RU2203397C2 - Process and system for after-production of hydrocarbons - Google Patents

Process and system for after-production of hydrocarbons Download PDF

Info

Publication number
RU2203397C2
RU2203397C2 RU2000131194A RU2000131194A RU2203397C2 RU 2203397 C2 RU2203397 C2 RU 2203397C2 RU 2000131194 A RU2000131194 A RU 2000131194A RU 2000131194 A RU2000131194 A RU 2000131194A RU 2203397 C2 RU2203397 C2 RU 2203397C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gravity
data
fluid
gradient
acceleration
Prior art date
Application number
RU2000131194A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2000131194A (en
Inventor
Маник ТАЛВАНИ
Мелвин ШВАЙТЦЕР
Вальтер К. ФЕЛЬДМАН
Original Assignee
Локхид Мартин Корпорейшн
Маник ТАЛВАНИ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Локхид Мартин Корпорейшн, Маник ТАЛВАНИ filed Critical Локхид Мартин Корпорейшн
Publication of RU2000131194A publication Critical patent/RU2000131194A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2203397C2 publication Critical patent/RU2203397C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: secondary oil recovery methods with control over separation boundary between oil and fluid medium driving oil. SUBSTANCE: hydrocarbon collector from which secondary oil recovery is carried out is subjected to first and then at least second examination of gradient of gravity acceleration. Gradient of gravity acceleration is measured by means of gradiometer on surface above collector to generate consecutive series of data. Information on changes of underground density caused by displacement of hydrocarbon and its replacement by driving fluid medium is obtained by difference between data of first and following examinations of gradient of gravity acceleration. This approach takes into consideration position, morphology and rate of change of separation boundary between extracted hydrocarbon and driving fluid medium. EFFECT: restoration of formation pressure with determination of boundary of separation of media and with potential for control over this boundary. 22 cl, 15 dwg

Description

Настоящее изобретение касается способа и системы для вторичной добычи нефти, а более конкретно способа и системы для вторичной добычи нефти, при которых для оптимизации добычи выявляется и осуществляется управление подземной границей или границей раздела между добываемой нефтью и текучей средой, вытесняющей нефть из коллектора, а еще более конкретно, касается способа и системы, в которых осуществляется контроль аномалий гравитационного поля, вызванных изменениями плотности и контрастами, обусловленными перемещением со временем подземной границы раздела между добываемой нефтью и текучей средой, вытесняющей нефть из коллектора или восстанавливающей пластовое давление. The present invention relates to a method and system for secondary oil production, and more specifically a method and system for secondary oil production, in which, to optimize production, the underground or interface between the produced oil and the fluid displacing oil from the reservoir is detected and controlled. more specifically, it relates to a method and system in which anomalies of the gravitational field are controlled by changes in density and contrasts due to movement of a subcar over time I have the interface between the produced oil and the fluid displacing oil from the reservoir or restoring reservoir pressure.

Углеводородные коллекторы, нефтяные и газовые, образуются вследствие превращения органического вещества в различные виды углеводородных материалов, включая угли, смолы, нефти и природный газ. Предполагается, что нефтяные и газовые коллекторы образуются, когда более легкие углеводородные молекулы просачиваются к поверхности земли до тех пор, пока они не захватываются в относительно проницаемом пласте под относительно непроницаемым пластом, который "закупоривает" проницаемый пласт. Более легкие углеводородные молекулы продолжают накапливаться в относительно больших подземных коллекторах, часто они сопровождаются молекулами воды. Поскольку коллекторы существуют на различных глубинах в толще земли, они часто находятся под существенным геостатическим давлением. Hydrocarbon reservoirs, oil and gas, are formed as a result of the conversion of organic matter into various types of hydrocarbon materials, including coal, tar, oil and natural gas. Oil and gas reservoirs are thought to form when lighter hydrocarbon molecules leak to the surface of the earth until they are trapped in a relatively permeable formation under a relatively impermeable formation that “plugs” the permeable formation. Lighter hydrocarbon molecules continue to accumulate in relatively large underground reservoirs, often accompanied by water molecules. Because reservoirs exist at various depths in the earth, they are often under significant geostatic pressure.

Углеводородные ресурсы извлекаются из поверхностных и подземных месторождений путем разработки месторождений твердых ресурсов (уголь, смолы) и путем откачки или с помощью других способов извлечения природного газа и жидкой нефти из естественным образом возникающих подземных месторождений. Hydrocarbon resources are extracted from surface and underground deposits by developing deposits of solid resources (coal, tar) and by pumping or using other methods to extract natural gas and liquid oil from naturally occurring underground deposits.

В последнем столетии природный газ и нефть извлекались с помощью бурения скважин в подземные коллекторы. Вообще, большинство коллекторов в естественном состоянии находились под давлением из-за наличия свободного природного газа, который накапливался над жидким нефтяным пластом, и часто из-за наличия воды, которая накапливалась ниже жидкого нефтяного пласта. Поскольку залегающая в естественных условиях сырая нефть имеет плотность ниже, чем плотность воды (т. е., в диапазоне от 0,7 в случае "легкой" сырой нефти до 0,9 в случае "тяжелой" сырой нефти), сырая нефть накапливается выше водопроницаемого пласта и ниже газопроницаемого пласта. Следовательно, скважина, пробуренная в нефтепроницаемом пласте, будет давать нефть, которая получает энергию, обеспечивающую ее вытеснение, от лежащего выше газопроницаемого пласта и/или от лежащего ниже водопроницаемого пласта. In the last century, natural gas and oil were extracted by drilling into underground reservoirs. In general, most reservoirs in their natural state were under pressure due to the presence of free natural gas that accumulated above the liquid oil reservoir, and often due to the presence of water that accumulated below the liquid oil reservoir. Since naturally occurring crude oil has a density lower than the density of water (that is, in the range from 0.7 in the case of “light” crude oil to 0.9 in the case of “heavy” crude oil), crude oil accumulates higher permeable formation and below the gas permeable layer. Consequently, a well drilled in an oil-permeable formation will produce oil, which receives the energy that ensures its displacement from the gas-permeable layer lying above and / or from the water-permeable layer lying below.

Вообще "первичная" добыча сырой нефти происходит в течение временного периода, когда естественное пластовое давление вызывает выдавливание сырой нефти наверх через буровую скважину. В некоторой точке эксплуатационного ресурса коллектора возникающее естественным образом пластовое давление фактически исчерпывается. Несколько различных методов, в общем известных как методы вторичной добычи, разработаны для извлечения сырой нефти после того, как понижается естественное пластовое давление. Обычно вторичная добыча включает восстановление пластового давления с помощью текучей среды (т.е., жидкости или газа) для понижения вязкости нефти и/или для того, чтобы вытеснять оставшуюся сырую нефть в нефтепроницаемом слое к поверхности через одну или несколько скважин. Вытесняющая текучая среда вводится в коллектор с помощью нагнетательных скважин, через которые вытесняющая текучая среда закачивается в коллектор под давлением для того, чтобы смещать и, тем самым, вытеснять нефть в направлении добывающих скважин и к скважинам. In general, “primary” crude oil production occurs during a time period when natural reservoir pressure causes the crude oil to squeeze up through the borehole. At some point in the reservoir’s operating life, the naturally occurring reservoir pressure is actually exhausted. Several different methods, generally known as secondary production methods, are designed to recover crude oil after the natural reservoir pressure has lowered. Typically, secondary production involves restoring reservoir pressure using a fluid (i.e., liquid or gas) to lower the viscosity of the oil and / or to displace the remaining crude oil in the oil-permeable layer to the surface through one or more wells. The displacing fluid is introduced into the reservoir using injection wells, through which the displacing fluid is pumped into the reservoir under pressure in order to displace and thereby displace the oil in the direction of the producing wells and towards the wells.

Для размещения нагнетательных скважин разработаны различные схемы. Например, линия, по которой размещаются нагнетательные скважины, может быть на известной границе коллектора или вблизи от нее, для того чтобы вытеснять сырую нефть в направлении добывающих скважин и к скважинам. Когда граница между находящейся под давлением текучей средой выдвигается вперед, проходя через добывающие скважины, эти добывающие скважины могут быть заглушены или, если требуется, преобразованы в нагнетательные скважины. По другой схеме нагнетательные скважины "вкрапливают" между добывающими скважинами для вытеснения нефти из нефтепроницаемого пласта от места нагнетания в направлении добывающих скважин и непосредственно к добывающим скважинам. Various schemes have been developed to accommodate injection wells. For example, the line along which injection wells are located may be at or near the known boundary of the reservoir in order to displace crude oil in the direction of the producing wells and toward the wells. When the boundary between the pressurized fluid is advanced forward through the production wells, these production wells may be plugged or, if required, converted to injection wells. According to another scheme, injection wells are “interspersed" between production wells to displace oil from the oil-permeable formation from the injection site in the direction of production wells and directly to production wells.

Для осуществления восстановления пластового давления и смещения требующейся сырой нефти из основной породы или нефтеносного песчаного пласта в направлении добывающих скважин, используются различные текучие среды, включая воду при различных температурах, пар, двуокись углерода и азот. Various fluids, including water at different temperatures, steam, carbon dioxide and nitrogen, are used to effect reservoir pressure recovery and displacement of the required crude oil from the main rock or oil-bearing sand formation towards production wells.

В технологии с закачкой воды вода при температуре окружающей среды нагнетается в коллектор для вытеснения нефти в направлении добывающих скважин и к скважинам. Нагнетаемая вода накапливается под сырой нефтью и фактически выталкивает сырую нефть с более низкой плотностью наверх в направлении ствола добывающей скважины и к нему. В тех случаях, когда нефтепроницаемый пласт является относительно тонким, исходя из геологической перспективы, а также ограничен между двумя относительно менее проницаемыми пластами (т.е., непроницаемым пластом, лежащим выше коллектора, и более проницаемым пластом, лежащим ниже коллектора), вода нагнетается при относительно высоком давлении и в таком объеме, чтобы реализовался режим "краевого вытеснения", благодаря чему сырая нефть выталкивается к нефтедобывающим скважинам. Иногда нагнетаемая вода нагревается для понижения вязкости нефти и, тем самым, способствует перемещению сырой нефти из пор проницаемого песчаного пласта или основной породы. Технология с закачкой воды также хорошо подходит для вытеснения к добывающей скважине природного газа, "захваченного" в порах относительно малопроницаемой породы. In the technology with water injection, water at ambient temperature is pumped into the reservoir to displace oil in the direction of the producing wells and to the wells. Injected water builds up under the crude oil and actually pushes the lower density crude oil up in the direction of the wellbore and toward it. In cases where the oil-permeable layer is relatively thin, from a geological perspective, and is also limited between two relatively less permeable layers (i.e., an impermeable layer lying above the reservoir and a more permeable layer lying below the reservoir), water is pumped at a relatively high pressure and in such a volume that the “edge displacement” regime is realized, due to which the crude oil is pushed out to the oil producing wells. Sometimes injected water is heated to lower the viscosity of the oil and, thereby, facilitates the movement of crude oil from the pores of a permeable sand formation or base rock. The water injection technology is also well suited to displacing natural gas trapped in the pores of a relatively low permeability rock to a production well.

В технологии с закачкой пара пар используется для перемещения или вытеснения нефти из нефтеносного песка или нефтеносной породы в направлении добывающих скважин и к скважинам. Пар, который может быть в исходном состоянии перегретым, нагнетается в нефтепроницаемый пласт, чтобы вызвать восстановление пластового давления. По мере движения от начальной точки нагнетания его температура падает, а качество пара ухудшается, причем пар в конечном счете конденсируется в виде слоя горячей воды. Кроме того, некоторые из наиболее легких углеводородов могут быть перегнаны из сырой нефти, когда они подвергаются перемещению на границе раздела между паром/горячей водой и сырой нефтью. Нагнетание пара может быть непрерывным или на основе периодического режима "закачка-остановка". In steam injection technology, steam is used to move or displace oil from oil sand or oil rock in the direction of production wells and to wells. Steam, which may be superheated in its initial state, is injected into the oil-permeable formation to cause formation pressure to recover. As it moves from the starting point of discharge, its temperature drops and the quality of the steam deteriorates, and the steam eventually condenses in the form of a layer of hot water. In addition, some of the lightest hydrocarbons can be distilled from crude oil when they are moved at the interface between steam / hot water and crude oil. Steam injection may be continuous or based on a periodic injection-stop mode.

Помимо использования воды и пара для осуществления восстановления пластового давления и вытеснения сырой нефти к добывающим скважинам, также для тех же целей используются двуокись углерода и азот. In addition to using water and steam to restore reservoir pressure and displacing crude oil to production wells, carbon dioxide and nitrogen are also used for the same purpose.

Одна из проблем, связанных с технологией вытеснения водой, паром или газом, состоит в определении границы или границы раздела между вытесняющей текучей средой и сырой нефтью. В оптимальном варианте граница между вытесняющей текучей средой и перемещаемой сырой нефтью смещалась бы предсказуемым образом через коллектор от точек нагнетания к добывающим скважинам, чтобы обеспечить максимальное получение сырой нефти. Геология коллектора обычно сложная и неоднородная и часто он содержит области или зоны с относительно более высокопроницаемым песком или породой; эти зоны с более высокой проницаемостью могут функционировать как пути с низким сопротивлением для находящейся под давлением вытесняющей текучей среды. Находящаяся под давлением вытесняющая текучая среда иногда образует каналы низкого сопротивления, известные как "воровские" зоны (зоны поглощения), через которые находящаяся под давлением текучая среда "пробивается" к добывающей скважине, вследствие чего значительно уменьшается эффективность добычи. One of the problems associated with water, steam, or gas displacement technology is determining the interface or interface between the displacing fluid and the crude oil. In an optimal embodiment, the boundary between the displacing fluid and the transported crude oil would shift in a predictable manner through the reservoir from the injection points to the producing wells in order to maximize the production of crude oil. The geology of the reservoir is usually complex and heterogeneous and often contains areas or zones with relatively higher permeability sand or rock; these higher permeability zones can function as low resistance paths for pressurized displacing fluid. A pressurized displacing fluid sometimes forms low resistance channels, known as thieves zones (absorption zones), through which a pressurized fluid “breaks through” to the production well, thereby significantly reducing production efficiency.

Наличие возможности определять положение границы раздела или контура и часто неотчетливого между смещаемой сырой нефтью и вытесняющей текучей средой, находящейся под давлением, чтобы отслеживать скорость смещения и морфологию этой границы и осуществлять управление ею, значительно увеличило бы вторичную добычу нефти. Having the ability to determine the position of the interface or contour and often unclear between the displaced crude oil and the displacing fluid under pressure in order to track the displacement rate and morphology of this border and to control it would significantly increase secondary oil production.

Различные технологии разработаны для улучшения понимания конфигурации подземной геологии нефтепроницаемого коллектора. Наиболее широко используемый метод включает сейсмический эхоконтроль, при котором волна сжатия направляется вниз в подземные пласты. Начальная энергия "опрашивающей" волны обычно создается путем детонации взрывчатых веществ или с помощью специальных, ударяющих в землю машин. "Опрашивающая" волна излучается из места расположения источника со скоростью распространения, зависящей от модуля упругости и плотности материала, через который она проходит. Как любая волновая энергия, "опрашивающая" волна подвергается отражению, преломлению, рассеянию, поглощению и ослабляющим эффектам, вызванным материалом, через который она проходит и от которого она отражается. Энергия отраженной волны детектируется геофонами, разнесенными пространственно от местонахождения сейсмоисточника, и данные обрабатываются для получения модели коллектора. Этот метод является хорошо разработанным и он подходит для выявления подземных структур, которые могут быть благоприятными для накопления нефти или газа. Various technologies have been developed to improve understanding of the underground geology configuration of an oil permeable reservoir. The most widely used method includes seismic echocontrol, in which a compression wave is directed down into the underground strata. The initial energy of the “interrogating” wave is usually created by detonating explosives or using special machines that hit the ground. An “interrogating” wave is emitted from the source location with a propagation velocity that depends on the elastic modulus and density of the material through which it passes. Like any wave energy, the “interrogating” wave undergoes reflection, refraction, scattering, absorption and attenuating effects caused by the material through which it passes and from which it is reflected. The energy of the reflected wave is detected by geophones spatially spaced from the location of the seismic source, and the data is processed to obtain a reservoir model. This method is well developed and is suitable for identifying underground structures that may be favorable for the accumulation of oil or gas.

Другие методы исследования подземной геологии включают использование гравиметров для выявления незначительных изменений в величине вектора ускорения силы тяжести с целью выявления подземных структур, которые могут быть благоприятными для накопления нефти или газа. Other methods of investigating underground geology include the use of gravimeters to detect minor changes in the magnitude of the acceleration vector of gravity in order to identify underground structures that may be favorable for the accumulation of oil or gas.

Различные устройства и методы, используемые для "опрашивания" подземных пластов, привели к значительному прогрессу в возможности создания трехмерной модели или имитационного моделирования коллектора. Однако существующие технологии зондирования не позволяют выявлять местонахождение и морфологию границы или границы раздела между находящейся под давлением вытесняющей текучей средой и нефтью или природным газом в тех коллекторах, из которых добыча ведется вторичными методами. Информация о положении, морфологии и скорости перемещения границы представляла бы значительную ценность при оптимизации добычи углеводородов, которые добываются вторичными методами, особенно в вопросе эффективного использования вытесняющей текучей среды. Various devices and methods used to "interrogate" underground formations have led to significant progress in the possibility of creating a three-dimensional model or simulation of a reservoir. However, existing sounding technologies do not allow to identify the location and morphology of the boundary or interface between the pressurized displacing fluid and oil or natural gas in those reservoirs from which secondary mining is carried out. Information on the position, morphology, and speed of moving the border would be of considerable value in optimizing the production of hydrocarbons that are produced by secondary methods, especially regarding the efficient use of displacing fluid.

В патенте США 4143714 раскрыт способ управления добычей текучего углеводорода из подземного углеводородного коллектора, который подвергают вторичной добыче путем нагнетания в него вытесняющей текучей среды и из которого углеводороды извлекаются при реакции на нагнетание вытесняющей текучей среды. US Pat. No. 4,143,714 discloses a method for controlling the production of a fluid hydrocarbon from an underground hydrocarbon reservoir, which is subjected to secondary production by injecting a displacing fluid into it and from which hydrocarbons are recovered in response to pumping a displacing fluid.

