DE69715411T2 - Elektrische bohrlochmessung einer erdschichtformation - Google Patents

Elektrische bohrlochmessung einer erdschichtformation

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen der elektrischen Leitfähigkeit einer Erdformation, die aus unterschiedlichen Erdschichten gebildet ist, wobei sich ein Bohrloch, das ein Bohrlochfluid enthält, in eine Erdformation hineinerstreckt. Ein solches Verfähren kann auch als Protokollierungsverfahren bezeichnet werden. Genauer bezieht sich die Erfindung auf das Bestimmen der elektrischen Leitfähigkeit ausgewählter Schichten der Erdformation. Die so ermittelten Leitfähigkeiten können dazu verwendet werden, die Zusammensetzungen der einzelnen Schichten zu bestimmen und die Anwesenheit von Fluiden wie Öl, Wasser oder Gas in solchen Schichten zu ermitteln.
  • Im allgemeinen sind kohlenwasserstoffhältige Zonen in geschichteten klastischen Vorräten bestehend aus alternierenden dünnen Schichten von Schiefer und Sand mit Hilfe eines herkömmlichen Induktionsprotokollierungswerkzeuges schwierig zu detektieren. Wenn die Schichten zu dünn sind, um mit dem Induktionsprotokollierungswerkzeug protokolliert zu werden, weil die vertikale Auflösung des Werkzeuges zu gering ist, liest das Werkzeug eine mittlere Leitfähigkeit der Formation. In einem vertikalen Bohrloch liest ein herkömmliches Induktionsprotokollierungswerkzeug mit magnetischen Dipolmomenten in vertikaler Richtung eine mittlere Leitfähigkeit, die eine Kombination der Sand- und Schieferleitfähigkeiten ist, die aber von der verhältnismäßig hohen Leitfähigkeit der Schieferschichten dominiert wird. Ein transversales Induktionsprotokollierungswerkzeug mit magnetischen Dipolmomenten in horizontaler Richtung liest eine mittlere Leitfähigkeit, die von der verhältnismäßig schwachen Leitfähigkeit der kohlenwasserstoffhältigen Sandschichten dominiert wird.
  • Wenn das Volumen von Schiefer/Sand in der Formation bekannt ist, z. B. aus Messungen mit Hilfe eines Gammastrahlenwerkzeuges oder eines nuklearen Werkzeuges, kann eine Kombination aus einem herkömmlichen Induktionsprotokollierungswerkzeug und einem transversalen Induktionsprotokollierungswerkzeug verwendet werden, um die Leitfähigkeiten der einzelnen Schiefer- und Sandschichten zu bestimmen, vorausgesetzt, die Schichten derselben Art haben die gleiche Leitfähigkeit. Die Antwort des transversalen Induktionsprotokollierungswerkzeuges ist jedoch schwierig zu interpretieren, weil seine Antwort von Effekten eines großen Bohrloches und von Effekten einer Bohrlochfluidinvasion beeinträchtigt wird.
  • Ein bekanntes Verfahren zum Reduzieren der Bohrlocheffekte aus der Antwort eines transversalen Induktionsprotokollierungswerkzeuges ist in Tabarovskii et al., 1979, "Radial characteristics of induction focusing probes with transverse detectors in an anisotropic medium", Soviet Geology and Geophysics, 20, Seiten 81-90, beschrieben. Bei den bekannten Verfahren wird ein Induktionsprotokollierungswerkzeug verwendet, welches Werkzeug Magnetfeldsendemittel aufweist, die geeignet sind, um ein magnetisches Feld in der Formation zu induzieren, und Magnetfeldempfangsmittel, die geeignet sind, um Antwortmagnetfelder in unterschiedlichen Abständen von den Sendemitteln zu empfangen und ein Signal zu erzeugen, das für jedes Antwortmagnetfeld repräsentativ ist. Die Protokolle, die erhalten werden, wenn dieses Werkzeug verwendet wird, sind eher "wild" und daher schwer zu interpretieren. Dieses Problem wird noch stärker, wenn das Werkzeug durch eine Folge von Erdschichten hindurchgefahren wird.
