CN115698772A - 利用脉冲涡流对嵌套套管管件进行腐蚀评估 - Google Patents

Abstract

涉及用于调查钻孔中的嵌套管件的处理系统和井下测井工具的方法和系统。井下测井工具包括发射器线圈，用于发射包括一个或多个阶跃激励的宽带激励信号。所述井下测井工具还包括接收器线圈，该接收器线圈包括至少两个接收器线圈，该至少两个接收器线圈分别在距发射器的第一和第二距离处与发射器线圈间隔开，所述第一和第二距离彼此不同，并且每个接收器线圈能够接收由激励信号产生的响应信号。井下测井工具还包括获取系统，用于记录每个接收器线圈随时间的激励信号和响应信号。该处理系统基于响应信号随时间的变化导出指示嵌套套管管件的单个厚度变化的信息。

Description

利用脉冲涡流对嵌套套管管件进行腐蚀评估

本申请要求2020年4月3日提交的申请号为EP 20315107.1的欧洲专利申请的优先权和利益，该申请通过引用结合于此。

背景技术

本公开涉及基于电磁(EM)技术的系统和方法，用于量化油气井中多个套管柱中的腐蚀。这种系统可以包括基于涡流的工具，其可以提供频域或时域测量。

对于频域系统，这种系统可以包括测井工具，该测井工具包括发射器线圈(“发射器”)和位于离发射器可变距离处的一组接收器线圈(“接收器”)的布置。发射器将选定频率的电流发送到地层中，在永久状态下产生交流(AC)EM场，从而在周围环境中感应出涡流。接收线圈中的涡流感应出EM信号。

对于时域测量，方波脉冲信号被馈送到发射器。这种信号还在环境中感应出涡流，该涡流又感应出由接收器测量的瞬态电压信号。对于这种测量，接收器通常与发射器并置在一起。

发明内容

提供本概述以介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。该概述不旨在标识所要求保护的主题的不可或缺的特征，也不旨在用于帮助限制所要求保护的主题的范围。

本公开介绍了一种包括井下测井工具和处理系统的系统。井下测井工具用于被下放到钻孔中，该钻孔具有围绕钻孔中的测井工具的嵌套套管管件。井下测井工具包括发射器线圈，用于发射包括一个或多个阶跃激励的宽带激励信号。所述井下测井工具还包括接收器线圈，所述接收器线圈包括至少两个接收器线圈，所述接收器线圈分别在距发射器第一和第二距离处与发射器线圈间隔开，所述第一和第二距离彼此不同，并且每个接收器线圈能够接收由激励信号产生的响应信号。井下测井工具还包括获取系统，用于随时间记录从发射器发射的激励信号和每个接收器线圈的响应信号。该处理系统基于响应信号随时间的变化导出指示嵌套套管管件的单个厚度变化的信息。

本公开还介绍了一种方法，该方法包括操作被下放到钻孔中的井下测井工具，该钻孔具有围绕钻孔中的测井工具的嵌套套管管件。操作井下测井工具包括经由井下测井工具的发射器线圈发射包括一个或多个阶跃激励的宽带激励信号。操作井下测井工具还包括经由井下测井工具的获取系统记录激励信号和由激励信号产生的井下测井工具的接收器线圈的响应信号。接收器线圈包括至少两个接收器线圈，这两个接收器线圈分别在离发射器第一和第二距离处与发射器线圈间隔开。第一和第二距离彼此不同。该方法还包括操作处理系统，以基于响应信号随时间的变化来导出指示嵌套套管管件的单个厚度变化的信息。

本公开还介绍了一种方法，该方法包括当测井工具被布置在延伸到地下地层中的钻孔内时，获取由测井工具的发射器-接收器系统的发射器发射的实际宽带激励信号。该方法还包括当测井工具设置在钻孔内时，获取发射器-接收器系统的接收器的电压响应。所获得的电压响应是由发射器发出的实际激励信号感应的。该方法还包括基于所获取的电压响应的傅立叶变换、所获取的实际激励信号的傅立叶变换以及可能的所获取的电压响应的信噪比的谱密度来确定发射器-接收器系统的传递函数。该方法还包括将接收器对理想激励信号的理想电压响应估计为所确定的发射器-接收器系统的传递函数的傅立叶逆变换和理想激励信号的傅立叶变换。

本公开的这些和附加方面在下面的描述中阐述，和/或可以由本领域普通技术人员通过阅读这里的材料和/或实践这里描述的原理来学习。本公开的至少一些方面可以通过所附权利要求中记载的手段来实现。

附图说明

当结合附图阅读时，从以下详细描述中可以理解本公开。需要强调的是，根据工业中的标准实践，各种特征没有按比例绘制。事实上，为了讨论清楚，各种特征的尺寸可以任意增加或减少。

图1是根据本公开的一个或多个方面的装置的示例实施方式的至少一部分的示意图。

图2-5是根据本公开的一个或多个方面的测井工具的示例实施方式的部分示意图。

图6-8是描绘本公开的一个或多个方面的曲线图。

图9是根据本公开的一个或多个方面的处理系统的示例实施方式的至少一部分的框图。

具体实施方式

应当理解，以下公开提供了许多不同的实施例或示例，用于实施各种实施例的不同特征。下面描述组件和布置的具体示例，以简化本公开。当然，这些仅仅是示例，并不旨在进行限制。此外，本公开可以在各种示例中重复附图标记和/或字母。这种重复是为了简单和清楚，其本身并不规定所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。

