Обнаружение скважины посредством использования индуцированных магнитных полей

Обнаружение скважины посредством использования индуцированных магнитных полей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к обнаружению скважин и, более конкретно, к способам и системам для обнаружения одной скважины при сооружении другой.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Скважины, как правило, используют для доступа к областям, находящимся под поверхностью земли и для добычи материалов из этих областей, например, во время определения местоположения и извлечения нефтяных углеводородов или газа из подземного местоположения. Сооружение скважин, как правило, включает бурение ствола скважины и сооружение конструкции труб в стволе скважины. После завершения конструкция труб обеспечивает доступ к подземным местоположениям и позволяет транспортировать материалы к поверхности.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1A является схематическим изображением приведенной в качестве примера скважинной системы.

Фиг. 1B является схематическим изображением приведенной в качестве примера скважинной системы, содержащей каротажный инструмент в среде кабельного каротажа.

Фиг. 1C является схематическим изображением приведенной в качестве примера скважинной системы, содержащей каротажный инструмент в среде каротажа во время бурения (КВБ).

Фиг. 2 является схематическим изображением приведенной в качестве примера системы для обнаружения скважин.

Фиг. 3 является схематическим изображением приведенного в качестве примера варианта реализации системы обнаружения скважин в поле, индуцирующем сооруженную скважину и вторую сооружаемую скважину.

Фиг. 4A-C являются схематическими изображениями приведенного в качестве примера модуля генератора сигналов.

Фиг. 5A-B являются схематическими изображениями другого приведенного в качестве примера модуля генератора сигналов.

Фиг. 6 является графиком тока, разряженного в скважину приведенным в качестве примера вариантом реализации модуля генератора сигналов.

Фиг. 7 является схематическим изображением приведенного в качестве примера варианта реализации модуля генератора сигналов.

Фиг. 8 является схематическим изображением приведенного в качестве примера варианта реализации модуля генератора сигналов, который содержит источник постоянного тока.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Во время сооружения скважинной системы скважина часто бурится вблизи одной или большего количества сооруженных скважин. Для обеспечения желаемого расположения скважины среди сооруженных скважин, пользователь регулирует направление бурения скважины на основании информации о местоположении, предоставляемой системой обнаружения скважин. В приведенном в качестве примера варианте реализации изобретения система обнаружения скважин содержит модуль генератора сигналов, присоединенный к первой скважинной конструкции (например, сооруженной скважине), и модуль датчика, расположенный внутри второй скважинной конструкции (например, на бурильном устройстве внутри сооружаемой скважины). Модуль генератора сигналов передает импульсы тока на первую скважинную конструкцию таким образом, что ток индуцируется по всей длине скважинной конструкции. Этот ток индуцирует соответствующие импульсы магнитного поля, которые обнаруживаются модулем датчика. На основании этих обнаруженных импульсов магнитного поля, система обнаружения скважин определяет расположение первой скважинной конструкции относительно второй скважинной конструкции и демонстрирует информацию о расположении пользователю. На основании этой информации о расположении, пользователь соответствующим образом управляет направлением бурения скважины.

Приведенный в качестве примера модуль генератора сигналов для подведения импульсов тока к скважине содержит источник питания, модуль переключения, первый набор конденсаторов и второй набор конденсаторов. Модуль переключения выборочно присоединяет конденсаторы к источнику питания и скважине (например, сооруженной скважине) таким образом, что в любой момент один из наборов конденсаторов заряжается от источника питания в то время, как другой набор конденсаторов разряжает электрический ток в скважину. Таким образом чередуемая серия импульсов тока применяется к скважине, вызывая излучение скважиной чередующейся серии импульсов магнитного поля.

Перед обсуждением приведенных в качестве примера вариантов реализации модулей генератора сигналов представлено обсуждение скважинных конструкций и скважинного каротажа. Обращаясь к Фиг. 1А, приведенная в качестве примера скважинная система 100а содержит каротажную систему 108 и подземную область 120 под поверхностью земли 106. Возможно наличие в скважинной системе дополнительных или других отличительных деталей, не показанных на Фиг. 1A. Например, скважинная система 100а может содержать дополнительные компоненты системы бурения, компоненты системы кабельного каротажа и т. п.

