Пристрій для вимірювання питомого опору земної формації і спосіб вимірювання питомого опору земної формації (варіанти)

1 Устройство для измерения удельного сопротивления земной формации, в которой пробурена буровая скважина со вставленной в нее токопроводящей обсадной трубой, отличающееся тем, что оно включает зонд для введения в обсадную трубу, содержащий первый, второй и третий электроды, размещенные вдоль зонда в его осевом направлении, и первую пару электродов, размещенную между первым и вторым электродами, а не между первым и третьим электродами, предназначенные для обеспечения электрического контакта с обсадной трубой во время работы устройства, первую схему для измерения электрического тока, предназначенную для подачи первого электрического тока и измерения его величины между первым и вторым электродами, вторую схему для измерения электрического тока, предназначенную для подачи второго электрического тока и для измерения его величины между первым и третьим электродами, первую схему для измерения напряжения, предназначенную для измерения первого напряжения между первой парой электродов во время подачи первого электрического тока, а также для измерения второго напряжения между первой парой электродов во время подачи второго тока, средство для определения удельного сопротивления земной формации путем объединения величин первого и второго напряжения и измеренной величины первого и второго тока 2 Устройство по п 1, отличающееся тем, что оно содержит вторую пару электродов, размещенных на зонде между первым и вторым электродами, а не между первым и третьим электродами, вторую схему для измерения напряжения, предна значенную для измерения третьего напряжения между второй парой электродов во время подачи первого электрического тока, а также для измерения четвертого напряжения между второй парой электродов во время подачи второго тока, схему измерения разности напряжений, предназначенную для измерения разности напряжений при помощи первой и второй схемы измерения напряжения, блок регистрации измерений, предназначенный для записи измерений, осуществляемых первой и второй схемой измерения напряжения, первой и второй схемой измерения тока и схемой измерения разности напряжений, таким образом, что сопротивление между электродами первой и второй пар может быть измерено при подключении первой схемы для измерения тока между первым и вторым электродом, волновое сопротивление обсадной трубы и земной формации может быть измерено при подключении второй схемы для измерения тока между первым и третьим электродами, а утечка тока в земную формацию может быть вычислена при подключении источника тока между вторым электродом и поверхностным электродом 3 Устройство по пп 1 или 2, отличающееся тем, что первая и вторая схема измерения электрического тока размещены внутри зонда, и устройство дополнительно включает избирательно управляемые переключатели для избирательного подключения указанных схем между первым и вторым электродами, между первым и третьим электродами и между вторым электродом и поверхностным электродом для возврата тока 4 Устройство по п 1, отличающееся тем, что первая и вторая схема измерения электрического тока включает первый источник электропитания, размещенный на поверхности земли и подключенный к зонду для пропускания электрического тока между вторым электродом и поверхностным электродом для возврата тока, второй источник питания, размещенный внутри зонда, с возможностью избирательного подключения между первым и вторым электродами и между первым и третьим электродами 5 Устройство по одному из пп 1-4, отличающее О (О 44269 ся тем, что каждая из схем измерения напряжения определение удельного сопротивления земной содержит аналого-цифровой преобразователь формации путем объединения первого напряже6 Устройство по п 5, отличающееся тем, что ния, второго напряжения и измеренных величин дополнительно включает первый синтезатор часэлектрического тока тот, соединенный с задающим генератором и ге11 Способ определения удельного сопротивления нерирующий синхроимпульсы, подаваемые на земной формации включающий бурение буровой аналого-цифровые преобразователи так, что скважины и установку в нее токопроводящей обцифровые отсчеты выдаются аналого-цифровыми садной трубы, отличающийся тем, что он вклюпреобразователями с частотой, соответствующей чает следующую последовательность операций целому числу периодов задающего генератора введение в обсадную трубу зонда, содержащего первый, второй и третий электроды, размещенные 7 Устройство по п 6, отличающееся тем, что вдоль зонда в его осевом направлении, а также источник электрического тока включает постоянпервую и вторую пару электродов, размещенные ное запоминающее устройство, цифромежду первым и вторым электродами, а не между аналоговый преобразователь, соединенный с запервым и третьим электродами, предназначенные поминающим устройством, и второй синтезатор для обеспечения электрического контакта с обчастот, оперативно соединенный с задающим гесадной трубой, нератором и запоминающим устройством, причем второй частотный синтезатор предназначен для подачу электрического тока между первым и втоуправления запоминающим устройством и обесрым электродами и измерение величины первого печивает генерирование цифровых значений ветока, личины выходного сигнала источника, при этом измерение первого напряжения между первой синтезатор соединен с задающим генератором парой электродов, при этом первое напряжение для управления запоминающим устройством тасоответствует сопротивлению обсадной трубы ким образом, чтобы вырабатывать периоды элекмежду первой парой электродов, трического тока, начинающиеся