МОДЕЛИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ТЕЛЕМЕТРИИ В НАКЛОННЫХ СКВАЖИНАХ Российский патент 2022 года по МПК E21B47/12 G01V3/30 

Перекрестные ссылки на родственные заявки

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США № 62/619 184, поданной 19 января 2018 г., содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.

Уровень техники

[0002] Электромагнитная (ЭМ) телеметрия представляет собой один пример средства связи для передачи параметров бурения и оценочной информации о пласте вверх по стволу скважины в режиме реального времени от прибора для измерения в процессе бурения (MWD - англ. ʺmeasurement-while-drillingʺ) и/или каротажа в процессе бурения (LWD - англ. ʺlogging-while-drillingʺ). При сравнении с традиционной гидроимпульсной телеметрией ЭМ телеметрия обеспечивает более высокие скорости передачи данных, большие допуски по материалу для борьбы с поглощением бурового раствора (LCM) и независимую от установки ЭМ передачу данных в нисходящем направлении. Следовательно, она предусматривает снижение времени бурения и расходов на обслуживание.

[0003] ЭМ сигнал в восходящем направлении может быть получен по меньшей мере на двух кольях, находящихся на поверхности. Противовыбросовый превентор (BOP - англ. ʺblow-out preventerʺ) может использоваться в качестве одного из этих двух кольев. Часто ЭМ сигнал может быть ослабленным (например, из-за проводящего пласта, бурового раствора на водяной основе (WBM - англ. ʺwater-based mudʺ) и/или шумов, имеющихся на площадке буровой установки). Из-за этого ослабления могут возникнуть сложности с обнаружением малого/слабого ЭМ сигнала. Это может усложнить декодирование информации, отправленной из разрядника в передатчике, что может предусматривать широкое применение ЭМ телеметрии.

[0004] Одним из решений этой задачи является использование скважины со стальной обсадной колонной и глубинным электродом (DE - англ. ʺdeep-electrodeʺ), расположенной рядом с буровой скважиной, для измерения сигнала. В результате проведения полевых испытаний было подтверждено, что использование глубинных электродов в качестве приемников дало возможность декодировать сигналы ЭМ телеметрии до того, как они дойдут до контактирования с поверхностью (TD - англ. ʺtouchdownʺ), например, с прохождением расстояния 28000 футов. Однако при использовании ЭМ телеметрии все еще существует проблема, связанная с прогнозированием ЭМ сигнала о фактической работе, обладая некоторой информацией о буровой скважине, скважине с DE, а также распределении удельных сопротивлений пласта. Это может представлять собой проблему предварительного 3D ЭМ моделирования.

Из уровня техники известно решение US 2016061027A1, 03.03.2016 в котором предложен способ передачи сигналов между инструментом для бурения скважин и поверхностью Земли включает создание электромагнитного поля в инструменте, расположенном в бурильной колонне, используемой для бурения ствола скважины. Электромагнитное поле включает в себя закодированные измерения по меньшей мере от одного датчика, связанного с прибором. Измеряется сигнал, соответствующий амплитуде электромагнитного поля, и результаты измерения измеренного сигнала декодируются. Сигнал содержит напряжение, измеренное на электродах, или напряжение, индуцированное в электромагнитном приемнике, расположенном на выбранной глубине под поверхностью Земли. Выбранная глубина представляет собой, по крайней мере, глубину пласта ниже уровня грунтовых вод, имеющего самое высокое удельное сопротивление в пределах 500 метров от поверхности.

Однако в этом решении не предусмотрено решение проблемы, ослабления ЭМ сигнала, из-за которого могут возникнуть сложности с обнаружением малого/слабого ЭМ сигнала. В настоящем изобретении предлагается использование скважины со стальной обсадной колонной и глубинным электродом (DE - англ. ʺdeep-electrodeʺ), расположенной рядом с буровой скважиной, для измерения сигнала. В основе настоящего изобретения лежит использование аппроксимации, которая решает по меньшей мере две задачи: (a) как заменить электропроводящую и геометрически наклонную/искривленную буровую скважину эквивалентными электрическими (например, токовыми) источниками, и (b) как рассматривать вертикальную скважину со стальной обсадной колонной и DE, что позволит использовать скважину со стальной обсадной колонной и глубинным электродом и позволит обнаружить малый/слабый ЭМ сигнал.

Из уровня техники также решение RU 2007131276 A, 27.02.2009, в котором раскрыт  комплексный прибор, который включает нагруженную бурильную трубу, состоящую из первой и второй частей, разделенных изолированным зазором, и дистанционно-измерительную кассету, содержащую дистанционную измерительную схему, включающую в себя источник питания, формирующий падение напряжения на изолированном зазоре, и осевой ток на бурильной колонне, возвращается через геологический пласт, и также включает изолированный измерительный электрод, соединенный с первой частью, и схему измерения удельного сопротивления, подключаемую в процессе работы к измерительному электроду, и дистанционно-измерительную схему.

Однако в этом решении также не предусмотрено решение проблемы ослабления ЭМ сигнала, из-за которого могут возникнуть сложности с обнаружением малого/слабого ЭМ сигнала.

Сущность изобретения

[0005] В разделе «Сущность изобретения» предоставлен выбор концепций, которые подробнее описываются далее в подробном описании изобретения. Данное описание сущности изобретения не предназначено для указания ключевых или существенных признаков заявляемого объекта изобретения, а также его не следует рассматривать, как ограничивающий объем заявляемого объекта изобретения.

[0006] Описывается способ моделирования сигнала электромагнитной (ЭМ) телеметрии. Способ включает в себя выпрямление скважины в модели. Способ также включает в себя разделение скважины на множество сегментов. Способ также включает в себя определение силы электрического тока в одном или более сегментах, когда скважина выпрямлена. Способ также включает в себя замену скважины эквивалентными электрическими источниками по меньшей мере частично на основании силы электрического тока в одном или более сегментах. Способ также включает в себя сгибание скважины назад в ее первоначальную форму в модели. Способ также включает в себя определение силы электрического тока в одном или более сегментах за счет проецирования, когда скважина возвращена в свою первоначальную форму. Способ также включает в себя суммирование ЭМ полей каждого из одного или более сегментов по меньшей мере частично на основании силы электрического тока в одном или более сегментах, когда скважина возвращена в свою первоначальную форму, для оценивания сигнала ЭМ телеметрии.

[0007] В другом варианте осуществления способ включает в себя замену первой скважины эквивалентными электрическими источниками в модели. Способ также включает в себя определение силы электрического тока в одном или более сегментах в первой скважине по меньшей мере частично на основании эквивалентных электрических источников. Способ также включает в себя генерирование смоделированного электрического тока во второй скважине. Способ также включает в себя определение нормализованного напряжения в одном или более сегментах в первой скважине в соответствии со смоделированным электрическим током. Способ также включает в себя определение напряжения сегмента в одном или более сегментах по меньшей мере частично на основании силы электрического тока и нормализованного напряжения. Способ также включает в себя оценивание сигнала ЭМ телеметрии по меньшей мере частично на основании напряжений сегментов в одном или более сегментах в первой скважине.