Подземная область 120 может включать одну или большее количество подземных пластов или зон. Приведенная в качестве примера подземная область 120, показанная на Фиг. 1A, содержит множество подземных слоев 122 и ствол скважины 104, проходящий через подземные слои 122. Подземные слои 122 могут включать слои осадочных пород, слои горных пород, песчаные слои или комбинации подземных слоев этих других типов. Один или большее количество подземных слоев могут содержать флюиды, такие как рапа, нефть, газ и т. д. Хотя приведенный в качестве примера ствол 104 скважины, показанный на Фиг. 1A, является вертикальным стволом скважины, каротажная система 108 может быть реализована в других расположениях ствола скважины. Например, каротажная система 108 может быть адаптирована к горизонтальным стволам скважин, наклонным стволам скважин, изогнутым стволам скважин, вертикальным стволам скважин или к их комбинациям.

Приведенная в качестве примера каротажная система 108 содержит каротажный инструмент 102, наземное оборудование 112 и компьютерную подсистему 110. В примере, проиллюстрированном на Фиг. 1A, каротажный инструмент 102 представляет собой скважинный каротажный инструмент, функционирующий при расположении его в стволе скважины 104. Приведенное в качестве примера наземное оборудование 112, показанное на Фиг. 1A, функционирует на или над поверхностью 106, например, вблизи устья скважины 105, чтобы управлять каротажным инструментом 102 и, возможно, другим скважинным оборудованием или другими компонентами скважинной системы 100. Приведенная в качестве примера компьютерная подсистема 110 может получать и анализировать данные каротажа от каротажного инструмента 102. Каротажная система может включать дополнительные или иные отличительные признаки, и указанные отличительные признаки каротажной системы могут быть скомпонованы и приведены в действие, как показано на Фиг. 1A или другим способом.

В некоторых случаях компьютерная подсистема 110 может быть целиком или частично реализована в качестве составного элемента или может быть объединена с одним или более компонентов наземного оборудования 112, каротажного инструмента 102 или того и другого. В некоторых случаях компьютерная подсистема 110 может быть реализована в качестве одной или большего количества отдельных структур компьютерных систем, отделенных от наземного оборудования 112 и каротажного инструмента 102.

В некоторых вариантах реализации компьютерная подсистема 110 встроена в каротажный инструмент 102, при этом компьютерная подсистема 110 и каротажный инструмент 102 могут работать одновременно во время их нахождения в стволе скважины 104. Например, несмотря на то, что в примере на Фиг. 1А проиллюстрирована компьютерная подсистема 110 над поверхностью земли 106, компьютерная подсистема 110 может целиком или частично располагаться ниже поверхности 106, например, в месте расположения каротажного инструмента 102 или вблизи него.

Возможно наличие в скважинной системе 100а коммуникационного или телеметрического оборудования, позволяющего компьютерной подсистеме 110, каротажному инструменту 102 и другим компонентам каротажной системы 108 обмениваться данными между собой. Например, каждый из компонентов каротажной системы 108 может содержать один или большее количество приемопередатчиков или аналогичных устройств, предназначенных для проводной или беспроводной передачи данных между различными компонентами. Например, каротажная система 108 может содержать системы и устройства для телеметрии по каротажному кабелю, по бурильной трубе со встроенным кабелем передачи сигналов, телеметрии по гидроимпульсному каналу связи, акустической телеметрии, электромагнитной телеметрии или комбинации этих и других типов телеметрии. В некоторых случаях каротажный инструмент 102 получает команды, сигналы состояния или информацию других типов от компьютерной подсистемы 110 или от другого источника. В некоторых случаях компьютерная подсистема 110 получает данные каротажа, сигналы состояния или информацию других типов от каротажного инструмента 102 или от другого источника.

Каротажные операции могут быть выполнены в связи с различными типами скважинных операций на разных стадиях срока действия скважинной системы. Структурные характеристики и компоненты наземного оборудования 112 и каротажного инструмента 102 могут быть адаптированы к каротажным операциям разных типов. Например, каротаж может выполняться во время бурильных работ, при выполнении кабельного каротажа или в других режимах. В этой связи наземное оборудование 112 и каротажный инструмент 102 могут содержать или могут функционировать совместно с буровым оборудованием, оборудованием кабельного каротажа или другим оборудованием для операций других типов.

