющие комплексных проводимостей определяют по результатам измерения и калибровки.

Полученные комплексные проводимости характеризуют электрофизические параметры разбуриваемого пласта горных пород и бурового раствора.

Модуль ЭМК выполняет контрольно-измерительные операции в процессе бурения.

1. Возбуждение переменного двухчастотного электрического поля в зоне контроля с использованием конструкции электрического разделителя и приборного контейнера ЗТС в качестве электродов-зондов.

2. Измерение комплексных напряжений U1(ω1) и U2(ω2), приложенных к разделителю, и комплексных токов I1, I2, протекающих в измерительной цепи между разделителем и корпусной точкой прибора, металлическим кронштейном и корпусной точкой прибора.

3. Определение комплексных проводимостей, характеризующих разбуриваемые пласты и буровой раствор внутри бурильной трубы в зоне расположения приборного контейнера.

4. Калибровка измерительной системы каротажа, сводящаяся к измерению токов I1, I2 и напряжений U1(ω1) и U2(ω2) при заданных тестовых воздействиях на входе системы.

5. Определение скорректированных комплексных проводимостей, характеризующих электрофизические параметры разбуриваемого пласта и бурового раствора внутри бурильной трубы с учётом помех паразитных проводимостей и приборных погрешностей системы каротажа.

6. Определение изменений электрофизических параметров разбуриваемого пласта в зоне расположения КНБК по отношению к скорректированным комплексным проводимостям, характеризующим пласт и буровой раствор.

7. Выбор рабочих частот ω1 и ω2 зондирующего электрического поля в соответствии с требуемой радиальной дальностью контроля электрофизических свойств околоскважинного пространства.