DE112014004503T5

DE112014004503T5 - Gradiometrische Untertagemessung für T-förmige Kreuzungen und zur Vermeidung von Bohrlöchern mithilfe von Sendern und Empfängern mit magnetischen Dipolen

Info

Publication number: DE112014004503T5
Application number: DE112014004503.9T
Authority: DE
Inventors: Burkay Donderici; Baris Guner
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2014-09-22
Publication date: 2016-07-28
Also published as: BR112016002880A2; NO20160201A1; RU2016104777A3; AU2014327037B2; MX2016002559A; SA516370544B1; CA2922898A1; GB2535030B; US20150091577A1; CN105960508A; GB2535030A; AU2014327037C1; RU2016104777A; US10520628B2; CA2922898C; MY172221A; RU2656055C2; GB201602451D0; AU2014327037A1; WO2015047953A1

Abstract

Kurzdarstellung: Ein Messungssystem verwendet gradiometrische Daten, um die Richtung und den Abstand zwischen einem ersten und einem zweiten Bohrloch zu ermitteln, ohne die Bohrungs- oder Formationseigenschaften zu kennen oder mit einzubeziehen, um das zweite Bohrloch zu kreuzen und/oder zu vermeiden. Allgemein wird dies dadurch erreicht, dass eine Untertageanordnung eingesetzt wird, die Sender und Empfänger mit magnetischen Dipolen sowie zwischen den Sendern und Empfängern positionierte Kompensationsempfänger umfasst.

Description

PRIORITÄT
Diese Anmeldung beansprucht Priorität gegenüber der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/884,590 mit der Bezeichnung „DOWNHOLE GRADIOMETRIC RANGING FOR T-INTERSECTION AND WELL AVOIDANCE UTILIZING TRANSMITTERS & RECEIVERS HAVING MAGNETIC DIPOLES [deutsch: GRADIOMETRISCHE UNTERTAGEMESSUNG FÜR T-FÖRMIGE KREUZUNGEN UND ZUR VERMEIDUNG VON BOHRLÖCHERN MITHILFE VON SENDERN UND EMPFÄNGERN MIT MAGNETISCHEN DIPOLEN]”, eingereicht am 30. September 2013, die außerdem Donderici et al. als Erfinder nennt und deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang aufgenommen wird.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein die Downhole- bzw. Untertagemessung und insbesondere eine Untertageanordnung, bei der magnetische Dipolsender und -empfänger benutzt werden, die gradiometrische Daten analysieren, um den relativen Standort verschiedener, sich kreuzender Bohrlöcher zu ermitteln und zu verfolgen, die hier auch als „sich T-förmig kreuzende“ Bohrlöcher bezeichnen werden.
STAND DER TECHNIK
An manchen Standorten kann es notwendig sein, Bohrtürme aufgrund rechtlicher oder umgebungsbedingter Einschränkungen sehr nah aneinander zu bauen. Die Bohrlöcher können dann richtungsgerecht untertage gebohrt werden, um ein breites Gebiet abzudecken. In diesen Fällen ist es wichtig, das Vorhandensein anderer Bohrlöcher zu orten, um Gefahren wie Blowouts zu verhindern. Wenn jedoch die Bohrung des Bohrlochs einem Verlauf folgt, der ein anderes Bohrloch kreuzt (beispielsweise ein horizontales Bohrloch in Gegenwart von vertikalen Bohrlöchern), kann es schwierig sein, die Position des zweiten Bohrlochs mit herkömmlichen Methoden zu bestimmen.
Deshalb ist es in einer Reihe von Untertageanwendungen notwendig, die Position und Richtung einer leitfähigen Rohrleitung (beispielsweise eine Metallverrohrung) genau und effizient zu ermitteln. Eine Anwendung ist zum Beispiel im Fall eines Blowouts, wenn das Zielbohrloch äußerst präzise von einem Entlastungsbohrloch durchlaufen werden muss, um den Blowout zu stoppen. Zu anderen Anwendungen gehört die Bohrlochvermeidung, bei der während der Bohrung eines Bohrlochs ein weiteres Bohrloch bemerkt und vermieden wird.
Es wurde bereits mit verschiedenen herkömmlichen Ansätzen versucht, dieses Problem zu lösen. Bei einem Verfahren werden Spulenantennen als Sender benutzt, die auf der Zielverrohrung induzierte Amplitude der Felder gemessen und die Position und Distanz des Ziels basierend auf diesen Messungen ermittelt. Da jedoch die Amplitude des Feldes stark von den Eigenschaften der Verrohrung und Formation abhängt, bleibt die Genauigkeit dieses Verfahrens gering. Bei einem anderen Ansatz wird eine elektrodenartige Quelle dazu benutzt, Strom auf der Zielverrohrung zu induzieren. Der Gradient des durch die Zielverrohrung abgestrahlten magnetischen Feldes wird bei diesem Ansatz zusätzlich zu dem magnetischen Feld selbst gemessen. Mithilfe der Beziehung zwischen dem magnetischen Feld und seinem Gradienten kann die Entfernung zur Zielverrohrung ermittelt und zur Vermeidung oder Kreuzung verwendet werden. Dieses Verfahren kann jedoch unempfindlich sein, wenn es aufgrund einer Löschung der Felder am Empfängerstandort zu einer tatsächlichen T-Kreuzung kommt.
Dem entsprechend besteht ein Bedarf an verbesserten Untertagemessungstechniken, die in T-Kreuzungsszenarien nützlich sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A und 1B sind vereinfachte Abbildungen eines relativen Positionierungssystems gemäß bestimmten veranschaulichenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
2 ist ein Blockdiagramm eines Verarbeitungsschaltkreises, der gemäß bestimmten veranschaulichenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in einem relativen Positionierungssystem verwendet wird;
3 ist eine vereinfachte veranschaulichende Ausführungsform eines relativen Positionierungssystems, das dazu verwendet wird, eine Methodologie der vorliegenden Offenbarung zu beschreiben;
4 ist eine vereinfachte Geometrie eines relativen Positionierungssystems, das sich gemäß bestimmten veranschaulichenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung über die gesamte Ebene, die diagonal zur Zielbohrlochachse verläuft, erstreckt;
5 ist eine vereinfachte Ausführungsform eines relativen Positionierungssystems, das gemäß bestimmten veranschaulichenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bei der Errechnung des Gradienten ein Paar Kompensationsempfänger verwendet;
6A–B sind vereinfachte Ausführungsformen einer alternativen Ausführungsform eines relativen Positionierungssystems;
7 illustriert die vereinfachte Geometrie einer Simulation basierend auf einer veranschaulichenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
8 kartiert die errechnete Distanz in einer T-Kreuzungsanwendung mithilfe eines veranschaulichenden Systems im Vergleich mit den Idealergebnissen in einer homogenen Formation;
9 kartiert die errechnete Distanz in einer T-Kreuzungsanwendung mithilfe eines veranschaulichenden Systems im Vergleich mit den Idealergebnissen in einer homogenen Formation; und
10 ist ein Ablaufdiagramm eines von einem relativen Positionierungssystem gemäß bestimmten veranschaulichenden Methodologien der vorliegenden Offenbarung verwendeten Messverfahrens zur Ermittlung der Distanz zwischen einem ersten (d.h. Ziel-)Bohrloch und einem zweiten Bohrloch, die notwendig ist, um eine Kreuzung und/oder Vermeidung herbeizuführen.
