ОПЕРЕЖАЮЩИЙ ПРОСМОТР ПРИ ПРИМЕНЕНИЯХ ДОЛОТА
FORWARD SCANNING AT BORING CHISEL USE

Область техники
В общем, настоящее изобретение относится к системам, обладающим возможностью выполнения скважинного каротажа.
Предпосылки создания изобретения
При бурении скважин для проведения разведки на нефть и газ понимание структуры и свойств геологического пласта, окружающего ствол скважины, обеспечивает информацию для содействия такой разведке. Однако среда, в которой работают бурильные инструменты, находится на значительном расстоянии от поверхности, и измерения, необходимые для управления работой такого оборудования, выполняют на местах установки оборудования. Каротаж представляет собой процесс выполнения измерений датчиками, расположенными в скважине, которые могут давать ценную информацию относительно характеристик пласта. В способах измерений могут использоваться электромагнитные сигналы, с помощью которых можно выполнять глубинные измерения, на которые меньше влияют ствол скважины и эффекты зоны, охваченной бурением, и малоглубинные измерения вблизи прибора, образующего зондирующие сигналы. Обычно применяемые приборы располагают над буровым двигателем на бурильной колонне и выполняют измерения из пластов, которые уже пройдены буровым долотом. Кроме того, полезность таких измерений может зависеть от точности или качества информации, получаемой в результате таких измерений.
Краткое описание чертежей
На чертежах:3
фиг. 1 - структурная схема примера устройства, имеющего прибор для выполнения измерений перед буровым долотом, согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 2 - действия примера способа опережающего просмотра для применений долота при операции бурения согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 3А и 3В - иллюстрация вычисления сигнала опережающего просмотра согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 4А и 4В - иллюстрация эффекта подавления сигналов из слоев согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 5А и 5В - иллюстрация объединенных геометрических факторов для прибора согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 6 - иллюстрация сочетаний углов наклона, при которых достигается эффект подавления сигналов из слоев для различных углов падения, при этом угол простирания падения выровнен относительно диполей, согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 7 - иллюстрация объединенных геометрических факторов для среды с большой проводимостью согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 8 - иллюстрация геометрических факторов, связанных с двумя различными разнесениями, согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 9А-9С - три примера конфигураций с подавлением сигналов из слоев и соответствующих областей чувствительности согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 10А и 10В - примеры основных конфигураций глубинных измерений и малоглубинных измерений согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 11 - иллюстрация приведенных для сравнения периодического дифференциального измерения и измерения с подавлением сигналов из слоев согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 12 - пример системы регистрации данных согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 13 - действия примера способа вычисления сигнала опережающего просмотра с помощью малоглубинной и глубинной инверсии согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 14 - действия примера способа вычисления сигнала опережающего просмотра при использовании только малоглубинных сигналов согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 15 - пример вычисления сигнала опережающего просмотра с помощью деконволюции согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 16 - пример вычисления свойств глубинного слоя с помощью полной инверсии согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 17 - пример вычисления свойств глубинного слоя с помощью простой инверсии согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 18 - пример вычисления свойств глубинного слоя с помощью инверсии согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 19 - пример диаграммы принятия решения о геонавигации согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 20 - иллюстрация геометрических факторов, связанных с двумя различными расстояниями между излучателем и приемником, согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 21 - иллюстрация некаузального обратного фильтра согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 22 - иллюстрация каузального обратного фильтра согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 23 и 24 - иллюстрация синтетической каротажной диаграммы (на каждой фигуре) при нулевом угле падения и четырех слоях в процессе выполнения инверсии согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 25 - синтетическая каротажная диаграмма с четырьмя слоями в процессе выполнения деконволюции согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 26 и 27 - приведенные для сравнения стандартная конфигурация и конфигурация с подавлением сигналов из слоев для случая большого количества слоев с вариацией удельного сопротивления согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 28А-С - пример ступенчатого отклика и примеры моделей дифференциального сигнала согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 29 - иллюстрация скорректированного за влияние скин-эффекта сигнала для типового случая согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 30А-В - иллюстрация обращенных дальностей до границы и контраста удельной проводимости для типового случая согласно различным вариантам осуществления;
фиг. 31 - структурная схема примера системы для управления активацией компоновки антенн и обработки принимаемых сигналов при опережающем просмотре для применений долота согласно различным вариантам осуществления; и
фиг. 32 - иллюстрация варианта осуществления системы на буровой площадке согласно различным вариантам осуществления.
Подробное описание
Нижеследующее подробное описание связано с сопровождающими чертежами, на которых показаны для иллюстрации, а не для ограничения, различные варианты осуществления, в соответствии с которыми изобретение может быть применено на практике. Эти варианты осуществления описываются достаточно подробно, чтобы дать возможность специалистам в данной области техники применить на практике эти и другие варианты осуществления. Другие варианты осуществления могут использоваться, и структурные, логические и электрические изменения могут быть сделаны к этим вариантам осуществления. Различные варианты осуществления необязательно являются взаимно исключающими, поскольку некоторые варианты осуществления можно объединять с одним или несколькими другими вариантами осуществления для образования новых вариантов осуществления. Поэтому нижеследующее подробное описание не следует рассматривать в ограничительном смысле.
На фиг. 1 показана структурная схема устройства 100 согласно варианту осуществления, имеющего прибор 105 для выполнения измерений перед буровым долотом, который можно использовать для обнаружения сигнала опережающего просмотра и для определения свойств в скважине 102. Прибор 105 может иметь компоновку излучателей и приемников 110-1, 110-2,…, 110-(N-1), 110-N, распределенных вдоль продольной оси 107 прибора 105. Эти излучатели и приемники могут выполнять функцию захвата сигналов вблизи прибора 105, в областях позади прибора 105 и в областях, прилегающих к боковым сторонам прибора 105. Эти сигналы с относительно небольших дальностей можно назвать малоглубинными сигналами. Кроме того, эти излучатели и приемники могут выполнять функцию захвата сигналов в областях перед прибором 105, а при расположении прибора 105 на бурильной конструкции сигналы, захватываемые перед прибором 105, могут быть из областей перед буровым долотом. Эти сигналы с относительно больших дальностей, с более значительных глубин по сравнению с малоглубинными сигналами, можно назвать глубинными сигналами. Для работы компоновки излучателей и приемников 110-1, 110-2,…, 110-(N-1), 110-N можно выбирать пары излучатель-приемник с заданным расстоянием между излучателем и приемником в каждой соответствующей паре. Большие расстояния можно использовать для зондирования перед буровым долотом и регистрации глубинных сигналов. Меньшие расстояния можно использовать для зондирования областей пласта вокруг прибора 105. Глубинный сигнал и малоглубинный сигнал могут находиться в соответствии с расстоянием излучатель-приемник, которое, в свою очередь, может определяться положением излучателей и приемников позади бурового долота. Например, малоглубинное измерение может включать в себя вклады из областей, находящихся на расстоянии от около 1 дюйма (25,4 мм) до около 10 футов (3 м) от прибора, а глубинное измерение может включать в себя вклады из областей, находящихся на расстоянии от около 5 футов (1,5 м) до около 200 футов (61 м) от прибора. Когда выполняют малоглубинные и глубинные измерения, глубинные измерения включают в себя вклады из областей, более удаленных от прибора, чем малоглубинные измерения. Например, без ограничения указанным ниже значением в глубинных измерениях могут иметься вклады с расстояний от прибора, которые по меньшей мере на 25% больше, чем расстояния, с которых обеспечиваются вклады в малоглубинные измерения. Различие расстояний вложения вкладов может быть меньше или больше чем 25%.
Компоновка излучающих антенн и приемных антенн может быть распределена вдоль продольной оси 107 прибора 105, которая по существу перпендикулярна поперечному сечению прибора, соответствующему поперечному сечению утяжеленной бурильной трубы в бурильной колонне. Компоновка может включать в себя излучатели и приемники, разнесенные друг от друга таким образом, что один из излучателей или приемников расположен ближе всего к буровому долоту, а последний из излучателей или приемников в компоновке находится дальше всего от бурового долота. Один излучатель или приемник, ближайший к буровому долоту, можно располагать как можно ближе к буровому долоту. Чем ближе к буровому долоту начинается компоновка, тем дальше от бурового долота можно определять свойства пласта. Первую антенну можно помещать на утяжеленную бурильную трубу позади бурового двигателя. В качестве варианта первую антенну можно помещать на буровой двигатель, а не на утяжеленную бурильную трубу позади бурового двигателя.
Пары излучатель-приемник можно располагать на приборе 105 с приданием ориентации относительно продольной оси 107 прибора 105 путем использования определенного сочетания угла наклона излучателя и угла наклона приемника, при которых могут подавляться сигналы из слоев между соответствующими излучателем и приемником из пары. Угол наклона излучателя может быть таким же, как угол наклона приемника, или может отличаться от угла наклона приемника. Например, приемник может иметь нулевой угол наклона, а излучатель может иметь ненулевой угол наклона. Эта компоновка излучателя и приемника на приборе 105 может делать прибор 105 нечувствительным к свойствам области сбоку от прибора. Для исключения эффектов вокруг прибора и фокусировки перед долотом можно реализовать обработку сигналов, регистрируемых на приемнике из пары в ответ на зондирующий сигнал, излучаемый излучателем из пары. Расположение излучателей и их соответствующих приемников с образованием ориентации, при которой подавляются сигналы из конкретных слоев, можно реализовать для заданного угла падения. В случае излучателей и их соответствующих приемников, расположенных с образованием ориентации для нулевого угла падения, при которой подавляются сигналы из конкретных слоев, работа при другом угле падения может приводить, например, к неполному подавлению сигналов из слоев. Однако может быть диапазон углов падения, отличающихся от угла падения, в соответствии с которым излучатель и приемник располагают для по существу полного подавления сигналов из слоев, при котором сигналы из слоев по существу подавляются. Подавление по существу может включать в себя подавление на 90% относительно оптимального подавления. Количество излучателей и приемников 110-1, 110-2,…, 110-(N-1), 110-N прибора 105 может быть достаточным для образования пар излучатель-приемник с различной ориентацией, так что оптимальное подавление сигналов из слоев может быть получено с помощью прибора 105 для некоторого количества различных углов падения.
Опережающие измерения для получения сигнала опережающего просмотра или определения свойств пласта перед буровым долотом можно выполнять прибором 105 без использования ориентированных пар излучатель-приемник, так что при работе пар излучатель-приемник не будет обеспечиваться подавление сигналов из слоев. Данные из одного или нескольких малоглубинных измерений можно вычитать из глубинного измерения, чтобы получать опережающее измерение. Данные опережающего просмотра можно обрабатывать, чтобы получать сигнал опережающего просмотра и чтобы определять свойства пласта перед буровым долотом.
Прибор 105 может иметь множество антенн, скомпонованных парами. Первая антенная пара излучатель-приемник может иметь расстояние между излучателем и приемником первой антенной пары излучатель-приемник в пределах от двух футов (0,6 м) до двадцати футов (6 м) для выполнения таких малоглубинных измерений, при которых сигналы из слоев по существу подавляются между излучателем и приемником первой антенной пары излучатель-приемник. Вторая антенная пара излучатель-приемник может иметь расстояние между излучателем и приемником второй антенной пары излучатель-приемник в пределах от двадцати футов (6 м) до ста футов (30 м) для выполнения таких глубинных измерений, при которых сигналы из слоев по существу подавляются между излучателем и приемником второй антенной пары излучатель-приемник. Излучающую антенну первой антенной пары излучатель-приемник располагают как излучающую антенну второй антенной пары излучатель-приемник или приемную антенну первой антенной пары излучатель-приемник располагают как приемную антенну второй антенной пары излучатель-приемник.
