Обеспечиваются способ и устройство для возможности определения расстояния от инструмента до аномалии впереди инструмента. Устройство для выполнения способа включает в себя по меньшей мере один передатчик и по меньшей мере один приемник. Один из вариантов осуществления способа включает в себя передачу электромагнитных сигналов по меньшей мере из одного передатчика через пласт, окружающий буровую скважину, и детектирование по меньшей мере на одном приемнике откликов напряжения, наведенных электромагнитными сигналами. Способ включает в себя вычисление кажущейся удельной электропроводности или кажущегося удельного сопротивления, которые отслеживаются во времени, и из значений кажущейся удельной электропроводности или кажущегося удельного сопротивления определяется расстояние до аномалии.

[0001] Способ определения расстояния до аномалии в пласте, заключающийся в том, что

[0002] Способ по п.1, в котором изменение электромагнитного сигнала представляет прекращение передачи электромагнитного сигнала и в котором детектированный приемником переходный отклик содержит затухание.

[0003] Способ по п.1 или 2, в котором временной диапазон определяется расстоянием между передатчиком и приемником.

[0004] Способ по пп.1, 2 или 3, в котором временной диапазон затухания длится по меньшей мере от 10-8 до по меньшей мере 0,1 с, предпочтительно по меньшей мере до 1 с.

[0005] Способ по одному из пп.1-4, в котором временной диапазон выбирается достаточным для достижения устойчивого состояния значения кажущейся удельной электропроводности или значения кажущегося удельного сопротивления, а расстояние до аномалии определяют, когда значение кажущейся удельной электропроводности или значение кажущегося удельного сопротивления достигает устойчивого состояния.

[0006] Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором детектированный приемником отклик представляет отклик напряжения.

[0007] Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором вычисление значения кажущейся удельной электропроводности или значения кажущегося удельного сопротивления включает в себя преобразование сигнала наведенного напряжения в среднюю удельную электропроводность пласта.

[0008] Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором вычисляют значение кажущейся удельной электропроводности и значение кажущегося удельного сопротивления пласта, в котором расположено устройство.

[0009] Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором вычисляют значение кажущейся удельной электропроводности или значение кажущегося удельного сопротивления пласта впереди устройства.

[0010] Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором определяют момент времени, в котором значение кажущейся удельной электропроводности или значение кажущегося удельного сопротивления начинает отклоняться от соответствующего значения кажущейся удельной электропроводности или кажущегося удельного сопротивления пласта, в котором расположено устройство.

[0011] Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором электромагнитный сигнал передают в направлении аномалии.

[0012] Система для определения расстояния до аномалии в пласте, содержащая устройство, включающее передатчик электромагнитных сигналов через пласт и приемник для детектирования откликов, включающий блок памяти вычислительный блок, осуществляющий вычисление значения зависящей от времени кажущейся удельной электропроводности или значение зависящего от времени кажущегося удельного сопротивления, основываясь на временной зависимости детектированного приемником переходного отклика на изменение передаваемого электромагнитного сигнала; определение расстояния от устройства до аномалии на основе изменения значения кажущейся удельной электропроводности или значения кажущегося удельного сопротивления во времени.

[0013] Система по п.12, в которой устройство содержит каротажный инструмент.

[0014] Система по п.12 или 13, в которой устройство устанавливают в секцию бурения во время измерения энергии или в секцию каротажа во время бурения бурильной колонны, расположенной вверх по стволу скважины относительно буровой коронки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и системе для определения расстояния до аномалии в пласте впереди устройства. В конкретном варианте осуществления устройство может быть расположено внутри буровой скважины.

Уровень техники

В прикладных задачах при регулировании направленности геосигнала каротажа во время бурения (LWD) выгодно детектировать присутствие аномалии пласта впереди или вокруг буровой коронки или оборудования низа бурильной колонны. Существует много примеров, в которых прогностические возможности желательны в средах LWD каротажа. Прогностический каротаж состоит в том, чтобы детектировать аномалию на некотором расстоянии впереди буровой коронки. Некоторые примеры упреждения включают в себя прогнозирование заранее зоны повышенного давления, или детектирование сбоя фронта буровой коронки в горизонтальных скважинах, или определение профиля массивной солевой структуры впереди буровой коронки. Хотя доступные в настоящее время методы способны детектировать присутствие аномалии, они не способны определять местоположение аномалии с достаточной глубиной или скоростью, они не способны детектировать аномалию на достаточном расстоянии впереди буровой коронки или оборудования низа бурильной колонны.

Когда для размещения скважины используются измерения во время бурения, детектирование или идентификация аномалий может быть критическим. Такие аномалии могут включать в себя, например, разлом, неработающий продуктивный пласт, соляной купол или смежный слой породы, или водонефтяной контакт. Было бы выгодно определять как расстояние, так и направление аномалии от буровой площадки.

При оценке пласта глубина исследования большинства каротажных инструментов, проводной линии или LWD каротажа ограничивается несколькими футами от ствола скважины.

Патент США № 6181138 автора Hagiwara раскрывает метод для локализации аномалии, смежной с каротажным устройством, с использованием индукционных инструментов с наклоняемой катушкой и методы исследования с возбуждением на различных частотах. Для достижения глубины исследования с таким инструментом потребовался бы более длинный инструмент. Однако более длинные инструменты, вообще говоря, приводят к худшему пространственному разрешению.

