DE102007060401A1

DE102007060401A1 - Verfahren zum Bestimmen von Erdformationseigenschaften und System, um Erdformationseigenschaften zu bestimmen

Info

Publication number: DE102007060401A1
Application number: DE102007060401A
Authority: DE
Inventors: Emmanuel Houston Legendre; Jean Sugar Land Seydoux; Reza Sugar Land Taherian
Original assignee: Schlumberger Technology BV
Current assignee: Schlumberger Technology BV
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2008-06-19
Also published as: US20080143336A1; US7656160B2; CA2593935C; GB2444800B; FR2910050A1; CA2593935A1; NO20073856L; BRPI0703161A; NO339163B1; GB2444800A; GB0712064D0; FR2910050B1

Abstract

Ein System und Verfahren zum Bestimmen von Erdformatioinseigenschaften durch Positionieren eines Bohrlochmesswerkzeugs (10) in einem Bohrloch (15) in der Erdformation, wobei das Bohrlochmesswerkzeug (10) eine Werkzeugdrehachse und eine erste, eine zweite und eine dritte geneigte Senderspule (35a, 35b, 35c) und eine geneigte Empfängerspule (45) aufweist; Drehen des Bohrlochmesswerkzeugs (10) um die Werkzeugdrehachse; Erregen jeder Senderspule (35a, 35b, 35c); Messen eines Kopplungssignals zwischen jeder Senderspule (35a, 35b, 35c) und der Empfängerspule (45) für mehrere Drehwinkel; Bestimmen eines Kopplungstensors; und Bestimmen der Erdformationseigenschaften unter Verwendung eines Kopplungstensors.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Erdformationseigenschaften nach Anspruch 1 und ein System, um Erdformationseigenschaften zu bestimmen nach Anspruch 16.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf die radiometrische Bohrlochvermessung und insbesondere auf die Bestimmung von Erdformationseigenschaften unter Verwendung des gesamten elektromagnetischen Kopplungstensors einer Erdformation in einer hinsichtlich der Verstärkung korrigierten Weise.
Bei der Erdölsuche und -erschließung wird die Formationsbewertung verwendet, um festzustellen, ob ein potentielles Öl- oder Gasfeld kommerziell wertvoll ist. Ein Faktor für die Bestimmung des kommerziellen Werts eines potentiellen Feldes ist der spezifische Widerstand der Erdformation. Der Widerstand gegen einen elektrischen Strom der gesamten Formation – Fels und Fluide – um das Bohrloch ist die Summe der Volumenverhältnisse von Mineral körnern und des mit leitendem Wasser gefüllten Porenraums. Wenn die Poren teilweise mit Gas oder Öl gefüllt sind, die gegen den Durchgang von elektrischem Strom widerstandbehaftet sind, ist der Masseformationswiderstand höher als für mit Wasser gefüllte Poren.
Herkömmliche Induktionsbohrlochmesswerkzeuge verwenden mehrere Spulen, um die Leiffähigkeit (d. h. das Inverse des spezifischen Widerstandes) der Formation zu messen. Die Formationsleiffähigkeit ist jedoch keine einzelne Zahl, da die Formationen invariabel anisotrop sind, d. h. richtungsabhängig sind, was verursacht, dass die Leiffähigkeit eine Tensorgröße ist. Folglich wurden die jüngeren Induktionswerkzeuge mit mehreren Sender- oder Empfängerspulen konstruiert, deren magnetische Momente in mehreren Richtungen liegen, und Messungen zwischen diesen Spulen sind gegen mehr als eine Komponente des Leiffähigkeitstensors (oder allgemeiner Impedanztensors) empfindlich.
In 3D-Matrix-Induktionsabbildungs-Drahtleitungswerkzeugen (z. B. 3D-AIT^TM) weisen beispielsweise sowohl Sender- als auch Empfängerspulen magnetische Dipolmomente in der x-, y- und z-Richtung auf, wobei z als entlang der Achse des Werkzeugs definiert ist. Dies ist eine Verbesserung der herkömmlichen Induktionswerkzeugkonstruktion, bei der nur z-gerichtete Spulen verwendet werden. Als Beispiel liefert die Erregung der Senderspule (T-Spule) in der x-Richtung und das Messen mit einer Empfängerspule (R-Spule), die in der y-Richtung liegt, die xy-Komponente des Kopplungstensors im Werkzeugbezugsrahmen. Andere Kombinationen der Sender- und Empfängerspulen können die restlichen Komponenten des Kopplungstensors liefern und die Formation charakterisieren.
Ebenso können LWD-Werkzeuge (Werkzeuge zum Protokollieren während des Rohrens) mit Empfängerantennen mit magnetischen Dipolmomenten, die relativ zur z-Richtung geneigt sind, und Senderantennen mit magnetischen Dipolmomenten, die zur z-Richtung parallel sind, konstruiert sein. Die geneigten Empfänger können beispielsweise in den z- und x-Richtungen liegen und Messungen vorsehen, die eine lineare Kombination von diesen zwei Signalen sind. Wenn sich das LWD-Werkzeug während normaler Bohrvorgänge dreht, tasten die geneigten Empfänger Formationseigenschaften in mehreren Richtungen ab und können viele, aber nicht alle der Komponenten des Kopplungstensors liefern. Wenn das Werkzeug die Erde durchdringt, treten andere Erdschichten in der Untersuchungstiefe dieser Messungen auf und der Abstand zu diesen Grenzen kann aus den Messungen extrahiert und für Reservoirnavigationszwecke verwendet werden.
Eine innewohnende Schwierigkeit bei der Verwendung dieser Werkzeuge besteht darin, dass der Spulenwirkungsgrad und die elektronische Drift sich auf die Kopplung zwischen den T- und R-Spulen auswirken. Folglich ist das T-R-Signal nicht nur eine Funktion des Mediums, das den Raum zwischen den T- und R-Antennen füllt, und muss hinsichtlich der Spulenempfindlichkeit und Drift korrigiert werden. Mit derzeitigen Konstruktionen stehen beispielsweise keine zusätzlichen Messungen zur Verfügung, um zu ermöglichen, diese Kopplungen (z. B. Verstärkungen) abzuschätzen, und es muss angenommen werden, dass die Verstärkungen konstant bleiben, und Messungen aufwärts des Bohrlochs (z. B. Kalibrierungen) können verwendet werden, um sie zu korrigieren.
Bei der Bohrlochmessung stellt das Bohrlochkompensations-Verfahren (BHC-Verfahren) ein Verfahren zur Selbstkalibrierung von elektromagnetischen Messungen bereit. BHC besteht aus der symmetrischen Anordnung von zwei äußeren Sensoren auf den zwei Seiten der zentralen Sensoren. Für vier Spulen, die aus zwei Sendern und zwei Empfängern bestehen, sind die Spulenanordnungen entlang der Werkzeugachse entweder T1-R1-R2-T2 oder R1-T1-T2-R2. Indem geeignete Verhältnisse von vier grundlegenden und unkalibrierten Messungen genommen werden, kann eine Größe erzeugt werden, die von den Spulenverstärkungen unabhängig ist. Das Verfahren basiert auf dem Nehmen von zwei Verhältnissen, was zur nachstehenden Gleichung (P1) führt:
wobei die Antennenwirkungsgrade in Klammern gezeigt sind und S das vom Sender i durch den Empfänger j empfangene gewünschte Signal darstellt.
