EA010068B1 - Способ создания изображения подземных пластов - Google Patents

Abstract

Раскрывается способ для построения изображения подземного пласта, пересекаемого буровой скважиной, с использованием инструмента, содержащего передатчик для передачи электромагнитных сигналов через пласт и приемник для детектирования сигналов отклика. В способе инструмент вводится в первое положение внутри буровой скважины, после чего передатчик возбуждается для распространения электромагнитного сигнала в пласт. Затем сигнал отклика, который распространяется через пласт, детектируется, и вычисляется производная величина для пласта на основе детектированного сигнала отклика для пласта. Строится график производной величины для пласта от времени. Инструмент перемещается по меньшей мере в еще одно положение внутри буровой скважины, и вышеописанная процедура повторяется. Затем изображение пласта в пределах подземного пласта создается на основе графиков, получающихся из повторяемой вышеописанной процедуры.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу для построения изображения подземного пласта, пересекаемого буровой скважиной. В конкретном варианте осуществления изобретение относится к способу для определения местоположения аномалии и, в частности, к нахождению местоположения резистивной или проводящей аномалии в пласте, окружающем ствол скважины в прикладных задачах бурения. В другом аспекте изобретение относится к способу для обеспечения возможности быстрой идентификации и построения изображения аномалии пласта.

Уровень техники

В прикладных задачах управления параметрами бурения каротажа во время бурения (БАУЭ) выгодно детектировать присутствие аномалии пласта впереди или вокруг буровой коронки или оборудования низа бурильной колонны. Существует много примеров, в которых прогностические возможности желательны в средах ЬУО каротажа. Прогностический каротаж состоит в том, чтобы детектировать аномалию на некотором расстоянии впереди буровой коронки. Некоторые примеры упреждения включают в себя заблаговременное прогнозирование зоны повышенного давления, или детектирование сбоя фронта буровой коронки в горизонтальных скважинах, или определение профиля массивной солевой структуры впереди буровой коронки. Хотя доступные в настоящее время методы способны детектировать присутствие аномалии, они не способны определять местоположение аномалии с достаточной глубиной или скоростью, они не способны детектировать аномалию на достаточном расстоянии впереди буровой коронки или оборудования низа бурильной колонны.

При оценке пласта глубина исследования большинства каротажных инструментов, проводной линии или ЬУО каротажа ограничивается несколькими футами от ствола скважины. Один из таких инструментов раскрывается в патенте США № 5678643 автора РоЬЬнъ и соавт. Патент США № 5678643 ВоЬЫи8 и соавт. раскрывает инструмент для определения местоположения аномалии. Инструмент передает акустические сигналы в буровую скважину и принимает возвращающиеся акустические сигналы, включающие отражения и преломления. Приемники детектируют возвращающиеся акустические сигналы и можно измерить время между передачей и приемом. Расстояния и направления до детектируемых аномалий определяются микропроцессором, который обрабатывает информацию временной задержки из приемников. Как утверждалось выше, глубина исследования при помощи инструмента является ограниченной.

Другой метод, который обеспечивает ограниченную глубину исследования, раскрывается в патенте США № 6181138 автора Надгетага. Этот метод для определения местоположения аномалии использует индукционные инструменты с наклоняемой катушкой и методы исследования с возбуждением на различных частотах. Чтобы достичь глубины исследования с таким инструментом, потребовался бы более длинный инструмент. Однако более длинные инструменты, вообще говоря, приводят к худшему пространственному разрешению.

Чтобы повысить возможности увеличения глубины исследования, предложены способы переходных электромагнитных (ЕМ) процессов. Один из таких способов для увеличения глубины исследования предложен в патенте США № 5955884 авторами РауЮп и соавт. Инструмент, раскрытый в указанном патенте, применяет электрические и электромагнитные передатчики для подачи электромагнитной энергии к пласту на выбранных частотах и формах волн, которые максимизируют радиальную глубину проникновения в проектный пласт. В упомянутом способе переходных ЕМ процессов ток в основном заканчивается на антенне передатчика, и во времени отслеживается изменение напряжения, наведенного в антенне приемника. Такой метод обеспечил возможность детектирования аномалии на расстояниях в глубину от десяти до сотен метров. Однако, хотя Рау!оп раскрывает способ переходных ЕМ процессов, обеспечивающий возможность детектирования аномалии, он не обеспечивает метод детектирования аномалий впереди буровой коронки.

Другие ссылки, как например, опубликованная заявка РСТ ХУ0/03/019237, также раскрывают использование направленных измерений удельного сопротивления в прикладных задачах каротажа. Эта ссылка использует измерения для генерации изображения земного пласта после измерения акустической скорости пласта и объединение результатов. Упомянутая ссылка не раскрывает специфический способ для определения расстояния и направления к аномалии.

Когда для размещения скважины используются измерения во время бурения, детектирование или идентификация аномалий могут быть критическими. Такие аномалии могут включать себя, например, разлом, неработающий продуктивный пласт, соляной купол, или смежный слой породы или водонефтяной контакт. Было бы выгодно определять как расстояние, так и направление аномалии от буровой площадки.

Трехосные индукционные каротажные инструменты, включая проводные и БАУЭ устройства, способны обеспечить направленные измерения удельного сопротивления. Однако не были предложены способы для использования этих направленных измерений удельного сопротивления для идентификации направления к аномалии.

Кроме того, нет экспресс-метода для быстрого представления информации расстояния в видимой форме, чтобы позволить буровику точно регулировать направленность БАУЭ оборудования низа буриль

- 1 010068 ной колонны в нужное местоположение. Настоящие способы обычно применяют инверсионное моделирование для оценки расстояния до особенностей пласта. Этот инверсионный процесс представляет собой процесс, в котором данные используются для построения модели пласта, которая согласуется с данными. Ресурсы времени и вычислений, требуемые для выполнения инверсии, могут быть значительными, что может привести к задержке идентификации особенностей пласта, таких как местоположения.

Соответственно, необходимо новое решение для определения расстояния от инструмента до аномалии. В частности, такое решение необходимо для обзора впереди буровой коронки.

Кроме того, необходимо решение в реальном масштабе времени, имеющее увеличенную глубину анализа, так чтобы измерения могли быть сразу доступны для операторов оборудования. Наконец, необходимо средство для быстрой идентификации или построения изображения особенностей или границ пласта для прикладных задач управления параметрами бурения.

Сущность изобретения

Согласно настоящему изобретению обеспечивается способ для построения изображения подземного пласта, пересекаемого буровой скважиной. Способ может быть реализован с использованием инструмента, содержащего передатчик для передачи электромагнитных сигналов через пласт и приемник для детектирования сигналов отклика.

Способ содержит этапы, на которых инструмент вводится в первое положение внутри буровой скважины;

передатчик возбуждается для распространения электромагнитного сигнала в пласт;

детектируется сигнал отклика, который распространяется через пласт;

вычисляется производная величина для пласта на основе детектированного сигнала отклика для пласта;

строится график производной величины для пласта от времени.

Затем инструмент перемещается по меньшей мере в еще одно положение внутри скважины, после чего описанные выше этапы повторяются.

Дополнительно, указанная процедура может быть проведена снова. Затем изображение пласта в пределах подземного пласта создается на основе графиков производной величины.

Дополнительно, затем инструмент снова перемещается по меньшей мере в еще одно положение внутри скважины, и вся процедура может повторяться снова.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием конкретных вариантов его осуществления со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых фиг. 1 - блок-схема, показывающая систему согласно варианту осуществления изобретения;

фиг. 2 - схема последовательности операций, иллюстрирующая способ согласно варианту осуществления изобретения;

фиг. 3 - график, иллюстрирующий направляющие углы между координатами инструмента и координатами аномалии;

фиг. 4А - график, показывающий аномалию удельного сопротивления в координатной системе инструмента;

фиг. 4В - график, показывающий аномалию удельного сопротивления в координатной системе аномалии;

фиг. 5 - график, иллюстрирующий вращение инструмента внутри ствола скважины;

фиг. 6 - график, показывающий направляющие компоненты;

фиг. 7 - график, показывающий отклик напряжения для коаксиальных ν_ζζ(1), копланарных ν_χχ(1) и перекрестных ν_ζχ(ΐ) измерений для Ь=1 м, для θ=30° и на расстоянии до соли Ό=10 м;

фиг. 8 - график, показывающий отклик напряжения для коаксиальных ν_ζζ(1), копланарных ν_χχ(1) и перекрестных ν_ζχ(ΐ) измерений для Ь=1 м, для θ=30° и на расстоянии до соляной залежи Ό=100 м;

фиг. 9 - график, показывающий кажущееся падение (θ_αρρ(1)) для компоновки как на фиг. 7;

фиг. 10 - график, показывающий кажущуюся удельную электропроводность (σ_αρρ(1)), вычисленную из обоих коаксиального ν_ζζ(ΐ) и копланарного ν_χχ(1) откликов для таких же условий, как на фиг. 9;

фиг. 11 - график, показывающий отношение σ_3ρρ-οορι_3η3Γ (1)/ст_{арр-соах1а1} (1) для такого же угла (θ) сближения и расстояния (Ό) до плоскости соляной залежи, как на фиг. 3;

фиг. 12 - график, показывающий кажущееся падение (θ_αρρ(1)) для инструмента в сборке с Ь=1 м, когда расстояние до соляной залежи составляет Ό=10 м, для различных углов между осью инструмента и объектом;

фиг. 13 - график, подобный фиг. 12, в соответствии с которым расстояние до соляной залежи от инструмента составляет Ό=50 м;

фиг. 14 - график, подобный фиг. 12, в соответствии с которым расстояние до соляной залежи от инструмента составляет Ό=100 м;

фиг. 15 - схематическое изображение, показывающее кажущуюся удельную электропроводность с коаксиальным инструментом;

- 2 010068 фиг. 16 - график, показывающий отклик напряжения коаксиального инструмента фиг. 15 в однородном пласте для различных удельных сопротивлений пласта;

фиг. 17 - график, показывающий отклик напряжения в однородном пласте как функцию удельного сопротивления пласта в различные моменты времени (1) для одного и того же коаксиального инструмента;

фиг. 18 - график, показывающий отклик напряжения в однородном пласте как функцию удельного сопротивления пласта для большего разнесения передатчика-приемника, чем на фиг. 17;

фиг. 19 - схематическое изображение, показывающее кажущуюся удельную электропроводность с копланарным инструментом;

фиг. 20 графически изображает отклик напряжения копланарного инструмента фиг. 19 с разнесением передатчика-приемника Ь=1 м в однородном пласте как функцию удельного сопротивления пласта в различные моменты времени (1);

фиг. 21 - отклик напряжения в однородном пласте как функцию удельного сопротивления пласта для большего разнесения передатчика-приемника, чем на фиг. 20;

фиг. 22 - график, показывающий отклик напряжения как функцию времени 1, задаваемого коаксиальным инструментом фиг. 15, в двухслойном пласте на различных расстояниях от залежи;

