определение геометрии стволов скважин внутри обсаженных скважин с помощью межскважинных электромагнитных измерений

Формула изобретения

1. Способ определения местоположения приемника в стволе скважины, имеющей проводящую обсадную трубу, включающий в себя следующие этапы:

индуцирование электромагнитного поля от излучателя, расположенного в первой скважине;

обнаружение в первом местоположении посредством по меньшей мере одного приемника, расположенного во второй скважине, имеющей проводящую обсадную трубу, первого электромагнитного поля, индуцированного излучателем;

обнаружение во втором местоположении посредством по меньшей мере одного приемника второго электромагнитного поля, индуцированного излучателем;

вычисление комплекта координат геометрии для первого места по первому электромагнитному полю и второму электромагнитному полю.

2. Способ по п.1, в котором комплект координат геометрии связан с местоположением излучателя.

3. Способ по п.1, дополнительно включающий в себя следующие этапы:

повторение этапов индуцирования и обнаружения для большого количества мест расположения приемника в пределах интервала глубин скважины для второй скважины и

вычисление геометрии ствола скважины для интервала глубин скважины по обнаруженным электромагнитным полям в каждом местоположении приемника.

4. Способ по п.1, в котором электромагнитное поле представляет собой низкочастотное электромагнитное поле.

5. Способ по п.1, в котором этапы индуцирования и обнаружения повторяют на большом количестве частот, при этом электромагнитное поле второй частоты меньше подвергается воздействию удельной проводимости формации по сравнению с электромагнитным полем первой частоты.

6. Способ по п.1, в котором этап вычисления включает в себя следующие этапы:

вычисление комплекта координат геометрии по данным от электромагнитного поля второй частоты на основании оценки удельной проводимости формации и

вычисление скорректированной удельной проводимости формации по данным от электромагнитного поля первой частоты на основании комплекта координат геометрии.

7. Способ по п.1, в котором первая скважина содержит электропроводную обсадную трубу.

8. Способ для отображения траектории обсаженного ствола скважины, пересекающего толщу пород, включающий в себя:

индуцирование первого магнитного поля в первом местоположении в стволе скважины;

обнаружение первого отклика на индуцированное первое магнитное поле во втором местоположении в стволе скважины;

обнаружение второго отклика на индуцированное первое магнитное поле в третьем местоположении в стволе скважины;

повторение этапов индуцирования и обнаружения в пределах интервала глубин ствола скважины;

вычисление комплекта координат геометрии, определяющих траекторию ствола скважины, на основании обнаруженных откликов.

9. Способ по п.8, в котором магнитное поле представляет собой низкочастотное электромагнитное поле.

10. Способ по п.8, в котором этапы индуцирования и обнаружения повторяют на большом количестве частот, при этом магнитное поле второй частоты меньше подвергается воздействию удельной проводимости формации по сравнению с магнитным полем первой частоты.

11. Способ по п.10, в котором этап вычисления включает в себя следующие этапы:

вычисление комплекта координат геометрии на основе отклика на магнитное поле второй частоты, кроме того, на основе оценки удельной проводимости формации и

вычисление скорректированной удельной проводимости формации по отклику на электромагнитное поле первой частоты, на основе комплекта координат геометрии.

12. Способ по п.8, в котором ствол скважины включает в себя, по меньшей мере, два соседних ствола скважины, при этом первое местоположение находится в первом стволе скважины, а второе и третье местоположения находятся во втором стволе скважины, при этом комплект координат геометрии определяет траекторию второго ствола скважины.

13. Скважинная система каротажа, предназначенная для отображения траектории обсаженной скважины, пересекающей формацию, содержащая:

излучатель в первой скважине для индуцирования магнитного поля, при этом излучатель выполнен с возможностью перемещения вдоль оси первой скважины;

по меньшей мере один приемник во второй скважине для обнаружения отклика на индуцированное магнитное поле, при этом, по меньшей мере, один приемник выполнен с возможностью перемещения вдоль оси второй скважины;

процессор для вычисления комплекта координат геометрии на основе обнаруженного отклика, при этом комплект координат геометрии описывает траекторию, по которой перемещается, по меньшей мере, один приемник.

14. Система по п.13, в которой приемник перемещается вдоль оси второй скважины, обнаруживая большое количество откликов на магнитное поле, индуцированное излучателем в то время, когда излучатель неподвижен.

15. Система по п.13, в которой магнитное поле представляет собой низкочастотное электромагнитное поле.

16. Система по п.13, в которой магнитное поле индуцируется на большом количестве частот, при этом магнитное поле второй частоты меньше подвергается воздействию удельной проводимости формации по сравнению с магнитным полем первой частоты.