В некоторых примерах каротажные операции выполняются одновременно с операциями кабельного каротажа. Фиг. 1B иллюстрирует приведенную в качестве примера систему 100b, содержащую каротажный инструмент 102 в среде кабельного каротажа. В некоторых приведенных в качестве примера операциях кабельного каротажа наземное оборудование 112 содержит расположенную над поверхностью 106 платформу, оборудованную вышкой 132, поддерживающей каротажный кабель 134, протянутый в ствол скважины 104. Операции кабельного каротажа могут выполняться, например, после извлечения бурового снаряда из ствола скважины 104, чтобы обеспечить опускание инструмента 102 кабельного каротажа посредством каротажного или вспомогательного кабеля в ствол скважины 104.

В некоторых примерах каротажные операции выполняются во время буровых работ. Фиг. 1С иллюстрирует приведенную в качестве примера скважинную систему 100с, содержащую каротажный инструмент 102 в среде каротажа во время бурения (КВБ). Бурение обычно выполняется с помощью колонны бурильных труб, соединенных между собой для образования бурильной колонны 140, опускаемой посредством роторного стола в ствол скважины 104. В некоторых случаях буровая установка 142 на поверхности 106 поддерживает бурильную колонну 140 в то время, как бурильная колонна 140 приводится в действие для бурения ствола скважины 104, проникающего в подземную область 120. Бурильная колонна 140 может содержать, например, ведущую трубу, бурильную трубу, компоновку низа бурильной колонны и другие компоненты. Компоновка низа бурильной колонны может содержать муфты утяжеленной бурильной трубы, бурильные сверла, каротажный инструмент 102 и другие компоненты. Каротажные инструменты могут включать инструменты для измерений во время бурения (ИВБ), инструменты КВБ и другие.

В некоторых приведенных в качестве примера вариантах реализации изобретения каротажный инструмент 102 содержит инструмент для получения результатов измерений из подземной области 120. Как проиллюстрировано, например, на Фиг. 1В, каротажный инструмент 102 может быть подвешен в стволе скважины 104 с помощью шлангокабеля, проводного кабеля или другого элемента конструкции, соединяющего инструмент с наземным блоком управления или с другими компонентами наземного оборудования 112. В некоторых приведенных в качестве примера вариантах реализации каротажный инструмент 102 опускают на дно представляющей интерес области и затем вытягивают наверх (например, с фактически постоянной скоростью) через представляющую интерес область. Как проиллюстрировано, например, на Фиг. 1C, каротажный инструмент 102 может быть размещен в стволе скважины 104 на сочлененной бурильной трубе, на жестко смонтированной бурильной трубе или на других монтажных аппаратных средствах. В некоторых приведенных в качестве примера вариантах реализации каротажный инструмент 102 собирает данные в процессе бурения по мере того, как он перемещается вниз через представляющую интерес область в процессе бурения. В некоторых примерах реализации каротажный инструмент 102 собирает данные в процессе перемещения буровой колонны 140, например, по мере ее спуска в ствол скважины 104 или ее подъема из ствола скважины.

В некоторых вариантах реализации примеров изобретения каротажный инструмент 102 собирает данные в отдельных точках каротажа в стволе скважины 104. Например, каротажный инструмент 102 может перемещаться вверх или вниз с шагами приращения к каждой точке каротажа на серии глубин в стволе скважины 104. В каждой точке каротажа приборы, находящиеся в каротажном инструменте 102, выполняют измерения в подземной области 120. Возможна передача результатов измерений компьютерной подсистеме 110 для хранения, обработки и анализа. Сбор и анализ таких данных возможен во время буровых работ (например, в процессе каротажа во время бурения ( КВБ)), в процессе каротажа по каротажному кабелю или при выполнении операций другого типа.

Компьютерная подсистема 110 может получать и анализировать результаты измерений от каротажного инструмента 102 для обнаружения характеристик различных подземных пластов 122. Например, компьютерная подсистема 110 способна идентифицировать плотность, состав материала, или другие свойства подземных пластов 122 по результатам измерений, полученных каротажным инструментом 102 в стволе скважины 104.