фиг. 23 - график, показывающий данные отклика напряжения фиг. 22 в терминах кажущейся удельной электропроводности (σ_αρρ(1));

фиг. 24 подобна фиг. 23, за исключением того, что удельные сопротивления слоев 1 и 2 были взаимно изменены;

фиг. 25 представляет график, сравнивающий σ_αρρ(1) фиг. 23 и 24, отнесенные к 6=1 м;

фиг. 26 - график σ_αρρ(1) для различных разнесений Ь передатчика-приемника в случае 6=1 м;

фиг. 27 изображает графические кривые σ_αρρ(1) для 6=1 м и Ь=01 м для двух отношений удельного сопротивления;

фиг. 28 - график σ_αρρ(1) для случая 6=1 м и Ь=01 м, для различных отношений удельного сопротивления, тогда как проектное удельное сопротивление фиксировано на значении К₂=1 Ом-м;

фиг. 29 изображает сравнение кажущейся удельной электропроводности на больших значениях 1 для коаксиальных откликов, где 6=01 м и Ь=01 м, как функцию удельной электропроводности проектного слоя, тогда как проектная локальная удельная электропроводность фиксирована на значении 1См-м;

фиг. 30 графически изображает такие же данные, как на фиг. 29, построенные в виде отношения проектной удельной электропроводности по локальному слою в зависимости от отношения кажущейся удельной электропроводности при больших временах по удельной электропроводности локального слоя;

фиг. 31 - график, содержащий кажущуюся удельную электропроводность σ_αρρ(1) в зависимости от времени для различных комбинаций 6 и Ь;

фиг. 32 графически изображает отношение между расстоянием по лучу и временем перехода (1_с);

фиг. 33 - графические кривые кажущейся удельной электропроводности σ_αρρ(ζ; 1) в обеих координатах ζ- и 1-;

фиг. 34 - схематическое изображение, показывающее кажущуюся удельную электропроводность с коаксиальным инструментом;

фиг. 35 - график, показывающий отклик напряжения как функцию времени 1, задаваемого коаксиальным инструментом фиг. 34, на различных расстояниях от залежи;

фиг. 36 - график, показывающий данные отклика напряжения фиг. 35 в терминах кажущейся удельной электропроводности σ_αρρ(1);

фиг. 37 подобна фиг. 36, за исключением того, что удельные сопротивления слоев 1 и 2 были взаимно изменены;

фиг. 38 представляет график, сравнивающий σ_αρρ(1) фиг. 36 и 37, отнесенные к 6=1 м;

фиг. 39 - график таких же данных, которые отображены на фиг. 36, но теперь в линейном масштабе кажущейся удельной электропроводности;

фиг. 40 - график σ_αρρ(1) в линейном масштабе для различных разнесений Ь передатчика-приемника, в случае 6=1 м;

фиг. 41 - график удельной электропроводности при больших временах как функцию различных разнесений Ь передатчика-приемника;

фиг. 42 - графические кривые σ_αρρ(1) для 6=5 м и Ь=01 м для различных отношений удельного сопротивления;

фиг. 43 - график σ_αρρ(1) для случая 6=5 м и Ь=01 м, но для различных отношений удельного сопротивления, тогда как проектное удельное сопротивление фиксировано на значении К₂=1 Ом-м;

фиг. 44 графически изображает сравнение кажущейся удельной электропроводности при больших временах в момент 1=1 с с модельным расчетом, для случая проектного удельного сопротивления К₂=1 Ом*м;

фиг. 45 - такие же данные, как на фиг. 44, построенные в виде более кажущейся удельной электропроводности при больших временах в момент 1=1 с в зависимости от отношения кажущейся удельной

- 3 010068 электропроводности при больших временах в момент 1=1 с по удельной электропроводности локального окружения;

фиг. 46 графически изображает расстояние до аномалии впереди инструмента в зависимости от времени перехода (1_с), определенного из данных фиг. 36;

фиг. 47 изображает графическую кривую кажущейся удельной электропроводности σ_αρρ(ζ; 1) в обеих координатах ζ- и 1-;

фиг. 48 - схематическое изображение, показывающее кажущуюся удельную электропроводность с копланарным инструментом;

фиг. 49 - график, показывающий данные отклика напряжения в терминах кажущейся удельной электропроводности (σ_αρρ(1)) как функцию от 1, обеспеченную копланарным инструментом фиг. 48 на различных расстояниях от залежи;

фиг. 50 - сравнение более кажущейся удельной электропроводности п_арр(1^-да) при больших временах для копланарных откликов, где 6=05 м и Ь=01 м, как функцию удельной электропроводности локального слоя, тогда как проектная удельная электропроводность фиксирована на значении 1 См/м;

фиг. 51 графически изображает такие же данные, как на фиг. 50, построенные в виде отношения проектной удельной электропроводности по локальному слою в зависимости от отношения кажущейся удельной электропроводности при больших временах по удельной электропроводности локального слоя;

фиг. 52 графически изображает расстояние до аномалии впереди инструмента в зависимости от времени перехода (1с), определенного из данных фиг. 49;

фиг. 53 - изображение двухслойной модели профилирования соляного купола с использованием коаксиального инструмента;

фиг. 54 - график, подобный фиг. 22, показывающий отклик напряжения как функцию времени 1, задаваемого коаксиальным инструментом фиг. 53, в двухслойном пласте на различных расстояниях от соляной залежи;

фиг. 55 - модель коаксиального инструмента в проводящем локальном слое, очень резистивном слое и дополнительном проводящем слое;

фиг. 56 - график, показывающий отклик удельного сопротивления в зависимости от времени для геометрии, заданной на фиг. 55 для различных толщин очень резистивного слоя;

фиг. 57 - модель коаксиального инструмента в резистивном локальном слое, проводящем слое и дополнительном проводящем слое;

фиг. 58 - график, подобный фиг. 56, показывающий отклик удельного сопротивления в зависимости от времени для геометрии, заданной на фиг. 57 для различных толщин проводящего слоя;

фиг. 59 схематически изображает модель коаксиального инструмента в проводящем локальном слое (1 Ом-м) в окрестности высокорезистивного слоя (100 Ом-м) с разделительным слоем между ними варьирующейся толщины, имеющим промежуточное удельное сопротивление (10 Ом-м);

фиг. 60 - график, подобный фиг. 56, показывающий отклик удельного сопротивления в зависимости от времени для геометрии, заданной на фиг. 59 для различных толщин разделительного слоя;

фиг. 61 схематически изображает модель структуры, включающей высокорезистивный слой (100 Ом-м), покрытый проводящим локальным слоем (1 Ом-м), который покрывается резистивным слоем (10 Ом-м), в соответствии с чем коаксиальный инструмент изображается в резистивным слое и проводящем слое;

фиг. 62 на левой стороне изображает кажущуюся удельную электропроводность в обеих координатах ζ- и 1-, в соответствии с которой точки перегиба соединяются с использованием кривых подогнанных линий;

фиг. 62 на правой стороне изображает образную каротажную диаграмму, выведенную из левой стороны;

фиг. 63 на правой стороне схематически изображает коаксиальный инструмент, видимый как приближающийся к высокорезистивному пласту под углом падения пласта приблизительно 30°, и фиг. 63 на левой стороне изображает отклик кажущегося угла падения пласта в обеих координатах ζ- и 1- для местоположений ζ, соответствующих тем, которые изображены на правой стороне.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Варианты осуществления изобретения относятся к системе и способу для определения расстояния и направления к аномалии в пласте в буровой скважине. Для возбуждения электромагнитных полей с целью использования при детектировании аномалии использовались как активизация частотного анализа, так и активизация временного анализа. При активизации частотного анализа устройство передает незатухающую волну с фиксированной или смешанной частотой и измеряет отклики в такой же полосе частот. При активизации временного анализа устройство передает в качестве исходного сигнала сигнал прямоугольной формы, сигнал треугольной формы, импульсный сигнал или псевдослучайную двоичную последовательность и измеряет широкополосный отклик земли. Внезапные изменения тока передатчика вызывают появление сигналов в приемнике, вызванных индукционными токами в пласте. Сигналы, которые появляются в приемнике, называются переходными откликами, поскольку сигналы приемника

- 4 010068 начинаются от начального значения и затем затухают или увеличиваются со временем до постоянного уровня. Раскрываемый здесь метод реализует метод активизации временного анализа.

Как упоминалось ранее, варианты осуществления изобретения предлагают общий способ определения направления к резистивной или проводящей аномалии с использованием переходных ЕМ откликов. Как будет объясняться подробно далее, направление к аномалии определяется посредством угла падения пласта и азимутального угла. Варианты осуществления изобретения предлагают задавать кажущееся падение пласта 0_арр(1) и кажущийся азимут φ,_ι|Φ(1) посредством комбинаций трехосных переходных измерений. Кажущееся направление ({θ_αρρ(ΐ), φ_αρρ(ΐ)}) достигает истинного направления ({θ, φ}) по мере увеличения времени (1). Оба значения θ_αρρ(ΐ) и φ_αρρ(ΐ) первоначально показывают ноль, когда кажущаяся удельная электропроводность п_соах1а1(1) и σ_{οορ1αηαΓ}(ΐ) из коаксиальных и копланарных измерений обе показывают удельную электропроводность вокруг инструмента. Кажущаяся удельная электропроводность будет дополнительно объясняться ниже и может быть использована для определения местоположения аномалии в буровой скважине.

Фиг. 1 иллюстрирует систему, которая может быть использована для реализации вариантов осуществления способа настоящего изобретения. Вычислительный блок 10, расположенный на поверхности, может быть соединен с инструментом 2 электромагнитных измерений, расположенным в буровой скважине 4 и поддерживаемым кабелем 12. Кабель 12 может быть сконструирован из любого кабеля известного типа для передачи электрических сигналов между инструментом 2 и вычислительным блоком 10, расположенным на поверхности. Один или несколько передатчиков 16, и один или несколько приемников 18 могут быть обеспечены для передачи и приема сигналов. Блок 14 сбора данных может быть обеспечен для передачи данных из передатчиков 16 и приемников 18 в измерительный блок 10, расположенный на поверхности.

Каждый передатчик 16 и каждый приемник 18 может быть трехкоординатным и поэтому может содержать компоненты для отправки и приема сигналов вдоль каждой из трех осей. Соответственно, каждый модуль передатчика может содержать по меньшей мере одну одно- или многокоординатную антенну и может представлять собой передатчик 3-х ортогональных компонентов. Каждый приемник может включать в себя по меньшей мере один одно- или многокоординатный электромагнитный приемный компонент и может представлять собой приемник 3-х ортогональных компонентов.

Блок 14 сбора данных может включать в себя контроллер для управления работой инструмента 2. Блок 14 сбора данных предпочтительно собирает данные из каждого передатчика 16 и приемника 18 и обеспечивает подачу данных в вычислительный блок 10, расположенный на поверхности.

