Метод высокочастотного индукционного каротажного изопараметрического зондирования - Геология, гидрология и геодезия курсовая работа

Главная

Геология, гидрология и геодезия
Метод высокочастотного индукционного каротажного изопараметрического зондирования

Принципы изопараметричности зондов ВИКИЗ. Основные геолого-геофизические задачи, решаемые методом. Общие ограничения электромагнитных методов каротажа. Пространственная компоновка элементов зондового устройства. Структурная схема скважинного прибора.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Огромные по масштаб нефтепромысловые работы на территории Западной Сибири, выполненные к концу 70-х годов, дали обширный материал, на основе которого были созданы соответствующие геологические модели. Всё большее усложнение геоэлектрических разрезов, связанное с необходимость вовлечения в разработку продуктивных пластов малой мощности, и высокие темпы бурения требовали новых технологичных и экономически эффективных средств измерения электрических свойств пород. Метод “ВИКИЗ” удовлетворяет всем поставленным задачам и позволяет решать задачи электрокаротажа за одну спускоподъёмную операцию при эксплуатационном бурении на нефтегазоносных месторождениях.
Метод “ВИКИЗ” обладает высокой радиальной и вертикальной разрешающей способностью. Позволяет выделять пласты коллектора с высоким расчленением разреза по электрическим свойствам в промытой зоне, зоне проникновения и в неизменной части пласта. За одну спускоподъёмную операцию возможно регистрировать шесть характеристик среды, пять из которых несут информацию об электрическом сопротивлении пород на различном расстоянии от оси скважины вглубь пласта, а шестая - потенциал самопроизвольной поляризации.
Также по результатам обработки данных ВИКИЗ возможно получение следующих характеристик разреза:
- коэффициент эффективной пористости;
- визуальная экспресс-оценка характера флюидонасыщения;
- выделение коллекторов с расчетом эффективной мощности;
- определение УЭС от скважины до незатронутой проникновением части пласта;
- индикация и определение характеристик окаймляющей зоны;
- поиск водонефтяных, газоводяных контактов, а также переходных зон.
Уникальность данного метода заключается в разработке принципиально новых подвижных скважинных устройств - зондов. Все пять зондов размещены в едином корпусе и позволяют измерять относительные характеристики электромагниных полей (разность фаз или амплитуд), также применение подобных зондов и размещение зондовых элементов в соответствии с коэффициентом подобия и использование принципа частотно-геометрического подобия. В данной работе более подробно рассматривается метод “ВИКИЗ”, зонды “ВИКИЗ” и их принцип действия, интерпретация диаграмм “ВИКИЗ” и преимущества перед другими методами электрокаротажа.
Метод ВИКИЗ является модификацией метода ВЭМК (высокочастотный электромагнитный каротаж), только в нём в отличии от ВЭМК применяется рабочий диапазон частот от 0,875 до 14 МГц (в ВЭМК - до 800 кГц). Он, как и все электромагнитные методы к которым применяется индукционный подход, основан на возбуждении в породе переменного электромагнитного поля и измерении ЭДС, индуцированной в приёмной катушке зонда.
Зонд ВИКИЗ состоит из 2-х измерительных катушек и одной генераторной. Переменный ток, протекающий в генераторной катушке, создаёт переменное электромагнитное поле, индуцирующее вихревые токи в среде. Их сила тем больше, чем больше проводимость среды. Поле, образуемое в области измерительных катушек, есть сумма полей создаваемое генераторной катушкой (первичное поле) и поле индуцируемое вихревыми токами (вторичное). Напряженность вторичного поля зависит от сила вихревых токов и характеризуется проводимостью горных пород. Первичное поле не несёт информацию о горных породах и его компенсируют (исключают).
В методе ВИКИЗ измеряется относительные характеристики электромагнитного поля - разность фаз.
12p-arctg(p/1+p1+p2+2p1p2), где (1.1)
длина зонда; =z0 - толщина скин-слоя, определяемая частотой возбуждающего поля f=и электропроводностью , (=410-7).
Скин-слой - это слой толщиной L, в котором поле затухает в е раз. L=1/b, где b-коэффициент поглощения b=aa/2 1+2/(2a2)-1 (a и a-соответственно абсолютные электрическая и магнитная проницаемости;-удельная электрическая проводимость). Скорость, длина и затухание электромагнитной волны в среде зависит от частоты . Меняя частоту, и соответственно, коэффициент поглащения b, удаётся изменить глубину проникновения L, что и используется в данном методе. Чем больше проводимость, тем больше поглощение и изменение фазы на единицу длины.
