RU2389043C2

RU2389043C2 - Device for measurement of specific resistance of bed, method for measurement of bed specific resistance and method for directed drilling with help of specified device and method

Info

Publication number: RU2389043C2
Application number: RU2005122253/28A
Authority: RU
Inventors: Жан СЕЙДУ (US); Жан СЕЙДУ; Эмманюэль ЛЕЖАНДР (US); Эмманюэль ЛЕЖАНДР; Реза ТАХЕРИАН (US); Реза ТАХЕРИАН
Original assignee: Шлюмбергер Текнолоджи Бв
Priority date: 2004-07-14
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2010-05-10
Also published as: CN1721878A; RU2005122253A

Abstract

FIELD: mining.

SUBSTANCE: group of specific resistance measurement having modular design includes transmitting module with at least one antenna and receiving module with at least one antenna. Transmitting and receiving modules have connectors on both sides, which are intended for connection to other well devices. Transmitting module and receiving module are spaced in drilling string and are separated with at least one well device. Each transmitting and receiving module may comprises at least one antenna coil with orientation of magnetic torque that is not limited with longitudinal direction of device. Spacing between transmitting and receiving modules may be selected on the basis of expected thickness of header.

EFFECT: easy development of various device configuration for various requirements, improved depth of research.

30 cl, 11 dwg

Description

Перекрестные ссылки на родственные заявкиCross references to related applications

В данном изобретении испрашивается приоритет, согласно §119 ст.35 Кодекса США, Предварительной патентной заявки США № 60/587689, поданной 14 июля 2004 г. Раскрытие этой предварительной заявки включено в качестве ссылки во всей полноте.This invention claims priority according to §119 Art. 35 of the US Code, Provisional Patent Application US No. 60/587689, filed July 14, 2004. The disclosure of this provisional application is incorporated by reference in its entirety.

Предпосылки изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION

Область применения изобретенияThe scope of the invention

Данное изобретение относится к области геологоразведки и, в частности, способам определения параметров пластов и размещения скважин. Изобретение в основном находит применение в области каротажа скважин, но изобретение особенно полезно при каротаже во время бурения (КВБ), измерениях во время бурения (ИВБ) и направленном бурении (управляемом бурении).This invention relates to the field of exploration and, in particular, to methods for determining the parameters of reservoirs and well placement. The invention mainly finds application in the field of well logging, but the invention is especially useful for logging while drilling (CWB), measurements during drilling (WBM) and directional drilling (guided drilling).

Уровень техникиState of the art

Электромагнитные (ЭМ) каротажные устройства применяются в области геологоразведки многие годы. Каждый из этих каротажных устройств или инструментов имеет удлиненную опору, снабженную антеннами, функционирующими в качестве источников (передатчиков) или датчиков (приемников). Антенны на этих каротажных устройствах обычно выполнены в виде петель или катушек из токопроводящих проводов. В ходе работы на передающую антенну подают переменный ток для излучения ЭМ энергии через флюид ствола скважины («буровой раствор») и в окружающие пласты. Излученная энергия взаимодействует со стволом скважины и пластом для формирования сигналов, которые регистрируются и измеряются с помощью одной или нескольких приемных антенн. Зарегистрированные сигналы отражают взаимодействия с буровым раствором и пластом. На измерения также влияет проникновение фильтрата бурового раствора в пласт, которое изменяет свойства породы вблизи ствола скважины. Обрабатывая зарегистрированные данные сигнала, определяют каротажную диаграмму или профиль пласта и/или свойства ствола скважины.Electromagnetic (EM) logging devices have been used in the field of geological exploration for many years. Each of these logging devices or tools has an elongated support equipped with antennas that function as sources (transmitters) or sensors (receivers). The antennas on these logging devices are usually made in the form of loops or coils of conductive wires. During operation, an alternating current is supplied to the transmitting antenna to emit EM energy through the wellbore fluid (“drilling fluid”) and into the surrounding formations. The radiated energy interacts with the wellbore and formation to form signals that are recorded and measured using one or more receiving antennas. The recorded signals reflect interactions with the drilling fluid and the formation. The measurement is also affected by the penetration of the mud filtrate into the formation, which changes the rock properties near the wellbore. By processing the recorded signal data, a well log or formation profile and / or wellbore properties are determined.

Обработка измеренных геологических параметров производится посредством процесса, известного как инверсия. Обработка путем инверсии обычно включает в себя первоначальное оценивание или моделирование геометрии геологических пластов и свойств пластов, окружающих каротажное устройство. Параметры первоначальной модели можно получать любыми способами, известными из уровня техники. На основании первоначальной модели получают ожидаемый отклик каротажного устройства. Затем вычисленный отклик сравнивают с измеренным откликом каротажного устройства. Разности между вычисленным откликом и измеренным откликом используют для регулировки параметров первоначальной модели. Отрегулированную модель снова используют для вычисления ожидаемого отклика каротажного устройства. Ожидаемый отклик для отрегулированной модели сравнивают с измеренным откликом каротажного устройства и любую разность между ними снова используют для регулировки модели. Этот процесс обычно повторяют, пока разности между ожидаемым откликом и измеренным откликом не упадут ниже заранее выбранного порога. Патент США № 6594584 описывает современные способы обращения и включен сюда в качестве ссылки во всей полноте.Processing of measured geological parameters is done through a process known as inversion. Inversion processing typically involves an initial assessment or modeling of the geometry of the geological formations and the properties of the formations surrounding the logging tool. The parameters of the original model can be obtained by any means known in the art. Based on the original model, the expected response of the logging device is obtained. Then, the calculated response is compared with the measured response of the logging device. The differences between the calculated response and the measured response are used to adjust the parameters of the original model. The adjusted model is again used to calculate the expected response of the logging device. The expected response for the adjusted model is compared with the measured response of the logging device and any difference between them is again used to adjust the model. This process is usually repeated until the differences between the expected response and the measured response fall below a predetermined threshold. US patent No. 6594584 describes modern methods of treatment and is incorporated herein by reference in its entirety.

Размещение скважин в реальном времени с использованием измерений удельного сопротивления стали использовать в промышленности с появлением устройств каротажа во время бурения (КВБ) и устройств измерения во время бурения (ИВБ). Это применение обычно называют управляемым бурением. При управляемом бурении оценивание положения ствола скважины в реальном времени относительно известных геологических маркирующих горизонтов осуществляют путем сопоставления особенностей каротажной диаграммы удельного сопротивления. Вследствие обычно близкого размещения датчиков удельного сопротивления устройства КВБ вдоль утяжеленной бурильной трубы достигается лишь ограниченная радиальная чувствительность, что ограничивает объем информации и оценки геологической модели пласта. Только с помощью датчиков с расстоянием между передатчиком и приемником в десятки метров можно добиться более глубокой радиальной чувствительности.Real-time well placement using resistivity measurements began to be used in industry with the advent of logging devices while drilling (IWB) and measuring devices while drilling (IVB). This application is commonly called guided drilling. In controlled drilling, real-time assessment of the position of the wellbore relative to known geological marking horizons is carried out by comparing the features of the resistivity logs. Due to the usually close placement of the resistivity sensors of the HFB device along the drill collar, only limited radial sensitivity is achieved, which limits the amount of information and estimates of the geological model of the formation. Only using sensors with a distance between the transmitter and receiver of tens of meters can achieve a deeper radial sensitivity.

Индукционное устройство сверхглубокого измерения удельного сопротивления (UDR) [Ultra Deep Resistivity] для КВБ фирмы Шлюмбергер с большим разнесением между передатчиком и приемником в десятки метров успешно прошел испытания. Одно применение устройства состояло в определении местоположения водонефтяного контакта (ВНК) в 7-11 м от траектории ствола скважины. В патенте США № 6188222 под названием "Method and Apparatus for Measuring Resistivity of an Earth Formation", выданном Сейду (Seydoux) и др., и в патентной заявке США № 10/707985 под названием "Systems for Deep Resistivity While Drilling for Proactive Geosteering" Сейду и др. более подробно описаны эти приборы и их использование. Патент '222 и заявка '985 присвоены правообладателю настоящего изобретения и включены в качестве ссылки во всей полноте.The induction device for ultra-deep resistivity measurement (UDR) [Ultra Deep Resistivity] for Schlumberger KBB with a large spacing between the transmitter and receiver of tens of meters has successfully passed the test. One application of the device was to determine the location of the oil-water contact (WOC) 7-11 m from the wellbore trajectory. US Pat. No. 6,188,222, entitled "Method and Apparatus for Measuring Resistivity of an Earth Formation", issued by Seydoux et al., And US Patent Application No. 10/707985, entitled "Systems for Deep Resistivity While Drilling for Proactive Geosteering "Seydu et al. Describe in more detail these devices and their use. The '222 patent and' 985 patent are assigned to the copyright holder of the present invention and are incorporated by reference in their entirety.

