Прибор и способ каротажа скважины посредством радиолокатора многокомпонентных сигналов

Прибор и способ каротажа скважины посредством радиолокатора многокомпонентных сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень техники

В технологиях бурения и каротажа нефтяных скважин для определения удельного электрического сопротивления формаций горных пород, окружающих ствол скважины, часто применяют приборы электромагнитного каротажа. Получаемую информацию об удельном электрическом сопротивлении используют для установления факта наличия или отсутствия углеводородов. Типовой прибор электромагнитного каротажа содержит передающую антенну и пару приемных антенн, расположенных на разных расстояниях от передающей антенны вдоль оси прибора. Передающая антенна предназначена для создания электромагнитных полей в окружающей формации. В свою очередь, электромагнитные поля в формации наводят электрическое напряжение в каждой из приемных антенн. Вследствие геометрического расхождения и поглощения сигналов окружающей геологической формацией наведенные напряжения в двух приемных антеннах имеют разные фазы и амплитуды. Эксперименты показали, что по разности фаз (Ф) и отношению амплитуд (по затуханию, А) наведенных напряжений в приемных антеннах можно определить удельное электрическое сопротивление формации.

Работа таких приборов в области частот накладывает определенные ограничения на их использование для геонавигации, при которой требуется большая дальность обнаружения и получение точных изображений. До определенных пределов указанные требования могут выполняться путем разнесения антенн на большие расстояния, многократного измерения частот и применения сложных алгоритмов решения обратной задачи.

Из уровня техники известны приборы, работающие во временной области, в том числе: «Радиолокационная система наведения бурового долота», раскрытая в документе US 4297699 за авторством J.С. Fowler; «Способ и устройство с импульсным электромагнитным измерителем угла падения, содержащим передающий и приемный катушки, отстоящие друг от друга на заданном расстоянии», раскрытые в документе US 5115198, за авторством S.С. Gianzero; «Скважинная радиолокационная антенна и алгоритм, способ и устройство геофизического исследования», раскрытые в документе US 6712140, за авторством М.S. Van Oers; «Радар бурильной колонны», раскрытый в документе US 6778127, за авторством L.G. Stolarczyk; «Системы и способы, используемые для обнаружения наличия и/или местонахождения материалов», раскрытые в документе US 7123016, за авторством J.W. Larsen; и «Способ регистрации компонентов неустановившегося электромагнитного поля для осуществления геонавигации на большой глубине в процессе бурения», раскрытый в документе US 7046009, за авторством G. Itskovich. Ни одно из указанных технических решений не доказало свою коммерческую состоятельность. Авторы полагают, что такой результат по меньшей мере частично обусловлен высокой стоимостью электронных компонентов, которые слишком уязвимы при работе в предельно тяжелых условиях среды бурения, и отчасти является следствием использования конфигураций антенн, усложняющих процесс решения обратной задачи и интерпретации.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания сути различных вариантов осуществления настоящего изобретения ниже приведено подробное их описание со ссылками на соответствующие прилагаемые чертежи.

На фиг.1 показан пример системы для выполнения каротажа в процессе бурения при падении границы формации.

На фиг.2 показаны примеры конфигураций антенны прибора электромагнитного каротажа.

На фиг.3 показаны углы для определения ориентации наклонной антенны.

На фиг.4 показано деление окружности скважины на азимутальные ячейки.

На фиг.5 показана примерная структурная схема электронных средств прибора электромагнитного каротажа.

На фиг.6 показана блок-схема способа электромагнитного каротажа.

На фиг.7 показана функциональная схема операции решения обратной задачи.

На фиг.8-13 показаны графики амплитуд импульсов полученных сигналов в зависимости от времени для различных условий каротажа.

На фиг.14-16 показаны графики дальности обнаружения в зависимости от различных параметров.

На фиг.17-18 показаны примеры ответных сигналов в виде функции от положения прибора.

На фиг.19 показана информация о направлении, полученная по ответным сигналам, представленным на фиг.18.