практически синизмерение второго напряжения между второй пахронно с выдачей цифровых отсчетов аналогорой электродов, при этом второе напряжение социфровыми преобразователями ответствует сопротивлению обсадной трубы между второй парой электродов, 8 Устройство по п 7, отличающееся тем, что выходные частоты схемы измерения электричеизмерение первой разности напряжений между ского тока имеют целое число отсчетов, выдаваепервым и вторым напряжениями, мых аналого-цифровыми преобразователями в подачу второго электрического тока между перодном периоде электрического тока вым и третьим электродами и измерение его величины, 9 Устройство по п 8, отличающееся тем, что задающий генератор предназначен для управлеизмерение третьего напряжения между первой ния первым телеметрическим приемопередатчипарой электродов, соответствующего величине ком, размещенным в зонде, и вторым телеметритока, связанного с сопротивлением обсадной труческим приемопередатчиком, размещенным на бы и волновым полным сопротивлением обсадной поверхности земли и обеспечивающим выделение трубы и земной формации, тактового сигнала из телеметрической частоты подачу электрического тока между вторым элекпервого телеметрического приемопередатчика, тродом и поверхностным электродом для возврапри этом источник электрического тока располота тока, размещенным на поверхности земли, жен на поверхности земли и выполнен с синхроизмерение четвертого напряжения между первой низацией тактовым сигналом, выделенным втопарой электродов, рым телеметрическим приемопередатчиком измерение пятого напряжения между второй парой, при этом четвертое и пятое напряжения со10 Способ измерения удельного сопротивления ответствуют величине тока, протекающего по обземной формации, включающий бурение буровой садной трубе в осевом направлении скважины и установку в нее токопроводящей обсоответственно между первой и второй парами садной трубы, отличающийся тем, что он вклюэлектродов, чает следующую последовательность операций введение в обсадную трубу зонда, содержащего измерение второй разности напряжений между первый, второй и третий электроды, размещенные четвертым и пятым напряжениями, вдоль зонда в его осевом направлении, и первую определение удельного сопротивления земной пару электродов, образованную первым и вторым формации путем объединения измерений первого электродами, а не первым и третьим электродами, напряжения, второго напряжения, третьего напредназначенные для обеспечения электрическопряжения, четвертого напряжения, пятого напряго контакта с обсадной трубой, жения, величины тока и первой и второй разности напряжений подачу первого электрического тока и измерение его величины между первым и вторым электрода12 Способ по п 11, отличающийся тем, что ми, электрический ток генерируют посредством первого источника питания, размещенного на поизмерение первого напряжения между первой верхности земли и подключенного к зонду для парой электродов, пропускания электрического тока между вторым подачу второго электрического тока и измерение электродом и поверхностным электродом для его величины между первым и третьим электровозврата тока, размещенным на поверхнодами, сти земли, измерение второго напряжения между первой парой электродов, второго источника питания, размещенного в зон де, причем второй источник питания избирательно подключают к одному из электродов, разнесенных в осевом направлении таким образом, чтобы между ними были заключены первая и вторая пары электродов, и избирательно подключают к другим электродам, разнесенным в осевом направлении Настоящее изобретение относится к регистрации электрического удельного сопротивления буровых скважин В частности настоящее изобретение относится к устройству и способам измерения электрического удельного сопротивления земных формаций изнутри ствола скважины со вставленной в нее стальной обсадной трубой Измерения электрического удельного сопротивления земных формаций, выполняем изнутри проходящей сквозь эти формации буровой скважины, можно использовать для определения наличия нефти и газа в земных формациях Устройство для измерения удельного сопротивления в буровой скважине с находящейся в трубой описано, например, в патенте США 5075626 Конкретным недостатком устройства, описанного в патенте США 5075626 является то, что для этого устройства необходимо использование электро каротажно го кабеля более, чем с одним изолированным электрическим проводником Причина, по которой с устройством по патенту США 5075626 необходимо использоваться кабель более, чем с одним изолированным электрическим проводником, состоит в способе, посредством которого это устройство измеряет свойство формации и обсадной трубы, называемое волновым сопротивлением Источник электрического тока располагают между первым электродом, электрически контактирующим с обсадной трубой, и обратным электродом на поверхности земли Затем измеряют напряжение между электродом, расположенным на поверхности земли, и вторым электродом, электрически контактирующим с обсадной трубой и смещенным в осевом направление от первого электрода Первый и второй (измеряющий напряжение) электроды должны быть электрически подключены к раздельным изолированным электрическим проводникам, чтобы измерять разность электрических потенциалов между вторым электродом и электродом на поверхности при одновременной подаче питания к обсадной трубе и земле Хотя в некоторых типах скважинных каротажных приспособлениях используют стальную броню на кабеле в качестве другого электрического проводника для передачи электрической мощности к инструменту в стволе скважины, в устройстве по патенту 5075626 использование стальной