Индуктивные измерения при уменьшенных влияниях скважины

Индуктивные измерения при уменьшенных влияниях скважины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предпосылки создания изобретения

В общем, изобретение относится к способам для каротажа удельного сопротивления пласта с использованием индукционных приборов. Более конкретно, изобретение относится к индукционным скважинным приборам и способам для уменьшения влияний скважины при измерениях удельного сопротивления.

Предшествующий уровень техники

Электромагнитные индукционные приборы используют в нефтегазодобывающей промышленности для определения удельного сопротивления земных пластов, окружающих ствол скважины. При работе индукционных приборов излучающая катушка (излучатель) используется для создания переменного магнитного поля в земных пластах. Это переменное магнитное поле наводит в пластах вихревые токи. Одну или несколько приемных катушек (приемников), расположенных на расстоянии от излучателя, используют для обнаружения тока, протекающего в земном пласте. Амплитуды принимаемых сигналов примерно пропорциональны удельной проводимости пласта. Поэтому по принятым сигналам можно определять удельные проводимости пластов.

Обычные, спускаемые на кабеле и используемые для каротажа в процессе бурения электромагнитные индукционные приборы оснащают катушками (антеннами), которые могут функционировать как источники и/или датчики. На спускаемых по кабелю электромагнитных индукционных приборах антенны обычно заключают в кожух (или корпус прибора), изготовленный из прочного (изолирующего) пластика, например из многослойного стеклопластика, пропитанного эпоксидной смолой. На электромагнитных индукционных приборах для каротажа в процессе бурения антенны обычно устанавливают на металлических опорах (коротких втулках) для противостояния сложным окружающим условиям, встречающимся во время бурения.

Как на спускаемых на кабеле, так и на индукционных приборах для каротажа во время бурения антенны обычно разносят друг от друга на расстояние вдоль оси прибора. Обычно эти антенны представляют собой катушки в виде соленоидов, которые имеют один или несколько витков изолированного токопроводящего провода, намотанного вокруг опоры. Например, в патентах США №№4873488 и 5235285 (оба переуступлены правопреемнику настоящего изобретения) раскрыты инструменты, снабженные антеннами, размещенными вдоль центральной металлической опоры (проводящего сердечника).

Катушка (или антенна), переносящая ток, может быть описана магнитным моментом, пропорциональным току и площади. Направление и величину магнитного момента можно описать вектором, перпендикулярным к плоскости катушки. В обычных индукционных и с распространением электромагнитной волны каротажных инструментах излучатель и приемные антенны устанавливают так, чтобы их магнитные моменты были совмещены с продольной осью инструментов. То есть эти инструменты имеют продольные магнитные диполи. При размещении прибора с продольными магнитными диполями в стволе скважины и подаче питания для излучения энергии электромагнитного поля наведенные вихревые токи протекают в контуре вокруг антенны в стволе скважины и окружающем пласте. Эти вихревые токи протекают в плоскости, которая перпендикулярна оси прибора (и, следовательно, оси ствола скважины). Поэтому, когда прибор центрирован в стволе скважины, вихревые токи в стволе скважины не протекают вверх или вниз.

К новому оборудованию в области электромагнитного индукционного каротажа скважин относятся инструменты со встроенными наклонными или поперечными антеннами, то есть с магнитными диполями антенн, находящимися под углом или перпендикулярными к оси прибора. То есть эти инструменты имеют поперечные или наклонные магнитные диполи. Посредством этих инструментов с наклонными магнитными диполями могут наводиться вихревые токи, которые протекают в стволе скважины вверх и вниз, и поэтому результаты измерений чувствительны к наличию наклонных горизонтов, разломов пласта или анизотропии пласта. Современные индукционные приборы обычно содержат трехмерные зонды, в которых каждый из излучателя и приемника может включать в себя три катушки, расположенные с возможностью образования различных ориентаций (обычно в ортогональных направлениях). Две из катушек в трехмерном излучателе или приемнике могут быть антеннами с наклонным магнитным диполем. Каротажные инструменты, снабженные наклонными магнитными диполями, описаны, например, в патентах США №№4319191, 5508616, 5757191, 5781436, 6044325 и 6147496.