Вычислительный блок 10, расположенный на поверхности, может включать в себя компоненты компьютера, включающие в себя процессор 30, пульт 32 оператора и интерфейс 34 инструмента. Вычислительный блок 10, расположенный на поверхности, также может включать в себя память 40, включающую данные преобразования соответствующей координатной системы и предположения 42, вспомогательный блок 44 вычисления направления, вспомогательный блок 46 вычисления кажущегося направления и блок 48 вычисления расстояния. Вычислительный блок 10, расположенный на поверхности, может дополнительно включать в себя шину 50, которая связывает различные компоненты системы, включая системную память 40, с процессором 30. Среда вычислительной системы 10 представляет собой только один пример подходящей вычислительной среды и не предполагает никакого ограничения на рамки использования или функциональные возможности изобретения. Кроме того, хотя вычислительная система 10 описана как вычислительный блок, расположенный на поверхности, она может быть расположена в других вариантах под поверхностью, встроена в инструмент, расположена в удаленном местоположении или расположена в любом другом удобном местоположении.

Память 40 предпочтительно сохраняет модули 44, 46 и 48, которые могут быть описаны как программные модули, содержащие выполняемые компьютером инструкции, которые выполняются вычислительным блоком 10, расположенным на поверхности. Программный модуль 44 содержит выполняемую компьютером инструкцию, необходимую для вычисления направления к аномалии внутри буровой скважины. Программный модуль 46 включает в себя выполняемую компьютером инструкцию, необходимую для вычисления кажущегося направления, что будет объясняться далее. Программный модуль 48 содержит выполняемые компьютером инструкции, необходимые для вычисления расстояния до аномалии. Хранимые данные 42 включают в себя данные относительно системы координат инструмента и системы координат аномалии и другие данные, требуемые для использования программными модулями 44, 46 и 48. Указанные программные модули 44, 46 и 48, а также хранимые данные 42, будут объясняться ниже в сочетании с вариантами осуществления способа настоящего изобретения.

Вообще говоря, программные модули включают в себя подпрограммы, программы, компоненты, структуры данных и т. п., которые выполняют конкретные задачи или исполняют конкретные абстрактные типы данных. Более, того, специалисты могут понять, что настоящее изобретение может быть реализовано на практике с другими конфигурациями вычислительной системы, включая ручные устройства, многопроцессорные системы, основанную на микропроцессоре или программируемую потребителем электронику, миникомпьютеры, главные компьютеры вычислительного центра и т.п. Изобретение также

- 5 010068 может быть реализовано на практике в распределенных вычислительных средах, в которых задачи выполняются посредством удаленных процессоров, которые связаны через коммуникационную сеть. В распределенных вычислительных средах программные модули могут быть расположены как на локальных, так и на удаленных носителях данных, включая запоминающие устройства.

Хотя вычислительная система 10 показана как имеющая обобщенную память 40, вычислительная система 10 обычно включает в себя разнообразные считываемые компьютером носители. На не ограничивающем примере считываемые компьютером носители могут содержать компьютерные носители данных или средства коммуникации. Память 40 вычислительной системы может включать в себя компьютерные носители данных в форме энергозависимой и/или энергонезависимой памяти, такой как постоянное запоминающее устройство (КОМ, ПЗУ), и оперативное запоминающее устройство (КАМ, ОЗУ). Базовая система ввода/вывода (В1О8), содержащая базовые подпрограммы, которые помогают переносить информацию между элементами внутри компьютера 10, как например, во время запуска, обычно запоминается в ПЗУ. ОЗУ обычно содержит данные и/или программные модули, которые сразу становятся доступными и/или в настоящее время находятся в работе процессора 30. На не ограничивающем примере вычислительная система 10 включает в себя оперативную систему, прикладные программы, другие программные модули и данные программы.

Компоненты, показанные в памяти 40, также могут входить в другие съемные/несъемные, энергозависимые/энергонезависимые компьютерные носители данных. Например, дисковод жестких дисков может производить считывание или запись только с несъемного, энергонезависимого магнитного диска, дисковод магнитных дисков может производить считывание или запись только со съемного, энергонезависимого магнитного диска, и дисковод оптических дисков может производить считывание или запись только со съемного, энергонезависимого оптического диска, такого как СОКОМ или другие оптические носители. Другие съемные/несъемные, энергозависимые/энергонезависимые компьютерные носители данных, которые могут использоваться в иллюстративной операционной среде, включают в себя кассеты с магнитной лентой, карты флэш-памяти, универсальные цифровые диски, цифровые видеоленты, твердотельные ОЗУ, твердотельные ПЗУ и т.п. Дисководы и другие соответствующие им компьютерные носители данных, описанные выше и иллюстрируемые на фиг. 1, обеспечивают хранение считываемых компьютером инструкций, структур данных, программных модулей и других данных для вычислительной системы 10.

Пользователь может вводить команды и информацию в вычислительную систему 10 через входные устройства, такие как клавиатура и координатно-указательное устройство, обычно называемое мышью, шаровым манипулятором или сенсорной кнопкой. Входные устройства могут включать в себя микрофон, джойстик, спутниковую параболическую антенну и т.п. Эти и другие входные устройства часто присоединяются к процессору 30 через пульт 32 оператора, который присоединяется к системной шине 50, но также может быть соединен посредством других структур интерфейса и шины, таких как параллельный порт или универсальная последовательная шина (И8В). Монитор или другой тип устройства отображения может быть присоединен к системной шине 50 через интерфейс, такой как видеоинтерфейс. В дополнение к монитору, компьютеры также могут включать в себя другую вычислительную систему, операционную систему, прикладные программы, другие программные модули и данные программы.

Хотя многие другие внутренние компоненты вычислительной системы 10 не показаны, специалистам должно быть понятно, что такие компоненты и межкомпонентное соединение хорошо известны. Соответственно, дополнительные детали, касающиеся внутренней конструкции компьютера 10, необязательно обсуждать в связи с настоящим изобретением.

Фиг. 2 изображает схему последовательности операций, иллюстрирующую процедуры, входящие в способ изобретения. В общем, в процедуре А передатчики 16 передают электромагнитные сигналы. В процедуре В приемники 18 принимают переходные отклики. В процедуре С система обрабатывает переходные отклики, чтобы определить расстояние и направление к аномалии.

Фиг. 3-6 иллюстрируют метод для выполнения процедуры С для определения расстояния и направления к аномалии.

Трехосные переходные отклики

Фиг. 3 иллюстрирует направляющие углы между координатами инструмента и координатами аномалии. Катушка передатчика Т расположена в начале координат, которое служит началом координат для каждой системы координат. Приемник К расположен на расстоянии Ь от передатчика. Система координат земли включает в себя ось Ζ в вертикальном направлении и оси X и Υ в восточном и северном направлениях, соответственно.

Искривленный ствол скважины задается в координатах земли углом 0_ь отклонения и его азимутальным углом ф_ь. Аномалия А удельного сопротивления расположена на расстоянии Э от передатчика в направлении, заданном углом (0_а) падения пласта и его азимутом (ф_а).

Чтобы осуществить на практике варианты осуществления способа, фиг. 4А показывает задание системы координат инструмент/ствол скважины, имеющей оси х, у и ζ. Ось ζ задает направление от передатчика Т к приемнику К. Координаты инструмента на фиг. 4А определяются вращением координат зем

- 6 010068 ли (X, Υ, Ζ) на фиг. 3 на азимутальный угол (ф_Ь) вокруг оси Ζ и затем вращением на угол 0ь вокруг оси у, чтобы достичь координат инструмента (х, у, ζ). Направление аномалии задается углом (θ) падения и азимутальным углом (φ), где соз >9=· ά)=οο50_α 008¾ +8ίη<9_β είη^ соз(<р_а -(¾) ¢1)

СО8#_а 8111¾ СО8(р_а -(¾) 008¾ (2)

Аналогично, фиг. 4В показывает задание системы координат аномалии, имеющей оси а, Ь и с. Ось с задает направление от передатчика Т до центра аномалии А. Координаты аномалии на фиг. 4В определяются вращением координат земли (X, Υ, Ζ) на фиг. 3 на азимутальный угол (ф_а) вокруг оси Ζ и последующим вращением на угол θ₃ вокруг оси Ь, чтобы достичь координат аномалии (а, Ь, с). В указанной системе координат направление ствола скважины определяется в обратном порядке азимутальным углом (φ) и углом падения (3).

Переходные отклики в двух системах координат

Способ дополнительно основан на соотношении между переходными откликами в двух системах координат. Переходные отклики магнитного поля на приемниках [В_х, В_у, ВД которые ориентированы в направлении осей [х, у, ζ] координат инструмента, соответственно, обозначаются как

г г хк				Ч 1
У р			я?	л, к и, и,]	(3)
У т к		уа		л!

из магнитного дипольного источника в направлении каждой оси [М_х, М_у, Μ_ζ].

Когда аномалия удельного сопротивления удалена от инструмента, пласт вблизи инструмента виден как однородный пласт. Для простоты, в способе можно предположить, что пласт является изотропным. В однородном изотропном пласте существует только три только ненулевых переходных отклика. Упомянутые отклики включают в себя коаксиальный отклик и два копланарных отклика. Коаксиальный отклик ν_ζζ(ΐ) является откликом в случае, когда оба - и передатчик Т, и приемник В - ориентированы в общем осевом направлении инструмента. Копланарные отклики, ν_χχ(ΐ) и ν^ΐ), являются откликами, в случае, когда оба - и передатчик Т, и приемник В - выстроены параллельно друг другу, но их ориентация перпендикулярна к оси инструмента. Все отклики перекрестных компонентов идентичны нулю в однородном изотропном пласте. Отклики перекрестных компонентов бывают либо из продольно ориентированного приемника с поперечным передатчиком, либо наоборот. Другой отклик перекрестных компонентов также является нулевым между взаимно ортогональными поперечным приемником и поперечным передатчиком.

Эффект аномалии удельного сопротивления виден в переходных откликах по мере увеличения времени. В дополнение к коаксиальным и копланарным откликам, отклики перекрестных компонентов ν^ζΐ) (Щ: ί, _) х, у, ζ) становятся ненулевыми.

Переходные отклики магнитного поля также могут быть исследованы в системе координат аномалии. Переходные отклики магнитного поля на приемниках [В_а, В_ь, В_с], которые ориентированы в направлении осей [а, Ь, с] координат аномалии, соответственно, могут быть обозначены как

из магнитного дипольного источника в направлении каждой оси [М_а, М_ь, Мс].

Когда аномалия велика и удалена по сравнению с разнесением передатчика-приемника, эффектом разнесения можно пренебречь, и переходные отклики могут быть аппроксимированы откликами приемников, находящихся вблизи передатчика. Затем в способе предполагается, что существует аксиальная симметрия относительно оси с, которая ориентирована в направлении от передатчика к центру аномалии. В такой аксиально симметричной конфигурации отклики перекрестных компонентов в координатах ано малии идентичны нулю в измерениях временного анализа.