Для повышения возможности увеличения глубины исследования предложены способы переходных электромагнитных (EM) процессов. Один из таких способов для увеличения глубины исследования предложен в патенте США № 5955884 авторами Payton et al. Инструмент, раскрытый в указанном патенте, применяет электрические и электромагнитные источники излучения для подачи электромагнитной энергии к пласту на выбранных частотах и сигналов, которые максимизируют радиальную глубину проникновения в целевой пласт. В упомянутом способе переходных EM-процессов ток в основном заканчивается на антенне передатчика, и отслеживается изменение во времени напряжения, наведенного в антенне приемника. Такой способ обеспечил возможность детектирования аномалии на расстояниях в глубину от десяти до сотен метров. Однако, хотя Payton раскрывает способ переходных EM-процессов, обеспечивающий возможность детектирования аномалии, он не обеспечивает метод детектирования аномалий впереди буровой коронки.

Соответственно необходимо новое решение для определения расстояния от инструмента до аномалии впереди указанного инструмента. В частности, такое решение необходимо для обзора впереди буровой коронки. Кроме того, необходимо решение в реальном масштабе времени, имеющее увеличенную глубину анализа, так чтобы измерения могли быть сразу доступны для операторов оборудования.

Под термином «коаксиальный отклик » в рамках настоящего изобретения понимается полученный отклик или характеристика на приемнике, в случае ориентирования приемника и передатчика по направлению оси инструмента. Под термином «копланарный отклик » понимается полученный отклик или характеристика в случае ориентирования приемника и передатчика параллельно друг другу и их направления перпендикулярно оси инструмента.

Под термином «переходный отклик напряжения электромагнитного поля (ЭМ) » понимается выброс напряжения на приемнике до установления устойчивого состояния после переключения передатчика, который передает электромагнитный сигнал.

Под термином «отклик напряжения инструмента » понимается отклик напряжения на приемнике после индуцированного изменения передаваемого сигнала.

Сущность изобретения

В одном аспекте согласно варианту осуществления настоящего изобретения обеспечивается способ для определения расстояния до аномалии в пласте впереди устройства в буровой скважине. Способ может быть реализован с использованием устройства, включающего в себя по меньшей мере один передатчик и по меньшей мере один приемник. Способ включает в себя вычисление по меньшей мере одного из параметров кажущейся удельной электропроводности и кажущегося удельного сопротивления на основе детектированного отклика, который может включать в себя отклик напряжения. По меньшей мере один из параметров кажущейся удельной электропроводности и кажущегося удельного сопротивления отслеживается во времени, и определяется расстояние до аномалии на основе наблюдаемого изменения одного из параметров кажущейся удельной электропроводности и кажущегося удельного сопротивления.

В конкретном варианте осуществления изобретения отклик напряжения измеряется во времени, и упомянутый отклик используется для вычисления кажущейся удельной электропроводности или кажущегося удельного сопротивления по выбранному промежутку времени. Определяется момент времени, в который кажущаяся удельная электропроводность отклоняется от постоянного значения, и этот момент времени может быть использован для выяснения расстояния, на котором находится аномалия впереди буровой скважины.

В конкретном варианте осуществления изобретения расстояние до аномалии определяется, когда по меньшей мере один из параметров кажущейся удельной электропроводности и кажущегося удельного сопротивления достигает асимптотического значения.

Устройство может содержать каротажный инструмент и/или оно может обеспечиваться в секции бурения во время измерения или в секции каротажа во время бурения бурильной колонны, несущей буровую коронку.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его осуществления со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг. 1 - блок-схема, показывающая систему согласно варианту осуществления изобретения;

фиг. 2 - схема последовательности операций, иллюстрирующая способ согласно варианту осуществления изобретения;

фиг. 3 - схематическое изображение, показывающее кажущуюся удельную электропроводность с коаксиальным инструментом;

фиг. 4 - график, показывающий отклик напряжения коаксиального инструмента согласно фиг. 3 в однородном пласте для различных удельных сопротивлений пласта;

фиг. 5 - график, показывающий отклик напряжения в однородном пласте как функцию удельного сопротивления пласта в различные моменты времени (t) для одного и того же коаксиального инструмента;

фиг. 6 - график, показывающий отклик напряжения в однородном пласте как функцию удельного сопротивления пласта для большего разнесения передатчика-приемника, чем на фиг. 5;

фиг. 7 - график, показывающий отклик напряжения как функцию времени t, задаваемого коаксиальным инструментом согласно фиг. 3, на различных расстояниях от слоя пласта;

фиг. 8 - график, показывающий данные отклика напряжения фиг. 7 в терминах кажущейся удельной электропроводности ( σ _app (t));

фиг. 9 подобна фиг. 8, за исключением того, что удельные сопротивления слоев 1 и 2 были взаимно изменены;

фиг. 10 - график, сравнивающий σ _app (t) фиг. 8 и 9, отнесенные к d=11 м;

фиг. 11 - график таких же данных, которые отображены на фиг. 8 но теперь в линейном масштабе кажущейся удельной электропроводности;

фиг. 12 - график σ _app (t) в линейном масштабе для различных разнесений L передатчика-приемника в случае d=1 м;

фиг. 13 - график более поздней по времени удельной электропроводности как функцию различных разнесений L передатчика-приемника;

фиг. 14 - графические кривые для d=5 м и L=01 м для различных отношений удельного сопротивления;

фиг. 15 - график σ _app (t) для случая d=5 м и L=01 м, но для различных отношений удельного сопротивления, тогда как проектное удельное сопротивление фиксировано на значении R ₂ =1 Ом ∙м;

фиг. 16 - графически изображает сравнение более поздней по времени кажущейся удельной электропроводности в момент t=1 с с модельным расчетом, для случая проектного удельного сопротивления R ₂ =1 Ом ∙м;