17. Система по п.16, в которой процессор дополнительно вычисляет набор координат геометрии на основе отклика на магнитное поле второй частоты, кроме того, на основе оценки удельной проводимости формации и вычисляет скорректированную удельную проводимость формации по отклику на магнитное поле первой частоты на основе набора координат геометрии.

Описание изобретения к патенту

Предпосылки создания изобретения

При проведении работ внутри обсаженной скважины, таких как каротаж параметров формации, важно знать точное местоположение скважинного устройства, опускаемого в скважину для осуществления конкретной функции. Измерение глубины погружения скважинных каротажных устройств традиционно осуществляют с поверхности путем измерения длины выпущенного троса, на котором закреплено скважинное устройство. Действие как спускаемых на тросе скважинных устройств, так и скважинных устройств для измерений во время бурения основано на одном и том же основном принципе.

Глубину погружения инструментальной колонны обычно определяют путем пропускания троса поверх калиброванного мерного ролика, находящегося на поверхности. Когда скважинное устройство размещают, то контролируют длину троса, невыпущенного в скважину, и по ней оценивают глубину погружения скважинного устройства. Можно попытаться ввести поправку на глубину на растяжение троса путем вычисления теоретической нормы растяжения на основе длины троса, эластичности и массы скважинного устройства. Однако даже при очень сложных алгоритмах коррекции реальная степень растяжения троса может изменяться с течением времени и вследствие того, что существуют непрогнозируемые и не поддающиеся измерению взаимодействия между тросом и инструментальной колонной и стволом скважины (такие как зависание скважинного устройства и трение троса) и аномалии, такие как «осевая вибрация» троса. В искривленных скважинах, в которых скважинное устройство протягивают вдоль внутренней поверхности обсадной колонны скважины, могут возникать специфические проблемы, связанные с переменной и неустойчивой нагрузкой троса, когда промежуточная опора застревает и быстро продвигается вдоль ствола скважины. Такие проблемы также встречаются, хотя и в меньшей степени, при работах по перемещению насосно-компрессорной колонны, когда длину насосно-компрессорной колонны измеряют посредством колеса, которое может катиться вдоль насосно-компрессорной колонны, если она не имеет дефектов. Даже в случае очень небольшой длины развертывания могут возникать ошибки измерения и другие несоответствия, и при развертывании любого вида абсолютные погрешности позиционирования скважинного устройства могут составлять, например, несколько футов или больше в скважинах глубиной свыше мили.

Был разработан другой способ, в котором измеряют обороты группы колес, соприкасающихся с тросом с заданной силой, которая создает трение, достаточное для передачи любой линейной скорости троса к периметру колес, для обеспечения возможности непосредственного измерения соответствующего приращения глубины.

В еще одном способе используют пару датчиков, расположенных на или внутри бурильной колонны, наряду с известной опорной точкой внутри ствола скважины. Установленное расстояние между двумя датчиками определяют вдоль относительно короткого участка бурильной колонны, при этом эффекты его растяжения/сжатия не принимают в расчет по сравнению с растяжением и сжатием, наблюдаемыми на полной длине бурильной колонны, и оно может быть использовано в качестве показателя глубины скважины при наблюдении момента получения посредством второго датчика коррелированного результата, уже определенного посредством первого датчика, при этом приращение глубины будет расстоянием между датчиками.

Использование скважинных датчиков требует усилий и создает еще большие трудности в случае законченных скважин, в которых обсадные колонны влияют на работоспособность некоторых скважинных датчиков. Например, стальная обсадная колонна исторически считается препятствием для проведения электромагнитных измерений параметров (свойств) формации. Проблемы, создаваемые проводящими трубами, рассмотрели Augustin и другие в "A theoretical study of surface-to-borehole electromagnetic logging in cased holes", Geophysics, vol.54, №1 (1989); Uchida и другие в "Effect of a steel casing on crosshole EM measurements", SEG Annual Meeting, Texas (1991) и Wu и другие в "Influence of steel casing on electromagnetic signals", Geophysics, vol.59, №3 (1994). Из этих публикаций, известных из уровня техники, следует, что связь между излучателем и проводящей трубой не зависит от удельной проводимости окружающей геологической формации в широком диапазоне удельного сопротивления формаций, имеющих практическое значение и встречающихся на месторождениях, и что магнитное поле, создаваемое внутри проводящей трубы на расстоянии нескольких метров или меньше от излучателя, зависит от свойств проводящей трубы, а не от свойств формации.