[0008] Также описывается вычислительная система. Вычислительная система содержит один или более процессоров и запоминающую систему. Запоминающая система содержит один или более постоянных машиночитаемых носителей, хранящих команды, которые, при исполнении по меньшей мере одним из одного или более процессоров, обеспечивают выполнение операций вычислительной системой. Операции включают в себя замену первой скважины эквивалентными электрическими источниками в модели. Операции также включают в себя определение силы электрического тока в одном или более сегментах в первой скважине по меньшей мере частично на основании эквивалентных электрических источников. Операции также включают в себя генерирование смоделированного электрического тока во второй скважине. Операции также включают в себя определение нормализованного напряжения в одном или более сегментах в первой скважине в соответствии со смоделированным электрическим током. Операции также включают в себя определение напряжения сегмента в одном или более сегментах по меньшей мере частично на основании силы электрического тока и нормализованного напряжения. Операции также включают в себя оценивание сигнала ЭМ телеметрии по меньшей мере частично на основании напряжений сегментов в одном или более сегментах в первой скважине.

Краткое описание графических материалов

[0009] Сопровождающие графические материалы, которые включены в данное описание и являются его частью, иллюстрируют варианты осуществления настоящего изобретения и, вместе с описанием, служат для объяснения принципов настоящего изобретения. На фигурах:

[0010] На фиг. 1A изображен схематический вид пласта в 3D формате с по меньшей мере частично проходящей через него скважиной со стальной обсадной колонной, в соответствии с одним вариантом осуществления. На фиг. 1B изображен схематический вид пласта в 3D формате, в котором скважина со стальной обсадной колонной удалена и заменена одним или более эквивалентными электрическими (например, токовыми) источниками, в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0011] На фиг. 2 изображена блок-схема способа прогнозирования ЭМ (ʺEMʺ - англ. ʺelectromagneticʺ) сигнала, переданного из искривленной буровой скважины с использованием эквивалентных электрических (например, токовых) источников, в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0012] На фиг. 3A изображен схематический вид буровой площадки с искривленной скважиной в соответствии с одним вариантом осуществления. На фиг. 3B изображен схематический вид скважины после ее выпрямления в соответствии с одним вариантом осуществления. На фиг. 3C изображен схематический вид скважины, замененной эквивалентными электрическими (например, токовыми) источниками, в соответствии с одним вариантом осуществления. На фиг. 3D изображен схематический вид скважины, согнутой назад в свою первоначальную, искривленную форму, в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0013] На фиг. 4 изображен схематический вид скважины с DE и обсадной колонной в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0014] На фиг. 5 изображена блок-схема способа прогнозирования ЭМ сигнала, переданного из искривленной буровой скважины с использованием эквивалентных электрических (например, токовых) источников, в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0015] На фиг. 6A изображен схематический вид буровой площадки, содержащей первую (например, буровую) скважину и вторую скважину (например, с DE), в соответствии с одним вариантом осуществления. На фиг. 6B изображен схематический вид первой скважины, замененной эквивалентными электрическими (например, токовыми) источниками, в соответствии с одним вариантом осуществления. На фиг. 6C изображен схематический вид нормализованного напряжения первой скважины, сгенерированного искусственным источником тока во второй скважине, в соответствии с одним вариантом осуществления. На фиг. 6D изображен схематический вид множества нормализованных напряжений первой скважины, сгенерированных искусственным источником тока во второй скважине, в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0016] На фиг. 7A изображен график, демонстрирующий радиальное электрическое поле, а на фиг. 7B изображен график, демонстрирующий потенциальное поле, в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0017] На фиг. 8 изображен схематический вид первой (например, буровой) скважины и второй скважины (например, с DE и обсадной колонной), которые представляют собой часть испытания, в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0018] На фиг. 9A и 9B изображены графики, демонстрирующие сигнал от DE, полученный в результате запуска программы (например, 3D COMSOL^®) и подхода с использованием DE, в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0019] На фиг. 10 изображен схематический вид буровой скважины в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0020] На фиг. 11 изображен график, демонстрирующий сравнения сигналов от кольев на поверхности, полученных в результате запуска 3D COMSOL^® и метода 3D аппроксимации, в соответствии с одним вариантом осуществления.

[0021] На фиг. 12 изображен схематический вид вычислительной или процессорной системы для выполнения по меньшей мере части способа(-ов) в соответствии с одним вариантом осуществления.

Подробное описание изобретения

[0022] Далее будут подробно рассмотрены варианты осуществления, примеры которых проиллюстрированы на сопровождающих графических материалах и фигурах. В последующем подробном описании изложены многочисленные конкретные детали для обеспечения полного понимания изобретения. Однако среднему специалисту в данной области техники будет очевидно, что изобретение может быть осуществлено на практике без этих конкретных деталей. В иных случаях, известные способы, процедуры, компоненты, схемы и сети подробно не описываются, чтобы неоправданно не затруднять понимание аспектов вариантов осуществления.

[0023] Кроме того, следует понимать, что, хотя термины первый, второй и т. д. могут использоваться в настоящем документе для описания различных элементов, эти элементы не должны ограничиваться этими терминами. Эти термины используются только для того, чтобы отличить один элемент от другого. Например, первый объект или этап может называться вторым объектом или этапом, и, аналогичным образом, второй объект или этап может называться первым объектом или этапом, без отступления от объема настоящего изобретения. Как первый объект или шаг, так и второй объект или шаг являются объектами или шагами соответственно, но они не должны рассматриваться как один и тот же объект или шаг.

[0024] Терминология, используемая в описании в настоящем документе, предназначена для описания конкретных вариантов осуществления и не должна рассматриваться как ограничивающая. Согласно использованию в описании и в прилагаемой формуле изобретения все формы единственного числа также включают в себя формы множественного числа, если контекст явно не указывает на иное. Кроме того, следует понимать, что термин «и/или» согласно использованию в настоящем документе означает и охватывает любые возможные комбинации одного или более связанных перечисляемых элементов. Далее следует понимать, что термины «включает», «включающий», «содержит» и/или «содержащий», при использовании в данном описании, указывают на наличие указанных признаков, целых величин, этапов, операций, элементов и/или компонентов, но не исключают наличие или добавление одного или нескольких иных признаков, целых величин, этапов, операций, элементов, компонентов и/или их групп. Далее, согласно использованию в настоящем документе, термин «если» может рассматриваться в значении «когда» или «при», или «в ответ на определение», или «в ответ на обнаружение», в зависимости от контекста.

[0025] Следует обратить внимание на процедуры, способы, методики и последовательности действий обработки, которые соответствуют некоторым вариантам осуществления. Некоторые операции в описанных в настоящем документе процедурах, способах, методиках и последовательностях действий обработки могут быть объединены, и/или порядок некоторых операций может меняться.

[0026] С точки зрения числового моделирования, использование скважины с глубинным электродом (DE), расположенной рядом с буровой скважиной, может усложнить существующую трудную задачу по определению принципа анализа другой электропроводящей скважины со стальной обсадной колонной и DE. Трудная часть в 3D ЭМ моделировании тока может заключаться в сложностях с обращением с большими размерами динамической 3D модели/большим аспектным отношением ячеек. Например, размер 3D модели может составлять несколько километров в каждом направлении, в то время как наружный диаметр (OD - англ. ʺouter-diameterʺ) буровой скважины может составлять менее 30 сантиметров, и удельное сопротивление отличается между бурильной колонной/обсадными колоннами (например, 1×10^-7 Ом⋅м) и окружающим пластом (например, от 1 до 1000 Ом⋅м). При использовании скважины с DE и стальной обсадной колонной это может усугубить трудности, усложняя новое 3D моделирование.