Принципы изопараметричности зондов ВИКИЗ:
Одноимённые элементы зондов имеют геометрически подобное расположение - условие геометрической изопараметричности.
Отношение рабочих частот любой пары зондов обратно пропорционально квадрату их коэффициента - условие частотной изопараметричности (f1/f2=1/(z1/z2)2), где f1,f2- частоты зондов; z1,z2 -длины зондов.
Отношение произведении моментов генераторной и измерительной катушек любой пары зондов равно кубу их коэффициента подобия - условие изопараметричности магнитных моментов(n1/n2=(z1/z2)3). При измерении разности фаз достаточно первых двух условий.
Ниже на графике видно, как изменяются расстояния между измерительными катушками, измерительными и генераторными, с последовательным уменьшением длины зондов и увеличением рабочих частот.
Процессу увеличения длины соответствует одновременное снижение рабочих частот и, наоборот. С уменьшением длины зонда глубинность исследования уменьшается, но одновременное увеличение частоты сопровождается известным физическим явлением - уменьшением глубины проникновения высокочастотных токов в среду. Чем выше электропроводность и частота, тем в меньшем объёме вблизи зонда концентрируются индуцируемые токи. С увеличением длины зонда возрастает вклад в измеряемые характеристики поля удаленных участков среды. Этот эффект усиливается за счёт одновременного уменьшения рабочих частот, т.е. увеличения проникновения индуцируемых токов в среде. При этом токи в среде распределяются во всём большем объёме, снижая детальность исследования радиальных неоднородностей. Ослабление влияния параметров скважины достигается благодаря регистрации относительных характеристик поля.
Связь “водонасыщение - разность фаз”. Удельное сопротивление в переходной зоне рп на удалении h от водонасыщенной части пласта с удельным сопротивлением рВП определяется из следующего выражения:
p/h-вертикальный градиент сопротивления.
Согласно уравнению Арчи, можно установить для коэффициента водонасыщения КВ следующую связь с рВП и рП:
Заменив рП его выражением (3), получим:
Здесь =(р/h)(h/рВП) - безразмерный параметр, отражающий интенсивность уменьшения водонасыщенность коллектора в переходной зоне.
Измеряемая разность фаз в однородной среде связана с её удельным сопротивлением см. Выражение (1). Здесь р1 и р2 - безразмерные параметры, равные отношению соответствующей длины зонда к толщине скин- слоя. р1=I1[(1/рП)0,5] и р2=I2[(1/рП)0,5], где I1 и I2изопараметры зондов. Из этого можно сделать вывод, что функционально связана с удельным сопротивлением пласта также, как и коэффициент водонасыщения:
Учитывая коэффициент водонасыщенности, определенный из функциональной связи (6) , позволяет по известной зависимости определить долю нефти в поровом пространстве коллектора КН=1-КВ/ /.
Сочетание принципа частотно-геометрческого зондирования, высокочастотного возбуждения и измерение относительных характеристик, позволило согласовать два важных требования : повышение вертикального разрешения при сохранении приемлемой радиальной глубинности.
1.1 Основные геолого-геофизические задачи, решаемые методом ВИКИЗ
Метод высокочастотных индукционных каротажных изопарометрических зондирований предназначен для пространственного распределения удельного электрического сопративления пород, вскрытых скважинами, бурящимся на нефть и газ.
Использование метода ВИКИЗ позволяет решать следующие задачи ГИС:
- расчленение разреза, в том числе тонкослоистого, с высоким пространственным разрешением;
- оценка положения водонефтяных и газоводяных контактов;
- определение УЭС неизменной части пласта, зоны проникновения фильтрата бурового раствора с оценкой глубины вытеснения пластовых флюидов;
- выделение и оценка параметров радиальных неоднородностей в области проникновения, в том числе скоплений соленой пластовой воды («окаймляющие зоны»), как прямого качественного признака присутствия подвижных углеводородов в коллекторах.
Решаемые задачи в вертикальных скавжинах:
- визуальная экспресс-оценка характера флюидонасыщения;
- выделение коллекторов с расчетом эффективной мощности;
- определение УЭС от скважины до незатронутой проникновением части пласта;
- индикация и определение характеристик окаймляющей зоны;
- поиск водонефтяных, газоводяных контактов, а также переходных зон.
Достоинством метода высокочастотного индукционного каротажного изопараметрического зондирования является высокое пространственное разрешение, повышающее эффективность исследования маломощных пластов.
