СПОСОБ И СИСТЕМА ДАЛЬНОМЕТРИИ НА ОСНОВЕ ПОВЕРХНОСТНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАЗЕМЛЕННОЙ СКВАЖИНЫ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ЗАЗЕМЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2019 года по МПК E21B47/22 E21B7/04 G01V3/26 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В значительной степени удовлетворение множества потребностей человечества в энергии зависит от углеводородов. По этой причине операторы нефтяных месторождений стремятся к максимальной эффективности при добыче и продаже углеводородов. Значительная часть легкодоступной нефти уже извлечена, поэтому разрабатываются новые технологии для извлечения менее доступных углеводородов. Одной из таких технологий является гравитационное дренирование при закачке пара («ГДЗП»), как описано в патенте США № 6257334, озаглавленном «Steam-Assisted Gravity Drainage Heavy Oil Recovery Process». При ГДЗП используется две горизонтальные скважины, расположенные в вертикальной плоскости на расстоянии менее 10 метров друг от друга.

В процессе работы верхняя скважина используется для подачи пара в пласт. Пар нагревает тяжелую нефть, тем самым повышая ее подвижность. Нагретая нефть (и конденсированный пар) стекает в нижнюю скважину и вытекает на поверхность. Для того чтобы нижняя скважина полностью погружалась во флюид, тем самым «захватывая» пар в пласте, используется метод дросселирования. Если уровень флюида падает слишком низко, пар течет непосредственно из верхней скважины в нижнюю скважину, снижая эффективность нагрева и препятствуя добыче тяжелой нефти. Такой прямой поток (называемый «коротким замыканием») значительно снижает градиент давления, вытесняющего флюид в нижнюю скважину.

Влияние короткого замыкания может быть уменьшено посредством тщательного сохранения расстояния между скважинами, т. е. посредством создания скважин как можно более параллельными. (В точках, в которых расстояние между скважинами меньше среднего, обеспечивается более низкое сопротивление потокам короткого замыкания). При отсутствии технологий точного бурения для уменьшения влияния изменений расстояния между скважинами бурильщикам нужно использовать большие расстояния между скважинами, чем потребовалось бы в противном случае. Точное размещение соседних скважин также важно в других применениях, таких как предотвращение пересечения скважин, уплотняющее бурение, размещение наблюдательной скважины, дегазация метана угольных пластов и пересечение стволов скважины для предотвращения фонтанирования скважин.

Разработаны электромагнитные (ЭМ) решения для непосредственного обнаружения и измерения расстояния между трубами, расположенными в близлежащих скважинах, таким образом, что бурение начинают в последней скважине. Некоторые способы многоскважинной ЭМ-дальнометрии не являются экономически эффективными, так как для их реализации требуется несколько бригад для установки в существующей скважине одного или более проводных инструментов, в то время как в новой буровой скважине выполняют каротаж во время бурения (КВБ). При этом некоторые способы односкважинной ЭМ-дальнометрии основываются на измерениях абсолютного магнитного поля для расчета расстояния, что не дает надежных результатов из-за изменений тока на целевой трубе.

В другом способе ЭМ-дальнометрии, называемом в данной заявке «дальнометрия на основе поверхностного возбуждения», используют источник тока, расположенный на поверхности земли и целевую скважину. В частности, ток от источника тока подается на обсадную колонну целевой скважины, что вызывает излучение ЭМ-полей целевой скважиной по всей ее длине. ЭМ-поля, распространяемые из целевой скважины, могут использоваться для управления направлением бурения новой скважины вблизи целевой скважины. Из-за утечки тока из целевой скважины в окружающий пласт при дальнометрии на основе поверхностного возбуждения могут создаваться слабые электромагнитные поля, при этом отношение сигнал/шум (ОСШ) для датчиков в глубоких скважинах может быть низким. Увеличение величины тока, подаваемого в целевую скважину, могло бы увеличить напряженность электромагнитного поля и ОСШ до значений, требуемых для дальнометрии, но такое увеличение тока не всегда возможно для данного источника электропитания и может представлять угрозу для безопасности персонала, находящегося на поверхности земли. В сценариях дальнометрии на основе поверхностного возбуждения, в которых используется заземленная скважина, при увеличении тока также увеличивается вероятность возникновения интерференции между электромагнитными полями, распространяемыми из заземленной скважины, и электромагнитными полями, распространяемыми из целевой скважины.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Таким образом, в данной заявке описаны способы и системы дальнометрии на основе поверхностного возбуждения с использованием заземленной скважины и вспомогательного заземляющего устройства. На графических материалах:

На Фиг. 1 проиллюстрирована упрощенная схема иллюстративного сценария дальнометрии на основе поверхностного возбуждения с использованием заземленной скважины и вспомогательного заземляющего устройства.

На Фиг. 2А проиллюстрирована упрощенная схема, на которой проиллюстрирована часть сценария дальнометрии на основе поверхностного возбуждения, включающего первое вспомогательное заземляющее устройство.

На Фиг. 2В проиллюстрирована упрощенная схема, на которой проиллюстрирована часть сценария дальнометрии на основе поверхностного возбуждения, включающего второе вспомогательное заземляющее устройство.

На Фиг. 2С проиллюстрирована упрощенная схема, на которой проиллюстрирована часть сценария дальнометрии на основе поверхностного возбуждения, включающего третье вспомогательное заземляющее устройство.

На Фиг. 2D проиллюстрирована упрощенная схема, на которой проиллюстрирована часть сценария дальнометрии на основе поверхностного возбуждения, включающего четвертое вспомогательное заземляющее устройство.

На Фиг. 3 проиллюстрирован график, отображающий нормированные кривые распределения тока в зависимости от измеренной глубины для целевой скважины и заземленной скважины.