В этом патенте раскрыт способ для контроля границы раздела между вытесняющей текучей средой и текучими углеводородами в подземном коллекторе, который подвергают вторичной добыче путем нагнетания в него вытесняющей текучей среды и из которого текучие углеводороды извлекаются, по меньшей мере, при реакции на нагнетание вытесняющей текучей среды. This patent discloses a method for controlling the interface between a displacing fluid and a fluid hydrocarbon in an underground reservoir that is subjected to secondary production by injecting a displacing fluid into it and from which a fluid hydrocarbon is recovered, at least in response to a pumping out of the displacing fluid.

В этом патенте также раскрыт способ для контроля границы раздела между первой текучей средой и второй текучей средой в подземном объеме, в котором одна из первой и второй текучих сред смещает другую из первой и второй текучих сред со временем. This patent also discloses a method for controlling the interface between the first fluid and the second fluid in an underground volume in which one of the first and second fluids biases the other of the first and second fluids with time.

В указанном патенте также раскрыт способ для контроля подземного перемещения, по меньшей мере, первой текучей среды в подземном объеме, в котором первая текучая среда перемещается в подземном объеме со временем. The patent also discloses a method for controlling the underground movement of at least the first fluid in the underground volume, in which the first fluid moves in the underground volume over time.

В патенте США 5357802 раскрыта система для контроля границы раздела между вытесняющей текучей средой и текучими углеводородами в подземном коллекторе, который подвергают вторичной добыче путем нагнетания в него вытесняющей текучей среды и из которого текучие углеводороды извлекаются, по меньшей мере, при реакции на нагнетание вытесняющей текучей среды. Раскрытие изобретения
Исходя из вышеизложенного, целью настоящего изобретения, наряду с другими, является создание способа и системы для улучшения добычи текучих углеводородов, таких как нефть и природный газ, из нефтяного и/или газового коллектора, в которых осуществляется восстановление пластового давления.
US Pat. No. 5,357,802 discloses a system for controlling the interface between a displacing fluid and a fluid hydrocarbon in an underground reservoir that is subjected to secondary production by injecting a displacing fluid into it and from which a fluid hydrocarbon is recovered, at least in response to pumping a displacing fluid . Disclosure of Invention
Based on the foregoing, the purpose of the present invention, among others, is to provide a method and system for improving the production of fluid hydrocarbons, such as oil and natural gas, from an oil and / or gas reservoir, in which reservoir pressure is restored.

Другая цель настоящего изобретения состоит в создании способа и системы для вторичной добычи углеводородов, в которых находящаяся под давлением текучая среда используется для вытеснения нефти и/или природного газа из коллектора к добывающей скважине. Another objective of the present invention is to provide a method and system for the secondary production of hydrocarbons, in which a pressurized fluid is used to displace oil and / or natural gas from the reservoir to the production well.

Еще одна цель настоящего изобретения состоит в создании способа и системы для вторичной добычи нефти, в которых может быть определена граница или граница раздела между добываемой нефтью и находящейся под давлением текучей средой, вытесняющей добываемую нефть. Another objective of the present invention is to provide a method and system for secondary oil production, in which the interface or interface between the produced oil and the pressurized fluid displacing the produced oil can be determined.

Дальнейшая цель настоящего изобретения состоит в создании способа и системы для вторичной добычи углеводородов, в которых граница или граница раздела между добываемым углеводородом и находящейся под давлением текучей средой, вытесняющей углеводород, может быть определена и впоследствии ею можно управлять для обеспечения максимальной добычи. A further object of the present invention is to provide a method and system for the secondary production of hydrocarbons in which the interface or interface between the produced hydrocarbon and the pressurized hydrocarbon displacing fluid can be determined and subsequently controlled to maximize production.

Вышеуказанные цели достигаются тем, что при осуществлении способа управления добычей текучего углеводорода из подземного углеводородного коллектора, который подвергают вторичной добыче путем нагнетания в него вытесняющей текучей среды и из которого углеводороды извлекают при реакции на нагнетание вытесняющей текучей среды, согласно изобретению, выполняют первую проверку градиента ускорения силы тяжести над коллектором, выполняют, по меньшей мере, вторую проверку градиента ускорения силы тяжести над коллектором, причем первую и вторую проверки разделяют временным интервалом, определяют положение границы раздела между вытесняющей текучей средой и текучими углеводородами, исходя из данных между первой и второй проверками, и управляют нагнетанием вытесняющей текучей среды для управляемого удаления углеводородов из коллектора. The above objectives are achieved by the fact that when implementing the method of controlling the production of a fluid hydrocarbon from an underground hydrocarbon reservoir, which is subjected to secondary production by injecting a displacing fluid into it and from which hydrocarbons are extracted in response to a pumping out displacing fluid, according to the invention, the first acceleration gradient check is performed gravity over the collector, perform at least a second check of the acceleration gradient of gravity over the collector, the first and second th scan separated by a time interval determined by the position of the interface between the fluid and the displacing fluid hydrocarbons from the data between the first and second inspections and controlled injection of the displacing fluid for controlled removal of hydrocarbons from the reservoir.

Первую проверку можно выполнять путем измерения градиента ускорения силы тяжести в нескольких положениях измерения. The first test can be performed by measuring the acceleration gradient of gravity in several measurement positions.

Вторую проверку можно выполнять путем измерения градиента ускорения силы тяжести в нескольких положениях измерения. The second test can be performed by measuring the acceleration gradient of gravity in several measurement positions.

Первую и вторую проверки, каждую, можно выполнять путем измерения градиента ускорения силы тяжести в нескольких общих положениях измерения. The first and second checks, each, can be performed by measuring the acceleration gradient of gravity in several general measurement positions.

Дополнительно можно осуществлять, по меньшей мере, третью проверку градиента ускорения силы тяжести над коллектором, причем вторую и третью проверки разделяют временным интервалом, и после этого определяют положение границы раздела между вытесняющей текучей средой и текучими углеводородами, исходя из данных между первой и второй проверками, второй и третьей проверками или первой, второй и третьей проверками. Additionally, at least a third check of the acceleration gradient of gravity over the collector can be carried out, the second and third checks being separated by a time interval, and then the interface between the displacing fluid and fluid hydrocarbons is determined based on the data between the first and second checks, second and third checks or first, second and third checks.

Дополнительно можно объединять известные геофизические данные, касающиеся коллектора, с данными, по меньшей мере, одной проверки градиента для получения комбинированной модели коллектора - геофизической/градиента ускорения силы тяжести. Additionally, it is possible to combine the known geophysical data regarding the reservoir with the data of at least one gradient test to obtain a combined reservoir model - the geophysical / gravity acceleration gradient.

Указанное объединение можно осуществлять объединением данных проверки градиента ускорения силы тяжести с известными геофизическими данными путем прямого моделирования. The specified combination can be carried out by combining the data of checking the gradient of the acceleration of gravity with known geophysical data by direct modeling.

Указанное объединение можно осуществлять объединением данных проверки градиента ускорения силы тяжести с известными геофизическими данными с помощью обратного преобразования. The specified combination can be achieved by combining the data of checking the gradient of the acceleration of gravity with known geophysical data using the inverse transformation.

Указанное управление можно осуществлять управлением, по меньшей мере, одного из параметров нагнетаемой вытесняющей текучей среды - давлением, температурой, объемом и местоположением в пределах коллектора. The specified control can be performed by controlling at least one of the parameters of the injected displacing fluid - pressure, temperature, volume and location within the reservoir.

Указанные цели достигаются также и тем, что при осуществлении способа контроля границы раздела между вытесняющей текучей средой и текучими углеводородами в подземном коллекторе, который подвергают вторичной добыче путем нагнетания в него вытесняющей текучей среды и из которого текучие углеводороды извлекают, по меньшей мере, при реакции на нагнетание вытесняющей текучей среды, согласно изобретению, устанавливают несколько положений измерения для измерения локального градиента ускорения силы тяжести, выполняют первую серию измерений градиента ускорения силы тяжести в каждом положении измерения, выполняют, по меньшей мере, вторую серию измерений градиента ускорения силы тяжести в каждом положении измерений, причем первую и вторую серии измерений разделяют временным интервалом, определяют положения границы раздела между вытесняющей текучей средой и текучими углеводородами, исходя из данных по разности между данными первой и второй проверок, и отображают положение границы раздела между вытесняющей текучей средой и текучими углеводородами. These goals are also achieved by the fact that when implementing the method of controlling the interface between the displacing fluid and fluid hydrocarbons in an underground reservoir, which is subjected to secondary production by injecting a displacing fluid into it and from which fluid hydrocarbons are recovered, at least by reaction to injection of the displacing fluid according to the invention, several measurement positions are set to measure the local gravity acceleration gradient, the first series of measurements is performed the gravity acceleration gradient in each measurement position, at least a second series of measurements of the gravity acceleration gradient in each measurement position is performed, the first and second series of measurements being separated by a time interval, the interface between the displacing fluid and fluid hydrocarbons is determined based on from the data on the difference between the data of the first and second checks, and the position of the interface between the displacing fluid and fluid hydrocarbons is displayed.

Можно дополнительно выполнять, по меньшей мере, третье измерение градиента ускорения силы тяжести над коллектором, причем второе и третье измерения градиента ускорения силы тяжести разделяют временным интервалом, и после этого определяют положение границы раздела между вытесняющей текучей средой и текучими углеводородами, исходя из данных по разности между первым и третьим измерениями, вторым и третьим измерениями или первым, вторым и третьим измерениями. You can optionally perform at least a third measurement of the acceleration gradient of gravity above the collector, the second and third measurements of the gradient of acceleration of gravity are separated by a time interval, and then determine the position of the interface between the displacing fluid and fluid hydrocarbons, based on the difference between the first and third dimensions, the second and third dimensions or the first, second and third dimensions.

Можно дополнительно объединять известные геофизические данные, касающиеся коллектора, с данными, по меньшей мере, одного измерения градиента для получения комбинированной модели коллектора - геофизической/градиента ускорения силы тяжести. You can further combine the known geophysical data regarding the reservoir with the data of at least one gradient measurement to obtain a combined reservoir model — the geophysical / gravity acceleration gradient.

Указанное объединение можно осуществлять объединением данных измерения градиента ускорения силы тяжести с известными геофизическими данными путем прямого моделирования. The specified combination can be achieved by combining the data of measuring the gradient of the acceleration of gravity with known geophysical data by direct modeling.

Указанное объединение можно осуществлять объединением данных измерения градиента ускорения силы тяжести с известными геофизическими данными с помощью обратного преобразования. The specified combination can be achieved by combining the data of measuring the gradient of the acceleration of gravity with known geophysical data using the inverse transform.

Упомянутые измерения можно выполнить с помощью градиометра ускорения силы тяжести. These measurements can be performed using a gravity acceleration gradiometer.

Упомянутые измерения можно выполнять с помощью градиометра ускорения силы тяжести, относящегося к типу, в котором используются акселерометры. Mentioned measurements can be performed using a gravity acceleration gradiometer of the type in which accelerometers are used.

Указанные цели достигаются и тем, что система для контроля границы раздела между вытесняющей текучей средой и текучими углеводородами в подземном коллекторе, который подвергают вторичной добыче путем нагнетания в него вытесняющей текучей среды и из которого текучие углеводороды извлекают, по меньшей мере, при реакции на нагнетание вытесняющей текучей среды, упомянутая система, согласно изобретению, имеет несколько положений измерения для измерения локального градиента ускорения силы тяжести над коллектором, прибор, измеряющий градиент ускорения силы тяжести, перемещаемый, по меньшей мере, в несколько из положений измерения для измерения градиента ускорения силы тяжести в каждом из положений измерения для получения первой серии данных по градиенту ускорения силы тяжести и для перемещения в какое-то время, последующее за временем, когда была получена первая серия данных, по меньшей мере, в несколько положений измерения для получения второй серии данных по градиенту ускорения силы тяжести, процессор для обработки первой и второй серий данных, чтобы определить положение границы раздела между вытесняющей текучей средой и текучим углеводородом, исходя из данных по разности между первой и второй сериями данных, и устройство отображения для отображения, таким образом, определенного положения границы раздела. These goals are achieved by the fact that a system for controlling the interface between the displacing fluid and fluid hydrocarbons in an underground reservoir, which is subjected to secondary production by injecting a displacing fluid into it and from which the fluid hydrocarbons are recovered, at least in response to displacing the displacing fluid fluid system, said system according to the invention has several measuring positions for measuring a local acceleration gradient of gravity above a collector, a gradiometer nt gravity acceleration, moved to at least several of the measurement positions for measuring the gradient of gravity acceleration in each of the measurement positions to obtain the first series of data on the gradient of gravity acceleration and to move at some time following the time, when the first series of data has been received in at least several measurement positions to obtain a second series of data on the acceleration gradient of gravity, a processor for processing the first and second series of data to determine the positions e the interface between the displacing fluid and the fluid hydrocarbon, based on data on the difference between the first and second series of data, and a display device for displaying, thus, a certain position of the interface.

Для осуществления вышеуказанных измерений можно использовать градиентометр ускорения силы тяжести, относящийся к типу, в котором используются акселерометры. To perform the above measurements, a gravity acceleration gradiometer of the type in which accelerometers are used can be used.

Указанные цели достигаются тем, что при осуществлении способа контроля границы раздела между первой текучей средой и второй текучей средой в подземном объеме, в котором одна из первой и второй текучих сред смещает другую из первой и второй текучих сред со временем, согласно изобретения, выполняют первую серию измерений градиента ускорения силы тяжести на поверхности над подземным объемом, выполняют, по меньшей мере, вторую серию измерений градиента ускорения силы тяжести на поверхности над подземным объемом, причем первую и вторую серии измерений разделяют временным интервалом, определяют положения границы раздела между первой текучей средой и второй текучей средой исходя из, по меньшей мере, данных о разностях между первой и второй сериями измерений, и отображают положение границы раздела между первой и второй текучими средами. These goals are achieved in that when implementing the method of controlling the interface between the first fluid and the second fluid in the underground volume, in which one of the first and second fluids biases the other of the first and second fluids with time, according to the invention, the first series measuring the gradient of the acceleration of gravity on the surface above the underground volume, perform at least a second series of measurements of the gradient of the acceleration of gravity on the surface above the underground volume, the first and second series measurements are separated by a time interval, the position of the interface between the first fluid and the second fluid is determined based on at least data on the differences between the first and second series of measurements, and the position of the interface between the first and second fluids is displayed.

Можно дополнительно выполнять, по меньшей мере, третье измерение градиента ускорения силы тяжести над подземным объемом, причем второе и третье измерения градиента ускорения силы тяжести разделяют временным интервалом и после этого определяют положение границы раздела между первой и второй текучими средами, исходя из, по меньшей мере, данных о разности между первым и третьим измерениями, вторым и третьим измерениями или первым, вторым и третьим измерениями. You can additionally perform at least a third measurement of the acceleration gradient of gravity over the underground volume, and the second and third measurements of the acceleration gradient of gravity are separated by a time interval and then determine the position of the interface between the first and second fluids based on at least data on the difference between the first and third dimensions, the second and third dimensions or the first, second and third dimensions.

Вышеуказанные цели достигаются тем, что при осуществлении способа контроля подземного перемещения, по меньшей мере, первой текучей среды в подземном объеме, в котором первую текучую среду перемещают в подземном объеме со временем, согласно изобретению, выполняют первую серию измерений градиента ускорения силы тяжести на поверхности над подземным объемом, выполняют, по меньшей мере, вторую серию измерений градиента ускорения силы тяжести на поверхности над подземным объемом, причем первое и второе измерения разделяют временным интервалом, определяют положение границы, по меньшей мере, первой текучей среды, исходя из, по меньшей мере, данных о разностях между первой и второй сериями измерений, и отображают положение границы по меньшей мере первой текучей среды. The above objectives are achieved in that when implementing the method of controlling the underground movement of at least the first fluid in the underground volume, in which the first fluid moves in the underground volume over time, according to the invention, a first series of measurements of the acceleration gradient of gravity on the surface above underground volume, perform at least a second series of measurements of the acceleration gradient of gravity on the surface above the underground volume, and the first and second measurements are separated by a time interval ohm determine the position of the border, at least a first fluid, on the basis of at least data on differences between the first and second series of measurements, and displaying the position of the boundary at least first fluid.

Можно дополнительно выполнять, по меньшей мере, третье измерение градиента ускорения силы тяжести над подземным объемом, причем второе и третье измерения градиента ускорения силы тяжести разделяют временным интервалом и после этого определяют границы, по меньшей мере, одной текучей среды исходя из, по меньшей мере, данных о разности между первым и третьим измерениями, вторым и третьим измерениями или первым, вторым и третьим измерениями. You can additionally perform at least a third measurement of the acceleration gradient of gravity over the underground volume, and the second and third measurements of the acceleration gradient of gravity are separated by a time interval and then determine the boundaries of at least one fluid based on at least data on the difference between the first and third dimensions, the second and third dimensions, or the first, second and third dimensions.

Общие данные для первой и второй серий данных являются признаком постоянных, по существу не изменяющихся данных, представляющих влияние на градиент ускорения силы тяжести поверхностной и подземной геологии, а неодинаковые данные между первой и второй сериями данных являются показателем зависящего от времени изменения градиента ускорения силы тяжести вследствие перемещения за это время поверхности раздела между вытесняющей текучей средой и смещенной нефтью или газом, а также возможных влияний геологического шума. The general data for the first and second series of data is a sign of constant, essentially unchanged data representing the effect on the acceleration gradient of gravity of surface and underground geology, and unequal data between the first and second series of data is an indicator of the time-dependent change in the acceleration gradient of gravity due to the movement during this time of the interface between the displacing fluid and the displaced oil or gas, as well as the possible effects of geological noise.

После снижения влияния геологического шума информация о перемещении границы раздела или границы используется управляющим нефтяного месторождения для регулирования числа точек нагнетания, включая объем, давление и температуру для управления добычей углеводородов и улучшения ее. After reducing the influence of geological noise, information on the movement of the interface or boundary is used by the manager of the oil field to regulate the number of injection points, including volume, pressure and temperature, to control hydrocarbon production and improve it.

