Патент на изобретение №2383038

(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАРОТАЖА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИНФАЗНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к электрическому каротажу скважин. Сущность: в ствол скважины, пробуренной в толще горных пород, доставляют каротажный прибор, имеющий первый передатчик с первой осью и второй передатчик со второй осью, проходящей под углом к первой оси. Посредством первого и второго передатчиков направляют в толщу горных пород первое и второе магнитные поля по меньшей мере на одной частоте. Принимают первое и второе магнитные поля, являющиеся откликом от взаимодействия первого и второго переданных магнитных полей с толщей горных пород. Измеряют составляющие принятых первого и второго магнитных полей, синфазных с переданными первым и вторым магнитными полями. Осуществляют обработку одночастотных составляющих принятых первого и второго магнитных полей, синфазных с переданными первым и вторым магнитными полями, путем инверсии без использования мнимых составляющих принятых первого и второго магнитных полей для определения горизонтального и вертикального удельных сопротивлений. Технический результат: использование для определения горизонтального и вертикального удельных сопротивлений только синфазных составляющих. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 9 ил.

Настоящее изобретение в целом относится к электрическому каротажу нефтяных скважин. Более точно, настоящее изобретение относится к способу получения критерия характеристики горной породы с использованием синфазной составляющей сигнала, индуцированного в горной породе электрическим полем.

Знание природы и характеристик различных толщ горных пород, через которые проходит ствол скважины, является важной задачей для нефтяной и газовой промышленности, поскольку при создании скважины (обычно путем бурения), как правило, не получают достаточной информации о наличии, глубине залегания, количестве и т.д. нефти и газа, содержащихся в толщах горных пород. В прошлом для получения такой информации о толщах горных пород применяли различные методы электроразведки. Одним из таких широко распространенных методов является индукционный каротаж. При индукционном каротаже измеряют электрическое удельное сопротивление (или его противоположность – электрическую проводимость) толщи горных пород, для чего в ответ на передаваемый сигнал сначала индуцируют токи Фуко в толще горных пород, а затем измеряют фазовую составляющую принимаемого сигнала, генерированного за счет присутствия токов Фуко. Изменения величины токов Фуко в ответ на изменения электрической проводимости толщи горных пород отображают в виде изменений принимаемого сигнала. Таким образом, показателем электрической проводимости толщи горных пород обычно является величина синфазной составляющей (составляющей, которая является синфазной с передаваемым сигналом).

Физические принципы электромагнитного каротажа сопротивлений описаны, например, H.D.Doll в публикации “Introduction to Induction Logging and Application to Logging of Wells Drilled with Oil-Based Mud”, Journal of Petroleum Technology, том.1, стр.148, Общество инженеров-нефтяников, Ричардсон, Техас (1949 г.). Со времени названной публикации приборы электромагнитного каротажа для измерения индукционного удельного сопротивления претерпели множество усовершенствований и изменений. Описание таких изменений и усовершенствований можно найти, например, в патентах US 4837517, US 5157605 (Chandler и др.), патенте US 5452761 (Beard и др.)

В патенте US 3147429 (Moran и др.), сформулирована фундаментальная теория приборов электромагнитного каротажа путем измерений сопротивлений горных пород, которая вкратце изложена в настоящем описании. На фиг.1 показан пример генераторной катушки и приемной катушки, которые находятся на расстоянии L друг от друга. Произведение площади поперечного сечения катушки и числа витков катушки у передатчика равно A_t. Соответствующее произведение у приемника

равно А_r. Постоянная k распространения волны задана следующим уравнением

где j означает квадратный корень – 1, означает угловую частоту сигнала, а означает электрическую проводимость горной породы, а µ означает проницаемость среды. Уравнение (1) можно переписать следующим образом

где означает эффективную глубину проникновения в среду, которая задана следующим уравнением

Пропускаемый через передатчик ток I индуцирует в толще горных пород токи Фуко, которые, в свою очередь, индуцируют магнитное поле и токи Фуко в приемнике. Полное напряжение V приемника задано следующим выражением

В результате разделения на действительную и мнимую части получаем действительную и мнимую части V_r и V_x (синфазную и квадратурную составляющие) в виде следующих уравнений

и

Следует отметить, что квадратурная составляющая напряжения эквивалентна синфазной составляющей магнитного поля.