BESCHREIBUNG DER VERANSCHAULICHENDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Veranschaulichende Ausführungsformen und verwandte Methodologien der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden so beschrieben, wie sie in einem Messsystem und -verfahren unter Verwendung magnetischer Dipolsender/-empfänger eingesetzt werden können, um gradiometrische Daten zu analysieren und damit am relativen Standort von T-kreuzenden Bohrlöchern zu bohren und/oder diesen zu verfolgen. Um der Klarheit willen werden in dieser Patentschrift nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Umsetzung oder Methodik beschrieben. Man wird es natürlich zu schätzen wissen, dass bei der Entwicklung einer solchen tatsächlichen Ausführungsform zahlreiche umsetzungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die spezifischen Ziele des Entwicklers zu erreichen, wie zum Beispiel die Anpassung an systembezogene und geschäftsbezogene Einschränkungen, die von einer Umsetzung zur nächsten variieren. Zudem wird man es zu schätzen wissen, dass ein derartiges Entwicklungsbemühen komplex und zeitintensiv sein kann, aber nichtsdestotrotz ein Routineunterfangen für Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet mit dem Vorteil dieser Offenbarung darstellen würde. Weitere Aspekte und Vorteile der verschiedenen Ausführungsformen und verwandten Methodologien der Offenbarung ergeben sich bei Betrachten der folgenden Beschreibung und Zeichnungen.
Wie hier dargelegt beschreiben die veranschaulichenden Ausführungsformen und Methodologien der vorliegenden Offenbarung Messsysteme, die gradiometrische Daten verwenden, um die Distanz zwischen einem ersten und einem zweiten Bohrloch zu bestimmen, zum Zwecke der Vermeidung oder Kreuzung, ohne jegliche Kenntnis oder Miteinbeziehung der Bohrungs- oder Formationseigenschaften. Allgemein kann dies dadurch erreicht werden, dass eine Untertageanordnung eingesetzt wird, die magnetische Dipolsender und -empfänger umfasst, sowie zwischen den Sendern und Empfängern positionierte Kompensationsempfänger. Die magnetischen Dipole können auf verschiedene Arten ausgeführt sein, einschließlich Spulen, Solenoide oder Magnetometer. Ein elektromagnetisches Feld wird durch die Sender erzeugt und auf die Zielverrohrung induziert, um dadurch ein zweites elektromagnetisches Feld entlang der Verrohrung zu produzieren. Der induzierte Strom besitzt dieselbe axiale Richtung durch die gesamte Zielverrohrung, weshalb die Empfindlichkeit zum Zielbohrloch in einer T-Kreuzung aufrecht erhalten wird. Eine Summe dieses zweiten magnetischen Feldes zusätzlich zu dem direkten, vom Sender kommenden Feld wird von einer Reihe von Empfängern gemessen. Die Kompensationsempfänger sind dazu ausgestaltet, eine entgegengesetzte Polarisierung zum Hauptempfänger aufzuweisen, um das Direktsignal zwischen dem Sender und dem Empfänger zu eliminieren. Mithilfe der Messungen des magnetischen Feldes von verschiedenen Empfängern in einer Reihe von Empfängern kann der Gradient des magnetischen Feldes errechnet werden. Danach analysiert ein sich in der Untertageanordnung (oder an einem anderen entfernten Standort) befindender Verarbeitungsschaltkreis mithilfe verschiedener, hier beschriebener Algorithmen die gradiometrischen Daten, um die Distanz und Richtung zum T-kreuzenden Zielbohrloch zu ermitteln.
Obwohl die vorliegende Offenbarung in verschiedenen Anwendungen (zum Beispiel Standleitungen) benutzt werden kann, konzentriert sich die folgende Beschreibung auf Anwendungen zur genauen und verlässlichen Positionierung eines Bohrlochs, das gerade gebohrt wird, und zwar das „Entlastungs-/kreuzende Bohrloch“ (d.h. das zweite Bohrloch) in Bezug auf ein naheliegendes erstes Zielbohrloch, normalerweise das Blowout-Bohrloch, sodass das zweite Bohrloch das Zielbohrloch nach Wunsch entweder kreuzt oder vermeidet. Das Zielbohrloch muss über eine höhere Leitfähigkeit verfügen als die es umgebende Formation, was dadurch erreicht werden kann, dass ein länglicher leitungsfähiger Körper entlang des Zielbohrlochs eingesetzt wird, wie zum Beispiel eine Verrohrung, die bei den meisten Bohrlöchern bereits vorhanden ist, um deren Unversehrtheit zu gewährleisten.
Die Verfahren und Systeme dieser Offenbarung sind besonders wünschenswert beim Bohren von Entlastungsbohrlöchern und/oder bei Bohrlochvermeidungsbemühungen. In einer Anwendung zur Bohrlochvermeidung wird ein Bohrloch mithilfe des hier beschriebenen Positionierungssystems gebohrt, das im Bohrungsverlauf aktiv nach anderen Bohrlöchern (oder anderen leitungsfähigen länglichen Strukturen) sucht. Falls derartige Bohrlöcher oder Strukturen bemerkt werden, ändert das Positionierungssystem den Bohrungsverlauf entsprechend. Diese und andere Anwendungen und/oder Adaptionen werden Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet mit dem Vorteil dieser Offenbarung leicht nachvollziehen können.
1A und 1B zeigen vereinfachte Darstellungen eines relativen Positionierungssystems 100 gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Offenbarung. In dieser Ausführungsform wurde ein Bohrloch 10 mithilfe einer beliebigen, geeigneten Bohrtechnik gebohrt und mit der Verrohrung 11 ausgestattet, und danach ereignete sich ein Blowout. Es wird mit einem Bohreinsatz 23 der Bohranordnung 14, bei der es sich zum Beispiel um eine Logging-While-Drilling(„LWD“)-Anordnung, eine Measurement-While-Drilling(„MWD“)-Anordnung oder eine andere gewünschte Anordnung handeln kann, ein Entlastungsbohrloch 12 gebohrt.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Bohranordnung 14 eine Bodenlochanordnung, die einen oder mehrere magnetische Dipolsender 16 umfasst. Wie in 1B gezeigt, umfasst die Bohranordnung 14 einen Sender 16 und zwei magnetische Dipolempfänger 18, die axial entlang der Achse der Anordnung 14 getrennt sind. In diesen Ausführungsformen, die zwei Sender 16 benutzen, sind die Sender im Verhältnis zueinander in nicht-parallelen Richtungen positioniert (beispielsweise orthogonal), um tote Winkel zu vermeiden, in denen kein Strom auf das Zielbohrloch induziert wird, und mindestens vier magnetische Dipolempfänger entlang der Bohranordnung 14 positioniert sind, um die Gradientenmessungen vorzunehmen. Um den Entkopplungsprozess zu vereinfachen, können die Sender in einem orthogonalen Verhältnis zueinander positioniert werden. In der folgenden Beschreibung kann auf die Sender und Empfänger als im Verhältnis zueinander orthogonal positioniert Bezug genommen werden; in alternativen Ausführungsformen können die Sender/Empfänger jedoch in anderen nicht-parallelen Ausrichtungen zueinander angeordnet werden. Außerdem sind in dem in 1A und 1B abgebildeten Beispiel zwei axial getrennte Kompensationsempfänger 20 neben den Empfängern 18 positioniert, um das Direktsignal von Sender 16 zu eliminieren.