[0027] ЭМ телеметрия может использоваться в качестве средства связи для переноса и передачи скважинной информации, собранной возле бурового долота, на поверхность для промысловых инженеров в целях осуществления контроля буровых работ и рабочих характеристик, а также принятия соответствующих решений. Это возможно при условии, что мощность сигнала превышает некоторый шумовой порог (например, 5 мкВ), и сигнал может быть обнаружен и декодирован. Сигнал может быть менее точным, чем в некоторых геофизических методах, в которых методики ЭМ используются в качестве средств визуализации. Это представляет собой возможность использования метода аппроксимации для прогнозирования посредством 3D ЭМ телеметрии.

[0028] Этот метод аппроксимации основан на физическом понимании распределений тока в трубах/обсадной колонне как в буровой скважине, так и в скважине с DE. В основе этой аппроксимации лежит по меньшей мере две задачи: (a) как заменить электропроводящую и геометрически наклонную/искривленную буровую скважину эквивалентными электрическими (например, токовыми) источниками, и (b) как рассматривать вертикальную скважину со стальной обсадной колонной и DE.

[0029] Замена 3D буровой скважины эквивалентными источниками

[0030] На фиг. 1A изображен схематический вид пласта 100 в 3D формате с по меньшей мере частично проходящей через него скважиной 110 со стальной обсадной колонной, в соответствии с одним вариантом осуществления. На фиг. 1B изображен схематический вид пласта 100 в 3D формате, в котором скважина 110 со стальной обсадной колонной удалена и заменена одним или более эквивалентными электрическими (например, токовыми) источниками 120, в соответствии с одним вариантом осуществления. Замена скважины 110 со стальной обсадной колонной ее эквивалентным электрическим (например, токовым) источником(-ами) 120 может упростить 3D моделирование посредством ЭМ телеметрии. В одном примере эквивалентный электрический (например, токовый) источник(-и) 120 может представлять собой электрические диполи. Электрические диполи могут быть представлены в оптимальном количестве и с оптимальными моментами, которые могут быть получены в результате решения обратной задачи. После нахождения этих эквивалентных электрических (например, токовых) источников 120, физическая скважина 110 с обсадной колонной может быть исключена или иным образом удалена из 3D модели.

[0031] Что касается ЭМ телеметрии, пользователь может применять и распространять подобную идею, но реализовывать ее иным образом. Например, осесимметричный код 2D ЭМ моделирования (например, CWNLAT) может осуществлять анализ скважины с бурильной трубой, буровым раствором, башмаками обсадной колонны, а также разрядником в 2D пласте с осесимметричными удельными сопротивлениями. Этот код был протестирован на аналитических решениях и полевых испытаниях, и был надежным в предварительном моделировании. Таким образом, этот код может использоваться при разработке метода аппроксимации.

[0032] Что касается вертикальной буровой скважины, пользователь может непосредственно выполнять код для получения распределений тока в трубах и рассматривать каждый сегмент с током в качестве эквивалентного электрического (например, токового) источника. Затем, другой код 1D ЭМ моделирования может быть выполнен для каждого эквивалентного электрического (например, токового) источника. Отклики эквивалентного электрического (например, токового) источника могут быть просуммированы, и это может обеспечивать генерирование сигнала, который пользователь хотел быть получить на любом участке.

[0033] Что касается наклонной и/или искривленной скважины, то для использования эквивалентных электрических (например, токовых) источников могут быть предприняты дополнительные действия. На фиг. 2 изображена блок-схема способа 200 измерения ЭМ сигнала, переданного из искривленной буровой скважины с использованием эквивалентных электрических (например, токовых) источников, в соответствии с одним вариантом осуществления. На фиг. 3A-3D могут быть изображены части способа 200.

[0034] На фиг. 3A изображен схематический вид буровой площадки 300 с искривленной скважиной 310 (например, содержащей первый участок 312 и второй участок 314) в соответствии с одним вариантом осуществления. Как показано, первый участок 312 является по существу вертикальным, а второй участок 314 является по существу горизонтальным. Скважина 310 может проходить вниз от буровой установки 320 в подземный пласт 330. Буровая установка 320 может представлять собой первый приемник 322 или содержать его. В одном примере первый приемник 322 может представлять собой часть BOP. Второй приемник 324 может быть расположен по меньшей мере частично на земле/поверхности 332 и смещен в боковом направлении от первого приемника 322.

[0035] Скважинный прибор 340 может быть расположен в скважине 310 (например, в по существу горизонтальном участке 314). В одном примере скважинный прибор 340 может быть соединен с (например, концом) металлической бурильной колонной (или другой колонной труб) 342, состоящей из множества сегментов. Скважинный прибор 340 может содержать ЭМ передатчик 344, содержащий разрядник. Как подробнее описано ниже, передатчик 344 может передавать в пласт 330 ЭМ сигналы, которые могут быть обнаружены/измерены приемниками 322, 324 на поверхности 332.

[0036] Способ 200 может включать в себя выпрямление скважины 310, как на этапе 202. Это показано на фиг. 3B. Скважина 310 может быть выпрямлена в смоделированной на компьютере модели; фактически скважину не выпрямляют физически в пласте 330. Более конкретно, второй участок 314 может быть изменен так, чтобы он был совмещен с первым (например, по существу вертикальным) участком 312, вследствие чего оба участка 312, 314 становятся по существу вертикальными, как показано на фиг. 3B. Соответственно, общая длина скважины 310 может оставаться по существу постоянной во время выпрямления. Выпрямление скважины 310 может способствовать проведению осесимметричного 2D ЭМ анализа.

[0037] В одном варианте осуществления выпрямленная скважина может быть проанализирована с использованием процессора, на котором выполняется код. Код может представлять собой программу решения 2D уравнений Максвелла, такую как CWNLAT. Способ 200 также может включать в себя разделение скважины 310 на множество сегментов 344A-344N, как на этапе 204. Это показано на фиг. 3C. Скважина 310 может быть разделена с использованием процессора, на котором выполняется код. По меньшей мере в одном варианте осуществления каждый сегмент 344A-344N может соответствовать сегменту бурильной колонны 342. Однако в других вариантах осуществления сегменты 344A-344N могут не соответствовать сегментам бурильной колонны 342.

[0038] Способ 200 также может включать в себя передачу ЭМ сигнала от передатчика 344, как на этапе 206. ЭМ сигнал может генерировать электрический ток в скважине 310 (например, в сегментах 344A-344N). Сила электрического тока в скважине 310 (например, в сегментах 344A-344N) может зависеть от удельного сопротивления бурильной колонны 342, пласта 330 возле бурильной колонны 342 и/или бурового раствора в скважине 310.

