Инструмент и способ для каротажа скважины

Инструмент и способ для каротажа скважины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к инструменту для электрического каротажа и к способу для определения природы и характеристик различных подземных формаций, через которые проходит скважина.

Различные способы каротажа удельного сопротивления используются для определения электрических свойств подземных формаций. Один из повсеместно используемых способов представляет собой индукционный боковой, со сферической фокусировкой каротаж. Индукционный компонент такого индукционного каротажа измеряет удельное сопротивление или его обратную величину, проводимость, формации путем индуцирования вихревых токов в формациях в ответ на сигнал переменного тока передатчика. Вихревые токи индуцируют вторичные магнитные поля, которые в свою очередь индуцируют напряжение в измерительной антенне. Поскольку амплитуды вихревых токов зависят от проводимостей формаций, амплитуды принимаемого сигнала, таким образом, отражают проводимости формаций. Компонент указанного индукционного инструмента измеряет удельное сопротивление путем инжектирования тока в формацию и измеряет токи или падения напряжения на паре измерительных электродов.

Для получения истинного удельного сопротивления формации данные каротажа должны корректироваться для учета различных эффектов, которые влияют на измерения. Например, измерения удельного сопротивления могут содержать нежелательные вклады от токов, протекающих в седиментационных слоях (отложениях), лежащих над и под исследуемым слоем. Это упоминается как боковые эффекты, которые являются особенно проблематичными, если исследуемый слой является менее проводящим, чем соседние отложения.

Для корректировки боковых эффектов функция отклика зонда может использоваться для получения корреляций измерений напряжения с истинной проводимостью формации. Эта функция отклика зонда известна также как кривая вертикальной чувствительности индукционного инструмента. Для гомогенных формаций функция отклика зонда лучше всего может быть описана как кривая отклика, которая имеет главный лепесток конечной ширины и один или несколько боковых лепестков, расположенных по каждую сторону от главного лепестка. Эти боковые лепестки являются ответственными за боковые эффекты.

Предложено несколько подходов для сведения к минимуму этих боковых лепестков (а следовательно, и боковых эффектов). Например, патенты США 2582314, зарегистрирован Doll, и 3067383, зарегистрирован Tanguy, описывают индукционные инструменты, имеющие множество генераторных и измерительных катушек, расположенных в заданных соотношениях, для "фокусировки" функции отклика зонда путем сужения ширины главного лепестка и ослабления боковых лепестков. При альтернативном подходе патент США 2790138, зарегистрирован Poupon, описывает инструмент для индукционного каротажа, имеющий две отдельные системы индукционных катушек, которые имеют один и тот же геометрический центр, так что отклики от двух систем катушек могут использоваться для взаимной компенсации вкладов от боковых лепестков.

В дополнение к боковым эффектам, описанным выше, скин-эффект также может ограничивать способность индукционного оборудования для каротажа к точному измерению истинной проводимости формаций. Скин-эффект характеризуется нелинейными откликами функции отклика зонда как функции от проводимости формации. Скин-эффект возникает, прежде всего, из-за взаимодействий между различными вихревыми токами, протекающими в соседних контурах, в формации. Литературные данные показывают, что амплитуды скин-эффекта зависят от сложной функции рабочей частоты системы катушек, эффективной длины системы катушек и значения проводимости находящейся рядом формации, среди всего прочего.

Для сведения к минимуму бокового и скин-эффекта и для конструирования лучшего индукционного инструмента должны быть приняты во внимание различные факторы. Эти факторы включают глубину исследования, разрешение, влияние скважины, частоту работы и взаимную индуктивность. Глубина исследования описывает, насколько глубоко от стенки скважины инструмент может "видеть" в формации. Желательно, чтобы индукционный инструмент был способен к получению больших глубин исследования, с тем, чтобы измеренное удельное сопротивление формации не подвергалось влиянию проникновения бурового раствора. Типичные радиусы проникновения находятся в пределах от 0 до 4 футов, но могут находиться в пределах до 8 футов или более. Для получения большой глубины исследования расстояние передатчик-приемник должно быть большим. Однако большое расстояние передатчик-приемник увеличивает процент нелинейности откликов, связанный со скин-эффектом. Большое расстояние передатчик-приемник также увеличивает длину и стоимость инструмента.

