EA011963B1

EA011963B1 - Способ определения расстояний от устройства до, по меньшей мере, первого и второго слоев в формации

Info

Publication number: EA011963B1
Application number: EA200701411A
Authority: EA
Inventors: Эрик Ян Баннинг; Терухико Хагивара; Ричард Мартин Остермейер
Original assignee: Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В.
Priority date: 2004-12-29
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2009-06-30
Also published as: EA010068B1; BRPI0519425A2; EA200701411A1; EA200700137A1

Abstract

Способ определения, по меньшей мере, первого и второго расстояний от устройства до, по меньшей мере, первого слоя и второго слоя в формации, при этом по меньшей мере один из первого и второго слоев содержит аномалию электромагнитной индукции, устройство содержит излучатель, предназначенный для излучения электромагнитных сигналов через формацию, и приемник для обнаружения откликов. В способе доставляют устройство внутрь ствола скважины в формации, излучают электромагнитный сигнал, используя излучатель, вычисляют одно из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления на основании обнаруженного приемником отклика и контролируемого в течение времени. Первое и второе расстояния определяют на основании наблюдаемых изменений одного из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления.

Description

Настоящее изобретение относится к способу определения, по меньшей мере, первого и второго расстояний от устройства до, по меньшей мере, первого и второго слоев в формации.

При каротаже в процессе бурения применение управления направленным бурением по данным геологического каротажа является предпочтительным для обнаружения наличия аномалии формации впереди бурового долота или компоновки нижней части бурильной колонны. Имеются много случаев, когда возможность опережающего просмотра является желательной в условиях каротажа в процессе бурения. Каротаж с опережающим просмотром осуществляют для обнаружения на расстоянии аномалии впереди бурового долота. Некоторые примеры опережающего просмотра включают в себя заблаговременное прогнозирование зоны повышенного давления, или обнаружение разлома перед буровым долотом в горизонтальных скважинах, или профилирование массивной солевой структуры впереди бурового долота. Хотя имеющимися в настоящее время способами можно обнаруживать наличие аномалии, но ими невозможно определять местоположение аномалии с достаточной полнотой или скоростью, ими невозможно обнаруживать аномалию на достаточном расстоянии впереди бурового долота или компоновки нижней части бурильной колонны.

В патенте США № 5955884 (Рау1ои с1 а1.) раскрыты каротажное устройство и способ для каротажа с помощью переходного электромагнитного поля, в которых электрические и электромагнитные излучатели используются для подведения электромагнитной энергии к формации на выбранных частотах и с формами сигналов, при которых максимально возрастает радиальная глубина проникновения в исследуемую формацию. В этом способе переходного электромагнитного поля ток, подводимый к излучающей антенне, обычно прерывают и в течение времени контролируют временное изменение напряжения, наводимого в приемной антенне.

Когда результаты каротажных измерений используют для размещения скважин, обнаружение или идентификация аномалий может быть особенно важной. Такие аномалии могут включать в себя, например, сброс, шунтированный коллектор, соляной купол, или прилегающий пласт, или контакт нефти с водой. Такая аномалия может содержать первый слой, залегающий в формации. При наблюдении со стороны устройства формация позади первого слоя проявляется как второй слой. Второй слой может быть идентичен слою, непосредственно окружающему устройство, или он может содержать формацию иного типа.

Полезно определять расстояние от устройства до аномалии электромагнитной индукции, такой как аномалия удельной проводимости или аномалия удельного сопротивления. Также полезно определять толщину аномалии при наблюдении со стороны устройства.

Кроме того, отсутствует подходящий способ для быстрого получения такой информации о расстоянии в явном виде, чтобы буровой мастер при каротаже в процессе бурения мог точно направлять компоновку нижней части бурильной колонны в требуемое место. В существующих способах обычно используют моделирование с инверсией для оценивания расстояний до характерных особенностей формации. Этот процесс инверсии представляет собой процесс, при осуществлении которого данные используют для построения модели формации, которая является согласованной с данными. Время и вычислительные ресурсы, необходимые для выполнения инверсии, могут быть значительными, что может приводить к задержке идентификации характерных особенностей формации, таких как коллекторы.

Поэтому согласно первому аспекту необходимо новое решение для определения расстояния от устройства до аномалии. Более конкретно, необходимо новое решение для определения, по меньшей мере, первого и второго расстояний от устройства до, соответственно, по меньшей мере, первого и второго слоев в формации. Такое решение будет особенно полезным для управления направленным бурением по данным геологического каротажа, которое может включать в себя опережающий просмотр от бурового долота.

Согласно еще одному аспекту необходимо решение в реальном времени с тем, чтобы результаты измерений могли быть немедленно использованы операторами оборудования. В частности, для управления направленным бурением по данным геологического каротажа необходим способ быстрой идентификации или формирования изображений характерных особенностей или границ формации.

Согласно первому объекту изобретения предложен способ определения, по меньшей мере, первого и второго расстояний от устройства до, по меньшей мере, первого слоя и второго слоя в формации, при этом по меньшей мере один из первого и второго слоев содержит аномалию электромагнитной индукции, устройство содержит излучатель для излучения электромагнитных сигналов через формацию и приемник для обнаружения откликов, способ содержит этапы, при выполнении которых доставляют устройство внутрь ствола скважины в формации;

излучают электромагнитный сигнал, используя излучатель;

вычисляют одно из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления на основании обнаруженного приемником отклика;

контролируют одно из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления в динамике во времени и определяют первое и второе расстояния на основании наблюдаемых изменений одного из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления.

Быстрое формирование изображений характерных признаков или границ формации может быть получено согласно варианту осуществления, в соответствии с которым дополнительно

- 1 011963 строят график контролируемого одного из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления в зависимости от времени;

затем перемещают устройство на другое место в стволе скважины;

повторно излучают электромагнитный сигнал, используя излучатель, и обнаруживают отклик приемника; повторно вычисляют одно из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления на основании обнаруженного приемником отклика;

повторно контролируют одно из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления в динамике во времени;

повторно строят график одного из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления в зависимости от времени;

затем на основании графиков формируют изображение формации в пределах подземной формации.

Ниже настоящее изобретение описывается более подробно со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых фиг. 1 - структурная схема, иллюстрирующая систему согласно варианту осуществления изобретения;

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

фиг. 3 - схематический вид устройств, аномалии и компонент направления;

фиг. 4 - график, иллюстрирующий вычисленную характеристику напряжения на основании измерений одноосной компоненты ν_ζζ(1), компланарной компоненты ν_χχ(1) и поперечной компоненты ν_ζχ(1) в случае Ь=1 м, θ=30° и расстояния до соли Ό=10 м;

фиг. 5 - график, иллюстрирующий вычисленную характеристику напряжения на основании измерений одноосной компоненты ν_ζζ(1), компланарной компоненты ν_χχ(1) и поперечной компоненты ν_ζχ(1) в случае Ь=1 м, θ=30° и расстояния до соли Ό=100 м;

фиг. 6 - график, иллюстрирующий кажущуюся удельную проводимость п_каж(1), вычисленную на основании одноосного ν_ζζ(1) и компланарного ν_χχ(1) откликов, показанных на фиг. 4 и 5;

фиг. 7 - схематический вид одноосного устройства, расположенного параллельно границе;

фиг. 8 - график, иллюстрирующий вычисленную характеристику напряжения одноосного устройства из фиг. 7 в однородной формации для различных удельных сопротивлений формации;

фиг. 9 - график, иллюстрирующий вычисленную характеристику напряжения в однородной формации в зависимости от удельного сопротивления формации в различные моменты 1 времени для того же самого одноосного устройства;

фиг. 10 - график, иллюстрирующий вычисленную характеристику напряжения в однородной формации в зависимости от удельного сопротивления формации для случая большего расстояния между излучателем и приемником, чем на фиг. 9;

фиг. 11 - вид двухслойной модели профиля геологической среды с соляным куполом, в которой использовано одноосное устройство;

фиг. 12 - график, иллюстрирующий вычисленную характеристику напряжения в зависимости от 1, полученную с помощью одноосного устройства из фиг. 11 в двухслойной формации, для различных расстояний от солевого пласта;

фиг. 13 - график, аналогичный показанному на фиг. 12, иллюстрирующий вычисленную характеристику напряжения в зависимости от 1, полученную с помощью одноосного устройства из фиг. 7 в двухслойной формации, для различных расстояний от аномалии;

фиг. 14 - график, иллюстрирующий данные вычисленной характеристики напряжения из фиг. 13 в единицах кажущейся удельной проводимости п_каж(1);