  • Die internationale Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer 96/18 120 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen der elektrischen Leitfähigkeit einer Erdformation, die aus unterschiedlichen Erdschichten gebildet ist, welche Erdformation von einem Bohrloch durchdrungen wird, das ein Bohrlochfluid enthält, wobei das Verfahren umfaßt:
  • - Absenken eines Induktionsprotokollierungswerkzeuges in das Bohrloch auf einen Ort, der von einer ausgewählten der Erdschichten umgeben ist, wobei das Werkzeug Magnetfeldsendemittel zum Induzieren von Magnetfeldern unterschiedlicher Frequenzen in der genannten Erdformation und Magnetfeldempfangsmittel zum Empfangen von Antwortmagnetfeldern und zum Erzeugen eines Signales, das für jedes Antwortmagnetfeld repräsentativ ist, aufweist;
  • - Auswählen zumindest zweier der genannten verschiedenen Frequenzen;
  • - für jede ausgewählte Frequenz: Betreiben der Sendemittel, um ein Magnetfeld in der Erdformation zu induzieren, und Betreiben der Empfangsmittel, um ein Signal zu erzeugen, welches für ein Antwortmagnetfeld repräsentativ ist; und
  • - Kombinieren der Signale, um ein kombiniertes Signal mit einer verringerten Abhängigkeit von der elektrischen Leitfähigkeit in dem Bohrlochbereich zu erzeugen, und Bestimmen des spezifischen Widerstandes der Formation aus dem kombinierten Signal.
  • Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen einer charakteristischen Eigenschaft einer Erdschicht einer geschichteten Erdformation zu schaffen, bei welchem eine Protokollantwort erhalten wird, die einfach zu interpretieren ist und eine genaue Angabe der charakteristischen Eigenschaft liefert, sogar wenn die Dicke der einzelnen Erdschichten verhältnismäßig dünn ist. Darüber hinaus ist es wünschenswert, daß die relative Orientierung des Protokollierungswerkzeuges bezüglich der Formationsschichtung bestimmt wird.
  • Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein System zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen.
  • Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Induktionsprotokollierungswerkzeug zur Verwendung in dem Verfahren und System gemäß der Erfindung zu schaffen.
  • Zu diesem Zweck ist das Verfahren zum Bestimmen einer elektrischen Leitfähigkeit einer Erdformation, die aus verschiedenen Erdschichten gebildet ist, welche Erdformation von einem Bohrloch durchdrungen wird, das ein Bohrlochfluid enthält, gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Sendemittel und Empfangsmittel eine Mehrzahl von magnetischen Dipolmomenten in zueinander orthogonalen Richtungen hat, daß zumindest eines der Sende- und Empfangsmittel in den zueinander orthogonalen Richtungen betrieben wird, daß das kombinierte Signal mehrere kombinierte Signale umfaßt, und daß das Verfahren ferner das Bestimmen der relativen Orientierung des Protokollierungswerkzeuges bezüglich der Formationsschichtung aus den mehreren kombinierten Signalen umfaßt.
  • Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein System zum Bestimmen der elektrischen Leitfähigkeit einer Erdformation, die aus verschiedenen Erdschichten gebildet ist, welche Erdformation von einem Bohrloch durchdrungen wird, das ein Bohrlochfluid enthält, welches System umfaßt:
  • - Mittel zum Absenken eines Induktionsprotokollierungswerkzeuges in das Bohrloch bis auf einen Ort, welcher von einer ausgewählten der Erdschichten umgeben ist, wobei das Werkzeug Magnetfeldsendemittel zum Induzieren von Magnetfeldern unterschiedlicher Frequenzen in der Erdformation und Magnetfeldempfangsmittel zum Empfangen von Antwortmal gnetfeldern und zum Erzeugen eines Signales, das für jedes Antwortmagnetfeld repräsentativ ist, aufweist;
  • - Mittel zum Auswählen zumindest zweier der genannten verschiedenen Frequenzen;
  • - Mittel zum Betreiben der Sendemittel, um ein Magnetfeld in der Erdformation zu induzieren, und zum Betreiben der Empfangsmittel, um ein Signal zu erzeugen, das ein Antwortmagnetfeld darstellt, für jede ausgewählte Frequenz; und
  • - Mittel zum Kombinieren der Signale, um ein kombiniertes Signal mit einer verringerten Abhängigkeit von der elektrischen Leitfähigkeit in dem Bohrlochbereich zu erzeugen, und zum Bestimmen des spezifischen Formationswiderstandes aus dem kombinierten Signal,
  • dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Sende- und Empfangsmittel mehrere magnetische Dipolmomente in zueinander orthogonalen Richtungen hat, wobei das zumindest eine Mittel der Sende- und Empfangsmittel in den zueinander orthogonalen Richtungen betrieben wird, und daß das System ferner Mittel zum Bestimmen der relativen Orientierung des Protokollierungswerkzeuges bezüglich der Formationsschichtung aus dem kombinierten Signal umfaßt, welches mehrere kombinierte Signale umfaßt.
  • Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Induktionsprotokollierungswerkzeug zur Verwendung bei dem Verfahren und dem System.
  • Um einen Einfluß von nebeneinanderliegenden Schichten zu reduzieren, sind die Empfangsmittel bevorzugt geeignet, Empfangsmagnetfelder in verschiedenen Abständen von den Sendemitteln zu empfangen, wobei zumindest zwei der genannten verschiedenen Abstände ausgewählt werden, und wobei die Sendemittel und die Empfangsmittel für verschiedene Kombinationen der ausgewählten Frequenzen und ausgewählten Abstände betrieben werden und die Signale ferner so kombiniert werden, daß das kombinierte Signal eine verringerte Abhängigkeit von der elektrischen Leitfähigkeit einer Erdschicht neben der ausgewählten Erdschicht hat.
  • Die Reihenentwicklung enthält einen Term, der nicht-linear in der Frequenz ist und hauptsächlich von der Leitfähigkeit der benachbarten Schicht(en) bestimmt wird. Durch Kombinieren der Gleichungen in der Weise, daß aus jeder Gleichung der dominante Term, der in der Frequenz nicht-linear ist, eliminiert, wird, wird eine resultierende Gleichung erhalten, aus welcher der Einfluß des Bohrlochbereiches und der benachbarten Schicht(en) praktisch eliminiert ist. Es wurde gefunden, daß die Signale in den Empfangsmitteln nur schwach von dem Abstand zwischen den Sendemitteln und Empfangsmitteln abhängen, welcher Abstand anschließend als Werkzeugsabstand bezeichnet wird. Die Reihenentwicklungen der Signale sind daher auch nicht signifikant von dem Werkzeugabstand abhängig.
  • Bevorzugt besitzt jedes der Sende- und Empfangsmittel mehrere magnetische Dipolmomente in zueinander orthogonalen Richtungen, wobei jedes der Sende- und Empfangsmittel in den genannten zueinander orthogonalen Richtungen betrieben wird.
  • Geeigneterweise besitzt jedes der Sende- und Empfangsmittel drei magnetische Dipolmomente in drei orthogonalen Richtungen, wobei jedes der Sende- und Empfangsmittel in den genannten drei zueinander orthogonalen Richtungen betrieben wird.
  • Die UK-Patentanmeldung Veröffentlichungsnummer GB 2 066 475 A offenbart ein Induktionsprotokollierungswerkzeug, das mit einer Sendespulenanordnung und einer Emgfangsspulenanordnung ausgestattet ist, welche jeweils drei orthogonale Spulen umfassen, und mit Sende- und Empfangssteuerungsmitteln. Im normalen Betrieb des bekannten Protokollierungswerkzeuges wird die Richtung des gesamten magnetischen Momentes der Sendespulenanordnung abhängig von Messungen gesteuert, bei denen spezielle Meßrichtungen der Empfangsspulenanordnung verwendet werden, um den Neigungswinkel und Azimut des Gesamtmagnetmomentes an den Neigungswinkel und Azimut einer Diskontinuität, wie einer Formationsbettungsebene oder einem Bruch, anzupassen.
  • Die französische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer FR 2 633 971 offenbart ein Induktionsprotokollierungswerkzeug zum Bestimmen der Neigung und des Azimuts einer dünnen Diskontinuitätsschicht in einer homogenen Formation, z. B. eines isolierten Bruches oder einer Fehlerstelle. Das Protokollierungswerkzeug umfaßt drei orthogonale Sendespulen und drei orthogonale Empfangsspulen, die in Längsrichtung von den Sendespulen versetzt sind. Die Neigung und der Azimut der Diskontinuitätsschicht werden aus Messungen unter Verwendung verschiedener Kombinationen von Sende- und Empfangsspulen bestimmt, wobei die Diskontinuitätsschicht zwischen den Sende- und Empfangsspulen liegt.
  • Die Erfindung wird nachstehend ausführlicher anhand eines Beispieles unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • Fig. 1 schematisch ein Bohrloch zeigt, das sich in eine geschichtete Erdformation hineinerstreckt, in welches Bohrloch ein Induktionsprotokollierungswerkzeug, wie es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird, abgesenkt worden ist.
  • Fig. 2 zeigt das Bohrloch von Fig. 1, in welches Bohrloch ein alternatives Induktionsprotokollierungswerkzeug abgesenkt worden ist, wie es bei dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendet wird.