图1是井场系统100的示例实施方式的至少一部分的示意图，本公开的一个或多个方面可应用于该井场系统100。井场系统100可以是陆上的(如图所示)或海上的。在图1所示的示例性井场系统100中，工具串104通过缆线、滑线和/或其他输送器件112在钻孔108中输送。示例性井场系统100可用于评价钻孔108、将套管120固定在钻孔108的至少一部分(150)内的水泥116、固定在套管120中的管件(未示出)(例如，生产服务管件)和/或被钻孔108穿透的地下地层124。

示例井场系统100可用于钻孔108的下套管段150和/或钻孔108的裸眼段155。尽管井眼108的大部分在图1中被描绘为被下套管，但是井眼的大部分可以是未下套管的(“裸的(open)”，没有套管120和水泥116)。图1所示的示例性套管120包括两个嵌套的套管121，套管121具有水泥中间层117。可选地，在两个嵌套的套管121之间没有中间层。在这种情况下，在一个实施例中，一个或多个定心器(centralizer)可以设置在两个嵌套套管121之间的一个或多个预定深度处。然而，本公开的一个或多个方面也适用于其中套管120包括三个或更多个嵌套套管121的实施方式(和/或钻孔108的部分),以及仅存在单个套管121的情况。

工具串104从输送器件112的下端悬挂在钻孔108中。输送器件112可以是缠绕在绞车115的滚筒113上的单导体或多导体滑线或缆线测井缆，绞车115位于钻孔108延伸的井场的表面128上。井场表面128是通常平坦的地形表面(即地球表面)、井场的钻机(未示出)的地板或井场的其他设备，其被钻孔108垂直穿透。绞车115的操作使滚筒113旋转，以卷起输送器件112，从而在钻孔108中沿井上方向101拉动工具串104，以及放出输送器件112，从而在钻孔108中沿井下方向102移动工具串104。输送器件112可包括至少一个或多个导体(未示出),其有助于工具串104和设置在井场表面128的地面设备132之间的数据通信，包括通过一个或多个滑环、缆(cable)和/或其他导体(在图1中由附图标记133示意性地示出)，将输送器件112的一个或多个导体与地面设备132电连接。输送器件112可以替代地输送工具串104，缆内没有导体，但是具有至少一个模块，该模块可以自主地获取和/或处理井下测量结果和/或在井下存储器中存储井下测量结果，而无需人工干预或与地面设备132通信。

虽然在图1中没有这样示出，但是绞车115可以设置在服务车辆或固定滑轨/平台上。服务车辆或固定滑道/平台也可以包含至少一部分地面设备132。

工具串104包括多个模块136，其中一个或多个模块可以包括细长的壳体、心轴、底盘和/或承载各种电子和/或机械部件的结构。例如，至少一个模块136可以是或包括用于测量钻孔108、套管120、安装在套管120中的管件(未示出)、水泥116和/或地层124的特征和/或特性的装置的至少一部分，和/或用于从钻孔108和/或地层124获得侧壁或在线岩心和/或流体(液体和/或气体)样本的装置。相对于图1所示的示例性实施方式，本公开范围内的井下工具串104的其他实施方式可以包括附加或更少的部件或模块136。

井场系统100还包括数据处理系统，该数据处理系统可以包括地面设备132、在工具串104(例如井下控制器140)的一个或多个模块136中的控制装置和/或其他电气和/或机械装置、远程计算机系统(未示出)、通信装置和/或其他设备中的一个或多个的至少一部分。数据处理系统可以包括一个或多个计算机系统或装置，和/或可以是分布式计算机系统。例如，收集的数据或信息可以被存储、分发、传送给人类井场操作员，和/或在本地(井下或地面)和/或远程处理。

数据处理系统可以单独地或与其他系统组件相结合地执行下面描述的方法和/或过程或其部分。例如，根据本公开的一个或多个方面，数据处理系统可以包括用于收集井径、声学、超声波和/或与水泥116、套管120、安装在套管120中的管件(未示出)和/或地层124的评估相关的其他数据的处理器能力。本公开范围内的方法和/或过程可以由运行在处理器中的一个或多个计算机程序来实施，所述处理器位于例如工具串104和/或地面设备132的一个或多个模块136中。这种程序可以利用从井下控制器140和/或其他模块136接收的数据，并且可以将控制信号传输到工具串104的操作元件，其中这种通信可以经由输送器件112的一个或多个电导体或光导体。程序可以存储在与井下控制器140的一个或多个处理器、工具串104的其他模块136和/或地面设备132相关联的有形的、非暂时性的、计算机可用的存储介质上，或者可以存储在与这样的处理器电联接的外部的有形的、非暂时性的、计算机可用的存储介质上。存储介质可以是一个或多个已知的或未来开发的存储介质，例如磁盘、光学可读盘、闪存或另一种计算机可读设备，包括通过一个或多个有线和/或无线通信链路联接的远程存储装置等。