Вертикальная разрешающая способность, м:
при определении истинной мощности пласта
при определении сопротивления пласта
Минимальное УЭС бурового раствора, Ом.м
В отличие от трехкатушечных зондов индукционного каротажа, в которых измеряются абсолютные значения сигналов на фоне скомпенсированного прямого поля, метод ВИКИЗ, базирующийся на измерении относительных фазовых характеристик, может использоваться для исследования в скважинах, заполненных сильнопроводящим (УЭС менее 0,5 Ом*м) буровым раствором.
Результаты интерпретации диаграмм ВИКИЗ в комплексе с данными других методов ГИС и петрофизической информацией позволяет определять коэффициент нефтегазонасыщения, литологию терригенного разреза, оценивать неоднородность коллекторских свойствна интервалах пористо-проницаемых пластов, выделять интервалы уплотненных песчаников с карбонатными или силикатным цементом и др.
1.2 Общие ограничения электромагнитных методов каротажа
Применение методов индукционного и электромагнитного каротажа должно предваряться оценкой их возможностей в конкретных геоэлектрических ситуациях. Общей основой всех ограничений является несоответствие моделей реальному строению и физическим характеристикам геологической среды, а также наличие погрешностей при реальных измерениях в скважинах. При использовании индукционного возбуждения поля в среде и приема сигналов наибольшие ограничения связаны с изучением плохопроводящих геологических отложений. Наличие высокоомных пород приводит к уменьшению измеряемого сигнала, соответствующему возрастанию отношения шум/сигнал и относительной погрешности измерений. При инверсии таких данных относительные погрешности определения параметров возрастают настолько, что результат становится неопределенным.
Рассмотрим простой пример. Достигнутая в настоящее время в аппаратуре абсолютная точность измерения разности фаз составляет примерно 0,5°. Сигнал в однородной среде при УЭС, равном 300 Ом-м, составляет 0,77° (т.е. относительная погрешность равна примерно 0,65). Коэффициент усиления ошибки при пересчете в кажущееся сопротивление в этом случае составляет 1,11. Следовательно, сопротивление однородной среды будет определяться с относительной погрешностью 0,72 и интервалом неопределенности (300 ± 216) Ом-м.
Неблагоприятным для применения ВИКИЗ является сочетание сильнопроводя- щего бурового раствора (менее 0,01 Ом-м), широкой зоны проникновения с низким УЭС и высокоомного пласта. Для примера оценим возможность определения сопротивления газового пласта (рп=50 Ом-м) при наличии понижающего проникновения (рзп=0,2 Ом-м, гзп=0,7 м) и при сопротивлении бурового раствора рс= 0,005 Ом-м. Будем полагать, что относительные ошибки измерения составляют 0,03. Средний коэффициент усиления ошибки для инверсии составляет 22,1. Следовательно, относительная погрешность определения УЭС пласта будет около 0,66, что соответствует интервалу неопределенности (17--83) Ом-м.
Аналогичные проблемы по достоверному определению УЭС пласта возникают при широких (сравнимых с длиной зонда) зонах проникновения пониженного сопротивления.
Аппаратура ВИКИЗ обеспечивает измерение разностей фаз между э.д.с., наведенными в измерительных катушках пяти электродинамически подобных трехкатушеч- ных зондов, и потенциала самопроизвольной поляризации ПС.
Габаритные размеры скважинного прибора: диаметр - 0,073 м, длина - 4,0 м. Прибор состоит из зондового устройства, блока электроники и наземной панели.
2.1 Пространственная компоновка элементов зондового устройства
В аппаратуре ВИКИЗ используется набор из пяти трехкатушечных зондов. Конструктивно зондовое устройство выполнено на едином стержне и все катушки размещены соосно. Геометрические характеристики зондов представлены в табл. 4.I.
На рис. 4.1 показана схема размещения катушек на зондовом устройстве. Здесь приняты следующие обозначения: Гр Г2, Г3, Г4, Г5 -- генераторные катушки; И1, И2, И3, И4, И5, И6 -- измерительные катушки.
Все генераторные и измерительные катушки зондов меньшей длины размещены между катушками двухметрового зонда.
индукционный каротажный зондирование скважинный
Структурная схема скважинного прибора представлена на рис. 2.2. Блок электроники обеспечивает поочередную работу зондов. Первой включается генераторная катушка Г и измеряется разность фаз между э.д.с., наведенными в измерительных катушках Ир И2. Второй включается катушка Г2 и измеряется разность фаз между э.д.с., наведенными в измерительных катушках И2, И3. Далее поочередно включаются генераторные катушки остальных зондов.
Электронная схема содержит: усилители мощности - 1 - 5; смесители - 6- 11; аналоговый коммутатор -12; перестраиваемый гетеродин -13; устройство управления скважинным прибором -14;усилители промежуточной частоты -15, 16;опорный кварцевый генератор -17;широкополосный фазометр -18; передатчик телесистемы -19; выходное устройство -20; блок питания -21.