брони для передачи электрического тока от источника вместо использования второго изолированного проводника нарушает распределение электрического тока, подводимого к обсадной трубе Это нарушение происходит вследствие того, что часть электрического тока будет неизбежно утекать через оплетку стальной брони в буровую 44269 6 таким образом, чтобы между ними исключалось наличие третьей пары электродов 13 Способ по п 11, отличающийся тем, что первую и вторую пару электродов выполняют примыкающими один к другому и имеющими общий электрод скважину и обсадную трубу Обычно буровые скважины с обсадными трубами уже полностью «пробурены» или в них созданы условия, когда нефть и газ могут течь через обсадную трубу к земной поверхности В пробуренных скважинах, как очевидно специалисту, может иметь место существенное давление жидкости в обсадной трубе Для того чтобы ввести скважинное каротажное устройство в ствол скважины с существенным давлением жидкости в обсадной трубе, целесообразно использовать скважинные каротажные кабели с малыми наружными диаметрами Электрические кабели малого диаметра содержат обычно лишь один изолированный электрический проводник Таким образом, существует необходимость в разработке устройства для измерения удельного сопротивления формаций в буровой скважине с введенной в нее обсадной трубой, которое может работать, используя электрический кабель лишь с одним изолированным электрическим проводником В основу изобретения поставлена задача усовершенствования устройства и способов измерения удельного сопротивления земной формации имеющей пробуренную скважину со вставленной в нее обсадной трубой используя электрический кабель лишь с одним изолированным электрическим проводником, что позволит уменьшить погрешность измерения Поставленная задача решена тем, что в устройстве для измерения удельного сопротивления земной формации, в которой пробурена буровая скважина со вставленной в нее токопроводящей обсадной трубой, согласно изобретению в нем имеется зонд для введения в обсадную трубу, содержащий первый, второй и третий электроды, размещенные вдоль зонда в его осевом направлении, и первую пару электродов, образованную первым и вторым электродами, предназначенные для обеспечения электрического контакта с обсадной трубой во время работы устройства, первую схему для измерения электрического тока, предназначенную для подачи первого электрического тока и измерения его величины между первым и вторым электродами, вторую схему для измерения электрического тока, предназначенную для подачи второго электрического тока и для измерения его величины между первым и третьим электродами, первую схему для измерения напряжения, предназначенную для измерения первого напряжения между первой парой электродов во время подачи первого электрического тока, а также для измерения второго напряжения между первой парой электродов во время подачи второго тока во время работы устройства, и средство для 8 44269 определения удельного сопротивления земной зователь, соединенный с запоминающим формации путем объединения величин первого и устройством, и второй синтезатор частот, операвторого напряжения и измеренного значения пертивно соединенный с задающим генератором и вого и второго тока запоминающим устройством, причем второй часПредпочтительно устройство содержит втототный синтезатор предназначен для управления рую пару электродов, размещенных на зонде мезапоминающим устройством для генерирования жду первым и вторым электродами, вторую схему цифровых значений величины выходного сигнала для измерения напряжения, предназначенную для источника, при этом синтезатор соединен с заизмерения третьего напряжения между второй дающим генератором для управления запомипарой электродов во время подачи первого элекнающим устройством таким образом, чтобы он трического тока, а также для измерения четвертовырабатывал периоды электрического тока, начиго напряжения между второй парой электродов во нающиеся практически синхронно с выдачей цифвремя подачи второго тока при эксплуатации устровых отчетов аналого-цифровыми преобразоваройства, схему измерения разности напряжений, телями предназначенную для измерения разности напряПредпочтительно выходные частоты источнижений при помощи первой и второй схемы измека электрического тока могут иметь целое число рения напряжения, и блок регистрации измерений, отчетов, выдаваемых аналого-цифровыми преобпредназначенный для записи измерений, осущеразователями в одном периоде электрического ствляемых первой и второй схемой измерения тока напряжения, первой и второй схемой измерения Задающий генератор устройства предназнатока и схемой измерения разности напряжений, чен для управления первым телеметрическим таким образом, что сопротивление между элекприемопередатчиком, размещенным в зонде, и тродами первой и второй пар может быть измеревторым телеметрическим приемопередатчиком, но при подключении первой схемы для измерения размещенным на поверхности земли и обеспечитока между первым и вторым электродом, волновающим для выделение тактового сигнала из тевое сопротивление обсадной трубы и земной леметрической частоты первого телеметрического формации может быть измерено при подключении приемопередатчика, при этом источник электривторой схемы для измерения тока между первым ческого тока располагают на поверхности земли и и третьим электродами, а утечка тока в земную выполнен с синхронизацией тактовым сигналом, формацию может быть вычислена при подключевыделенным вторым телеметрическим приемопении источник тока между вторым электродом и редатчиком поверхностным электродом Поставленная задача решается также тем, что в способе