На фиг.20-21 показаны значения расстояния и направления, полученные по ответным сигналам, представленным на фиг.18.

На фиг.22-23 показаны примеры ответных сигналов в виде функции от положения прибора.

На фиг.24-25 показаны значения расстояния и направления, полученные по ответным сигналам, представленным на фиг.23.

Нижеприведенные чертежи и подробное описание конкретных вариантов осуществления системы и способа носят пояснительный характер. Следует понимать, что данные чертежи и подробное описание не накладывают каких-либо ограничений на настоящее изобретение. Напротив, настоящее изобретение охватывает все модификации, эквиваленты и варианты, находящиеся в рамках прилагаемой формулы изобретения.

Осуществление изобретения

В настоящем документе раскрыт скважинный прибор, в котором используется радиолокатор многокомпонентных сигналов, предназначенный для обнаружения аномалий формации (например, границ пласта или других скважин), а также раскрыты системы, способы и применения таких приборов. В некоторых вариантах осуществления изобретения прибор содержит по меньшей мере две антенны, принимающие отраженные сигналы электромагнитных импульсов, передаваемых прибором. Полученные сигналы обрабатываются процессором для выделения отраженных сигналов и определения направлений, в которых расположены источники отраженных сигналов, и/или расстояний до указанных источников. К возможным источникам отраженных сигналов относятся границы формаций, границы флюидов, обсаженные скважины и прочие объекты, вызывающие резкие изменения электромагнитных свойств. Каждая из антенн выполнена с возможностью передачи и приема сигналов, причем антенны могут быть совмещенными для уменьшения размеров прибора и понижения сложности обработки данных. В описанных вариантах изобретения каротажный прибор содержит как электрическую дипольную антенну, так и магнитную дипольную антенну.

По меньшей мере в некоторых вариантах изобретения способ включают в себя следующие этапы: передачу электромагнитных импульсов от прибора в скважине; измерение однокомпонентных и межкомпонентных ответных сигналов электромагнитных импульсов; и определение расстояния до одного или более источников отраженных сигналов и/или направлений, в которых расположены указанные источники отраженных сигналов. Кроме отраженных сигналов измеряемые ответные сигналы могут содержать зарегистрированные прямые сигналы, используемые для определения удельного электрического сопротивления, диэлектрической проницаемости и флюидопроницаемости формации.

Работа и применение предложенных в настоящем изобретении приборов понятны при рассмотрении более крупных систем, в которых они используются. На фиг.1 показан пример системы для выполнения каротажа в процессе бурения (logging while drilling, LWD). На буровой платформе 2 установлена вышка 4, имеющая талевый блок 6 для поднятия и опускания бурильной колонны 8. Указанная бурильная колонна 8 прикреплена к верхнему приводу 10, который вращает бурильную колонну 8 в процессе ее опускания в скважину через устье 12. Бурильная колонна (и/или погружной двигатель) вращает буровое долото 14, которым формируется ствол 16 скважины. Оборудование 18 для циркуляции бурового раствора перекачивает буровой раствор из резервуара 20 для хранения бурового раствора через подающую трубу 22 к верхнему приводу 10, далее во внутреннее пространство бурильной колонны 8, через отверстия в буровом долоте 14, далее на поверхность по кольцевому пространству, расположенному вокруг бурильной колонны 8, через противовыбросовый превентор и обратно в резервуар 20. Буровой раствор транспортирует выбуренную породу из скважины в указанный резервуар 20 и способствует поддержанию целостности скважины.

Забойное оборудование (то есть удаленная часть бурильной колонны 8) содержит толстостенные трубчатые элементы, называемые утяжеленными бурильными трубами, которые увеличивают вес и повышают жесткость, что способствует процессу бурения. Толстые стенки таких утяжеленных бурильных труб являются подходящим местом для размещения в них контрольно-измерительных приборов и средств каротажа в процессе бурения (LWD). Таким образом, забойное оборудование, показанное на фиг.1, содержит блок 24 приборов, содержащий прибор электромагнитного каротажа и контрольно-телеметрический модуль 26.

