-
Diese
Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Bohrlochmessung und insbesondere
auf Bohrlochmesstechniken und Bohrlochmessvorrichtungen zum Bestimmen
von Formationseigenschaften einschließlich der Eigenschaften der
Zone, in die Formationsfluide eingedrungen sind, und der nicht durchdrungenen
Formationen. Die Erfindung findet allgemeine Anwendung in der Bohrlochmesstechnik,
jedoch ist sie beim Protokollieren während des Bohrens (logging-while-drilling) besonders
nützlich.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Eine
Technik, die zum Bewerten von Formationen, die ein Erdbohrloch umgeben,
gewöhnlich
angewandt wird, ist die Messung des spezifischen elektrischen Widerstands.
Poröse
Formationen mit einem hohen spezifischen elektrischen Widerstand
geben im Allgemeinen das Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen an,
während
Formationen mit einem niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand
im Allgemeinen mit Wasser gesättigt
sind. Jedoch kann der Bereich, der das Bohrloch unmittelbar umgibt,
von Bohrlochfluid oder Schlammfiltrat durchsetzt sein und einen
anderen spezifischen elektrischen Widerstand als die jungfräuliche Formation
besitzen. Wenn eine Leitwertmessvorrichtung nur eine radiale Untersuchungstiefe
besitzt, ergibt sich eine begrenzte Fähigkeit, den spezifischen elektrischen
Widerstand bzw. Leitwert aller interessierenden Zonen zu messen,
wobei es schwierig sein kann, zu bestimmen, ob der gemessene spezifische
elektrische Widerstand die durchdrungene bzw. gefüllte Zone,
die jungfräuliche
Zone oder eine Kombination der zwei Zonen repräsentiert. Wenn die Leitwertmessvorrichtung
jedoch mehrere radiale Untersuchungstiefen besitzt, besteht eine
größere Flexibilität. Neben
dem Vorteil, beispielsweise einen oberflächlichen Messwert und einen
individuellen Tiefenmesswert zu haben, kann die Kombination der
beiden zusätzliche
Informationen wie etwa das Ausmaß der Durchdringung bzw. Befüllung liefern.
Es ist außerdem
möglich,
zwei oder mehr Messwerte, beispielsweise einen oberflächlichen Messwert
und einen tieferen Messwert, zu kombinieren, um einen besseren Schätzwert des
wahren spezifischen elektrischen Widerstands der Formation zu berechnen.
Ein weiterer verwandter Faktor, der weiter unten besprochen wird,
ist die Auswirkung des Bohrlochs selbst auf die Messwerte.
-
Drahtleitungs-(Wireline)-Leitwertmesswerkzeuge
sind seit langem mit zwei oder mehr radialen Untersuchungstiefen
vorgesehen worden. Herkömmliche
Drahtleitungs-Leitwertmesswerkzeuge erreichen typischerweise zwei
Untersuchungstiefen, indem sie eine kurze und eine lange vertikale
Gruppe von Elektroden oder Spulen verwenden. Im Allgemeinen verschafft
eine lange vertikale Gruppe eine größere radiale Untersuchungstiefe
als eine kurze vertikale Gruppe. In jüngster Zeit sind, wie augenblicklich im
Gespräch
ist, Werkzeuge für
das Protokollieren während
des Bohrens mit mehreren radialen Untersuchungstiefen bereitgestellt
worden.
-
Ein
Typ einer Bohrlochmessung, die hier von Interesse ist, ist die so
genannte Protokollierung bzw. Messung durch elektromagnetische Ausbreitung,
die zum Messen des spezifischen elektrischen Widerstands der ein
Bohrloch umgebenden Formation verwendet werden kann. Beispielsweise
beschreibt das Patent
US 3,551,797 eine
Technik, bei der elektromagnetische Energie in die Formation übertragen
wird und die Energie, die zum Bohrloch zurückkehrt, an einem Empfängerpaar
gemessen wird, um die Dämpfung
und/oder die Phasenverschiebung der Ausbreitung elektromagnetischer
Energie in die Formation zu bestimmen. Um verschiedene radiale Untersuchungstiefen
zu erhalten, kann mehr als ein vertikaler Abstand zwischen einem
Sender und verschiedenen Empfängerpaaren
verwendet werden. Beispielsweise kann ein Empfängerpaar relativ nahe beim
Sender dazu verwendet werden, Dämpfungs-
und/oder Phasenverschiebungsinformationen zu erlangen, aus denen
die Eigenschaften der durchdrungenen Zone bestimmt werden, während Messwerte
der Dämpfung und/oder
der Phasenverschiebung von einem von dem Sender relativ weit entfernten
Empfängerpaar dazu
verwendet werden können,
die Eigenschaften der tieferen, nicht durchdrungenen Formationen
zu erhalten. Entweder die Dämpfung
oder die Phasenverschiebung können
dazu verwendet werden, einen Volumenwert der elektromagnetischen
Eindringtiefe für
die Formation zu bestimmen, wobei die Volumenleitfähigkeit
dann aus der elektromagnetischen Eindringtiefe bestimmbar ist.
-
Auf
dem Fachgebiet gibt es noch verschiedene weitere Techniken zur Verwendung
mehrerer Sender und/oder Empfänger,
um den spezifischen elektrischen Widerstand in mehreren Untersuchungstiefen
zu untersuchen.
-
In
dem Patent
US 4,899,112 ist
eine Mess- bzw. Protokollierungsvorrichtung zum Bestimmen des spezifischen
elektrischen Widerstands von Formationen in zwei verschiedenen radialen
Untersuchungstiefen unter Verwendung von an einem einzigen Empfängerpaar
empfangenen Signalen offenbart. Der spezifische elektrische Widerstand
von Formationen in einer relativ geringen Untersuchungstiefe um
das Empfängerpaar
wird als Funktion der an dem Empfängerpaar gemessenen Phasenverschiebung
ermittelt, während
der spezifische elektrische Widerstand von Formationen in einer
relativ tiefen Untersuchungstiefe um das Empfängerpaar als Funktion der an
dem Empfängerpaar
gemessenen Dämpfung
ermittelt wird. Die Vorrichtung ist besonders vorteilhaft für das Protokollieren
während
des Bohrens, wo es wünschenswert
ist, den spezifischen elektrischen Widerstand in mehreren Untersuchungstiefen
zu erhalten und dabei die Länge
und Komplexität
der Protokollierungsvorrichtung klein zu halten. Das '112-Patent offenbart
außerdem
eine sogenannte bohrlochkompensierte Ausführungsform, bei der das Empfängerpaar
zwischen einem Paar von Sendeantennen, die abwechselnd gespeist
werden können,
angeordnet und von diesen gleich beabstandet ist. Die an dem Empfängerpaar
empfangenen Signale können
gemittelt werden, um bohrlochkompensierte Signale, d. h. Signale,
aus denen (1) der Drift von elektronischen Komponenten und (2) die
Bohrlochrauhigkeit durch Aufhebung reduziert oder beseitigt sind,
zu erhalten.
-
Das
Patent
US 4,899,112 offenbart
außerdem,
dass das Phasenverschiebungsungleichgewicht (die Differenz der Phasenverschiebung
für sich aufwärts und
für sich
abwärts
ausbreitende Signale) und/oder das Dämpfungsungleichgewicht (die
Differenz der Dämpfung
für sich
aufwärts
und für
sich abwärts
ausbreitende Signale) dazu verwendet werden können, um ein differentielles
Bohrlochkaliber und in manchen Fällen
ein Bohrlochkaliber zu erhalten. Das '112-Patent gibt ferner an, dass ein
mathematisches Modell verwendet werden könnte, um das Phasenverschiebungsungleichgewicht
und das Amplitudenungleichgewicht auf die Änderung des Bohrlochdurchmessers
zu beziehen, und dass beispielsweise die spezifische Geometrie des
Werkzeugs, die Größe und die
Form des Bohrlochs und die Eigenschaften des Schlamms und der Formation
in das mathematische Modell sowie in eine Nachschlagtabelle aufgenommen
werden können.
Das '112-Patent
merkt außerdem
an, dass auch eine Kaliber-Nachschlagtabelle erzeugt werden kann,
indem ein Versuch durchgeführt
wird, bei dem das Phasenverschiebungsungleichgewicht und das Dämpfungsungleichgewicht gemessen
werden, während
das Werkzeug durch ein Bohrloch mit einem abgestuften Durchmesser
bewegt wird.
-
Dem
in dem Patent
US 4,899,112 beschriebenen
Typ einer Protokollierungsvorrichtung können ein oder mehrere zusätzliche
Sender mit verschiedenen Abständen
hinzugefügt
werden, um weitere Untersuchungstiefen zu erreichen. In dem Patent
US 5,594,343 ist eine Protokollierungsvorrichtung
offenbart, die beim Protokollieren während des Bohrens verwendet
werden kann und die drei oder mehr Sendeantennen und ein Paar Empfangsantennen
besitzt. (Siehe auch "New
2-MHz Multiarray Borehole-Compensated Resistivity Tool Developed
for MWD in Slim Holes",
von S.D. Bonner u. a., SPE Paper 30547, SPE Annual Technical Conference & Exhibition, Dallas,
Texas, U.S.A., 22.-25. Oktober 1995.) In einer offenbarten Ausführungsform
des zitierten '343-Patents
gibt es fünf
Sender, d. h. eine fünfte, eine
dritte, eine erste, eine zweite und eine vierte Sendeantenne, die
in der angeführten
Reihenfolge longitudinal beabstandet an einer Protokollierungsvorrichtung
angeordnet sind. Ein Paar von longitudinal beabstandeten Empfangsantennen
ist zwischen der ersten und zweiten Sendeantenne angeordnet. Die
fünfte,
die dritte, die erste, die zweite und die vierte Sendeantenne sind
um einen fünften,
einen dritten, einen ersten, einen zweiten bzw. einen vierten Abstand
von dem Mittelpunkt zwischen dem Empfängerpaar getrennt, wobei der
fünfte,
der dritte, der erste, der zweite und der vierte Abstand jeweils
unterschiedlich sind. Die Sendeantennen können einzeln gespeist werden, wobei
die Konfiguration die Vorteile einer Bohrlochkompensation bieten
kann, ohne für jeden
Sender-Empfängerpaar-Abstand
einen "gleichen
und entgegengesetzten" Sender
mit demselben Abstand auf der anderen Seite des Empfängerpaars haben
zu müssen.
-
Der
einschlägige
Stand der Technik lässt sich
auch in
WO 9524663 finden.
-
Die
Geometrie des Bohrlochs und die Eigenschaften des Bohrlochfluids
(hier auch Schlamm genannt) können
bei der Bestimmung des spezifischen elektrischen Widerstands der
Formation wichtig sein, da eine Korrektur der Auswirkung des Bohrlochfluids auf
die elektromagnetische Energie, die beim Messen von Formationseigenschaften
verwendet wird, vorgenommen werden sollte. Der spezifische elektrische
Widerstand des Schlamms kann außerhalb
des Bohrlochs mit hinreichender Genauigkeit gemessen werden, jedoch
kann der spezifische elektrische Widerstand des Schlamms im Bohrloch
durch verschiedene Faktoren einschließlich der Temperatur und der Vermischung
des Schlamms mit Formationsfluiden beeinflusst sein. Das Ausmaß einer
solchen Vermischung in einer gegebenen Zone kann anhand der Kenntnis
der lokalen Geometrie schätzbar
sein oder auch nicht. Die Bohrlochgeometrie kann außerdem anhand
der Bohrkronengröße grob
approximiert werden, jedoch kann sie bei verschiedenen Typen von Formationen
sehr unterschiedlich sein.