如图1中由附图标记138所示的，至少一个模块136可以是或包括测井工具，该测井工具可操作用于获取表征钻孔108、套管120(可能单独包括每个嵌套套管121)、安装在套管120中的管件(未示出)、水泥层116/117和/或地层124的EM测量值。测井工具138包括至少一个EM发射器137和两个或更多个EM接收器139。以下描述了本公开范围内的测井工具138的示例实施方式、操作和利用。

如图1中由附图标记142所示的，模块136中的另一个(或多个)可以是或包括取向模块。这样的模块142可以包括例如一个或多个相对方位(RB)传感器、重力/加速度传感器、磁力计和陀螺仪传感器等。

如图1中由附图标记146所示的，模块136中的另一个(或多个)可以是或包括定心器模块。例如，定心器模块146可以包括由控制器(均未示出)和/或用于主动延伸(“打开”)和缩回(“关闭”)多个定心臂147的其他器件驱动的电动马达。尽管在图1所示的示例性实施方式中仅描绘了两个定心臂147，但是在本公开范围内的其他实施方式可以具有多于两个定心臂147。定心臂147的延伸有助于将井下超声波测量工具138推向套管120、另一个管件或由测井工具138调查的钻孔108内的中心位置。在本公开范围内的工具串的实施方式可以包括测井工具138的多于一个实例和/或定心器模块146的多于一个实例。模块136可以在裸眼井段150和套管井段155中的任一个或两个中输送，包括其中定心器模块146和测井工具138可以被配置或可配置用于这两个段中的任一个或两个的实施方式。工具串104也可以不包括定心器模块146。

用于多套管柱腐蚀评估的传统技术是基于涡流的EM技术。这种技术可以是频域或时域测量。例如，对于频域操作工具，向发射器馈送适当选择的低频电流，例如在1-100赫兹(Hz)的范围内。该电流在工具周围感应出磁场回路，从而在周围环境中感应出方位涡流。相关联的EM场，即来自发射器的直接场以及来自周围导电管道中感应的涡流的二次场，在单独的接收器中感应出电压。确定为接收器电压与发射器电流之比的互阻抗对管道的EM特性和几何参数很敏感。根据发射器和接收器之间的距离，EM场分为三种不同的状态:近场、过渡区和远场。根据管道的数量和它们各自的尺寸，每个或仅仅一些接收器位于相对于发射器的远场区域，例如在最大套管直径的大约2.5倍(或更大)的距离处，因此这种技术经常使用远场涡流(RFEC)的名称。在这种情况下，相位和衰减测量几乎与总金属厚度成比例。该互阻抗是具有振幅和相位的复数值。在实践中，该工具将相位测量为相移，将振幅测量为衰减，单位为分贝(dB)。相移和振幅衰减参考工具的空气校准测量，例如参考在没有金属管的情况下测量的相应值。在RFEC区，测量仅对嵌套套管管件结构的总金属厚度敏感，因此不可能识别单个套管对总厚度的贡献。

时域操作工具使用脉冲涡流(PEC)技术，该技术依赖于与RFEC技术相同的物理原理，并使用相同类型的变换器(transducer)。然而，PEC利用方波脉冲和一个或多个传感器，每个传感器既是安装在同一芯上的发射器又是接收器，而不是测量位于远场区域中的发射器和几个接收器之间的选定离散频率的磁联接。传统的基于PEC的测井工具包括多达三个这样的具有不同长度(例如，每个长度在大约2-50厘米(cm)的范围内)的“发射-接收”传感器。每个传感器的长度通常被认为与测量的调查深度直接相关，因此与可以评估的嵌套套管管件的数量直接相关。在这些工具中，各种传感器同时工作。对于每个传感器，方波脉冲电流或电压激励用于产生变化的磁场。在发射器激励的阶跃过渡之后，测量在接收器处感应的瞬态电压信号，从而提供关于被测试的嵌套套管的导电材料的特性和几何形状的信息。如同传统的RFEC技术一样，在嵌套套管的特性存在变化的情况下(例如，由于腐蚀)，感应涡流的路径将受到影响，这又改变了测量的信号。用于解释这些测量的方法是基于使用接收器电压波形相对于参考波形的变化，该参考波形是在从所获取的测量数据中选择的点处获取的，并且被任意认为是均匀(例如，未腐蚀)情况的代表。

PEC技术允许突出显示测量差异可见的时间。较早的时间表示具有较小直径的内套管()中的金属变化，而较晚的时间表示具有较大直径的外外套管中的这种变化。正信号变化指示与参考波形相比更慢的衰减，这对应于金属厚度的增加，而负信号变化指示金属厚度的减少(例如，金属损失)。当不同的嵌套套管上同时发生厚度变化时，传统的PEC方法不能正确地识别各个套管的厚度，因为这种变化的波形上的时间特征重叠。

因此，如上所述，传统的频域工具主要对总金属厚度敏感，使得它们区分各个管道的能力非常有限，而传统的时域工具依赖于脆弱的且多少依赖于用户的相对测量。因此，当评估单个嵌套套管的腐蚀时，解释用任一类型的工具获得的测量数据会导致显著的误差。本公开中介绍的一个或多个方面可以用于减少或消除这种误差。