фиг. 15 - график, аналогичный показанному на фиг. 14, за исключением того, что удельные сопротивления слоев 1 и 2 взаимно заменены;

фиг. 16 - график, представленный для сравнения п_каж(1) из фиг. 14 и 15 при й=1 м;

фиг. 17 - график вычисленных значений п_каж(1) для различных расстояний Ь между излучателем и приемником в случае й=1 м;

фиг. 18 - графики п_каж(1) в случае й=1 м и Ь=01 м для двух отношений удельных сопротивлений;

фиг. 19 - график п_каж(1) в случае й=1 м и Ь=01 м для различных отношений удельных сопротивлений, при этом целевое удельное сопротивление зафиксировано на уровне К₂=1 Ом-м;

фиг. 20 - графики для сравнения кажущейся удельной проводимости при больших значения 1 для случая одноосных откликов, где й=01 м и Ь=01 м, в зависимости от удельной проводимости целевого слоя, при этом локальная удельная проводимость зафиксирована на уровне 1 См/м;

фиг. 21 - графическая иллюстрация тех же самых данных, что и на фиг. 20, нанесенных на график в виде зависимости отношения целевой удельной проводимости к удельной проводимости локального слоя от отношения кажущейся удельной проводимости позднего времени к удельной проводимости локального слоя;

фиг. 22 - график зависимости кажущейся удельной проводимости п_каж(1) от времени для различных сочетаний й и Ь;

- 2 011963 фиг. 23 - график, иллюстрирующий взаимосвязь траектории луча и переходного времени 1_с;

фиг. 24 - схематический вид одноосного устройства, расположенного перпендикулярно границе;

фиг. 25 - график, иллюстрирующий вычисленную характеристику напряжения в зависимости от 1, полученную с помощью одноосного устройства из фиг. 24, при различных расстояниях от границы;

фиг. 26 - график, иллюстрирующий данные вычисленной характеристики напряжения из фиг. 25 в значениях кажущейся удельной проводимости п_каж(1);

фиг. 27 - график, аналогичный показанному на фиг. 26, за исключением того, что удельные сопротивления слоев 1 и 2 взаимно заменены;

фиг. 28 - график, представленный для сравнения п_каж(1) из фиг. 26 и 27 при 6=1 м;

фиг. 29 - график данных, аналогичных показанным на фиг. 26, но при линейном масштабе кажущегося удельного сопротивления;

фиг. 30 - график п_каж(1) в линейном масштабе для различных расстояний Ь между излучателем и приемником в случае 6=1 м;

фиг. 31 - график удельной проводимости позднего времени в зависимости от 6 для различных расстояний Ь между излучателем и приемником;

фиг. 32 - графики п_каж(1) в случае 6=5 м и Ь=01 м для различных отношений удельных сопротивлений;

фиг. 33 - график п_каж(1) для случая 6=5 м и Ь=01 м, но для различных отношений удельных сопротивлений, при этом целевое удельное сопротивление зафиксировано на уровне К₂=1 Ом-м;

фиг. 34 - график, показанный для сравнения кажущейся удельной проводимости позднего времени в момент 1=1 с и результата модельного расчета для случая целевого удельного сопротивления К₂=1 Ом-м;

фиг. 35 - график, иллюстрирующий такие же данные, как на фиг. 34, нанесенные на график в виде кажущейся удельной проводимости позднего времени при 1=1 с, в зависимости от отношения кажущейся удельной проводимости позднего времени при 1=1 с к локальной удельной проводимости окружающей среды;

фиг. 36 - график, иллюстрирующий расстояние до аномалии впереди устройства в зависимости от переходного времени 1_с, определенного на основании данных из фиг. 26;

фиг. 37 - схематический вид компланарного устройства и границы;

фиг. 38 - график, иллюстрирующий вычисленную характеристику напряжения в случае однородной формации для компланарного устройства из фиг. 37 при расстоянии Ь=1 м между излучателем и приемником в зависимости от удельного сопротивления формации в различные моменты 1 времени;

фиг. 39 - график, иллюстрирующий вычисленную характеристику напряжения в случае однородной формации в зависимости от удельного сопротивления формации для большего расстояния между излучателем и приемником, чем на фиг. 38;

фиг. 40 - схематический вид компланарного устройства, приближенного к границе;

фиг. 41 - график, иллюстрирующий данные вычисленной характеристики напряжения в значениях кажущейся удельной проводимости п_каж(1) в зависимости от 1, полученные с помощью компланарного устройства из фиг. 40, для различных расстояний от пласта;

фиг. 42 - график, представленный с целью сравнения кажущейся удельной проводимости п_каж(1^да) позднего времени для компланарных откликов, где 6=05 м и Ь=01 м, в зависимости от удельной проводимости локального слоя, при этом целевая удельная проводимость зафиксирована на уровне 1 См/м;

фиг. 43 - график тех же данных, что и на фиг. 42, нанесенных на график, в виде отношения целевого удельного сопротивления к удельному сопротивлению локального слоя в зависимости от отношения кажущейся удельной проводимости позднего времени к удельному сопротивлению локального слоя;

фиг. 44 - график, иллюстрирующий зависимость расстояния до аномалии впереди устройства от переходного времени 1с, определенного на основании данных из фиг. 41;

фиг. 45 - схематический вид трехслойной модели геологической среды с одноосным устройством в проводящем локальном слое при наличии очень резистивного слоя и дополнительного проводящего слоя;

фиг. 46 - график, иллюстрирующий вычисленную характеристику удельного сопротивления в зависимости от времени для геометрии, показанной на фиг. 45, для различных толщин очень резистивного слоя;

фиг. 47 - схематический вид модели одноосного устройства в резистивном локальном слое при наличии проводящего слоя и дополнительного резистивного слоя;

фиг. 48 - график, аналогичный показанному на фиг. 46, иллюстрирующий вычисленную характеристику удельного сопротивления в зависимости от времени для геометрии, приведенной на фиг. 47, для различных толщин проводящего слоя;

фиг. 49 - схематический вид модели одноосного устройства в проводящем локальном слое (1 Ом-м) вблизи высоко резистивного слоя (100 Ом-м) с разделительным слоем переменной толщины между ними, имеющим промежуточное сопротивление (10 Ом-м);

фиг. 50 - график, аналогичный показанному на фиг. 46, иллюстрирующий характеристику удельного сопротивления в зависимости от времени для геометрии, представленной на фиг. 49, при различных толщинах разделительного слоя;

фиг. 51 - схематический вид модели структуры, включающей в себя высокорезистивный слой (100 Ом-м), покрытый проводящим локальным слоем (1 Ом-м), который покрыт резистивным слоем (10 Ом-м), при

- 3 011963 этом одноосное устройство изображено в резистивном слое и проводящем слое;

фиг. 52 на левой стороне - график кажущегося удельного сопротивления по двум координатам ζ и I. при этом точки перегиба соединены путем использования подобранных кривых; и фиг. 52 на правой стороне - образ каротажной диаграммы. полученной на основании графика из левой стороны.

Варианты осуществления изобретения относятся к системе и способу для определения изнутри ствола скважины расстояния до аномалии электромагнитной индукции в формации. Более конкретные варианты осуществления относятся к определению. по меньшей мере. первого и второго расстояний от устройства до. по меньшей мере. первого и. соответственно. второго слоев в пласте.

В предпочтительных способах. раскрытых в настоящей заявке. реализуется технология возбуждения во временной области. При возбуждении во временной области устройством как излучателем излучается сигнал в форме меандра. сигнал треугольной формы. импульсный сигнал или псевдослучайная двоичная последовательность и измеряется широкополосный отклик среды. Неожиданные изменения тока излучателя приводят к появлению на приемнике сигналов. обусловленных индукционными токами в формации. Сигналы. которые появляются на приемнике. называют переходными откликами. поскольку сигналы на приемнике начинаются при первом значении. а затем спадают или возрастают со временем до постоянного уровня.

Однако при обнаружении аномалии для возбуждения электромагнитных полей используют как возбуждение в частотной области. так и возбуждение во временной области. При возбуждении в частотной области устройством излучается незатухающая волна фиксированной или смешанной частоты и в том же самом диапазоне частот измеряются отклики.

Как изложено ниже. согласно вариантам осуществления изобретения предложен общий способ определения расстояний до аномалии электромагнитной индукции путем использования переходного отклика электромагнитного поля. Такая аномалия электромагнитной индукции может представлять собой аномалию удельной проводимости или аномалию удельного сопротивления. Как будет пояснено подробно. расстояние до аномалии находят путем контроля кажущейся удельной проводимости в течение времени. основываясь на переходную характеристику напряжения. Расстояние до аномалии определяют по изменению кажущейся удельной проводимости в течение времени. Точно так же первое и второе расстояния от устройства до первого и. соответственно. второго слоев в формации определяют по наблюдаемым изменениям кажущейся удельной проводимости.