измерения удельного сопротивления В соответствии с изобретением первая и втоземной формации, включающем бурение буровой рая схема измерения электрического тока размескважины и установку в нее токопроводящей общены внутри зонда, и устройство дополнительно садной трубы, согласно изобретению осуществвключает избирательно управляемые переключаляют следующую последовательность операций тели для избирательного подключения указанных введение в обсадную трубу зонда, содержащего схем между первым и вторым электродами, между первый, второй и третий электроды, размещенные первым и третьим электродами и между вторым вдоль зонда в его осевом направлении, и первую электродом и поверхностным электродом для пару электродов, образованную первым и вторым возврата тока Один из предпочтительных варианэлектродами, предназначенные для обеспечения тов выполнения устройства предполагает наличие электрического контакта с обсадной трубой во первого источника электропитания, который развремя работы устройства, подачу первого элекмещают на поверхности земли и подключают к трического тока и измерение его величины между зонду для пропускания электрического тока между первым и вторым электродами, измерение первопервым электродом и поверхностным электродом го напряжения между первой парой электродов, для возврата тока, и второго источника питания, подачу второго электрического тока и измерение который размещают внутри зонда, с возможноего величины между первым и третьим электростью избирательного подключения между первым дами, измерение второго напряжения между паи вторым электродом и между двумя другими рой электродов, и определение удельного сопроэлектродами тивления земной формации путем объединения Согласно изобретению в каждой из схем изпервого напряжения, второго напряжения и измемерения напряжения устройства содержится анаренных величин электрического тока лого-цифровой преобразователь В соответствии с изобретением устройство Поставленная задача решается также тем, что должно дополнительно содержать первый синтев способе определения удельного сопротивления затор частот, соединенный с задающим генератоземной формации включающем бурение буровой ром и генерирующий синхроимпульсы, подаваескважины и установку в нее токопроводящей обмые на аналого-цифровые преобразователи так, садной трубы, согласно изобретению осуществчто цифровые отсчеты должны выдаваться аналоляют следующую последовательность операций го-цифровыми преобразователями с частотой, введение в обсадную трубу зонда, содержащего соответствующей целому числу периодов задаюпервый, второй и третий электроды, размещенные щего генератора вдоль зонда в его осевом направлении, а также первую и вторую пару электродов, размещенные Согласно изобретению источник электричемежду первым и вторым электродами, предназнаского тока должен содержать постоянное запомиченные для обеспечения электрического контакта нающее устройство, цифро-аналоговый преобра 44269 10 на фиг 2, в конфигурации для определения сопротивления обсадной трубы на малом промежутке между несколькими электродами На фиг 4 показано такое же устройство, что и на фиг 2, в конфигурации для определения величины "утечки" тока из обсадной трубы на том же малом промежутке, что и на фиг 3 На фиг 5 показано устройство согласно настоящему изобретению с источником тока и электродами для возврата тока, размещенными в устройстве Устройство по фиг 5 выполнено в конфигурации для определения сопротивления обсадной трубы на малом промежутке, соответствующем малому промежутку прибора по фиг 3 На фиг 6 изображено такое же устройство, что и на фиг 5, в конфигурации для измерения утечки тока на малом промежутке На фиг 7 показано такое же устройство, что и на фиг 5, в конфигурации для измерения волнового сопротивления обсадной трубы и земли На фиг 8А показано такое же устройство, что и на фиг 5, с источником тока, расположенным вне прибора На фиг 8Б представлена рабочая таблица для избирательных переключателей, создающих соответствующую электрическую конфигурацию электродов в устройстве для осуществления различных видов измерений На фиг 9 показана телеметрическая система для устройства по настоящему изобретению На фиг 10А показан другой вариант выполнения изобретения с электрической конфигурацией для режима определения сопротивления обсадной трубы На фиг 10Б изображен другой вариант выполнения изобретения с электрической конфигурацией для определения удельного сопротивлеВ соответствии с изобретением электрический ния формации ток генерируют посредством первого источника питания, размещенного на поверхности земли и В проходящем сквозь земные формации ствоподключенного к зонду для пропускания электриле скважине, в которую введены токопроводящий ческого тока между вторым электродом и поверхметаллический трубопровод или токопроводящая ностным электродом для возврата тока, размеметаллическая обсадная труба, измерению щенным на поверхности земли, и второго удельной проводимости земных формаций с исисточника питания, размещенного в зонде, причем пользованием известных инструментов препятствторой источник питания избирательно подклювует то обстоятельство, что обсадная труба, как чают к одному из электродов, разнесенных в осеочевидно для специалиста в данной области техвом направлении таким образом, чтобы между ники, может иметь электрическое удельное сопроними были заключены первая и вторая пары элективление, меньшее по величине на много порядтродов, и избирательно подключают к другим ков, чем удельное сопротивление земной электродам, разнесенным в осевом направлении формации таким образом, чтобы между ними исключалось Однако было установлено, что удельное