Устройство сверхглубокого измерения удельного сопротивления для КВБ в базовой конфигурации содержит два независимых бурильных переходника (один передатчик и один приемник), размещенные в компоновке низа бурильной колонны (КНБК) среди других буровых инструментов, для обеспечения большого разнесения между передатчиком и приемником. Основные измерения, полученные с помощью этого устройства, состоят из индукционных амплитуд на разных частотах, что позволяет обнаруживать границы различных слоев пласта с перепадами удельного сопротивления, имеющего широкий диапазон удельного сопротивления. Измерения используются для обращения оптимально параметризованной модели пласта, которое дает наилучшее совпадение между фактическими измерениями устройства и ожидаемыми измерениями устройства в такой модели пласта.The super-deep resistivity measuring device for CAB in the basic configuration contains two independent drill adapters (one transmitter and one receiver), located in the bottom of the drill string (BHA) layout among other drilling tools, to ensure large separation between the transmitter and receiver. The main measurements obtained using this device consist of induction amplitudes at different frequencies, which makes it possible to detect the boundaries of different layers of the formation with drops in resistivity having a wide range of resistivity. Measurements are used to reverse the optimally parameterized reservoir model, which gives the best match between the actual device measurements and the expected device measurements in such a reservoir model.

На фиг.1 показан пример устройства ИВБ в ходе использования. В конфигурации, показанной на фиг.1, бурильная колонна 10 обычно включает в себя ведущую бурильную трубу 8, отрезки бурильной трубы 11 и утяжеленные бурильные трубы 12, как показано, подвешенные в стволе 13 скважины, пробуренной в геологическом пласте 9. Буровая коронка 14 на нижнем конце бурильной колонны вращается приводным валом 15, соединенным с бурильным моторным агрегатом 16. Этот мотор приводится в действие буровым раствором, циркулирующим вниз через внутренний канал бурильной колонны 10 и обратно на поверхность через затрубное пространство 13а ствола скважины. Моторный агрегат 16 включает в себя силовую часть (ротор/статор или турбину), которая приводит в движение буровую коронку, и изогнутый корпус 17, который задает малый угол изгиба в своей точке изгиба, что заставляет ствол скважины 13 изгибаться в плоскости угла изгиба и постепенно устанавливать новый наклон ствола скважины. Изогнутый корпус может представлять собой устройство с фиксированным углом или может являться агрегатом, регулируемым на поверхности. Изогнутый корпус также может являться агрегатом, регулируемым в скважине, который раскрыт в патенте США № 5117927, включенном сюда посредством ссылки. Альтернативно, моторный агрегат 16 может включать в себя прямой корпус и может использоваться совместно с изогнутым переходником, общеизвестным в уровне техники и расположенным в бурильной колонне над моторным агрегатом 16 для обеспечения угла изгиба.In Fig.1 shows an example of the device IVB during use. In the configuration shown in FIG. 1, the drill string 10 typically includes a lead drill pipe 8, pieces of drill pipe 11, and weighted drill pipes 12, as shown, suspended in a bore 13 of a well drilled in the geological formation 9. Drill bit 14 on the lower end of the drill string is rotated by a drive shaft 15 connected to the drill motor unit 16. This motor is driven by drilling fluid circulating downward through the inner channel of the drill string 10 and back to the surface through the annulus 13a of the wellbore. The motor unit 16 includes a power unit (rotor / stator or turbine), which drives the drill bit, and a curved body 17, which sets a small bend angle at its bend point, which causes the borehole 13 to bend in the plane of the bend angle and gradually establish a new inclination of the wellbore. The curved body may be a fixed angle device, or it may be a surface-adjustable unit. The curved body may also be a well-adjustable assembly, which is disclosed in US Pat. No. 5,117,927, incorporated herein by reference. Alternatively, motor assembly 16 may include a straight housing and may be used in conjunction with a curved adapter well known in the art and located in a drill string above motor assembly 16 to provide a bend angle.

Над моторным агрегатом 16 в этой бурильной колонне находится традиционное устройство 18 ИВБ, которое имеет датчики, измеряющие различные параметры скважины. Параметры бурения, буровой коронки и геологического пласта - такие типы параметров измеряет система ИВБ. Параметры бурения включают в себя направление и наклон КНБК. Параметры буровой коронки включают в себя такие измерения, как вес на коронке, крутящий момент на коронке и скорость приводного вала. Параметры пласта включают в себя такие измерения, как естественное гамма-излучение, удельное сопротивление пластов и другие параметры, характеризующие пласт. Сигналы измерения, характеризующие эти параметры и характеристики скважины, воспринятые системой ИВБ, передаются на поверхность передатчиками в реальном времени или записываются в память для использования после подъема КНБК на поверхность.Above the motor unit 16, in this drill string, there is a traditional ИВБ device 18, which has sensors measuring various parameters of the well. Drilling, drill bit and geological formation parameters - these types of parameters are measured by the IVB system. Drilling parameters include the direction and inclination of the BHA. The parameters of the drill bit include measurements such as weight on the crown, torque on the crown and speed of the drive shaft. Formation parameters include measurements such as natural gamma radiation, formation resistivity, and other parameters characterizing the formation. Measurement signals characterizing these parameters and well characteristics, perceived by the WBM system, are transmitted to the surface by transmitters in real time or recorded in memory for use after the BHA is lifted to the surface.

Хотя устройства глубокого считывания для измерения удельного сопротивления (например, UDR), известные из уровня техники, оказались бесценными применительно к управляемому бурению, все же необходимо дальнейшее усовершенствование устройств глубокого считывания для измерения удельного сопротивления, которые можно использовать в управляемом бурении и/или других областях применения.Although deep-reading resistivity measuring devices (e.g., UDRs) known from the prior art have proven invaluable for guided drilling, still further improvement is needed for deep-reading resistivity measuring devices that can be used in guided drilling and / or other fields. application.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Один аспект изобретения относится к группе измерения удельного сопротивления, имеющую модульную конструкцию. Группа измерения удельного сопротивления согласно одному варианту осуществления изобретения включает в себя передающий модуль с, по меньшей мере, одной антенной, причем передающий модуль имеет с обеих сторон соединители, предназначенные для соединения с другими скважинными устройствами; и приемный модуль с, по меньшей мере, одной антенной, причем передающий модуль имеет с обеих сторон соединители, предназначенные для соединения с другими скважинными устройствами; в которой передающий модуль и приемный модуль разнесены по бурильной колонне и разделены, по меньшей мере, одним скважинным устройством. Каждый передающий и приемный модуль может содержать, по меньшей мере, одну антенную катушку с ориентацией магнитного момента, не ограниченной продольным направлением устройства. В случае более одной антенны все векторы ориентации антенны могут быть линейно независимы. Группа векторов линейно независима, если матрица, построенная путем горизонтального сочленения компонентов векторов, имеет ранг, равный количеству векторов.One aspect of the invention relates to a resistivity measurement group having a modular design. The resistivity measurement group according to one embodiment of the invention includes a transmitting module with at least one antenna, the transmitting module having connectors on both sides for connecting to other downhole devices; and a receiving module with at least one antenna, the transmitting module having connectors on both sides for connecting to other downhole devices; in which the transmitting module and the receiving module are spaced along the drill string and separated by at least one downhole device. Each transmitter and receiver module may comprise at least one antenna coil with a magnetic moment orientation not limited to the longitudinal direction of the device. In the case of more than one antenna, all antenna orientation vectors can be linearly independent. A group of vectors is linearly independent if the matrix constructed by horizontal articulation of the components of the vectors has a rank equal to the number of vectors.

Другой аспект изобретения относится к устройствам для измерения удельного сопротивления. Устройство для измерения удельного сопротивления согласно одному варианту осуществления изобретения включает в себя корпус устройства, способный перемещаться в стволе скважины; и, по меньшей мере, три модуля (переходника), расположенных на корпусе устройства, причем, по меньшей мере, три модуля неравномерно разнесены вдоль продольной оси корпуса устройства, так что комбинация, по меньшей мере, трех модулей образует группу измерения удельного сопротивления с разными расстояниями.Another aspect of the invention relates to devices for measuring resistivity. A resistivity measuring device according to one embodiment of the invention includes a device body capable of moving in a wellbore; and at least three modules (adapter) located on the device body, and at least three modules are unevenly spaced along the longitudinal axis of the device body, so that the combination of at least three modules forms a resistivity measurement group with different distances.

Еще один аспект изобретения относится к устройствам для измерения удельного сопротивления. Устройство для измерения удельного сопротивления согласно одному варианту осуществления изобретения включает в себя корпус устройства, способный перемещаться в стволе скважины; датчик удельного сопротивления, расположенный на корпусе устройства и содержащий совокупность модулей, образующих, по меньшей мере, одну группу; и дополнительную антенну, расположенную на корпусе устройства и отстоящую от датчика удельного сопротивления вдоль продольной оси корпуса устройства, причем дополнительный модуль и один из совокупности модулей в датчике удельного сопротивления образуют группу, имеющую разнесение свыше примерно 90 футов.Another aspect of the invention relates to devices for measuring resistivity. A resistivity measuring device according to one embodiment of the invention includes a device body capable of moving in a wellbore; a resistivity sensor located on the device body and containing a set of modules forming at least one group; and an additional antenna located on the device body and spaced from the resistivity sensor along the longitudinal axis of the device body, the additional module and one of the plurality of modules in the resistivity sensor form a group having a spacing of more than about 90 feet.