Уца	УаЪ	у^'		'У<ш	0	0 '
У*	Ы	УЬс	г=	0	У<ш	0
Геа	УсЬ			0	0	Усс.

Переходные отклики магнитного поля в координатах инструмента соотносятся с таковыми в коор динатах аномалии простым координатным преобразованием Р(3, φ), заданным углом (3) падения и азимутальным углом (φ).

- 7 010068

У**	Уф Уа				УаЬ	^«1
у*	У? У„			Уьь Ух	рсад	(б>
у*	Уф V			Уса	У*>	'се.
		сов £ СО 8^	οοδ>9εϊη^	-т&
	-8Ш^	СО5^	0			(Ί)
		яп<9соз^		005.9

Определение проектного направления

Предположения, сформулированные выше, вносят вклад в определение проектного направления, которое задается как направление аномалии от начала координат. Когда предполагается аксиальная сим метрия в координатах аномалии, измерения переходного отклика в координатах инструмента связываются ограничениями, и два направляющих угла могут быть определены посредством комбинаций трехосных откликов.

ν» Уф у»		Цо 0'
Ууе		0 Ум 0
у у у ггх гху		. 0 0 У*.

(В)

В терминах каждого трехосного отклика

К» =(Е*^СО5’ £+^60^5)006^ + ^8111^

Ϊ» = (Би 0ОВ^а £ + 8Ш¹ £)Я»’ ⁺ «ОЗ¹

К, ЯП* £ + ^008^

V# = =<^Κσα -К«)яп²£сО8^8т^

У_а =г_л -Г_се)сов£!Ш1£со8^

У^ = =-(^-^)0(^8^8111^

Могут быть отмечены следующие соотношения:

У_уу-У_гг = -Е^Хсоз² £-яц² £яп² ф) У_в-У^ (Усс -ЦДсоа² 5-δίπ² £οοδ² ¢) (9) (10) /и;

Можно отметить несколько особых случаев. В первом из этих случаев, когда ни один из перекрестных компонентов не равен нулю, У_ху(1)±0, У_у2(1)±0, УЦЩ0, тогда азимутальный угол (φ) не равен ни нулю, ни π/2 (90°), и может быть определен выражением

Отмечая отношение у , у —^- = 1ап£ып^ яп4 -— = 1ап£со8<>

угол падения (отклонения) определяется выражением (13)

Во втором случае, когда У_ху(1)=0 и У_у2(1)=0, тогда 3=0 или φ=0 или π (180°), или φ=±π/2 (90°) и 3=±π/2 (90°), поскольку коаксиальный и копланарный отклики должны отличаться друг от друга (У_аа+Усс).

Если φ=0, то угол 3 падения определяется выражением

- 8 010068

Если φ=π (180°), то угол 3 падения определяется выражением

Также, что касается второго случая, если 3=0, то У^У^, и У_и=0. Если φ=±π/2 (90°) и 3=±π/2 (90°), то Угг=Ухх и У_и=0. Эти примеры обсуждаются ниже со ссылкой на пятый случай.

В третьем случае, когда У_ху=0 и У_Х2=0, тогда φ=±π/2 (90°) или 3=0, или φ=0 и 3=±π/2 (90°).

Если φ=π/2, то угол 3 падения определяется выражением ,9 = —1хап~

-г_в (17)

Если φ=-π/2, то угол 3 падения определяется выражением

Также, что касается третьего случая, если 3=0, то У_хх=У_уу и У_ух=0. Если φ=0 и 3=±π/2 (90°), то У_уу=У_/х и У_у/=0. Перечисленные примеры обсуждаются ниже со ссылкой на четвертый случай.

В четвертом случае, когда У_хх=0 и У_ух=0, тогда 3=0, или π(180°), или ±π/2 (90°).

Если 3=±π/2, то азимутальный угол φ определяется выражением

У^+Уу* Ухк-Ууу (19)

Также, что касается четвертого случая, если 3=0 или π(180°), то У_хх=У_уу и У_у2=0. Если φ=0 и 3=±π//2 (90°), то У_уу=У_уу и У_уу=0. Данная ситуация также показана ниже со ссылкой на пятый случай.

В пятом случае, когда все перекрестные компоненты стремятся к нулю У_уу=У_уу=У_уу=0. тогда 3=0 или ±π/2 (90°) и φ=0 или ±π/2 (90°).

Если Ухх=Ууу, то 3=0 или π (180°).

Если У_уу=У₂₂, то 3=±π/2 (90°) и φ=0.

Если У₂₂=У_хх, то 3=±π/2 (90°) и φ=±π/2 (90°).

Вращение инструмента вокруг оси инструмент/ствол скважины

В вышеупомянутом анализе все переходные отклики УД!) (ί, _)=х, у, ζ) определяются направлениями осей х-, у- и ζ-координат инструмента. Однако инструмент вращается внутри ствола скважины, и азимутальная ориентация передатчика и приемника больше не совпадает с направлением оси х- или у-, как показано на фиг. 5. Если измеренные отклики равны где оси

представляют собой направление антенн, прикрепленных к вращающемуся инструменту, и ψ представляет собой угол вращения инструмента, то

гхх		гхг
Уух
'яс	У*

(20) (21)

Тогда

- 9 010068

Применяются следующие соотношения:

Следовательно,

Азимутальный угол ф измеряется из трехосных откликов, если угол ψ вращения инструмента известен. Наоборот, угол 3 падения (отклонения) определяется выражением

(26) не зная ориентацию ψ инструмента.

Кажущийся угол падения и азимутальный угол и расстояние до аномалии

Угол падения и азимутальный угол, описанные выше, показывают направление аномалии удельного сопротивления, определяемое комбинаций трехосных переходных откликов в момент времени (1), когда углы отклоняются от нулевого значения. Когда время мало или близко к нулю, эффект такой аномалии не виден в переходных откликах, поскольку все отклики перекрестных компонентов принимают нулевое значение. Чтобы идентифицировать аномалию и оценить не только ее направление, но также расстояние, полезно задать кажущийся азимутальный угол ф_арр(1) выражением

и эффективный угол падения З_арр (1) выражением

для временного интервала, когда ни ф_арр(1)^0, ни π/2 (90°). Для простоты, случай, рассматриваемый ниже, представляет собой случай, в котором ни одно из измерений перекрестных компонентов не идентично нулю: У..(1) -Ό. и У....(1С0.

Для временного интервала, когда ф_арр(1)=0, З_арр(1) задается выражением

Для временного интервала, когда ф_арр(1)=п/2 (90°), З_арр(1) задается выражением

- 10 010068

сзо?

Когда ΐ мало и переходные отклики не чувствуют эффект аномалии удельного сопротивления на расстоянии, эффективные углы идентичны нулю, ф_арр(1)=Э_арр(1)=0. По мере увеличения ΐ, когда переходные отклики чувствуют эффект аномалии, углы ф_арр(1) и З_арр(1) начинают показывать истинный азимутальный угол и угол падения. Расстояние до аномалии может быть показано в момент времени, когда ф_арр(1) и З_арр(1) начинают отклоняться от исходных нулевых значений. Как видно ниже в примере моделирования, наличие аномалии детектируется намного раньше по времени в эффективных углах, чем в кажущейся удельной электропроводности (п_арр(1)). Даже если удельное сопротивление аномалии может быть неизвестно до тех пор, пока на ст_арр(1) не начнет влиять аномалия, ее присутствие и направление могут быть измерены по кажущимся углам. С ограничениями в измерениях времени, расстояние аномалии не может быть заметно в изменении п_арр(1), но заметно в ф_арр(1) и З_арр(1).

Пример моделирования

Фиг. 6 показывает упрощенный пример моделирования, в котором аномалия А удельного сопротивления представляет собой массивный соляной купол, и поверхность 55 раздела соли может рассматриваться как плоская поверхность раздела. Для дальнейшего упрощения можно предположить, что азимут поверхности соли известен. Соответственно, остальные неизвестные представляют собой расстояние до поверхности соли от инструмента, удельное сопротивление изотропного или анизотропного пласта и угол сближения (или угол падения) θ, как показано на фиг. 6. Фиг. 6 также показывает коаксиальную (60), копланарную (62) и перекрестных компонентов (64) компоновки измерения.

Фиг. 7 и 8 показывают напряжение из коаксиальных ν_ζζ(ΐ), копланарных ν_χχ(ΐ) и перекрестных ν_ζχ(ΐ) измерений для Ь=1 м, для θ=30° и на расстоянии от соли Ό=10 м и Ό=100 м, соответственно. Кажущийся угол падения θ^ΐ) задается выражением

К_ж(,)-Г„(0 (311

Фиг. 9 показывает кажущееся падение ф_арр(1)) для инструмента в сборке с Ь=1 м, когда расстояние до поверхности соли составляет Ό=10 м, и под углом сближения θ=30°.

Кроме того, на фиг. 10 показана кажущаяся удельная электропроводность (п_арр(1)), вычисленная из обоих коаксиального ν_ζζ(ΐ) и копланарного ν_χχ(ΐ) откликов, причем угол (θ) сближения и расстояние (Ό) от поверхности соли такие же, как на фиг. 9.

Также на фиг. 11 построен график, показывающий отношение (ст_{арр-сор}1_апаг(1)/п_{арр-соах1а}1(1), который доступен без перекрестных ν_ζχ(ΐ) измерений, причем угол (θ) сближения и расстояние (Ό) до поверхности соли такие же, как на фиг. 3,

Заметим, что направление к поверхности соли непосредственно идентифицируется в графике кажущегося угла падения (0_арр(1)) фиг. 9 как 10^-4 с, когда присутствие аномалии удельного сопротивления просто детектируется в графике кажущейся удельной электропроводности (п_арр(1)) фиг. 10. Чтобы кажущаяся удельная электропроводность достигла асимптотического значения (на больших ΐ) и чтобы отношение кажущейся удельной электропроводности показывало θ=30°, необходимо время почти 10^-3 с.

Фиг. 12 показывает кажущееся падение (ст_арр(1)) для инструмента в сборке с Ь=1 м, когда расстояние до поверхности соли составляет Ό=10 м, но под различными углами между осью инструмента и объектом. Угол (θ) сближения может быть идентифицирован под любым углом.

Фиг. 12, 13 и 14 сравнивают кажущийся угол 0_арр(1) падения для различных расстояний (Ό) до поверхности соли и для различных углов между осью инструмента и объектом.