Wie zu sehen ist, ist R1 im ersten Bruch gemeinsam und die Verstärkung des Empfängers R1 hebt sich im ersten Verhältnis auf, die Verstärkung von R2 hebt sich im zweiten Verhältnis auf, und wenn die zwei Verhältnisse miteinander multipliziert werden, hebt sich die Verstärkung von T1 und T2 auf. Das Nettoergebnis ist eine Verhältnismessung, die, wenn sie in logarithmischer Form ausgedrückt wird, zu einem Amplitudenverhältnis und einer Phasenverschiebung führt, die beide hinsichtlich der Verstärkung korrigiert sind. Da in diesem Beispiel die Spulen oder Sensoren auf die z-Achse ausgerichtet sind, wird nur die zz-Komponente des Messtensors bestimmt. Dieses Verfahren funktioniert gut, wenn die Antennen wie bei den Vorrichtungen CDR^TM (kompensierter dualer spezifischer Widerstand) und EPT^TM (Werkzeug mit elektromagnetischer Ausbreitung) symmetrisch angeordnet sind.
Für Bohrlochmesswerkzeuge bzw. -protokollierungswerkzeuge, die versuchen, den ganzen Kopplungstensor zu charakterisieren, ist das Vorzeichen (oder die Phase für komplexe Größen) von außerdiagonalen Termen sehr wichtig, da er für Bohrberichtsinterpretationszwecke verwendet wird. Das BHC-Verfahren arbeitet durch Nehmen von Verhältnissen der Messungen, was eine Vorzeichenzweideutigkeit einführt. Beispiele umfassen das Verhältnis von zwei negativen Termen und ein negatives Verhältnis, wobei es nicht klar ist, welcher Term ursprünglich ein negatives Vorzeichen hatte. Für LWD-Werkzeuge mit Empfängerspulen, die relativ zur z-Richtung geneigt sind, kann die Werkzeugdrehung verwendet werden, um hinsichtlich der Verstärkung korrigierte Signalverhältnisse zu erzeugen. Dieses Verfahren löst teilweise das Problem, begrenzt jedoch die Messungen auf einfache Verhältnisse von elektromagnetischen Kopplungstensorelementen.
Daher ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Messen des gesamten Kopplungstensors zu schaffen, das die bevorzugte Weise zum Ableiten der Erdleitfähigkeitsanisotropie und des Abstandes zu Grenzen, die Medien mit verschiedenen Leiffähigkeiten trennen, ist. Es ist ein weiterer Wunsch, diese Messungen in einer hinsichtlich der Verstärkung korrigierten Weise mit minimalen Anforderungen an die Hardware durchzuführen. Die vorliegende Erfindung schlägt eine Lösung zum Charakterisieren sowohl des Kopplungstensors als auch der Verstärkungskorrekturen vor.
Die Erfindung umfasst ein System nach Anspruch 16 und ein Verfahren nach Anspruch 1 zum Bestimmen von Erdformationseigenschaften durch Positionieren eines Bohrlochmesswerkzeugs innerhalb eines Bohrlochs in der Erdformation, wobei das Bohrlochmesswerkzeug eine Werkzeugdrehachse und eine erste, eine zweite und eine dritte geneigte Senderspule und eine geneigte Empfängerspule aufweist; Drehen des Bohrlochmesswerkzeugs um die Werkzeugdrehachse; Erregen jeder Senderspule; Messen eines Kopplungssignals zwischen jeder Senderspule und der Empfängerspule für mehrere Drehwinkel; Bestimmen eines Kopplungstensors; und Bestimmen der Erdformationseigenschaften unter Verwendung des Kopplungstensors.
Oben sind die Merkmale und technischen Vorteile der vorliegenden Erfindung umrissen worden, damit die ausführliche Beschreibung der Erfindung, die folgt, besser verstanden werden kann. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung, die den Gegenstand der Ansprüche der Erfindung bilden, werden nachstehend beschrieben.
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden deutlich anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung und der angehängten Ansprüche, die auf die folgenden Abbildungen Bezug nehmen, wobei
1 eine schematische Zeichnung eines Bohrlochmesswerkzeugs der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform ist, das hinsichtlich der Verstärkung korrigierte Komponenten eines Kopplungstensors gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt; und
3 ein Ablaufdiagramm einer weiteren Ausführungsform ist, das die hinsichtlich der Verstärkung korrigierte Komponenten eines Kopplungstensors gemäß der vorliegenden Erfindung bestimmt.
Nun wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen dargestellte Elemente nicht notwendigerweise maßstäblich gezeigt sind und in denen gleiche oder ähnliche Elemente in den ganzen verschiedenen Ansichten mit demselben Bezugszeichen bezeichnet sind.
Hierin werden die Begriffe "oben" und "unten"; "oberer" und "unterer"; und andere ähnliche Begriffe, die relative Positionen zu einem gegebenen Punkt oder Element angeben, verwendet, um einige Elemente der Ausführungsformen der Erfindung deutlicher zu beschreiben. Üblicherweise beziehen sich diese Begriffe auf einen Referenzpunkt als Oberfläche, von der Bohrvorgänge eingeleitet werden, als oberer Punkt und die Gesamttiefe des Bohrlochs ist der niedrigste Punkt. Außerdem können die Begriffe "Spule" und "Antenne" hierin sowohl in der Beschreibung als auch den Ansprüchen austauschbar verwendet werden.
1 ist eine schematische Zeichnung eines Bohrlochmesssystems bzw. -protokollierungssystems der vorliegenden Erfindung, das im Allgemeinen mit 5 bezeichnet ist. Das Werkzeug 10 kann in das Bohrloch 15 abgesenkt werden, das in der Erdformation 20 erzeugt wurde. Das Werkzeug 10 kann ein beliebiges Werkzeug sein, das zum Messen des spezifischen Widerstandes (oder der Leitfähigkeit) der Formation 20 geeignet ist, der unter anderen Faktoren für das Gebiet der Ölfeldbohrlochmessung relevant ist. Zusätzlich zu den elektrischen Eigenschaften der Formation kann das Werkzeug 10 Messungen hinsichtlich anderer Formationsparameter wie beispielsweise NMR-Daten (Daten der kernmagnetischen Resonanz) sammeln können.
