Рис. 3.18. Диаграммы для модели глина — газонасыщенный пласт — глина. Усл. обозн. см. рис. 3.10.
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 сильнопроводящего бурового раствора (менее 0,01 Ом-м), широкой зоны проникновения с низким УЭС и высокоомного пласта. Для примера оценим возможность определения сопротивления газового пласта (/?п=50 Ом-м) при наличии понижающего проникновения (/?зп=0,2 Ом-м, гзп=0,7 м) и при сопротивлении бурового раствора /т.= 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.
3.3. Аппаратура, её сертификация и метрологическая поверка
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.
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. 3.1.
На рис. 3.19 показана схема размещения катушек на зондовом устройстве. Здесь приняты следующие обозначения: Г1, Г2, Г3, Г4, Г5 — генераторные катушки; И1, И2, И3, И4, И5, И6 — измерительные катушки.
Таблица 3.1 Геометрические характеристики зондов
|
Схема зонда |
Длина, м |
База, м |
Точка записи, м |
|
И6 0.40 И5 1.60 Г5 |
2,00 |
0,40 |
3,28 |
|
И50.28И4 1.13Г4 |
1,41 |
0,28 |
2,88 |
|
И4 0.20 ИЗ 0.80 ГЗ |
1,00 |
0,20 |
2,60 |
|
ИЗ 0.14 И2 0.57 Г2 |
0,71 |
0,14 |
2,40 |
|
И2 0.10 И1 0.40 П |
0,50 |
0,10 |
2,26 |
|
ПС |
|
|
3,72 |
Все генераторные и измерительные катушки зондов меньшей длины размещены между катушками двухметрового зонда.
Рис. 3.19. Пятизондовая система. Поясн. см. в тексте.
Структурная схема аппаратуры
Структурная схема скважинного прибора представлена на рис. 3.20. 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.
Рис. 3.20. Структурная схема скважинного прибора. Поясн. см. в тексте.
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.
Схема функционирования скважинного прибора и наземной панели
Скважинный прибор работает следующим образом (см. рис. 3.20). Сигнал, стабилизированный по частоте, с опорного генератора 17 поступает в устройство управления скважинным прибором 14, в котором вырабатываются сигналы, управляющие генераторными частотами. По команде из того же устройства 14 через усилитель мощности 1 на катушку Г1 первого зонда подается рабочая частота. По команде из устройства 14 настраивается частота гетеродина 20, смещенная относительно генераторной частоты на величину промежуточной частоты )f. 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 смесителей 6—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 устройства 14 аналоговый коммутатор 12 подключает сигнал от смесителя 6 к усилителю промежуточной частоты 15, а сигнал от смесителя 7 — к усилителю промежуточной частоты 16. Усиленные и сформированные сигналы подаются на входы фазометра 18. После окончания переходных процессов в генераторных, гетеродинных цепях и усилителях 15, 16 по команде из устройства 14 фазометр 18 начинает первое измерение, в конце которого данные сохраняются. Затем начинается второй этап работы. По команде из устройства 14 аналоговый коммутатор 12 подключает сигнал от смесителя 6 к усилителю промежуточной частоты 16, а сигнал от смесителя 7 — к усилителю промежуточной частоты 15. Усиленные и сформированные сигналы подаются на входы фазометра 18. После окончания переходных процессов по команде из устройства 14 фазометр 18 начинает 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 А<р между входными сигналами и их периода Т, усредненного по двум измерениям. Величины А.<р и Т с помощью передатчика ТЛС 19 по линии связи передаются на регистрацию через выходное устройство 20. Это устройство выделяет передаваемую информацию на фоне тока, поступающего по кабелю к блоку питания 21. Блок 21 преобразует постоянный ток в напряжения питания узлов прибора.
После этого из устройства 14 поступает новая команда, обеспечивающая прекращение работы первой генераторной катушки Г: и включение в работу второй генераторной катушки Г2, работающей на другой частоте. Одновременно на выходе гетеродина 13 появляется сигнал новой гетеродинной частоты, которая отличается от новой генераторной частоты на ту же самую величину А/ Аналоговый коммутатор 12 выбирает 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 коммутаторе 12. После окончания всего цикла вновь работает первая генераторная катушка Г1 и весь цикл повторяется.
Метрологическое обеспечение
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 )φ 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 R и емкости конденсатора С. Схема расположения кольца приведена на рис. 3.21.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29