На Фиг. 4 проиллюстрирован ряд графиков, на которых показана дисперсия ошибок дальнометрии из-за интерференции от заземленной скважины.

На Фиг. 5 проиллюстрирован график, отображающий нормированные кривые распределения тока в зависимости от измеренной глубины для целевой скважины и двух заземленных скважин.

На Фиг. 6 проиллюстрирована блок-схема иллюстративного способа дальнометрии на основе поверхностного возбуждения с использованием заземленной скважины и вспомогательного заземляющего устройства.

При этом следует понимать, что конкретные варианты реализации изобретения, проиллюстрированные на графических материалах и в нижеприведенном подробном описании сущности изобретения, не ограничивают объем данного изобретения. Напротив, для специалистов в данной области техники они обеспечивают основание для выявления альтернативных форм, эквивалентов и других модификаций, которые объединяются в объеме прилагаемой формулы изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Описанные варианты реализации относятся к способам и системам дальнометрии на основе поверхностного возбуждения с использованием заземленной скважины и вспомогательного заземляющего устройства. Как описано в данной заявке, использование заземленной скважины и вспомогательного заземляющего устройства позволяет достичь компромисса между различными требованиями при дальнометрии на основе поверхностного возбуждения, включая: 1) безопасность; 2) эффективность дальнометрии; и 3) доступность вариантов вспомогательного заземления. Для сравнения базовое устройство заземления, содержащее сборку из одного или более обычных заземляющих стержней на поверхности земли (каждый обычный заземляющий стержень имеет радиус около 1 сантиметра, длину около 1 метра и проводимость около 10⁶ См/м), может быть небезопасным при некоторых сценариях дальнометрии на основе поверхностного возбуждения, особенно в тех, в которых необходимы высокие значения силы тока. Кроме того, в некоторых сценариях дальнометрии на основе поверхностного возбуждения из-за интерференции, вызванной электромагнитными (ЭМ) полями, распространяемыми из заземленной скважины, эффективность дальнометрии, при использовании только заземленной скважины может быть неудовлетворительной. По меньшей мере для некоторых сценариев дальнометрии на основе поверхностного возбуждения сочетание заземленной скважины и вспомогательного заземляющего устройства обеспечивает улучшенную безопасность и эффективность дальнометрии по сравнению с одним базовым заземляющим устройством или одной заземленной скважиной.

В некоторых вариантах реализации изобретения вспомогательное заземляющее устройство содержит один или более обычных заземляющих стержней. Дополнительно или в качестве варианта вспомогательное заземляющее устройство содержит настраиваемые заземляющие стержни, имеющие по сравнению с обычным заземляющим стержнем увеличенную длину и/или увеличенный радиус. Кроме того, вспомогательное заземляющее устройство может содержать настраиваемый заземляющий стержень, используемый на большей глубине и/или имеющий улучшенный контакт с землей по сравнению с обычным заземляющим стержнем. В различных вариантах реализации изобретения для управления глубиной установки настраиваемого заземляющего стержня и/или степенью контакта между настраиваемым заземляющим стержнем и землей могут использоваться необсаженный ствол скважины и/или направляющий ствол скважины. Другие варианты вспомогательного заземляющего устройства включают использование в качестве настраиваемого заземляющего стержня скважинной обсадной колонны (например, другой заземленной скважины) или якоря морского бурового основания. В некоторых вариантах реализации изобретения различные варианты вспомогательного заземляющего устройства выбирают или объединяют до тех пор, пока не будут удовлетворены критерии сопротивления и/или критерии эффективности дальнометрии заземленной скважины и вспомогательного заземляющего устройства. Данные критерии могут изменяться, например, в зависимости от длины конкретной целевой скважины и/или электрических свойств (например, удельного сопротивления, проводимости, проницаемости) пласта, окружающего целевую скважину. Для выбора конкретного вспомогательного заземляющего устройства могут использоваться предыдущие результаты испытаний, текущие результаты испытаний или условия (например, наличие компонентов, оборудования, близлежащих необсаженных стволов скважин или скважинных обсадных колонн).

По меньшей мере в некоторых вариантах реализации изобретения типовой способ дальнометрии на основе поверхностного возбуждения включает выбор в качестве целевой скважины первой скважины с металлической обсадной колонной. Способ также включает выбор второй скважины с металлической обсадной колонной в качестве заземленной скважины. Способ также включает установку вспомогательного заземляющего устройства для источника электропитания, расположенного на поверхности земли, причем заземленная скважина и вспомогательное заземляющее устройство удовлетворяют критериям сопротивления или критериям эффективности дальнометрии. Способ также включает подачу электрического тока, протекающего от источника электропитания вдоль целевой скважины. Способ также включает измерение ЭМ-полей, распространяемых из целевой скважины в результате протекания электрического тока. Способ также включает использование информации о расстоянии или направлении, полученной из обнаруженных ЭМ полей для направления бурения новой скважины относительно целевой скважины.

При этом, типовая система поверхностного возбуждения содержит источник электропитания, расположенный на поверхности земли. Система также содержит заземленную скважину и вспомогательное заземляющее устройство для источника электропитания, расположенного на поверхности земли, причем заземленная скважина и вспомогательное заземляющее устройство удовлетворяют критериям сопротивления или критериям эффективности дальнометрии. Система также содержит целевую скважину с металлической обсадной колонной для подачи электрического тока, протекающего от источника электропитания по всей ее длине. Система также содержит по меньшей мере один датчик для обнаружения ЭМ-полей, распространяемых из целевой скважины в результате протекания электрического тока. Система также содержит инструмент для наклонно-направленного бурения для бурения новой скважины относительно целевой скважины на основе информации о расстоянии или направлении, полученной из обнаруженных ЭМ-полей. В данной заявке описаны различные варианты заземленной скважины и вспомогательного заземляющего устройства.