Предполагается. что в тех случаях. когда в настоящем описании используется термин «удельная проводимость». то им также охватывается эквивалентная ей обратная величина. «удельное сопротивление». и наоборот.

Зависящие от времени значения кажущейся удельной проводимости могут быть получены на основании результатов одноосных и компланарных измерений и. соответственно. могут быть обозначены как ст_{одноосна}я(1) и ст_{компланарная}(1). Обоими значениями воспроизводится удельная проводимость вокруг устройства.

На фиг. 1 показана система. которая может быть использована для реализации вариантов осуществления способа изобретения. Наземное вычислительное устройство 10 может быть соединено с устройством 2 для электромагнитных измерений. расположенным в стволе 4 скважины и закрепленным на кабеле 12. Кабель 12. предназначенный для передачи электрических сигналов между устройством 2 и наземным вычислительным устройством 10. может быть выполнен как кабель любого известного вида. Для излучения и приема сигналов могут быть предусмотрены один или несколько излучателей 16 и один или несколько приемников 18. Для передачи данных к излучателям 16 и приемникам 18 и от них к наземному вычислительному устройству 10 предусмотрен блок 14 сбора данных.

Каждый излучатель 16 и каждый приемник 18 может быть трехосным и поэтому содержит элементы для излучения и приема сигналов по каждой из трех осей. В соответствии с этим каждый излучающий модуль может содержать по меньшей мере одну одноосную или многоосную антенну и может быть излучателем трех ортогональных компонент. Каждый приемник может включать в себя по меньшей мере один одноосный или многоосный электромагнитный приемный элемент и может быть приемником трех ортогональных компонент.

Система координат устройства/ствола скважины задана как имеющая оси х. у и ζ. Осью ζ задается направление от излучателя Т к приемнику В. В дальнейшем будет предполагаться. что осевое направление ствола 4 скважины совпадает с осью ζ. вследствие чего ствол 4 скважины совпадает с осью ζ. в результате чего оси х и у соответствуют двум ортогональным направлениям в плоскости. перпендикулярной к направлению от излучателя Т к приемнику В и к стволу 4 скважины.

Блок 14 сбора данных может включать в себя контроллер для управления работой устройства 2. Предпочтительно. чтобы посредством блока 14 сбора данных собирались данные с каждого излучателя 16 и приемника 18 и данные выдавались в наземное вычислительное устройство 10.

Наземное вычислительное устройство 10 может содержать вычислительные элементы. в том числе блок 30 обработки. интерфейс 32 оператора и приборный интерфейс 34. Наземное вычислительное устройство 10 может также содержать запоминающее устройство 40. включающее в себя аппроксимации 42 и данные преобразования в релевантную систему координат. необязательный модуль 44 вычисления на

- 4 011963 правления, необязательный модуль 46 вычисления кажущегося направления и модуль 48 вычисления расстояния. Необязательные модули вычисления направления и кажущегося направления более подробно описаны в публикации заявки 2005/0092487 на патент США, и нет необходимости описывать их дополнительно в настоящей заявке.

Наземное вычислительное устройство 10 может также включать в себя шину 50, которая соединяет различные элементы системы, в том числе запоминающее устройство 40 системы с блоком 30 обработки. Вычислительная системная среда 10 является только одним примером подходящей вычислительной системной среды, и предполагается, что ею не создаются никакие ограничения относительно объема использования или функциональных возможностей изобретения. Кроме того, хотя вычислительная система 10 описывается как вычислительное устройство, расположенное на поверхности, при желании оно может быть расположено ниже поверхности, будучи включенным в устройство, находящееся на удаленном месте, или расположено на любом другом удобном месте.

Предпочтительно, чтобы в запоминающем устройстве 40 сохранялись модуль 48 и необязательные модули 44 и 46, которые могут быть описаны как программные модули, содержащие исполняемые компьютером инструкции, которые исполняются наземным вычислительным устройством 10. Программный модуль 44 может содержать исполняемые компьютером инструкции по вычислению направления на аномалию внутри ствола скважины. Программный модуль 48 может содержать исполняемые компьютером инструкции по вычислению расстояния до аномалии или толщины аномалии. Хранимые данные 42 могут включать в себя данные, относящиеся к системе координат прибора и системе координат аномалии, и другие данные, предназначенные для использования программными модулями 44, 46 и 48.

Для получения дополнительных подробностей относительно вычислительной системы 10, в том числе относительно среды для хранения информации и устройств ввода/вывода, можно обратиться к публикации заявки 2005/0092487 на патент США. Поэтому применительно к настоящему изобретению нет необходимости раскрывать дополнительные детали, касающиеся внутренней структуры вычислительного устройства 10.

На фиг. 2 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая процедуры, включенные в способ изобретения. Обычно в ходе процедуры А излучателями 16 излучаются электромагнитные сигналы. В ходе процедуры В приемниками 18 принимаются переходные отклики. В ходе процедуры С в системе обрабатываются переходные отклики с целью определения расстояния до аномалии, а при желании также и направления.

На фиг. 3 показан пример упрощенного моделирования, в котором аномалия А удельного сопротивления для примера изображена в виде массивного соляного купола. Граница 55 соли может рассматриваться как плоская граница. На фиг. 3 также показаны компоновки для измерений одноосной компоненты (60), компланарной компоненты (62) и поперечной компоненты (64), при этом катушка излучателя и катушка приемника разнесены на расстояние Ь друг от друга. Должно быть понятно, что при практическом применении для каждой из этих компоновок могут быть использованы отдельные устройства или устройство с несколькими ортогональными элементами. Для дальнейшего упрощения можно предположить, что азимутальное направление на переднюю поверхность соли, видимую со стороны устройства, является известным. Поэтому остающимися неизвестными являются первое расстояние Όι от устройства до передней поверхности соли, второе расстояние Ό₂ от устройства до поверхности соли с другой стороны, удельное сопротивление изотропной или анизотропной формации и угол θ наклона, показанные на фиг. 3. Толщина Δ соляного купола задана как Δ=Π₂-Ό₁.

В случае использования приемника трех ортогональных компонент переходные отклики магнитного поля на приемниках В_х, В_у, Β_ζ, которые ориентированы по направлению осей х, у, ζ координат прибо ра, соответственно, записываются как

'V	V	V ~
V	ν „	V	—	В,
ух	УУ	У^г		У
	V	V		--------» м _____________1

м_у м_г], если исходить из действия магнитного дипольного источника по направлению каждой оси, М_х, М_у, Μ_ζ.

Когда аномалия удельного сопротивления находится на расстоянии от устройства, формацию вблизи устройства считают однородной формацией. В случае однородной изотропной формации существуют всего лишь три ненулевых переходных отклика. Они включают в себя одноосный отклик и два компланарных отклика. Одноосный отклик ν_ζζ(ΐ) представляет собой отклик в ситуации, когда излучатель и приемник ориентированы по направлению общей оси устройства. Компланарные отклики ν_χχ(ΐ) и ν^ΐ) представляют собой отклики в ситуации, когда излучатель Т и приемник В расположены параллельно друг другу, но ориентация их перпендикулярна к оси устройства. В случае однородной изотропной формации все отклики с поперечной компонентой тождественно равны нулю. Отклики с поперечной компонентой являются следствием наличия продольно ориентированного приемника при поперечной ориентации излучателя или наоборот. Еще один отклик с поперечной компонентой при взаимно ортогональных поперечно направленном приемнике и поперечно направленном излучателе также является нулевым.

- 5 011963

На фиг. 4 и 5 показаны характеристики напряжения V, вычисленные на основании результатов измерений одноосной компоненты ν_ζζ(ΐ) (кривая 65), компланарной компоненты ν_χχ(ΐ) (кривая 66) и поперечной компоненты ν_ζχ(ΐ) (кривая 67) в случае θ=30° для прибора, имеющего Ь=1 м и расположенного от соли на расстоянии, соответственно, Ό₁=10 м и Ό₁=100 м.

В вычисленных переходных откликах заметно (на фиг. 3) влияние аномалии А удельного сопротивления по мере возрастания времени. В дополнение к одноосному и компланарному откликам становятся ненулевыми отклики ν^ζΐ), (ί% ί, .)=^χ, У, ζ) с поперечной компонентой. В этих примерах предполагается, что Ό₂ намного больше чем 100 м, и в пределах временной шкалы измерения (до 1 с в данном примере) его влияние на переходный отклик не будет ощутимым.

