Глубокая азимутальная система с применением многополюсных датчиков

Глубокая азимутальная система с применением многополюсных датчиков

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Данная заявка относится к совместно рассматриваемой и принадлежащей этому же правообладателю международной заявки с номером ______, под названием "FORMATION IMAGING WITH MULTI-POLE ANTENNAS", поданной того же числа, что и данная заявка, _____2012 года; содержание совместно рассматриваемой международной заявки включено в данный документ посредством ссылки в полном объеме.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение, в целом, относится к системам, связанным с нефтегазопоисковыми работами.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

При бурении скважин для нефтегазопоисковых работ понимание структуры и свойств геологической формации, окружающей ствол скважины, обеспечивает информацию, облегчающую такие поисково-разведочные работы. Тем не менее, среда, в которой зачастую работают буровые инструменты, находится на значительном расстоянии вглубь от поверхности земли, и в этих местах выполняют измерения для управления работой такого оборудования. Каротаж представляет собой способ выполнения измерений с применением расположенных в забое скважины датчиков, которые могут обеспечивать ценную информацию относительно характеристик пласта. Методы измерения могут применять электромагнитные сигналы, способные выполнять глубокие измерения, которые в меньшей степени подвергаются воздействию ствола скважины и влиянию зоны проникновения фильтрата при бурении, а также неглубокие измерения, выполняемые вблизи инструмента, обеспечивающего сигналы зонда. Кроме того, практическая значимость таких измерений может быть связана с точностью или качеством информации, получаемой при таких измерениях.

При электромагнитном зондировании, которое может применяться относительно ствола скважины, приборы построения изображения могут достигать высокого азимутального разрешения, но не могут выполнять глубокие измерения. С другой стороны, некоторые стандартные каротажные приборы могут достигать большого радиуса исследования, но обеспечивают лишь ограниченную азимутальную информацию. Основное ограничение может быть связано с тем, что в традиционных приборах индукционного каротажа применяются диполи. Есть три вида методов, которые могут быть выполнены для достижения азимутальной фокусировки: при помощи размещения, при помощи апертуры и при помощи поляризации.

Фокусировка при помощи размещения может быть достигнута посредством размещения датчиков вблизи зондируемой области, например, на подушке, которая может контактировать со стенкой ствола скважины. Ее применяют в приборах построения изображения ствола скважины; тем не менее, глубина их исследования ограничена применением одной скважины, так как глубина исследования находится в порядке азимутального разрешения. Применение фокусировки при помощи размещения проиллюстрировано на Фигуре 1 слева от вертикальной пунктирной линии.

Фокусировка при помощи апертуры может быть достигнута посредством применения специальной апертуры, такой как рупорная или параболическая антенна. Хотя такая система очень эффективна и может достигать очень высокого азимутального разрешения в воздухе, в проводящей формации она может терять свою азимутальную фокусировку на небольшом расстоянии от апертуры в связи с дисперсионными характеристиками пласта. Применение фокусировки при помощи апертуры также проиллюстрировано на Фигуре 1 слева от вертикальной пунктирной линии.

Фокусировка при помощи поляризации, при применении в современной индукционной технологии, может быть глубокой, но может главным образом достигать трех азимутальных мод, причем только две из них активно применяются, причем электромагнитная мода представляет собой конфигурацию, такую как диаграмма направленности, электромагнитной волны. Это ограничение связано с применением дипольного волнового явления, ограничивающего азимутальную информацию, которая может быть собрана в глубине пласта, как проиллюстрировано на Фигуре 1 ниже горизонтальной пунктирной линии. В результате при помощи поляризации не было достигнуто получение высококачественных изображений глубоко в пласте.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Фигура 1 иллюстрирует изображение азимутальных мод относительно глубины исследования для методов фокусировки при помощи размещения, апертуры и поляризации.