Для облегчения понимания описанных способов и систем дальнометрии на основе поверхностного возбуждения с использованием заземленной скважины и вспомогательного заземляющего устройства приводится описание в контексте иллюстративного использования. На Фиг. 1 проиллюстрирован иллюстративный сценарий 10 дальнометрии на основе поверхностного возбуждения с использованием заземленной скважины 45 и вспомогательного заземляющего устройства 48. В сценарии 10 пробуривают новую скважину 16 относительно пробуренной и обсаженной целевой скважины 42. Целевая скважина 42 может быть пробурена с использованием широко известного бурового оборудования. Новую скважину 16 пробуривают таким же образом, при этом для управления направлением бурения новой скважины 16 относительно целевой скважины 42 выполняют операции дальнометрии на основе поверхностного возбуждения. В частности, новую скважину 16 пробуривают с использованием буровой компоновки 12, выполненной с возможностью спуска бурильной колонны 31 для создания новой скважины 16, которая проходит через пласты 19 земли 18. Бурильную колонну 31 составляют, например, из модульного набора сегментов 32 бурильной колонны и, возможно, соединительных муфт 33. На нижнем конце бурильной колонны 31 посредством компоновки низа бурильной колонны (КНБК) 34, содержащей буровое долото 35, извлекают материал из земли 18. Для облегчения извлечения материала буровое долото 35 может вращаться посредством вращения бурильной колонны 31 с буровой компоновкой 12 и/или с использованием двигателя (например, забойного двигателя), который содержит КНБК 34. Кроме того, для удаления бурового шлама из новой скважины 16 может осуществляться циркуляция бурового раствора. Например, данный буровой раствор может нагнетаться вниз по бурильной колонне 31 через отверстия в буровом долоте 35 и обратно к поверхности земли по кольцевому пространству в новой скважине 16.

Компоновка низа бурильной колонны 34 также содержит одну или более утяжеленных бурильных труб 37 и каротажный инструмент 36 с одним или более блоками датчика 38 ЭМ-поля и/или другими датчиками. В некоторых вариантах реализации изобретения блоки датчика 38 ЭМ-поля представляют собой множество индуктивных петель, ориентированных в разных направлениях. В сценарии 10 дальнометрии на основе поверхностного возбуждения посредством блоков датчиков 38 ЭМ-поля измеряют характеристики ЭМ-полей 46, создаваемых электрическим током, подаваемым по металлической обсадной колонне в целевой скважине 42, причем электрический ток подают в целевую скважину 42 посредством источника 40 электропитания, расположенного на поверхности земли. Каротажный инструмент 36 также может содержать электронные схемы для хранения данных, связи и т. д. Результаты измерений ЭМ-поля и/или другие результаты измерений, собранные каротажным инструментом 36, передают на поверхность земли и/или сохраняют посредством каротажного инструмента 36. В любом случае результаты измерений ЭМ-поля могут быть обработаны (в скважине или на поверхности земли), для определения информации о расстоянии или направлении, которая может использоваться для операций управления наклонно-направленным бурением, определяющих траекторию новой скважины 16. По меньшей мере в некоторых вариантах реализации изобретения определенная информация о расстоянии или направлении соответствует расстоянию и направлению КНБК 34 (или точке вдоль КНБК 34), связанной с целевой скважиной 42.

Для передачи результатов измерений ЭМ-поля или результатов измерений других видов на поверхность земли в каротажном инструменте 36 может использоваться один или более вариантов телеметрии, таких как гидроимпульсная скважинная телеметрия, акустическая телеметрия, ЭМ-телеметрия и/или проводная телеметрия. На поверхности земли посредством интерфейса 14 принимают результаты измерений от каротажного инструмента 36 и передают результаты измерений в компьютерную систему 20. В некоторых вариантах реализации изобретения посредством поверхностного интерфейса 14 и/или компьютерной системы 20 могут выполняться различные операции, такие как преобразование сигналов из одной формы в другую, хранение результатов измерений и/или обработка результатов измерений. В качестве примера, по меньшей мере в некоторых вариантах реализации изобретения компьютерная система 20 содержит блок 22 обработки данных, посредством которого на основании результатов измерений ЭМ-поля определяют информацию о расстоянии и/или направлении, как описано в данной заявке, посредством выполнения программного обеспечения или команд, полученных от локального или удаленного долговременного машиночитаемого носителя 28 информации. Компьютерная система 20 также может содержать устройство (-а) 26 ввода (например, клавиатуру, мышь, сенсорную панель и т. д.) и устройство (-а) 24 вывода (например, монитор, принтер и т. д.). Посредством данных устройств(а) 26 ввода и/или устройств(а) 24 вывода обеспечивается интерфейс пользователя, позволяющий оператору взаимодействовать с каротажным инструментом 36 и/или программным обеспечением, выполняемым блоком 22 обработки данных. Например, компьютерная система 20 может быть выполнена с возможностью просмотра оператором собранных результатов измерений, результатов обработки данных, выбора параметров источника электропитания, выбора параметров наклонно-направленного бурения и/или выполнения других задач, связанных со сценарием 10.

