СПОСОБ УСТРАНЕНИЯ ВЛИЯНИЯ ПРИЛЕГАЮЩИХ СЛОЕВ (ВАРИАНТЫ)
METHOD FOR EXCLUDING EFFECT OF ASSOCIATED FORMATIONS (VERSIONS)

По этой заявке испрашивается приоритет по дате подачи предварительной заявки на патент США №60/672,302 18 апреля 2005 г., раскрытие которой включено в описание в качестве ссылки.
Область изобретения
Варианты осуществления различных технологий, описанных здесь, в основном относятся к интерпретации данных, полученных с помощью скважинных каротажных зондов.
Описание предшествующего уровня техники
Следующие описания и примеры не признаны предшествующим уровнем техники в силу своего включения в этот раздел.
Определение пористости и содержание флюидов в подземной формации являются критическими элементами при максимизации эффективности разведки нефти, газа и воды (флюидов формации). В целях улучшения операций разведки флюидов формации, бурения и добычи может быть необходимым собирать как можно больше информации о свойствах подземных формаций, так же как и об окружающей среде, в которой осуществляется бурение.
Сбор скважинной информации, также упомянутый как каротаж, может быть реализован разными методами. Каротажный зонд, имеющий источники и датчики для измерения различных параметров, может быть спущен в скважину на конце кабеля или проводной линии связи. Кабель, который может быть присоединен к мобильному обрабатывающему центру на поверхности, является средством, с помощью которого данные параметров передаются на поверхность. С помощью этого типа «канатного» каротажа становится возможным измерять параметры скважины и формации как функцию от глубины, т.е. во время перемещения зонда вдоль скважины.
Усовершенствованным методом канатного каротажа является сбор данных в скважинных условиях во время процесса бурения. Собирая и обрабатывая такую информацию во время процесса бурения, бурильщик может модифицировать или корректировать ключевые этапы операции для оптимизации производительности и для избежания финансовых потерь из-за повреждения скважины, такого как обвал или утечка флюида. Информация о формации, собранная во время бурения, также стремится подвергаться меньшему влиянию из-за процессов проникновения буровых флюидов («буровых растворов») или других нежелательных влияний как результата проникновения скважины и, таким образом, является более близкой к свойствам неразработанной формации.
Схемы сбора данных о скважинных условиях и о перемещении бурового снаряда во время операции бурения могут быть известны как скважинные исследования во время бурения (MWD). Подобные методы, сфокусированные больше на измерении параметров формации, чем на перемещении бурового снаряда, могут быть известны как каротаж во время бурения (LWD). Однако термины MWD и LWD часто используются заменяя друг друга, и использование здесь обоих терминов включает в себя сбор как информации о формации и скважине, так и данных о перемещении бурового снаряда. Другие каротажные операции могут быть выполнены с использованием гибких насосно-компрессорных труб, тросов для работы в скважинах, измерения во время спускоподъемных операций и приложений постоянного контроля, известных в данной области техники.
MWD или LWD каротажные зонды могут обеспечивать обширный набор измерений, который содержит полезную информацию о земных формациях и параметры окружающей среды. В большинстве случаев необходима интерпретация информации для извлечения полезной информации. Исходные данные могут быть искажены в различной степени такими влияниями, как скважинные влияния, эксцентричность зонда, инвазия, анизотропия, влияния прилегающих слоев и тому подобное.
Прилегающие слои относятся к слоям формации над или под слоем, измеряемым каротажным зондом. Термин, в частности, используется в каротаже удельного сопротивления для описания слоев над и под формацией. Некоторые зонды удельного сопротивления, такие как индукционные и волновые зонды, могут распознавать слои, расположенные на десятки футов от точки измерения, и могут испытывать существенное искажение со стороны прилегающих слоев, даже если коллектор является мощным.
Известные методики уменьшения отрицательных влияний прилегающих слоев в земной формации включают в себя коррекцию на основании справочных материалов или определенные методики обратного моделирования. Например, как описано в патенте США №6,430,509, некоторые известные методики включают в себя получение модели земных формаций, в частности, путем вычисления двумерных показаний зонда и определения того, соответствуют ли двумерные показания зонда данным натурных измерений, полученным от зонда. Однако такая методика может привести к некоторым неточностям, поскольку полученная модель земных формаций может неточно отражать данные других измерений свойств формации, и формирование модели земной формации может начаться в такой начальной точке, которая приведет к неправильному окончательному решению.
Сущность изобретения
Описанное здесь является вариантами осуществления различных технологий для устранения влияний прилегающих слоев из измерений земных формаций, выполненных в скважине. В одном варианте осуществления предложен способ устранения влияний прилегающих слоев из измерений земной формации, выполненных в скважине, причем измерения содержат одно или более из данных нейтронного каротажа, гамма-лучевых данных, сейсмических данных, данных ядерного магнитного резонанса, электромагнитных волн, индукции, или данных диэлектрической проницаемости, или акустических данных, полученных одним или более скважинными зондами, причем способ содержит этапы, на которых выполняют с помощью процессора программные инструкции, выполненные с возможностью получения измерений и построения слоистой модели земной формации, где каждый слой имеет набор параметров, соответствующих одному или более типам полученных измерений, приписываемых каждому слою, так что набор параметров определяет пространство параметров для слоистой модели; разделения пространства параметров на подпространства на основании соотношений между параметрами; выбора из подпространств одной или более начальных точек; минимизации функции стоимости с использованием одной или более начальных точек для генерации одного или более вариантов решений, в которых устранено влияние прилегающих слоев; и выбора окончательного решения из одного или более вариантов решений.