Фигура 2 иллюстрирует глубокую чувствительность фокусировки с применением многополюсной индукции, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 3 иллюстрирует блок-схему типовой системы, содержащей прибор для выполнения измерений для обеспечения азимутальной чувствительности более высокого порядка, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 4А иллюстрирует типовой вариант реализации прибора, выполненного в виде системы зондирования в индукционной системе для обеспечения возможности поляризационной фокусировки, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигуры 4В-4С иллюстрируют типовые ориентации диполей, которые могут быть выполнены в каждой подстанции Фигуры 4А для возбуждения более высоких мод, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигуры 5А-5С иллюстрируют три типовые конфигурации датчиков, которые могут достигать азимутальной чувствительности n-го порядка, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 6 иллюстрирует типовое размещение датчика и чувствительность для различных мод, соответствующих конфигурации, проиллюстрированной на Фигуре 5А, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 7 иллюстрирует типовое размещение датчика и чувствительность для различных мод, соответствующих конфигурации, проиллюстрированной на Фигуре 5В, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 8 иллюстрирует типовое размещение датчика и чувствительность для различных мод, соответствующих конфигурации, проиллюстрированной на Фигуре 5С, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 9А иллюстрирует типовой многополюсный прибор индукционного каротажа с применением отдельно регулируемых катушек, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 9В иллюстрирует вид сверху вниз отдельных катушек по окружности многополюсного прибора индукционного каротажа Фигуры 9А, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 9С иллюстрирует, в виде таблицы, типовые полярности возбуждения, применяемые для различных мод, применяемых к катушкам многополюсного прибора индукционного каротажа Фигуры 9А, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 10А иллюстрирует вариант реализации типового многополюсного прибора индукционного каротажа, который применяет вращающиеся катушки, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 10В иллюстрирует вид сверху вниз отдельной катушки Фигуры 10А, вращающейся по окружности многополюсного прибора индукционного каротажа, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 10С иллюстрирует, в виде таблицы, типовые полярности возбуждения, применяемые для различных мод, применяемых к катушкам многополюсного прибора индукционного каротажа в различных угловых положениях, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 11А иллюстрирует типовой многополюсный прибор индукционного каротажа с применением обмотки с периодическим шагом, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 11В иллюстрирует типовую обмотку с периодическим шагом, соединенную с источником возбуждения, который может быть применен на приборе Фигуры 11А, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигуры 11C-11D иллюстрируют типовые обмотки с периодическим шагом, которые могут быть применены на приборе Фигуры 11А, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 12 иллюстрирует вариант реализации типового многополюсного прибора индукционного каротажа с применением направленного потока, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 13 иллюстрирует блок-схему варианта реализации системы сбора данных, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 14 иллюстрирует типовой метод обработки, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 15 иллюстрирует типовой метод обработки, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 16 иллюстрирует смешивание мод в связи с механическим дефектом с применением результатов моделирования, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 17 иллюстрирует результаты азимутальной фокусировки для различных азимутов фокусировки, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 18 иллюстрирует типовые операции для обратной свертки относительно отклика на основании импульсного анализа среды, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 19 иллюстрирует применения типового прибора, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигуры 20A-20D иллюстрируют четыре различных моделируемых случая возможности построения глубокого изображения по варианту реализации многополюсного прибора, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 21 иллюстрирует блок-схему средств варианта реализации системы, содержащей многополюсный сенсорный прибор, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

Фигура 22 иллюстрирует вариант реализации системы на буровой площадке, при этом система содержит многополюсный сенсорный прибор в соответствии с различными вариантами реализации изобретения.

ПОДРОБНОЕ РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следующее подробное описание ссылается на прилагаемые графические материалы, которые иллюстрируют, в качестве иллюстрации, а не ограничения, различные варианты реализации изобретения, в которых изобретение может быть осуществлено на практике. Эти варианты реализации изобретения описаны достаточно подробно, чтобы позволить специалистам в данной области техники осуществить на практике эти и другие варианты реализации. Могут быть применены другие варианты реализации изобретения, и в этих вариантах реализации могут быть выполнены структурные, логические и электрические изменения. Различные варианты реализации изобретения не обязательно являются взаимоисключающими, так как некоторые варианты реализации могут быть скомбинированы с одним или более другими вариантами реализации для получения новых вариантов реализации. Таким образом, следующее подробное описание не следует рассматривать в ограничивающем смысле.