Данное забойное оборудование также может содержать другие приборы и датчики, предназначенные для сбора информации о параметрах бурения, таких как положение, ориентация, нагрузка на долото, диаметр ствола скважин и т.п. Кроме того, данное забойное оборудование может содержать забойный двигатель и направляющий механизм.

По мере формирования ствола скважины при прохождении долота через формацию блок 24 приборов каротажа в процессе бурения (LWD) вращается и собирает информацию, получаемую радиолокатором многокомпонентных сигналов и сопоставляемую посредством скважинного контроллера с положением прибора и результатами измерения ориентации для создания трехмерной карты формации вокруг скважины. Данные от различных приборов забойного оборудования поступают в контрольно-телеметрический модуль 26 и сохраняются во внутренней памяти. Выбранные фрагменты данных могут быть переданы в приемники 28, находящиеся на поверхности, например, при помощи средств телеметрии по гидроимпульсному каналу связи. Существуют и могут использоваться другие способы телеметрии с применением средств каротажа в процессе бурения. Например, возможно использование средств акустической телеметрии с передачей данных через трубчатую колонну, содержащих дополнительный повторитель 30 для увеличения дальности телеметрической связи. Кроме того, бурильная колонна 8 может содержать проводную бурильную трубу, предназначенную для передачи колебательных сигналов и изображений на поверхность в реальном времени для обеспечения контроля качества и обработки информации в реальном времени для оптимизации разрешающей способности каротажа. Большинство телеметрических систем также может передавать команды с поверхности в контрольно-телеметрический модуль для изменения рабочих параметров каротажных приборов.

Приемники 28 на поверхности передают телеметрические сигналы в компьютерную систему 50 или в другое устройство обработки информации. Компьютер 50 работает на основе программных средств (которые могут храниться на носителях 52 информации) и входных данных, вводимых пользователем через устройство 54 ввода для обработки и декодирования полученных сигналов. Итоговые телеметрические данные далее могут быть проанализированы и обработаны компьютером 50 с последующей визуализацией полезной информации на компьютерном мониторе 56 или на другом устройстве отображения информации.

Например, оператор буровой установки может использовать данную систему для получения карты границ формации или существующих скважин, расположенных вблизи забойного оборудования. Оператор буровой установки может использовать вращающуюся направляющую систему или направляющие лопатки для наведения бурильного узла и формирования ствола скважины по требуемой траектории относительно границ формации или существующих скважин.

Ориентация забойного оборудования может быть задана углом направления торца прибора (углом поворота), углом наклона (зенитным углом) и горизонтальным углом (азимутальным направлением). Как известно из существующего уровня техники, угол наклона представляет собой угол отклонения, отсчитываемый от вертикали вниз, горизонтальный угол представляет собой угол в горизонтальной плоскости, отсчитываемый от направления на истинный север, а угол направления торца прибора представляет собой угол ориентации (угол поворота вокруг оси прибора), отсчитываемый от верхней стороны скважины. Ввиду того, что в вертикальной скважине отсутствует «верхняя сторона», угол поворота в таких скважинах отсчитывается от направления истинного севера. По этой причине угол поворота часто называют «азимутом» даже в наклонных скважинах. Каждый из углов, определяющих ориентацию забойного оборудования, может быть определен по результатам измерений посредством магнитометров, инклинометров и/или акселерометров, причем, в качестве альтернативного варианта, возможно использование других измерительных устройств, в том числе гироскопов. В одном из вариантов изобретения прибор содержит 3-осевой феррозондовый магнитометр и 3-осевой акселерометр. Как известно из существующего уровня техники, сочетание двух таких измерительных систем позволяет определить угол направления торца прибора, угол наклона и азимутальное направление. Узел приборов каротажа в процессе бурения (LWD) может содержать модуль позиционирования и ориентации, получающий результаты измерения параметров ориентации и объединяющий их с результатами гироскопических и инерциальных измерений для точного слежения за положением и ориентацией прибора.