Das Werkzeug 10 umfasst Baugruppen 30 und 40. Die Baugruppe 30 umfasst mindestens drei Antennen 35(a)–(c), die nahe zueinander angeordnet sind. Die Antennen 35 können eine beliebige Art von Antenne sein, die für ein Bohrlochmesswerkzeug geeignet ist, einschließlich Antennen mit hoher Auflösung oder Mehrfrequenzantennen. Die Antennen 35 können jeweils bei einer oder mehreren Frequenzen arbeiten, die einem (einer) oder mehreren Untersuchungsdurchmessern oder -tiefen (DOI) entsprechen. Die Antennen 35 sind "geneigt", was bedeutet, dass sie magnetische Dipolmomente mit von Null verschiedenen Komponenten entlang der z-Achse, d. h. der Werkzeugdrehachse, aufweisen, jedoch nicht vollständig auf die z-Achse ausgerichtet sind. Sie können relativ zueinander azimutal gedreht werden und können verschiedene Neigungswinkel aufweisen. Jede Antenne muss von den anderen linear unabhängig sein.
Die Baugruppe 40 umfasst mindestens eine Antenne 45. Der Abstand zwischen der Baugruppe 30 und der Baugruppe 40 kann so ausgewählt sein, dass in Abhängigkeit von der Anwendung optimale Ergebnisse erzielt werden. Die Antenne 45 kann eine beliebige Antenne sein, die für ein Bohrlochmesswerkzeug geeignet ist, einschließlich Antennen mit hoher Auflösung oder Mehrfrequenzantennen. Die Antenne 45 kann bei einer oder mehreren Frequenzen arbeiten, die einem (einer) oder mehreren Untersuchungsdurchmessern oder -tiefen (DOI) entsprechen. Die Antenne 45 ist eine geneigte (wie vorstehend definiert) Spulenantenne und ist von der Werkzeugdrehachse um Φ Grad geneigt, wobei Φ von Null verschieden ist. Der Abstand und die Neigung des Empfängers 45 können so ausgewählt sein, dass in Abhängigkeit von der Anwendung optimale Ergebnisse erzielt werden.
Durch Reziprozität kann die Baugruppe 30 entweder als Sender- oder Empfängerbaugruppe gegenüber dem Betrieb der Baugruppe 40 arbeiten. In einer Ausführungsform arbeitet die Baugruppe 30 als Senderbaugruppe und die Baugruppe 40 wirkt als Empfängerbaugruppe. Folglich arbeiten die Antennen 35a, 35b und 35c als Sender (alternativ hierin als "T1", "T2" bzw. "T3" bezeichnet) und die Antenne 45 arbeitet als Empfänger (alternativ hierin als "R1" bezeichnet).
Zusätzlich zu den Baugruppen 30 und 40 kann das Werkzeug 10 eine Leistungsversorgung, Steuer- und Telemetrieschaltungen, Computerprozessoren (oder eine ähnliche Schaltungsanordnung zur Analyse von Daten und Messungen) und andere Komponenten, die für ein Bohrlochmesswerkzeug für den elektromagnetischen spezifischem Widerstand geeignet sind, enthalten. Diese Komponenten können in das Werkzeug 10 eingebaut sein oder in Vorrichtungen oder Einrichtungen auf der Oberfläche lochaufwärts angeordnet sein.
Die Leitfähigkeit eines Mediums kann aus einer Analyse des elektromagnetischen Kopplungstensors bestimmt werden. Wir beginnen die Analyse durch Betrachten der Kopplung zwischen einem Sender und einem Empfänger in einem gewissen Medium. Wenn der Sender und der Empfänger beide Spulenantennen sind, kann jeder als magnetischer Dipol mit einem magnetischen Moment, das den Wirkungsgrad und die Orientierung der Antenne darstellt, genähert werden. Die Sender können einzeln betrieben werden oder, falls geringfügig verschiedene Frequenzen verwendet werden, so dass die Signale unterschieden werden können, und sie dennoch in der Frequenz nahe genug beieinander liegen, so dass sie als einzelne Frequenz betrachtet werden, können die Sender gleichzeitig betrieben werden.
Die induzierte Spannung oder das Kopplungssignal an der Empfängerspule, 45 V_TR, als Ergebnis eines Stroms, der in einer Senderspule fließt, z. B. der Spule 35a, 35b oder 35c, ist durch eine Tensorgleichung gegeben, die als Gleichung (1) gezeigt ist: VTR = m tT ·Z·m R (GL. 1)wobei Z der Kopplungstensor ist, der das Medium zwischen den Sender- und Empfängerspulen charakterisiert und durch die Gleichung (2) gegeben ist
Der Kopplungstensor kann verwendet werden, um Erdformationseigenschaften wie z. B. den Leitfähigkeitstensor zu bestimmen.
Die Komponenten des Tensors werden als (ij) ausgedrückt, die die elementare Kopplung zwischen einem Sender und einem Empfänger darstellen, wobei der Sender entlang der i-Richtung orientiert ist und der Empfänger entlang der j-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems orientiert ist. Im Allgemeinen sind alle Größen komplexe Zahlen und die Transponierte der Matrix ist das Transkonjugierte der Matrix. Die Vektoren m_T und m_R stellen die magnetischen Momente der Sender- bzw. Empfängerspulen dar.
Die hierin verwendeten Koordinatensysteme sind kartesische Koordinatensysteme (orthogonale und Einheitsbasisvektoren), in denen die z-Achse auf die Werkzeugachse ausgerichtet ist. Mit einem Doppelstrich identifizierte Größen sind Matrizen oder Tensoren und mit einem Einzelstrich identifizierte Größen sind Vektoren.
Wenn die Gleichung (1) auf herkömmliche Induktionswerkzeuge wie z. B. ein Matrixinduktionswerkzeug angewendet wird, dann weisen die Vektoren m_R und m_T nur eine z-Komponente auf und die (zz)-Komponente des Kopplungstensors wird bestimmt. Wenn der Empfänger derart geneigt ist, dass die Komponenten des magnetischen Moments entlang der z- und x-Richtung liegen, während das magnetische Moment des Senders entlang z liegt, dann ist das Messergebnis eine lineare Kombination von (zx) und (zz), gewichtet durch die relative Orientierung der Empfängerantenne.