  • Das Bohrloch 1 in Fig. 1 erstreckt sich in eine Erdformation hinein, welche eine kohlenwasserstoffhältige Sandschicht 3 enthält, die zwischen einer oberen Schieferschicht 5 und einer unteren Schieferschicht 7 liegt, wobei die Schieferschichten 5, 7 eine höhere Leitfähigkeit haben als die kohlenwasserstoffhältige Sandschicht 3. Ein Induktionsprotokollierungswerkzeug 9, das bei der. Ausführung der Erfindung verwendet wird, ist in das Bohrloch 1 über einen Kabelstrang 11 abgesenkt worden, der sich durch eine Einrichtung 13 zur Verhinderung eines Blowouts (schematisch gezeigt) hindurcherstreckt, welcher an der Erdoberfläche 15 liegt. Die relative Orientierung des Bohrloches 1 und des Protokollierungswerkzeuges 9 bezüglich der Schichten 3, 5, 7 wird durch zwei Winkel bestimmt, von denen einer (θ) in der Figur gezeigt ist. Das Protokollierungswerkzeug 9 ist mit einem Satz von Sendespulen 18 und einem Satz von Empfangsspulen 19 ausgestattet, wobei jeder Satz von Spulen 18, 19 mit der Oberflächenausrüstung 22 über geeignete Leitungen (nicht gezeigt) verbunden ist, die entlang des Kabelstranges 11 verlaufen. Die Oberflächenausrüstung 22 umfaßt eine elektrische Stromversorgung zur Zufuhr von elektrischer Energie zu dem Satz von Spulen 18 und einen Signalprozessor zum Empfang und zur Verarbeitung von elektrischen Signalen aus den Empfangsspulen 19.
  • Jeder Satz von Spulen 18, 19 umfaßt drei Spulen (nicht gezeigt), die so angeordnet sind, daß der Satz 3 magnetische Dipolmomente in zueinander orthogonalen Richtungen hat, d. h. in den x-, y- und z-Richtungen. Somit hat der Satz von Spulen 18 magnetische Dipolmomente 26a, 26b, 26c und der Satz von Spulen 19 magnetische Dipolmomente 28a, 28b, 28c. Die Spulen mit den magnetischen Dipolmomenten 26a und 28a sind transversale bzw. querverlaufende Spulen, d. h. so orientiert, daß die magnetischen Dipolmomente senkrecht zur Bohrlochachse liegen, wobei die Richtung des magnetischen Dipolmomentes 28a entgegengesetzt zu der Richtung des magnetischen Dipolmomentes 26a ist. Ferner liegt der Satz von Spulen 18, 19 im wesentlichen entlang der Längsachse des Protokollierungswerkzeuges 9.
  • Zur Vereinfachung wird der normale Betrieb des Werkzeuges 9 nachstehend nur für die Spulen mit Dipolmomenten in der x-Richtung beschrieben, d. h. die Dipolmomente 26a, 28a.
  • Im normalen Betrieb wird ein Wechselstrom mit einer Frequenz f&sub1; von der elektrischen Stromversorgung der Oberflächenausrüstung 22 dem Sendespulensatz 18 zugeführt, so daß ein Magnetfeld mit einem magnetischen Dipolmoment 26a in der Formation induziert wird. Dieses Magnetfeld erstreckt sich in die Sandschicht 3 hinein und induziert dadurch einen Strom in der Sandschicht 3, welcher Strom sich aus einer Anzahl von lokalen Wirbelströmen zusammensetzt. Die Größe eines solchen lokalen Wirbelstromes hängt von seinem Ort relativ zu dem Sendespulensatz 18 ab, der Leitfähigkeit der Erdformation an dem genannten Ort und der Frequenz, bei welcher der Sendespulensatz 18 arbeitet. Im Prinzip wirken die lokalen Wirbelströme als eine Quelle, welche wieder neue Wirbelströme induziert, die wieder weitere neue Ströme induzieren, usw. Der in der Sandschicht 3 induzierte Strom induziert ein Reaktions- bzw. Antwortmagnetfeld, welches außer Phase mit dem induzierten Magnetfeld ist und einen Antwortstrom in dem Empfangsspulensatz 19 induziert. Weil die Größe des in der Sandschicht 3 induzierten Stromes von der Leitfähigkeit der Sandschicht 3 abhängt, hängt die Größe des Antwortstromes in dem Empfangsspulensatz 10 ebenfalls von dieser Leitfähigkeit ab und stellt daher eine Angabe über die Leitfähigkeit der Sandschicht 3 dar. Das von dem Sendespulensatz 18 erzeugte Magnetfeld verläuft jedoch nicht nur in die Sandschicht 3 hinein, sondern auch in das Bohrlochfluid und in die Sandschichten 5, 7, so daß Ströme in dem Bohrlochfluid und den Schieferschichten 5, 7 induziert werden, welche zu zusätzlichen Komponenten in dem Antwortstrom in dem Empfangsspulensatz 19 führen. Diese zusätzlichen Komponenten können linear von der Frequenz abhängig sein, bei welcher der Sendespulensatz 18 arbeitet, oder können proportional zu Termen höherer Ordnung in der Frequenz sein. Im allgemeinen werden die Terme höherer Ordnung dominant, wenn das Volumen des Bohrloches. 1 verhältnismäßig groß ist, und/oder wenn die Frequenz oder die Leitfähigkeit verhältnismäßig groß ist. Wenn dies nicht der Fall ist, bildet der dominante Beitrag des Bohrlochfluids zu der Gesamtantwort im Empfangsspulensatz 19 die in der Frequenz lineare Komponente.