Особенное преимущество настоящего изобретения заключается в том, что, по существу, устраняется необходимость иметь дело с неизменяющимися общими данными. Только разности между данными последовательных серий, т.е. данные по градиенту с течением времени, должны интерпретироваться в отношении положения границы раздела между вытесняющей текучей средой и углеводородами, подвергаемыми смещению, или в более общем виде, в отношении изменения насыщенности различными материалами в полостях пор пористых пород. A particular advantage of the present invention is that essentially eliminating the need to deal with unchanging shared data. Only the differences between the data of consecutive series, i.e. gradient data over time should be interpreted in relation to the position of the interface between the displacing fluid and the hydrocarbons subjected to displacement, or more generally, in relation to changes in the saturation of various materials in the pore cavities of porous rocks.

Дополнительное преимущество настоящего изобретения состоит в том, что уменьшается неизбежно присутствующая неоднозначность в получении информации о подземной плотности, исходя из данных о градиенте, благодаря знанию того, что изменения плотности происходят только в тех частях нижних горизонтов, в которые нагнетаются вытесняющие текучие среды. An additional advantage of the present invention is that the inevitably present ambiguity in obtaining information about the underground density, based on the gradient data, is reduced due to the knowledge that density changes occur only in those parts of the lower horizons into which the displacing fluids are pumped.

Настоящее изобретение предлагает способ и систему для добычи нефти вторичными методами, которые позволяют осуществлять наблюдение путем измерения градиентов ускорения силы тяжести, связанных с границей между вытесняющей текучей средой и добываемым углеводородным материалом, таким образом, чтобы можно было оптимизировать эффективность добычи. The present invention provides a method and system for secondary oil recovery, which allows observation by measuring gravity acceleration gradients associated with the boundary between the displacing fluid and produced hydrocarbon material, so that production efficiency can be optimized.

Другие цели и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из нижеследующего подробного описания в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых аналогичные части обозначены одинаковыми позициями. Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings, in which like parts are denoted by the same reference numerals.

Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение описывается ниже с помощью примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:
фиг. 1 изображает поперечное сечение нефтеносной ловушки или коллектора, из которого добывают нефть вторичными методами, показывает в идеализированном виде границу раздела между вытесняющей текучей средой и смещаемой нефтью;
фиг. 1А - идеализированное схематичное представление границы раздела между вытесняющей текучей средой и смещаемой нефтью;
фиг.1В - идеализированное представление контраста по плотности на границе раздела, показанной на фиг.1А;
фиг. 2 - вид сверху коллектора, представленного на фиг.1, показывающий границу нефти в виде полосы из точечного пунктира в случае прямолинейной конфигурации вытеснения;
фиг. 3 - вид фиг.2, показывающий нефтяную границу, смещенную от положения, показанного на фиг.2;
фиг.4 - пример пятиточечной конфигурации добычи;
фиг. 5 иллюстрирует, каким образом возмущается однородное гравитационное поле при введении какой-либо массы;
фиг.5А - вид сверху поля, показанного на фиг.5;
фиг. 6 - изометрический вид предпочтительного градиометра ускорения силы тяжести с вырезом выбранных участков для получения большей ясности;
фиг.7 - функциональную блок-схему, показывающую, каким образом обрабатывается выходной сигнал акселерометра, входящего в градиометр ускорения силы тяжести, показанный на фиг.6;
фиг.8 представляет математический вывод для протокола, зависящего от конкретного устройства, для исключения систематических ошибок измерительного прибора и собственных градиентов;
фиг.9 представляет математический вывод для протокола, зависящего от конкретного устройства, для того, чтобы исключить горизонтальные градиенты из оценок градиента кривизны и оценить горизонтальные градиенты, обе операции объединены с компенсацией систематической ошибки измерительного прибора и собственных градиентов;
фиг. 10А и 10В - схему последовательности операций тестового протокола для получения множества серий данных;
фиг. 11 - графическое представление значений градиента на границе раздела.
Brief Description of the Drawings
The present invention is described below by way of example with reference to the accompanying drawings, which depict the following:
FIG. 1 shows a cross section of an oil trap or reservoir from which oil is extracted by secondary methods, shows in an idealized form the interface between the displacing fluid and the displaced oil;
FIG. 1A is an idealized schematic representation of an interface between a displacing fluid and displaced oil;
figv - an idealized representation of the contrast in density at the interface shown in figa;
FIG. 2 is a plan view of the reservoir of FIG. 1, showing an oil boundary in the form of a strip of dotted lines in the case of a rectilinear displacement configuration;
FIG. 3 is a view of FIG. 2 showing the oil boundary offset from the position shown in FIG. 2;
4 is an example of a five-point production configuration;
FIG. 5 illustrates how a uniform gravitational field is perturbed with the introduction of any mass;
figa is a top view of the field shown in figure 5;
FIG. 6 is an isometric view of a preferred gravity acceleration gradiometer with cutout of selected portions for greater clarity;
Fig.7 is a functional block diagram showing how the output signal of the accelerometer included in the gravity acceleration gradiometer shown in Fig.6;
Fig.8 is a mathematical conclusion for a protocol depending on a particular device, to eliminate systematic errors of the measuring device and its own gradients;
Fig.9 represents the mathematical conclusion for the protocol, depending on the specific device, in order to exclude horizontal gradients from the estimates of the gradient of curvature and evaluate horizontal gradients, both operations are combined with the compensation of the systematic error of the measuring device and its own gradients;
FIG. 10A and 10B are a flow chart of a test protocol for obtaining a plurality of data series;
FIG. 11 is a graphical representation of the values of the gradient at the interface.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения
На фиг. 1 показано идеализированное и примерное геологическое образование, имеющее нефтепроницаемые пласты. Как показано, нефтепроницаемый пласт 10 ограничен сверху относительно непроницаемым вышележащим пластом 12 (известным как "закупоривающий") и снизу относительно проницаемым пластом 14. Нефтепроницаемый пласт 10 обычно представляет собой мелкозернистый или крупнозернистый песок, пропитанный сырой нефтью, которая обычно накапливается между частицами. В обычном образовании пласты могут образовывать неглубокий купол или антиклинальную складку, под которой накапливается нефть; нефть часто сопровождается природным газом и водой. В тех коллекторах, которые включают природный газ, нефть и воду, природный газ стремится образовать слой или область над нефтью, а вода стремится образовать слой или область ниже нефти. В зависимости от геостатического давления в нефтепроницаемом пласте часть газа может перейти в раствор с нефтью. Вообще межфазные границы обычно неотчетливые, хотя в некоторых случаях границы могут быть геологически отчетливыми.
Preferred Embodiment
In FIG. 1 shows an idealized and exemplary geological formation having oil-permeable formations. As shown, the oil permeable formation 10 is bounded above by a relatively impermeable overlying formation 12 (known as “clogging”) and below by a relatively permeable formation 14. Oil permeable formation 10 is typically fine grained or coarse sand impregnated with crude oil, which typically accumulates between particles. In a conventional formation, formations can form a shallow dome or anticlinal fold under which oil accumulates; oil is often accompanied by natural gas and water. In those reservoirs that include natural gas, oil, and water, natural gas tends to form a layer or region above the oil, and water tends to form a layer or region below the oil. Depending on the geostatic pressure in the oil-permeable formation, part of the gas may pass into the solution with oil. In general, interphase boundaries are usually indistinct, although in some cases the boundaries can be geologically distinct.

Как показано слева на фиг.1, пласты смещены в вертикальном направлении вдоль линии 16 сброса, так что смещенный пласт 14 породы создает клин 18, который определяет боковую границу нефтепроницаемого пласта 10. Аналогичным образом боковая стенка соляного купола 20, который часто обнаруживается вместе с нефтяными пластами, определяет другую боковую границу нефтепроницаемого пласта 10. Вообще имеющий боковую границу нефтепроницаемый пласт 10, ограниченный нижележащей и вышележащей породой, определяется как коллектор и может возникать на глубинах от нескольких десятков до нескольких тысяч футов (от нескольких метров до нескольких тысяч метров) ниже поверхности земли. Изображение на фиг.1 иллюстрирует коллектор на глубине нескольких сотен футов (несколько сотен метров) и является только примером огромного разнообразия геологических конфигураций, в которых обнаружены нефтяные коллекторы. As shown on the left in FIG. 1, the formations are displaced vertically along the discharge line 16, so that the displaced rock formation 14 creates a wedge 18 that defines the lateral boundary of the oil-permeable formation 10. Similarly, the side wall of the salt dome 20, which is often found along with oil reservoirs, defines another lateral boundary of the oil-permeable reservoir 10. Generally having a lateral boundary of the oil-permeable reservoir 10, limited by the underlying and overlying rocks, is defined as a reservoir and can occur at depths from several tens to several thousand feet (from several meters to several thousand meters) below the surface of the earth. The image in FIG. 1 illustrates a reservoir at a depth of several hundred feet (several hundred meters) and is only an example of the huge variety of geological configurations in which oil reservoirs are found.

На фиг.1 представлены башенные вышки, каждая с буровой скважиной, которая проходит через несколько пластов в нефтепроницаемый пласт 10. Когда находящийся под естественным повышенным давлением нефтяной коллектор первоначально вскрывается с помощью скважины, нефть вытесняется через скважину к поверхности. Однако со временем давление в коллекторе уменьшается до такой точки, когда массоперенос к поверхности прекращается или падает до неприемлемо низкого дебита. В этой точке можно вызвать поток нефти, используя насосы на поверхности, чтобы выкачивать нефть, или путем восстановления пластового давления путем нагнетания воды, пара или газа (т.е. двуокиси углерода или азота) в коллектор через нагнетательные скважины. В примере, показанном на фиг.1, две скважины слева являются нагнетательными скважинами, нагнетающими текучую среду, восстанавливающую пластовое давление, в нефтепроницаемый пласт 10, а две скважины справа являются добывающими скважинами, через которые выводится сырая нефть. Полностью черный участок нефтепроницаемого пласта справа представляет имеющуюся сырую нефть, а часть пласта с точечным пунктиром слева представляет ту часть пласта 10, где нефть смещается и замещается нагнетаемой вытесняющей текучей средой. Figure 1 shows tower towers, each with a borehole, which passes through several layers into an oil-permeable formation 10. When a naturally-pressurized oil reservoir is initially opened by a well, oil is displaced through the well to the surface. However, over time, the pressure in the reservoir decreases to the point where mass transfer to the surface stops or drops to an unacceptably low flow rate. At this point, it is possible to induce oil flow using surface pumps to pump oil, or by restoring reservoir pressure by injecting water, steam or gas (i.e., carbon dioxide or nitrogen) into the reservoir through injection wells. In the example shown in FIG. 1, the two wells on the left are injection wells injecting fluid to restore reservoir pressure into the oil-permeable formation 10, and the two wells on the right are production wells through which crude oil is discharged. The completely black portion of the oil-permeable formation on the right represents the available crude oil, and the part of the formation with a dotted line on the left represents that part of the formation 10 where the oil is displaced and replaced by an injected displacing fluid.

На фиг.1 переход от области с точечным пунктиром к черной области представляет межфазную границу или "фронт" между вытесняющей текучей средой, находящейся под давлением, наступающей слева, и сырой нефтью, которая тем самым смещается направо в направлении добывающих скважин. Фиг.1А - это идеализированное представление перехода между вытесняющей текучей средой и смещаемой нефтью и оно иллюстрирует физическое явление, которое не полностью понятно и которое может включать не показанные параметры или особенности. Предполагая, что нефтепроницаемый пласт полностью насыщен нефтью, и в случае, когда вытесняющей текучей средой является пар, температура пара, который может быть вначале перегретым, понижается по мере его продвижения от точки нагнетания, и пар является источником скрытого тепла. В некоторой точке качество пара ухудшается (т.е. увеличивается содержание воды), а теплота парообразования передается окружающей нефти. В этой точке пар и/или нагретая конденсированная вода может подвергаться принудительному перемешиванию с нефтью и может возникнуть фракционная перегонка, индуцированная паром, во время которой некоторые легкие углеводороды в перемещаемой нефти испаряются, чтобы смешаться с паром. В некоторой точке в этом процессе качество пара падает до нуля или до близкого к нулю (т.е. пар конденсируется в горячую воду). На фиг.1А постепенное увеличение плотности точечного пунктира слева направо представляет перемещение нефти из пор. Вообще, примерно 90% нефти перемещается из любого произвольно определенного элемента объема, а 10% нефти остается в качестве остаточной нефти; оставшийся объем обычно замещается 30% пара и 60% воды. На фиг.1А пар показан как перерезающий нефть, поскольку пар имеет тенденцию подниматься в пределы нефтепроницаемого пласта. Граница часто неотчетливая и ее морфология может изменяться в результате того, что происходит смешивание с водой в более нижних частях нефтепроницаемого пласта и с природным газом в более верхней части нефтепроницаемого пласта. In Fig. 1, the transition from a dotted-dot to a black region represents an interphase or “front” between a displacing fluid under pressure from the left and crude oil, which thereby shifts to the right in the direction of production wells. FIG. 1A is an idealized representation of the transition between a displacing fluid and displaced oil and it illustrates a physical phenomenon that is not completely understood and which may include parameters or features not shown. Assuming that the oil-permeable formation is completely saturated with oil, and in the case where the displacing fluid is steam, the temperature of the steam, which may be initially superheated, decreases as it moves from the discharge point, and the steam is a source of latent heat. At some point, the quality of the steam deteriorates (i.e., the water content increases), and the heat of vaporization is transferred to the surrounding oil. At this point, steam and / or heated condensed water may be forced to mix with the oil and steam-induced fractional distillation may occur, during which some light hydrocarbons in the transported oil evaporate to mix with the steam. At some point in this process, the quality of the steam drops to zero or close to zero (i.e., the steam condenses into hot water). On figa a gradual increase in the density of the dotted line from left to right represents the movement of oil from the pores. In general, approximately 90% of the oil is displaced from any arbitrarily defined volume element, and 10% of the oil remains as residual oil; the remaining volume is usually replaced by 30% steam and 60% water. On figa steam is shown as cutting oil, since the vapor tends to rise within the oil-permeable reservoir. The boundary is often not clear and its morphology can change as a result of mixing with water in the lower parts of the oil-permeable layer and with natural gas in the upper parts of the oil-permeable layer.

Несмотря на то, что фиг.1 иллюстрирует добычу сырой нефти вторичными методами, такая же конфигурация существует для добычи вторичными методами природного газа, остающегося в порах газопроницаемого пласта. В случае, когда коллектор, показанный на фиг.1, является газовой ловушкой, нагнетаемая текучая среда (обычно вода) будет приводить к перемещению захваченного природного газа в направлении добывающих скважин и к этим скважинам. Although FIG. 1 illustrates secondary production of crude oil, the same configuration exists for secondary production of natural gas remaining in the pores of a gas-permeable formation. In the case where the manifold shown in FIG. 1 is a gas trap, an injected fluid (usually water) will cause the trapped natural gas to move towards the producing wells and towards these wells.

Фиг. 2 - вид в плане месторождения, представленного на фиг.1, показывающий прямоугольную сетку размещения шестнадцати скважин, расположенных по центру установленных участков месторождения, идентифицируемых с помощью номеров рядов и столбцов. Обозначение 22 в нижней части фиг.2 представляет местоположение находящейся под поверхностью линии 16 сброса, показанной на фиг.1, а криволинейное обозначение 24 в верхней части фиг.2 представляет контур периметра соляного купола 20, показанного на фиг.1. На фиг.2 скважины на участках 11, 12, 13, 14 месторождения являются нагнетательными скважинами, нагнетающими вытесняющую текучую среду в нефтепроницаемый пласт 10, а оставшиеся скважины - обычные добывающие нефтяные скважины. Зона точечного пунктира, проходящая частично через участки 21, 11 месторождения и полностью через участки 12, 13, 14 месторождения слева направо на фиг.2, представляет положение находящейся под поверхностью границы между нефтью и вытесняющей текучей средой, находящейся под давлением. Как можно понять, граница или "фронт" является неясным и неоднородным, отражая варьирование проницаемости нефтепроницаемого пласта 10. Вообще граница будет перемещаться со временем через месторождение от нагнетательных скважин к добывающим скважинам. FIG. 2 is a plan view of the field shown in FIG. 1, showing a rectangular grid of sixteen wells located in the center of the established sections of the field, identified by row and column numbers. The symbol 22 in the lower part of FIG. 2 represents the location of the discharge line 16 located below the surface of FIG. 1, and the curved symbol 24 in the upper part of FIG. 2 represents the contour of the perimeter of the salt dome 20 shown in FIG. In figure 2, the wells in sections 11, 12, 13, 14 of the field are injection wells pumping the displacing fluid into the oil-permeable formation 10, and the remaining wells are conventional producing oil wells. The dotted line zone, partially passing through the oil field sections 21, 11 and all the way through the oil field sections 12, 13, 14 from left to right in FIG. 2, represents the position of the under-surface boundary between the oil and the displacing pressurized fluid. As you can understand, the boundary or “front” is unclear and heterogeneous, reflecting the variation in the permeability of the oil-permeable layer 10. In general, the boundary will move over time from the injection wells to the producing wells through the field.

Конфигурация, показанная на фиг.2, известна как конфигурация прямолинейного вытеснения, поскольку образующие линию нагнетательные скважины на участках 11, 12, 13, 14 месторождения закачивают вытесняющую текучую среду в нефтепроницаемый пласт. В альтернативных конфигурациях нагнетательные скважины размещены между добывающими скважинами, как показано, например, в пятиточечной конфигурации на фиг.4. При пятиточечной конфигурации нагнетательная скважина размещается в центре группы из четырех добывающих скважин. Через расположенную по центру нагнетательную скважину нагнетается вытесняющая текучая среда для создания границы, находящейся под поверхностью, которая проходит вокруг нагнетательной скважины, чтобы продвигать, перемещать или вытеснять нефть в направлении добывающих скважин и к скважинам. Вариации пятиточечной конфигурации включают семиточечную и девятиточечную конфигурации (не показаны), в которых расположенная по центру нагнетательная скважина окружена семью или девятью добывающими скважинами соответственно. The configuration shown in FIG. 2 is known as a straight-line displacement configuration since the line-forming injection wells in the field sections 11, 12, 13, 14 pump the displacing fluid into the oil-permeable formation. In alternative configurations, injection wells are located between production wells, as shown, for example, in a five-point configuration in FIG. 4. With a five-point configuration, an injection well is located at the center of a group of four production wells. A displacement fluid is pumped through a centrally located injection well to create a boundary below the surface that extends around the injection well to propel, move, or displace the oil in the direction of the producing wells and toward the wells. Variations of the five-point configuration include a seven-point and a nine-point configuration (not shown) in which a centrally located injection well is surrounded by seven or nine production wells, respectively.