Während Gleichung (1) vom Koordinatensystem unabhängig ist, muss sie vor der Durchführung der Berechnungen auf ein spezielles Koordinatensystem übertragen werden, in dem die Berechnungen durchgeführt werden sollen. Die Verwendung von mehreren Koordinatensystemen vereinfacht den Ausdruck von verschiedenen Größen, erfordert jedoch, dass Koordinatentransformationen durchgeführt werden, um alle Größen in einem gemeinsamen System auszudrücken, bevor die eigentlichen Berechnungen durchgeführt werden. Die magnetischen Momente können beispielsweise leicht als konstante Vektoren in einem rotierenden Koordinatensystem ausgedrückt werden, es ist jedoch zweckmäßiger, den in einem festen System ausgedrückten Kopplungstensor zu verwenden. Folglich müssen die magnetischen Momente von dem rotierenden System auf das feste transformiert werden, wenn die Berechnungen im festen Rahmen durchgeführt werden. Wenn F die Matrix ist, die einen Vektor vom rotierenden Rahmen in den festen Rahmen transformiert, können die in den Gleichungen (3a-c) gezeigten Transformationen erhalten werden: m T → F·m T (GL. 3a) m R → F·m R (GL. 3b) Z → Z (GL. 3c)
Diese Koordinatentransformation ist beispielsweise erforderlich, um die Drehung des Werkzeugs 10 während des Rohrens zu berücksichtigen. Zu einem gewissen Zeitpunkt t ist das Werkzeug 10 um die Werkzeugachse (als z-Achse definiert) um einen Winkel θ relativ zum festen Bezugsrahmen (wobei der feste Rahmen anfänglich auf den rotierenden Rahmen ausgerichtet ist, wobei jedoch beispielsweise seine x-Achse relativ zur "Oberseite des Lochs" oder zum magnetischen Norden fest ist) gedreht. Hier ist die Drehung im Uhrzeigersinn, wie von oben betrachtet. In diesem Fall ist die Transformationsmatrix F tatsächlich eine Rotationsmatrix R, die nachstehend erörtert wird. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung soll das rotierende Koordinatensystem als "Werkzeugkoordinatensystem" bezeichnet werden.
Die Transformationsmatrix vom Werkzeugkoordinatensystem zum festen System, wie vorstehend beschrieben, ist gegeben durch:
Die Spannung am Empfänger wird zu einer Funktion des Winkels θ, selbst wenn sich der Kopplungstensor nicht ändert.
Das Einsetzen von Gleichung (4) in Gleichung (1) führt zu: VTR(θ) = (R(θ)·m T)t·Z(R(θ)·m R) (GL. 5a) VTR(θ) = m tT ·Z(θ)t·(θ)m R (GL. 5b) VTR(θ) = m tT ·M(θ)·m R (GL. 5c) wobei M(θ) = R(θ)t·Z·R(θ) (GL. 5d)mit:
Wie in Gleichung (6) gezeigt, kann eine beliebige Komponente der Matrix M(θ) als Summe von fünf möglichen Termen dargestellt werden, nämlich einen konstanten Term, einen sin(θ)-Term, einen cos(θ)-Term, einen sin(2θ)-Term und einen cos(2θ)-Term. Der Ursprung dieser trigonometrischen Terme ist Gleichung (4) und ihre Multiplikation in Gleichung (5d), aber diese Terme bilden die Komponenten der Fourier-Erweiterung von V_TR(θ). Die Koeffizienten können extrahiert werden, wenn V_TR(θ) für mindestens fünf verschiedene Winkel gemessen wird, es gibt jedoch neun Komponenten in der Z-Matrix und das System ist unterbestimmt.
Typischerweise sind bei Instrumenten wie AIT^TM-Werkzeugen alle magnetischen Dipole auf die z-Achse ausgerichtet und sie messen folglich eine einzelne komplexe Größe, die zu (zz) proportional und unabhängig von θ ist. Kürzlich entwickelte LWD-Werkzeuge enthalten Empfängerspulen, die nicht auf die Werkzeugachse ausgerichtet sind. Unter Verwendung des obigen Verfahrens können diese LWD-Werkzeuge einige, aber nicht alle der Komponenten des Kopplungstensors messen. Mit der Implementierung dieser LWD-Werkzeuge wird eine begrenzte Anzahl von hinsichtlich der Verstärkung korrigierten Elementarkopplungen erhalten.
Das System und Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten jedoch alle Komponenten des Kopplungstensors in einer hinsichtlich der Verstärkung korrigierten Weise und mit einer minimalen Anzahl von Spulen. Die Fourier-Komponenten in Gleichung (6) werden durch die lineare Kombination der gewünschten Elementarkopplungen, nämlich (xy), (xx) usw., gewichtet. Das Finden dieser Elementarkopplungen ist ein lineares Problem.
Gleichung (6) kann in einer anderen Form ausgedrückt werden, wie nachstehend beschrieben. Die xx-Komponente der Matrix M(θ) ist gegeben durch:
Gleichung (8) enthält drei Arten von Größen: einige Elementarkopplungen ((xx), (yy), (xy) und (yx)), einige Basisfunktionen (sin(2θ) und cos(2θ)) und einige konstante Koeffizienten (+½ und –½). Da das Endziel darin besteht, die Werte der Elementarkopplungen zu bestimmen, ist es vorteilhaft, die drei Sätze von Größen in einen Vektor von Basisfunktionen F, eine Matrix von Koeffizienten M und einen Vektor von Elementarkopplungen P zu zerlegen, so dass M(θ)_xx ausgedrückt werden kann, wie in Gleichung (9) gezeigt: M(θ) = F·M·P. (GL. 9) wobei F und P definiert sind als: F = [1, sin(θ), cos(θ), sin(2θ), cos(2θ)]; (GL. 10) P t = [(xx),(yy),(zz),(xy),(xz),(yz),(yx),(zx),(zy)];und (GL. 11)
M für die xx-Komponente ist:
Für dieselbe Sender-Empfänger-Antennenkombination ist M immer gleich, unabhängig vom Drehwinkel oder von den Eigenschaften des Mediums, und hängt nur von der Orientierung der Antennen ab. F ändert sich als Funktion des Winkels θ, ist jedoch vom Medium unabhängig. Schließlich variiert P, wenn die Messungen in verschiedenen Medien durchgeführt werden.
Vor dem Einsetzen von Gleichung (9) in Gleichung (5) müssen die magnetischen Momente der Sender- und Empfängerantennen, der Spulen 35a, 35b, 35c und 40, bestimmt werden. Diese Antennen können im Allgemeinen drei Komponenten entlang des kartesischen Koordinatensystems aufweisen:
wobei die Komponenten das magnetische Moment und die Richtungsinformationen enthalten.
Das Einsetzen der Gleichungen (9), (13) und (14) in Gleichung (5) führt zu Gleichung (15):
Für den Summenterm in Gleichung (15) sind unter der Annahme, dass die Verstärkungen der Sender- und Empfängerantennen bekannt sind, alle Terme in der Summe bekannt und sind konstant. Wie in Gleichung (12) gezeigt, ist die Summe ferner über die Matrizes mit den Dimensionen (5×9) mit geeigneten Gewichtungskoeffizienten, was zu einer endgültigen Matrix von (5×9), C, führt, die in Gleichung (16) gezeigt ist. Es ist zu beachten, dass die Matrix C nur von der Spulenorientierung, d. h. von der Werkzeuganordnung, abhängt.