На фиг.1 показано типовое оборудование, используемое при измерении удельного сопротивления геологической формации 10 между двумя буровыми скважинами 12а и 12b с помощью электромагнитной индукции. Излучатель Т размещен в одном стволе скважины, тогда как приемник R размещен в другом стволе скважины. Излучатель Т обычно состоит из петли (непоказанной) в виде многовитковой рамки (которая имеет N_T витков провода), намотанной вокруг сердечника, с магнитной проницаемостью (выполненного из мю-металла, феррита или из другого ферромагнитного материала), с поперечным сечением А_Т. Излучатель Т может также содержать конденсатор (непоказанный) для настройки частоты петли. Когда через такую многовитковую рамку протекает переменный ток I _T частотой f₀ Гц, излучатель создает изменяющийся во времени магнитный момент М_Т . Этот магнитный момент выражается в следующем виде:

Магнитный момент М_Т может быть обнаружен приемником R в виде магнитного поля В ₀. Излучатель Т, приемник R или оба они обычно расположены в стволах скважин (например, 12а и 12b) в формации 10. В этом случае обнаруживаемое магнитное поле В₀ пропорционально магнитному моменту М_Т излучателя и геологическому фактору k₁:

Геологический фактор k₁ является функцией пространственного положения и ориентации электрической составляющей магнитного поля В₀ относительно магнитного момента М_Т излучателя.

Приемник R обычно включает в себя одну или несколько антенн (непоказанных). Каждая антенна включает в себя многовитковую рамку из провода, намотанного вокруг сердечника из металла, обладающего магнитной проницаемостью, или феррита. Изменение магнитного поля, воспринимаемое приемником R, создает наведенное напряжение в приемной рамке (непоказанной). Это наведенное напряжение (V_R ) является функцией обнаруживаемого магнитного поля (B _R), частоты (f₀), числа (N _R) витков обмотки приемной рамки, площади (A _R) эффективного поперечного сечения рамки и эффективной магнитной проницаемости ( _R) рамки. Поэтому V _R может быть выражено в следующем виде:

Хотя f₀ и N _R известны, произведение A_R· _R вычислить трудно. На практике эти постоянные могут быть приведены к k_R, а уравнение (3) может быть упрощено:

где k_R= f₀N_RA _{R R}.

Поэтому вместо определения произведения A_R· _R более удобно определять k _R в соответствии со следующими процедурами. Сначала рамку приемника калибруют в известном поле на известной частоте. Затем точное значение k_R получают на основании значений магнитного поля (B_R) и измеренного напряжения (V_R) в соответствии со следующим уравнением:

При помещении системы в проводящую геологическую формацию изменяющееся во времени магнитное поле В ₀, которое создается магнитным моментом излучателя, вызывает появление напряжения в геологической формации, которое, в свою очередь, возбуждает в ней ток L_l. Ток L _l пропорционален удельной проводимости геологической формации, а его линии обычно являются концентрическими вокруг продольной оси ствола скважины. Магнитное поле вблизи ствола скважины, обусловленное полем в свободном пространстве, называют первичным магнитным полем, тогда как поле, обусловленное током L_l , называют вторичным магнитным полем.

Ток L _l обычно не совпадает по фазе с током I _T излучателя. На очень низких частотах, на которых индуктивное сопротивление небольшое, ток L_l пропорционален dB/dt и имеет различие в фазе 90° по отношению к I _T. По мере повышения частоты индуктивное сопротивление возрастает и отклонение фазы наведенного тока L _l возрастает, становясь больше 90°. Вторичное магнитное поле, наведенное током L_l, также имеет фазовый сдвиг относительно наведенного тока L _l и вследствие этого суммарное магнитное поле, обнаруживаемое приемником R, является комплексным.

Комплексное магнитное поле, обнаруживаемое приемником R, может быть разделено на две составляющие: действительную составляющую I_R , которая находится в фазе с током I_T передатчика, и мнимую (или квадратурную) составляющую I_I , которая сдвинута по фазе на 90°. Значения действительной составляющей I_R и квадратурной составляющей I_I магнитного поля на заданной частоте и геометрическая конфигурация однозначно определяют электрическое удельное сопротивление однородной формации, через которую проходят буровые скважины. Однако в случае неоднородной геологической формации комплексное поле измеряют в последовательных точках вдоль продольной оси ствола скважины с приемником для каждого из последовательных мест расположения излучателя. Полученные таким образом многочисленные результаты измерений затем используют для определения неоднородного удельного сопротивления между скважинами.

В обоих случаях, то есть при измерении удельного сопротивления однородной геологической формации или при измерении удельного сопротивления неоднородной геологической формации, измерения обычно осуществляют до начала добычи углеводородов. Это вызвано тем, что стволы скважины обычно обсаживают проводящими трубами (например, металлической обсадной колонной; см. 16а и 16b на фиг.3) для сохранения физической целостности ствола скважины во время добычи углеводородов. Проводящие трубы препятствуют измерениям удельного сопротивления, а их удаление из ствола скважины после установки затруднительно и требует значительных затрат. В результате системы из предшествующего уровня техники, такие как показанная на фиг.1, непригодны для анализа коллекторов углеводородов после начала добычи углеводородов.