Хотя приборы с наклонными магнитными диполями (включая трехмерные приборы) обеспечивают возможность получения дополнительной информации об удельном сопротивлении пласта, такие приборы более сильно подвержены влиянию скважины, особенно в сильно контрастирующих ситуациях, то есть когда буровой раствор в стволе скважины является более проводящим по сравнению с пластом. Когда прибор с наклонными магнитными диполями приводят в действие в центре ствола скважины (как показано позицией 20 на фиг.1а), посредством него могут наводиться вихревые токи, протекающие в стволе скважины вверх и вниз. Однако вследствие симметрии протекающие вверх и вниз токи нейтрализуются, и в стволе скважины отсутствует полный ток, протекающий вверх и вниз. Когда прибор с наклонными магнитными диполями смещен от центра, симметрия может исчезнуть. Если прибор с наклонными магнитными диполями смещен от центра в направлении, параллельном направлению магнитного диполя антенны (показано позицией 22 на фиг.1а), симметрия по отношению к антенне сохраняется и при возбуждении антенны все же не будет полного тока, протекающего вдоль оси ствола скважины. Однако при смещении наклонного магнитного диполя от центра в направлении, перпендикулярном к направлению магнитного диполя антенны (показано позицией 21 на фиг.1а), симметрия больше не существует, и при возбуждении антенны полный ток будет протекать в стволе скважины вверх и вниз. В сильно контрастирующих ситуациях (то есть в случае проводящего бурового раствора и резистивного пласта) токи в стволе скважины могут протекать на большое расстояние вдоль ствола скважины. В этом случае поток тока в пласте также будет асимметричным. Эти асимметричные токи наводят паразитные сигналы в приемниках с наклонными магнитными диполями, которые могут во много раз превышать ожидаемые сигналы из пласта.

В патенте США №5041975 (переуступленном правопреемнику настоящего изобретения) раскрыт способ обработки данных, полученных при скважинных измерениях, предназначенный для введения поправок на влияние скважины. В патенте США №5058077 раскрыт способ для обработки данных со скважинного датчика, предназначенный для компенсации влияния эксцентрического вращения на датчик во время бурения. В патенте США №6541979 (переуступленном правопреемнику настоящего изобретения) раскрыты способы для уменьшения влияния эксцентричности ствола скважины путем использования математических поправок на влияние скважины.

В патенте США №6573722 (переуступленном правопреемнику настоящего изобретения) раскрыты способы для уменьшения влияния эксцентричности прибора в стволе скважины путем минимизации скважинных токов, пересекающих антенны с наклонными магнитными диполями. Это патент включен в настоящую заявку посредством ссылки. В одном варианте осуществления изобретения электрод, расположенный ниже антенны с наклонным магнитным диполем, жестко прикреплен к другому электроду, расположенному выше антенны с наклонным магнитным диполем, для образования токопроводящей дорожки позади антенны с наклонным магнитным диполем. Благодаря этой дополнительной токопроводящей дорожке уменьшаются скважинные токи, проходящие перед антенной с наклонным магнитным диполем, и поэтому минимизируются нежелательные влияния. В другом варианте осуществления изобретения раскрыт прибор, посредством которого в стволе возбуждается локализованный ток (между двумя электродами, расположенными по ту и другую сторону от антенны с наклонным магнитным диполем), который уравновешивает или нейтрализует нежелательные скважинные токи. Дополнительные примеры способов и устройств, предназначенных для уменьшения влияний скважинных токов, включают в себя патенты США №№6573722 В2, 6624634 В2, 6693430 В2, 6680613 В2, 6710601 В2, которые все выданы Rosthal et al. и переуступлены правопреемнику настоящего изобретения, и опубликованные заявки на патенты США, регистрационные номера 2003/0146753 А1 и 2003/0155924 А1, обе на имя Rosthal el. и переступлены правопреемнику настоящего изобретения.

Хотя эти способы, известные из предшествующего уровня техники, являются эффективными в части уменьшения влияний скважины на индукционные приборы, остается необходимость в дополнительных усовершенствованиях конструкции индукционных приборов, чтобы они были меньше подвержены влиянию эксцентричности прибора в стволе скважины. Экспериментальные исследования показали, что стратегия нейтрализации тока, протекающего в стволе скважины вверх и вниз, не обеспечивает удовлетворительных показателей. Большие электроды могут создавать температурно-зависимый сигнал ошибки, вследствие чего предпочтительно использовать небольшие электроды.

