АНТИСИММЕТРИЗОВАННЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК G01V3/28 

Перекрестная ссылка на родственную заявку

Данная заявка имеет приоритет первичной заявки № 60/673936 на патент США от 22 апреля 2005.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области каротажа скважин, а более конкретно - к способам, при осуществлении которых можно использовать инструменты, оснащенные антенными системами, имеющими поперечные или наклонные магнитные диполи, для усовершенствованных электромагнитных измерений подземных пластов.

Предшествующий уровень техники

Нижеследующее описание и примеры не следует считать известным уровнем техники лишь в силу их включения в этот раздел.

В области разведки и добычи углеводородов известны различные способы каротажа скважин. Эти способы, как правило, предусматривают использование обычных инструментов либо инструментов, оснащенных источниками, выполненными с возможностью излучения энергии в подземный пласт, через который проходит ствол скважины. Излученная энергия может взаимодействовать с окружающим пластом, что приводит к генерированию сигналов, которые можно затем обнаружить и измерить с помощью одного или более датчиков. Путем обработки данных обнаруженных сигналов можно получать профиль свойств пласта.

Примеры инструментов для каротажа скважин могут включать в себя электромагнитные инструменты (ЭМ) для измерения удельного сопротивления, такие как индукционные инструменты или инструменты, действие которых основано на распространении волн. ЭМ инструменты для измерения удельного сопротивления можно располагать внутри ствола скважины для измерения электрической удельной проводимости (или обратной величины - удельного сопротивлении) пластов грунта, окружающих ствол скважины. Типичный электромагнитный инструмент для измерения удельного сопротивления включает в себя антенну-передатчик и одну или более (в предпочтительном варианте - пару) антенн-приемников, расположенных на некотором расстоянии от антенны-передатчика вдоль оси инструмента. Индукционные ЭМ инструменты измеряют удельное сопротивление (или удельную проводимость) пласта путем измерения напряжения, индуцируемого в антенне-приемнике в результате воздействия магнитного потока, индуцируемого токами, протекающими через пласт в ответ на ЭМ сигнал от излучающей антенны (или антенны-передатчика). ЭМ инструменты, действие которых основано на распространении волн, работают аналогичным образом, но в типичном случае - на более высоких частотах, чем индукционные ЭМ инструменты, при сравнимых промежутках между антеннами. Инструменты, действие которых основано на распространении волн, в типичном случае работают в диапазоне частот 1 кГц-2 МГц, но могут работать и в гигагерцевом диапазоне, как в каротажных инструментах, работа которых основана на измерении диэлектрической проницаемости.

Обычные передатчики и приемники представляют собой антенны, образованные катушками, имеющими один или более витков изолированной монтажной проволоки, намотанной вокруг опоры. Эти антенны в типичном случае используются как передатчики и/или приемники.

Конфигурация катушки, проводящей ток (например, катушки-передатчика), обеспечивает генерирование магнитного поля. Электромагнитную энергию из антенны-передатчика можно передавать в окружающий пласт, что приводит к индуцированию тока (вихревого тока), протекающего в пласте вокруг передатчика. В свою очередь, вихревой ток в пласте может генерировать магнитное поле, которое индуцирует электрическое напряжение в антеннах-приемниках. Если используют пару отстоящих друг от друга приемников, то индуцируемые напряжения в обеих антеннах-приемниках должны иметь разные фазы и амплитуды из-за геометрического расширения и поглощения окружающим пластом. Для обычных индукционных инструментов катушки наматывают встречно и соединяют друг с другом последовательно. Количество витков и местоположение катушек корректируют таким образом, что суммарное напряжение оказывается почти равным нулю на воздухе. Более старые конструкции индукционных инструментов часто имели более одного передатчика и более двух приемников. Фазовый сдвиг и затухание сигналов из обоих приемников можно использовать для определения электрических свойств пласта. Обнаруживаемые фазовый сдвиг (Ф) и затухание (З) могут зависеть не только от промежутка между двумя приемниками и промежутка между передатчиком и приемниками, но и от частоты ЭМ волн, генерируемых передатчиком.

В обычных ЭМ инструментах для индукционного каротажа, а также в ЭМ каротажных инструментах, действие которых основано на распространении волн, антенны-передатчики и антенны-приемники установлены так, что их оси направлены вдоль продольной оси инструмента. Таким образом, эти инструменты выполнены с антеннами, имеющими продольные магнитные диполи (ПрМД). Методом слияния в области каротажа скважин называют использование инструментов, включающих в себя антенны, имеющие наклонные или поперечные катушки, т.е. те, в которых ось катушки не параллельна продольной оси опоры или ствола скважины. Эти антенны генерируют поперечный или наклонный магнитный дипольный (ПоМД или НаМД) момент.

Электромагнитные измерения, проводимые такими инструментами, как индукционные инструменты и инструменты, действие которых основано на распространении волн, могут содержать информацию, касающуюся электромагнитных свойств сред, через которые проходит сигнал. Из принимаемых сигналов можно извлечь информацию, например, о падении пласта и его анизотропии.

Сущность изобретения

Технической задачей настоящего изобретения является создание способа определения параметра подземного пласта, например анизотропии и падения, который заключается в том, что делают по меньшей мере два измерения перекрестных диполей и формируют антисимметризованную комбинацию из указанных по меньшей мере двух измерений.

Заявляемое изобретение не сводится к вариантам воплощения, которые обеспечивают устранение некоторых или всех упомянутых недостатков. В разделе «Сущность изобретения» в упрощенной форме раскрываются концепции, которые описаны ниже в разделе «Подробное описание изобретения».