[0039] Способ 200 также может включать в себя определение силы электрического тока в одном или более (например, каждом) сегментах 344A-344N, как на этапе 208. Сила электрического тока в сегментах 344A-344N может быть определена с использованием процессора, на котором выполняется код (например, CWNLAT).

[0040] Сила электрического тока в каждом сегменте 344A-344N может быть эквивалентна источнику электрического тока с электромагнитной точки зрения. Таким образом, после определения силы электрического тока в сегментах 344A-344N, способ 200 также может включать в себя замену скважины 310 (например, сегментов 344A-344N) эквивалентными электрическими (например, токовыми) источниками, как на этапе 210. Скважину 310 заменяют эквивалентными электрическими (например, токовыми) источниками в смоделированной на компьютере модели; фактически скважину 310 не заменяют физически в пласте 330. Как упомянуто выше, эквивалентные электрические (например, токовые) источники могут представлять собой электрические диполи. По меньшей мере в одном варианте осуществления один эквивалентный электрический (например, токовый) источник может соответствовать одному сегменту (например, сегменту 344A). В другом варианте осуществления множество эквивалентных электрических (например, токовых) источников могут соответствовать одному сегменту (например, сегменту 344A). В еще одном варианте осуществления один эквивалентный электрический (например, токовый) источник может соответствовать множеству сегментов (например, сегментам 344A и 344B).

[0041] Способ 200 также может включать в себя сгибание скважины 310 назад в ее первоначальную форму, как на этапе 212. Это показано на фиг. 3D. Скважина 310 может быть согнута в смоделированной на компьютере модели; фактически скважину 310 не сгибают физически в пласте 330. Сгибание скважины 310 может включать в себя сгибание сегментов 344A-344N и/или эквивалентных электрических (например, токовых) источников.

[0042] Способ 200 также может включать в себя определение силы электрического тока в одном или более (например, каждом) сегментах 344A-344N (например, после сгибания скважины 310 назад в ее первоначальную форму), как на этапе 214. Сила электрического тока в сегментах 344A-344N может быть определена за счет проецирования. Более конкретно, сегмент, силы тока которого вычислены/определены (на этапе 208) для выпрямленной скважины 310, может быть вертикальным (см. фиг. 3B и 3C). Сила электрических токов может быть вычислена/определена с использованием процессора, на котором выполняется код (например, CWNLAT). В первоначальной скважине 310 (см. фиг. 3A и 3D) один или более из сегментов 344A-344N могут быть согнутыми и/или не вертикальными. С использованием вычисленной/определенной общей силы тока (из этапов 208 и/или 210) и известных азимутальных углов и/или углов наклона для каждого сегмента 344A-344N (из данных о траектории ствола буровой скважины), общая сила электрического тока может быть спроецирована (или разложена) в направлениях X, Y и/или Z. Это означает, что каждый сегмент 344A-344N может быть представлен электрическими дипольными источниками, ориентированными в направлениях X, Y и/или Z.

[0043] Способ 200 также может включать в себя сложение/суммирование ЭМ полей для каждого сегмента с электрическим током (или эквивалентного источника) для оценивания сигнала ЭМ телеметрии, как на этапе 216. Более конкретно, может осуществляться оценивание амплитуды сигнала ЭМ телеметрии на одном или более приемниках 322, 324. ЭМ поля могут быть получены за счет суммирования полей, образуемых каждым эквивалентным источником (например, на этапе 214), посредством запуска другого кода ЭМ 1D моделирования.

[0044] Способ 200 также может включать в себя планирование или выполнение операции измерения в процессе бурения (MWD) посредством ЭМ телеметрии в соответствии с сигналом ЭМ телеметрии, как на этапе 218. Операция MWD может представлять собой или включать в себя бурение скважины 310, изменение траектории ствола скважины 310, изменение нагрузки на долото, изменение бурового раствора, закачиваемого в скважину 310, или их комбинацию. Сигнал ЭМ телеметрии также может использоваться для предварительных операций и/или поддержки осуществления операции MWD на площадке. Что касается предварительных операций, пользователь может принимать решение, годится ли ЭМ телеметрия для конкретного пласта с учетом таких условий, как несущие частоты, буровой раствор, глубина бурения (MD) и прием сигнала (колья на поверхности или глубинный электрод). Для поддержки осуществления операции WMD на площадке, физическое действие на основании моделирования может включать в себя, например, изменение несущей частоты или скорости передачи данных, или переход на гидроимпульсный метод.

[0045] Если скважина 310 изначально является вертикальной, то части способа 200, связанные с выпрямлением, могут быть опущены. Кроме того, количество эквивалентных электрических (например, токовых) источников может быть оптимизировано посредством решения обратной задачи для сокращения вычислительного времени. По меньшей мере в одном варианте осуществления пользователь может объединять каждый из сегментов с током при суммировании откликов от диполей в 1D ЭМ коде.

[0046] Вычисление сигнала от глубинного электрода в скважине со стальной обсадной колонной

[0047] Как упомянуто выше, в результате использования скважины со стальной обсадной колонной и DE добавляется еще один уровень сложности к существующему 3D моделированию. Чтобы сделать вычисление сигнала от DE практичным, могут использоваться два подхода.

[0048] Подход 1 с использованием DE - аппроксимирующее решение

[0049] Первый подход основан на предположении, что сила электрического тока, текущего в скважине со стальной обсадной колонной, больше силы электрического тока, текущего в соответствующем ему участке в необсаженной скважине (т. е. без обсадной колонны). Это связано с тем, что разница в проводимости между скважиной со стальной обсадной колонной и окружающим ее пластом относительно велика (например, по меньшей мере на шесть порядков). Другими словами, соотношение между силой тока в обсадной колонне и силой фонового тока может быть близким к постоянному. Это может быть справедливым, если смотреть на численные результаты из моделирования посредством 3D COMSOL^®, особенно что касается сил тока в обсадной колонне вдали от разрядника, как описано ниже.

[0050] На фиг. 4 изображен схематический вид скважины 400 с DE и обсадной колонной в соответствии с одним вариантом осуществления. Скважина 400 может иметь металлическую (например, стальную) обсадную колонну 410, расположенную в ней. Обсадная колонна 410 может содержать один или более (например, множество) сегментов 412-1-412-N. Одна или более формул могут использоваться для вычисления сигнала от DE из исходной модели, в которой отсутствует скважина с DE.

Уравнение (1)

Уравнение (2)

Уравнение (3)

Уравнение (4)

[0051] В указанных формулах обозначает общее напряжение, измеренное в скважине с DE, обозначает i-е напряжение в скважине с DE, n обозначает индекс суммирования, проходящий от 1 до N, N обозначает общее количество сегментов в скважине с DE, обозначает i-ую силу тока в сегменте i, обозначает сопротивление сегмента i, обозначает плотность тока в сегменте i, обозначает площадь поперечного сечения сегмента i, α обозначает фактор обсадной колонны (например, функцию проводимости, частоты и/или геометрии), обозначает проводимость окружающей среды (например, пласта) и обозначает вертикальное электрическое поле в окружающей среде.