-
Bei
Drahtleitungsanwendungen kann es praktisch sein, ein Maß der Bohrlochgeometrie
mit einem Kaliberwerkzeug zu erlangen und/oder eine Probe des Bohrlochfluids
im Bohrloch zu nehmen oder dieses anderweitig zu messen. Beim Protokollieren
während
des Bohrens sind diese Typen von Messungen jedoch nicht ohne weiteres
verfügbar. Außerdem könnten die
gegenwärtig
bekannten Typen von berechnetem differentiellem Kaliber oder berechnetem
Kaliber eine Verbesserung erfahren.
-
Neben
der Bedeutung von Informationen über
die Bohrlochgeometrie und das Bohrlochfluid im Bohrloch ist es wichtig,
Informationen über
die Formationszone um das Bohrloch, in das Bohrlochfluide eingedrungen
sind, einschließlich
des Ausmaßes
der Durchdringung (im Allgemeinen Durchdringungs- bzw.
-
Befüllungsdurchmesser
genannt) und des spezifischen elektrischen Widerstands der durchdrungenen
bzw. gefüllten
Zone zu erlangen. Das Bestimmen des Ausmaßes und der Natur der Durchdringung
unmittelbar nach dem Bohren (die sich mit der Zeit wesentlich verändern können), ist
wünschenswert,
jedoch schwer, in exakter bzw. pünktlicher
Weise durchzuführen.
-
Es
gehört
zu den Aufgaben der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Technik
und eine verbesserte Vorrichtung für die Bohrlochprotokollierung
zu schaffen, die beim Protokollieren während des Bohrens verwendet
werden können,
um neben dem spezifischen elektrischen Widerstand des Bohrlochfluids im
Bohrloch und dem Bohrlochdurchmesser den spezifischen elektrischen
Widerstand der durchdrungenen Zone und den Durchdringungsdurchmesser
sowie den spezifischen elektrischen Widerstand der nicht durchdrungenen
(jungfräulichen)
Formation von Formationen, die ein Erdbohrloch umgeben, zu bestimmen
und Bohrberichte davon zu erstellen. Es gehört zu den weiteren Aufgaben
hiervon, herkömmliche
Inversionstechniken zum Bestimmen von Bohrlochparametern zu verbessern.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Bestimmen der Eigenschaften von Formationen, die ein Erdbohrloch
umgeben, das mit Bohrlochfluid gefüllt worden ist, um eine gefüllte Zone zu
bilden, offenbart. Eigenschaften, die in einer Ausführungsform
davon bestimmt werden, sind der spezifische elektrische Widerstand
(Rxo) der gefüllten Zone,
der Befüllungsdurchmesser
(DI) und der spezifische elektrische Widerstand (Rt) der nicht gefüllten Formation.
(In der vorliegenden Anmeldung sollen alle Verweise auf die Bestimmung
oder Verwendung des spezifischen elektrischen Widerstands allgemein ebenso
die spezifische elektrische Leitfähigkeit meinen und umgekehrt.
Diese Größen sind
Reziprokwerte, wobei hier die Erwähnung einer der beiden so geschieht,
wie es zweckmäßig ist,
und nicht in einschränkendem
Sinne auszulegen ist. Außerdem wird der
Begriff "Befüllungsdurchmesser" bei der Bohrlochmessung
gewöhnlich
dazu verwendet, die Größe der gefüllten Zone
in einem das Bohrloch umgebenden Bereich auf einem bestimmten Tiefenniveau
auszudrücken.
Selbstverständlich
ist die gefüllte
Zone im Allgemeinen nicht zylindrisch oder von regelmäßiger Form,
weshalb der Begriff "Befüllungsdurchmesser" hier in der üblichen
Bedeutung der Bohrlochmessung als allgemeine Angabe des Ausmaßes der
Befüllung verwendet
wird.) Eine offenbarte Ausführungsform umfasst
die folgenden Schritte: (a) Aufhängen
einer Protokollierungsvorrichtung in dem Bohrloch, (b) Senden elektromagnetischer
Energie von einem Senderort an der Protokollierungsvorrichtung und Empfangen
der gesendeten elektromagnetischen Energie an Empfängerorten
an der Protokollierungsvorrichtung für einen ersten Sender-Empfänger-Abstand,
der den Sender- und Empfängerorten
zugeordnet ist, (c) Bestimmen von Messcharakteristiken, die dem
ersten Sender-Empfänger-Abstand zugeordnet
sind, anhand der empfangenen Energie, (d) Wiederholen der Schritte
(b) und (c) für
mehrere weitere Sender-Empfänger-Abstände, um
Messcharakteristiken für
die mehreren weiteren Sender-Empfänger-Abstände zu erhalten, (e) Erzeugen
eines Modells der Formation mit einem spezifischen elektrischen
Widerstand Rt, einem spezifischen elektrischen Widerstand Rxo der
gefüllten
Zone und einem Befüllungsdurchmesser
DI, (f) Auswählen
von Werten von Rxo, DI und Rt, die Modell-Messcharakteristiken ergeben
würden,
die für
jeden der mehreren Sender-Empfänger-Abstände im Wesentlichen
den tatsächlichen
Messcharakteristiken für
die jeweiligen mehreren Sender-Empfänger-Abstände
entsprechen, und (g) Ausgeben der ausgewählten Modellwerte für Rxo und/oder
DI und/oder Rt.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfassen die Messcharakteristiken eine Phasenverschiebung
und einen Phasendurchschnitt, wobei diese die erkennbare Phasenverschiebung bzw.
der erkennbare Phasendurchschnitt, die als Teil des Schrittes (c)
abgeleitet worden sind, sein können. Außerdem umfasst
das Auswählen
im Schritt (f) das Variieren von Testwerten, die bei den mehreren
jeweiligen Sender-Empfänger-Abständen eine
Entsprechung zwischen den Modell-Messcharakteristiken und den tatsächlichen
Messcharakte ristiken ergeben. Außerdem umfassen in dieser Ausführungsform
die Schritte (e) und (f) das Erzeugen von Nachschlagtabellen zwischen
Rxo, DI, Rt und den Modell-Messcharakteristiken für jeden
der Sender-Empfänger-Abstände und
das Ableiten der ausgewählten Werte
aus den Nachschlagtabellen und aus den tatsächlichen Messcharakteristiken.
-
Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden sogleich deutlich anhand
der folgenden genauen Beschreibung, wenn diese in Verbindung mit den
begleitenden Zeichnungen aufgenommen wird.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine Darstellung, teilweise in Blockform, eines Systems, in dem
eine Ausführungsform der
Erfindung verwendet werden kann und das verwendet werden kann, um
eine Ausführungsform
des Verfahrens der Erfindung zu praktizieren.
-
2 ist
eine Darstellung, teilweise in Blockform, der Elektronik in der
Messvorrichtung und der Erfassungs- und Prozessorelektronik der
Ausführungsform
von 1.
-
Die 3A, 3B und 3C zeigen
radiale Antwortfunktionen (radial response function) der Dämpfung,
der Phasenverschiebung bzw. des Phasendurchschnitts für fünf verschiedene
Sender-Empfänger-Abstände (TR).
-
Die 4A, 4B und 4C zeigen
Graphen, die Phasendurchschnittsempfindlichkeiten gegenüber einer
Durchdringungsdurchmesseränderung,
Phasenverschiebungsempfindlichkeiten gegenüber einer Durchdringungsdurchmesseränderung
bzw. das Verhältnis
von Phasendurchschnittsempfindlichkeiten zu Phasenverschiebungsempfindlichkeiten
für fünf verschiedene
Sender-Empfänger-Abstände aufzeigen.
-
Die 5A und 5B zeigen
Graphen der Phasenverschiebung über
der Dämpfung
bzw. des Phasendurchschnitts über
der Phasenverschiebung für
einen bestimmten spezifischen elektrischen Widerstand der durchdrungenen
Zone und für
einen bestimmten Sender-Empfänger-Abstand.
-
Die 6A, 6B, 6C und 6D zeigen
Graphen des Phasendurchschnitts über
der Phasenverschiebung für
verschiedene Werte des spezifischen elektrischen Widerstands der
durchdrungenen Zone und für
einen bestimmten Sender-Empfänger-Abstand.
-
Die 7A, 7B, 7C und 7D zeigen
Graphen des Phasendurchschnitts über
der Phasenverschiebung für
verschiedene Werte des spezifischen elektrischen Widerstands der
durchdrungenen Zone und für
einen anderen bestimmten Sender-Empfänger-Abstand.
-
8, die 8B, die
unterhalb von 8A angeordnet ist, umfasst,
ist ein Ablaufplan, der in Verbindung mit dem Ablaufplan, auf den
darin verwiesen wird, beim Programmieren eines oder mehrerer Prozessoren
beim Implementieren einer Ausführungsform
der Erfindung verwendet werden kann.
-
9, die 9B, die
unterhalb von 9A angeordnet ist, umfasst,
ist ein Ablaufplan einer Routine zum Steuern eines Prozessors zur
Ausführung der
Bohrlochprotokollierung und der Speicherung von Messwerten.
-
10 ist
eine Darstellung eines vertikalen Querschnitts durch ein zylindrisches
Bohrloch, der ein Stufenmodell bildet.
-
11 ist
eine Darstellung eines vertikalen Querschnitts durch eine zylindrische
durchdrungene Zone, der ein Stufenmodell bildet.
-
12, die 12B,
die unterhalb von 12A angeordnet ist, umfasst,
ist ein Ablaufplan der durch den Block 845 von 8A dargestellten Routine
zum Erzeugen und Speichern einer Haupt- oder Grobraster-Nachschlagtabelle,
die in einer Ausführungsform
der Erfindung verwendet wird.
-
13, die 13B,
die unterhalb von 13A angeordnet ist, umfasst,
ist ein Ablaufplan der durch den Block 860 von 8B dargestellten Routine
zum Erlangen von Schätzwerten
des Durchdringungsdurchmessers und des spezifischen elektrischen
Widerstands der Formation.
-
14, die 14B,
die unterhalb von 14A angeordnet ist, umfasst,
ist ein Ablaufplan einer Routine zum Ausführen einer Auswahlroutine gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
-
15 ist
ein Graph des Phasendurchschnitts über der Phasen verschiebung
für einen
bestimmten spezifischen elektrischen Widerstand der durchdrungenen
Zone und einen bestimmten Sender-Empfänger-Abstand, der zum Verständnis der
Interpolationen, die beim Erlangen von Schätzwerten des Durchdringungsdurchmessers
und des spezifischen elektrischen Widerstands der Formation angewandt
werden, nützlich
ist.
-
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
In 1 ist
eine Ausführungsform
der Erfindung in Form einer Vorrichtung und eines Verfahrens für das Protokollieren
während
des Bohrens gezeigt. Über
einem Bohrloch 11, das durch Rotary-Bohren in der Erde
gebildet wird, ist eine Plattform mit Bohrturm 10 angeordnet.