Типичным прибором для измерения электрического сопротивления является прибор индукционного каротажа скважин военного назначения, описанный в патенте US 5452761 (Beard и др.). Прибор индукционного каротажа, описанный в этом патенте, включает несколько приемных катушек, расположенных на различных расстояниях по оси от генераторной катушки. Через генераторную катушку пропускают переменный ток, который индуцирует переменные электромагнитные поля в толщах горных пород. Под воздействием явлений электромагнитной индукции, связанных с переменными электромагнитными полями, в приемных катушках индуцируются напряжения или значения измерения. Непрерывно регистрируемые напряжения образуют кривые, которые также называют диаграммами индукционного каротажа. Индукционные приборы, состоящие из множества комплектов приемных катушек, называют многокатушечными индукционными приборами. Каждый комплект приемных катушек в сочетании с приемником называют элементом группы. Многокатушечный индукционный прибор включает множество элементов группы и осуществляет измерения при помощи всех элементов группы.

Напряжения, индуцированные в более удаленных по оси приемных катушках, являются результатом явлений электромагнитной индукции, которые возникают в пространстве большего объема, окружающем прибор, а напряжения, индуцированные в ближних по оси приемных катушках, являются результатом явлений электромагнитной индукции, которые возникают вблизи прибора. Таким образом, различные приемные катушки воспринимают границу слоя толщи горных пород с различными поправками на влияние прилегающих слоев. Более удаленные приемные катушки воспринимают границу слоя толщи пород на большем расстоянии от ствола скважины, чем менее удаленные приемные катушки. В результате, каротажные диаграммы более удаленных приемных катушек более подвержены влиянию прилегающих слоев, чем каротажные диаграммы менее удаленных приемных катушек. Каротажные диаграммы всех приемных катушек образуют определенную схему.

Один из недавно разработанных индукционных приборов состоит из трех взаимно ортогональных приемопередающих антенных решеток. Данная конфигурация позволяет определять как вертикальное, так и горизонтальное электрическое удельное сопротивление анизотропной горной породы в вертикальных, искривленных и горизонтальных стволах скважин. Данный прибор описан в патенте US 6147496 (Strack и др.). Передатчики индуцируют токи в трех взаимно перпендикулярных направлениях в пространстве, а приемники измеряют соответствующие магнитные поля (Н_хх, Н_уу и H_zz). Согласно данной системе обозначений магнитных полей первый индекс указывает направление передачи, второй индекс указывает направление приема. Например, H_zz означает магнитное поле, индуцированное генераторной катушкой в направлении по оси z, и измеренное направленным по оси z приемником. Направление по оси z параллельно стволу скважины. В патенте US 6147496 описано, как сочетают измерения, осуществленные на двух частотах, чтобы получить электрическое удельное сопротивление толщи горных пород на удалении от ствола скважины и одновременно избежать влияния возможного проникновения скважинных флюидов в пласт. В других способах обработки многокомпонентных данных индукционного каротажа применяют метод частотной фокусировки, в котором измерения осуществляют на нескольких частотах. Примеры таких способов описаны в патенте US 6574562 (Tabarovsky и др.).

Мнимую составляющую магнитного поля обычно используют в описанных выше способах инверсионной обработки. При этом она соответствует действительной части напряжения согласно приведенному выше уравнению (5). Измеренная синфазная составляющая одночастотного магнитного поля обладает свойствами, аналогичными свойствам измеренной мнимой составляющей двухчастотного (или многочастотного) магнитного поля. До настоящего времени для обработки данных не использовали синфазную составляющую магнитного поля, полученную по данным индукционного каротажа. В настоящем изобретении предложено использование синфазной составляющей магнитного поля для определения электрического удельного сопротивления анизотропной горной породы.

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для каротажа толщи горных пород, состоящей из множества слоев, имеющих горизонтальное и вертикальное удельные сопротивления, при этом горизонтальное удельное сопротивление по меньшей мере одного из слоев отличается от его вертикального удельного сопротивления.

