ЗАЯВКА НА ПРИОРИТЕТ
Данная заявка заявляет приоритет по предварительной заявке США №61/734677 под названием "Gradient-based Single Well Ranging System for SAGD Application", поданной 7 декабря 2012 года, и предварительной заявке США №61/735426 под названием "Gradient-based Single Well Ranging System for SAGD Application", поданной 10 декабря 2012 года, описание которых включено в данный документ посредством ссылки в их полном объеме.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к скважинным буровым операциям и, в частности, к способам и системам отслеживания бурения множества скважин относительно друг друга. Наиболее предпочтительно, изобретение относится к способам и системам определения относительного расположения задающей скважины к скважине, которая бурится при использовании магнитных градиентов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
По мере истощения легко доступных и легко добываемых углеводородных ресурсов существует увеличивающийся спрос на более продвинутые способы добычи. Одним таким способом является парогравитационный дренаж (SAGD), то есть способ, который использует пар в соединении с двумя удаленными друг от друга скважинами. В частности, SAGD предпринимает меры для решения проблемы подвижности тяжелой нефти в пласте с помощью нагнетания под высоким давлением высокотемпературного пара в пласт. Этот высокотемпературный пар под высоким давлением уменьшает вязкость тяжелой нефти, улучшая добычу. Нагнетание пара в пласт производится из первой скважины (нагнетательной), которая бурится выше и параллельно второй скважине (добывающей). По мере уменьшения вязкости тяжелой нефти в пласте вокруг первой скважины тяжелая нефть стекает в нижнюю вторую скважину, из которой добывается нефть. Предпочтительно, две скважины бурятся на расстоянии всего нескольких метров друг от друга. Расположение нагнетательной скважины должно достигаться с очень малыми допусками по расстоянию. Если нагнетательная скважина располагается слишком близко к добывающей скважине, добывающая скважина будет подвергаться воздействию очень высокого давления и температуры. Если нагнетательная скважина располагается слишком далеко от добывающей скважины, эффективность способа SAGD уменьшается. В целях помощи обеспечения того, что вторая скважина бурится и располагается, как желаемо, относительно первой скважины, часто проводится исследование обеих скважин в пласте. Эти способы исследования традиционно упоминаются как "дистанционирование".
Электромагнитные (ЭМ) системы и способы обычно используются в дистанционировании для определения направления и расстояния между двумя скважинами. В ЭМ системах определения расстояния продолговатая проводящая колонна труб, такая как обсадные трубы, располагается в одной из скважин. Эта скважина обычно упоминается как "целевая" скважина и обычно представляет собой нагнетательную скважину SAGD. В любом случае ток подводится к проводящей колонне труб целевой скважины низкочастотным источником тока. Токи текут по обсадным трубам и стекают в пласт. Токи вызывают ЭМ поле вокруг целевой скважины. ЭМ поля, вызванные токами на целевых обсадных трубах, измеряются при помощи системы датчиков электромагнитного поля расположенной в другой скважине, которая обычно является скважиной в процессе бурения. Эта вторая скважина обычно представляет собой добывающую скважину SAGD. Измеренное магнитное поле может затем быть использовано для определения расстояния, направления и угла между двумя скважинами. Системы определения расстояния, в которых ток подводится в целевую скважину для индуцирования магнитного поля, упоминаются как "активные" системы определения расстояния.
Одним из решений, которое используется в ЭМ дистанционировании, является использование устройств дистанционирования для прямого детектирования и измерения расстояния между двумя скважинами, после того как более поздняя скважина уже пробурена. Два хорошо известных коммерческих подхода, использующие оборудование в обоих скважинах (нагнетательной и добывающей), основаны на вращающихся магнитах или магнитных способах наведения. Однако эти подходы не являются желательными поскольку они требуют две отдельные и различные команды для управления оборудованием в каждой скважине, то есть, сервисной команды на добывающей скважине и команды каротажа во время бурения на нагнетательной скважине, что не является экономически эффективным. Один из известных в данной области техники подходов использует оборудование только в одной скважине (нагнетательной скважине) для передачи тока к целевой скважине (добывающей скважине), после чего используется абсолютное измерение магнитного поля для расчета расстояния. Одним значительным недостатком этого способа является то, что способ может давать ненадежный результат из-за вариаций тока в целевой трубе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Различные варианты реализации настоящего изобретения будут более понятны из подробного описания, приведенного ниже, и из приложенных графических материалов различных вариантов реализации изобретения. В графических материалах аналогичные номера ссылок могут указывать на идентичные или функционально аналогичные элементы. Графические материалы, в которых элемент появляется впервые, в основном, отображается самой левой цифрой в соответствующем ссылочном номере.
Фиг. 1 иллюстрирует вариант реализации системы дистанционирования отдельной скважины на основании градиентов в операции бурения SAGD.
Фиг. 2 иллюстрирует вариант реализации системы дистанционирования отдельной скважины на основании градиентов в операции разгрузки скважины.
Фиг. 3 иллюстрирует множество вариантов реализации конфигураций источника и изоляции для скважинной системы дистанционирования на основании градиентов.
Фиг. 4 иллюстрирует принципы измерений на основании градиентов скважинной системы дистанционирования на основании градиентов.
Фиг. 5 иллюстрирует конфигурацию линейки электродов для скважинной системы дистанционирования на основании градиентов.
Фиг. 6 иллюстрирует принцип магнитных измерений на основании градиентов скважинной системы дистанционирования на основании градиентов.
Фиг. 7 иллюстрирует 3-, 4- и 8-дипольные структуры для скважинной системы дистанционирования на основании градиентов.
Фиг. 8 является графическим изображением неопределенности в абсолютных измерениях при измерениях градиента магнитного поля.
Фиг. 9 иллюстрирует способ измерения расстояния с использованием скважинной системы дистанционирования на основании градиентов.
Фиг. 10 является схемой последовательности операций способа дистанционирования скважинной системы дистанционирования на основании градиентов, использующей градиенты магнитного поля.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Последующее описание может повторять номера ссылок и/или буквы ссылок в различных примерах. Это повторение служит для упрощения и ясности и само по себе не указывает на связь между обсуждаемыми различными вариантами реализаций и/или конфигураций. Дополнительно, пространственные относительные термины, такие как "ниже", "под", "нижняя", "над", "выше", "вверх по стволу скважины", "вниз по стволу скважины", "выходной поток", "нагнетаемый поток" и подобные, могут в данном документе использоваться для облегчения изложения для описания одного элемента или связи детали с другой (другими) деталью (деталями) или элементом (элементами), как проиллюстрировано на фигурах. Пространственные относительные термины предназначены для охватывания различных ориентаций устройства при применении или работе в дополнение к ориентациям, проиллюстрированным в фигурах. Например, если устройство в фигурах перевернуто, элементы, описанные как находившиеся "ниже" или "под" другие элементы или детали будут затем сориентированы "выше" других элементов или деталей. Таким образом, примерный термин "ниже" может охватывать обе ориентации выше и ниже. Устройство может быть сориентировано по-другому (повернуто на 90 градусов или в других ориентациях) и пространственные относительные описания, используемые здесь, могут подобным образом соответственно интерпретироваться.
Обратимся сначала к фиг. 1 и 2, первая скважина 10 пролегает от устья скважины 11 в пласт 12 от поверхности 13 пласта. Располагаемым в скважине 10 вдоль по меньшей мере части ее длины является продолговатый проводящий элемент 14, который, в общем, ориентируется в скважине 10 так, чтобы аксиально с ней совпадать. Скважина 10 может быть обсажена или не обсажена. По длине скважина 10 обсажена в некоторых вариантах реализации изобретения проводящим элементом 14 могут быть обсадные трубы или хвостовик обсадной колонны расположенные в скважине 10. Либо для обсаженной, либо для необсаженной скважины в некоторых вариантах реализации изобретения проводящий элемент 14 может быть колонной труб, буровой колонной, трубопроводом, электрическим проводом или другим проводящим корпусом, расположенным в первой скважине 10. В любом случае, целью является обеспечение пути для потока тока через значительную длину задающей скважины, и поэтому может быть использован любой проводящий путь, служащий этой цели. Более того, проводящий элемент 14 в основном располагается в скважине 10 для излучения магнитного поля радиально наружу от скважины 10.
В некоторых вариантах реализации изобретения первая скважина 10 может содержать вертикальный участок 16 и направленный участок 18. Направленный участок 18 бурится от вертикального участка 16 по желаемому азимутальному пути и желаемому наклонному пути.
Продолжая ссылаться на фиг. 1 и 2, на них проиллюстрирована вторая скважина 28 в процессе бурения. В основном проиллюстрирована связанная с ней бурильная система 30. Бурильная система 30 может содержать бурильную платформу 32, расположенную над пластом 12, и оборудование устья скважины 34, содержащее противовыбросовые устройства 36. Платформа 32 может быть расположена для подъема и спуска транспортного механизма 48 во второй скважине 28.