In dem Bohrloch ist ein Bohrstrang 12 aufgehängt, der
an seinem unteren Ende eine Bohrkrone 15 aufweist. Der
Bohrstrang 12 und die daran befestigte Bohrkrone 15 werden
durch einen (durch nicht gezeigte Mittel mit Energie versorgten)
Drehtisch 16 gedreht, der am oberen Ende des Bohrstrangs
mit einer Mitnehmerstange 17 in Eingriff ist. Der Bohrstrang 12 hängt von
einem Haken 18 herab, der an einem (nicht gezeigten) Flaschenzugblock
befestigt ist. Die Mitnehmerstange 17 ist über einen
Rotary-Spülkopf 19,
der eine Drehung des Bohrstrangs 12 relativ zu dem Haken 18 zulässt, mit
dem Haken 18 verbunden. In einer Grube 27 in der
Erde ist Bohrfluid oder Bohrschlamm 26 enthalten. Eine
Pumpe 29 pumpt das Bohrfluid 26 durch eine Öffnung in
dem Spülkopf 19 in
den Bohrstrang 12, so dass es durch die Mitte des Bohrstrangs 12 nach
unten fließt.
Das Bohrfluid 26 verlässt
den Bohrstrang 12 durch Öffnungen in der Bohrkrone 15 und
zirkuliert dann in dem Bereich zwischen der Außenseite des Bohrstrangs 12 und
dem Umfang des Bohrlochs 11 nach oben. Wie an sich bekannt
ist, transportiert das Bohrfluid 26 dadurch Formationsbohrabfälle zur
Erdoberfläche,
wo es für
eine erneute Umwälzung
zur Grube 27 zurückgeführt wird.
Die kleinen Pfeile in 1 zeigen die typische Fließrichtung
des Bohrfluids 26.
-
In
den Bohrstrang
12 ist vorzugsweise in der Nähe der Bohrkrone
15 ein
Subsystem
100 für
das Erfassen, Verarbeiten, Speichern und Senden im Bohrloch eingebaut.
Das Subsystem
100 umfasst eine Messvorrichtung
200 des
in dem Patent
US 5,594,343 offenbarten
allgemeinen Typs, die in der vorliegenden Ausführungsform fünf Sendeantennen T1,
T2, T3, T4 und T5 und die Empfangsantennen R1 und R2 aufweist und
in der im Folgenden beschriebenen Weise arbeitet. Die Antennen können von
dem in dem Patent
US 4,899,112 beschriebenen
Typ, d. h. Spulen sein, die an einem Installationsmaterial um einen
speziellen Abschnitt der Metallschwerstange, die Teil des Subsystems
100 ist,
gewickelt sind. Ein Kommunikations-Sendeabschnitt des Bohrloch-Subsystems
100 umfasst
einen akustischen Sender
56, der ein Schallsignal in dem
Bohrfluid erzeugt, das die gemessenen Bohrlochbedingungen repräsentiert.
Ein geeigneter Typ eines akustischen Senders, der an sich bekannt
ist, verwendet eine Vorrichtung, die als "Schlammsirene" bekannt ist und einen geschlitzten Stator
und einen geschlitzten Rotor umfasst, der sich dreht und wiederholt
den Fluss des Bohrfluids unterbricht, um ein gewünschtes Schallwellensignal
in dem Bohrfluid zu erzeugen. Die erzeugte Schallwelle wandert im
Bohrfluid mit der Schallgeschwindigkeit in dem Fluid durch die Mitte
des Bohrstrangs
12 nach oben. Die Schallwelle wird an der
Erdoberfläche durch
Messwandler empfangen, die durch das Bezugszeichen
31 dargestellt
sind. Die Messwandler, beispielsweise piezoelektrische Messwandler,
setzen die empfangenen Schallsignale in elektronische Signale um.
Der Ausgang der Messwandler
31 ist mit dem Empfangs-Subsystem
90 außerhalb
des Bohrlochs gekoppelt, das betrieben wird, um die gesendeten Signale
zu demodulieren, die dann in den Prozessor
85 und das Registriergerät
45 eingekoppelt
werden.
-
Der
Sender 56 wird durch die Sendersteuerungs- und Antriebselektronik 57 gesteuert,
die eine Analog-Digital-Umsetzer-(A/D)-Schaltungsanordnung umfasst,
die die Signale, die Bohrlochbedingungen repräsentieren, in eine digitale
Form umsetzt. Die Steuerungs- und Antriebselektronik 57 kann
außerdem
einen geeigneten Modulator wie etwa einen Phasenumtastungsmodulator
(PSK-Modulator)
umfassen, der herkömmlicherweise
Steuersignale zur Anwendung auf den Sender 56 erzeugt. Diese
Steuersignale können
dazu verwendet werden, der Schlammsirene des Senders 56 eine
geeignete Modulation aufzudrücken.
-
Selbstverständlich können zum Übermitteln von
Protokollierungsinformationen an die Erdoberfläche alternative Techniken angewandt
werden.
-
Das
Bohrloch-Subsystem 100 umfasst ferner eine Erfassungs-
und Prozessorelektronik 58. Diese Elektronik umfasst einen
Mikroprozessor (dem ein Speicher, eine Taktschaltungsanordnung und
eine Schnittstellenschaltungsanordnung zugeordnet sind) und eine
Verarbeitungsschaltungsanordnung. Die Erfassungs- und Prozessorelektronik 58 ist
mit der Messvorrichtung 200 gekoppelt, um von dieser Messinformationen
zu erhalten. Die Erfassungs- und Prozessorelektronik 58 ist
in der Lage, Daten von der Messvorrichtung 200 zu speichern,
die Daten zu verarbeiten und die Ergebnisse zu speichern sowie jeden
gewünschten
Anteil der Informationen, die sie enthält, zur Übertragung an die Oberfläche durch
den Sender 56 in die Sendersteuerungs- und Antriebselektronik 57 einzukoppeln.
Eine Batterie 53 kann Leistung im Bohrloch bereitstellen.
Wie an sich bekannt ist, kann auch ein (nicht gezeigter) Generator im
Bohrloch, eine so genannte "Schlammturbine", die durch das Bohrfluid
angetrieben wird, verwendet werden, um Leistung während des
Bohrens bereitzustellen. Falls erwünscht kann die Bohreinrichtung
optional eine (nicht gezeigte) Richtungsbohrausrüstung sein, die beispielsweise
eine Bohrlochsohlen-Baugruppe (bottom hole assembly) besitzt, die
einen Stabilisator, eine Versatz-Unterbaugruppe (oder "gebogene" Unterbaugruppe),
einen durch den fließenden Schlamm
angetriebenen Schlammmotor und einen Stabilisator in der Nähe der Bohrkrone
umfasst. Die gebogene Unterbaugruppe besitzt typischerweise einen
Versatz- oder Biegewinkel von ± 0
bis 3 Grad. Wie an sich bekannt ist, weicht der Bohrer, wenn er (bei
stationärem
Bohrstrang) nur durch den Schlammmotor angetrieben wird, in eine
Richtung ab, die durch die Werkzeugflächenrichtung (tool face direction),
in der der Bohrstrang und die gebogene Unterbaugruppe orientiert
sind, bestimmt ist (sogenannte "Gleitbetriebsart"). Wenn im Wesentlichen geradeaus
gebohrt werden soll, werden der Bohrstrang und der Schlammmotor
beide bei geeigneten Geschwindigkeiten gedreht (sogenannte "Drehbetriebsart"). In dieser Weise
kann das Richtungsbohren mit vernünftiger Genauigkeit und ohne übermäßig häufiges Verfahren
des Bohrstrangs ausgeführt werden.
-
2 ist
ein Blockschaltplan der Elektronik in der Messvorrichtung
200 und
der Erfassungs- und Prozessorelektronik
58. Ein Oszillator
211 erzeugt ein
elektrisches Signal mit der Frequenz f (von z. B. 2 MHz), das durch
einen Verstärker
212 verstärkt und über einen
elektronisch gesteuerten Schalter
275 und eine entsprechende
der Impedanzanpassungsschaltungen
221,
222,
223,
224 und
225 an
eine der Sendeantennen T1, T2, T3, T4 oder T5 angelegt wird. Der
Schalter
275 wählt
unter der Steuerung des Prozessors
270 denjenigen Sender
T1, T2, T3, T4 oder T5 aus, der mit Energie versorgt werden soll. Das
Signal von dem Empfänger
R1 wird über
eine Impedanzanpassungsschaltung
230 und einen Vorverstärker
231 in
einen Eingang eines elektronisch gesteuerten Schalters
250 eingekoppelt. Ähnlich wird das
Signal von dem Empfänger
R2 über
eine Impedanzanpassungsschaltung
240 und einen Vorverstärker
241 in
den anderen Eingang des Schalters
250 eingekoppelt. Der
Schalter
250 wählt
unter der Steuerung des Prozessors
270 den (R1)- oder (R2)-Empfängerausgang
aus. Das ausgewählte
Signal wird durch einen Verstärker
251 verstärkt und
anschließend
durch eine bekannte Überlagerungstechnik
auf eine niedrigere Frequenz Δf
umgesetzt. Ein lokaler Oszillator
213 befindet sich in
einem (bei
215 dargestellten) Phasenregeikreis mit dem
Master-Oszillator
211. Der lokale Oszillator
213 besitzt
eine Frequenz f + Δf,
wobei Δf
typischerweise einige Kilohertz oder weniger beträgt. Ein
Signal von dem lokalen Osziilator wird durch einen Mischer
255 mit
dem empfangenen Signal gemischt, wobei die Mischerausgangsgröße durch
ein Tiefpassfilter
257 geleitet wird, das Signale bei f
und f + Δf
sperrt und das Signal bei Δf
durchlässt.
Das Signal bei der Frequenz Δf
enthält die
Phasen- und Amplitudeninformationen des ursprünglichen Signals bei der Frequenz
f. Der anerkannte Vorteil dieser Frequenzumsetzung ist der, dass
die Phase und die Amplitude bei Kilohertzfrequenzen oder Frequenzen,
die niedriger als Megahertzfrequenzen sind, leichter zu messen sind.
Das Signal bei der Frequenz Δf
wird mit einem Phasenmesser
261 und mit einem Amplitudenmesser
262 gemessen,
wobei die Ergebnisse in den Prozessor
270 eingegeben werden.
Der Phasenmesser
261 kann ein Referenzsignal von dem Phasenregelkreis
215 verwenden.
Die Phasen- und Amplitudenmesser können auch Abtast-Halte-Schaltungen umfassen, um
einen Vergleich der Signale von den jeweiligen Empfängern durchzuführen. Außerdem kann
der Prozessor aus den Messwerten, die er empfängt, die relative Phase und
die Amplitude (sowie den Phasendurchschnitt, wie noch beschrieben
wird) berechnen. Es sei auf die Patente
US 4,185,238 ,
US 4,899,112 und
US 5,594,343 verwiesen.
-
Wie
oben angemerkt worden ist, besitzt der Prozessor 270 in
herkömmlicher
Weise eine (nicht gezeigte) zugeordnete Speicher-, Takt- und Schnittstellenschaltungsanordnung.
Der Prozessor kann das Speichern der Phasen- und Amplitudenmesswerte,
das Verarbeiten dieser Messwerte, das Speichern der Ergebnisse der
Verarbeitung und/oder das Einkoppeln der Messwerte und/oder der
Verarbeitungsergebnisse in die Sendersteuerungs- und Antriebselektronik 57 zur Übertragung
an die Erdoberfläche
ausführen.