В различных вариантах реализации изобретения индукционная система, на основании поляризационной фокусировки, может достигать глубокого азимутального зондирования. При такой системе глубокое азимутальное зондирование может быть достигнуто даже в одном стволе скважины. Типовая система содержит многополюсные антенны, которые могут создавать глубокую азимутальную чувствительность и трехмерное (3D) изображение электромагнитных свойств пласта. Что касается азимутальных мод, связанных с глубиной исследования, метод поляризационной фокусировки типовой индукционной системы может обеспечивать применение в областях графика Фигуры 1 выше горизонтальной пунктирной линии и справа от вертикальной пунктирной линии. Кроме того, метод поляризационной фокусировки может обеспечивать применение в областях графика Фигуры 1 выше горизонтальной пунктирной линии и слева от вертикальной пунктирной линии.

В различных вариантах реализации изобретения системы и способы включают один или более многополюсных датчиков, расположенных с возможностью создания глубокой азимутальной чувствительности высокого порядка. Глубокий означает диапазон, при котором обнаруживается приближение рассеяния электромагнитных волн (например, контур), и диапазон, по сути, линейно пропорционален расстоянию между зондирующим передатчиком и приемником. Он отличается от диапазона, пропорционального размеру ствола скважины. Азимутальная чувствительность высокого порядка означает кривую чувствительности, периодическую по форме, с периодичностью больше чем 2. Периодическая форма может быть синусоидальной или любой другой периодической формой. Глубокая азимутальная чувствительность высокого порядка означает комбинацию глубокой азимутальной чувствительности и азимутальной чувствительности более высокого порядка, как описано выше.

В рамках данного документа "многополюсный датчик" представляет собой датчик, который может создавать электрические поля с гармоническим азимутальным распределением существенно более высокого порядка, то есть , где n>2 и r>r₀, φ представляет собой азимутальный угол в цилиндрических координатах с центром в датчике, φ₀ представляет собой фазу, r₀ представляет собой расстояние, сопоставимое с длиной волны, q представляет собой цилиндрическую или сферическую координату, a i представляет собой мнимое число. Например, многополюсный датчик может включать несколько дипольных датчиков, имеющих управляемую полярность. Понятно, что в связи с гармонической природой многополюсного датчика, в некоторых вариантах реализации изобретения, многополюсники с различными порядками n можно комбинировать с получением желаемой азимутальной диаграммы направленности на основании ряда Фурье.

Фигура 2 иллюстрирует глубокую чувствительность фокусировки с применением многополюсной индукции. На Фигуре 2 проиллюстрирована комбинация азимутальных мод более высокого порядка в чувствительности, где коэффициенты К для мод 2, 4, 6 и 8 предназначены для нормализации. В этом примере эти моды скомбинированы. Нижние индексы i_f, i_s и i_ϕ представляют собой индексы частоты, расстояния и азимутального угла. Такие индукционные системы могут создавать азимутальные моды высокого порядка в чувствительности; достигать глубокой азимутальной чувствительности; создавать глубокие 3D изображения свойств пласта; значительно улучшать оценку пласта и геофизическую/геомеханическую интерпретацию; значительно улучшать геонавигацию; и улучшать обнаружение, оценку и извлечение углеводородов.

Фигура 3 иллюстрирует блок-схему варианта реализации типовой системы, имеющей прибор для выполнения измерений для обеспечения азимутальной чувствительности более высокого порядка, в соответствии с различными вариантами реализации изобретения. Прибор 305 может иметь конфигурацию передающих датчиков и приемных датчиков, таких как передатчики и приемники 310-1, 310-2…310-(N-1), 310-N, структурированную относительно продольной оси 307 прибора 305. Передатчики и приемники 310-1, 310-2…310-(N-1), 310-N могут быть расположены с возможностью обеспечения работы многополюсной антенны. Конфигурация антенн передатчика и антенн приемника может быть структурирована вдоль продольной оси 307 прибора 305, которая, по сути, перпендикулярна поперечному сечению прибора, например, соответствующему поперечному сечению утяжеленной бурильной трубы в бурильной колонне.

