Устройство и способ определения удельного сопротивления изотропного и анизотропного пласта при наличии проникновения

Устройство и способ определения удельного сопротивления изотропного и анизотропного пласта при наличии проникновения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предпосылки создания изобретения

Область применения изобретения

Настоящее изобретение относится, в целом, к области каротажа скважины. В частности, изобретение относится к приборам и способам измерения электрических свойств пласта при наличии анизотропии и/или проникновения.

Предшествующий уровень техники

Индукционные приборы использовались в течение многих лет для измерения удельного сопротивления пластов, окружающих ствол скважины при наличии скважинных текучих сред, которые могут проникать в пласты. Индукционные каротажные приборы измеряют удельное сопротивление (или, напротив, электропроводность) пласта путем наведения вихревых токов в пластах в ответ на сигнал передатчика переменного тока. Вихревые токи наводят вторичные магнитные поля, которые, в свою очередь, наводят напряжения в антеннах приемника. Поскольку величины вихревых токов зависят от значений электропроводности пласта величины принятых сигналов отражают значения электропроводности пласта.

Обычный индукционный прибор содержит, по меньшей мере, две индукционные антенные системы, имеющие разные промежутки между передатчиками и приемниками для разных глубин исследования. Пример таких приборов раскрыт в патенте США №3067383, выданном Тангую (Tanguy). Такие приборы в минимальной конфигурации содержат две антенные системы катушек для измерения на двух разных глубин исследования: глубокая антенная система и средняя антенная система. Глубокая антенная система предназначена для того, чтобы «видеть» за зоной проникновения бурового раствора, чтобы обеспечивать истинное удельное сопротивление пласта (R_t). Однако, чтобы определить минимальные параметры (удельное сопротивление зоны проникновения, R_xo, удельное сопротивление зоны отсутствия проникновения, R_t, и радиус проникновения, r_i) пласта, в который проникают буровые растворы, требуется, по меньшей мере, три измерения на разных глубинах исследования. Исторически, третье измерение (мелкое измерение) обеспечивается сфокусированной антенной решеткой электродов. Один такой прибор раскрыт в патенте США №3329889, выданном Tanguy. Мелкое электродное измерение совместно со средним и глубоким измерениями, обеспечиваемое индукционными антенными решетками, обеспечивают достаточно данных для нахождения удельных сопротивлений пласта в пласте с простым профилем проникновения. Такие приборы могут не обеспечивать достаточно данных для определения свойств пласта в случае более сложных профилей проникновения, например, когда ствол скважины окружен несколькими зонами с разными удельными сопротивлениями.

Поэтому, для определения удельного сопротивления пласта в пластах с более сложными профилями проникновения, были предложены приборы на основе множественных антенных систем. Примеры приборов на основе множественных антенных систем включают приборы, раскрытые в работе Хунка (Hunka) и др., "A New Resistivity Measurement System for Deep Formation Imaging and High-resolution Formation Evaluation" (Новая система измерения удельного сопротивления для построения изображений глубинных пластов и оценивания пласта с высоким разрешением), статье Общества инженеров-нефтяников (ОИН) 20559, представленная на 65-й ежегодной технической конференции и выставке ОИН, Нью-Орлеан, Луизиана, 23-26 сентября 1990 г., и в патенте США №5157605, выданном Чандлеру (Chandler) и др. Множественные антенные системы, имеющие разные промежутки между передатчиком и приемником, могут обеспечивать измерения на разных глубинах исследования. Поэтому когда проникновение бурового раствора происходит в разной степени (с разными радиусами) в разных слоях, такие приборы все же могут обеспечивать достаточно данных для нахождения электрических свойств пласта.