Wie im Folgenden näher beschrieben wird, kommt die Bohranordnung 14 untertage bei einem beispielhaften Bohrvorgang mithilfe des relativen Positionierungssystems 100 zum Einsatz, um ein Entlastungsbohrloch 12 nach einem Blowout des Bohrloches 10 zu bohren. Wenn sich das Entlastungsbohrloch 12 dem Bohrloch 10 nähert, aktiviert das relative Positionierungssystem 100, um das Entlastungsbohrloch 12 in der gewünschten Distanz und Richtung (d.h. Bewegungsbahn) zu dem Bohrloch 10 zu halten, den/die Sender 16, um einen Strom entlang der Zielverrohrung 12 des Bohrlochs 10 zu induzieren, der ein magnetisches Feld, das von der Zielverrohrung 11 abstrahlt, erzeugt. Die axial getrennten Empfänger 18 empfangen dann das magnetische Feld und die dazugehörigen Gradientenmessungen. Ein örtlicher oder Fernbearbeitungsschaltkreis benutzt dann die gradiometrischen Daten des empfangenen magnetischen Feldes, um die Distanz und Richtung zum Bohrloch 10 zu ermitteln. Wurde die relative Position ermittelt, erzeugt der Schaltkreis die notwendigen Signale, um die Bohranordnung 14 in die nötige Richtung zu lenken, damit sie das Bohrloch 10 kreuzt oder vermeidet.
2 ist ein Blockdiagramm des Verarbeitungsschaltkreises 200, der gemäß bestimmten veranschaulichenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in einem relativen Positionierungssystem verwendet wird, um T-Kreuzungen durchzuführen. Eine Systemsteuerungszentrale 24 managt die hier beschriebenen Betriebsabläufe. In dem einfachen, in 2 gezeigten Beispiel ist ein System mit einem einzigen Sender abgebildet. Um jedoch tote Winkel dort zu vermeiden, wo kein Strom auf der Zielverrohrung 11 induziert wird, kann die Sendereinheit 16 aus mindestens zwei Spulen in orthogonalen Richtungen bestehen. Der Empfängersatz 18 kann mindestens vier Spulenantennen für die Gradientenmessungen in zwei orthogonalen Richtungen umfassen, um den Azimutwinkel des Ziels zu ermitteln. In anderen Ausführungsformen können die Sender/Empfänger jedoch zum Beispiel als Solenoide, Magnetometer oder verschiedene andere Ausführungen umgesetzt sein, die magnetischen Dipolen ähneln. Die Eliminierung des Direktsignals von dem/den Sender(n) 16 an die Empfänger 18 kann mithilfe der Kompensationsspulen 20 realisiert werden; in anderen Fällen kann die Direktsignaleliminierung durch alternative Techniken erreicht werden, wie zum Beispiel einer analytischen Berechnung dieses Effekts. In den Ausführungsformen, welche die Kompensationsempfänger 20 verwenden, enthielten die in 2 gezeigten Empfänger 18 außerdem Daten der Kompensationsempfänger 20.
Die Kommunikationseinheit 26 ermöglicht die Interaktion zwischen der Systemsteuerungszentrale 24 und der Senderspule 16 und der Empfängerspule 18. Eine Visualisierungseinheit (nicht abgebildet) kann mit der Kommunikationseinheit 26 verbunden werden, um die Daten zu überwachen; beispielsweise kann ein Betreiber basierend auf diesen Daten in die Systemabläufe eingreifen. Die Systemsteuerungszentrale 24 interagiert außerdem mit der Datenverarbeitungseinheit 28 und der Datenerfassungseinheit 30. Die Datenverarbeitungseinheit 28 kann die empfangenen Daten in Informationen konvertieren, welche die Position und Richtung des Ziels angeben. Danach können die Ergebnisse über die Visualisierungseinheit angezeigt werden. Die Systemsteuerungszentrale 24 kann sich an der Oberfläche oder im Bohrloch befinden. Im letzteren Fall werden die verarbeiteten Daten an die Oberfläche kommuniziert.
Wie bereits erwähnt kann die Bohranordnung 14 einen integrierten Schaltkreis umfassen, samt notwendigen Verarbeitungs-/Speicher-/Kommunikationsschaltkreisen, um die hier beschriebenen Berechnungen durchzuführen. In manchen Ausführungsformen ist dieser Schaltkreis an einen oder mehrere magnetische Dipolsender 16 kommunikationsgekoppelt, die dazu benutzt werden, elektromagnetische Felder zu erzeugen, und außerdem an magnetische Dipolempfänger 18 gekoppelt, um die von dem Zielbohrloch empfangenen elektromagnetischen Wellen zu verarbeiten. Außerdem kann der in die Bohranordnung 14 integrierte Schaltkreis über verkabelte oder kabellose Verbindungen an die Oberfläche kommunikationsgekoppelt sein, um auf diese Weise Daten zurück übertage und/oder an andere Anordnungskomponenten zu kommunizieren (beispielsweise um einen Bohreinsatz, der Teil der Anordnung 14 ist, zu steuern). In einer alternativen Ausführungsform kann sich der zur Ausführung eines oder mehrerer der hier beschriebenen Techniken notwendige Schaltkreis an einem von der Bohranordnung 14 entfernten Standort befinden, wie zum Beispiel an der Oberfläche oder in einer anderen Bohrung. Beispielsweise kann sich in bestimmten Ausführungsformen der Sender in einem anderen Bohrloch oder auf der Oberfläche befinden. Dies wird für Durchschnittsfachleute mit dem Vorteil der vorliegenden Offenbarung leicht nachvollziehbar sein.
Obwohl dies in 2 nicht abgebildet ist, umfasst der integrierte Schaltkreis mindestens einen Prozessor und einen nicht-transitorischen und computerlesbaren Speicher, die alle per Systembus miteinander verbunden sind. Vom Prozessor auszuführende Softwareanweisungen zur Umsetzung der hier beschriebenen veranschaulichenden relativen Positionierungsmethodologien können in einem örtlichen Speicher oder einem anderen computerlesbaren Medium gespeichert werden. Man wird außerdem anerkennen, dass die Positionierungssoftwareanweisungen von einer CD-ROM oder einem anderen geeigneten Speichermedium per verkabelte oder kabellose Verfahren in den Speicher geladen werden können.
Zudem werden Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet es zu schätzen wissen, dass verschiedene Aspekte der Offenbarung mit einer Vielzahl von Computersystemkonfigurationen praktiziert werden können, einschließlich Handgeräte, Multiprozessorsysteme, mikroprozessorbasierte oder programmierbare Verbraucherelektronik, Minicomputer, Mainframe-Computer und Ähnlichem. Eine beliebige Anzahl von Computersystemen und Computernetzwerken sind akzeptabel zum Einsatz mit der vorliegenden Offenbarung. Die Offenbarung kann in dezentralen Computerumgebungen praktiziert werden, wo Aufgaben von fernverarbeitenden Geräten ausgeführt werden, die über ein Kommunikationsnetzwerk verbunden sind. In einer dezentralen Computerumgebung können Programmmodule sich sowohl in örtlichen als auch Ferncomputerspeichermedien befinden, einschließlich Speichergeräten. Die vorliegende Offenbarung kann deshalb in Verbindung mit verschiedener Hardware, Software oder einer Kombination derselben in einem Computer- oder anderem Verarbeitungssystem umgesetzt werden.