фиг. 17 - графически изображает такие же данные как на фиг. 16, построенные в виде более поздней по времени кажущейся удельной электропроводности в момент t=1 с в зависимости от отношения более поздней по времени кажущейся удельной электропроводности в момент t=1 с по удельной электропроводности локального окружения;

фиг. 18 - графически изображает расстояние до аномалии впереди инструмента в зависимости от времени перехода (t _c ), определенного из данных фиг. 8;

фиг. 19 - графические кривые кажущейся удельной электропроводности σ _арр (z; t) в обеих координатах z- и t-;

фиг. 20 - схематическое изображение, показывающее кажущуюся удельную электропроводность с копланарным инструментом;

фиг. 21 - графически изображает отклик напряжения копланарного инструмента согласно фиг. 20 с разнесением передатчика-приемника L=1 м в однородном пласте как функцию удельного сопротивления пласта в различные моменты времени (t);

фиг. 22 - графически изображает отклик напряжения в однородном пласте как функцию удельного сопротивления пласта для большего разнесения передатчика-приемника, чем на фиг. 21;

фиг. 23 - график, показывающий данные отклика напряжения в терминах кажущейся удельной электропроводности ( σ _app (t)) как функцию от t, обеспеченную копланарным инструментом согласно фиг. 20 на различных расстояниях от слоя пласта;

фиг. 24 - сравнение более поздней по времени кажущейся удельной электропроводности σ _app (t → ∞) для копланарных откликов, где d=05 м и L=01 м, как функцию удельной электропроводности локального слоя, тогда как проектная удельная электропроводность фиксирована на значении 1 См/м;

фиг. 25 - графически изображает такие же данные, как на фиг. 24, построенные в виде отношения более поздней по времени кажущейся удельной электропроводности по локальному слою в зависимости от отношения более поздней по времени кажущейся удельной электропроводности по удельной электропроводности локального слоя; и

фиг. 26 - графически изображает расстояние до аномалии впереди инструмента в зависимости от времени перехода (t _c ), определенного из данных согласно фиг. 23.

На чертежах выражение «х.Е-у », «х.Е+у » имеют значения соответствующих величин х.10 ^-у и х.10 ^+у , где х и у являются числами.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Варианты осуществления изобретения относятся к системе и способу для определения расстояния до аномалии в пласте впереди устройства в буровой скважине. Для возбуждения электромагнитных полей с целью использования при детектировании аномалии использовались как активизация частотного анализа, так и активизация временного анализа. При активизации частотного анализа устройство передает незатухающую волну с фиксированной или смешанной частотой и измеряет отклики в такой же полосе частот. При активизации временного анализа устройство передает в качестве исходного сигнала сигнал прямоугольной формы, сигнал треугольной формы, импульсный сигнал или псевдослучайную двоичную последовательность и измеряет широкополосный отклик земли. Внезапные изменения тока передатчика вызывают появление сигналов в приемнике, вызванных индукционными токами в пласте. Сигналы, которые появляются в приемнике, называются переходными откликами, поскольку сигналы приемника начинаются от начального значения и затем затухают или увеличиваются со временем до постоянного уровня. Раскрываемый здесь метод реализует метод активизации временного анализа.

Как упоминалось ранее, варианты осуществления изобретения предлагают общий способ определения расстояния до резистивной или проводящей аномалии с использованием переходных EM-откликов. Как будет объясняться подробно, расстояние до аномалии находится посредством отслеживания кажущейся удельной электропроводности по времени, основываясь на отклике переходного напряжения. Расстояние до аномалии определяется на основе вариации кажущейся удельной электропроводности во времени. Зависящие от времени значения для кажущейся удельной электропроводности могут быть получены из коаксиальных и копланарных измерений и могут быть соответственно обозначены как σ _coaxial (t) и σ _coplanar (t). Оба показывают удельную электропроводность вокруг инструмента.

Фиг. 1 иллюстрирует систему, которая может быть использована для реализации вариантов осуществления способа настоящего изобретения. Вычислительный блок 10, расположенный на поверхности, может быть соединен с инструментом 2 электромагнитных измерений, расположенным в буровой скважине 4 и поддерживаемым кабелем 12. Кабель 12 может быть сконструирован из любого кабеля известного типа для передачи электрических сигналов между инструментом 2 и вычислительным блоком 10, расположенным на поверхности. Один или несколько передатчиков 16 и один или несколько приемников 18 могут быть обеспечены для передачи и приема сигналов. Блок 14 сбора данных может быть обеспечен для передачи данных из передатчиков 16 и приемников 18 в измерительный блок 10, расположенный на поверхности.

Каждый передатчик 16 и каждый приемник 18 могут быть трехкоординатными и поэтому могут содержать компоненты для отправки и приема сигналов вдоль каждой из трех осей. Соответственно каждый модуль передатчика может содержать по меньшей мере одну одно- или многокоординатную антенну и может представлять собой передатчик трех ортогональных компонентов. Каждый приемник может включать в себя по меньшей мере один одно- или многокоординатный электромагнитный приемный компонент и может представлять собой приемник трех ортогональных компонентов.

Координатная система инструмент/ствол скважины задается как имеющая оси х, у и z. Ось z задает направление от передатчика Т до приемника R. Здесь далее будет предполагаться, что аксиальное направление буровой скважины 4 совпадает с осью z, в соответствии с чем оси х и у совпадают с двумя ортогональными направлениями в плоскости, перпендикулярной направлению от передатчика до приемника и до буровой скважины 4.