Помимо проникновения бурового раствора анизотропия пласта также может усложнять каротаж и интерпретацию удельного сопротивления. Анизотропия пласта определяется тем, как залегает пласт, где осажден естественным образом. Пласты, содержащие углеводороды, часто проявляют анизотропию в удельном сопротивлении пласта. В таких пластах горизонтальная электропроводность σ_h (или удельное сопротивление R_h) в направлении, параллельном плоскости залегания, отличается от вертикальной электропроводности σ_v (или удельного сопротивления R_v) в направлении, перпендикулярном плоскости залегания. В косослоистых коллекторах анизотропные удельные сопротивления можно лучше задать в двух направлениях, отличных от параллельного и перпендикулярного слоев пласта. Для простоты иллюстрации в этом описании термины «горизонтальный» и «вертикальный» используются в широком смысле для описания двух ортогональных направлений анизотропных удельных сопротивлений, независимо от того, действительно ли эти направления параллельны или перпендикулярны плоскостям залегания. Фактические направления можно разрешить методами инверсии, используемыми при анализе каротажных диаграмм, например методом, описанном на фиг.9.

В традиционных индукционных каротажных приборах, например описанных выше, передатчики и приемники расположены так, что их магнитные диполи выровнены с продольной осью прибора. Эти приборы на основе продольных индукционных массивов наводят вихревые токи в петлях, перпендикулярных продольной оси прибора. Поэтому эти приборы чувствительны только к горизонтальной электропроводности пластов, они не могут обеспечивать измерение вертикальной электропроводности (или удельного сопротивления) или анизотропии.

Для измерения вертикальной электропроводности или анизотропии новые приборы на основе ЭМ индукции или распространения обычно содержат передающие и/или приемные антенны, магнитные диполи которых, по существу, перпендикулярны оси прибора. Эти приборы с перпендикулярными индукционными антенными решетками имеют хорошую чувствительность к анизотропии удельного сопротивления пласта. См., например, Моран (Moran) и Гианцеро (Gianzero), "Effects of Formation Anisotropy on Resistivity Logging Measurements" (Влияние анизотропии пласта на каротажные измерения удельного сопротивления), Geophysics, 44, 1266-1286 (1979). Приборы на основе поперечных индукционных антенных систем включают приборы на основе трехосных антенных систем, которые содержат три ортогональные передающие катушки и три ортогональные приемные катушки с теми же ортогональными ориентациями. В ходе работы, трехосный передатчик заряжается энергией в трех ортогональных направлениях. Отдельные приемные катушки выровнены в тех же трех ортогональных направлениях, поэтому измеряют напряжения, наведенные вихревыми токами, текущими в окружающих пластах. Примеры трехосных приборов можно найти, например, в патенте США №3510757, выданном Хастону (Huston), №5781436, выданном Форгангу (Forgang) и др., №3609521, выданном Десбрандесу (Desbrandes), №4360777, выданном Сегесману (Segesman), и №6553314, выданном Крайгсхаусеру (Kriegshauser) и др. Эти индукционные приборы на основе трехосной антенной системы могут определять анизотропное удельное сопротивление, пока в слое нет проникновения или глубина проникновения невелика.

Хотя некоторые приборы, отвечающие уровню техники, способны измерять удельное сопротивление пластов со сложными профилями проникновения, и другие пригодны для пластов с анизотропией, чтобы использовать надлежащий прибор, нужно заранее знать тип пласта. Желательно иметь каротажные приборы на основе ЭМ индукции или распространения, обеспечивающие надежные измерения удельного сопротивления пласта без предварительного знания анизотропии и/или проникновения пластов.

Сущность изобретения

Согласно одному аспекту изобретения создан каротажный прибор, содержащий корпус, передатчик, содержащий единственную антенну и размещенный на корпусе, четыре приемника, содержащие каждый единственную антенну, размещенные на корпусе прибора и удаленные от передатчика для формирования четырех антенных систем, и электронный блок для управления работой четырех антенных систем, причем передатчик способен генерировать магнитное поле, имеющее поперечную составляющую, каждый из четырех приемников чувствителен к магнитному полю, генерируемому простым передатчиком, и, по меньшей мере, один из четырех приемников чувствителен к поперечной составляющей магнитного поля, генерируемого передатчиком, и четыре антенные системы способны обеспечивать измерения на, по меньшей мере, трех глубинах исследования, по меньшей мере, одна из которых является глубиной исследования вблизи ствола скважины.

Передатчик может быть способен работать на частоте в диапазоне примерно от 5 кГц до 200 кГц.