Результирующий или эффективный момент М_эфф излучателя внутри проводящей трубы определяется индуктивной связью между излучателем и проводящей трубой. Физически удельное сопротивление проводящей трубы очень низкое, а индуктивность относительно высокая. Вследствие этого свойства ток, наводимый в проводящей трубе, имеет почти ту же самую величину, что и ток излучателя. Из правила Ленца следует, что магнитное поле, создаваемое этим током в проводящей трубе, будет противоположным изменяющемуся во времени магнитному полю, формируемому током излучателя. Поэтому магнитное поле, формируемое излучателем, большей частью подавляется магнитным полем, формируемым проводящей трубой. В результате магнитное поле, внешнее по отношению к проводящей трубе, значительно снижается, а его амплитуда пропорциональна разности токов излучателя и проводящей трубы. Фактически, проводящая труба «экранирует» излучатель от любого приемника вне проводящей трубы.

Аналогичная ситуация наблюдается в отношении приемника, когда он окружен проводящей трубой. Поле, которое должно обнаруживаться, наводит концентрические с рамкой приемника токи, направление которых такое, что поле внутри трубы уменьшается. Следовательно, поле, которое должно быть обнаружено, сильно затухает, а на результаты измерений сильно влияют изменения затухания, обусловленные изменением свойств трубы, и пример этого графически иллюстрируется наклоном кривой 10, показанной на фиг.2. Ситуация усугубляется, если как излучатель, так и приемник окружены проводящими трубами. Часто конструктивные условия, при которых осуществляются межскважинные исследования обсаженного ствола скважины, приводят к снижению сигнала до уровня, при котором его нельзя обнаружить типовым приемником. Кроме того, изменения удельной проводимости, магнитной проницаемости и толщины вдоль продольной оси трубы затрудняют определение коэффициента затухания в любой заданной точке.

Затухание, обусловленное стальной обсадной колонной, окружающей излучатель, в случае неоднородной формации является по существу постоянным на расстоянии нескольких метров от источника. Поскольку затухание является постоянным, путем использования способа отношения полей, описанного в патенте США №6294917 В1 (Nichols), который включен в настоящую заявку посредством ссылки, влияние обсадной колонны исключается. Это постоянство полей также может быть исключено путем вычисления оператора сдвига, что описано в патенте США №6393363 В1 (Wilt and Nichols), который включен в настоящую заявку посредством ссылки. Однако предпочтительно, чтобы в случае нескольких обсадных колонн в способах отношения и оператора сдвига использовался дополнительный контроль излучаемого поля.

Краткое описание изобретения

Раскрыт способ для определения местоположения приемника в скважине, имеющей проводящую обсадную трубу, путем индуцирования электромагнитного поля от излучателя в первой скважине, обнаружения в первом местоположении посредством по меньшей мере одного приемника, расположенного во второй скважине, имеющей проводящую обсадную трубу, первого электромагнитного поля, индуцированного излучателем, обнаружения во втором местоположении посредством по меньшей мере одного приемника второго электромагнитного поля, индуцированного излучателем, и вычисления набора координат геометрии для первого местоположения по первому электромагнитному полю и второму электромагнитному полю.

Также раскрыт способ для отображения траектории обсаженного ствола скважины, пересекающего толщу пород, путем индуцирования первого магнитного поля в первом местоположении в стволе скважины, обнаружения первого отклика на индуцированное первое магнитное поле в втором местоположении в стволе скважины, обнаружения второго отклика на индуцированное первое магнитное поле в третьем местоположении в стволе скважины, повторения этапов индуцирования и обнаружения в пределах интервала глубин ствола скважины и вычисления набора координат геометрии, определяющих траекторию ствола скважины, на основании обнаруженных откликов.

Краткое описание чертежей

На чертежах:

фиг.1 - перспективное изображение геологической формации, подвергаемой межскважинному электромагнитному анализу;

фиг.2 - график магнитного поля, обнаруживаемого приемником, расположенным в стволе скважины, который обсажен проводящей трубой;

фиг.3 - вид примерной межскважинной электромагнитной системы в соответствии с вариантом реализации изобретения;

фиг.4 - вид примерной односкважинной электромагнитной системы в соответствии с вариантом реализации изобретения;

фиг.5 - рабочая диаграмма способа, согласно изобретению предназначенного для определения траектории обсаженного ствола скважины при использовании системы из фиг.3; и

фиг.6A и 6B - иллюстративные результаты применения способа отображения траектории согласно изобретению.