本公开中介绍的系统涉及包括发射器和多个接收器的测井工具，例如图1所示的示例测井工具138。每个发射器或接收器是包括例如由铜线制成的导电绕组的磁线圈，其可以缠绕在由具有高磁导率的材料(例如铁氧体或坡莫合金)制成的磁芯周围。替代地，发射器或接收器可以不包括芯，或者可以缠绕在电绝缘材料周围。发射器和/或接收器可以基本上是圆柱形的(具有圆形、矩形或其他形状的横截面),其纵轴对应于工具轴。当电流通过绕组时和/或当周围的磁通量变化时，导电绕组能够发送和/或接收EM信号。每个线圈可以包括几层叠加的绕组。发射器和/或接收器线圈可以基本相同，或者可以由不同的材料制成，或者具有不同的架构(就匝数或层数和/或芯的类型而言)。

图2-5是根据本公开的一个或多个方面的这种测井工具的示例实施方式201-204的部分示意图。测井工具201-204是图1中描述的测井工具138的示例。每个测井工具201-204包括多个接收器，这些接收器位于离发射器增加的距离处。例如至少三个远距离接收器和/或与预期套管数量相同的数量，例如五个。

如上所述，当接收器和发射器之间的距离约为或大于套管直径的2.5倍时，远场状态适用。发明人已经表明，当接收器在给定管道的近场区域中时，接收的信号取决于发射器和/或接收器特性(例如长度或形状)，但也取决于各个管道的贡献，而当接收器在给定管道的远场区域中时，它对发射器和/或接收器特性具有低依赖性，但对管道的整体贡献敏感，而对每个管道的单独贡献不敏感。因此，在离发射器不同距离处具有接收器允许便于分离每个管道对接收信号的单独贡献，并且还允许能够给出关于每个管道的准确信息，而不管管道是否同心。因此，即使管道不同心，这种配置也应给出每个管道的金属厚度信息。实际上，第一接收器可以在关于至少一个套管(例如，具有最大直径的套管)的近场区域中，而在关于至少另一个套管(例如，两个套管)的远场区域中。第二接收器可以在关于至少两个套管(例如，具有最大直径的两个套管)的近场区域中，而在关于至少另一个套管(例如一个套管)的远场区域中。根据一起分析的不同响应，可以区分每个管道的贡献。使远场区域中的接收器能够具有不包括对发射器和/或接收器特性的依赖性的参考信号也是实施例的一部分。考虑到石油和天然气工业中可用的套管尺寸，即最小的套管具有大约11.5厘米(cm)的直径，第二小的套管具有大约18cm的直径，最大的外侧套管具有大约64cm的最大外套管直径，接收器应该位于距发射器一定距离的范围内(发射器-接收器距离被认为是边缘到边缘的距离，即发射器和接收器的最近边缘之间的距离)。该范围可以如下确定:在一个实施例中，最近的接收器可以被配置在小于40cm的距离处，以便位于至少第二小管道的近场中。在一个实施例中，最远的接收器可以被配置在大约152cm的最大距离处，以位于最大套管的近场中。

在图2所示的示例实施方式中，测井工具201包括与发射器210间隔开的九个接收器214。接收器214可以是相同的，除了位于离发射器210的距离增加的地方。然而，如图3所示的示例测井工具202所示，该组接收器还可以包括与发射器214并置的接收器218。例如，发射器214和接收器218可以安装在同一芯(未示出)周围。图4中描绘的示例测井工具203包括接收器214、222、226、230，这些接收器在尺寸(轴向长度)和距发射器210的距离上都增加了，这可能是有用的，因为当发射器和接收器之间的距离增加时，信号的分辨率降低。这种实施方式还可以包括与接收器210共定位的接收器218，如图5所示的示例测井工具204中所示。在示例测井工具201-204以及本公开范围内的其他实施方式中，每个接收器214、218、222、226、230的轴向长度可以在大约2-38cm的范围内。然而，实际的接收器大小可能由信号电平考虑来决定。

关于图2-5所示的发射器-接收器系统201-204以及本公开范围内的其他示例，接收器214、218、222、226、230对由发射器210发射的包括至少一个阶跃激励的激励信号的响应可以使用有限元方法来建模。阶跃激励是振幅从基线值快速变化到更高或更低值的激励信号。在下文中，已经考虑了发射器发射单个阶跃激励，但是发射器可以发射多个阶跃激励的序列，这些阶跃激励彼此相同或者具有不同的形状、振幅或符号。每个接收器对发射器的阶跃激励信号的响应可以表示为与样品中磁场扩散相关的一系列弛豫时间。穿透深度越大，激励信号中包含的越低的频率有助于越长的弛豫时间。对于嵌套套管，较长的松弛时间可以提供关于第二、第三、第四或甚至第五套管的材料特性和几何形状的信息。

例如，图6-8描绘了为三个接收器计算的瞬态电压，其中图6对应于与发射器210共定位的接收器218(如图3和5中所描绘的)，图7对应于从发射器210轴向偏移的另一个接收器(例如图4和5中所描绘的接收器222)，而图8对应于从发射器进一步轴向偏移的又一个接收器(例如图4和5中所描绘的接收器230)。图6-8描绘了接收器的相应瞬态电压响应，其中测井工具的发射器-接收器系统在嵌套套管内操作，其中响应232、242、252描绘了两个嵌套套管，响应233、243、253描绘了三个嵌套套管，响应234、244、254描绘了四个嵌套套管，以及响应235、245、255描绘了五个嵌套套管。在图6-8中，对发射器-接收器对周围增加的金属存在的响应表现为在激励逐步降低后较长时间内信号水平的增加。