Смесители расположены в зондовом устройстве рядом с измерительными катушками. Там же установлен аналоговый коммутатор. Остальные элементы схемы расположены в блоке электроники.
Скважинный прибор подключается к наземной панели с помощью трехжильного кабеля. При регистрации на компьютеризированную каротажную станцию функции наземной панели может выполнять соответствующая программа.
Рисунок 2.2 - Структурная схема скважинного прибора
Наземная панель - автономная микропроцессорная система, которая выполняет следующие основные функции:
- обеспечивает питание скважинного прибора;
- принимает цифровые сигналы от скважинного прибора;
- учитывает сигналы «нули воздуха» (фазовые сдвиги в непроводящей среде);
- трансформирует принятые сигналы в значения нормированной разности фаз;
- преобразует результаты обработки в аналоговые сигналы (если используются аналоговые регистраторы);
- передает результаты обработки по стандартному последовательному интерфейсу RS-232;
- отображает на светодиодном индикаторе коды текущих режимов и результаты измерений.
Наземная панель состоит из следующих блоков (рис. 2.3):
- источника питания для скважинного прибора. Микроконтроллер обеспечивает общее управление панелью.
Формирователь сигнала отделяет информационный сигнал от напряжения питания зонда (они передаются по одной жиле кабеля), а также преобразует его в последовательность прямоугольных импульсов с уровнями транзисторно-транзисторной логики.
Рисунок 2.3 - Структурная схема наземной панели
Для аналоговых регистраторов 5-канальный ЦАП формирует напряжения постоянного тока, пропорциональные измеренным значениям разности фаз.
Интерфейс RS-232 предназначен для передачи измеренных значений в цифровом коде.
Энергонезависимое ОЗУ обеспечивает хранение значений «нулей воздуха» скважинного прибора, которые учитываются при каждом измерении.
Индикаторный светодиодный модуль отображает результаты измерений, а также коды текущих режимов работы.
Фильтр сигнала ПС осуществляет низкочастотную фильтрацию.
Сетевой источник питания преобразует сетевое напряжение в ряд постоянных напряжений +5 В, +24 В и --12 В, которые используются для питания собственно элементов панели.
Источник питания скважинного прибора преобразует выходное напряжение сетевого источника (+24 В) в напряжение постоянного тока (+140 В).
2.3 Схема функционирования скважинного прибора и наземной панели
Скважинный прибор работает следующим образом (см. рис. 2.2). Сигнал, стабилизированный по частоте, с опорного генератора17 поступает в устройство управления скважинным прибором14,в котором вырабатываются сигналы, управляющие генераторными частотами. По команде из того же устройства14 через усилитель мощности1на катушку первого зонда подается рабочая частота. По команде из устройства14 настраивается частота гетеродина 20, смещенная относительно генераторной частоты на величину промежуточной частоты Дf. Переменный ток в генераторной катушке возбуждает в окружающей среде электромагнитное поле. Это поле наводит в измерительных катушках И1 - И6 э.д.с., зависящие от электрофизических свойств горных пород. Эти э.д.с. передаются на входы смесителей6 - 11, а на их вторые входы поступает сигнал гетеродинной частоты. На выходе смесителей появляются сигналы промежуточной частоты с теми же фазами, что и у высокочастотных сигналов.
Процесс измерения происходит в два этапа. На первом этапе по команде из устройства14аналоговый коммутатор12 подключает сигнал от смесителя6к усилителю промежуточной частоты15, а сигнал от смесителя7- к усилителю промежуточной частоты16. Усиленные и сформированные сигналы подаются на входы фазометра18. После окончания переходных процессов в генераторных, гетеродинных цепях и усилителях15, 16 по команде из устройства14 фазометр18 начинает первое измерение, в конце которого данные сохраняются. Затем начинается второй этап работы. По команде из устройства14аналоговый коммутатор12 подключает сигнал от смесителя6 к усилителю промежуточной частоты16, а сигнал от смесителя7- к усилителю промежуточной частоты15. Усиленные и сформированные сигналы подаются на входы фазометра18. После окончания переходных процессов по команде из устройства14 фазометр18начинает второе измерение. Измеренные данные суммируются с результатом первого измерения, при этом полезное значение разности фаз удваивается, а паразитное, возникающее из-за влияния на каналы усиления дестабилизирующих факторов, вычитается. Таким образом, перекрестная коммутация позволяет увеличить точность измерения. В фазометре происходит измерение разности фаз Дц между входными сигналами и их периода Т, усредненного по двум измерениям. Величины Дц и Т с помощью передатчика ТЛС19 по линии связи передаются на регистрацию через выходное устройство20. Это устройство выделяет передаваемую информацию на фоне тока, поступающего по кабелю к блоку питания21. Блок 21преобразует постоянный ток в напряжения питания узлов прибора. После этого из устройства14 поступает новая команда, обеспечивающая прекращение работы первой генераторной катушки Г1 и включение в работу второй генераторной катушки Г2, работающей на другой частоте. Одновременно на выходе гетеродина13появляется сигнал новой гетеродинной частоты, которая отличается от новой генераторной частоты на ту же самую величину Дf Аналоговый коммутатор12выбирает новую пару измерительных катушек И2, И3, и процесс измерения повторяется. Далее по очереди работают все остальные генераторные катушки Г3, Г4, Г5, каждая на своей частоте. Соответствующие подключения осуществляются в гетеродине 13 и в аналоговом коммутаторе12. После окончания всего цикла вновь работает первая генераторная катушка Г1, и весь цикл повторяется.