соналичие третьей пары электродов противление земных формаций можно измерять изнутри токопроводящей обсадной трубы ПринПредпочтительно первая и вторая пара элекцип измерения удельного сопротивления форматродов выполнена примыкающими один к другому ций изнутри токопроводящей обсадной трубы наи имеющими общий электрод глядно пояснен на фиг 1 На фиг 1 изображена На чертежах представлены варианты выполбуровая скважина 2, пробуренная через земные нения изобретения, на которых формации, обозначенные общей позицией 6 В На фиг 1 изображен электрод, подающий буровую скважину 2 вставлен токопроводящий электрический ток в проводящую металлическую трубопровод или обсадная труба 4 Электрод 8 обсадную трубу, вставленную в ствол скважины, электрически контактирует с обсадной трубой 4 которая проходит сквозь земную формацию Один вывод источника электрического тока (не На фиг 2 показан зонд с рядом электродов, показан на фиг 1), расположенный на поверхноконтактирующих с обсадной трубой Устройство по сти земли, соединен с электродом 8 Как очевидно фиг 2 предназначено для измерения волнового специалисту в данной области техники, электрод 8 сопротивления обсадной трубы и земли может составлять часть каротажного зонда (на На фиг 3 показано устройство такое же, что и с обсадной трубой во время работы устройства, подачу электрического тока между первым и вторым электродами и измерение величины первого тока, измерение первого напряжения между первой парой электродов, при этом первое напряжение соответствует сопротивлению обсадной трубы между первой парой электродов, измерение второго напряжения между второй парой электродов, при этом второе напряжение соответствует сопротивлению обсадной трубы между второй парой электродов, измерение первой разности напряжений между первым и вторым напряжениями, подачу второго электрического тока между первым и третьим электродами и измерение его величины, измерение третьего напряжения между первой парой электродов, соответствующего величине тока, связанного с сопротивлением обсадной трубы и волновым полным, сопротивлением обсадной трубы и земной формации, подачу электрического тока между вторым электродом и поверхностным электродом для возврата тока, размещенным на поверхности земли, измерение четвертого напряжения между первой парой электродов, измерение пятого напряжения между второй парой, при этом четвертое и пятое напряжения соответствуют величине тока, протекающего по обсадной трубе в осевом направлении соответственно между первой и второй парами электродов, измерение второй разности напряжений между четвертым и пятым напряжениями, и определение удельного сопротивления земной формации путем объединения измерений первого напряжения, второго напряжения, третьего напряжения, четвертого напряжения, пятого напряжения, величины тока и первой и второй разности напряжений 11 44269 12 фиг 1 для наглядности не показан), который поИсточник 38 электрического тока обычно расгружают в ствол скважины 2 на одном конце броположен на поверхности земли Для специалиста нированного электрического кабеля 10 Кабель 10 очевидно, что источник 38 предпочтительно предсодержит по меньшей мере один изолированный ставляет собой источник низкочастотного переэлектрический проводник Другой вывод источника менного тока, обычно с частотой меньше 10Гц, электрического тока (не показан) обычно соединен для облегчения измерения предельно малых нас электродом для возврата тока (не показан), разпряжений, которые возникают между электродами мещенным на поверхности земли в результате подачи напряжения на обсадную трубу 4 Зонд 14 может включать телеметрический Электрический ток от источника (не показан) блок (на фиг 2 для наглядности не показан), подпроходит по электроду 8 в обсадную трубу 4, где ключенный к каждой из схем измерения напряжеэлектрический ток распространяется по обсадной ния для передачи результатов измерений, осущетрубе 4 вверх и вниз Часть тока "утекает" наружу ствляемых схемами 26, 28, 30 и 32 измерений в земные формации 6 Из-за утечек тока величина напряжения, на поверхность земли для контроля, тока, протекающего по обсадной трубе 4, снижарегистрации и интерпретации системным операется в любой точке по мере того, как возрастает тором, как очевидно для специалиста в данной расстояние (вдоль обсадной трубы 4) от электрообласти техники да 8 Путем измерения величины утечки тока (Д1) с конкретного промежутка, обозначенного общей Конкретной величиной, необходимой для позицией 12, можно определить удельное сопрообеспечения определения удельного сопротивлетивление земной формации 6, контактирующей с ния формации 6 через обсадную трубу 4, является обсадной трубой 4 и в общем случае расположенволновое полное сопротивление (Q) части обсадной в пределах промежутка 12 Если VQ предной трубы 4 и формации 6, которая запитывается ставляет собой напряжение на обсадной трубе 4 источником 38 электрического тока В системе, относительно бесконечности, то удельное сопропоказанной на фиг 2, один вывод источника 38 тивление формации 6 возле ствола скважины 2 и тока подключен к одному из электродов, называев общем случае в пределах промежутка 12 вдоль мому "электродом для подвода тока" и показаннооси может быть рассчитано с помощью выражему позицией 16 Другой электрод источника 38 ния Vo / Д1 Кажущееся удельное сопротивление подключен к поверхностному электроду 34 Падев промежутке 12 может быть определено с помоние напряжения измеряется четвертой схемой 32 щью выражения измерения напряжения между электродом 36 поверхностного потенциала, также расположенным на поверхности земли, и другим электродом, на0) зываемым воспринимающим напряжение