  • Das Antwortmagnetfeld h(f&sub1;), welches vom Empfangsspulensatz 19 empfangen wird, kann als eine Reihenentwicklung in der Frequenz geschrieben werden:
  • h(f&sub1;) = f&sub1;h&sub1; + f&sub1;3/2h&sub2; + f&sub1;²h&sub3; + ... (1),
  • wobei h&sub1;, h&sub2;, h&sub3; die Reihenentwicklungsterme des Antwortmagnetfeldes h(f) sind.
  • Die Komponente f&sub1;h&sub1; ist im wesentlichen von der Leitfähigkeit im Bohrlochbereich abhängig, d. h. dieser Term hängt hauptsächlich von der Leitfähigkeit des Bohrlochfluids ab.
  • Als nächstes wird von der elektrischen Stromversorgung ein Wechselstrom mit einer Frequenz f&sub2; der Oberflächenausrüstung 22 im Sendespulensatz 18 so zugeführt, daß ein Magnetfeld der Frequenz f&sub2; in der Formation induziert wird, wobei die Frequenz f&sub2; geeignet verschieden von f&sub1; gewählt wird. In gleicher Weise wie das Magnetfeld der Frequenz f&sub1; induziert das Magnetfeld der Frequenz f&sub2; einen Strom in den Schichten 3, 5, 7, welcher Strom ein Antwortmagnetfeld in der Formation induziert, welches Antwortmagnetfeld einen Antwortstrom in dem Empfangsspülensatz 19 induziert. Das vom Empfangsspulensatz 19 empfangene Antwortmagnetfeld kann als Reihenentwicklung in der Frequenz geschrieben werden:
  • h(f&sub2;) = f&sub2;h&sub1; + f&sub2;3/2h&sub2; + f&sub2;²h³ + ... (2)
  • Die Komponente f&sub2;h&sub1; im Ausdruck (2) hängt hauptsächlich von der Leitfähigkeit im Bohrlochbereich ab.
  • Durch Kombinieren der Gleichungen (1) und (2) in geeigneter Weise können die Komponenten f&sub1;h&sub1; und f&sub2;h&sub1; eliminiert werden, wodurch der resultierende Ausdruck ist:
  • h(f&sub1;, f&sub2;) = h(f&sub1;) - (f&sub1;/f&sub2;)h(f&sub2;) (3)
  • Auf diese Weise werden die in der Frequenz linearen Terme eliminiert und dadurch wird der Einfluß des Bohrlochbereiches in dem Ausdruck (3) im wesentlichen eliminiert.
  • Um die relative Orientierung des Protokollierungswerkzeuges bezüglich der Formationsschichtung zu berücksichtigen und zu bestimmen, wird das oben beschriebene Verfahren für die Spulen mit den magnetischen Dipolrichtungen in den y- bzw. z-Richtungen wiederholt. Beispielsweise wird, wenn der Spulensatz 18 in Betrieb ist, um das Magnetfeld mit dem magnetischen Dipolmoment 26a zu erzeugen, das Antwortmagnetfeld mit dem Spulensatz 19 entlang der magnetischen Dipolmomente 28b und 28c gemessen. In gleicher Weise wird, wenn der Spulensatz 18 betrieben wird, um ein Magnetfeld mit dem magnetischen Dipolmoment 26b oder 26c zu erzeugen, das Antwortmagnetfeld ebenfalls mit dem Spulensatz 19 entlang der magnetischen Dipolmomente 28a, 28b bzw. 28c gemessen, usw. Auf diese Weise werden mehrere Sätze von Gleichungen (1)-(3) erhalten, aus denen die relative Orientierung bestimmt werden kann.