В другом варианте осуществления изобретения предложен способ устранения влияния прилегающих слоев из измерений земной формации, выполненных в скважине, причем измерения содержат одно или более из данных нейтронного каротажа, гамма-лучевых данных, сейсмических данных, данных ядерного магнитного резонанса, электромагнитных волн, индукции, или данных диэлектрической проницаемости, или акустических данных, полученных одним или более скважинными зондами, причем способ содержит этапы, на которых: выполняют с помощью процессора программные инструкции, выполненные с возможностью: получения измерений; создания слоистой модели земной формации, в которой каждый слой имеет пять параметров, соответствующих одному или более типам полученных измерений, приписываемых каждому слою, так что пять параметров определяют пятимерное пространство параметров для слоистой модели; разделения пятимерного пространства параметров на подпространства на основании соотношений между пятью параметрами; выбора из подпространств одной или более начальных точек; минимизации функции стоимости с использованием одной или более начальных точек для генерации одного или более вариантов решений, в которых устранено влияние прилегающих слоев; и выбора окончательного решения из одного или более вариантов решений.
Еще в одном варианте выполнения изобретения предложен способ устранения влияния прилегающих слоев из измерений земной формации, выполненных в скважине, причем измерения содержат одно или более из данных нейтронного каротажа, гамма-лучевых данных, сейсмических данных, данных ядерного магнитного резонанса, электромагнитных волн, индукции, или данных диэлектрической проницаемости, или акустических данных, полученных одним или более скважинными зондами, причем способ содержит этапы, на которых: выполняют с помощью процессора программные инструкции, выполненные с возможностью: получения измерений; создания слоистой модели земной формации, в которой каждый слой имеет шесть параметров, соответствующих одному или более типам полученных измерений, приписываемых каждому слою, так что шесть параметров определяют шестимерное пространство параметров для слоистой модели; разделения шестимерного пространства параметров на подпространства на основании отношений между шестью параметрами; выбора из подпространств одной или более начальных точек; минимизации функции стоимости с использованием одной или более начальных точек для генерации одного или более вариантов решений, в которых устранено влияние прилегающих слоев; и выбора окончательного решения из одного или более вариантов решений.
Заявленный объект изобретения не ограничен вариантами осуществления, что решает любые или все отмеченные недостатки. Более того, раздел описания сущности изобретения представлен для ознакомления с некоторыми концепциями в упрощенной форме, которые будут дополнительно описаны ниже в разделе подробного описания. Раздел описания сущности изобретения не предназначен ни для идентификации ключевых признаков или существенных признаков заявленного объекта изобретения, ни для использования для ограничения объема заявленного объекта изобретения.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления различных аспектов изобретения будут описаны далее со ссылкой на сопровождающие чертежи. Следует понимать, однако, что сопровождающие чертежи иллюстрируют только различные варианты осуществления, описанные здесь и не предназначенные для ограничения объема описанных здесь различных аспектов изобретения.
Фиг.1 иллюстрирует буровую среду, которая может быть использована в соединении с различными вариантами осуществления этих технологий.
Фиг.2 иллюстрирует блок-схему способа для устранения влияний прилегающих слоев в соответствии с вариантами осуществления описанных здесь различных технологий.
Фиг.3А иллюстрирует модель земной формации, имеющую множество слоев, и фиг.3В показывает эффективное представление этой модели с использованием трех слоев в соответствии с вариантами осуществления описанных здесь различных технологий.
Фиг.4А иллюстрирует пример влияний прилегающих слоев на различных резистивных кривых фазового сдвига и затухание для разных расстояний между передатчиком и приемником.
Фиг.4В иллюстрирует пример устранения влияний прилегающих слоев из диаграммы на фиг.4А, основанного на вариантах осуществления описанных здесь различных технологий.
Фиг.5 иллюстрирует примеры графиков затухания и фазового сдвига, в которых сравнение выполнено между теоретической дипольной моделью, моделью на основе метода конечных элементов, представляющей измерения зонда, и эквивалентным дипольным измерением, скорректированным с помощью отображающей функции «конечный элемент - диполь».
Фиг.6 иллюстрирует двухмерный пример разделенного пространства параметров, основанного на соотношениях удельных сопротивлений между двумя слоями формации.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Будучи здесь использованными, термины «верх» и «низ», «верхний» и «нижний», «вверху» и «внизу», «ниже» и «выше» и другие подобные термины, обозначающие относительное положение выше или ниже заданной точки или элемента, могут быть использованы в соединении с некоторыми вариантами осуществления описанных здесь различных технологий. Однако применительно к оборудованию и способам для использования в скважинах, которые являются наклонными или горизонтальными, или применительно к оборудованию или способам, которые размещены в скважине наклонно или горизонтально, такие термины могут означать слева направо, справа налево или другие подходящие отношения.