Краткое описание чертежей

Ниже будут описаны варианты воплощения различных технологий со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 изображает схему антисимметризованного направленного измерения перекрестных диполей согласно изобретению;

фиг.2 - схему антисимметризованного направленного индукционного измерения согласно изобретению;

фиг.3А и 3В - схему антисимметризованного направленного измерения, основанного на распространении волн, согласно изобретению;

фиг.4А и 4В - схему антисимметризованного направленного измерения, основанного на распространении волн, согласно изобретению;

фиг.5 - схему антисимметризованного направленного измерения, основанного на распространении волн, согласно изобретению;

фиг.6 - диаграммы чувствительности антисимметризованного фазового сдвига, полученного при наклоне относительно оси на 84” на частоте 400 кГц, к анизотропии при изменяемом относительном угле падения и к горизонтальному удельному сопротивлению, согласно изобретению;

фиг.7 - параметрическую даграмму антисимметризованного фазового сдвига, полученного при наклоне относительно оси на 84” на частоте 400 кГц, при относительном угле падения, составляющем 75°, согласно изобретению;

фиг.8 - параметрические диаграммы антисимметризованного фазового сдвига, полученного при наклоне относительно оси на 84” на частоте 400 кГц, для фиксированных горизонтальных удельных сопротивлений 0,5 Ом·м, 1 Ом·м, 2 Ом·м и 5 Ом·м, согласно изобретению;

фиг.9 - диаграмму нормализованного симметризованного и антисимметризованного отклика фазового сдвига для направленных измерений, полученного при наклоне относительно оси на 84” на частоте 100 кГц, в слое 20 футов, имеющем R_h=5 Ом·м, R_V=10 Ом·м, с уступами, параметры которых составляют 2 Ом·м и 1 Ом·м, согласно изобретению;

фиг.10 - диаграмму нормализованного симметризованного и антисимметризованного отклика фазового сдвига для направленных измерений, полученного при наклоне относительно оси на 84” на частоте 400 кГц, в слое 20 футов, имеющем R_h=5 Ом·м, R_V=10 Ом·м, с уступами, параметры которых составляют 2 Ом·м и 1 Ом·м, согласно изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

В данном описании употребляются термины «вверх» и «вниз», «верхний» и «нижний», «выше по течению» и «ниже по течению», «над» и «под», а также другие аналогичные термины, указывающие относительное положение над или под некоторым заданным местом или элементом. Когда эти термины употребляются применительно к оборудованию и способам, предназначенным для использования в скважинах, которые являются наклонными или горизонтальными или употребляются применительно к оборудованию и способам, предназначенным для использования в скважине и предусматривающих наклонную или горизонтальную ориентацию, эти термины могут относиться к направлениям слева направо, справа налево или другому направлению. Применительно к измерениям, проводимым при каротаже в процессе бурения и предусматривающим использование поперечных или трехосных катушек на вращающемся инструменте в наклонной или горизонтальной скважине, термины «вверх» и «вниз» могут относиться к ориентации инструмента вверх и вниз во время его вращения вокруг своей оси.

Термин «инструмент» может употребляться в комбинации, например, с такими терминами, как «электромагнитный инструмент», «инструмент, опускаемый в скважину на тросе» или «инструмент для каротажа в процессе бурения». Хотя различные описываемые технологии приводятся применительно к индукционному инструменту и инструменту, действие которого основано на распространении волн, следует понимать, что возможны и другие операции, такие как каротаж в процессе спускоподъемных операций, постоянный мониторинг, каротаж по диэлектрической проницаемости. Кроме того, в данном описании используется термин «удельная проводимость», но любую ссылку на «удельную проводимость» следует считать охватывающей также обратную ей величину, т.е. удельное сопротивление.

В данном описании раскрыты различные антисимметризованные направленные измерения для определения анизотропии в негоризонтальных и невертикальных скважинах. Эти измерения могут обеспечить определение влияния анизотропии и падения в случае, если падение превышает 35°.

Нижеследующие уравнения отображают математическую теорию, положенную в основу различных вариантов воплощения. Катушка-передатчик имеет магнитный момент, описанный вектором М. Магнитное поле в катушке-приемнике обозначено вектором Н. В системе координат инструмента, в формулировках, предложенных Moran и Galianzero “Effect of formation anisotropy on resistivity-logging measurements” (Влияние анизотропии пласта на измерения при каротаже по методу сопротивления), Geophysics, том 44, № 7, июль 1979 г., с. 1266-1286, после поворота на азимут падения (угол α падения пласта, угол β отклонения), магнитное поле и источники магнитных диполей можно связать следующим образом:

(1)

причем в координатах Т пласта для бесконечной гомогенной среды с поперечной изотропностью (ПИ) анизотропию можно записать следующим выражением:

(2)

Расстояния ρ и s и координаты х, у и z можно выразить через расстояние r между передатчиком и приемниками и относительный угол α падения следующим образом:

(3)

где: L_h и T_h - это элементарные функции, соответствующие связи пар продольных и поперечных катушек, разделенных расстоянием r в гомогенной изотропной среде с горизонтальной удельной проводимостью σ_h и вертикальной удельной проводимостью σ_v, причем эти функции можно выразить следующим образом:

(4)

Связь XZ можно выразить следующим образом:

(5)

Из уравнений (1)-(5) можно сделать вывод, что обычное (ZZ) измерение нечувствительно к выделению относительного угла падения из данных анизотропии.