Электронный блок может содержать программу, имеющую команды для определения, по меньшей мере, одного параметра пласта.

Каротажный прибор может дополнительно содержать четыре компенсационные катушки, способные ослаблять взаимные связи в четырех антенных системах.

По меньшей мере, одна из четырех компенсационных катушек может быть намотана совместно с, по меньшей мере, одним из четырех приемников.

Передатчик может содержать наклонную антенну.

Один из четырех приемников может содержать наклонную антенну, ориентированную в направлении, не ортогональном направлению наклонной антенны передатчика.

Согласно другому варианту выполнения каротажный прибор содержит корпус прибора, передатчик, содержащий две антенны и размещенный на корпусе прибора, причем две антенны установлены в разных ориентациях, два приемника, содержащие каждый единственную антенну, размещенные на корпусе прибора и удаленные от передатчика, третий приемник, содержащий две антенны, размещенный на корпусе прибора и удаленный от передатчика и двух приемников, и электронный блок для управления работой четырех антенных систем, образованных передатчиком и двумя простыми приемниками и третьим приемником, причем, по меньшей мере, одна из двух антенн передатчика способна генерировать магнитное поле, имеющее поперечную составляющую, по меньшей мере, одна из двух антенн третьего приемника способна реагировать на поперечную составляющую магнитного поля, генерируемого передатчиком, и четыре антенных системы способны обеспечивать измерения на, по меньшей мере, трех глубинах исследования, по меньшей мере, одна из которых является глубиной исследования вблизи ствола скважины.

Передатчик может быть способен работать на частоте в диапазоне примерно от 5 кГц до 200 кГц.

Электронный блок может содержать программу, имеющую команды для определения, по меньшей мере, одного параметра пласта.

Каротажный прибор может дополнительно содержать четыре компенсационные катушки, способные ослаблять взаимные связи в четырех антенных системах.

По меньшей мере, одна из четырех компенсационных катушек может быть намотана совместно с, по меньшей мере, одной антенной, выбранной из двух приемников и двух антенн третьего приемника.

Согласно еще одному варианту выполнения каротажный прибор содержит корпус прибора, передатчик, содержащий три антенны, размещенный на корпусе прибора, причем три антенны установлены в трех разных направлениях, два приемника, содержащие каждый единственную антенну, размещенные на корпусе прибора, и удаленные от передатчика, третий приемник, размещенный на корпусе прибора, удаленный от передатчика и двух приемников, и содержащий три антенны, установленные в трех направлениях, по существу, совпадающих с тремя разными направлениями трех антенн передатчика, и электронный блок для управления работой передатчика, двух приемников и третьего приемника, причем антенные системы, образованные передатчиком и двумя приемниками и третьим приемником, способны обеспечивать измерения на, по меньшей мере, трех глубинах исследования, по меньшей мере, одна из которых является глубиной исследования вблизи ствола скважины.

Передатчик может быть способен работать на частоте в диапазоне примерно от 5 кГц до 200 кГц.

Электронный блок может содержать программу, имеющую команды для определения, по меньшей мере, одного параметра пласта.

Каротажный прибор может дополнительно содержать пять компенсационных катушек для ослабления взаимных связей в двух приемниках и трех антеннах третьего приемника.

По меньшей мере, одна из компенсационных катушек может быть намотана совместно с, по меньшей мере, одной антенной, выбранной из двух приемников и трех антенн третьего приемника.

Еще одним аспектом настоящего изобретения является способ каротажа скважины, содержащий следующие этапы:

размещение каротажного прибора в стволе скважины, проходящем сквозь пласт;

получение множества измерений удельного сопротивления пласта, которое охватывает, по меньшей мере, три разных глубины исследования, по меньшей мере, одна из которых является глубиной исследования вблизи ствола скважины, и, по меньшей мере, одно из множества измерений чувствительно к анизотропии пласта;

определение электрического свойства пласта на основании множества измерений.

Электрическим свойством пласта может быть свойство, выбранное из удельного сопротивления зоны проникновения, удельного сопротивления зоны отсутствия проникновения и анизотропии пласта.