Варианты осуществления описанных здесь различных технологий направлены на устранение влияний прилегающих слоев из измерений земной формации. Фиг.1 иллюстрирует буровую среду 100, которая может быть использована в соединении с различными вариантами осуществления этих технологий. В одном варианте осуществления буровая среда 100 может включать в себя буровую вышку 10, расположенную над скважиной 11. Буровой снаряд, который может включать в себя бурильную колонну 12 и бурильную коронку 15, присоединенную к нижнему концу бурильной колонны 12, может быть размещен в скважине 11. Бурильная колонна 12 и бурильная коронка 15 могут вращаться ведущей бурильной трубой 17, присоединенной к верхнему концу бурильной колонны 12. Ведущая бурильная труба 17 может вращаться средством в соединении с буровым ротором 16, расположенным на буровой вышке 10. Ведущая бурильная труба 17 и бурильная колонна 12 могут быть подвешены на крюке 18, соединенном с ведущей бурильной трубой 17 посредством вращающегося вертлюжного соединения 19.
Буровой флюид может храниться в колодце 27 и может закачиваться через центр бурильной колонны 12 буровым насосом 29 для протекания вниз (показано стрелкой 9). После циркуляции через бурильную коронку 15 буровой флюид может циркулировать вверх (показано стрелкой 32) через кольцеобразный зазор между скважиной 11 и бурильной колонной 12. Протекание бурового раствора обеспечивает смазку и охлаждение буровой коронки 15 и поднятие бурового шлама, созданного буровой коронкой 15, на поверхность для сбора и размещения.
Оборудование 110 низа бурильной колонны может быть подсоединено к бурильной колонне 12. Оборудование 110 низа бурильной колонны может включать в себя стабилизатор 140 и воротник 130 бура, который может быть подсоединен к локальному измерительному устройству 120. Оборудование 110 низа бурильной колонны может включать в себя антенну 125 для электромагнитной связи с локальным измерительным устройством 120. Оборудование 110 низа бурильной колонны может также включать в себя коммуникационную систему 150, такую как телеметрическая система модуляции давления (пульсации бурового раствора). Телеметрия модуляции давления может включать в себя различные средства для избирательной модуляции потока (и следовательно, давления) бурового раствора. Бурильная колонна также может содержать проводные бурильные трубы, которые поддерживают высокоскоростную телеметрию между поверхностью и скважинными зондами.
Преобразователь 31, расположенный на поверхности земли, может быть сконфигурирован для обнаружения изменений давления и передачи сигналов принимающей декодирующей системе 90 для демодуляции и интерпретации. Демодулированные сигналы могут быть направлены в процессор 85 и записывающему устройству 45 для дальнейшей обработки. Оборудование на поверхности может опционально включать в себя передающую подсистему 95, которая может включать в себя передатчик модуляции давления (не показан), который может модулировать давление бурового раствора, циркулирующего вниз для передачи управляющих сигналов оборудованию 110 низа бурильной колонны. Следует понимать, что телеметрия бурового раствора, описанная выше, является одним примером средства связи. Могут использоваться и другие телеметрические системы, известные в данной области техники.
Коммуникационная система 150 может также включать в себя различные типы процессоров и контроллеров (не показаны) для управления работой датчиков, расположенных в ней, для передачи командных сигналов локальному измерительному устройству 120 и для приема и обработки измерений, переданных от локального измерительного устройства 120. Датчики в оборудовании 110 низа бурильной колонны и/или системе 150 связи могут включать в себя магнетометры, акселерометры и тому подобное.
Различные инструменты, расположенные в оборудовании 110 низа бурильной колонны, коммуникационная система 150 и локальное измерительное устройство 120 могут быть упомянуты все вместе как зонд для каротажа во время бурения (LWD) или зонд для измерения во время бурения (MWD). Оборудование 110 низа бурильной колонны, процессор 85 и/или коммуникационная система 150 могут включать в себя различные формы устройства хранения данных или памяти, которые могут хранить измерения, выполненные любыми или всеми датчиками, включая датчики, расположенные в локальном измерительном устройстве 120, для дальнейшей обработки после того, как бурильная колонна 12 удалена из скважины 11. В одном варианте осуществления LWD и MWD зонды могут быть каротажным зондом для измерения удельного сопротивления. Как таковые, оборудование 110 низа бурильной колонны, коммуникационная система 150 и локальное измерительное устройство 120 могут использоваться для получения данных каротажа, которые могут включать в себя данные фазового сдвига и затухания, полученные от различных приемо-передающих пар и на множестве частот. Такие данные могут быть переданы на поверхность, пока LWD или MWD зонд находится в скважине, или сохранены в LWD или MWD зонде для последующего считывания. Будучи один раз полученными, данные каротажа могут быть скорректированы с учетом влияния прилегающих слоев в соответствии с вариантами осуществления описанных здесь различных технологий, как описано в следующих параграфах.
В отличие от ситуации с вертикальной скважиной, в которой корректировки могут быть выполнены в центре местоположения слоя с учетом известности толщины и удельного сопротивления прилегающих слоев, влияние прилегающих слоев в горизонтальных скважинах ставит уникальную задачу перед алгоритмами инверсии. Исследуемая формация может состоять из слоистых структур, и, как результат, много слоев формации, окружающих скважину, могут вносить вклад в измерения зонда. Следовательно, количество неизвестных может далеко превосходить количество независимых измерений, приводя к некорректно поставленной задаче.