Электронные средства прибора электромагнитного каротажа помещены внутри утяжеленных бурильных труб, а антенны расположены снаружи указанных труб, обычно в углублении на поверхности утяжеленных бурильных труб, как показано в примерах на фиг.2. Указанное углубление может быть заполнено непроводящей смолой, обеспечивающей опору для антенн и их защиту. В качестве альтернативы или в дополнении, над антеннами расположена защитная крышка. Данная крышка может быть выполнена из проводящего материала и может содержать отверстия для пропускания и/или приема электромагнитных волн.

Как видно на фиг.3, ориентация рамочной антенны может быть задана углом наклона ξ и азимутом α. Угол наклона ξ измеряют между продольной осью прибора и нормальным вектором N к плоскости антенны. Азимут α лежит в плоскости, перпендикулярной продольной оси прибора, причем его измеряют между меткой торца прибора и проекцией на эту плоскость нормального вектора N к плоскости антенны.

Прибор 110 (фиг.2) содержит группу из трех совмещенных антенн 112, 114, 116, имеющих углы наклоны приблизительно 54,7° и повернутых относительно друг друга на азимут 120° для обеспечения ортогональности. Такой прибор может осуществлять регистрацию полного набора однокомпонентных и межкомпонентных сигналов, используемых для формирования ответного сигнала произвольно ориентированной антенны. Однако изготовление такой тройной конфигурации антенн сопряжено с определенными трудностями, которые могут быть преодолены путем применения двойной системы антенн, например имеющейся в приборе 100. Прибор 100 содержит две антенны 102, 104, имеющие угол наклона в 45° и повернутые относительно друг друга на противоположные азимуты для обеспечения ортогональности. Согласно информации, приведенной в одновременно находящейся на рассмотрении патентной заявке US 12/294557 под названием «Измерительный прибор с поворотной антенной для регистрации многокомпонентных сигналов на основе определения элементов матрицы связи», по результатам измерений, выполненных в процессе вращении указанных двух антенн, при определенных допущениях, будут получены все однокомпонентные и межкомпонентные сигналы. Если взаимное расположение антенн признается нежелательным, то изготовитель может использовать конфигурацию прибора 120, в которой антенны 122, 124 пространственно разнесены, но при этом процесс обработки сигналов и решения обратной задачи может усложниться.

По мере вращения прибора и перемещения его по стволу скважины данный прибор осуществляет измерения и сопоставляет результаты измерения с положением в скважине и азимутом. Близкие значения положений и углов могут быть сгруппированы в «ячейки», а для улучшения точности измерения результаты измерения в каждой ячейке могут быть усреднены или объединены иным способом. На фиг.4 показан пример деления окружности скважины на N угловых ячеек. Значение N обычно больше 8 и может исчисляться сотнями.

На фиг.5 показана структурная схема электронных средств прибора электромагнитного каротажа согласно одному из вариантов изобретения, проиллюстрированного в качестве примера. Цифроаналоговые преобразователи 502 выдают аналоговые сигналы для передатчика при получении сигнала запуска или, в некоторых случаях применения, цифрового волнового сигнала. Каждый передатчик 504 осуществляет повышение частоты и усиление сигналов, а также согласование полного сопротивления для обеспечения эффективного управления соответствующей антенной 506. Антенны 506 испускают электромагнитные волны через формацию и/или принимают электромагнитные волны из формации. Для защиты чувствительных электронных средств приемников временные селекторы 508 отделяют антенну 506 от приемника 510, когда соответствующий передатчик управляет антенной. В свою очередь, приемники 510 осуществляют усиление, фильтрацию, понижение частоты и регулирование коэффициента усиления для соответствующей подготовки сигналов приемника к их последующей оцифровке аналого-цифровыми преобразователями 512. Буферы 514 данных обеспечивают одновременную работу нескольких приемников и передатчиков, при этом на процессор 516 прибора не накладываются чрезмерно жесткие эксплуатационные требования. Процессор 516 записывает требуемые параметры измерения в соответствующий буфер 514 (например, для выбора конкретной антенны в качестве передающей антенны, для задания требуемых значений амплитуды, частоты сигнала и длительности импульсов, а также для задания требуемого интервала для записи) и после соответствующей задержки собирает данные оцифрованных волновых сигналов, поступающие от требуемых приемных антенн. Указанный процессор способен хранить данные измерений в запоминающем устройстве 518, при необходимости обрабатывать эти данные и передавать их через интерфейс 520 связи по телеметрическому каналу в систему сбора данных, расположенную на поверхности.