В ствол скважины, пробуренной в толще горных пород, доставляют каротажный прибор. Каротажный прибор содержит первый и второй передатчики, имеющие первую и вторую оси передачи, проходящие под углом друг к другу. Первый и второй передатчики направляют в толщу горных пород магнитные сигналы (поля) по меньшей мере на одной частоте. Соответствующие приемники принимают сигналы, возникающие в результате взаимодействия переданных полей с толщей горных пород. Измеряют составляющие принятых первого и второго магнитных полей, синфазных с переданными первым и вторым магнитными полями. И осуществляют обработку одночастотных составляющих принятых первого и второго магнитных полей, синфазных с переданными первым и вторым магнитными полями, путем инверсии без использования мнимых составляющих принятых первого и второго магнитных полей для определения горизонтального и вертикального удельных сопротивлений.

Ось одного из двух передатчиков может проходить по существу параллельно оси каротажного прибора, а ось другого передатчика может проходить по существу ортогонально к первой оси. В качестве альтернативы, оси обоих передатчиков могут быть наклонены к оси прибора под углами, отличными от 0° и 90°, и в этом случае процессор осуществляет поворот координат принятых сигналов.

В процессе обработки формируют слоистую модель толщи горных пород. При помощи сформированной модели осуществляют инверсию частот принятых сигналов и при этом при помощи подмножества принятых сигналов сначала определяют горизонтальное удельное сопротивление. Затем при помощи другого подмножества принятых сигналов определяют вертикальное удельное сопротивление и производное горизонтальное удельное сопротивление. На практике изобретение может применяться для измерений на одной частоте или на множестве частот.

Обработка может осуществляться посредством процессора, располагающегося на поверхности или в стволе скважины. Для спуска передатчиков и приемников может использоваться кабель или компоновка низа бурильной колонны для измерений в процессе бурения.

В изобретении также предлагается устройство для определения параметра толщи пород, содержащее первый передатчик с первой осью и второй передатчик со второй осью, расположенной под углом к первой оси, при этом первый и второй передатчики приспособлены для направления в толщу пород первого и второго магнитных полей по меньшей мере на одной частоте; приемники для приема первого и второго магнитных полей, являющихся откликом от взаимодействия первого и второго переданных магнитных полей с толщей пород; и процессор для обработки одночастотных составляющих принятых первого и второго магнитных полей, синфазных с переданными первым и вторым магнитными полями, путем инверсии без использования мнимых составляющих принятых первого и второго магнитных полей и определения горизонтального и вертикального удельных сопротивлений.

Первый и второй передатчики и приемники могут быть приспособлены для доставки в ствол пробуренной в толще горных пород скважины на приборе, опускаемом в скважину на кабеле; или первый и второй передатчики и приемники могут быть приспособлены для доставки в ствол пробуренной в толще пород скважины на компоновке низа бурильной колонны, включающей буровую головку.

Как первый и второй передатчики, так и приемники могут быть закреплены шарнирно.

Для обеспечения лучшего понимания настоящего изобретения к нему приложены следующие чертежи с одинаковыми цифровыми обозначениями одинаковых элементов, на которых показано:

на фиг.1 (уровень техники) – геометрия катушек известного из уровня техники прибора индукционного каротажа,

на фиг.2 (уровень техники) – развернутый в стволе скважины прибор индукционного каротажа для измерения удельной проводимости прилегающих пород,

на фиг.3 – модель удельного сопротивления толщи пород и несколько каротажных значений, соответствующих модели,

на фиг.4 – истинные и полученные значения удельного сопротивления, соответствующие модели, проиллюстрированной на фиг.3,

на фиг.5 – каротажные значения, полученные при каротаже горных пород с низким удельным сопротивлением,

на фиг.6 – полученные значения удельного сопротивления, соответствующие горным породам с низким удельным сопротивлением на фиг.5,

на фиг.7 – каротажные значения, полученные при каротаже горных пород с высоким удельным сопротивлением,

на фиг.8 – полученные значения удельного сопротивления, соответствующие горным породам с высоким удельным сопротивлением на фиг.7,

на фиг.9 (уровень техники) – расположение генераторных и приемных катушек для многокомпонентных измерений.