Nach der vorangehenden Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen folgt nun eine Beschreibung der Methodik, durch die eine relative Positionierung ermittelt wird. 3 zeigt eine vereinfachte veranschaulichende Ausführungsform eines relativen Positionierungssystems, das dazu verwendet wird, eine Methodik der vorliegenden Offenbarung zu beschreiben. Der Vereinfachung halber sind das Entlastungsbohrluch 12 und die Bohranordnung 14 hier nicht abgebildet. Nichtsdestotrotz wird hier ein Querschnitt einer homogenen Formation auf der xz-Ebene gezeigt (mit Ausnahme des Zielbohrlochs 10, der Sender 16 und Empfänger 18). In diesem Beispiel erzeugt eine sendende Spule 16 mit einem magnetischen Moment in y-Richtung (d.h. eine Spule, die in der xz-Ebene liegt) ein elektrisches Feld (E →) um sie herum. Ein Zielbohrloch 10, dessen Hauptachse in z-Richtung liegt, ist ebenfalls abgebildet. Bohrlöcher werden im Allgemeinen von länglichen, metallischen, leitfähigen Körpern (wie z.B. Stahlverrohrungen) umgeben, um die Bohrlochstruktur zu verstärken und um einen Kollaps der Bohrlochwand zu verhindern. Da die Verrohrung sehr viel leitfähiger ist als die umliegende Formation, entsteht eine starke Kopplung des elektrischen Feldes mit der Zielverrohrung.
Die Kopplung des elektrischen Feldes erzeugt einen Leitungsstrom auf der Zielverrohrung 11, der dann ein magnetisches Feld 32 um die Verrohrung 11 induziert, dessen Stärke über das Biot-Savart-Gesetz gefunden werden kann. Wäre der induzierte Strom konstant, würde das Biot-Savart-Gesetz auf das Ampèresche Gesetz reduziert. In praktischen Situationen ist eine auf der Verrohrung 11 induzierter Strom nicht konstant, doch für unsere Zwecke können wir annehmen, dass ein Feld an einem Punkt r → durch Folgendes ausgedrückt wird:
mit geringem Genauigkeitsverlust, wobei H das magnetische Feld darstellt, I_eff ein effektiver Strom und R die radiale Distanz vom Zielbohrloch 10 zu Punkt r → ist.
Der Gradient des magnetischen Feldes an derselben Stelle,
wird ausgedrückt durch:
Nimmt man die Verhältnisse von
kann die radiale Distanz zum Zielbohrloch 10 wie folgt ermittelt werden:
Im Folgenden wird ein veranschaulichendes Design der Empfänger 18 beschrieben. Wie hier beschrieben sind die Empfänger magnetische Dipolumsetzungen, wie zum Beispiel als Spulen, Solenoide usw. In einer Ausführungsform werden Spulenantennen mit einem magnetischen Moment in eine bestimmte Richtung verwendet. Infolgedessen sind die Spulen nur empfindlich gegenüber der Komponente des magnetischen Feldes in diese Richtung. Wenn diese Richtung u genannt wird, kann die Komponente des magnetischen Feldes in diese Richtung wie folgt ausgedrückt werden:
Ähnlich ist, wenn zwei Empfängerspulen (mit demselben magnetischen Moment) axial entlang der Untertageanordnung durch eine sehr nahe Distanz in Richtung v getrennt werden, deren Unterschied eine sehr gute Annäherung an die Komponenten des Gradienten des magnetischen Feldes in diese Richtung. Nimmt man an, dass u und v zwei der Achsen im kartesischen Koordinatensystem sind, kann der Gradient in Richtung v wie folgt ausgedrückt werden:
Im kartesischen Koordinaten können r ^ und ϕ ^ wie folgt ausgedrückt werden: r ^ = x ^cos(Φ) + y ^sin(Φ) ϕ ^ = –x ^sin(Φ) + y ^cos(Φ) Gl. (6), wobei Φ der Azimutwinkel des Empfängers 18 in Bezug auf die Verrohrung 11 ist; das heißt der Winkel zwischen der Projektion des gemessenen magnetischen Feldvektors auf die xy-Ebene des Koordinatensystems des Empfängers 18 und der y-Achse.
Falls die Empfängerspulen ihre magnetischen Momente in y-Richtung haben und in x-Richtung axial getrennt sind (oder entlang der Achse der Anordnung 14) wie in 3 gezeigt, kann die Gleichung 5 wie folgt bewertet werden:
Dann kann die Distanz zum Zielbohrloch durch Folgendes errechnet werden:
Demnach führt die Verwendung teilweiser Ableitungen und Felder in eine einzige Richtung zu einer Azimutabhängigkeit in der Entfernungsberechnung. Die Berechnung des Azimutwinkels wird im Folgenden beschrieben. Es sollte außerdem erwähnt werden, dass bei einer T-Kreuzungsanwendung eines Blowout-Bohrlochs das Drehen des Entlastungsbohrlachs 12 um das Zielbohrloch 10 in einer azimutalen Richtung die Ergebnisse aufgrund der Umfangssymmetrie des Problems nicht ändern sollte. Nichtsdestotrotz sind zur Positionierung des Entlastungsbohrlochs für eine T-Kreuzung azimutale Informationen notwendig. Wenn das Ziel die Bohrlochvermeidung ist, ist die Ermittlung des Azimuts des Bohrlochs 10 notwendig, um den optimalen Bohrungsverlauf zu ermitteln.
Für eine Bohrlochvermeidung- oder Kreuzungsanwendung ist die Kenntnis der Entfernung zum Zielbohrloch 10 nicht ausreichend. Die Richtung zum Zielbohrloch 10 sollte ebenfalls bekannt sein. Deshalb schlagen veranschaulichende Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auch verschiedene Methodologien vor, durch welche die Richtung zu ermitteln ist. In einem Beispiel ist das Verwenden externer Informationen von einem anderen Gerät (Elektrodenanregungsmessgerät, Oberflächenanregung usw.) ist eine solche Möglichkeit. In einer alternativen Ausführungsform kann das magnetische Feld 32 aus 3 verwendet werden. Nimmt man das Gradientenfeld zweier orthogonaler Komponenten in der Achse, die diagonal zur Achse des Zielbohrlochs 10 verläuft (x- und y-Komponenten, falls das Zielbohrloch 10 in z-Richtung liegt), kann die Richtung des Zielbohrlochs 10 ermittelt werden. Jegliche Ambiguität des Winkels wird ebenfalls eliminiert, da das Zeichen des Gradienten aussagt, welche der beiden Spulen, die zur Ermittlung des Gradienten in diese Richtung verwendet werden, dem Zielbohrloch 10 am nächsten ist. Leider ist das Gradientensignal gering, weshalb dieser Ansatz zu beträchtlichen Fehlern in der Winkelermittlung führen kann, wenn das Signal schwach ist (d.h. weit von dem Zielbohrloch 10 entfernt, wo eine genaue Richtungsermittlung wichtig ist, um sich dem Zielbohrloch 10 zu nähern statt sich davon zu entfernen).
In einem weiteren veranschaulichenden Ansatz kann das Gesamtfeld verwendet werden. Hier gibt der Winkel zwischen der x- und y-Komponente des Gradientenfeldes die Richtung des Zielbohrlochs 10 an. Jedoch kann dieser Winkel zwischen 0° und 90° liegen und somit eine beträchtliche Ambiguität darstellen. Nichtsdestotrotz kann, wenn die kreuzkoppelnden Komponenten im Gesamtfeld ebenfalls in Betracht gezogen werden, dieser Bereich von 0° auf 180° erweitert werden. Eine beispielhafte Umsetzung wird wie folgt realisiert:
Es wird darauf hingewiesen, dass die Zeichen der Felder in dieser Gleichung von der benutzten Konvention abhängen. In Gleichung 9 bezieht sich H_ij auf das durch den Empfänger mit magnetischem Moment in Richtung j gemessene Feld, das dem Sender in Richtung i entspricht. Die 180°-Ambiguität kann dann entweder durch die Verwendung der Gradienteninformationen eliminiert werden oder durch Bezugnahme auf die zeitliche Veränderung der errechneten Entfernung. Allgemein sollten einige Apriori-Informationen über die Position des Ziels ebenfalls verfügbar sein, insofern ist diese Ambiguität in den meisten praktischen Fällen keine große Sorge.