Когда аномалия является значительной и далеко отстоящей по сравнению с разнесением Ь излучателя и приемника, влияние разнесения может быть проигнорировано и переходные отклики могут быть аппроксимированы переходными откликами на приемниках вблизи излучателя.

Для облегчения анализа откликов их можно преобразовать в кажущуюся удельную проводимость. Кажущаяся удельная проводимость п_каж(£), полученная на основании одноосного отклика ν_ζζ(ΐ) из фиг. 4 и компланарного отклика ν^ΐ) из фиг. 5, показана на фиг. 6 (кривая 68 и кривая 69, соответственно).

Каждая такая кажущаяся удельная проводимость, а_{одноосна}я(1) и ст_{компланарная}(1), полученная на основании результатов одноосных и компланарных измерений, отражает удельную проводимость формации вокруг устройства.

Можно ожидать, что в случае однородной формации кажущаяся удельная проводимость будет постоянной и равной удельной проводимости формации.

На основании кажущейся удельной проводимости может быть получена информация о расстоянии по отклонению от постоянного значения удельной проводимости в момент ΐ времени, поскольку считается, что такое отклонение возникает вследствие наличия аномалии удельной проводимости в области, точно определенной в момент ΐ времени. Ниже в этом описании будет пояснено более подробно, каким образом информация о расстоянии может быть получена на основании кажущейся удельной проводимости.

Ради полноты следует заметить, что направление на поверхность соли при желании также может быть определено по откликам, например, путем вычисления кажущегося угла падения, что дополнительно подробно пояснено в публикации заявки 2005/0093546 на патент США.

Теперь будет пояснено, каким образом кажущаяся удельная проводимость может быть вычислена на основании откликов. Кажущаяся удельная проводимость на глубине ζ каротажа определяется как удельная проводимость однородной формации, которая будет создавать тот же самый приборный отклик, измеряемый на выбранном месте. Сначала должна быть интерпретирована кажущаяся удельная проводимость, измеренная путем использования одноосного устройства, а затем измеренная путем использования компланарного устройства.

На фиг. 7 показано одноосное устройство 80, в котором катушка Т излучателя и катушка К. приемника намотаны вокруг общей оси ζ устройства. Катушка К приемника отнесена от катушки Т излучателя на расстояние Ь. Условными обозначениями σι и σ₂ представлены удельные проводимости двух слоев формации, в результате чего в показанной ситуации устройство находится в слое, имеющем удельную проводимость σι. Однако для пояснения способа проще всего сначала предположить, что формация является изотропной, в результате чего σ1=σ2.

При каротаже способом переходного электромагнитного поля данные переходного процесса собирают на глубине каротажа или на месте ζ нахождения устройства в виде временной последовательности напряжений, наведенных в рамке приемника. Поэтому зависящая от времени кажущаяся удельная проводимость σ(ζ; ΐ) может быть определена в каждой точке временной последовательности на каждой глубине каротажа для соответствующего диапазона временных интервалов, зависящих от удельной проводимости формации и технических характеристик устройства.

Для одноосного прибора с разнесением излучателя и приемника на Ь наведенное напряжение в случае однородной формации с удельной проводимостью σ дается формулой

Одноосное устройство из фиг. 7 использовалось для иллюстрации приведенных ниже на фиг. 8-10 характеристик напряжения при различных значениях ΐ и Ь, однако же, в предположении σ₁=σ₂.

На фиг. 8 показана вычисленная характеристика напряжения ν(ΐ) одноосного устройства 80 при Ь=1 м в случае однородной формации для различных удельных сопротивлений К формации, находящихся в диапазоне от 1000 до 0,1 Ом-м. При ΐ>0 напряжение является положительным во все моменты ΐ времени.

Э 1п КД£) 5

Наклон напряжения является почти постоянным, 5 1п С 2 во временном интервале от 10^-8 до с (и позднее) при любом удельном сопротивлении формации, большем чем 10 Ом-м. Знак наклона изме

- 6 011963 няется в более ранний момент времени около 10^-6 с, когда удельное сопротивление составляет до 0,1 Ом-м.

На фиг. 9 показана вычисленная характеристика напряжения V в зависимости от удельного сопротивления В формации в различные моменты I времени для одноосного устройства с тем же разнесением Ь=1 м. В диапазоне удельного сопротивления от 0,1 до 100 Ом-м характеристика напряжения является однозначной в зависимости от удельного сопротивления формации при более поздних временах ΐ измерения, чем 10^-6 с. При меньших временах ΐ, например при 10^-7 с, напряжение уже не является однозначным. Одна и та же характеристика напряжения получается при двух различных значениях удельного сопротивления формации.

На фиг. 10 показана характеристика напряжения в зависимости от удельного сопротивления формации для одноосного устройства с большим расстоянием Ь=10 м между излучателем и приемником. Временной интервал, на котором характеристика напряжения является однозначной, сдвинут в сторону больших времен ΐ. Характеристика напряжения является однозначной для удельного сопротивления от 0,1 до 100 Ом-м при более поздних временах ΐ измерения, чем 10^-4 с. При меньших значениях ΐ, например при ΐ=10^-5 с, напряжение больше не является однозначным. Кажущаяся удельная проводимость лишь по единственному измерению (одноосному, при одном разнесении) не является вполне определенной.

При относительно небольшом разнесении излучателя и приемника (Ь от 1 до 10 м) и в случае временного интервала измерения, на котором ΐ больше чем 10^-6 с, характеристика напряжения переходного электромагнитного поля является однозначной в зависимости от удельного сопротивления формации, главным образом, в диапазоне от 0,1 до 100 Ом-м (и выше). Этим обеспечивается возможность определения изменяющейся во времени кажущейся удельной проводимости на основании характеристики напряжения ν_ζΖ(ί) в каждый момент времени измерений в виде

а ν_ζΖ(ΐ) в правой части является измеренной характеристикой напряжения где одноосного устройства.

В случае измерения одного вида (одноосного, с одним разнесением) для концепции кажущегося удельного сопротивления необходимо использовать большее разнесение Ь, большее время ΐ измерений. В случае однородной формации значение с_к,_|ж(1) должно быть постоянным и равным удельной проводимости формации: с_к,_|ж(1)=с. Отклонение от постоянного значения σ в момент ΐ времени означает наличие аномалии удельной проводимости в области, точно определяемой моментом ΐ времени.

Когда имеются два приемника на общей оси, связь между парой измеренных напряжений дается формулой

где Ь₁ и Ь₂ - расстояния между излучателем и приемником двух одноосных устройств.

С другой стороны, изменяющаяся во времени кажущаяся удельная проводимость для пары одноосных устройств в каждый момент времени измерений определяется формулой

В случае однородной формации значение σ^^) должно быть постоянным и равным удельной проводимости формации: σκ_3Χ(ΐ)=σ.

Аналогичным образом кажущаяся удельная проводимость определяется для пары компланарных устройств или для пары, составленной из одноосного и компланарного устройств. В случае однородной формации значение σ_[,_ι._ι.,_[,(1) должно быть постоянным и равным удельной проводимости формации: σ_Ε3Χ(ΐ)=σ. Отклонение от постоянного значения σ в момент ΐ времени означает наличие аномалии удельной проводимости в области, точно определяемой моментом ΐ времени.

После сделанного выше пояснения относительно того, каким образом на основании отклика приемника одноосного устройства может быть вычислена кажущаяся удельная проводимость (или кажущееся удельное сопротивление), теперь будет пояснено, каким образом на основании кажущейся удельной проводимости может быть определена информация о расстоянии, все еще путем использования в качестве примера одноосного устройства.

Фиг. 11 и 12 полезны для подтверждения изменения характеристики напряжения с расстоянием до исследуемой формации, которая является аномалией.

В качестве конкретного примера на фиг. 11 изображено одноосное устройство 80 в двухслойной формации, при этом ось устройства параллельна границе 81 раздела слоев. Как показано, устройство 80 расположено в вертикальном стволе 88 скважины, находящемся в насыщенном соленой водой слое 82,

- 7 011963 при этом устройство используется для решения задач профилирования соляного купола. Соляной купол характеризуется слоем 83 с высоким удельным сопротивлением (К₂=100 Ом-м), расположенным по радиальному направлению или сбоку от ствола 88 скважины на расстоянии Ό от него. Насыщенный соленой водой слой моделировался как слой, имевший низкое удельное сопротивление (К.₁=1 Ом-м). Поскольку размер ствола 88 скважины меньше по сравнению с другими расстояниями, его влиянием на переходные сигналы пренебрегали.