[0052] Учитывая сопротивление скважины 400 с DE и обсадной колонной, площадь поперечного сечения, а также фактор обсадной колонны, который близок к 500, исходя из численных экспериментов, сигнал от DE может быть оценен с использованием уравнений (1)- (4). Фоновые ЭМ поля могут быть получены посредством выполнения CWNLAT, если скважина представляет собой вертикальную буровую скважину, или посредством суммирования эквивалентных электрических (например, токовых) источников, если скважина представляет собой искривленную скважину.

[0053] Подход 2 с использованием DE - более точное решение

[0054] Более точное решение может предусматривать комбинирование эквивалентных электрических (например, токовых) источников со взаимностью ЭМ полей для обработки буровой скважины и скважины с DE и обсадной колонной. На фиг. 5 изображена блок-схема способа 500 измерения ЭМ сигнала, переданного из искривленной буровой скважины с использованием эквивалентных электрических (например, токовых) источников, в соответствии с одним вариантом осуществления. На фиг. 6A-6D изображены части способа 500.

[0055] На фиг. 6A изображен схематический вид буровой площадки 600 с первой (например, искривленной, буровой) скважиной 610, содержащей первый участок 612 и второй участок 614, в соответствии с одним вариантом осуществления. Буровая площадка на фиг. 6A-6D может быть аналогична буровой площадке 300 на фиг. 3A-3D, за исключением того, что буровая площадка 600 также может содержать вторую скважину 650 (например, с DE), расположенную рядом с первой скважиной 610. Вторая скважина 650 может содержать металлическую (например, стальную) обсадную колонну. Вторая скважина 650 может содержать датчик 660 DE, расположенный в ней. Датчик 660 DE может быть расположен рядом с нижним концом второй скважины 650. Датчик 660 DE может быть расположен вертикально сверху, вертикально снизу или вертикально совмещен с передатчиком 644 скважинного прибора 640 в первой скважине 610.

[0056] По меньшей мере часть способа 500 может быть аналогична способу 200, описанному выше. Таким образом, некоторые из подробностей, которые были описаны выше, могут применяться к способу 500, но опущены в данном случае, чтобы избежать повторения. Способ 500 может включать в себя выпрямление первой скважины 610, как на этапе 502. Способ 500 также может включать в себя разделение первой скважины 610 на множество сегментов, как на этапе 504. Способ 500 также может включать в себя передачу ЭМ сигнала от передатчика 644 в первой скважине 610, как на этапе 506. ЭМ передатчик 644 может генерировать электрический ток в первой скважине 610 (например, в сегментах). Способ 500 также может включать в себя определение силы электрического тока в одном или более (например, каждом) сегментах, как на этапе 508.

[0057] Сила электрического тока в каждом сегменте может быть эквивалентна источнику электрического тока с электромагнитной точки зрения. Таким образом, после определения силы электрического тока в сегментах, способ 500 также может включать в себя замену первой скважины 610 (например, сегментов) эквивалентными электрическими (например, токовыми) источниками I₁-I_N, как на этапе 510. Это показано на фиг. 6B. Как упомянуто выше, эквивалентные электрические (например, токовые) источники могут представлять собой электрические диполи. По меньшей мере в одном варианте осуществления один эквивалентный электрический (например, токовый) источник может соответствовать одному сегменту (например, сегменту 344A).

[0058] Способ 500 также может включать в себя сгибание первой скважины 610 назад в ее первоначальную форму, как на этапе 512. Сгибание скважины 610 может включать в себя сгибание сегментов и/или эквивалентных электрических (например, токовых) источников. Способ 500 также может включать в себя определение силы электрического тока в одном или более (например, каждом) сегментах (например, после сгибания первой скважины 610 назад в ее первоначальную форму), как на этапе 514. Электрический ток в сегментах может быть определен за счет проецирования, как описано выше.

[0059] Способ 500 также может включать в себя определение напряжения V^DE на датчике 660 DE во второй скважине 650, как на этапе 516. Напряжение V^DE может быть определено за счет сложения/суммирования каждого сегмента с током (т. е. силы электрического тока в каждом сегменте, определенной на этапах 508 и/или 514). Например, напряжение V^DE может быть определено с помощью уравнения (5):

Уравнение (5)

где обозначает напряжение, измеренное в скважине с DE, обусловленное i-м сегментом с током I_i в буровой скважине, i обозначает индекс суммирования и N обозначает общее количество сегментов. В данном случае, осуществляется суммирование каждого сегмента с током в первой скважине 610. Непосредственное получение может быть сопряжено с трудностями и может предусматривать применение еще одного полного 3D моделирования. В данном случае индекс I_i обозначает место расположения источника, а DE - место расположения приемника.

[0060] По меньшей мере в одном варианте осуществления искусственный (т. е. смоделированный) источник электрического тока может быть расположен во второй скважине 650 (например, с DE). Источник электрического тока может представлять собой математическое средство для реализации взаимности ЭМ полей. Таким образом, фактический источник электрического тока может не быть расположен во второй скважине 650. Вместо этого, источник электрического тока может быть внесен посредством процессора, на котором выполняется код. Источник электрического тока может быть выполнен с возможностью генерирования предварительно определенного искусственного (т. е. смоделированного) электрического тока (например, 1 А). Таким образом, способ 500 также может включать в себя генерирование искусственного электрического тока с использованием источника искусственного электрического тока во второй скважине 650, как на этапе 518. Способ 500 также может включать в себя определение нормализованного напряжения в/по сегменту (например, сегменте I_i) в первой (например, искривленной, буровой) скважине 610 в соответствии с силой искусственного электрического тока, как на этапе 520. Нормализованное напряжение может быть определено с использованием процессора, на котором выполняется код (например, CWNLAT). В контексте настоящего документа нормализованное напряжение относится к напряжению (в вольтах), генерируемому источником искусственного электрического тока и деленному на силу искусственного тока (1 А), с получением нормализованного напряжения с единицей измерения В/А.

[0061] Согласно взаимности ЭМ полей, нормализованное напряжение в/по сегменту (например, сегменту I_i) в первой (например, искривленной, буровой) скважине 610 такое же, как нормализованное напряжение в/по второй скважине 650 (например, с DE), если подан предварительно определенный искусственный ток (например, на i-й сегмент). Это показано на фиг. 6C. Таким образом,

Уравнение (6)

Уравнение (7)

где обозначает напряжение сегмента, измеренное в скважине с DE, обусловленное источником в i-м сегменте (1 А) в буровой скважине, обозначает нормализованное напряжение, измеренное в i-м сегменте в буровой скважине, обусловленное DE с искусственным источником (например, 1 А), и обозначает фактическую силу тока в i-м сегменте.