VTR(θ) = F(θ)·C·P. (GL. 17)
Wie vorstehend angegeben, müssen die Messungen für dasselbe Sender-Empfänger-Paar minimal in fünf Winkeln durchgeführt werden. Wenn die Gleichung (17) für k verschiedene Winkel wiederholt wird (wobei k > = 5) und die resultierenden Gleichungen in Matrixform gebracht werden, wie in Gleichung (18) gezeigt, gehen die gemessenen Spannungen in einen k-dimensionalen Vektor über und der F-Vektor wird zu einer (k×5)-Matrix. Die Werte für C und P bleiben unverändert. VTR(θ) = F(θ)·C·P (GL. 18)
Obwohl V_TR ein (k×1)-dimensionaler Vektor ist, ist die Anzahl von unabhängigen Gleichungen durch den Rang der Matrixbeziehung auf der rechten Seite bestimmt, der nur fünf ist. Mit Messungen unter Verwendung einer Sender- und einer Empfängerantenne können folglich maximal fünf unabhängige Kopplungskomponenten erhalten werden, was nicht genügt, um den Kopplungstensor (oder den P-Vektor) zu charakterisieren.
Um alle Komponenten des P-Vektors zu bestimmen, ist mehr als eine T-R-Kombination erforderlich. Zwei verschiedene Sender-Empfänger-Kombinationen wie beispielsweise T₁R₁ und T₂R₁ ist auch unzureichend. Mit zwei Sender-Empfänger-Kombinationen ist der Rang der kombinierten Matrix höchstens gleich 8, was auch nicht genügend Messungen bereitstellt, um P zu charakterisieren.
Drei Sender-Empfänger-Kombinationen reichen jedoch aus. Da das Werkzeug 10 drei verschiedene Sender enthält, die gemeinsam angeordnet sind oder in der Nähe zueinander angeordnet sind und eine von Null verschiedene Projektion entlang der z-Achse aufweisen (z. B. Spulen 35) und der Empfänger (z. B. Spule 45) nicht nur auf die z-Achse ausgerichtet ist, hat die kombinierte Matrix einen Rang von 9: Rang([F T1,R·C T1,R·P);(F T2,R·C T2,R·P); (F T1,R·C T1,R·P)]) = 9 = Länge(p) (GL. 19)wobei die Schreibweise auf der linken Seite die drei Vektoren verkettet zeigen soll.
Mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist es folglich möglich, die gemessenen Spannungen auf alle Komponenten von P abzubilden. Irgendeine reziproke Messung (z. B. Vertauschen der Rolle des Senders und Empfängers) ergibt äquivalente Eigenschaften, folglich können die Sender und Empfänger in reziproker Weise betrieben werden. Es ist möglich, mit mehr Spulen ähnliche Ergebnisse zu haben, aber es ist bevorzugt, die Anzahl von erforderlichen Spulen im System zu minimieren.
Die Verstärkung ist eine komplexe multiplikative Größe, die Unzulänglichkeiten in der Spulenherstellung und eine Phasenverschiebung auf Grund einer unvollkommenen Elektronik unter anderen Faktoren darstellt. In einer Ausführungsform wird ein hinsichtlich der Verstärkung korrigierter Kopplungstensor durch Bewerten der relativen Verstärkungen zwischen den Sender- und Empfängerspulen erhalten, um genaue Messungen zu schaffen.
Wir können die Rohmessungen von V_TR(θ), der relativen Verstärkungen und aller Komponenten von P innerhalb eines unbekannten, komplexen, multiplikativen Faktors beschreiben. Unter der Annahme, dass diese multiplikative Größe die absolute Verstärkung der ersten Sender-Empfänger-Kombination ist, wobei (λ₂, λ₃) die relativen Verstärkungen der zweiten und der dritten Spulenkombination in Bezug auf die erste Sender-Empfänger-Kombination ist, kann das System ausgedrückt werden, wie in den Gleichungen (20) gezeigt:
wobei θ_j der Satz von Winkeln ist, bei denen die Messungen für den Sender-Empfänger j aufgezeichnet und verwendet werden. Die Richtungen der Sender sind nicht gleich und, wie in Gleichung (16) gezeigt, wären die C-Matrizes verschieden.
(U 1, U 2, U 3) sind als drei Vektoren derart definiert, dass:
wobei U 1 gleich F –1(θ1)VT1,R(θ1) und die anderen U i ähnlich in Beziehung stehen.
Wie vorstehend erwähnt, ist C eine (5×9)-Matrix. Folglich wäre B eine Supermatrix von (3×(5×9)) mit einem Rang von 9. Es folgt, dass der Kern von B sechs unabhängige Basisvektoren (3 × 5 – 9) aufweist. Diese können einfach durch Gauß-Beseitigung oder vorzugsweise durch Anwenden einer symbolischen Zerlegung in singuläre Werte (SVD) (QR-Faktorzerlegung und Bidiagonalisierung) analytisch berechnet werden, um in beiden Fällen Ausdrücke in geschlossener Form für die Kernbasis zu erhalten. Trotzdem reicht es, eine numerische SVD auf C anzuwenden, und dies führt zu exakt denselben Verstärkungsschätzungen, als ob Ausdrücke in geschlossener Form verwendet werden. Diese Berechnung muss einmal durchgeführt werden, da sie nur von der Anordnung des Werkzeugs abhängt. Wenn SVD gewählt wird, kann bemerkt werden, dass die letzten sechs Zeilen der erzeugten 15*15 Einheitsmatrix den gewünschten Kern überspannen. Diese Vektoren könnten auch unter Verwendung einer Eigenwertzerlegung der Matrix B berechnet werden.
T soll die Matrix mit der Größe (6 × 15) sein, die aus Kernbasisvektoren besteht. Ungeachtet des Werts von P kann T dann ausgedrückt werden als:
T kann in nur Terme mit unbekannten Verstärkungen umgeschrieben werden:
Das System von Gleichung (23) ist linear in (1/λ₂, 1/λ₃) und kann in der Hinsicht kleinster Quadrate gelöst werden, was zu einer unverzerrten Abschätzung der Verstärkungen führt. Das System besitzt eine Lösung, wenn der Rang der resultierenden Matrix 2 ist. Überdies sind die in diesem linearen System enthaltenen Gleichungen Beziehungen zwischen Gleichspannungskomponenten und zweiten Oberwellen von Gleichung (6). Wenn keine zweite Oberwelle vorhanden ist, ist der Rang von Q geringer als 2. Dies ist der Fall, wenn beispielsweise die Matrix M(θ) diagonal mit demselben Wert für (xx) und (yy) ist, was einer homogenen Formation entspricht. Obwohl diese Situation selten wäre, verschlechtert sich die Genauigkeit der Verstärkungsabschätzung, wenn die Matrix M(θ) fast diagonal ist. Um Verstärkungen in diesen Fällen abzuschätzen, kann ein zweiter Empfänger 50 nahe dem ersten Empfänger 45 hinzugefügt werden. Die Verhältnisse der Gleichspannungskomponenten, die durch diesen zweiten Empfänger 50 gemessen werden, sind Abschätzungen von (λ₂, λ₃).