В сценарии 10 представлено вспомогательное заземляющее устройство 48 для источника 40 электропитания, причем заземленная скважина 45 и вспомогательное заземляющее устройство 48 удовлетворяют критериям сопротивления или критериям эффективности дальнометрии. По меньшей мере в некоторых вариантах реализации изобретения источник 40 электропитания соединен с заземленной скважиной 45 посредством изолированного кабеля 43А и соединительного хомута 44. При этом, источник 40 электропитания может соединяться с вспомогательным заземляющим устройством 48 посредством изолированного кабеля 43B. В некоторых вариантах реализации изобретения для соединения с заземленной скважиной 45 и вспомогательным заземляющим устройством 48 изолированные кабели 43А и 43В могут проходить от источника питания 40 к участкам, расположенным ниже поверхности земли. Ток 41, протекающий от источника 40 электропитания, подается вдоль целевой скважины 42, что приводит к возникновению ЭМ-полей 46, которые могут использоваться для дальнометрии. По мере того, как токи утечки 50 из целевой скважины 42 достигают заземленной скважины 45, обратный ток 46 протекает вдоль заземленной скважины 45 в направлении, противоположном току 41, протекающему вдоль целевой скважины, что приводит к возникновению ЭМ-полей 49, которые при выполнении операций дальнометрии потенциально могут привести к интерференции. Например, блоки 38 датчиков ЭМ-полей могут обнаруживать ЭМ-поля 49 вместо ЭМ-полей 46 или в дополнение к ним, что приводит к некорректной информации о дальности. Кроме того, по меньшей мере некоторые из токов утечки 50 из целевой скважины 42 и/или заземленной скважины 45 возвращаются во вспомогательное заземляющее устройство 48. Из-за утечки токов 50 величина электрического тока, подаваемого вдоль целевой скважины 42, снижается по длине целевой скважины 42. Для увеличения напряженности ЭМ-полей 46, распространяемых посредством целевой скважины 42, могут быть увеличены значения напряжения и/или тока, подаваемых от источника 40 электропитания (или, возможно, может использоваться источник электропитания большей мощности). Однако такое увеличение напряжения и/или тока, подаваемых от источника 40 электропитания, может повысить риск поражения электрическим током персонала, находящегося на поверхности земли, особенно если компоненты источника 40 электропитания или вспомогательного заземляющего устройства 48 находятся в контакте с поверхностью земли. Кроме того, такое увеличение напряжения и/или тока, подаваемых от источника 40 электропитания, увеличивает вероятность того, что ЭМ-поля 49 будут воздействовать на блоки датчиков 38 ЭМ-поля и будут приводить к интерференции при выполнении операций дальнометрии. В типовом сценарии дальнометрии на основе поверхностного возбуждения сила тока составляет 100 А, а напряжение составляет 40-50 В, что приводит к потребляемой мощности 4-5 кВт.

Таким образом, заземленная скважина 45 и вспомогательное заземляющее устройство 48 удовлетворяют критериям сопротивления и/или критериям эффективности дальнометрии, снижая уровень риска, вызванного возможностью проведения операций дальнометрии при дальнейшем бурении новой скважины 16 относительно целевой скважины 42. При необходимости, для уменьшения сопротивления может быть выполнена настройка вспомогательного заземляющего устройства 48 в соответствии с одним или более испытаний. Например, во время испытания может быть измерено сопротивление, связанное с заземленной скважиной 45 и/или вспомогательным заземляющим устройством 48. В другом примере испытания может измеряться отношение сигнал/шум (ОСШ) ЭМ полей 46 в некоторой точке вдоль целевой скважины 42.

Существуют различные варианты вспомогательного заземляющего устройства 48. На Фиг. 2А проиллюстрирована часть сценария 10А дальнометрии на основе поверхностного возбуждения, которая содержит первое вспомогательное заземляющее устройство 48А. В сценарии 10А целевая скважина 42 проиллюстрирована как заполненная буровым раствором 41, имеющим низкое удельное сопротивление, а первое настраиваемое заземляющее устройство 48А проиллюстрировано как содержащее скважинную обсадную колонну 60, соединенную с источником 40 электропитания посредством изолированного кабеля 43. Скважинная обсадная колонна 60 может представлять собой один или более сегментов обсадной трубы (как правило, каждый сегмент имеет длину около 30 футов (9,14 метров)), находящихся в контакте с землей 18. В некоторых вариантах реализации изобретения скважинную обсадную колонну 60 устанавливают в соответствии с испытанием (например, испытанием сопротивления или испытанием ОСШ при дальнометрии). В качестве варианта, скважинная обсадная колонна 60 может находиться в других скважинах, предварительно пробуренных и обсаженных. В случаях, когда это возможно, в качестве дополнения к заземленной скважине (не показана) может использоваться скважинная обсадная колонна 60, расположенная на некотором расстоянии и в пределах заданного диапазона от целевой скважины 42. В то время как скважинная обсадная колонна 60 проиллюстрирована как вертикальная, следует понимать, что другие варианты скважинной обсадной колонны также могут быть горизонтальными. Когда это возможно, скважинная обсадная колонна 60 может представлять собой вспомогательную заземленную скважину. Также как и в сценарии 10А дальнометрии на основе поверхностного возбуждения, скважинная обсадная колонна 60 может также использоваться в сочетании с другими вариантами вспомогательного заземляющего устройства, описанного в данной заявке. Сопротивление настраиваемого заземляющего устройства, содержащего скважинную обсадную колонну 60, имеющую следующие параметры: σ=10⁶ См/м, μ_r=100, внешний радиус=0,1 метра, внутренний радиус=0,09 метра и длину=30 метров, оценивается примерно в 0,46 Ом.