Еще один аспект изобретения относится к устройствам каротажа во время бурения. Устройство каротажа во время бурения согласно одному варианту осуществления изобретения включает в себя буровую коронку, расположенную на одном конце бурильной колонны; первый модуль, расположенный на бурильной колонне вблизи буровой коронки или в буровой коронке, и, по меньшей мере, один дополнительный модуль, расположенный на бурильной колонне и отстоящий от первого модуля, причем первый модуль имеет, по меньшей мере, одну антенну с ориентацией магнитного момента, не ограниченной продольным направлением, и, по меньшей мере, один дополнительный модуль содержит три антенны, ориентации магнитных моментов которых линейно независимы.Another aspect of the invention relates to logging tools while drilling. A logging tool while drilling according to one embodiment of the invention includes a drill bit located at one end of the drill string; a first module located on the drill string near the drill bit or in the drill bit, and at least one additional module located on the drill string and spaced from the first module, the first module having at least one antenna with a magnetic moment orientation , not limited by the longitudinal direction, and at least one additional module contains three antennas, the orientations of the magnetic moments of which are linearly independent.

Еще один аспект изобретения относится к способам измерения удельного сопротивления пласта. Способ измерения удельного сопротивления пласта согласно одному варианту осуществления изобретения включает в себя передачу электромагнитной энергии в пласт с использованием передающей антенны в группе измерения удельного сопротивления, причем передача осуществляется на совокупности частот согласно выбранной импульсной схеме; и регистрацию для каждой из совокупности частот сигнала, наведенного в приемной антенне, отстоящей от передающей антенны в группе измерения удельного сопротивления.Another aspect of the invention relates to methods for measuring formation resistivity. The formation resistivity measurement method according to one embodiment of the invention includes transmitting electromagnetic energy to the formation using a transmitting antenna in the resistivity measurement group, the transmission being carried out on a plurality of frequencies according to a selected pulse circuit; and registering for each of the plurality of frequencies of the signal induced in the receiving antenna that is separated from the transmitting antenna in the resistivity measurement group.

Еще один аспект изобретения относится к способам конструирования группы измерения удельного сопротивления. Способ конструирования группы измерения удельного сопротивления согласно одному варианту осуществления изобретения включает в себя оценивание толщины коллектора; и размещение передатчика и приемника на бурильной колонне так, чтобы разнесение между передатчиком и приемником было не меньше оценочной толщины коллектора.Another aspect of the invention relates to methods for constructing a resistivity measurement group. A method for constructing a resistivity measurement group according to one embodiment of the invention includes estimating a thickness of the collector; and placing the transmitter and receiver on the drill string so that the separation between the transmitter and receiver is not less than the estimated thickness of the reservoir.

Другие аспекты изобретения явствуют из нижеследующего описания и прилагаемой формулы изобретения.Other aspects of the invention are apparent from the following description and the appended claims.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг.1 - схема буровой установки, известной из уровня техники, и бурильной колонны, которую можно использовать согласно одному варианту осуществления изобретения.Figure 1 is a diagram of a drilling rig known in the art and of a drill string that can be used according to one embodiment of the invention.

Фиг.2 - схема группы измерения удельного сопротивления согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.FIG. 2 is a diagram of a resistivity measurement group according to one embodiment of the present invention.

Фиг.3 - схема группы измерения удельного сопротивления согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.FIG. 3 is a diagram of a resistivity measurement group according to another embodiment of the present invention.

Фиг.4 - примеры глубины обследования для измерения амплитуды на 10 кГц, полученного при разных расстояниях между передатчиком и приемником, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.4 is an example of a survey depth for measuring 10 kHz amplitude obtained at different distances between a transmitter and a receiver, according to one embodiment of the present invention.

Фиг.5 - схема группы измерения удельного сопротивления согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.5 is a diagram of a resistivity measurement group according to one embodiment of the present invention.

Фиг.6 - схема группы измерения удельного сопротивления согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.6 is a diagram of a resistivity measurement group according to another embodiment of the present invention.

Фиг.7А и 7В - амплитудные отклики традиционных групп измерения удельного сопротивления согласно известному уровню техники.Figa and 7B are the amplitude responses of traditional groups of measurement of resistivity according to the prior art.

Фиг.7С и 7D - амплитудные отклики групп измерения удельного сопротивления согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.FIGS. 7C and 7D are amplitude responses of resistivity measurement groups according to one embodiment of the present invention.

Фиг.8 - способ упорядочения согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.Fig. 8 is a sequencing method according to one embodiment of the present invention.

Фиг.9 - схема группы измерения удельного сопротивления согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.9 is a diagram of a resistivity measurement group according to one embodiment of the present invention.

Фиг.10 - схема антенного модуля согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.10 is a diagram of an antenna module according to one embodiment of the present invention.

Фиг.11A-11F - различные измерения для плоской границы с перепадом удельного сопротивления согласно одному варианту осуществления изобретения.11A-11F are various measurements for a flat boundary with a drop in resistivity according to one embodiment of the invention.

Подробное описаниеDetailed description

Варианты осуществления изобретения относятся к группам измерения удельного сопротивления, имеющим улучшенные свойства. Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к способам использования этих устройств при оценивании пласта. Варианты осуществления изобретения могут предусматривать инверсию для более сложных моделей пласта (т.е. моделей пласта с большим количеством параметров) и/или могут повышать надежность обращения для измерения удельного сопротивления (снижение неопределенности). Некоторые варианты осуществления изобретения могут повышать гибкость оценки удельного сопротивления пласта за счет обеспечения большего количества измерений, каждое из которых может по-разному реагировать на разные модели пласта.Embodiments of the invention relate to resistivity measurement groups having improved properties. Some embodiments of the invention relate to methods of using these devices when evaluating a formation. Embodiments of the invention may provide inversion for more complex reservoir models (i.e., reservoir models with a large number of parameters) and / or may increase the reliability of treatment for measuring resistivity (reduction of uncertainty). Some embodiments of the invention may increase the flexibility of estimating formation resistivity by providing more measurements, each of which may respond differently to different formation models.

Некоторые варианты осуществления изобретения предусматривают группы измерения удельного сопротивления, имеющие модульную конструкцию. Модульная конструкция облегчает задание разных конфигураций устройства для разных требований к измерениям. Например, увеличивая количество комбинаций передатчик-приемник (например, один вариант осуществления с четырьмя передатчиками и одним приемником образует четыре группы передатчик-приемник), можно добиться больших глубин обследования.Some embodiments of the invention include resistivity measuring groups having a modular design. The modular design makes it easy to define different device configurations for different measurement requirements. For example, by increasing the number of transmitter-receiver combinations (for example, one embodiment with four transmitters and one receiver forms four transmitter-receiver groups), large inspection depths can be achieved.

Некоторые варианты осуществления изобретения могут включать в себя антенны, которые могут функционировать как приемопередатчик (т.е. как передатчик и приемник). Это дополнительно обеспечивает гибкость конфигурации устройства. В этой реализации для одного и того же количества модулей можно получить большее количество комбинаций передатчик-приемник. Кроме того, можно добиться симметризации направленного измерения без увеличения длины устройства по аналогии с опубликованным в патентной заявке США № 2003/0085707 А1 Минербо (Minerbo) и др.Some embodiments of the invention may include antennas that can function as a transceiver (i.e., as a transmitter and receiver). This further provides flexibility in device configuration. In this implementation, for the same number of modules, more transmitter-receiver combinations can be obtained. In addition, you can achieve symmetrization of directional measurement without increasing the length of the device by analogy with published in US patent application No. 2003/0085707 A1 Minerbo and others.

Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к устройствам, имеющим передающий переходник на большом расстоянии от приемника (например, >90 футов), что обеспечивает избирательную чувствительность к сложности коллектора. Такой вариант осуществления может иметь передающий переходник с независимым питанием, расположенный вне (далеко от) традиционной компоновки низа бурильной колонны.Some embodiments of the invention relate to devices having a transmitting adapter at a great distance from the receiver (e.g.,> 90 feet), which provides selective sensitivity to collector complexity. Such an embodiment may have a self-powered transmitting adapter located outside (far from) the conventional bottom of the drill string layout.

Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к размещению передатчика на буровой коронке или внутри нее или очень близко к буровой коронке для возможности упреждения. Такой вариант осуществления может иметь систему с независимым питанием и возможность передачи данных.Some embodiments of the invention relate to the placement of the transmitter on or inside the drill bit or very close to the drill bit so that it can be anticipated. Such an embodiment may have an independent power system and the ability to transmit data.

Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к наличию, по меньшей мере, одного модуля, находящегося в отдельной/м скважине или стволе скважины.Some embodiments of the invention relate to the presence of at least one module located in a separate / m well or wellbore.

Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к способам оценки удельного сопротивления пласта с использованием измерительных частот, приспособленных к ожидаемому пласту. Диапазон частот, например, может быть вплоть до 200 кГц.Some embodiments of the invention relate to methods for estimating formation resistivity using measurement frequencies adapted to the expected formation. The frequency range, for example, can be up to 200 kHz.

Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к объединению модулей, отвечающих изобретению, с существующими группами измерения удельного сопротивления для КВБ.Some embodiments of the invention relate to combining the modules of the invention with existing resistivity measurement groups for CAB.

Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к конструкциям катушки, которая имеет множественные обмотки, что позволяет использовать одну и ту же антенну в широком диапазоне частот. Множественные обмотки могут быть соединены последовательно или параллельно.Some embodiments of the invention relate to designs of a coil that has multiple windings, which allows the use of the same antenna over a wide frequency range. Multiple windings can be connected in series or in parallel.

Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к распространению измерения амплитуды на фазу, относительную фазу и амплитуду, а также сдвиг фазы и ослабление (распространение), для чего требуется, чтобы переходник включал в себя две приемные антенны с относительно большим разнесением, составляющим порядка десяти футов.Some embodiments of the invention relate to extending an amplitude measurement to phase, relative phase and amplitude, as well as phase shift and attenuation (propagation), which requires the adapter to include two receiving antennas with relatively large spacing of about ten feet.

Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к реализации направленных антенн (размещенных в одном месте или в непосредственной близости друг от друга) с металлическими экранами или без них.Some embodiments of the invention relate to the implementation of directional antennas (located in one place or in close proximity to each other) with or without metal screens.

Модульная конструкция устройстваModular device design

Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к группам измерения удельного сопротивления, имеющим модульную конструкцию. Используемый здесь термин "группа измерения удельного сопротивления" означает конфигурацию, которая включает в себя, по меньшей мере, один приемный модуль и, по меньшей мере, один передающий модуль, установленные в разных местах на бурильной колонне. Модульная конструкция позволяет размещать передающую и приемную антенны в разных местоположениях КНБК или в местоположениях в бурильной колонне над КНБК. Например, на фиг.2 показана группа измерения удельного сопротивления, включающая в себя четыре передающих модуля 21, 22, 23, 24 и один приемный модуль 25, размещенные помимо других устройств 27, 28, 29, 30 для КВБ или ИВБ в КНБК. Устанавливая передающие и/или приемные модули в разных местоположениях на стандартной КНБК, как показано на фиг.2, или бурильной колонне, можно реализовать конкретные глубины обследования, для оптимизирования процесса инверсии модели пласта, в которой используются такие глубокие измерения удельного сопротивления. Например, в одном варианте осуществления передающий модуль 21 может отстоять от приемного модуля 25 примерно на 90-100 футов. Кроме того, один или несколько модулей могут располагаться в близлежащем стволе скважины для обеспечения группы с большим разнесением.Some embodiments of the invention relate to resistivity measuring groups having a modular design. As used herein, the term “resistivity measurement group” means a configuration that includes at least one receiver module and at least one transmitter module installed at different locations on the drill string. The modular design allows transmitting and receiving antennas to be located at different BHA locations or at locations in the drill string above the BHA. For example, figure 2 shows a group of measurements of resistivity, which includes four transmitting modules 21, 22, 23, 24 and one receiving module 25, placed in addition to other devices 27, 28, 29, 30 for HFB or HMB in BHA. By installing transmitting and / or receiving modules at different locations on a standard BHA, as shown in Fig. 2, or a drill string, specific survey depths can be implemented to optimize the inversion process of the reservoir model that uses such deep resistivity measurements. For example, in one embodiment, the transmitter module 21 may be approximately 90-100 feet away from the receiver module 25. In addition, one or more modules may be located in a nearby wellbore to provide a large diversity group.

В вышеупомянутой заявке ′985 раскрыта группа сверхглубокого измерения удельного сопротивления, которая может включать в себя передающий и приемный модули. В заявке '985 рассматривается взаимосвязь между глубиной обследования ("ГО") и разнесением между передающей и соответствующей приемной антеннами, причем взаимосвязь такова, что чем больше разнесение, тем больше ГО. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что такая взаимосвязь действительно имеет место; однако увеличение разнесения уменьшает способность приемника воспринимать и соединять сигналы передатчика. Варианты осуществления настоящего изобретения могут использовать трехосную антенну в передающем или приемном модуле, причем модуль трехосной антенны имеет три антенны, магнитные моменты которых ориентированы в трех разных направлениях. Модуль трехосной антенны будет гарантировать, что, по меньшей мере, некоторые из поперечных компонентов трехосной антенны могут образовывать прочную связь с поперечным компонентом соответствующего передатчика или приемника. Использование приемопередатчика (или приемника) с трехосной антенной имеет преимущество, поскольку при сборке бурильной колонны трудно гарантировать, что передатчик с одной антенной будет выровнен с приемником с одной антенной, причем эта трудность возрастает с увеличением разнесения. Напротив, приемопередатчик (или приемник) с трехосной антенной всегда будет иметь компонент, по существу, выровненный с магнитным моментом соответствующего приемника (или приемопередатчика) в группе измерения удельного сопротивления. Кроме того, трехосная конструкция позволяет определять такие характеристики пласта, как угол падения, анизотропию, эффекты примыкающих слоев.In the aforementioned application '985, an ultra-deep resistivity measurement group is disclosed, which may include transmitting and receiving modules. The '985 application examines the relationship between the survey depth ("GO") and the spacing between the transmitting and the corresponding receiving antennas, and the relationship is such that the greater the spacing, the greater the GO. The inventors have found that such a relationship does occur; however, increasing diversity reduces the ability of the receiver to perceive and couple transmitter signals. Embodiments of the present invention may use a triaxial antenna in a transmitting or receiving module, the triaxial antenna module having three antennas whose magnetic moments are oriented in three different directions. The triaxial antenna module will ensure that at least some of the transverse components of the triaxial antenna can form a strong connection with the transverse component of the respective transmitter or receiver. The use of a transceiver (or receiver) with a triaxial antenna has an advantage, since when assembling a drill string, it is difficult to guarantee that the transmitter with one antenna will be aligned with the receiver with one antenna, and this difficulty increases with diversity. In contrast, a transceiver (or receiver) with a triaxial antenna will always have a component substantially aligned with the magnetic moment of the corresponding receiver (or transceiver) in the resistivity measurement group. In addition, the triaxial design allows you to determine such characteristics of the reservoir as the angle of incidence, anisotropy, the effects of adjacent layers.

На фиг.4 показаны примеры глубины обследования для измерения амплитуды на 10 кГц, полученные при расстояниях между передатчиком и приемником в 10, 30, 60 и 90 футов при наличии границы с перепадом удельного сопротивления от 1 до 10 Ом·м. Бурильная колонна (а следовательно, и группа измерения удельного сопротивления) предполагается параллельной границе и на разных расстояниях от границы. Как показано на фиг.4, 10-футовая группа не очень чувствительна к границе; она показывает лишь небольшие изменения амплитуды вблизи границы. 30-футовая группа более чувствительна - она показывает заметный переход на границе. 60-футовая группа еще чувствительнее - она показывает ярко выраженный переход удельного сопротивления вокруг границы. При таком разнесении между передатчиком и приемником амплитуда сигнала начинает меняться примерно в 20-40 футах от границы. При 90-футовой группе изменение амплитуды сигнала еще заметнее. Очевидно, что комбинация разных глубин обследования позволяет дифференцировать геологический пласт на разных радиальных расстояниях. Модульная конструкция позволяет легко изменять конфигурацию устройств в соответствии с тем или иным разнесением группы. Кроме того, использование одно- или трехосных антенн в качестве передатчиков и/или приемников увеличивает возможное разнесение, что обеспечивает соответствующее увеличение ГО.Figure 4 shows examples of the depth of examination for measuring the amplitude at 10 kHz obtained at distances between the transmitter and receiver at 10, 30, 60 and 90 feet in the presence of a boundary with a difference in resistivity from 1 to 10 Ohm · m. The drill string (and therefore the resistivity measurement group) is assumed to be parallel to the border and at different distances from the border. As shown in FIG. 4, a 10-foot group is not very sensitive to the border; it shows only small changes in amplitude near the border. The 30-foot group is more sensitive - it shows a noticeable transition at the border. The 60-foot group is even more sensitive - it shows a pronounced transition of resistivity around the border. With this spacing between the transmitter and the receiver, the signal amplitude begins to change at about 20-40 feet from the border. With a 90-foot group, the change in signal amplitude is even more noticeable. Obviously, a combination of different depths of the survey allows us to differentiate the geological formation at different radial distances. The modular design allows you to easily change the configuration of devices in accordance with one or another diversity group. In addition, the use of single or triaxial antennas as transmitters and / or receivers increases the possible diversity, which provides a corresponding increase in GO.