На фиг. 12 показана вычисленная характеристика напряжения ν^ί) для двухслойной модели из фиг. 11, аппроксимирующей устройство с разнесением антенн на Ь=1 м, при этом в слое 82 σ₁=1 См/м (К.₁=1 Ом-м) и в слое 83 σ₂=0,01 См/м (К₂=100 Ом-м). На фиг. 12 можно ясно видеть изменение характеристики напряжения в зависимости от расстояния.

На основании этих характеристик ясно, что переходный отклик должен изменяться с расстоянием Ό от более резистивного слоя.

В случае, показанном на фиг. 7, одноосное устройство с разнесением излучателя и приемника на Ь помещали в горизонтальную скважину. Таким образом можно представить, например, случай расположения горизонтальной скважины над контактом нефти с водой, когда слои являются горизонтальными.

По кажущейся удельной проводимости σ^ί) определяют три параметра, включающие в себя:

(1) удельную проводимость (в представленном примере σ₁=0,1 См/м) первого слоя, в который помещено устройство;

(2) удельную проводимость (в представленном примере σ₂=1 См/м) второго слоя, который представляет собой прилегающий пласт; и (3) расстояние от устройства (в горизонтальном стволе скважины) до границы слоя, для которой в представленном примере указаны значения 6=1, 5, 10, 25 и 50 м.

В более общих случаях ориентация ствола скважины и устройства относительно границы пласта является неизвестной. В случае каротажа горизонтальной скважины, когда отклик не изменяется при перемещении устройства, нетрудно придти к заключению, что устройство расположено параллельно границе.

На фиг. 13 показана вычисленная для различных расстояний 6 характеристика напряжения ν(ί) для одноосного устройства при расстоянии между излучателем и приемником Ь=1 м. Как дополнительно поясняется на фиг. 14, на основании этих откликов, можно получить информацию, используя кажущуюся удельную проводимость. На фиг. 14 показаны данные о напряжении из фиг. 13, нанесенные на график в единицах кажущейся удельной проводимости. На графике кажущейся удельной проводимости показаны удельная проводимость при малых значениях ί, удельная проводимость при больших значениях ί и переходное время, которое сдвигается, когда расстояние 6 изменяется.

Как будет дополнительно пояснено ниже, в случае двухслойного профиля удельного сопротивления кажущаяся удельная проводимость при приближении ί к нулю может быть использована для определения удельной проводимости слоя вокруг устройства, тогда как кажущаяся удельная проводимость при приближении ί к бесконечности может быть использована для определения на расстоянии удельной проводимости прилегающего слоя. Расстояние до границы пласта от устройства также может быть измерено по переходному времени, наблюдаемому на кривой кажущейся удельной проводимости. Кривая кажущейся удельной проводимости для времени и местоположения устройства может быть использована в качестве представления изображения переходных данных.

Аналогичным образом на фиг. 15 показана кажущаяся удельная проводимость в двухслойной модели, где σ₁=1 См/м (Βι=1 Ом-м) и σ₂=0,1 См/м (В₂=10 Ом-м).

При малых значениях ί устройство показывает значение удельной проводимости первого слоя вокруг устройства. При больших значениях ί устройство показывает 0,4 См/м для двухслойной модели, при этом σ₁=0,1 См/м (Р₁=10 Ом-м) и σ₂=1 См/м (К.₂=1 Ом-м), которое является средним значением удельных проводимостей двух слоев. Изменение расстояния 6 отражается на переходном времени.

Удельная проводимость при малых значениях ί представляет собой удельную проводимость локального слоя, в котором расположено устройство. При малых значениях ί сигнал достигает приемника непосредственно от излучателя без взаимодействия с границей пласта. А именно, на сигнал влияет удельная проводимость только вокруг устройства. С другой стороны, удельная проводимость слоя может быть легко измерена путем анализа кажущейся удельной проводимости при малых значениях ί.

Удельная проводимость при больших значениях ί представляет собой некоторое среднее значение удельных проводимостей обоих слоев. При больших значениях ί почти половина сигналов приходит из формации ниже устройства, а остальные сигналы приходят сверху, если время прохождения сигналом расстояния между устройством и границей пласта является небольшим.

На фиг. 16 приведены для сравнения графики σ^^ί) из фиг. 14 и 15 для Ь=1 м и 6=1 м, при этом отношение удельных сопротивлений В₁/Р₂ составляет 10:1, как на фиг. 14, и 1:10, как на фиг. 15. Хотя это и не показано, удельная проводимость при больших значениях ί имеет слабую зависимость от 6. В пренебрежении этой зависимостью удельная проводимость при больших значениях ί определяется исключительно удельными проводимостями двух слоев и на нее не влияет местоположение устройства в слое 1 или слое 2.

- 8 011963

На фиг. 17 приведены для сравнения графики п_каж(1) при 6=1 м, но для различных разнесений Ь. Значение п_каж(1) достигает почти постоянной удельной проводимости при больших значениях 1, как бы Ь ни возрастало. Однако в случае рассматриваемых диапазонов 6 и удельных проводимостей при больших значениях 1 удельная проводимость почти не зависит от разнесения Ь.

На фиг. 18 приведены для сравнения графики п_каж(1) для 6=1 м и Ь=1 м, но для различных отношений удельных сопротивлений. При одном и том же отношении σ₁/σ₂ кажущаяся удельная проводимость при большом 1 пропорциональна σι. Например:

(С->оо; ^/^=10, 1?!= 10 Ом-м) = =10*а_мж( £1/^=10, Ρι.= 100 Ομ·μ) .

(6)

На фиг. 19 показаны примеры графиков σ^φ для случая 6=1 м и Ь=1 м, но для различных отношений удельных сопротивлений исследуемого слоя 2, при этом локальная удельная проводимость σι зафиксирована на уровне 1 См/м (К₁ = 1 Ом-м). Кажущаяся удельная проводимость при больших значениях 1 определяется удельной проводимостью исследуемого слоя 2, что показано кривой 71 на фиг. 20, полученной в результате модельных вычислений для случая, когда σ1 зафиксирована на уровне 1 См/м.

Численно удельная проводимость позднего времени может быть аппроксимирована корнем квадратным из среднего значения удельных проводимостей двух слоев в виде

Это отражено кривой 72 на фиг. 20.

Подводя итоги, можно сказать, что удельная проводимость при больших значениях 1 (когда 1 приближается к бесконечности) может быть использована, как показано на фиг. 21, для оценивания удельной проводимости σ2 прилегающего слоя в том случае, когда локальная удельная проводимость σ1 вблизи устройства является известной, например, на основании удельной проводимости при приближении 1 к нулю.

Как показано на фиг. 22, переходное время, в которое кажущаяся удельная проводимость σ^φ начинает отклоняться от локальной удельной проводимости σ1 к удельной проводимости при больших значениях 1, зависит от 6 и Ь. Для удобства переходное время 1_С может быть определено как время, в которое σ^Ι) принимает значение критической удельной проводимости σ^ В этом случае критическая удельная проводимость выражается арифметическим средним удельной проводимости при приближении 1 к нулю и удельной проводимости при приближении 1 к бесконечности. Переходное время 1_С определяется траек торией КР луча

то есть самым коротким расстоянием для сигнала электромагнитной волны, проходящего от излучателя к границе пласта и к приемнику, независимо от удельного сопротивления двух слоев. С другой стороны, как показано на фиг. 23, расстояние 6 до аномалии может быть оценено по переходному времени 1_С.

На фиг. 24 показано одноосное устройство 80 из фиг. 7, размещенное для примера в вертикальной скважине 88, приближенной к прилегающему пласту, которым представлена аномалия удельного сопро тивления.

Чтобы дополнительно показать, что способ переходного электромагнитного поля может быть использован как способ каротажа удельного сопротивления впереди бурового долота, можно исследовать переходный отклик устройства в двухслойной модели геологической среды. Имеются три параметра, которые могут быть определены в случае двухслойной модели из фиг. 24. Ими являются:

(1) удельная проводимость или удельное сопротивление (в представленном примере σ₁=0,1 См/м или К₁=10 Ом-м) локального слоя, в котором размещено устройство;

(2) удельная проводимость или удельное сопротивление (в представленном примере σ1=1 См/м или К₁ = 1 Ом-м) прилегающего пласта и (3) расстояние от устройства до границы слоя, для которого в представленном примере взяты 6=1, 5, 10, 25 и 50 м.

В более общем случае направление ствола скважины и устройства относительно границы пласта является неизвестным.