Блок 14 сбора данных может включать в себя контроллер для управления работой инструмента 2. Блок 14 сбора данных предпочтительно собирает данные из каждого передатчика 16 и приемника 18 и обеспечивает подачу данных в вычислительный блок 10, расположенный на поверхности.

Вычислительный блок 10, расположенный на поверхности, может включать в себя компоненты компьютера, содержащие процессор 30, пульт 32 оператора и интерфейс 34 инструмента. Вычислительный блок 10, расположенный на поверхности, также может включать в себя блок 40 памяти, содержащий данные 42 преобразования соответствующей координатной системы и предположения, вспомогательный блок 44 вычисления направления, вспомогательный блок 46 вычисления кажущегося направления и блок 48 вычисления расстояния. Вспомогательные блоки вычисления направления и кажущегося направления раскрываются более подробно в патентной заявке США 10/897585, приоритет которой заявляется в настоящее время и которая, таким образом, включена здесь ссылкой.

Вычислительный блок 10, расположенный на поверхности, может дополнительно включать в себя шину 50, которая связывает различные компоненты системы, включая блок 40 системной памяти, с процессором 30. Среда вычислительного блока 10 представляет собой только один пример вычислительной среды и не предполагает никакого ограничения на рамки использования или функциональные возможности изобретения. Кроме того, хотя вычислительный блок 10 описан как блок, расположенный на поверхности, он может быть расположен в других вариантах под поверхностью, встроен в инструмент, расположен в удаленном местоположении или расположен в любом другом удобном местоположении.

Блок 40 памяти предпочтительно сохраняет модуль 48 и вспомогательные модули 44 и 46, которые могут быть описаны как программные модули, содержащие выполняемые компьютером инструкции, которые выполняются вычислительным блоком 10, расположенным на поверхности. Программный модуль 44 содержит выполняемую компьютером инструкцию, необходимую для вычисления направления к аномалии внутри буровой скважины. Программный модуль 48 содержит выполняемые компьютером инструкции, необходимые для вычисления расстояния до аномалии. Хранимые данные 42 включают в себя данные относительно системы координат инструмента и системы координат аномалии и другие данные, требуемые для использования программными модулями 44, 46 и 48.

Для дополнительных деталей о вычислительном блоке 10, включая носители данных и устройства ввода/вывода, дается ссылка на патентную заявку США 10/897585, приоритет которой заявляется в настоящее время и которая, таким образом, включена здесь ссылкой. Соответственно дополнительные детали, касающиеся внутренней конструкции компьютера 10 (вычислительный блок) не нужно раскрывать в связи с настоящим изобретением.

Фиг. 2 изображает схему последовательности операций, иллюстрирующую процедуру, связанную со способом согласно изобретению. В целом, в процедуре А передатчики 16 передают электромагнитные сигналы. В процедуре В приемники 18 принимают переходные отклики. В процедуре С система обрабатывает переходные отклики для определения расстояния до аномалии и также дополнительно направление.

В случае, когда используется приемник трех ортогональных компонентов, переходные отклики магнитного поля на приемниках [R _x , R _y , R _z ], которые ориентированы в направлении [х, у, z] оси координат инструмента соответственно, обозначаются как

из магнитного дипольного источника в каждом осевом направлении [М _х , M _y , M _z ].

Когда аномалия удельного сопротивления удалена от инструмента, пласт, находящийся вблизи инструмента, выглядит как однородный пласт. Для простоты в указанном способе можно предположить, что пласт является изотропным. В однородном изотропном пласте существует только три ненулевых переходных отклика. Упомянутые отклики включают в себя коаксиальный отклик и два копланарных отклика. Коаксиальный отклик является откликом V _zz (t), в случае, когда оба и передатчик Т, и приемник R ориентированы в общем осевом направлении инструмента. Компланарные отклики, V _xx (t) и V _yy (t), являются откликами в случае, когда и передатчик Т, и приемник R выстроены параллельно друг другу, но их ориентация перпендикулярна оси инструмента. Все отклики перекрестных компонентов идентичны нулю в однородном изотропном пласте. Отклики перекрестных компонентов бывают либо из продольно ориентированного приемника с поперечным передатчиком, либо наоборот. Другой отклик перекрестных компонентов также является нулевым между взаимно ортогональными поперечным приемником и поперечным передатчиком.

Эффект аномалии удельного сопротивления виден в переходных откликах по мере увеличения времени. В дополнение к коаксиальным и копланарным откликам отклики перекрестных компонентов V _ij (t) (i ≠j; i, j=x, y, z) становятся ненулевыми.

Когда аномалия велика и расстояние сравнимо с разнесением передатчика-приемника L, эффектом разнесения можно пренебречь и переходные отклики могут быть аппроксимированы откликами от приемников вблизи передатчика.

Кажущаяся удельная электропроводность.

Кажущаяся удельная электропроводность или ее собственная обратная величина, эквивалентная кажущемуся удельному сопротивлению, может быть использована для определения местоположения или расстояния до аномалии в буровой скважине. Зависящая от времени кажущаяся удельная электропроводность может быть задана в каждой точке временной последовательности на каждой глубине скважинного исследования. Кажущаяся удельная электропроводность на некоторой глубине скважинного исследования z задается как удельная электропроводность однородного пласта, которая может генерировать такой же отклик инструмента, измеренный в выбранном положении.