Система подведения электрического тока 50 удерживается транспортным механизмом 48. Система подведения тока 50 содержит пару электродов, а именно эмиттерный электрод "Е" и возвратный электрод "R". Электромагнитный (ЭМ) датчик 51 прикрепляется к краю транспортного механизма 48. В некоторых вариантах реализации изобретения электромагнитный датчик 51 может измерять по меньшей мере одну составляющую магнитного поля или градиент магнитного поля. В некоторых вариантах реализации изобретения электромагнитный датчик 51 может измерять по меньшей мере одну составляющую электрического поля или градиент электрического поля. ЭМ датчик 51 содержит по меньшей мере датчик магнитного градиента или магнитный градиометр (приемник). В любом случае в некоторых предпочтительных вариантах реализации изобретения система подведения тока 50 и ЭМ датчик 51 размещаются вместе в исследуемой скважине, такой как вторая скважина 28. Система подведения тока 50 и ЭМ датчик 51 вместе формируют инструмент для ЭМ дистанционирования. Эти составляющие инструмента могут быть собраны вместе как отдельная втулка или они могут быть расположены отдельно по колонне труб.
По существу, бурильная система 30 используется для активного бурения второй скважины 28, а система подведения электрического тока 50 и ЭМ датчик 51 могут быть частью компоновки низа бурильной колонны (КНБК) 52 бурильной системы. В таких вариантах реализации изобретения транспортный механизм 48 может быть насосно-компрессорной колонной или бурильной колонной, содержащей КНБК 52, прикрепленную к концу колонны 48. КНБК 52 содержит буровое долото 54. КНБК может также содержать силовой модуль 56, такой как забойный турбинный двигатель, модуль направления 58, модуль управления 60, другие датчики и инструментальные модули 62. Специалистам в данной области техники будет понятно, что КНБК 52, проиллюстрированная на фиг. 1, может быть системой измеряющей во время бурения или проводящей каротажные измерения во время бурения, в которой пассивное дистанционирование может использоваться для направления бурильного долота 54 во время того, как бурильная колонна располагается в скважине 28.
Транспортировочная система 48 может быть кабелем, таким как талевый кабель, канат или подобный, и использоваться для нижней системы подведения тока 50 в скважину 28. Питание и связь с системой подведения тока 50, если такое есть, может быть подведено локально соответствующими модулями 56-62 или может быть передано по транспортировочной системе 48.
Модуль забойного турбинного двигателя 56 управляется потоком бурового раствора, и в свою очередь управляет буровым долотом 54 для прокладывания второй скважины 28 по желаемому пути 32. Желаемый путь 32 проиллюстрирован как проходящий параллельно горизонтальному участку скважины 10, поскольку во многих случаях, таких как парогравитационный дренаж (SAGD) или дегазификация угольного пласта, желательно бурить множество близкорасположенных параллельных скважин. Модуль забойного турбинного двигателя 56 может обеспечивать питание системы подведения тока 50 и/или ЭМ датчика 51.
Модуль направления 58 позволяет скважине 28 пролегать в желаемом направлении. Множество подходящих направляющих механизмов хорошо известны, например, направляющие лопасти, узлы "скважинного кривого переводника" и вращательные направляемые системы. Конфигурация направляющего механизма может быть установлена и регулируема командами системы управления 64 на поверхности, такой как передвижная каротажная станция или другая управляющая платформа. Альтернативно, модуль управления 60 может быть запрограммирован на желаемый маршрут, и он может направлять направляющий механизм как необходимо направить скважину по желаемому пути.
Хотя система подведения тока 50 и ЭМ датчик 51, описанные в данном документе, проиллюстрированы относительно буровых систем наземного базирования, изобретение также включает использование надводных и подводных буровых систем.
Более того, расположение системы подведения тока 50 и ЭМ датчик 51 не ограничивается какой-либо отдельной ориентацией первой и второй скважин. Как проиллюстрировано на фиг. 1, первая и вторая скважины 10, 28, соответственно, являются, по существу, горизонтальными скважинами. В таком случае система подведения тока 50 и ЭМ датчик 51 могут быть особенно полезны в дистанционировании для операций SAGD. Альтернативно, как проиллюстрировано на фиг. 2, первая и вторая скважины 10, 28, соответственно, являются, по существу, вертикальными скважинами. Таким образом, система подведения тока 50 и ЭМ датчик 51 могут быть использованы в бурении разгрузочных скважин или пересекающихся скважин, таких как если необходимо установить прямую гидравлическую связь между двумя скважинами. Это, например, может быть особенно полезно в операциях заглушки скважин.
В любом случае система управления 31 также может быть размещена для управления бурильной системой 30 на основании ЭМ дистанционирования, использующего систему подведения тока 50 и ЭМ датчик 51.
По-прежнему ссылаясь на фиг. 1-2, а также на фиг. 3, скважинная система дистанционирования 38 состоит из двух частей, расположенных вместе в исследуемой скважине: (i) источник тока, а именно система подведения тока 50 (эмиттерный электрод Е и возвратный R электроды) которые вводят переменные токи в пласт 12, в котором токи распространяются, и затем через проводящий элемент 14 в первой скважине 10 и (ii) ЭМ датчик 51, а именно датчик магнитного градиента или магнитный градиометр (приемник), который детектирует градиент магнитного поля вызванного этими переменными токами на проводящем элементе 14. В некоторых вариантах реализации изобретения и система подведения тока 50, и ЭМ датчик 51 присоединены или являются частью бурильной колонны 48, которая также удерживает буровое долото 54 во второй скважине 28. В одном или более вариантах реализации изобретения ЭМ датчик 51 может быть расположен вблизи или около бурового долота 54. В любом случае расстояние и направление к цели может быть рассчитано в результате анализа измеренных градиентных магнитных полей.
Фиг. 3a-3g иллюстрируют различные варианты реализации системы подведения тока 50 и ЭМ датчика 51. В вариантах реализации изобретения ЭМ датчик 51 удерживается в забое бурильной колонной 48 системы подведения тока 30 и может быть расположен близи или около бурового долота 54. Как проиллюстрировано, каждая система подведения тока 50 использует пару электродов, а именно эмиттерный "Е" электрод и возвратный "R" электрод, расположенные в скважине 28 для управления следованием тока к и от проводящего элемента, таким образом, улучшая генерацию ЭМ поля от проводящего элемента 14 в первой скважине 10. Эмиттерный электрод Е и возвратный электрод R могут быть расположены вблизи друг друга или отдельно друг от друга. Предпочтительно, электроды Е и R находятся в прямом контакте с буровым раствором или пластом 12. Вместе с ЭМ датчиком 51, такое размещение позволяет устойчивое дистанционирование отдельной скважины, что важно для приложений SAGD. Дополнительно к эмиттерному электроду Е и возвратному электроду R, варианты реализации системы подведения тока 50 могут содержать один или более изоляторов или разделительные втулки G расположенные вдоль колонны для изолирования одного или более эмиттеров Е, одного или более возвратных электродов R и ЭМ датчиков 51. Более того, разделительная (разделительные) втулка (втулки) G может (могут) быть выбрана (выбраны) и расположена (расположены) для управления пути тока, так как проиллюстрировано линиями тока 34, или другим образом направить ток в особом направлении, для улучшения электромагнитного поля, в общем показанного как 36, излучаемого от проводящего элемента. В данном документе принято, что "разделительная втулка" обозначает изолятор, такой как интервал в проводящих участках колонны труб или изолирующий участок трубы или изоляторную втулку или любое другое непроводящее устройство, расположенное для ограничения потока тока через бурильную колонну.
На фиг. 3а эмиттерный электрод Е проиллюстрирован ниже возвратного электрода R, но в непосредственной близости к нему. В варианте реализации изобретения первая разделительная втулка G1 расположена на бурильной колонне 48 между эмиттерным электродом Е и возвратным электродом R для обеспечения того, чтобы ток не проходил от эмиттерного электрода Е к возвратному электроду R по бурильной колонне 48. В этом варианте реализации изобретения система подведения тока 50 удалена от ЭМ датчика 51, который расположен вблизи или около бурового долота 54.
На фиг. 3b эмиттерный электрод Е проиллюстрирован ниже возвратного электрода R. В этом варианте реализации изобретения возвратный электрод удален от эмиттерного электрода для минимизации прямой передачи тока бурильной колонной 48. В этом варианте реализации изобретения система подведения тока 50 также отделена от ЭМ датчика 51, который расположен вблизи или около бурового долота 54.
На фиг. 3c эмиттерный электрод Е проиллюстрирован ниже возвратного электрода R, но в непосредственной близости к нему. В варианте реализации изобретения первая разделительная втулка G1 расположена в бурильной колонне 48 между эмиттерным электродом электрода Е и возвратным электродом R для обеспечения того, что ток не проводится от эмиттерного электрода Е к возвратному электроду R бурильной колонной 48. Так же вторая разделительная втулка G2 располагается в бурильной колонне 48 между эмиттерным электродом Е и ЭМ датчиком 51, который расположен вблизи или около бурового долота 54. Разделительная втулка G2 обеспечивает то, что ток не проводится от эмиттерного электрода Е к ЭМ датчику 51 бурильной колонной 48, таким образом, минимизируя ЭМ поля от бурильной колонны 48, которые могут взаимодействовать с измерениями ЭМ датчиком 51 ЭМ полей от первой скважины 10. Этот вариант реализации изобретения допускает расположение ЭМ датчика 51 в непосредственной близости к системе подведения тока 50.