элекДІ тродом 21, размещенным на зонде 14 Волновое где к есть безразмерная постоянная, обеспесопротивление вычисляется из напряжения VQ, чивающая равенство кажущегося удельного соизмеренного четвертой измерительной схемой 32, противления удельному сопротивлению формасогласно формуле ции 6 при условии, что обсадная труба 4 и формация 6 однородны Д z обозначает длину промежутка 12 вдоль обсадной трубы 4 Система для определения величины утечки где lo обозначает величину тока от источника тока из промежутка 12 показана схематично на 38 Как очевидно для специалиста в данной обфиг 2 Система, показанная на фиг 2, может быть ласти техники, величиной тока можно либо управаналогична системе, описанной, например, в палять посредством соответствующей конструкции тенте США 5075626 Система, показанная на фиг источника 38, либо величину тока можно изме2, включена в описание настоящего изобретения рять Как очевидно для специалиста в данной обтолько для пояснения принципа работы устройств, ласти техники, измерение волнового сопротивлекоторые измеряют удельное сопротивление внутния вдоль обсадной трубы 4 необходимо ри обсадной трубы, и не ограничивает объем навыполнять лишь через определенные интервалы, стоящего изобретения Система на фиг 2 включапримерно через каждые 10 метров, в зависимости ет зонд 14, который можно погружать в ствол от удельного сопротивления формации 6 скважины 2 на одном конце бронированного элекПосле этого необходимо измерить сопротивтрического кабеля 3 Кабель 3 на фиг 2 содержит ление конкретной части обсадной трубы 4, котопо меньшей мере два изолированных электричерая расположена между парами электродов 18 и ских проводника, как пояснено ниже Зонд 14 име20, а также 20 и 22 Процесс определения сопроет размещенные на нем электроды, показанные тивления обсадной трубы 4 наглядно проиллюстпод общими позициями 16, 18, 20, 22, 21 и 24 рирован на примере фиг 3 Зонд 14, как показано Электроды можно избирательно электрически на фиг 3, имеет такую электрическую конфигуразамыкать на обсадную трубу 4 Зонд 14 содержит цию, что ток от источника 38 возвращается в дандалее первую 26, вторую 28, третью 30 и четверном случае к электроду 24 для возврата тока на тую 32 схемы измерения напряжения Как очевидзонде 14, а не к поверхностному электроду (как но специалисту в данной области техники, схемы показано позицией 34 на фиг 2) В электрической измерения напряжения должны обеспечивать изконфигурации по фиг 3 по существу весь элекмерение очень малых напряжений Для третьей трический ток протекает вдоль обсадной трубы 4 измерительной схемы 30, например, напряжения, между электродом 16 для подвода тока и элеккоторые необходимо измерять, могут составлять тродом 24 для возврата тока на зонде 14 Когда 9 всего 10 вольт 13 44269 зонд 14 имеет электрическую конфигурацию, оказанную на фиг 3, то ток обозначается как 1 П Величина тока, который утекает из обсадной трубы с электрической конфигурацией по фиг 3, пренебрежимо мала Первая схема 26 измерения напряжения измеряет падение напряжения, обозначенное как V-Г, между электродами 18 и 20, которое относится ксопротивлению обсадной трубы между электродами 18 и 20 Аналогично этому вторая схема 28 измерения напряжения измеряет падение напряжения V2 между электродами 20 и 22 Сопротивление обсадной трубы 4 между соответствующими электродами (18 и 20, соотв 20 и 22) можно определить с помощью выражения у, у, 2 (3) L Использование вычисленных таким образом значений сопротивления обсадной трубы пояснено ниже Кроме того, с помощью третьей схемы 30 измерения напряжения можно определить вторую разность, обозначаемую как UV, между значениями напряжений, измеренными первой 26 и второй 28 измерительными схемами Назначение второй разности пояснено ниже Затем источник 38 тока может быть переключен в обратном направлении для возвращения тока на поверхностный электрод 34 Такая электрическая конфигурация представлена на фиг 4 Ток от источника 38 в электрической конфигурации по фиг 4 обозначен как l m Падение напряжения вновь измеряется первой измерительной схемой 26 между электродами 18 и 20, и оно обозначено как Vi Падение напряжения измеряется также вновь второй измерительной схемой 28 между электродами 20 и 22, и оно обозначено как V2 Другая вторая разность, обозначаемая как UV, также измеряется третьей измерительной схемой 30 Среднее значение тока, протекающего вдоль обсадной трубы 4 между электродами 18 и 20, равно V-і / R а среднее значение тока, протекающего вдоль обсадной трубы 4 между электродами 20 и 22, равно V2 / R2 Среднее значение тока, протекающего между электродами 18 и 20, будет слегка отличаться от среднего значения тока, протекающего между электродами 20 и 22, поскольку часть тока утекает из обсадной трубы 4 в формацию 6 Величину тока утечки ДІ можно определить из выражения Напряжение, присутствующее на обсадной трубе 4, относительно бесконечности может быть определено как Q l m При подстановке уравнений (3) и (4) в уравнение (1) кажущееся удельное сопротивление формации 6 может быть определено с помощью выражения К О Гv vЛ 3 у, у О 3 где К есть постоянная пропорциональности, называемая "коэффициентом прибора", который определяется выражением К =к-Д z (6) где UZ равно половине величины расстояния 14 (шага) между электродами 18 и 22 и обозначается как "шаг прибора" Разность тока между электродами 18 и 20 и тока между электродами 20 и 22 очень мала, как описано выше Поэтому предпочтительно использовать два вышеописанных измерения "второй разности", выполняемые третьей измерительной схемой 30, как показано в электрической конфигурации на фиг 3 и 4 Подстановка измерений второй разности