В каротаже способом переходных EM-процессов переходные данные собираются на некоторой глубине каротажного исследования или в местоположении z инструмента в виде временной последовательности наведенных напряжений в контуре приемника. Соответственно зависящая от времени кажущаяся удельная электропроводность σ _app (z; t) может быть задана в каждой точке временной последовательности на каждой глубине каротажного исследования для соответствующего диапазона интервалов времени в зависимости от удельной электропроводности пласта и технических характеристик инструмента.

Коаксиальные инструменты.

Фиг. 3 иллюстрирует коаксиальный инструмент, в котором и катушка передатчика (Т), и катушка приемника (R) наматываются вокруг общей оси z инструмента. Приемник R помещается на расстоянии L от передатчика Т. Символы σ ₁ и σ ₂ представляют удельные электропроводности двух слоев пласта.

Кажущаяся удельная электропроводность для коаксиального инструмента.

Наведенное напряжение коаксиального инструмента с разнесением передатчика-приемника L в однородном пласте с удельной электропроводностью ( σ) задается выражением

в котором и С является константой.

Коаксиальный инструмент, изображенный на фиг. 3, используется ниже для иллюстрации отклика напряжения для различных значений t и L на фиг. 4-6, где σ ₁ = σ ₂ .

Фиг. 4 изображает отклик напряжения коаксиального инструмента с L=01 м в однородном пласте для различных удельных сопротивлений (R) пласта от 1000 до 0,1 Ом ∙м. Напряжение является положительным во все моменты времени t для t> 0. Наклон кривой напряжения является приблизительно постоянным в интервале времени от 10 ^-8 до 1 с (или позже) для любого удельного сопротивления пласта, более 10 Ом ∙м. Наклон изменяет знак в более ранее моменты времени около 10 ^-6 с, когда удельное сопротивление является таким низким, как 0,1 Ом ∙м.

Фиг. 5 изображает отклик напряжения как функцию удельного сопротивления пласта в различные моменты времени (t) для одного и того же разнесения коаксиального инструмента (L=1 м). Для диапазона удельных сопротивлений от 0,1 до 100 Ом ∙м отклик напряжения является однозначным как функция удельного сопротивления пласта для времени (t) измерения позднее 10 ^-6 с. В меньшие интервалы времени (t), например в момент 10 ^-7 с, напряжение больше не является однозначным. Одинаковый отклик напряжения реализуется при двух различных значениях удельного сопротивления пласта.

Фиг. 6 изображает отклик напряжения как функцию удельного сопротивления для большего разнесения передатчика-приемника L=10 м на коаксиальном инструменте. Интервал времени, когда отклик напряжения является однозначным, сдвигается в сторону больших интервалов времени (t). Отклик напряжения является однозначным для удельных сопротивлений от 0,1 до 100 Ом ∙м, для времени (t) измерения позднее 10 ^-4 с. При меньших значениях t, например в момент 10 ^-5 с, напряжение больше не является однозначным. Кажущаяся удельная электропроводность не определяется хорошо только из одного измерения (коаксиальный инструмент, одно разнесение).

Для относительно компактного разнесения передатчика-приемника (L=1-10 м) и для интервала измерения времени, где t больше 10 ^-6 с, переходный EM-отклик напряжения в основном является однозначным как функция удельного сопротивления пласта между 0,1 и 100 Ом ∙м (и выше). Это обеспечивает возможность определения изменяющейся во времени кажущейся удельной электропроводности из отклика напряжения (V _zZ (t)) в каждый момент времени измерения как

в котором и V _zZ (t) на правой стороне в измеренном отклике напряжения коаксиального инструмента.

Из одного типа измерения (коаксиальный инструмент, одно разнесение), чем больше разнесение L, тем большее время (t) измерения могло бы применяться к концепции кажущейся удельной электропроводности. Значение σ _app (t) может быть постоянным или равным удельной электропроводности пласта в однородном пласте: σ _app (t)= σ. Отклонение от постоянного значения (а) в момент времени (t) предполагает аномалию удельной электропроводности в области, задаваемой временем (t).

Кажущаяся удельная электропроводность для пары коаксиальных инструментов.

Когда имеется два коаксиальных приемника, отношение между парой измерений напряжения задается выражением

в котором L ₁ и L ₂ - разнесения передатчика-приемника двух коаксиальных инструментов.

Наоборот, изменяющаяся во времени кажущаяся удельная электропроводность задается для пары коаксиальных инструментов выражением

в каждый момент времени измерения.

Значение σ _app (t) может быть постоянным или равным удельной электропроводности пласта в однородном пласте: σ _app (t)= σ.

Кажущаяся удельная электропроводность подобным образом задается для пары копланарных инструментов или для пары копланарного и коаксиального инструментов. Значение σ _app (t) может быть постоянным или равным удельной электропроводности пласта в однородном пласте: σ _app (t)= σ. Отклонение от постоянного значения ( σ) в момент времени (t) предполагает аномалию удельной электропроводности в области, задаваемой временем (t).

Прогностические возможности способа переходных EM-процессов.

Чтобы проиллюстрировать применимость этих концепций, можно использовать предшествующий анализ для детектирования аномалии на расстоянии впереди буровой коронки, как будет объясняться в остальной части упомянутой подробного описания. Таким образом, σ ₁ и σ ₂ будут иметь различные значения, одно из которых представляет аномалию.

Анализ коаксиальных переходных откликов в двухслойных моделях.