На Фиг. 2В проиллюстрирована часть сценария 10B дальнометрии на основе поверхностного возбуждения, которая содержит второе вспомогательное заземляющее устройство 48B. В сценарии 10B целевая скважина 42 снова проиллюстрирована как заполненная буровым раствором 41. Проиллюстрировано, что второе вспомогательное заземляющее устройство 48B содержит скважинный заземляющий стержень 64, установленный в необсаженном стволе 62 скважины в земле 18 и соединенный с источником 40 электропитания посредством изолированного кабеля 43. Необсаженный ствол 62 скважины может быть новым стволом скважины, пробуренным для установки скважинного заземляющего стержня 64, или имеющимся стволом скважины, находящимся вблизи целевой скважины 42. В некоторых вариантах реализации изобретения для сохранения целостности необсаженного ствола 62 скважины используется вставка или обсадная колонна из стекловолокна. В качестве варианта, скважинный заземляющий стержень 64 может быть установлен с использованием направляющего ствола скважины вместо необсаженного ствола 62 скважины или в дополнение к нему. Необсаженный ствол 62 скважины и/или направляющий ствол скважины расположен на некотором расстоянии и в пределах заданного диапазона от целевой скважины 42. В некоторых вариантах реализации изобретения скважинный заземляющий стержень 64 представляет собой открытый участок заземляющего кабеля (например, может использоваться изолированный кабель 43, причем конец изолированного кабеля 43 не изолирован). В других вариантах реализации изобретения скважинный заземляющий стержень 64 представляет собой настраиваемый заземляющий стержень, имеющий по сравнению с обычным заземляющим стержнем увеличенную длину и/или увеличенный радиус. В качестве примера, скважинный заземляющий стержень 64 может иметь длину по меньшей мере 10 метров, причем большая часть скважинного заземляющего стержня 64 после завершения установки находится в непосредственном контакте с землей 18. В некоторых вариантах реализации изобретения скважинный заземляющий стержень 64 устанавливают в соответствии с испытанием (например, испытанием сопротивления или испытанием ОСШ). Как и в сценарии 10B дальнометрии на основе поверхностного возбуждения в качестве дополнения к заземленной скважине (не показана) может использоваться скважинный заземляющий стержень 64. Также как и в сценарии 10В дальнометрии на основе поверхностного возбуждения, скважинный заземляющий стержень 64 может также использоваться в сочетании с другими вариантами вспомогательного заземляющего устройства, описанного в данной заявке. Сопротивление настраиваемого заземляющего устройства, содержащего скважинный заземляющий стержень (радиус=1 см, длина=10 метров и σ=10⁶ См/м), установленного в необсаженном стволе скважины длиной 20 метров, оценивается примерно в 3,09 Ом.

На Фиг. 2С проиллюстрирована часть сценария 1°C дальнометрии на основе поверхностного возбуждения, которая содержит третье вспомогательное заземляющее устройство 48C. В сценарии 1°C целевая скважина 42 снова проиллюстрирована как заполненная буровым раствором 41. Проиллюстрировано, что третье вспомогательное заземляющее устройство 48C содержит удлиненный заземляющий стержень 66, простирающийся глубоко в землю 18. Удлиненный заземляющий стержень 66 соединен с источником 40 электропитания посредством изолированного кабеля 43. Для установки удлиненного заземляющего стержня 66 глубоко в землю 18 можно использовать направляющий ствол скважины. Дополнительно или в качестве варианта, может использоваться специализированный инструмент или буровая установка для проталкивания или забивки удлиненного заземляющего стержня 66 в землю 18 так, чтобы заданная часть удлиненного заземляющего стержня 66 находилась под землей и контактировала с землей 18. Удлиненный заземляющий стержень 66, по сравнению с обычным заземляющим стержнем, имеет увеличенную длину и, возможно, увеличенный радиус. В качестве примера, удлиненный заземляющий стержень 66 может иметь длину по меньшей мере 30 метров, причем большая часть удлиненного заземляющего стержня 66 после завершения установки находится в непосредственном контакте с землей 18. В некоторых вариантах реализации изобретения удлиненный заземляющий стержень 66 устанавливают в соответствии с испытанием (например, испытанием сопротивления или испытанием ОСШ). Как и в сценарии 1°C дальнометрии на основе поверхностного возбуждения в качестве дополнения к заземленной скважине (не показана) может использоваться удлиненный заземляющий стержень 66. Также как и в сценарии 1°C дальнометрии на основе поверхностного возбуждения, скважинный заземляющий стержень 66 может также использоваться в сочетании с другими вариантами вспомогательного заземляющего устройства, описанного в данной заявке. Сопротивление настраиваемого заземляющего устройства, содержащего удлиненный заземляющий стержень (радиус=1 см, длина=30 метров и σ=10⁶ См/м), в котором большая часть удлиненного заземляющего стержня находится в контакте с землей, оценивается примерно в 1,28 Ом.

На Фиг. 2D проиллюстрирована часть сценария 10D дальнометрии на основе поверхностного возбуждения, которая содержит четвертое вспомогательное заземляющее устройство 48D. В сценарии 10D целевая скважина 42 снова проиллюстрирована как заполненная буровым раствором 41. Показано, что четвертое вспомогательное заземляющее устройство 48D содержит заземляющий стержень 68, установленный на поверхности земли. Заземляющий стержень 68 соединен с источником 40 электропитания посредством изолированного кабеля 43. Заземляющий стержень 68 может представлять собой обычный заземляющий стержень. В качестве варианта, заземляющий стержень 68, по сравнению с обычным заземляющим стержнем, может иметь увеличенную длину и, возможно, увеличенный радиус. В некоторых вариантах реализации изобретения заземляющий стержень 68 устанавливают в соответствии с испытанием (например, испытанием сопротивления или испытанием ОСШ). Как и в сценарии 10D дальнометрии на основе поверхностного возбуждения в качестве дополнения к заземленной скважине (не показана) может использоваться заземляющий стержень 68. Также как и в сценарии 10D дальнометрии на основе поверхностного возбуждения, заземляющий стержень 68 может также использоваться в сочетании с другими вариантами вспомогательного заземляющего устройства, описанного в данной заявке. Сопротивление настраиваемого заземляющего устройства, содержащего удлиненный заземляющий стержень (радиус=1 см, длина=30 метров и σ=10⁶ См/м), в котором большая часть удлиненного заземляющего стержня находится в контакте с землей, оценивается примерно в 1,28 Ом. Другой вариант вспомогательного заземляющего устройства включает использование в качестве настраиваемого заземляющего стержня анкерного устройства буровой установки.