Фиг.2 иллюстрирует блок-схему способа 200 для устранения влияния прилегающих слоев в соответствии с вариантами осуществления описанных здесь различных технологий. На этапе 210 данные каротажа принимаются в качестве входных данных пользователя. В одном варианте осуществления данные каротажа могут включать в себя измерения прохождения сигналов, такие как измерение фазового сдвига и затухания. В качестве примера в одном варианте осуществления LWD зонда примерно десять измерений фазового сдвига и затухания могут быть приняты для каждой частоты, используемой для получения измерений. Несмотря на то что различные варианты осуществления описаны здесь со ссылкой на десять измерений фазового сдвига и затухания, следует понимать, что некоторые варианты осуществления могут использовать меньше или больше чем 10 измерений фазового сдвига и затухания. Несмотря на то что обычно используется множество частот, данные фазового сдвига и затухания могут быть измерены, например, на частоте примерно 2 МГц. Несмотря на то что данные фазового сдвига и затухания могут быть описаны здесь как измеряемые на частоте примерно 2 МГц, следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления данные фазового сдвига и затухания могут быть измерены на любой частоте в диапазоне от примерно 1 кГц до примерно 2 ГГц. В дополнение к данным фазового сдвига и затухания может быть включен и угол наклона в качестве входных данных пользователя. Дополнительно, несмотря на то что различные варианты осуществления описаны здесь со ссылкой на измерения фазового сдвига и затухания, следует понимать, что некоторые варианты осуществления могут использовать и другие типы каротажных данных, таких как данные нейтронного каротажа, гамма-лучевые данные, сейсмические данные, данные ядерного магнитного резонанса, электромагнитных волн, индукции и данные диэлектрической проницаемости, акустические данные и тому подобное.
Фиг.3А показывает многослойную модель земной формации. В общих словах, может быть m слоев над слоем, в котором производятся измерения, и n слоев под этим слоем, где m и n являются неотрицательными целыми числами. Объем настоящего изобретения включает в себя такие модели формации, и вклад каждого слоя во влияние прилегающих слоев может быть учтен и устранен. Для простоты обсуждения нижеприведенное описание посвящено трехслойной репрезентативной модели, как показано на фиг.3В. В дополнение описание относится к зонду каротажа сопротивления, такому как каротажный зонд для измерения удельного сопротивления, в котором характерные параметры включают в себя удельное сопротивление и различные расстояния от зонда до конкретных границ, но изобретение не ограничено ни такими трехслойными моделями, ни только зондами удельного сопротивления и связанными с ними параметрами.
u
1
u
1
u
1
На этапе 220 для исследуемой формации создается трехслойная модель земной формации. Фиг.3В иллюстрирует трехслойную модель 300 земной формации в соответствии с вариантами осуществления описанных здесь различных технологий. В одном варианте осуществления трехслойная модель 300 земной формации включает в себя слой 310 формации, данные фазового сдвига и затухания которого измерены, т.е. зонд каротажа сопротивления может быть размещен внутри слоя 310 формации. Слой 310 формации может иметь удельное сопротивление R. Трехслойная модель 300 может дополнительно включать в себя верхний слой 320 формации, который может быть сконфигурирован для представления одного или более слоев формации над слоем 310 формации. На фиг.3В верхний слой 320 формации изображен как репрезентативные слои 340, 342 и 344 формации, каждый из которых имеет удельное сопротивление R1, R2 и R3 соответственно. Как таковой, верхний слой 320 формации имеет эффективное удельное сопротивление Ru. Таким образом, слои формации над слоем 310 формации могут быть аппроксимированы как один эффективный слой. Трехслойная модель 300 может дополнительно содержать нижний слой 330 формации, который может быть сконфигурирован, чтобы представлять один или более слоев формации под слоем 310 формации. На фиг.3В нижний слой 330 формации изображен как репрезентативные слои 350, 352 и 354 формации, каждый из которых имеет удельное сопротивление R4, R5 и R6 соответственно. Как таковой, нижний слой 330 формации имеет эффективное удельное сопротивление R1. Таким образом, слои формации под слоем 310 формации могут быть аппроксимированы как один эффективный слой. В одном варианте осуществления и верхний слой 320 формации, и нижний слой 330 формации могут быть промежуточными. Верхний слой 320 формации может быть также упомянут как верхнее плечо слоя 310 формации, и нижний слой 330 формации может быть также упомянут как нижнее плечо слоя 310 формации. Слой 310 формации может также включать в себя Н, которое относится к расстоянию от зонда до верхней границы, и H, которое относится к расстоянию от зонда до нижней границы. Таким образом, исследуемая формация, имеющая много слоев и удельных сопротивлений, может быть упрощена до трехслойной модели только с пятью неизвестными параметрами: R, R, R, Н и H. Как таковая, трехслойная модель может включать в себя пространство параметров, определенное пятью неизвестными параметрами. Такое пространство параметров может быть упомянуто как пятимерное пространство.
Несмотря на то что различные варианты осуществления описаны здесь со ссылкой на трехслойную модель, следует понимать, что некоторые варианты осуществления могут использовать двухслойную модель, имеющую только одну границу, разделяющую два полупространства. Измерительный зонд может быть расположен в одном из полупространств. Двухслойная модель может быть применима там, где слой формации, в котором расположен измерительный зонд, является относительно мощным, и измерительный зонд расположен близко к одной из границ, допускающий, таким образом, рассмотрение по существу только одной границы, т.е. измерения могут быть чувствительны только к одному прилегающему слою. Некоторые варианты осуществления могут использовать гомогенную модель, т.е. однослойную модель без влияния прилегающих слоев.