Модульные переходники как приемопередатчикиModular Adapters as Transceivers

Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к конструкциям группы измерения удельного сопротивления, имеющей приемопередающие антенны. В этих устройствах антенны не сконструированы как отдельные передатчики или приемники. Напротив, одна и та же антенна может функционировать либо как передатчик, либо как приемник. Такое усовершенствование, помимо экономических преимуществ, позволяет также увеличить глубину обследования для того же количества переходников, как показано на фиг.3.Some embodiments of the invention relate to designs of a resistivity measuring group having transceiver antennas. In these devices, antennas are not designed as separate transmitters or receivers. In contrast, the same antenna can function either as a transmitter or as a receiver. Such an improvement, in addition to economic advantages, also allows to increase the depth of inspection for the same number of adapters, as shown in Fig.3.

На фиг.3 показана компоновка 40 устройства, имеющая три переходника 41, 42, 43, которые образуют две группы с разнесением D и Dx2. Поскольку антенны 41 и 43 могут функционировать как передатчик или приемник, эта конфигурация устройства также обеспечивает третью группу, имеющую разнесение Dx3. Кроме того, с помощью приемопередающих антенн можно также осуществлять направленные измерения без необходимости иметь передатчик и приемник принадлежащими общему скважинному устройству. Например, сначала можно получить набор симметризованных измерений с помощью антенны 41 в качестве передатчика и антенны 43 в качестве приемника, а затем с помощью антенны 43 в качестве передатчика и антенны 41 в качестве приемника.Figure 3 shows the layout 40 of the device having three adapters 41, 42, 43, which form two groups with a separation of D and Dx2. Since antennas 41 and 43 can function as a transmitter or receiver, this device configuration also provides a third group having Dx3 diversity. In addition, directional measurements can also be made using transceiver antennas without having to have a transmitter and a receiver belonging to a common downhole device. For example, you can first obtain a set of symmetrized measurements using antenna 41 as a transmitter and antenna 43 as a receiver, and then using antenna 43 as a transmitter and antenna 41 as a receiver.

Удаленные переходники как передатчики/приемопередатчикиRemote adapters as transmitters / transceivers

Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к устройствам, в которых антенные переходники размещены на удаленном расстоянии от других устройств КНБК (например, приемников или передатчиков). Скважины часто имеют искривления и изгибы, которые ограничивают практическую длину КНБК. Поэтому в традиционных устройствах для измерения удельного сопротивления передатчики и приемники не могут быть разнесены дальше, чем предельная практическая длина КНБК (около 150 футов). Такие устройства не могут обеспечить глубину обследования, которая может быть необходима при размещении траектории скважины в коллекторе, толщина которого превышает максимальную практическую длину стандартной компоновки бурового инструмента.Some embodiments of the invention relate to devices in which antenna adapters are located at a remote distance from other BHA devices (eg, receivers or transmitters). Wells often have curvatures and bends that limit the practical length of the BHA. Therefore, in traditional resistivity measuring devices, transmitters and receivers cannot be spaced further than the BHA practical limit (about 150 feet). Such devices cannot provide the depth of inspection that may be necessary when placing the well path in the reservoir, the thickness of which exceeds the maximum practical length of the standard layout of the drilling tool.

На фиг.5 показана группа измерения удельного сопротивления, включающая в себя удаленный переходник согласно одному варианту осуществления изобретения. Показано, что группа измерения удельного сопротивления включает в себя традиционный UDR 51 в КНБК. UDR включает в себя три антенны (передающие, приемные или приемопередающие) 52, 53, 54. Выше по бурильной колонне группа измерения удельного сопротивления также включает в себя удаленный модуль 55, который включает в себя передатчик, приемник или приемопередатчик. Антенну в удаленном модуле 55 можно использовать с любой из антенн 52, 53, 54 для формирования группы, имеющей большое разнесение. Благодаря использованию удаленного модуля 55 с другими традиционными устройствами для измерения удельного сопротивления в КНБК можно задавать любые требуемые расстояния между передатчиком и приемником (т.е. разнесение группы). Удаленный модуль 55 может иметь независимое питание. Кроме того, удаленным модулем 55 можно управлять посредством, например, беспроводной телеметрии. В одном варианте осуществления между удаленным модулем 55 и одной или несколькими антеннами 52, 53, 54 могут находиться одна или несколько утяжеленных бурильных труб 63.5 shows a resistivity measurement group including a remote adapter according to one embodiment of the invention. It is shown that the resistivity measurement group includes the traditional UDR 51 in the BHA. The UDR includes three antennas (transmitting, receiving or transceiving) 52, 53, 54. Above the drill string, the resistivity measurement group also includes a remote module 55, which includes a transmitter, receiver, or transceiver. The antenna in the remote module 55 can be used with any of the antennas 52, 53, 54 to form a group with a large diversity. Thanks to the use of the remote module 55 with other traditional devices for measuring the resistivity in the BHA, it is possible to set any required distances between the transmitter and receiver (i.e., group spacing). The remote module 55 may be independently powered. In addition, the remote module 55 can be controlled by, for example, wireless telemetry. In one embodiment, one or more weighted drill pipes 63 may be located between the remote module 55 and one or more antennas 52, 53, 54.

Местоположение удаленного модуля 55 можно выбрать так, чтобы оно совпадало по порядку величины с толщиной коллектора (или превышало ее). Разнесение группы, совпадающее по порядку величины с толщиной коллектора (или превышающее ее), может обеспечивать заметные преимущества, недоступные для традиционных устройств для измерения удельного сопротивления.The location of the remote module 55 can be chosen so that it coincides in order of magnitude with the thickness of the collector (or exceed it). Diversity of the group, which coincides in order of magnitude with the thickness of the collector (or exceeding it), can provide significant advantages that are not available for traditional devices for measuring resistivity.

Например, на фиг.7С и 7D показано, что амплитудные отклики длинной группы (с разнесением порядка толщины слоя, 130 футов) значительно проще и отчетливо указывают местонахождение границ слоя. Отклики этой сверхдлинной группы (особенно на низких частотах) не чувствительны ко внутренней сложности коллектора. Напротив, как показано на фиг.7А и 7В, амплитудные отклики традиционных групп измерения удельного сопротивления, известных из уровня техники (разнесение которых меньше толщины слоя, 130 футов), более чувствительны к изменениям удельного сопротивления внутри слоя, но менее чувствительны к границам слоя. Результаты, представленные на фиг.7А-7D, показывают, что расстояние между датчиками (разнесение группы) и рабочие частоты можно преимущественно выбирать на основании свойств коллектора, в котором выполняется бурение, например, ожидаемой толщины слоя или отношения удельного сопротивления самого нижнего слоя коллектора и удельного сопротивления покрывающей породы и подошвы коллектора.For example, FIGS. 7C and 7D show that the amplitude responses of a long group (with spacing of the order of the layer thickness, 130 feet) are much simpler and clearly indicate the location of the layer boundaries. The responses of this super-long group (especially at low frequencies) are not sensitive to the internal complexity of the collector. In contrast, as shown in FIGS. 7A and 7B, the amplitude responses of conventional resistivity measurement groups known in the art (spacing less than the layer thickness, 130 feet) are more sensitive to changes in resistivity within the layer, but less sensitive to layer boundaries. The results presented in FIGS. 7A-7D show that the distance between the sensors (group spacing) and operating frequencies can advantageously be selected based on the properties of the reservoir in which the drilling is being performed, for example, the expected layer thickness or the resistivity ratio of the lowest collector layer and resistivity of the overburden and sole of the reservoir.

Упреждение с помощью переходников на коронкеCrown Advance

Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к устройствам для измерения удельного сопротивления, имеющим возможность упреждения. Согласно вариантам осуществления изобретения переходник может располагаться близи буровой коронки наподобие описанного в патенте США № 6057784, выданном Шаффу (Schaff) и др. и присвоенном патентодержателю настоящего изобретения. Этот патент включен сюда в качестве ссылки во всей полноте. Кроме того, антенна также может размещаться на вращающемся управляемом инструменте или непосредственно внутри коронки. Благодаря размещению приемопередатчика на коронке точка измерения удельного сопротивления, взятая посередине каждой пары передатчик/приемник, перемещается ближе к коронке, что обеспечивает сокращение времени реакции в ходе бурения. Эта возможность позволяет раньше предпринимать действие в реальном времени по размещению скважины на основании геологических событий. Кроме того, упреждение коронки также возможно благодаря использованию хвоста отклика устройства, который простирается за пределы пары датчиков удельного сопротивления.Some embodiments of the invention relate to resistivity measuring devices that can be anticipated. According to embodiments of the invention, the adapter may be located near the drill bit, such as described in US Pat. No. 6,057,784 to Schaff et al. And assigned to the patent holder of the present invention. This patent is incorporated herein by reference in its entirety. In addition, the antenna can also be placed on a rotating controlled tool or directly inside the crown. By placing the transceiver on the crown, the resistivity measurement point taken in the middle of each transmitter / receiver pair moves closer to the crown, which reduces the reaction time during drilling. This feature allows earlier to take action in real time to place the well based on geological events. In addition, anticipation of the crown is also possible due to the use of a response tail of the device, which extends beyond a pair of resistivity sensors.