Конфигурация передатчиков и приемников 310-1, 310-2…310-(N-1), 310-N может работать посредством выбора пар передатчик-приемник, определенного расстоянием между передатчиком и приемником в каждой соответствующей паре. Большие расстояния могут быть применены для зондирования перед буровым долотом и получения глубоких сигналов. Меньшие расстояния могут быть применены для зондирования в областях пласта вокруг прибора 305. Например, неглубокое измерение может включать сигналы из областей от около одного дюйма до около 10 футов от прибора, и глубокое измерение может включать сигналы из областей от около 5 футов до около 200 футов от прибора.

Устройство 300 может содержать блок 320 управления для управления активацией передатчиков прибора 305 и приема сигналов в приемниках прибора 305. Блок 320 управления может быть структурирован с возможностью выбора антенн из ряда антенн в одной или более парах передатчик - приемник, расположенных с возможностью обеспечения азимутальной чувствительности более высокого порядка при работе устройства в забое скважины. Блок 320 управления может работать параллельно с блоком 326 обработки данных для обработки сигналов, принятых от приемников в приборе 305.

Блок 326 обработки данных может быть структурирован с возможностью обработки данных от одного или более глубоких измерений. Блок 326 обработки данных может содержать средства для выполнения одного или более методов обработки сигналов от приемников в конфигурации передатчиков и приемников 310-1, 310-2…310-(N-1), 310-N. Блок 326 обработки данных может также применять созданные сигналы для определения свойств пласта вокруг ствола скважины, в которой расположен прибор. Принятые сигналы в приборе могут быть применены для принятия геонавигационных решений. Геонавигация представляет собой целенаправленное управление для корректировки направления бурения.

Методы анализа принятых сигналов могут включать различные применения операций инверсии, прямого моделирования, применения синтетических каротажных диаграмм и способов фильтрации. Операции инверсии могут включать сопоставление измерений с результатами моделирования, так что может быть определено значение или пространственное изменение физического свойства. Операция инверсии может включать определение изменения электрической проводимости в пласте из измерений индуцированных электрических и магнитных полей. Другие методы, такие как прямое моделирование, имеют дело с расчетом ожидаемых наблюдаемых значений относительно заданной модели. Синтетическая каротажная диаграмма представляет собой смоделированную диаграмму на основании моделируемого отклика прибора в известных параметрах пласта. Синтетическую каротажную диаграмму создают посредством численного моделирования взаимодействия прибора и пласта, как правило, включающего моделирование каждой глубины каротажа по точкам.

Блок 320 управления и/или блок 326 обработки данных могут быть совмещены с прибором 305, так что блок 320 управления и/или блок 326 обработки данных выполнены с возможностью работы в забое скважины 302. Блок 320 управления и/или блок 326 обработки данных могут быть распределены вдоль прибора 305. Блок 320 управления и/или блок 326 обработки данных могут быть расположены на поверхности скважины 302 с возможностью связи с прибором 305 с применением механизма связи. Такой механизм связи может быть выполнен в виде средства коммуникации, которое является стандартным для режима работы скважины. Блок 320 управления и/или блок 326 обработки данных могут быть распределены вдоль механизма, с помощью которого прибор 305 помещают в забой скважины 302. Устройство 300 может быть структурировано для реализации в стволе скважины в виде системы скважинных измерений в процессе бурения (ИПБ), такой как система проведения каротажа во время бурения (КВБ). Кроме того, устройство 300 может быть выполнено в конфигурации каротажных кабелей.