На Фиг. 3 проиллюстрирован график 80, отображающий нормированные кривые распределения тока в зависимости от измеренной глубины для целевой скважины и заземленной скважины. На графике 80 сплошная линия соответствует току в целевой скважине (I_TW), а пунктирная линия соответствует связанному с ним току в заземленной скважине (I_GW). Для сравнения штриховая линия на графике 80 соответствует току в целевой скважине (I_{TW_base}) при использовании базового заземляющего устройства. По сравнению с величиной тока в целевой скважине при использовании одного базового заземляющего устройства, величина тока в целевой скважине при использовании заземленной скважины немного меньше, но распространяется примерно на такую же измеренную глубину. Следует отметить, что при использовании заземленной скважины значительно снижается сопротивление по сравнению с базовым устройством заземления (т.е. при одинаковой мощности заземленная скважина может обеспечить большую величину тока в целевой скважине по сравнению с базовым заземлением). Кроме того, можно увидеть, что ток в целевой скважине и связанный с ним ток в заземленной скважине примерно совпадают в зависимости от измеренной глубины.

На Фиг. 4 проиллюстрирован ряд графиков, отображающих результаты исследования для конкретного сценария по анализу интерференции сигнала дальнометрии из-за заземленной скважины. Для сценария на Фиг. 4, предполагают, что заземленная скважина параллельна целевой скважине на протяжении 100 м. Как проиллюстрировано на верхнем графике, предполагают, что расстояние между новой скважиной и целевой скважиной будет изменяться на разных глубинах от 4 до 7 м. При этом ошибка из-за интерференции заземленной скважины на нижнем графике соответствует разности между истинным расстоянием и вычисленным расстоянием, выраженной в процентах. Результаты исследования показывают, что степень интерференции сигнала дальнометрии, вызванной заземленной скважиной, зависит от относительного расстояния между новой скважиной, целевой скважиной и заземленной скважиной.

На Фиг. 5 проиллюстрирован график 90, отображающий нормированные кривые распределения тока в зависимости от измеренной глубины для целевой скважины и двух заземленных скважин. На графике 90 сплошная линия соответствует току в первой заземленной скважине (I_GW1), а пунктирная линия соответствует току во второй заземленной скважине (I_GW2). При этом штриховая линия соответствует току, связанному с током в целевой скважине (I_TW). Как проиллюстрировано на графике 90, величина тока, протекающего вдоль каждой из первой и второй заземленных скважин, составляет приблизительно половину величины тока, протекающего вдоль целевой скважины. Следовательно, влияние интерференции на эффективность дальнометрии от первой и второй заземленных скважин будет намного меньше, чем интерференция от одной заземленной скважины. По сравнению с поверхностным полным сопротивлением при использовании одной заземленной скважины, расчетное поверхностное полное сопротивление для двух заземленных скважин снижается примерно на 19% (вычислено как 0,077 Ом).

На Фиг. 6 проиллюстрирована блок-схема 200 иллюстративного способа 200 дальнометрии на основе поверхностного возбуждения с использованием заземленной скважины и вспомогательного заземляющего устройства. Как проиллюстрировано, способ 200 на этапе 202 включает выбор первой скважины с металлической обсадной колонной в качестве целевой скважины. На этапе 204 выбирают вторую скважину с металлической обсадной колонной в качестве заземленной скважины. На этапе 206 устанавливают вспомогательное заземляющее устройство для источника электропитания на поверхности земли, причем заземленная скважина и вспомогательное заземляющее устройство удовлетворяют критериям сопротивления или критериям эффективности дальнометрии. Критерии сопротивления или критерии эффективности дальнометрии могут быть основаны на проведении испытаний для измерения сопротивления заземления или эффективности дальнометрии. Такие испытания могут выполняться во время операций дальнометрии или до выполнения операций дальнометрии. Кроме того, опыт, полученный из предыдущих исследовательских работ по дальнометрии на основе поверхностного возбуждения, может служить руководством для новых исследовательских работ. Кроме того, для выбора параметров заземленной скважины и вспомогательного заземляющего устройства могут использоваться имеющиеся или новые каротажные диаграммы, относящиеся к электромагнитным свойствам земли вблизи целевой скважины или новой скважины. При необходимости, параметры вспомогательного заземляющего устройства могут быть объединены или настроены (например, могут использоваться дополнительные заземляющие скважины, более длинный заземляющий стержень или большая глубина установки). После завершения установки вспомогательного заземляющего устройства (или настройки в соответствии с испытанием при определенных обстоятельствах) способ 200 включает подачу электрического тока, протекающего от источника электропитания вдоль целевой скважины (этап 208). На этапе 210 осуществляют измерение ЭМ-полей, распространяемых из целевой скважины в результате протекания электрического тока. На этапе 212 используют информацию о расстоянии или направлении, полученную из измеренных ЭМ-полей, для управления направлением бурения новой скважины относительно целевой скважины.