Фиг. 3 показывает коаксиальный инструмент с разнесением передатчика и приемника на расстояние L, расположенный, например, в вертикальной скважине, приближающейся к смежному слою пласта (залежи), который представляет собой аномалию удельного сопротивления. Инструмент включает в себя и катушку передатчика Т, и катушку приемника R, которые намотаны вокруг общей оси z инструмента и ориентированы в направлении оси инструмента. Символы σ ₁ и σ ₂ представляют удельные электропроводности двух слоев пласта.

Чтобы показать, что способ переходных EM-процессов может быть использован как прогностический способ каротажа на основе удельного сопротивления, можно проверить переходный отклик инструмента в двухслойной модели земли. Коаксиальный инструмент с разнесением передатчика-приемника L может быть помещен в буровой скважине, в соответствии с чем слой пласта (залежи) находится впереди буровой скважины. Имеется три параметра, которые могут быть определены в двухслойной модели с использованием кажущейся удельной электропроводности ( σ _app (t)).

Указанными параметрами являются следующие:

(1) удельная электропроводность (в настоящем примере принимается σ ₁ =0,1 См/м) или удельное сопротивление (соответствующее удельное сопротивление данного примера предполагается R ₁ =10 Ом ∙м) локального слоя, в котором помещается инструмент;

(2) удельная электропроводность (в настоящем примере принимается σ ₂ =1 См/м) или удельное сопротивление (соответствующее удельное сопротивление этого примера предполагается R ₂ =1 Ом ∙м) смежного слоя пласта и

(3) расстояние инструмента до границ слоя. Будет иллюстрироваться пример с использованием нескольких значений d=1, 5, 10, 25 и 50 м.

Отклик напряжения при L=1 м (смещение передатчика-приемника) коаксиального инструмента на различных расстояниях (d) как функция от t показан на фиг. 7. Хотя среди откликов на различных расстояниях наблюдается разница, непосредственно из этих откликов нельзя идентифицировать аномалию удельного сопротивления.

Как можно вывести информацию из упомянутых откликов с использованием кажущейся удельной электропроводности, будет объясняться далее со ссылкой на фиг. 7.

Такие же данные напряжения фиг. 7 построены в терминах кажущейся удельной электропроводности σ _app (t) на фиг. 8. Из этой таблицы ясно, что коаксиальный отклик может идентифицировать смежный слой пласта (залежи) более высокой удельной электропроводности на некотором расстоянии впереди инструмента. Даже инструмент с разнесением L=1 м может детектировать слой пласта на расстоянии 10, 25 и 50 м, если отклик низкого напряжения может быть измерен за время от 0,1 до 1 с.

График σ _app (t) проявляет очень отчетливо по меньшей мере три параметра на фигуре: удельная электропроводность более раннего времени; удельная электропроводность при больших временах и время перехода, которое сдвигается по мере изменения расстояния (d).

Как будет объясняться далее, в двухслойном профиле удельного сопротивления кажущаяся удельная электропроводность по мере приближения t к нулю может идентифицировать удельную электропроводность слоя вокруг инструмента, тогда как кажущаяся удельная электропроводность по мере приближения t к бесконечности может быть использована для определения удельной электропроводности смежного слоя на расстоянии. Также из времени перехода, наблюдаемого на графике кажущейся удельной электропроводности, может быть измерено расстояние к границам залежи от инструмента. График кажущейся удельной электропроводности как для времени, так и для местоположения инструмента может быть использован как образное представление переходных данных.

Следует отметить, что, как показано на фиг. 8, на малых промежутках времени инструмент воспринимает кажущуюся удельную электропроводность 0,1 См/м, соответствующую таковой слоя непосредственно вокруг инструмента. В более позднее время инструмент воспринимает значение, близкое к 0,55 См/м, арифметическое среднее между удельными электропроводностями двух слоев. Изменение расстояния (d) отражается на времени перехода.

Фиг. 9 иллюстрирует график σ _app (t) коаксиального переходного отклика в двухслойной модели фиг. 3 для L=1 м в инструменте на различных расстояниях (d), за исключением того, что удельная электропроводность ( σ ₁ ) локального слоя составляет 1 См/м (R ₁ =1 Ом ∙м) локального слоя и удельная электропроводность ( σ ₂ ) проектного слоя составляет 0,1 См/м (R ₂ =10 Ом ∙м). Опять, на малых промежутках времени инструмент воспринимает кажущуюся удельную электропроводность 0,1 См/м, которая составляет таковую слоя непосредственно вокруг инструмента. В более позднее время инструмент воспринимает значение приблизительно 0,55 См/м, такое же среднее значение удельной электропроводности, как на фиг. 8. Изменение расстояния (d) отражается на времени перехода.

Удельная электропроводность при малых временах ( σ _app (t →0)).

Удельная электропроводность при малых промежутках времени, соответствующая маленьким значениям t, отражает (кажущуюся) удельную электропроводность локального слоя, в котором находится инструмент. На таких малых промежутках времени сигнал достигает приемника непосредственно из передатчика, не интерферируя с границами залежи.

Следовательно, на него влияет только удельная электропроводность вокруг инструмента. Обратно, удельная электропроводность слоя может легко измеряться по кажущейся удельной электропроводности в ранее время.

Удельная электропроводность при поздних временах ( σ _app (t → ∞)).

С другой стороны, удельная электропроводность при поздних временах, при относительно больших значениях t, отражает некоторое среднее значение удельных электропроводностей двух слоев. Почти половина сигналов выходит из пласта под инструментом и другая половина из пласта над инструментом, если время для прохождения расстояния (d) инструмента до границ залежи мало.