Расстояние до поверхности соли также может быть определено по времени перехода, на котором θ^ΐ) принимает асимптотическое значение. Даже если расстояние (Ό) до поверхности солевой залежи составляет 100 м, ее можно идентифицировать и ее направление можно измерить по кажущемуся углу падения

Итак, способ рассматривает координатное преобразование переходных ЕМ откликов между координатами, привязанными к инструменту, и координатами, привязанными к аномалии. Когда аномалия велика и далека по сравнению с разнесением передатчика-приемника, можно пренебречь эффектом разнесения и аппроксимировать переходные ЕМ отклики с откликами приемников вблизи передатчика. Далее можно предположить, что существует аксиальная симметрия относительно оси с, которая задает направление от передатчика к аномалии. В такой аксиально-симметричной конфигурации отклики перекрестных компонентов в координатах аномалии идентичны нулю. С этим предположением обеспечивается общий способ для определения направления к аномалии удельного сопротивления с использованием трехосных переходных ЕМ откликов.

Способ задает кажущееся падение θ^ΐ) и кажущийся азимут ф_арр(1) пласта посредством комбинаций трехосных переходных измерений. Кажущееся направление ({θ^ΐ), ф_зрр(1)}) достигает истинного

- 11 010068 направления ({θ, φ}) на больших временах. Оба значения 0_арр(1) и φ_αρρ(ΐ) показывают ноль, когда I мало и эффект аномалии не воспринимается в переходных откликах или в кажущейся удельной электропроводности. Удельные электропроводности (п_соах1а1 (1) и п_сор1_апаг(1)) из коаксиальных и копланарных измерений, обе, показывают удельную электропроводность вокруг инструмента.

Отклонение кажущегося направления ({θ_3ρρ(ί), φ_3ρρ(ί)}) от нуля идентифицирует аномалию. Расстояние до аномалии измеряется по времени, когда кажущееся направление ({θ_3ρρ(ί), <р_арр(1)}) достигает истинного направления ({θ, φ}). Расстояние также может быть измерено из изменения кажущейся удельной электропроводности. Однако аномалия идентифицируется и измеряется намного раньше по времени в кажущемся направлении, чем в кажущейся удельной электропроводности.

Кажущаяся удельная электропроводность

Как утверждалось выше, кажущаяся удельная электропроводность может быть использована в качестве альтернативного метода для кажущихся углов для определения местоположения аномалии в буровой скважине. Зависящая от времени кажущаяся удельная электропроводность может быть задана в каждой точке временной последовательности на каждой глубине исследования. Кажущаяся удельная электропроводность на некоторой глубине исследования ζ задается как удельная электропроводность однородного пласта, которая может генерировать такой же отклик инструмента, измеренный в выбранном положении.

В каротаже способом переходных ЕМ процессов переходные данные собираются на некоторой глубине исследования или в местоположении ζ инструмента в виде временной последовательности наведенных напряжений в контуре приемника. Соответственно, зависящая от времени кажущаяся удельная электропроводность σ_3ρρ(ζ; I) может быть задана в каждой точке временной последовательности на каждой глубине исследования, для соответствующего диапазона интервалов времени в зависимости от удельной электропроводности пласта и технических характеристик инструмента.

Кажущаяся удельная электропроводность для коаксиального инструмента

Наведенное напряжение коаксиального инструмента с разнесением передатчика-приемника Ь в однородном пласте с удельной электропроводностью (σ) задается выражением ,, /Л -(/'Х’.-А в котором ί

и С является константой.

Фиг. 15 иллюстрирует коаксиальный инструмент, в котором обе - и катушка передатчика (Т), и катушка приемника (В) наматываются вокруг общей оси ζ инструмента. Символы σ₁ и σ₂ представляют удельные электропроводности двух слоев пласта. Этот инструмент используется для иллюстрации отклика напряжения для различных значений 1 и Ь на фиг. 17-18 ниже, где σ₁=σ₂.

Фиг. 16 изображает отклик напряжения коаксиального инструмента с Ь=01 м в однородном пласте для различных удельных сопротивлений (В) пласта от 1000 Ом-м до 0,1 Ом-м. Напряжение является положительным во все моменты времени 1 для 1>0. Наклон кривой напряжения является приблизительно постоянным <Э1тС 2 в интервале времени от 10^-8 с до 1 с (или позже) для любого удельного сопротивления пласта, более 10 Ом*м. Наклон изменяет знак в более ранние моменты времени около 10^-6 с, когда удельное сопротивление является таким низким, как 0,1 Ом-м.

Фиг. 17 изображает отклик напряжения как функцию удельного сопротивления пласта в различные моменты времени (1) для одного и того же разнесения коаксиального инструмента (Ь=1 м). Для диапазона удельных сопротивлений от 0,1 до 100 Ом-м отклик напряжения является однозначным как функция удельного сопротивления пласта для времени (1) измерения позднее 10^-6 с. На более ранних временах (1), например, в момент 10^-7 с, напряжение больше не является однозначным. Одинаковый отклик напряжения реализуется при двух различных значениях удельного сопротивления пласта.

Фиг. 18 изображает отклик напряжения как функцию удельного сопротивления для большего разнесения передатчика-приемника Ь=10 м на коаксиальном инструменте. Интервал времени, когда отклик напряжения является однозначным, сдвигается в сторону больших времен (1). Отклик напряжения является однозначным для удельных сопротивлений от 0,1 до 100 Ом-м для времени (1) измерения позднее 10⁴ с. При меньших значениях 1, например в момент 10^-5 с, напряжение более не является однозначным. Кажущаяся удельная электропроводность не определяется хорошо только из одного измерения (коаксиальный инструмент, одно разнесение).

Для относительно компактного разнесения передатчика-приемника (Ь=1 до 10 м), и для интервала

- 12 010068 измерения времени, где 1 больше 10^-6 с, переходный ЕМ отклик напряжения в основном является однозначным как функция удельного сопротивления пласта между 0,1 и 100 Ом-м (и выше). Тем самым обеспечивается возможность определения изменяющейся во времени кажущейся удельной электропроводности из отклика напряжения (ν_ζΖ(1)) в каждый момент времени измерения как

С _ί33)

3ί% в котором

и ν_ζΖ(1) на правой стороне является измеренным откликом напряжения коаксиального инструмента. Из одного типа измерения (коаксиальный инструмент, одно разнесение), чем больше разнесение Ь, тем большее время (1) измерения могло бы применяться к концепции кажущейся удельной электропроводности. Значение σ,,,,,,(1) может быть постоянным или равным удельной электропроводности пласта в однородном пласте: ст_арр(1)=п. Отклонение от постоянного значения (σ) в момент времени (I) предполагает аномалию удельной электропроводности в области, задаваемой временем (1).

Кажущаяся удельная электропроводность для компланарного инструмента

Наведенное напряжение копланарного инструмента с разнесением передатчика-приемника Ь в однородном пласте с удельной электропроводностью (σ) задается выражением (34) в котором

И»

4г и С - константа. При малых значениях 1 копланарное напряжение изменяет полярность в зависимости от разнесения Ь и удельной электропроводности пласта.

Фиг. 19 иллюстрирует копланарный инструмент, в котором передатчик (Т) и приемник (В) параллельны друг другу и ориентированы перпендикулярно оси инструмента. Символы σι и σ₂ представляют удельные электропроводности двух слоев пласта. Указанный инструмент используется для иллюстрации отклика напряжения для различных значений ΐ и Ь на фиг. 21-22 ниже, где σ₁=σ₂.

Фиг. 20 изображает отклик напряжения копланарного инструмента с длиной Ь=1 м как функцию удельного сопротивления пласта в различные моменты времени (1). Для диапазона удельных сопротивлений (В) пласта от 0,1 до 100 Ом-м отклик напряжения является однозначным как функция удельного сопротивления пласта для значений больше чем 10^-6 с. Для меньших значений 1, например при 10^-7, напряжение изменяет полярность и больше не является однозначным.

Фиг. 21 изображает отклик напряжения как функцию удельного сопротивления пласта в различные моменты времени (1) для более длинного копланарного инструмента с длиной Ь=5 м. Интервал времени, когда отклик напряжения является однозначным, сдвигается в сторону более высоких значений ΐ.

Подобно отклику коаксиального инструмента, изменяющаяся во времени кажущаяся удельная электропроводность задается из отклика копланарного инструмента ν_χΧ(1) в каждый момент времени измерения как

и ν_χΧ(ΐ) на правой стороне представляет собой измеренный отклик напряжения копланарного инструмента. Чем больше разнесение, тем большее значение (1) могло бы применяться к концепции кажущейся удельной электропроводности из одного типа измерения (копланарный, одно разнесение). Значение σ,,,,,,(1) может быть постоянным или равным удельной электропроводности пласта в однородном пласте: ^σарр^(ΐ) =^σ.

Кажущаяся удельная электропроводность для пары коаксиальных инструментов

Когда имеется два коаксиальных приемника, отношение между парой измерений напряжения задается выражением

- 13 010068 ι^(^ι ₌ (36) в котором Ь₁ и Ь₂ - разнесения передатчика-приемника двух коаксиальных инструментов.

Наоборот, изменяющаяся во времени кажущаяся удельная электропроводность задается для пары коаксиальных инструментов выражением

(37) в каждый момент времени измерения. Значение σ_αρρ(ΐ) может быть постоянным или равным удельной электропроводности пласта в однородном пласте: ст_арр(1)=п.

Кажущаяся удельная электропроводность подобным образом задается для пары копланарных инструментов или для пары копланарного и коаксиального инструментов. Значение σ_αρρ(ΐ) может быть постоянным или равным удельной электропроводности пласта в однородном пласте: ст_арр(1)=п. Отклонение от постоянного значения (σ) в момент времени (1) предполагает аномалию удельной электропроводности в области, задаваемой временем (1).

Анализ коаксиального переходного отклика в двухслойных моделях

Чтобы проиллюстрировать концепцию кажущейся удельной электропроводности, был исследован переходный отклик инструмента в двухслойной модели земли, например как на фиг. 15. Коаксиальный инструмент с разнесением передатчика-приемника Ь может быть помещен в горизонтальной скважине. Кажущаяся удельная электропроводность σ^ΐ)) обнаруживает три параметра, включающие в себя следующие:

(1) удельная электропроводность (в настоящем примере принимается σ₁=0,1 См/м) первого слоя, в котором помещается инструмент;

(2) удельная электропроводность (в настоящем примере принимается σ₂=1 См/м) смежной залежи и (3) расстояние инструмента (горизонтальный ствол скважины) до границ слоя, для которого в настоящем примере показаны значения 6=1, 5, 10, 25 и 50 м.

При общих обстоятельствах относительное направление ствола скважины и инструмента до границы раздела залежи не известно. В случае каротажа горизонтальной скважины легко сделать вывод, что инструмент является параллельным границе раздела, поскольку отклик не изменяется, когда инструмент движется.