Варианты реализации изобретения, описанные в данной заявке, включают:

A: Способ дальнометрии на основе поверхностного возбуждения, включающий выбор первой скважины с металлической обсадной колонной в качестве целевой скважины и выбор второй скважины с металлической обсадной колонной в качестве заземленной скважины. Способ также включает установку вспомогательного заземляющего устройства для источника электропитания, расположенного на поверхности земли, причем заземленная скважина и вспомогательное заземляющее устройство удовлетворяют критериям сопротивления или критериям эффективности дальнометрии. Способ также включает подачу электрического тока, протекающего от источника электропитания вдоль целевой скважины. Способ также включает измерение ЭМ-полей, распространяемых из целевой скважины в результате протекания электрического тока. Способ также включает использование информации о расстоянии или направлении, полученной из обнаруженных ЭМ-полей для управления направлением бурения новой скважины относительно целевой скважины.

B: Система дальнометрии на основе поверхностного возбуждения, содержащая источник электропитания, расположенный на поверхности земли. Система также содержит заземленную скважину и вспомогательное заземляющее устройство для источника электропитания, расположенного на поверхности земли, причем заземленная скважина и вспомогательное заземляющее устройство удовлетворяют критериям сопротивления или критериям эффективности дальнометрии. Система также содержит целевую скважину с металлической обсадной колонной для подачи электрического тока, протекающего от источника электропитания по всей ее длине. Система также содержит по меньшей мере один датчик для измерения ЭМ-полей, распространяемых из целевой скважины в результате протекания электрического тока. Система также содержит инструмент для наклонно-направленного бурения для бурения новой скважины относительно целевой скважины на основе информации о расстоянии или направлении, полученной из измеренных ЭМ-полей.

Каждый из вариантов реализации изобретения А и В может включать один или более следующих дополнительных элементов в любой комбинации. Элемент 1: отличающийся тем, что установка вспомогательного заземляющего устройства включает подключение источника электропитания к металлической обсадной колонне, установленной в скважине, расположенной отдельно от целевой скважины, заземленной скважины и новой скважины. Элемент 2: отличающийся тем, что установка вспомогательного заземляющего устройства включает соединение источника электропитания с заземляющим стержнем, полностью развернутым ниже поверхности земли. Элемент 3: дополнительно включающий бурение необсаженного ствола скважины или использование имеющегося необсаженного ствола скважины для полного развертывания заземляющего стержня ниже поверхности земли. Элемент 4: дополнительно включающий бурение направляющего ствола скважины для полного развертывания заземляющего стержня ниже поверхности земли. Элемент 5: отличающийся тем, что установка вспомогательного заземляющего устройства включает соединение источника электропитания с удлиненным заземляющим стержнем, причем длина его подземной части превышает заданное пороговое значение. Элемент 6: отличающийся тем, что установка вспомогательного заземляющего устройства включает соединение источника электропитания с заземляющим кабелем, содержащим изолированный участок и открытый участок, причем открытый участок находится ниже поверхности земли. Элемент 7: дополнительно включающий размещение вспомогательного заземляющего устройства на определенном расстоянии от целевой скважины на основании заданного расстояния или критериев измерения дальности, а также прокладывание изолированного кабеля между источником электропитания и местоположением заземления ниже поверхности земли. Элемент 8: дополнительно включающий настройку параметров вспомогательного заземляющего устройства до тех пор, пока значение сопротивления не будет ниже порогового значения, удовлетворяющего критериям сопротивления. Элемент 9: дополнительно включающий настройку параметров вспомогательного заземляющего устройства до тех пор, пока ОСШ дальнометрии не будет выше порогового значения, удовлетворяющего критериям эффективности дальнометрии.

Элемент 10: отличающийся тем, что вспомогательное заземляющее устройство содержит металлическую обсадную колонну, установленную в скважине, расположенной отдельно от целевой скважины, заземленной скважины и новой скважины. Элемент 11: отличающийся тем, что вспомогательное заземляющее устройство содержит заземляющий стержень, полностью развернутый ниже поверхности земли. Элемент 12: отличающийся тем, что заземляющий стержень полностью развертывают ниже поверхности земли с использованием необсаженного ствола скважины. Элемент 13: отличающийся тем, что заземляющий стержень полностью развертывают ниже поверхности земли с использованием направляющего ствола скважины. Элемент 14: отличающийся тем, что вспомогательное заземляющее устройство содержит удлиненный заземляющий стержень, причем длина его подземной секции превышает заданное пороговое значение. Элемент 15: отличающийся тем, что вспомогательное заземляющее устройство содержит заземляющий кабель, содержащий изолированный участок и открытый участок, причем открытый участок находится ниже поверхности земли. Элемент 16: отличающийся тем, что вспомогательное заземляющее устройство содержит изолированный кабель, который проложен между источником электропитания и местоположением ниже поверхностью земли. Элемент 17: отличающийся тем, что вспомогательное заземляющее устройство располагают на расстоянии от целевой скважины на основе заданного расстояния или критериев измерения дальности. Элемент 18: дополнительно содержащий инструмент каротажа удельного сопротивления или проводимости для сбора результатов измерений свойств пласта в одной или более точках вдоль целевой скважины, причем критерии сопротивления основаны на собранных результатах измерений.

Многочисленные другие варианты и модификации станут очевидными для специалистов в данной области техники, как только вышеприведенное описание будет полностью оценено. Например, описанные в данной заявке варианты вспомогательного заземляющего устройства могут также использоваться для повышения безопасности или выполнения операций мониторинга добычи, операций мониторинга продуктивного пласта, ЭМ-телеметрии и/или других операций, при которых используют источник электропитания на поверхности земли. Предполагается, что последующая формула изобретения будет интерпретироваться для охвата всех таких вариантов и модификаций везде, где это применимо.