共定位的接收器电压响应在图6中表现为整个时间范围内的电压降，其中只有较晚的时间显示出对套管数量增加的存在的敏感性。图7和图8中的偏移接收器信号更清楚地示出了扩散到套管的铁磁材料中的过程，与共定位的接收器相比，峰形响应示出了在更早的时间对套管的存在的敏感性。对于单个偏移接收器，响应的形状和峰值的最大值的位置都随着套管的数量以及它们各自的属性而变化。此外，当增加发射器-接收器偏移距离时，观察到对外套管的灵敏度增加。

图6-8展示了可以从由几个接收器获取的波形中提取属性，其中每个接收器对不同的套管具有不同的灵敏度。例如，较短的间距包含较小直径套管的更大贡献，而较长的间距包含较大直径套管的更大贡献。这些波形的联合解释允许对单个套管厚度进行评估。

PEC装置的标准实施方式假设流过发射器的电流的完美方波。该方波是发射器电流的激励，它将在接收器上感应出最大的电压，并将在短时间内(或相当高的频率)提供最多的信息。然而，这种电流形状的实际实现非常具有挑战性，并且考虑到系统的有限带宽。发射器电流形状的更现实的表示是指数衰减，其特征时间取决于发射器的电特性和驱动电子器件的电阻损耗。这些量因工具而异，例如由于制造的可变性，以及由于不受控制的温度变化而在单个工具的操作过程中。

对于理想的阶跃激励(即，基线和较高或较低值之间的变化是瞬时的)，可以被测量的理想电压波形可以被表示为指数的加权和，例如在下面等式(1)中阐述的示例中。

其中y(t)是在给定接收器中感应的相对于时间t的电压，m是指每个单独指数分量的指数，N是单独指数分量的数量，w_m是第m个指数分量的加权，以及α_m是第m个指数分量的衰减率。

然而，在实践中，发射器发出的实际阶跃信号很少是完美的阶跃函数。相反，实际信号可以由指数衰减函数更精确地描述，例如可以具有由下面阐述的等式(2A)描述的形状。替代地，指数衰减函数可以是具有不同系数的多个指数衰减项的总和，例如由下面阐述的等式(2B)描述的。

x(t)＝A·e^β·t其中β＜0且t＞0 (2A)

其中x(t)是相对于时间t衰减的发射器信号，A(分别为A_i)是发射器电流(或发射器电流信号的分量)的振幅，以及β(各个为β_i)是发射器信号(或发射器信号的分量)的衰减率。

发射器电流衰减的影响将导致接收器的响应电压，如下面等式(3)的示例中所述的。基于等式(2A)中描述的信号作为输入示出了等式(3)和以下，但是类似的操作可以基于等式(2B)中描述的信号。

其中

是由接收器测量的电压，

是理想电压的集合权重的向量，

是理想电压的集合衰减率的向量，以及B是衰减率β的指数衰减振幅，它是

和

的函数。

因此，指数衰减的影响将是双重的。首先，指数衰减增加了一信号衰减，其斜率与激励相同。第二，指数衰减变换每个理想衰减率的权重。

简单地去除具有发射器衰减的指数分量是不够的。事实上，信号的其余部分会发生变形，对快速衰减的分量影响更大。本公开介绍了记录发射电流x(t)和感应接收器电压

然后估计系统对于理想阶跃激励u(t)已经测量的理想响应y(t)。用

表示直接傅立叶变换和用u(t)表示理想阶跃激励，该处理可以表示为下面的等式(4)和(5)。

其中H(f)是系统的传递函数，(f)是频率，u是理想阶跃函数。这里，传递函数被获得并用于计算对理想阶跃激励的响应。然而，即使没有估计对理想阶跃激励的响应，也可以计算如上所述的传递函数。

通过插入涉及信噪比(SNR)的假设谱密度S(f)的项，维纳(Wiener)正则化(在正则化函数的其他示例中)可用于最小化该估计器的均方误差，如下面等式(6)和(7)中所述。

其中

是正则化的估计传递函数，而

是得到的估计理想电压响应。

因此，利用上述处理可以消除非理想激励对在接收器处测量的电压的影响。该处理包括发射包括受指数衰减影响的一个或多个阶跃激励的激励信号，记录在每个接收器处获得的响应，以及基于记录的响应模拟或估计所述接收器对包括一个或多个理想阶跃激励的理想激励信号的响应。然后，估计的电压响应可以经由传统的和/或未来开发的器件用于生成指示嵌套套管的各个厚度变化的钻孔图像测井。