Отклик напряжения коаксиального инструмента с разнесением передатчика-приемника Ь=01 м на различных расстояниях показан на фиг. 22. Информацию можно вывести из упомянутых откликов с использованием кажущейся удельной электропроводности, как будет объясняться далее со ссылкой на фиг. 23. Фиг. 23 показывает данные напряжения фиг. 22, построенные в терминах кажущейся удельной электропроводности. График кажущейся удельной электропроводности показывает удельную электропроводность на малых временах 1; удельную электропроводность на больших временах 1; и время перехода, которое сдвигается по мере изменения расстояния (6).

Как будет объясняться ниже, в двухслойном профиле удельного сопротивления кажущаяся удельная электропроводность по мере приближения ΐ к нулю может идентифицировать удельную электропроводность слоя вокруг инструмента, тогда как кажущаяся удельная электропроводность по мере приближения ΐ к бесконечности, может быть использована для определения удельной электропроводности смежного слоя на расстоянии. Также из времени перехода, наблюдаемого на графике кажущейся удельной электропроводности, может быть измерено расстояние до границ залежи от инструмента. График кажущейся удельной электропроводности, как для времени, так и для местоположения инструмента может быть использован как образное представление переходных данных. Аналогично, фиг. 24 иллюстрирует кажущуюся удельную электропроводность в двухслойной модели, где σ₁=1 См/м (В₁=1 Ом-м) и σ₂=0,1 См/м (К.₂=10 Ом-м).

Удельная электропроводность при малых временах

На малых временах ΐ инструмент воспринимает кажущуюся удельную электропроводность первого слоя вокруг инструмента. При больших значениях ΐ инструмент воспринимает 0,4 См/м для двухслойной модели, в которой σ₁=0,1 См/м (В₁=10 Ом-м) и σ₂=1 См/м (К.₂=1 Ом-м), что является средним значением между удельными электропроводностями двух слоев. Изменение расстояния (6) отражается на времени перехода.

Удельная электропроводность на малых значениях 1, представляет собой удельную электропроводность локального слоя, в котором находится инструмент. На малых временах ΐ сигнал достигает приемника непосредственно из передатчика, не интерферируя с границами залежи. Следовательно, на него влияет только удельная электропроводность вокруг инструмента. Обратно, удельная электропроводность слоя может легко измеряться по кажущейся удельной электропроводности на малых значениях ΐ.

- 14 010068

Удельная электропроводность при больших временах 1

Удельная электропроводность при больших значениях 1 представляет собой некоторое среднее значение удельных электропроводностей двух слоев. При больших значениях 1 почти половина сигналов выходит из пласта под инструментом и остальные сигналы выходят из пласта над инструментом, если время для прохождения расстояния (б) инструмента до границ залежи мало.

Фиг. 25 сравнивает график п_арр(1) фиг. 23 и 24 для Ь=1 м и б=1 м, где отношение удельных сопротивлений К4/К.2 равно 10:1 на фиг. 23 и равно 1:10 на фиг. 24. Хотя не показано, но удельная электропроводность при больших значениях 1 имеет незначительную зависимость от б. Когда зависимостью пренебрегают, удельная электропроводность при больших значениях 1 определяется просто по отдельным удельным электропроводностям двух слоев, и на нее не влияет местоположение инструмента в слое 1 или слое 2.

Фиг. 26 сравнивает графики п_арр(1) для б=1 м, но с различными разнесениями Ь. Значение σ_αρρ(1) достигает почти постоянной удельной электропроводности при больших значениях 1 по мере увеличения Ь. Однако удельная электропроводность при больших значениях 1 почти не зависит от разнесения Ь для рассматриваемого диапазона б и удельных электропроводностей.

Фиг. 27 сравнивает графики п_арр(1) для б=1 м и для Ь=1 м, но для различных отношений удельных сопротивлений. Кажущаяся удельная электропроводность на больших временах 1 пропорциональна значению для одного и того же отношения (σ₁/σ₂). Например

Сад,(4:-4 00^1 / К₂ = Ю, “ 2.0 оЪт-т) (38)

20*σ_4Ρρ(ί-»«>;Βι / Ла ^{β ш} ЮО оЬт-т)

Фиг. 28 показывает примеры графиков п_арр(1) для б=1 м и для Ь=1 м, но для различных отношений удельных сопротивлений проектного слоя 2, тогда как локальная удельная электропроводность (σι) фиксирована на значении 1 См/м (Κ.ι=1 Ом*м). Кажущаяся удельная электропроводность при больших значениях 1 определяется по удельной электропроводности проектного слоя 2, как показано на фиг. 29, когда σ₁ фиксирована на значении 1 См/м.

Численно удельная электропроводность на больших временах может аппроксимироваться среднеквадратичным значением удельных электропроводностей двух слоев как

(39)

Подводя итог, удельная электропроводность при больших значениях 1 (когда 1 приближается к бесконечности), может быть использована для оценки удельной электропроводности (σ₂) смежного слоя, когда локальная удельная электропроводность (σι) вблизи инструмента известна, например, из удельной электропроводности на временах, когда приближается к 0, как иллюстрируется на фиг. 30.

Оценка расстояния б до смежной залежи

Время перехода, в которое кажущаяся удельная электропроводность Щ_арр(1)) начинает отклоняться от локальной удельной электропроводности (σι) к удельной электропроводности при больших значениях времени 1, зависит от б и от Ь, как показано на фиг. 31. Для удобства, время перехода (1_с) задается временем, в которое σ^ρ) принимает значение граничной удельной электропроводности Щ_с). В этом примере граничная удельная электропроводность представляет собой арифметическое среднее между удельной электропроводностью, когда 1 приближается к нулю, и удельной электропроводностью, когда 1 приближается к бесконечности. Время перехода (1_с) диктуется расстоянием по лучу

(40) то есть кратчайшим расстоянием, которое ЕМ сигнал должен пройти от передатчика до границ залежи, до приемника, независимо от удельного сопротивления двух слоев. Наоборот, расстояние (б) может быть оценено из времени перехода (1_с). как показано на фиг. 32.

Другие использования кажущейся удельной электропроводности

Подобно известным индукционным инструментам, кажущаяся удельная электропроводность (σ^ζ)) полезна для анализа ошибки обработки переходных сигналов. Эффект шума в данных переходного отклика может исследоваться как ошибка определения удельной электропроводности.

График кажущейся удельной электропроводности (σ_α^(ζ; 1)) для различных расстояний (б) в обеих координатах ζ- и 1- может служить как образное представление переходных данных, как показано на фиг. 33 для инструмента с разнесением Ь=1 м. Координата ζ представляет глубину инструмента вдоль ствола скважины. График σ_α^(ζ; 1) показывает приближение границ залежи по мере того, как инструмент перемещается вдоль ствола скважины.

Кажущаяся удельная электропроводность должна быть постоянна или равна удельной электропро- 15 010068 водности пласта в однородном пласте. Отклонение от постоянного значения удельной электропроводности в момент времени (ΐ) предполагает наличие аномалии удельной электропроводности в области, определяемой по времени (ΐ).

Прогностические возможности способа переходных ЕМ процессов

Посредством анализа кажущейся удельной электропроводности или ее собственного обратного эквивалента (кажущегося удельного сопротивления) настоящее изобретение может идентифицировать местоположение аномалии удельного сопротивления (например, проводящей аномалии или резистивной аномалии). Далее удельное сопротивление или удельная электропроводность могут быть определены из коаксиальных и/или копланарых переходных откликов. Как объяснялось выше, направление аномалии может быть определено, если также доступны данные перекрестных компонентов. Чтобы дополнительно проиллюстрировать применимость этих концепций, можно использовать предшествующий анализ для детектирования аномалии на расстоянии впереди буровой коронки.

Анализ коаксиальных переходных откликов в двухслойных моделях

Фиг. 34 показывает коаксиальный инструмент с разнесением передатчика-приемника на расстояние Ь, расположенный, например, в вертикальной скважине, приближающейся к смежной залежи, которая представляет собой аномалию удельного сопротивления. Инструмент включает в себя и катушку передатчика Т, и катушку приемника Я, которые намотаны вокруг общей оси ζ инструмента и ориентированы в направлении оси инструмента. Символы σ₁ и σ₂ представляют удельные электропроводности двух слоев пласта.

Чтобы показать, что способ переходных ЕМ процессов может быть использован как прогностический способ каротажа на основе удельного сопротивления, можно проверить переходный отклик инструмента в двухслойной модели земли. Имеется три параметра, которые могут быть определены в двухслойной модели.

Указанными параметрами являются следующие:

(1) удельная электропроводность или удельное сопротивление (в настоящем примере σ₁=0,1 См/м или Я₁=10 Ом-м) локального слоя, в котором помещается инструмент;

(2) удельная электропроводность или удельное сопротивление (в настоящем примере σ₂=1 См/м или Я₂=1 Ом-м) смежной залежи; и (3) расстояние инструмента до границ слоя, для которого в настоящем примере принимаются 6=1, 5, 10, 25 и 50 м. При общих обстоятельствах относительное направление ствола скважины и инструмента до границы раздела залежи не известно.

Отклик напряжения при Ь=1 м (смещение передатчика-приемника) коаксиального инструмента на различных расстояниях (6) как функция от ΐ показан на фиг. 35. Хотя среди откликов на различных расстояниях наблюдается разница, непосредственно из этих откликов нельзя идентифицировать аномалию удельного сопротивления.

Такие же данные напряжения фиг. 35 построены в терминах кажущейся удельной электропроводности σ^ΐ) на фиг. 36. Из этой фигуры ясно, что коаксиальный отклик может идентифицировать смежную залежь более высокой удельной электропроводности на некотором расстоянии. Даже инструмент с разнесением Ь=1 м может детектировать залежь на расстоянии 10, 25 и 50 м, если отклик низкого напряжения может быть измерен за время от 0,1 до 1 с.

График σ^ΐ) проявляет очень отчетливо по меньшей мере три параметра на фигуре: удельная электропроводность при малых временах; удельная электропроводность при больших временах; и время перехода, которое сдвигается по мере изменения расстояния (6). Следует отметить, что, как показано на фиг. 36, на малых временах инструмент воспринимает кажущуюся удельную электропроводность 0,1 См/м, соответствующую таковой слоя непосредственно вокруг инструмента. В более позднее время инструмент воспринимает значение, близкое к 0,55 См/м, арифметическое среднее между удельными электропроводностями двух слоев. Изменение расстояния (6) отражается на времени перехода.

Фиг. 37 иллюстрирует график σ^ΐ) коаксиального переходного отклика в двухслойной модели фиг. 34 для инструмента с разнесением Ь=1 м на различных расстояниях (6), за исключением того, что удельная электропроводность (σι) локального слоя составляет 1 См/м (Κι=1 Ом-м) локального слоя, и удельная электропроводность (σ₂) проектного слоя составляет 0,1 См/м (Я₂=10 Ом-м). Опять, на малых временах, инструмент воспринимает кажущуюся удельную электропроводность 0,1 См/м, которая составляет таковую слоя непосредственно вокруг инструмента. В более позднее время инструмент воспринимает значение приблизительно 0,55 См/м, такое же среднее значение удельной электропроводности как на фиг. 36. Изменение расстояния (6) отражается на времени перехода.