Для того чтобы найти трехслойную модель, которая генерирует отклики зонда, которые совпадают с измеренными каротажными данными, применяется способ инверсии, который является хорошо известным в данной области техники. Общим для всех нетривиальных проблем инверсии является то, что основным препятствием для нахождения правильного решения являются локальные минимумы. Выбор как можно большего количества начальных точек может увеличить вероятность нахождения правильного решения. Однако обеспечение слишком большого количества начальных точек для выполнения инверсии может излишне увеличить количество вычислений. Соответственно, варианты осуществления описанных здесь различных технологий посвящены созданию исходных начальных точек так, чтобы они оптимальным образом покрывали все возможные соотношения между неизвестными параметрами.
u
1
На этапе 230 пространство параметров в трехслойной модели может быть разделено на подпространства на основании всех возможных отношений между выбранными параметрами: в этом примере удельные сопротивления каждого слоя. На основании R, R, R трехслойная модель может быть сконфигурирована для четырех отношений удельных сопротивлений, которые показаны ниже.
u
1
1) Удельное сопротивление слоя 310 формации больше, чем удельное сопротивление и верхнего слоя 320 формации, и нижнего слоя 330 формации, т.е. R>R и R>R.
u
1
2) Удельное сопротивление слоя 310 формации меньше, чем удельное сопротивление и верхнего слоя 320 формации, и нижнего слоя 330 формации, т.е. R<R и R<R.
u
1
3) Удельное сопротивление слоя 310 формации больше, чем удельное сопротивление верхнего слоя 320 формации, но меньше, чем удельное сопротивление нижнего слоя 330 формации, т.е. R>R и R<R.
u
1
4) Удельное сопротивление слоя 310 формации меньше, чем удельное сопротивление верхнего слоя 320 формации, но больше, чем удельное сопротивление нижнего слоя 330 формации, т.е. R<R и R>R. Поскольку имеются четыре возможных конфигурации отношений удельных сопротивлений, то трехслойная изотропная модель может быть разделена на четыре подпространства. Таблица 1 суммирует отношения удельных сопротивлений для трехслойного изотропного случая.
Таблица 1
Подпространства параметров для трехслойной изотропной модели
№
Отношение к верхнему слою
Отношение к нижнему слою
1
R>R<sub>u</sub>
R>R<sub>1</sub>
2
R<R<sub>u</sub>
R<R<sub>1</sub>
3
R>R<sub>u</sub>
R<R<sub>1</sub>
4
R<R<sub>u</sub>
R>R<sub>1</sub>
u
u
u
u
u
Фиг.6 показывает, как может быть разделено пространство параметров. Упрощенный двумерный случай для двух параметров показывает первый квадрант, разделенный линией R=R. Точки, лежащие выше линии R=R, находятся в подпространстве R<R, и точки, лежащие ниже линии R=R, находятся в подпространстве R>R.
На этапе 240 каждое подпространство может быть дискретизировано на множество ячеек в сетке. Как таковые, ячейки могут также называться точками сетки. Количество ячеек может зависеть от количества значений, выбранных для пяти неизвестных параметров. В одном варианте осуществления каждая ячейка может содержать, например, десять значений фазового сдвига и затухания, которые могут быть рассчитаны на основании выбранных значений параметров для ячейки. Показания зонда, например, в форме фазового сдвига и затухания являются предварительно рассчитанными для каждой ячейки. Сетка может быть также известна как таблица «двух характеристик», поскольку она является таблицей двух характеристик, т.е. фазового сдвига и затухания.
u
1
На этапе 250 для каждого подпространства ячейка, имеющая набор значений фазового сдвига и затухания, близких к измеренным значениям фазового сдвига и затухания, принятыми на этапе 210, выбрана в качестве исходной начальной точки. Например, вследствие эффективного механизма поиска по сетке можно также осуществлять поиск целого подпространства сетки для получения набора параметров (точка сетки в пространстве параметров), которая обеспечивает значения, близкие к принятым измерениям. Поскольку имеются четыре подпространства, то в соответствии с этапом 250 могут быть выбраны четыре исходные начальные точки. Каждая исходная начальная точка может соответствовать пяти значениям параметров для выбранной ячейки в каждом подпространстве. Несмотря на то что различные варианты осуществления описаны здесь со ссылкой на одну исходную начальную точку для каждого подпространства, следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления более чем одна исходная начальная точка может быть создана путем дальнейшего деления расстояния между границами (т.е. Н и H) на две или более группы.