Краткое описание изобретения

Один объект изобретения относится к индукционным приборам. Индукционный прибор согласно одному варианту осуществления изобретения включает в себя проводящий сердечник; по меньшей мере один зонд, содержащий передатчик, компенсационную катушку и приемник, расположенные в изолирующем корпусе прибора, окружающем проводящий сердечник; и электрод, расположенный в изолирующем корпусе прибора на выбранном месте между компенсационной катушкой и приемником, при этом выбранное место отстоит от передатчика на расстоянии, соответствующем приблизительно гармоническому среднему расстояния между передатчиком и компенсационной катушкой и расстояния между передатчиком и приемником, и при этом электрод включает в себя контакт, соединяющий его с проводящим сердечником.

Другой объект изобретения относится к способу для формирования индукционных приборов. Способ согласно одному варианту осуществления включает в себя размещение по меньшей мере одного зонда, содержащего передатчик, компенсационную катушку и приемник, в изолирующем корпусе прибора, окружающем проводящий сердечник индукционного прибора; определение места нулевой чувствительности, при этом место нулевой чувствительности располагается на гармоническом среднем расстояния между передатчиком и компенсационной катушкой и расстояния между передатчиком и приемником; и размещение небольшого электрода на изолирующем корпусе прибора вблизи места нулевой чувствительности, при этом образуют токопроводящую дорожку между электродом и проводящим сердечником.

Другие объекты и преимущества изобретения станут очевидными из нижеследующего описания и приложенной формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

На чертежах:

фигуры 1а и 1b - виды, соответственно иллюстрирующие эксцентричность поперечного зонда прибора и асимметричное распределение токов, которые обуславливают нежелательные влияния скважины;

фиг.2 - схема трехмерного зонда;

фиг.3 - графики, иллюстрирующие влияние эксцентричности на различные поперечные ХХ зонды в индукционном приборе с изолирующим корпусом;

фиг.4 - графики, иллюстрирующие влияние эксцентричности на различные поперечные ХХ зонды в индукционном приборе с проводящим корпусом;

фиг.5 - вид индукционного прибора согласно одному варианту осуществления изобретения;

фиг.6 - результаты моделирования приборов, например показанного на фиг.5, имеющих различное число электродов, расположенных на корпусе прибора;

фиг.7 - вид индукционного прибора, имеющего небольшие электроды согласно одному варианту осуществления изобретения;

фиг.8А - увеличенный вид электродов согласно одному варианту осуществления изобретения;

фиг.8В - вид в разрезе штыревого электрода, который может быть использован в варианте осуществления изобретения;

фигуры 8С и 8D - виды штыревых электродов согласно другим вариантам осуществления, которые могут быть использованы в вариантах осуществления изобретения;

фиг.9 - результаты моделированных измерений с использованием прибора, показанного на фиг.7, согласно одному варианту осуществления изобретения;

фиг.10 - графики, иллюстрирующие влияния эксцентричности на прибор, показанный на фиг.7, по сравнению с прибором с изолирующим корпусом и прибором с металлическим корпусом;

фиг.11 - графики, иллюстрирующие возможности прибора, показанного на фиг.7, при измерении анизотропии пласта по сравнению с прибором с изолирующим корпусом и прибором с металлическим корпусом;

фиг.12 - графики, иллюстрирующие возможности прибора, показанного на фиг.7, при измерении анизотропии пласта при наличии эксцентричности прибора по сравнению с прибором с изолирующим корпусом и прибором с металлическим корпусом;

фиг.13 - графики, иллюстрирующие влияния соседних слоев на прибор, показанный на фиг.7, по сравнению с прибором с изолирующим корпусом и прибором с металлическим корпусом;

фиг.14 - графики, иллюстрирующие влияния эксцентричности и соседних слоев на прибор, показанный на фиг.7, по сравнению с прибором с изолирующим корпусом и прибором с металлическим корпусом;

