Система дистанционирования отдельной скважины sagd на основании градиентов

Система дистанционирования отдельной скважины sagd на основании градиентов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ЗАЯВКА НА ПРИОРИТЕТ

Данная заявка заявляет приоритет по предварительной заявке США №61/734677 под названием "Gradient-based Single Well Ranging System for SAGD Application", поданной 7 декабря 2012 года, и предварительной заявке США №61/735426 под названием "Gradient-based Single Well Ranging System for SAGD Application", поданной 10 декабря 2012 года, описание которых включено в данный документ посредством ссылки в их полном объеме.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к скважинным буровым операциям и, в частности, к способам и системам отслеживания бурения множества скважин относительно друг друга. Наиболее предпочтительно, изобретение относится к способам и системам определения относительного расположения задающей скважины к скважине, которая бурится при использовании магнитных градиентов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

По мере истощения легко доступных и легко добываемых углеводородных ресурсов существует увеличивающийся спрос на более продвинутые способы добычи. Одним таким способом является парогравитационный дренаж (SAGD), то есть способ, который использует пар в соединении с двумя удаленными друг от друга скважинами. В частности, SAGD предпринимает меры для решения проблемы подвижности тяжелой нефти в пласте с помощью нагнетания под высоким давлением высокотемпературного пара в пласт. Этот высокотемпературный пар под высоким давлением уменьшает вязкость тяжелой нефти, улучшая добычу. Нагнетание пара в пласт производится из первой скважины (нагнетательной), которая бурится выше и параллельно второй скважине (добывающей). По мере уменьшения вязкости тяжелой нефти в пласте вокруг первой скважины тяжелая нефть стекает в нижнюю вторую скважину, из которой добывается нефть. Предпочтительно, две скважины бурятся на расстоянии всего нескольких метров друг от друга. Расположение нагнетательной скважины должно достигаться с очень малыми допусками по расстоянию. Если нагнетательная скважина располагается слишком близко к добывающей скважине, добывающая скважина будет подвергаться воздействию очень высокого давления и температуры. Если нагнетательная скважина располагается слишком далеко от добывающей скважины, эффективность способа SAGD уменьшается. В целях помощи обеспечения того, что вторая скважина бурится и располагается, как желаемо, относительно первой скважины, часто проводится исследование обеих скважин в пласте. Эти способы исследования традиционно упоминаются как "дистанционирование".

Электромагнитные (ЭМ) системы и способы обычно используются в дистанционировании для определения направления и расстояния между двумя скважинами. В ЭМ системах определения расстояния продолговатая проводящая колонна труб, такая как обсадные трубы, располагается в одной из скважин. Эта скважина обычно упоминается как "целевая" скважина и обычно представляет собой нагнетательную скважину SAGD. В любом случае ток подводится к проводящей колонне труб целевой скважины низкочастотным источником тока. Токи текут по обсадным трубам и стекают в пласт. Токи вызывают ЭМ поле вокруг целевой скважины. ЭМ поля, вызванные токами на целевых обсадных трубах, измеряются при помощи системы датчиков электромагнитного поля расположенной в другой скважине, которая обычно является скважиной в процессе бурения. Эта вторая скважина обычно представляет собой добывающую скважину SAGD. Измеренное магнитное поле может затем быть использовано для определения расстояния, направления и угла между двумя скважинами. Системы определения расстояния, в которых ток подводится в целевую скважину для индуцирования магнитного поля, упоминаются как "активные" системы определения расстояния.

Одним из решений, которое используется в ЭМ дистанционировании, является использование устройств дистанционирования для прямого детектирования и измерения расстояния между двумя скважинами, после того как более поздняя скважина уже пробурена. Два хорошо известных коммерческих подхода, использующие оборудование в обоих скважинах (нагнетательной и добывающей), основаны на вращающихся магнитах или магнитных способах наведения. Однако эти подходы не являются желательными поскольку они требуют две отдельные и различные команды для управления оборудованием в каждой скважине, то есть, сервисной команды на добывающей скважине и команды каротажа во время бурения на нагнетательной скважине, что не является экономически эффективным. Один из известных в данной области техники подходов использует оборудование только в одной скважине (нагнетательной скважине) для передачи тока к целевой скважине (добывающей скважине), после чего используется абсолютное измерение магнитного поля для расчета расстояния. Одним значительным недостатком этого способа является то, что способ может давать ненадежный результат из-за вариаций тока в целевой трубе.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Различные варианты реализации настоящего изобретения будут более понятны из подробного описания, приведенного ниже, и из приложенных графических материалов различных вариантов реализации изобретения. В графических материалах аналогичные номера ссылок могут указывать на идентичные или функционально аналогичные элементы. Графические материалы, в которых элемент появляется впервые, в основном, отображается самой левой цифрой в соответствующем ссылочном номере.