Wie es an sich bekannt ist, kann ein Taktgeber im Bohrloch verwendet
werden, um die Zeit zu verfolgen, die dank der Aufbewahrung einer Aufzeichnung
des Vordringens des Bohrstrangs anschließend mit dem Tiefenniveau korreliert
werden kann. (Im Allgemeinen ist mit Tiefenniveau die longitudinale
Tiefe in dem Bohrloch gemeint.) Der Taktgeber, der typischerweise
Teil des Systems in Verbindung mit dem Prozessor 270 sein
kann, kann mit dem System synchronisiert werden, bevor es in das Bohrloch
eingefahren wird. Außerdem
kann nach Bedarf eine Kommunikation mit dem Bohrloch-Subsystem 100 durch
Schlammimpulstechnik oder andere geeignete Kommunikationsmittel,
um Zeitsynchronisations- und/oder Tiefenniveauinformationen sowie Daten
allgemein zu befördern,
verwendet werden. Selbstverständlich
kann die Erfindung in Verbindung mit jeder Technik, die geeignet
ist, das Tiefenniveau zu verfolgen, verwendet werden.
-
Wie
oben angemerkt worden ist, ergeben die Amplitude und die Phase,
die an einem einzigen Empfänger
gemessen werden, relativ oberflächliche Messungen
und sind gegenüber
Medien in Bohrlochnähe
empfindlich. Aus diesem Grund sind die grundlegenden Messwerte von
Protokollierungswerkzeugen durch elektromagnetische Ausbreitung
gewöhnlich
die Phasenverschiebung und die Dämpfung
an einem Empfängerpaar,
wobei die unterschiedliche Natur dieser Messwerte dazu führt, die
meisten der Effekte in Bohrlochnähe
aufzuheben und den Beitrag des Bohrlochfluids zu den Messwerten
zu verkleinern.
-
Die
beschriebene Protokollierungsausrüstung liefert Signale, aus
denen Messwerte für
die Phasenverschiebung (PS), den Phasendurchschnitt (PA) und die
Dämpfung
(AD) erhalten werden können.
Die Auswahl, welche Messwerte für
die Inversion verwendet werden, sollte durch die Empfindlichkeit
der Messwerte gegenüber
den Modellparametern bestimmt sein. Zur Zeit des Protokollierens
während
des Bohrens wird erwartet, dass der Durchdringungsdurchmesser (DI)
klein ist. Daher wird der Satz von Messwerten, die für die Inversion
verwendet werden sollen, so gewählt,
dass in dem Bereich kleiner DI-Werte eine höhere Empfindlichkeit gegeben
ist. Ein DI von weniger als 20 Zoll wird hier als geringe Durchdringung
bezeichnet.
-
Allgemein
weisen AD, PS und PA in dieser Reihenfolge eine zunehmende Empfindlichkeit
gegenüber
der Leitfähigkeit
der bohrlochnahen Formation auf. Als Beispiel sind in den
3A,
3B und
3C Aufzeichnungen
der radialen Antwortfunktionen für
AD-, PS- bzw. PA-Messungen durch das beschriebene Werkzeug (bei
denen es insgesamt sieben wirkliche und sieben berechnete Sender-Empfänger-Abstände gibt – siehe
Patent
US 5,594,343 ) für den Fall
von Rxo = 2 Ωm
und Rt = 20 Ωm,
was einen sehr häufig
vorkommenden Durchdringungszustand repräsentiert, gezeigt. Es sind
fünf Abstände gezeigt.
Die AD-Antwort an
einem dünnen
Zylinder aus 2-Ωm-Formation
weist bei Durchdringungsdurchmessern, die für Sender-Empfänger-Abstände zwischen
TR = 10 Zoll und TR = 34 Zoll von 40 bis 80 Zoll gehen, Spitzen
auf. Die Antworten für
die Formation bis zu dem Durchmesser von 20 Zoll sind bei allen
fünf TR-Abständen sehr
schwach. Die Spitzen-PS-Antworten treten für TR = 10 Zoll bis TR = 34 Zoll
bei Durchdringungsdurchmessern zwischen 18 und 50 Zoll auf. Außer bei
den zwei kürzesten
Abständen
von TR = 10 Zoll und TR = 16 Zoll sind die Antworten für die Formation
bis zu dem Durchmesser von 20 Zoll ebenfalls sehr schwach. Andererseits
treten die Spitzen-PA-Antworten bei allen fünf TR-Abständen bei Durchdringungsdurchmessern
von weniger als 30 Zoll auf. Für
die Formation bis zu einem Durchmesser von 20 Zoll weisen alle fünf PA-Messungen
starke Antworten auf. Somit zeigen die
3A–
3C,
warum die PA-Messungen verwendet werden sollten, um die Auflösung der
Rxo-, Rt-, DI-Inversionstechnik basierend auf Protokollieren-während-des-Bohrens-Messwerten,
die zur Zeit des Bohrens erfasst werden, (geringe Durchdringung)
zu verbessern.
-
Die 4A, 4B und 4C zeigen
den quantitativen Vergleich der Empfindlichkeiten gegenüber DI zwischen
PA- und PS-Messungen für
denselben Fall von Rxo = 2 Ωm
und Rt = 20 Ωm.
Die 4A und 4B sind
die partiellen Ableitungen von PA bzw. PS nach DI, wobei Rxo und
Rt konstant gehalten sind. Diese partiellen Ableitungen repräsentieren die
Empfindlichkeiten der Variablen bezüglich DI. Je höher die
Empfindlichkeit ist, desto besser ist die Auflösung bei der Inversion. 4C zeigt
das Verhältnis der
PA-Empfindlichkeiten zu den entsprechenden PS-Empfindlichkeiten.
Die Empfindlichkeiten von PA-Messungen sind unter der Bedingung
einer geringen Durchdringung in allen Fällen besser als bei den entsprechenden
PS-Messungen. Die Unterschiede nehmen zu, wenn TR zunimmt und wenn
der Durchdringungsdurchmesser abnimmt. Als ein Beispiel sind die
Empfindlichkeiten bei den PA-Messungen bei TR = 34 Zoll um das 10fache
bis mehr als das 100fache höher
als bei den entsprechenden PS-Messungen.
-
Der
gerade beschriebene Unterschied ist nicht auf den Zustand von Rxo
= 2 Ωm
und Rt = 20 Ωm
begrenzt. Vielmehr tritt er bei allen Bedingungen starker Durchdringung
auf. Die 5A und 5B zeigen
den Vergleich zwischen den PS-über-AD-
und den PA-über-PS-Aufzeichnungen
für alle
Fälle einer leitenden
Durchdringung mit Rxo = 2 Ωm.
Bei Verwendung von PA über
PS (5B) besitzen die Kurven für verschiedene DI durchweg
eine Streuung von 15–20
Grad, während
im Fall der Verwendung von PS über
AD (5A) alle Kurven bei einer Streuung von weniger
als 1 Grad gebündelt
sind. Somit zeigen die 5A und 5B, dass
für eine
Anwendung bei geringer Durchdringung die Verwendung von PA über PS bei
der Rxo-, Rt-, DI-Inversion ein viel besseres Auflösungsergebnis
als die herkömmliche PS-über-AD-Kombination
erzielen kann.
-
Ein
weiterer Vorteil der PA-über-PS-Kombination
ist der, dass alle Messwerte von der Phase stammen, die eine viel
gutartigere Widerstandstransformation als jene bei der Dämpfung besitzt.
Beispielsweise zeigt 5A, dass alle AD-Datenpunkte für Rt über 50 Ωm zwischen
4,42 und 4,5 dB, d. h. in einem Bereich von nur 0,08 dB, gebündelt sind,
während
die entsprechenden Datenpunkte für
PS eine Streuung von gut 1–2
Grad einhalten.
-
Bei
dem beschriebenen Protokollierungswerkzeug kann bei nahezu übereinstimmenden
vertikalen Antwortfunktionen von Messungen mit verschiedenem TR-Abstand
die zweidimensionale (radiale und axiale) Inversion bei Betten mittlerer
Dicke durch eine einfache eindimensionale, radiale Inversion approximiert
werden.
-
Für einen
Durchdringungszustand, der gewöhnlich
durch ein 3-Schichten-Modell
(Schlamm, durchdrungene Formationsschicht und jungfräuliche Formationsschicht)
beschrieben wird, kann ein Bohrloch-Korrekturalgorithmus die Roh-Phasenverschiebungsmesswerte
in jene eines degenerierten 2-Schichten-Modells transformieren,
wobei der Bohrlochschlamm durch Material der durchdrungenen Schicht
ersetzt wird (d. h., das Bohrloch weggenommen wird). Die weitere
Inversionsverarbeitung für Rxo,
Rt und DI kann dann mit einem einfachen 2-Schichten-Modell erfolgen.
-
Die
Modellparameter Rxo, Rt und DI werden zu nrx, nrt und ndi diskreten
Rasterpunktwerten diskretisiert, die gegeben sind als:
Rxo(i),
i = 1, 2, ..., nrx
Rt(j), j = 1, 2, ...,nrt
DI(k), k =
1, 2, ..., ndi
-
Für jeden
TR-Abstand
RT(l), I = 1, 2, ..., ntr
kann anhand des 2-Schichten-Modells
der Phasendurchschnitt (PA) und die Phasenverschiebung (PS) sowie
die Dämpfung
(AD) über
die zwei Empfänger an
allen Rasterpunkten der Modellparameter berechnet und erhalten werden
PA(i,
j, k, l)
PS(i, j, k, l)
AD (i, j, k, l)
für i = 1,
2, ..., nrx
j = 1, 2, ..., nrt
k = 1, 2, ..., ndi
l
= 1, 2, ..., ntr
-
Die
bestimmte Struktur in diesen mehrdimensionalen Daten kann zum Lösen des
Rxo-, Rt-, DI-Inversionsproblems ausgewertet werden. Beispielsweise
sind in den 6 und 7 Aufzeichnungen von
PS über
PA für
Messungen bei TR = 10 Zoll und TR = 34 Zoll in vier Dekaden von
Rxo-Werten gezeigt. Die kreisförmigen
Punkte markieren die Rasterpunkte von Rt. Jede Aufzeichnung enthält viele
Linien, eine für
jeden Rasterpunktwert von DI. In den Aufzeichnungen der 6 und 7 sind
der Bereich von Rt und DI [300, ..., 0,1] Ωm bzw. [30, ..., 5] Zoll. Diese
Bereiche überdecken
den größten Teil
des frühen
Durchdringungsdatengebiets.
-
Innerhalb
dieser weiten Bereiche ist das Verhalten der PS-über-PA-Aufzeichnungen sehr regelmäßig. Das
Verhalten kann wie folgt zusammengefasst werden:
- I.
Ein kleineres Rxo (höhere
Leitfähigkeit)
führt zu einer
stärkeren
Streuung der Kurven für
konstantes DI.
- II. Für
Rt = Rxo sind alle Kurven für
konstantes DI gebündelt
(beispielsweise die Aufzeichnung für Rxo = 1 Ωm bei PS um 18 Grad). Dies
bedeutet, dass die Auflösung
nach DI extrem niedrig ist, wenn ein Mangel an Kontrast zwischen
Rxo und Rt besteht. Jeder DI-Wert ergibt gleiche PS- und PA-Messwerte.
- III. Für
Rt < Rm (Schlammwiderstand)
(auf der rechten Seite der gestrichelten Linie für Rt = Rm) ruft eine Zunahme
von DI eine Abnahme von PA hervor (Abwärtsstreuung der Kurven für konstantes
DI).