Nachdem die Verstärkungen abgeschätzt sind, können sie in die Gleichung (21) eingesetzt werden, um P zu berechnen, indem das System gelöst wird:
Die resultierenden P-Komponenten sind hinsichtlich der Verstärkung korrigiert, wenn die Verstärkung der T1-R-Antennenkombination (z. B. Spule 35a und Spule 45) gleich Eins angenommen wird. In dem Ausmaß, in dem diese Verstärkung eine skalare, komplexe Größe ist, wurden die Komponenten des Kopplungstensors innerhalb eines konstanten multiplikativen Faktors abgeleitet. Wenn die tatsächliche Verstärkung des ersten Senders bekannt ist, dann können λ₂ und λ₃ verwendet werden, um die tatsächlichen Verstärkungen der anderen Sender abzuschätzen. In diesem Fall ist der konstante multiplikative Faktor bekannt.
Die vorstehend erhaltenen Komponenten von P sind zum Abschätzen von mehreren Eigenschaften, einschließlich der vertikalen Leitfähigkeit, der horizontalen Leitfähigkeit, der Anisotropie, von Lagerstättengrenzenstellen und der Orien tierung, nützlich. Es ist jedoch möglich, eine gewisse Kombination dieser Parameter zu konstruieren, die sich gut verhalten und als Indikatoren verwendet werden können, ohne auf den Inversionsprozess zurückzugreifen. Symmetrische und antisymmetrische Kombinationen können beispielsweise für den Betrieb des Werkzeugs 10 verwendet werden und signifikante Vorteile für die Reservoirnavigation bereitstellen.
Gemäß dem System und Verfahren der vorliegenden Erfindung können alle Komponenten der Z-Matrix bestimmt werden, was es möglich macht, eine beliebige Kombination von Elementarkopplungen zu erzeugen. Da jedoch die Parameter innerhalb eines multiplikativen Faktors bekannt sind, ist es vorteilhaft, sie in einer solchen Weise zu kombinieren, dass sich der multiplikative Faktor aufhebt. Die folgende Beziehung verwendet beispielsweise eine allgemeine lineare Kombination von Produkten von Elementarkomponenten Z_ij mit einer gewissen Potenz p_ij, um einen kombinierten Parameter V zu konstruieren, der in Gleichung (25) gezeigt ist.
wobei Σpi,j = Σp'i,j = n.
Die Konstanten w sind Gewichtungskoeffizienten. Die gesamte Potenz, zu der die Elementarkomponenten erhoben werden, ist für den Zähler und den Nenner dieselbe, was garantiert, dass sich der multiplikative Verstärkungsfaktor aufhebt.
Als Beispiel der Anwendung von Gleichung (25) werden die folgenden kombinierten Parameter V₁ und V₂ gezeigt. Für n = 1:
Es sollte einem üblichen Fachmann klar sein, dass irgendeine andere Kombination der Elementarkomponenten und beliebige Potenzen von ihnen verwendet werden können.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Messen der elektromagnetischen Kopplung zwischen zwei Werkzeuguntersystemen, die jeweils mit Spulen ausgestattet sind, das im Allgemeinen mit der Ziffer 100 bezeichnet sind, darstellt. In Schritt 105 wird das Bohrlochmesswerkzeug ein Bohrloch hinab in einem ausgewählten Abschnitt der Formation angeordnet. Wie vorstehend in Verbindung mit 1 erörtert, enthält das Bohrlochmesswerkzeug zwei Baugruppen. Die erste Baugruppe, z. B. eine Senderbaugruppe, enthält mindestens drei Spulen. Die zweite Baugruppe, z. B. die Empfängerbaugruppe, enthält mindestens eine Spule, die nicht auf die Werkzeugachse ausgerichtet ist. In Schritt 110 werden die Spulen in der Senderbaugruppe erregt. In Reaktion wird in Schritt 115 eine Spannung in den Empfängerspulen induziert. Das Bohrlochmesswerkzeug dreht sich in dem Bohrloch um die Werkzeugachse, während es Messungen der Formation durchführt, wie in Schritt 120 gezeigt. Wie vorstehend erörtert, dreht sich das Werkzeug in einem Winkel θ relativ zu einem ausgewählten Referenzpunkt.
In Schritt 125 werden für das erste Sender-Empfänger-Paar Messungen der in der Empfängerspule infolge des in der ersten Senderspule fließenden Stroms induzierten Spannung für k verschiedene Winkel durchgeführt, wobei k größer als oder gleich 5 ist. Wie in den Schritten 130 und 135 gezeigt, werden diese Messungen für das zweite und das dritte Sender-Empfänger-Paar wiederholt. Folglich werden Messungen der in der Empfängerspule infolge des in der zweiten Senderspule fließenden Stroms induzierten Spannung für mindestens fünf verschiedene Winkel durchgeführt, während sich das Werkzeug dreht. Ebenso führt das Werkzeug Messungen der in der Empfängerspule infolge des in der dritten Senderspule fließenden Stroms induzierten Spannung für mindestens fünf verschiedene Winkel durch.
In Schritt 140 werden alle unabhängigen Komponenten des Kopplungstensors erhalten. Als Nächstes wird in Schritt 145 der Kopplungstensor konstruiert. Diese vollständige Messung ermöglicht die Bestimmung der Erdleitfähigkeitsanisotropie und des Abstandes zu Grenzen, die Medien mit verschiedenen Leitfähigkeiten trennen, unter anderen elektrischen Eigenschaften der Formation.
Obwohl der in Schritt 145 konstruierte Kopplungstensor in bestimmten Anwendungen verwendet werden kann, ist es erwünscht, einen genaueren hinsichtlich der Verstärkung korrigierten Kopplungstensor zu haben. In Schritt 150 wird die absolute Verstärkung für die erste Sender-Empfänger-Kombination ebenso wie die relativen Verstärkungen der zweiten und dritten Spulenkombinationen in Bezug auf die erste Sender-Empfänger-Kombination erhalten. Als Nächstes werden in Schritt 155 die hinsichtlich der Verstärkung korrigierten Komponenten des Vektors von Elementarkopplungen, d. h. die P-Komponenten, erhalten. Der Prozess, um dies durchzuführen, ist in den vorstehend erörterten Gleichungen (20)–(24) gezeigt. Obwohl diese hinsichtlich der Verstärkung korrigierten Komponenten zum Bestimmen einer Anzahl von Formationseigenschaften nützlich sind, ist es auch erwünscht, eine Kombination von Elementarkopplungen zu konstruieren, wie in Schritt 160 gezeigt.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Erhalten eines hinsichtlich der Verstärkung korrigierten elektromagnetischen Kopplungstensors mit Lösungen in geschlossener Form geschaffen. Die Lösung in geschlossener Form kann mit drei Sendern und einem Empfänger verwendet werden, wie vorstehend beschrieben.