фиг.15 - результаты из фиг.14 после исключения влияний соседних слоев на прибор, показанный на фиг.7, по сравнению с прибором с изолирующим корпусом и прибором с металлическим корпусом;

фиг.16 - модель одного прототипа прибора согласно одному варианту осуществления изобретения;

фиг.17 - результаты трехмерных измерений удельной проводимости в случае удаления на 27 дюймов при наличии эксцентричности прибора и использовании прибора, показанного на фиг.16, по сравнению с прибором с изолирующим корпусом и прибором с металлическим корпусом;

фиг.18 - результаты трехмерных измерений удельной проводимости в случае удаления на 39 дюймов при наличии эксцентричности прибора и использовании прибора, показанного на фиг.16, по сравнению с прибором с изолирующим корпусом и прибором с металлическим корпусом;

фиг.19 - компьютерная модель прототипа прибора согласно одному варианту осуществления изобретения;

фиг.20 - результаты трехмерных измерений удельной проводимости в случае удаления на 27 дюймов при наличии эксцентричности прибора и использовании прибора, показанного на фиг.19, по сравнению с прибором с изолирующим корпусом и прибором с металлическим корпусом;

фиг.21 - компьютерная модель прототипа прибора согласно другому варианту осуществления изобретения;

фиг.22 - результаты трехмерных измерений удельной проводимости в случае удаления на 27 дюймов при наличии эксцентричности прибора и использовании прибора, показанного на фиг.21, по сравнению с прибором с изолирующим корпусом и прибором с металлическим корпусом; и

фиг.23 - рабочая диаграмма способа проектирования прибора, который меньше подвержен влиянию эксцентричности прибора.

Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

Варианты осуществления изобретения относятся к приборам индукционного каротажа, которые меньше подвержены влияниям скважины. Поскольку разграничение между индукционным прибором и прибором для каротажа методом распространения неуместно для этого изобретения, термин «индукционный прибор», использованный в этом описании, включает в себя как индукционные приборы, так и приборы для каротажа с распространением электромагнитной волны. Точно так же в этом описании «влияния скважины» и «влияния эксцентричности прибора» (или «влияния эксцентричности») используются поочередно, поскольку разграничение между ними неуместно. Специалистам в области техники, к которой относится изобретение, должно быть понятно, что удельная проводимость является обратной величиной удельного сопротивления, и поэтому предполагается, что любая ссылка в этом описании на «удельную проводимость» охватывает «удельное сопротивление» и наоборот.

Как отмечалось выше, индукционные зонды с магнитными моментами, перпендикулярными (то есть поперечными) к оси ствола скважины, более чувствительны к влияниям скважины. К тому же чувствительность поперечной катушки к эксцентричности сильно различается в зависимости от того, существует ли эксцентричность в направлении магнитного момента или она перпендикулярна к магнитному моменту. В этом описании термин «поперечный зонд» используется в широком смысле, чтобы охватить любой зонд, имеющий поперечную составляющую в его магнитном моменте. Например, зонд, имеющий наклонную катушку (то есть катушку, которая не параллельна или не перпендикулярна к оси прибора), будет иметь поперечную составляющую магнитного момента и поэтому в этом описании может быть отнесен к поперечному зонду. Заметим, что трехмерный зонд включает в себя два поперечных зонда, и поэтому нижеследующее описание, касающееся поперечного зонда, также применимо к «поперечным составляющим» в трехмерном зонде.

На фиг.1а показано, что каротажный прибор может иметь антенну с поперечным или наклонным магнитным диполем (НМД), расположенную в центре (показанную позицией 20) ствола 13 скважины или смещенную от центра в параллельном направлении (показанную позицией 22) или в перпендикулярном направлении (показанную позицией 21). Направление считается параллельным или перпендикулярным относительно направления магнитного диполя антенны. При параллельной эксцентричности 22 создаются вихревые токи, протекающие в стволе скважины вверх и вниз. Однако вследствие симметрии полный ток не протекает в стволе скважины вверх и вниз. Поэтому прибор, имеющий антенну с наклонным магнитным диполем, смещенную от центра в параллельном направлении 22, не создает большего числа нежелательных эффектов по сравнению с прибором, имеющим антенну с наклонным магнитным диполем, находящуюся точно в центре 20 ствола скважины. В противоположность этому прибор, имеющий антенну с наклонным магнитным диполем, смещенную от центра в перпендикулярном направлении 21, наводит вихревые токи, протекающие в стволе скважины вверх и вниз, но без симметрии, необходимой для нейтрализации протекающих вверх и вниз токов. В результате, как показано на фиг.1b, перпендикулярное смещение 21 от центра приводит к значительному возрастанию скважинных токов 23. В этом случае ток, обеспеченный в пласте, также является асимметричным. При асимметричном распределении тока сильный сигнал формируется на приемнике 24, расположенном в приборе 10 каротажа удельного сопротивления.