На фиг.6 показан один пример группы измерения удельного сопротивления согласно одному варианту осуществления изобретения. Показано, что устройство 70 для измерения удельного сопротивления содержит буровую коронку 14 на одном конце бурильной колонны. Антенна 73 (которая может быть передающей или приемной антенной) располагается на бурильной колонне вблизи буровой коронки 14. Кроме того, группа измерения удельного сопротивления включает в себя UDR 51, имеющий три приемопередающих модуля 52, 53, 54, каждый из которых может функционировать как приемник или передатчик. Хотя в этом примере показано три приемопередающих модуля, специалисту в данной области очевидно, что устройство может иметь больше или меньше приемопередающих модулей. Кроме того, один или несколько приемопередающих модулей можно заменять приемными или передающими модулями. В одном варианте осуществления антенна 73 может быть компонентом буровой коронки 14.FIG. 6 shows one example of a resistivity measurement group according to one embodiment of the invention. It is shown that the resistivity measuring device 70 comprises a drill bit 14 at one end of the drill string. Antenna 73 (which can be a transmitting or receiving antenna) is located on the drill string near the drill bit 14. In addition, the resistivity measurement group includes UDR 51, which has three transceiver modules 52, 53, 54, each of which can function as a receiver or transmitter. Although three transceiver modules are shown in this example, one skilled in the art will recognize that a device may have more or less transceiver modules. In addition, one or more transceiver modules can be replaced by receiving or transmitting modules. In one embodiment, the antenna 73 may be a component of the drill bit 14.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения антенна вблизи коронки 73 имеет непродольный магнитный момент, т.е. магнитный момент антенны 73 не ориентирован в направлении, параллельном оси бурильной колонны. Непродольный магнитный момент антенны 73 гарантирует, что антенна 73 имеет компонент магнитного момента в поперечном направлении (т.е. направлении, перпендикулярном оси бурильной колонны). Кроме того, по меньшей мере, один из приемопередающих модулей (например, 52, 53, 54) содержит трехосную антенну, в которой три антенны имеют магнитные моменты в трех различных ориентациях. В некоторых случаях, трехосные антенны могут иметь магнитные моменты в трех ортогональных ориентациях. Модуль трехосной антенны будет гарантировать, что, по меньшей мере, некоторые из поперечных компонентов трехосной антенны смогут образовать прочную связь с поперечным компонентом антенны 73 вблизи коронки. Антенна 73 вблизи коронки может быть передающей, приемной или приемопередающей. В общем случае, предпочтительно, чтобы антенна 73 вблизи коронки была передающей, поскольку приемная антенна может воспринимать более высокий электрический шум вследствие повышенной вибрации и удара или вследствие возможного наличия вращающегося управляемого устройства высокой мощности. В результате моторный агрегат 16, который может включать в себя управляющие компоненты, на которые подается энергия, может нарушать работу приемной антенны.According to some embodiments of the invention, the antenna near the crown 73 has a non-longitudinal magnetic moment, i.e. the magnetic moment of the antenna 73 is not oriented in a direction parallel to the axis of the drill string. The non-longitudinal magnetic moment of the antenna 73 ensures that the antenna 73 has a magnetic moment component in the transverse direction (i.e., the direction perpendicular to the axis of the drill string). In addition, at least one of the transceiver modules (e.g., 52, 53, 54) comprises a triaxial antenna in which the three antennas have magnetic moments in three different orientations. In some cases, triaxial antennas may have magnetic moments in three orthogonal orientations. The triaxial antenna module will ensure that at least some of the transverse components of the triaxial antenna can form a strong connection with the transverse component of the antenna 73 near the crown. The antenna 73 near the crown may be transmitting, receiving, or transceiving. In general, it is preferable that the antenna 73 near the crown be transmitting, since the receiving antenna may receive higher electrical noise due to increased vibration and shock, or due to the possible presence of a rotating high-power controlled device. As a result, the motor unit 16, which may include control components to which energy is supplied, may interfere with the operation of the receiving antenna.

Измерение на нескольких частотахMultiple Frequency Measurement

Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к устройствам и способам, в которых для измерения удельного сопротивления используются несколько частот. Согласно вариантам осуществления изобретения частоты можно выбирать для более эффективного покрытия частотного спектра с целью повышения точности и гибкости обращения глубоких измерений удельного сопротивления. Например, согласно некоторым вариантам осуществления изобретения можно получить измерения с распределением в 3 или более частот на декаду. Эти частоты могут быть заданы или автоматически выбираемыми, либо до бурения, либо во время бурения, для обеспечения оптимальной инверсии пласта. Сочетание расстояния между передатчиком и приемником и частоты является неотъемлемой частью определения внешних границ коллектора со сложным внутренним слоем. Сочетание разнесения антенн и частоты предпочтительно выбирают в соответствии со следующим уравнением для максимальной чувствительности.Some embodiments of the invention relate to devices and methods in which several frequencies are used to measure resistivity. According to embodiments of the invention, frequencies can be selected to more efficiently cover the frequency spectrum in order to improve the accuracy and flexibility of handling deep resistivity measurements. For example, according to some embodiments of the invention, measurements can be obtained with a distribution of 3 or more frequencies per decade. These frequencies can be set either automatically selected, either before or during drilling, to ensure optimal formation inversion. The combination of the distance between the transmitter and receiver and frequency is an integral part of determining the external boundaries of a collector with a complex inner layer. The combination of antenna diversity and frequency is preferably selected in accordance with the following equation for maximum sensitivity.

Определим коэффициент распространения как k²=εµω²+iσµω, где ε - диэлектрическая проницаемость, µ - магнитная проницаемость, σ - электропроводность и ω - круговая частота. Если L выражает разнесение между передатчиком и приемником, то мы хотим: |k|.L∈[0.1;10]. Частоты предпочтительно выбирать так, чтобы они удовлетворяли этому критерию.We define the propagation coefficient as k ² = εµω ² + iσµω, where ε is the dielectric constant, μ is the magnetic constant, σ is the electrical conductivity, and ω is the circular frequency. If L expresses the diversity between the transmitter and the receiver, then we want: | k | .L∈ [0.1; 10]. Frequencies are preferably selected so that they satisfy this criterion.

Измерения на нескольких частотах можно эффективно производить с использованием любой схемы реализации, известной в технике. Например, на фиг.8 показан пример последовательности измерения удельного сопротивления для измерения на нескольких частотах. В схеме, показанной на фиг.8, предполагается, что передаваемые импульсы имеют управляемую амплитуду. Кроме того, специалисту в данной области очевидно, что в импульсной схеме, показанной на фиг.8, единичный импульс можно реализовать так, чтобы он нес две или более частоты. Измерения сигнала можно производить, измеряя истинные напряжения, воспринимаемые приемниками. Альтернативно, сигналы можно измерять как дифференциальные сигналы пары импульсов разных частот.Measurements at several frequencies can be effectively performed using any implementation scheme known in the art. For example, FIG. 8 shows an example of a resistivity measurement sequence for measuring at multiple frequencies. In the circuit shown in FIG. 8, it is assumed that the transmitted pulses have a controlled amplitude. In addition, it will be apparent to those skilled in the art that in the pulse circuit shown in FIG. 8, a single pulse can be realized so that it carries two or more frequencies. Signal measurements can be made by measuring the true voltages received by the receivers. Alternatively, the signals can be measured as differential signals of a pair of pulses of different frequencies.

Объединение переходников с существующими устройствами КВБCombining adapters with existing CAB devices

Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к группам измерения удельного сопротивления, имеющим удаленный переходники, которые описаны выше, с другими традиционными устройствами для измерения удельного сопротивления. Например, на фиг.9 показано устройство, включающее в себя два удаленных передающих переходника 55А и 55В и традиционное устройство для измерения удельного сопротивления для КВБ, которое может функционировать как приемник для удаленных передающих модулей, для обеспечения групп с разнесением, значительно большим, чем возможно для традиционных групп измерения удельного сопротивления. Специалисту в данной области очевидно, что любое традиционное устройство для измерения удельного сопротивления, имеющее одну или несколько антенн для приема сигналов удельного сопротивления, можно использовать в сочетании с удаленными передающими переходниками согласно раскрытому здесь. Возможность запуска передающих модулей в сочетании с существующим «мелким» устройством КВБ (с использованием их антенн удельного сопротивления как глубоких приемников удельного сопротивления) обеспечивает рационализацию ценных свойств и интегрированные измерительные возможности.Some embodiments of the invention relate to resistivity measuring groups having remote adapters as described above with other conventional resistivity measuring devices. For example, FIG. 9 illustrates a device including two remote transmitting adapters 55A and 55B and a conventional device for measuring resistivity for HFB, which can function as a receiver for remote transmitting modules to provide groups with diversity much larger than possible for traditional resistivity measurement groups. One of ordinary skill in the art will recognize that any conventional resistivity meter having one or more antennas for receiving resistivity signals can be used in conjunction with remote transmitting adapters as disclosed herein. The ability to launch transmitting modules in combination with the existing “small” HFB device (using their resistivity antennas as deep resistivity receivers) ensures the rationalization of valuable properties and integrated measurement capabilities.