На этапе 260 в процессе инверсии функция стоимости, для которой каждая исходная начальная точка находится в функциональном диапазоне, сгенерирована и локально минимизирована поблизости от каждой начальной точки для генерации множества решений, которые соответствуют локальным минимумам в пространстве параметров трехслойной модели. Выбор формы функции стоимости может изменяться в зависимости от приложения. Общим выбором является сумма квадратов разностей между измеренным и спрогнозированным показанием в пространстве параметров, нормализованная по известной неопределенности измерений. В одном варианте осуществления, поскольку имеется четыре исходные начальные точки, могут быть сгенерированы четыре решения. Каждое решение может иметь пять соответствующих значений параметров. Функция стоимости может быть минимизирована с использованием любого метода минимизации функции стоимости, такой как алгоритм Гаусса-Ньютона, алгоритм Левенберга-Маркварда, симплекс-метод, математический аннилинг (метод модельной «закалки»), поиск по сетке и тому подобного. Следует понимать, что разные алгоритмы могут быть более подходящими в разных ситуациях. Например, алгоритм Левенберга-Маркварда, который является модифицированным алгоритмом Гаусса-Ньютона, может быть эффективным и надежным способом для минимизации неквадратичных целевых функций. После локальной линеаризации целевой функции относительно оцениваемых параметров алгоритм Левенберга-Маркварда может сначала потребовать небольших, но  грубых шагов вдоль направления наискорейшего спуска. Позднее метод может быть переключен на более эффективные квадратичные шаги метода Гаусса-Ньютона при приближении к минимуму.
u
1
На этапе 270 каждое решение может быть сверено с различными ограничениями, накладываемыми исследуемой формацией, которые известны пользователю. Такие ограничения могут включать в себя специфические значения параметров прохождения сигнала или специфические значения для определенных физических характеристик, таких как водонасыщенность. Ограничения могут также задавать диапазон значений параметров прохождения сигнала или диапазон значений для определенных физических характеристик. В одном варианте осуществления ограничения могут включать в себя профиль удельного сопротивления исследуемой формации. Например, пользователю может понадобиться программа инверсии для нахождения наилучшего совпадения с предварительно определенным (например, ступенчатым) профилем удельного сопротивления. В другом варианте осуществления ограничения могут требовать расстояний до границы (т.е. Н и H) решения больше определенного значения, например 1 фут, если скорость изменения кривой удельного сопротивления относительно измеренной глубины является меньше, чем предварительно определенное значение. Ограничения могут дополнительно требовать от решения иметь функцию стоимости, или чтобы ошибка подбора между смоделированным показанием и измеренным была меньше определенного значения. В одном варианте осуществления, если ни одно решение не удовлетворяет ограничениям, то решение может быть выбрано на основании наименьшей ошибки подбора, и может быть установлен флаг, показывающий, что инверсия не соответствует требованиям. Этап 270 может быть повторен для каждого решения до тех пор, пока не будет найдено удовлетворительное решение. Во время каждой итерации каждое решение может быть сверено с разными ограничениями.
u
1
Несмотря на то что варианты осуществления описанных здесь различных технологий ссылаются на изотропные формации, следует понимать, что некоторые варианты осуществления могут быть применены к анизотропным формациям. Возвращаясь к этапу 230, пространство параметров трехслойной модели может быть разделено на подпространства на основании всех возможных отношений между удельными проводимостями. Для анизотропной формации слой 310 формации может иметь одно удельное сопротивление вдоль горизонтальной плоскости Rh и другое удельное сопротивление по вертикальной оси или нормали к горизонтальной плоскости Rv. Слои формации над слоем 310 формации могут быть аппроксимированы как верхний слой 320 формации, имеющий эффективное удельное сопротивление R, и слои формации под слоем 310 формации могут быть аппроксимированы как нижний слой 330 формации, имеющий эффективное удельное сопротивление R. Как таковая, трехслойная модель может быть сконфигурирована на девять отношений удельных сопротивлений, как показано ниже, при допущении, что вертикальное удельное сопротивление Rv больше, чем горизонтальное удельное сопротивление Rh.
u
1
u
1
1) И горизонтальные, и вертикальные удельные сопротивления слоя 310 формации являются большими, чем удельное сопротивление и верхнего слоя 320 формации, и нижнего слоя 330 формации, т.е. Rh>R и Rh>R; Rv>R и Rv>R.
u
1
u
1
2) Горизонтальное удельное сопротивление слоя 310 формации меньше, чем удельное сопротивление и верхнего слоя 320 формации и нижнего слоя 330 формации, и вертикальное удельное сопротивление слоя 310 формации больше, чем удельное сопротивление и верхнего слоя 320 формации, и нижнего слоя 330 формации, т.е. Rh<R и Rh<R; Rv>R и Rv>R.
u
1
u
1
3) И горизонтальные, и вертикальные удельные сопротивления слоя 310 формации являются меньшими, чем удельное сопротивление и верхнего слоя 320 формации, и нижнего слоя 330 формации, т.е. Rh<R и Rh<R; Rv<R и Rv<R.
u
1
u
1
4) Горизонтальное удельное сопротивление слоя 310 формации меньше, чем удельное сопротивление и верхнего слоя 320 формации, и нижнего слоя 330 формации, и вертикальное удельное сопротивление слоя 310 формации больше, чем удельное сопротивление верхнего слоя 320 формации, но меньше, чем удельное сопротивление нижнего слоя 330 формации, т.е. Rh<R и Rh<R; Rv>R и Rv<R.
u
1
u
1
5) Горизонтальное удельное сопротивление слоя 310 формации меньше, чем удельное сопротивление и верхнего слоя 320 формации, и нижнего слоя 330 формации, и вертикальное удельное сопротивление слоя 310 формации меньше, чем удельное сопротивление верхнего слоя 320 формации, но больше, чем удельное сопротивление нижнего слоя 330 формации, т.е. Rh<R и Rh<R; Rv<R и Rv>R.