Фиг. 1 иллюстрирует вариант реализации системы дистанционирования отдельной скважины на основании градиентов в операции бурения SAGD.

Фиг. 2 иллюстрирует вариант реализации системы дистанционирования отдельной скважины на основании градиентов в операции разгрузки скважины.

Фиг. 3 иллюстрирует множество вариантов реализации конфигураций источника и изоляции для скважинной системы дистанционирования на основании градиентов.

Фиг. 4 иллюстрирует принципы измерений на основании градиентов скважинной системы дистанционирования на основании градиентов.

Фиг. 5 иллюстрирует конфигурацию линейки электродов для скважинной системы дистанционирования на основании градиентов.

Фиг. 6 иллюстрирует принцип магнитных измерений на основании градиентов скважинной системы дистанционирования на основании градиентов.

Фиг. 7 иллюстрирует 3-, 4- и 8-дипольные структуры для скважинной системы дистанционирования на основании градиентов.

Фиг. 8 является графическим изображением неопределенности в абсолютных измерениях при измерениях градиента магнитного поля.

Фиг. 9 иллюстрирует способ измерения расстояния с использованием скважинной системы дистанционирования на основании градиентов.

Фиг. 10 является схемой последовательности операций способа дистанционирования скважинной системы дистанционирования на основании градиентов, использующей градиенты магнитного поля.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Последующее описание может повторять номера ссылок и/или буквы ссылок в различных примерах. Это повторение служит для упрощения и ясности и само по себе не указывает на связь между обсуждаемыми различными вариантами реализаций и/или конфигураций. Дополнительно, пространственные относительные термины, такие как "ниже", "под", "нижняя", "над", "выше", "вверх по стволу скважины", "вниз по стволу скважины", "выходной поток", "нагнетаемый поток" и подобные, могут в данном документе использоваться для облегчения изложения для описания одного элемента или связи детали с другой (другими) деталью (деталями) или элементом (элементами), как проиллюстрировано на фигурах. Пространственные относительные термины предназначены для охватывания различных ориентаций устройства при применении или работе в дополнение к ориентациям, проиллюстрированным в фигурах. Например, если устройство в фигурах перевернуто, элементы, описанные как находившиеся "ниже" или "под" другие элементы или детали будут затем сориентированы "выше" других элементов или деталей. Таким образом, примерный термин "ниже" может охватывать обе ориентации выше и ниже. Устройство может быть сориентировано по-другому (повернуто на 90 градусов или в других ориентациях) и пространственные относительные описания, используемые здесь, могут подобным образом соответственно интерпретироваться.

Обратимся сначала к фиг. 1 и 2, первая скважина 10 пролегает от устья скважины 11 в пласт 12 от поверхности 13 пласта. Располагаемым в скважине 10 вдоль по меньшей мере части ее длины является продолговатый проводящий элемент 14, который, в общем, ориентируется в скважине 10 так, чтобы аксиально с ней совпадать. Скважина 10 может быть обсажена или не обсажена. По длине скважина 10 обсажена в некоторых вариантах реализации изобретения проводящим элементом 14 могут быть обсадные трубы или хвостовик обсадной колонны расположенные в скважине 10. Либо для обсаженной, либо для необсаженной скважины в некоторых вариантах реализации изобретения проводящий элемент 14 может быть колонной труб, буровой колонной, трубопроводом, электрическим проводом или другим проводящим корпусом, расположенным в первой скважине 10. В любом случае, целью является обеспечение пути для потока тока через значительную длину задающей скважины, и поэтому может быть использован любой проводящий путь, служащий этой цели. Более того, проводящий элемент 14 в основном располагается в скважине 10 для излучения магнитного поля радиально наружу от скважины 10.

В некоторых вариантах реализации изобретения первая скважина 10 может содержать вертикальный участок 16 и направленный участок 18. Направленный участок 18 бурится от вертикального участка 16 по желаемому азимутальному пути и желаемому наклонному пути.