Удельным сопротивлением зоны проникновения может быть горизонтальное удельное сопротивление и вертикальное удельное сопротивление.

Удельным сопротивлением зоны отсутствия проникновения может быть горизонтальное удельное сопротивление и вертикальное удельное сопротивление.

Множество измерений может содержать, по меньшей мере, одно гальваническое измерение.

Другие аспекты и преимущества изобретения следуют из нижеприведенного описания и прилагаемой формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 изображает известную каротажную систему.

Фиг.2 - каротажную систему согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.3 - антенную решетку трехосных антенн, содержащую трехосный передатчик, трехосный компенсационный приемник и трехосный приемник.

Фиг.4 - радиальные характеристики прибора, показанного на фиг.2, согласно одному варианту осуществления изобретения.

Фиг.5 - влияние проникновения бурового раствора и анизотропии на действительные (R) и квадратурные (X) сигналы, полученные с помощью 72-дюймовой трехосной антенной системы.

Фиг.6 - каротажный прибор согласно одному варианту осуществления изобретения.

Фиг.7 - радиальные характеристики прибора, показанного на фиг.6, согласно варианту осуществления изобретения.

Фиг.8 - каротажный прибор согласно одному варианту осуществления изобретения.

Фиг.9 - способ получения информации удельного сопротивления из каротажных данных, полученных с использованием прибора согласно одному варианту осуществления изобретения.

Фиг.10 - одномерную модель пласта, которую можно использовать с помощью способа согласно одному варианту осуществления изобретения.

Фиг.11 - двухмерную модель, которую можно использовать с помощью способа согласно одному варианту осуществления изобретения.

Фиг.12 - трехмерную модель, которую можно использовать с помощью способа согласно одному варианту осуществления изобретения.

Фиг.13 - схему, иллюстрирующую осевую и поперечную составляющую магнитного момента наклонной антенны.

Подробное описание

Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к соответствующему устройству и способам определения электрических свойств пласта, имеющего проникновение бурового раствора и/или анизотропию. Для нахождения электрических свойств (R_xo, r_i, и R_t) пласта с проникновением требуются три измерения на разных глубинах исследования. Если пласт также обладает анизотропией, то нужно одно дополнительное измерение (например, поперечное измерение). Поэтому для определения свойств пласта с проникновением и анизотропией требуется минимум четыре измерения. Эти четыре измерения следует производить на, по меньшей мере, трех разных глубинах, и, по меньшей мере, одно из четырех измерений должно быть чувствительно к анизотропии пласта. Четыре измерения могут представлять собой любые из следующих комбинаций: (1) три осевых измерения и одно поперечное измерение; (2) два осевых измерения и два поперечных измерения; (3) одно осевое измерение и три поперечных измерения; (4) 4 поперечных измерения.

Используемый здесь термин «осевое» означает направление, параллельное продольной оси прибора, а «поперечное» означает направление, перпендикулярное продольной оси прибора. Таким образом, термин «осевая» антенна (передающая или приемная) относится к катушке, магнитный момент которой параллелен продольной оси прибора, а «поперечная» антенна (передающая или приемная) - к катушке, магнитный момент которой перпендикулярен продольной оси прибора. Магнитный момент наклонной антенны не перпендикулярен и не параллелен продольной оси прибора. Однако магнитный момент наклонной антенны можно разложить на осевую составляющую и поперечную составляющую (фиг.13). Иными словами, магнитное поле, генерируемое наклонной антенной, содержит поперечную составляющую и продольную составляющую. Варианты осуществления изобретения могут требовать использования осевого приемника или поперечного приемника. В этих случаях наклонную антенну можно использовать вместо того, чтобы обеспечивать осевую составляющую или поперечную составляющую. Поэтому общий термин «приемник осевой составляющей» используется в этом описании для обозначения приемника, магнитный момент которого содержит составляющую в осевом направлении, а термин «приемник поперечной составляющей» используется для обозначения приемника, магнитный момент которого содержит составляющую в поперечном направлении. Таким образом, «приемник осевой составляющей» может содержать осевую антенну или наклонную антенну, а «приемник поперечной составляющей» может содержать поперечную антенну, наклонную антенну или трехосную антенну. Передатчик и приемник образуют антенную систему. В некоторых вариантах осуществления антенная решетка также включает компенсационный приемник для ослабления или устранения взаимных связей между передатчиком и приемником. Таким образом, «антенная система осевой составляющей» означает антенную систему, содержащую передатчик и приемник, магнитный момент каждого из которых содержит составляющую в осевом направлении, а «антенная система поперечной составляющей» означает антенную систему, содержащую передатчик и приемник, магнитный момент каждого из которых содержит составляющую в поперечном направлении.