Перпендикулярное смещение 21 от центра и параллельное смещение 22 от центра, показанные на фиг.1а, иллюстрируют пределы смещений прибора от центра 20 ствола скважины. Вероятно, в типичном случае эксцентричность должна находиться между этими двумя пределами, то есть должна быть эксцентричностью в направлении, которое является комбинацией направлении x и y.

Типовой индукционный прибор, такой как AIT™ (многоэлементный индукционный сканер), от Schlumberger Technology Corp. (Хьюстон, Техас), включает в себя несколько индукционных зондов, содержащих общий передатчик и несколько приемников, отнесенных на расстояния от передатчика. Например, как описано в патентах США №№6573722, 6680613 и 6710601 (Rosthal et al.), в дополнение к катушкам индукционные приборы также могут включать в себя электроды. Примеры таких индукционных приборов описаны в патентах США №№4873488 (Barber et al.) и 5041975 (Minerbo et al.). В типовом индукционном приборе каждый основной приемник в зонде может быть соединен последовательно с компенсационной катушкой. Функция компенсационной катушки заключается в нейтрализации непосредственной связи между передатчиком и приемником.

При оптимизации компенсационной катушки, в среде с нулевой удельной проводимостью (то есть в воздухе) на приемнике не должен формироваться сигнал; это условие известно как взаимное равновесие. Специалистам в области техники, к которой относится изобретение, должно быть понятно, что число витков компенсационной катушки и расстояние между передатчиком и компенсационной катушкой могут быть выбраны соответствующим образом для обеспечения оптимальной нейтрализации непосредственной связи между передатчиком и основным приемником.

Обратимся к фиг.2, в соответствии с которой условие взаимного равновесия может быть приближенно выражено в виде

где: , - магнитные моменты в направлении z для компенсационной катушки и катушки основного приемника соответственно; и

Z_B, Z_R - удаленность (расстояние) от передатчика для компенсационной и приемной катушек соответственно.

Для трехмерного зонда то же самое условие применимо к связям по x и y.

Современные индукционные приборы часто содержат один или несколько трехмерных зондов, в которых каждый из передатчика, основного приемника и компенсационной катушки может включать в себя три катушки (антенны) с различными ориентациями (обычно в ортогональных направлениях). На фиг.2 схематично показан типовой трехмерный зонд, который включает в себя передатчик (Т), основной приемник (R) и компенсационную катушку (В). Как видно, каждый из передатчика, основного приемника и компенсационной катушки имеет три отдельные катушки, которые имеют магнитные моменты в ортогональных направлениях. Три магнитных момента передатчика (Т) показаны как Три магнитных момента основного приемника показаны как Три магнитных момента компенсационной катушки показаны как

Поскольку в трехмерном зонде каждый из передатчика и приемника включает в себя три антенны (см. фиг.2), то при использовании трехмерного зонда будут регистрироваться девять комплексных напряжений, что дает матрицу кажущихся удельных проводимостей в виде

Поскольку эти девять связей получаются с помощью антенн в различных направлениях, то они в разной степени будут подвергаться влияниям эксцентричности прибора или скважины. На фиг.3 показаны результаты моделированных измерений напряжения для различных связей трехмерного зонда в приборе с изолирующим корпусом (непоказанным). Расстояния между передатчиком и катушками основного приемника составляют 27, 39, 54 и 72 дюйма. Для всех вычислений и измерений в этом описании рабочая частота равна 26,8 кГц.