В дополнение к способности "видеть" глубоко в формации индукционный инструмент также должен иметь высокое разрешение, с тем, чтобы данные о кажущемся удельном сопротивлении для рассматриваемых отложений были подвержены меньшему влиянию соседних отложений. Однако для достижения высокого разрешения расстояние передатчик-приемник должно быть малым, это понижает глубину исследования инструмента. По этой причине необходим компромисс. Альтернативой инструмента высокого разрешения является использование обработки сигнала для повышения вертикального разрешения инструмента. Например, способ для увеличения вертикального разрешения индукционного инструмента для каротажа описывается в патентах США 4818946 и 4837517, оба зарегистрированы Barber и принадлежат правопреемнику настоящего изобретения. Эти патенты включаются сюда в качестве ссылок во всей их полноте.

Идеальный инструмент также должен обладать малым эффектом скважины в скважинах с различными диаметрами, например, находящимися в пределах от 8 до 16 дюймов. Альтернативно, если скважинный эффект не является пренебрежимо малым, должны предусматриваться средства для коррекции на свойства скважины и процедура коррекции должна быть простой. Например, коррекция на свойства скважины может достигаться путем установки сенсора, например сенсоров R_m, на инструменте с индукционными зондами, который продается под торговым наименованием AIT™, Schlumberger Technology Corporation (Houston, TX) и который предусматривает измерение эффектов скважины.

Рабочая частота инструмента обладает воздействием на значения глубины исследования и отношение сигнал-шум. Высокая частота дает низкий шум. Однако высокая частота является более чувствительной к скин-эффекту (как следствие, меньшие глубины исследования). Типичные известные индукционные инструменты работают на частоте, находящейся в пределах от десятков кГц до нескольких МГц.

Взаимная индуктивность между катушками передатчика и приемника может сильно воздействовать на измеряемые амплитуды сигналов. По этой причине взаимная индуктивность должна поддерживаться настолько низкой, насколько это возможно, с тем, чтобы она не забивала сигналы проводимости от формации. Взаимная индуктивность может быть исключена или сведена к минимуму путем включения компенсационной катушки между катушками передатчика и приемника. Использование компенсационных катушек в индукционных инструментах хорошо известно в данной области.

Принимая во внимание эти факторы, обычные индукционные инструменты, такие как описанные в патенте США 3179879, должны включать использование зондов с множеством сфокусированных катушек для измерения удельных сопротивлений на нескольких глубинах исследования. Минимальная конфигурация таких инструментов включает два катушечных зонда для измерения на двух различных глубинах исследования: зонд для больших глубин и среднеглубинный зонд. Зонды с множеством катушек, с различными глубинами исследования могут детектировать и производить коррекцию на влияние окружающей среды, такие как влияние скважины и проникновение бурового раствора. Например, зонд для больших глубин конструируется для того, чтобы видеть ниже зоны проникновения фильтрата бурового раствора.

В дополнение к улучшению конструкций инструмента в течение последних нескольких десятилетий разработаны различные способы обработки сигнала для коррекции на боковой эффект. Примеры этих подходов включают в себя обработку фазового вектора в комплексной плоскости, описанную в патентах США 4513376, зарегистрирован Barber, и 4471436, зарегистрирован Schaefer et al. Эти патенты принадлежат правопреемнику настоящего изобретения, и они включаются сюда в качестве ссылок во всей их полноте.

В дополнение, патенты США 4818946 и 4513376, зарегистрированные Barber, описывают способы обработки данных измерений индукционного каротажа для понижения нежелательных вкладов в данные измерений путем сведения к минимуму боковых лепестков в функции отклика зонда, используемые для преобразования значений проводимости формации в обработанных измерениях.