Фиг. 10 сравнивает график σ _app (t) фиг. 8 и 9 для L=01 м и d=01 м. Удельная электропроводность при поздних временах определяется просто по отдельным удельным электропроводностям двух слоев σ ₁ и σ ₂ . На нее не влияет или, по меньшей мере, мало влияет то, где расположен инструмент в двух слоях в терминах расстояния d. Однако из-за большой глубины исследования удельная электропроводность при поздних временах не легко достигается даже при t=1 с, как показано на фиг. 11 для такого же инструмента. На практике удельная электропроводность при поздних временах, возможно, должна аппроксимироваться значением σ _app (t=1 с), которое незначительно зависит от d, как иллюстрируется на фиг. 11.

Фиг. 12 сравнивает графики σ _app (t) для d=1 м, но с различными разнесениями L. Значение σ _app (t) достигает почти постоянной удельной электропроводности при поздних периодах времени в более поздние моменты времени по мере увеличения L. Удельная электропроводность при поздних периодах времени σ _app (t → ∞) почти не зависит от L. Однако удельная электропроводность при поздних периодах времени, заданная при t=1 с, зависит от расстояния (d), как показано на фиг. 13.

Фиг. 14 сравнивает графики σ _app (t) для d=5 м и для L=01 м, но для различных отношений удельных сопротивлений. Указанная таблица показывает, что кажущаяся удельная электропроводность при поздних периодах времени пропорциональна значению для одного и того же отношения ( σ ₁ / σ ₂ ). Например

Фиг. 15 показывает примеры графиков σ _app (t) для d=5 м и для L=01 м, но для различных отношений удельных сопротивлений, тогда как проектное удельное сопротивление фиксировано на значении R ₂ =1 Ом ∙м. Кажущаяся удельная электропроводность при больших временах при t=1 с определяется по удельной электропроводности локального слоя, как показано на фиг. 16. Численно удельная электропроводность при поздних периодах времени может аппроксимироваться арифметическим средним двух слоев как

При сложившихся обстоятельствах рационально, что с коаксиальным инструментом аксиальный передатчик индуцирует вихревой ток параллельно границам залежи. В более позднее время аксиальный приемник принимает горизонтальный ток, приблизительно равный от обоих слоев. В результате удельная электропроводность при поздних периодах времени должна учитывать удельную электропроводность обоих пластов с приблизительно равным весом.

Подводя итог, удельная электропроводность ( σ _app (t → ∞)) при поздних периодах времени, t=1 с, может быть использована для оценки удельной электропроводности ( σ ₂ ) смежного слоя, когда локальная удельная электропроводность ( σ ₁ ) вблизи инструмента известна, например, из ранней удельной электропроводности ( σ _app (t →0)= σ ₁ ). Это иллюстрируется на фиг. 17.

Оценка расстояния (d) до смежной залежи.

Время перехода (t _c ), в которое кажущаяся удельная электропроводность начинает отклоняться от локальной удельной электропроводности ( σ ₁ ) к удельной электропроводности при больших временах, явно зависит от d, расстояния от инструмента до границ залежи, как показано на фиг. 8 для инструмента с L=01 м.

Для удобства время перехода (t _c ) задается временем, в которое σ _app (t _c ) принимает значение граничной удельной электропроводности ( σ _с ), т.е. в этом примере арифметическое среднее между ранней и поздней удельными электропроводностями при больших временах составляет

Время перехода (t _c ) диктуется расстоянием по лучу (d) минус L/2, т.е. половина того расстояния, которое EM-сигнал должен пройти от передатчика до границ залежи, до приемника, независимо от удельного сопротивления двух слоев. Наоборот, расстояние (d) может быть оценено из времени перехода (t _c ), как показано на фиг. 18, когда L=01 м.

Образное представление с кажущейся удельной электропроводностью.

График кажущейся удельной электропроводности σ _app (z; t) в обеих координатах z- и t- может служить как образное представление переходных данных, которые представляют собой графики кажущейся удельной электропроводности для одного и того же инструмента на различных глубинах, как показано на фиг. 19. Координата представляет глубину инструмента вдоль ствола скважины. График σ _app (z; t) помогает явно визуализировать приближение границ залежи по мере того, как инструмент перемещается вдоль ствола скважины. Отклонение от постоянного значения удельной электропроводности в момент времени (t) предполагает наличие аномалии удельной электропроводности в области, определяемой по времени (t).

Копланарные инструменты.

Хотя выше рассматривались коаксиальные переходные данные, копланарные переходные данные из копланарного инструмента также полезны в качестве прогностического способа каротажа на основе удельного сопротивления. Фиг. 20 показывает такой копланарный инструмент с разнесением передатчика-приемника L, расположенный в скважине, приближающейся к смежной залежи, которая представляет собой аномалию удельного сопротивления. На копланарном инструменте как передатчик Т, так и приемник R ориентированы перпендикулярно оси инструмента и параллельны друг другу. Символы σ ₁ и σ ₂ представляют удельные электропроводности двух слоев пласта, граница между которыми расположена впереди на оси инструмента.

Кажущаяся удельная электропроводность для копланарного инструмента.

Наведенное напряжение копланарного инструмента с разнесением передатчика-приемника L в однородном пласте с удельной электропроводностью ( σ) задается выражением

в котором и С - константа.

При малых значениях t копланарное напряжение изменяет полярность в зависимости от разнесения L и удельной электропроводности пласта.

Фиг. 20 иллюстрирует копланарный инструмент, в котором передатчик (Т) и приемник (R) параллельны друг другу и ориентированы перпендикулярно оси инструмента. Символы σ ₁ и σ ₂ представляют удельные электропроводности двух слоев пласта. Указанный инструмент используется для иллюстрации отклика напряжения для различных значений t и L на фиг. 21, 22, где σ ₁ = σ ₂ .