На фиг.2 показан применяемый в настоящем изобретении прибор 20 индукционного каротажа, помещенный в ствол 22 скважины, пробуренной в толще горных пород 54. Прибор 20, подвешенный в стволе 22 скважины на кабеле 24, включает скважинный зонд 34 и электронный блок 32. Прибор 20 опускают в ствол 22 скважины на кабеле 24, который проходит через каротажный ролик 31, расположенный на поверхности ствола 22 скважины. Обычно кабель 24 намотан на барабан 30. Кабель 24 имеет изолированные токопроводящие жилы для передачи электрических сигналов. Сигналы зонда 34 поступают в электронный блок 32 прибора 20, которая осуществляет различные аналоговые и цифровые функции, которые описаны далее.

Зонд 34 предпочтительно включает множества катушек 40-52. Катушка 46 является генераторной катушкой для передачи колебательного сигнала в прилегающие горные породы 54. На катушку 46 предпочтительно подают сигнал с прямоугольной формой волны. Однако предусмотрено, что может использоваться любой из множества сигналов колебательного напряжения с многочастотными составляющими. Кроме того, желательно, чтобы в отдельных случаях использовался одночастотный сигнал, такой как синусоидальный сигнал. Сигнал колебательного напряжения, подаваемый на катушку 46, генерирует ток в катушке 46, которая, в свою очередь, генерирует электромагнитное поле в окружающую горную породу 54. Электромагнитное поле, в свою очередь, индуцирует токи Фуко, которые направлены соосно стволу 22 скважины. Величины токов Фуко соотносятся с удельной проводимостью окружающих горных пород 54. Остальные катушки 40, 42, 44, 47, 48, 50 и 52 являются приемными катушками, в которых индуцируют сигналы электрические поля, порождаемые токами Фуко, возникающими в горной породе. По мере того, как находящийся в стволе 22 скважины прибор 20 поднимают, на основе принятых сигналов, определяют удельную проводимость окружающей горной породы 54, чтобы определить пласт или слой 55, удельная проводимость которого указывает на возможность содержания углеводородов.

Электронный блок 32 включает схему 60 преобразователя, схему 62 накопителя, оперативное запоминающее устройства (ОЗУ) 63 и схему 61 телеметрии. Схема 60 преобразователя имеет множество предусилителей, фильтров и аналого-цифровых преобразователей (АЦП) для приема сигналов, поступающих от приемных катушек 40-52, и их преобразования в оцифрованные сигналы, которые затем обрабатывает схема 62 накопителя. Аналоговые сигналы напряжения, поступающие от приемных катушек 40-52, подвергают дискретизации с предварительно установленной частотой дискретизации в течение времени, заданного основной частотой сигнала передатчика, которая в стандартном варианте осуществления равна примерно 10 кГц.

Дискретизацию повторяют на протяжении значительного числа периодов передаваемого сигнала напряжения, предпочтительно, по меньшей мере 1024 периодов, чтобы улучшить отношение сигнал-шум у принимаемых сигналов. Для уменьшения объема данных, которые необходимо хранить или передавать, суммируют соответствующие выборки цифрового сигнала, полученные за каждый из периодов передачи. Суммированные выборки цифрового сигнала, которые соответствуют каждой из множества приемных катушек, образуют соответствующие выборки сигнала, полученные в результате комбинирования и разновременного суммирования, которые хранят в ОЗУ 63. Затем сигналы после суммирования, которые соответствуют множеству приемных катушек 40-52, могут быть извлечены из ОЗУ 63 и по кабелю 24 переданы схемой 61 телеметрии процессору 64, являющемуся частью наземного оборудования 26, которое может осуществлять анализ сигналов после суммирования. В качестве альтернативы предусмотрена возможность осуществления обработки по меньшей мере части данных в стволе скважины при помощи соответствующим образом расположенного процессора (не показан) и передачи результатов обработки вверх по стволу скважины телеметрическим путем.

В альтернативном варианте осуществления процессор с достаточной производительностью обработки цифровых сигналов может являться частью электронной схемы 32. Так, предусмотрена возможность осуществления в стволе скважины необходимого дискретного преобразования Фурье, за счет чего дополнительно снижается объем данных, передаваемых на поверхность.