Попытки улучшения точности инструмента привели к созданию инструментов, которые содержат множество компонентов и схем. В результате, появилась тенденция к увеличению длины инструментов для каротажа. Например, индукционный инструмент, описанный в патенте США 5157605, зарегистрирован Chandler et al., имеет длину приблизительно сорок футов (смотри фиг.1A). Увеличение длины требует большего времени оснащения для сборки и погружения инструментов для каротажа в скважину и увеличивает потребность в бурении большей пилотной части ствола скважины (дополнительной длины, пробуренной под самой нижней исследуемой зоной, чтобы дать возможность для достаточно глубокого расположения сенсоров инструментов для каротажа, для сбора данных в нижней части исследуемой зоны). В дополнение к этому, длинный инструмент имеет тенденцию к заклиниванию в скважинах, имеющих плохие условия в скважинах, и не может размещаться в скважинах, имеющих острые искривления, или в горизонтальных скважинах, имеющих короткие радиусы схождения.

По этой причине желательно иметь более короткие инструменты для каротажа удельного сопротивления. Один из подходов для уменьшения длины инструмента заключается в использовании складываемого антенного зонда, как описано в патенте США 5905379, зарегистрирован Orban et al. (изображен на фиг.1B). В складываемых антенных зондах измерительные антенны и компенсационные катушки располагаются по одну сторону от генераторной антенны вместо обеих сторон генераторной антенны (фиг.1A). Складываемый зонд значительно уменьшает длину инструмента, то есть примерно до шестнадцати футов, включая всю связанную с ним электронику. Длина антенной секции равна примерно 8 футов.

Инструменты с индукционными зондами обеспечивают хорошие рабочие характеристики, но они используют индукционную антенну с малой глубиной получения данных вместо гальванических электродов для измерения удельного сопротивления вблизи скважины. В условиях "бедных скважин" (то есть в вымытых или складчатых скважинах), устройства с электродами (например, индукционные, боковые, со сферической фокусировкой) могут обеспечить лучшие измерения удельного сопротивления, чем индукционные антенны с малой глубиной получения данных. В дополнение к этому, при высоких удельных сопротивлениях устройства с электродами могут обеспечить лучшие измерения удельного сопротивления, чем индукционное устройство. По этим причинам, вышеуказанные индукционные или другие устройства с малоглубинными электродами являются более надежными. Соответственно, устройства с электродами являются предпочтительными в условиях высокого удельного сопротивления и бедных скважин, которые часто встречаются в дешевых скважинах.

Другой интерес к получению лучших индукционных инструментов, включая индукционные, боковые со сферической фокусировкой или электродные устройства, происходит от того факта, что многие старые данные по удельному сопротивлению получены с помощью устройств типа указанных индукционных, которые измеряют большие и малые глубины. В связи с возникшим недавно интересом к повторной разработке старых нефтяных полей, которые не разрабатывались из-за тонких продуктивных зон, существует новая потребность в устройствах и способах, которые не только обеспечивают точные измерения, но также дают возможность хорошего получения корреляций от скважины к скважине со "старыми" индукционными боковыми со сферической фокусировкой измерениями.

Целью настоящего изобретения является создание улучшенных, но более простых инструментов для каротажа удельного сопротивления, и способа для осуществления индукционных боковых со сферической фокусировкой измерений.

Указанная цель достигается тем, что в инструменте для каротажа скважин, содержащем пакет индукционных зондов, расположенных на штоке, пакет электронных модулей, расположенных рядом с пакетом индукционных зондов вдоль продольной оси инструмента, и малоглубинные электродные зонды, при этом пакет индукционных зондов содержит генераторную антенну, первую измерительную антенну и вторую измерительную антенну, находящиеся на расстоянии друг от друга вдоль продольной оси инструмента, и вторая измерительная антенна расположена между генераторной антенной и первой измерительной антенной, согласно изобретению малоглубинные зонды расположены на корпусе, размещенном вокруг пакета электронных модулей, и имеется первая компенсационная антенна, расположенная в заданном положении между генераторной антенной и первой измерительной антенной.