u
1
u
1
6) Горизонтальное удельное сопротивление слоя 310 формации больше, чем удельное сопротивление верхнего слоя 320 формации, но меньше, чем удельное сопротивление нижнего слоя 330 формации, и вертикальное удельное сопротивление слоя 310 формации больше, чем удельное сопротивление и верхнего слоя 320 формации и нижнего слоя 330 формации, т.е. Rh>R и Rh<R; Rv>R и Rv>R.
u
1
u
1
7) Горизонтальное удельное сопротивление слоя 310 формации больше, чем удельное сопротивление верхнего слоя 320 формации, но меньше, чем удельное сопротивление нижнего слоя 330 формации, и вертикальное удельное сопротивление слоя 310 формации больше, чем удельное сопротивление верхнего слоя 320 формации, но меньше, чем удельное сопротивление нижнего слоя 330 формации, т.е. Rh>R и Rh<R; Rv>R и Rv<R.
u
1
u
1
8) Горизонтальное удельное сопротивление слоя 310 формации меньше, чем удельное сопротивление верхнего слоя 320 формации, но больше, чем удельное сопротивление нижнего слоя 330 формации, и вертикальное удельное сопротивление слоя 310 формации больше, чем удельное сопротивление и верхнего слоя 320 формации, и нижнего слоя 330 формации, т.е. Rh<R и Rh>R; Rv>R и Rv>R.
u
1
u
1
9) Горизонтальное удельное сопротивление слоя 310 формации меньше, чем удельное сопротивление верхнего слоя 320 формации, но больше, чем удельное сопротивление нижнего слоя 330 формации, и вертикальное удельное сопротивление слоя 310 формации меньше, чем удельное сопротивление верхнего слоя 320 формации, но больше, чем удельное сопротивление нижнего слоя 330 формации, т.е. Rh<R и Rh>R; Rv<R и Rv>R. Поскольку имеется девять возможных конфигураций отношений удельных сопротивлений, трехслойная анизотропная модель может быть разделена на девять подпространств. Таблица 2 суммирует отношения удельных сопротивлений для трехслойного анизотропного случая.
Таблица 2
Подпространства параметров для трехслойной анизотропной модели
№
Rh
Rv
1
Rh>R<sub>u</sub>
Rh>R<sub>1</sub>
Rv>R<sub>u</sub>
Rv>R<sub>1</sub>
2
Rh<R<sub>u</sub>
Rh<R<sub>1</sub>
Rv>R<sub>u</sub>
Rv>R<sub>1</sub>
3
Rv<R<sub>u</sub>
Rv<R<sub>1</sub>
4
Rv>R<sub>u</sub>
Rv<R<sub>1</sub>
5
Rv<R<sub>u</sub>
Rv>R<sub>1</sub>
6
Rh>R<sub>u</sub>
Rh<R<sub>1</sub>
Rv>R<sub>u</sub>
Rv>R<sub>1</sub>
7
Rv>R<sub>u</sub>
Rv<R<sub>1</sub>
8
Rh<R<sub>u</sub>
Rh>R<sub>1</sub>
Rv>R<sub>u</sub>
Rv>R<sub>1</sub>
9
Rv<R<sub>u</sub>
Rv>R<sub>1</sub>
u
1
u
1
Возвращаясь к этапу 240, каждое подпространство может быть дискретизировано на множество ячеек на сетке. Количество ячеек может быть основано на количестве значений, выбранных для шести неизвестных параметров Rh, Rv, R, R, Н и H.
u
1
Возвращаясь к этапу 250, для каждого подпространства ячейка, имеющая значения фазового сдвига и затухания, близкие к измерениям фазового сдвига и затухания, принятым на этапе 210, может быть выбрана как исходная начальная точка. В одном варианте осуществления, поскольку имеется девять подпространств, то могут быть выбраны девять исходных начальных точек. Каждая исходная начальная точка может соответствовать шести выбранным значениям параметров для выбранной ячейки в каждом подпространстве. Несмотря на то что различные варианты осуществления описаны здесь со ссылкой на одну исходную начальную точку для каждого подпространства, следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления более чем одна исходная начальная точка может быть создана путем дальнейшего деления расстояния до границы (т.е. Н и H) на две и более группы.
Возвращаясь к этапу 260, функция стоимости для каждой исходной начальной точки может быть минимизирована для генерации решения. В одном варианте осуществления, поскольку имеются девять исходных начальных точек, то могут быть сгенерированы девять решений. Каждое решение может иметь шесть соответствующих значений параметров. Возвращаясь к этапу 270, каждое решение может быть сверено с различными ограничениями, накладываемыми исследуемой формацией, которые известны пользователю.
Вышеуказанным образом варианты осуществления описанных здесь технологий могут быть использованы для устранения влияния прилегающих слоев из измерений удельного сопротивления. Фиг.4А и 4В иллюстрируют пример такого устранения влияния прилегающих слоев из измерений удельного сопротивления. Более конкретно, фиг.4А иллюстрирует набор 2 МГц-вых кривых удельной проводимости, измеренной с использованием матричного LWD зонда каротажа сопротивления в секции скважины с относительным наклоном в 86 градусов. Поляризационные пики 410 и большой разброс кривых хорошо видны на диаграмме. Фиг.4В иллюстрирует кривую удельного сопротивления после устранения влияния прилегающих слоев с использованием различных описанных здесь вариантов осуществления изобретения. Удаление поляризационных пиков 410, так же как и ступенчатой формы в кривой удельного сопротивления, демонстрирует значительное улучшение в диаграмме удельного сопротивления формации.