На фиг. 3d эмиттерный электрод Е проиллюстрирован ниже возвратного электрода R, но в непосредственной близости к нему. В варианте реализации изобретения первая разделительная втулка G1 расположена в бурильной колонне 48 между эмиттерным электродом Е и возвратным электродом R для обеспечения того, что ток не проводится от эмиттерного электрода Е к возвратному электроду R бурильной колонной 48. Так же вторая разделительная втулка G2 располагается в бурильной колонне 48 между эмиттерным электродом Е и ЭМ датчиком 51, который расположен вблизи или около бурового долота 54. Разделительная втулка G2 обеспечивает то, что ток не проводится от эмиттерного электрода Е к ЭМ датчику 51 бурильной колонной 48, таким образом, минимизируя ЭМ поля от бурильной колонны 48, которые могут взаимодействовать с измерениями ЭМ датчика 51 ЭМ поля от первой скважины 10. Этот вариант реализации изобретения допускает расположение ЭМ датчика 51 в непосредственной близости к системе подведения тока 50. Например, ЭМ датчик 51 может быть удален от эмиттерного электрода Е только на короткое расстояние, данное тем, что здесь между ними расположена разделительная втулка G2. Дополнительно, третья разделительная втулка G3 располагается в бурильной колонне 48 выше возвратного электрода R для того, чтобы направлять токи идущие обратно от проводящего элемента 14 через пласт 12 к возвратному электроду R. Это дает в результате более сильное или более концентрированное ЭМ поле от проводящего элемента 14.
На фиг. 3e эмиттерный электрод Е проиллюстрирован ниже возвратного электрода R, но в непосредственной близости к нему. В этом варианте реализации изобретения возвратный электрод удален от эмиттерного электрода для минимизации прямой передачи тока бурильной колонной 48. Разделительная втулка G1 располагается в бурильной колонне 48 между эмиттерным электродом Е и ЭМ датчиком 51, который расположен вблизи или около бурового долота 54. Разделительная втулка G1 обеспечивает то, что ток не проводится от эмиттерного электрода Е к ЭМ датчику 51 бурильной колонной 48, таким образом, минимизируя ЭМ поля от бурильной колонны 48, которые могут взаимодействовать с измерениями ЭМ датчиком 51 ЭМ поля от первой скважины 10. Этот вариант реализации изобретения допускает расположение ЭМ датчика 51 в непосредственной близости к системе подведения тока 50. Например, ЭМ датчик 51 может быть удален от эмиттерного электрода Е только коротким расстоянием, данным тем, что разделительная втулка G1 расположена здесь между ними. Дополнительно, разделительная втулка G2 расположена в бурильной колонне 48 выше возвратного электрода R так, чтобы направлять токи, идущие обратно от проводящего элемента 14 через пласт 12 к возвратному электроду R. Это дает в результате более сильное или более концентрированное ЭМ поле от проводящего элемента 14.
На фиг. 3f эмиттерный электрод Е удерживается та левым канатом 40, который расположен внутри бурильной колонны 48. В этом варианте реализации изобретения возвратный электрод R (не показан) располагается на поверхности 13 (смотри фиг. 1). В этом варианте реализации изобретения система подведения тока 50 и, в частности, эмиттерный электрод Е также отделен от ЭМ датчика 51, который расположен около бурового долота 54.
На фиг. 3g, подобно фиг. 3f, эмиттерный электрод Е удерживается талевым канатом 40 который расположен внутри бурильной колонны 48. В этом варианте реализации изобретения возвратный электрод R (не показан) расположен на поверхности 13 (смотри фиг. 1). В этом варианте реализации изобретения система подведения тока 50, и в частности, эмиттерный электрод Е, так же расположен отдельно от ЭМ датчика 51, который расположен около бурового долота 54. Разделительная втулка G расположена в бурильной колонне 48 между эмиттерным электродом Е и поверхностью 13 (фиг. 1), на которой расположен возвратный электрод R. Разделительная втулка G обеспечивает то, что ток не проводится от эмиттерного электрода Е к возвратному электроду R по бурильной колонне 48.
Хотя и не проиллюстрировано, в конфигурациях фиг. 3f или 3g, разделительная втулка может также быть расположена между эмиттерным электродом Е и ЭМ датчиком 51. Разделительная втулка расположенная таким образом обеспечивает то, что ток не проводится от эмиттерного электрода Е к ЭМ датчику 51 бурильной колонной 48, таким образом, минимизируя ЭМ поля от бурильной колонны 48, которые могут взаимодействовать с измерениями ЭМ датчика 51 ЭМ поля от первой скважины 10. Этот вариант реализации изобретения допускает расположение ЭМ датчика 51 в непосредственной близости к системе подведения тока 50.
Хотя система описывается, в первую очередь, как содержащая источник (эмиттерный электрод Е и возвратный R) в той же скважине, что и датчик магнитного градиента, в других вариантах реализации изобретения эмиттерный электрод Е и возвратный электрод R могут быть расположены в целевой скважине, или на поверхности или в другой позиции отличной от второй скважины.
В некоторых предпочтительных вариантах реализации изобретения ЭМ датчик 51 может содержать магнетометр, который может быть использован для измерения абсолютного магнитного поля для получения общего направления, таким образом улучшая магнитный градиентную системы, описанной в данном документе. Альтернативно, такой магнетометр может быть отделен от ЭМ датчика 51. Рассматривается так, что система, измеряющая абсолютное магнитное поле может быть использована для общего ориентирования бурильной колонны относительно целевой скважины. В отличие от этого магнитный градиометр ЭМ датчика 51, использующий магнитный градиент, используется для определения значительно более точных расстояний и соответствующих положений двух скважин.
Система подведения тока 50 содержит контролируемый напряжением или током передатчик 38, и он предпочтительно изменяется как очень низкие частоты порядка 0,02-250 Гц для генерирования тока подводимого эмиттерным электродом Е. Передатчик 38 может быть локально удерживаем бурильной колонной 48, такой как часть силового модуля 56, или расположена на поверхности с проводящим кабелем, пролегающим вниз к эмиттерному электроду Е, как проиллюстрировано на фиг. 1.
Как указано выше, способ и система магнитного градиента, в общем, будет описана как содержащая эмиттерный Е и возвратный R электроды, наряду с датчиком магнитного градиента, в той же бурильной колонне во второй скважине. Однако способ и система магнитного градиента, описанные в данном документе, не ограничиваются этим построением. Так, в некоторых вариантах реализации изобретения эмиттерный Е или возвратный R электроды, или оба, могут быть расположены вне второй скважины, такой как, например, поверхность пласта 13.
Несмотря на выше сказанное, в некоторых предпочтительных вариантах реализации изобретения, как проиллюстрировано на фиг. 3a-3e, эмиттерный электрод Е и возвратный электрод R удерживаются в бурильной колонне 48 во второй скважине 28. Доставка тока за пределы бурильной колонны 48 может быть достигнута с помощью проводящего кронштейна или другого устройства, удерживающего электрод Е, которое электрически соединяется с передатчиком 38 (смотри фиг. 1).
С целью минимизации прямых возвратных токов через бурильную колонну 48 между эмиттерным электродом Е и возвратным электродом R, и улучшения усиления части тока, который проходит к проводящему элементу 14, между эмиттерным электродом Е и возвратным электродом R (смотри фиг. 3a, 3c и 3d) может быть расположена изолирующая разделительная втулка G.
Более того, для минимизации потока тока от эмиттерного электрода Е по бурильной колонне 48 к магнитному градиометру ЭМ датчика 51, причем ток может влиять на работоспособность магнитного градиометра, между эмиттерным электродом Е и ЭМ датчиком 51 (смотри фиг. 3c, 3d и 3e) в бурильной колонне 48 может быть расположена разделительная втулка G.
Так же для изолирования приемного электрода R с целью максимизации потока тока к приемному электроду R и предотвращения приема тока большой длинной бурильной колонны 48 (что снижает производительность системы дистанционирования) разделительная втулка G может быть расположена на одной или обеих сторонах, то есть выше или ниже, приемного электрода R (смотри фиг. 3d и 3e).
Таким образом, в некоторых предпочтительных вариантах реализации изобретения желательно использовать по меньшей мере две разделительные втулки G вдоль бурильной колонны 48 для минимизации передачи тока между участками бурильной колонны 48, такими как между эмиттерным электродом Е и магнитным градиометром ЭМ датчика 51, так же как для максимизации потока тока к возвратному электроду R.