Пакет индукционных зондов может иметь длину не более 8 футов.

Первая измерительная антенна может быть расположена на расстоянии от генераторной антенны, составляющем примерно 45 дюймов.

Заданное положение первой компенсационной антенны может находиться на расстоянии, равном примерно 27 дюймов от генераторной антенны.

Вторая измерительная антенна может быть расположена на расстоянии от генераторной антенны, равном примерно 22 дюймам.

Инструмент может дополнительно содержать вторую компенсационную антенну, расположенную в заданном положении между генераторной антенной и второй измерительной антенной.

Заданное положение второй компенсационной антенны может находится на расстоянии, равном примерно 16 дюймам от генераторной антенны.

Инструмент может дополнительно содержать третью измерительную антенну в пакете индукционных зондов, расположенную между генераторной антенной и второй измерительной антенной на расстоянии, равном примерно 12 дюймам от генераторной антенны.

Инструмент может дополнительно содержать третью компенсационную антенну, расположенную в заданном положении между генераторной антенной и третьей измерительной антенной.

Заданное положение третьей компенсационной антенны может находиться на расстоянии, равном примерно 9 дюймам от генераторной антенны.

Шток может быть проводящим.

Малоглубинный электродный зонд может содержать центральный электрод, первую пару измерительных электродов, расположенных на по существу одинаковом расстоянии по обеим сторонам центрального электрода вдоль продольной оси инструмента, вторую пару измерительных электродов, расположенных на по существу одинаковом расстоянии по обеим сторонам центрального электрода вдоль продольной оси инструмента, при этом каждый электрод из второй пары измерительных электродов расположен между центральным электродом и одним электродом из первой пары измерительных электродов, пару обратных электродов, расположенных на по существу одинаковом расстоянии по обеим сторонам центрального электрода вдоль продольной оси инструмента, при этом каждый электрод из пары обратных электродов расположен между центральным электродом и одним электродом из второй пары измерительных электродов, и пару контрольных электродов, расположенных на по существу одинаковом расстоянии по обеим сторонам от центрального электрода вдоль продольной оси инструмента, при этом каждый электрод из пары контрольных электродов расположен между центральным электродом и одним электродом из пары обратных электродов.

Корпус может иметь длину не более 8 футов.

Общая длина инструмента для каротажа скважин может составлять не более чем 15 футов или не более чем 13 футов.

Малоглубинный электродный зонд и пакет индукционных зондов могут делить между собой пакет электронных модулей.

Инструмент может дополнительно содержать электрод, расположенный на его конце.

Указанная цель достигается способом для каротажа скважин с использованием инструмента, содержащего пакет индукционных зондов, расположенных на штоке, пакет электронных модулей, расположенный рядом с пакетом индукционных зондов вдоль продольной оси инструмента для каротажа скважин, и малоглубинный электродный зонд, при этом пакет индукционных зондов содержит генераторную антенну, первую измерительную антенну и вторую измерительную антенну, находящиеся на расстоянии друг от друга вдоль продольной оси инструмента, и вторая измерительная антенна расположена между генераторной антенной и первой измерительной антенной, способ включает размещение инструмента в скважине, осуществление первого измерения удельного сопротивления с использованием первой измерительной антенны и второго измерения удельного сопротивления с использованием второй измерительной антенны, осуществление малоглубинного измерения удельного сопротивления, и обработку первого измерения удельного сопротивления, второго измерения удельного сопротивления и малоглубинного измерения удельного сопротивления для получения удельного сопротивления формации. Согласно изобретению располагают малоглубинные электродные зонды на корпусе, размещенном вокруг пакета электронных модулей, и минимизируют прямую связь генераторной антенны и первой измерительной антенны посредством расположения между ними компенсационной антенны.

Малоглубинное измерение удельного сопротивления может осуществляться с использованием малоглубинного электродного зонда.

Малоглубинное измерение удельного сопротивления может осуществляться с использованием третьей измерительной антенны, расположенной в пакете индукционных зондов.