Фигура 4А иллюстрирует вариант реализации типового прибора 405, выполненного в виде системы зондирования в индукционной системе для обеспечения возможности поляризационной фокусировки. Прибор 405 может быть применен в системе, идентичной или подобной системе 300 Фигуры 3. Прибором можно управлять в индукционной системе для обеспечения механизму возможности достижения многополюсной системы зондирования. Прибор 405 может состоять из группы передающих датчиков и группы приемных датчиков в нескольких станциях. Каждая станция может состоять из ряда датчиков, находящихся в различных ориентациях, или которые работают с различными амплитудами сигналов. Передающие станции и приемные станции могут работать в парной конфигурации. Каждая пара передающих и приемных станций, по сути, может создавать одну азимутальную моду более высокого порядка или комбинацию таких мод в чувствительности. Примеры некоторых мод проиллюстрированы на Фигуре 2.

Несколько станций могут быть применены для достижения различной глубины обнаружения и могут повышать чувствительность в радиальном направлении. Датчики на каждой станции могут быть равномерно или неравномерно расположены по окружности структуры прибора, на котором расположены датчики. Датчики также могут образовывать произвольные двумерные (2D) или 3D решетки. Несмотря на то, что достижение более высоких азимутальных мод в чувствительности может зависеть от особой взаимосвязи между положениями передающих и приемных датчиков, ориентаций и интенсивности, может быть бесконечное число таких конфигураций. Каждый датчик может быть выполнен в виде магнитного диполя, электрического диполя или электрода.

Для возбуждения азимутальных мод более высокого порядка могут быть изменены ориентации диполей в каждой подстанции, как проиллюстрировано в примере на Фигурах 4В-4С. В одном варианте реализации изобретения все датчики могут быть запитаны одним проводом и изменено направление намотки провода, как показано на питании датчика, проиллюстрированного на Фигуре 4В. Это обеспечивает естественный баланс между различными интенсивностями датчиков, так как, по сути, тот же ток может проходить через каждый датчик. Отдельные провода также могут быть применены для каждого датчика, как показано на питании датчика, проиллюстрированного на Фигуре 4С. Это может обеспечивать явный контроль интенсивностей датчиков и помогать компенсировать производственные различия между датчиками.

Магнитные диполи могут быть выполнены с применением либо катушек, либо соленоидов. Реализации электрических диполей могут включать проволочные антенны, тороиды или электроды. В силу линейности электромагнитного волнового явления в формациях диполи в разных ориентациях могут быть искусственно объединены после измерения для создания сигналов от гипотетических диполей в разных ориентациях. Конфигурация, которая применяет это, представляет собой конфигурацию наклонной рамочной антенны. Кроме того, в связи с взаимозаместимостью, роли передатчика и приемников можно менять местами без каких-либо изменений в физических свойствах рассматриваемого прибора. Отклонение по глубине можно применять к сигналам от пар станций передатчика-приемника, которые не совмещены и имеют, по сути, такое же расстояние передатчик-приемник. Отклонение по глубине можно регулировать для обеспечения чувствительности различных пар, по сути, к одному и тому же объему пласта.

Чувствительность системы датчиков, которая состоит из передатчика и приемника, является результатом пространственной диаграммы направленности передачи передатчика и пространственной диаграммы направленности приема приемника. В результате, для азимутальной чувствительности в системе, по меньшей мере один прибор из передатчика или приемника имеет азимутальную диаграмму направленности передачи/приема. Можно наблюдать, что наличие азимутальной диаграммы направленности передачи/приема для датчиков (например, с применением многополюсных антенн) не приводит непосредственно к наличию соответствующей азимутальной чувствительности для объединенной системы передатчика-приемника. Действительно, особую взаимосвязь между положениями и ориентациями датчиков передатчика и приемника применяют для достижения глубокой азимутальной чувствительности высокого порядка.