Сигнал zz, измеренный в стволе скважины, которая пробурена перпендикулярно толще горных пород, отображает лишь горизонтальное удельное сопротивление такой толщи горных пород. Это объясняется тем фактом, что токи, индуцированные передатчиком z-составляющей, находятся в плоскости, параллельной плоскости залегания, и не подвержены влиянию вертикального удельного сопротивления анизотропной толщи горных пород. С другой стороны, передатчик х-составляющей или у-составляющей в стволе скважины, пробуренной перпендикулярно толще горных пород, индуцирует токи, направленные как вертикально, так и горизонтально (а также под промежуточными углами). Следовательно, сигналы хх и уу отображают как вертикальное, так и горизонтальное удельные сопротивления. В широко применяемой операции инверсии сигнал zz используют для определения горизонтального удельного сопротивления, и при помощи определенного горизонтального удельного сопротивления получают вертикальное удельное сопротивление на основании сигналов хх и/или уу. Таким образом, инвертированные значения вертикального удельного сопротивления являются менее точными, чем инвертированные значения горизонтального удельного сопротивления.

Перед тем, как перейти к рассмотрению остальных фигур, следует дать пояснения к условным обозначениям, которое использованы на фиг.3-8, на которых проиллюстрированы дорожки каротажных диаграмм:

термин “одинарный” относится к мнимой составляющей магнитного поля, полученной методом одночастотных измерений,

термин “двойной” относится к мнимой составляющей магнитного поля, полученной методом двухчастотных измерений, и

термин “синфазный” относится к синфазной составляющей магнитного поля, полученной методом двухчастотных измерений.

Рассмотрим фиг.3, на которой проиллюстрирована модель значений удельного сопротивления, полученных по первой дорожке каротажной диаграммы, и анизотропная толща горных пород с вертикальным и горизонтальным удельными сопротивлениями. Кривыми 201 и 203 отображены вертикальное и горизонтальное удельные сопротивления, использованные в модели. Поскольку для построения модели использована вертикальная скважина, значения XX и YY идентичны. Кривые 204 и 205 на дорожке 2 отображают значения XX на частотах 20,8 кГц и 41,7 кГц соответственно. На дорожке 3 показаны два значения двухчастотных измерений относительно модели удельных сопротивлений дорожки 1. Кривая 207 отображает значение двухчастотных измерений на частотах 20,8 КГц и 41,7 кГц соответственно, а кривая 208 отображает значение двухчастотных измерений на частотах 41,7 кГц и 83,3 кГц соответственно. Наконец, на дорожке 4 показаны синфазные значения 209 и 210 на частотах 20,8 кГц и 41,7 кГц соответственно. Шкала в верхней части дорожек 3 и 4 охватывает диапазон величин ±0,004 Вб/м². Видно, что величина сигнала синфазной составляющей (кривые 209 и 210) в целом превышает значения двухчастотных измерений (кривые 207 и 208).

На фиг.4 показаны результаты инверсии свободных от шумов данных моделирования, которые получены в показанной на фиг.3 вертикальной скважине. Один из способов инверсии многокомпонентных данных, применимый в настоящем изобретении, описан в патенте US 6591194 (Yu и др.) того же правообладателя, что и настоящее изобретение, и содержание которого посредством ссылки полностью включено в настоящее описание. Способ, описанный в этом патенте, также применим в искривленных стволах скважин.

Как указано в патенте US 6591194, измерения, осуществляемые в стволе скважины многокомпонентным каротажным прибором, инвертируют, чтобы получить данные горизонтального и вертикального удельных сопротивлений (Rv/Rh) толщи горных пород, через которую проходит ствол скважины. Для построения модели используют слои равной толщины, каждый из которых имеет горизонтальное удельное сопротивление и вертикальное удельное сопротивление. Для вертикального ствола инверсия заключается в том, что сначала методом последовательным приближений получают данные горизонтального удельного сопротивления слоя, используя составляющую H_zz данных, при этом на последовательных шагах итерации горизонтальное удельное сопротивление каждого слоя умножают на соотношение между модельным значением H_zz и измеренным значением H_zz. Модель вертикального удельного сопротивления приравнивают к производным данных горизонтального удельного сопротивления, и снова осуществляют итеративный процесс, используя соотношение между модельным значением Н_хх и измеренным значением Н_хх. Аналогичную операцию осуществляют для стволов с известным изгибом. Для такого изогнутого ствола суммируют две горизонтальные составляющие Н_хх и Н_уу и получают результат измерения горизонтального удельного сопротивления Н_ххуу, который не зависит от поворота прибора. На первом шаге используют соотношение между модельным значением H_zz и измеренным значением H_zz, чтобы получить кажущееся удельное сопротивление, а на втором шаге методом последовательным приближений используют соотношение между модельным значением Н_ххуу и измеренными данными Н_ххуу, а также известную взаимосвязь между кажущимся удельным сопротивлением и горизонтальным и вертикальным удельными сопротивлениями. Поскольку способ не требует применения определителей Якоби или градиентов, необходимое время вычислений относительно мало по сравнению с известными из техники градиентными методами. Следует отметить, что аналогичные результаты можно получить при иных углах наклона осей передачи и приема относительно ствола скважины при условии возможности их поворота в направлении основных составляющих (направления х, у и z) путем поворота координат. Несмотря на то, что в патенте US 6591194 рассмотрена инверсия данных двухчастотных измерений, в нем не говорится об инверсии синфазной составляющей данных. Также следует отметить, что для инверсии многокомпонентных данных также могут использоваться другие способы, помимо способов, раскрытых в US 6591194. Пример такого способа описан в патенте US 6643589 (Zhang и др.)