Ток на проводящий элемент 14 первой скважины 10 может быть максимизирован увеличением расстояния между эмиттерным электродом Е и возвратным электродом R в случае, когда они расположены в бурильной колонне 48 (смотри фиг. 3b и 3e). В этих вариантах реализации изобретения проводящие части бурильной колонны 48 могут действовать как источник и они могут увеличивать эффективное разделение электродов, улучшая усиление глубины проникновения токов. Из-за утечки тока ток на трубе в конечном итоге существенно покидает трубу, таким образом, ограничивая длину трубы, которая действует как источник. Предпочтительно, в последующих вариантах реализации изобретения размер разделительной втулки выбран достаточно большим для эффективного достижения, однако достаточно малым, чтобы не нарушить целостность и стоимость бурильной колонны.
Если эмиттерный электрод Е и возвратный электрод R достаточно разделены друг от друга, разделительная втулка между эмиттерным электродом Е и возвратным электродом R может быть удалена из бурильной колонны 48. Однако, в таком случае, желательно увеличить такое разделение для минимизации передачи тока по бурильной колонне 48. Например, в некоторых предпочтительных вариантах реализации изобретения эмиттерный электрод Е и возвратный электрод R разделены по меньшей мере 200 футами (смотри фиг. 3b и 3e).
В другом варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на фиг. 3(f) и 3(g), ток доставляется от талевого каната 40 расположенного внутри бурильной колонны 48 с помощью возвратного электрода R установленного на поверхности 13 (смотри фиг. 1). В обоих случаях токи 34, которые покидают эмиттерный электрод Е проходят через пласт 12 к проводящему элементу 14 (смотри фиг. 1). Ток 34 затем проходит через проводящий элемент 14, в основном, по оси z. Ток 34 затем проходит от проводящего элемента 14 обратно в пласт, и в конечном итоге, ток 34 проходит к возвратному электроду R, замыкая цепь.
Если эмиттерный электрод Е, удерживаемый талевым канатом 40, значительно удален от поверхности 13, вариант реализации изобретения, проиллюстрированный на фиг. 3(f), не требует разделительной втулки. Однако, для неглубоких приложений или применений в которых эмиттерный электрод Е располагается вблизи устья второй скважины 48, разделительная втулка может увеличить количество тока, поставляемого проводящему элементу 14, такая как разделительная втулка G, проиллюстрированная на фиг. 3(g).
В любом случае с ссылкой на варианты реализации изобретения, проиллюстрированные на фиг. 3(f) и 3(g), дополнительная разделительная втулка может быть расположена между эмиттерным электродом Е и ЭМ датчиком 51.
Расположение эмиттерного электрода Е относительно возвратного электрода R также оказывает значительный эффект на производительность. В случае, если расположены отдельный возвратный электрод R и эмиттерный электрод Е, такие как в конфигурации, проиллюстрированные на фиг. 3(a), ток в проводящем элементе 14 демонстрирует два нуля (a1, a2), как проиллюстрировано на фиг. 4. ЭМ датчик 51 теоретически требует расположения около или вблизи максимума распределения тока, проиллюстрировано на (b) по фиг. 4, для максимизирования эффективности дистанционирования. Однако, хотя токи максимальны между эмиттерным электродом Е и возвратным электродом R, размещение ЭМ датчика 51 в этом промежутке не является преимуществом, поскольку датчики будут подвергаться сильному влиянию прямого соединения токов в пласте 12 и бурильной колонне 48 между эмиттерным электродом Е и возвратным электродом R. В результате, идеальным расположением ЭМ датчика 51 является расположение вблизи двух максимумов значения тока проводящего элемента (два минимума по фиг. 3). Поскольку точное распределение токов в бурильной колонне 48 и проводящем элементе 14 не известно, не всегда возможно использовать оптимальную конфигурацию. В результате, в общем случае необходимо выбирать компромиссное положение. Следует отметить, что неожиданно большие изменения в распределении тока проводящего элемента могут также (i) вырабатывать уменьшающие (нулевые) действующие значения токов вблизи ЭМ датчика 51, или (ii) изменять направление тока. Формирование может быть облегчено использованием отдельных эмиттерного электрода Е или возвратного электрода R как проиллюстрировано на фиг. 5а и 5b. Другими словами, используя два эмиттерных электрода E1 и E2 (как проиллюстрировано на фиг. 5а) или два возвратных электрода R1 и R2 (как проиллюстрировано на фиг. 5b), нули (a1, a2), проиллюстрированные на фиг. 4, могут быть устранены от влияния на общие данные. Как проиллюстрировано на фиг. 5а и 5b, разделительные втулки G также могут быть использованы в такой конфигурации в соответствии с описанным выше.
Таким образом, в случае трех электродов для обеспечения большого сигнала во всех возможных случаях могут быть выбраны два различных расстояния между эмиттерным электродом Е и возвратным электродом R. В качестве неограничивающего примера, на фиг. 5а, один эмиттерный электрод E1 может быть выбран на расстоянии 3-10 футов от возвратного электрода R, а другой эмиттерный электрод Е2 может быть выбран на расстоянии 5-20 футов от возвратного электрода R. В конфигурации со множеством возвратных электродов R по фиг. 5b расстояние между возвратными электродами R1 и R2 от эмиттерного электрода Е может быть выбрано подобным образом.
Реверс тока может быть обнаружен на основании сравнения между знаками двух эмиттеров/возвратных электродов. Например, эмиттерная Е конфигурация с кратчайшим расстоянием от возвратного электрода R с большей вероятностью будет подвержена смене знака. В результате, знак этого измерения может быть использован для корректировки знака измерения с большим интервалом. Более того, также возможно сравнить уровни сигнала для определения и корректировки если произошла смена знака. Дополнительно, прошлые измерения могут быть использованы для определения и корректировки смен знака.
Следует отметить, что, хотя предшествующее описание расположения эмиттеров Е, возвратных электродов R и разделительных втулок было сделано в связи сдатчиком магнитного градиентами, специалисты в данной области техники поймут, что предшествующее может быть эквивалентно применено, и использовано для улучшения, существующих систем, которые используют магнитометрические измерения абсолютного магнитного поля.
Определение расстояния и направления проводящего элемента относительно второй скважины основано на магнитном поле, принимаемого одним или более ЭМ датчиками. ЭМ датчик может быть магнетометром расположенный для измерений абсолютного магнитного поля или приемник может быть датчиком магнитного градиента (или магнитным градиометром) расположенным для измерений градиентов магнитного поля.
В любом случае, определение расстояния и направления достигается использованием взаимосвязи между проводящим элементом и магнитным полем, принимаемым ЭМ датчиком(ами).
Н является вектором магнитного поля, I является током в проводящем элементе, r является кратчайшим расстоянием между ЭМ датчиком(ами) и проводящим элементом и φ является вектором, перпендикулярным к оси z ЭМ датчика(ов) и кратчайшему вектору который соединяет проводящий элемент с ЭМ датчиком(ами). Следует отметить, что эта простая взаимосвязь предполагает постоянный ток проводящего элемента через проводящий элемент, однако, специалистам в данной области техники будет понятно, что концепция может быть расширена на любое распределение тока, используя соответствующую модель. Может быть совершенно очевидно, что расстояние и направление могут быть рассчитаны с использованием этого соотношения.
где ⋅ является операцией скалярного произведения векторов. Опытным путем было замечено, что выражение (3) является надежным измерением относительного направления проводящего элемента относительно координат ЭМ датчика(ов) и может быть использовано до тех пор, пока получаемый сигнал от проводящего элемента значительно больше по отношению к ошибкам измерения. Однако выражение (2) не может надежно использоваться для вычисления расстояния, поскольку прямое или точное измерение I не существует. В частности, замечено, что любые аналитические вычисления I могут быть 50% из-за неизвестных характеристик проводящего элемента. Более того, любые местные калибровки I не могут сделать систему достаточно надежной для использования в SAGD или в операции пересекающихся скважин из-за отклонений в токе проводящего элемента из-за изменений сопротивления пласта и глубины проникновения поля на различных участках скважины. В результате, известные системы, которые измеряют абсолютные значения магнитного поля не подходят для SAGD или операций пересечения скважин.
Для преодоления этих присущих известному уровню техники проблем используются измерения градиента магнитного поля, в которых пространственное изменение в магнитном поле измеряется в направлении, которое имеет значительную пространственную составляющую в радиальном направлении (ось r) как ниже:
где ∂ является частной производной. С доступностью этого измерения градиента дополнительно к абсолютным измерениям, возможно вычислить расстояние следующим образом:
так, Выражение (5) не требует знания тока проводящего элемента I, если известны абсолютное измерение и градиентное измерение. Измерение направления еще может быть сделано, как проиллюстрировано в Выражении (3).