Продолжая ссылаться на фиг. 1 и 2, на них проиллюстрирована вторая скважина 28 в процессе бурения. В основном проиллюстрирована связанная с ней бурильная система 30. Бурильная система 30 может содержать бурильную платформу 32, расположенную над пластом 12, и оборудование устья скважины 34, содержащее противовыбросовые устройства 36. Платформа 32 может быть расположена для подъема и спуска транспортного механизма 48 во второй скважине 28.

Система подведения электрического тока 50 удерживается транспортным механизмом 48. Система подведения тока 50 содержит пару электродов, а именно эмиттерный электрод "Е" и возвратный электрод "R". Электромагнитный (ЭМ) датчик 51 прикрепляется к краю транспортного механизма 48. В некоторых вариантах реализации изобретения электромагнитный датчик 51 может измерять по меньшей мере одну составляющую магнитного поля или градиент магнитного поля. В некоторых вариантах реализации изобретения электромагнитный датчик 51 может измерять по меньшей мере одну составляющую электрического поля или градиент электрического поля. ЭМ датчик 51 содержит по меньшей мере датчик магнитного градиента или магнитный градиометр (приемник). В любом случае в некоторых предпочтительных вариантах реализации изобретения система подведения тока 50 и ЭМ датчик 51 размещаются вместе в исследуемой скважине, такой как вторая скважина 28. Система подведения тока 50 и ЭМ датчик 51 вместе формируют инструмент для ЭМ дистанционирования. Эти составляющие инструмента могут быть собраны вместе как отдельная втулка или они могут быть расположены отдельно по колонне труб.

По существу, бурильная система 30 используется для активного бурения второй скважины 28, а система подведения электрического тока 50 и ЭМ датчик 51 могут быть частью компоновки низа бурильной колонны (КНБК) 52 бурильной системы. В таких вариантах реализации изобретения транспортный механизм 48 может быть насосно-компрессорной колонной или бурильной колонной, содержащей КНБК 52, прикрепленную к концу колонны 48. КНБК 52 содержит буровое долото 54. КНБК может также содержать силовой модуль 56, такой как забойный турбинный двигатель, модуль направления 58, модуль управления 60, другие датчики и инструментальные модули 62. Специалистам в данной области техники будет понятно, что КНБК 52, проиллюстрированная на фиг. 1, может быть системой измеряющей во время бурения или проводящей каротажные измерения во время бурения, в которой пассивное дистанционирование может использоваться для направления бурильного долота 54 во время того, как бурильная колонна располагается в скважине 28.

Транспортировочная система 48 может быть кабелем, таким как талевый кабель, канат или подобный, и использоваться для нижней системы подведения тока 50 в скважину 28. Питание и связь с системой подведения тока 50, если такое есть, может быть подведено локально соответствующими модулями 56-62 или может быть передано по транспортировочной системе 48.

Модуль забойного турбинного двигателя 56 управляется потоком бурового раствора, и в свою очередь управляет буровым долотом 54 для прокладывания второй скважины 28 по желаемому пути 32. Желаемый путь 32 проиллюстрирован как проходящий параллельно горизонтальному участку скважины 10, поскольку во многих случаях, таких как парогравитационный дренаж (SAGD) или дегазификация угольного пласта, желательно бурить множество близкорасположенных параллельных скважин. Модуль забойного турбинного двигателя 56 может обеспечивать питание системы подведения тока 50 и/или ЭМ датчика 51.

Модуль направления 58 позволяет скважине 28 пролегать в желаемом направлении. Множество подходящих направляющих механизмов хорошо известны, например, направляющие лопасти, узлы "скважинного кривого переводника" и вращательные направляемые системы. Конфигурация направляющего механизма может быть установлена и регулируема командами системы управления 64 на поверхности, такой как передвижная каротажная станция или другая управляющая платформа. Альтернативно, модуль управления 60 может быть запрограммирован на желаемый маршрут, и он может направлять направляющий механизм как необходимо направить скважину по желаемому пути.

Хотя система подведения тока 50 и ЭМ датчик 51, описанные в данном документе, проиллюстрированы относительно буровых систем наземного базирования, изобретение также включает использование надводных и подводных буровых систем.