Wie vorher beschrieben werden Kompensationsempfänger 20 in manchen Ausführungsformen verwendet, um das Direktsignal von den Sendern 16 zu eliminieren. Die Kompensationsempfänger 20 sind auch magnetische Dipolumsetzungen, wie zum Beispiel Spulen, Solenoide oder Magnetometer. Die Ermittlung der Entfernung erfordert, dass das magnetische Feld aufgrund des auf der Zielverrohrung 11 sowie auf ihrem Gradienten induzierten Stroms an einem Punkt gemessen wird, wie in Gleichung 3 gegeben ist. Jedoch messen die Empfänger 18 auch das vom Sender 16 erzeugte Direktsignal, was die Analyse verkompliziert. Zur Eliminierung dieses Direktsignals kommen verschiedene Ansätze infrage. Ein veranschaulichender Ansatz besteht in der analytischen Berechnung des Feldes 16 an den Empfängern 18 und der Subtraktion dieses Wertes von den Gradientenmessungen. Es sei darauf hingewiesen, dass dieser veranschaulichende Ansatz eine Kenntnis der Formationseigenschaften erfordert, wie Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet mit dem Vorteil dieser Offenbarung klar sein wird.
Ein alternativer veranschaulichender Ansatz ist die Verwendung der Kompensationsempfänger 20, die in die entgegengesetzte Richtung als die Empfänger 18 gewickelt sind und so positioniert sind, dass die imaginäre Komponente des Direktsignals zwischen der Empfänger-18-Kompensationsempfänger-20-Kombination gelöscht wird. Obwohl diese Löschung in Formationen, die sich von Luft unterscheiden, gestört wird, sind die Auswirkungen in den meisten Fällen gering.
In bestimmten veranschaulichenden Ausführungsformen haben die Sender und Empfänger magnetische Momente, die sich geometrisch über die Ebene erstrecken, die diagonal zu der Achse des Zielbohrlochs verläuft. 4 veranschaulicht ein solches Beispiel, in dem die Sender 16 (ein Senderpaar), die Kompensationsempfänger 20 (zwei Kompensationsempfängerpaare) und die Empfänger 18 (zwei Empfängerpaare) alle magnetische Momente in y- und z-Richtung aufweisen. Wie in 3 gezeigt, verläuft die Achse des Entlastungsbohrlochs 12 in x-Richtung, während die Achse des Zielbohrlochs 10 in z-Richtung verläuft. Deshalb würde, sollte eine Bohrlochkreuzung angestrebt werden, bei diesem Beispiel immer noch eine T-Kreuzung eintreten, wenn die Achse des Zielbohrlochs 10 in eine beliebige Richtung auf der yz-Ebene ausgerichtet wäre (d.h. die Ebene, die diagonal zu der Entlastungsbohrlochachse verläuft). Demnach umfasst in einer veranschaulichenden Ausführungsform das Systemdesign, das solche Möglichkeiten in Betracht ziehen würde, Sender und Empfänger, deren magnetische Momente sich geometrisch über die diagonale Ebene erstrecken. Dementsprechend könnten Sender 16 und Empfänger 18 mit magnetischen Momenten in y- und z-Richtung für diesen Zweck wie in 4 gezeigt verwendet werden.
5 ist eine weitere vereinfachte Veranschaulichung einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, bei der eines der Kompensationsempfängerpaare zur Errechnung des Gradienten verwendet werden. Eine solche Ausführungsform ermöglicht eine Reduzierung in der Anzahl der eingesetzten Empfänger. 6A–B veranschaulichen eine ähnliche alternative Ausführungsform wie in 4 und 5. Idealerweise sollte das System ein Zielbohrloch in beliebiger, willkürlicher Ausrichtung entdecken und vermeiden bzw. kreuzen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass Sender mit magnetischen Momenten in zwei verschiedenen Richtungen bereitgestellt und der Gesamtgradient gemessen wird, was Gradientenmessungen in mindestens drei Richtungen erfordert, die sich über den gesamten Raum erstrecken. Ein Beispiel für dieses System ist in 6A abgebildet. Hier wurden magnetische Momentrichtungen als y und z ausgewählt. In dieser speziellen Umsetzung wird eine in Bezug auf den Umfang symmetrische Gruppe (um die x-Achse auf der yz-Ebene) aus vier Dipolpaaren in jedem Haupt-/Kompensationsempfängersatz 18, 20 benutzt, um Gradienten in y- und z-Richtung zu messen. Es gibt zwei derartige Sätze sowohl für den Haupt- als auch den Kompensationsempfängersatz 18, 20 um den Gradienten in x-Richtung zu messen. Alternativ dazu können andere Umsetzungen, die magnetische Feldgradienten in drei orthogonalen Raumrichtungen messen können, entworfen werden, wie Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet mit dem Vorteil dieser Offenbarung klar sein wird. Beispielsweise können wie in 6B gezeigt Kompensationsspulen in Gradientenberechnungen benutzt werden.
Um diese Effekte zu zeigen, sollte das Beispiel in 7 erwogen werden. Um die Verwendung des vorgeschlagenen Systems in einer T-Kreuzungsanwendung zu zeigen, wird ein veranschaulichender Fall simuliert, bei dem die Distanz von einem Zielbohrloch 10 berechnet wird, während sich das Entlastungsbohrloch 12 auf die Kreuzung zubewegt. Die Simulationsgeometrie ist in 7 abgebildet. Der Einfachheit halber wurde eine Ausführungsform mit einem einzigen Sender 16 simuliert und der Azimutwinkel des Ziels wird als bekannt angenommen. In dieser Simulation wird eine Betriebsfrequenz von 10 Hz. ausgewählt; die Formation ist homogen mit einem Widerstand Rf = 20 Ω – m, einem relativen Permittivitätswert 4 und einem Permeabilitätswert 1. Das Zielbohrloch 10 hat eine leitfähige Verrohrung 11 mit einem Radius von 10,15 cm (4 Zoll). Die Distanz vom Sender 16 zur Mitte des Hauptempfängersatzes 18 beträgt 30,48 cm (1 Fuß). Der Kompensationsempfängersatz 20 befindet sich 30,48 cm (1 Fuß) vom Hauptempfängersatz entfernt. Die Distanz sowohl zwischen dem Haupt- als auch dem Kompensationsgradientenempfängerpaar beträgt 20,32 cm (8 Zoll).
In 8 werden die Simulationsergebnisse des Systems aus 7 präsentiert. Die Distanz zum Zielbohrloch 10 ist die Distanz von der Mitte des Hauptempfängersatzes 16 zum nahesten Punkt auf dem Zielbohrloch 10. Linie A ist eine Referenz, die die Idealergebnisse zeigt, bei denen die errechnete Distanz der realen Distanz entspricht. Linie B zeigt die Ergebnisse, die mithilfe analytischer Direktsignalberechnung errechnet wurden. Linie C zeigt die mechanische Eliminierung des Direktsignals mithilfe der Kompensationsempfänger. Wie man sieht, produziert der Einsatz von Kompensationsempfängern etwas schlechtere Ergebnisse, da sie zur perfekten Löschung des Direktsignals in der Luft eingestellt sind. Nichtsdestotrotz sind die Ergebnisse in beiden Fällen sehr gut mit fast exakten Ergebnissen, wenn die Distanz des Ziels zu den Empfängern näher als 9,14 m (30 Fuß) rückt. Selbst bei einer Distanz von 21,3 m (70 Fuß) liegt der Fehler bei circa 20 %, wenn Kompensationsempfänger verwendet werden, und bei circa 3 %, wenn analytische Direktsignaleliminierung benutzt wird.