Фиг. 21 изображает отклик напряжения копланарного инструмента длиной L=1 м как функцию удельного сопротивления пласта в различные моменты времени (t). Для диапазона удельных сопротивлений (R) пласта от 0,1 до 100 Ом ∙м отклик напряжения является однозначным как функция удельного сопротивления пласта для значений более чем 10 ^-6 с. Для меньших значений t, например при 10 ^-7 , напряжение изменяет полярность и больше не является однозначным.

Фиг. 22 изображает отклик напряжения как функцию удельного сопротивления пласта в различные моменты времени (t) для более длинного копланарного инструмента длиной L=5 м. Интервал времени, когда отклик напряжения является однозначным, сдвигается в сторону более высоких значений t.

Подобно отклику коаксиального инструмента изменяющаяся во времени кажущаяся удельная электропроводность задается из отклика копланарного инструмента V _xX (t) в каждый момент времени измерения как

где и V _xx (t) на правой стороне представляет собой измеренный отклик напряжения копланарного инструмента.

Чем больше разнесение, тем большее значение (t) могло бы применяться к концепции кажущейся удельной электропроводности из одного типа измерения (копланарный, одно разнесение). Значение σ _app (t) может быть постоянным или равным удельной электропроводности пласта в однородном пласте σ _арр (t)= σ.

Анализ копланарных переходных откликов в двухслойных моделях.

Подобно фиг. 8 для коаксиального инструмента, где L=01 м, кажущаяся удельная электропроводность ( σ _арр (t)), определяемая из откликов напряжения копланарного инструмента, как показано на фиг. 20, графически строится на фиг. 23 для различных расстояний от границ залежи. Ясно, что копланарный отклик также может идентифицировать смежную залежь более высокой удельной электропроводности на некотором расстоянии. Даже инструмент с разнесением L=1 м может детектировать залежь на расстояниях 10, 25 и 50 м, если отклики низкого напряжения могут быть измерены за период 0,1-1 с. График σ _app (t) для копланарных откликов проявляет три параметра, также как для коаксиальных откликов.

Удельная электропроводность при ранних периодах времени .

Для копланарных откликов также справедливо, что удельная электропроводность при ранних периодах времени ( σ _арр (t →0)) представляет собой удельную электропроводность σ ₁ локального слоя, в котором находится инструмент. Обратно, удельная электропроводность слоя может легко измеряться по кажущейся удельной электропроводности в ранние периоды времени.

Удельная электропроводность при поздних периодах времени .

Удельная электропроводность при поздних периодах времени ( σ _арр (t → ∞)) представляет собой некоторое среднее значение удельных электропроводностей двух слоев. Выводы, сделанные для коаксиальных откликов, также могут применяться к копланарным откликам. Однако значение удельной электропроводности при поздних периодах времени для копланарных откликов не такое же, как для коаксиальных откликов. Для коаксиальных откликов удельная электропроводность при поздних периодах времени близка к арифметическому среднему удельных электропроводностей двух слоев в двухслойных моделях.

Фиг. 24 показывает удельную электропроводность при поздних периодах времени ( σ _арр (t → ∞)) для копланарных откликов, где d=05 м и для L=01 м, но для различных удельных электропроводностей локального слоя, тогда как проектная удельная электропроводность фиксирована на значении 1 См/м. Кажущаяся удельная электропроводность при поздних периодах времени определяется по удельной электропроводности локального слоя и численно близка к среднеквадратичному значению

Таким образом, удельная электропроводность при поздних периодах времени ( σ _app (t → ∞)) может быть использована для оценки удельной электропроводности ( σ ₂ ) смежного слоя, когда локальная удельная электропроводность ( σ ₁ ) вблизи инструмента известна, например, из ранней удельной электропроводности ( σ _арр (t →0)= σ ₁ ). Это иллюстрируется на фиг. 25.

Оценка расстояния (d) до смежной залежи.

Переходное время (t _c ) может отклоняться от локальной удельной электропроводности ( σ ₁ ) к удельной электропроводности при поздних периодах времени, явно зависит от d, расстояния от инструмента до границ залежи, как показано на фиг. 20.

Переходное время (t _c ) задается временем, за которое σ _app (t _c ) принимает значение граничной удельной электропроводности ( σ _с ), т.е. в этом примере арифметическое среднее между ранней и удельными электропроводностями при поздних периодах времени составляет

Переходное время (t _c ) определяется расстоянием по лучу (d) минус L/2, т.е. половина того расстояния, которое EM-сигнал должен пройти от передатчика до границ залежи, до приемника, независимо от удельного сопротивления двух слоев. Наоборот, расстояние (d) может быть оценено из времени перехода (t _c ), как показано на фиг. 26, когда L=1 м.

Настоящее изобретение было описано в отношении конкретных вариантов осуществления, которые во всех аспектах являются иллюстративными, а не ограничивающими. Альтернативные варианты осуществления, которые не выходят из рамок настоящего изобретения, станут очевидными для специалистов, для которых оно предназначено.

Из вышеприведенного должно быть видно, что настоящее изобретение хорошо адаптировано для достижения всех целей и задач, сформулированных выше, наряду с другими преимуществами, которые являются очевидными и присущими системе и способу. Должно быть понятно, что некоторые особенности и субкомбинации являются практичными и могут быть использованы без ссылки на другие особенности и субкомбинации. Они рассматриваются и находятся в рамках пунктов формулы изобретения.