Наоборот, обычное (ZZ) измерение чувствительно к параметру k_vs, связывающему относительный угол с анизотропией. Коэффициент λ² анизотропии можно определить как отношение горизонтальной удельной проводимости σ_h и вертикальной удельной проводимости σ_v, т.е. λ²=σ_h/σ_v. Относительный угол падения можно определить как угол между осью ствола скважины (или осью инструмента) и нормалью к плоскости пласта.

Наоборот, измерения (ZX и XZ) перекрестной диполи чувствительны к анизотропии и относительному углу падения. Термин «перекрестный диполь» означает «перекрестный член» или недиагональный член матрицы. Разделение между относительным углом отклонения и анизотропией при небольших углах может быть выражено уравнением

(6)

Связи XZ и ZX пропорциональны члену (k_v ²-k_h ²)sin(α) при малых углах α.

Формирование симметризованных комбинаций с использованием измерений перекрестных диполей (например, путем вычитания измерений перекрестных диполей для полного или почти полного устранения влияния анизотропии и падения и усиления влияния границ слоя) раскрыто в патенте США № 6969994. В данном описании показано, что формирование несимметризованных комбинаций измерений перекрестных диполей усилит чувствительность к анизотропии и падению, а также уменьшит чувствительность к границам пласта.

Разные инструменты могут потребовать разных комбинаций антисимметризованных измерений. Например, в инструменте, действие которого основано на распространении волн, возможно использование отношения измерений, а в индукционном инструменте возможно использование суммы измерений. Кроме того, во вращающемся инструменте, будь то индукционный инструмент или инструмент, действие которого основано на распространении волн, возможно использование некоторой комбинации измерений «вверх и вниз» (см. ниже).

В одном варианте воплощения измерение перекрестного диполя с использованием индукционного инструмента можно представить в следующем виде: M(θ₁, θ₂)+M^∗(θ₂, θ₁) или M(θ₂, θ₁)-M^∗(θ₂, 180°-θ₁), где M(θ₁, θ₂) - индукционное измерение с помощью наклонной антенны (наклонных антенн); θ₁ - угол наклона передатчика; θ₂ - угол наклона антенны-приемника; M^∗(θ₂, 180°-θ₁) - измерение с помощью передатчика и приемника после их взаимной замены (т.е. M^∗ - это зеркальное отображение М относительно центральной плоскости, перпендикулярной оси инструмента, при этом все ориентации антенн сохраняются).

В другом варианте воплощения измерение перекрестного диполя, осуществляемое инструментом, действие которого основано на распространении волн, можно представить в следующем виде: (M(θ₁, θ₂)+M^∗(θ₂, θ₁))_{ВВЕРХ/ВНИЗ} или (M(θ₂, θ₁)-M^∗(θ₂, 180°-θ₁))_{ВВЕРХ/ВНИЗ}, где M(θ₁, θ₂)_{ВВЕРХ/ВНИЗ} - отношение измерений, основанных на распространении волн, с помощью наклонной антенны (наклонных антенн), когда инструмент ориентирован сначала верх, потом - вниз; M^∗(θ₂, 180°-θ₁) - аналогичное отношение после взаимной замены передатчиков и приемников (т.е. M^∗ - это зеркальное отображение М относительно центральной плоскости, перпендикулярной оси инструмента, при этом все ориентации антенн сохраняются); θ₁ - угол наклона передатчиков; θ₂ - угол наклона антенн-приемников.

На фиг.1 изображена схема антисимметризованного измерения перекрестного диполя в соответствии с различными описываемыми технологиями. Передатчики и приемники показаны в виде точечных магнитных диполей. Антенны, обозначенные символом Z, имеют дипольный момент вдоль оси 100 инструмента, тогда как антенны, обозначенные символом Х, имеют дипольный момент, перпендикулярный оси 100 инструмента. Для ясности ось инструмента обозначена пунктирной линией. Во время работы сначала активируют ориентированный вдоль оси передатчик Т_z и измеряют напряжение V_xz на поперечно-ориентированном приемнике R_x. Затем включают поперечно-ориентированный передатчик Т_x и измеряют напряжение V_zx на ориентированном вдоль оси приемнике R_z. Напряжение V_xz можно сложить с напряжением V_zx для генерирования напряжения V_xz+V_zx, которое может оказаться чувствительным к анизотропии и относительному углу падения.

На фиг.2 изображена схема антисимметризованного направленного индукционного измерения в соответствии с вариантами воплощения изобретения. В одном воплощении антисимметризованное направленное индукционное измерение можно проводить с помощью индукционного инструмента, расположенного в слое пласта. Индукционный инструмент может включать в себя антенны 1, имеющие дипольный момент, расположенный под углом θ₁ к оси 200 инструмента, и антенны 2, имеющие дипольный момент, расположенный под углом θ₂. Угол θ₁ может быть меньше 90 градусов, а угол θ₂ может быть больше 90 градусов. В еще одном варианте дипольные моменты обеих антенн 1 и 2 могут быть ориентированы в одной и той же плоскости.

Во время работы можно активировать передатчик Т₁, имеющий дипольный момент, наклоненный под углом θ₁ к оси 200 инструмента, и можно измерить напряжение V₂₁ на приемнике R₂, имеющем дипольный момент, наклоненный под углом θ₂ к оси 200 инструмента. Затем можно активировать передатчик Т₂, имеющий дипольный момент, наклоненный под углом θ₂ к оси 200 инструмента, и можно измерить напряжение V₁₂ на приемнике R₁, имеющем дипольный момент, наклоненный под углом θ₁ к оси 200 инструмента. Потом напряжение V₁₂ можно сложить с напряжением V₂₁, чтобы получить информацию об анизотропии и относительном угле падения. Хотя выше описано антисимметризованное направленное индукционное измерение применительно к использованию двух антенн-приемников R₁ и R₂, следует понять, что в некоторых случаях каждая антенна может быть взаимно сбалансированной и иметь компенсационную катушку.