Вычисленная характеристика напряжения У(1) одноосного прибора с Ь=1 м (расстояние между излучателем и приемником) для различных расстояний 6 в зависимости от 1 показана на фиг. 25. Хотя среди откликов на различных расстояниях наблюдаются различия, непросто идентифицировать аномалию удельного сопротивления по этим откликам.

Те же самые данные о напряжении из фиг. 25 нанесены на график из фиг. 26 в значениях кажущейся удельной проводимости σ^φ. Из этого чертежа становится ясно, что по одноосному отклику можно идентифицировать на расстоянии прилегающий пласт с более высокой удельной проводимостью. Даже устройством с Ь=1 м можно обнаружить пласт на расстоянии 10, 25 и 50 м, если характеристика напря

- 9 011963 жения низкого уровня может быть измерена в пределах от 0,1 до 1 с.

Из графика п_каж(1) выявляются по меньшей мере три параметра, очень отчетливо видных на чертеже: удельная проводимость раннего времени, удельная проводимость более позднего времени и переходное время, которое сдвигается, когда расстояние ά изменяется. Относительно фиг. 26 следует отметить, что в раннее время устройство показывает кажущуюся удельную проводимость 0,1 См/м, то есть для слоя непосредственно вокруг устройства. В более позднее время прибор показывает значение, близкое к 0,55 См/м, арифметическое среднее удельных проводимостей двух слоев. Изменение расстояния ά отражается на переходном времени.

На фиг. 27 показан график п_каж(1), полученный по одноосному переходному отклику в двухслойной модели из фиг. 24 для устройства с Ь=1 м, для различных расстояний ά, но удельная проводимость σ₁локального слоя составляет 1 См/м (В₁ = 1 Ом-м), а удельная проводимость σ₂ исследуемого слоя составляет 0,1 См/м (В₂=10 Ом-м). И в этом случае устройство показывает кажущуюся удельную проводимость 1,0 См/м в раннее время, то есть для слоя непосредственно вокруг устройства. В более позднее время устройство показывает значение около 0,55 См/м, то же самое среднее значение удельной проводимости, как и на фиг. 26. Изменение расстояния ά отражается на переходном времени.

И в этом случае удельная проводимость раннего времени представляет собой удельную проводимость локального слоя, в котором расположено устройство. В такое раннее время, когда 1 близко к нулю, сигнал достигает приемника непосредственно от излучателя без взаимодействия с границей пласта. Поэтому на него влияет только удельная проводимость вокруг устройства. С другой стороны, удельная проводимость слоя может быть легко определена с помощью кажущейся удельной проводимости в более раннее время.

С другой стороны, удельная проводимость позднего времени должна быть некоторым средним значением удельных проводимостей обоих слоев. В более позднее время, примерно половина сигналов, как можно предполагать, приходит из формации ниже устройства, а другая половина из области выше устройства, если время прохождения расстояния ά от устройства до границы пласта является небольшим.

На фиг. 28 приведены для сравнения графики σ^^ΐ) из фиг. 26 и 27 для Ь=1 м и ά=5 м. Удельная проводимость позднего времени определяется исключительно удельными проводимостями (σ1 и σ2) двух слоев. На нее не оказывает влияния местоположение устройства в двух слоях. Однако, как показано на фиг. 29 для того же самого устройства, вследствие большой глубины исследования, удельная проводимость позднего времени не достигается полностью даже при ί=1 с. На практике, удельная проводимость позднего времени может быть аппроксимирована значением а_каж(1=1 с), которое, как показано на фиг. 29, слабо зависит от ά.

На фиг. 30 приведены для сравнения графики а_каж0) в случае ά=1 м, но для различных разнесений Ь. По мере увеличения Ь в более поздние моменты времени значение σ^^ί) достигает почти постоянной удельной проводимости позднего времени. Удельная проводимость позднего времени почти не зависит от Ь. Однако, как показано на фиг. 31, удельная проводимость позднего времени, определяемая в момент ί=1 с, зависит от расстояния ά.

На фиг. 32 приведены для сравнения графики а_каж0) в случае ά=5 м и Ь=1 м, но для различных отношений удельных сопротивлений. На этом чертеже показано, что кажущаяся удельная проводимость позднего времени пропорциональна σι при неизменном отношении σ₁/σ₂. Например:

*°°) ⁼ 151=10 Ом-м)= =2*σ_κ^(£-4-00) (^/^2=10; В1=20 Ом-м) . (9)

На фиг. 33 показаны примеры графиков σ,.-.,,-,,χΐ) в случае ά=5 м и Ь=1 м, но для различных отношений удельных сопротивлений, при этом целевое удельное сопротивление зафиксировано на уровне В₂=1 Ом-м. Как показано кривой 73 на фиг. 34, кажущаяся удельная проводимость позднего времени в момент ί=1 с определяется удельной проводимостью локального слоя и находится путем модельных расчетов. Численно удельная проводимость позднего времени может быть аппроксимирована арифметическим средним удельных проводимостей двух слоев в виде ст, + <7,

-► σ„σ₂} = , (10) которое показано на фиг. 34 линией 74, при этом значение σ₂ зафиксировано на уровне 1 См/м.

Логично считать, что в случае одноосного устройства осевой излучатель индуцирует вихревой ток, параллельный границе пласта. В более позднее время осевой приемник принимает почти равные горизонтальные токи из обоих слоев. В результате удельная проводимость позднего времени должна представлять собой удельную проводимость обеих формаций с почти равным весом.

Подводя итоги, можно сказать, что удельная проводимость позднего времени в момент ί=1 с может быть использована для оценивания удельной проводимости σ2 прилегающего слоя, когда локальная удельная проводимость σ1 вблизи устройства является известной, например, на основании удельной проводимости σ^Ο^οΥσι раннего времени. Это показано на фиг. 35, на которой кривой 75

- 10 011963 представлены результаты, полученные в результате модельных вычислений, а кривой 76 представлено арифметическое среднее.

Не только для геометрии из фиг. 7, но также и для геометрии, показанной на фиг. 24, переходное время 1_С. в которое кажущаяся удельная проводимость начинает отклоняться от локальной удельной проводимости σι к удельной проводимости позднего времени, как показано на фиг. 26 для устройства с Ь=1 м, определенно зависит от б, расстояния от устройства до границы пласта.

Для удобства переходное время 1_С может быть определено как время, в которое а_каж(1) принимает значение граничной удельной проводимости а_с, то есть в этом примере арифметическое среднее значение удельных проводимостей раннего времени и позднего времени: σ^σκ^ί^^+σ,^ί^ο)}^ Переходное время 1_С определяется траекторией б луча за вычетом Ь/2, то есть половины расстояния, которое проходит электромагнитный сигнал от излучателя до границы пласта и к приемнику, независимо от удельного сопротивления двух слоев. С другой стороны, как показано на фиг. 36 для случая Ь=01 м, расстояние б может быть оценено по переходному времени 1_С.

При наличии представленной выше концепции кажущейся удельной проводимости для одноосных устройств и измерений теперь будет описана задача определения кажущейся удельной проводимости (и кажущегося удельного сопротивления) для компланарных устройств и измерений.

Наведенное напряжение в компланарном устройстве при расстоянии Ь между излучателем и приемником в случае однородной формации с удельной проводимостью σ дается формулой

где а С - постоянная.

изменяется в зависимости от расстояния Ь и удельной проводимости пласта.

На фиг. 37 показано компланарное устройство, в котором излучатель Т и приемник К. параллельны друг другу и ориентированы перпендикулярно оси ζ устройства. Обозначения σ₁ и σ₂ могут представлять удельные проводимости двух слоев формации. Это устройство будет использоваться для пояснения характеристик напряжения при различных значениях ί и Ь, приведенных на фиг. 38-39 ниже, при этом σ₁=σ₂.

На фиг. 38 показана вычисленная характеристика напряжения V компланарного устройства с интервалом Ь=1 м в зависимости от удельного сопротивления К формации в различные моменты ί времени. В диапазоне удельного сопротивления от 0,1 до 100 Ом-м характеристика напряжения является однозначной в зависимости от удельного сопротивления формации для значений ί, превышающих 10^-6 с. При меньших значениях ί, например при ί=10^-7 с, полярность напряжения изменяется и характеристика больше не является однозначной.

На фиг. 39 показана характеристика напряжения в зависимости от удельного сопротивления формации в различные моменты ί времени для более протяженного компланарного устройства с разнесением Ь=5 м. Временной интервал, на котором характеристика напряжения является однозначной, сдвинут к большим значениям ί.