По меньшей мере в некоторых вариантах изобретения антенны 506 являются совмещенными многокомпонентными антеннами. Антенны, показанные на фиг.2, представляют собой рамочные («магнитные дипольные») антенны, однако также возможно использование ортогонально ориентированных электрических дипольных антенн. Такие антенны могут быть применены или аппроксимированы посредством соответствующим образом расположенных электродов, проводников, тороидов или рупорных антенн. Вообще, процессор 516 управляет передачей, получением и обработкой команд для N совмещенных дипольных антенн, имеющих линейно независимые ориентации для регистрации данных в нескольких поляризациях. Возможно использование наклонных, ненаклонных, электромагнитных дипольных магнитных антенн и/или магнитометров. Диполи антенны могут иметь взаимно ортогональные ориентации для оптимизации направленности или анизотропии чувствительности прибора. Результаты измерений, полученные посредством антенн, имеющих различные ориентации, могут быть объединены для получения данных, которые были бы получены антеннами с иными ориентациями. Кроме того, для получения данных, соответствующих иным ориентациям, можно предусмотреть вращение бурильной колонны. В некоторых вариантах изобретения прибор имеет антенны, расположенные в разных местах вдоль бурильной колонны для улучшения дальности и разрешающей способности каротажа.

На фиг.6 проиллюстрирован способ каротажа, осуществляемый с использованием процессора 516, наземного вычислительного блока 522 или одновременно обоих указанных устройств. На этапе 602 выбирают исходный передатчик. На этапе 604 активируют выбранный передатчик, и от каждого приемника получают ответный цифровой волновой сигнал. К числу используемых волновых сигналов относятся отдельные прямоугольные, треугольные или колоколообразные импульсы. Кроме того, возможно использование импульсов с линейной частотной модуляцией и других импульсов с модулированной несущей частотой. Для улучшения значений отношения сигнал-шум можно использовать повторяющиеся импульсы, а также радиолокационные сигналы с модулированными незатухающими волнами. Применяемые значения ширины импульса лежат в диапазоне от 100 пс до 1 мкс, причем предпочтительными значениями являются значения ниже 100 нс. Также можно использовать другие значения ширины импульса. Когда приемопередатчик находится в режиме приема и активирован соответствующий временной селектор, сигнал, получаемый от антенны, передают в буфер данных. При возбуждении i-го передатчика все приемники, кроме i-го, начинают получать данные. В принципе, на данном этапе также можно начать получать данные от i-го приемника, однако по меньшей мере в некоторых вариантах изобретения предусматривают задержку записи данных в i-й приемник, пока паразитный переходный процесс в данной антенне после передачи сигнала не будет завершен или паразитные колебания сигнала в данной антенне после передачи сигнала не станут пренебрежимо малы. После нахождения в режиме приема в течение необходимого интервала времени все приемники могут быть выключены.

На этапе 604 также получают данные о положении и ориентации прибора, которые используют для соотнесения результатов измерений, полученных приемниками, с азимутальной ячейкой (азимутальная ячейка имеет протяженность вдоль лучей угла и протяженность вдоль оси). На этапе 606 текущие результаты измерений используют для обновления усредненных значений данных ответных сигналов для каждого приемника рассматриваемой ячейки.