в уравнение (5) приводит к следующему выражению для кажущегося удельного сопротивления формации 6 к О Х О) где А в уравнении(7) равно Три электрических конфигурации, показанные на фиг 2, 3 и 4, обеспечивают проведение измерений, необходимых для определения удельного сопротивления формации 6, замеряемого с внутренней стороны токопроводящей обсадной трубы 4 Конкретное ограничение, накладываемое на конфигурацию электродов в известном из уровня техники зонде 14, показанных на фиг 2, 3 и 4, наиболее наглядно представлено на фиг 2 На фиг 2 источник 38 показан включенным между электродом 16 для подвода тока и поверхностным электродом 34 Электрическая конфигурация по фиг 2 используется для подачи питания на обсадную трубу 4 и формацию 6 для определения волнового полного сопротивления (Q) Для электрической конфигурации, показанной на фиг 2, в токовой цепи источника 38 требуется использование изолированного электрического проводника в кабеле 3 Использование проволоки для армирования на кабеле 3 для пропускания электрического тока приведет к его утечке в буровую скважину 2 На фиг 2 показано также, что четвертая схема 32 измерения напряжения включена между находящимся под напряжением электродом 21 на зонде 14 и поверхностным находящимся под напряжением электродом 36 Для электрического подключения четвертой схемы 32 измерения напряжения требуется другой, отдельный изолированный электрический проводник в кабеле 3 Поэтому для измерения удельного сопротивления формации с использованием известного устройства необходимо использование электрического кабеля 3 по меньшей мере с двумя изолированными электрическими проводниками В некоторых буровых скважинах, в частности в тех буровых скважинах, в которых, в обсадной трубе имеется значительное давление жидкости, на верхней части обсадной трубы устанавливают специальное оборудование (не показано) для поддержания давления в жидкости в то время, когда каротажные измерительные инструменты вводят в ствол скважины Оборудование (не показано), используемое для поддержания давления в жидкости, хорошо известно специалистам в данной области техники При использовании оборудования для поддержания давления жидкости 15 обычно необходимо применение электрического кабеля с малым внешним диаметром Известные бронированные электрические кабели с малым диаметром, которые пригодны для использования с оборудованием для поддержания давления жидкости, обычно имеют лишь один изолированный проводник Поэтому невозможно использовать известную из уровня техники систему для измерения удельного сопротивления через обсадную трубу с применением электрического кабеля, имеющего только один изолированный электрический проводник На фиг 5 показан зонд 14А согласно настоящему изобретению, который включает электрод 16А для подвода тока, измерительные электроды 18А, 20А и 22А, причем функциональное назначение всех их аналогично таковому у эквивалентных электродов на зонде (поз 14 на фиг 2), известных из уровня техники Аналогично этому зонд 14А по настоящему изобретению может содержать первую 26А, вторую 28А и третью ЗОА схемы измерения напряжения и телеметрический блок (не показан) для передачи на поверхность земли измерений, выполненных схемами измерения напряжения Согласно настоящему изобретению третья измерительная схема ЗОА может избирательно включаться непосредственно между электродами 18А и 22А через переключающие схемы ЗОВ и ЗОС Альтернативно этому третья измерительная схема ЗОА может избирательно включаться для измерения второй разности между первой 26А и второй 28А схемами измерения напряжения, аналогично третьей измерительной схеме (поз 30 на фиг 2) скважинного прибора, известного из уровня техники (как показано на фиг 2) Назначение избирательного переключения третьей измерительной схемы ЗОА между электродами 18А и 22А описано ниже Электрическая конфигурация зонда 14А, как показано на фиг 5, предназначена для выполнения измерений сопротивления обсадной трубы 4 между электродами 18А и 20А, а также 20А и 22А Источник 38 подключен через первый переключатель 42, который может представлять собой телеметрически управляемый переключатель (известного типа и дистанционно управляемым системным оператором), размещенным внутри зонда 14А Первый переключатель 42, как показано на фиг 5, установлен в положение, в котором источник 38 подключен между электродом 16А для подвода тока и электродом 24А для возврата тока Измерения сопротивления обсадной трубы 4, осуществляемые в электрической конфигурации по фиг 5, эквивалентны измерениям, осуществляемым известным зондом (поз 14 на фиг 3), как показано на фиг 3 Переключатели ЗОВ и ЗОС установлены в положение, в котором третьей схемой ЗОА измерения напряжения осуществляются измерения второй разности напряжений между первой 26А и второй 28А схемами измерения напряжения Сопротивления обсадной трубы могут быть определены согласно соотношению из уравнения (3) На фиг 6 представлена электрическая конфигурация зонда 14А и источника 38 тока, которая предназначена для проведения измерений разно 44269 16 сти напряжений и второй разности на электродах 18А и 20А, а также 20А и 22А соответственно Эти измерения соответствуют измерениям, выполняемым с использованием известного зонда (поз 14 на фиг 4), как показано на фиг 4 Новый аспект настоящего изобретения состоит в особом расположении электродов для выполнения измерений по определению волнового полного сопротивления Q, при котором исключена необходимость использовать кабель 3 более чем с одним изолированным электрическим проводником Наиболее наглядно этот новый аспект настоящего изобретения пояснен на фиг 7 Электрическая конфигурация зонда 