В реализации на практике невозможно измерять все составляющие магнитного поля, которые требуются для использования всех вышеуказанных формул. Вместо этого может быть использована отдельная составляющая магнитного поля которая ориентирована в направлении u. Магнитное поле для такой составляющей может быть записано как:
где знак ^ (циркумфлекс) обозначает единичные векторы, а ¯ (штрих) обозначает векторы. Так же, u-составляющая градиента магнитного поля вдоль v направления может быть записана как:
С доступными этими абсолютными измерениями и измерениями градиента, расстояние до проводящего элемента может быть записано как:
где
В примерном случае, где Hy составляющая является измеренной вдоль x, Выражения (7-9) могут быть объединены в следующее:
Конечное расстояние может быть записано как:
Градиент поля в Выражении (11) на практике реализуется с использованием конечной разницы измерений двух диполей магнитного поля как показано ниже:
Используя эти принципы, фиг. 6 иллюстрирует один из возможных ЭМ датчиков 51, который может быть использован в некоторых вариантах реализации изобретения. А именно проиллюстрирована конфигурация датчика градиента магнитного поля 51 имеющая 4 диполя (Hx1, Hx2, Hy1, Hy2), расположенных вокруг основной оси Z и проиллюстрированных в связи с проводящим элементом 14 и магнитным полем 36 вырабатываемого токами 34 на проводящем элементе. Диполи Hx1, Hx2, Hy1, Hy2, как проиллюстрировано, располагаются под 90° один к другому вокруг основной оси Z. Как принято в данном документе, диполь означает антенну или электрод, сформированный из продолговатой петли провода расположенного вдоль оси диполя и имеющего множество витков провода вокруг стержня сердечника, так как это известно в данной области техники. Стрелки 42, в общем, показывают направление сердечников и обмоток каждого диполя.
Специалисты в данной области техники поймут, что, однако, как это может быть видно из Выражения (10), измерение градиента с одной составляющей становится нестабильным из-за сингулярности знаменателя каждые 90°, начиная от 45°. В результате, измерение градиента с одной составляющей чувствительно только к углам 90°×k, где k является целым числом. Это также применимо к фиг. 6, в которой 4 диполя расположены под 90° друг от друга и использованы для расчета магнитного поля.
В вариантах реализации изобретения, которые измеряют абсолютное значение магнитного поля и градиент магнитного поля, следует отметить, что ЭМ датчик, предпочтительно, имеет минимум 3 диполя H для достижения измерения градиента, а именно 2 диполя для градиента плюс 1 диполь для измерения абсолютного значения электромагнитного поля. Примером являются три диполя H расположенные в треугольнике в ЭМ датчике вокруг основной оси Z для устранения точек слепоты как описано выше. Однако, поскольку узлы симметричных диполей легче проектировать и изготовлять, такие трех дипольные сборки могут быть менее желательны в некоторых случаях, чем симметрические дипольные сборки.
Фиг. 7а иллюстрирует 3-дипольный ЭМ датчик, содержащий диполи Hx1, Hx2, и Hy. Стрелки 42 в общем показывают направление сердечника и обмоток для каждого диполя. Фиг. 7b иллюстрирует 4-дипольный ЭМ датчик, содержащий диполи Hx1, Hx2, Hy1, Hy2. Фиг. 6с иллюстрирует 8-дипольный ЭМ датчик, содержащий диполи Hx1, Hx2, Hy1, Hy2, Hu1, Hu2, Hv1, Hv2, которые могут быть использованы в некоторых вариантах реализации изобретения. Со ссылкой на каждую из фиг. 7а, 7b и 7c, направленность чувствительности измерения показывается в каждом случае лепестками 44. Как можно видеть, 3- и 4-дипольные устройства могут проводить хорошие измерения градиента поля только в направлениях, которые находятся в вблизи 0°, 90°, 180° и 270°, что дает в результате слепые зоны в данных градиента магнитного поля. Одним из решений этой проблемы является использование диполей и измерений градиента в больших направлениях, как проиллюстрировано на фиг. 7c. В этом случае 4 диполя покрывают 0°, 90°, 180° и 270°, как проиллюстрировано лепестками 44а, в то время как другие 4 диполя покрывают 45°, 135°, 225° и 315°, как проиллюстрировано лепестками 44b. Следует отметить, что покрытие подобно конфигурации, проиллюстрированной на фиг. 7c может быть достигнуто со всего 6 диполями H без значительных потерь точности; однако дополнительная информация, предоставляемая дополнительными диполями H, может быть использована в различных целях, таких как контроль качества, и имеет инженерные преимущества симметрической сборки датчиков.
В другом варианте реализации ЭМ датчика, проиллюстрированном на фиг. 7d, две пары диполей (H1, H2 и H3, H4) разделены и собраны так, чтобы быть под углом друг к другу. Радиальный угол вокруг центральной оси и/или относительный угол между парами диполей может быть настроен между 0-89° и, предпочтительно, около 45°, для минимизации или устранения области слепых зон, зависящих от размера и свойств конкретных диполей. Пары диполей (H1, H2 и H3, H4) могут также располагаться на различных радиусах, r1 и r2 вокруг оси. Например, каждая дипольная катушка может составлять, предпочтительно, около 0,1 метра длины и содержать около 100000 витков провода. Каждая катушка, предпочтительно, подключена к цепи, которая содержит малошумный, полосовой усилитель с высоким коэффициентом усиления. Напряжения усилителя подаются индивидуально в скважинный микропроцессор для анализа. Специалисты в данной области техники оценят, что в виду стоимости датчиков, а также ограниченного пространства в скважине для любых необязательных составляющих, уменьшение любого числа диполей при минимизации слепых зон является желаемым.
Магнитный диполь ЭМ датчика может быть реализован с помощью магнетометров, атомных магнетометров, феррозондовых магнетометров, магнитных градиометров, соленоидов или катушек. Здесь следует отметить, что измерение градиента может также быть проведено при электрическом соединении двух магнитных диполей в противоположной ориентации и проведении отдельного измерения, в противоположность вычитанию значений двух отдельных измерений магнитных полей. Методики обработки, описанные выше, могут быть обобщены для такого случая.
В конечном итоге, в известных системах, которые измеряют абсолютное магнитное поле, с целью получения лучших результатов, необходимо расположить магнетометр вблизи бурового долота. Хотя в некоторых вариантах реализации изобретения, описанных в данном документе, проиллюстрирован ЭМ датчик как расположенный в скважине у бурового долота, использование магнитного градиента противоположного абсолютному магнитному полю в некоторых вариантах реализации изобретения минимизирует эффекты расположения ЭМ датчика в бурильной колонне. Таким образом, используя магнитный градиент на практике в некоторых вариантах реализации, возможно располагать ЭМ датчик на удалении от бурового долота. В некоторых вариантах реализации изобретения ЭМ датчик располагается между эмиттерным электродом Е и возвратным электродом R, хотя в других вариантах реализации изобретения ЭМ датчик располагается в бурильной колонне выше как эмиттерного электрода Е, так и возвратного электрода R. Во всех случаях разделительные втулки используются между ЭМ датчиком и электродами для изоляции ЭМ датчика от электродов, как было описано выше.
Как начато выше, измерение абсолютного значения магнитного поля, используемое в известном уровне техники нежелательно, поскольку точность такого измерения может быть подвержена влиянию различных переменных, таких как поверхностные эффекты, состояние проводящего элемента, то есть, обычно, первые обсадные трубы, профиль проводящего элемента и т.д. Например, существенные характеристики первых обсадных труб, такие как проводимость и магнитная проницаемость, известно, что демонстрируют значительные отклонения между различными участками обсадки, и также могут изменяться со временем из-за таких эффектов как механические нагрузки, температура и коррозия. Затем распределение тока по первым обсадным трубам зависит от глубины проникновения поля и, следовательно, сопротивления на длину трубы, не возможно сделать точное аналитическое вычисление по току существующему на первой обсадной трубе в зависимости от источника. Более того, изменения по длине различных участков обсадки также делает очень сложным калибрование тока в одном участке обсадки на основании другого участка.
Как проиллюстрировано на фиг. 8, наблюдалось, что расстояние от измерения абсолютной величины может определить наличие первой скважины или "цели" вдали, однако оно имеет связанный с ним очень большой конус неопределенности. Измерение градиента, с другой стороны, может определить цель на коротких расстояниях; однако, оно имеет значительно меньший конус неопределенности. Требования к использованию способов дистанционирования здесь описанные для SAGD и для приложений пересечения скважин попадают в диапазон возможностей измерения градиента и в результате, способы и системы, описанные в данном документе, имеют ясное преимущество по сравнению с уже известными системами и способами, основанными на измерении абсолютных значений.
Ссылаясь на фиг. 9, в известном уровне техники способы дистанционирования и направленного бурения, известно использование множества измерений абсолютных значений направления от скважины, пробуренной под различными углами к целевой скважине, через техники триангуляции для определения расстояния. Это требует, чтобы траектория скважины, которая бурится, была спиральной, S-формы, или изогнутой по отношению к целевой скважине, траектория, которая является нежелательной для приложений SAGD. Более того, такой триангуляционный подход усредняет информацию на больших расстояниях и уменьшает время ответа геонавигации. Напротив, как проиллюстрировано на фиг. 8, использование способов градиентного дистанционирования как здесь описано разрешает существенную параллельность траектории второй скважины относительно целевой скважины, в линейной части, что является значительно более желаемым для операций SAGD. Более того, поскольку независимая информация может быть доступна в каждой точке, геонавигация может отвечать на изменения в расстояниях более быстро, чем в известных способах.