Обработка указанных измерений может включать коррекцию на боковые эффекты и на скин-эффект или увеличение разрешающей способности.

Далее изобретение описывается со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1А изображает известный индукционный инструмент, имеющий длинный пакет антенных зондов;

фиг.1В изображает индукционный известный инструмент, имеющий складываемые антенные зонды;

фиг.2 иллюстрирует инструмент для каротажа скважин в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения;

фиг.3 изображает профили радиального отклика индукционных зондов в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения;

фиг.4 представляет собой блок-схему, изображающую осуществление обработки фазового вектора индукции в комплексной плоскости;

фиг.5А-5С изображают данные сравнения измерений, полученных с использованием известных инструментов и инструментов в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения;

фиг.6А-6D изображают данные сравнения измерений, полученных с использованием известных инструментов и инструментов в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения;

фиг.7А-7С изображают данные сравнения измерений, полученных с использованием известных инструментов и инструментов в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения;

фиг.8 представляет собой блок-схему способа каротажа скважин в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения.

Настоящее изобретение относится к устройствам и способам для измерения удельного сопротивления формаций. Инструмент для каротажа в соответствии с воплощениями настоящего изобретения имеет упрощенные компоненты и, кроме того, может осуществлять измерения, которые являются сравнимыми с более сложными инструментами. В дополнение к этому, инструмент в соответствии с воплощениями настоящего изобретения способен обеспечивать глубины исследования, сравнимые с известными инструментами, так что измерения, выполненные с помощью инструментов по настоящему изобретению, могут сравниваться с измерениями других инструментов. Таким образом, воплощения настоящего изобретения используют простой подход для удовлетворения промышленной потребности в эффективных и экономичных устройствах и способах и в то же самое время удовлетворяют желание точности измерения и возможности получения корреляций со старыми данными по скважинам.

Как отмечено выше, при конструировании индукционного инструмента должны быть приняты во внимание несколько факторов. Эти факторы включают глубину исследования, разрешение, влияние скважины, частоту работы и взаимную индуктивность. Воплощения настоящего изобретения принимают во внимание большинство этих факторов, но используют простые конфигурации для достижения желаемых результатов.

Фиг.2 изображает инструмент в соответствии с воплощениями настоящего изобретения, основанный на известном индукционном боковом со сферической фокусировкой инструменте, таком как тот, который продается под торговым наименованием DIT™ by Schlumberger Technology Corporation (Houston, TX). Как показано, указанный индукционный инструмент 400 содержит пакет 402 индукционных зондов и малоглубинных электродных зондов 401. Пакет 402 индукционных зондов обеспечивает измерения, подобные известным измерениям со сбором данных с большой глубины и индукционных инструментов со среднеглубинным сбором данных, в то время как малоглубинные электродные зонды 401 обеспечивают получение удельного сопротивления вблизи скважины, близкого к известному индукционному устройству.

В изображенном воплощении пакет 402 индукционных зондов расположен на штоке 41, который может представлять собой проводящий шток, как описывается в патентах США 4651101 и 4873488, зарегистрированных Barber et al. и принадлежащих правопреемнику настоящего изобретения. Пакет 402 индукционных зондов может содержать генераторную антенну 42, множество измерительных антенн 44, 46, 48 и компенсационные антенны 43, 45, 47. Как и в известных складываемых инструментах с индукционными зондами, пакет 402 индукционных зондов в соответствии с воплощениями настоящего изобретения имеет измерительные антенны 44, 46, 48 и компенсационные антенны 43, 45, 47, расположенные по одну сторону инструмента, по отношению к генераторной антенне 42. Для ясности при описании, "антенна" используется здесь для упоминания как антенны с одной катушкой, так и системы антенн с множеством катушек (например, системы сфокусированных катушек).