На фиг.3 вычисленные сигналы R для связей XX от различных зондов изображены в зависимости от смещения прибора (эксцентричности) в стволе скважины вдоль оси y. Ствол скважины имеет диаметр 8,5 дюймов и заполнен буровым раствором, имеющим удельную проводимость 5000 мСм/м. Из фиг.3 видно, что погрешности в сигналах ХХ большие по сравнению с удельной проводимостью пласта, 50 мСм/м. В случае проводящего бурового раствора и смещения (эксцентричности) вдоль оси y погрешности при связях ХХ намного больше, чем погрешности при связях YY. См. патенты США №№6573722 (Rosthal et al.) и 6556015 (Omeragic et al.).

Как видно из фиг.3, влияния скважины можно минимизировать, если использовать проводящий корпус прибора (например, металлический корпус). На фиг.4 показано влияние эксцентричности прибора с металлическим корпусом (непоказанным) в проводящем стволе скважины. Сигналы R при связях ХХ для четырех расстояний передатчик-приемник изображены в зависимости от смещения (эксцентричности) прибора в стволе скважины по направлению y. В случае больших расстояний, 39, 54 и 72 дюйма, связи ХХ почти не зависят от эксцентричности прибора. Однако на зонд с меньшим разнесением, 27ХХ, эксцентричность прибора все же влияет существенно.

Хотя металлический корпус может обеспечить эффективное снижение влияний скважины, использование при измерениях металлического корпуса приводит к возрастанию погрешностей, зависящих от температуры. Конструкция, альтернативная конструкции прибора с металлическим корпусом, раскрыта в одновременно рассматриваемой заявке регистрационный номер 10/604622 (Barer et al.), поданной 5 августа 2003 г., и в патенте №6667620 (Homan et al.), выданном 23 декабря 2003 г. Индукционные приборы, раскрытые в этих заявках, имеют изолирующие кожухи (корпуса приборов) для приемных катушек. Изолирующий корпус включает в себя проводящие электроды (кольцевые электроды или штыревые электроды), расположенные между передатчиком и приемными катушками; проводящие электроды электрически заземлены на металлический центральный опорный сердечник. Эти электроды предотвращают асимметричное протекание тока в стволе скважины, уменьшая вклады эксцентричности прибора в погрешности связей ХХ и YY. В этих конструкциях влияние эксцентричности существенно снижено по сравнению с прибором с изолирующим корпусом. Однако в более крупных стволах скважин эти конструкции не обеспечивают достаточную нейтрализацию влияния эксцентричности. К тому же электроды такого типа усложняют измеряемый отклик при небольшом разнесении, даже если прибор центрирован в стволе скважины.

В вариантах осуществления изобретения конструкция индукционного прибора улучшена путем использования большого количества электродов, расположенных между передатчиком и приемниками. Для выяснения значения большого количества электродов в изолирующем корпусе прибора было выполнено моделирование гипотетического прибора с увеличенным числом электродов (фиг.5).

Индукционный прибор, показанный на фиг.5, включает в себя проводящий сердечник М, корпус В прибора и несколько зондов. Зонды включают в себя общий передатчик Т и ряд основных приемников на расстояниях 27, 39, 54 и 72 дюйма, обозначенных как R27, R39, R54 и R72 соответственно. В дополнение к этому включены соответствующие компенсационные катушки В27, В39, В54 и В72 для ослабления взаимной связи между излучателем и основными приемниками. На приборе также показаны несколько электродов (электроды 1-6), предназначенных для уменьшения влияний скважины. Нижеследующие моделирования выполнены для случаев различных электродов (электродов 1-6), вводимых для исследования вклада этих электродов в снижение влияния скважины. При первом расчете имелся только электрод 1. При втором расчете имелись только электроды 1 и 2 и так далее.