Более того, в известном уровне техники, как описано выше, для максимизации эффективности направления, особенно если направлять по спирали и S-подобной траектории, магнетометры обычно располагаются в бурильной колонне так близко, как только возможно к буровому долоту, предпочтительно как можно ближе к нему. В вариантах реализации изобретения, описанных в данном документе, как принято для приложений SAGD, бурильная колонна существенно параллельна целевой скважине, поэтому расположение ЭМ датчика (датчиков) менее важно с точки зрения эффективности направления. Также возможно расположение ЭМ датчика (датчиков) где-либо еще в бурильной колонне, как, например, в долоте.
Фиг. 10 иллюстрирует этапы реализации некоторых вариантов реализации системы дистанционирования на основании магнитного градиента, как показано в данном документе, для определения расстояния между первой и второй скважинами. На этапе А первая скважина бурится. После бурения, проводящий элемент располагается в части первой скважины, а именно в части от которой желаемо измерить расстояние от второй скважины. Проводящий элемент может быть обсадными трубами или некоторым другим проводящим элементом. Первая скважина может быть нагнетательной или добывающей скважиной, поскольку дистанционирование используется в операциях SAGD. Традиционно добывающая скважина бурится первой, поскольку она должна быть расположена в нефтеносном слое в оптимальной позиции для сбора максимального количества углеводородов. Однако, в целях способа дистанционирования как здесь описано, любая скважина может быть пробурена первой. В операциях пересечения скважин первой может быть скважина, предназначенная для остановки. В некоторых вариантах реализации этого этапа инструмент расположения скважины, такой как инструменты азимутального распространения сопротивления или инструмент сверхглубокого считывания сопротивления может быть использован для расположения первой скважины. Такие инструменты, как правило, используются для расположения добывающей скважины на оптимальных расстояниях от прилегающих слоев в нефтеносном слое. Более того, данные геофизических исследований могут быть собраны во время бурения этой первой скважины для помощи в направлении второй скважины.
На этапе В начинается бурение второй скважины. В предпочтительном варианте реализации изобретения строительный участок, то есть участок второй скважины, которая будет располагаться относительно первой скважины, направляется также с помощью геофизической информации или абсолютной или градиентной информации от инструмента дистанционирования описанного в предшествующих этапах.
После начала строительного участка, начинается процедура дистанционирования для удержания второй скважины на желаемой траектории относительно первой скважины. Для операций SAGD, траектория будет параллельной и на желаемом расстоянии к первой скважине. Процедура дистанционирования использует систему дистанционирования, содержащую один или более эмиттеров Е, один или более возвратных электродов R и ЭМ датчик как описано выше. Эмиттерный электрод Е и ЭМ датчик располагаются во второй скважине, предпочтительно как часть бурильной колонны используемой для бурения второй скважины. В некоторых вариантах реализации изобретения возвратный электрод R также располагается во второй скважине. Генератор тока располагается также в бурильной колонне или на поверхности и обеспечивает ток к эмиттерному электроду Е. Некоторые варианты реализации изобретения могут содержать одну или более разделительных втулок для изоляции одного или более электродов и ЭМ датчика (датчиков) от токов, блуждающих по бурильной колонне.
Если система дистанционирования, то есть эмиттерный электрод Е, возвратный электрод R, ЭМ датчик (датчики) и любые разделительные втулки, находятся в позиции как на этапе С, применяется способ скважинного дистанционирования. В некоторых вариантах реализации изобретения способ может содержать использование магнитных градиентов как описано выше. Здесь следует отметить, что описанная система может быть использована для поддержания, по существу, одинакового расстояния между первой и второй скважинами, или ориентирования бурения второй скважины может следовать по заданному или изменяющемуся управляемому расстоянию на основании локальных характеристик пластов, таких как в случае процедур пересечения скважин.
Предпочтительно, как на этапе D, прерывать бурение во время скважинного дистанционирования для уменьшения уровней шума, которые могут влиять на измерения дистанционирования. Время между остановкой бурения и началом дистанционирования может быть оптимизировано для уменьшения шума из-за качания и также минимизировать время простоя. Так же, длительность дистанционирования может быть оптимизирована для подавления шумов электрической системы и магнитной среды и также минимизировать время простоя.
На этапе Е, электроды системы дистанционирования активируются для ввода тока с целью генерации магнитного поля от первой скважины, а именно скважины содержащей проводящий элемент. Введение тока может быть автоматизировано, после предопределенного расстояния вдоль траектории пробуренной второй скважины, предопределенный истекший период времени или на основании некоторого другого критерия, или введение тока может быть ручным. В некоторых предпочтительных вариантах реализации изобретения ток вводится от второй скважины, используя расположенный в ней эмиттер. В некоторых вариантах реализации изобретения эмиттерный электрод удерживается на бурильной колонне используемой для бурения второй скважины, в то время как в других вариантах реализации изобретения и эмиттер, и возвратный электрод удерживаются в бурильной колонне. Эмиттерный электрод может быть изолированным от других составляющих систем дистанционирования с помощью разделительных втулок. В других вариантах реализации изобретения ток может быть введен в пласт на поверхности или ток может быть введен прямым электрическим контактом с проводящей корпусом первой скважины.
В любом случае введенный ток направляется к первой скважине от эмиттера. Как упоминалось выше, разделительные втулки могут быть расположены во второй скважине для направления тока к первой скважине (в отличие от разрешения передачи тока по бурильной колонне). Подобным образом, расположение возвратного электрода может быть выбрано для улучшения прохождения тока к первой скважине. Таким образом, в вариантах реализации изобретения, в которых возвратный электрод располагается во второй скважине, положение возвратного электрода может быть выбрано относительно эмиттерного электрода на основании желаемого результата. В связи с этим это может увеличить расстояние удаления по бурильной колонне для улучшения излучения электромагнитного поля от первой скважины. В итоге эмиттерный электрод и возвратный электрод, их удаление и их изоляция выбираются для направления тока к проводящему элементу в первой скважине и улучшения исходящего излучаемого электромагнитного поля.
При излучении электромагнитного поля от первой скважины, активируется ЭМ датчик. ЭМ датчик может быть активирован вручную с поверхности или автоматически. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения модуль контроллера, удерживаемый КНБК во второй скважине, может содержать алгоритм, который детектирует токи и активирует ЭМ датчик(и). А именно, на этапе F, несмотря на то, что ЭМ датчиком(ами) могут быть любое количество устройств, подходящих для измерения магнитного поля, в некоторых вариантах реализации изобретения ЭМ датчик содержит набор антенн магнитных диполей которые детектируют сигналы электромагнитного поля генерируемые здесь сигналами электромагнитного поля вызванных токами направленно протекающими вдоль длинны первой скважины. Сигналы электромагнитного поля могут быть записаны и обработаны локально или могут быть переданы на поверхность для сохранения и/или обработки. В некоторых предпочтительных вариантах реализации, как проиллюстрировано на фиг. 8, по меньшей мере два сигнала магнитного поля представляют по меньшей мере две различные записанные локации магнитного поля. Это может быть выполнено с использованием множества дипольных антенн, удаленных одна от другой. Данные собираемые дипольными антеннами могут быть в форме магнитного поля, электрического поля, напряжения или тока. Для выполнения анализа сигнал/шум, является преимуществом анализ данных в единицах магнитного поля.
На этапе G, данные магнитного поля, собираемые на этапе F, используются для расчета расстояния. В некоторых вариантах реализации изобретения расстояние может быть основано на градиенте магнитного поля. Например, градиент магнитного поля может быть рассчитан так как описано в Выражениях (1)-(12) выше.
На этапе H расстояние и направление между первой и второй скважинами определено. Поскольку результаты направления и расстояния основаны на координатной системе ЭМ датчика, координатная система ЭМ датчика должна быть преобразована для ее конвертации в земную или другую координатную систему, которая может быть использована в геонавигации. Информация земного магнитного поля или гравитации может быть использована для измерения ориентации приемника и получения трансформации, описанной выше.
На этапе I рассчитанное расстояние и направление используются для корректировки параметров бурения для второй скважины, таких как траектория пути скважины, после чего, на этапе J, геонавигационная система, удерживаемая бурильной колонной, может быть соответствующим образом настроена для направления бурового долота на основании итогов магнитного дистанционирования и бурения. Процедура дистанционирования, описанная на этапах C-J, предпочтительно, выполняется на выбранных интервалах глубины, которые оптимизируют эффективность геонавигации и время бурения. Априори информация может быть использована для корректировки временных интервалов между успешными дистанционированиями. Например, если геофизические данные первой скважины показывают, что скважина как ожидается, будет существенно горизонтальной, интервал между измерениями дистанционирования может быть увеличен. Если скважина как ожидается, будет изогнутой, измерения дистанционирования мо гут выполняться более часто. Вблизи конца скважины, токи, проходящие вдоль расположенного здесь проводящего элемента, ведут себя отлично от других участков проводящего элемента, поскольку путь потока тока изменяется. С целью избежания неблагоприятных эффектов, в некоторых вариантах реализации изобретения первая скважина может быть пробурена длиннее, чем вторая скважина. Основываясь на плане действий, воз можно переключаться на различные техники обработки. Например, если вторая скважина должна локально следовать пути, который удален от первой скважины, локально может быть использовано дистанционирование на основании абсолютного значения.