Ein Beispiel des Verfahrens wird nun in Bezug auf einen hinsichtlich der Verstärkung korrigierten elektromagnetischen Kopplungstensor mit drei Sendern und einem Empfänger beschrieben. Die am Empfänger durch ein elektromagnetisches Feld induzierte Spannung, das von einem Sender übertragen wird, ist durch Gleichung (5c) gegeben, wie vorstehend gezeigt. Durch Einsetzen von Gleichung (6) in Gleichung (5c) erhalten wir Gleichung (26), die zeigt, dass die Spannung hinsichtlich einer Fourier-Reihe des Azimutwinkels bis zur zweiten Ordnung ausgedrückt werden kann. VTR(ϕ) = C0 + C1c cos(ϕ) + sin(ϕ) + C2c cos(2ϕ) + C2s sin(2ϕ); (GL. 26)wobei ϕ der Azimutwinkel des Empfängers ist, und wir haben einen Satz von komplexen Koeffizienten C₀, C_1c, C_1s, C_2c und C_2s definiert, um die Koeffizienten der 0., 1. und 2. Oberwellen der Spannung harmonischer Koeffizienten darzustellen:
C1c = [xz sin(θR)cos(θT) + zx cos(θR)sin(θT)cos(ϕT) + zy cos(θR)sin(θT)sin(ϕT)]; (GL. 27b) C1s = [yz sin(θR)cos(θT) + zy cos(θR)sin(θT)cos(ϕT) – zx cos(θR)sin(θT)sin(ϕT)]; (GL. 27c)
wobei θ_R und θ_T die Empfänger- und Senderwinkel in Bezug auf die Werkzeugachse sind und ϕ_T der Azimutwinkel des Senders relativ zum Empfänger ist.
Der Koeffizient der 0. Oberwelle hängt von den Kopplungen zz, (xx + yy) und (xy – yx) ab. Die zwei Koeffizienten der 1. Oberwelle hängen von den Kopp lungen xz, zx, yz und zy ab; und die zwei Koeffizienten der 2. Oberwelle hängen von (xx – yy) und (xy + yx) ab. Die Oberwellenkoeffizienten können auf der Basis ihrer Kopplungskomponenten in Gruppen unterteilt werden: die Gruppe 1 umfasst den Koeffizienten der 0. Oberwelle; die Gruppe 2 umfasst die Koeffizienten der 1. Oberwelle; und die Gruppe 3 umfasst die Koeffizienten der 2. Oberwelle (3, Schritt 310).
In Schritt 315A von 3 werden die Kopplungskomponenten aus den Koeffizienten der 2. Oberwelle bestimmt: (xx – yy) = [C2c cos(ϕT) – C2s sin(ϕT)]/sin(θR)sin(θT); (GL. 28) (xy – yx) = [C2c sin(ϕT) + C2s cos(ϕT)]/sin(θR)sin(θT). (GL. 29)In den obigen Gleichungen bezieht sich der tiefgestellte Index i = 1, 2 und 3 auf das erste, das zweite bzw. das dritte T-R-Paar.
In Schritt 315B kann die relative Verstärkung des zweiten T-R-Paars in Bezug auf das erste T-R-Paar auf der Basis des Verhältnisses von (xx – yy) oder (xy – yx) aus den entsprechenden Gleichungen für diese T-R-Paare berechnet werden:
Ein Mittelwert oder gewichteter Mittelwert von den zwei berechneten relativen Verstärkungswerten kann verwendet werden, um eine genauere relative Verstärkung zu erhalten.
Ebenso kann die relative Verstärkung für das dritte T-R-Paar in Bezug auf das erste T-R-Paar berechnet werden als:
Es ist zu beachten, dass die Form der Gleichungen (30) dem allgemeineren Ergebnis von Gleichung (24) entspricht, aber nur 4 Gleichungen anstelle von 6 aufweist.
In Schritt 320 werden die Gleichungen für die Koeffizienten der 1. Oberwelle verwendet, um die Kopplungen xz⁽¹⁾, zx⁽¹⁾, yz⁽¹⁾ und zy⁽¹⁾ unter Verwendung von beliebigen zwei der drei Sender-Empfänger-Paare wie folgt zu berechnen:
wobei α, β, γ₁ und γ₂ definiert sind als: α = cos(θR)[sin(θ(1)T )cos(θ(2)T )sin(ϕ(1)T ) – sin(θ(2)T )cos(θ(1)T )sin(ϕ(2)T )]; (GL. 35a) β = cos(θR)[sin(θ(2)T )cos(θ(1)T )sin(ϕ(2)T ) – sin(θ(1)T )cos(θ(2)T )sin(ϕ(1)T )]; (GL. 35b) γ1 = C(1)1c cos(θ(2)T ) – C(2)1c cos(θ(1)T )/g2; (GL. 35c) γ2 = C(1)1s cos(θ(2)T ) – C(2)1s cos(θ(1)T )/g2; (GL. 35d)wenn das erste und das zweite T-R-Paar verwendet wird, und α = cos(θR)[sin(θ(1)T )cos(θ(3)T )sin(ϕ(1)T ) – sin(θ(3)T )cos(θ(1)T )sin(ϕ(3)T )]; (GL. 36a) β = cos(θR)[sin(θ(3)T )cos(θ(1)T )sin(ϕ(3)T ) – sin(θ(1)T )cos(θ(3)T )sin(ϕ(1)T )]; (GL. 36b) γ1 = C(1)1c cos(θ(3)T ) – C(3)1c cos(θ(1)T )/g3; (GL. 36c) γ2 = C(1)1s cos(θ(3)T ) – C(3)1s cos(θ(1)T )/g3; (GL. 36d)wenn das erste und das dritte T-R-Paar verwendet wird.
Ein Mittelwert oder gewichteter Mittelwert der zwei berechneten Sätze von Werten für xz, zx, yz und zy kann berechnet werden, um genauere Ergebnisse zu erhalten.