Подробное описание изобретения

В соответствии с вариантом осуществления варианта реализации изобретения использование регуляризованной формулировки обращения позволяет исключать эффекты обсадной колонны из полевых данных и получать массив данных, эквивалентный массиву данных, получаемому при необсаженной скважине. Получаемое решение зависит от геометрии исследований и удельной проводимости измеряемой формации.

Обратимся к фиг.1, где в исследуемой геологической формации 10 имеется одна или несколько скважин, в целом показанных позициями 12а и 12b, и коллектор ресурсов, представляющих интерес, в этом примере один или несколько коллекторов углеводородов, показанных в целом позициями 14а и 14b. Обычно по меньшей мере одна из скважин 12а и 12b обсажена проводящей трубой 16а и 16d, что более ясно показано на фиг.3. Система 19, используемая для исследования геологической формации, включает в себя излучатель 20, расположенный внутри скважины 12а в первой области геологической формации. В связи по сигналу с излучателем 20 находится генератор сигналов, включенный в состав наземной станции 22. Приемник 24 расположен в скважине 12b. Излучатель 20 и приемник 24 развернуты при использовании типовых лебедок для каротажного семижильного кабеля, схематично показанных позициями 26, тросов и типовых семиконтактных кабельных разъемов Герхарда-Оуэнса. Система 19 функционирует во взаимодействии с компьютером (непоказанным), включенным в состав наземной станции 28, которая находится в связи по данным с излучателем 20 и приемником 24. Компьютер (непоказанный) включает в себя процессор (непоказанный) и запоминающее устройство (непоказанное), в котором хранятся программы, необходимые для работы системы 19. Следует отметить, что, хотя для ясности скважины 12а и 12b показаны как по существу прямолинейные вертикальные скважины, весьма распространены скважины с изменяющейся траекторией относительно оси z или оси глубины.

Обычно магнитные поля создают посредством излучателя 20 на различных вертикальных отметках, выше, в пределах и ниже рассматриваемого участка, представляющего интерес. Магнитные поля обнаруживают посредством приемника 24 на различных вертикальных отметках, r₁, r₂ и r₃, например выше, в пределах и ниже рассматриваемого участка. В примере осуществления изобретения излучатель 20 помещают в необсаженную скважину и перемещают между фиксированными по глубине местами, s ₁, s₂ и s₃, например, со скоростью от 3 до 5 м/мин. Приемник оставляют в обсаженной скважине в фиксированном положении, например в r ₁. После перемещения излучателя 20 между указанными выше фиксированными по глубине точками приемник в обсаженной скважине перемещают в другое местоположение, например в r ₂, а излучатель 20 снова перемещают между фиксированными по глубине местами. Однако по причинам, рассмотренным выше, обсадная труба оказывает неблагоприятное влияние на результаты измерений.

Для исключения влияния обсадной трубы модель формации, более полно раскрытую в патенте США №6393363 (Wilt et al.), используют для пересчета магнитного поля, обнаруживаемого приемником 24, к тому, которое соответствует информации, получаемой таким же образом без электропроводной обсадной трубы. На основании этого модельного представления информация, обусловленная обсадной колонной и содержащаяся в магнитном поле, обнаруженном приемником 24, может быть в первом приближении идентифицирована и удалена. Скорректированные данные затем используют для определения новой модели для удельного сопротивления формации, а процесс повторяют несколько раз. Каждый раз информация, обусловленная обсадной колонной, удаляется более точно, а характеристика формации более точно восстанавливается.

Другой способ, который более полно раскрыт в патенте США №6294917 (Nichols), может быть использован для компенсации эффектов проводящей трубы путем измерения характеристик геологической формации в зависимости от отношения двух магнитных полей, обнаруживаемых одним или несколькими приемниками, размещенными в скважине. В частности, по меньшей мере два измерения осуществляют в разделенных промежутком местах за пределами обсадной колонны при одном и том же излучателе внутри обсадной колонны. В этом случае отношение результатов двух измерений зависит только от формации, поскольку члены, обусловленные вкладом обсадной колонны, в отношении сокращаются. Этот же принцип работает для коррекции эффектов обсадной колонны в случае, когда излучатель и приемник (приемники) находятся внутри отдельных обсаженных скважин или внутри одной обсаженной скважины. В итоге это приводит к получению результата измерения свойств формации за пределами обсаженной скважины, который равен или близко приближается к результату условного измерения той же самой формации в отсутствие обсадной колонны.