- IV. Für
Rt > Rm (auf der linken
Seite der gestrichelten Linie für
Rt = Rm) ruft eine Zunahme von DI eine Zunahme von PA hervor (Aufwärtsstreuung
der Kurven für
konstantes DI).
- V. Genaue PA-, PS-Werte für
beliebiges Rxo können
durch lineare Interpolation im logarithmischen Bereich erhalten
werden.
- VI. Für
ein sehr leitfähiges
Rxo, einen kurzen TR-Abstand und ein großes DI schrumpft die Spannweite
der gesamten Kurve für
konstantes DI, wobei sich die Mitte der Kurve schnell in Richtung
sehr hoher PS-Werte verschiebt (siehe Kurven für Rxo = 0,1 Ωm und DI > 20 Zoll). Unter dieser
Bedingung liegt nahezu der gesamte Ausbreitungspfad innerhalb der
Rxo-Schicht. Der Formationswiderstand (Rt) besitzt einen sehr geringen Einfluss
auf die PS- und PA-Messwerte. Dies würde zu einer schlechten Rt-Auflösung führen. Bei einem
sehr großen
DI wird für
eine korrekte Rt-Inversion ein Messwert bei längerem TR-Abstand benötigt. Dies
kann durch Vergleichen der PS-über-PA-Aufzeichnungen
bei Rxo = 0,1 Ωm für TR = 10
Zoll (6A) mit jener für TR = 34
Zoll (7A) aufgezeigt werden.
-
Die
regelmäßige Struktur
der oben genannten Daten legt eine sehr einfache und schnelle Weise der
Ausführung
der Rxo-, Rt-, DI-Inversion durch Interpolation nahe. Der Algorithmus
ergibt eine perfekte Übereinstimmung
zwischen den gemessenen und den modellierten PS- und PA-Daten. Messrauschen und/oder
Messbedingungen, bei denen die gemessenen Daten nicht mit dem 2-Schichten-Modell übereinstimmen,
sind Ursache für
eine Streuung der Modellparameter Rxo und Rt sowie DI von verschiedenen
gemischten bohrlochkompensierten Abständen. Das Ausmaß der Streuung
von Modellparametern kann als Qualitätsindikator für die Inversion
verwendet werden. Es ist zweckmäßiger, anstelle
der herkömmlichen
Inversionskostenfunktion mit Fehlerquadratminimierung, die eine
Art von Funktion (wie etwa die L1- oder L2-Norm) der Differenz zwischen
den gemessenen und den modellierten Phasenverschiebungs- und Phasendurchschnittsdaten
ist, solche Qualitätsindikatoren
im physikalischen Parameterraum zu interpretieren.
-
Gemäß einer
Ausführungsform
hiervon beinhaltet das Verfahren die folgenden Schritte:
-
1.
Transformieren der bohrlochkorrigierten Phasenverschiebungs- und
Phasendurchschnittswiderstandsgrößen in die
erkennbare bzw. scheinbare Phasenverschiebung und den erkennbaren
bzw. scheinbaren Phasendurchschnitt PS_a (m, l) und PA_a (m, l)
des einheitlichen Formationsmodells, wobei m der Index für die Tiefe
ist und l der Index für sämtliche
der gemischten bohrlochkompensierten Abstände des Protokollierungswerkzeugs
ist.
-
2.
Betreiben des Modells mit (a) einem Satz von nrxi diskretisierten
Rxo-Werten oder
(b) einem Satz von ndii diskretisierten DI-Werten. Rxoi(n)
= 10 exp[log10(Rxo_min) + (n – 1)·(log10(Rxo_max) – log10(Rxo_min))/(nrxi – 1)],n
= 1, 2, ..., nrxi DIi(n) = DI_min + (n – 1)·(DI_max – DI_min)/(ndii – 1)n
= 1, 2, ..., ndii
-
Hierbei
sind Rxo_min und Rxo_max Anwendereingabeparameter für den minimalen
und den maximalen Rxo-Wert, die in der Datenzone für die Inversion
zu berücksichtigen
sind, und DI_min und DI_max das minimale und das maximale DI, die
bei der Inversion zu berücksichtigen
sind.
-
Ob
nun das Modell mit der Option (a) oder der Option (b) betrieben
wird, hängt
von der lokalen Kenntnis des Datensatzes ab. Wenn beispielsweise bekannt
ist, dass der Durchdringungsdurchmesser als klein angenommen werden
darf und dass keine Informationen über die möglichen Rxo-Werte vorhanden
sind, kann es zweckmäßiger sein,
das Modell mit ndii diskretisierten DI-Werten, die über den
möglicherweise
kleinen Bereich von DI verteilt sind, zu betreiben. Wenn andererseits
bekannt ist, dass die Rxo-Werte innerhalb eines bestimmten kleinen
Bereichs liegen, kann es besser sein, das Modell mit nrxi diskretisierten
Rxo-Werten, die über den
möglichen
Bereich von Rxo verteilt sind, zu betreiben.
-
Das
Verfahren des Betreibens des Modells mit diskretisierten Rxo- oder
DI-Werten und der Suche nach einem Minimum wird gegenwärtig bevorzugt
und dient außerdem
dem Zweck einer einfacheren Erläuterung
des Algorithmus. Ohne die Allgemeingültigkeit einzuschränken, können die
Schritte der Inversionstechnik der offenbarten Ausführungsform
durch andere Minimierungsverfahren wie etwa das Newton-Raphson-Verfahren
ersetzt werden (siehe Applied Numerical Methods von B. Carnahan, H.A.
Luther und J.O. Wilkes, John Wiley & Sons, Inc., 1969, S. 319) oder das
Simplex-Verfahren von Nelder und Mead (siehe Numerical Recipes von
W. H. Press, B. P. Flannery, S. A. Teukolsky, W. T. Vetterling,
Cambridge University Press, 1978, 3. Ausg., S. 289). Die Kompromisse
zwischen den verschiedenen Verfahren sind Robustheit und Konvergenzgeschwindigkeit.
-
3.
Für den
Fall, dass das Modell mit einem Satz von diskretisierten Rxo-Werten betrieben
wird, Erlangen der PS- und PA-Werte an jedem Rxoi-Wert durch Interpolation
im logarithmischen Bereich für sämtliche
TR-Abstände
und sämtliche
Rasterpunktwerte von Rt, DI.
PA_rxoi (n, j, k, l)
PS_rxoi
(n, j, k, i),
n = 1, 2, ..., nrxi
j = 1, 2, ..., nrt
k
= 1, 2, ..., nhd
I = 1, 2, ..., ntr
-
4.
Für den
Fall, dass das Modell mit einem Satz von diskretisierten Rxo-Werten unter Verwendung
der scheinbaren Phasenverschiebung PS_a (m, l) und des scheinbaren
Phasendurchschnitts PA_a (m, l) sowie der Modelldaten PA_rxoi (n,
j, k, l) und PS_rxoi (n, j, k, l) betrieben wird, Erlangen der DI-
und Rt-Werte durch eine zweidimensionale, lineare Interpolation:
rxoi
(m, n, l)
Rt_rxoi (m, n, l),
m = 1, 2, ..., ndepth
n
= 1, 2, ..., nrxi
l = 1, 2, ..., ntr
-
5.
Für den
Fall, dass das Modell mit einem Satz von diskretisierten Rxo-Werten betrieben
wird, sind zum Bestimmen des Rxo-Schätzwertes durch Auswählen eines
Rxoi (n), das die kleinste kombinierte Streuung für Rt_rxoi
(m, n, l) und DI_rxoi (m, n, l) ergibt, die Auswahlregeln bei der
vorliegenden Ausführungsform
wie folgt:
Finde ein solches n = n,
das die kleinste kombinierte, normierte Varianz über die fünf längsten TR-Abstände l= 3,
4, 5, 6, 7 Var (Rt_rxoi (m, n, l))/Mittel(Rt_rxoi (m, n, l)) +
Var
(DI_rxoi (m, n, l))/Mittel(DI_rxoi
(m, n, l))ergibt und dass wenigstens ein Minimum aus vier der Rt-
und DI-Schätzwerte
Rt_rxoi (m, n, l) und DI_rxoi (m, n, l), l = 1, ..., ntr, innerhalb
der vorgegebenen Grenzwerte 4 Zoll < DI_rxoi (m, n, l) < 200 Zoll, für l = 1, ..., ntr 0,1 Ωm < Rt_rxoi (m, n, l) < 300 Ωm, für l = 1, ..., ntrliegt.
-
Die
endgültigen
invertierten Parameter lauten: DI_inv (m) = Mittel
(DI_rxoi (m, n, l)) über l =
3, 4, 5, 6, 7 Rt_inv (m) = Mittel (Rt_rxoi
(m, n, l)) über l = 3, 4, 5, 6, 7 Rxo_inv (m) = rxoi (n)
-
Die
Qualitätsindikatoren
nach prozentualer Streuung für
die Inversion lauten:
Der Plus-Prozentwert der Streuung für DI_inv, pps_di (m) = [Max(DI_rxoi (m, n, l))/DI_inv (m) – 1]·100 %Der Minus-Prozentwert
der Streuung für
DI_inv, mps_di (m) = [Min(DI_rxoi (m, n, l))/DI_inv (m) – 1]·100 %Der Plus-Prozentwert
der Streuung für
Rt_inv, pps_rt (m) = [Max(Rt rxoi (m, n, l))/Rt_inv (m) – 1]·100 %Der Minus-Prozentwert
der Streuung für
Rt_inv, mps_rt (m) = [Min(Rt rxoi (m, n, l))/Rt_inv (m) – 1]·100 %
-
Hierbei
sind Var, Mittel, Max und Min der Varianz-, Mittelwert-, Maximum-
bzw. Minimum-Operator über
dem Index l.
-
6.
Für den
Fall, dass das Modell mit einem Satz von diskretisierten DI- Werten betrieben
wird, Erlangen der PS- und PA-Werte bei jedem DIi-Wert durch lineare
Interpolation im logarithmischen Bereich für sämtliche TR-Abstände und
sämtliche
Rasterpunktwerte von Rt, Rxo.
PA_dii (i, j, n, l)
PS_dii
(i, j, n, l),
i = 1, 2, ..., nrx
j = 1, 2, ..., nrt
n
= 1, 2, ..., ndii
l = 1, 2, ..., ntr
-
Für den Fall,
dass das Modell mit einem Satz von diskretisierten DI-Werten unter Verwendung
der scheinbaren Phasenverschiebung PS_a (m, l) und des scheinbaren
Phasendurchschnitts PA_a (m, l) sowie der Modelldaten PA_dii (i,
j, n, l) und PS_dii (i, j, n, l) betrieben wird, Erlangen der Rxo-
und Rt-Werte durch eine zweidimensionale, lineare Interpolation:
Rxo_dii
(m, n, l)
Rt_dii (m, n, l),
m = 1, 2, ..., ndepth
n
= 1, 2, ..., ndii
l = 1, 2, ..., ntr
-
Für den Fall,
dass das Modell mit einem Satz von diskretisierten DI-Werten betrieben
wird, sind zum Bestimmen des DI-Schätzwertes durch Auswählen eines
DIi (n), das die kleinste kombinierte Streuung für Rxo_dii (m, n, l) und Rt_dii
(m, n, l) ergibt, die Auswahlregeln bei der vorliegenden Ausführungsform
wie folgt:
Finde ein solches n = n, das die kleinste kombinierte, normierte
Varianz über
die fünf
längsten
TR-Abstände
l = 3, 4, 5, 6, 7 Var(Rt_dii (m, n, l))/Mittel (Rt_dii (m, n, l)) +
Var(Rxo_dii(m, n, l))/Mittel (Rxo_dii (m, n, l)) ergibt und dass wenigstens ein
Minimum aus vier der Rxo- und Rt-Schätzwerte Rxo_dii (m, n, l) und Rt_dii (m, n, l), l = 1, ..., ntr, innerhalb der vorgegebenen Grenzwerte 0,1 Ωm < Rxo_dii (m, n, l) < 300 Ωm, für l = 1, ..., ntr 0,1 Ωm < Rt_dii (m, n, l) < 300 Ωm, für l = 1, ..., ntrliegt.