Устройство 100 может включать в себя блок 120 управления для управления возбуждением излучателей прибора 105 и приемом сигналов приемниками прибора 105. Блок 120 управления может быть приспособлен для выполнения операций по выбору антенн из множества антенн в одной или нескольких парах излучатель-приемник, расположенных для выполнения одного или нескольких глубинных измерений и одного или нескольких малоглубинных измерений, когда устройство работает внутри скважины. Блок 120 управления может быть приспособлен для выполнения операций по выбору антенн из множества антенн в одной или нескольких парах излучатель-приемник, расположенных для по существу подавления сигналов из слоев между излучающей антенной и приемной антенной соответствующей пары излучатель-приемник, когда прибор работает внутри скважины. Наряду с выполнением других работ с использованием излучающей антенны и соответствующей приемной антенны блок 120 управления может быть приспособлен для выполнения абсолютного глубинного измерения, относительного глубинного измерения с дополнительным приемником или компенсированного глубинного измерения с дополнительным приемником и дополнительным излучателем, так что сигналы из слоев будут по существу подавляться между антенными парами излучатель-приемник при соответствующих измерениях. Блок 120 управления может управлять прибором 105, имеющим четыре антенны, расположенные для выполнения малоглубинных измерений и глубинных измерений, и при этом в результате работы четырех антенн будут по существу подавляться сигналы из слоев. Блок 120 управления может управлять прибором 105, имеющим меньше четырех антенн, расположенных для выполнения малоглубинных измерений и глубинных измерений, и при этом, как и в случае четырех антенн, будут по существу подавляться сигналы из слоев. Блок 120 управления может работать совместно с блоком 126 обработки данных для обработки сигналов, принимаемых с приемников в приборе 105.
Блок 126 обработки данных может быть приспособлен для выполнения операций по обработке данных одного или нескольких глубинных измерений и одного или нескольких малоглубинных измерений с образованием сигнала опережающего просмотра по существу без вкладов из областей, прилегающих к боковым сторонам прибора. Блок 126 обработки данных может включать в себя инструментальные средства для выполнения одного или нескольких способов обработки сигналов из малоглубинных измерений и сигналов из глубинных измерений с образованием сигнала опережающего просмотра. Сигнал опережающего просмотра определяется как сигнал, коррелированный с областью перед буровым долотом, связанным с операцией бурения. Кроме того, в блоке 126 обработки данных образованный сигнал опережающего просмотра может использоваться для определения свойств пласта перед буровым долотом. Сигнал опережающего просмотра и/или определенные свойства пласта перед буровым долотом можно использовать для принятия решения о геонавигации. Геонавигация представляет собой целенаправленное управление для коррекции направления бурения.
Способы определения сигнала опережающего просмотра и/или свойств пласта перед буровым долотом могут включать в себя различные применения операций инверсии, прямого моделирования, использование синтетических каротажных диаграмм и способов фильтрации. Операции инверсии могут включать в себя сравнение измерений с прогнозами из модели, в результате которого можно определять значение или пространственную вариацию физического свойства. Операция обычной инверсии может включать в себя определение вариации электрической удельной проводимости в пласте на основании измерений наведенных электрических и магнитных полей. В других способах, таких как прямое моделирование, имеют дело с вычислением ожидаемых наблюдаемых значений в зависимости от предполагаемой модели. Синтетическая каротажная диаграмма представляет собой каротажную диаграмму, моделированную на основании моделированного отклика прибора при известных параметрах пласта. Синтетическую каротажную диаграмму образуют численным моделированием взаимодействия прибора и пласта, обычно с включением моделирования для каждой глубины на каротажной диаграмме от точки к точке.
Блок 126 обработки данных может быть приспособлен для выполнения операций по выравниванию данных одного или нескольких малоглубинных измерений в зависимости от геометрических факторов относительно данных одного или нескольких глубинных измерений, чтобы различием между данными одного или нескольких глубинных измерений и выровненными данными одного или нескольких малоглубинных измерений обеспечивался сигнал опережающего просмотра. Выравнивание можно реализовать обратным фильтром. Блок 126 обработки данных может быть приспособлен для выполнения инверсии на основании сигналов из одного или нескольких малоглубинных измерений и сигналов из одного или нескольких глубинных измерений и для выполнения операций по вычитанию ожидаемого глубинного сигнала, получаемого в результате инверсии, из измеряемого сигнала глубинных измерений для образования сигнала опережающего просмотра. Блок 126 обработки данных может быть приспособлен для выполнения инверсии на основании сигналов из одного или нескольких малоглубинных измерений без входных данных одного или нескольких глубинных измерений и для выполнения операций по вычитанию сигнала, получающегося в результате инверсии, применяемой при прямом моделировании глубинной конфигурации, для образования сигнала опережающего просмотра. Данные, получаемые с выбираемых антенных пар излучатель-приемник, в блоке 126 обработки данных могут использоваться для по существу подавления сигналов из слоев между излучающей антенной и приемной антенной соответствующей пары излучатель-приемник в ответ на работу излучающей антенны. Данные, получаемые с антенных пар излучатель-приемник, в блоке 126 обработки данных могут использоваться без подавления сигналов из слоев.
Излучатели и приемники 110-1, 110-2,…, 110-(N-1), 110-N прибора 105 могут быть скомпонованы в совместно используемые многочисленные антенны с различными углами наклона. Схемы и устройства обработки, исполняющие инструкции в блоке 120 управления и блоке 126 обработки данных, могут выполнять операции искусственного образования углов наклона путем объединения сигналов от совместно используемых многочисленных антенн с различными углами наклона. Такая схема позволяет алгоритмически оптимизировать подавление сигналов в устройстве 100 для различных углов падения пластов. Схемы и устройства обработки, исполняющие инструкции в блоке 120 обработки и блоке 126 обработки данных, могут выполнять операции искусственного образования углов наклона путем объединения сигналов от совместно используемых многочисленных антенн для искусственного образования углов наклона, чтобы подавлять сигналы из слоев между совместно используемыми многочисленными антеннами. Оптимизированное подавление сигналов можно использовать для получения сигнала опережающего просмотра и оценивания свойств пласта перед буровым долотом.
Излучатели и приемники 110-1, 110-2,…, 110-(N-1), 110-N прибора 105 могут быть скомпонованы в набор излучателей и приемников, имеющих выбранные углы наклона, так что могут быть подавлены сигналы из слоев за пределами области между соответствующими излучателями и приемниками из этого набора. Этим обеспечивается подавление, противоположное подавлению сигнала из слоя между излучателем и соответствующим приемником, рассмотренному ранее. Этим получают малоглубинный отсчет, который сосредоточен вокруг прибора и который можно использовать вместо других малоглубинных измерений, упомянутых в этой заявке. Излучающая антенна и приемная антенна могут быть расположены вдоль продольной оси прибора 105, так что по меньшей мере одна из излучающей антенны и приемной антенны может иметь угол наклона относительно продольной оси прибора, при этом ориентациями излучающей антенны и приемной антенны относительно продольной оси и относительно друг друга будет обеспечиваться оперативное подавление сигналов из слоев за пределами области между соответствующими излучателем и приемником. Схемы и устройства обработки, исполняющие инструкции в блоке 120 управления и блоке 126 обработки данных, могут выполнять операции искусственного образования углов наклона путем объединения сигналов от совместно используемых многочисленных антенн для подавления сигналов из слоев за пределами области между совместно используемыми многочисленными антеннами. В применениях, в которых сигналы, связанные с углами наклона излучателя и приемника, искусственно образуют от совместно используемых антенн с различными углами наклона, одну и ту же пару из излучателя и приемника можно использовать для фокусировки вперед и фокусировки вокруг прибора 105.
Блок 120 управления и/или блок 126 обработки данных можно располагать на поверхности скважины 102 в оперативной связи с прибором 105 через механизм связи. Такой механизм связи можно реализовать как связное транспортное средство, которое является стандартным при скважинных работах. Блок 120 управления и/или блок 126 обработки данных можно распределять вдоль механизма, а прибор 105 помещать в скважину 102. Блок 120 управления и/или блок 126 обработки данных можно объединять с прибором 105, чтобы блок 120 управления и/или блок 126 обработки данных работали в скважине 102. Блок 120 управления и/или блок 126 обработки данных можно распределять вдоль прибора 105. Такими вариантами осуществления при наличии механизма геонавигации могут обеспечиваться стабильное и глубинное оценивание пластов, сквозь которые еще не прошло буровое долото во время операции бурения, предотвращение опасных ситуаций, таких как выбросы и повышенный отбор углеводородов.
Устройство 100 может быть приспособлено для реализации в стволе скважины системы измерений в процессе бурения (ИПБ), такой как система каротажа во время бурения (КВБ). Прибор 105 можно располагать на буровом долоте, предназначенном для выполнения операции бурения. В качестве варианта прибор 100 можно выполнять подвешенным на каротажном кабеле.
На фиг. 2 показаны действия в способе согласно примеру варианта осуществления, предназначенном для опережающего просмотра в случае применения долота для операции бурения. На этапе 210 управляют активацией прибора, расположенного в скважине, при этом прибор имеет компоновку разнесенных излучающих антенн и приемных антенн, способных работать выбранными парами излучатель-приемник. Управление активацией прибора может включать в себя выбор такой работы антенных пар излучатель-приемник, при которой сигналы из слоев между излучающей антенной и приемной антенной соответствующей пары излучатель-приемник по существу подавляются в ответ на излучение зондирующего сигнала излучающей антенной. Антенные пары излучатель-приемник могут работать в режиме, в котором сигналы из слоев между излучающей антенной и приемной антенной соответствующей пары излучатель-приемник не подавляются относительно зондирующего сигнала от излучателя.
На этапе 220 регистрируют глубинный сигнал из глубинного измерения с использованием пары излучатель-приемник и один или несколько малоглубинных сигналов из одного или нескольких малоглубинных измерений с использованием одной или нескольких других пар излучатель-приемник. В ситуациях, когда при работе излучателя подавление сигналов из слоев отсутствует, можно выполнять многочисленные малоглубинные измерения.
На этапе 230 обрабатывают один или несколько малоглубинных сигналов, образуют модельный сигнал для областей, прилегающих к боковым сторонам и задней стороне прибора. На этапе 240 сигнал опережающего просмотра по существу без вкладов из областей, прилегающих к прибору, формируют путем обработки глубинного сигнала в зависимости от модельного сигнала.