  • Fig. 2 zeigt schematisch dasselbe Bohrloch wie in Fig. 1 gezeigt, in welches Bohrloch ein alternatives Induktionsprotokollierungswerkzeug abgesenkt worden ist, wie es bei dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendet wird. Das alternative Protokollierungswerkzeug 9a ist mit zwei Sätzen von Sendespulen 17, 18 und zwei Sätzen von Empfangsspulen 19, 20 ausgestattet, wobei jeder Satz von Spulen 17, 18, 19, 20 an die Oberflächenausrüstung 22 über geeignete Leiter (nicht gezeigt) angeschlossen ist, welche entlang des Kabelstranges 11 verlaufen.
  • In gleicher Weise wie bei dem Werkzeug von Fig. 1 weist jeder Satz von Spulen 17, 18, 19, 20 drei Spulen (nicht gezeigt) auf, die so angeordnet sind, daß der Satz drei magnetische Dipolmomente in zueinander orthogonalen Richtungen hat, d. h. in x-, y- und z-Richtungen. Somit hat der Satz von Spulen 17 magnetische Dipolmomente 24a, 24b, 24c; der Satz von Spulen 18 magnetische Dipolmomente 26a, 26b, 26c; der Satz von Spulen 19 magnetische Dipolmomente 28a, 28b, 28c; und der Satz von Spulen 20 magnetische Dipolmomente 30a, 30b, 30c. Das Paar von Spulensätzen 17, 20 und das Paar von Spulensätzen 18, 19 haben einen gemeinsamen Mittelpunkt, der als jener Punkt definiert ist, welcher auf halbem Abstand zwischen den Spulensätzen eines solchen Paares liegt. Der Abstand zwischen den Spulensätzen eines solchen Paares wird nachstehend als Werkzeugabstand bezeichnet. Der Werkzeugabstand des Paares von Spulensätzen 17, 20 ist L&sub1; und der Werkzeugabstand des Paares von Spulensätzen 18, 19 ist L&sub2;, wobei L&sub1; > L&sub2;.
  • Der normale Betrieb des Werkzeuges 9a ist weitgehend ähnlich dem normalen Betrieb des Werkzeuges 9 von Fig. 1, mit Ausnahme der folgenden zusätzlichen Schritte. Nachdem die in der Frequenz linearen Terme wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben eliminiert worden sind, verwendet die vorliegende Erfindung die weitere Erkenntnis, daß die Ausdrücke proportional zu f3/2 praktisch unabhängig vom Werkzeugabstand sind und daß die vertikale Auflösung der frequenzfokussierten Antwort verbessert werden kann, indem die gesonderten Antworten der beiden frequenzfökussierten Sende/Empfangs-Paare mit unterschiedlichen Werkzeugabständen kombiniert werden. Auf diese Weise können die Terme proportional zu f3/2 aufgehoben werden. Wenn die angewandten Frequenzen so gewählt werden, daß sie für beide Sende/Empfangs-Paare gleich sind, kann dieses Aufheben geeigneterweise erreicht werden, indem dieselben magnetischen Dipolmomente für die Sendespulensätze 17, 18 verwendet werden, aber entgegengesetzte magnetische Dipolmomente für die Empfangsspulensätze 19, 20. Alternativ können verschiedene Frequenzpaare für die Sende/Empfangs-Paare verwendet werden.