Фигуры 5А-5С иллюстрируют три типовые конфигурации датчиков, которые могут достигать азимутальной чувствительности n-го порядка. Каждая конфигурация состоит из n передающих дипольных датчиков. Фигура 5А и Фигура 5В иллюстрируют две конфигурации датчиков, состоящие из n приемных дипольных датчиков наряду с n передающих дипольных датчиков. Третья конфигурация датчиков, проиллюстрированная на Фигуре 5С, состоит только из одного приемного датчика наряду с n передающих дипольных датчиков. Один приемный датчик третьей конфигурации датчиков расположен вдоль оси прибора. На Фигурах 5А-5С , , , , и означают радиальное положение i-го передатчика, угловое положение i-го передатчика в градусах, вектор ориентации i-го передатчика, радиальное положение i-го приемника, угловое положение i-го приемника в градусах, вектор ориентации i-го приемника. Вектор ориентации представляет собой вектор в направлении диполя датчика. Векторы , и представляют собой единичные векторы в цилиндрических координатах в радиальном, азимутальном направлении и направлении вдоль оси z. Так как вектор ориентации относится только к направлению, вектор ориентации Ui представляет собой единичный вектор . Параметр а представляет собой радиус окружности, где расположены датчики, то есть это радиус структуры прибора, на котором расположен датчик, причем структура прибора имеет цилиндрическую форму. Все диполи в этих конфигурациях могут иметь одинаковую интенсивность. Фигуры 5А-5С лишь обеспечивают примеры, и различные аналогичные конфигурации могут быть достигнуты посредством изменения настроек датчика. Эти изменения могут включать изменение положения, ориентации, интенсивности диполей или их комбинации.

Фигуры 6-8 иллюстрируют размещение датчика и чувствительность для различных мод в трех конфигурациях, проиллюстрированных на Фигурах 5А-5С, соответственно. На каждой фигуре есть четыре подфигуры, иллюстрирующие различные моды. Номер моды указан выше подфигур. В левой части подфигур показаны положение и ориентация датчика. "В" и "Из" означают датчики, указывающие внутрь и наружу окружности структуры прибора, на котором установлены датчики, соответственно. "С" и "СС" означают датчики, указывающие по часовой стрелке и против часовой стрелки по окружности структуры прибора, соответственно. Для каждой моды чувствительность в двух измерениях проиллюстрирована рядом с положениями и ориентациями датчиков, а чувствительность в одном измерении (1D) проиллюстрирована справа от 2D моделей. Данные, создающие 2D подграфики, могут быть классифицированы или выделены цветом таким образом, чтобы отображение данных, создающих 2D подграфики, указывало на величину чувствительности цветом, например, с применением красного для положительной и синего для отрицательной.

Кривые 672-1, 672-2, 674-1, 674-2, 676-1, 676-2, 678-1 и 678-2 в 1D подграфиках Фигуры 6 указывают на геометрический фактор. Кривые 672-3, 672-4, 674-3, 674-4, 676-3, 676-4, 678-3 и 678-4 в 1D подграфиках Фигуры 6 указывают на комплексный геометрический фактор. Кривые 772-1, 772-2, 774-1, 774-2, 776-1, 776-2, 778-1 и 778-2 в 1D подграфиках Фигуры 7 указывают на геометрический фактор. Кривые 772-3, 772-4, 774-3, 774-4, 776-3, 776-4, 778-3 и 778-4 в 1D подграфиках Фигуры 7 указывают на комплексный геометрический фактор. Кривые 871-1, 871-2, 872-1, 872-2, 873-1, 873-2, 874-1 и 874-2 в 1D подграфиках Фигуры 8 указывают на геометрический фактор. Кривые 871-3, 871-4, 872-3, 872-4, 873-3, 873-4, 874-3 и 874-4 в 1D подграфиках Фигуры 8 указывают на комплексный геометрический фактор. При моделировании работы приборов в соответствии с конфигурациями на этих фигурах применяют одну передающую станцию и одну приемную станцию, разделенные вдоль оси 10 футами с радиусом датчика а=4 дюймов с частотой 25 кГц. Из всех конфигураций и мод выбирали опорную фазу, равную 0°, поэтому во всех случаях наблюдается максимальная положительная чувствительность, равная 0°. Для достижения другой фазы возбуждения можно вращать как передатчики, так и приемники. В целом, для одной и той же моды применяют две различные фазы для получения фазовых и амплитудных характеристик для одной моды.