Как показано на фиг.2, пакет 402 индукционных зондов по настоящему изобретению содержит антенну для глубоких измерений удельного сопротивления. Антенна 48 для получения данных с большой глубины измеряет удельное сопротивление далеко от скважины. Измерение с получением данных с большой глубины менее подвержено проникновению бурового раствора, и измеренное удельное сопротивление после любых необходимых коррекций может дать истинную резистивность формации (R_t). Как отмечено выше, большая глубина исследования может достигаться с помощью больших расстояний передатчик-приемник. Однако увеличение расстояний обязательно увеличивает длину инструмента. Инструмент в соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения имеет антенну 48 для получения данных с большой глубины, расположенную на пакете 402 индукционных зондов, примерно через 45 дюймов от генераторной антенны 42. Примерно 45-дюймое расстояние обеспечивает достаточно большую глубину исследования без избыточного увеличения длины инструмента. Компенсационная антенна 47 расположена в соответствующем положении (например, примерно в 27 дюймах от генераторной антенны 42), между генераторной антенной 42 и антенной 48 для получения данных с большой глубины, чтобы свести к минимуму или ослабить прямые связи (взаимную индуктивность) между генераторной антенной 42 и антенной 48 для получения данных с большой глубины.

45-дюймое расстояние между передатчиком 42 и антенной 48 для получения данных с большой глубины подобно тому, которое имеется в AIT™. Путем использования конфигурации, подобной компонентам существующего инструмента, стоимость инструмента по настоящему изобретению может быть сведена к минимуму. В дополнение к этому, 45-дюймовое расстояние между передатчиком 42 и антенной 48 для получения данных с большой глубины может обеспечить глубину исследования, которое сравнимо с получением данных с большой глубины для старых инструментов (например, DIT™). Если желательным является более глубокое исследование, 45-дюймовые измерения по настоящему изобретению могут объединяться (отрицательно) с другими измерениями (например, с измерениями, полученными с помощью 22-дюймовых зондов, которые будут описаны далее) в соответствии со способами, известными в данной области. Относительно способов объединения измерений с различными глубинами исследований для достижения более глубокого измерения смотри, например, патент США 5157605, зарегистрирован Chandler et al., принадлежащий правопреемнику настоящего изобретения. Этот патент включается сюда в качестве ссылки во всей его полноте. Таким образом, инструмент по настоящему изобретению может обеспечить измерения в формации, настолько же глубокие, как и известные инструменты при гораздо меньшей длине.

В дополнение к этому, инструмент по настоящему изобретению также содержит антенну 46 для получения данных со средней глубины, расположенную в пакете 402 зондов, примерно в 22 дюймах от генераторной антенны 42. Компенсационная антенна 45 расположена в соответствующем положении (например, в 16 дюймах от генераторной антенны 42) между генераторной антенной 42 и антенной 46 для получения данных со средней глубины для сведения к минимуму или ослаблению прямых связей между этими двумя антеннами. Опять же, 22-дюймовое расстояние основывается на существующем AIT™ для сведения к минимуму стоимости инструментов и в то же время для обеспечения способности к осуществлению измерений, которые являются сравнимыми с измерениями при средних глубинах исследований, осуществляемыми с использованием известных инструментов (например, сдвоенного индукционного бокового со сферической фокусировкой инструмента, продающегося под торговым наименованием DIT™, Schlumberger Technology Corporation (Houston, TX)). Средние глубинные исследования, осуществляемые с помощью DIT™, как правило, имеют глубину исследования, равную примерно 30 дюймов, что является идентичным глубине исследования, обеспечиваемой антенной 46 для получения данных со средней глубины, у инструмента, изображенного на фиг.2.