Обработка одного или нескольких малоглубинных сигналов и формирование сигнала опережающего просмотра может включать в себя выравнивание одного или нескольких малоглубинных сигналов в зависимости от геометрических факторов относительно глубинного сигнала, так что разностью между глубинным сигналом и выровненным одним или несколькими сигналами обеспечивается сигнал опережающего просмотра. Выравнивание одного или нескольких малоглубинных измерений может включать в себя образование фильтра параллельного переноса с малой глубины на большую глубину путем деконволюции малоглубинных геометрических факторов и глубинных геометрических факторов. Обработка одного или нескольких малоглубинных сигналов может включать в себя выполнение инверсии на основании одного или нескольких малоглубинных сигналов и глубинных сигналов, так что в результате инверсии модельный сигнал получают как ожидаемый глубинный сигнал. Следовательно, формирование сигнала опережающего просмотра может включать в себя вычитание модельного сигнала из глубинного сигнала для образования сигнала опережающего просмотра. Обработка одного или нескольких малоглубинных сигналов может включать в себя выполнение инверсии на основании одного или нескольких малоглубинных сигналов без входных данных из глубинного сигнала и применение сигнала, получающегося в результате инверсии, для прямого моделирования глубинной конфигурации, чтобы получать модельный сигнал. Следовательно, формирование сигнала опережающего просмотра может включать в себя вычитание модельного сигнала из глубинного сигнала для образования сигнала опережающего просмотра.
Согласно различным вариантам осуществления инверсию можно выполнять при использовании сигнала опережающего просмотра и параметров слоев вокруг прибора, чтобы получать удельные сопротивления и положения глубинных слоев перед буровым долотом, соответствующим прибору. Сигнал опережающего просмотра может анализироваться в скважине во время операции бурения и решение о геонавигации может приниматься в скважине на основании анализа. В качестве варианта решение о геонавигации может приниматься на поверхности после рассмотрения анализа или выполнения анализа на поверхности. Действия на поверхности могут выполняться через посредство пользовательского интерфейса, работающего вместе с дисплеем, на котором оператору представляется анализ или части анализа. Удельные сопротивления и положения глубинных слоев можно получать по мере продвижения бурового долота вперед. Операцию бурения можно приостанавливать на основании определения, что изменения удельного сопротивления по мере продвижения бурового долота вперед превышают порог для изменения удельного сопротивления. Превышение порогового значения может указывать на опасные изменения давления перед долотом.
Как правило, все доступные для приобретения электромагнитные приборы очень чувствительны к свойствам пласта, которые имеются на участке между положениями излучателя и приемника. Однако при некоторых применениях может быть желательно иметь более высокую чувствительность выше или ниже этого участка. Например, такая чувствительность может быть желательной при геонавигации. При геонавигации измерения можно выполнять в окрестности бурового долота во время бурения, чтобы эффективно направлять траекторию скважины к продуктивным зонам или прекращать бурение до проникновения в опасную зону. Хотя было сделано несколько попыток создать приборы, чувствительные к свойствам пласта перед долотом, почти во всех случаях эти приборы оставались более чувствительными к свойствам пласта сбоку от прибора. В результате измерения усложняются вариациями профиля пласта вокруг прибора.
Согласно различным вариантам осуществления можно реализовать процесс исключения эффектов вокруг прибора и обеспечения фокусировки перед долотом. Этот процесс можно выполнять при использовании определенного сочетания угла наклона излучателя и угла наклона приемника для подавления сигналов из слоев, которые находятся между излучателем и приемником, и изготовлении прибора не чувствительным к свойствам области сбоку от прибора. См., например, фиг. 4А и 4В. Результирующие чувствительные области показаны в левой рамке на фиг. 3А, тогда как в целом на фиг. 3А показано опережающее измерение при углах наклона, обеспечивающих подавление сигналов из слоев. В качестве второй процедуры отдельное малоглубинное измерение может быть выровнено в зависимости от геометрического фактора относительно первого измерения с помощью обратного фильтра и затем вычтено из первого измерения. См., например, среднюю и правую рамки на фиг. 3А. Однако заметно, что процесс, показанный на фиг. 3А, может иметь важное значение для оценивания операции бурения, если малоглубинные измерения не вычитаются. В качестве варианта в процессе можно использовать вычитание при произвольных углах наклона без подавления сигнала из слоя, как это показано на фиг. 3В, на которой представлено опережающее измерение при произвольных углах наклона.
Ранее было раскрыто, что при определенном сочетании углов наклона излучателя и приемника прибора можно подавлять прямой сигнал от излучателя к приемнику прибора. Согласно примеру варианта осуществления при другом подходе подавляются сигналы, которые обусловлены слоями пласта между излучателем и приемником. Следует заметить, что хотя это определенное сочетание углов наклона не приводит к снижению чувствительности при рассмотрении индивидуальных точек в трехмерном пространстве, оно приводит к снижению чувствительности на планарных границах для заданных падения и простирания вследствие эффектов подавления сигналов из слоев на протяжении поверхностей, показанных на фиг. 4А и 4В. На фиг. 4А показан пример эффектов подавления сигналов из слоев при наличии границы между излучателем и приемником. На фиг. 4В показан пример эффектов подавления сигналов из слоев при наличии границы за пределами участка излучатель-приемник. В результате, вариант осуществления примера процесса может ограничиваться планарными поверхностями с известными углами падения и простирания. Видно, что даже если поверхности не являются идеально планарными или падение и простирание не являются точно известными, использованием процессов, рассмотренных в этой заявке, все же можно получать хорошее подавление.
1
На фиг. 5А и 5В показаны объединенные геометрические факторы для прибора. Эти факторы представлены для прибора с одним излучателем, одним приемником, работающими на частоте f=500 Гц, при разнесении d=24 фута (7,3 м), в области большого удельного сопротивления. На фиг. 5А показаны объединенные (в радиальном направлении) геометрические факторы, полученные путем образования синтетической каротажной диаграммы очень тонкого малоконтрастного слоя при нулевом угле падения. Кривая 561 представлена для угла наклона излучателя 0° и угла наклона приемника 45°. Кривая 562 представлена для угла наклона излучателя 45° и угла наклона приемника 45°. Кривая 563 представлена для угла наклона излучателя 50° и угла наклона приемника 50°. Кривая 564 представлена для угла наклона излучателя 55° и угла наклона приемника 55°. Из фиг. 5А можно видеть, что при углах наклона излучателя и приемника 55° геометрический фактор уменьшается для всех положений между излучателем и приемником. Следует заметить, что хотя в этих случаях наклоны излучателя и приемника выбраны равными, подавление сигналов из слоев можно получать при различающихся углах наклона излучателя и приемника. На фиг. 5В показан аналогичный график, но для угла падения границы пласта 30°. Кривая 571 представлена для угла наклона излучателя 0° и угла наклона приемника 45°. Кривая 572 представлена для угла наклона излучателя 45° и угла наклона приемника 45°. Кривая 573 представлена для угла наклона излучателя 50° и угла наклона приемника 50°. Кривая 574 представлена для угла наклона излучателя 55° и угла наклона приемника 55°. В этом случае все еще можно получать подавление сигналов из слоев, но, как показано кривой 572, при другом угле, приблизительно 45°. Даже при неоптимальном угле наклона 55° можно получать относительно хорошее подавление. В результате, прибор с углом наклона 45 или 55° считается эффективным в диапазоне углов падения 0-30° при используемых частотах и разнесениях. Эту методологию можно использовать при создании приборов, которые являются оптимальными для различных диапазонов углов падения. Кроме того, важно заметить, что подобный процесс оптимизации можно использовать для получения обратного подавления: сигнал за пределами области между излучателем и приемником можно подавлять путем регулирования углов наклона излучателя и приемника, соответственно. При этом получают малоглубинный отсчет из области, сосредоточенной вокруг прибора, и его можно использовать вместо любого малоглубинного измерения, упомянутого в этой заявке. Один способ получения такой конфигурации заключается в использовании сначала конфигурации в соответствии с кривой 561 и уменьшении углов наклона излучателя и приемника до тех пор, пока чувствительность относительно области между излучателем и приемником не станет значительно больше при сравнении с сигналом за пределами этой области. В случае, когда сигналы, связанные с углами наклона излучателя и приемника, искусственно образуют от совместно используемых антенн с различными углами наклона, одну и ту же пару из излучателя и приемника можно использовать для фокусировки вперед и фокусировки вокруг.
На фиг. 6 показаны сочетания углов наклона, при которых достигается эффект подавления сигналов из слоев, при этом угол простирания падения приведен в соответствие диполям. Расстояние между излучающей антенной и приемной антенной составляет 24 фута (7,3 м) при работе на 500 Гц в области с высоким удельным сопротивлением. Кривая 681 представлена для угла падения 30°. Кривая 682 представлена для угла падения 15°. Кривая 683 представлена для угла падения 30°. Кривая 684 представлена для угла падения 45°. Кривая 686 представлена для угла падения 60°. Кривая 681 представлена для угла падения 75°. Из фиг. 6 можно видеть, что способ подавления работает приблизительно до 60° в широком диапазоне сочетаний углов для используемой конфигурации. Многочисленные излучатели и приемники можно объединять, чтобы получать эффект подавления в более широком диапазоне. Прибор со скрещенными диполями или трехплоскостной прибор можно использовать для синтеза векторов диполя при различных углах наклона, чтобы оптимально подавлять сигналы из слоев.
l
dip
На фиг. 7 показаны объединенные геометрические факторы для среды с высокой проводимостью. Эти факторы представлены для прибора с одним излучателем, одним приемником, работающими на частоте f=500 Гц при разнесении d=24 фута (7,3 м), при угле θ=30° падения в области, имеющей сопротивление R=1 Ом. Кривая 771 представлена для угла наклона излучателя 0° и угла наклона приемника 45°. Кривая 772 представлена для угла наклона излучателя 44,5° и угла наклона приемника 44,5°. Кривая 773 представлена для угла наклона излучателя 42,5° и угла наклона приемника 42,5°. Кривая 774 представлена для угла наклона излучателя 40,5° и угла наклона приемника 40,5°. Хотя в среде с высоким удельным сопротивлением можно получать очень хорошее подавление при любом угле падения, но, как показано на фиг. 7, в среде с большой проводимостью наблюдается ухудшение характеристики подавления. В данном случае, как показано кривой 773, оптимальная характеристика получается при 42,5°. Работа на более низких частотах позволяет осуществлять успешное подавление при более высоких значениях удельной проводимости.
dip
l
l
На фиг. 8 показаны геометрические факторы, связанные с двумя различными разнесениями. На фиг. 8 также показано вычитание геометрических факторов, связанных с двумя различными разнесениями. Эти факторы представлены для прибора, работающего на частоте f=500 Гц в области с высоким удельным сопротивлением при угле θ=0° падения, при разнесении d=24 фута (7,3 м), при этом имеется сигнал, показанный кривой 891, и разнесении d=20 футов (6 м), при этом имеется сигнал, показанный кривой 892. Кривой 893 показан результат вычитания геометрических факторов при разнесении 24 фута (7,3 м) из геометрических факторов при разнесении 20 футов (6 м). Из фиг. 8 видно, что при использовании вычитания геометрический фактор можно минимизировать около задней стороны прибора и сфокусировать вперед. Сигналы, рассматриваемые в этой заявке, представлены в значениях миллисименсов. Такие сигналы можно получать умножением напряжений на соответствующие приборные коэффициенты при использовании хорошо известных процедур.