Таким образом, был описан инструмент скважинного дистанционирования для электромагнитного дистанционирования между первой и второй скважинами. Инструмент характеризуется продолговатой осью. Варианты реализации инструмента скважинного дистанционирования могут, в общем, содержать источник электрического тока; по меньшей мере два электрода расположенные вдоль оси инструмента, причем по меньшей мере один электрод является эмиттерным электродом и по меньшей мере один электрод является возвратным электродом, причем источник электрического тока электрически соединен с эмиттером; и магнитный градиометр располагается вдоль оси инструмента, предназначенный для обнаружения магнитного градиента, индуцированного током, протекающим в проводящем элементе одной из скважин. Так же, была описана скважинная система дистанционирования. Варианты реализации скважинной системы дистанционирования могут, в общем, содержать первую скважину, содержащую продолговатый проводящий элемент расположенный внутри; причем вторая скважина содержит располагающуюся в ней колонну труб; источник электрического тока; по меньшей мере два электрода располагаются вдоль колонны труб, причем по меньшей мере один электрод является эмиттерным электродом и по меньшей мере один электрод является возвратным электродом, причем источник электрического тока электрически соединен с эмиттером; и магнитный градиометр располагается вдоль колонны труб, предназначенный для обнаружения магнитного градиента, индуцируемого током, протекающим в проводящем элементе в одной из скважин. Система может содержать инструмент скважинного дистанционирования, отдельно или в комбинации с одним или более способов здесь описанных. Более того, любой из последующих элементов, отдельно или в комбинации друг с другом, может быть объединен с любым из описанных выше вариантов реализации изобретения:
Эмиттерный электрод и возвратный электроды разделены друг от друга по оси инструмента.
По меньшей мере три электрода и по меньшей мере два изолятора, причем по меньшей мере три электрода являются электрически изолированными друг от друга вдоль инструмента по меньшей мере двумя изоляторами.
Эмиттерный электрод и возвратный электроды разделены по меньшей мере одним изолятором.
Магнитный градиометр отделен от электродов по меньшей мере одним изолятором.
Третий электрод, причем третий электрод является эмиттером, отделенным от другого эмиттера.
Третий электрод, причем третий электрод является возвратным электродом, отделенным от другого возвратного электрода.
Насосно-компрессорная колонна, вдоль которой расположены электроды и магнитный градиометр.
Магнитный градиометр содержит по меньшей мере три диполя, расположенных радиально отдельно друг от друга вокруг оси инструмента.
Магнитный градиометр содержит по меньшей мере четыре диполя, расположенных радиально отдельно друг от друга вокруг оси инструмента.
Магнитный градиометр содержит по меньшей мере шесть диполей, расположенных радиально отдельно друг от друга вокруг оси инструмента.
Магнитный градиометр содержит по меньшей мере восемь диполей, расположенных радиально отдельно друг от друга вокруг оси инструмента.
Магнитный градиометр содержит:
первую пару диполей симметрично расположенных вокруг центральной оси и отдельно друг от друга; и
вторую пару диполей расположенных вокруг центральной оси и отдельно друг от друга, причем вторая пара электродов повернута вокруг центральной оси относительно первой пары электродов на радиальный угол между 0-89°.
Первая пара диполей располагается на первом диаметре вокруг центральной оси, и вторая пара диполей располагается на втором диаметре, отличном от первого диаметра, вокруг центральной оси.
Магнитный градиометр содержит первую пару диполей симметрично расположенных вокруг центральной оси и отдельно друг от друга; и вторую пару диполей расположенных вокруг центральной ось и отдельно друг от друга, причем между первой и второй парой электродов сформирован относительный угол между 0-89°.
Вторая пара диполей повернута вокруг центральной оси относительно первой пары диполей на радиальный угол между 0-89°.
Первая пара диполей располагается на первом диаметре вокруг центральной оси, и вторая пара диполей располагается на втором диаметре, отличном от первого диаметра, вокруг центральной оси.
Первый изолятор и второй изолятор располагаются вдоль оси инструмента, причем эмиттерный электрод отделяется от возвратного первым изолятором и один из эмиттеров или электродов приемника отделяется от магнитного градиометра вторым изолятором.
Третий электрод и третий изолятор располагаются вдоль оси инструмента, причем третий электрод является электрически изолированным от других электродов третьим изолятором.
Изолятор располагается между эмиттерным электродом и магнитным градиометром, изолируя магнитный градиометр от потока тока от эмиттерного электрода вдоль по инструменту; и изолятор располагается между эмиттерным электродом и возвратными электродами, изолируя возвратный электрод от потока тока от эмиттерного электрода вдоль инструмента.
Магнитный градиометр располагается вдоль оси инструмента между эмиттерным электродом и возвратным электродом.
Изолятор располагается между эмиттерным электродом и магнитным градиометром, изолируя магнитный градиометр от потока тока от эмиттерного электрода вдоль инструмента; и изолятор располагается между возвратным электродом и магнитным градиометром, изолируя магнитный градиометр от потока тока от возвратного электрода вдоль инструмента.
Первый изолятор располагается по оси между эмиттерным электродом и возвратным электродами, изолируя возвратный электрод от потока тока от эмиттерного электрода вдоль инструмента; и второй изолятор располагается вдоль оси на противоположной стороне возвратного электрода от первого изолятора.
Магнитный градиометр располагается вдоль оси инструмента между эмиттерным электродом и возвратным электродом.
Изолятор располагается между эмиттерным электродом и магнитным градиометром, изолируя магнитный градиометр от потока тока от эмиттерного электрода вдоль инструмента.
Изолятор располагается между эмиттерным электродом и магнитным градиометром вдоль колонны труб, изолируя магнитный градиометр от потока тока от эмиттерного электрода вдоль колонны труб.
Изолятор располагается между эмиттерным электродом и возвратным электродом вдоль колонны труб, изолируя возвратный электрод от потока тока от эмиттерного электрода вдоль колонны труб.
Изолятор располагается вдоль колонны труб между эмиттерным электродом и магнитным градиометром, изолируя магнитный градиометр от потока тока от эмиттерного электрода вдоль колонны труб; и изолятор располагается вдоль колонны труб между эмиттерным электродом и возвратными электродами, изолируя возвратный электрод от потока тока от эмиттерного электрода вдоль колонны труб.
Магнитный градиометр располагается вдоль колонны труб между эмиттерным электродом и возвратным электродом.
Буровое долото и система направления, удерживаемая колонной труб.
Источник электрического тока является силовым генерирующим модулем, удерживаемым колонной труб.
Таким образом, был описан способ скважинного дистанционирования. Варианты реализации способа скважинного дистанционирования могут, в общем, включать бурение первой скважины и расположение продолговатого проводящего элемента в части первой скважины; начало бурения второй скважины; расположение возвратного электрода вдоль колонны труб во второй скважине; расположение эмиттерного электрода вдоль колонны труб во второй скважине и электрическую изоляцию эмиттерного электрода от возвратного электрода в колонне труб; активирование переменного тока и передачу переменного тока к эмиттеру; использование эмиттерного электрода для генерирования магнитного поля от первой скважины; и измерение магнитного градиента от второй скважины на основании магнитного поля. Для любого из последующих вариантов реализации изобретения способ может включать любое из следующего, отдельно или в объединении друг с другом:
Расположение разделительной втулки вдоль колонны труб между эмиттерным электродом и возвратным электродом.
Расположение разделительной втулки вдоль колонны труб между эмиттерным электродом и ЭМ датчиком предназначенного для измерения магнитного градиента.
Расположение вдоль колонны труб ЭМ датчика предназначенного для измерения магнитного градиента между возвратным электродом и эмиттером.
Расположение разделительной втулки вдоль колонны труб между эмиттерным электродом и ЭМ датчиком и расположение разделительной втулки вдоль колонны труб между возвратным электродом и ЭМ датчиком.
Передача тока на эмиттер.
Получение данных магнитного поля, расчет градиента магнитного поля, и расчет расстояния и направления между первой и второй скважинами на основании градиента магнитного поля.
Использование способа дистанционирования для проведения операций SAGD.
Использование способа дистанционирования для проведения операций пересечения скважин.
Специалисту в данной области техники будет понятно, что иллюстративные варианты реализации изобретения, описанные здесь, не считаются ограничивающими. Различные модификации и комбинации иллюстративных вариантов реализации изобретения, как и другие варианты реализации изобретения, будут очевидны для специалистов в данной области техники при ссылке на это описание. Таким образом, считается, что приложенная формула изобретения охватывает любые такие модификации или варианты реализации изобретения.