Подобно характеристике одноосного устройства, изменяющаяся во времени кажущаяся удельная проводимость определяется на основании характеристики ν_χΧ(ί) компланарного устройства в каждый момент времени измерений как

калт' ' - ' где Ί Га ν_χΧ(ί) в правой части представляет собой измеренную характеристику напряжения компланарного устройства. Чем больше разнесение, тем большее должно быть значение ί, чтобы можно было использовать концепцию кажущейся удельной проводимости на основании измерения одного вида (компланарного, с единственным разнесением). В случае однородной формации значение σ,,,,,,Π) должно быть постоянным и равным удельной проводимости формации: σ_Χ3Χ(ί)=σ.

На фиг. 40 показано компланарное устройство 80, имеющее расстояние Ь между излучателем и приемником, помещенное в скважину 88, приближенную к прилегающему пласту, которым представлена аномалия удельного сопротивления. На компланарном устройстве 80 излучатель Т и приемник К ориентированы перпендикулярно оси ζ устройства и параллельно друг другу. Обозначения σ1 и σ2 могут представлять удельные проводимости двух слоев формации.

Аналогично фиг. 26 с характеристиками одноосного устройства, в котором Ь=1 м, кажущаяся удельная проводимость σ_Χ3Χ(ί) в случае компланарных откликов изображена на фиг. 41 для различных расстояний от устройства до границы пласта. Ясно, что по компланарному отклику также можно идентифицировать на расстоянии прилегающий пласт с более высокой удельной проводимостью. Даже устройством с Ь=1 м можно обнаруживать пласт на расстояниях 10, 25 и 50 м, если характеристики напряжения низкого уровня могут быть измерены на большом временном интервале от 0,1 до 1 с. Из кривой

- 11 011963 ст_каж(1) для компланарных откликов выявляются три параметра, как и в случае одноосных откликов.

Как это было в одноосных случаях, для компланарных откликов также справедливо, что удельная проводимость п_каж(1^0) раннего времени представляет собой удельную проводимость σ₁ локального слоя, в котором расположено устройство. В противоположность этому, удельная проводимость слоя может быть легко определена по кажущейся удельной проводимости в более ранние времена.

Удельная проводимость σ,.,,Αΐ^'χ) позднего времени есть некоторое среднее значение удельных проводимостей обоих слоев. Выводы, полученные для одноосных откликов, равным образом применимы к компланарным откликам. Однако значение удельной проводимости позднего времени в случае компланарных откликов не такое же, как в случае одноосных откликов. В случае одноосных откликов удельная проводимость позднего времени близка к арифметическому среднему удельных проводимостей двух слоев в двухслойной модели. На фиг. 42 показана удельная проводимость σ,.,,,/Ι^-'χ) позднего времени в случае компланарных откликов, полученная на основании результатов модельных расчетов (кривая 77), где й=5 м и Ь=1 м, для различных удельных проводимостей локального слоя, при этом целевая удельная проводимость зафиксирована на уровне 1 См/м. Удельная проводимость позднего времени определяется по удельной проводимости локального слоя и численно близка к значению корня квадратного из среднего, показанному кривой 78 на фиг. 42:

Подводя итоги, можно сказать, что удельная проводимость σ,.,,,/Ι^-'χ) позднего времени может быть использована для оценивания удельной проводимости σ2 прилегающего слоя, когда локальная удельная проводимость σ1 вблизи устройства является известной, например, на основании удельной проводимости σ_Ε3Χ(ΐ^0)=σ₁ раннего времени. Это показано на фиг. 43, где кривая 79 получена по результатам модельных вычислений, а кривой 79а отображено усредненное приближение.

Как показано на фиг. 40, переходное время, в котором кажущаяся удельная проводимость начинает отклоняться от локальной удельной проводимости σ₁ к удельной проводимости позднего времени, явно зависит от расстояния й от устройства до границы пласта.

Переходное время 1с может быть определено как время, в которое σ_Ε3Χ(ΐ₀) принимает значение граничной удельной проводимости σ₀, то есть в этом примере арифметическое среднее значение удельных проводимостей раннего времени и позднего времени σ^Ισ^Αΐ^φ+σ^Αΐ^ο)}^. Переходное время 1_сопределяется траекторией й луча за вычетом Ь/2, то есть половины расстояния, проходимого электромагнитным сигналом от излучателя до границы пласта и к приемнику, независимо от удельного сопротивления двух слоев.

С другой стороны, как показано на фиг. 44, где Ь=1 м, расстояние й может быть оценено по переходному времени 1_с.

Используя кажущуюся удельную проводимость или эквивалент ее обратной величины (кажущееся удельное сопротивление), также можно определить, по меньшей мере, первое и второе расстояния от устройства до, соответственно, первого и второго слоев в формации, при этом по меньшей мере один из первого и второго слоев содержит аномалию электромагнитной индукции, такую как аномалия удельного сопротивления или удельной проводимости.

Это будет показано со ссылками на последующие фиг. с 45 по 50, при этом на фиг. 45 показана конфигурация, включающая в себя одноосное устройство 80 в относительно проводящей формации 82, в которой аномалия находится в виде относительно резистивного слоя 83. Как показано, формация по другую сторону слоя 83, видимая от устройства 80 и обозначенная на фиг. 45 позицией 84, идентична формации 82 на стороне устройства относительно слоя 83. Однако способ также будет работать, если формация 84 по другую сторону слоя 83 будет представлять собой слой, который имеет свойства, отличающиеся от свойств близлежащей формации 82.

В каждом случае устройство «видит» аномалию 83 как первый слой на первом расстоянии Ό₁ и как имеющую толщину Δ и оно «видит» формацию по другую сторону аномалии 83 как второй слой 84 на втором расстоянии Ό₂=Ό₁+Δ и как имеющую бесконечную толщину.

На фиг. 46 представлен график, иллюстрирующий зависимость вычисленной характеристики кажущегося удельного сопротивления В_каж от времени ΐ для геометрии, приведенной на фиг. 45. При вычислениях для фиг. 46 предполагалось, что аномалия образована в виде резистивного соляного пласта, имеющего удельное сопротивление 100 Ом-м, и что формация образована, например, как насыщенная соленой водой формация, имеющая удельное сопротивление 1 Ом-м. Моделирование устройства осуществлялось при ориентации основной оси его параллельно первой границе 81 раздела между насыщенной соленой водой формацией 82 и первым слоем 83, и при этом расстояние Όι между основной осью и первым слоем 83 принималось равным 10 м. Мощность А резистивного пласта изменялась по толщине от долей метра до 100 м.

Первый подъем В_каж(1) отражает реакцию на соль и наблюдается в момент 10^-4 с в устройстве с разнесением Ь=1 м, когда соль находится на расстоянии Όι=10 м. Если соль является полностью разрешае

- 12 011963 мой (при бесконечной толщине соли за пределами Όι=10 м), кажущееся удельное сопротивление должно асимптотически приближаться к показанию 1 Ом-м. Последующее падение В_каж(1) отражает реакцию на проводящую формацию позади соли (резистивного пласта). Значение К_каж(позднее I) является функцией удельного сопротивления проводящего пласта и толщины соли. Если время измерения ограничено значением 10^-2 с, спад В_каж(1) не может быть обнаружен при толщине слоя соли больше чем 500 м.

Что касается разрешения резистивного пласта, то одноосное устройство реагирует на тонкий пласт (толщиной 1-2 м). Момент времени, в который В_каж(1) достигает максимума или начинает спадать, зависит от расстояния до проводящего пласта позади соли. Как отмечалось ранее, при построении графика в значениях кажущейся удельной проводимости В_каж(1) переходное время может быть использовано для определения расстояния до граничных пластов.

Как показано на фиг. 47, моделировался еще один трехслойный пласт. В этом случае промежуточный слой 83 был более проводящим слоем, чем формация 82. Этот проводящий пласт 83 может считаться представляющим, например, глинистый слой. Одноосное устройство 80 с разнесением Ь=1 м расположено в стволе скважине в формации 82, имеющей удельное сопротивление 10 Ом-м, и находится на расстоянии Όι=10 м от менее резистивного (более проводящего) слоя 83, который имеет удельное сопротивление 1 Ом-м. Третий слой 84 находится за проводящим слоем 83 и имеет удельное сопротивление 10 Ом-м, как и слой 82. Проводящий пласт 83 моделировался в диапазоне толщин Δ, изменявшихся от долей метра до бесконечной толщины. Вычислялось кажущееся удельное сопротивление В_каж, показанное на фиг. 48.