На фиг. 9А-9С показаны три варианта осуществления конфигураций для подавления сигналов из слоев и соответствующие области чувствительности. Абсолютное измерение из фиг. 9А связано с относительным измерением из фиг. 9В и с компенсированным измерением из фиг. 9С. Выполнением относительного измерения из фиг. 9В можно исключать необходимость калибровки излучателя, поскольку подавляется любое мультипликативное влияние на сигнал излучателя. Для подавления углы наклона первого и второго приемников можно устанавливать различными. Одновременное подавление можно получать на обоих приемниках. При выполнении компенсированного измерения из фиг. 9С можно дополнительно снижать требование к калибровке излучателей и приемников, и также можно исключать мультипликативные температурные вариации на приемниках. Подавление можно получать одновременно на обоих приемниках при двух излучателях, особенно в случае, когда расстояние между антеннами в передней части прибора и в задней части прибора поддерживается небольшим. Согласно различным вариантам осуществления одну из антенн можно помещать как можно ближе к долоту для повышения глубины обнаружения перед долотом.
На фиг. 10А и 10В показаны примеры конфигураций глубинного измерения и малоглубинного измерения. В общем случае можно использовать всего четыре антенны: излучатель и приемник для малоглубинных измерений и излучатель и приемник для глубинных измерений. Однако, как показано на фиг. 10А, общий излучатель или приемник можно использовать для уменьшения количества антенных элементов. Глубинное измерение имеет чувствительность, которая продолжается дальше, чем при малоглубинном измерении, а при бурении сигналы принимаются раньше, чем при малоглубинном измерении. При глубинном измерении обычно имеется большее расстояние между излучателем и приемником, чем при малоглубинном измерении, но это не требуется безусловно. При одной и той же антенной паре излучатель-приемник низкими рабочими частотами могут обеспечиваться большие расстояния исследования, чем высокими частотами. Типичное расстояние между излучателем и приемником при глубинном измерении составляет 20-100 футов (6-30,5 м), тогда как расстояние между излучателем и приемником при малоглубинном измерении составляет от 2 футов (0,6 м) до 20 футов (6 м). Разнесение при малоглубинном измерении может быть достаточно большим для обеспечения компенсации влияния ствола скважины и вторжения флюидов. Для гарантии оптимальной фокусировки малоглубинное измерение следует выполнять как можно ближе к буровому долоту. Чувствительность при глубинном измерении повышается с увеличением углов наклона излучателя и приемника, однако при этом также возрастают влияния ствола скважины и оправки. По меньшей мере один из излучателя и приемника можно наклонять, чтобы получать азимутальную чувствительность. Азимутальная чувствительность важна для применения геонавигации, поскольку она позволяет определять различие между сигналами, приходящими с различных направлений. Типичные частотные диапазоны малоглубинных и глубинных измерений включают в себя 500 Гц - 10 МГц и 50 Гц - 100 кГц, соответственно. Многочисленные частоты можно использовать для проведения различия между расстояниями до различных глубинных слоев. На фиг. 10В показано, что конфигурацию существующего прибора, такого как доступный для приобретения прибор, можно использовать для малоглубинных или глубинных измерений. Такой прибор можно реализовать при использовании азимутального датчика глубинного удельного сопротивления (АДГС).
h
v
Азимутальным датчиком глубинного удельного сопротивления, имеющим наклонные антенны в азимутальной решетке, можно получать измерения по ряду дискретных направлений, называемых элементами разрешения или элементами разрешения по направлению, что позволяет для ряда различных глубин исследования определять расстояние до многочисленных границ пластов. Например, азимутальный датчик глубинного удельного сопротивления можно располагать вместе с излучателями и приемниками, чтобы использовать 32 дискретных направления и 14 различных глубин исследования. Однако в азимутальном датчике глубинного удельного сопротивления можно использовать больше или меньше чем 32 дискретных направления и/или больше или меньше чем 14 различных глубин исследования. Азимутальный датчик глубинного удельного сопротивления может добавлять размерность в измерения при использовании наклонных приемных антенн и многократной регистрации данных при каждом обороте прибора (в соответствии с количеством элементов разрешения), при всех возможных расстояниях между излучателем и приемником. Наклон приемников придает направленную чувствительность группе азимутальных датчиков глубинного удельного сопротивления. Отсчеты с большей глубины, обеспечиваемые азимутальным датчиком глубинного удельного сопротивления, сокращают промежуток времени до ответного действия, что позволяет повышать скорость бурения. Азимутальный датчик глубинного удельного сопротивления может обеспечивать полностью компенсированные измерения удельного сопротивления петрофизического качества и глубинные отсчетные измерения для геонавигации, выполняемые в одном приборе для минимизации длины компоновки низа бурильной колонны (КНБК). Азимутальные отсчеты обеспечивают получение значений анизотропного удельного сопротивления, R (по горизонтали) и R (по вертикали), и падения.
На фиг. 11 показаны для сравнения периодическое дифференциальное измерение и измерение с подавлением сигналов из слоев. В этом примере измерение с подавлением сигналов из слоев выполнялось при угле наклона излучателя и угле наклона приемника, составлявшем 55°, при работе на 500 Гц в области с высоким удельным сопротивлением, при этом сигнал измерения представлен кривой 1142. В этом примере периодическое дифференциальное измерение выполнялось при угле наклона излучателя 0° и угле наклона приемника 45°, а дифференциальный сигнал представлен кривой 1141. Периодическое дифференциальное измерение можно получать вычислением путем вычитания сигнала, принимаемого при одном положении прибора, из сигнала, принимаемого при другом положении прибора, отстоящем на 0,2 дюйма (5 мм). Из фиг. 11 можно видеть, что измерение с подавлением сигналов из слоев можно фокусировать намного глубже вследствие спада второго порядка в зависимости от глубины по сравнению со спадом третьего порядка при периодическом дифференциальном измерении.
На фиг. 12 показана структурная схема устройства 1200 согласно варианту осуществления, такого как система регистрации данных, имеющего прибор 1205 с излучающими антеннами 1210-Т-1,…, 1210-T-N и приемными антеннами 1210-R-1,…, 1210-R-M, работающими в стволе скважины, в котором размещен прибор 1205. Излучающие антенны 1210-T-1,…, 1210-T-N и приемные антенны 1210-R-1,…, 1210-R-M могут быть расположены вдоль прибора 1005, при этом каждая может иметь угол наклона относительно продольной оси 1207 прибора 1205. Излучающие антенны и приемные антенны могут иметь угол наклона, равный нулю градусов. Излучающая антенна и приемная антенна, по меньшей мере в одном сочетании, могут быть выполнены с такими углами наклона, при которых излучающая антенна и приемная антенна из сочетания способны подавлять сигналы из слоев, которые находятся между излучающей антенной и приемной антенной из сочетания, и делают прибор 1205 не чувствительным к свойствам области сбоку от прибора 1205, когда прибор 1205 в рабочем состоянии расположен в скважине. Углы наклона излучающей антенны и приемной антенны из сочетания могут быть различными. Излучающая антенна и приемная антенна, по меньшей мере в одном сочетании, могут быть выполнены с такими углами наклона, при которых излучающая антенна и приемная антенна из сочетания способны подавлять сигналы из слоев, которые находятся за пределами области между излучающей антенной и приемной антенной из сочетания, когда прибор 1205 в рабочем состоянии расположен в скважине. Углы наклона излучающей антенны и приемной антенны из сочетания могут быть различными. Излучающие антенны 1210-T-1,…, 1210-T-N и приемные антенны 1210-R-1,…, 1210-R-M могут включать в себя расстановку антенн с различными углами наклона, при этом один или несколько углов наклона создают искусственно и подавление сигналов реализуют искусственно. Искусственное подавление может быть реализовано для сигналов между совместно используемыми антеннами или для сигналов из слоев за пределами области между совместно используемыми многочисленными антеннами.
Устройство 1200 может включать в себя центр 1220 управления системой, излучатели 1212-1,…, 1210-N, приемники 1214-1,…, 1214-М, блок 1222 регистрации данных, буфер 1224 данных, блок 1226 обработки данных и блок 1228 связи в дополнение к прибору 1205 с излучающими антеннами 1210-T-1,…, 1210-T-N и приемными антеннами 1210R-R-1,…, 1210-R-M. Центр 1220 управления системой может включать в себя центральный процессор (ЦП), аналоговую электронику, цифровую электронику или различные сочетания из них для управления работой других блоков устройства 1200. Блок 1220 управления системой может формировать сигнал и подавать сигнал на излучатели 1212-1,…, 1212-N. Сигнал может формироваться в диапазоне частот от 10 Гц до 10 МГц. Могут использоваться другие диапазоны частот. Излучатели 1212-1,…, 1212-N могут направлять токи к излучающим антеннам 1210-Т-1,…, 1210-T-N, которые излучают электромагнитные волны в пласт. Хотя прибор 1205 способен подавлять сигналы из слоев, которые находятся между излучающими антеннами и приемными антеннами из выбранного сочетания, что делает прибор 1205 не чувствительным к свойствам области сбоку от прибора 1205, многочисленные излучающие антенны можно использовать для сбора дополнительных данных, чтобы улучшать определение параметров пласта. Например, с помощью излучающих антенн, находящихся на различных расстояниях от приемных антенн, можно получать изображения с различных глубин и с различным разрешением. В качестве другого примера антенны с различными углами наклона или ориентациями можно использовать для создания чувствительности к параметрам анизотропного пласта.
Одну или несколько из N излучающих антенн можно возбуждать сигналом, формируемым центром 1220 управления системой. Для применений в частотной области сигнал может состоять из синусоидальной волны на заданной частоте. Для применений во временной области сигнал может быть импульсом с определенными формой и частотным спектром. Излучатели можно возбуждать одновременно или последовательно и возбуждение можно сохранять в течение времени, достаточного для затухания переходных процессов и ослабления влияния шума путем суммирования. Принимаемые сигналы можно преобразовывать в область, в которой приходящую часть сигнала можно отделять от отраженной части. Одним конкретным примером такого преобразования является преобразование Гильберта. Сигналы с приемников передаются в центр 1220 управления системой, который может сохранять их в буфере 1224 данных до передачи, в конечном счете, на поверхность. Кроме того, центр 1220 управления системой может управлять операцией геонавигации или взаимодействовать с ней по существу автономно без консультации с наземной службой, так что решения могут приниматься с минимальной задержкой.
Сигналы электромагнитных волн, которые принимаются на приемных антеннах 1210-R-1,…, 1210-R-M, могут направляться к соответствующим приемникам 1214-1,…, 1214-М и в центр 1220 управления системой. Для лучшего использования времени работа устройства 1200 может включать в себя излучение и прием многочисленных частот в одно и то же время. При такой работе синусоидальный волновой сигнал, прямоугольный волновой сигнал или другие временные волновые сигналы можно использовать для одновременного возбуждения на многочисленных частотах каждой из излучающих антенн 1210-Т-1,…, 1210-Т-М или на индивидуальных частотах излучающих антенн 1210-Т-1,…, 1210-Т-М. Принимаемые сигналы, соответствующие многочисленным частотам, можно разделять фильтрами на приемном конце в блоке 1222 регистрации данных. Сигналы от каждой излучающей антенны 1210-Т-1,…, 1210-Т-М, принимаемые на всех приемниках 1214-1,…, 1214-М, могут регистрироваться. Чтобы сохранять принимаемые сигналы для последующей обработки, можно использовать буфер 1224 данных.