На этапе 608 выполняют проверку для определения, требуются ли и ожидаются ли дополнительные измерения в текущем положении в стволе скважины. Например, касательно приборов, имеющих группу передатчиков, целесообразно наличие результатов измерений сигналов от каждого передатчика. К другим причинам, по которым может потребоваться проведение дополнительных измерений, относится необходимость наличия заданного количества результатов измерений для каждой азимутальной ячейки до выполнения дополнительной обработки данных или необходимость наличия по меньшей мере заданного количества результатов измерений для различных азимутов до выполнения дополнительной обработки данных. Если в текущем положении ожидается осуществление дополнительных измерений, дополнительная обработка данных может быть отложена, пока не будут собраны все необходимые результаты измерений. Предложенный способ предусматривает повторение этапов 602-608 до тех пор, пока не будет получено достаточное количество результатов измерений.

После получения достаточного количества результатов измерений в рассматриваемом положении в стволе скважины в рамках предложенного способа переходят к необязательному этапу 610, на котором осуществляют предварительную обработку данных. Например, на этапе 610 посредством процессора объединяют результаты измерений, полученные от разных приемников, для формирования результатов измерения от виртуальной антенны, которой могут управлять для достижения максимальной чувствительности в любом заданном направлении, или же результаты измерений можно обрабатывать для компенсации отклонений параметров электронных средств прибора.

На этапе 612 посредством указанной системы результаты измерений, полученные прибором, обрабатывают для определения диэлектрической проницаемости, удельного электрического сопротивления и флюидопроницаемости формации, а также расстояния до аномалий формации, например, до границы формации, границы флюида, разрыва или иного рода пустоты в формации, существующей скважины или любого другого близлежащего подземного объекта, вызывающего резкое изменение электромагнитного поля, и направлений, в которых находятся указанные аномалии. Также возможно определение электромагнитных свойств аномалии (например, удельного электрического сопротивления, диэлектрической проницаемости и флюидопроницаемости). Ниже описаны конкретные алгоритмы решения обратной задачи, показывающие простоту получения параметров на основе сигналов приемников, однако возможно использование любых стандартных процедур решения обратной задачи по нахождению свойств формации, в том числе поиск соответствия в библиотеках, а также итерационное моделирование путем решения прямой задачи. На этапе 614 возможно обновление отображаемых данных в реальном времени для представления актуальных результатов измерений. На этапе 616 выполняют проверку для определения, требуется ли продолжение процесса каротажа. Если продолжение требуется, осуществляют возврат на этап 602, в противном случае осуществляют переход на этап 618, на котором система отображает результаты каротажа пользователю. К рассматриваемым результатам каротажа относятся изображения отраженных однокомпонентных электромагнитных сигналов; (краевые) изображения отраженных межкомпонентных электромагнитных сигналов; изображения диэлектрической проницаемости/удельного электрического сопротивления/флюидопроницаемости аномалий, изображения азимута/угла наклона аномалий; и каротажные данные о диэлектрической проницаемости/удельном электрическом сопротивлении/флюидопроницаемости. Каротажные данные также могут иметь вид объемного изображения пространства вокруг скважины или вид графика одного или более свойств формации в виде функции от положения прибора и его ориентации в стволе скважины. Возможно использование других известных способов отображения каротажных данных.

Сбор данных можно повторять в различных точках по длине скважины. Данные волнового сигнала, полученные на различных глубинах z, могут иметь вид напряжения V_ij(t, z), где нижние индексы i и j обозначают номер соответствующего передатчика и приемника, a t обозначает время, измеренное от момента активации передатчика. Также можно использовать электрический ток, мощность или другие переменные параметры регистрируемых волновых сигналов. Напряжение V_ij(t, z) может в тексте описания иногда называться изображением, поскольку зависит от двух параметров (время t и глубина z). Как показано на фиг.7, данные о напряжении однокомпонентного сигнала (то есть при i=j) обычно показывают функции произвольных скачков диэлектрической проницаемости ε, флюидопроницаемости µ или удельного электрического сопротивления ρ. Данные о напряжении межкомпонентного сигнала (то есть при i≠j) обычно показывают функции объектов, характеризующихся падением или наличием краев, с диэлектрической проницаемостью ε, флюидопроницаемостью µ или удельным электрическим сопротивлением ρ при условии, что ориентация диполей приблизительно ортогональна, а среда формации изотропна.