Соответственно осевое измерение можно производить с помощью осевой антенной системы или антенной системы осевой составляющей, а поперечное измерение можно производить с помощью поперечной антенной системы или антенной системы поперечной составляющей. Например, измерение, выполненное с использованием наклонной антенной системы, можно разложить на измерение осевой составляющей и измерение поперечной составляющей.

Как будет описано позже, любая из осевых антенных систем (или антенных систем осевой составляющей) в приборе, отвечающем изобретению, можно заменить электродным устройством. Поэтому любое или все из осевых измерений, описанных выше, можно заменить электродными (гальваническими) измерениями. Варианты осуществления изобретения могут предусматривать использование любого электродного устройства, известного в технике, включая кнопочные электроды, кольцевые электроды и тороидные электроды. Специалисту в данной области очевидно, что электродное устройство содержит инжектор тока и датчик для регистрации токов, текущих обратно в прибор. В этом описании термин «электрод» используется в общем смысле для обозначения электродного устройства и не ограничивается каким-либо конкретным типом электродного устройства. Заметим, что четыре измерения представляют минимальное требование для нахождения электрических свойств пласта с простым профилем проникновения (например, единственной зоной проникновения с постоянным удельным сопротивлением) и простой анизотропией (например, известным направлением анизотропии). В пласте с более сложным проникновением и/или анизотропией требуется больше измерений.

Таким образом, каротажный инструмент на основе измерения удельного сопротивления согласно вариантам осуществления изобретения может обеспечивать, по меньшей мере, четыре измерения, которые включают в себя, по меньшей мере, три измерения на разных глубинах исследования и, по меньшей мере, одно измерение, чувствительное к анизотропии. Обеспечивать эти измерения способны несколько конструкций прибора. Например, простая конструкция прибора может содержать общий передатчик, три приемника осевой составляющей и приемник поперечной составляющей. Каждый приемник и общий передатчик образуют антенную систему. Поэтому эта простая конструкция прибора включает три антенные системы осевой составляющей и одну антенную систему поперечной составляющей. Поскольку общему передатчику приходится работать в антенных системах осевой составляющей и в антенной решетке поперечной составляющей, он может содержать две катушки - осевую катушку (антенну) и поперечную катушку. Альтернативно, передатчик может представлять собой наклонную антенну, магнитный момент которой содержит осевую составляющую и поперечную составляющую. Заметим, что общий передатчик может также представлять собой трехосную антенну. Магнитный момент поперечной составляющей в передатчике, предпочтительно, имеет такое же направление, как магнитный момент поперечного приемника; однако они могут образовывать угол (отличный от 90°, т.е. не быть ортогональны) в проекции на поперечную плоскость. Поперечная плоскость - это плоскость, перпендикулярная продольной оси прибора.

Термин «трехосная антенна» (передающая или приемная) в этом описании используется в широком смысле для обозначения трех антенн, установленных в трех некомпланарных направлениях, которые могут быть ортогональны или не ортогональны друг другу. Если эти антенны не ортогональны друг другу, их магнитные моменты можно разложить на три ортогональные составляющие. В предпочтительных вариантах осуществления три антенны в трехосном передатчике или приемнике установлены в ортогональных ориентациях. В более предпочтительных вариантах осуществления одна из трех ортогональных антенн в трехосном передатчике или приемнике установлена в направлении, по существу, выровненном с продольной осью прибора. В этом случае трехосный передатчик или приемник содержит продольную антенну и две поперечные антенны.