Одну антенну можно использовать в качестве передатчика в один момент времени и в качестве приемника - в другой момент времени. Описываемые здесь конфигурации «передатчик-приемник» могут быть взаимозаменяемыми ввиду принципа взаимности, т.е. «передатчик» можно использовать в качестве «приемника», и наоборот. Например, положения передатчика Т₁ и приемника R₁ могут быть взаимозаменяемыми и положения передатчика Т₂ и приемника R₂ также могут быть взаимозаменяемыми. Описываемые здесь различные варианты воплощения измерений могут иметь место на любой частоте, например, от килогерцевого диапазона до гигагерцевого диапазона.

На фиг.3А и 3В изображена схема антисимметризованного направленного измерения, основанного на распространении волн, в соответствии с различными вариантами технологий. В одном варианте антисимметризованное направленное индукционное измерение можно проводить с помощью инструмента, действие которого основано на распространении волн и который расположен в слое пласта. Этот инструмент, действие которого основано на распространении волн, может включать в себя передатчик Т, имеющий дипольный момент, наклоненный под углом θ₁ к оси 300 инструмента, и приемник R, имеющий дипольный момент, наклоненный под углом θ₂ к оси 300 инструмента (фиг.3А). Угол θ₁ и угол θ₂ могут отличаться от 90 градусов. В еще одном варианте дипольный момент передатчика Т и дипольный момент приемника R могут быть ориентированы в одной и той же плоскости.

Во время работы можно активировать передатчик Т и можно измерить напряжение на приемнике R как V_ВВЕРХ, поскольку напряжение V_ВВЕРХ измеряют, когда приемник Т направлен к верхней границе. Затем можно повернуть инструмент, действие которого основано на распространении волн, на 180 градусов вокруг его продольной оси из его положения, соответствующего ориентации вверх. В положении, соответствующем ориентации вниз, дипольные моменты передатчика Т и приемника R представлены пунктирными линиями. Затем можно активировать передатчик Т и можно измерить напряжение на приемнике R как V_ВНИЗ, поскольку напряжение V_ВНИЗ измеряют, когда передатчик Т направлен к нижней границе. Потом можно вычислить логарифмическую функцию отношения V_ВВЕРХ и V_ВНИЗ для генерирования первого измерения, основанного на распространении волн, которое может быть эквивалентно обычным измерениям, основанным на распространении волн, с помощью двух приемников. В одном варианте воплощения логарифмическую функцию отношения V_ВВЕРХ и V_ВНИЗ можно выразить в виде ln(V_ВВЕРХ/V_ВНИЗ)=Ае^iϕ, где: затухание (Зат) и фазовый сдвиг (ФС) определяются как Зат (дБ)=20·A/ln(10) и ФС (град.)=(180/pi)·ϕ.

После первого измерения, основанного на распространении волн, делают взаимную замену положений передатчика Т и приемника R (фиг.3В). Можно активировать передатчик Т и измерить напряжение V_ВВЕРХ на приемнике R. Затем можно повернуть инструмент, действие которого основано на распространении волн, на 180 градусов вокруг его продольной оси из его положения, соответствующего ориентации вверх. В положении, соответствующем ориентации вниз, дипольные моменты передатчика Т и приемника R представлены пунктирными линиями. Затем можно активировать передатчик Т и измерить напряжение на приемнике R как V_ВНИЗ. Потом можно вычислить логарифмическую функцию отношения V_ВВЕРХ и V_ВНИЗ для генерирования второго измерения, основанного на распространении волн. Как упоминалось выше, логарифмическую функцию отношения V_ВВЕРХ и V_ВНИЗ можно выразить в виде ln(V_ВВЕРХ/V_ВНИЗ)=Ае^iϕ, где затухание и фазовый сдвиг можно определить как Зат (дБ)=20·A/ln(10) и ФС (град.)=(180/pi)·ϕ. Затем можно сложить первое измерение, основанное на распространении волн, со вторым измерением, основанным на распространении волн, чтобы получить информацию, касающуюся анизотропии и относительного угла падения для слоя пласта.

На фиг.4А и 4В изображена схема антисимметризованного направленного измерения, основанного на распространении волн, в соответствии с вариантами воплощения изобретения. В одном варианте воплощения инструмент, действие которого основано на распространении волн, может включать в себя передатчик Т, имеющий ориентированный в осевом направлении дипольный момент, и приемник R, имеющий дипольный момент, наклоненный под углом θ к оси 400 инструмента (фиг.4А). Угол θ может быть меньше 90 градусов.

Во время работы можно активировать передатчик Т и измерить напряжение на приемнике R как V_ВВЕРХ, поскольку напряжение V_ВВЕРХ измеряют, когда приемник Т направлен к верхней границе. Затем можно повернуть инструмент, действие которого основано на распространении волн, на 180 градусов вокруг его продольной оси. В этом положении дипольный момент передатчика Т остается тем же самым, потому что совпадает с осью 400 инструмента, а дипольный момент приемника R представлен пунктирными линиями. Затем можно активировать передатчик Т и измерить напряжение на приемнике R как V_ВНИЗ, поскольку напряжение V_ВНИЗ измеряют, когда приемник R направлен к нижней границе. Потом можно вычислить логарифмическую функцию отношения V_ВВЕРХ и V_ВНИЗ для генерирования первого измерения, основанного на распространении волн. В одном случае логарифмическую функцию отношения V_ВВЕРХ и V_ВНИЗ можно выразить в виде ln(V_ВВЕРХ/V_ВНИЗ)=Ае^iϕ, где затухание и фазовый сдвиг можно определить как Зат (дБ)=20·A/ln(10) и ФС (град.)=(180/pi)·ϕ.