Как показано на фиг.2, инструмент по настоящему изобретению может необязательно содержать антенну 44 для получения данных с малой глубины, которая располагается в пакете зондов, примерно в 12 дюймах от передатчика 42. Антенна 44 для получения данных с малой глубины измеряет удельное сопротивление при малых глубинах исследований (например, равных примерно 18 дюймов), которая, вероятно, находится в зоне проникновения бурового раствора. Антенна 44 для получения данных с малой глубины является необязательной, поскольку в проводящем буровом растворе для измерения удельного сопротивления вблизи скважины может использоваться индукционное боковое со сферической фокусировкой устройство (будет описано далее). Однако если используется непроводящий буровой раствор (то есть буровой раствор на нефтяной основе), антенна 44 для получения данных с малой глубины является более пригодной для измерения удельных сопротивлений вблизи скважины. Измерения удельного сопротивления зоны проникновения являются важными по двум причинам: они дают доказательства проникновения бурового раствора, что указывает на то, что формация является проницаемой, и они обеспечивают значение, которое может быть использовано для вычисления пористости из удельного сопротивления, после того как делается коррекция на невымытую нефть в зоне поступления. Компенсационная антенна 43 расположена в соответствующем положении (например, в 9 дюймах от генераторной антенны 42) между передатчиком 42 и антенной 44 для получения данных с малой глубины для сведения к минимуму или ослабления прямых связей между этими двумя антеннами.

Фиг.3 изображает радиальные отклики индукционного инструмента, изображенного на фиг.2. Как показано, при геометрическом факторе 0,5 антенна 44 для получения данных с малой глубины, антенна 46 для получения данных со средней глубины и антенна 48 для получения данных с большой глубины имеют значения глубин исследования примерно 18 дюймов, 30 дюймов и 61 дюймов соответственно. Таким образом, эти три антенны 44, 46 и 48 могут использоваться для имитационного моделирования индукционного бокового со сферической фокусировкой каротажа отклика, среднеглубинного отклика и отклика большой глубины от известного в настоящее время DIT™ соответственно.

Приведенное выше описание предпочтительного воплощения настоящего изобретения показывает, что измерительные антенны расположены на определенных расстояниях от генераторной антенны. Эти конкретные расстояния выбираются таким образом, чтобы они были идентичными существующим инструментам (например, AIT™), чтобы свести к минимуму стоимость инструмента и в то же время сохранить желаемые свойства инструмента. Специалист в данной области заметил бы, что антенны в пакете 402 индукционных зондов могут также располагаться на других расстояниях друг от друга для обеспечения желаемых характеристик измерения. Настоящее изобретение, по этой причине, не является ограниченным конкретными расстояниями, изображенными на фиг.2.

При расстояниях передатчик-приемник, идентичных тем, которые имеются в существующих инструментах, инструмент в соответствии с настоящим изобретением может использовать существующие электронные компоненты для сведения стоимости к минимуму. Например, воплощение, изображенное на фиг.2, может использовать такие же электронные модули, как используются в AIT™. Как правило, эти электронные модули располагаются в пакете, расположенном над пакетом антенных зондов. В дополнение к этому, стоимость пакета 402 индукционных зондов может быть дополнительно уменьшена, если керамические прокладки (или бобины) заменяются стекловолоконными прокладками (или бобинами). Когда используются стекловолоконные прокладки, ткань из стекловолокна предпочтительно ориентируется таким образом, чтобы получить продольный коэффициент расширения, который является настолько низким, насколько возможно.

Предпочтительный инструмент в соответствии с настоящим изобретением содержит одну генераторную антенну и две или три измерительных антенны (передатчик и приемники образуют антенные зонды). Хотя могут включаться дополнительные индукционные зонды, они увеличивают сложность и стоимость инструмента. Кроме того, дополнительные антенны могут потребовать использования совместно навитых измерительных/компенсационных катушек. Например, известный инструмент, изображенный на фиг.1В, использует более сложные зонды с совместно навитыми измерительными/компенсационными катушками. Сложность возникает из-за того требования, что два следующих критерия должны удовлетворяться в одно и то же время; отношение витков, между витками конкретной измерительной катушки (N) и соответствующей ей компенсационной катушки (N), должно тщательно подбираться для уравновешивания или обнуления прямой взаимной связи между генераторным и измерительным зондами; и когда указанное выше отношение витков тщательно подобрано, измерительная катушка (N-1) и компенсационная катушка (N), связанная с другой измерительной катушкой (N), должны совместно навиваться на одну и ту же керамическую бобину, на таком же расстоянии от передатчика. В противоположность этому воплощения настоящего изобретения, имеющие простые антенные зонды, не требуют использования совместно навитых антенн, то есть для воплощений настоящего изобретения совместная навивка является необязательной.