  • Demgemäß wird in einem nächsten Schritt der Sendespulensatz 17 verwendet, um ein Magnetfeld und ein korrespondierendes Stromfeld in der Formation zu induzieren, und der Empfangsspulensatz 20 wird dazu verwendet, ein Signal zu erzeugen, welches für das Antwortmagnetfeld kennzeichnend ist. Der dem Sendespulensatz 17 zugeführte Wechselstrom hat die Frequenz f&sub1;, d. h. dieselbe Stromfrequenz wie zuvor dem Sendespulensatz 18 zugeführt. Das Antwortmagnetfeld h' kann in einer Reihenentwicklung ähnlich der Gleichung (1) geschrieben werden, welche Reihenentwicklung eine Komponente f&sub1;h'&sub1; enthält, die hauptsächlich von der Leitfähigkeit im Bohrlochbereich abhängt, und eine Komponente f&sub1;3/2h'&sub2;, die hauptsächlich von der Leitfähigkeit der Schieferschichten 5, 7 abhängt. Als nächstes wird ein Wechselstrom mit der Frequenz f&sub2; dem Sendespulensatz 17 zugeführt, d. h. mit derselben Stromfrequenz wie zuvor dem Sendespulensatz 18. Das Antwortmagnetfeld h' kann in einer Reihenentwicklung ähnlich der Gleichung (2) geschrieben werden, welche Reihenentwicklung eine Komponente f&sub2;h'&sub1; enthält, die hauptsächlich von der Leitfähigkeit im Bohrlochbereich abhängt, und eine Komponente f&sub2;3/2h'&sub2;, die hauptsächlich von der Leitfähigkeit der Schieferschichten 5, 7 abhängt. Durch Kombinieren dieser Reihenentwicklungen in einer Art und Weise ähnlich der unter Bezugnahme auf die Gleichungen (1) und (2) beschriebenen können die in der Frequenz linearen Terme eliminiert werden, wodurch man zu der folgenden Gleichung gelangt:
  • h'(f&sub1;, f&sub2;) = h'(f&sub1;) - (f&sub1;/f&sub2;)h'(f&sub2;) (4)
  • Durch Kombinieren der Gleichungen (3) und (4), können nun die Komponenten mit den Termen f&sub1;3/2 und f&sub2;3/2 eliminiert werden, so daß ein resultierender Ausdruck erhalten wird, aus dem der Einfluß der Leitfähigkeit in dem Bohrlochbereich und die Leitfähigkeit der Schieferschichten 5, 7 praktisch eliminiert sind.
  • Dieser resultierende Ausdruck wird in Form eines kombinierten Signales der Oberflächenausrüstung 22 zur Verfügung gestellt.
  • Aus dem Obenstehenden kann geschlossen werden, daß aus einer Kombination von unterschiedlichen Frequenzen und verschiedenen Werkzeugabständen ein Signal, welches die Leitfähigkeit einer ausgewählten Erdschicht repräsentiert, erzeugt werden kann, aus welchem Signal die Einflüsse des Bohrlochbereiches und der angrenzenden Erdschichten praktisch eliminiert sind.
  • Um die relative Orientierung des Werkzeuges bezüglich der Formationsschichtung zu berücksichtigen und zu bestimmen, wird das Verfahren für die Spulen mit den magnetischen Dipolrichtungen in den y- bzw. z-Richtungen wiederholt.
  • Anstatt daß die magnetischen Dipolmomente jedes Satzes von Spulen auf derselben Tiefe liegen (d. h. in der z-Richtung), können solche magnetischen Dipolmomente alternativ auf unterschiedlichen Tiefen angeordnet werden, so daß die Größe der einzelnen Spulen jedes Satzes berücksichtigt werden kann. Auf diese Weise können mehrere Sätze von Gleichungen (1)-(4) erhalten werden, aus welchen die relative Orientierung bestimmt werden kann, wobei jeder Satz von Gleichungen ein kombiniertes Signal gibt.

Claims (6)

1. Verfahren zum Bestimmen einer elektrischen Leitfähigkeit einer Erdformation, die aus verschiedenen Erdschichten (3, 5, 7) gebildet ist, welche Erdformation von einem Bohrloch (1) durchdrungen ist, das ein Bohrlochfluid enthält, wobei das Verfahren umfaßt:
- Absenken eines Induktionsprotokollierungswerkzeuges (9) in das Bohrloch (1) auf einen Ort, der von einer ausgewählten der Erdschichten (3) umgeben ist, wobei das Werkzeug Magnetfeldsendemittel (18) zum Induzieren von Magnetfeldern unterschiedlicher Frequenzen in der genannten Erdformation und Magnetfeldempfangsmittel (19) zum Empfangen von Antwortmagnetfeldern und zum Erzeugen eines Signales, das für jedes Antwortmagnetfeld repräsentativ ist, aufweist;
- Auswählen zumindest zweier der genannten verschiedenen Frequenzen;
- für jede ausgewählte Frequenz: Betreiben der Sendemittel (18), um ein Magnetfeld in der Erdformation zu induzieren, und Betreiben der Empfangsmittel (19), um ein Signal zu erzeugen, welches für ein Antwortmagnetfeld repräsentativ ist; und