Хотя предпочтительные варианты осуществления этого изобретения предусматривают использование трехосных передатчиков и приемников, в некоторых случаях необходимы только поперечные или наклонные передатчики и приемники. Например, если направление анизотропии неизвестно, могут потребоваться полные трехосные измерения. С другой стороны, в простом случае, когда направление анизотропии известно, необходимо производить только поперечные измерения. В этом описании термины «передатчик» и «приемник» используются для описания разных функций антенны/катушки, как если бы имелись разные типы катушек. Это делается только для прояснения изобретения. Передающая катушка и приемная катушка имеют одинаковые физические характеристики, и специалисту в данной области очевидно, что действует принцип взаимности, и антенну/катушку можно в один момент использовать в качестве передатчика, а в другой момент - в качестве приемника. Таким образом, любое конкретное описание передатчиков и приемников в приборе следует рассматривать как включающее взаимодополняющую конфигурацию, в которой «передатчики» и «приемники» переключаются. Кроме того, в этом описании термины «передатчик» и «приемник» используются в общем смысле, и могут включать в себя одну катушку, две катушки или три катушки. Если нужен однокатушечный «передатчик» или «приемник», его можно называть «простым передатчиком» или «простым приемником».

На фиг.1 показана схема обычной каротажной системы. Для упрощения иллюстрации некоторые традиционные детали на фиг.1 опущены. Каротажная система 100 содержит каротажный прибор 105, способный перемещаться в стволе скважины. Каротажный прибор 105 подключен к наземному оборудованию 110 через проводную линию 115 (или бурильную колонну). Хотя показан проводной прибор, специалистам в данной области очевидно, что варианты осуществления изобретения можно реализовать в операциях проводной линии или в операциях во время бурения. Наземное оборудование 110 может включать компьютер. Согласно вариантам осуществления изобретения каротажный прибор 105 оборудован, по меньшей мере, тремя антенными системами для определения удельного сопротивления пласта при наличии проникновения и/или анизотропии.

Согласно отмеченному выше для определения электрических свойств радиально неоднородного пласта (например, в который проникают буровые растворы или по природе своей неоднородного) необходимы измерения на нескольких (например, трех) глубинах исследования. Прибор согласно вариантам осуществления изобретения может содержать совокупность антенных систем для обеспечения, по меньшей мере, трех измерений на разных глубинах исследования и, по меньшей мере, одного измерения, чувствительного к анизотропии. Большинство из совокупности антенных систем может быть осевыми антенными системами. Однако, по меньшей мере, одна из них должна быть антенной решеткой, имеющей поперечную составляющую, т.е. трехосной, наклонной или поперечной антенной решеткой. Для простоты в нижеследующем описании могут использоваться трехосные антенные системы (передающие или приемные) для иллюстрации вариантов осуществления изобретения. Специалисту в данной области очевидно, что вместо трехосных передатчиков или приемников можно использовать другие передатчики или приемники, имеющие поперечные составляющие (например, наклонные или поперечные передатчики или приемники).

Согласно одному варианту осуществления изобретения каротажный прибор содержит, по меньшей мере, три антенных системы, и, по меньшей мере, одна из, по меньшей мере, трех антенных систем реагирует на поперечную составляющую магнитного поля, генерируемого передатчиком (например, трехосной, наклонной или поперечной антенной решеткой). По меньшей мере, одна трехосная, наклонная или поперечная антенная система обеспечивает измерения, которые можно использовать для получения анизотропных свойств пласта, т.е. R_h, R_v и коэффициента анизотропии (λ). Один пример такого прибора показана на фиг.2.