Спад В_каж(1), который можно видеть на фиг. 48, обусловлен наличием глинистого (проводящего) слоя и проявляется в то время, когда ΐ^-10^-5 с. Характеристика глины является полностью разрешаемой при бесконечно толстом проводящем слое, удельное сопротивление которого приближается к 3 Ом-м. Последующий подъем В_каж(1) происходит под влиянием резистивной формации 84 за глинистым слоем 83. Переходное время используют для определения расстояния Э₂ от устройства 80 до границы 85 раздела между вторым и третьим слоями (соответственно, 83 и 84). Значение Я_каж (позднее I) является функцией удельного сопротивления проводящего пласта. Для измерения подъема В_каж(1) в случае проводящих слоев толще чем 100 м, по мере увеличения толщины А проводящего пласта продолжительность измерения должна быть аналогичным образом увеличена (>10^-2 с).

Еще одна трехслойная модель отражена на фиг. 49, при этом одноосное устройство 80 находится в проводящей формации 82 (1 Ом-м), а высокорезистивный второй слой 84 (100 Ом-м), как можно придти к заключению, является, например, соляным куполом. Формация 82 и второй слой 84 разделены первым слоем 83, который имеет промежуточное сопротивление (10 Ом-м). Как показано на фиг. 50, при вычислениях характеристики кажущегося удельного сопротивления толщину Δ изменяли.

Влияние промежуточного резистивного слоя заметно при 10^-4 с, когда В_каж(1) возрастает. Если первый слой 83 является полностью разрешаемым при бесконечно толстом пласте, кажущееся удельное сопротивление асимптотически приближается к 2,6 Ом-м.

Как заметно на фиг. 50, В_каж(1) претерпевает второй этап возрастания под влиянием высокорезистивного (100 Ом-м) второго слоя 84. На основании переходного времени определено, что расстояние до границы раздела должно быть 110 м.

Поэтому можно заключить, что наблюдаемые изменения кажущейся удельной проводимости (или кажущегося удельного сопротивления) обеспечивают возможность определения расстояний Όι и Э₂.

Кроме того, кажущаяся удельная проводимость и неотъемлемый эквивалент ее в виде обратной величины, кажущееся удельное сопротивление, могут быть использованы для формирования изображения или представления характерных особенностей формации. Это может быть осуществлено путем сбора данных о переходных кажущихся удельных проводимостях в различных местах внутри ствола скважины. Используя информацию о расстояниях и по желанию также информацию о направлениях, которую можно получить, используя, например, концепцию кажущегося угла падения пласта, описанную в публикации заявки 2005/0093546 на патент США, собранные данные о кажущихся удельных проводимостях можно применять для формирования изображения формации относительно устройства.

Несмотря на возможную сложность, в приведенных выше примерах с помощью кажущегося удельного сопротивления или кажущейся удельной проводимости выявлено наличие нескольких слоев. Когда кривые (1, Я_каж(1)) кажущегося удельного сопротивления для различных положений устройства компонуют вместе, итоговый комбинированный график можно использовать в качестве образа каротажной диаграммы для наблюдения геометрии формации даже в случае, если удельное сопротивление слоя не может быть сразу же точно определено.

На фиг. 51 показан пример, в котором трехслойная модель использована в сочетании с одноосным прибором, имеющим разнесение Ь=1 м, находящимся в формации в двух взаимно несовместимых местах. Вычисленные результаты отображены на фиг. 52.

Кажущееся удельное сопротивление В_каж(1) наносят на график в различные точки по мере приближения одноосного устройства к резистивному слою. Сначала в слое с 10 Ом-м падение В_каж(1) может быть вызвано слоем с 1 Ом-см, а последующее возрастание В_каж(1) может быть вызвано слоем со 100 Ом-м. Кривые (91, 92, 93) можно без труда привести в соответствие точкам перегиба для идентификации характе

- 13 011963 ристик сравнительно различных пластов, эффективного формирования изображения формации. Кривая 91 соответствует точкам перегиба, обусловленным пластом с 1 Ом-м, кривая 92 - точкам, обусловленным солью, и кривая 93 - точкам перегиба, обусловленным пластом с 10 Ом-м. Кроме того, кривая 1 Ом-м может быть отнесена на счет приема сигнала приемником непосредственно от излучателя, когда устройство расположено в пласте с 1 Ом-м.

Поэтому изображение формации может быть сформировано путем использования кажущейся удельной проводимости или кажущегося удельного сопротивления без дополнительной обработки, необходимой для инверсии и извлечения информации. Эта информация может обеспечить контроль бурения по данным геологического каротажа, а также возможность профилирования подземных формаций.

Настоящее изобретение было описано применительно к конкретным вариантам осуществления, которые во всех отношениях предполагаются иллюстративными, а не ограничивающими. Для специалистов в данной области техники, к которым относится настоящее изобретение, должны были стать очевидными альтернативные варианты осуществления без отклонения от его объема.

Из вышеизложенного должно быть видно, что это изобретение является изобретением, хорошо приспособленным для достижения всех конечных результатов и задач, изложенных выше, наряду с другими преимуществами, которые являются очевидными и присущими системе и способу. Должно быть понятно, что некоторые признаки и дополнительные сочетания являются полезными и могут быть использованы без обращения к другим признакам и дополнительным сочетаниям. Это предполагается и находится в рамках объема формулы изобретения.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ определения, по меньшей мере, первого и второго расстояний от устройства до, по меньшей мере, первого слоя и второго слоя в формации, при этом по меньшей мере один из первого и второго слоев содержит аномалию электромагнитной индукции, устройство содержит излучатель для излучения электромагнитных сигналов через формацию и приемник для обнаружения откликов, способ содержит этапы, при выполнении которых доставляют устройство внутрь ствола скважины в формации;

излучают электромагнитный сигнал, используя излучатель;

вычисляют одно из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления на основании обнаруженного приемником отклика;

контролируют одно из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления в течение времени и определяют первое и второе расстояния на основании наблюдаемых изменений одного из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления.
2. Способ по п.1, в котором при излучении электромагнитного сигнала создают изменения в излучаемом электромагнитном сигнале и в котором при контролировании одного из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления в течение времени контролируют кажущуюся удельную проводимость в течение интервала времени после изменения.
3. Способ по п.2, в котором завершают излучение электромагнитного сигнала в предварительно заданный интервал времени.
4. Способ по п.2, в котором интервал времени выбирают на основании расстояния разнесения излучателя и приемника.
5. Способ по п.2, в котором интервал времени выбирают от по меньшей мере 10^-8 до по меньшей мере 0,1 с, предпочтительно до по меньшей мере 1 с.
6. Способ по любому одному из предшествующих пунктов, в котором при вычислении одного из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления преобразуют сигнал наведенного напряжения в усредненную удельную проводимость формации.
7. Способ по любому одному из предшествующих пунктов, в котором при вычислении одного из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления оценивают одно из соответствующих кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления формации, в которой располагают устройство.
8. Способ по любому одному из предшествующих пунктов, в котором при вычислении одного из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления оценивают соответствующее одно из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления формации впереди устройства.
9. Способ по любому из предшествующих пунктов, в котором при определении первого расстояния определяют первый момент времени, в который одно из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления начинает отклоняться от постоянного значения.
10. Способ по п.8, в котором при определении второго расстояния определяют второй момент времени, в который одно из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления начинает снова отклоняться, чтобы выявить точку перегиба.

- 14 011963
11. Способ по любому одному из предшествующих пунктов, в котором используют каротажное устройство.
12. Способ по любому одному из предшествующих пунктов, в котором устройство, используемое в секции измерения в процессе бурения или каротажа в процессе бурения бурильной колонны, располагают выше по стволу скважины относительно бурового долота.
13. Способ по любому одному из предшествующих пунктов, в котором дополнительно строят график контролируемого одного из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления в зависимости от времени;

затем перемещают устройство на другое место в стволе скважины;

повторно излучают электромагнитный сигнал, используя излучатель, и обнаруживают отклик приемника;

повторно вычисляют одно из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления на основании обнаруженного приемником отклика;

повторно контролируют одно из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления в течение времени;

повторно строят график одного из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления в зависимости от времени;

на основании графиков формируют изображение формации в пределах подземной формации.
14. Способ по п.13, в котором при повторном построении графика одного из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления в зависимости от времени наносят значения повторно контролируемого одного из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления на тот же самый график, что и график, на который первоначально были нанесены значения одного из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления, и в котором при формировании изображения формации идентифицируют две или более точек перегиба на каждом построенном графике вычисленной кривой одного из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления и приводят кривую в соответствие двум или более точкам перегиба.
15. Способ по любому одному из предшествующих пунктов, в котором дополнительно осуществляют бурение ствола скважины в выбранном направлении в зависимости от обнаруженных изменений одного из кажущейся удельной проводимости и кажущегося удельного сопротивления.