[0062] Способ 500 также может включать в себя определение напряжения сегмента в сегменте (например, сегменте I_i) по меньшей мере частично на основании нормализованного напряжения, как на этапе 522. Это может включать в себя умножение силы электрического тока в сегменте (например, сегменте I_i; полученной на этапах 508 и/или 514) на соответствующее нормализованное напряжение (например, полученное на этапе 520) для получения напряжения сегмента, соответствующего этому сегменту с током (например, сегменту I_i). В контексте настоящего документа напряжение сегмента относится к напряжению (В) после умножения силы тока (А) на нормализованное напряжение (В/А). Способ 500 также может включать в себя повторение этапов 518, 520 и/или 522 для каждого сегмента, как на этапе 524. Способ 500 также может включать в себя оценивание ЭМ сигнала по меньшей мере частично на основании напряжения(-ий) сегмента для одного или более сегментов, как на этапе 526. Это может включать в себя сложение/суммирование напряжений сегментов для указанных сегментов для оценивания амплитуды ЭМ сигнала во второй скважине 650 (например, с DE). Это показано на фиг. 6D и в уравнении (8) ниже:

Уравнение (8)

Это может быть аналогично описанному выше этапу 516. Например, в данном случае также осуществляется суммирование каждого сегмента с током в первой скважине 610. Однако при использовании взаимности ЭМ полей могут быть получены те же результаты без непосредственного решения . Вместо этого:

Уравнение (9)

В данном случае, можно увидеть, что сила тока I_i представляет собой силу тока сегмента (полученную ранее в способе 500), а - нормализованное напряжение по сегменту, обусловленное источником искусственного электрического тока во второй скважине 650. Таким образом, уравнение (9) может быть вычислено с искусственным источником DE.

[0063] Способ 500 также может включать в себя планирование или выполнение операции измерения в процессе бурения (MWD) посредством ЭМ телеметрии в соответствии с амплитудой ЭМ сигнала, как на этапе 528. Операция MWD посредством ЭМ телеметрии может представлять собой описанные выше операции или включать их в себя.

[0064] Предварительные результаты

[0065] Испытание 1: Эквивалентные источники в вертикальной скважине

[0066] На фиг. 7A изображен график 700, демонстрирующий радиальное электрическое поле, а на фиг. 7B изображен график 750, демонстрирующий потенциальное поле, в соответствии с одним вариантом осуществления. Радиальное электрическое поле и потенциальное поле получают на поверхности с использованием описанного выше способа(-ов) 200, 500 с эквивалентными источниками и запуска CWNLAT. Чтобы проверить способ(-ы) 200, 500 с эквивалентными источниками для замены бурильной колонны в вертикальной скважине может использоваться 2D модель. Бурильная колонна с наружным диаметром (OD) 5,0 дюйма может быть расположена в однородном полупространстве пласта с удельным сопротивлением 10 Ом⋅м. В этом примере для упрощения задачи отсутствует буровой раствор и башмак обсадной колонны. Для разрядника на глубине 2050 футов и при частоте 10 Гц, как радиальные электрические поле, так и потенциальные поля на поверхности, вычисленные с использованием CWNLAT, показаны линиями 710, 760 на фиг. 7A и 7B соответственно. Для сравнения электрические поля и потенциальные поля, вычисленные на основании эквивалентных источников посредством запуска ЭМ1D, показаны пунктирными линиями 720, 770 на фиг. 7A и 7B соответственно. Как можно увидеть, за исключением кольев, расположенных мене, чем в нескольких футах от буровой скважины, как электрические поля, так и поля потенциалов хорошо согласуются друг с другом. Это подтверждает, что можно заменить буровую скважину множеством эквивалентных источников в 3D ЭМ моделировании.

[0067] Испытание 2: аппроксимирующее решение с использованием DE в сравнении с COMSOL^®

[0068] Во втором испытании сравнивают аппроксимирующее решение с использованием DE с моделированием 3D COMSOL^® для 3D модели. Входные параметры модели могут включать в себя удельное сопротивление пласта, удельное сопротивление бурового раствора, частоту, точку контакта на поверхности между обсадной колонной и бурильной колонной, опускание обсадной колонны на предварительно определенную глубину, разрядники, сегменты бурильной колонны, обсадную колонну с глубинным электродом или их комбинации. В этом конкретном испытании удельное сопротивление пласта является однородным и составляет 10 Ом⋅м; удельное сопротивление бурового раствора (например, на соленой воде) составляет 0,1 Ом⋅м и удельное сопротивление бурового раствора на нефтяной основе (OBM) составляет 40000 Ом⋅м; частота составляет 10 Гц; точка контакта на поверхности между обсадной колонной и сегментами бурильной колонны свыше 3 футов составляет 1 Ом⋅м; обсадная колонна проходит вниз на глубину приблизительно 200 футов от поверхности, разрядники находятся на глубине приблизительно 935 футов, 1935 футов, 2935 футов и 4135 футов; сегменты бурильной колонны имеют внутренний диаметр (ID) приблизительно 3,75 дюйма и OD приблизительно 4,5 дюйма, обсадная колонна с глубинным электродом находится на глубине приблизительно 4200 футов и содержит цилиндр радиусом 1 фут с удельным сопротивлением 2e-7 Ом⋅м.

[0069] На фиг. 8 изображен схематический вид первой (например, буровой) скважины 810 и второй скважины 820 (например, с обсадной колонной и DE), которые представляют собой часть испытания 2, в соответствии с одним вариантом осуществления. Как показано, первая скважина 810 содержит по существу вертикальный участок 812 и по существу горизонтальный участок 814, а вторая скважина 820 является по существу вертикальной. Кроме того, буровые растворы (например, WBM и/или OBM), башмаки обсадной колонны, точка контакта на поверхности включены в эту 3D модель. В результате, в теории, пользователь не может выполнить CWNLAT для получения сигнала от DE для этой модели. Вместо этого, 3D COMSOL может быть запущена на машинах в составе кластера, а разрядник может занимать 6 часов на 10 узлах.

[0070] На фиг. 9A и 9B изображены графики 900, 950, демонстрирующие сигнал от DE, полученный в результате запуска 3D COMSOL^® и подхода 2 с использованием DE, описанного выше (например, в способе 500), в соответствии с одним вариантом осуществления. График 900 представлен для WBM, имеющего удельное сопротивление 0,1 Ом⋅м, а график 950 представлен для OBM, имеющего удельное сопротивление 40000 Ом⋅м. За счет использования подхода 2 с использованием DE, описанного выше (например, в способе 500), может быть оценен сигнал от DE. В качестве примера, пользователь может выполнить CWNLAT для определения фоновых электрических полей, а затем вычислить напряжение DE. Оцененные сигналы от DE для WBM и OBM показаны пунктирными линиями 910, 960 на фиг. 9A и 9B соответственно. Ромбы (920 для WBM и 970 для OBM) из запусков 3D COMSOL также показаны на графике. В целом, сравнение является целесообразным, параметры отличаются менее, чем в 2 раза, за исключением глубины размещения разрядника (4135 футов) для WBM на графике 900. Причина большего смещения в этом случае связана с тем, что забой скважины с DE (4200 футов) находится практически на той же глубине, что и разрядник (4135 футов), и расстояние между этими двумя скважинами составляет только 60 футов. Фоновое поле вокруг разрядника обычно быстро меняется. Это также можно увидеть на кривой на левой панели на фиг. 9A.