Азимутальная чувствительность во всех конфигурациях Фигур 5А-5С хорошо видна на самых верхних 2D подграфиках Фигур 6-8, в то время как самые нижние 1D подграфики Фигур 6-8 иллюстрируют синусоидальную модель. Радиальная чувствительность, как проиллюстрировано на самом верхнем 1D подграфике Фигур 6-8, иллюстрирует, насколько глубоко зондирует система. Следует отметить, что первые две конфигурации (Фигуры 5А и 5 В) могут выполнять глубокое зондирование, в то время как в третьей конфигурации (Фигура 5С) глубина зондирования уменьшается по мере увеличения азимутальных мод. Средние 1D подграфики Фигур 6-8 иллюстрируют осевую (по оси z) чувствительность, соответствующую вертикальному разрешению прибора. Как правило, желательно, чтобы в осевом графике чувствительности была небольшая ширина для увеличения вертикального разрешения. Тем не менее, узкие большие пики на широких пологих участках кривой среднего 1D подграфика указывают на так называемый эффект образования "рогов поляризации", который, как правило, является нежелательным. Как видно на фигурах, первые две конфигурации (Фигуры 5А и 5В) иллюстрируют некоторый приемлемый эффект образования "рогов поляризации". Последняя конфигурация (Фигура 5С) не демонстрирует какого-либо эффекта образования "рогов поляризации" и имеет большее вертикальное разрешение.

В целом, работа прибора применяет комбинацию из нескольких (N) азимутальных мод высокого порядка {n₁, n₂,.. n_N}. Смотри, например, Фигуру 2, которая указывает на то, как достичь азимутального разрешения посредством комбинации мод. В типовом варианте реализации изобретения совмещение конфигураций на Фигурах 5А-5С с разными n может быть применено в качестве конфигурации датчиков. Кроме того, две или более (N_ϕ) различных азимутальных фаз для одной и той же моды могут быть применены для того, чтобы разнообразить информацию. По азимутальной фазе означает, что выполняется то же самое измерение моды, но прибором, как передатчиком, так и приемником, который вращается. Это вращение может быть выполнено посредством физического вращения прибора или посредством предоставления отдельного набора датчиков для второй фазы. Предоставление отдельного набора датчиков для второй фазы может почти удвоить общее количество датчиков. Несколько фаз могут быть особенно эффективными при азимутальной фокусировке сигнала. Общее количество датчиков в этом случае будет представлять собой сумму количества датчиков для всех n={n₁, n₂,…n_N} раз N_ϕ за вычетом датчиков, которые могут быть разделены между различными модами и фазами.

Многополюсное возбуждение может быть достигнуто посредством введения азимутальной вариации на одном датчике. Пример такой вариации включает изменение плотности обмотки по азимуту на тороиде. В этом случае одного датчика может быть достаточно для создания азимутальных мод более высокого порядка. Кроме того, многополюсное возбуждение может быть достигнуто посредством вычитания сигнала от подчиненной станции при другом осевом положении в виде подавления для уменьшения нежелательных сигналов мод, таких как прямой сигнал между передатчиком и приемником. Концепция подавления хорошо известна и не будет обсуждаться в данном документе.

Второй подход предварительной обработки для системы может включать применение соотношения сигналов от двух различных станций, которые получают информацию от одной и той же моды. Посредством применения соотношения может быть исключен эффект дрейфа электронной аппаратуры или помехи корпуса прибора. Подход, который применяет соотношение для исключения таких эффектов, использовали для приборов индукционного каротажа с прижимным зондом системы проведения каротажа во время бурения (КВБ) и может быть применен к вариантам реализации системы многополюсников в индукционной системе для обеспечения поляризационной фокусировки. Применение подхода подавления и подхода соотношения может также удваивать количество датчиков, применяемых в системе.