Позицией 301 на дорожке 1 обозначены три кривые, между которыми имеется большое сходство. Одна из них отображает истинную анизотропию модели, вторая кривая отображает результаты инверсии данных моделирования двухчастотных измерений, показанных на фиг.3, а третья кривая отображает результаты инверсии данных моделирования синфазной составляющей, показанных на фиг.3. Позицией 303 на дорожке 2, проиллюстрированной на фиг.4, обозначено сравнение истинного горизонтального удельного сопротивления и результатов инверсии данных моделирования одночастотных измерений. Тот факт, что между кривыми на дорожке 2 имеются незначительные отличия, демонстрирует точность метода инверсии. Наконец, на дорожке 3 показано сравнение истинного вертикального удельного сопротивления и результатов инверсии данных моделирования двухчастотных измерений и инверсии данных моделирования синфазной составляющей. Различия между кривыми на дорожке 3 несколько больше, чем на дорожке 2, но все же не выходят за приемлемые пределы. Несколько большие различия являются показателем того, что инверсия вертикального удельного сопротивления не настолько точна, как инверсия горизонтального удельного сопротивления. Причины несколько меньшей точности указаны выше.

Рассмотрим фиг.5, на которой показаны полевые данные, касающиеся толщи горных пород с высокой удельной проводимостью. Кривые 401, 402 и 403 отображают результаты двухчастотных измерений хх на частотах (20,8 кГц, 41,7 кГц), (41,7 кГц, 83 кГц) (83 кКГц и 166 кГц) соответственно. Кривыми 405, 406 и 407 отображены результаты измерения синфазных составляющих хх на частотах 20,8 кГц, 41,7 кКГц и 83 кГц соответственно. Диапазон двухчастотных измерений составляет ±0,002 Вб/м², а диапазон измерений синфазных составляющих составляет ±0,004 Вб/м². На фиг.5 показано, что в проводящих толщах горных пород уровни сигналов синфазных составляющих превышают уровни двухчастотных сигналов. Это является ожидаемым, поскольку результатом двухчастотного измерения является масштабированная разность между результатами двух одночастотных измерений. На фиг.6 показаны результаты инверсии данных, проиллюстрированных на фиг.5.

Позицией 501 на дорожке 1, показанной на фиг.6, обозначены две интерпретированные кривые анизотропии, между которыми существует значительное сходство. Одна кривая отображает инверсию двухчастотных данных, проиллюстрированных на фиг.5, а другая кривая является результатом инверсии данных синфазных составляющих, проиллюстрированных на фиг.5. Позицией 503 на дорожке 2, показанной на фиг.6, обозначено горизонтальное удельное сопротивление, полученное методом инверсии однокомпонентных данных, а позицией 505 на дорожке 3 обозначено сравнение инвертированного вертикального удельного сопротивления, полученного на основе двухкомпонентных данных и данных синфазных составляющих.

Инвертированные значения сопротивления хорошо согласуются, что демонстрирует, что результаты инверсии синфазной составляющей индукционных измерений в проводящих толщах горных пород не уступают результатам, полученным методом инверсии мнимой составляющей двухчастотных измерений.