На данном этапе изображения можно отображать или, как показано на фиг.7, подвергать дальнейшей обработке или преобразованию с решением обратной задачи для получения улучшенных изображений напряжения или изображений диэлектрической проницаемости/удельного электрического сопротивления в виде функции от расстояния d и глубины z. Там, где это применимо, в результате решения обратной задачи можно получать параметры, связанные с аномалиями, такие как расстояние d_a до аномалии и направление, в котором находится аномалия (то есть азимут ϕ_а и угол наклона θ_а). Решение обратной задачи можно выполнять путем сравнения данных волнового сигнала с предварительно откомпилированными ответными сигналами напряжения из библиотеки или путем применения итерационной модели для решения прямой задачи с целью нахождения параметров модели, которые выдают прогнозируемый ответный сигнал, в наибольшей степени соответствующий фактическим результатам измерений. Библиотека может содержать такие параметры как данные о времени, данные о глубине, диэлектрическая проницаемость/удельное электрическое сопротивление окружающей среды, расстояние до аномалии, азимут аномалии или наклон аномалии. Количество параметров, содержащихся в библиотеке, может зависеть от гибкости, требуемой для решения конкретных задач. В задачах, для решения которых недостаточно набора параметров, содержащихся в библиотеке, диэлектрическая проницаемость, флюидопроницаемость, удельное электрическое сопротивление или изображения напряжения все равно могут представлять достаточную информацию о параметрах аномалий при визуальном осмотре. Например, пиковые значения отраженного сигнала могут давать косвенную информацию о расстоянии, даже если точные результаты измерений расстояния недоступны.

В силу многокомпонентной структуры прибора разные передатчики могут испускать электромагнитные волны с разной поляризацией, при этом в полученных данных сигнала может формироваться зависимость от направления. В результате, посредством волновых сигналов V_ij(t, z) можно выявить направление, в котором находится аномалия. Например, предположим, что многокомпонентные данные получены от ортогональной группы диполей V_ij(t, z), i=1, 2, 3, j=1, 2, 3. Тензор данных в каждый момент времени и для каждой глубины может быть записан следующим образом:

В слоистой изотропной среде спектральное разложение данной матрицы имело бы (по меньшей мере приблизительно) следующий вид:

где s и s_⊥ - константы, пропорциональные коэффициентам отражения, связанным с диполями, параллельными и перпендикулярными границе слоя соответственно. В данном случае u ¯ ⊥ представляет собой собственный вектор, связанный с характеристическим числом s_⊥ и равный нормальному вектору границы слоя. При объединении с данными об ориентации антенн прибора вектор u ¯ ⊥ характеризует азимут и наклон границы слоя относительно указанного прибора. Изображения азимута и наклона могут быть сформированы по полученным значениям азимута и наклона в каждой точке (t, z). Данные изображения указывают приблизительное направление, в котором находится источник сигнала, с наибольшим вкладом в каждое значение напряжения V_ij(t, z). При решении задачи для единственного слоя возможно однозначное определение положения границы слоя в каждой отдельно взятой точке глубины. Аналогично, при наличии линейного (одномерного) рассеивателя (например, обсадной трубы находящейся вблизи скважины) спектральное разложение матрицы (1) принимает вид:

где s_⊥ - константа, пропорциональная коэффициенту отражения, связанному с линейной аномалией. В данном случае u ¯ ⊥ представляет собой собственный вектор, связанный с характеристическим числом s_⊥. и лежащий в плоскости, пересекающей линейную аномалию и приемопередатчик. В отличие от случая с несколькими слоями (2) в данном случае собственный вектор u ¯ ⊥ сам по себе не может указывать направление, в котором находится линейная аномалия. Однако при добавлении к нему информации из нескольких результатов измерений искомое направление может быть установлено путем пересечения результирующих плоскостей.