Удельная электропроводность при малых временах (σ_ΑΡΡ (1^0))

Очевидно, что удельная электропроводность при малых временах, соответствующая маленьким значениям ΐ, представляет собой удельную электропроводность локального слоя, в котором находится инструмент. На таких малых временах сигнал достигает приемника непосредственно из передатчика, не интерферируя с границами залежи. Следовательно, на него влияет только удельная электропроводность вокруг инструмента. Обратно, удельная электропроводность слоя может легко измеряться по кажущейся

- 16 010068 удельной электропроводности в раннее время.

Удельная электропроводность при больших временах (σ_ΑΡΡ (1^о>))

С другой стороны, удельная электропроводность при больших временах должна представлять некоторое среднее значение удельных электропроводностей двух слоев. При больших временах почти половина сигналов выходит из пласта под инструментом и другая половина из пласта над инструментом, если время для прохождения расстояния (б) инструмента до границ залежи мало.

Фиг. 38 сравнивает график σ_αρρ(1) фиг. 36 и 37 для Ь=01 м и б=01 м. Удельная электропроводность при больших временах определяется просто по отдельным удельным электропроводностям двух слоев № и σ₂). На нее не влияет то, где расположен инструмент в двух слоях. Однако из-за большой глубины исследования удельная электропроводность при больших временах нелегко достигается даже при 1=1 с, как показано на фиг. 31 для такого же инструмента. На практике удельная электропроводность при больших временах, возможно, должна аппроксимироваться значением σ_αρρ(1=1 с), которое незначительно зависит от б, как иллюстрируется на фиг. 39.

Фиг. 40 сравнивает графики σ_αρρ(1) для б=1 м, но с различными разнесениями Ь. Значение σ_αρρ(1) достигает почти постоянной удельной электропроводности при больших временах в более поздние моменты времени по мере увеличения Ь. Удельная электропроводность при больших временах σ, почти не зависит от Ь. Однако удельная электропроводность при больших временах, заданная при 1=1 с, зависит от расстояния (б), как показано на фиг. 41.

Фиг. 42 сравнивает графики σ_αρρ(1) для б=5 м и для Ь-01 м, но для различных отношений удельных сопротивлений. Указанная фигура показывает, что кажущаяся удельная электропроводность при больших временах пропорциональна значению σι для одного и того же отношения (σ₁/σ₂). Например σ,βρ№1 / «2 ¹⁰ ί Κι - 10 оЪп-ш (41)

2*адрр(±->оо) (¾ / д, = 10? Κι - 20 оЛт-ш)

Фиг. 43 показывает примеры графиков σ_αρρ(1) для б=5 м и для Ь=01 м, но для различных отношений удельных сопротивлений, тогда как проектное удельное сопротивление фиксировано на значении К₂=1 Ом-м, кажущаяся удельная электропроводность при больших временах при 1=1 с определяется по удельной электропроводности локального слоя, как показано на фиг. 44. Численно удельная электропроводность при больших временах может аппроксимироваться арифметическим средним двух слоев как

При сложившихся обстоятельствах рационально, что с коаксиальным инструментом, аксиальный передатчик индуцирует вихревой ток параллельно границам залежи. В более позднее время аксиальный передатчик принимает горизонтальный ток приблизительно равный от обоих слоев. В результате удельная электропроводность при больших временах должна учитывать удельную электропроводность обоих пластов с приблизительно равным весом.

Подводя итог, удельная электропроводность (σ_3ρρ(1^ο)) при больших временах, 1=1 с, может быть использована для оценки удельной электропроводности (σ₂) смежного слоя, когда локальная удельная электропроводность (σι) вблизи инструмента известна, например удельной электропроводности (σ_3ρρ(1^0)=σι) при малых временах. Это иллюстрируется на фиг. 45.

Оценка расстояния (б) до смежной залежи

Время перехода (1_с), в которое кажущаяся удельная электропроводность начинает отклоняться от локальной удельной электропроводности (σι) к удельной электропроводности при больших временах, явно зависит от б, расстояния от инструмента до границ залежи, как показано на фиг. 36 для инструмента с Ь=01 м.

Для удобства время перехода (1_с) задается временем, в которое σ_αρρ(ί<.) принимает значение граничной удельной электропроводности (а_с), то есть, в этом примере арифметическое среднее между ранней и удельными электропроводностями при больших временах составляет

Время перехода (1_с) диктуется расстоянием по лучу (б) минус Ь/2, то есть половина того расстояния, которое ЕМ сигнал должен пройти от передатчика до границ залежи, до приемника, независимо от удельного сопротивления двух слоев. Наоборот, расстояние (б) может быть оценено из времени перехода (1_с), как показано на фиг. 46, когда Ь=01 м.

Образное представление с кажущейся удельной электропроводностью

График кажущейся удельной электропроводности σ_αρρ(ζ; 1) в обеих координатах ζ- и 1- может служить как образное представление переходных данных, которые представляют собой графики кажущейся удельной электропроводности для одного и того же инструмента на различных глубинах, как показано

- 17 010068 на фиг. 47. Координата ζ представляет глубину инструмента вдоль ствола скважины. График σ_αρρ(ζ; ΐ) помогает явно визуализировать приближение границ залежи по мере того, как инструмент перемещается вдоль ствола скважины.

Анализ копланарных переходных откликов в двухслойных моделях

Хотя выше рассматривались коаксиальные переходные данные, копланарные переходные данные из копланарного инструмента также полезны в качестве прогностического способа каротажа на основе удельного сопротивления. Фиг. 48 показывает такой копланарный инструмент с разнесением передатчика-приемника Ь, расположенный в скважине, приближающейся к смежной залежи, которая представляет собой аномалию удельного сопротивления. На копланарном инструменте как передатчик Т, так и приемник К ориентированы перпендикулярно к оси инструмента и параллельны друг другу. Символы σι и σ₂ представляют удельные электропроводности двух слоев пласта.

В соответствии с фиг. 36 для коаксиального инструмента, где Ь=01 м, кажущаяся удельная электропроводность (σ_αρρ(ΐ)) для копланарных откликов графически строится на фиг. 49 для различных расстояний инструмента от границ залежи. Ясно, что копланарный отклик также может идентифицировать смежную залежь более высокой удельной электропроводности на некотором расстоянии. Даже инструмент с разнесением Ь=1 м может детектировать залежь на расстояниях 10-, 25- и 50- м, если отклики низкого напряжения могут быть измерены за период 0,1-1 с. График σ_αρρ(ΐ) для копланарных откликов проявляет три параметра, так же, как для коаксиальных откликов.

Удельная электропроводность при малых временах (а_АРР (1^0))

Для копланарных откликов также справедливо, что удельная электропроводность при малых временах (σ_3ρρ(ΐ^0)) представляет собой удельную электропроводность σι локального слоя, в котором находится инструмент. Обратно, удельная электропроводность слоя может легко измеряться по кажущейся удельной электропроводности в раннее время.

Удельная электропроводность при больших временах (а_АРР (ΐ^α>))

Удельная электропроводность при больших временах (σ_3ρρ(ΐ^^)) представляет собой некоторое среднее значение удельных электропроводностей двух слоев. Выводы, сделанные для коаксиальных откликов, также могут применяться к копланарным откликам. Однако значение удельной электропроводности при больших временах для копланарных откликов не такое же, как для коаксиальных откликов. Для коаксиальных откликов удельная электропроводность при больших временах близка к арифметическому среднему удельных электропроводностей двух слоев в двухслойных моделях. Фиг. 49 показывает удельную электропроводность при больших временах Щ_арр(1^-да)) для копланарных откликов, где й=05 м и для Ь=01 м, но для различных удельных электропроводностей локального слоя, тогда как проектная удельная электропроводность фиксирована на значении 1 См/м. Кажущаяся удельная электропроводность при больших временах определяется по удельной электропроводности локального слоя и численно близка к среднеквадратичному значению

Подводя итог, удельная электропроводность при больших временах (σ_Ημι,(1^^)) может быть использована для оценки удельной электропроводности (σ₂) смежного слоя, когда локальная удельная электропроводность (σ1) вблизи инструмента известна, например, из ранней удельной электропроводности (σ^ΐ^-θ^σΟ. Это иллюстрируется на фиг. 51.

Оценка расстояния (й) до смежной залежи

Переходное время, в которое удельная электропроводность начинает отклоняться от локальной удельной электропроводности (σ₁) к удельной электропроводности при больших временах, явно зависит от расстояния (й) от инструмента до границ залежи, как показано на фиг. 48.

Переходное время (1_с) задается временем, за которое σ_αρρ(ί<.) принимает значение граничной удельной электропроводности (σ₀), то есть, в этом примере арифметическое среднее между ранней и поздней удельными электропроводностями составляет σ₀ * +σ^(ΐ:-*») )/2,

Переходное время (1_с) диктуется расстоянием по лучу (й) минус Ь/2, то есть половина того расстояния, которое ЕМ сигнал должен пройти от передатчика до границ залежи, до приемника, независимо от удельного сопротивления двух слоев.

Наоборот, расстояние (й) может быть оценено из времени перехода (1_с), как показано на фиг. 52, когда Ь=1 м.

Быстрое построение изображения с использованием кажущейся удельной электропроводности

Использование кажущейся удельной электропроводности и кажущегося угла падения может быть использовано для создания изображения или представления особенностей пласта. Это выполняется посредством сбора данных о переходной кажущейся удельной электропроводности в различных положе

- 18 010068 ниях внутри ствола скважины. Используя информацию расстояния и направленности, как получено выше, собранные данные могут быть использованы для создания изображения пласта относительно инструмента.

Первый пример может подтвердить изменение отклика напряжения, основываясь на расстоянии до проектного пласта с использованием коаксиального инструмента, исследующего двухслойную модель, в которой пласт был параллельным оси инструмента. Фиг. 53 изображает коаксиальный инструмент в двухслойном пласте, в котором ось инструмента параллельна поверхности раздела слоя. Это может быть случаем размещения горизонтальной скважины над контактом нефть-вода, когда слои являются горизонтальными и инструмент находится в горизонтальном положении. Ближний слой моделируется как слой, насыщенный соляным раствором, приводящим к низкому удельному сопротивлению (1 Ом-м). Альтернативно, может быть использована модель для представления инструмента в вертикальном стволе скважины, где инструмент используется для целей профилирования соляного купола, и соляной купол представляется слоем высокого удельного сопротивления, расположенным радиально или сбоку от скважины. В этой модели эффекты ствола скважины игнорируются из-за выполнения крупномасштабных измерений. Инструмент фиг. 53 моделируется как имеющий два разнесения, 1 м и 10 м, разнесение между катушками передатчика и приемника. Чтобы характеризовать модель, используются три базовых параметра: удельная электропроводность ближнего пласта, в котором находится инструмент (σι), удельная электропроводность проектного или удаленного пласта σ₂, и расстояние Ό до поверхности раздела с пластом высокого удельного сопротивления. Фиг. 54 изображает отклик напряжения в двухслойной модели с разнесением антенны 1 м, с приближающимся инструментом, где σ₁=₁ См/м (В₁=₁ Ом-м), σ₂=0,01 См/м (В₂=100 Ом-м). На фиг. 54 можно явно видеть изменение отклика напряжения как функцию расстояния.