Более того, расположение системы подведения тока 50 и ЭМ датчик 51 не ограничивается какой-либо отдельной ориентацией первой и второй скважин. Как проиллюстрировано на фиг. 1, первая и вторая скважины 10, 28, соответственно, являются, по существу, горизонтальными скважинами. В таком случае система подведения тока 50 и ЭМ датчик 51 могут быть особенно полезны в дистанционировании для операций SAGD. Альтернативно, как проиллюстрировано на фиг. 2, первая и вторая скважины 10, 28, соответственно, являются, по существу, вертикальными скважинами. Таким образом, система подведения тока 50 и ЭМ датчик 51 могут быть использованы в бурении разгрузочных скважин или пересекающихся скважин, таких как если необходимо установить прямую гидравлическую связь между двумя скважинами. Это, например, может быть особенно полезно в операциях заглушки скважин.

В любом случае система управления 31 также может быть размещена для управления бурильной системой 30 на основании ЭМ дистанционирования, использующего систему подведения тока 50 и ЭМ датчик 51.

По-прежнему ссылаясь на фиг. 1-2, а также на фиг. 3, скважинная система дистанционирования 38 состоит из двух частей, расположенных вместе в исследуемой скважине: (i) источник тока, а именно система подведения тока 50 (эмиттерный электрод Е и возвратный R электроды) которые вводят переменные токи в пласт 12, в котором токи распространяются, и затем через проводящий элемент 14 в первой скважине 10 и (ii) ЭМ датчик 51, а именно датчик магнитного градиента или магнитный градиометр (приемник), который детектирует градиент магнитного поля вызванного этими переменными токами на проводящем элементе 14. В некоторых вариантах реализации изобретения и система подведения тока 50, и ЭМ датчик 51 присоединены или являются частью бурильной колонны 48, которая также удерживает буровое долото 54 во второй скважине 28. В одном или более вариантах реализации изобретения ЭМ датчик 51 может быть расположен вблизи или около бурового долота 54. В любом случае расстояние и направление к цели может быть рассчитано в результате анализа измеренных градиентных магнитных полей.

Фиг. 3a-3g иллюстрируют различные варианты реализации системы подведения тока 50 и ЭМ датчика 51. В вариантах реализации изобретения ЭМ датчик 51 удерживается в забое бурильной колонной 48 системы подведения тока 30 и может быть расположен близи или около бурового долота 54. Как проиллюстрировано, каждая система подведения тока 50 использует пару электродов, а именно эмиттерный "Е" электрод и возвратный "R" электрод, расположенные в скважине 28 для управления следованием тока к и от проводящего элемента, таким образом, улучшая генерацию ЭМ поля от проводящего элемента 14 в первой скважине 10. Эмиттерный электрод Е и возвратный электрод R могут быть расположены вблизи друг друга или отдельно друг от друга. Предпочтительно, электроды Е и R находятся в прямом контакте с буровым раствором или пластом 12. Вместе с ЭМ датчиком 51, такое размещение позволяет устойчивое дистанционирование отдельной скважины, что важно для приложений SAGD. Дополнительно к эмиттерному электроду Е и возвратному электроду R, варианты реализации системы подведения тока 50 могут содержать один или более изоляторов или разделительные втулки G расположенные вдоль колонны для изолирования одного или более эмиттеров Е, одного или более возвратных электродов R и ЭМ датчиков 51. Более того, разделительная (разделительные) втулка (втулки) G может (могут) быть выбрана (выбраны) и расположена (расположены) для управления пути тока, так как проиллюстрировано линиями тока 34, или другим образом направить ток в особом направлении, для улучшения электромагнитного поля, в общем показанного как 36, излучаемого от проводящего элемента. В данном документе принято, что "разделительная втулка" обозначает изолятор, такой как интервал в проводящих участках колонны труб или изолирующий участок трубы или изоляторную втулку или любое другое непроводящее устройство, расположенное для ограничения потока тока через бурильную колонну.

На фиг. 3а эмиттерный электрод Е проиллюстрирован ниже возвратного электрода R, но в непосредственной близости к нему. В варианте реализации изобретения первая разделительная втулка G₁ расположена на бурильной колонне 48 между эмиттерным электродом Е и возвратным электродом R для обеспечения того, чтобы ток не проходил от эмиттерного электрода Е к возвратному электроду R по бурильной колонне 48. В этом варианте реализации изобретения система подведения тока 50 удалена от ЭМ датчика 51, который расположен вблизи или около бурового долота 54.