В еще одном способе, более полно раскрытом в заявке на патент США №09/879252 (Conti), предназначенном для уменьшения или минимизации влияния обсадной колонны на результаты измерений формации, используют несколько приемников, из которых первый приемник конкретно настроен почти исключительно на магнитное поле, наводимое в обсаженной скважине. Второй приемник обнаруживает все магнитное поле, включая поле, наводимое в формации и в обсаженной скважине. Результат измерения первым приемником используют для коррекции результатов измерений вторым и другими приемниками.

В случае обобщенного подхода предполагается, что связь между данными, обусловленными обсадной колонной, и истинными данными может быть представлена в виде

где

представляет собой матрицу магнитных полей в обсадной колонне как функцию источника s и приемника r, а

представляет собой магнитное поле в необсаженной скважине;

представляют собой коэффициенты для обсадной колонны возле источника и

представляют собой коэффициенты для обсадной колонны возле приемника.

Предполагается, что процесс вдоль скважины непрерывный и что Н_с и Н являются комплексными функциями s и r. В случае, когда С ₁ и С₂ непрерывные функции обсадной колонны, уравнение (6) может быть перезаписано в виде

Для удаления коэффициентов для обсадной колонны прологарифмируем обе части уравнения для получения

Члены, обусловленные обсадной колонной, могут быть исключены путем взятия производных по r и s для получения

Уравнением (13) отношение представлено в области Н, но оно является простой производной в логарифмической области. В тех случаях, когда используются два места (s ₁ и s₂) расположения источника/излучателя и два местоположения (r₁ и r ₂) приемника, показанных на фиг.3, цифровую форму уравнения (13) можно записать в виде

где =log(H_c).

Н характеризует новый массив данных, который не зависит от обсадной колонны и поэтому может быть использован для восстановления геометрии скважины с приемником. Отметим, что для вычисления искомой величины из уравнения (13) необходимо иметь два различных местоположения источника и приемника вдоль ствола скважины. Предпочтительно, чтобы расстояние D между двумя местоположениями при измерениях, (s₂-s₁) или (r ₂-r₁), составляло, например, 5% расстояния между скважинами с излучателем и с приемником. Зная Н _с (исследуемое поле) и D, можем найти новый массив Н данных. В общем случае Н зависит от геометрии системы наблюдения и от удельной проводимости формации

Поэтому из массива H данных можно определить как геометрию, так и удельную проводимость. Однако попытка определения из уравнения (15) как геометрии, так и удельной проводимости может привести к математической неустойчивости. Вместо этого, используя данные индукционного каротажа, можно с достаточным основанием задать значение проводимости. Более существенно то, что на низких частотах влияние удельной проводимости на данные намного меньше, чем влияние геометрии. Поэтому в случае заданной удельной проводимости можно записать следующую целевую функцию

где H^obs - полевые данные; а

H(x_r,y_r,z _r) - эталонная характеристика, которая может быть вычислена на основании заданной удельной проводимости формации и параметров геометрии.

Используя для решения уравнения (6) известный математический метод наименьших квадратов, можно найти положения приемника, при которых целевая функция минимизируется. Поскольку целевая функция из уравнения (16) зависит от (x, y, z), результатом обращения будут оптимальные значения (x, y, z), при которых минимизируется уравнение (16). В свою очередь, каждое значение r и s в уравнении (14) определяется координатой (x, y, z). Приняв положение передатчика, или положение s, за опорную точку, из решения уравнения (16) можно определить места расположения приемника, r.

Отметим, что при отсутствии априорной информации об удельной проводимости формации уравнение (16) все же может быть решено как для геометрии, так и для удельной проводимости формации при использовании данных на одной частоте. Как упоминалось выше, в случае сбора низкочастотных данных уравнение (16) не зависит от удельной проводимости формации, и геометрия может быть получена описанным прямым способом. С другой стороны, в случае высокочастотных данных геометрия и удельная проводимость связаны и трудно разделить два эффекта.

Применительно к случаю использования высоких частот один вариант осуществления относится к сбору данных на двух частотах, на одной высокой частоте (несколько сотен герц) и на одной низкой частоте (десятки герц). Как упоминалось выше, низкочастотные данные больше зависят от геометрии, меньше от удельной проводимости формации, и это означает, что мы можем задать соответствующее значение удельной проводимости формации на основе другой геологической/геофизической информации. Даже если это заданное значение не является точным, мы все же можем точно найти геометрию, используя низкочастотные данные. После того как геометрия определена, оценка удельной проводимости формации из уравнения (16) становится простой задачей обращения, решаемой при использовании высокочастотных данных.