На основе отклика напряжения ясно, что переходный отклик может варьироваться с расстоянием более резистивного слоя.

Следующая модель применяет проводящий ближний слой, очень резистивный слой и еще проводящий слой. Применяемая конфигурация изображена на фиг. 55. Кажущееся удельное сопротивление (обратная величина кажущейся удельной электропроводности) из коаксиального инструмента, находящегося на расстоянии 10 м от резистивной залежи (соль), показано на фиг. 55 для различных толщин соляной залежи. Инструмент моделируется как параллельный поверхности раздела с резистивным слоем на расстоянии 10 м. Толщина резистивного слоя варьируется от фракции толщиной 1 м до фракции толщиной 100 м. Моделированный отклик кажущегося удельного сопротивления изображается на фиг. 56.

Первый подъем В_арр(!) представляет собой отклик на соль, измеренный с помощью инструмента с разнесением Ь=1 м, и происходит в момент 10^-4 с, когда соль находится на расстоянии 10 м. Если соль полностью разрешена (бесконечно толстым слоем соли на расстоянии свыше Ό=10 м), то кажущееся удельное сопротивление может показывать асимптотически 3 Ом-м. Последующий спад Варр(!) представляет собой отклик на проводящий пласт ниже соли (резистивной залежи). Варр(на больших I) представляет собой функцию удельного сопротивления проводящей залежи и толщины соли. Если время измерения ограничивается временем 10^-2 секунды, то спад Варр(!) может быть не обнаружен для соли толще 500 м.

Что касается разрешения резистивной залежи, коаксиальный инструмент реагирует на тонкую (толщиной 1-2 м) залежь. Время, в которое В_арр(!) достигает максимума или начинает отклоняться, зависит от расстояния до проводящей залежи ниже соли. Как отмечалось ранее, при построении графика в терминах кажущейся удельной электропроводности σ^!), время перехода может быть использовано для определения расстояния до границ залежи.

Также моделировали трехслойный пласт. В указанном случае промежуточный слой был более проводящим слоем. Изображение модели показано на фиг. 57. На ней коаксиальный инструмент, имеющий разнесение 1 м, расположен в стволе скважины в пласте, имеющем удельное сопротивление 10 Ом-м, и расположен на расстоянии 10 м от менее резистивного (более проводящего) слоя, имеющего удельное сопротивление 1 Ом-м. Третий слой находится ниже проводящей залежи и также имеет удельное сопротивление 10 Ом-м. Проводящую залежь моделировали для фракций варьируемой толщины от 1 м до бесконечности. Проводящая залежь могла бы рассматриваться как представляющая сланцевый слой. Удельное сопротивление показано на фиг. 58.

Снижение В_арр (!) обусловлено введением сланцевого (проводящего) слоя и проявляется на временах !^10^-5 с. Отклик сланца полностью разрешен бесконечно толстым проводящим слоем, который достигает удельного сопротивления 3 Ом-м. Последующий рост Варр(!) представляет собой отклик на резистивный пласт ниже сланцевого слоя. Время перехода используется для определения расстояния до поверхности раздела между вторым и третьим слоями. Варр (на больших !) представляет собой функцию удельного сопротивления проводящей залежи. По мере того как толщина проводящего слоя увеличивается, время измерения должно также увеличиваться (>10^-2 с), чтобы измерять рост Варр(!) для проводящих слоев толще 100 м.

Другая трехслойная модель показана на фиг. 59, на которой, коаксиальный инструмент находится в проводящем слое (1 Ом-м), и имеется высокорезистивный слой (100 Ом-м), какой может иметь место в соляном куполе. Два слоя разделены слоем варьируемой толщины, имеющим промежуточное удельное

- 19 010068 сопротивление (10 Ом-м). Отклик кажущегося удельного сопротивления показан на фиг. 60.

Отклик на промежуточный резистивный слой виден в момент 10^-4 с, где Β_αρρ(1) увеличивается. Если промежуточный слой полностью разрешен бесконечно толстой залежью, то кажущееся удельное сопротивление достигает асимптоты 2,6 Ом-м. Как отмечено на фиг. 60, Β_αρρ(1) претерпевает повышение второй стадии в ответ на высокорезистивный слой (100 Ом-м). На основе времени перехода расстояние до поверхности раздела определяется равным 110 м.

Ввиду сложности, кажущееся удельное сопротивление или кажущаяся удельная электропроводность в вышеописанных примерах намечает наличие многих слоев. Когда графики (1, Κ_αρρ(1)) кажущегося удельного сопротивления в различных положениях инструмента располагаются вместе, весь график может быть использован как образная каротажная диаграмма для осмотра геометрии пласта, даже если удельное сопротивление слоя может не быть сразу точно определено. Пример показан на фиг. 61, на которой трехслойная модель используется в сочетании с коаксиальным инструментом, имеющим проектное разнесение, в двух различных положениях в пласте. Результаты графически изображены на фиг. 62.

Кажущаяся удельная электропроводность Β_αρρ(1) строится графически в различных точках, по мере того, как коаксиальный инструмент приближается к резистивному слою. В начале, в слое 10 Ом-м, падение Κ__αρρ(1) может быть приписано слою 1 Ом-м, и последующее повышение Β_αρρ(1) может быть приписано слою 100 Ом-м. Кривые могут быть легко подогнаны к точкам перегиба, чтобы идентифицировать отклики для различных залежей, эффективно формируя изображение пласта. Более того, кривая 1 Ом-м может быть легко приписана пику прямого сигнала между передатчиком и приемником, когда инструмент расположен в залежи 1 Ом-м.

Еще в одном примере для генерации образной каротажной диаграммы может быть использован кажущийся угол падения 0_арр(1). На правой стороне фиг. 63 коаксиальный инструмент виден как приближающийся к высокорезистивному пласту под углом падения приблизительно 30°. Отклик кажущегося угла падения показан на левой стороне фиг. 63. Как отмечалось ранее, время, в которое происходит отклик кажущегося угла падения, характеризует расстояние до пласта. Когда отклики для различных расстояний графически строятся вместе, может быть начерчена кривая, характеризующая отклик в момент, когда инструмент достигает залежи, как показано в левой стороне фиг. 63.

Таким образом, изображение пласта может быть создано с использованием кажущейся удельной электропроводности/удельного сопротивления и угла падения без дополнительной обработки, требуемой для инверсии и выделения информации. Эта информация способна обеспечить очередность управления параметрами бурения, а также способность профилировать подземные пласты.

Настоящее изобретение было изложено в отношении конкретных вариантов осуществления, которые во всех аспектах являются иллюстративными, а не ограничивающими. Альтернативные варианты осуществления, которые не выходят за рамки настоящего изобретения, станут очевидными для специалистов, для которых оно предназначено.

Из вышеприведенного должно быть видно, что настоящее изобретение хорошо адаптировано для достижения всех целей и задач, сформулированных выше, наряду с другими преимуществами, которые являются очевидными и присущими системе и способу. Должно быть понятно, что некоторые особенности и субкомбинации являются практичными и могут быть использованы без ссылки на другие особенности и суб-комбинации. Они рассматриваются и находятся в рамках пунктов формулы изобретения.

Claims (13)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ создания изображения подземного пласта, пересекаемого буровой скважиной с использованием инструмента, содержащего передатчик для передачи электромагнитных сигналов через пласт и приемник для детектирования сигналов отклика, причем способ содержит следующие этапы:

   (a) введение инструмента в первое положение внутри буровой скважины;

   (b) возбуждение передатчика для распространения электромагнитного сигнала в пласт;

   (c) детектирование сигнала отклика, который распространяется через пласт;

   (6) вычисление производной величины для пласта на основе детектированного сигнала отклика для пласта;

   (е) построение графика производной величины для пласта от времени.

   (Г) перемещение инструмента по меньшей мере в еще одно положение внутри скважины и повторение этапов от (Ь) до (е), после которых следует этап (Г) или (д);

   (д) создание изображения пласта в пределах подземного пласта на основе графиков, получающихся с этапа (е).
2. 2. Способ по п.1, в котором этап (е) включает в себя построение графика производной величины для пласта, вычисленной относительно инструмента, по меньшей мере в еще одном положении на том же графике, на котором была построена производная величина для пласта, вычисленная относительно инструмента в первом положении, и в котором создание изображения особенностей пласта этапа (д) включает в себя идентификацию одной или нескольких точек перегиба на каждой построенной кривой производной величины и подгонку кривой к одной или нескольким точкам перегиба.

   - 20 010068
3. 3. Способ по п.1 или 2, в котором после этапа (д) следует этап ()) перемещения инструмента по меньшей мере в еще одно положение внутри буровой скважины и повторение этапов от (ь) до (е), после которых следует этап (Г) или (д).
4. 4. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором после возбуждения вносится изменение в передаваемый электромагнитный сигнал, и в котором построение кривой производной величины для пласта в зависимости от времени содержит построение кривой производной величины для пласта в зависимости от времени, истекшего после изменения.
5. 5. Способ по п.4, в котором изменение, внесенное в передаваемый электромагнитный сигнал, содержит окончание сигнала.
6. 6. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором производная величина представляет собой одно из: кажущейся удельной электропроводности, кажущегося удельного сопротивления, кажущегося угла падения и кажущегося азимутального угла.
7. 7. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором изображение пласта представляет один или несколько слоев пласта, каждый из которых отображает отличающуюся от других особенность пласта.
8. 8. Способ по п.7, в котором для каждого положения инструмента внутри буровой скважины определяется расстояние от инструмента до по меньшей мере одного слоя пласта.
9. 9. Способ по п.7, в котором определение расстояния содержит определение момента времени, в который одно из кажущейся удельной электропроводности и кажущегося удельного сопротивления начинает отклоняться от соответствующего одного из кажущейся удельной электропроводности и кажущегося удельного сопротивления пласта, в котором расположено устройство.
10. 10. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором детектирование сигнала отклика содержит детектирование наведенного сигнала отклика напряжения.
11. 11. Способ по п.10, в котором вычисление производной величины включает в себя конвертирование наведенного сигнала напряжения в производную величину.
12. 12. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором детектирование сигнала отклика содержит детектирование сигнала переходного отклика в зависимости от времени, и в котором производная величина для пласта вычисляется в зависимости от времени из сигнала переходного отклика.
13. 13. Способ по п.4 или 5, в котором сигнал отклика детектируется в зависимости от времени после изменения.