На фиг.2 показан прибор 200 на основе индукции или распространения. Заметим, что варианты осуществления изобретения можно использовать в качестве индукционного прибора или прибора распространительного типа. Поскольку разница между этими двумя типами приборов не относится к настоящему изобретению, в нижеследующем описании термин «индукционный прибор» используется в общем смысле для обозначения приборов как «индукционного», так и «распространительного» типа. Показано, что индукционный прибор 200 содержит электронный блок 201 и оправку 202, на которой размещен ряд антенн. Электронный блок 201 содержит компоненты для управления сигналами для зарядки энергией передатчика и для управления детектированием сигналов (напряжений) приемниками. Кроме того, электронный блок может содержать процессор и/или память. В памяти может храниться программа для осуществления логических операций и обработки данных. Прибор 200 также содержит защитный кожух (не показан), находящийся поверх различных антенн. Индукционный прибор 200 содержит трехосный передатчик 210Т, два осевых приемника 221m и 222m и один трехосный приемник 231m. Каждый приемник соединен с соответствующим компенсационным приемником 221b, 222b, и 231b соответственно. В обозначении суффикс "b" указывает, что антенна (катушка) функционирует как компенсационный приемник, а суффикс "m" указывает, что антенна (катушка) функционирует как основная приемная антенна. Функция компенсационного приемника состоит в том, чтобы уменьшать или устранять связи между передатчиком и приемником.

Общий трехосный передатчик 210Т, два осевых приемника 221m и 222m и два компенсационных приемника 221b и 222b совместно образуют две осевые антенные системы, тогда как общий трехосный передатчик 210Т, трехосный приемник 231m и трехосный компенсационный приемник 231b совместно образуют трехосную антенную систему. Как отмечено выше, «трехосный» передатчик или приемник содержит три катушки, магнитные моменты которых ориентированы в некомпланарных направлениях, в том числе в ортогональных направлениях. Кроме того, «трехосный» передатчик или приемник в данном примере можно заметить наклонным передатчиком или приемником. Антенная система, будь то осевая или трехосная, содержит передатчик и приемник. В предпочтительных вариантах осуществления антенная система также содержит компенсационную/ый катушку/приемник. В этом описании термин «компенсационный приемник» используется в отношении компенсационных катушек в целом, например однокатушечный (осевой) или трехкатушечный (трехосный) компенсационный приемник. Для осевого приемника компенсационный приемник содержит осевую катушку, намотанную в направлении, противоположном направлению намотки приемной катушки. Для трехосного приемника компенсационный приемник (т.е. трехосный компенсационный приемник) состоит из трех катушек, намотанных в тех же ориентациях, что и соответствующие приемные катушки, но в противоположных направлениях.

На фиг.3 показана схема иллюстративной трехосной антенной системы 300, который содержит трехосный передатчик 301, трехосный компенсационный приемник 302 и трехосный приемник 303. Хотя показаны одноместные катушки, специалисту в данной области очевидно, что варианты осуществления изобретения не требуют, чтобы трехосные антенны были одноместными. Термин «одноместный» означает, что центры трех катушек находятся, по существу, в одном и том же месте. Трехосный передатчик 301 содержит три катушки, магнитные диполи которых (M_х ^T,

M_y ^T и М_z ^T) ориентированы в ортогональных направлениях (х, у, z). Трехосный приемник 303 содержит три катушки, магнитные диполи которых (М_х ^R, М_у ^R и M_z ^R) ориентированы в тех же ортогональных направлениях (х, у, z). Трехосный компенсационный приемник 302 содержит три катушки, магнитные диполи которых (М_х ^B, M_y ^B и M_z ^B) ориентированы в ортогональных направлениях (-х, -у, -z), противоположных направлениям передатчика 301 и приемника 303. Специалисту в данной области очевидно, что компенсационный приемник должен располагаться между передатчиком и приемником. Показано, что компенсационный приемник 302 расположен на расстоянии L_B от передатчика 301. Расстояние L_B короче расстояния L_R между передатчиком 301 и приемником 303. Специалисту в данной области очевидно, что трехосная антенная система согласно вариантам осуществления изобретения, не обязана быть «ортогональной» трехосной антенной решеткой. Кроме того, возможны также более сложные схемы с использованием множественных передающих и/или множественных приемных катушек как для осевых, так и для трехосных индукционных антенных систем.

Точное размещение и количество витков компенсационной катушки следует выбирать так, чтобы максимизировать подавление взаимных связей между передатчиком и приемником. Пример, раскрытый в патенте США №5157605, включает компенсационный приемник, размещенный посередине между передатчиком и приемником. В этой конфигурации число витков проводящего провода в компенсационной катушке составляет 1/8 от числа витков приемной катушки.