Обычно интерпретация использует более простую и более эффективную модель, чем полная модель зонда. Например, для электромагнитного зонда для интерпретации чаще всего используется дипольная модель из-за ее простоты и скорости вычислений. Поэтому может понадобиться отобразить измерения исходного зонда в значениях фазового сдвига и затухания последовательно с тем, что даст дипольная модель в этой же формации. Такой процесс способствует более точной оценке формации. Фиг.5 показывает фазовый сдвиг и затухание зонда каротажа сопротивления в двухслойной структуре (от 20 Ом/м до 2 Ом/м) на различных расстояниях от границы. График FEM (метод конечных элементов) представляет измерения зонда (т.е. до отображения), и дипольный график показывает спрогнозированное показание зонда для модели дипольного зонда в этой же формации. График отображения FEM-диполь показывает данные FEM, отображенные в дипольную модель, и представляет показания, которые выдавал бы зонд, если бы он был идеальным диполем. Для того чтобы инверсия давала надежные результаты, фазовый сдвиг и затухание после отображения должны соответствовать показаниям дипольной модели. Таким образом, настоящее изобретение может включать в себя этап, который отображает исходные измерения в эквивалентные значения для вычисления показания зонда. В одном варианте осуществления операция отображения преобразует результаты измерения в набор соответствующих значений, которые могут быть получены, если измерения были сделаны в однородной земной формации.
Варианты осуществления описанных здесь различных технологий могут быть использованы для обработки измерений удельного сопротивления в скважинах с большим углом наклона, горизонтальных скважинах, в скважинах с малым углом наклона и в вертикальных скважинах. Дополнительно варианты осуществления описанных здесь различных технологий могут быть использованы в соединении с различными вариантами осуществления для идентификации и корректировки влияний окружающей среды, описанными в опубликованном патенте США №6,832,159, который включен в настоящее описание в качестве ссылки. Дополнительно различные описанные здесь варианты осуществления могут быть, по желанию, выполнены в скважине (например, в LWD или MWD зонде), на поверхности скважины или в любом удаленном месте.
В дополнение различные описанные здесь технологии могут быть реализованы в инструкциях программ, которые могут быть сохранены на компьютерночитаемом носителе, таком как любая память, ассоциированная с оборудованием 110 низа бурильной колонны, процессор 85 и/или коммуникационная система 150. Такие программные инструкции могут быть выполнены процессором, таким как процессор 85, показанный на фиг.2. Программные инструкции могут быть написаны на компьютерном языке программирования, таком как C++, Java и им подобном. Программные инструкции могут быть «объектным кодом», т.е. в двоичном виде, который выполняется по существу непосредственно компьютером, в «исходном коде», который требует компиляции или интерпретации перед выполнением, или в некоторой промежуточной форме, такой как частично скомпилированный код.
Компьютерночитаемые носители, хранящие программные инструкции, могут включать в себя компьютерные носители хранения и средства связи. Компьютерные носители хранения могут включать в себя непостоянный или постоянный и сменный или не сменный носитель, реализованный любым способом или технологией хранения информации, такой как компьютерночитаемые инструкции, структуры данных, программные модули или другие данные. Компьютерные носители хранения могут дополнительно включать в себя память с произвольным доступом (RAM), память только для чтения (ROM), стираемую программируемую память только для чтения (EPROM), электрически стираемую программируемую память (EEPROM), флэш-память или другую технологию твердотельной памяти, CD-ROM, цифровые диски общего назначения (DVD) или другой оптический носитель, магнитные кассеты, магнитную ленту, хранилища на магнитных дисках или другие магнитные устройства хранения или любой другой носитель, который может быть использован для хранения требуемой информации и к которому процессор может получить доступ. Средства связи могут включать компьютерночитаемые инструкции, структуры данных, программные модули или другие данные в модулированный сигнал данных, такой как несущая волна или другой механизм транспортировки, и могут включать в себя любое средство доставки информации. Термин «модулированный сигнал данных» может означать сигнал, который имеет один или более наборов собственных параметров, или изменяться таким образом, чтобы кодировать информацию в сигнале. В качестве примера, но не в качестве ограничения, средства связи могут включать в себя проводные средства, такие как проводная сеть, или прямое проводное соединение, и беспроводные средства, такие как звуковое, радиочастотное, инфракрасное и другие беспроводные средства. Сочетания любых вышеуказанных средств могут также быть включены в объем компьютерночитаемых носителей.
В то время как вышеизложенное было посвящено вариантам осуществления описанных здесь различных технологий, другие и дополнительные варианты осуществления могут быть разработаны без выхода из базового объема, что может быть определено прилагаемой формулой изобретения. Несмотря на то что объект изобретения был описан на специфическом языке структурных признаков и/или методологических действий, следует понимать, что объект изобретения, определенный в прилагаемой формуле изобретения, не обязательно ограничен описанными выше специфическими признаками или действиями. Точнее, описанные выше специфические признаки и действия раскрыты как примерные формы реализации формулы изобретения.