Блок 1226 обработки данных можно использовать для выполнения инверсии или другой обработки данных. Обработку и инверсию можно выполнять в соответствии с операциями обработки, подобными или аналогичными операциям, изложенным в этой заявке в вариантах осуществления. Операции инверсии могут включать в себя сравнение измерений с прогнозами из модели, вследствие чего можно определять значение или пространственную вариацию физического свойства. Операция обычной инверсии может включать в себя определение вариации электрической удельной проводимости в пласте на основании измерений наводимых электрических и магнитных полей. В других способах, таких как прямое моделирование, имеют дело с вычислением ожидаемых наблюдаемых значений в зависимости от предполагаемой модели. Согласно различным вариантам осуществления процесс инверсии, выполняемый относительно данных устройства 1200, может выполняться в скважине или в блоке анализа, таком как компьютер, на поверхности 1204 после передачи данных на поверхность 1204. Блок 1228 связи может передавать данные или результаты на поверхность 1204 для изучения и/или определения последующего действия, необходимого при выполнении операции бурения, связанного с измерениями, полученными при использовании устройства 1200. Кроме того, данные или результаты могут быть переданы к другим приборам в скважине и использованы для улучшения различных аспектов определения местоположения и извлечения углеводородов.
h
v
h
v
b
b
ecc
ecc
h
v
При наличии полученных данных малоглубинных и глубинных измерений можно выполнить инверсию полного перебора относительно набора полученных измерений. Однако вместо этого усовершенствованную обработку можно получить с помощью процедуры разделения всей операции на две части: вычисление сигнала опережающего просмотра и вычисление свойств пластового слоя на основании сигнала опережающего просмотра. Эти две части способа позволяют получать интерпретации непосредственно на основании сигнала опережающего просмотра, даже если решения для горизонтального удельного сопротивления R глубинного слоя, вертикального удельного сопротивления R и положения не являются однозначными. На фиг. 13 показаны действия способа вычисления сигнала опережающего просмотра путем инверсии малоглубинных и глубинных измерений согласно примеру варианта осуществления. При этом вычислении можно воспользоваться полной инверсией при использовании малоглубинного сигнала 1311 и глубинного сигнала 1312. Малоглубинный сигнал 1311 и глубинный сигнал 1312 могут быть представлены на численную инверсию 1331. При численной инверсии 1331 можно использовать ряд различных обычных способов, в том числе, но без ограничения ими, сопоставление с образом и итерационные способы. Библиотека 1332 и прямая модель 1333 могут содействовать численной инверсии 1331. Обращенные параметры ствола скважины после коррекции 1334 за влияние скважины могут быть поданы обратно на численную инверсию 1331 для получения лучших оценок. Выходные данные численной инверсии 1331 могут включать в себя удельные сопротивления (R, R) слоев, положения (z) слоев, угол (θ) падения, угол (ϕ) простирания, радиус (r) ствола скважины, удельное сопротивление (R) стенок ствола скважины, эксцентричность (d) и азимут (ϕ) эксцентричности. Чтобы обновить коррекцию 1334 за влияние скважины, эти параметры могут быть переданы обратно на схему 1334 коррекции за влияние скважины. Кроме того, эти факторы могут быть поданы вперед, чтобы получить данные для слоев вокруг или позади прибора 1335 для дальнейшей обработки. Удельные сопротивления (R, R) глубинных слоев, положения (z) глубинных слоев, полученные в результате выполнения численной инверсии 1331, не предназначены для определения сигнала опережающего просмотра, эти данные сохраняются для дальнейшей обработки вместе с измеряемым глубинным сигналом 1312, связанным со слоями вокруг или позади прибора. Данные для слоев вокруг или позади прибора 1335 могут быть представлены на прямое моделирование 1336 для получения глубинной конфигурации, коррелированной со слоями вокруг или позади прибора. Выходными данными прямого моделирования 1336 предоставляется модельный сигнал, представляющий собой ожидаемый глубинный сигнал из слоев вокруг прибора, который может быть направлен к узлу 1337 вычитания. Сигнал опережающего просмотра может быть получен вычитанием ожидаемого глубинного сигнала из слоев вокруг прибора из измеряемого глубинного сигнала.
h
v
b
b
ecc
ecc
На фиг. 14 показаны действия способа вычисления сигнала опережающего просмотра согласно примеру варианта осуществления, в котором используется только малоглубинный сигнал 1411. В этом случае все слои вблизи прибора являются обращенными слоями, поскольку малоглубинное измерение наиболее чувствительно вблизи прибора. Малоглубинный сигнал 1411 может быть представлен на численную инверсию 1431. При численной инверсии 1431 можно использовать ряд различных обычных способов, в том числе, но без ограничения ими, сопоставление с образом и итерационные способы. Библиотека 1432 и прямая модель 1433 могут содействовать численной инверсии 1431. Обращенные параметры ствола скважины после коррекции 1434 за влияние скважины могут быть поданы обратно на численную инверсию 1431 для получения лучших оценок. Выходные данные численной инверсии 1431 могут включать в себя удельные сопротивления (R, R) слоев, положения (z) слоев, угол (θ) падения, угол (ϕ) простирания, радиус (r) ствола скважины, удельное сопротивление (R) стенок ствола скважины, эксцентричность (d) и азимут (ϕ) эксцентричности. Чтобы обновить коррекцию 1434 за влияние скважины, эти параметры могут быть переданы обратно на схему 1434 коррекции за влияние скважины. Кроме того, эти факторы могут быть поданы на прямое моделирование 1436 с использованием глубинной конфигурации, чтобы получить сигнал, который охватывает слои только вблизи прибора. Выходными данными прямого моделирования 1436 предоставляется модельный сигнал, охватывающий слои только вблизи прибора, который может быть направлен к узлу 1437 вычитания. В результате, при вычитании модельного сигнала из измеряемого глубинного сигнала 1412 можно получить сигнал опережающего просмотра.
На фиг. 15 показан пример варианта осуществления вычисления сигнала опережающего просмотра с помощью деконволюции. Такое вычисление сигнала опережающего просмотра можно выполнить способом, который не включает в себя инверсию. В этом случае можно выполнить прямое моделирование 1541, чтобы получить малоглубинные геометрические факторы 1542 как функции глубины, связанной с глубинными конфигурациями. Прямое моделирование 1543 можно выполнить, чтобы получить глубинные геометрические факторы 1544 как функции глубины, связанной с малоглубинными конфигурациями. Падение пласта можно ввести в прямое моделирование 1541 и прямое моделирование 1543. Один способ получения геометрического фактора заключается в построении синтетической каротажной диаграммы пласта, которая включает в себя фоновое удельное сопротивление и очень тонкий слой на нулевой глубине. Фоновое удельное сопротивление предполагают достаточно большим по сравнению с обратной величиной частоты, и в этом случае наблюдается незначительный скин-эффект. Кроме того, ожидается, что способ, показанный на фиг. 15, будет работать при наличии значительных скин-эффектов, но в таком случае в способе следует использовать особые геометрические факторы, вычисляемые с учетом конкретного удельного сопротивления. Однако результирующий сигнал опережающего просмотра может быть загрязнен малоглубинным сигналом вследствие нелинейности, наводимой скин-эффектом.
После вычисления геометрических факторов фильтр вычисляют деконволюцией малоглубинного геометрического фактора на основании глубинного геометрического фактора 1545. При применениях геонавигации будущие значения сигналов недоступны, так что фильтр можно преобразовать в каузальный фильтр, например, путем задания нулевых значений на будущей стороне фильтра и добавления суммы удаленных значений к последнему имеющемуся коэффициенту фильтра. В ситуациях, когда дипольные ориентации излучателя и приемника не являются оптимальными (например, если они не обеспечивают хорошего подавления сигналов из слоев), излучатель и приемник можно повернуть на любой угол при условии, что измерения скрещенными диполями могут быть выполнены, чтобы оптимизировать 1552 дипольную ориентацию для глубинного сигнала 1512 и чтобы оптимизировать 1554 дипольную ориентацию для малоглубинного сигнала 1511. В ситуациях, когда излучающие или приемные антенны поворачиваются, результирующие дипольные ориентации различных антенн можно сочетать для аналогичной оптимизации.
Применением 1556 фильтра к малоглубинному сигналу выравнивают его разрешение и центрирование относительно глубинного измерения, получая параллельно перенесенный малоглубинный сигнал 1157. Этим обеспечивают эффективное вычитание малоглубинного сигнала из глубинного сигнала в узле 1537 вычитания без создания эффектов, обусловленных различием разрешений. Кроме того, процедуру 1555 коррекции за влияния глубины скин-эффекта и скважины для малоглубинного сигнала 1511 и процедуру 1553 коррекции за влияния глубины скин-эффекта и скважины для глубинного сигнала 1512 можно применять до вычитания и фильтрации, чтобы уменьшать и, следовательно, выравнивать влияния глубины скин-эффектов и скважины. В приведенной выше методологии отсутствует инверсия и она может работать даже в ситуациях, когда предполагают, что инверсия не будет работать достаточно хорошо. При этой методологии обработка может быть очень быстрой и методологию можно применять при геонавигации, поскольку наибольшие вычислительные затраты приходятся на применение фильтра.
h
v
b
b
ecc
ecc
h
v
На фиг. 16 показан пример варианта осуществления вычисления свойств глубинных слоев путем полной инверсии. Хотя сам по себе сигнал опережающего просмотра является полезным для применений, может быть желательным вычисление удельного сопротивления и положений слоев перед долотом. Это можно делать с помощью алгоритма инверсии, в котором, как показано на фиг. 16, учитывается вся известная информация, такая как параметры слоев вокруг прибора. Сигнал опережающего просмотра можно представлять на инверсию 1631 вместе с параметрами вблизи прибора, такими как удельные сопротивления (R, R) слоев, положения (z) слоев, угол (θ) падения, угол (ϕ) простирания, радиус (r) ствола скважины, удельное сопротивление (R) стенки ствола скважины, эксцентричность (d) и азимут (ϕ) эксцентричности. Библиотека 1632 и прямая модель 1633 могут содействовать инверсии 1631. Инверсия 1631 может включать в себя использование одного или нескольких способов, таких как, но без ограничения ими, аналитические формулы, сопоставление с образом и итерационные способы, для получения удельных сопротивлений (R, R) глубинных слоев и положений (z) глубинных слоев.
h
v
На фиг. 17 показан пример варианта осуществления вычисления свойств глубинных слоев с помощью простой инверсии. В случаях, когда известны только угол (θ) падения и угол (ϕ) простирания, то, как показано на фиг. 17, изменение удельного сопротивления и положение слоя можно получить инверсией. Сигнал опережающего просмотра можно представлять на инверсию 1731 вместе с углом (θ) падения и углом (ϕ) простирания. Библиотека 1732 и прямая модель 1733 могут содействовать инверсии 1731. Инверсия 1731 может включать в себя использование одного или нескольких способов, таких как, но без ограничения ими, аналитические формулы, сопоставление с образом и итерационные способы, для получения удельных сопротивлений (R, R) глубинных слоев и положений (z) глубинных слоев. Поскольку геометрический фактор обратнопропорционален квадрату дальности до границы слоя, при инверсии можно использовать аналитические формулы. Поскольку большие изменения удельного сопротивления могут указывать на большие изменения давления, результаты этого вычисления ради безопасности можно использовать для прекращения бурения до приближения опасных зон.