[0071] Испытание 3: аппроксимирующее решение с использованием кольев на поверхности в сравнении с COMSOL^®

[0072] Аналогично испытанию 2, испытание 3 демонстрирует результаты сравнения для кольев на поверхности. На фиг. 10 изображен схематический вид буровой скважины 1010 в соответствии с одним вариантом осуществления. Как показано, буровая скважина 1010 содержит по существу вертикальный участок 1012 и по существу горизонтальный участок 1014. На фиг. 11 изображен график 1100, демонстрирующий сравнения сигналов от кольев на поверхности, полученных в результате запусков 3D COMSOL^® и способа 200, 500 3D аппроксимации, в соответствии с одним вариантом осуществления. Как можно увидеть на графике 1100, рассматривая как WBM, так и OBM, а также как в вертикальном, так и в горизонтальном участках, аппроксимирующие 3D решения сравнительно точно согласуются с результатами 3D COMSOL^®.

[0073] Способы 200, 500, описанные в настоящем документе, могут использоваться для передачи данных ЭМ телеметрии, предусматривающей наличие одной или более скважин на большой площадке, для ЭМ телеметрии в морских условиях, для контроля гидроразрыва пласта, для передачи ЭМ сигналов из-под земли и т. п.

[0074] На фиг. 12 изображен схематический вид вычислительной или процессорной системы для выполнения способа в соответствии с одним вариантом осуществления. Вычислительная система 1200 может содержать компьютер или компьютерную систему 1201A, которая может представлять собой отдельную компьютерную систему 1201A или конфигурацию распределенных компьютерных систем. Компьютерная система 1201A содержит один или несколько модулей 1202 анализа, которые выполнены с возможностью выполнения различных задач в соответствии с некоторыми вариантами осуществления, такими как один или несколько способов, описанных в настоящем документе. Выполнение этих различных задач модуль 1202 анализа осуществляет независимо или во взаимодействии с одним или несколькими процессорами 1204, который (которые) подключен (подключены) к одной или нескольким средам 1206 хранения информации. Процессор(-ы) 1204 также подключен (или подключены) к сетевому интерфейсу 1207 для обеспечения компьютерной системе 1201A возможности связи по сети 1209 передачи данных с одной или несколькими дополнительными компьютерными системами и/или вычислительными системами, такими как 1201B, 1201C и/или 1201D (следует отметить, что компьютерные системы 1201B, 1201C и/или 1201D могут иметь или могут не иметь ту же архитектуру, что компьютерная система 1201A, и могут находиться в других физических местоположениях, например, компьютерные системы 1201A и 1201B могут находиться в пункте обработки, находясь при этом на связи с одной или несколькими компьютерными системами, такими как 1201C и/или 1201D, которые находятся в одном или нескольких центрах обработки данных, и/или находятся в различных странах на разных континентах).

[0075] Процессор может включать в себя микропроцессор, микроконтроллер, процессорный модуль или подсистему, программируемую интегральную схему, программируемую вентильную матрицу или другое устройство управления или вычислительное устройство.

[0076] Запоминающий носитель 1206 может быть реализован в виде одного или более компьютерочитаемых или машиночитаемых запоминающих носителей. Следует отметить, что хотя в некоторых вариантах осуществления на фиг. 12 запоминающий носитель 1206 изображен как расположенный в компьютерной системе 1201A, в некоторых вариантах осуществления запоминающий носитель 1206 может быть распределен внутри и/или по множеству внутренних и/или внешних корпусов вычислительной системы 1201A и/или дополнительных вычислительных систем. Запоминающий носитель 1206 может включать в себя одну или более различных форм памяти, включая полупроводниковые запоминающие устройства, такие как динамические или статические запоминающие устройства с произвольной выборкой (ДЗУПВ или СЗУПВ), стираемые и программируемые постоянные запоминающие устройства (ППЗУ), электрически стираемые и программируемые постоянные запоминающие устройства (ЭСППЗУ) и флэш-память; магнитные диски, такие как несъемные, гибкие и съемные диски; другие магнитные носители, в том числе ленту; оптические носители, такие как компакт-диски (CD) или цифровые видеодиски (DVD) диски, диски BLUERAY^®; или иные типы оптических запоминающих устройств или иные типы устройств хранения информации. Следует отметить, что описанные выше команды могут быть предоставлены на одном компьютерочитаемом или машиночитаемом носителе или, альтернативно, могут предоставляться на множественных компьютерочитаемых или машиночитаемых запоминающих носителях, распределенных по большой системе, имеющей, возможно, множественные узлы. Считается, что такой компьютерочитаемый или машиночитаемый запоминающий носитель или носители должен (должны) быть частью изделия (или изделия промышленного производства). Изделие или изделие промышленного производства может относиться к любому одному произведенному компоненту или множественным компонентам. Запоминающий носитель или носители может быть расположен либо в компьютере, выполняющем машиночитаемые инструкции, либо в удаленном пункте, из которого машиночитаемые инструкции могут быть для исполнения загружены через сеть.

[0077] В некоторых вариантах осуществления вычислительная система 1200 содержит один или более модулей 1208 ЭМ телеметрии. В этом примере вычислительной системы 1200 компьютерная система 1201A содержит модуль 1208 ЭМ телеметрии. В некоторых вариантах осуществления может использоваться один модуль ЭМ телеметрии для выполнения по меньшей мере некоторых аспектов одного или более вариантов осуществления способа(-ов) 200, 500, описанного в настоящем документе. В альтернативных вариантах осуществления может использоваться множество модулей ЭМ телеметрии для выполнения по меньшей мере некоторых аспектов способа(-ов) 200, 500, описанного в настоящем документе.

[0078] Следует понимать, что вычислительная система 1200 представляет собой лишь один пример вычислительной системы, и что вычислительная система 1200 может иметь больше или меньше компонентов, чем показано, может сочетать в себе дополнительные компоненты, не изображенные в иллюстративном варианте осуществления на фиг. 12, и/или вычислительная система 1200 может иметь другую конфигурацию или размещение компонентов, изображенных на фиг. 12. Различные компоненты, показанные на фиг. 12, могут быть реализованы в аппаратном обеспечении, программном обеспечении или комбинации аппаратного обеспечения и программного обеспечения, включая одну или более интегральных схем обработки сигналов и/или специализированных интегральных схем.

[0079] Кроме того, этапы в способах обработки, описываемых в настоящем документе, могут быть реализованы путем выполнения одного или нескольких функциональных модулей в устройстве обработки информации, таком как процессоры общего назначения или специализированные чипы, такие как ASIC, FPGA, PLD или иные соответствующие устройства. Данные модули, комбинации данных модулей и/или их комбинация с базовым аппаратным обеспечением включаются в объем правовой охраны настоящего изобретения.

[0080] Геологические интерпретации, модели и/или другие средства интерпретации могут быть доработаны в результате многократного повторения; данная концепция применима к способам, описанным в настоящем документе. Это может предусматривать использование контуров обратной связи, исполняемых на основе алгоритмов, например, на вычислительном устройстве (например, вычислительной системе 1200, фиг. 12), и/или посредством ручного управления со стороны пользователя, который может принимать решения в отношении того, стал ли данный этап, действие, шаблон, модель или набор кривых достаточно точным для оценивания рассматриваемого подземного трехмерного геологического пласта.