После первого измерения можно скорректировать передатчик Т таким образом, что его дипольный момент окажется наклоненным под углом θ к оси 400 инструмента, и можно скорректировать приемник R таким образом, что его дипольный момент окажется совпадающим с осью 400 инструмента (фиг.4В). Можно активировать передатчик Т и измерить напряжение V_ВВЕРХ на приемнике R. Затем можно повернуть инструмент, действие которого основано на распространении волн, на 180 градусов вокруг его продольной оси из положения, соответствующего ориентации вверх. В положении, соответствующем ориентации вниз, дипольный момент передатчика Т показан пунктирной линией, а дипольный момент приемника R остается тем же самым. Затем можно активировать передатчик Т и измерить напряжение V_ВНИЗ на приемнике R. Потом можно вычислить логарифмическую функцию отношения V_ВВЕРХ и V_ВНИЗ для генерирования второго измерения, основанного на распространении волн. Как упоминалось выше, логарифмическую функцию отношения V_ВВЕРХ и V_ВНИЗ можно выразить в виде ln(V_ВВЕРХ/V_ВНИЗ)=Ае^iϕ, где затухание и фазовый сдвиг можно определить как Зат (дБ)=20·A/ln(10) и ФС (град.)=(180/pi)·ϕ. Затем можно сложить первое измерение со вторым измерением, чтобы получить информацию, касающуюся анизотропии и относительного угла падения для слоя пласта.

На фиг.5 изображена схема антисимметризованного направленного измерения, основанного на распространении волн, в соответствии с вариантом воплощения изобретения. Инструмент, действие которого основано на распространении волн, может включать в себя передатчик Т, имеющий дипольный момент, наклоненный под углом θ к оси 500 инструмента, и приемник R, имеющий дипольный момент, наклоненный под тем же самым углом θ к оси 500 инструмента. В одном случае угол θ может быть меньше 90 градусов. В еще одном варианте воплощения дипольный момент передатчика Т и дипольный момент приемника R могут быть ориентированы в одной и той же плоскости.

Во время работы можно активировать передатчик Т и можно измерить напряжение на приемнике R как V_ВВЕРХ, поскольку напряжение V_ВВЕРХ измеряют, когда приемник Т направлен к верхней границе. Затем можно повернуть инструмент, действие которого основано на распространении волн, на 180 градусов вокруг его продольной оси. В положении, соответствующем ориентации вниз, дипольные моменты передатчика Т и приемника R представлены пунктирными линиями. Затем можно активировать передатчик Т и измерить напряжение на приемнике R как V_ВНИЗ, поскольку напряжение V_ВНИЗ измеряют, когда передатчик Т направлен к нижней границе. Потом можно вычислить логарифмическую функцию отношения V_ВВЕРХ и V_ВНИЗ, чтобы получить информацию, касающуюся анизотропии и относительного угла падения слоя пласта. В одном случае логарифмическую функцию отношения V_ВВЕРХ и V_ВНИЗ можно выразить в виде ln(V_ВВЕРХ/V_ВНИЗ)=Ае^iϕ, где затухание и фазовый сдвиг можно определить как Зат (дБ)=20·A/ln(10) и ФС (град.)=(180/pi)·ϕ.

Таким образом, воплощения различных описываемых здесь технологий можно использовать для оценки анизотропии удельного сопротивления пласта при любом угле и независимо от типа бурового раствора.

Ниже иллюстрируются рабочие характеристики антисимметризованных измерений в соответствии с различными вариантами технологий. На фиг.6 представлены диаграммы чувствительности антисимметризованного фазового сдвига, полученного при наклоне относительно оси на 84” на частоте 400 кГц, к анизотропии при изменяемом относительном угле падения и к горизонтальному удельному сопротивлению в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения. На Фиг.6 показано, что даже при 5° антисимметризованное показание составляет около 15° для R_v/R_h=2 при R_h=2 Ом·м. Заметно, что при малом угле сигнал почти пропорционален соответствующему падению.

На фиг.7 показана параметрическая диаграмма антисимметризованного фазового сдвига, полученного при наклоне относительно оси на 84” на частоте 400 кГц, при относительном угле падения, составляющем 75°.

На фиг.8 представлены параметрические диаграммы антисимметризованного фазового сдвига, полученного при наклоне относительно оси на 84” на частоте 400 кГц, для фиксированных горизонтальных удельных сопротивлений 0,5 Ом·м, 1 Ом·м, 2 Ом·м и 5 Ом·м в соответствии с одним воплощением различных описываемых здесь технологий.

Антисимметризованное измерение демонстрирует аномальную чувствительность к анизотропии и падению при порядках величин, более высоких, чем в случае обычных измерений удельного сопротивления. Антисимметризованное измерение полезно, в частности, для получения информации об анизотропии из данных относительного угла падения в случае, когда углы относительного падения превышают 35°. При меньших углах относительного падения антисимметризованное измерение может оказаться чувствительным к произведению коэффициента анизотропии и относительного угла падения.