Во время сооружения скважинной системы (например, скважинных систем 100а-с), бурение ствола скважины (например, ствола скважины 104) часто осуществляется вблизи к одной или нескольким сооруженных скважин. В некоторых случаях, оператор может пожелать изменить направление бурения в сторону от сооруженных скважинных конструкций так, чтобы бурильное устройство или сооруженные скважинные конструкции не повредились из-за столкновения. В некоторых случаях, оператор может пожелать направить бурильное устройство вдоль сооруженной скважинной конструкции, так, чтобы бурильное устройство оставалось на предварительно определенном расстоянии от сооруженной конструкции. В некоторых случаях, оператор может пожелать направить бурильное устройство на сооруженную скважинную конструкцию, например во время сооружения разгрузочной скважины.

Для желаемого направления бурильного устройства система обнаружения скважин используется для идентификации расположения сооруженной скважины относительно сооружаемой скважины. Пример реализации варианта системы обнаружения скважин 200 продемонстрирован на Фиг. 2. Система обнаружения скважин 200 содержит модуль генератора сигналов 202 и модуль датчика 204. Модуль генератора сигналов 202 присоединен к скважинной конструкции 206 и вызывает излучение сигнала 208 скважинной конструкцией 206. Сигнал 208 может быть, например, электромагнитным сигналом таким, как протекающий электрический ток, электрическое поле (например, излучаемое электрическое поле) или магнитным полем (например, излучаемым магнитным полем).

Излученный сигнал 208 измеряется модулем датчика 204. На основе измерений сигнала 208, модуль датчика 204 определяет информацию относительно источника излученного сигнала 208. В некоторых вариантах реализации, модуль датчика 204 определяет расположение скважинной конструкции 206 относительно модуля датчика 204. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения, модуль датчика 204 определяет относительное расстояние до скважинной конструкции 206 от модуля датчика 204, и относительное расположение скважинной конструкции 206 относительно модуля датчика 204. Если модуль датчика 204 расположен внутри другой скважинной конструкции (например, внутри скважинной конструкции 210), модуль датчика 204 может предоставлять информацию о расположении скважинной конструкции 206 относительно скважинной конструкции 210.

Модуль генератора сигналов 202 и модуль датчика 204 могут располагаться так, чтобы система 200 предоставляла информацию о расположении одной скважины относительно другой. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения, скважинная конструкция 206 является сооруженной скважинной конструкцией (например, скважиной, которая уже сооружена), а скважинная конструкция 210 является непосредственно сооружаемой скважиной. В этом примере, модуль генератора сигналов 202 создает условия для излучения сигнала 208 посредством скважинной конструкции 206 так, чтобы было возможно определить расположение сооруженной скважинной конструкции 206 относительно сооружаемой скважинной конструкции 210. На основе этой информации, структура скважинной конструкции 210 может соответствующим образом направляться (например, посредством направления бурильного устройства в заданном направлении, принимая во внимание расположение сооруженной скважинной конструкции 206). В некоторых вариантах реализации изобретения, скважинная конструкция 206 и скважинная конструкция 210 являются частями одной скважины. Например, скважинная конструкция 206 может быть уже сооруженной частью скважины, а скважинная конструкция 210 может быть сооружаемой частью той же скважины. В этом примере, система 200 может использоваться для определения расположения одной части скважины относительно другой части той же скважины. На основе этой информации, дополнительная конструкция скважины может быть направлена в соответствующем направлении.

Фиг. 3 иллюстрирует пример реализации, в котором система обнаружения 200 располагается в поле, которое охватывает сооруженную скважину 302 и вторую сооружаемую скважину 304. В этом примере, сооруженная скважина 302 содержит обсадные трубы 306. Обсадные трубы 306 обеспечивают доступ в подземные пласты под поверхностью 318 и предлагают средство для перемещения материалов на поверхность 318. Обсадные трубы 306 могут отличаться по техническим характеристикам в зависимости от их применения и предполагаемого использования. Примеры реализации вариантов обсадных труб 306, используемых для добычи углеводородов из подземных пластов, могут пролегать примерно на 1500 - 20000 футов под поверхностью 318 и могут пролегать до 35000 футов или далее. В некоторых вариантах реализации, обсадные трубы 306 являются тубусами с диаметром, изменяемым по мере продвижения труб, и могут иметь в диаметре примерно 4,5 - 26 дюймов или более. Обсадные трубы 306 могут быть изготовлены из различных материалов. Например, обсадные трубы 306 могут быть изготовлены из стали или другого металла или металлического сплава. В некоторых вариантах реализации, обсадные трубы 306 являются электрическими проводниками, следовательно, ток может индуцироваться вдоль их длины.