9 kartiert die Ergebnisse einer Wiederholung derselben Simulation mit einem auf 1 Ω – m reduzierten Formationswiderstand. Dieser Fall modelliert die Leistung des relativen Positionssystems in einem leitfähigeren Medium und präsentiert eine schwierigere Umgebung zur Distanzberechnung. Die Ergebnisse bleiben sehr gut bis zu einer Distanz von circa 7,62 m (25 Fuß) vom Zielbohrloch. Bei größeren Distanzen beginnen die Kompensationsergebnisse, stark nichtlinear zu werden. Jedoch führt die analytische Direktsignaleliminierung selbst bei einer Distanz von 21,3 m (70 Fuß) zu angemessenen Ergebnissen.
Nun, da die verschiedenen Ausführungsformen beschrieben wurden, wird die Methodologie, durch die die Kreuzungen und/oder die Vermeidung erzielt werden, beschrieben. Wie oben beschrieben bestehen relative Positionierungssysteme allgemein aus magnetischen Dipolumsetzungen (Sender und Empfänger), die dazu positioniert sind, magnetische Feldergradienten zu induzieren und zu messen, die sich von einem Zielbohrloch verbreiten. 10 ist ein Ablaufdiagramm einer Messungsmethode 1100, die von einem relativen Positionierungssystem eingesetzt wird, das gemäß bestimmten veranschaulichenden Methodologien der vorliegenden Erfindung gradiometrische Daten zur Ermittlung der Distanz zwischen einem ersten (d.h. Ziel-) und einem zweiten Bohrloch benutzt. Wiederum kann eine spezifische Anwendung beispielsweise das Bohren eines Entlastungsbohrlochs in einem Blowout-Szenario sein.
Gleichwohl wird in Block 1002 ein erstes Bohrloch mithilfe einer beliebigen, geeigneten Methodologie gebohrt. Das Zielbohrloch verfügt über eine höhere Leitfähigkeit als die es umgebende Formation, was beispielsweise durch Verrohrung des ersten Bohrlochs oder der Verwendung eines anderen länglichen, leitungsfähigen Körpers entlang des Zielbohrlochs erreicht werden kann. In Block 1004 werden mindestens zwei magnetische Dipolsender und mindestens vier magnetische Dipolempfänger in einem zweiten Entlastungsbohrloch entlang einer Bohranordnung eingesetzt, wobei das zweite Bohrloch entlang einer Achse ausgerichtet ist, die das erste Bohrloch kreuzt. Dies kann beispielsweise nach dem Blowout des ersten Bohrlochs vorkommen. Die Sender und Empfänger können auf verschiedene Weise in dem zweiten Bohrloch eingesetzt werden, beispielsweise entlang der Bohranordnung.
In Block 1006 sind die Sender angeregt, um dadurch einen Strom entlang des ersten Bohrlochs zu induzieren, die darin resultiert, dass ein magnetisches Feld von dem ersten Bohrloch abgestrahlt wird. In Block 1008 wird das magnetische Feld dann mithilfe der Empfänger empfangen. In Block 1010 benutzt das relative Positionierungssystem mithilfe des an die Empfänger betriebsgekoppelten Verarbeitungsschaltkreises die gradiometrischen Daten des empfangenen magnetischen Feldes zur Ermittlung der Distanz zwischen dem ersten und zweiten Bohrloch. Hier ermittelt das relative Positionierungssystem, welche Handlungen ggf. notwendig sind, um den gewünschten, zur Kreuzung und/oder Vermeidung des ersten Bohrlochs erforderlichen Bohrverlauf aufrechtzuerhalten oder zu korrigieren. Derartige Handlungen können beispielsweise eine Richtungs- oder Geschwindigkeitsveränderung oder eine Veränderung des Bohreinsatzgewichts usw. sein. Danach kehrt der Algorithmus zu Block 1006 zurück, wo er weiterhin für eine Anregung der Sender sorgt, um den Bohrverlauf kontinuierlich zu überwachen und/oder bei Bedarf anzupassen.
Wie oben beschrieben sind in einer alternativen Anwendung das relative Positionierungssystem und -verfahren dieser Offenbarung auch bei Vermeidungsvorgängen von Bohrlöchern nützlich. Bei einer derartigen Anwendung ist es möglich, dass kein Zielbohrloch vorhanden ist. Nichtsdestotrotz wird in einem veranschaulichenden Verfahren das relative Positionierungssystem entlang einer Bohranordnung eingesetzt. Während des Bohrens sucht der integrierte (oder Fern-)Verarbeitungsschaltkreis des Systems aktiv nach anderen Bohrlöchern oder länglichen, leitfähigen Strukturen mithilfe der hier beschriebenen verschiedenen Komponenten und gradiometrischen Analysemerkmale. Falls solche Bohrlöcher oder Strukturen entdeckt werden, ändert das Positionierungssystem den Bohrverlauf entsprechend.
Demgemäß verwenden die in hier beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung magnetische Dipolsender/-empfänger, um Gradientenmessungen zu analysieren, damit ein Bohrverlauf ermittelt werden kann, der notwendig ist, um ein anderes Bohrloch zu kreuzen und/oder zu vermeiden, ohne dass Formations- und Zieleigenschaften bekannt sein müssen. Deshalb ermöglicht das offenbarte System eine genaue und präzise T-Kreuzungsanwendung mithilfe weithin verfügbarer magnetischer Dipolempfänger/-sender. Ein solches System hat wichtige Anwendungen im wirklichen Leben, insbesondere in Situationen, wo richtungsgerechtes Bohren in einem überfüllten Ölfeld durchgeführt wird und vorhandene Bohrlöcher vermieden werden müssen. Es ist außerdem dann nützlich, wenn ein Blowout-Bohrloch von einem Entlastungsbohrloch durchkreuzt werden soll. Verfahren zur Eliminierung des Direktsignals zwischen Sender- und Empfängerspulen wurden ebenfalls besprochen, um eine praktische Umsetzung dieses Werkzeugs zu erleichtern. Die hier beschriebenen Ausführungsformen und Verfahren beziehen sich außerdem auf einen oder mehrere der folgenden Abschnitte:

1. Ein Verfahren zur Untertagemessung, wobei das Verfahren Bohren eines ersten Bohrlochs umfasst, wobei das erste Bohrloch einen länglichen, leitfähigen Körper umfasst; Einsetzen mindestens zweier magnetischer Dipolsender und von mindestens vier magnetischen Dipolempfängern in einem zweiten Bohrloch; Induzieren eines Stroms entlang des ersten Bohrlochs mithilfe der Sender, was ein magnetisches Feld entstehen lässt, das von dem ersten Bohrloch emittiert wird; Empfangen des magnetischen Feldes mithilfe der Empfänger, wobei ein Gradientenfeld gemessen wird; und Verwenden des Gradientenfeldes zur Ermittlung einer Distanz zwischen dem ersten und zweiten Bohrloch.