n
На фиг. 18 показан пример варианта осуществления вычисления свойств глубинных слоев с помощью инверсии. Способ вычисления, показанный на фиг. 18, можно использовать для обращения расстояния до слоев и удельного сопротивления слоев. Вычисление может начинаться с подачи угла (θ) падения и угла (ϕ) простирания на прямое моделирование 1833. Если глубина скин-эффекта является достаточно малой или же она может быть в достаточной степени компенсирована, то будет наблюдаться приблизительно линейная зависимость между удельной проводимостью каждого слоя и сигналом, который образуется на приемниках. В результате, для данного сигнала, обусловленного небольшим возмущением распределения удельной проводимости, можно прогнозировать, какой будет вклад сигнала из слоя с любой удельной проводимостью. Для этого на этапе 1831 на основании прямого моделирования 1833 можно образовать ступенчатый отклик U(d) путем искусственного каротажа двухслойного пласта в случае, когда всего лишь очень небольшой контраст Δσ существует между удельными проводимостями слоев. На этапе 1832 полный сигнал при n-ном измерении на глубине z в случае возмущения единственного слоя можно записать на основании свойства линейности
<mrow><msup><mi>σ</mi><mi>n</mi></msup><mo stretchy="false">(</mo><mi>z</mi><mo stretchy="false">)</mo><mtext> </mtext><mo>=</mo><mtext> </mtext><msubsup><mi>σ</mi><mrow><mi>b</mi><mi>a</mi><mi>c</mi><mi>k</mi><mi>g</mi><mi>r</mi><mi>o</mi><mi>u</mi><mi>n</mi><mi>d</mi></mrow><mi>n</mi></msubsup><mtext> </mtext><mo>+</mo><mtext> </mtext><msubsup><mi>σ</mi><mrow><mi>c</mi><mi>o</mi><mi>n</mi><mi>t</mi><mi>r</mi><mi>a</mi><mi>s</mi><mi>t</mi></mrow><mi>n</mi></msubsup><msup><mi>U</mi><mi>n</mi></msup><mo stretchy="false">(</mo><mi>d</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow>
<mrow><mtext> </mtext><mtext> </mtext></mrow>
,
(1)
contrast
background
где σ - разность удельных проводимостей слоя, в котором находится прибор, и слоя перед прибором, и σ - удельная проводимость слоя, в котором находится прибор. На этапе 1834 для исключения эффекта неизвестного фона можно вычислить разностный сигнал
n
n
n
contrast
contrast
<mrow><mtext> </mtext><mtext> </mtext></mrow>
DSM(σ,d)=σ(U(d)-U(d-Δz)).
(2)
На этапе 1835 влияние контраста удельной проводимости можно исключить путем учета отношения дифференциальных сигналов из n-го и m-го измерений
<mrow><mi>R</mi><mi>D</mi><mi>S</mi><msup><mi>M</mi><mrow><mi>n</mi><mi>m</mi></mrow></msup><mo stretchy="false">(</mo><mi>d</mi><mo stretchy="false">)</mo><mtext> </mtext><mo>=</mo><mtext> </mtext><mfrac><mrow><mi>D</mi><mi>S</mi><msup><mi>M</mi><mi>n</mi></msup><mo stretchy="false">(</mo><mi>d</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><mi>D</mi><mi>S</mi><msup><mi>M</mi><mi>m</mi></msup><mo stretchy="false">(</mo><mi>d</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mfrac></mrow>
<mrow><mtext> </mtext><mtext> </mtext></mrow>
.
(3)
n
n
n
n
nm
n
m
nm
n
nm
nm
nm
n
n
n
n
nm
contrast
contrast
contrast
h
v
На этапе 1836 сигнал σ(z) опережающего просмотра при n-ном измерении на глубине z может быть представлен на вычисление дифференциального сигнала DS(z)=(σ(z)-σ(z-σz)). На этапе 1837 отношение дифференциальных сигналов можно вычислить с использованием результата из этапа 1836 в виде RDS(z)=DS(z)/DS(z). Как показано на фиг. 16, на этапе 1838 дифференциальный сигнал, получаемый из измерений, может быть обращен применительно к расстоянию d(z) и удельной проводимости σ (z) слоев перед прибором при использовании соотношений из уравнений 1-3. Расстояние d(z) может быть найдено из условия RDS(z)=RDSM(d). Удельная проводимость σ (z) может быть найдена из условия DS(z)=DSM(σ ,d(z)). Каждое оценивание с различными n и m дает результаты для иной глубины обнаружения и на этапе 1839 оптимальные измерения можно отобрать визуально или алгоритмически. Удельные сопротивления (R, R) глубинных слоев и положений (z) глубинных слоев можно получать в результате выполнения этого процесса инверсии. Когда прибор находится далеко от границы, можно ожидать, что только глубинные измерения дадут хорошие результаты. По мере приближения прибора к границе измерения с меньшей глубины обнаружения могут становиться достоверными. Для обработки, раскрытой на фиг. 18, требуется, чтобы граница слоя была в пределах по меньшей мере двух различных измерений. Хотя при глубинных измерениях можно осуществлять наблюдение на большей глубине, малоглубинные измерения могут быть более точными, поскольку на них меньше влияют границы многочисленных слоев.
h
v
Согласно различным вариантам осуществления выполнение схем обработки, изложенных в этой заявке, можно повторять и новые измерения можно добавлять по мере перемещения прибора и продвижения бурения. На фиг. 19 показана диаграмма принятия решения о геонавигации согласно примеру варианта осуществления. Сигнал опережающего просмотра вместе с удельными сопротивлениями (R, R) глубинных слоев и положениями (z) глубинных слоев может быть представлен для визуального и/или алгоритмического исследования 1951, на основании которого может быть принято решение о геонавигации. Решения о геонавигации может принимать человек, который на поверхности исследует результаты обработки измерений. В качестве варианта решения о геонавигации могут приниматься в скважине автоматизированной системой. Автоматизированная система может реагировать намного быстрее, поскольку существуют естественные задержки, связанные со скважинной телеметрией, при передаче данных на поверхность. Сигнал опережающего просмотра пропорционален степени контраста удельного сопротивления и расстоянию до изменения. В результате, сигналом опережающего просмотра может даваться полезный показатель характера приближающихся слоев. Поскольку из глубинных слоев, которые находятся дальше, при большом контрасте создается сигнал, очень похожий на сигнал из ближних слоев с небольшим контрастом удельного сопротивления, в некоторых случаях может быть трудно находить однозначные результаты для удельного сопротивления и расстояния. В таких случаях сам сигнал опережающего просмотра можно использовать для принятия решения. Другой вариант заключается в использовании априорных сведений относительно удельных сопротивлений слоев или расстояний до них для исключения неоднозначности задачи.
В известных из литературы работах основное внимание уделяется повышению чувствительности впереди прибора, а снижение чувствительности вокруг прибора не рассматривается. В результате, существующие приборы принимают смесь сигналов из областей вокруг и впереди прибора, которую очень трудно или невозможно разделить. Согласно различным вариантам осуществления для получения эффекта подавления сигналов из слоев между излучателями и приемниками можно использовать определенные углы наклона антенн. Этим по существу полностью исключают чувствительность к этим слоям. Кроме того, можно использовать альтернативный способ, в котором деконволюцию и инверсию многочисленных пространственных данных применяют для снижения чувствительности к слоям, которые находятся вблизи прибора. Получающийся в результате способ обеспечивает возможность опережающего просмотра при практических сценариях и наличии многочисленных слоев с изменяющимися удельными сопротивлениями в противоположность известным способам, которые являются трудновыполнимыми и сложными.
На фиг. 20 показаны геометрические факторы, связанные с двумя различными расстояниями между излучателем и приемником. В этом примере расстояние 4 фута (1,2 м) использовалось при малоглубинных измерениях, выполнявшихся на 15 кГц при наклоне антенны 45° и наклоне антенны 0°, при этом сигнал показан кривой 2096. Расстояние 24 фута (7,3 м) использовалось при глубинных измерениях, выполнявшихся на 500 Гц при наклоне антенны 45° и наклоне антенны 0°, при этом сигнал показан кривой 2097. Вынос прибора определялся как истинное вертикальное положение прибора вдоль оси z, где ось z направлена вверх. Из фиг. 20 можно видеть, что глубинное измерение более чувствительно к положениям по глубине (z>0). Чувствительность является максимальной и постоянной, когда граница слоя находится между излучателем и приемником (-4<z<0 при малоглубинных измерениях и -24<z<0 при глубинных измерениях). На основании этих двух кривых вычислен обратный фильтр с характеристикой, показанной на фиг. 21, которой иллюстрируется некаузальный обратный фильтр. Как показано на фиг. 22, этот фильтр делают каузальным.
На каждой из фиг. 23 и фиг. 24 показана синтетическая каротажная диаграмма при нулевом угле падения и четырех слоях в процессе инверсии. Границы слоев показаны вертикальными линиями 2304, 2306 и 2308, при этом в каждой области показано удельное сопротивление каждого слоя. На фиг. 23 показаны излучатель, работавший на 500 Гц при угле наклона 45°, при расстоянии 24 фута (7,3 м) до приемной антенны, имевшей угол наклона 0°, и излучатель, работавший на 15 кГц при угле наклона 45°, при расстоянии 4 фута (1,2 м) до той же самой приемной антенны. Кривой 2341 показан глубинный сигнал. Кривой 2342 показан малоглубинный сигнал. Кривой 2343 показан параллельно перенесенный малоглубинный сигнал. Кривой 2344 показан сигнал опережающего просмотра. На фиг. 24 показан излучатель, работавший на 500 Гц при угле наклона 55°, при расстоянии 24 фута (7,3 м) до приемной антенны, имевшей угол наклона 55°, и излучатель, работавший на 15 кГц при угле наклона 55°, при расстоянии 4 фута (1,2 м) до той же самой приемной антенны. Кривой 2441 показан глубинный сигнал. Кривой 2442 показан малоглубинный сигнал. Кривой 2443 показан параллельно перенесенный малоглубинный сигнал. Кривой 2444 показан сигнал опережающего просмотра. Задавалось перемещение прибора от z=200 футов (61 м) до z=-200 футов (-61 м), где глубина определялась как -z. Способ инверсии, показанный на фиг. 14, использовали при вычислениях параллельно перенесенного малоглубинного сигнала и сигнала опережающего просмотра. Можно видеть, что сигнал опережающего просмотра ясно указывает на приближающиеся слои, при этом более значительный сигнал образуется при более высоком контрасте удельного сопротивления. Как рассматривалось ранее, расстояние до приближающегося слоя и удельное сопротивление его можно определять на основании инверсии при использовании профиля кривой опережающего просмотра. Хотя при единственном расстоянии обеспечивается адекватная информация в случае такой инверсии, более высокую точность можно получать при использовании многочисленных расстояний по глубине. На фиг. 24 более высокие уровни сигналов показаны для случая, когда излучающая и приемная антенны были наклонены для подавления сигналов из слоев и фокусировки на большую глубину.
На фиг. 25 показаны результаты, полученные для конфигурации из фиг. 23 при использовании методологии деконволюции, описанной относительно фиг. 15. На фиг. 25 показан излучатель, работавший на 500 Гц при угле наклона 45°, при расстоянии 24 фута (7,3 м) до приемной антенны, имевшей угол наклона 0°, и излучатель, работавший на 15 кГц при угле наклона 45°, при расстоянии 4 фута (1,2 м) до той же самой приемной антенны. Кривой 2541 показан глубинный сигнал. Кривой 2542 показан малоглубинный сигнал. Кривой 2543 показан параллельно перенесенный малоглубинный сигнал. Кривой 2544 показан сигнал опережающего просмотра. Получены результаты, сравнимые с результатами из способа инверсии, однако наблюдался некоторый шум, обусловленный каузальной реализацией и эффектами глубины скин-эффекта.