На фиг.9 показан нормализованный симметризованный и антисимметризованный отклик фазового сдвига для направленных измерений, полученного при наклоне относительно оси на 84” на частоте 100 кГц, когда границы слоя находятся на уровнях, соответствующих истинным значениям нуль и 20 футов фактической вертикальной глубины (ФВГ), а удельные сопротивления составляют R_h=5 Ом·м, R_V=10 Ом·м, с уступами, параметры которых составляют 2 Ом·м и 1 Ом·м. Случай антисимметризованного отклика показывает слабую чувствительность к обнаружению границ слоя по сравнению со случаем симметризованного отклика. Когда электромагнитный (ЭМ) инструмент находится внутри слоя, антисимметризованные отклики могут изменяться линейно пропорционально относительно угла падения.

На фиг.10 показан нормализованный симметризованный и антисимметризованный отклик фазового сдвига для направленных измерений, полученных при наклоне относительно оси на 84” на частоте 400 кГц в слое 20 футов, имеющем R_h=5 Ом·м, R_V=10 Ом·м, с уступами, параметры которых составляют 2 Ом·м и 1 Ом·м. Когда электромагнитный (ЭМ) инструмент находится внутри слоя, антисимметризованные отклики могут оказаться нечувствительными к границам слоя и изменяться линейно пропорционально относительно угла падения. Когда электромагнитный (ЭМ) инструмент пересекает границу слоя, т.е. катушки оказываются с противоположных сторон от границы слоя, антисимметризованные направленные отклики могут оказаться чувствительными к падению границы. Независимо от этого и симметризованное, и антисимметризованное измерение может изменяться линейно пропорционально относительно угла падения. Симметризованные измерения могут оказаться пропорциональными относительному углу падения, когда антенны расположены на противоположных сторонах от границы слоя. Антисимметризованные измерения могут иметь линейную зависимость от относительного угла наклона, когда электромагнитный (ЭМ) инструмент не пересекает границу слоя. А если так, то фиг.9 и 10 можно использовать для иллюстрации нечувствительности симметризованных направленных измерений к относительному углу наклона сразу же после того, как выясняется, что электромагнитный (ЭМ) инструмент не пересекает границу слоя, и для иллюстрации нечувствительности симметризованных направленных измерений к уступам.

Различные описанные здесь технологии можно воплотить в команды программы, которые можно хранить на считываемом компьютером носителе информации, например, блок памяти в системе, находящейся на поверхности, в узле забойного оборудования, в процессоре и/или в скважинной системе связи. Такие команды программы могут выполняться процессором компьютера. Эти команды программы можно записать на языке программирования компьютеров, например, С++, Java, Fortran и т.п. Команды программы могут быть представлены в виде «объектного кода» (конечной программы), т.е. могут быть представлены в двоичной форме непосредственно компьютером, а также в виде «исходного кода», который требует компиляции или интерпретации перед исполнением, или в некоторой промежуточной форме, например в виде частично компилированного кода.

Считываемый компьютером носитель информации, хранящий команды программы, может включать в себя компьютерные носители информации и среды передачи информации. Компьютерные носители информации могут включать в себя энергозависимые и энергонезависимые, сменные и несменяемые носители информации, согласно любому способу или любой технологии хранения информации, например в виде считываемых компьютером команд, структур данных, программных модулей или иных данных. Компьютерные носители информации могут также включать в себя оперативное запоминающее устройство (RAM (ОЗУ)), постоянное запоминающее устройство (ROM (ПЗУ)), электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM (ЭСППЗУ)), флэш-память или любую другую память, выполненную в соответствии с твердотельной технологией, многоцелевые цифровые диски (DVD (МЦД) или любое другое оптическое запоминающее устройство, магнитные кассеты, магнитную ленту, запоминающие устройства на магнитных дисках или любой другой носитель, который можно использовать для хранения желаемой информации и доступ к которому может получить процессор. Среды передачи информации могут включать в себя считываемые компьютером команды, структуры данных, программные модули или иные данные в модулированном информационном сигнале, таком как несущая волна или другой транспортный механизм, и могут включать в себя любые среды доставки информации. Термин «модулированный информационный сигнал» может означать сигнал, одна или более характеристик которого задаются или изменяются таким образом, чтобы обеспечить кодирование информации в этом сигнале. В качестве примера, не носящего ограничительный характер, отметим, что среды передачи информации могут включать в себя проводные среды, такие как проводная сеть или прямое проводное соединение, и беспроводные среды, такие как акустическая, высокочастотная, инфракрасная и другие беспроводные среды. Комбинацию любых вышеописанных носителей и сред также можно отнести к числу считываемых компьютером носителей.

Хотя вышеизложенное посвящено воплощениям различных описываемых здесь технологий, в рамках основного объема притязаний, описанных выше, можно разработать другие и дополнительные воплощения, которые могут быть определены в нижеследующей формуле изобретения.