14А, показанная на фиг 7, используется для выполнения измерений по определению волнового полного сопротивления (Q) На зонде 14А установлен показанный позицией 21А дополнительный электрод для подвода тока, который можно избирательно электрически замыкать на обсадную трубу 4 Дополнительный электрод 21А для подвода тока расположен на зонде 14А в осевом направлении так, чтобы при замыкании цепи тока исходная и возвратная точки были расположены в осевом направлении с внешней стороны по отношению к позициям измерительных электродов 18А, 20А и 22А На фиг 7 первый переключатель 42 соединяет один вывод источника 38 с дополнительным электродом 21А для подвода тока вместо электрода 16А для подвода тока Второй переключатель 40, расположенный на поверхности земли (и также управляемый системным оператором), может избирательно соединять другой вывод источника 38с электродом 24А для возврата тока Схема 23 измерения тока может включаться в токовую цепь между источником 38 и дополнительным электродом 21А для подвода тока либо электродом 16А для подвода тока Схема 23 измерения тока измеряет общий ток, выдаваемый источником 38, использование этого измерения пояснено ниже Выход схемы 23 измерения тока может также подключаться к телеметрическому блоку (не показан) для передачи ее измерений на поверхность земли для регистрации и контроля, как очевидно для специалиста в данной области техники Источник 38 тока на фиг 7 размещен на поверхности земли, как и источник, показанный на фиг 2, 3 и 4 (известный прибор) Источник 38 (как в прототипе, так и согласно настоящему изобретению) используется для подачи напряжения на обсадную трубу 4 для измерений напряжений на электродах (18А, 20А и 22А на фиг 7) Однако согласно настоящему изобретению источник 38 может быть помещен внутрь зонда 14А, т к путь тока в процессе измерения волнового сопротивления начинается и заканчивается на электродах (21А и 24А на фиг 7), размещенных на зонде 14А Поскольку при измерениях волнового полного сопротивления (Q) оба вывода источника 38 подключены к электродам на зонде 14А, то исключена необходимость использования второго изолированного электрического проводника в кабеле 3 при выполнении этого измерения Расположение источника 38 внутри зонда 14А имеет дополнительное преимущество, заключающееся при измере 17 44269 18 ний волнового сопротивления в обеспечении для 21А для подвода тока по настоящему изобретеэлектрического тока пути с меньшим сопротивлению может использоваться с электрическим кабением, т к в результате этого электрический пролем, имеющим только один изолированный элекводник в кабеле 3 исключен из общей токовой трический проводник Электрическая цепи, благодаря чему при любом конкретном наэквивалентность компоновки по настоящему изопряжении увеличивается протекание возможного бретению компоновке известного прибора более электрического тока для выполнения измерения подробно описана ниже волнового сопротивления Изолированный проВозвращаясь к фиг 7, необходимо отметить, водник в электрическом кабеле 3 обычно имеет что третья схема ЗОА измерения напряжения изсопротивление в несколько Ом на 100 футов (30 бирательно подключается посредством телеметметров) длины, а для обычной длины кабеля он рически срабатывающих переключателей ЗОВ и вносил бы в схему сопротивление в несколько ЗОС для измерения падения напряжения непосотен Ом, значительно снижая возможный ток для средственно на электродах 18А и 22А вместо излюбого конкретного напряжения мерения второй разности первой 26А и второй 28А измерительных схем Перераспределение На фиг 8А изображен другой вариант конфиизмерений, выполняемых третьей измерительной гурации согласно настоящему изобретению, в косхемой ЗОА при измерении волнового сопротивтором источник электрического тока размещен ления, основано на том, что падение напряжения внутри зонда Источник показан позицией 38А на электродах по существу пропорционально расВыводы источника 38А (показанные как X и Y) стоянию между электродами и величине тока, можно избирательно электрически соединять с протекающего по обсадной трубе Посредством соответствующими электродами 34, 16А, 21 А, 24А выбора электродов 18А и 22А измеряемая величерез телеметрически управляемые переключачина тока увеличится тели, показанные позициями 50, 51, 52, 53 Телеметрически управляемые переключатели могут Для объяснения электрической эквивалентнопредставлять собой известные переключатели, сти измерений волнового сопротивления, выполкоторыми может дистанционно управлять системняемых зондом по фиг 2 и зондом по фиг 7, ниже ный оператор На фиг 8Б изображена таблица, в приведено описание теории измерения В системе которой представлены рабочие положения каждос практически однородной обсадной трубой 4 и го из переключателей (50, 51, 52, 53) для каждого практически однородной земной формацией б из трех различных измерений, как описано выше, распределение электрических напряжения и тока необходимых для определения удельного сопропо длине Z от точки ввода тока (в качестве кототивления формации, а именно, волнового полного рой согласно настоящему изобретению может сопротивления, сопротивления обсадной трубы и служить дополнительный электрод для подвода утечки тока Конкретным преимуществом компотока, показанный позицией 21А на фиг 7) может новки по фиг 8А является то, что для обеспечебыть определено выражениями ния протекания электрического тока между зондом 14А и поверхностью земли требуется лишь один изолированный электрический проводник Поэтому систему по фиг 8А можно использовать с бро(10) нированным электрическим кабелем (поз 3 на фиг 2), имеющим только один изолированный электрический проводник