Вышеприведенное описание, в целях пояснения, было описано со ссылкой на конкретные варианты осуществления. Однако вышеприведенное описание не является исчерпывающим и не ограничивает настоящее изобретение конкретными описанными формами. Возможны многие модификации и вариации, принимая во внимание вышеизложенные идеи. Более того, порядок, в котором иллюстрируются и описываются элементы описываемого здесь способа может быть изменен, и/или два или более элемента могут появляться одновременно. Варианты осуществления были выбраны и описаны в порядке, который наилучшим образом поясняет принципы настоящего изобретения и его практическое применение, в целях обеспечения специалистов в данной области техники возможностью наилучшего использования описанных способов и систем и различных вариантов осуществления с различными модификациями, подходящими для определенного предусмотренного вида применения.

Изобретение относится к моделированию сигналов электромагнитной телеметрии в наклонных скважинах. Техническим результатом является повышение качества моделирования сигнала электромагнитной телеметрии. Способ моделирования сигнала электромагнитной (ЭМ) телеметрии включает выпрямление скважины в модели. Разделение скважины на множество сегментов. Определение силы электрического тока в одном или более сегментах, когда скважина выпрямлена. Замену скважины эквивалентными электрическими источниками по меньшей мере частично на основании силы электрического тока в одном или более сегментах. Сгибание скважины назад в ее первоначальную форму в модели. Определение силы электрического тока в одном или более сегментах за счет проецирования, когда скважина возвращена в свою первоначальную форму. Суммирование ЭМ полей каждого из одного или более сегментов по меньшей мере частично на основании силы электрического тока в одном или более сегментах, когда скважина возвращена в свою первоначальную форму, для оценивания сигнала ЭМ телеметрии. Также заявлена вычислительная система для осуществления моделирования сигнала электромагнитной телеметрии. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Способ моделирования сигнала электромагнитной (ЭМ) телеметрии, включающий в себя:

выпрямление скважины в модели;

разделение скважины на множество сегментов;

определение силы электрического тока в одном или более сегментах, когда скважина выпрямлена;

замену скважины эквивалентными электрическими источниками по меньшей мере частично на основании силы электрического тока в одном или более сегментах;

сгибание скважины назад в ее первоначальную форму в модели;

определение силы электрического тока в одном или более сегментах за счет проецирования, когда скважина возвращена в свою первоначальную форму; и

суммирование ЭМ полей каждого из одного или более сегментов по меньшей мере частично на основании силы электрического тока в одном или более сегментах, когда скважина возвращена в свою первоначальную форму, для оценивания сигнала ЭМ телеметрии.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скважина является вертикальной после выпрямления.

3. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя моделирование сигнала ЭМ телеметрии от передатчика в скважине, который генерирует электрический ток в одном или более сегментах, когда скважина выпрямлена.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что эквивалентные электрические источники представляют собой электрические диполи.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что силу электрического тока определяют по меньшей мере частично на основании азимутального угла, угла наклона или того, и другого для одного или более сегментов, когда скважина возвращена в свою первоначальную форму.

6. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя выполнение операции измерения в процессе бурения (MWD) посредством ЭМ телеметрии в соответствии с оцениваемым сигналом ЭМ телеметрии.

7. Способ моделирования сигнала электромагнитной (ЭМ) телеметрии, включающий в себя:

замену первой скважины эквивалентными электрическими источниками в модели;

определение силы электрического тока в одном или более сегментах в первой скважине по меньшей мере частично на основании эквивалентных электрических источников;

генерирование смоделированного электрического тока во второй скважине;

определение нормализованного напряжения в одном или более сегментах в первой скважине в соответствии со смоделированным электрическим током;

определение напряжения сегмента в одном или более сегментах по меньшей мере частично на основании силы электрического тока и нормализованного напряжения и

оценивание сигнала ЭМ телеметрии от передатчика в первой скважине по меньшей мере частично на основании напряжений сегментов в одном или более сегментах в первой скважине.

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что замена первой скважины эквивалентными электрическими источниками в модели включает в себя:

выпрямление первой скважины в модели;

разделение первой скважины на один или более сегментов и

определение силы электрического тока в одном или более сегментах, когда первая скважина выпрямлена.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что силы электрического тока в эквивалентных электрических источниках определяют в одном или более сегментах, когда первая скважина выпрямлена.

10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что замена первой скважины эквивалентными электрическими источниками в модели дополнительно включает в себя:

сгибание первой скважины назад в ее первоначальную форму в модели и

определение силы электрического тока в одном или более сегментах за счет проецирования, когда первая скважина возвращена в свою первоначальную форму.

11. Способ по п. 7, отличающийся тем, что определение напряжения сегмента в одном или более сегментах включает в себя умножение силы электрического тока в одном или более сегментах на нормализованное напряжение в одном или более сегментах.

12. Способ по п. 7, отличающийся тем, что оценивание сигнала ЭМ телеметрии включает в себя суммирование напряжений сегментов для одного или более сегментов.

13. Способ по п. 7, отличающийся тем, что сигнал ЭМ телеметрии оценивают на датчике во второй скважине.

14. Способ по п. 7, отличающийся тем, что вторая скважина содержит металлическую обсадную колонну.

15. Способ по п. 7, отличающийся тем, что эквивалентные электрические источники представляют собой электрические диполи.

16. Способ по п. 7, дополнительно включающий в себя бурение первой скважины в соответствии с оцениваемым сигналом ЭМ телеметрии.

17. Вычислительная система для осуществления моделирования сигнала электромагнитной (ЭМ) телеметрии, содержащая:

один или более процессоров и

запоминающую систему, содержащую один или более постоянных машиночитаемых носителей, хранящих команды, которые, при исполнении по меньшей мере одним из одного или более процессоров, обеспечивают выполнение операций вычислительной системой, причем операции включают в себя:

замену первой скважины эквивалентными электрическими источниками в модели;

определение силы электрического тока сигнала электромагнитной (ЭМ) телеметрии в одном или более сегментах в первой скважине по меньшей мере частично на основании эквивалентных электрических источников;

генерирование смоделированного электрического тока во второй скважине;

определение нормализованного напряжения в одном или более сегментах в первой скважине в соответствии со смоделированным электрическим током;

определение напряжения сегмента в одном или более сегментах по меньшей мере частично на основании силы электрического тока и нормализованного напряжения и

оценивание сигнала электромагнитной (ЭМ) телеметрии от передатчика в первой скважине по меньшей мере частично на основании напряжений сегментов в одном или более сегментах в первой скважине.

18. Вычислительная система по п. 17, отличающаяся тем, что замена первой скважины эквивалентными электрическими источниками в модели включает в себя:

выпрямление первой скважины в модели;

разделение первой скважины на один или более сегментов;

определение силы электрического тока в одном или более сегментах, когда первая скважина выпрямлена;

сгибание первой скважины назад в ее первоначальную форму в модели и

определение силы электрического тока в одном или более сегментах за счет проецирования, когда первая скважина возвращена в свою первоначальную форму.

19. Вычислительная система по п. 17, отличающаяся тем, что определение напряжения сегмента в одном или более сегментах включает в себя умножение силы электрического тока в одном или более сегментах на нормализованное напряжение в одном или более сегментах.

20. Вычислительная система по п. 17, отличающаяся тем, что операции дополнительно включают в себя выполнение операции измерения в процессе бурения (MWD) посредством ЭМ телеметрии в соответствии с оцениваемым сигналом ЭМ телеметрии.