На фиг.7 показан пример полевых измерений горных пород высокого сопротивления с горизонтальным удельным сопротивлением свыше 5 Om. На дорожке 1 кривая 601 отображает результаты двухчастотных измерений на частотах 20,3 кГц и 41,7 кГц. Кривой 602 на дорожке 2 отображены результаты двухчастотных измерений на частотах 41,7 кГц и 83,3 кГц, а кривой 603 на дорожке 3 отображены результаты двухчастотных измерений на частотах 83,3 кГц и 166 кГц. На дорожках 4, 5 и 6 (кривые 604, 605 и 606) проиллюстрированы результаты измерений синфазной составляющей на частотах 20,3 кГц, 41,7 кГц и 83,3 кГц соответственно. Для двухкомпонентных измерений характерно более значительное высокочастотное дрожание, чем для измерений синфазной составляющей. Сравним, например, кривые 602 и 605. Несмотря на то, что верхние пределы соответствующих двухкомпонентных измерений и измерений синфазной составляющей одинаковы, т.е. дорожки 1 и 4, дорожки 2 и 5 и дорожки 3 и 6, заметно, что уровень сигнала синфазной составляющей несколько выше. Такая более высокая амплитуда наиболее четко видна в глубине, обозначенной позицией 611.

Рассмотрим фиг.8, на которой показаны результаты инверсии данных, проиллюстрированных на фиг.7. Позицией 701 на дорожке 1 обозначено сравнение инвертированной анизотропии по результатам двухкомпонентных измерений и измерений синфазной составляющей. Позицией 703 на дорожке 2 обозначено сравнение инвертированных данных горизонтального удельного сопротивления. Различия между двумя кривыми на дорожке 2 невелики. Наконец, позицией 3 на дорожке 705 обозначены большие различия между инвертированными данными измерений синфазной составляющей и двухкомпонентных измерений.

Одним из возможных объяснений значительных отклонений является присутствие побочного влияния на измерения. Измерения синфазной составляющей по своей природе более подвержены погрешностям, вызванным непосредственной связью между передатчиком и приемником. Для предотвращения этого в оборудовании обычно используют компенсационные катушки. Непосредственная связь между передатчиком и приемником оказывает значительно меньшее влияние на мнимую составляющую измеренного сигнала. Следовательно, побочное влияние с большей вероятностью присутствует при измерении синфазной составляющей. Влияние непосредственной связи необходимо устранять.

Таким образом, описанные выше способ и устройство позволяют определять интересующие параметры толщи горных пород, такие как горизонтальное и вертикальное удельные сопротивления одного или нескольких слоев толщи горных пород.

Расположение генераторных и приемных катушек, применимое для осуществления многокомпонентных измерений, предложено в патенте US 6618676 (Kriegshauser и др.), и показано на фиг.9. В частности, показана конфигурация генераторных и приемных катушек прибора индукционного каротажа 3Dexplorer производства компании “Бейкер Хьюз”. Показаны три ортогональных передатчика 801, 802 и 805, которые являются передатчиками Т_х, Т_z и Т_у (ось z является продольной осью прибора). Передатчикам 801, 802 и 805 соответствуют приемники 807, 809 и 811, которые являются приемниками R_x, R_z и R_y для измерения соответствующим магнитных полей. При предпочтительном режиме работы прибора измеряют составляющие Н_хх, Н_уу, H_zz, Н_ху и H_xz, хотя также можно использовать и другие составляющие.

На фиг.9 показана постоянная ориентация генераторных и приемных катушек относительно корпуса каротажного прибора. В альтернативном варианте осуществления изобретения передатчики и/или приемники могут быть шарнирно закреплены известными из техники способами.

Предложенный в настоящем изобретении способ рассмотрен выше применительно к каротажному прибору, опускаемому на кабеле. Вместе с тем, предложенный в изобретении способ в равной мере применим к каротажным приборам, опускаемым на компоновке низа бурильной колонны для измерений в процессе бурения.

Также следует отметить, что предложенный в настоящем изобретении способ описан на примерах одночастотного измерения синфазной составляющей магнитного поля. Способ также применим для двух- или многочастотных измерений синфазной составляющей.