На фиг. 3b эмиттерный электрод Е проиллюстрирован ниже возвратного электрода R. В этом варианте реализации изобретения возвратный электрод удален от эмиттерного электрода для минимизации прямой передачи тока бурильной колонной 48. В этом варианте реализации изобретения система подведения тока 50 также отделена от ЭМ датчика 51, который расположен вблизи или около бурового долота 54.

На фиг. 3c эмиттерный электрод Е проиллюстрирован ниже возвратного электрода R, но в непосредственной близости к нему. В варианте реализации изобретения первая разделительная втулка G₁ расположена в бурильной колонне 48 между эмиттерным электродом электрода Е и возвратным электродом R для обеспечения того, что ток не проводится от эмиттерного электрода Е к возвратному электроду R бурильной колонной 48. Так же вторая разделительная втулка G₂ располагается в бурильной колонне 48 между эмиттерным электродом Е и ЭМ датчиком 51, который расположен вблизи или около бурового долота 54. Разделительная втулка G₂ обеспечивает то, что ток не проводится от эмиттерного электрода Е к ЭМ датчику 51 бурильной колонной 48, таким образом, минимизируя ЭМ поля от бурильной колонны 48, которые могут взаимодействовать с измерениями ЭМ датчиком 51 ЭМ полей от первой скважины 10. Этот вариант реализации изобретения допускает расположение ЭМ датчика 51 в непосредственной близости к системе подведения тока 50.

На фиг. 3d эмиттерный электрод Е проиллюстрирован ниже возвратного электрода R, но в непосредственной близости к нему. В варианте реализации изобретения первая разделительная втулка G₁ расположена в бурильной колонне 48 между эмиттерным электродом Е и возвратным электродом R для обеспечения того, что ток не проводится от эмиттерного электрода Е к возвратному электроду R бурильной колонной 48. Так же вторая разделительная втулка G2 располагается в бурильной колонне 48 между эмиттерным электродом Е и ЭМ датчиком 51, который расположен вблизи или около бурового долота 54. Разделительная втулка G₂ обеспечивает то, что ток не проводится от эмиттерного электрода Е к ЭМ датчику 51 бурильной колонной 48, таким образом, минимизируя ЭМ поля от бурильной колонны 48, которые могут взаимодействовать с измерениями ЭМ датчика 51 ЭМ поля от первой скважины 10. Этот вариант реализации изобретения допускает расположение ЭМ датчика 51 в непосредственной близости к системе подведения тока 50. Например, ЭМ датчик 51 может быть удален от эмиттерного электрода Е только на короткое расстояние, данное тем, что здесь между ними расположена разделительная втулка G2. Дополнительно, третья разделительная втулка G₃ располагается в бурильной колонне 48 выше возвратного электрода R для того, чтобы направлять токи идущие обратно от проводящего элемента 14 через пласт 12 к возвратному электроду R. Это дает в результате более сильное или более концентрированное ЭМ поле от проводящего элемента 14.

На фиг. 3e эмиттерный электрод Е проиллюстрирован ниже возвратного электрода R, но в непосредственной близости к нему. В этом варианте реализации изобретения возвратный электрод удален от эмиттерного электрода для минимизации прямой передачи тока бурильной колонной 48. Разделительная втулка G₁ располагается в бурильной колонне 48 между эмиттерным электродом Е и ЭМ датчиком 51, который расположен вблизи или около бурового долота 54. Разделительная втулка G₁ обеспечивает то, что ток не проводится от эмиттерного электрода Е к ЭМ датчику 51 бурильной колонной 48, таким образом, минимизируя ЭМ поля от бурильной колонны 48, которые могут взаимодействовать с измерениями ЭМ датчиком 51 ЭМ поля от первой скважины 10. Этот вариант реализации изобретения допускает расположение ЭМ датчика 51 в непосредственной близости к системе подведения тока 50. Например, ЭМ датчик 51 может быть удален от эмиттерного электрода Е только коротким расстоянием, данным тем, что разделительная втулка G₁ расположена здесь между ними. Дополнительно, разделительная втулка G₂ расположена в бурильной колонне 48 выше возвратного электрода R так, чтобы направлять токи, идущие обратно от проводящего элемента 14 через пласт 12 к возвратному электроду R. Это дает в результате более сильное или более концентрированное ЭМ поле от проводящего элемента 14.