На фиг.6 показано влияние поперечной эксцентричности для четырех разнесений приемников при увеличенном числе электродов (кривые 1-6 соответствуют числу электродов на каждом табло). Как показано на фиг.6, для связи 27ХХ необходимо иметь первые три электрода (электроды 1-3 на фиг.5), чтобы иметь стабильные результаты измерений независимо от эксцентричности прибора. Для связи 39ХХ необходимо иметь по меньшей мере четыре электрода (электроды 1-4 на фиг.5), чтобы иметь стабильные результаты измерений. Для связи 54ХХ необходимо иметь пять электродов (электроды 1-4 на фиг.5), чтобы иметь стабильные результаты измерений. Для связи 72ХХ необходимы все шесть электродов, чтобы достичь хорошей нейтрализации влияния эксцентричности. Эти результаты наводят на мысль о необходимости электрода выше и ниже каждой приемной катушки. Электрод (то есть электрод 6) после последнего приемника (R72) предпочтительно размещать на таком месте, чтобы этот электрод (то есть электрод 6) и электрод (электрод 5) до последнего приемника (R72) располагались симметрично относительно приемника (R72). То есть в предпочтительных вариантах осуществления электрод 5 и электрод 6 симметрично «охватывают с двух сторон» или «перекрывают» приемник R72.

В дополнение к этому было обнаружено, что для повышения нейтрализации влияния скважины дополнительные электроды можно ввести выше и ниже передатчика Т. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения для обеспечения хорошей нейтрализации влияния скважины электроды выше и ниже передатчика располагают симметрично относительно передатчика. В некоторых вариантах осуществления для улучшения нейтрализации влияния скважины выше и ниже передатчика имеются по два электрода (см., например, Т1-Т4 на фиг.7). В некоторых вариантах осуществления электроды выше и ниже передатчика имеют большую осевую (продольную) протяженность по сравнению с другими электродами. В некоторых вариантах осуществления электроды выше и ниже передатчика расположены близко к передатчику.

Проектирование многоэлектродного прибора

Из указанного выше моделирования выявлено, где должны быть размещены электроды, то есть по одному электроду выше и ниже каждого приемника. Однако большие электроды на индукционном зонде могут вносить недопустимые погрешности в измеряемые напряжения (как в синфазную, так в и квадратурную составляющие). Эти погрешности не могут быть легко скорректированы, поскольку эти погрешности зависят от температуры и механического смещения электродов относительно катушек. Поэтому были выполнены исследования для выяснения возможности нейтрализации влияния скважины при использовании небольших электродов, стратегически размещенных на индукционном зонде.

Чувствительность измерений, обусловленная небольшой неоднородностью вблизи корпуса зонда, может быть приближенно спрогнозирована с помощью геометрического показателя Долла. См. Moran J.H. and Kunz K.S., "Basic theory of induction logging and application to the study of two-coil sondes", Geophysics, vol.6, pp.829-58, December 1962; и Doll H.G., "Introduction to induction logging and application to logging of wells drilled with oil base mud", J. Petroleum Technology, vol. 1, №6, pp.148-62, June 1949. Небольшая неоднородность на месте z по вертикали приводит к изменению (ΔV_zz) напряжения в напряжении V_zz коаксиального приемника, пропорциональному

Все члены в уравнении (2) имеют смысл, аналогичный описанному выше со ссылкой на фиг.2. Эта функция имеет нуль на месте z₀, получаемом из решения

Вследствие условия взаимного равновесия, выраженного уравнением (1), можно записать

или эквивалентно

что дает

Из уравнения (6) следует, что место нулевой чувствительности, z₀, находится на гармоническом среднем z_B и z_R. Другими словами, расстояние места нулевой чувствительности от передатчика представляет собой гармоническое среднее расстояний от передатчика до компенсационной катушки и до основного приемника. Вблизи этого места связи ХХ и YY также имеют нулевую чувствительность. Отметим, что уравнением (6) дается точное место нулевой чувствительности для точечных дипольных антенн в воздухе. Однако в случае реального прибора им будет определяться только примерное место.

На фиг.7 показан индукционный прибор согласно одному варианту осуществления изобретения. Индукционный прибор 70 включает в себя небольшие электроды вблизи места нулевой чувствительности для каждого приемника. Термин «небольшой электрод» означает, что электрод имеет небольшую (например, 1 дюйм) осевую (продольную) протяженность (сравните фиг.5 и фиг.7). Эти небольшие электроды составляют небольшую часть корпуса прибора (в продольном направлении) и поэтому будут вносить меньшие температурно-зависимые погрешности в индуктивные измерения. В этом описании индукционный прибор, имеющий большое количество небольших электродов, включая электроды, расположенные на местах нулевой чувствительности, назван «многоэлектродным» индукционным прибором. Этот термин использован для отличия его от индукционного прибора с металлическим корпусом или индукционного прибора с изолирующим корпусом из предшествующего уровня техники.