Электронные компоненты для управляющей и генераторной антенны 42 и измерительных антенн 44, 46, 48 могут располагаться в пакете 403 электронных модулей и располагаться рядом (над или под) с пакетом 402 индукционных антенных зондов. В воплощении, изображенном на фиг.2, пакет 403 электронных модулей располагается над пакетом 402 антенн индукционных зондов, вдоль оси инструмента. Как отмечено выше, электронные компоненты для инструмента, изображенного на фиг.2, могут использовать электронные модули, похожие на те, которые находятся в существующих инструментах, таких как AIT™. В предпочтительном воплощении диаметр пакета 403 электронных модулей является малым, так что корпус (экран), который поддерживает малоглубинные электродные зонды 401, может располагаться вокруг пакета 403 электронных модулей, не делая диаметр инструмента слишком большим. В дополнение к этому, длина пакета 403 электронных модулей предпочтительно является малой, так что общая длина инструмента может поддерживаться настолько короткой, насколько это возможно.

В дополнение к пакету 402 индукционных зондов инструмент в соответствии с настоящим изобретением также содержит малоглубинный электродный зонд 401. Малоглубинный электродный зонд 401 предназначен для измерения удельного сопротивления вблизи скважины, то есть при глубине исследования, равной примерно 18 дюймам. Специалист в данной области заметил бы, что для достижения желаемых измерений являются возможными и другие конфигурации электродных зондов.

В соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения малоглубинный электродный зонд 401 может основываться на устройстве с контролируемым обратной связью сферически фокусированным боковым каротажем (SFL). Малоглубинный электродный зонд 401 содержит обратные электроды A₁ и A'₁, контрольные электроды М₀ и М'₀, и пару измерительных электродов M₁, M₂ и M'₁, М'₂, все они располагаются симметрично по обеим сторонам центрального токового электрода А₀, как показано на фиг.2. В предпочтительном воплощении все эти электроды располагаются на изолированном корпусе 40, который располагается поверх пакета 403 электронных модулей, который также является изолированным от земли и изолирующим.

Малоглубинный электродный зонд 401, изображенный на фиг.2, является сходным с известным устройством для сферически фокусированного бокового каротажа. Однако общая длина малоглубинного электродного зонда 401 является меньшей (например, равной примерно 6 футов), чем у обычного устройства для сферически фокусированного бокового каротажа (примерно 10 футов). Кроме того, для сведения к минимуму размеров инструмента малоглубинный электродный зонд 401 может делить один и то же пакет 403 электронных модулей с пакетом 402 индукционных зондов. Например, центральный токовый электрод А₀ может соединяться с индукционным передатчиком 42 и схема электродного измерения для других электродов может делиться со схемой для измерительных антенн 44, 46, 48. Для общей схемы система постоянной мощности, близкая к той, что используется в азимутальных боковых зондах высокого разрешения, продающихся под торговым наименованием HALS™ by Schlumberger Technology Corporation (Houston, TX), может использоваться для ограничения динамического диапазона измерений напряжения. Постоянная система питания для индукционного передатчика может отключаться, если это необходимо. Технология азимутального бокового зонда высокого разрешения описывается, например, в патентах США 5754050, зарегистрирован Smits et al., 5852363, зарегистрирован Smits, 6046593, зарегистрирован Eisenmann et al., и 6369575, зарегистрирован Eisenmann et al. Эти патенты принадлежат правопреемнику настоящего изобретения и включаются сюда в качестве ссылок.

Хотя приведенное выше описание основывается на электродных зондах для сферически фокусированного бокового каротажа, специалист в данной области заметил бы, что инструмент в соответствии с воплощениями настоящего изобретения может также основываться на других конфигурациях электродных зондов, таких как инструмент с малоглубинными электродными зондами, с зондами высокого разрешения для бо