На фиг. 3f эмиттерный электрод Е удерживается та левым канатом 40, который расположен внутри бурильной колонны 48. В этом варианте реализации изобретения возвратный электрод R (не показан) располагается на поверхности 13 (смотри фиг. 1). В этом варианте реализации изобретения система подведения тока 50 и, в частности, эмиттерный электрод Е также отделен от ЭМ датчика 51, который расположен около бурового долота 54.

На фиг. 3g, подобно фиг. 3f, эмиттерный электрод Е удерживается талевым канатом 40 который расположен внутри бурильной колонны 48. В этом варианте реализации изобретения возвратный электрод R (не показан) расположен на поверхности 13 (смотри фиг. 1). В этом варианте реализации изобретения система подведения тока 50, и в частности, эмиттерный электрод Е, так же расположен отдельно от ЭМ датчика 51, который расположен около бурового долота 54. Разделительная втулка G расположена в бурильной колонне 48 между эмиттерным электродом Е и поверхностью 13 (фиг. 1), на которой расположен возвратный электрод R. Разделительная втулка G обеспечивает то, что ток не проводится от эмиттерного электрода Е к возвратному электроду R по бурильной колонне 48.

Хотя и не проиллюстрировано, в конфигурациях фиг. 3f или 3g, разделительная втулка может также быть расположена между эмиттерным электродом Е и ЭМ датчиком 51. Разделительная втулка расположенная таким образом обеспечивает то, что ток не проводится от эмиттерного электрода Е к ЭМ датчику 51 бурильной колонной 48, таким образом, минимизируя ЭМ поля от бурильной колонны 48, которые могут взаимодействовать с измерениями ЭМ датчика 51 ЭМ поля от первой скважины 10. Этот вариант реализации изобретения допускает расположение ЭМ датчика 51 в непосредственной близости к системе подведения тока 50.

Хотя система описывается, в первую очередь, как содержащая источник (эмиттерный электрод Е и возвратный R) в той же скважине, что и датчик магнитного градиента, в других вариантах реализации изобретения эмиттерный электрод Е и возвратный электрод R могут быть расположены в целевой скважине, или на поверхности или в другой позиции отличной от второй скважины.

В некоторых предпочтительных вариантах реализации изобретения ЭМ датчик 51 может содержать магнетометр, который может быть использован для измерения абсолютного магнитного поля для получения общего направления, таким образом улучшая магнитный градиентную системы, описанной в данном документе. Альтернативно, такой магнетометр может быть отделен от ЭМ датчика 51. Рассматривается так, что система, измеряющая абсолютное магнитное поле может быть использована для общего ориентирования бурильной колонны относительно целевой скважины. В отличие от этого магнитный градиометр ЭМ датчика 51, использующий магнитный градиент, используется для определения значительно более точных расстояний и соответствующих положений двух скважин.

Система подведения тока 50 содержит контролируемый напряжением или током передатчик 38, и он предпочтительно изменяется как очень низкие частоты порядка 0,02-250 Гц для генерирования тока подводимого эмиттерным электродом Е. Передатчик 38 может быть локально удерживаем бурильной колонной 48, такой как часть силового модуля 56, или расположена на поверхности с проводящим кабелем, пролегающим вниз к эмиттерному электроду Е, как проиллюстрировано на фиг. 1.

Как указано выше, способ и система магнитного градиента, в общем, будет описана как содержащая эмиттерный Е и возвратный R электроды, наряду с датчиком магнитного градиента, в той же бурильной колонне во второй скважине. Однако способ и система магнитного градиента, описанные в данном документе, не ограничиваются этим построением. Так, в некоторых вариантах реализации изобретения эмиттерный Е или возвратный R электроды, или оба, могут быть расположены вне второй скважины, такой как, например, поверхность пласта 13.

Несмотря на выше сказанное, в некоторых предпочтительных вариантах реализации изобретения, как проиллюстрировано на фиг. 3a-3e, эмиттерный электрод Е и возвратный электрод R удерживаются в бурильной колонне 48 во второй скважине 28. Доставка тока за пределы бурильной колонны 48 может быть достигнута с помощью проводящего кронштейна или другого устройства, удерживающего электрод Е, которое электрически соединяется с передатчиком 38 (смотри фиг. 1).