-
Die
endgültigen
invertierten Parameter lauten: Rxo_inv (m) =
Mittel (DI_dii (m, n, l)) über l =
3, 4, 5, 6, 7 Rt_inv (m) = Mittel (Rt_dii
(m, n, l)) über
l = 3, 4, 5, 6, 7 DI_inv (m) = DIi (n)
-
Die
Qualitätsindikatoren
nach prozentualer Streuung für
die Inversion lauten:
Der Plus-Prozentwert der Streuung für Rxo_inv, pps_rxo (m) = [Max(Rxo_dii(m, n, l))/Rxo_inv (m) – 1]·100 %Der Minus-Prozentwert
der Streuung für
Rxo_inv, mps_rxo (m) = [Min(Rxo_dii(m, n, l))/Rxo_inv (m) – 1]·100 %Der
Plus-Prozentwert der Streuung für
Rt_inv, pps_rt (m) = [Max (Rt_dii (m, n, l))/Rt_inv (m) – 1]·100 %Der Minus-Prozentwert
der Streuung für
Rt_inv, mps_rt (m) = [Min (Rt_dii (m, n, l))/Rt_inv (m) – 1]·100 %
-
Hierbei
sind Var, Mittel, Max und Min der Varianz-, Mittelwert-, Maximum-
bzw. Minimum-Operator über
dem Index l.
-
In 8 ist ein Ablaufplan einer Routine gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung gezeigt, die in Verbindung mit den Routinen, auf die
darin verwiesen wird, beim Programmieren der Prozessoren wie etwa
der Prozessoren 85 und 270 aus den 1 bzw.
2 verwendet werden kann, um den Betrieb zu implementieren. In der
gezeigten Ausführungsform der
Erfindung werden bestimmte Operationen je nach Fall von der Elektronik
im Bohrloch oder von der Elektronik außerhalb des Bohrlochs ausgeführt und/oder
gesteuert, jedoch kann die Erfindung auch so implementiert sein,
dass einige Operationen an anderen Orten ausgeführt werden. Der Block 810 repräsentiert
die in Verbindung mit 9 näher beschriebene
Routine zum Ausführen
der Bohrlochmessung und der Speicherung von Messwerten. Dies umfasst
die Messung von Amplitude und Phase an jedem Empfänger für jeden
der Sender-Empfänger-Abstände und
in der vorliegenden Ausführungsform
außerdem
die Berechnung der gemessenen Phasenverschiebung PSm,
des gemessenen Phasendurchschnitts PAm und
der gemessenen Dämpfung
ADm (falls erwünscht) für jeden der Sender-Empfänger-Abstände.
-
Der
Block
820 repräsentiert
das Ausführen einer
Setup-Prozedur, bei der bestimmte bekannte Informationen und von
der Bedienungsperson ausgewählte
Parameter eingegeben werden können.
Es sei beispielsweise auf die gleichzeitig anhängige Hauptanmeldung hiervon,
die
US-Anmeldung mit Aktenzeichen
08/789,902 , verwiesen. Es können beispielsweise Informationen
wie etwa der spezifische elektrische Widerstand des Schlamms außerhalb des
Bohrlochs, die Temperatur und die Bohrkronengröße zusammen mit von der Bedienungsperson ausgewählten Parametergrenzwerten,
Modell-Schrittweiten und anderen Parametern, die hier näher behandelt
werden, eingegeben werden. Außerdem
kann nach Bedarf entweder manuell oder automatisch ein Sieben bzw.
eine Klassierung vorgenommen werden, um im Voraus (z. B. mit einer
Vorverarbeitungsroutine) Bedingungen zu bestimmen, unter denen Techniken
hiervon nicht verwendet würden
oder eine Modifikation erfordern würden. Beispiele solcher Bedingungen
wären das
Vorhandensein einer scharfen Bettgrenze oder einer Zone, in der
es keine bedeutende Durchdringung gibt, was beispielsweise durch
eine wesentliche Entsprechung zwischen den von sämtlichen der verschiedenen TR-Abstände der
Protokollierungsvorrichtung erhaltenen Messwerten angegeben wird.
-
Der
Block 830 repräsentiert
eine Routine, mit der Werte für
die scheinbare Phasenverschiebung (mit PS_a bezeichnet) und den
scheinbaren Phasendurchschnitt (mit PA_a bezeichnet) für jedes
Tiefenniveau über
den interessierenden Tiefenbereich erhalten werden können. In
einer bevorzugten Ausführungsform
hiervon kann dies durch ein erstes Ausführen einer Routine in Übereinstimmung mit
einer Technik, die in der oben zitierten gleichzeitig anhängigen Hauptanmeldung
mit Aktenzeichen 08/789,902 dargelegt ist, um im Kontext eines vereinfachten
Stufenmodells, das momentan beschrieben werden soll (und insgesamt
durch den Block 831 innerhalb des Blocks 830 dargestellt
ist), Werte für
den aus der Phasenverschiebung erhaltenen bohrlochkorrigierten Widerstand
(Rps) und den aus dem Phasendurchschnitt
erhaltenen bohrlochkorrigierten Widerstand (Rpa)
zu erlangen, und danach durch Ausführen einer Vorwärtsmodellierung,
die eine lineare Interpolation im doppeltlogarithmischen Bereich
anwendet, um die scheinbare Phasenverschiebung (PS_a) und den scheinbaren
Phasendurchschnitt (PA_a) aus den bohrlochkorrigierten Widerstandsgrößen zu erlangen,
(wie durch den Block 832 innerhalb des Blocks 830 dargestellt
ist) erfolgen. 10 zeigt ein Stufenmodell, das
in der Hauptanmeldung mit Aktenzeichen 08/789.902 in Verbindung
mit einer Inversionstechnik verwendet wird, wobei das Modell ein Bohrloch
mit dem Durchmesser HD, das mit Fluid mit dem spezifischen elektrischen
Widerstand Rm befüllt ist und von einem Formationsmedium
mit dem spezifischen elektrischen Widerstand Rt umgeben
ist, zeigt. Die Technik des Blocks 831 verwendet mit einem
Protokollierungswerkzeug des oben beschriebenen Typs durchgeführte Messungen
der Phasenverschiebung (PS), des Phasendurchschnitts (PA) und der
Dämpfung
(AD) und bestimmt den scheinbaren spezifischen elektrischen Widerstand
Rm des Schlamms im Bohrloch und den Bohrlochdurchmesser
HD und kann dann die bohrlochkorrigierten Widerstandsgrößen bestimmen.
Aus diesen bohrlochkorrigierten Widerstandsgrößen und anhand eines weiteren
Modells hiervon, wie es in 11 gezeigt ist,
die ein Stufenmodell mit einer durchdrungenen Zone mit dem Durchmesser
DI, die ein Medium mit dem spezifischen elektrischen Widerstand
Rxo enthält,
die von einem Medium mit dem spezifischen elektrischen Widerstand
Rt umgeben ist, zeigt, kann eine geeignete Vorwärtsmodellierungstechnik angewandt
werden, um die scheinbare Phasenverschiebung PS_a und den scheinbaren
Phasendurchschnitt PA_a bei jedem TR-Abstand der Protokollierungsvorrichtung
zu bestimmen. Diese Bestimmung ist durch den Block 832 dargestellt.
Auf geeignete Vorwärtsmodellierungstechniken
wird in Verbindung mit
-
12 Bezug genommen. Die Erfindung hiervon
kann wohlgemerkt in Verbindung mit anderen Techniken zum Erlangen
der Phasenverschiebung und des Phasendurchschnitts oder des Ableitens
der scheinbaren Phasenverschiebung oder des scheinbaren Phasendurchschnitts
praktiziert werden. Der Block 840 repräsentiert die Erzeugung der
diskretisierten Werte von Rxo, die beispielsweise auf durch die
Bedienungsperson ausgewählten
Eingaben für den
Bereich und Schrittweiten hiervon basieren, die ihrerseits auf der
verfügbaren
Kenntnis basieren. Innerhalb des Bereichs zwischen dem Maximalwert und
dem Minimalwert von Rxo sind die diskretisierten Werte in dem Protokollgebiet
gleich beabstandet. Es sei auf den oben aufgezählten Abschnitt 2. verwiesen.
Der nächste
Block 845 repräsentiert
die Routine zum Erzeugen und Speichern einer Haupt-Nachschlagtabelle,
die Rxo, Rt, DI und TR auf PS und PA bezieht, wobei die Routine
in Verbindung mit den 12A und 126 ausführlicher beschrieben wird. Diese
Haupt-Nachschlagtabelle wird vorzugsweise im Voraus erzeugt und
gespeichert und ist nur willkürlich
an dieser Stelle in der Routine gezeigt. Sie wird beispielsweise
zur Verwendung beim Ausführen
von nachfolgenden Abschnitten der Routine aufgerufen. Danach wird
der Block 850 betreten, wobei dieser Block das Initialisieren
eines Tiefenniveauindexes auf das erste Tiefenniveau, bei dem die
Verarbeitung gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
durchgeführt
werden soll, repräsentiert.
Der Block 855 repräsentiert
die Bestimmung durch Interpolation im doppeltlogarithmischen Bereich
von Modellwerten für
die Phasenverschiebung (PS) und den Phasendurchschnitt (PA) bei
jedem der diskretisierten Werte von Rxo für alle Werte von DI und Rt
und bei allen Abständen
TR. Dies bildet eine ergänzende
Nachschlagtabelle, die als eine Anzahl von dreidimensionalen Tabellen,
eine für
jeden diskretisierten Rxo-Wert (d. h. eine für jedes n), betrachtet werden kann.
Es sei auf den oben aufgezählten
Abschnitt 3. verwiesen, in dem die Modellwerte ausgedrückt sind als:
PA_rxoi
(n, j, k, l)
PS_rxoi (n, j, k, l),
-
Die
zweidimensionale Interpolation (Block 860) kann dann für jede Rxo-TR- Kombination angewandet
werden, um unter Verwendung der scheinbaren Phasenverschiebung (PS_a)
und des scheinbaren Phasendurchschnitts (PA_a), die ursprünglich für jeden
TR-Abstand erhalten wurden, die DI- und Rt-Schätzwerte zu erlangen. Es sei
auf den oben aufgezählten
Abschnitt 4. verwiesen, in dem die bestimmten Ausgangsgrößen mit
DI_rxoi
(m, n, l)
Rt_rxoi (m, n, l),
bezeichnet sind. Die Routine
für die
zweidimensionale Interpolation wird in Verbindung mit dem Ablaufplan
von 13 dargelegt und ist in 15 veranschaulicht.