In Schritt 325 werden unter Verwendung einer ähnlichen Methode die drei C₀-Gleichungen für die drei T-R-Paare gleichzeitig unter Verwendung der relativen Verstärkungen für jedes T-R-Paar gelöst. Dies führt zu:

wobei a₁₁, a₁₂, a₂₁, a₂₂, λ₁ und λ₂ definiert sind als: a11 = 12 sin(θR)[sin(θ(1)T )cos(θ(2)T )cos(ϕ(1)T ) – sin(θ(2)T )cos(θ(1)T )cos(ϕ(2)T )]; (GL. 40a) a12 = 12 sin(θR)[sin(θ(1)T )cos(θ(2)T )cos(ϕ(1)T ) – sin(θ(2)T )cos(θ(1)T )cos(ϕ(2)T )]; (GL. 40b) a21 = 12 sin(θR)[sin(θ(1)T )cos(θ(3)T )cos(ϕ(1)T ) – sin(θ(3)T )cos(θ(1)T )cos(ϕ(3)T )]; (GL. 40c) a22 = 12 sin(θR)[sin(θ(1)T )cos(θ(3)T )cos(ϕ(1)T ) – sin(θ(3)T )cos(θ(1)T )cos(ϕ(3)T )]; (GL. 40d) λ1 = C(1)0 cos(θ(2)T ) – C(2)0 cos(θ(1)T )/g2; (GL. 40e) λ2 = C(1)0 cos(θ(3)T ) – C(3)0 cos(θ(1)T )/g3. (GL. 40f)
Unter Verwendung der Kopplungen zz⁽¹⁾, (xx⁽¹⁾ + yy⁽¹⁾, (xy⁽¹⁾ – yx⁽¹⁾), xz⁽¹⁾, zx⁽¹⁾, zy⁽¹⁾, yz⁽¹⁾, (xx⁽¹⁾ – yy⁽¹⁾) und (xy⁽¹⁾ + yx⁽¹⁾) können die neun Komponenten des Kopplungstensors für das erste T-R-Paar erhalten werden. Die neun Komponenten des Kopplungstensors für das zweite und das dritte T-R-Paar können aus jenen für das erste T-R-Paar durch Multiplizieren der Verstärkungsfaktoren g₂ bzw. g₃ aus Gl. 30 erhalten werden (Schritt 330).
Aus der vorangehenden ausführlichen Beschreibung von speziellen Ausführungsformen der Erfindung sollte ersichtlich sein, dass ein neues System und Verfahren zum Bestimmen des elektromagnetischen Kopplungstensors einer Erdformation offenbart wurden. Obwohl spezielle Ausführungsformen der Erfindung hierin in gewissem Detail offenbart wurden, wurde dies nur für die Zwecke des Beschreibens verschiedener Merkmale und Aspekte der Erfindung durchgeführt und soll keine Begrenzung in Bezug auf den Schutzbereich der Erfindung sein. Es wird in Erwägung gezogen, dass verschiedene Substitutionen, Änderungen und/oder Modifikationen, einschließlich, jedoch nicht begrenzt auf diejenigen Implementierungsänderungen, die hierin vorgeschlagen worden sein können, an den offenbarten Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Bestimmen von Erdformationseigenschaften, wobei das Verfahren umfasst: Positionieren eines Bohrlochmesswerkzeugs (10) in einem Bohrloch (15) in der Erdformation (20), wobei das Bohrlochmesswerkzeug (10) eine Werkzeugdrehachse und eine erste, eine zweite und eine dritte geneigte Senderspule (35a, 35b, 35c) und eine geneigte Empfängerspule (45) aufweist; Drehen des Bohrlochmesswerkzeugs (10) um die Werkzeugdrehachse; Erregen jeder Senderspule (35a, 35b, 35c); Messen eines Kopplungssignals zwischen jeder Senderspule (35a, 35b, 35c) und der Empfängerspule (45) für mehrere Drehwinkel; Bestimmen eines Kopplungstensors; und Bestimmen der Erdformationseigenschaften unter Verwendung des Kopplungstensors.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (35a, 35b, 35c) und der Empfänger (45) in einer reziproken Weise arbeiten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Senderspulen (35a, 35b, 35c) einzeln erregt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Drehwinkel mindestens fünf Winkel umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungstensor hinsichtlich der Verstärkung korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der hinsichtlich der Verstärkung korrigierte Kopplungstensor relative Verstärkungen verwendet.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrlochmesswerkzeug (10) ferner eine zweite Empfängerspule (50) umfasst und das Bestimmen des Kopplungstensors ferner die Verwendung der zweiten Empfängerspule (50) umfasst, um die relativen Verstärkungen zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die tatsächliche Verstärkung der ersten Senderspule (35a) bekannt ist und die relativen Verstärkungen verwendet werden, um die tatsächlichen Verstärkungen der anderen Senderspulen (35b, 35c) abzuschätzen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Erdformationseigenschaften das Kombinieren von Komponenten des Kopplungstensors umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kombinieren ferner das Bilden von symmetrischen Kombinationen, antisymmetrischen Kombinationen oder von beiden umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungstensor hinsichtlich der Verstärkung korrigiert wird, der hinsichtlich der Verstärkung korrigierte Kopplungstensor relative Verstärkungen verwendet und das Kombinieren derart ist, dass ein multiplikativer Faktor aufgehoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Erdformationseigenschaften das Bestimmen eines Leitfähigkeitstensors umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen eines Kopplungstensors die Verwendung einer Zerlegung in singuläre Werte, eine Gauß-Beseitigung oder eine Eigenwertzerlegung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen eines Kopplungstensors die Verwendung einer Lösung in geschlossener Form umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Senderspulen (35a, 35b, 35c) gleichzeitig mit geringfügig verschiedenen Frequenzen arbeiten.
System, das in einem Bohrloch (15) verwendet wird, um Erdformationseigenschaften zu bestimmen, wobei das System umfasst: ein Bohrlochmesswerkzeug (10), das innerhalb des Bohrlochs (15) angeordnet wird, wobei sich das Bohrlochmesswerkzeug (10) um eine Werkzeugdrehachse dreht; eine erste, eine zweite und eine dritte geneigte Senderspule (35a, 35b, 35c), die am Bohrlochmesswerkzeug (10) angeordnet sind; eine geneigte Empfängerspule (45), die am Bohrlochmesswerkzeug (10) angeordnet ist; eine Spannungsmessschaltungsanordnung, die am Bohrlochmesswerkzeug (10) angeordnet ist; und einen Prozessor, um den elektromagnetischen Kopplungstensor und die Erdformationseigenschaften unter Verwendung des Kopplungstensors zu bestimmen.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (35a, 35b, 35c) und der Empfänger (45) in einer reziproken Weise arbeiten.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Senderspulen (35a, 35b, 35c) einzeln erregt werden.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Senderspulen (35a, 35b, 35c) mit geringfügig verschiedenen Frequenzen gleichzeitig arbeiten.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Senderspulen (35a, 35b, 35c) relativ zueinander azimutal gedreht werden.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsmessschaltungsanordnung mindestens fünf Messungen in verschiedenen Werkzeugdrehwinkeln durchführt.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungstensor hinsichtlich der Verstärkung korrigiert ist.
System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der hinsichtlich der Verstärkung korrigierte Kopplungstensor relative Verstärkungen verwendet.
System nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Bohrlochmesswerkzeug ferner eine zweite Empfängerspule (50) umfasst.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor Komponenten des Kopplungstensors kombiniert.
System nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die kombinierten Komponenten symmetrische Kombinationen, antisymmetrische Kombinationen oder beide umfassen.
System nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopplungstensor hinsichtlich der Verstärkung korrigiert ist, der hinsichtlich der Verstärkung korrigierte Kopplungstensor relative Verstärkungen verwendet und sich die relativen Verstärkungen in den kombinierten Komponenten aufheben.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdformationseigenschaften einen Leitfähigkeitstensor umfassen.