图9是根据本公开的一个或多个方面的处理系统900的示例实施方式的至少一部分的示意图。处理系统900可执行示例性机器可读指令，以实施本文所述的一个或多个方法和/或过程的至少一部分，和/或实施本文所述的一个或多个示例性井下工具的一部分。处理系统900可以是或包括例如一个或多个处理器、控制器、专用计算装置、服务器、个人计算机、个人数字助理(PDA)装置、智能手机、互联网设备和/或其他类型的计算装置。整个处理系统900可以在上述井下设备中实施。处理系统900的一个或多个组件或功能也可以或替代地在井场地面设备中实施，可能包括图1所示的地面设备132和/或其他地面设备。

处理系统900可以包括处理器912，例如通用可编程处理器。处理器912可以包括本地存储器914，并且可以执行本地存储器914和/或另一存储装置中存在的程序代码指令932。处理器912可以执行机器可读指令或程序等来实施本文描述的方法和/或过程。存储在本地存储器914中的程序可以包括程序指令或计算机程序代码，当由相关联的处理器执行时，其使得在地面设备和/或井下工具中实施的控制器和/或控制系统执行这里描述的任务。处理器912可以是、包括在本地应用环境中操作的各种类型的一个或多个处理器或由其实施，并且可以包括一个或多个通用处理器、专用处理器、微处理器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、基于多核处理器架构的处理器和/或其他处理器。

处理器912可以例如经由总线922和/或其他通信手段与主存储器917通信。主存储器917可以包括易失性存储器918和非易失性存储器920。易失性存储器918可以是、包括随机存取存储器(RAM)、静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM存储器(SDRAM)、RAMBUSDRAM(RDRAM)和/或其他类型的RAM装置或由其实施。非易失性存储器920可以是、包括只读存储器、闪存和/或其他类型的存储装置或由其实施。一个或多个存储器控制器(未示出)可以控制对易失性存储器918和/或非易失性存储器920的访问。

处理系统900还可以包括接口电路924。接口电路924可以是、包括各种类型的标准接口或由其实施，例如以太网接口、通用串行总线(USB)、第三代输入/输出(3GIO)接口、无线接口和/或蜂窝接口等。接口电路924还可以包括图形驱动卡。接口电路924还可以包括通信装置，例如调制解调器或网络接口卡，以便于通过网络与外部计算装置交换数据，例如经由以太网连接、数字用户线路(DSL)、电话线、同轴电缆、蜂窝电话系统和/或卫星等示例。

一个或多个输入装置926可以连接到接口电路924。一个或多个输入装置926可以允许用户输入供处理器912使用的数据和/或命令。除了其他示例之外，每个输入装置926可以是、包括键盘、鼠标、触摸屏、触控板、轨迹球、图像/代码扫描仪和/或语音识别系统或由其来实施。

一个或多个输出装置928也可以连接到接口电路924。一个或多个输出装置928可以是、包括显示装置或由其是实施，例如液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器和/或阴极射线管(CRT)显示器等其他示例。一个或多个输出装置928也可以或替代地是、包括打印机、扬声器和/或其他示例或由其实施。

处理系统900还可以包括用于存储机器可读指令和数据的大容量存储装置930。大容量存储装置930可以例如经由总线922连接到接口电路924。大容量存储装置930可以是或包括软盘驱动器、硬盘驱动器、光盘(CD)驱动器和/或数字多功能盘(DVD)驱动器以及其他示例。程序代码指令932可以存储在大容量存储装置930、易失性存储器918、非易失性存储器920、本地存储器914和/或诸如CD或DVD的可移动存储介质934上。

大容量存储装置930、易失性存储器918、非易失性存储器920、本地存储器914和/或可移动存储介质934每个都可以是有形的非暂时性存储介质。处理系统900的模块和/或其他组件可以根据硬件(例如在一个或多个集成电路芯片中，例如ASIC)来实施，或者可以实施为由处理器执行的软件或固件。在固件或软件的情况下，该实施可以被提供为计算机程序产品，包括包含由处理器执行的计算机程序代码(即，软件或固件)的计算机可读介质或存储结构。

鉴于本公开的整体，包括附图和权利要求，本领域普通技术人员将容易认识到，本公开介绍了一种包括井下测井工具和处理系统的系统。井下测井工具用于被下放到钻孔中，该钻孔包括围绕钻孔中的测井工具的多个嵌套套管管件。井下测井工具包括:发射器线圈，其可操作用于发射包括一个或多个阶跃激励的宽带激励信号；多个接收器线圈，其包括至少两个接收器线圈，所述至少两个接收器线圈在距发射器的相应第一和第二距离处与发射器线圈间隔开，其中第一和第二距离彼此不同，并且其中每个接收器线圈被配置成接收由激励信号产生的响应信号；以及获取系统，用于随着时间记录每个接收器线圈的激励信号和响应信号。该处理系统用于基于响应信号随时间的变化导出指示嵌套套管管件的单个厚度变化的信息。

多个接收器线圈可以包括:与发射器线圈间隔第一距离的第一接收器线圈；与发射器线圈隔开第二距离的第二接收器线圈；以及与发射器线圈隔开的与第一和第二距离不同的第三距离的第三接收器线圈。