Фиг. 3 представляет месторождение, представленное на фиг.2, смещенное со временем, чтобы показать перемещение границы между вытесняющей текучей средой и перемещаемой нефтью за какой-то временной интервал. Вообще, разность по времени между фиг.2 и фиг.3 может измеряться неделями, месяцами или годами, в зависимости от размера рассматриваемого коллектора, а также дебита скважин и расхода текучей среды при нагнетании в скважину. Как показано, граница сдвинулась дальше от нагнетательных скважин, причем различные участки фронта передвигались с различными скоростями так, что, по существу, изменилась морфология границы. А более конкретно, граница слева прошла мимо скважин на участках 21, 31 месторождения, а граница справа прошла только мимо скважины на участке 24 месторождения. Кроме того, часть границы между скважинами на участках 22, 23 месторождения продвинулась на участок 33 месторождения и в направлении скважины на участке 33. Конкретная морфология границы, показанная на участке 33 месторождения между скважинами на участке 22, 23 месторождения, убедительно наводит на мысль о зоне поглощения, т.е. об объеме, занимаемом материалом с относительно высокой проницаемостью, что позволяет вытесняющей текучей среде, находящейся под давлением, образовывать через него канал, который может пробиваться к добывающей скважине и существенно уменьшить эффективность добычи. FIG. 3 represents the field of FIG. 2, offset over time to show the displacement of the boundary between the displacing fluid and the oil being transported over a period of time. In general, the time difference between FIG. 2 and FIG. 3 can be measured in weeks, months, or years, depending on the size of the reservoir in question, as well as the flow rate of the wells and the flow rate of the fluid when injected into the well. As shown, the boundary moved farther from the injection wells, with different sections of the front moving at different speeds so that the morphology of the boundary essentially changed. More specifically, the border on the left passed the wells in sections 21, 31 of the field, and the border on the right only passed the wells in section 24 of the field. In addition, part of the boundary between wells in sections 22, 23 of the field advanced to section 33 of the field and in the direction of the well in section 33. The specific morphology of the boundary shown in section 33 of the field between wells in section 22, 23 of the field convincingly suggests a zone absorption, i.e. the volume occupied by the material with relatively high permeability, which allows the displacing fluid under pressure to form a channel through it, which can make its way to the production well and significantly reduce production efficiency.

Информация о положении, протяженности, морфологии и скорости границы со временем представляла бы ценные сведения при управлении нагнетательными скважинами для оптимизации области, продвинутой за счет перемещения границы и, следовательно, оптимизации добычи. Информация, касающаяся изменений нефтяного пласта со временем, является полезной для предсказания тенденций к его истощению, указывая на местоположение и протяженность оставшихся ресурсов, и обеспечивает информацию о размещении новых нагнетательных и добывающих скважин для оптимального увеличения дебета. Information on the position, extent, morphology and speed of the border over time would provide valuable information when managing injection wells to optimize an area advanced by moving the border and, therefore, optimizing production. Information regarding changes in the oil reservoir over time is useful for predicting trends of its depletion, indicating the location and extent of the remaining resources, and provides information on the location of new injection and production wells to optimally increase the flow rate.

Применительно к условиям, показанным на фиг.1А, плотность произвольного элемента объема является функцией от плотности жидких и газовых текучих сред, насыщенности жидкими и газовыми текучими средами, плотности основной породы и пористости основной породы. Изменение плотности Δρ для элемента объема коллектора ΔV может быть представлено, как:
Δρ = P(ρfΔfgΔg),
где ρf - плотность жидкости, Δf - изменение в насыщенности жидкостью, ρg - плотность газа, а Δg - изменение газонасыщенности.
In relation to the conditions shown in FIG. 1A, the density of an arbitrary volume element is a function of the density of liquid and gas fluids, saturation with liquid and gas fluids, density of the base rock and porosity of the base rock. The change in density Δρ for the element of the reservoir volume ΔV can be represented as:
Δρ = P (ρ f Δ f + ρ g Δ g ),
where ρ f is the density of the liquid, Δ f is the change in the saturation of the liquid, ρ g is the density of the gas, and Δ g is the change in gas saturation.

Вообще, порода имеет обычную плотность между примерно 1,9 и 3,0 г/см3, а нефть имеет плотность между 0,7 г/см3 в случае легкой нефти и 0,9 г/см3 в случае более тяжелой нефти; таким образом, нефтепроницаемый материал может рассматриваться как материал, имеющий составную плотность. Когда вытесняющая текучая среда смещает и замещает захваченную нефть, составная плотность изменяется вследствие перемещения нефти и занятия пор остаточной нефтью и вытесняющим материалом. Для произвольного элемента объема в точке "А" на фиг. 1А плотность является функцией основной породы, остаточной нефти (примерно 10%), а также вновь введенных пара (примерно 30%) и воды (примерно 60%). Следовательно, разность в плотности для элемента объема в точке "А" и точке "В", показанных на фиг.1А, представляет контраст по плотности, который будет влиять на локальный градиент ускорения силы тяжести таким образом, что на поверхности могут быть установлены изменения этого градиента. Вообще контраст по плотности будет меньше, чем несколько десятых г/см3; предполагается, что горизонтальный размер зоны переноса, на которой возникает контраст по плотности, составляет диапазон между десятками и сотнями футов (метров).In general, the rock has a usual density between about 1.9 and 3.0 g / cm 3 and the oil has a density between 0.7 g / cm 3 in the case of light oil and 0.9 g / cm 3 in the case of heavier oil; thus, an oil-permeable material can be considered as a material having a composite density. When the displacing fluid displaces and replaces the trapped oil, the composite density changes due to the movement of the oil and the occupation of the pores with the residual oil and the displacing material. For an arbitrary volume element at point "A" in FIG. 1A, the density is a function of the main rock, residual oil (approximately 10%), as well as newly introduced steam (approximately 30%) and water (approximately 60%). Therefore, the difference in density for the volume element at point “A” and point “B” shown in FIG. 1A represents a contrast in density, which will affect the local gradient of gravity acceleration so that changes to this can be established on the surface gradient. In general, the contrast in density will be less than a few tenths of a g / cm 3 ; it is assumed that the horizontal size of the transfer zone, in which the contrast in density occurs, is a range between tens and hundreds of feet (meters).

Гравитационное поле Земли изменяется между нижней величиной примерно 978 Гал (9,78 м/с2) на экваторе до примерно 983 Гал (9,83 м/с2) на полюсах, с градиентами, характеризуемыми в единицах "Этвеш", где один "Этвеш" равен 10-9 с-2. Для идеализированной однородной сферы эквипотенциальные поверхности вне сферы также являются сферическими. Однако неоднородности плотности в сфере приводят к тому, что эквипотенциальная поверхность становится несферической; для такой поверхности кривизна в любой точке различна в различных направлениях. Два направления, по которым кривизна является максимальной и минимальной, называются основными направлениями; разность в кривизне по этим двум направлениям называется дифференциальной кривизной, ниже это поясняется более подробно. В случае Земли локальные изменения ускорения силы тяжести вызываются отклонениями поверхности Земли от геометрической сферы, геологией поверхности, приливами воды, атмосферными приливами, а также изменением относительного положения Земли, Луны и Солнца. Для любого относительно небольшого элемента объема в свободном пространстве идеализированное гравитационное поле может рассматриваться как совокупность однонаправленных силовых линий, ориентированных по локальной вертикали и имеющих нулевую амплитуду в направлениях х, у. В случае, если некоторая масса помещается в пределах этого элемента объема, гравитационное поле будет возмущаться. Например, и как показано на фиг.5, плотная масса М цилиндрической формы, имеющая полусферические концы и конечную длину по главной оси, расположенная в центре произвольного элемента объема, будет возмущать локальное гравитационное поле в пределах этого элемента объема, приводя к тому, что силовые линии, ближайшие к массе М, будут искривляться в направлении массы М, а силовые линии, более отдаленные от ближайших силовых линий, будут искривляться в направлении массы М в меньшей степени.The Earth’s gravitational field varies between a lower magnitude of about 978 Gal (9.78 m / s 2 ) at the equator to about 983 Gal (9.83 m / s 2 ) at the poles, with gradients characterized in Etvash units, where one " Etvash is 10 -9 s -2 . For an idealized homogeneous sphere, the equipotential surfaces outside the sphere are also spherical. However, density inhomogeneities in the sphere cause the equipotential surface to become non-spherical; for such a surface, the curvature at any point is different in different directions. Two directions in which the curvature is maximum and minimum are called the main directions; the difference in curvature in these two directions is called differential curvature, which is explained in more detail below. In the case of the Earth, local changes in the acceleration of gravity are caused by deviations of the Earth’s surface from the geometric sphere, surface geology, tides of water, atmospheric tides, as well as a change in the relative position of the Earth, the Moon and the Sun. For any relatively small volume element in free space, an idealized gravitational field can be considered as a set of unidirectional field lines oriented along the local vertical and having zero amplitude in the x, y directions. If some mass is placed within this volume element, the gravitational field will be disturbed. For example, and as shown in Fig. 5, a dense mass M of cylindrical shape, having hemispherical ends and a finite length along the main axis, located in the center of an arbitrary volume element, will perturb the local gravitational field within this volume element, leading to force the lines closest to the mass M will bend in the direction of the mass M, and the lines of force farther from the nearest lines of force will bend in the direction of the mass M to a lesser extent.

Для любой точки наблюдения в пределах произвольного элемента объема гравитационное поле в этой точке наблюдения может быть разложено на составляющие х, у, z, из которых вектор z будет иметь наибольшую величину, а векторы х, у будут иметь соответствующие величины, которые являются функцией от местонахождения точки наблюдения относительно возмущающей массы М. Для точек наблюдения в плоскости выше или ниже массы М, показанной на фиг.5, информация о векторах в этой точке наблюдения будет давать информацию об отклонении или угле наклона, как показатель возмущения поля. В условиях примера, показанного на фиг.5А, достаточное число наблюдений в плоскости над массой М (или плоскости ниже массы М) будет создавать совокупность данных, из которой можно получить одну или несколько изопотенциальных поверхностей, которые графически определяют возмущение гравитационного поля, вызванное введением массы М. For any observation point within an arbitrary volume element, the gravitational field at this observation point can be decomposed into components x, y, z, of which the vector z will have the largest value, and the vectors x, y will have corresponding values, which are a function of location observation points relative to the disturbing mass M. For observation points in a plane above or below the mass M shown in FIG. 5, information about the vectors at this observation point will give information about the deviation or angle of inclination, as ence field perturbation. Under the conditions of the example shown in FIG. 5A, a sufficient number of observations in the plane above the mass M (or the plane below the mass M) will create a set of data from which one or more isopotential surfaces can be obtained that graphically determine the perturbation of the gravitational field caused by the introduction of the mass M.

Вообще гравитационное поле вдоль оси z может быть измерено с помощью одноосевых гравиметров, в обычных типах которых используются лазеры и высокоточные часы для измерения времени падения массы между двумя вертикально разнесенными точками в вакуумированном пространстве. Градиометры в отличие от гравиметров измеряют градиенты кривизны (или дифференциальную кривизну или эллиптичность эквипотенциальных поверхностей гравитационного поля), горизонтальные градиенты (или скорость изменения увеличения ускорения силы тяжести в горизонтальном направлении) или вертикальные градиенты (или скорость увеличения ускорения силы тяжести в вертикальном направлении). Для измерения градиента ускорения силы тяжести разработаны различные способы и приборы. Эти способы и измерительные приборы включают измерение отклонения в горизонтальной плоскости массы, подвешенной на струне (метод Бугера), и крутильного поворота, происходящего на горизонтально подвешенном коромысле с неравными массами на его концах (коромысла Кавендиша и Этвеша). В современных градиометрах ускорения силы тяжести используются акселерометры с восстановлением силы для измерения горизонтальных составляющих х, у градиента ускорения силы тяжести. Вообще и в наиболее простой форме, в акселераторе используется масса, подвешенная на конце податливаемого балансира. Выявляется любое отклонение положения массы от нулевого положения, вызванное ускорением, которое испытывает масса, и масса возвращается в свое нулевое положение с помощью магнитного поля, прикладываемого с помощью возвращающей магнитной катушки. Ток, протекающий через возвращающую катушку, пропорционален ускорению, которое испытывает масса. In general, the gravitational field along the z axis can be measured using uniaxial gravimeters, the usual types of which use lasers and high-precision clocks to measure the time of the fall of the mass between two vertically spaced points in a vacuum space. Gradiometers, in contrast to gravimeters, measure curvature gradients (or differential curvature or ellipticity of equipotential surfaces of the gravitational field), horizontal gradients (or the rate of change of the acceleration of gravity in the horizontal direction) or vertical gradients (or the rate of increase of the acceleration of gravity in the vertical direction). Various methods and devices have been developed to measure the acceleration gradient of gravity. These methods and measuring instruments include measuring the deviation in the horizontal plane of the mass suspended from the string (Booger method) and the torsional rotation occurring on the horizontally suspended rocker with unequal masses at its ends (rocker arms Cavendish and Etves). Modern gravity acceleration gradiometers use force recovery accelerometers to measure the horizontal components of x, the gravity acceleration gradient. Generally and in the simplest form, the mass used in the accelerator is suspended from the end of the adjustable balancer. Any deviation of the mass position from the zero position, caused by the acceleration experienced by the mass, is detected, and the mass returns to its zero position using a magnetic field applied by the returning magnetic coil. The current flowing through the return coil is proportional to the acceleration experienced by the mass.

Некоторые современные градиометры ускорения силы тяжести используют несколько пар акселерометров, которые перемещаются с постоянной скоростью по орбитальному пути вокруг оси. Информация от каждого акселерометра при любом угловом положении на орбите дает информацию о горизонтальном ускорении, которое испытывает акселерометр. В условиях, показанных на фиг.5А, акселерометр, перемещающийся с постоянной угловой скоростью по орбитальному пути в плоскости наблюдения выше массы М, будет испытывать положительное и отрицательное ускорения в направлениях х, у и формировать выходной сигнал синусоидальной формы, который модулирован информацией об аномалии ускорения силы тяжести в этой плоскости наблюдения. Когда плоскость наблюдения нормальна локальной вертикали, тогда выходной сигнал акселерометра не содержит составляющую, представляющую ось z. И наоборот, как поясняется ниже, в применении к предпочтительному тестовому протоколу, если акселерометр находится в плоскости наблюдения, которая наклонена относительно силовых линий, тогда выходной сигнал акселерометра также будет модулирован и информацией, связанной с осью z. Some modern gravity acceleration gradiometers use several pairs of accelerometers that move at a constant speed along an orbital path around an axis. Information from each accelerometer at any angular position in orbit gives information about the horizontal acceleration experienced by the accelerometer. Under the conditions shown in FIG. 5A, an accelerometer moving at a constant angular velocity along the orbital path in the observation plane above the mass M will experience positive and negative accelerations in the x, y directions and generate a sinusoidal output signal that is modulated by information about the acceleration anomaly gravity in this plane of observation. When the observation plane is normal to the local vertical, then the output of the accelerometer does not contain a component representing the z axis. Conversely, as explained below, as applied to the preferred test protocol, if the accelerometer is in the observation plane, which is inclined relative to the field lines, then the output signal of the accelerometer will also be modulated with information related to the z axis.

Градиометр ускорения силы тяжести, подходящий для настоящего изобретения, включает измеритель градиента ускорения силы тяжести (ИГУ), продаваемый Lockheed Martin corporation (Буффало, штат Нью-Йорк, США); Lockheed Martin ИГУ, базовая конструкция которого показана на фиг.6, является предпочтительным применительно к настоящему изобретению. Базовая конструкция и работа Lockheed Martin ИГУ описаны в патенте США 5357802, выданном 25 октября 1994 г. Хофмейеру и Эффлеку (Hofmeyer и Affleck) и имеющем название "Градиометр с вращающимися акселерометрами" ("Rotating Accelerometer Gradiometer"), раскрытие которого включено в настоящее описание путем ссылки. A gravity acceleration gradiometer suitable for the present invention includes a gravity acceleration gradient meter (ISU) sold by Lockheed Martin Corporation (Buffalo, NY, USA); Lockheed Martin IGU, the basic design of which is shown in Fig.6, is preferred in relation to the present invention. The basic design and operation of Lockheed Martin ISU is described in US Pat. by reference.

Как показано на фиг.6 и 7, ИГУ включает восемь акселерометров 100, установленных на одинаковом радиусе и на равно отстоящем друг от друга расстоянии по периметру роторного узла 102, который вращается с постоянной и регулируемой угловой скоростью относительно оси Ах вращения. Роторный узел 102 включает ротор 104, выполненный на опорном валу 106 с возможностью вращения вместе с ним. Роторный узел 102 закреплен с возможностью вращения в подшипниках 108 и, в свою очередь, в гибко установленном узле 110, предохраняющем от вибрации. Обрабатывающие электронные схемы 112 размещены на роторе 104 вблизи каждого акселерометра 100 для обработки их выходных сигналов, как пояснено ниже при рассмотрении фиг.7. Внутренний кожух 114 включает роторный узел 102 и выполнен с возможностью вращения вместе с роторным узлом 102. Наружный кожух 116 содержит в себе внутренние компоненты и включает один или несколько нагревателей 118, выполненных для обеспечения работы измерительного прибора при некоторой регулируемой температуре выше окружающей среды (т. е. примерно 115oF (46,1oC)) и включает также экран 120 для защиты от магнитного поля. Узел 122 токособирательных контактных колец на верхнем конце опорного вала 106 обеспечивает сопряжение электрическое/сигнальное с роторным узлом 102 и работающими на нем устройствами. Датчик 124 положения вала на нижнем конце опорного вала 106 взаимодействует с тензодатчиком 126 для обеспечения информации о вращательном положении. Выходной сигнал тензодатчика 126 подается на компьютер и регулятор скорости, который, в свою очередь, управляет двигателем 128 на верхнем конце устройства, чтобы обеспечивать регулируемую скорость вращения.As shown in FIGS. 6 and 7, the ISU includes eight accelerometers 100 mounted at the same radius and equally spaced from each other along the perimeter of the rotor assembly 102, which rotates at a constant and adjustable angular velocity relative to the axis of rotation x . The rotor assembly 102 includes a rotor 104 configured to rotate with the support shaft 106. The rotor assembly 102 is rotatably mounted in bearings 108 and, in turn, in a flexibly mounted vibration protecting assembly 110. Processing electronic circuits 112 are located on the rotor 104 near each accelerometer 100 to process their output signals, as explained below in connection with FIG. The inner casing 114 includes a rotor assembly 102 and is rotatably rotatable with the rotor assembly 102. The outer casing 116 includes internal components and includes one or more heaters 118 designed to provide operation of the measuring device at a certain controlled temperature above the environment (i.e. e. approximately 115 o F (46.1 o C)) and also includes a screen 120 for protection against magnetic field. The node 122 current-collecting contact rings on the upper end of the support shaft 106 provides an electrical / signal interface with the rotor node 102 and the devices operating on it. A shaft position sensor 124 at the lower end of the support shaft 106 interacts with a strain gauge 126 to provide rotational position information. The output of the strain gauge 126 is supplied to a computer and a speed controller, which, in turn, controls the motor 128 at the upper end of the device to provide an adjustable speed of rotation.