Отметим, что уравнение (16) может быть использовано для случая одной скважины. То есть геометрию ствола скважины исследуют в одной обсаженной скважине, используя многочисленные приемники и излучатели. В случае одной скважины типичная конфигурация представляет собой многочисленные приемники и излучатели в одном скважинном устройстве. Обратимся к фиг.4, где излучатели 54 и 60 и приемники 56 и 58 представляют собой части одного и того же скважинного устройства 52. В случае односкважинной конфигурации неподвижный приемник непригоден. Вместо этого измерения осуществляют вдоль ствола скважины, например в точках s₁ и s ₂. Поправка за влияние обсадной колонны может быть сделана одним или несколькими указанными выше способами, например способом отношения. Те же самые соображения, например относительно расстояния между местами измерений, рассмотренные выше относительно межскважинного случая, равным образом применимы к односкважинному случаю. Например, хотя режим работы и конфигурация скважинного устройства могут быть различными, приемлемые результаты получаются при разнесении излучателя и приемника на расстояние от 2 до 50 м и рабочей частоте, равной нескольким килогерцам. Далее, хотя на практике приемник в большинстве случаев обычно расположен ниже излучателя, местоположения излучателя и приемника можно изменять, если расстояние между ними известно или может быть обоснованно аппроксимировано. И на этот раз, зная координаты опорной точки (например, в верхней части скважины), можно определить абсолютные координаты вдоль скважины.

Теперь обратимся к фиг.5, на которой показана рабочая диаграмма примерного процесса, предназначенного для определения геометрии обсаженной скважины. Сначала на этапе 500 по меньшей мере один излучатель опускают в первую скважину. В соответствии с одним вариантом осуществления излучатель опускают до самой нижней точки желаемой глубины исследования. На этапе 502 по меньшей мере один приемник опускают во вторую скважину. В односкважинной конфигурации один излучатель и два приемника опускают в одну и ту же скважину. Как упоминалось выше, конфигурация излучатель/приемник может быть изменена в соответствии с используемым способом поправки за влияние обсадной колонны. Например, способ отношения для поправки за влияние обсадной колонны может быть осуществлен в случае, когда два или более измерений проводят при одних и тех же положениях излучателей. В соответствии с одним вариантом осуществления во второй скважине используют до четырех приемников, тогда как в первой скважине используют единственный излучатель. В соответствии с другим вариантом осуществления в первой скважине могут быть использованы многочисленные излучатели для одновременного излучения к многочисленным приемникам во второй скважине.

В продолжение процесса на этапе 504 излучают низкочастотное электромагнитное поле, в то время как скважинное устройство перемещают к верху ствола скважины от нижней точки исследования. Излучение может осуществляться непрерывно по мере того, как скважинное устройство перемещают вверх, или может осуществляться в дискретные моменты времени, синхронизированные для обеспечения возможности приема посредством приемника или приемников. Низкочастотные электромагнитные поля используют для минимизации влияния свойств формации на результаты получаемых измерений. При низкочастотных электромагнитных полях обеспечивается намного большее влияние относительной геометрии многочисленных скважины на данные, чем влияние свойств формации, например удельного сопротивления формации. Кроме того, если свойства формации известны, например, из приемлемого приближения удельной проводимости, то эти данные могут быть использованы для повышения точности данных, получаемых посредством приемников.

На этапе 506 посредством приемников проводят одновременные измерения в дискретные моменты времени по мере того, как излучатель перемещают к верху ствола скважины. Поскольку измерения осуществляют непрерывно, это является гарантией того, что различные измерения, осуществляемые на каждом приемнике, проводятся при одних и тех же положениях излучателя. Данные, принимаемые посредством приемников, включают в себя амплитуду и фазу электромагнитного отклика на излученное поле. Во время этих первоначальных этапов места расположения приемников оставляют неизменными, тогда как место нахождения передатчика перемещают кверху. После прохождения передатчиком интервала исследования процесс повторяют с приемниками в новом местоположении во второй скважине, а передатчик снова перемещают на протяжении всего интервала исследования. Процесс замыкается между этапами 500 и 508 до тех пор, пока приемниками не будет охвачена требуемая глубина исследования во второй скважине. В качестве альтернативы процесс замыкается до тех пор, пока не будет получено достаточное количество данных для вычисления геометрии второй скважины (скважины с приемниками) в пределах предварительно заданного предела точности. В частности, для получения геометрии скважины нет необходимости проводить измерения в каждой точке внутри второй скважины. Вместо этого для экстраполяции всего расстояния исследования можно использовать дискретный ряд точек данных. Поэтому число необходимых положений приемников или проходов излучателя зависит от требуемой точности отображения скважины.