多个接收器线圈可以包括与发射器线圈并置的并置接收器线圈。

发射器线圈和不与发射器线圈并置的接收器线圈中最近的一个可以间隔小于大约40厘米。

发射器线圈和接收器线圈中的一个可以间隔大于大约150厘米。

激励信号可以包括两个或更多个阶跃激励的序列。

获取系统可被配置成至少获取每个接收器线圈的电压响应，并且每个获取的电压响应可由发射器线圈发射的激励信号感应。

激励信号可以包括由上述等式(2B)定义的至少一个阶跃激励。

井下测井工具可以包括处理系统。

处理系统可以布置在钻孔延伸的井场表面，并且当井下测井工具布置在钻孔中时，井下测井工具可以与处理系统通信。

处理系统可被配置成基于记录的响应信号来估计每个接收器线圈对理想激励信号的理想响应。

该处理系统可以被配置成基于以下来确定每个接收器线圈的传递函数:为该接收器线圈记录的响应信号的傅立叶变换；和记录的激励信号的傅立叶变换。确定每个接收器线圈的传递函数可以利用上述等式(4)。该处理系统可以被配置成基于以下的傅立叶逆变换来估计每个接收器线圈对理想激励信号的理想响应:为该接收器线圈确定的传递函数；和理想激励信号的傅立叶变换。估计每个接收器线圈的理想响应可以利用上述等式(5)。每个接收器线圈的传递函数确定可以进一步基于为该接收器线圈记录的响应信号的SNR的谱密度。

处理系统可被配置成基于上述等式(6)来估计每个接收器线圈的传递函数。处理系统可被配置成基于上述等式(7)来估计每个接收器线圈对理想激励信号的理想响应。

本公开还介绍了一种方法，该方法包括操作下放到钻孔中的井下测井工具，该井下测井工具包括围绕钻孔中的测井工具的多个嵌套套管管件，其中操作井下测井工具包括:经由井下测井工具的发射器线圈发射包括一个或多个阶跃激励的宽带激励信号；以及经由井下测井工具的获取系统记录激励信号和由激励信号产生的井下测井工具的多个接收器线圈中的每一个的响应信号，其中多个接收器线圈包括至少两个接收器线圈，这两个接收器线圈在距发射器的相应第一和第二距离处与发射器线圈间隔开，并且其中第一和第二距离彼此不同。该方法还包括操作处理系统，以基于响应信号随时间的变化来导出指示嵌套套管管件的单个厚度变化的信息。

多个接收器线圈可以包括:与发射器线圈间隔第一距离的第一接收器线圈；与发射器线圈隔开第二距离的第二接收器线圈；和与发射器线圈隔开不同于第一和第二距离的第三距离的第三接收器线圈。

多个接收器线圈可以包括与发射器线圈并置的并置接收器线圈。

发射器线圈和不与发射器线圈并置的接收器线圈中最近的一个可以间隔小于大约40厘米。

发射器线圈和接收器线圈中的一个可以间隔大于大约150厘米。

阶跃激励信号可以包括两个或更多个阶跃激励的序列。

阶跃激励信号可以包括由上述等式(2B)定义的至少一个阶跃激励。

井下测井工具可以包括处理系统。

处理系统可以布置在钻孔延伸的井场表面，并且当井下测井工具布置在钻孔中时，井下测井工具可以与处理系统通信。

该方法可包括操作处理系统以基于记录的响应信号来估计每个接收器线圈对理想激励信号的理想响应。

该方法可以包括操作处理系统以基于以下确定每个接收器线圈的传递函数:为该接收器线圈记录的响应信号的傅立叶变换；和记录的激励信号的傅立叶变换。确定每个接收器线圈的传递函数可以利用上述等式(4)。该方法还可以包括操作处理系统，以基于以下的傅立叶逆变换来估计每个接收器线圈对理想激励信号的理想响应：为该接收器线圈确定的传递函数；和理想激励信号的傅立叶变换。估计每个接收器线圈的理想响应可以利用上述等式(5)。每个接收器线圈的传递函数确定可以进一步基于为该接收器线圈记录的响应信号的SNR的谱密度。

该方法可以包括操作处理系统以基于上述等式(6)来估计每个接收器线圈的传递函数。该方法还可以包括操作处理系统以基于上述等式(7)来估计每个接收器线圈对理想激励信号的理想响应。

本公开还介绍了一种方法，包括:(A)当测井工具被布置在延伸到地下地层中的钻孔内时，获取由测井工具的发射器-接收器系统的发射器发射的实际激励信号，其中实际激励信号由发射器发射；(B)当测井工具设置在钻孔内时，获取发射器-接收器系统的接收器的电压响应，其中所获取的电压响应是由发射器发射的实际激励信号感应的；(C)基于以下内容来确定发射器-接收器系统的传递函数:(i)获取的电压响应的傅立叶变换；(ii)所获取的实际激励信号的傅立叶变换；以及(iii)所获取的电压响应的SNR的频谱密度；以及(D)估计接收器对理想激励信号的理想电压响应，作为以下的傅立叶逆变换：所确定的发射器-接收器系统的传递函数；以及(ii)理想激励信号的傅立叶变换。

该方法可以包括基于估计的理想电压响应生成钻孔图像测井。钻孔图像测井可以指示钻孔中围绕测井工具的多个嵌套套管管件的单个厚度的变化。

确定传递函数可以利用上述等式(6)。估计理想电压响应可以利用上述等式(7)。

上文概述了几个实施例的特征，使得本领域普通技术人员可以更好地理解本公开的各个方面。本领域的普通技术人员应该理解，他们可以容易地使用本公开作为设计或修改其他过程和结构的基础，用于执行这里介绍的实施方式的相同功能和/或实现相同益处。本领域普通技术人员还应该认识到，这种等同的结构不脱离本公开的精神和范围，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，他们可以在此进行各种改变、替换和变更。