Каждый акселерометр 100 формирует синусоидольно изменяющийся аналоговый выходной сигнал, который является функцией от ускорения, которое испытывает каждый акселерометр, когда этот акселерометр совершает орбитальное движение относительно оси вращения. Для градиометра, имеющего ось вращения, ориентированную вдоль силовых линий в идеально однородном и не возмущенном гравитационном поле, каждый акселерометр испытывает одни и те же силы под действием ускорения, когда они продвигаются вдоль орбитального пути. Однако, если локальное гравитационное поле возмущено из-за наличия одной или более масс и/или ось вращения наклонена относительно локальных вертикальных силовых линий, тогда каждый акселерометр будет испытывать различные ускорения, проходя по орбите. Количественная величина выходного сигнала каждого акселерометра в совокупности с его вращательным положением дает информацию относительно локальных градиентов ускорения силы тяжести. Each accelerometer 100 generates a sinusoidally varying analog output signal, which is a function of the acceleration that each accelerometer experiences when this accelerometer makes orbital motion relative to the axis of rotation. For a gradiometer with a rotation axis oriented along the lines of force in a perfectly uniform and undisturbed gravitational field, each accelerometer experiences the same forces under the action of acceleration as they move along the orbital path. However, if the local gravitational field is disturbed due to the presence of one or more masses and / or the axis of rotation is inclined relative to the local vertical lines of force, then each accelerometer will experience various accelerations, passing in orbit. The quantitative value of the output signal of each accelerometer in combination with its rotational position provides information on the local gravity acceleration gradients.

В любой точке наблюдения градиент ускорения силы тяжести - это производная второго порядка от скалярной величины Г гравитационного потенциала и представляется симметричным тензором Гij из девяти компонент второго порядка следующим образом:

Figure 00000002

Компоненты Гх,z и Гу,z приблизительно равны изменению силы тяжести вдоль направлений х и у, соответственно, и известны как составляющие горизонтального градиента, а Гz,z известен, как вертикальный градиент силы тяжести. Дифференциальная кривизна связана с Гх,х, Гу,у и Гх,у следующим образом:
[(Гх,ху,у)2 + 4(Гx,y)2]l/2/F, (2)
где F - сила тяжести.At any point of observation, the acceleration gradient of gravity is a second-order derivative of the scalar quantity Г of the gravitational potential and is represented by a symmetric tensor Г ij of nine second-order components as follows:
Figure 00000002

The components G x, z and G y, z are approximately equal to the change in gravity along the x and y directions, respectively, and are known as components of a horizontal gradient, and G z, z is known as a vertical gradient of gravity. The differential curvature is associated with G x, x , G y, y and G x, y as follows:
[(Г х, х - Г у, у ) 2 + 4 (Г x, y ) 2 ] l / 2 / F, (2)
where F is gravity.

Помимо дифференциальной кривизны (формула 2), вектор кривизны, модуль которого равен дифференциальной кривизне, также определяется величиной λ следующим образом:
λ = -1/2 tan-1 [2 Гх,у/(Гу,у - Гх,х)], (3)
где λ - угол вектора дифференциальной кривизны относительно оси х.
In addition to the differential curvature (formula 2), the curvature vector, whose modulus is equal to the differential curvature, is also determined by the value of λ as follows:
λ = -1/2 tan -1 [2 G x, y / (G y, y - G x, x )], (3)
where λ is the angle of the differential curvature vector with respect to the x axis.

Как известно, диагональные элементы являются скалярными инвариантами и удовлетворяют соотношению Лапласа:
0=Гх,х + Гу,у + Гz,z, (4)
из которого следует:
Гz,z= - (Гх,х + Гу,у). (5)
Кроме того, три пары из девяти элементов являются симметрично равными, т. е. Гх,z = Гz,х, Гу,z = Гz,у и, наконец, Гх,у = Гу,х, так что тензор характеризуется пятью независимыми компонентами.
As you know, diagonal elements are scalar invariants and satisfy the Laplace relation:
0 = G x, x + G y, y + G z, z , (4)
from which it follows:
Z z, z = - ( х x, x + у y, y ). (5)
In addition, three pairs of nine elements are symmetrically equal, i.e., G x, z = G z, x , G y, z = G z, y and, finally, G x, y = G y, x , so that the tensor is characterized by five independent components.

Градиенты Гу,у - Гх,х и 2 Гх,у в формуле 1 - это две компоненты градиента кривизны, а Гх,z и Гу,z - две компоненты горизонтального градиента; Гz,z - компонента вертикального градиента.Gradients Г у, у - Г х, х and 2 Г х, у in the formula 1 are two components of the curvature gradient, and Г х, z and Г у, z are two components of the horizontal gradient; Г z, z - component of the vertical gradient.

Выходной сигнал акселерометров обрабатывается в соответствии с блок-схемой, показанной на фиг.7; обработка может осуществляться с помощью отдельных полупроводниковых функциональных приборов, с помощью программных средств или аппаратно реализованного программного обеспечения, управляемого микропроцессорами или компьютерами, с помощью специализированной интегральной схемы (СИС) или путем их комбинирования. The output of the accelerometers is processed in accordance with the flowchart shown in FIG. 7; processing can be carried out using separate semiconductor functional devices, using software or hardware-based software controlled by microprocessors or computers, using a specialized integrated circuit (SIS), or by combining them.

Как показано, предварительно обработанные выходные сигналы восьми акселерометров 100 измерителя градиента ускорения силы тяжести, ИГУ, представленного на фиг. 6, разделяются на две группы "А" и "В" по четыре сигнала, причем каждая группа поделена на две подгруппы, т.е. (А1, А2), (А3, А4), (В1, В2) и (В3, В4). As shown, the pre-processed output signals of eight accelerometers 100 of a gravity acceleration gradient meter, IGU shown in FIG. 6 are divided into two groups “A” and “B” with four signals, each group being divided into two subgroups, i.e. (A1, A2), (A3, A4), (B1, B2) and (B3, B4).

Выходные сигналы А1, А2 акселерометров подаются на входы суммирующего устройства SUM (A1+A2), а выходные сигналы A3, А4 аналогичным образом подаются на суммирующее устройство SUM (A3+A4). Суммированные выходные сигналы устройств SUM (A1+A2) и SUM (A3+A4) подаются на вычитатель SUB-A. Аналогичным образом выходные сигналы B1, B2 акселерометров подаются на входы суммирующего устройства SUM (B1+B2), а выходные сигналы В3, В4 аналогичным образом подаются на вход суммирующего устройства SUM (B3+B4). Суммированные выходные сигналы устройств SUM (B1+B2) и SUM (B3+B4) подаются на вычитатель SUM-B. Суммирование сигналов диаметрально противоположных акселерометров 100 фактически уничтожает составляющую ускорения, обусловленную любым смещением роторного узла в плоскости XY. Операция по определению разности в схемах SUB-A и SUB-B вычитания исключает влияние любого углового ускорения роторного узла, которое может возникать при реакции на сигналы коррекции угловой скорости, посылаемые для двигателя регулятором скорости. The output signals A1, A2 of the accelerometers are supplied to the inputs of the summing device SUM (A1 + A2), and the output signals A3, A4 are similarly fed to the summing device SUM (A3 + A4). The summed output signals of the SUM (A1 + A2) and SUM (A3 + A4) devices are fed to the SUB-A subtractor. Similarly, the output signals B1, B2 of the accelerometers are supplied to the inputs of the summing device SUM (B1 + B2), and the output signals B3, B4 are similarly fed to the input of the summing device SUM (B3 + B4). The summed output signals of the SUM (B1 + B2) and SUM (B3 + B4) devices are fed to the SUM-B subtractor. The summation of the diametrically opposite accelerometers 100 signals actually destroys the acceleration component due to any displacement of the rotor assembly in the XY plane. The operation for determining the difference in the subtraction circuits SUB-A and SUB-B eliminates the influence of any angular acceleration of the rotor assembly, which may occur during the reaction to the angular velocity correction signals sent to the engine by the speed controller.

Группа из четырех демодуляторов демодулирует выходные сигналы устройств SUB-A и SUB-B вычитания при отклике на синфазный и квадратурный опорные сигналы с частотой, в два раза большей частоты вращения роторного узла, которые формируются источником опорных сигналов. Источник опорных сигналов может включать генератор со схемой фазовой синхронизации, который автоматически синхронизуется по фазе с вращением роторного узла 102 при отклике на выходной сигнал тензодатчика 126. Синфазный опорный сигнал sin 2ΩT подается на демодуляторы DEMOD-SA и DEMOD-SB, соединенные, соответственно, с выходами схем SUB-A и SUB-B вычитания. Аналогичным образом квадратурный опорный сигнал cos 2ΩT подается на демодуляторы DEMOD-CA и DEMOD-CB, также подключенные, соответственно, к выходам схем SUB-A и SUB-B вычитания. Выходные сигналы четырех демодуляторов DEMOD-SA, DEMOD-SB, DEMOD-CA и DEMOD-CB имеют форму взятых в квадрат синусного и косинусного сигналов. А более конкретно, на выходе DEMOD-SA формирует величину 2R(Гх,x - Гу,у) sin22Ωt и составляющие, связанные с 4Ωt, демодулятор DEMOD-CA формирует величину 4R Гxyсos22Ωt и составляющие с 4Ωt, демодулятор DEMOD-SB на выходе формирует величину минус 4R Гxysin22Ωt и составляющие с 4Ωt и, наконец, демодулятор DEMOD-CB формирует на выходе величину 2Р(Гхх - Гуу)cos22Ωt и составляющие с 4Ωt. Множитель 2R - это расстояние между противоположно расположенными акселерометрами, т. е. расстояние между парой акселерометров А1 и А2.A group of four demodulators demodulates the subtraction device output signals SUB-A and SUB-B when responding to in-phase and quadrature reference signals with a frequency twice the rotational speed of the rotor assembly, which are generated by the reference signal source. The reference signal source can include a generator with a phase synchronization circuit, which is automatically phase-locked with the rotation of the rotor assembly 102 when it responds to the output signal of the strain gauge 126. The in-phase reference signal sin 2ΩT is supplied to the demodulators DEMOD-SA and DEMOD-SB, connected, respectively, with outputs of subtraction circuits SUB-A and SUB-B. Similarly, the quadrature reference signal cos 2ΩT is supplied to the demodulators DEMOD-CA and DEMOD-CB, also connected, respectively, to the outputs of the subtraction circuits SUB-A and SUB-B. The output signals of the four demodulators DEMOD-SA, DEMOD-SB, DEMOD-CA and DEMOD-CB are in the form of squared sine and cosine signals. And more specifically, at the output, DEMOD-SA generates a value of 2R (G x, x - G y, y ) sin 2 2Ωt and components associated with 4Ωt, the demodulator DEMOD-CA generates a value of 4R G xy cos 2 2Ωt and components with 4Ωt, At the output, the DEMOD-SB demodulator generates a value of minus 4R Г xy sin 2 2Ωt and components with 4Ωt, and finally, the DEMOD-CB demodulator forms at the output a value of 2Р (Г хх - Г уу ) cos 2 2Ωt and components with 4Ωt. The 2R factor is the distance between oppositely located accelerometers, i.e. the distance between the pair of accelerometers A1 and A2.

Схема SUM-A суммирования получает выходной сигнал с демодуляторов DEMOD-SA и DEMOD-CB и подает суммарный выходной сигнал на низкочастотный фильтр LP-A. Аналогичным образом схема SUM-B суммирования принимает выходной сигнал с демодуляторов DEMOD-SB и DEMOD-CA и подает суммарный выходной сигнал на низкочастотный фильтр LP-B. The summing circuit SUM-A receives the output signal from the demodulators DEMOD-SA and DEMOD-CB and supplies the total output signal to the low-pass filter LP-A. Similarly, the summing circuit SUM-B receives the output signal from the demodulators DEMOD-SB and DEMOD-CA and supplies the total output signal to the low-pass filter LP-B.

Выходные сигналы демодуляторов DEMOD-SA, DEMOD-SB, DEMOD-CA и DEMOD-CB включают высокочастотные составляющие в смысле частот, равных четырехкратной вращательной частоте роторного узла. Данные по градиенту, не считая скалярного коэффициента, определяются возведенными в квадрат синусоидальными и возведенными в квадрат косинусоидальными составляющими демодулированных сигналов. Эти составляющие суммируются вместе в схемах SUM-A и SUM-B суммирования для получения значения по постоянному току данных по градиенту, наряду с высокочастотными составляющими. Функция низкочастотных фильтров LP-A и LP-B, соответственно, - фильтровать выходные сигналы схем SUN-A и SUM-B суммирования и ослаблять высокочастотные составляющие так, чтобы обеспечить получение требующихся составляющих сигналов по постоянному току, представляющих данные по градиенту. Данные по градиенту выводятся из низкочастотного фильтра LP-A в виде выражения, которое включает член 2Р(Гxxyy), а из низкочастотного фильтра LP-B в виде выражения 4R(Гxy).The output signals of the demodulators DEMOD-SA, DEMOD-SB, DEMOD-CA and DEMOD-CB include high-frequency components in the sense of frequencies equal to four times the rotational frequency of the rotor assembly. The gradient data, not counting the scalar coefficient, are determined by the squared sinusoidal and squared cosine components of the demodulated signals. These components are summed together in the summing circuits SUM-A and SUM-B to obtain a constant current value of the gradient data along with high frequency components. The function of the low-pass filters LP-A and LP-B, respectively, is to filter the output signals of the summing circuits SUN-A and SUM-B and attenuate the high-frequency components so as to obtain the required DC components that represent the gradient data. The gradient data is derived from the low-pass filter LP-A in the form of an expression that includes the term 2P (G xx- G yy ), and from the low-pass filter LP-B in the form of the expression 4R (G xy ).

Деление выходных сигналов 2R(Гxxyy) и 4R(Гxy) на 2R дает два результата, (Гxxyy) и 2(Гxy), которые определяют вектор кривизны; модуль вектора кривизны известен, как "дифференциальная кривизна" или "тенденция к горизонтальному наведению" и равен квадратному корню из суммы (Гxxyy)2 и (2Гxy)2.Dividing the output signals 2R (Г xx- Г yy ) and 4R (Г xy ) by 2R gives two results, (Г xx- Г yy ) and 2 (Г xy ), which determine the curvature vector; the curvature vector modulus is known as the "differential curvature" or "horizontal pointing tendency" and is equal to the square root of the sum of (G xx -G yy ) 2 and (2G xy ) 2 .

Направление λ вектора кривизны относительно оси Х представляется следующим образом:
λ = - 1/2 tan-1(2Гхy/(Гyyxx).
The direction λ of the curvature vector with respect to the X axis is represented as follows:
λ = - 1/2 tan -1 ( 2Г хy / (Г yyxx ).

Приведенное выше описание в связи с фиг.7 представляет функцию ИГУ, когда чувствительные оси акселерометров находятся в плоскости, нормальной к вертикали. При этой ориентации измерительный прибор оптимизирован для выявления х, у составляющих градиента ускорения силы тяжести. Однако в выходной сигнал вследствие конструкции самого измерительного прибора может быть введено ряд ошибок. При конструировании ИГУ делается попытка, чтобы масса была однородно и симметрично распределена вокруг оси Ax вращения. Поскольку в ИГУ используются отдельные разрозненные приборы, то относительно оси вращения существует некоторая массовая асимметрия. Кроме того, ИГУ является несимметричным по массе выше и ниже плоскости ротора 104. Если массовая асимметрия небольшая, то асимметрия физически приближена к акселерометрам и предполагается, что она оказывает влияние в виде составляющей ошибки измерения.The above description, in connection with FIG. 7, represents the function of the ISU when the sensitive axes of the accelerometers are in a plane normal to the vertical. With this orientation, the measuring device is optimized to detect x, the components of the acceleration gradient of gravity. However, due to the design of the meter itself, a number of errors can be introduced into the output signal. When constructing the ISU, an attempt is made to ensure that the mass is uniformly and symmetrically distributed around the axis of rotation A x . Since separate disparate devices are used in the ISU, there is some mass asymmetry about the axis of rotation. In addition, the ISU is asymmetric in mass above and below the plane of the rotor 104. If the mass asymmetry is small, then the asymmetry is physically close to the accelerometers and it is assumed that it influences as a component of the measurement error.

В соответствии с одной особенностью настоящего изобретения и, как поясняется ниже в связи с тестовым протоколом, показанным на фиг.10, ИГУ работает по крайней мере в двух ортогонально разнесенных в пространстве направлениях (т. е. под углом 90o). Поскольку ошибки, связанные с систематической ошибкой конкретного измерительного прибора, и ошибки из-за градиента, обусловленного конкретным измерительным прибором, являются "постоянными" для самого измерительного прибора и связанных с ним структур, то вращение ИГУ вокруг его оси вращения для двух ортогональных направлений не будет изменять значения систематической ошибки конкретного измерительного прибора и ошибок в измерениях градиента, связанных с конкретным измерительным прибором, хотя одновременно при этом знак измеренных постоянных градиентов Земли меняется на противоположный. Путем усреднения разности между совокупностями данных, полученных при двух ортогональных направлениях, могут быть получены абсолютные значения градиентов кривизны Земли, поскольку систематическая ошибка конкретного измерительного прибора и градиенты, обусловленные конкретным измерительным прибором, будут взаимно скомпенсированы.In accordance with one feature of the present invention and, as explained below in connection with the test protocol shown in FIG. 10, the ISU operates in at least two orthogonally spaced directions (i.e., at an angle of 90 ° ). Since errors associated with the systematic error of a particular measuring device, and errors due to the gradient caused by a specific measuring device, are "constant" for the measuring device itself and the structures associated with it, the rotation of the ISU around its axis of rotation for two orthogonal directions will not be change the values of the systematic error of a particular measuring device and errors in gradient measurements associated with a specific measuring device, although at the same time the sign of the measured Earth's melted gradients are reversed. By averaging the difference between the data sets obtained in two orthogonal directions, the absolute values of the Earth curvature gradients can be obtained, since the systematic error of a particular measuring device and the gradients due to a specific measuring device will be mutually compensated.