Антенна с несколькими обмоткамиMultiple Winding Antenna

Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к антеннам, которые можно эффективно использовать в широком диапазоне частот. Когда антенна используется для передачи сигнала удельного сопротивления на определенной частоте, антенна наиболее эффективна, когда частота ниже частоты авторезонанса антенны. Поэтому при использовании антенны в широком диапазоне частот антенна может быть неэффективна в определенном диапазоне частот. Например, для передачи на самой высокой частоте количество витков в антенне должно быть достаточно малым, чтобы быть ниже авторезонанса катушки. С другой стороны, для оптимальной передачи. на более низкой частоте, количество витков следует увеличить. В результате традиционные антенны часто имеют обмотки, представляющие компромисс для определенного рабочего диапазона частот.Some embodiments of the invention relate to antennas that can be effectively used over a wide frequency range. When an antenna is used to transmit a resistivity signal at a specific frequency, the antenna is most effective when the frequency is lower than the antenna’s autoresonant frequency. Therefore, when using an antenna in a wide frequency range, the antenna may be ineffective in a certain frequency range. For example, for transmission at the highest frequency, the number of turns in the antenna should be small enough to be below the autoresonance of the coil. On the other hand, for optimal transmission. at a lower frequency, the number of turns should be increased. As a result, traditional antennas often have windings that compromise a specific operating frequency range.

Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения антенна может иметь несколько слоев обмоток; каждый из слоев может быть намотан либо параллельно для высокой частоты, либо последовательно для более низкой частоты, для эффективного уравновешивания импедансной нагрузки антенны при возбуждении постоянным напряжением. Переключением между последовательной и параллельной конфигурациями можно управлять с помощью электронных систем.According to some embodiments of the invention, the antenna may have several layers of windings; each of the layers can be wound either in parallel for a high frequency, or sequentially for a lower frequency, to effectively balance the antenna impedance load when excited by a constant voltage. Switching between serial and parallel configurations can be controlled by electronic systems.

На фиг.10 показана иллюстративная антенна согласно одному варианту осуществления изобретения. Слои 101А-101С катушки в этом примере соединены либо последовательно для максимизации числа витков при передаче на низкой частоте (например, около 1 кГц), либо параллельно для более высокого диапазона частот (например, 100 кГц). Слои 101А-101С катушки намотаны на бобину 102. Специалисту в данной области очевидно, что в антенне можно использовать несколько слоев катушек для обеспечения более точной настройки параметров антенны.10 shows an illustrative antenna according to one embodiment of the invention. The layers 101A-101C of the coil in this example are connected either in series to maximize the number of turns during transmission at a low frequency (for example, about 1 kHz), or in parallel for a higher frequency range (for example, 100 kHz). Layers 101A-101C of the coil are wound on a reel 102. One skilled in the art will appreciate that several layers of coils can be used in an antenna to provide finer tuning of the antenna parameters.

Распространение на другие методы измерения удельного сопротивленияExtend to other resistivity measurement methods

Традиционные глубокие измерения удельного сопротивления, например, раскрытые в патенте США № 6188222, базируются на механизме индукции и предусматривают измерение амплитуд сигналов, а не фазы или сдвигов фазы или коэффициентов ослабления. Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к глубоким измерениям удельного сопротивления, основанным на механизме распространения, и предусматривают измерение сдвигов фазы и коэффициентов ослабления (например, дифференциальные измерения) за счет введения дополнительной приемной антенны с разнесением пары приемников порядка 5-10 футов, что значительно больше, чем разнесение пары приемников (обычно составляющее менее фута) в традиционном устройстве для измерения распространения. Увеличение разнесения пары приемников желательно, поскольку для глубоких ЭМ-измерений используются более низкие частоты (от 1 до 200 кГц). Разнесение пары приемников порядка 5-10 футов гарантирует, что минимальный сдвиг фазы, который может быть измерен, остается в диапазоне ~0.1 градуса.Traditional deep resistivity measurements, such as those disclosed in US Pat. No. 6,188,222, are based on an induction mechanism and involve measuring signal amplitudes rather than phase or phase shifts or attenuation coefficients. Some embodiments of the invention relate to deep resistivity measurements based on the propagation mechanism, and include phase shifts and attenuation coefficients (e.g., differential measurements) by introducing an additional receiving antenna with a couple of receivers spaced about 5-10 feet apart, which is much larger than receiver pair spacing (typically less than a foot) in a conventional propagation meter. An increase in receiver pair spacing is desirable since lower frequencies (from 1 to 200 kHz) are used for deep EM measurements. A spacing of a pair of receivers of the order of 5-10 feet ensures that the minimum phase shift that can be measured remains in the range of ~ 0.1 degrees.

Помимо использования пары приемников дифференциальные измерения фазы и амплитуды (т.е. сдвиги фазы и коэффициенты ослабления) также можно производить с помощью соответствующей импульсной схемы, например, показанной на фиг.8. Схема измерений, показанная на фиг.8, может использовать один (или несколько) переданных импульсов на конкретной частоте в качестве шкалы времени. Предполагая опорный сдвиг фазы (или разницу по времени) между импульсами в последовательности импульсов постоянной (эту разницу по времени также можно измерять и передавать приемнику посредством беспроводной телеметрии), опорный сдвиг фазы (или разницу по времени) для последовательностей принятых импульсов можно определять по отношению к опорному импульсу.In addition to using a pair of receivers, differential measurements of phase and amplitude (i.e., phase shifts and attenuation coefficients) can also be performed using the corresponding pulse circuit, for example, shown in Fig. 8. The measurement circuit shown in FIG. 8 may use one (or several) transmitted pulses at a particular frequency as a time scale. Assuming the reference phase shift (or time difference) between the pulses in the pulse sequence is constant (this time difference can also be measured and transmitted to the receiver using wireless telemetry), the phase reference (or time difference) for the sequences of received pulses can be determined with respect to reference impulse.

Тот же метод (с использованием для сравнения амплитуды опорного импульса) можно также применять к отношению амплитуд между каждым импульсом в последовательности импульсов и опорным импульсом. В этом случае отношение амплитуд на передатчике можно поддерживать постоянным или измерять. Разностный метод применительно ко времени прихода импульса и отношению амплитуд уменьшает зависимость измерения от точности воздушной калибровки, которая необходима для измерения амплитуды.The same method (using the reference pulse amplitudes for comparison) can also be applied to the ratio of the amplitudes between each pulse in the pulse train and the reference pulse. In this case, the ratio of the amplitudes at the transmitter can be kept constant or measured. The difference method in relation to the time of arrival of the pulse and the ratio of the amplitudes reduces the dependence of the measurement on the accuracy of the air calibration, which is necessary for measuring the amplitude.

В качестве примера, на фиг.11A-11F показаны различные измерения для плоской границы с перепадом удельного сопротивления в 1 и 100 Ом·м с использованием устройства, имеющего разнесение между передатчиком и приемником в 70 футов. Передающая и приемная антенны этого устройства имеют продольные магнитные моменты (т.е. магнитные моменты в направлении, параллельном продольной оси устройства).As an example, FIGS. 11A-11F show various measurements for a flat boundary with a resistivity difference of 1 and 100 Ohm · m using a device having a spacing of 70 feet between the transmitter and receiver. The transmitting and receiving antennas of this device have longitudinal magnetic moments (i.e. magnetic moments in a direction parallel to the longitudinal axis of the device).

На фиг.11А и 11В показаны измерения амплитуды и измерения относительной амплитуды соответственно на различных частотах. На фиг.11В измерения относительной амплитуды приведены по отношению к измерению амплитуды на 2 кГц. На фиг.11С и 11D показаны измерения фазы и измерения относительной фазы соответственно на разных частотах. На фиг.11D измерения относительной фазы приведены по отношению к измерению фазы на 2 кГц.On figa and 11B shows the measurement of amplitude and measurement of relative amplitude, respectively, at different frequencies. 11B, measurements of relative amplitude are given with respect to the measurement of amplitude at 2 kHz. 11C and 11D show phase measurements and relative phase measurements, respectively, at different frequencies. 11D, relative phase measurements are shown with respect to the phase measurement at 2 kHz.

На фиг.11Е и 11F показаны измерения сдвига фазы и коэффициента ослабления соответственно на различных частотах, произведенные с помощью пары приемников с разнесением 8 футов. При таком разнесении можно легко наблюдать значительные изменения сдвига фазы и коэффициента ослабления. Оба измерения обеспечивают еще один набор измерений с другой чувствительностью, позволяющий использовать более независимые измерения в процессе обращения.11E and 11F show phase shift and attenuation coefficient measurements at different frequencies, respectively, made with a pair of 8-foot receivers. With this diversity, significant changes in phase shift and attenuation coefficient can easily be observed. Both measurements provide another set of measurements with a different sensitivity, allowing the use of more independent measurements in the process of circulation.