2. Ein Verfahren nach Abschnitt 1, wobei das Gradientenfeld in einer axialen Richtung entlang des zweiten Bohrlochs gemessen wird.
3. Ein Verfahren nach Abschnitt 1 oder 2, wobei das Gradientenfeld in mindestens drei Richtungen gemessen wird.
4. Ein Verfahren nach einem der Abschnitte 1–3, weiter Folgendes umfassend Ermitteln einer Richtung des ersten Bohrlochs im Verhältnis zum zweiten Bohrloch, wobei Ermitteln der Richtung weiter Ermitteln eines Gesamtfeldes des empfangenen magnetischen Feldes umfasst; Ermitteln eines Winkels zwischen x- und y-Komponenten des Gesamtfeldes; und Verwenden des Winkels zum Ermitteln der Richtung.
5. Ein Verfahren nach einem der Abschnitte 1–4, weiter umfassend Verwenden des Gradientenfeldes des empfangenen magnetischen Feldes zur Ermittlung einer Richtung des ersten Bohrlochs im Verhältnis zum zweiten Bohrloch.
6. Ein Verfahren nach einem der Abschnitte 1–5, wobei Ermitteln der Richtung weiter Ermitteln eines Winkels zwischen zwei orthogonalen Komponenten des Gradientenfeldes umfasst, wobei die orthogonalen Komponenten entlang einer Achse verlaufen, die diagonal zu einer Achse des ersten Bohrlochs verläuft; und Verwenden des Winkels zur Ermittlung der Richtung.
7. Ein Verfahren nach einem der Abschnitte 1–6, wobei Ermitteln der Distanz zwischen dem ersten und zweiten Bohrloch außerdem Eliminieren eines von den Sendern emittierten Direktsignals umfasst.
8. Ein Verfahren nach einem der Abschnitte 1–7, wobei Eliminieren des Direktsignals Berechnen eines magnetischen Feldes der Sender an den Empfängern umfasst; und Subtrahieren des errechneten magnetischen Feldes von dem empfangenen magnetischen Feld.
9. Verfahren nach einem der Abschnitte 1–8, wobei das Eliminieren des Direktsignals Verwenden zweier Kompensationsempfängerpaare umfasst, um eine imaginäre Komponente des Direktsignals zu löschen.
10. Ein Verfahren nach einem der Abschnitte 1–9, weiter umfassend Verwenden eines Kompensationsempfängerpaares, um die gradiometrischen Daten zu analysieren.
11. Ein Verfahren nach einem der Abschnitte 1–10, wobei das erste Bohrloch ein Blowout-Bohrloch ist; und das zweite Bohrloch ist ein kreuzendes Bohrloch, wobei das Verfahren dazu verwendet wird, eine von dem Blowout-Bohrloch ausgehende Kohlenwasserstoffverschüttung zu stoppen.
12. Ein Verfahren nach einem der Abschnitte 1–11, weiter umfassend Vermeiden des Zielbohrlochs basierend auf der ermittelten Distanz und Richtung.
13. Ein Verfahren nach einem der Abschnitte 1–12, wobei die Sender und Empfänger entlang einer Bohranordnung, Abholzungs- oder Standleitungsanordnung eingesetzt werden.
14. Ein Verfahren nach einem der Abschnitte 1–13, weiter umfassend Steuern einer Bohranordnung, die entlang des zweiten Bohrlochs mithilfe der ermittelten Richtung und Distanz zwischen dem ersten und zweiten Bohrloch eingesetzt wird.
15. Eine Downhole- bzw. Untertagemessungsanordnung, die eine Bodenlochanordnung mit mindestens zwei magnetischen Dipolsendern und mindestens vier magnetischen Dipolempfängern umfasst; und ein Verarbeitungsschaltkreis zum Umsetzen eines Verfahrens, das die Induktion eines Stroms entlang eines ersten Bohrlochs mithilfe der Sender umfasst, was dazu führt, dass ein magnetisches Feld von dem ersten Bohrloch und auf das zweite Bohrloch zu emittiert wird, wobei das erste Bohrloch einen länglichen, leitungsfähigen Körper umfasst; Empfangen des magnetischen Feldes mithilfe der Empfänger, wobei ein Gradientenfeld gemessen wird; und Verwenden des Gradientenfeldes zur Ermittlung einer Distanz zwischen dem ersten und zweiten Bohrloch.
16. Eine Untertagemessungsanordnung nach Abschnitt 15, wobei die Empfänger in einer Richtung parallel zu einer Achse der Bodenlochanordnung axial getrennt sind, sodass das Gradientenfeld in einer axialen Richtung entlang der Bodenlochanordnung gemessen wird.
17. Eine Untertagemessungsanordnung nach Abschnitt 15 oder 16, weiter umfassend vier Kompensationsempfänger, die entlang der Bodenlochanordnung zwischen den Sendern und Empfängern positioniert sind.
18. Eine Untertagemessungsanordnung nach einem der Abschnitte 15–17, wobei die Kompensationsempfänger eine entgegengesetzte Polarisierung im Verhältnis zu den Empfängern umfassen.
19. Eine Untertagemessungsanordnung nach einem der Abschnitte 15–18, wobei die Bodenlochanordnung eine Bohr-, Standleitungs- oder Abholzungsanordnung ist.
20. Eine Untertagemessungsanordnung nach einem der Abschnitte 15–19, wobei die Sender in einem nicht-parallelen Verhältnis zueinander entlang der Bodenlochanordnung positioniert sind; die Empfänger sind axial in einer Richtung getrennt, die parallel zu einer Achse der Bodenlochanordnung verläuft; und ein magnetisches Moment der Empfänger wird in eine Richtung ausgerichtet, die diagonal zur Achse der Bodenlochanordnung verläuft.
21. Eine Untertagemessungsanordnung nach einem der Abschnitte 15–20, wobei sich die magnetischen Momente geometrisch über eine Ebene erstrecken, die diagonal zur Achse des ersten Bohrlochs verläuft.
22. Eine Untertagemessungsanordnung nach einem der Abschnitte 15–21, wobei die Sender und Empfänger mindestens eine/n von einer Spule, einem Solenoid oder einem Magnetometer umfassen.
23. Eine Untertagemessungsanordnung nach einem der Abschnitte 15–22, wobei zwei der Empfänger Kompensationsempfänger sind, die zwischen den Sendern und den anderen Empfängern positioniert sind.
24. Eine Untertagemessungsanordnung nach einem der Abschnitte 15–23, wobei die Kompensationsempfänger dazu verwendet werden, das Gradientenfeld zu messen.
25. Eine Untertagemessungsanordnung nach einem der Abschnitte 15–24, wobei die mindestens vier Empfänger zwei Empfängersätze umfassen, die vier Paare magnetischer Dipole aufweisen, wobei die Empfängersätze symmetrisch um eine Achse der Bodenlochanordnung positioniert sind; und die Untertagemessungsanordnung außerdem zwei Kompensationsempfänger umfasst, die vier Paare magnetischer Momente aufweisen, wobei die Kompensationsempfänger symmetrisch um die Achse der Bodenlochanordnung zwischen den Sendern und Empfängern positioniert sind.

Überdies können die hier beschriebenen Methodologien innerhalb eines Systems ausgeführt werden, das einen Verarbeitungsschaltkreis zur Umsetzung eines beliebigen der Verfahren umfasst, oder in einem Computerprogrammprodukt, das Anweisungen umfasst, die bei Ausführung durch mindestens einen Prozessor den Prozessor zur Ausführung einer der hier beschrieben Verfahren veranlasst.