В вышеизложенном описании приведены примеры реализации настоящего изобретения, позволяющие определить направление, в котором находится аномалия, без необходимости предварительного обращения волновых сигналов во временной области. В случаях, когда желательно иметь точные результаты измерения расстояния до аномалии, требуется преобразование оси времени изображений в ось расстояния. Ввиду того, что значения диэлектрической проницаемости, удельного электрического сопротивления и флюидопроницаемости могут характеризоваться частотной зависимостью, которая может усложнить расчет расстояния, данная частотная зависимость может быть устранена путем априорной коррекции данных. Одним из методов осуществления такой коррекции является выполнение преобразования Фурье с переводом данных волнового сигнала в частотную область, введение частотно-зависимого множителя, основанного на известной, измеренной или предполагаемой частотной зависимости и, затем, перевод произведения снова во временную область. Хотя такая коррекция может быть полезной, во многих случаях она может не потребоваться.

С коррекциями для частотной дисперсии или без коррекций для частотной дисперсии данные изображения во временной области обращаются или путем нахождения наилучшего соответствия в библиотеке, или путем использования метода итерационного моделирования с решением прямой задачи для нахождения модели, прогнозируемые ответные сигналы которой соответствуют результатам измерений. Исходные параметры модели содержат значения диэлектрической проницаемости, удельного электрического сопротивления и флюидопроницаемости окружающей среды. Обращенные значения удельного электрического сопротивления и диэлектрической проницаемости могут быть изотропными или анизотропными. При необходимости коррекцию для частотной дисперсии можно осуществлять на этапе решения обратной задачи, при этом обращенные параметры также могут являться функциями от частоты. Для определения свойств формации, находящейся в непосредственной близости к прибору, данные волновых сигналов можно собирать выборочно, чтобы учитывались только временные интервалы, начинающиеся после окончания передачи импульсов и заканчивающиеся до получения четких ответных сигналов. После получения значений диэлектрической проницаемости, удельного электрического сопротивления и флюидопроницаемости формации для рассматриваемого импульса вычисляют действующую скорость волны v(t). Ввиду того, что при регистрации отраженного волнового сигнала во временной области распространение указанного сигнала занимает двойное время, вычисленная скорость перед использованием для преобразования оси времени в ось расстояния делится пополам. Расстояния до аномалий, выявленных по пикам волнового сигнала, означающим момент отражения, можно рассчитать как 0,5 ∫ t 0 t p ν ( t ) d t , где t_p - момент времени пика, регистрируемого в приемнике. При этом каждое значение напряжения V_ij(t, z) связывается с приблизительным расстоянием до источника сигнала, характеризующегося наибольшим вкладом в это значение напряжения. В слоистых средах отражение от аномалии обычно сопровождается локальными флуктуациями уровня сигнала, причем максимум этих флуктуации наблюдается на расстоянии, равном кратчайшему расстоянию от приемопередатчика до границы слоя. В случаях, когда поле отраженных волн заслонено полем прямых волн, для уменьшения влияния поля прямых волн возможно применение фильтрации.

В рассматриваемом рабочем режиме предлагаемого прибора происходит быстрое затухание прямого (собственного) сигнала от передатчика после фазы передачи сигнала, причем ожидается, что данный сигнал и отраженные от аномалии сигналы в большинстве случаев оказываются разделенными во времени. В нижеприведенных примерах пик полученного сигнала считается зарегистрированным только в том случае, если он превышает заданную процентную величину от уровня прямого сигнала. В данном случае указанную процентную величину выбирают равной 10%. Вторым критерием обнаружения для этих примеров является абсолютный уровень отраженного сигнала. Пики сигнала приемника считаются обнаруженными, если они превышают значение, составл