Изобретение относится к каротажу скважин. Сущность: измерения проводят с помощью каротажного инструмента, содержащего первую и вторую пару антенн «передатчик-приемник». Первая антенна первой пары имеет дипольный момент, наклоненный под углом θ₁ относительно продольной оси каротажного инструмента. Вторая антенна первой пары имеет дипольный момент, наклоненный под углом θ₂ относительно продольной оси каротажного инструмента. Первая антенна второй пары расположена около второй антенны первой пары и имеет дипольный момент, наклоненный под углом θ₁ относительно продольной оси каротажного инструмента. Вторая антенна второй пары расположена около первой антенны первой пары и имеет дипольный момент, наклоненный под углом θ₂ относительно продольной оси каротажного инструмента. Измеряют первый сигнал на одной из антенн в первой паре «передатчик-приемник», передаваемый другой антенной первой пары. Измеряют второй сигнал на одной из антенн во второй паре «передатчик-приемник», передаваемый другой антенной второй пары. Формируют комбинацию измеренных сигналов, чувствительную к анизотропии и относительному углу падения подземного пласта. Технический результат: получение комбинации сигналов, чувствительной к анизотропии и относительному углу падения подземного пласта. 6 н. и 11 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ каротажных измерений, заключающийся в том, что располагают каротажный инструмент, содержащий первую пару антенн «передатчик-приемник», в которой первая антенна имеет дипольный момент, ориентированный вдоль продольной оси каротажного инструмента, а вторая антенна имеет дипольный момент, ориентированный перпендикулярно продольной оси каротажного инструмента, и вторую пару антенн «передатчик-приемник», в которой первая антенна имеет дипольный момент, ориентированный перпендикулярно продольной оси каротажного инструмента, а вторая антенна имеет дипольный момент, ориентированный вдоль продольной оси каротажного инструмента,
возбуждают передатчик T_z, ориентированный вдоль оси каротажного инструмента, и измеряют сигнал напряжения V_xz на поперечно ориентированном приемнике R_x, затем возбуждают поперечно ориентированный передатчик Т_х и измеряют сигнал напряжения V_zx на приемнике R_z, ориентированном вдоль оси каротажного инструмента, формируют комбинацию измерений путем сложения сигналов напряжения V_xz и V_zx для генерирования напряжения V_xz+V_zx, чувствительного к анизотропии и относительному углу падения подземного пласта.

2. Способ каротажных измерений, заключающийся в том, что
(а) располагают каротажный инструмент, содержащий
первую пару антенн «передатчик-приемник», в которой первая антенна имеет дипольный момент, наклоненный под углом θ₁ относительно продольной оси каротажного инструмента, а вторая антенна имеет дипольный момент, наклоненный под углом θ₂ относительно продольной оси каротажного инструмента,
вторую пару антенн «передатчик-приемник», в которой первая антенна, расположенная около второй антенны первой пары, имеет дипольный момент, наклоненный под углом θ₁ относительно продольной оси каротажного инструмента, а вторая антенна, расположенная около первой антенны первой пары, имеет дипольный момент, наклоненный под углом θ₂ относительно продольной оси каротажного инструмента,
(б) измеряют первый сигнал на одной из антенн в первой паре «передатчик-приемник», передаваемый другой антенной первой пары «передатчик-приемник»,
(в) измеряют второй сигнал на одной из антенн во второй паре «передатчик-приемник», передаваемый другой антенной второй пары «передатчик-приемник»,
(г) формируют комбинацию сигналов, измеренных на этапах (б) и (в), чувствительную к анизотропии и относительному углу падения подземного пласта.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что угол θ₁ и угол θ₂ являются разными.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что угол θ₁ и угол θ₂ являются одинаковыми.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что угол θ₁, по существу, равен нулю.

6. Способ по п.2, отличающийся тем, что угол θ₁ и угол θ₂ не равны 90°.

7. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют каротажный инструмент, который является инструментом, выбранным из группы, состоящей из индукционного инструмента, инструмента, работа которого основана на распространении волн, или инструмента, работа которого основана на измерении диэлектрической проницаемости.

8. Способ каротажных измерений, заключающийся в том, что
(а) располагают каротажный инструмент в пределах слоя пласта, имеющего верхнюю границу и нижнюю границу, причем каротажный инструмент содержит
первую пару антенн «передатчик-приемник», в которой первая антенна имеет первый дипольный момент, наклоненный под углом θ₁ относительно продольной оси каротажного инструмента, а вторая антенна имеет второй дипольный момент, наклоненный под углом θ₂ относительно продольной оси каротажного инструмента,
вторую пару антенн «передатчик-приемник», в которой первая антенна, расположенная около второй антенны первой пары, имеет первый дипольный момент, наклоненный под углом θ₁ относительно продольной оси каротажного инструмента, а вторая антенна, расположенная около первой антенны первой пары, имеет второй дипольный момент, наклоненный под углом θ₂ относительно продольной оси каротажного инструмента,
(б) измеряют первый сигнал на одной из первой или второй антенн в первой паре «передатчик-приемник», передаваемый другой из первой и второй антенн первой пары «передатчик-приемник», при этом по меньшей мере одна составляющая из первого или второго дипольных моментов направлена, по существу, к упомянутой верхней границе,
(в) поворачивают каротажный инструмент на 180° вокруг его продольной оси,
(г) измеряют второй сигнал путем повторения этапа (б), при этом составляющая дипольного момента, идентифицированная на этапе (б), направлена к нижней границе в результате поворота на 180°,
(д) вычисляют логарифмическую функцию отношения между измеренными первым и вторым сигналами,
(е) повторяют этапы (б)-(г) посредством второй пары «передатчик-приемник»,
(ж) вычисляют логарифмическую функцию отношения между измеренными первым и вторым сигналами из второй пары «передатчик-приемник», и
з) формируют комбинацию логарифмической функции, вычисленной на этапе
(д), и логарифмической функции, вычисленной на этапе (ж), чувствительную к анизотропии и относительному углу падения подземного пласта.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что угол θ₁ является, по существу, нулевым.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что используют каротажный инструмент, являющийся инструментом, работа которого основана на распространении волн.

11. Способ по п.8, отличающийся тем, что для вычисления логарифмических функций на этапах (д) и (ж)
выражают логарифмическую функцию в виде ln(V_ВВЕРХ/V_ВНИЗ)=Ae^iϕ,
измеряют сигнал затухания, используя выражение Зат=20·А/ln(10),
измеряют фазовый сдвиг, используя выражение ФС=(180/π)·ϕ.