Как поясняется в математическом представлении, показанном на фиг.8, первичный выходной сигнал ИГУ может быть охарактеризован как "линейная (по линии)" I/L компонента, а вторичный выходной сигнал может быть охарактеризован как "перекрестная (кросс)" CR компонента. В применении к функциональной блок-схеме, показанной на фиг.7, линейная и перекрестная компоненты могут быть определены, как показано в формулах 1, 2 на фиг.8. Ось Х ИГУ может быть ориентирована, например, на север, и, используя последовательность углов эйлера, градиенты кривизны, измеренные с помощью измерительного прибора в системе координат х, у, могут быть выражены в виде функции постоянных градиентов кривизны Земли в системе координат север (n) и восток (е), как представлено в формулах 3, 4 на фиг.8. Линейные выходные сигналы ИГУ при направлении с азимутом на север (0o) представлены на фиг.8, как I/L(H=0o), а для ортогонального измерения, как I/L(H=90o). Аналогичным образом перекрестные выходные сигналы ИГУ при направлении на север и восток представляются, как CR(H=90o), а для ортогонального измерения, как CR(H=90o), так что значения градиента кривизны без систематической ошибки могут быть получены из формул 5, 6, 7, 8, 9, представленных на фиг.8.As explained in the mathematical representation shown in Fig. 8, the primary output signal of the ISU can be characterized as a "linear (in line)" I / L component, and the secondary output signal can be described as a "cross (cross)" CR component. As applied to the functional block diagram shown in FIG. 7, the linear and cross components can be defined, as shown in formulas 1, 2 in FIG. 8. The X axis of the ISU can be oriented, for example, to the north, and using a sequence of Euler angles, the curvature gradients measured with a measuring device in the x, y coordinate system can be expressed as a function of the constant curvature gradients of the Earth in the north coordinate system (n ) and east (e), as represented in formulas 3, 4 in Fig. 8. The linear output signals of the ISU in the direction with the azimuth to the north (0 o ) are presented in Fig. 8 as I / L (H = 0 o ), and for orthogonal measurement, as I / L (H = 90 o ). Similarly, the cross-output signals of the ISU for the direction to the north and east are presented as CR (H = 90 o ), and for orthogonal measurement, as CR (H = 90 o ), so that the values of the curvature gradient without systematic error can be obtained from the formulas 5, 6, 7, 8, 9 shown in FIG.

Как поясняется ниже в связи с фиг.10А и 10В, ИГУ работает при выполнении тестового протокола с осью вращения, "наклоненной" под небольшим положительным углом и небольшим отрицательным углом относительно горизонтальной плоскости для создания горизонтальной составляющей ускорения силы тяжести, чтобы возбуждать в ИГУ контуры управления компенсацией с обратной связью и обеспечить возможность калибровки скалярных коэффициентов акселерометров. Однако при наклоненной оси вращения в измерениях кривизны, выполненных с помощью ИГУ, возникают горизонтальные градиенты ускорения силы тяжести Земли. Выполнение измерений с помощью ИГУ, наклоненного под небольшим углом выше горизонтали и под небольшим углом ниже горизонтали, в сочетании с измерениями, выполненными при направлениях с двумя азимутами, которые отличаются на 90o, приведет к получению измерений, которые дублируют требующиеся градиенты кривизны и из которых исключены нежелательные горизонтальные градиенты.As explained below in connection with FIGS. 10A and 10B, the ISU operates when the test protocol is executed with the axis of rotation “tilted” at a small positive angle and a small negative angle relative to the horizontal plane to create a horizontal component of gravity acceleration to excite control loops in the ISU compensation with feedback and provide the ability to calibrate the scalar coefficients of accelerometers. However, when the axis of rotation is tilted, in the curvature measurements made using the ISU, horizontal gradients of acceleration of the Earth's gravity arise. Performing measurements using a measuring instrument inclined at a small angle above the horizontal and at a small angle below the horizontal, in combination with measurements made in directions with two azimuths that differ by 90 o , will lead to measurements that duplicate the required curvature gradients and of which unwanted horizontal gradients are excluded.

ИГУ включает ортогональные оси вращения и наклона, из которых ось вращения сохраняется горизонтальной в локальной х, у плоскости, когда измерительный прибор поворачивают вокруг оси вращения, чтобы наклонить измерительный прибор вверх или вниз относительно локальной горизонтальной плоскости. Компонента I/L указывает линию, которая находится в плоскости х, у ИГУ, которая может быть ориентирована на направление с каким-то азимутом, когда плоскость х, у измерительного прибора наклонена под некоторым небольшим углом относительно локальной х, у плоскости. Вторичный выходной сигнал градиометра - "перекрестная" CR компонента, как пояснялось выше в связи с формулами 1, 2 на фиг.8. В условиях математического представления, показанного на фиг. 9, I/L и CR градиенты, измеренные ИГУ в его системе координат х, у, могут быть выражены в виде функции компонент тензора градиента Земли в геодезической системе отсчета: север, восток и вниз (n, e, d). Косинусная матрица направлений (КМН), которая преобразует геодезическую систему координат - север, восток и вниз в систему координат измерительного прибора - х, у, z, при направлении с углом Н и угле наклона Р, представлена в формуле 1 на фиг. 9. Выходные сигналы I/L и CR ИГУ связаны с геодезическими градиентами, как представлено в формуле 2, 3 на фиг.9, где члены "ошибка (I/L)" и "ошибка (CR)" включают собственную систематическую ошибку измерительного прибора и все ошибки в измерении градиента, обусловленные конкретным измерительным прибором. Как показано в формулах 4, 5, указываются суммы результатов измерений при наклоне вверх и вниз, где надстрочный индекс "U" указывает наклон "вверх", а надстрочный индекс "D" указывает наклон "вниз", причем формулы 6, 7 показывают взаимосвязь с геодезическими градиентами. Выполнив измерения при Н=0o и Н=90o и вычислив сумму линейного и перекрестного значений, в результате получаются формулы 8, 9 для оценки градиентов кривизны, Гееnn и 2Гnn, без связи их с горизонтальными градиентами, Гnd и Red, и вертикальным градиентом Rdd, причем эти величины не содержат систематической ошибки и ошибок, обусловленных собственными градиентами конкретного измерительного прибора. Формулы 10, 11 представляют разность между измерениями I/L и CR при наклонах "вверх" и "вниз", а формулы 12, 13 дают оценку горизонтальных градиентов, исходя из данных измерений, выполненных, кроме того, при 180o.The IGU includes orthogonal axes of rotation and inclination, of which the axis of rotation is kept horizontal in local x, near the plane, when the measuring device is rotated around the axis of rotation to tilt the measuring device up or down relative to the local horizontal plane. The I / L component indicates a line that is in the x-plane of the ISU, which can be oriented in a direction with some azimuth, when the x-plane of the measuring device is inclined at a slight angle relative to the local x-plane. The secondary output of the gradiometer is a “cross” CR component, as explained above in connection with formulas 1, 2 in FIG. Under the mathematical representation shown in FIG. 9, I / L and CR gradients measured by the ISU in its x, y coordinate system can be expressed as a function of the components of the Earth's gradient tensor in the geodetic reference frame: north, east and down (n, e, d). The cosine direction matrix (KMN), which converts the geodetic coordinate system — north, east, and down — into the coordinate system of the measuring device — x, y, z, for a direction with an angle H and an inclination angle P — is represented in formula 1 in FIG. 9. The output signals I / L and CR of the ISU are associated with geodesic gradients, as shown in formula 2, 3 in Fig. 9, where the terms "error (I / L)" and "error (CR)" include the own systematic error of the measuring device and all errors in the measurement of the gradient due to a specific measuring device. As shown in formulas 4, 5, the sums of the measurement results are indicated for the slope up and down, where the superscript “U” indicates the slope “up” and the superscript “D” indicates the slope “down”, and formulas 6, 7 show the relationship with geodesic gradients. Having performed the measurements at Н = 0 o and Н = 90 o and calculating the sum of the linear and cross values, the result is formulas 8, 9 for estimating the curvature gradients, Г its - Г nn and 2Г nn , without relating them to horizontal gradients, Г nd and R ed , and the vertical gradient R dd , and these values do not contain systematic errors and errors due to the intrinsic gradients of a particular measuring device. Formulas 10, 11 represent the difference between the I / L and CR measurements at the tilts up and down, and formulas 12, 13 give an estimate of the horizontal gradients based on the measurement data made, in addition, at 180 o .

В соответствии с тестовым протоколом настоящего изобретения и, как показано на фиг.10А и 10В, ряд измерительных пунктов n устанавливается на нефтяном месторождении. Каждый измерительный пункт может быть в виде участка очищенной земли или, более предпочтительно, в виде асфальтовой или цементной подушки. Важно, чтобы местоположение измерительного пункта было постоянным в течение первого и последующих тестов. Пункты измерений предпочтительно могут иметь вид прямоугольной периодической структуры, образованной из мест наблюдения, полярной структуры из мест наблюдения или смешенной, включая пункты наблюдения, которые не относятся к заранее определенному рисунку и могут рассматриваться как случайно помещенные в пределах обследуемого месторождения. Например, в применении к фиг.2 и 3, места, в которых проводятся измерения, могут соответствовать местоположению показанных номеров рядов и столбцов участков месторождения. In accordance with the test protocol of the present invention and, as shown in FIGS. 10A and 10B, a number of measuring points n are installed in an oil field. Each measuring point may be in the form of a plot of cleared land or, more preferably, in the form of an asphalt or cement pad. It is important that the location of the measuring point is constant during the first and subsequent tests. The measurement points may preferably be in the form of a rectangular periodic structure formed from observation points, a polar structure from observation points or a mixed one, including observation points that do not belong to a predetermined pattern and can be considered as being randomly placed within the examined field. For example, as applied to FIGS. 2 and 3, the locations at which measurements are taken may correspond to the location of the displayed row numbers and columns of the field sites.

ИГУ предпочтительно устанавливается на небольшой колесной тележке, которая может двигаться от пункта к пункту, как предусмотрено тестом. В зависимости от расстояния между пунктами наблюдения ИГУ может транспортироваться, например, с помощью колесного или другого транспортного средства. Если требуется, то ИГУ может устанавливаться на колесном транспортном средстве и включаться от пункта к пункту и измерения могут выполняться с транспортного средства. Однако предпочтение имеет подвижная тележка, поскольку использование тележки устраняет из совокупности данных гравитационные аномалии, вводимые колесным транспортным средством. В каждом пункте измерения тележка поднимается на опоры с регулируемой высотой. The ISU is preferably mounted on a small wheeled trolley that can move from point to point, as provided for by the test. Depending on the distance between the observation points, the ISU can be transported, for example, by a wheeled or other vehicle. If required, the ISU can be mounted on a wheeled vehicle and switched on from point to point, and measurements can be made from the vehicle. However, a mobile carriage is preferred since the use of the carriage eliminates the gravity anomalies introduced by the wheeled vehicle from the data set. At each measurement point, the trolley rises on supports with adjustable height.

Как показано на схеме последовательности операций на фиг.10А, система приводится в исходное положение и параметры m и n устанавливаются равными 1; при этом n представляет число заранее установленных пунктов измерения, где максимальное число пунктов измерения N(max), a m представляет число серий данных, которые должны быть получены за все время, где максимальное число - М(mах). As shown in the flowchart of FIG. 10A, the system is reset and parameters m and n are set to 1; wherein n represents the number of predefined measurement points, where the maximum number of measurement points is N (max), and m represents the number of series of data that must be received for the whole time, where the maximum number is M (max).

ИГУ размещается в первом пункте измерений и до начала снятия данных все предметы, имеющие достаточно большую массу, чтобы повлиять на измерения (транспортное(ые) средство(а), источники питания, локальное компьютерное управление, персонал и т.д.), перемещаются на достаточно удаленное расстояние от измерительного прибора, чтобы минимизировать любые неблагоприятные влияния на измерительный прибор от этих предметов. Вообще предпочтительно, чтобы каждый пункт измерения не располагался вблизи неподвижных, закрепленных на месте конструкций, изготовленных человеком, чтобы минимизировать появление больших сигналов, не связанных с местоположением границ раздела. The ISU is located in the first measurement point and, prior to the start of the data acquisition, all objects having a mass large enough to affect the measurements (vehicle (s), power sources, local computer control, personnel, etc.) are moved to a sufficiently remote distance from the measuring device to minimize any adverse effects on the measuring device from these objects. In general, it is preferable that each measurement point is not located close to fixed, fixed in place structures made by man, in order to minimize the appearance of large signals that are not related to the location of the interface.

Затем ИГУ устанавливают в исходное положение, а ось вращения наклоняют на некоторый заранее выбранный угол наклона (т.е. плюс примерно 0,9o в случае настоящего изобретения), достаточный для того, чтобы получить отклик по оси z в акселерометрах, а измерительный прибор ориентируют по направлению с азимутом 0o. Как пояснялось выше в связи с фиг.9, "наклон" роторного узла на некоторый угол, достаточный для того, чтобы восемь акселерометров восприняли вектор ускорения силы тяжести, позволяет измерительному прибору получать выходные сигналы каждого акселерометра для установления величины ускорения силы тяжести, определения скалярного коэффициента каждого акселерометра, разностей между скалярными коэффициентами акселерометров и определения величины согласования так, чтобы все акселерометры давали идентичные, легко различимые выходные сигналы. Как показано на схеме последовательности операций на фиг. 10А, измерительный прибор, кроме того, впоследствии наклоняют на угол, противоположный первому углу, чтобы можно было исключить перекрестные связи с горизонтальными градиентами. Следовательно, данные измерений, полученные при первом угле наклона, включают систематическую ошибку измерительного прибора, и, аналогичным образом, данные измерений, полученные при противоположном угле наклона, подобным же образом включают в себя систематические ошибки измерительного прибора; тогда данные измерений для обоих углов наклона могут быть усреднены для компенсации систематической ошибки.Then, the IGU is set to its initial position, and the rotation axis is tilted by some pre-selected angle of inclination (i.e., plus about 0.9 o in the case of the present invention), sufficient to obtain a response along the z axis in accelerometers, and the measuring device orient in the direction with an azimuth of 0 o . As explained above in connection with Fig. 9, the "inclination" of the rotor assembly by a certain angle sufficient for eight accelerometers to receive the gravity acceleration vector allows the measuring device to receive the output signals of each accelerometer to determine the magnitude of the gravity acceleration, to determine the scalar coefficient each accelerometer, the differences between the scalar coefficients of the accelerometers, and determining the matching value so that all the accelerometers give identical, easily distinguishable output signals. As shown in the flowchart of FIG. 10A, the meter is further inclined at an angle opposite to the first angle so that cross-linking with horizontal gradients can be avoided. Therefore, the measurement data obtained at the first angle of inclination include the systematic error of the measuring device, and, similarly, the measurement data obtained at the opposite angle of inclination similarly include the systematic errors of the measuring device; then the measurement data for both tilt angles can be averaged to compensate for the bias.

Затем ИГУ снимает данные в пункте наблюдения в течение некоторого промежутка времени, достаточного для гарантирования того, чтобы источники ошибок были сведены к минимуму; в случае предпочтительного ИГУ подходящим для снятия данных считается временной интервал порядка нескольких минут (т.е. примерно пять минут) при каждом направлении. The ISU then takes the data at the observation site for a period of time sufficient to ensure that the sources of errors are minimized; in the case of a preferred ISU, a time interval of the order of several minutes (i.e., approximately five minutes) in each direction is considered suitable for data acquisition.

Затем измерительный прибор отклоняют на противоположный угол (т.е. минус примерно 0,9o в случае настоящего изобретения) и повторяют этап снятия данных при начальном азимуте. Когда снятие данных завершено при направлении с начальным азимутом для обеих ориентаций, с наклоном вверх и наклоном вниз, измерительный прибор поворачивают на азимут, увеличенный на 90o, и повторяют этап снятия данных при наклоне вверх и наклоне вниз. Снятие данных при наклоне вверх и наклоне вниз нужно проводить при направлениях только с двумя азимутами; однако, если требуется, то для увеличения точности снятия данных этап снятия данных при наклоне вверх и наклоне вниз может повторяться при направлениях с большим числом азимутов. Поворот измерительного прибора на новое направление включает поворот самого измерительного прибора, его тележки и любых связанных с ним конструкций, включая любое окружающее ограждение. Поворот конструкций, связанных с работой самого измерительного прибора, помогает свести к минимуму источники ошибок. Как пояснялось выше в связи с фиг.8, поворот азимута выполняется для обеспечения информации, необходимой для устранения источников ошибок, связанных с массовой несимметрией самого измерительного прибора и его непосредственного окружения. Эта последовательность продолжается до тех пор, пока не будут сняты данные по меньшей мере в направлениях с тремя ортогональными азимутами; однако в случае предпочтительного варианта данные снимаются при 0, 90, 180, 270o и затем опять при 0o. Если требуется дополнительная информация, то этапы снятия данных могут повторяться при различных направлениях.Then, the measuring device is deflected at the opposite angle (i.e. minus about 0.9 ° in the case of the present invention) and the data acquisition step is repeated at the initial azimuth. When the data acquisition is completed in the direction with the initial azimuth for both orientations, with an upward inclination and a downward inclination, the measuring device is turned to an azimuth increased by 90 ° , and the data acquisition step is repeated with an upward inclination and a downward inclination. Data acquisition for tilting up and tilting down should be carried out in directions with only two azimuths; however, if required, in order to increase the accuracy of data acquisition, the step of data acquisition during tilting up and tilting down can be repeated in directions with a large number of azimuths. Turning the measuring device in a new direction includes turning the measuring device itself, its trolley and any associated structures, including any surrounding enclosure. The rotation of the structures associated with the operation of the measuring device itself helps to minimize the sources of errors. As explained above in connection with Fig. 8, the azimuth rotation is performed to provide the information necessary to eliminate the sources of errors associated with the mass asymmetry of the measuring device itself and its immediate environment. This sequence continues until the data is taken at least in directions with three orthogonal azimuths; however, in the case of the preferred embodiment, the data is taken at 0, 90, 180, 270 o and then again at 0 o . If additional information is required, the data acquisition steps may be repeated in different directions.