С целью минимизации прямых возвратных токов через бурильную колонну 48 между эмиттерным электродом Е и возвратным электродом R, и улучшения усиления части тока, который проходит к проводящему элементу 14, между эмиттерным электродом Е и возвратным электродом R (смотри фиг. 3a, 3c и 3d) может быть расположена изолирующая разделительная втулка G.

Более того, для минимизации потока тока от эмиттерного электрода Е по бурильной колонне 48 к магнитному градиометру ЭМ датчика 51, причем ток может влиять на работоспособность магнитного градиометра, между эмиттерным электродом Е и ЭМ датчиком 51 (смотри фиг. 3c, 3d и 3e) в бурильной колонне 48 может быть расположена разделительная втулка G.

Так же для изолирования приемного электрода R с целью максимизации потока тока к приемному электроду R и предотвращения приема тока большой длинной бурильной колонны 48 (что снижает производительность системы дистанционирования) разделительная втулка G может быть расположена на одной или обеих сторонах, то есть выше или ниже, приемного электрода R (смотри фиг. 3d и 3e).

Таким образом, в некоторых предпочтительных вариантах реализации изобретения желательно использовать по меньшей мере две разделительные втулки G вдоль бурильной колонны 48 для минимизации передачи тока между участками бурильной колонны 48, такими как между эмиттерным электродом Е и магнитным градиометром ЭМ датчика 51, так же как для максимизации потока тока к возвратному электроду R.

Ток на проводящий элемент 14 первой скважины 10 может быть максимизирован увеличением расстояния между эмиттерным электродом Е и возвратным электродом R в случае, когда они расположены в бурильной колонне 48 (смотри фиг. 3b и 3e). В этих вариантах реализации изобретения проводящие части бурильной колонны 48 могут действовать как источник и они могут увеличивать эффективное разделение электродов, улучшая усиление глубины проникновения токов. Из-за утечки тока ток на трубе в конечном итоге существенно покидает трубу, таким образом, ограничивая длину трубы, которая действует как источник. Предпочтительно, в последующих вариантах реализации изобретения размер разделительной втулки выбран достаточно большим для эффективного достижения, однако достаточно малым, чтобы не нарушить целостность и стоимость бурильной колонны.

Если эмиттерный электрод Е и возвратный электрод R достаточно разделены друг от друга, разделительная втулка между эмиттерным электродом Е и возвратным электродом R может быть удалена из бурильной колонны 48. Однако, в таком случае, желательно увеличить такое разделение для минимизации передачи тока по бурильной колонне 48. Например, в некоторых предпочтительных вариантах реализации изобретения эмиттерный электрод Е и возвратный электрод R разделены по меньшей мере 200 футами (смотри фиг. 3b и 3e).

В другом варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на фиг. 3(f) и 3(g), ток доставляется от талевого каната 40 расположенного внутри бурильной колонны 48 с помощью возвратного электрода R установленного на поверхности 13 (смотри фиг. 1). В обоих случаях токи 34, которые покидают эмиттерный электрод Е проходят через пласт 12 к проводящему элементу 14 (смотри фиг. 1). Ток 34 затем проходит через проводящий элемент 14, в основном, по оси z. Ток 34 затем проходит от проводящего элемента 14 обратно в пласт, и в конечном итоге, ток 34 проходит к возвратному электроду R, замыкая цепь.

Если эмиттерный электрод Е, удерживаемый талевым канатом 40, значительно удален от поверхности 13, вариант реализации изобретения, проиллюстрированный на фиг. 3(f), не требует разделительной втулки. Однако, для неглубоких приложений или применений в которых эмиттерный электрод Е располагается вблизи устья второй скважины 48, разделительная втулка может увеличить количество тока, поставляемого проводящему элементу 14, такая как разделительная втулка G, проиллюстрированная на фиг. 3(g).

В любом случае с ссылкой на варианты реализации изобретения, проиллюстрированные на фиг. 3(f) и 3(g), дополнительная разделительная втулка может быть расположена между эмиттерным электродом Е и ЭМ датчиком 51.