Способ дальнометрии на основе поверхностного возбуждения, включающий выбор первой скважины с металлической обсадной колонной в качестве целевой скважины и выбор второй скважины с металлической обсадной колонной в качестве заземленной скважины. Способ также включает установку вспомогательного заземляющего устройства для источника электропитания, расположенного на поверхности земли, причем заземленная скважина и вспомогательное заземляющее устройство удовлетворяют критериям сопротивления или критериям эффективности дальнометрии. Способ также включает подачу электрического тока, протекающего от источника электропитания вдоль целевой скважины. Способ также включает измерение электромагнитных (ЭМ) полей, распространяемых из целевой скважины в результате протекания электрического тока. Способ также включает использование информации о расстоянии или направлении, полученной из обнаруженных ЭМ-полей, для направления бурения новой скважины относительно целевой скважины. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ дальнометрии на основе поверхностного возбуждения, включающий:

выбор первой скважины с металлической обсадной колонной в качестве целевой скважины;

выбор второй скважины с металлической обсадной колонной в качестве заземленной скважины;

установку вспомогательного заземляющего устройства для источника электропитания, расположенного на поверхности земли, причем заземленная скважина и вспомогательное заземляющее устройство удовлетворяют критериям сопротивления или критериям эффективности;

подачу электрического тока, протекающего от источника электропитания вдоль целевой скважины;

измерение электромагнитных (ЭМ) полей, распространяемых из целевой скважины в результате протекания электрического тока; и

использование информации о расстоянии или направлении, полученной из измеренных ЭМ-полей, для управления направлением бурения новой скважины относительно целевой скважины.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что установка вспомогательного заземляющего устройства включает подключение источника электропитания к металлической обсадной колонне, установленной в скважине, расположенной отдельно от целевой скважины, заземленной скважины и новой скважины.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что установка вспомогательного заземляющего устройства включает соединение источника электропитания с заземляющим стержнем, полностью развернутым ниже поверхности земли.

4. Способ по п. 3, дополнительно включающий бурение необсаженного ствола скважины или использование имеющегося необсаженного ствола скважины для полного развертывания заземляющего стержня ниже поверхности земли.

5. Способ по п. 3, дополнительно включающий бурение направляющего ствола скважины для полного развертывания заземляющего стержня ниже поверхности земли.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что установка вспомогательного заземляющего устройства включает соединение источника электропитания с удлиненным заземляющим стержнем, причем длина его подземной части превышает заданное пороговое значение.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что установка вспомогательного заземляющего устройства включает соединение источника электропитания с заземляющим кабелем, содержащим изолированный участок и открытый участок, причем открытый участок находится ниже поверхности земли.

8. Способ по п. 1, дополнительно включающий размещение вспомогательного заземляющего устройства на определенном расстоянии от целевой скважины на основании заданного расстояния или критериев измерения дальности, а также прокладывание изолированного кабеля между источником электропитания и местоположением заземления ниже поверхности земли.

9. Способ по любому из пп. 1-8, дополнительно включающий настройку параметров вспомогательного заземляющего устройства до тех пор, пока значение сопротивления не будет ниже порогового значения, удовлетворяющего критериям сопротивления.

10. Способ по любому из пп. 1-8, дополнительно включающий настройку параметров вспомогательного заземляющего устройства до тех пор, пока отношение сигнал/шум (ОСШ) дальнометрии не будет выше порогового значения, удовлетворяющего критериям эффективности дальнометрии.

11. Система дальнометрии на основе поверхностного возбуждения, содержащая:

источник электропитания, расположенный на поверхности земли;

заземленную скважину и вспомогательное заземляющее устройство для источника электропитания, расположенного на поверхности земли, причем заземленная скважина и вспомогательное заземляющее устройство удовлетворяют критериям сопротивления или критериям эффективности дальнометрии;

целевую скважину с металлической обсадной колонной для подачи электрического тока, выходящего из источника электропитания, по всей ее длине;

по меньшей мере один датчик для обнаружения электромагнитных (ЭМ) полей, распространяемых из целевой скважины в результате протекания электрического тока; и

инструмент для наклонно-направленного бурения для бурения новой скважины относительно целевой скважины на основе информации о расстоянии или направлении, полученной из обнаруженных ЭМ-полей.

12. Система по п. 11, отличающаяся тем, что вспомогательное заземляющее устройство содержит металлическую обсадную колонну, установленную в скважине, расположенной отдельно от целевой скважины, заземленной скважины и новой скважины.

13. Система по п. 11, отличающаяся тем, что вспомогательное заземляющее устройство содержит заземляющий стержень, полностью развернутый ниже поверхности земли.

14. Система по п. 13, отличающаяся тем, что заземляющий стержень полностью развертывают ниже поверхности земли с использованием необсаженного ствола скважины.

15. Система по п. 13, отличающаяся тем, что заземляющий стержень полностью развертывают ниже поверхности земли с использованием направляющего ствола скважины.

16. Система по п. 11, отличающаяся тем, что вспомогательное заземляющее устройство содержит удлиненный заземляющий стержень, причем длина его подземной секции превышает заданное пороговое значение.

17. Система по п. 11, отличающаяся тем, что вспомогательное заземляющее устройство содержит заземляющий кабель, содержащий изолированный участок и открытый участок, причем открытый участок находится ниже поверхности земли.

18. Система по п. 11, отличающаяся тем, что вспомогательное заземляющее устройство содержит изолированный кабель, который проложен между источником электропитания и местоположением ниже поверхностью земли.

19. Система по п. 11, отличающаяся тем, что вспомогательное заземляющее устройство располагают на расстоянии от целевой скважины на основе заданного расстояния или критериев измерения дальности.

20. Система по любому из пп. 11-19, дополнительно содержащая инструмент каротажа удельного сопротивления или проводимости для сбора результатов измерений свойств пласта в одной или более точках вдоль целевой скважины, причем критерии сопротивления основаны на собранных результатах измерений.