Несмотря на то, что выше описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, в него могут быть внесены различные изменения, очевидные для специалистов в данной области техники. Предполагается, что все такие изменения, не выходящие за рамки прилагаемой формулы изобретения, охватываются притязаниями настоящего изобретения.

Формула изобретения

1. Способ каротажа толщи пород, имеющей горизонтальное и вертикальное удельные сопротивления, в котором
в ствол скважины, пробуренной в толще горных пород, доставляют каротажный прибор, имеющий первый передатчик с первой осью и второй передатчик со второй осью, проходящей под углом к первой оси,
посредством первого и второго передатчиков направляют в толщу горных пород первое и второе магнитные поля по меньшей мере на одной частоте,
принимают первое и второе магнитные поля, являющиеся откликом от взаимодействия первого и второго переданных магнитных полей с толщей горных пород,
измеряют составляющие принятых первого и второго магнитных полей, синфазных с переданными первым и вторым магнитными полями, и
осуществляют обработку одночастотных составляющих принятых первого и второго магнитных полей, синфазных с переданными первым и вторым магнитными полями, путем инверсии без использования мнимых составляющих принятых первого и второго магнитных полей для определения горизонтального и вертикального удельных сопротивлений.

2. Способ по п.1, в котором первая ось, по существу, параллельна оси прибора, а вторая ось, по существу, ортогональна первой оси.

3. Способ по п.1, в котором первая и вторая оси наклонены под углами, отличными от 0 и 90°, а при указанной обработке дополнительно осуществляют поворот координат.

4. Способ по п.1, в котором при проведении указанной обработки дополнительно создают состоящую из множества слоев модель с горизонтальным и вертикальным удельными сопротивлениями, которые соответствуют каждому из множества слоев.

5. Способ по п.1, в котором при проведении указанной обработки для определения горизонтального удельного сопротивления по меньшей мере одного слоя толщи горных пород используют подмножество принятых магнитных полей.

6. Способ по п.5, в котором при проведении указанной обработки для определения вертикального удельного сопротивления по меньшей мере одного слоя дополнительно используют другое подмножество принятых магнитных полей и найденное горизонтальное удельное сопротивление.

7. Способ по п.1, в котором осуществляют работу первого и второго передатчиков на множестве частот.

8. Устройство для определения параметра толщи горных пород, содержащее
первый передатчик с первой осью и второй передатчик со второй осью, расположенной под углом к первой оси, при этом первый и второй передатчики приспособлены для направления в толщу горных пород первого и второго магнитных полей по меньшей мере на одной частоте,
приемники для приема первого и второго магнитных полей, являющихся откликом от взаимодействия первого и второго переданных магнитных полей с толщей горных пород, и
процессор для обработки одночастотных составляющих принятых первого и второго магнитных полей, синфазных с переданными первым и вторым магнитными полями, путем инверсии без использования мнимых составляющих принятых первого и второго магнитных полей и определения горизонтального и вертикального удельных сопротивлений.

9. Устройство по п.8, в котором первый и второй передатчики работают на множестве частот.

10. Устройство по п.8, в котором первая ось, по существу, параллельна оси прибора, несущего первый передатчик, а вторая ось, по существу, ортогональна первой оси.

11. Устройство по п.8, в котором первая и вторая оси расположены под углами, отличными от 0 и 90°, а процессор дополнительно приспособлен для выполнения поворота координат.

12. Устройство по п.8, в котором первый и второй передатчики и приемники приспособлены для доставки в ствол пробуренной в толще горных пород скважины на приборе, опускаемом в скважину на кабеле.

13. Устройство по п.8, в котором первый и второй передатчики и приемники приспособлены для доставки в ствол пробуренной в толще горных пород скважины на компоновке низа бурильной колонны, включающей буровую головку.

14. Устройство по п.8, в котором процессор дополнительно предназначен для создания модели множества слоев толщи горных пород, имеющей горизонтальное и вертикальное удельные сопротивления, соответствующие каждому из множества слоев.

15. Устройство по п.8, в котором процессор расположен на поверхности скважины.

16. Устройство по п.8, в котором процессор расположен в стволе скважины.

17. Устройство по п.8, в котором первый и второй передатчики закреплены шарнирно.

18. Устройство по п.8, в котором приемники закреплены шарнирно.

РИСУНКИ