Расположение эмиттерного электрода Е относительно возвратного электрода R также оказывает значительный эффект на производительность. В случае, если расположены отдельный возвратный электрод R и эмиттерный электрод Е, такие как в конфигурации, проиллюстрированные на фиг. 3(a), ток в проводящем элементе 14 демонстрирует два нуля (a1, a2), как проиллюстрировано на фиг. 4. ЭМ датчик 51 теоретически требует расположения около или вблизи максимума распределения тока, проиллюстрировано на (b) по фиг. 4, для максимизирования эффективности дистанционирования. Однако, хотя токи максимальны между эмиттерным электродом Е и возвратным электродом R, размещение ЭМ датчика 51 в этом промежутке не является преимуществом, поскольку датчики будут подвергаться сильному влиянию прямого соединения токов в пласте 12 и бурильной колонне 48 между эмиттерным электродом Е и возвратным электродом R. В результате, идеальным расположением ЭМ датчика 51 является расположение вблизи двух максимумов значения тока проводящего элемента (два минимума по фиг. 3). Поскольку точное распределение токов в бурильной колонне 48 и проводящем элементе 14 не известно, не всегда возможно использовать оптимальную конфигурацию. В результате, в общем случае необходимо выбирать компромиссное положение. Следует отметить, что неожиданно большие изменения в распределении тока проводящего элемента могут также (i) вырабатывать уменьшающие (нулевые) действующие значения токов вблизи ЭМ датчика 51, или (ii) изменять направление тока. Формирование может быть облегчено использованием отдельных эмиттерного электрода Е или возвратного электрода R как проиллюстрировано на фиг. 5а и 5b. Другими словами, используя два эмиттерных электрода E₁ и E₂ (как проиллюстрировано на фиг. 5а) или два возвратных электрода R₁ и R₂ (как проиллюстрировано на фиг. 5b), нули (a1, a2), проиллюстрированные на фиг. 4, могут быть устранены от влияния на общие данные. Как проиллюстрировано на фиг. 5а и 5b, разделительные втулки G также могут быть использованы в такой конфигурации в соответствии с описанным выше.

Таким образом, в случае трех электродов для обеспечения большого сигнала во всех возможных случаях могут быть выбраны два различных расстояния между эмиттерным электродом Е и возвратным электродом R. В качестве неограничивающего примера, на фиг. 5а, один эмиттерный электрод E₁ может быть выбран на расстоянии 3-10 футов от возвратного электрода R, а другой эмиттерный электрод Е₂ может быть выбран на расстоянии 5-20 футов от возвратного электрода R. В конфигурации со множеством возвратных электродов R по фиг. 5b расстояние между возвратными электродами R₁ и R₂ от эмиттерного электрода Е может быть выбрано подобным образом.

Реверс тока может быть обнаружен на основании сравнения между знаками двух эмиттеров/возвратных электродов. Например, эмиттерная Е конфигурация с кратчайшим расстоянием от возвратного электрода R с большей вероятностью будет подвержена смене знака. В результате, знак этого измерения может быть использован для корректировки знака измерения с большим интервалом. Более того, также возможно сравнить уровни сигнала для определения и корректировки если произошла смена знака. Дополнительно, прошлые измерения могут быть использованы для определения и корректировки смен знака.

Следует отметить, что, хотя предшествующее описание расположения эмиттеров Е, возвратных электродов R и разделительных втулок было сделано в связи сдатчиком магнитного градиентами, специалисты в данной области техники поймут, что предшествующее может быть эквивалентно применено, и использовано для улучшения, существующих систем, которые используют магнитометрические измерения абсолютного магнитного поля.

Определение расстояния и направления проводящего элемента относительно второй скважины основано на магнитном поле, принимаемого одним или более ЭМ датчиками. ЭМ датчик может быть магнетометром расположенный для измерений абсолютного магнитного поля или приемник может быть датчиком магнитного градиента (или магнитным градиометром) расположенным для измерений градиентов магнитного поля.

В любом случае, определение расстояния и направления достигается использованием взаимосвязи между проводящим элементом и магнитным полем, принимаемым ЭМ датчиком(ами).

Н является вектором магнитного поля, I является током в проводящем элементе, r является кратчайшим расстоянием между ЭМ датчиком(ами) и проводящим элементом и φ является вектором, перпендикулярным к оси z ЭМ датчика(ов) и кратчайшему вектору который соединяет проводящий элемент с ЭМ датчиком(ами). Следует отметить, что эта простая взаимосвязь предполагает постоянный ток проводящего элемента через проводящий элемент, однако, специалистам в данной области техники будет понятно, что концепция может быть расширена на любое распределение тока, используя соответствующую модель. М