Модуль генератора сигналов 202 электрически соединяется с электрически проводящей частью скважины 302 (например, обсадными трубами 306) и подает электрический ток 308 в скважину 302. Этот электрический ток 308 поступает вниз вдоль протяженности скважины 302, возвращаясь по подземной области 310 и удаленного штыря заземления, и индуцирует сигнал 208 в форме излучаемого магнитного поля. Этот сигнал 208 излучается в подземную область 310 окружающую скважину 302.

Как проиллюстрировано на Фиг. 3, модуль датчика 204 располагается в бурильном устройстве 312. Бурильное устройство 312 располагается внутри второй скважины 304, и используется для бурения скважины 314 во время сооружения второй скважины 304. В качестве примера, бурильное устройство 312 может быть частью системы ИВБ или КВБ, причем оператор на поверхности 318 (например, используя компьютерную подсистему 316) управляет работой бурильного устройства 312 (например, выбирая конкретное направление для бурильного устройства 312).

Сигнал 208 измеряется модулем датчика 204 для предоставления информации о расположении скважины 302 относительно модуля датчика 204. Эта информация может, например, передаваться обратно на поверхность 318 (например, компьютерной подсистеме 316) для просмотра оператором. Поскольку модуль датчика 204 установлен на бурильном устройстве 312, информация о местоположении, определяемая модулем датчика 204 используется для аппроксимирования расположения скважины 302 относительно бурильного устройства 312. На основе этой информации оператор может направлять бурильное устройство 312 так, чтобы оно осуществляло бурение в направлении скважины 302, от скважины 302, параллельно скважине 302 или в любом другом желаемом направлении.

Модуль датчика 204 может обнаруживать сигнал 208 множеством способов. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения, модуль датчика 204 содержит один или большее количество магнитометров, которые измеряют силу сигнала 208 (например, путем измерения силы магнитного поля в конкретной точке пространства, например, в конкретной точке подземной области или пласта). Магнитометры могут содержать такие компоненты, как, например, векторные магнитометры (например, магнитометры, которые измеряют векторные составляющие магнитного поля в конкретной точке пространства) или скалярные магнитометры (например, магнитометры, которые измеряют абсолютную величину вектора магнитного поля в конкретной точке пространства). В некоторых вариантах реализации изобретения, магнитометры могут также измерять абсолютное значение или вектор магнитного поля, или измеряют величину или вектор магнитного поля относительно выбранной базовой линии (например, относительно стандартной базовой линии или некалибрированной базовой линии). В некоторых вариантах реализации изобретения, магнитометр может измерять силу магнитного поля относительно одной или большего количества осей. Например, магнитометр может быть одноосевым магнитометром или трехосевым магнитометром, который измеряет силу магнитного поля относительно одной оси или трех осей, соответственно.

На основе силы магнитного поля и/или вектора магнитного поля, измеренных магнитометром, модуль датчика 204 определяет информацию об источнике сигнала 208. Модуль датчика 204 может определять эту информацию, например, используя устройство обработки данных, выполненное с возможностью получения данных измерений от магнитометра, интерпретировать эти измерения, и определять информацию об источнике сигнала 208. Например, магнитное поле, измеренное магнитометром, будет возрастать по мере приближения магнитометра к источнику сигнала 208. То есть, по мере приближения бурильного устройства 312 к скважине 302, магнитное поле, измеряемое магнитометром, может увеличиваться. На основе величины этого увеличения модуль датчика 204 может определять, что бурильное устройство 312 перемещается в направлении скважины 302. Таким образом, модуль датчика 204 может определять относительное расстояние между скважиной 302 и скважиной 304, и может определять относительное изменение этого расстояния во время работы бурильного устройства 312.