提供本公开末尾的摘要是为了允许读者快速确定本技术公开的性质。提交它是基于这样的理解，即它将不被用来解释或限制权利要求的范围或含义。

Claims (20)

1.一种系统，包括:

用于被下放到钻孔中的井下测井工具，包括围绕钻孔中的测井工具的多个嵌套套管管件，其中井下测井工具包括:

发射器线圈，可操作用于发射包括一个或多个阶跃激励的宽带激励信号；

多个接收器线圈，该多个接收器线圈包括至少两个接收器线圈，该至少两个接收器线圈在距发射器的相应第一和第二距离处与发射器线圈间隔开，其中第一和第二距离彼此不同，并且其中每个接收器线圈被配置成接收由宽带激励信号产生的响应信号；和

获取系统，用于随时间记录从发射器发射的激励信号和每个接收器线圈的响应信号；和

处理系统，用于基于响应信号随时间的变化来导出指示嵌套套管管件的单个厚度变化的信息。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个接收器线圈包括:

与发射器线圈隔开第一距离的第一接收器线圈；

与发射器线圈隔开第二距离的第二接收器线圈；和

第三接收器线圈，该第三接收器线圈与发射器线圈间隔开不同于第一和第二距离的第三距离。

3.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述多个接收器线圈包括与所述发射器线圈并置的并置接收器线圈。

4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述发射器线圈和不与所述发射器线圈并置的所述接收器线圈中最近的一个间隔开小于大约四十厘米。

5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述发射器线圈和所述接收器线圈中的一个间隔开大于约150厘米。

6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述宽带激励信号包括两个或更多个阶跃激励的序列。

7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述宽带激励信号包括由x(t)定义的至少一个阶跃激励，其中

其中β_i＜0,i≥1,且t＞0,

其中A_i是分量i的振幅，β_i是分量i的衰减率，以及t是时间。

8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述处理系统被配置为基于所记录的响应信号来估计每个接收器线圈对理想激励信号的理想响应。

9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述处理系统被配置成基于以下各项来确定每个接收器线圈的传递函数:

为该接收器线圈记录的响应信号的傅立叶变换；和

记录的激励信号的傅立叶变换。

10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中确定每个接收器线圈的传递函数利用以下等式:

其中H(f)是为该接收器线圈确定的传递函数，

是为该接收器线圈记录的响应信号的傅立叶变换，以及

是记录的激励信号的傅立叶变换。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述处理系统被配置成基于下式的傅立叶逆变换来估计每个接收器线圈对理想激励信号的理想响应:

为接收器线圈确定的传递函数；和

理想激励信号的傅立叶变换。

12.根据权利要求11所述的系统，其中估计每个接收器线圈的理想响应利用以下等式:

其中y(t)是该接收器线圈的估计理想电压响应，H(f)是为该接收器线圈确定的传递函数，

是理想激励信号的傅立叶变换，以及

是傅立叶逆变换的符号。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的系统，其中确定每个接收器线圈的传递函数还基于为该接收器线圈记录的响应信号的SNR的谱密度。

14.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述处理系统包含在井下测井工具中。

15.根据权利要求1至12中任一项所述的系统，其中所述处理系统设置在钻孔延伸的井场表面，并且当井下测井工具设置在钻孔中时，所述处理系统与井下测井工具通信。

16.一种方法，包括:

操作下放到钻孔中的井下测井工具，该井下测井工具包括围绕钻孔中的测井工具的多个嵌套套管管件，其中操作井下测井工具包括:

经由井下测井工具的发射器线圈发射包括一个或多个阶跃激励的宽带激励信号；和

经由井下测井工具的获取系统来记录激励信号和由激励信号产生的井下测井工具的多个接收器线圈中的每一个的响应信号，其中所述多个接收器线圈包括至少两个接收器线圈，该至少两个接收器线圈分别在距发射器的第一和第二距离处与发射器线圈间隔开，并且其中第一和第二距离彼此不同；和

操作处理系统，以基于响应信号随时间的变化来导出指示嵌套套管管件的单个厚度变化的信息。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括操作所述处理系统，以基于所记录的响应信号来估计每个接收器线圈对理想激励信号的理想响应。

18.根据权利要求16或17所述的方法，还包括操作所述处理系统以基于以下各项确定每个接收器线圈的传递函数:

为该接收器线圈记录的响应信号的傅立叶变换；和

记录的激励信号的傅立叶变换。

19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，其中确定每个接收器线圈的传递函数利用以下等式:

其中H(f)是为该接收器线圈确定的传递函数，

是为该接收器线圈记录的响应信号的傅立叶变换，以及

是记录的激励信号的傅立叶变换。

20.根据权利要求19所述的方法，包括基于以下的傅立叶逆变换来估计每个接收器线圈对理想激励信号的理想响应:

为接收器线圈确定的传递函数；和

理想激励信号的傅立叶变换。

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