-
Nach
der Bestimmung der Schätzwerte
für den
Durchdringungsdurchmesser (DI) und den spezifischen elektrischen
Widerstand Rt der nicht durchdrungenen Zone für jeden TR-Abstand wird ein
Auswahlprozess verwendet, um jenes Rxo auszuwählen, das nach den in dem obigen
Abschnitt 5 dargelegten Auswahlregeln zu der minimalen
Streuung führt.
Einfach ausgedrückt
betrachtet der Auswahlprozess die Stetigkeit der DI- und Rt-Bestimmungen
für verschiedene
der TR-Abstände
und wählt
jenes Rxo aus, das zu gleich bleibenden Werten von DI und Rt führt. Ein weiteres
Kriterium, das fordert, dass DI und Rxo zumeist innerhalb normalerweise
erwarteter Bereiche liegen, wird ebenfalls in einer bevorzugten
Ausführungsform
hiervon verwendet. Jedoch könnten
auch andere geeignete Auswahlkriterien, die mit den Prinzipien der
Erfindung vereinbar sind, verwendet werden. Die Routine zum Implementieren
der Auswahlregeln ist durch den Block 870 dargestellt und
wird in Verbindung mit dem Ablaufplan von 14 beschrieben.
Nachdem das Rxo ausgewählt
ist, können
die invertierten Werte von DI und Rt als jeweilige Mittelwerte über die
fünf längsten Abstände bestimmt
werden, wobei die Werte von Rxo, DI und Rt ausgelesen und gespeichert
werden, wie durch den Block 875 dargestellt ist. Danach
wird der Entscheidungsblock 880 betreten, wobei dieser
Block eine Abfrage repräsentiert,
ob das letzte in dem momentanen Durchlauf zu verarbeitende Tiefenniveau
erreicht worden ist. Falls nicht, wird der Tiefenniveauindex inkrementiert (Block 885)
und der Block 855 erneut betreten, wobei die Schleife 887 fortsetzt,
bis alle gewünschten
Tiefenniveaus des Tiefenbereichs verarbeitet worden sind. Das Auslesen
kann beispielsweise in einen anderen Speicher oder ein anderes Aufzeichnungsmedium
oder zu einer Datenanzeigeeinrichtung (nicht gezeigt) geschehen.
Obwohl gezeigt ist, dass in der gezeigten Ausführungsform die gesamte Verarbeitung
an der Bohrlochstelle ausgeführt
wird, kann die Verarbeitung oder ein Teil hiervon, falls geeignet, auch
fern von der Bohrlochstelle, etwa über Kommunikationsverbindungen,
ausgeführt
werden.
-
In
9 ist ein Ablaufplan einer Routine gezeigt,
die allgemein durch den Block
810 von
8A zum
Steuern eines Prozessors (z. B.
270 von
2) der
Ausführungsform
nach den
1 und
2, um die
Bohrlochprotokollierung und das Speichern von Messwerten auszuführen, wiedergegeben
ist. (Derselbe Typ von Routine kann für eine beliebige Anzahl von
Sendern verwendet werden.) Die Blöcke
910,
920,
930 und
940 und
die Schleife
945 dienen dazu, nacheinander das Speisen
jedes Senders (T1 bis T5 in diesem Fall) und das Steuern der Messung
der relativen Phase und der Amplitude der empfangenen Signale, die
jedem der gespeisten Sender zugeordnet sind, an jedem Empfänger zu
veranlassen. Für nähere Einzelheiten
sei auf das oben zitierte Patent
US
5,594,343 verwiesen. Es können wohlgemerkt auch andere
Techniken zum Ausführen
der Messungen angewandt werden. Der Block
910 repräsentiert das
Initialisieren des Senders, während
der Block
920 das Aktivieren des Senders (durch Steuerung des
Schalters
275 von
2) und das
Speichern der relativen Phase und der Amplitude, die an jedem Empfänger des
Empfängerpaars
R1 und R2 (siehe
2) gemessen werden, repräsentiert.
Der Entscheidungsblock
930 repräsentiert die Bestimmung, ob
der letzte Sender aktiviert worden ist. Falls nicht, wird der Block
940 betreten,
der Senderindex inkrementiert und der Block
920 erneut
betreten. Die Schleife
945 setzt sich fort, bis alle Messungen
für das
momentane Tiefenniveau ausgeführt
und gespeichert worden sind.
-
Die
Blöcke 970, 980 und 990 werden
dazu verwendet, aus den Messwerten für die relative Phase und die
Amplitude (die jeweils mit P1 und A1 bezeichnet sind) an dem nahen Empfänger R1
und den Messwerten für
die relative Phase und die Amplitude (die jeweils mit P2 und
A2 bezeichnet sind) an dem fernen Empfänger R2
für jeden
Sender-Empfänger-Abstand
die Dämpfung
AD, die Phasenverschiebung PS und den Phasendurchschnitt PA zu berechnen.
In der vorliegenden Ausführungsform
werden die Größen AD,
PS und PA anhand der folgenden Beziehungen berechnet: AD
= 20 log10[A1/A2] PS = P2 – P1 PA = (P2 +
P1)/2
-
Der
Block 960 repräsentiert
das Initialisieren auf den ersten Sender-Empfänger-Abstand, worauf AD, PS und PA wie angegeben
berechnet werden. (Es sei angemerkt, dass, wie bereits beschrieben worden
ist, AD für
einen Teil der Verarbeitung hiervon nicht erforderlich ist.) Der
Entscheidungsblock 995, der Inkrementierungsblock 998 und
die Schleife 997 werden dann fortgesetzt, bis alle Abstände verarbeitet
worden sind. Alternativ könnten
die Blöcke 970, 980 und 990 unter
dem Block 920 in der Schleife 945 stehen, um AD,
PS und PA direkt nach der Erfassung eines jeden Satzes von Messwerten
für einen
bestimmten Abstand zu berechnen.
-
Wie
mit Bezug auf den Block 845 von 8 beschrieben
worden ist, wird in einer Ausführungsform
der Erfindung eine Haupt-Nachschlagtabelle erzeugt, die Rxo, Rt,
DI und TR auf PS und PA bezieht. 12 ist
ein Ablaufplan einer Routine zum Erzeugen und Speichern der Nachschlagtabelle
(der Haupt- oder Grobraster-Nachschlagtabelle),
die in dieser Ausführungsform
verwendet wird, um Werte von PS und PA auf Modellwerte des Sender-Empfänger- Abstands
TR, des Durchdringungsdurchmessers DI, des spezifischen elektrischen
Widerstands Rxo der durchdrungenen Zone und des spezifischen elektrischen
Widerstands Rt der Formation zu beziehen. Beim Erzeugen von PS als
Funktion von TR, DI, Rxo, Rt und PA wird der Index j verwendet,
um Werte von Rt darzustellen, wird der Index n verwendet, um Werte
von Rxo darzustellen, wird der Index k verwendet, um Werte von DI
darzustellen, und wird der Index l verwendet, um Werte von TR darzustellen.
Somit werden die in der Nachschlagtabelle gespeicherten Werte mit
PSnjkl und PAnjkl bezeichnet.
-
Die
zu verwendenden Grobrasterwerte von TR, DI, Rxo und Rt können die
unter Messbedingungen in der Praxis angetroffenen Bereiche abdecken. Beispiele
sind DI im Bereich von 5 Zoll bis 200 Zoll und Rxo und Rt im Bereich
von 0,1 bis 300 Ωm.
In dem Ablaufplan von
12 repräsentiert
der Block
1205 das Initialisieren von TR (Index l) auf
seinen ersten Wert, während
der Block
1210 das Initialisieren von DI (Index k) auf
seinen ersten Wert repräsentiert,
der Block
1215 das Initialisieren von Rxo (Index n) auf
seinen ersten Wert repräsentiert
und der Block
1220 das Initialisieren von Rt (Index j)
auf seinen ersten Wert repräsentiert.
Als Nächstes
repräsentiert
der Block
1225 die Berechnung und Speicherung von PS
njkl durch Vorwärtsmodellierung in einem sogenannten
Stufenmodell, das in
11 gezeigt ist (mit einem Durchdringungsdurchmesser
DI, einem spezifischen elektrischen Widerstand Rxo der durchdrungenen
Zone, einem spezifischen elektrischen Widerstand Rt der Formation
und einem Sender-Empfänger-Abstand
TR), in dem die Modellparameter durch die beschriebenen Indizes
n, j, k und l definiert sind. Es können verschiedene Techniken
angewandt werden, um die Amplitude und die relative Phase von elektromagnetischer
Energie bei der in der vorliegenden Ausführungsform verwendeten Frequenz
wie etwa durch Verwendung einer Routine für die Berechnung der komplexen
Amplitude und Phase an den Empfängerorten
in dem Medium, das eine definierte Geometrie und Widerstandsgrößen aufweist, zu
berechnen, wobei die spezifizierten Abstände alle von dem zu verwendenden
bestimmten Protokollierungswerkzeug bestimmt werden. Ein Beispiel
einer solchen Routine ist in der folgenden Veröffentlichung beschrieben: Anderson,
B. und Chew, W.C., "A
New High Speed Technique For Calculating Synthetic Induction And
DPT Logs", SPWLA
25th Annual Logging Symposium (1984), Paper HH. Es sei außerdem auf
das oben zitierte
US-Patent 5,594,393 und
auf Field Computation By Moment Methods, Roger Harrington, IEEE
Press 3. Ausg. 1993 sowie auf Electromagnetic Wave Theory, Jim Kong,
Wiley-Interscience, 1986, verwiesen.
-
Es
könnten
auch andere geeignete Techniken angewandt werden, um Vorwärtsmodellierungsberechnungen
vorzunehmen. Demgemäß repräsentiert
der Block 1225, auf den oben verwiesen worden ist, die
Berechnung und Speicherung von PSnjkl für die momentanen
Indizes, während
der Block 1230 die Berechnung und Speicherung von PAnjkl für
die momentanen Indizes repräsentiert.
Danach werden vier verschachtelte Schleifen 1240, 1250, 1260 und 1270 verwendet,
um alle Kombination der Indizes zu erzeugen, so dass PSnjkl und
PAnjkl für
alle Kombinationen von Grobrasterwerten von TR, DI, Rxo und Rt erhalten
werden. Genauer werden die vier verschachtelten Schleifen 1240, 1250, 1260 und 1270 verwendet,
um die Indexwerte von n, j, k und l zu iterieren. In der Schleife 1240 ist
die Bestimmung, ob das letzte j (d. h. der letzte Rt-Wert) erreicht
worden ist, durch den Entscheidungsblock 1242 dargestellt, während das
Inkrementieren des Indexes j durch den Block 1247 dargestellt
ist. In der Schleife 1250 ist die Entscheidung, ob das
letzte n (d. h. der letzte Wert von Rxo) erreicht worden ist, durch
den Entscheidungsblock 1252 dargestellt, während das
Inkrementieren des Indexes n durch den Block 1257 dargestellt
ist. Jedes Mal, wenn die Schleife 1250 durchlaufen wird,
wird der Index j (Block 1255) für den nächsten Ablauf in der Hilfsschleife 1240 initialisiert.
In der Schleife 1260 ist die Bestimmung, ob das letzte
k (d. h. der letzte Wert von DI) erreicht worden ist, durch den
Entscheidungsblock 1262 dargestellt, während das Inkrementieren des
Indexes k durch den Block 1267 dargestellt ist. Jedes Mal,
wenn die Schleife 1260 durchlaufen wird, werden die Indizes
j und n (Block 1265) für
den nächsten
Ablauf in den Hilfsschleifen 1250 und 1240 initialisiert.