Кроме того, как показано на фиг.7, небольшой электрод Е7 помещен ниже самого дальнего приемника R72, а четыре небольших электрода Т1-Т4 помещены вблизи передатчика Т. В предпочтительных вариантах осуществления электрод Е6 выше и электрод Е7 ниже самого дальнего приемника R72 по существу одинаково отнесены от приемника R72. Точно так же электроды выше (Т1, Т2) и ниже (Т3, Т4) передатчика Т по существу одинаково отнесены от передатчика. Отметим, что, хотя показаны четыре электрода (Т1-Т4), вблизи передатчика Т также может иметься другое число электродов. Кроме того, каждый электрод может быть непрерывным кольцевым электродом, сегментированным кольцевым электродом, непрерывным штыревым электродом, сегментированным штыревым электродом, или по окружности корпуса прибора может быть размещено большое количество кнопочных электродов с изоляционным материалом в промежутках.

На фиг.8А показаны два небольших (с малой осевой протяженностью) электрода 80, предназначенных для использования в индукционном приборе согласно одному варианту осуществления изобретения. Как показано, электрод 80 включает в себя несколько (восемь) сегментированных электродов (или кнопочных электродов) 81 с помещенными в промежутки восемью секциями изоляционного материала 82 с целью образования кольца, которое помещено на место нулевой чувствительности, показанное на фиг.7. Отметим, что, хотя в этом примере показаны восемь кнопочных электродов, специалистам в области техники, к которой относится изобретение, должно быть понятно, что также может быть использовано другое число кнопочных электродов и секций изоляционного материала. Поэтому показанное конкретное число кнопочных электродов и формы и размеры кнопочных электродов не предполагаются ограничивающими изобретение.

Электрод 80, показанный на фиг.8А, будет проводить токи из ствола скважины в проводящий сердечник (непоказанный) через контакты 81, но не будет проводить токи в азимутальном направлении. Возможны несколько вариантов такого электрода, включая различные число, формы и размеры электродов. Как отмечалось выше, электрод может быть выполнен в виде кольцевого электрода или сегментированного кольцевого электрода, то есть с сегментациями в азимутальном направлении и с зазорами, заполненными изоляционным материалом. Благодаря сегментированному кольцевому электроду не будет возможности протекания тока в азимутальном направлении. Этим дополнительно минимизируется влияние на индуктивные измерения. К тому же, если желательно иметь электроды с большой продольной протяженностью (вдоль осевого направления прибора), то предпочтительно изготавливать электроды в виде металлических штырей.

На фиг.8В показан пример штыревого электрода, который может быть использован в вариантах осуществления изобретения. Как показано, штыревой электрод 80В содержит один или несколько токопроводящих проводов, выполненных по форме штырей 81В, с большим количеством изолирующих секций 82В. Проводящие штыри 81В подключены к проводящему сердечнику (непоказанному) посредством большого количества контактов (соединителей) 83В.

На фиг.8С показан вариант штыревого электрода, обеспечивающего протекание тока из ствола скважины в сердечник при минимизации вихревых токов в самом электроде. Этот конкретный вариант осуществления удобно изготавливать из проводящей полоски 81С путем создания большого количества зазоров 82С, поочередно сверху и снизу. В этом варианте «штыревой» электрод можно обмотать вокруг корпуса прибора без образования полной окружности (то есть с по меньшей мере одним зазором), с тем чтобы ток не мог протекать в азимутальном (круговом) направлении. В этом случае необходим только один контакт (например, 83В на фиг.8В) для создания токопроводящей дорожки к внутреннему проводящему сердечнику.

На фиг.8D показан еще один пример штыревого электрода. В этом примере два набора токопроводящих проводов (штырей) 81D напечатаны на изоляционном материале 82D. Штыри 81D одного набора соединены сверху, тогда как штыри 81D второго набора соединены снизу. Штыри первого набора и второго набора могут быть расположены с интервалами без контакта друг с другом. И опять, электрод в этом варианте осуществления можно обмотать вокруг корпуса прибора, предпочтительно с образованием по мень