Конфигурации, проиллюстрированные на Фигурах 5А и 5В, могут создавать азимутальную чувствительность только при четных числах азимутальных мод n, в то время как конфигурация Фигуры 5С может создавать азимутальную чувствительность как для четных, так и нечетных чисел n. Возможность применения только четных чисел мод приводит к 180° азимутальной неоднозначности в пространственной области. Обе конфигурации, проиллюстрированные на Фигурах 5А и 5В, обеспечивают возможность глубокого зондирования, но имеют 180° неоднозначность. Третья конфигурация, проиллюстрированная на Фигуре 5С, не обеспечивает возможности глубокого зондирования; тем не менее, не подвергается какой-либо неоднозначности. Комбинация этих типов конфигураций может обеспечивать возможность как глубокого зондирования, так и частичного или полного разрешения азимутальной неоднозначности в системе зондирования.

Фигура 9А иллюстрирует вариант реализации типового многополюсного прибора 905 индукционного каротажа с применением отдельно регулируемых катушек. Прибор 905 может быть применен в системе, идентичной или подобной системе 300 Фигуры 3. Фигура 9В иллюстрирует вид сверху вниз отдельных катушек по окружности многополюсного прибора индукционного каротажа Фигуры 9А. Полярностью этих катушек можно управлять с помощью электричества. Фигура 9С иллюстрирует, в виде таблицы, вариант реализации типовых полярностей возбуждения, применяемых для различных мод, применяемых к катушкам многополюсного прибора 905 индукционного каротажа. Обозначение М относится к моде, а обозначение Р относится к фазе. Обозначения М и Р применяют в различных фигурах, относящихся к передающему датчику (Trx) и приемному датчику (Rcv). Как упоминалось выше, Р может быть ограничено фазой 1 или фазой 2 для исключения азимутальной неоднозначности в пространственной области измерений. Хотя Фигуры 9В и 9С иллюстрируют 24 датчика в приборе, прибор может иметь больше или меньше 24 датчиков.

Все датчики прибора могут быть активированы в одно и то же время и с той же частотой. Тем не менее, они также могут быть активированы в разное время и с разными частотами, а затем искусственно суммированы в блоке обработки данных. В одном подходе все моды (вся таблица) могут быть возбуждены в одно и то же время с той же частотой, а также с масштабом K, приведенным в уравнении (2). Можно физически создавать направленно чувствительную систему. Во втором подходе все моды (вся таблица) могут быть возбуждены в одно и то же время с разными частотами с произвольным масштабом. При обработке все моды с коэффициентами, предусмотренными K, приведенными в уравнении (2), могут быть суммированы. Этот подход искусственно создает направленно чувствительную систему. В третьем подходе каждая мода (два ряда таблицы) может быть возбуждена в разное время с произвольными частотами и с произвольным масштабом. При обработке все моды с коэффициентами, предусмотренными K, приведенными в уравнении (2), могут быть суммированы. Этот подход искусственно создает направленно чувствительную систему.

Фигура 10А иллюстрирует вариант реализации типового многополюсного прибора индукционного каротажа с применением вращающихся катушек. Прибор 1005 может быть применен в системе, идентичной или подобной системе 300 Фигуры 3. Фигура 10В иллюстрирует вид сверху вниз отдельной катушки, вращающейся по окружности многополюсного прибора 1005 индукционного каротажа Фигуры 10А. Полярностью этой катушки можно управлять с помощью электричества. Полярность катушки может быть выбрана в соответствии с ее положением во время ее вращения вокруг оси прибора 1005. Хотя Фигура 10В демонстрирует только одну вращающуюся катушку, может вращаться как катушка передатчика, так и катушка приемника. Катушки могут вращаться с одинаковой скоростью вращения. В альтернативном варианте катушка передатчика может вращаться с первой скоростью вращения, а катушка приемника может вращаться со второй скоростью вращения, причем первая скорость вращени