Как пояснялось более подробно выше, снятие данных при направлениях с различными азимутами и различных углах наклона осуществляется для сведения к минимуму источников ошибок и фактически увеличения чувствительности измерительного прибора. As explained in more detail above, data is collected for directions with different azimuths and different tilt angles to minimize the sources of errors and actually increase the sensitivity of the measuring device.

Затем n увеличивается на единицу и ИГУ перемещают на ближайший следующий измерительный пункт и последовательность действий на этом пункте повторяется. Then n is increased by one and the ISU is moved to the next next measuring point and the sequence of actions at this point is repeated.

Когда на каждом из n измерительных пунктов данные сняты (т.е. n=N(max)), то первая серия данных полностью получена. В соответствии с настоящим изобретением промежуток времени (измеренный в неделях, месяцах или годах) проходит такой, в течение которого нефтяное месторождение подвергается непрерывному или не непрерывному повышению давления с помощью нагнетаемой вытесняющей текучей среды, чтобы вызвать смещение границы раздела между вытесняющей текучей средой и добываемыми углеводородами. После того, как межтестовый период прошел, тестовая последовательность, показанная на фиг.10А, повторяется для получения другой серии данных, называемой второй серией данных. Как можно понять, третий, четвертый и последующие тесты могут проводиться по прошествии подходящих межтестовых временных интервалов, чтобы получать третью, четвертую и последующие серии данных. На практике, наличие двух последовательных серий данных (т. е. М(mах)=2) достаточно для получения приемлемых данных. When the data are taken at each of n measuring points (i.e., n = N (max)), the first series of data is completely received. In accordance with the present invention, a period of time (measured in weeks, months, or years) passes such that the oil field is subjected to a continuous or non-continuous increase in pressure using an injected displacing fluid to cause a displacement of the interface between the displacing fluid and produced hydrocarbons . After the test period has passed, the test sequence shown in FIG. 10A is repeated to obtain another series of data, called a second series of data. As you can see, the third, fourth and subsequent tests can be performed after suitable inter-test time intervals have elapsed in order to obtain the third, fourth and subsequent series of data. In practice, the presence of two consecutive series of data (i.e., M (max) = 2) is sufficient to obtain acceptable data.

Каждая серия данных включает информацию о градиенте ускорения силы тяжести по месторождению, включающую влияние подземной геологии, изменения, обусловленные рельефом местности и созданными человеком неподвижными закрепленными на месте конструкциями, включая башенные вышки, трубопроводы, насосы, двигатели и т.д., которые обычно находятся на территории нефтяного месторождения. Кроме того, эта серия данных будет включать информацию, касающуюся влияния на градиент ускорения силы тяжести границы раздела между вытесняющей текучей средой и смещаемыми углеводородами. Однако нет способа, не являющегося предположительным, который мог бы точно определить местоположение границы раздела, исходя из единственной серии данных. Как и в случае первой серии данных, вторая и последующие серии данных аналогичным образом включают информацию, касающуюся влияния на градиент ускорения силы тяжести геологии, рельефа местности и созданных человеком конструкций, а также границы раздела на новом месте. Следовательно, информация, касающаяся геологии, рельефа местности и созданных человеком конструкций, будет представлять относительно инвариантные (неизменяющиеся) общие данные или сигнальную информацию одинакового вида для каждой серии данных, а информация, касающаяся перемещающейся со временем границы раздела, не будет общей для различных серий данных. Each series of data includes information on the acceleration gradient of gravity over the field, including the influence of underground geology, changes due to the terrain and man-made fixed fixed structures in place, including tower towers, pipelines, pumps, engines, etc., which are usually located in the territory of an oil field. In addition, this series of data will include information regarding the effect on the acceleration gradient of gravity of the interface between the displacing fluid and displaced hydrocarbons. However, there is no method that is not presumptive that could accurately determine the location of the interface based on a single series of data. As in the case of the first series of data, the second and subsequent series of data similarly include information regarding the effect on the acceleration gradient of gravity of geology, terrain and man-made structures, as well as the interface at a new location. Therefore, information regarding geology, terrain, and human-created structures will represent relatively invariant (unchanging) common data or signal information of the same type for each data series, and information regarding the interface moving with time will not be common for different data series .

Источники ошибок, которые могут отрицательно повлиять на точность, могут включать геологические перемещения, такие как уплотнение нефтяного коллектора и перемещение уровня подземных вод. Sources of errors that could adversely affect accuracy may include geological displacements, such as oil reservoir compaction and groundwater level displacement.

Для обработки первой и второй (и/или последующих серий данных) и в качестве начального шага разрабатывается теоретическая модель взаимосвязи градиента ускорения силы тяжести с пластами ниже интересующего углеводородного коллектора. Для любого углеводородного коллектора, из которого ведется вторичная добыча, есть вероятность, что совокупность геофизических данных, включая модель коллектора, может быть получена из предварительной акустической съемки, каротажа скважин, керна, анализа продукта пробных скважин и знаний о наличии или отсутствии (и изменениях) вытесняющей текучей среды в продукте добывающих скважин. Если требуется, то с имеющимися данными о градиенте ускорения силы тяжести, полученными в соответствии со способом и системой по настоящему изобретению, могут быть объединены известные геофизические данные. А более конкретно, данные по градиенту могут быть "наилучшим образом подогнаны" к геофизическим данным для получения модели коллектора с предсказанием вперед и/или данные по градиенту могут быть аналогично "наилучшим образом подогнаны" к геофизическим данным, используя методы инверсного преобразования для получения наилучшей модели коллектора и модельной границы между вытесняющей текучей средой и добываемым углеводородом. To process the first and second (and / or subsequent series of data) and as an initial step, a theoretical model is developed for the relationship of the gradient of the acceleration of gravity with the formations below the hydrocarbon reservoir of interest. For any hydrocarbon reservoir from which the secondary production is conducted, it is likely that the set of geophysical data, including the reservoir model, can be obtained from preliminary acoustic surveying, well logging, core, product analysis of test wells and knowledge about the presence or absence (and changes) displacing fluid in the product of producing wells. If required, known geophysical data can be combined with the available data on the acceleration gradient of gravity obtained in accordance with the method and system of the present invention. More specifically, gradient data can be “best fitted” to geophysical data to obtain a predictive reservoir model and / or gradient data can likewise be “best fitted” to geophysical data using inverse transform methods to obtain the best model reservoir and model boundary between displacing fluid and produced hydrocarbon.

Для получения информации о подземной плотности могут использоваться либо методы моделирования вперед (также известный как непрямой метод) либо прямые методы. Методы моделирования вперед начинаются с использования существующих знаний о пластах коллектора, в которых выполняется нагнетание, и делаются предположения об изменениях в уровнях насыщенности различными текучими средами, при этом включаются знания, полученные из других геологических измерений (например, сейсмических) и других наблюдений за нефтяным месторождением, таких как изменения давления и температуры в наблюдаемых скважинах. Из этой начальной модели могут быть сделаны вычисления градиентов с течением времени. Для этого может быть использован метод моделирования вперед Талвани (Talwani), раскрытый в работе "Вычисление с помощью цифрового компьютера магнитных аномалий, вызванных телами произвольной формы" ("Computation with the help of a digital computer of magnetic anomalies caused by bodies of arbitrary shape". Geophysics, vol. 30, 5, pps. 797-817 (1965)). Вычисленные значения сравниваются с наблюдаемыми значениями градиента с течением времени и начальная модель с использованием метода итераций модифицируется так, чтобы вычисленные значения соответствовали значениям, полученным в результате наблюдений. Анализ величин насыщенности в конечной модели дает положение фронта между вытесняющей текучей средой и смещаемыми углеводородами. To obtain information about the underground density, either forward modeling methods (also known as the indirect method) or direct methods can be used. Forward modeling methods begin with the use of existing knowledge of reservoir reservoirs in which injection is performed, and assumptions are made about changes in the levels of saturation of various fluids, while knowledge from other geological measurements (e.g., seismic) and other observations of the oil field is included such as changes in pressure and temperature in observed wells. Calculations of gradients over time can be made from this initial model. For this, the Talwani forward modeling method described in Computation with the help of a digital computer of magnetic anomalies caused by bodies of arbitrary shape, described in the work "Digital Computer Calculation of Magnetic Anomalies" can be used. Geophysics, vol. 30, 5, pps. 797-817 (1965)). The calculated values are compared with the observed gradient values over time, and the initial model using the iteration method is modified so that the calculated values correspond to the values obtained from the observations. An analysis of the saturation values in the final model gives the position of the front between the displacing fluid and displaced hydrocarbons.

В прямых методах используются существующие знания о коллекторе в качестве граничных условий и полученные при наблюдении данные инвертируются для получения изменений подземной плотности, которые, как и в методах моделирования вперед, связаны с изменениями насыщенности текучими средами. Direct methods use existing knowledge about the reservoir as boundary conditions and the observation data are inverted to obtain changes in underground density, which, as in forward modeling methods, are associated with changes in fluid saturation.

Когда получены данные по градиенту с течением времени (т.е., 4D), то для определения изменения распределения подземной плотности (морфология пластов) за временной интервал имеются многочисленные машинные методы вычислений. Прямые методы использования данных по градиенту для оценки распределения плотности попадают в категорию линейных задач, а прямые методы, которые определяют возмущения границы для тел с постоянной плотностью, попадают в категорию нелинейных задач, как описано Д.У. Васко в статье "Разрешение и вариационные операторы ускорения силы тяжести и градиометрия ускорения силы тяжести", опубликованной в Геофизике (D.W. Vasco, "Resolution and Variance Operators of Gravity and Gravity Gradiometry", Geophysics, vol. 54, 7 (July 1989), pps. 889-899). Решение Васко линеаризует соотношения между призмами (массовой плотности или изменения плотности) и связанными с ними градиентами ускорения силы тяжести и решает обратное преобразование путем итераций, используя обобщенные инверсии. Прямые методы также включают методы, описанные С. К. Римером и Дж.Ф. Фергюсоном в статье "Метод упорядоченного двумерного обратного преобразования Фурье ускорения силы тяжести в приложении к кальдере Безмолвного Каньона в Неваде", опубликованной в Геофизике (S.К.Reamer, L. F. Ferguson, "Regularized two-dimensional Fourier gravity inversion method with application to the Silent Canyon caldera, Nevada", Geophysics, vol. 54, 4 (April 1989), pps. 486-496), и методы с импульсами Галеркина, описанные в включенной выше предварительной заявке США 60/099937, поданной 11 сентября 1998. Вообще и для метода Васко могут быть включены ограничивающие условия, такие как толщина пласта больше или равна нулю или все границы лежат под поверхностью; другие ограничивающие условия включают разумные диапазоны для плотности по М.Куер и Р.Байер, как описано в статье "Программы на Фортране для решения линейных инверсных задач", опубликованной в Геофизике (M.Cuer, R.Bayer, "Fortran Routines for Linear Inverse Problems", Geophysics, vol. 45, 11 (November 1980), pps. 1706-1719). When gradient data are obtained over time (i.e., 4D), there are numerous machine-based calculation methods to determine changes in the distribution of subsurface density (formation morphology) over a time interval. Direct methods for using gradient data to estimate the density distribution fall into the category of linear problems, and direct methods that determine boundary perturbations for bodies with constant density fall into the category of nonlinear problems, as described by D.U. Vasco, in the article “Resolution and Variation Operators of Gravity Acceleration and Gravity Acceleration Gradiometry” published in Geophysics (DW Vasco, “Resolution and Variance Operators of Gravity and Gravity Gradiometry”, Geophysics, vol. 54, 7 (July 1989), pps . 889-899). Vasco's solution linearizes the relationships between prisms (mass density or density changes) and the associated gravity acceleration gradients and solves the inverse transformation by iterating using generalized inversions. Direct methods also include methods described by S.K. Rimer and J.F. Ferguson, in the article "Regularized two-dimensional Fourier gravity inversion method with application to the Silent, Method of ordered two-dimensional inverse Fourier transform of acceleration of gravity as applied to the Silent Canyon caldera in Nevada", published in Geophysics Canyon caldera, Nevada ", Geophysics, vol. 54, 4 (April 1989), pps. 486-496), and Galerkin impulse methods described in provisional application US 60/099937 included, filed September 11, 1998. In general, for Vasco's method may include limiting conditions, such as the thickness of the formation greater than or equal to zero or all the borders lie below the surface; other limiting conditions include reasonable ranges for density according to M. Kuer and R. Bayer, as described in the article "Fortran Programs for Solving Linear Inverse Problems" published in Geophysics (M. Curuer, R. Bayer, "Fortran Routines for Linear Inverse Problems ", Geophysics, vol. 45, 11 (November 1980), pps. 1706-1719).

Начальная модель будет улучшена при увеличении данных и может быть получена единственная наилучшая известная оценка в этот момент времени. Передняя или обратная модель затем аналитически возмущается для определения взаимосвязи между изменениями градиента ускорения силы тяжести и изменениями морфологии пластов. Непрямые методы для возмущения стартовой или начальной модели вперед включают "Направленные методы Монте Карло алгоритма модельной "закалки" и генетического алгоритма" ["Метод общей оптимизации в геофизическом обратном преобразовании", М. Сен и П.Л. Стоффа ("Global Optimization Method in Geophysical Inversion," M. Sen, P.L. Stoffa, Elsevler, Amsterdam, 1995)]. The initial model will be improved as the data increases and the only best known estimate at that point in time can be obtained. The front or back model is then analytically outraged to determine the relationship between changes in the acceleration gradient of gravity and changes in the morphology of the formations. Indirect methods for perturbing the starting or initial model forward include "Directional Monte Carlo methods of the model" quenching "algorithm and the genetic algorithm" ["General optimization method in geophysical inverse transformation", M. Sen and P.L. Stoff ("Global Optimization Method in Geophysical Inversion," M. Sen, P. L. Stoffa, Elsevler, Amsterdam, 1995)].

Затем фактический градиент ускорения силы тяжести (графическое представление которого для Гхz и Гxx показано на фиг.11) сравнивается с предсказанным по теоретической модели для выработки последовательных итераций модели, чтобы наблюдалось стремление к схождению градиентов, с последовательно уменьшающимися разностями при сравнениях. По мере получения дополнительных данных измерений, как показано в тестовой последовательности на фиг.10А и 10В, модель последовательно улучшается. Перед каждым уточнением модели данные измерений обрабатываются для устранения известных и статистически оцененных источников ошибок, включая эффекты геологического "шума".Then, the actual gravity acceleration gradient (a graphical representation of which for G xz and G xx is shown in Fig. 11) is compared with the predicted by the theoretical model to generate successive iterations of the model, so that there is a tendency for the gradients to converge, with successively decreasing differences in comparisons. As additional measurement data is obtained, as shown in the test sequence of FIGS. 10A and 10B, the model is progressively improved. Before each refinement of the model, measurement data are processed to eliminate known and statistically estimated sources of errors, including the effects of geological “noise”.

При достаточном количестве данных измерений возможно с помощью компьютерного процессора для обработки данных создать отображаемую на компьютере анимацию перемещения и морфологии границы раздела со временем для отображения на компьютерном мониторе или подобном устройстве отображения. Обработанные данные, полученные при отображении, дают информацию о границе между вытесняющей текучей средой и добываемым углеводородом. Затем перемещение границы и скорости перемещения могут быть графически отпечатаны или нанесены на график для использования управляющим нефтяным месторождением, который может управлять нагнетаемыми скважинами в отношении параметров давления и количества для использования морфологии границы таким образом, чтобы получить максимальную добычу при наиболее низкой стоимости вторичной добычи. Иллюстрация углеводородных границ и их изменения также могут использоваться управляющим нефтяным месторождением для идентификации возможных зон поглощения, как предполагалось на участках 22, 23 месторождения, показанных на фиг. 3. Обеспечение управляющего нефтяным месторождением таким наглядным представлением развивающейся ситуации позволяет ему применять этот анализ для оценки, корректировки и компенсации для изменения условий и поддержания или увеличения добычи на месторождении. With a sufficient amount of measurement data, it is possible, using a computer processor to process the data, to create an animation of the displacement and morphology of the interface with time displayed on the computer for display on a computer monitor or similar display device. The processed data obtained during the display provides information on the boundary between the displacing fluid and the produced hydrocarbon. Then, the boundary movement and movement speeds can be graphically printed or plotted for use by the oilfield manager, which can control injection wells in terms of pressure and quantity parameters to use the border morphology in such a way as to obtain maximum production at the lowest cost of secondary production. The illustration of the hydrocarbon boundaries and their changes can also be used by the manager of the oil field to identify possible absorption zones, as suggested in the sections 22, 23 of the field shown in FIG. 3. Providing the manager of the oil field with such a visual representation of the developing situation allows him to use this analysis to evaluate, adjust and compensate for changing conditions and maintaining or increasing production at the field.

Настоящее изобретение аналогичным образом хорошо подходит для использования при выявлении перемещения подземных текучих сред, включая, например фронты загрязненных и/или токсичных текучих сред. Несмотря на то, что в качестве предпочтительного измерительного прибора для выявления градиента ускорения силы тяжести показан градиометр типа акселерометра, также подходят другие устройства, способные измерять или иным образом устанавливать локальный градиент ускорения силы тяжести. К другим устройствам относятся парные гравиметры такого типа, в которых используются падающие массы в вакуумированном пространстве, при этом ускорение падающей массы измеряется с помощью лазерного луча и высокоточных часов, а также приборы, чувствующие ускорение силы тяжести, в которых используются сверхпроводниковые датчики. The present invention is likewise well suited for use in detecting movement of underground fluids, including, for example, fronts of contaminated and / or toxic fluids. Although an accelerometer-type gradiometer is shown as a preferred measuring instrument for detecting a gravity acceleration gradient, other devices capable of measuring or otherwise establishing a local gravity acceleration gradient are also suitable. Other devices include paired gravimeters of this type, which use incident masses in evacuated space, while the acceleration of the incident mass is measured using a laser beam and a high-precision clock, as well as devices that sense the acceleration of gravity using superconducting sensors.