На фиг. 26 и 27 показаны для сравнения стандартная конфигурация и конфигурация с подавлением сигналов из слоев применительно к практическому случаю с большим количеством слоев при некоторой вариации удельного сопротивления. На фиг. 26 показана синтетическая каротажная диаграмма с 2 зонами (разделенными границей 2604 раздела) и 20 слоями в сравнении с конфигурацией стандартных измерений. На фиг. 27 показана синтетическая каротажная диаграмма с 2 зонами (разделенными границей 2604 раздела) и 20 слоями в сравнении с конфигурацией подавления сигналов из слоев. В этом примере пределы удельного сопротивления в первой зоне находятся между 2,5 и 3,8 Ом·м, и пределы удельного сопротивления во второй зоне находятся между 22 и 27 Ом·м, а граница 2604 раздела находится между зонами. В обеих конфигурациях использованы одни и те же места расположения антенн, но углы наклона различаются. На фиг. 26 показана антенна, имевшая угол наклона 45° при расстоянии 24 фута (7,3 м) до антенны, имевшей угол наклона 0°, работавшей на 500 Гц, и антенна, имевшая угол наклона 45° при расстоянии 4 фута (1,2 м) до другой антенны, имевшей угол 0°, работавшей на 15 кГц. На фиг. 27 показана антенна, имевшая угол наклона 55° при расстояния 24 фута (7,3 м) до антенны, имевшей угол наклона 55°, работавшей на 500 Гц, и антенна, имевшая угол наклона 55° при расстоянии 4 фута (1,2 м) до другой антенны, имевшей угол наклона 0°, работавшей на 15 кГц. Кривой 2651 показан глубинный сигнал. Кривой 2652 показан малоглубинный сигнал. Кривой 2653 показан параллельно перенесенный малоглубинный сигнал. Кривой 2654 показан сигнал опережающего просмотра. Кривой 2751 показан глубинный сигнал. Кривой 2752 показан малоглубинный сигнал. Кривой 2753 показан параллельно перенесенный малоглубинный сигнал. Кривой 2754 показан сигнал опережающего просмотра.
В конфигурации с подавлением сигналов из слоев углы наклона при глубинных отсчетах, при типовом расстоянии между антеннами 24 фута (7,3 м) задавались так, чтобы достигался эффект, показанный на фиг. 3. В стандартной конфигурации влияние границы становится значительным при дальности до границы около 5 футов (1,5 м) вследствие большой чувствительности к слоям между нижней и средней антеннами. В конфигурации с подавлением сигналов из слоев глубина обнаружения повышается до 15 футов (4,6 м). Другая важная особенность подавления сигналов из слоев заключается в том, что, как показано, например, на фиг. 9, форма глубинного сигнала прямо отражает слои впереди и позади прибора. Влияние слоев позади приборов исключается в ходе процесса, показанного на фиг. 14, и незаметно в сигнале опережающего просмотра. Плато, наблюдаемое между глубинами 0 и 20 футов (0,6 м), обусловлено нечувствительностью прибора к пластам между средней антенной и нижней антенной. Это явление можно исключить использованием конфигурации, такой, как показанная на фиг. 23.
На фиг. 28А-С показан пример модели ступенчатого отклика и примеры моделей дифференциальных сигналов. На фиг. 28А показана модель ступенчатого отклика, на фиг. 28В показана модель дифференциальных сигналов, и на фиг. 28С показана модель отношений дифференциальных сигналов. Эти модели можно получить с помощью уравнений, связанных с фигурой 16. Прибор можно использовать при различных расстояниях между антеннами. Многочисленные расстояния на фиг. 28-С от четырех антенн, каждая из которых имеет угол наклона 55°, включают в себя расстояние 3 фута (0,9 м) для работающей на 32000 Гц, 6 футов (1,8 м) для работающей на 8000 Гц, 12 футов (3,6 м) для работающей на 2000 Гц и 24 фута (7,3 м) для работающей на 500 Гц, до общей антенны с углом наклона 55°. Поскольку переход к ступенчатому профилю предполагается при z=0, вынос прибора равен дальности до границы при положительных значениях. Кривой 2861 показан ступенчатый отклик для расстояния 3 фута (0,9 м). Кривой 2862 показан ступенчатый отклик для расстояния 6 футов (1,8 м). Кривой 2863 показан ступенчатый отклик для расстояния 12 футов (3,65 м). Кривой 2864 показан ступенчатый отклик для расстояния 24 фута (7,3 м). Кривой 2871 показан дифференциальный сигнал для расстояния 3 фута (0,9 м). Кривой 2872 показан дифференциальный сигнал для расстояния 6 футов (1,8 м). Кривой 2873 показан дифференциальный сигнал для расстояния 12 футов (3,65 м). Кривой 2874 показан дифференциальный сигнал для расстояния 24 фута (7,3 м). Кривой 2881 показано отношение дифференциальных сигналов для отношения расстояния 3 фута (0,9 м) к расстоянию 6 футов (1,8 м). Кривой 2882 показано отношение дифференциальных сигналов для отношения расстояния 6 футов (1,8 м) к расстоянию 12 футов (3,65 м). Кривой 2883 показано отношение дифференциальных сигналов для отношения расстояния 12 футов (3,6 м) к расстоянию 24 фута (7,3 м). Из графика дифференциальных сигналов можно видеть, что для каждого значения дифференциального сигнала в рассматриваемом диапазоне можно найти однозначную дальность до границы. Чувствительность относительно дифференциального сигнала снижается с повышением дальности до границы. Аналогичные наблюдения могут быть сделаны для отношения дифференциальных сигналов.
На фиг. 29 для примера случая многочисленных границ и двух зон показаны сигналы, скорректированные за влияние скин-эффекта. В этом примере показаны многочисленные расстояния от четырех антенн, каждая из которых наклонена под углом 55°, расстояние 3 фута (0,9 м) для работающей на 32000 Гц, 6 футов (1,8 м) для работающей на 8000 Гц, 12 футов (3,65 м) для работающей на 2000 Гц, и 24 фута (7,3 м) для работающей на 500 Гц, до общей антенны с углом наклона 55°. Примеры значений удельной проводимости показаны на фиг. 29. Кривой 2951 показан сигнал для расстояния 3 фута (0,9 м). Кривой 2952 показан сигнал для расстояния 6 футов (1,8 м). Кривой 3953 показан сигнал для расстояния 12 футов (3,65 м). Кривой 2954 показан сигнал для расстояния 24 фута (7,3 м).
На фиг. 30А-В для примера случая из фиг. 29 показаны обращенная дальность до границы и контраст удельной проводимости. В этом примере показаны многочисленные расстояния от четырех антенн, каждая из которых наклонена под углом 55°, расстояние 3 фута (0,9 м) для работающей на 32000 Гц, 6 футов (1,8 м) для работающей на 8000 Гц, 12 футов (3,65 м) для работающей на 2000 Гц и 24 фута (7,3 м) для работающей на 500 Гц, до общей антенны с углом наклона 55°. Обращенную дальность до границы и значения контраста удельного сопротивления можно получить при использовании алгоритма, связанного с фигурой 18. На фиг. 30А кривой 3081 показана дальность для отношения расстояния 3 фута (0,9 м ) к расстоянию 6 футов (1,8 м). Кривой 3082 показана дальность для отношения расстояния 6 футов (1,8 м) к расстоянию 12 футов (3,65 м). Кривой 3083 показана дальность для отношения расстояния 12 футов (3,65 м) к расстоянию 24 фута (7,3 м). На фиг. 30В площадью 3091 показан контраст удельной проводимости для расстояния 3 фута (0,9 м). Площадью 3092 показан контраст удельной проводимости для расстояния 6 футов (1,8 м). Площадью 3094 показан контраст удельной проводимости для расстояния 24 фута (7,3 м). В этом случае вместо использования сигнала опережающего просмотра непосредственно использованы полные сигналы из фиг. 29. Это может дать хорошие результаты благодаря возможности подавления сигналов из слоев, присущей измерению, при котором сигнал фокусируется перед прибором. Несмотря на то, что при этом также будет иметься некоторая фокусировка к обратной стороне прибора, чувствительность на обратной стороне не создаст артефактов, если большие вариации удельной проводимости отсутствуют на обратной стороне прибора, когда он приближается к границе зоны. В этом примере дифференциальное расстояние измерений выбрано Δz=2 фута (0,6 м), то есть достаточно большим для исключения влияния шума измерений и достаточно малым, чтобы имелась небольшая глубина измерения при обнаружении. Из этой фигуры можно видеть, что в этом примере при двух измерениях на самой большой глубине и расстояниях между антеннами 24 фута (7,3 м) и 12 футов (3,65 м) можно считывать расстояние и удельное сопротивление при удалении от границы приблизительно на 15 футов (4,6 м). Значения удельного сопротивления, полученные на основании алгоритма, близки к реальному контрасту около 300-400 мСм. Измерения расстояния также близки к реальным значениям. При использовании варианта осуществления способа инверсии, изложенного в этой заявке, можно успешно определять заданные параметры даже без полного отделения сигнала опережающего просмотра и при наличии многочисленных слоев. При дополнительных проверках было найдено, что если не использовать подавление сигналов из слоев, сигналы из многочисленных слоев будут ухудшать результаты и инверсия не приведет к успеху.
При опережающем просмотре приборами измерения удельного сопротивления перед долотом можно выполнять измерения свойств пластов, которые еще не пробурены, и это позволит принимать более обоснованные решения о геонавигации, чтобы максимизировать добычу и сократить количество опасных ситуаций, таких как бурение при аномальных давлениях. Известные работы направлены на повышение чувствительности перед прибором, но в них совершенно не рассматриваются проблемы, связанные с чувствительностью вокруг прибора. Следует ожидать, что при большой чувствительности вокруг прибора будут возникать очень большие трудности при обнаружении сигнала перед прибором. Согласно различным вариантам осуществления устройства выполнены с возможностью по существу полного исключения чувствительности к электромагнитным волнам при взятии глубинных отсчетов из областей, расположенных по боковым сторонам измерительного прибора, и фокусировки перед прибором. Такая компоновка может обеспечить повышенную чувствительность при измерениях по сравнению с приборами и способами, в которых исключается прямой сигнал между излучателем и связанным с ним приемником на приборе благодаря использованию определенных углов наклона. При такой компоновке можно значительно повысить положительные результаты, обеспечиваемые прибором взятия глубинных отсчетов, поскольку одним из самых больших рисков, связанных с физическими свойствами датчика, считаются осложнения, обусловленные слоями, которые находятся вокруг прибора. Приборы, выполненные и структурированные для работы согласно вариантам осуществления, аналогичным или идентичным вариантам осуществления, изложенным в этой заявке, можно использовать при геонавигации и измерениях порового давления.