In der Schleife 1270 ist die Bestimmung, ob das letzte
l (d. h. der letzte Wert von TR) erreicht worden ist, durch den Entscheidungsblock 1272 dargestellt,
während
das Inkrementieren des Indexes l durch den Block 1277 dargestellt
ist. Jedes Mal, wenn die Schleife 1270 durchlaufen wird,
werden die Indizes j, n und k (Block 1275) für den nächsten Ablauf
in den Hilfsschleifen 1260, 1250 und 1240 initialisiert.
In dieser Weise ist ersichtlich, dass die Grobraster-Nachschlagtabelle mit
PSnjkl und PAnjkl für alle Grobrasterwerte
von Rt (Index j), Rxo (Index n), DI (Index k) und TR (Index l) berechnet
und gespeichert werden.
-
In 13 ist ein Ablaufplan der durch den Block 860 von 8B repräsentierten
Routine zum Erlangen von DI- und Rt-Schätzwerten bei jedem Rxo und
jedem TR unter Verwendung der scheinbaren Phasenverschiebung PS_a und
des scheinbaren Phasendurchschnitts PA_a gezeigt. Der Block 1310 repräsentiert
das Initialisieren auf den ersten Rxo-Wert, während der Block 1320 das
Initialisieren auf den ersten TR-Abstand repräsentiert. Als Nächstes wird
für den
momentanen Wert von Rxo und den momentanen TR-Abstand die ergänzende Nachschlagtabelle
verwendet, um durch eine zweidimensionale Interpolation jene DI
und Rt zu bestimmen, die der scheinbaren Phasenverschiebung PS_a
und dem scheinbaren Phasendurchschnitt PA_a entsprechen. Die zweidimensionale
Interpolation lässt
sich einfacher als Kombination von eindimensionalen Interpolationen,
wie sie in Verbindung mit den Blöcken 1330, 1340 und 1350 beschrieben
werden, vergegenwärtigen.
-
Die
Prozedur der Blöcke 1330, 1340 und 1350 lässt sich
anhand von 15 graphisch vorstellen. In
dem Stufenmodell von 11 sind PA und PS jeweils eine
Funktion von Rxo, Rt, DI und TR. Für einen bestimmten Abstand
TR und einen bestimmten spezifischen elektrischen Widerstand Rxo
der durchdrungenen Zone sind PS und PA Funktionen des Durchdringungsdurchmessers
DI und des spezifischen elektrischen Widerstands Rt der Formation. Das
heißt,
dass
PS = f(DI, Rt)
PA = f(DI, Rt)
-
Da
PS und PA beide Funktionen von DI und Rt sind, lässt sich somit eine Aufzeichnung
von PS über
PA für
spezifische Werte von DI und Rt vorstellen. Ein Beispiel einer solchen
Aufzeichnung ist in 15 gezeigt, die eine vereinfachte
Version von 5B ist (mit beispielhaften TR-
und Rxo-Werten von TR = 34 Zoll und Rxo = 2 Ωm), die zwecks Veranschaulichung
und Erläuterung
nur einige der Kurven skizziert. Es gibt fünf Kurven, eine für jeden
von fünf
jeweiligen Durchdringungsdurchmessern. An jeder dieser Kurven variiert
der Rt-Wert, im Allgemeinen mit abnehmendem Rt für zunehmende PS und PA. Die
Aufzeichnung von 15 kann dazu verwendet werden,
die durch die Blöcke 1330, 1340 und 1350 des
Ablaufplans von 13 dargestellte Interpolation
zu veranschaulichen. Für
einen bestimmten scheinbaren Wert von PS (d. h. PS_a) entsprechen die
fünf Modell-Durchdringungsdurchmesser
(DI) der gezeigten Kurven fünf
Werten von PA, die als PA_x-Werte bezeichnet werden und durch Punkte
an den fünf
Schnittpunkten auf der vertikalen Linie gezeigt sind. Bei der Interpolation
nach Block 1340 wird der scheinbare Phasendurchschnitt
PA_a verwendet, um zwischen den PA_x-Werten beiderseits von ihm zu
interpolieren und einen interpolierten DI-Wert zu erhalten. Dieser
DI-Wert wird DI_rxoi genannt. Der DI-Wert liegt an dem Schnittpunkt von PS_a
und PA_a auf der interpolierten DI-Kurve, wie in 15 in einer
gestrichelten Linie gezeigt ist. Die Blöcke 1330 und 1340 führen die
soeben beschriebenen Funktionen, zuerst die DI-Werte (die Schnittpunkte)
zu bestimmen und dann zu interpolieren, um DI_rxoi zu erhalten,
aus. Der Block 1350 repräsentiert die Bestimmung des
Wertes Rt rxoi durch ähnliches
Interpolieren zwischen PS_a und Werten der interpolierten DI-Kurven
(gestrichelte Linie in 15). Es erfolgt dann eine Abfrage
(Entscheidungsblock 1360), ob das letzte TR erreicht worden
ist. Falls nicht, wird TR inkrementiert (Block 1363), wird
der Block 1330 erneut betreten und wird die Schleife 1365 fortgeführt, bis
alle TR-Abstände
berücksichtigt
worden sind. Es erfolgt dann eine Abfrage (Entscheidungsblock 1370),
ob das letzte Rxo erreicht worden ist. Falls nicht, wird Rxo inkrementiert
(Block 1373), wird der Block 1320 erneut betreten
und wird die Schleife 1375 fortgeführt, bis alle Rxo-Werte berücksichtigt worden
sind. In dieser Weise werden DI_rxoi und Rt_rxoi für alle diskretisierten
Rxo und alle TR-Abstände
erhalten.
-
In 14 ist ein Ablaufplan der Routine zum Ausführen der
Auswahl von jenem Rxo, das zu den minimalen normierten Varianzen
von DI und Rt über einen
Bereich von TR-Abständen
führt,
mit der weiteren Forderung, dass DI und Rt innerhalb spezifizierter
Bereiche liegen. Zwecks Erläuterung
sind die Berechnungen von normierten Varianzen so gezeigt, dass
sie in einer separaten Routine ausgeführt werden, jedoch könnten diese
und andere verwandten Berechnungen wohlgemerkt zu jener Zeit, zu
der zunächst
die DI- und Rt-Schätzwerte
bestimmt werden, ausgeführt
werden. Der Block 1405 repräsentiert das Initialisieren
von Rxo auf seinen ersten diskretisierten Wert, während der
Block 1410 das Initialisieren eines Rt-Zählers und
eines DI-Zählers
(die anschließend erläutert werden)
repräsentiert
und der Block 1415 das Initialisieren auf den ersten TR-Abstand repräsentiert.
Die zuvor bestimmten Rt und DI (für das momentane Rxo und das
momentane RT) werden zurückgegeben
(Block 1425), wobei jeweils eine Bestimmung ausgeführt wird
(Blöcke 1431 und 1434), ob
DI innerhalb des vorgeschriebenen Bereichs liegt (Block 1431)
und ob Rt innerhalb des vorgeschriebenen Bereichs liegt, wobei jeweilige
Zähler
inkrementiert werden, wenn eine Bereichsüberschreitung ermittelt wird
(Blöcke 1432 und 1435).
Wenn Rt und DI innerhalb der vorgeschriebenen Bereiche liegen, werden
die Zähler
nicht inkrementiert. Danach wird eine Bestimmung (Entscheidungsblock 1440)
ausgeführt,
ob der letzte TR-Abstand erreicht worden ist. Falls nicht, wird
der Abstand auf den nächsten TR-Abstand
inkrementiert (Block 1442), wird der Block 1425 erneut
betreten und wird die Schleife 1443 für alle betrachteten TR-Abstände fortgeführt. Wenn
der letzte TR-Abstand erreicht worden ist, wird eine Bestimmung
ausgeführt
(Entscheidungsblock 1450), ob einer der DI- oder Rt-Zähler einen
Zählwert erreicht
hat, der größer als
1 ist. Falls dem so ist, ist das Bereichskriterium für das momentane
Rxo nicht erfüllt
worden, womit dieses für
die Auswahl nicht berücksichtigt
wird, so dass der Block 1460 (Inkrementieren auf das nächste Rxo)
direkt betreten wird. Wenn die Zähler
nicht größer als
1 sind, wird der Block 1465 betreten und werden der Mittelwert
und die Varianz von Rt für
das momentane Rxo berechnet. Danach werden der Mittelwert und die
Varianz von DI für
das momentane Rxo berechnet (Block 1470). Als Nächstes wird
die normierte Varianz, die mit NVj bezeichnet
wird, für
das momentane Rxo berechnet (Block 1480). Danach erfolgt
eine Abfrage (Entscheidungsblock 1482), ob das letzte Rxo
betrachtet worden ist. Falls nicht, wird der Block 1460 für eine Berücksichtigung
des nächsten
Rxo betreten, wobei die Rt- und DI-Zähler auf 0 zurückgesetzt werden
(Block 1462), und wird der Block 1415 für das Verarbeiten
des letzten Rxo erneut betreten. Die Schleife 1487 wird
dann fortgeführt
und die normierte Varianz von Rt und Di für alle Werte von Rxo, die die Bereichsanforderungen
erfüllt
haben, berechnet. Die kleinste normierte Varianz wird dann ausgewählt (Block 1490).
-
Wie
oben angemerkt worden ist, kann DI anstelle von Rxo anfänglich diskretisiert
werden. In einem solchen Fall würde
der Block 855 die Modell-PA- und -PS-Werte bei jedem diskretisierten
Durchdringungsdurchmesser DI erlangen. Danach würden im Block 860 Rxo
und Rt bei jedem DI und TR unter Verwendung der scheinbaren Phasenverschiebung PS_a
und des scheinbaren Phasendurchschnitts PA_a erlangt. (In diesem
Fall sind PS und PA beide Funktionen von Rxo und Rt.) Dies bedeutet,
dass in 13 die Interpolation Rxo_dii
(m, n, l) und Rt_dii (m, n, l) erlangt (siehe oben aufgezählter Abschnitt 7.)
Danach wählt
die Auswahlroutine (Block 870, Routine von 14)
dasjenige DIi(n) aus, das die kleinste kombinierte Varianz ergibt,
wie in dem oben aufgezählten
Abschnitt 8. dargelegt ist. In diesem Fall lauten die endgültigen invertierten
Parameter
Rxo_inv(m) = Mittel(DI_dii (m, n, l)) über
l = 3, 4, 5, 6, 7
Rt_inv(m) = Mittel(Rt_dii (m, n, l)) über
l = 3, 4, 5, 6, 7
DI_inv(m) = DIi(n),
wie
ebenfalls in dem aufgezählten
Abschnitt 8. dargelegt ist.
-
Wenn
eine beträchtliche
Zeit nach dem Bohren verstrichen ist, kann bei einigen Formationen
der Durchdringungsdurchmesser ziemlich groß sein. Daher kann es in Verbindung
mit dem Bohrprozess wie etwa während
des sogenannten "Abspülens", wo das Protokollieren
unter Verwendung des Bohrstrangs nach dem Bohren oder während des
Drahtleitungs-Protokollierens ausgeführt wird, wünschenswert sein, die Inversion
mittels von Natur aus tieferen Messwerten, z. B. der Dämpfung,
zu implementieren.