12. Способ каротажных измерений, заключающийся в том, что
(а) располагают каротажный инструмент в слое пласта, имеющего верхнюю границу и нижнюю границу, причем каротажный инструмент содержит первую пару антенн «передатчик-приемник», в которой первая антенна имеет первый дипольный момент, наклоненный под углом θ относительно продольной оси каротажного инструмента, а вторая антенна имеет второй дипольный момент, наклоненный под тем же углом θ относительно продольной оси каротажного инструмента,
(б) измеряют первый сигнал на одной из первой и второй антенн в первой паре «передатчик-приемник», передаваемый другой из первой и второй антенн первой пары «передатчик-приемник», при этом по меньшей мере одна составляющая из первого или второго дипольных моментов направлена, по существу, к упомянутой верхней границе,
(в) поворачивают каротажный инструмент, по существу, на 180° вокруг его продольной оси,
(г) измеряют второй сигнал, для чего повторяют этап (б), при этом составляющая дипольного момента, идентифицированная на этапе (б), направлена к нижней границе в результате поворота на 180°,
(д) вычисляют логарифмическую функцию отношения измеренного первого и второго сигналов, чувствительную к анизотропии и относительному углу падения подземного пласта.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что угол θ меньше 90°.

14. Способ по п.12, отличающийся тем, что при вычислении логарифмической функции на этапе (д)
выражают логарифмическую функцию в виде ln(V_ВВЕРХ/V_ВНИЗ)=Ае^iϕ,
измеряют затухание, используя выражение Зат=20·А/ln(10), и
измеряют фазовый сдвиг, используя выражение ФС=(180/π)·ϕ,

15. Способ каротажных измерений, заключающийся в том, что
(а) в скважине располагают каротажный инструмент, содержащий первую пару антенн «передатчик-приемник», в которой первая антенна имеет первый дипольный момент, наклоненный под углом θ₁ относительно продольной оси каротажного инструмента, причем θ₁ находится в пределах от 90 до 180°, а вторая антенна имеет второй дипольный момент, наклоненный под углом θ₂ относительно продольной оси каротажного инструмента, причем θ₂ находится в пределах от 0 до 90°,
вторую пару антенн «передатчик-приемник», в которой первая антенна, расположенная около второй антенны первой пары, имеет первый дипольный момент, наклоненный под углом θ₁ относительно продольной оси каротажного инструмента, причем θ₁ находится в пределах от 90 до 180°, а вторая антенна, расположенная около первой антенны первой пары, имеет второй дипольный момент, наклоненный под углом θ₂ относительно продольной оси каротажного инструмента, причем θ₂ находится в пределах от 0 до 90°,
(б) измеряют первый сигнал на одной из антенн первой пары «передатчик-приемник», передаваемый другой антенной первой пары «передатчик-приемник»,
(в) измеряют второй сигнал на одной из антенн второй пары «передатчик-приемник», передаваемый другой антенной второй пары «передатчик-приемник»,
(г) формируют комбинацию сигналов, измеренных на этапах (б) и (в), чувствительную к анизотропии и относительному углу падения подземного пласта.

16. Способ определения параметра подземного пласта, пересекаемого стволом скважины, заключающийся в том, что
(а) располагают каротажный инструмент в слое пласта, имеющего верхнюю границу и нижнюю границу, причем каротажный инструмент содержит
первую пару антенн «передатчик-приемник», в которой первая антенна имеет первый дипольный момент, наклоненный под углом θ₁ относительно продольной оси каротажного инструмента, причем θ₁ находится в пределах от 90 до 180°, а вторая антенна имеет второй дипольный момент, наклоненный под углом θ₂ относительно продольной оси каротажного инструмента, причем θ₂ находится в пределах от 0 до 90°,
вторую пару антенн «передатчик-приемник», в которой первая антенна, расположенная около второй антенны первой пары, имеет первый дипольный момент, наклоненный под углом θ₁ относительно продольной оси каротажного инструмента, причем θ₁ находится в пределах от 90 до 180°, а вторая антенна, расположенная около первой антенны первой пары, имеет второй дипольный момент, наклоненный под углом θ₂ относительно продольной оси каротажного инструмента, причем θ₂ находится в пределах от 0 до 90°,
(б) измеряют первый сигнал на одной из первой и второй антенн в первой паре «передатчик-приемник», передаваемый другой из первой и второй антенн первой пары «передатчик-приемник», при этом по меньшей мере одна составляющая из первого или второго дипольных моментов направлена, по существу, к верхней границе,
(в) поворачивают каротажный инструмент, по существу, на 180° вокруг его продольной оси,
(г) измеряют второй сигнал путем повторения этапа (б), при этом составляющая дипольного момента, идентифицированная на этапе (б), направлена к нижней границе в результате поворота на 180°,
(д) вычисляют логарифмическую функцию отношения между измеренными первым и вторым сигналами,
(е) повторяют этапы (б)-(г) с помощью второй пары «передатчик-приемник»,
(ж) вычисляют логарифмическую функцию отношения между измеренными первым и вторым сигналами второй пары антенн «передатчик-приемник»,
з) формируют комбинацию в виде суммы логарифмической функции, вычисленной на этапе (д), и логарифмической функции, вычисленной на этапе
(ж), чувствительную к анизотропии и относительному углу падения подземного пласта.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что для вычисления логарифмических функций на этапах (д) и (ж)
выражают логарифмическую функцию в виде ln(V_ВВEPX/V_ВНИЗ)=Ae^iϕ,
измеряют затухание, используя выражение Зат=20·А/ln(10),
измеряют фазовый сдвиг, используя выражение ФС=(180/π)·ϕ.