Изобретение относится к бурению скважин, в частности к средствам отслеживания бурения множества скважин относительно друг друга. Техническим результатом является повышение точности обнаружения магнитного градиента за счет минимизации влияния тока на магнитный градиометр. Предложена скважинная система дистанционирования для электромагнитного дистанционирования между первой и второй скважинами, содержащая инструмент, включающий: источник электрического тока; по меньшей мере два электрода, расположенные вдоль оси инструмента, в котором по меньшей мере один электрод является эмиттерным электродом и по меньшей мере один электрод является возвратным электродом, причем источник электрического тока является электрически соединенным с эмиттерным электродом; и магнитный градиометр, расположенный вдоль оси инструмента, предназначенный для обнаружения магнитного градиента, индуцируемого потоком тока, протекающего в проводящем элементе в одной из скважин. При этом магнитный градиометр отделен от электродов по меньшей мере одним изолятором. 2 н. и 30 з.п. ф-лы, 20 ил.
1. Скважинная система дистанционирования для электромагнитного дистанционирования между первой и второй скважинами, содержащая следующее:
инструмент, характеризующийся продолговатой осью, причем инструмент содержит:
источник электрического тока;
по меньшей мере два электрода, расположенные вдоль оси инструмента, в котором по меньшей мере один электрод является эмиттерным электродом и по меньшей мере один электрод является возвратным электродом, причем источник электрического тока является электрически соединенным с эмиттерным электродом; и
магнитный градиометр, расположенный вдоль оси инструмента, предназначенный для обнаружения магнитного градиента, индуцируемого потоком тока, протекающего в проводящем элементе в одной из скважин,
при этом магнитный градиометр отделен от электродов по меньшей мере одним изолятором.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что эмиттерный и возвратный электроды отделены друг от друга вдоль оси инструмента.
3. Система по п. 1, дополнительно содержащая по меньшей мере три электрода и по меньшей мере два изолятора, причем по меньшей мере три электрода электрически изолированы друг от друга вдоль инструмента по меньшей мере двумя изоляторами.
4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что эмиттерный и возвратный электроды отделены по меньшей мере одним изолятором.
5. Система по п. 1, дополнительно содержащая третий электрод, причем третий электрод является эмиттерным электродом, отделенным от другого эмиттерного электрода.
6. Система по п. 1, дополнительно содержащая третий электрод, причем третий электрод является возвратным электродом, отделенным от другого возвратного электрода.
7. Система по п. 1, дополнительно содержащая насосно-компрессорную колонну, вдоль которой расположены электроды и магнитный градиометр.
8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что магнитный градиометр содержит по меньшей мере три диполя, расположенных радиально отдельно друг от друга вокруг оси инструмента.
9. Система по п. 1, отличающаяся тем, что магнитный градиометр содержит по меньшей мере четыре диполя, расположенных радиально отдельно друг от друга вокруг оси инструмента.
10. Система по п. 1, отличающаяся тем, что магнитный градиометр содержит по меньшей мере шесть диполей, расположенных радиально отдельно друг от друга вокруг оси инструмента.
11. Система по п. 1, отличающаяся тем, что магнитный градиометр содержит по меньшей мере восемь диполей, расположенных радиально отдельно друг от друга вокруг оси инструмента.
12. Система по п. 1, отличающаяся тем, что магнитный градиометр содержит:
первую пару диполей, симметрично расположенных вокруг центральной оси и отдельно друг от друга; и
вторую пару диполей, расположенных вокруг центральной оси и отдельно друг от друга, причем вторая пара электродов повернута вокруг центральной оси относительно первой пары электродов на радиальный угол между 0-89°.
13. Система по п. 12, отличающаяся тем, что первая пара диполей располагается на первом диаметре вокруг центральной оси, а вторая пара диполей располагается на втором диаметре, отличном от первого диаметра, вокруг центральной оси.
14. Система по п. 1, отличающаяся тем, что магнитный градиометр содержит:
первую пару диполей, симметрично расположенных вокруг центральной оси и отдельно друг от друга; и
вторую пару диполей, расположенных вокруг центральной оси и отдельно друг от друга, причем между первой и второй парой электродов сформирован относительный угол между 0-89°.
15. Система по п. 14, отличающаяся тем, что первая пара диполей располагается на первом диаметре вокруг центральной оси, а вторая пара диполей располагается на втором диаметре, отличном от первого диаметра, вокруг центральной оси.
16. Система по п. 15, отличающаяся тем, что вторая пара диполей повернута вокруг центральной оси относительно первой пары диполей на радиальный угол между 0-89°.
17. Система по п. 16, отличающаяся тем, что первая пара диполей располагается на первом диаметре вокруг центральной оси, а вторая пара диполей располагается на втором диаметре, отличном от первого диаметра, вокруг центральной оси.
18. Система по п. 1, дополнительно содержащая первый изолятор и второй изолятор, расположенные вдоль оси инструмента, причем эмиттерный электрод отделен от возвратного электрода первым изолятором, а один из эмиттерного электрода или электродов приемника отделен от магнитного градиометра вторым изолятором.
19. Система по п. 18, дополнительно содержащая третий электрод и третий изолятор, расположенные вдоль оси инструмента, причем третий электрод электрически изолирован от других электродов третьим изолятором.
20. Система по п. 1, дополнительно содержащая:
изолятор, расположенный между эмиттерным электродом и магнитным градиометром, изолирующий магнитный градиометр от потока тока от эмиттерного электрода вдоль инструмента; и
изолятор, расположенный между эмиттерным и возвратным электродами, изолирующий возвратный электрод от потока тока от эмиттерного электрода вдоль инструмента.
21. Система по п. 1, отличающаяся тем, что магнитный градиометр располагается вдоль оси инструмента между эмиттерным электродом и возвратным электродом.
22. Система по п. 21, дополнительно содержащая:
изолятор, расположенный между эмиттерным электродом и магнитным градиометром, изолирующий магнитный градиометр от потока тока от эмиттерного электрода вдоль инструмента; и
изолятор, расположенный между возвратным электродом и магнитным градиометром, изолирующий магнитный градиометр от потока тока от возвратного электрода вдоль инструмента.
23. Система по п. 1, дополнительно содержащая продолговатый проводящий элемент, расположенный в части одной скважины, и инструмент, расположенный в другой скважине.
24. Система по п. 23, дополнительно содержащая бурильную колонну, причем инструмент удерживается бурильной колонной, а система дополнительно содержит буровое долото и модуль направления, удерживаемый бурильной колонной.
25. Система по п. 1, дополнительно содержащая:
первый изолятор, расположенный вдоль оси между эмиттерным и возвратным электродами, изолирующий возвратный электрод от потока тока от эмиттерного электрода вдоль инструмента; и
второй изолятор, расположенный вдоль оси на противоположной стороне возвратного электрода от первого изолятора.
26. Способ скважинного дистанционирования, включающий:
бурение первой скважины и расположение продолговатого проводящего элемента в части первой скважины;
начало бурения второй скважины;
расположение возвратного электрода вдоль колонны труб во второй скважине; расположение эмиттерного электрода вдоль колонны труб во второй скважине и электрическое изолирование эмиттерного электрода от возвратного электрода в колонне труб;
активирование переменного тока и передача переменного тока к эмиттеру;
использование эмиттерного электрода для генерирования магнитного поля от первой скважины;
и
измерение магнитного градиента от второй скважины на основании магнитного поля.
27. Способ по п. 26, дополнительно включающий расположение разделительной втулки вдоль колонны труб между эмиттерным электродом и возвратным электродом.
28. Способ по п. 26, дополнительно включающий расположение разделительной втулки вдоль колонны труб между эмиттерным электродом и ЭМ датчиком, используемым для измерения магнитного градиента.
29. Способ по п. 26, дополнительно включающий расположение вдоль колонны труб ЭМ датчика, используемого для измерения магнитного градиента между возвратным электродом и эмиттерным электродом.
30. Способ по п. 29, дополнительно включающий расположение разделительной втулки вдоль колонны труб между эмиттерным электродом и ЭМ датчиком и расположение разделительной втулки вдоль колонны труб между возвратным электродом и ЭМ датчиком.
31. Способ по п. 29, отличающийся тем, что этап использования включает передачу тока эмиттерному электроду.
32. Способ по п. 29, отличающийся тем, что этап измерения включает сбор данных о магнитном поле, расчет градиента магнитного поля и расчет расстояния и направления между первой и второй скважинами на основании градиента магнитного поля.
| US 4372398 A, 08.02.1983 | |||
| WO 2012009375 A1, 19.01.2012 | |||
| СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ТОЧНОГО НАПРАВЛЕНИЯ БУРЕНИЯ ДВОЙНЫХ СКВАЖИН | 2005 |
|
RU2386810C2 |
| WO 2007145859 A2, 21.12.2007 | |||
| US 4700142 A, 13.10.1987 | |||
| US 20100219918 A1, 02.09.2010. | |||