В некоторых вариантах реализации изобретения, величина тока 308 вводимого в скважину 302 известна. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения, величина тока вводимого модулем генератора сигналов 202 известна, и известны параметры проводимости и сопротивления обсадных труб 306, следовательно, также может быть определена величина тока, проходящего по обсадным трубам 306 в конкретной точке вдоль их протяженности. На основе этой известной величины тока 306, в некоторых вариантах реализации изобретения, модуль датчика 204 определяет абсолютное значение расстояния между модулем датчика 204 и скважиной 302 (например, посредством сравнения определенной силы магнитного поля с ожидаемой силой магнитного поля). В некоторых вариантах реализации изобретения, направление скважины 302 относительно модуля датчика 204 определяется, например, посредством измерения векторных составляющих магнитного поля и определения направления скважины 302 на основе этих измеренных векторных составляющих. Таким образом, может быть определено расположение скважины 302 относительно модуля датчика 204, бурильного устройства 312 и скважины 304.

Модуль генератора сигналов 202 может быть присоединен к скважине 302 множеством способов. Например, модуль генератора сигналов 202 может быть расположен на или вблизи поверхности 318 и быть присоединенным к части скважины 302, напрямую или опосредованно (например, посредством одного или большего количества проводников электричества, таких как провода, линии или пластины). В некоторых вариантах реализации изобретения, модуль генератора сигналов 202 присоединяется к надземной части скважины 302 (например, части скважины 302, находящейся над поверхностью 318), так, что эта операция может соединять модуль генератора сигналов 202 и скважину 302 без существенного изъятия из-под поверхности 318. В качестве примера, модуль генератора сигналов 202 может быть присоединен к надземной части обсадных труб 306, такой как противовыбросовый превентор (например, клапан, применяемый для управления давлением в стволе скважины и предотвращающий выход материалов из ствола скважины при угрозе выброса) или другой подходящей части обсадных труб 306. В некоторых вариантах реализации изобретения, модуль генератора сигналов 202 обратимо присоединяется к скважине 302 так, что он может быть присоединен к скважине 302, как требуется (например, во время сооружения второй скважины 304), а затем убирается после использования.

Как описано выше, электрический ток 308 протекает по всей длине скважины 302 и возвращается сквозь пласт и удаленный штырь заземления. Пример удаленного штыря заземления 320 проиллюстрирован на Фиг. 3. В некоторых вариантах реализации изобретения, модуль генератора сигналов 202 может быть электрически соединен со штырем заземления 320 (например, посредством одного или большего количества электрических проводников, таких как провода, линии или пластины) который обеспечивает электрическое заземление для модуля генератора сигналов 202. По мере прохождения тока 308 по длине обсадных труб 306, ток 308 будет постепенно рассеиваться от скважинных обсадных труб 306 и возвращаться на штырь заземления 320 через подземную область 310. В некоторых вариантах реализации изобретения штырь заземления 320 располагается близко к поверхности 318, например, вблизи модуля генератора сигналов 202 и/или наверху скважины 306. В некоторых вариантах реализации, штырь заземления 320 удален от модуля генератора сигналов 202 и/или верха скважины 306. Например, штырь заземления 320 может располагаться в 10 футах, 20 футах, 30 футах или на некотором другом расстоянии от модуля генератора сигналов 202 и/или наверху скважины 306. В некоторых вариантах реализации изобретения штырь заземления портативен и передвигается таким образом, чтобы быть приблизительно вертикально над датчиком сигналов 204 по мере продвижения по скважинному стволу 314 скважины 304. Например, как проиллюстрировано на Фиг. 3, штырь заземления 320 расположен приблизительно вертикально над датчиком сигналов 204. По мере продвижения датчика сигналов 204 по скважинному стволу 314 (например, направо), штырь заземления 320 может продвигаться так, чтобы оставаться вертикально над датчиком сигналов (например, справа вдоль поверхности 318). Штырь заземления 320 может продвигаться постоянно, периодически или время от времени в зависимости от варианта реализации изобретения.