После получения данных на этапе 510 для исключения влияния обсадной колонны применяют способ поправки за влияние обсадной колонны. Как упоминалось, это может быть сделано рядом известных способов, включая использование отношения результатов измерений, использование дополнительных приемников, настроенных на измерение только характеристики электромагнитного поля обсадной колонны, и способов моделирования на базе программного обеспечения. Концептуально после введения поправки за влияние обсадной колонны данные уже будут походить на данные, которые следует ожидать в случае выполнения процесса в необсаженных скважинах. Поэтому в этом месте полученное магнитное поле математически может быть представлено как функция формации и геометрии исследования

где - удельная проводимость формации; и

(x, y, z) - местоположение приемника, посредством которого осуществляют измерение электромагнитного поля, по отношению к местоположению излучателя.

Как упоминалось, в случае низкочастотных электромагнитных полей будут создаваться очень небольшие вторичные наведенные поля, обусловленные свойствами формации. Поэтому их влияние на измеряемые поля можно по существу игнорировать. С другой стороны, измеряемые поля сильно зависят от расстояния между излучателем и приемником. Фактически, электромагнитные поля, создаваемые излучателем, пропорциональны 1/r³, где r - расстояние между излучателем и приемником. Очевидно, что эффекты геометрии определяют результаты измерений электромагнитного поля.

Левая часть уравнения (17) получена с помощью процесса введения поправки за влияние обсадной колонны, упомянутого выше. Если исходить из данных с поправкой за влияние обсадной колонны, полученных на основе уравнения (17), то в случае измерений низкочастотного электромагнитного поля данные зависят главным образом от геометрии исследования. На основании этого можно образовать целевую функцию, которая включает в себя данные наблюдений с поправкой за влияние обсадной колонны и моделируемую характеристику. Модельную характеристику получают из уравнений Максвелла, использование которых позволяет вычислять электромагнитные поля на основании удельной проводимости формации и геометрии обзора. Удельную проводимость можно задать, но необходимо изменять геометрию (x, y, z) для согласования модельной характеристики с наблюдаемыми данными. Это осуществляют с помощью процесса обращения на этапе 512. При обращении используют известный метод наименьших квадратов для получения местоположения приемника для каждого набора положений излучателя. На этапе 530 в результате обращения получают координаты x, y и z. Данные (x, y, z) отражают местоположение приемника при каждом измерении относительно излучателя при том же самом измерении. Это означает, что во время процесса местоположение излучателя используют в качестве опорного местоположения. Все значения (x, y, z) в скважине с приемником определяют относительно соответствующих значений (x₀, y ₀, z₀) в скважине с излучателем. Если приемлемая оценка местоположения излучателя известна (например, с помощью гироскопа или способа определения местоположения, например, с помощью скважинного прибора для измерения глубины), то ее можно использовать на этапе 532 для определения действительных местоположений приемника при измерениях.

Теперь обратимся к фиг.6A и 6B, где показаны примерные выходные данные координат x и z из отображения геометрии ствола скважины. Координаты x отражают горизонтальное положение приемника вдоль оси, параллельной скважине с излучателем. Координаты z отражают вертикальное положение, или глубину, приемника внутри скважины. Как рассматривалось выше, действительная геометрия ствола скважины может быть получена на основании знания или наиболее приемлемого задания местоположения излучателя или в качестве альтернативы геометрии ствола скважины, в которой размещен излучатель. Кроме того, хотя координата y не показана, но координата y отображает местоположение по горизонтали приемника вдоль оси, перпендикулярной к стволу скважины с излучателем.

Найденные координаты показаны рядом с полевыми координатами, которые приняты на основе наилучшей доступной информации. Как можно видеть, найденные координаты, полученные при использовании раскрытых способов, обеспечивают повышенное разрешение. Например, полевые координаты для данных вдоль оси x предполагаются постоянными. Это означает, что исследуемая скважина исходно предполагается параллельной скважине с излучателем. Однако из найденных координат следует, что исследуемая скважина ближе к скважине с излучателем при нескольких первых и нескольких последних положениях приемника, чем при средних положениях приемника. Кроме того, из найденных координат z, или глубины, следует, что в каждом местоположении приемник находится на глубине, несколько меньшей прогнозируемой. Такие точные данные о глубине могут быть очень важными при осуществлении некоторых скважинных работ, таких как перфорирование или прецизионные оценочные измерения формации.

Хотя изобретение было описано применительно к ограниченному числу вариантов осуществления, специалистам в области техники, к которой относится изобретение, получающим преимущество от этого раскрытия, должно быть понятно, что могут быть разработаны другие варианты осуществления, которые не выходят из объема изобретения, раскрытого в настоящей заявке. Поэтому объем изобретения должен ограничиваться только приложенной формулой изобретения.