Obwohl verschiedene Ausführungsformen und Methodologien gezeigt und beschrieben wurden, ist die Offenbarung nicht auf solche Ausführungsformen und Methodologien beschränkt und soll so verstanden werden, dass sie alle Modifikationen und Abwandlungen umfasst, die einem Fachmann auf dem Gebiet offenkundig sein würden. Deshalb sollte verstanden werden, dass die Offenbarung nicht auf die offenbarten Formen beschränkt sein soll. Vielmehr liegt die Absicht darin, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die in den Geist und Schutzumfang der Offenbarung fallen, der in den angehängten Ansprüchen definiert wird.

Claims

Verfahren zur Untertagemessung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bohren eines ersten Bohrlochs, wobei das erste Bohrloch einen länglichen, leitfähigen Körper umfasst; Einsetzen mindestens zweier magnetischer Dipolsender sowie von mindestens vier magnetischen Dipolempfängern in einem zweiten Bohrloch; Induzieren eines Stroms entlang des ersten Bohrlochs mithilfe der Sender, was in einem magnetischen Feld resultiert, das von dem ersten Bohrloch emittiert wird; Empfangen des magnetischen Feldes mithilfe der Empfänger, wobei ein Gradientenfeld gemessen wird; und Verwenden des Gradientenfeldes zur Ermittlung einer Distanz zwischen dem ersten und zweiten Bohrloch.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gradientenfeld in einer axialen Richtung entlang des zweiten Bohrlochs gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gradientenfeld in mindestens drei Richtungen gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend Ermitteln einer Richtung des ersten Bohrlochs im Verhältnis zum zweiten Bohrloch, wobei Ermitteln der Richtung weiter umfasst: Ermitteln eines Gesamtfeldes des empfangenen magnetischen Feldes; Ermitteln eines Winkels zwischen den x- und y-Komponenten des Gesamtfeldes; und Verwenden des Winkels zum Ermitteln der Richtung.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend Verwenden des Gradientenfeldes des empfangenen magnetischen Feldes zur Ermittlung einer Richtung des ersten Bohrlochs im Verhältnis zum zweiten Bohrloch.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei Ermitteln der Richtung weiter umfasst: Ermitteln eines Winkels zwischen zwei orthogonalen Komponenten des Gradientenfeldes, wobei die orthogonalen Komponenten entlang einer Achse verlaufen, die diagonal zu einer Achse des ersten Bohrlochs verläuft; und Verwenden des Winkels zur Ermittlung der Richtung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Ermitteln der Distanz zwischen dem ersten und zweiten Bohrloch außerdem Eliminieren eines von den Sendern emittierten Direktsignals umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Eliminieren des Direktsignals umfasst: Berechnen eines magnetischen Feldes der Sender an den Empfängern; und Subtrahieren des errechneten magnetischen Feldes von dem empfangenen magnetischen Feld.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Eliminieren des Direktsignals Verwenden zweier Kompensationsempfängerpaare umfasst, um eine imaginäre Komponente des Direktsignals zu löschen.
Verfahren nach Anspruch 9, weiter umfassend Verwenden eines Kompensationsempfängerpaares, um die gradiometrischen Daten zu analysieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: das erste Bohrloch ein Blowout-Bohrloch ist; und das zweite Bohrloch ein kreuzendes Bohrloch ist, wobei das Verfahren dazu verwendet wird, eine von dem Blowout-Bohrloch ausgehende Kohlenwasserstoffverschüttung zu stoppen.
Verfahren nach Anspruch 4, weiter umfassend Vermeiden des Zielbohrlochs basierend auf der ermittelten Distanz und Richtung umfassend.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sender und Empfänger entlang einer Bohranordnung, Abholzungs- oder Standleitungsanordnung eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, weiter umfassend Steuern einer Bohranordnung, die entlang des zweiten Bohrlochs mithilfe der ermittelten Richtung und Distanz zwischen dem ersten und zweiten Bohrloch eingesetzt wird.
Downhole- bzw. Untertagemesssystem, umfassend einen Verarbeitungsschaltkreis zum Umsetzen eines der Verfahren in Anspruch 1–14.
Downhole- bzw. Untertagemessungsanordnung, umfassend: eine Bodenlochanordnung mit mindestens zwei magnetischen Dipolsendern und mindestens vier magnetischen Dipolempfängern; und einen Verarbeitungsschaltkreis zum Umsetzen eines Verfahrens, umfassend: Induzieren eines Stroms entlang eines ersten Bohrlochs mithilfe der Sender, was dazu führt, dass ein magnetisches Feld von dem ersten Bohrloch und auf das zweite Bohrloch zu emittiert wird, wobei das erste Bohrloch einen länglichen, leitungsfähigen Körper umfasst; Empfangen des magnetischen Feldes mithilfe der Empfänger, wobei ein Gradientenfeld gemessen wird; und Verwenden des Gradientenfeldes zur Ermittlung einer Distanz zwischen dem ersten und zweiten Bohrloch.
Untertagemessungsanordnung nach Anspruch 16, wobei die Empfänger in eine Richtung parallel zu einer Achse der Bodenlochanordnung axial getrennt sind, sodass das Gradientenfeld in einer axialen Richtung entlang der Bodenlochanordnung gemessen wird.
Untertagemessungsanordnung nach Anspruch 16, weiter umfassend vier Kompensationsempfänger, die entlang der Bodenlochanordnung zwischen den Sendern und Empfängern positioniert sind.
Untertagemessungsanordnung nach Anspruch 18, wobei die Kompensationsempfänger eine entgegengesetzte Polarisierung im Verhältnis zu den Empfängern umfassen.
Untertagemessungsanordnung nach Anspruch 16, wobei die Bodenlochanordnung eine Bohr-, Standleitungs- oder Abholzungsanordnung ist.
Untertagemessungsanordnung nach Anspruch 16, wobei: die Sender in einem nicht-parallelen Verhältnis zueinander entlang der Bodenlochanordnung positioniert sind; die Empfänger axial in einer Richtung getrennt sind, die parallel zu einer Achse der Bodenlochanordnung verläuft; und ein magnetisches Moment der Empfänger in eine Richtung ausgerichtet wird, die diagonal zur Achse der Bodenlochanordnung verläuft.
Untertagemessungsanordnung nach Anspruch 16, wobei sich die magnetischen Momente geometrisch über eine Ebene erstrecken, die diagonal zur Achse des ersten Bohrlochs verläuft.
Untertagemessungsanordnung nach Anspruch 16, wobei die Sender und Empfänger mindestens eine/n von einer Spule, einem Solenoid oder einem Magnetometer umfassen.
Untertagemessungsanordnung nach Anspruch 16, wobei zwei der Empfänger Kompensationsempfänger sind, die zwischen den Sendern und den anderen Empfängern positioniert sind.
Untertagemessungsanordnung nach Anspruch 24, wobei die Kompensationsempfänger dazu verwendet werden, das Gradientenfeld zu messen.
Untertagemessungsanordnung nach Anspruch 16, wobei: die mindestens vier Empfänger zwei Empfängersätze umfassen, die vier Paare magnetischer Dipole aufweisen, wobei die Empfängersätze symmetrisch um eine Achse der Bodenlochanordnung positioniert sind; und die Untertagemessungsanordnung weiter zwei Kompensationsempfänger umfasst, die vier Paare magnetischer Momente aufweisen, wobei die Kompensationsempfänger symmetrisch um die Achse der Bodenlochanordnung zwischen den Sendern und Empfängern positioniert sind.