Модуль генератора сигналов 202 может излучать сигналы 208 посредством скважины 302 в различном порядке. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения, модуль генератора сигналов 202 подводит импульсный ток 308 к скважине 302 так, что скважина 302 генерирует импульсный сигнал 208 (например, импульсное магнитное поле). Эти импульсы могут подаваться периодически, например, на частоте 1 Гц, 5 Гц, 10 Гц, 15 Гц или любой другой частоте. В некоторых вариантах реализации изобретения, эти импульсы чередуются между различными полярностями. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения, импульсы чередуются между первой полярностью и второй полярностью, противоположной первой полярности. Посредством подачи импульсов тока конкретной частоты и последовательности, сигнал 208, излучаемый скважиной 302 будет также обладать конкретной частотой и последовательностью, и в некоторых случаях, может быть легко распознан модулем датчика 204.

Пример модуля генератора сигналов 202 для подачи импульсов тока в скважину проиллюстрирован на Фиг. 4A. Модуль генератора сигналов 202 содержит источник питания 402, модуль переключения 404, первый набор конденсаторов 406а и второй набор конденсаторов 406b. Модуль переключения 404 выборочно присоединяет конденсаторы 406a-b к источнику питания 402 и скважине 408 так, что в любой данный момент один из наборов конденсаторов 406a-b заряжается от источника питания 402, в то время как другой набор конденсаторов 406a-b выдает электрический разряд в скважину 408. Например, как проиллюстрировано на Фиг. 4B, модуль переключения 404 может соединять источник питания 402 с набором конденсаторов 406b (так, что набор конденсаторов 406b заряжается источником питания 402), и соединять набор конденсаторов 406a со скважиной 408 (так, что набор конденсаторов 406a выдает электрический разряд в скважину 408). В другом примере, проиллюстрированном на Фиг. 4С, модуль переключения 404 может соединять источник питания 402 с набором конденсаторов 406а (так, что набор конденсаторов 406а заряжается источником питания 402), и соединять набор конденсаторов 406b со скважиной 408 (так, что набор конденсаторов 406b выдает электрический разряд в скважину 408).

Модуль переключения 404, который проиллюстрирован на Фиг. 4B-C, может переключаться между двумя состояниями периодически так, что в любой данный момент один набор конденсаторов 406a-b заряжается источником питания 402, в то время как другой выдает электрический разряд в скважину 408. Таким образом, пульсирующий ток вводится в скважину 408, вызывая излучение скважиной 408 пульсирующего магнитного поля.

Вариант реализации модуля генератора сигналов 202 продемонстрирован на Фиг. 4A-C, упрощен и предназначен для иллюстрации того, как конденсаторы могут поочередно подключаться к скважине или источнику питания. На практике модуль генератора сигналов 202 может быть реализован множеством способов. Например, как проиллюстрировано на Фиг. 5A-B, один пример реализации модуля генератора сигналов 202 содержит источник питания постоянного тока 502, два конденсатора 504a-b, четыре переключателя 506a-d, два диода 508a-b, и два дросселя 510a-b. В примерах, проиллюстрированных на Фиг. 5A-B, переключатели 506a-d вместе действуют как модуль переключения (например, модуль переключения, обладающий функциями подобными модулю переключения 404, который проиллюстрирован на Фиг. 4A-C).

В первом состоянии, проиллюстрированном на Фиг. 5A, переключатели 506a-b соединяют источник питания 502 с конденсатором 504a, диодом 508a, и дросселем 510a, формируя зарядную цепь, электрически заряжающую конденсатора 504a. В этом состоянии, переключатели 506c-d соединяют конденсатор 504b, диод 508b, и дроссель 510b с электрическим заземлением (например, штырем заземления 320) и скважиной (например, обсадными трубами 306), формируя разряжающую цепь, которая электрически разряжает конденсатор 504b в скважину. Диоды 508a-b действуют как сглаживающий фильтр для электродвижущей силы (ЭДС), и также поддерживают ток через дроссели 510a-b (например, когда ток не подается источником питания).