Некоторые варианты осуществления изобретения относятся к управляемому бурению. Способ управляемого бурения согласно вариантам осуществления изобретения может использовать любую из вышеописанных групп измерения удельного сопротивления и/или любой из вышеописанных методов измерения (например, измерения на нескольких частотах, импульсные схемы и т.д.).Some embodiments of the invention relate to controlled drilling. A controlled drilling method according to embodiments of the invention may use any of the above described resistivity measurement groups and / or any of the above measurement methods (eg, multi-frequency measurements, pulse circuits, etc.).

Все измерения согласно вышеописанным вариантам осуществления изобретения можно распространить на направленные измерения. Направленные измерения обеспечивают повышенную чувствительность к границам и, соответственно, улучшают процесс обращения. В некоторых вариантах осуществления, антенна(ы) имеют поперечный магнитный диполь в сочетании с нормальной «аксиальной» антенной для обеспечения обоих измерений с одной и той же антенны. В вышеописанной трехосной антенне одна часть может быть выровнена с осью КНБК, а две другие части располагаться под углами к ней. При желании, варианты осуществления изобретения можно реализовать с традиционными экранами. Очевидно, что антенны (и соответствующая электроника) вариантов осуществления изобретения можно реализовать с использованием одной из многих общеизвестных конструкций антенны и схем упаковки. Например, для реализации настоящего изобретения можно использовать каротажное устройство, описанное в патенте США № 6188222.All measurements according to the above described embodiments of the invention can be extended to directional measurements. Directional measurements provide increased sensitivity to boundaries and, accordingly, improve the handling process. In some embodiments, the antenna (s) have a transverse magnetic dipole in combination with a normal “axial” antenna to provide both measurements from the same antenna. In the above-described triaxial antenna, one part can be aligned with the BHA axis, and the other two parts can be placed at angles to it. If desired, embodiments of the invention may be implemented with conventional screens. Obviously, antennas (and associated electronics) of embodiments of the invention can be implemented using one of many well-known antenna designs and packaging schemes. For example, a logging tool described in US Pat. No. 6,188,222 can be used to implement the present invention.

Хотя в вышеприведенном описании для иллюстрации различных вариантов осуществления изобретения используются каротажные устройства во время бурения. Устройство согласно изобретению не ограничено никаким конкретным режимом переноса. Поэтому устройство согласно изобретению можно использовать, например, в каротаже во время бурения, каротаже во время спускоподъемной операции, катушечном бурении, каротаже через коронку, линейном бурении, операциях бурения на обсадных колоннах.Although the above description uses logging devices while drilling to illustrate various embodiments of the invention. The device according to the invention is not limited to any particular transfer mode. Therefore, the device according to the invention can be used, for example, in logging while drilling, logging during tripping, reel drilling, core logging, linear drilling, casing string drilling operations.

Хотя изобретение было описано применительно к ограниченному количеству вариантов осуществления, специалистам в данной области, на основании данного раскрытия, будет очевидно, что можно предложить другие варианты осуществления не выходя за рамки объема раскрытого здесь изобретения. Соответственно, объем изобретения ограничен только прилагаемой формулой изобретения.Although the invention has been described with reference to a limited number of embodiments, it will be apparent to those skilled in the art based on this disclosure that other embodiments can be proposed without departing from the scope of the invention disclosed herein. Accordingly, the scope of the invention is limited only by the attached claims.

Claims

1. The group of measurement of resistivity, having a modular design, containing
a transmitting module with at least one antenna, the transmitting module having connectors on both sides for connecting to other downhole devices, and
a receiving module with at least one antenna, the receiving module having connectors on both sides for connecting to other downhole devices, means for driving the antenna in the transmitting module on a set of discrete frequencies of electromagnetic energy, according to the selected pulse circuit; and
in which the transmitting module and the receiving module are spaced along the drill string and separated by at least one downhole device.

2. The resistivity measurement group of claim 1, wherein the transmitting module and the receiving module are spaced apart over about 90 feet.

3. The resistivity measuring group according to claim 1, wherein the at least one antenna in the transmitting module or the receiving module comprises a transceiver.

4. The group of resistivity measurement according to claim 1, in which the transmitting module or the receiving module are located near the drill bit, at one end of the drill string.

5. The group of resistivity measurement according to claim 1, in which at least one antenna in the transmitting module or receiving module contains a solenoid acting as a magnetic dipole.

6. The resistivity measuring group according to claim 1, in which the transmitting module or receiving module contains three antennas having magnetic moments in linearly independent orientations.

7. The group of measurement of resistivity, having a modular design, containing
a transmitting module with at least one antenna, the transmitting module having connectors on both sides for connecting to other downhole devices, means for driving the antenna in the transmitting module on a set of discrete frequencies of electromagnetic energy, according to the selected pulse circuit; and
a receiving module with at least one antenna, the receiving module having connectors on both sides for connecting to other downhole devices, and
in which the transmitting module and the receiving module are located in separate wellbores.

8. The resistivity measurement group according to claim 1, wherein the at least one antenna in the transmitting module or the receiving module comprises a transceiver.

9. The resistivity measurement group according to claim 1, wherein the transmitting module or receiving module is located near the drill bit or in the drill bit, at one end of the drill string.

10. The resistivity measuring group according to claim 7, in which at least one antenna in the transmitting module or the receiving module contains a solenoid acting as a magnetic dipole.

11. The resistivity measuring group according to claim 7, in which the transmitting module or receiving module contains three antennas having magnetic moments in linearly independent orientations.

12. A device for measuring resistivity having a modular group design containing
a drill bit located at one end of the drill string,
a transmitting module having connectors on both sides for connecting to other downhole devices located on the drill string, and
at least one receiver module located on the drill string and spaced from the transmitter module and having connectors for connecting to other downhole devices, wherein either the transmitter module or the receiver module is located near the drill bit,
in which the transmitting or receiving module has at least one antenna with a magnetic moment orientation not limited to the longitudinal direction, and in which the transmitting or receiving module contains three antennas whose magnetic moment orientations are linearly independent.

13. The device according to item 12, in which the spacing between the transmitting module and one of the at least one receiving module exceeds about 90 feet.

14. The device according to item 12, in which at least one antenna in the transmitting module or at least one transmitting or receiving module comprises a transceiver.

15. The device according to item 12, in which three antennas in at least one transmitting or receiving module contain solenoidal antennas, the magnetic moments of which are linearly independent.

16. The device according to item 12, in which at least one antenna of at least one transmitting or receiving module is part of a conventional downhole resistivity sensor.

17. A method of measuring formation resistivity, comprising the steps of:
transmit electromagnetic energy to the formation using a transmitting antenna in the group of resistivity measurement, and the transfer is carried out on a set of discrete frequencies according to the selected pulse circuit,
detecting, for each of the plurality of discrete frequencies, a signal induced in a receiving antenna spaced from the transmitting antenna in the resistivity measurement group; and
determining the formation resistivity from the detected signals at each of the set of frequencies, the set of frequencies being chosen so that | k | · L∈ [0,1; 10], where L is the spacing between the transmitter and receiver, and k is the propagation coefficient determined as k ² = εµω ² + iσµω, where ε is the dielectric constant, μ is the magnetic constant, σ is the electrical conductivity, and ω is the circular frequency.

18. The method according to 17, in which the set of frequencies contains at least two frequencies per decade and extends to at least two decades.

19. The method according to 17, in which the set of frequencies is in the range up to 200 kHz.

20. The method according to 17, in which the transmitting antenna or the receiving antenna comprises a coil having multiple windings switched between a parallel configuration and a serial configuration.

21. The method according to 17, in which the selected pulse circuit contains a pulse train of the transmitter, each of which has a controlled amplitude.

22. The method according to 17, in which the selected pulse circuit contains a pulse train of the transmitter having a controllable time interval for each pair of adjacent pulses.

23. The method according to 17, in which the selected pulse circuit contains a sequence of pulses having different frequencies.

24. The method according to 17, in which the detection is carried out using a pair of receivers, the separation between which is at least 5 feet.

25. The method according to 17, in which the set of frequencies is selected for maximum sensitivity based on the diversity between the transmitter and receiver.

26. A method of forming a group for measuring resistivity, comprising stages in which
evaluate the thickness of the collector, and
they place a transmitter and receiver module, each of which has connectors on both sides for connecting with other downhole devices, on the drill string so that the separation between the transmitter and receiver modules is not less than the estimated thickness of the collector.

27. A method for controlling the direction of drilling while drilling a wellbore, comprising the steps of:
measuring the resistivity of the formation using a resistivity measuring device having a group whose spacing is greater than about 90 feet, the device of the resistivity measuring group comprising a transmitting module and a receiving module spaced apart from the drill string and separated by another downhole device,
determine the boundaries of the layers of the reservoir and
control the direction of the drill bit during drilling so that the wellbore is in the selected layer of the formation.

28. The method according to item 27, in which the measurement is carried out on a set of frequencies, which includes at least two frequencies per decade and extends to at least two decades.

29. The method according to item 27, in which the transmitting module is located near the drill bit.

30. The method according to item 27, in which the receiving module is part of a resistivity sensor for logging while drilling.