Как будет понятно специалистам в данной области техники, различные изменения и модификации могут быть выполнены в способе и системе для вторичной добычи нефти, которые проиллюстрировали настоящее изобретение, не выходя за пределы существа и объема изобретения, как оно определено в прилагаемой формуле и в устанавливаемых по закону ее эквивалентах. As will be appreciated by those skilled in the art, various changes and modifications can be made to the method and system for the secondary recovery of oil, which illustrate the present invention without departing from the spirit and scope of the invention, as defined in the attached claims and established by law its equivalents.

Промышленная применимость
Настоящее изобретение предлагает выгодные способ и систему для вторичной добычи нефти, с помощью которых стоимость добычи может быть понижена и/или может быть увеличено количество добытого углеводорода.
Industrial applicability
The present invention provides an advantageous method and system for secondary oil recovery by which the cost of production can be reduced and / or the amount of hydrocarbon produced can be increased.

Как будет понятно специалистам в данной области техники, различные изменения и модификации могут быть выполнены в способе и системе для вторичной добычи углеводорода, которые проиллюстрировали настоящее изобретение, не выходя за пределы существа и объема изобретения, как оно определено в прилагаемой формуле и в устанавливаемых по закону ее эквивалентах. As will be appreciated by those skilled in the art, various changes and modifications can be made to the method and system for secondary hydrocarbon production, which illustrated the present invention without departing from the spirit and scope of the invention, as defined in the appended claims and those established by law its equivalents.

Claims (22)

1. Способ управления добычей текучего углеводорода из подземного углеводородного коллектора, который подвергают вторичной добыче путем нагнетания в него вытесняющей текучей среды и из которого углеводороды извлекают при реакции на нагнетание вытесняющей текучей среды, отличающийся тем, что выполняют первую проверку градиента ускорения силы тяжести над коллектором, выполняют, по меньшей мере, вторую проверку градиента ускорения силы тяжести над коллектором, причем первую и вторую проверки разделяют временным интервалом, определяют положение границы раздела между вытесняющей текучей средой и текучими углеводородами, исходя из данных между первой и второй проверками, и управляют нагнетанием вытесняющей текучей среды для управляемого удаления углеводородов из коллектора. 1. A method of controlling the production of a fluid hydrocarbon from an underground hydrocarbon reservoir, which is subjected to secondary production by injecting a displacing fluid into it and from which hydrocarbons are extracted in response to a displacing fluid, characterized in that the first check of the acceleration gradient of gravity over the reservoir, at least a second check of the acceleration gradient of gravity over the collector is performed, the first and second checks being separated by a time interval, determined by the boundary between the displacing fluid and fluid hydrocarbons, based on the data between the first and second checks, and control the injection of the displacing fluid for controlled removal of hydrocarbons from the reservoir. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что первую проверку выполняют путем измерения градиента ускорения силы тяжести в нескольких положениях измерения. 2. The method according to claim 1, characterized in that the first test is performed by measuring the acceleration gradient of gravity in several measurement positions. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что вторую проверку выполняют путем измерения градиента ускорения силы тяжести в нескольких положениях измерения. 3. The method according to claim 1, characterized in that the second test is performed by measuring the acceleration gradient of gravity in several measurement positions. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что первую и вторую проверки, каждую, выполняют путем измерения градиента ускорения силы тяжести в нескольких общих положениях измерения. 4. The method according to claim 1, characterized in that the first and second checks, each, are performed by measuring the acceleration gradient of gravity in several general measurement positions. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют, по меньшей мере, третью проверку градиента ускорения силы тяжести над коллектором, причем вторую и третью проверки разделяют временным интервалом, и после этого определяют положение границы раздела между вытесняющей текучей средой и текучими углеводородами, исходя из данных между первой и второй проверками, второй и третьей проверками или первой, второй и третьей проверками. 5. The method according to claim 1, characterized in that at least a third check of the acceleration gradient of gravity over the collector is carried out, the second and third checks being separated by a time interval, and then the interface between the displacing fluid and the fluid is determined hydrocarbons, based on data between the first and second checks, the second and third checks, or the first, second and third checks. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно объединяют известные геофизические данные, касающиеся коллектора, с данными, по меньшей мере, одной проверки градиента для получения комбинированной модели коллектора - геофизической/градиента ускорения силы тяжести. 6. The method according to claim 1, characterized in that it further combines the known geophysical data regarding the reservoir with the data of at least one gradient test to obtain a combined reservoir model - geophysical / gravity acceleration gradient. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что указанное объединение осуществляют объединением данных проверки градиента ускорения силы тяжести с известными геофизическими данными путем прямого моделирования. 7. The method according to claim 6, characterized in that the said union is carried out by combining the data of checking the acceleration gradient of gravity with known geophysical data by direct modeling. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что указанное объединение осуществляют объединением данных проверки градиента ускорения силы тяжести с известными геофизическими данными с помощью обратного преобразования. 8. The method according to claim 7, characterized in that the said union is carried out by combining the data of checking the acceleration gradient of gravity with known geophysical data using the inverse transformation. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанное управление осуществляют управлением, по меньшей мере, одного из параметров нагнетаемой вытесняющей текучей среды - давлением, температурой, объемом и местоположением в пределах коллектора. 9. The method according to claim 1, characterized in that the said control is carried out by controlling at least one of the parameters of the injected displacing fluid - pressure, temperature, volume and location within the collector. 10. Способ контроля границы раздела между вытесняющей текучей средой и текучими углеводородами в подземном коллекторе, который подвергают вторичной добыче путем нагнетания в него вытесняющей текучей среды и из которого текучие углеводороды извлекают, по меньшей мере, при реакции на нагнетание вытесняющей текучей среды, отличающийся тем, что устанавливают несколько положений измерения для измерения локального градиента ускорения силы тяжести, выполняют первую серию измерений градиента ускорения силы тяжести в каждом положении измерения, выполняют, по меньшей мере, вторую серию измерений градиента ускорения силы тяжести в каждом положении измерений, причем первую и вторую серии измерений разделяют временным интервалом, определяют положения границы раздела между вытесняющей текучей средой и текучими углеводородами, исходя из данных по разности между данными первой и второй проверок, и отображают положение границы раздела между вытесняющей текучей средой и текучими углеводородами. 10. A method of controlling the interface between the displacing fluid and fluid hydrocarbons in an underground reservoir that is subjected to secondary production by injecting a displacing fluid into it and from which the fluid hydrocarbons are recovered, at least in response to pumping the displacing fluid, characterized in that establish several measurement positions for measuring the local gradient of the acceleration of gravity, perform the first series of measurements of the gradient of the acceleration of gravity in each position measured at least a second series of measurements of the acceleration gradient of gravity in each measurement position, with the first and second series of measurements separated by a time interval, determine the interface between the displacing fluid and fluid hydrocarbons, based on the data on the difference between the data of the first and second checks, and display the position of the interface between the displacing fluid and fluid hydrocarbons. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что дополнительно выполняют, по меньшей мере, третье измерение градиента ускорения силы тяжести над коллектором, причем второе и третье измерения градиента ускорения силы тяжести разделяют временным интервалом, и после этого определяют положение границы раздела между вытесняющей текучей средой и текучими углеводородами, исходя из данных по разности между первым и третьим измерениями, вторым и третьим измерением или первым, вторым и третьим измерениями. 11. The method according to claim 10, characterized in that at least a third measurement of the acceleration gradient of gravity above the collector is performed, the second and third measurements of the acceleration gradient of gravity being separated by a time interval, and then the position of the interface between the displacing fluid and fluid hydrocarbons, based on data on the difference between the first and third dimensions, the second and third dimensions, or the first, second and third dimensions. 12. Способ по п.10, отличающийся тем, что дополнительно объединяют известные геофизические данные, касающиеся коллектора, с данными, по меньшей мере, одного измерения градиента для получения комбинированной модели коллектора - геофизической/градиента ускорения силы тяжести. 12. The method according to claim 10, characterized in that it further combines the known geophysical data regarding the reservoir with the data of at least one gradient measurement to obtain a combined reservoir model - geophysical / gravity acceleration gradient. 13. Способ по п.12, отличающийся тем, что указанное объединение осуществляют объединением данных измерения градиента ускорения силы тяжести с известными геофизическими данными путем прямого моделирования. 13. The method according to p. 12, characterized in that the said union is carried out by combining the measurement data of the acceleration gradient of gravity with known geophysical data by direct modeling. 14. Способ по п.12, отличающийся тем, что указанное объединение осуществляют объединением данных измерения градиента ускорения силы тяжести с известными геофизическими данными с помощью обратного преобразования. 14. The method according to p. 12, characterized in that the said union is carried out by combining the data of measuring the gradient of the acceleration of gravity with known geophysical data using the inverse transformation. 15. Способ по п.10, отличающийся тем, что упомянутые измерения выполняют с помощью градиометра ускорения силы тяжести. 15. The method according to claim 10, characterized in that the said measurements are performed using a gravity acceleration gradiometer. 16. Способ по п.11, отличающийся тем, что упомянутые измерения выполняют с помощью градиометра ускорения силы тяжести, относящегося к типу, в котором используют акселерометры. 16. The method according to claim 11, characterized in that the said measurements are performed using a gravity acceleration gradiometer of the type in which accelerometers are used. 17. Система для контроля границы раздела между вытесняющей текучей средой и текучими углеводородами в подземном коллекторе, который подвергают вторичной добыче путем нагнетания в него вытесняющей текучей среды и из которого текучие углеводороды извлекают, по меньшей мере, при реакции на нагнетание вытесняющей текучей среды, отличающаяся тем, что имеются несколько положений измерения для измерения локального градиента ускорения силы тяжести над коллектором, прибор для измерения градиента ускорения силы тяжести с возможностью перемещения, по меньшей мере, в несколько из положений измерения для измерения градиента ускорения силы тяжести в каждом из положений измерения, для получения первой серии данных по градиенту ускорения силы тяжести и для перемещения в какое-то время, последующее за временем, когда была получена первая серия данных, по меньшей мере, в несколько положений измерения для получения второй серии данных по градиенту ускорения силы тяжести, процессор для обработки первой и второй серии данных для определения положения границы раздела между вытесняющей текучей средой и текучим углеводородом, исходя из данных по разности между первой и второй сериями данных, и устройство отображения для отображения, таким образом, определенного положения границы раздела. 17. A system for controlling the interface between the displacing fluid and fluid hydrocarbons in an underground reservoir that is subjected to secondary production by injecting a displacing fluid into it and from which the fluid hydrocarbons are recovered, at least in response to pumping the displacing fluid, characterized in that there are several measurement positions for measuring the local gradient of the acceleration of gravity above the collector, a device for measuring the gradient of the acceleration of gravity with the possibility of moving at least in several of the measurement positions for measuring the acceleration gradient of gravity in each of the measurement positions, to obtain the first series of data on the acceleration gradient of gravity and to move at some time subsequent to the time when the first a series of data in at least several measurement positions to obtain a second series of data on the acceleration gradient of gravity, a processor for processing the first and second series of data to determine the position of the interface between the displacing t pile flowable medium and a hydrocarbon, based on the data on the difference between the first and second series of data, and a display device to display the thus determined position of the interface. 18. Система по п.17, отличающаяся тем, что для осуществления вышеуказанных измерений имеется градиентометр ускорения силы тяжести, относящийся к типу, в котором используют акселерометры. 18. The system according to 17, characterized in that for the implementation of the above measurements there is a gradiometer of acceleration of gravity, related to the type in which accelerometers are used. 19. Способ контроля границы раздела между первой текучей средой и второй текучей средой в подземном объеме, в котором одна из первой и второй текучих сред смещает другую из первой и второй текучих сред со временем, отличающийся тем, что выполняют первую серию измерений градиента ускорения силы тяжести на поверхности над подземным объемом, выполняют, по меньшей мере, вторую серию измерений градиента ускорения силы тяжести на поверхности над подземным объемом, причем первую и вторую серии измерений разделяют временным интервалом, определяют положения границы раздела между первой текучей средой и второй текучей средой исходя из, по меньшей мере, данных о разностях между первой и второй сериями измерений, и отображают положение границы раздела между первой и второй текучими средами. 19. A method of controlling the interface between the first fluid and the second fluid in an underground volume, in which one of the first and second fluids biases the other of the first and second fluids with time, characterized in that the first series of measurements of the gravity acceleration gradient on the surface above the underground volume, at least a second series of measurements of the acceleration gradient of gravity on the surface above the underground volume is performed, the first and second series of measurements being separated by a time interval, position interface between the first fluid and the second fluid on the basis of at least data on differences between the first and second series of measurements, and displaying the position of the interface between the first and second fluids. 20. Способ по п.19, отличающийся тем, что дополнительно выполняют, по меньшей мере, третье измерение градиента ускорения силы тяжести над подземным объемом, причем второе и третье измерения градиента ускорения силы тяжести разделяют временным интервалом и после этого определяют положение границы раздела между первой и второй текучими средами, исходя из, по меньшей мере, данных о разности между первым и третьим измерениями, вторым и третьим измерениями или первым, вторым и третьим измерениями. 20. The method according to claim 19, characterized in that at least a third measurement of the acceleration gradient of gravity above the underground volume is performed, the second and third measurements of the acceleration gradient of gravity being separated by a time interval, and then the position of the interface between the first and second fluids, based on at least data on the difference between the first and third dimensions, the second and third dimensions, or the first, second, and third dimensions. 21. Способ контроля подземного перемещения, по меньшей мере, первой текучей среды в подземном объеме, в котором первую текучую среду перемещают в подземном объеме со временем, отличающийся тем, что выполняют первую серию измерений градиента ускорения силы тяжести на поверхности над подземным объемом, выполняют, по меньшей мере, вторую серию измерений градиента ускорения силы тяжести на поверхности над подземным объемом, причем первое и второе измерения разделяют временным интервалом, определяют положение границы, по меньшей мере, первой текучей среды, исходя из, по меньшей мере, данных о разностях между первой и второй сериями измерений, и отображают положение границы по меньшей мере первой текучей среды. 21. A method for controlling the underground movement of at least a first fluid in an underground volume, in which the first fluid moves in the underground volume over time, characterized in that the first series of measurements of the acceleration gradient of gravity on the surface above the underground volume are performed, at least a second series of measurements of the acceleration gradient of gravity on the surface above the underground volume, the first and second measurements being separated by a time interval, the position of the boundary of at least the first ekuchey medium based on at least information about differences between the first and second series of measurements, and displaying the position of the boundary at least first fluid. 22. Способ по п.21, отличающийся тем, что дополнительно выполняют, по меньшей мере, третье измерение градиента ускорения силы тяжести над подземным объемом, причем второе и третье измерения градиента ускорения силы тяжести разделяют временным интервалом и после этого определяют границы, по меньшей мере, одной текучей среды, исходя из, по меньшей мере, данных о разности между первым и третьим измерениями, вторым и третьим измерениями или первым, вторым и третьим измерениями. 22. The method according to item 21, characterized in that it further performs at least a third measurement of the acceleration gradient of gravity over the underground volume, and the second and third measurements of the acceleration gradient of gravity are separated by a time interval and then determine the boundaries, at least , one fluid, based on at least data on the difference between the first and third dimensions, the second and third dimensions, or the first, second and third dimensions.
RU2000131194A 1998-05-12 1999-05-11 Process and system for after-production of hydrocarbons RU2203397C2 (en)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US8505998P 1998-05-12 1998-05-12
US60/085,059 1998-05-12
US60/099,937 1998-09-11
US60/107,329 1998-11-06
US60/107,366 1998-11-06
US10913898P 1998-11-18 1998-11-18
US60/109,138 1998-11-18

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2000131194A RU2000131194A (en) 2002-12-10
RU2203397C2 true RU2203397C2 (en) 2003-04-27

Family

ID=26772253

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000131194A RU2203397C2 (en) 1998-05-12 1999-05-11 Process and system for after-production of hydrocarbons

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2203397C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6152226A (en) System and process for secondary hydrocarbon recovery
Vasco et al. Reservoir monitoring and characterization using satellite geodetic data: Interferometric synthetic aperture radar observations from the Krechba field, Algeria
Stephansson et al. ISRM suggested methods for rock stress estimation—part 5: establishing a model for the in situ stress at a given site
Vasco et al. Estimating permeability from quasi-static deformation: Temporal variations and arrival-time inversion
Teatini et al. Geomechanical response to seasonal gas storage in depleted reservoirs: A case study in the Po River basin, Italy
AU2001259028B2 (en) Method of determining boundary interface changes in a natural resource deposit
Jha et al. Reservoir characterization in an underground gas storage field using joint inversion of flow and geodetic data
AU2001259028A1 (en) Method of determining boundary interface changes in a natural resource deposit
Tøndel et al. Reservoir monitoring of steam‐assisted gravity drainage using borehole measurements
Vasco et al. A coupled inversion of pressure and surface displacement
Zhou et al. Dynamic processes of CO2 storage in the field: 1. Multiscale and multipath channeling of CO2 flow in the hierarchical fluvial reservoir at Cranfield, Mississippi
Shi et al. Tele-seismic coseismic well temperature changes and their interpretation
White A method for automatically determining normal fault geometry at depth
RU2185642C1 (en) Process of improvement of measurement of acceleration gradient of gravity ( variants )
RU2203397C2 (en) Process and system for after-production of hydrocarbons
Feyzullayev et al. Mud volcano model resulting from geophysical and geochemical research
POETER A new tool: delineation of textural heterogeneities in unconfined aquifers, using microgravity surveys during pumping
Mickus Gravity method: Environmental and engineering applications
Brady et al. Surface-gravity monitoring of the gas cap water injection project, Prudhoe Bay, Alaska
Beshr et al. Using modified inverse distance weight and principal component analysis for spatial interpolation of foundation settlement based on geodetic observations
Appriou et al. Monitoring Carbon Storage Sites With Time‐Lapse Gravity Surveys
Grapenthin et al. Decadal‐scale aquifer dynamics and structural complexities at a municipal wellfield revealed by 25 years of InSAR and recent groundwater temperature observations
Gambolati Numerical models in land subsidence control
BR9910426B1 (en) process for optimizing gravity gradiometer measurements.
Sidelnik et al. Application of the Inversion Stress Model for Estimating the Parameters of Fault Tectonics