Во втором состоянии, проиллюстрированном на Фиг. 5B, каждый из переключателей 506a-d инвертирован. Следовательно, переключатели 506a-b соединяют источник питания 502 с конденсатором 504b, диодом 508b, и дросселем 510b, формируя зарядную цепь, электрически заряжающую конденсатор 504b. В этом состоянии, переключатели 506c-d соединяют конденсатор 504а, диод 508а, и дроссель 510а с электрическим заземлением (например, штырем заземления 320) и скважиной (например, обсадными трубами 306), формируя разряжающую цепь, которая электрически разряжает конденсатор 504а в скважину. Как сказано выше, диоды 508a-b действуют как ограничители для электродвижущей силы (ЭДС), и также поддерживают ток через дроссели 510a-b (например, когда не подается ток источником питания).

Из-за способа подключения каждого из переключателей 506a-d к другим компонентам, каждый из конденсаторов 504a и 504b будет разряжать в скважину ток противоположной полярности. Например, как проиллюстрировано на графике 600 Фиг. 6, при переключении переключателями 506a-d состояний поочередным образом, конденсаторы поочередно разряжаются в скважину. Этот переменный разряд электрического тока дает в результате ток с поочередно противоположно поляризованными пиками. Следовательно, когда переключатели 506a-d поочередно переключают состояния, вокруг скважины индуцируется переменное магнитное поле.

Параметры каждого показанного выше компонента (например, как проиллюстрировано на Фиг. 5A-B) могут быть изменены для получения желаемого тока, силы магнитного поля, скорости заряда конденсатора, и частоты разряда конденсатора. В одном примере варианта реализации изобретения, источник питания 502 имеет напряжение приблизительно 600 В, конденсаторы 504a-b имеют емкость примерно 1000 мкФ, и дроссели имеют индуктивность примерно 10 Гн. В некоторых вариантах реализации изобретения, это дает в результате пиковый ток примерно 185 А, подаваемый в скважину с частотой примерно 6 Гц. Хотя примеры параметров компонентов представлены выше, это сделано исключительно в качестве примера. На практике, параметры каждого из компонентов могут быть изменены для получения другой силы тока, силы магнитного поля, скоростей заряда конденсаторов и частоты разряда конденсаторов. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения, дан источник питания 502, имеющий напряжение 600 В, конденсаторы 504a-b могут иметь емкость примерно от 100 мкФ и до 1000 мкФ, а дроссели могут иметь индуктивность примерно от 1 Гн до 10 Гн. В некоторых вариантах реализации изобретения, это дает в результате пики вводимого в скважину тока примерно от 1 А до 40 А на частоте примерно от 0,5 Гц до 30 Гц. Дополнительно, хотя источник питания 502 описан как имеющий напряжение 600 В, на практике источники питания могут также использовать более высокое или более низкое напряжение, в зависимости от варианта реализации изобретения. Например, в некоторых вариантах реализации, источник питания может иметь напряжение примерно от 100 В до 1000 В. Могут также использоваться другие значения параметров в зависимости от варианта реализации изобретения.

Поочередная зарядка и разрядка конденсаторов может обеспечить различные преимущества. Например, в некоторых вариантах реализации, подобная компоновка позволяет подавать относительно большие токи в скважину и дает в результате соответствующие сильные магнитные поля, которые могут быть легко обнаружены из прилегающих скважин. Дополнительно, по мере того как ток подается в результате периодического заряда и разряда конденсаторов, а не в результате единственного импульса постоянного тока, может использоваться источник питания относительно меньшей мощности по сравнению со случаем подачи большого постоянного тока в скважину.

Дополнительно, существующие скважинные системы часто используют способы модулирования сигнала (например, модуляция с фазовым сдвигом (МФС)) для передачи информации на и от скважинного оборудования, куда модулированные сигналы передаются усилителем. В некоторых вариантах реализации, эти способы модуляции не являются необходимыми для измерений близости расположения и если используются в этих целях, могут требовать значительной величины мощности и количества вспомогательного оборудования. Например. в некоторых случаях, для усиления вывода мощности из такой системы, которая может использоваться для измерений близости расположения, вводимая мощность также должна быть усилена и будет необходим более мощный усилитель. Варианты реализации системы обнаружения скважин, описанные выше, избегают применения модуляции МФС или другой сравнительно сложной сигнальной системы для осуществления измерений близости расположения. Дополнительно, в некоторых случая