Индукционный прибор 200, показанный на фиг.2, содержит две осевых антенных системы и одну трехосную антенную систему. Это пример индукционного прибора, который способен обеспечивать оценки удельного сопротивления для пластов с проникновением и анизотропией. В ходе работы трехосный передатчик 210Т заряжается энергией за счет прохождения через него сигнала переменного электрического тока, и напряжения, принимаемые приемником в каждом массиве, регистрируются. Три антенны трехосного передатчика можно заряжать энергией в разные моменты времени (мультиплексирование по времени) или на разных частотах (мультиплексирование по частоте), чтобы можно было различать отклики, регистрируемые приемником.

Помимо временного мультиплексирования или частотного мультиплексирования для идентификации сигнала трехосный передатчик 110Т, предпочтительно, работает на более чем одной частоте для обеспечения более одного набора измерений для обработки данных. Например, измерения на двух или более частотах можно использовать для ослабления скин-эффектов и/или для фокусировки глубин исследования, согласно раскрытому в патенте США №5157605, выданному Чандлеру (Chandler) и др. Этот патент присвоен патентовладельцу настоящего изобретения и полностью включен посредством ссылки. Рабочая частота индукционных приборов, предпочтительно, находится в диапазоне от 5 до 200 кГц. В некоторых вариантах осуществления индукционный прибор, отвечающий изобретению, работает на двух частотах, например около 26 кГц и около 13 кГц. Более низкая частота (относительно традиционных индукционных приборов, которые могут работать на частоте до нескольких сотен кГц) желательна по причине более заметных скин-эффектов на поперечных антеннах или антенных системах. Для приборов распространительного типа рабочая частота, предпочтительно, находится в диапазоне от 100 кГц до 2 МГц. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления, приборы распространительного типа работают на двух частотах, например около 400 кГц и около 2 МГц.

Приемники в этих антенных системах размещены на разных расстояниях от общего трехосного передатчика 110Т. Разные расстояния (L1, L2 и L3) между передатчиком и приемником обеспечивают разные глубины исследования, т.е. разные расстояния в пласте от ствола скважины. Поскольку скин-эффекты являются функцией частот передатчика в ЭМ каротаже, достигать разных глубин исследования можно, меняя рабочие частоты передатчиков вместо того, чтобы менять расстояния передатчик-приемник. В некоторых вариантах осуществления изобретения разных глубин исследования достигают путем эксплуатации осевых, поперечных или трехосных антенных систем на множественных частотах. Глубина исследования для антенной системы индукционного или распространительного типа обычно определяется как средняя точка интегрированной радиальной характеристики. Специалисту в данной области известно, что радиальная характеристика антенной системы, помимо других факторов, зависит от расстояния между передатчиком и приемником.

На фиг.4 показаны радиальные геометрические факторы различных антенных систем в приборе 200, показанном на фиг.2. Кривые 421 и 422 представляют геометрические факторы двух осевых приемников 221m и 222m соответственно, а кривые 431а и 431t представляют осевую составляющую и поперечную составляющую соответственно трехосного приемника 231m. Очевидно, что короткие антенные системы (осевые антенные системы) имеют большие характеристики в ближних областях ствола скважины. Измерения коротких антенных систем можно использовать для коррекции эффектов ствола скважины и/или для получения удельного сопротивления в зоне проникновения. Каротажная антенная система (трехосная антенная система) больше реагирует на области пласта, более удаленные от ствола скважины (см. кривые 431а и 431t). Осевую составляющую (кривая 431а) можно объединить с двумя осевыми измерениями для получения свойств удельного сопротивления пласта (R_xo, r_i и R_t) в изотропном пласте. В анизотропном пласте можно дополнительно использовать поперечную составляющую (кривая 431t) для обеспечения горизонтального удельного сопротивления (R_h), вертикального удельного сопротивления (R_v) и коэффициента анизотропии (λ). Таким образом, прибор 200 способен обеспечивать надежные оценки удельного сопротивления пласта независимо от проникновения бурового раствора и/или анизотропии.

На фиг.2 показан пример конфигурации прибора согла