Основным методом контроля метрологических характеристик является измерение в однородной среде с известным УЭС. Однородная среда может быть заменена водоемом с минерализованной водой. Для достижения допустимых погрешностей, обусловленных конечными размерами водоема, его глубина и поперечные размеры должны превышать 6 м. При этом необходимо обеспечить одинаковые значения УЭС во всем объеме раствора с погрешностью не более 1 %. Из-за нелинейности зависимости разности фаз Дщ от величины УЭС необходимо проводить измерения по крайней мере в пяти точках рабочего диапазона измерений. Это можно реализовать путем изменения минерализации воды.
Другим способом метрологического контроля является использование физической модели, имитирующей сигналы, как в однородной среде. К такой модели предъявляют два основных требования: параметры должны поддаваться измерению с необходимой точностью; математическая модель, описывающая физическую, должна обеспечивать требуемую точность расчета. Для этих целей было выбрано проволочное кольцо, соосное с катушками зонда. Оно представляет собой замкнутый одновитковый контур, состоящий из последовательно включенных индуктивности L, сопротивления Rи емкости конденсатора С.
Рисунок 2.4 - Схема расположения кольца
Здесь L1и L2- расстояния от измерительных катушек И1 и И2 до генераторной катушки Г,b- радиус кольца, Z- расстояние от плоскости кольца до измерительной катушки И1, ток в генераторной катушке изменяется по закону J=J0 - eiщt.Рабочая частота зондаf= щ/2рКомплексное сопротивление цепи кольца на рабочей частоте R + iX. Активное сопротивление R складывается из потерь в высокоомном проводе и в конденсаторе, включенном в разрыв цепи. Реактивное сопротивление X =1/щC -щL.
Методика метрологической аттестации основана на зависимости величины Дц от электрических параметров Rи X тонкого кольца, его радиуса b и положения z относительно катушек. При изменении z от 0 доL1величина Дц имеет два максимума и один минимум. При выполнении условияbМетод высокочастотного индукционного каротажного изопараметрического зондирования курсовая работа. Геология, гидрология и геодезия.
Сочинение Сегодня Егэ
Курсовая работа по теме Розв’язання алгебраїчних рівнянь в радикалах
Предмет Исследования В Дипломной Работе Пример
Фото Эссе
Лабораторная Работа Многообразие Живых Организмов
Реферат: Практика применения норм хозяйственно-процессуального кодекса о подведомственности дел хозяйственному суду
Как Писать Сочинение Отзыв О Произведении
Сочинение Рассуждение По Творчеству Фета
Реферат: Анализ прибыли
Конституционно Правовой Статус Личности Реферат
Мини Сочинение О Пользе Честного Труда
Реферат: Двухзеркальная антенна по схеме Кассергена
Реферат: Внутрішня і зовнішня торгівля України на поч. ХІХ ст.
Предпосылки Возникновения Гражданских Процессуальных Правоотношений Реферат
Реферат: Виды и характеристика управленческих ролей. Опишите управленческие роли выполняемые сотрудникам 2
Историческое Значение Слова О Полку Игореве Сочинение
Реферат по теме Олимпийские игры в античности
Рычаги Реализации Государственной Региональной Политики Реферат
Сочинение Описание Внешности Писателя
Эссе Противодействие Коррупции В Образовательных Учреждениях
Состояние и пути совершенствования учета труда и его оплаты - Бухгалтерский учет и аудит курсовая работа
Афанасьевская культура - Биология и естествознание презентация
Электромагнитные излучения и человек - Безопасность жизнедеятельности и охрана труда научная работа