Различные компоненты измерительного прибора и блока обработки, которые формируют, как описано в этой заявке или аналогичным образом, сигнал опережающего просмотра и сигналы свойств пласта перед долотом при использовании малоглубинных измерений и глубинных измерений, при наличии или отсутствии антенной пары излучатель-приемник, ориентированной для подавления или по существу подавления сигналов из слоев между излучающей антенной и приемной антенной в ответ на действие излучателя в скважине, могут быть осуществлены сочетанием реализаций аппаратного обеспечения и программного обеспечения. Эти реализации могут включать в себя машиночитаемый носитель, имеющий исполняемые машиной инструкции, такой как считываемый компьютером носитель, имеющий исполняемые компьютером инструкции по осуществлению работы системы для активации управления прибором, расположенным в стволе скважины, при этом прибор имеет компоновку излучающих антенн и приемных антенн, разнесенных на расстояние, приспособленных работать выбираемыми парами излучатель-приемник; для регистрации глубинного сигнала из глубинного измерения при использовании пары излучатель-приемник и одного или нескольких малоглубинных сигналов из одного или нескольких малоглубинных измерений при использовании одной или нескольких других пар излучатель-приемник; для обработки одного или нескольких малоглубинных сигналов, формирования модельного сигнала относительно областей, прилегающих к боковым сторонам и задней стороне прибора; и для формирования сигнала опережающего просмотра по существу без вкладов из областей, прилегающих к прибору, путем обработки глубинного сигнала в зависимости от модельного сигнала. Инструкции могут включать в себя инструкции по работе прибора, имеющего множество пар излучатель-приемник, и обработке сигналов из глубинных измерений и малоглубинных измерений, аналогичной или идентичной обработкам, рассмотренным применительно к фиг. 1-30А-В. Инструкции могут включать в себя инструкции по работе прибора и операции геонавигации согласно идеям, изложенным в этой заявке. Кроме того, в данном случае машиночитаемое запоминающее устройство представляет собой физическое устройство, в котором сохраняются данные, представляемые физической структурой в устройстве. Примеры машиночитаемых запоминающих устройств включают в себя, но без ограничения ими, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), запоминающее устройство на магнитном диске, оптическое запоминающее устройство, флэш-память и другие электронные, магнитные и/или оптические запоминающие устройства.
На фиг. 31 показана структурная схема системы 3100 согласно варианту осуществления, включающей в себя измерительный прибор 3105, имеющий компоновку излучателей и приемников, с которых можно регистрировать сигналы измерений с получением глубинных измерений и малоглубинных измерений для образования сигнала опережающего просмотра и определения свойств пласта перед буровым долотом. Компоновки излучателей 3110-1 и приемников 31102 измерительного прибора 1305 могут быть реализованы аналогично или идентично компоновкам, рассмотренным в этой заявке. Компоновки могут включать в себя одну или несколько пар излучатель-приемник, приспособленных для подавления или по существу подавления сигналов из слоев между излучающей антенной и приемной антенной в ответ на работу излучателя в скважине.
Кроме того, система 3100 может включать в себя контроллер 3141, память 3142, электронную аппаратуру 3143 и блок 3145 связи. Контролер 3141, память 3142 и блок 3145 связи могут быть приспособлены к управлению работой измерительного прибора 3105 для определения сигнала опережающего просмотра и для определения свойств области перед измерительным прибором 3105. В случае измерительного прибора 1305, прикрепленного к бурильной колонне вблизи бурового долота или над ним, область перед измерительным прибором 1305 является областью перед буровым долотом. Контроллер 3141, память 3142 и электронная аппаратура 3143 могут быть приспособлены для управления активацией излучающих антенн и выбора приемных антенн в измерительном приборе 3105 и для управления схемами обработки в соответствии с измерительными процедурами и обработкой сигналов, описанными в этой заявке. Блок 3145 связи может включать в себя скважинные средства связи, используемые при выполнении операции бурения. Такие скважинные средства связи могут включать в себя телеметрическую систему.
Кроме того, система 3100 может включать в себя шину 3147, при этом шина 3147 обеспечивает электрическую проводимость между компонентами системы 3100. Шина 3147 может включать в себя адресную шину, шину данных и шину управления, каждая из которых сконфигурирована независимо. В качестве шины 3147 можно также использовать обычные проводящие линии для передачи одного или нескольких из адреса, данных или управляющего воздействия, использование которых может регулироваться контроллером 3141. Шину 3147 можно выполнять так, чтобы компоненты системы 3100 могли быть распределены. Такое распределение возможно относительно скважинных компонентов, таких как излучатели и приемники измерительного прибора 3105, и компонентов, которые могут быть расположены на поверхности скважины. Например, в качестве варианта компоненты могут быть совместно расположены на одной или нескольких утяжеленных бурильных трубах бурильной колонны или на спускаемой на кабеле конструкции.
Согласно различным вариантам осуществления периферийные устройства 3146 могут включать в себя дисплеи, дополнительное запоминающее устройство и/или другие устройства управления, которые могут работать в сочетании с контроллером 3141 и/или памятью 3142. Согласно варианту осуществления контроллер 3141 может быть реализован в виде одного или нескольких процессоров. Периферийные устройства 3146 вместе с дисплеем могут снабжаться инструкциями, сохраняемыми в памяти 3142, по реализации пользовательского интерфейса для управления работой измерительного прибора 3105 и/или компонентов, распределенных в системе 3100. Такой пользовательский интерфейс может работать в сочетании с блоком 3145 связи и шиной 3147. Различные компоненты системы 3100 могут быть объединены с измерительным прибором 3105, так что обработка, идентичная или подобная обработке в схемах, рассмотренных в этой заявке в различных вариантах осуществления, может выполняться в стволе скважины вблизи места измерений или на поверхности.
На фиг. 32 показана система 3200 согласно варианту осуществления, расположенная на буровой площадке, при этом система 3200 включает в себя измерительный прибор 3105, имеющий компоновку излучателей и приемников, с которых можно регистрировать сигналы измерений при глубинных измерениях и малоглубинных измерениях для образования сигнала опережающего просмотра и определения свойств пласта перед буровым долотом. Компоновки излучателей и приемников измерительного прибора 3105 можно реализовывать идентичными или подобными компоновкам, рассмотренным в этой заявке. Компоновки могут включать в себя одну или несколько антенных пар излучатель-приемник, приспособленных для подавления или по существу подавления сигналов из слоев между излучающей антенной и приемной антенной в ответ на работу излучателя в скважине.
Система 3200 может включать в себя буровую установку 3202, расположенную на поверхности 3204 скважины 3206, и бурильную колонну 3208, то есть колонну бурильных труб, соединенных друг с другом с образованием бурильной колонны, которую спускают с помощью роторного стола 3207 в буровую скважину или ствол 3212 скважины. Буровая установка 3202 может поддерживать бурильную колонну 3208. Бурильная колонна 3208, проходящая сквозь роторный стол 3207, может приводиться в движение для бурения ствола 3212 скважины через подземные пласты 3214. Бурильная колонна 3208 может включать в себя бурильную трубу 3218 и компоновку 3220 низа бурильной колонны, расположенную на нижнем участке бурильной трубы 3218.
Компоновка 3220 низа бурильной колонны может включать в себя утяжеленную бурильную трубу 3215, измерительный прибор 3205 и буровое долото 3226. Согласно различным вариантам осуществления измерительный прибор 3205 может включать в себя датчик, расположенный как можно ближе к буровому долоту 3226. Буровое долото 3226 может приводиться в действие для образования ствола 3212 скважины путем проходки поверхности 3204 и подземных пластов 3214. Измерительный прибор 3205 может быть приспособлен для реализации в стволе скважины системы измерений в процессе бурения, такой как система каротажа во время бурения. Измерительный прибор 3205 может быть реализован в корпусе, содержащем электронику для возбуждения излучающего источника и для сбора откликов с выбираемых приемных датчиков. Такая электроника может включать в себя блок обработки для анализа сигналов, собираемых измерительным прибором 3205, и передачи обработанных результатов на поверхность с помощью стандартного механизма связи, используемого при эксплуатации скважины. В качестве варианта электроника может включать в себя связной интерфейс для передачи сигналов, обнаруживаемых измерительным прибором 3205, на поверхность с помощью стандартного механизма связи, используемого при эксплуатации скважины, где обнаруживаемые сигналы могут анализироваться в блоке обработки на поверхности.
Согласно различным вариантам осуществления измерительный прибор 3205 может быть заключен в корпус 3270 прибора, соединенный с каротажным кабелем 3274, таким как, например, бронированный каротажный кабель. Корпус 3270 прибора, содержащий измерительный прибор 3205, может включать в себя электронику для возбуждения излучающего преобразователя измерительного прибора 3205 и сбора откликов с выбираемых приемных датчиков измерительного прибора 3205. Такая электроника может включать в себя блок обработки для анализа сигналов, собираемых измерительным прибором 3205, и передачи обработанных результатов на поверхность с помощью стандартного механизма связи, используемого при эксплуатации скважины. В качестве варианта электроника может включать в себя связной интерфейс для передачи сигналов, собираемых измерительным прибором 3205, на поверхность с помощью стандартного механизма связи, используемого при эксплуатации скважины, при этом эти собираемые сигналы анализируются в блоке обработки на поверхности. Каротажный кабель 3274 может быть реализован в виде бронированного каротажного кабеля (многожильных силовых и связных кабелей), одножильного кабеля (единственного проводника) и/или стального троса малого диаметра (без проводников для электропитания или связи) или другой конструкции, подходящей для использования в стволе 1312 скважины.
Во время буровых работ бурильная колонна 3208 может вращаться в роторном столе 3207. В дополнение к этому или как вариант компоновка 3220 низа бурильной колонны также может приводиться во вращение двигателем (например, забойным двигателем), который расположен в скважине. Утяжеленные бурильные трубы 3215 могут использоваться для добавления массы буровому долоту 3226. Кроме того, утяжеленные бурильные трубы 3215 могут придавать жесткость компоновке 3220 низа бурильной колонны, что позволит компоновке 3220 низа бурильной колонны передавать дополнительную массу буровому долоту 3226 и способствовать проникновению бурового долота 3226 сквозь поверхность 3204 и подземные пласты 3214.
Во время буровых работ насос 3232 для бурового раствора может закачивать промывочную жидкость (в ряде случаев называемую специалистами в данной области техники буровым раствором) из отстойника 3234 по шлангу 3236 в бурильную трубу 3218 и вниз к буровому долоту 3226. Промывочная жидкость может вытекать из бурового долота 3226 и возвращаться на поверхность 3204 через кольцевое пространство 3240 между бурильной трубой 3218 и сторонами ствола 3212 скважины. Затем промывочная жидкость может возвращаться в отстойник 3234, в котором такая жидкость фильтруется. В некоторых вариантах осуществления промывочная жидкость может использоваться для охлаждения бурового долота 3226, а также для обеспечения смазывания бурового долота 3226 во время буровых работ. В дополнение к этому промывочную жидкость можно использовать для удаления обломков выбуренной породы из подземного пласта 3214, образующихся при работе бурового долота 3226.
Хотя были показаны и описаны конкретные варианты осуществления, специалисту в данной области техники должно быть понятно, что любая компоновка, которая рассчитана на решение аналогичной задачи, может быть подставлена в конкретные показанные варианты осуществления. В различных вариантах осуществления используются перестановки и/или сочетания вариантов осуществления, описанных в этой заявке. Следует понимать, что приведенное выше описание предполагается иллюстративным, а не ограничивающим, и что фразеология или терминология, использованная в этой заявке, служит задачам описания. Сочетания приведенных выше вариантов осуществления и других вариантов осуществления станут понятными специалистам в данной области техники при изучении приведенного выше описания.