- Kombinieren der Signale, um ein kombiniertes Signal mit einer verringerten Abhängigkeit von der elektrischen Leitfähigkeit in dem Bohrlochbereich zu erzeugen, und Bestimmen des spezifischen Widerstandes der Formation aus dem kombinierten Signal,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Sendemittel (18) und Empfangsmittel (19) eine Mehrzahl von magnetischen Dipolmomenten (26a; 26b, 26c, 28a, 28b, 28c) in zueinander orthogonalen Richtungen hat, daß zumindest eines der Sende- und Empfangsmittel in den zueinander orthogonalen Richtungen betrieben wird, daß das kombinierte Signal mehrere kombinierte Signale umfaßt, und daß das Verfahren ferner das Bestimmen der relativen Orientierung des Protokollierungswerkzeuges (9) bezüglich der. Formationsschichtung aus den mehreren kombinierten Signalen umfaßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Empfangsmittel (19) geeignet sind, Antwortmagnetfelder in unterschiedlichen Abständen von den Sendemitteln (18) zu empfangen, wobei zumindest zwei der genannten verschiedenen Abstände ausgewählt werden, wobei die Sendemittel (18) und die Empfangsmittel (19) mit unterschiedlichen Kombinationen der ausgewählten Frequenzen und ausgewählten Abständen betrieben werden und wobei die Signale so kombiniert werden, daß das kombinierte Signal eine verringerte Abhängigkeit von der elektrischen Leitfähigkeit einer Erdschicht (5, 7) neben der ausgewählten Erdschicht (3) hat.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem jedes der Sendemittel (18) und Empfangsmittel (19) mehrere magnetische Dipolmomente (26a, 26b, 2Gc, 28a, 28b, 28c) in zueinander orthogonalen Richtungen hat und wobei jedes der Sende- und Empfangsmittel in den genannten zueinander orthogonalen Richtungen betrieben wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem jedes der Sendemittel (18) und Empfangsmittel (19) drei magnetische Dipolmomente (26a, 26b, 26c, 28a, 28b, 28c) in drei orthogonalen Richtungen hat und wobei jedes der Sende- und Empfangsmittel in den genannten drei zueinander orthogonalen Richtungen betrieben wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei welchem jedes Signal eine Komponente enthält, die eine lineare Funktion der Frequenz des Antwortmagnetfeldes ist und im wesentlichen von der Leitfähigkeit im Bohrlochbereich abhängt, und eine Komponente, die eine nicht-lineare Funktion der Frequenz des Antwortmagnetfeldes ist und im wesentlichen von der Leitfähigkeit der genannten benachbarten Erdschicht (5, 7) abhängt, und wobei die Linearkomponente aus dem kombinierten Signal eliminiert wird, bevor die nicht-lineare Komponente aus dem kombinierten Signal eliminiert wird.
6. System zum Bestimmen der elektrischen Leitfähigkeit einer Erdformation, die aus verschiedenen Erdschichten (3, 5, 7) gebildet ist, welche Erdformation von einem Bohrloch (10) durchdrungen wird, das ein Bohrlochfluid enthält, welches System umfaßt:
- Mittel zum Absenken eines Induktionsprotokollierungswerkzeuges (9) in das Bohrloch (I) bis auf einen Ort, welcher von einer ausgewählten der Erdschichten umgeben ist, wobei das Werkzeug Magnetfeldsendemittel (18) zum Induzieren von Magnetfeldern unterschiedlicher Frequenzen in der Erdformation und Magnetfeldempfangsmittel (19) zum Empfangen von Antwortmagnetfeldern und zum Erzeugen eines Signales, das für jedes Antwortmagnetfeld repräsentativ ist, aufweist;
- Mittel zum Auswählen zumindest zweier der genannten verschiedenen Frequenzen;
- Mittel zum Betreiben der Sendemittel (18), um ein Magnetfeld in der Erdformation zu induzieren, und zum Betreiben der Empfangsmittel (19), um ein Signal zu erzeugen, das ein Antwortmagnetfeld darstellt, für jede ausgewählte Frequenz; und
- Mittel zum Kombinieren der Signale, um ein kombiniertes Signal mit einer verringerten Abhängigkeit von der elektrischen Leitfähigkeit in dem Bohrlochbereich zu erzeugen, und zum Bestimmen des spezifischen Formationswiderstandes aus dem kombinierten Signal,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Sende- (18) und Empfangsmittel (19) mehrere magnetische Dipolmomente (26a, 26b, 26c, 28a, 28b, 28c) in zueinander orthogonalen Richtungen hat, wobei das zumindest eine Mittel der Sende- und Empfangsmittel in den zueinander orthogonalen Richtungen betrieben wird, und daß das System ferner Mittel zum Bestimmen der relativen Orientierung des Protokollierungswerkzeuges (9) bezüglich der Formationsschichtung aus dem kombinierten Signal umfaßt, welches mehrere kombinierte Signale umfaßt.
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