Индукционный каротаж
Изобретение относится к индукционному каротажу. Сущность: способ определения удельного электрического сопротивления слоистой формации вокруг ствола скважины, инфильтрованной скважинным флюидом, включает операцию вычисления первого значения показаний прибора индукционного каротажа путем решения для каждого слоя формации уравнений Максвелла для электромагнитного поля с помощью одномерной модели концентрического цилиндра, не учитывающей воздействие со стороны слоев формации и ориентации прибора каротажа относительно слоев в формации. Для каждого слоя формации определяют эквивалентное удельное сопротивление, которое дает для однородной окружающей среды значение показаний прибора индукционного каротажа, равное первому значению. Решают для нескольких точек каротажа уравнения Максвелла с помощью одномерной модели слоев, используя эквивалентные удельные сопротивления, вычисленные ранее. При этом учитывается воздействие со стороны слоев формации и ориентации прибора каротажа относительно слоев формации для обеспечения вычисленной диаграммы индукционного каротажа прибора. Технический результат: уменьшение вычислительной мощности и времени определения удельного электрического сопротивления. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к индукционному каротажу, в частности - к способу обеспечения вычисленной диаграммы индукционного каротажа. Для большей точности вычисленную диаграмму индукционного каротажа иногда называют приблизительным вычисленным значением.
Уровень техники
Индукционный каротаж является методикой определения истинного удельного сопротивления подземной формации, и представляет собой разновидность каротажа сопротивления. Исходя из значения истинного удельного сопротивления, можно произвести оценку водо- и нефтенасыщенности формации, и эти сведения являются ценными для разработки подземной формации.
Для индукционного каротажа используют прибор индукционного каротажа, содержащий передающую катушку и приемную катушку, которые установлены на оправке и разнесены на ней с интервалом в осевом направлении. Во время нормальной работы прибор индукционного каротажа устанавливают в некоторой точке каротажа в стволе скважины в подземной формации, и передающую катушку запитывают переменным током. Переменный ток создает колеблющееся магнитное поле, в результате чего в формации наводятся токи. В свою очередь эти токи генерируют вторичное магнитное поле, которое становится частью напряжения, наводимого в приемной катушке.
Согласно одному из вариантов индукционного каротажа: составляющую наведенного напряжения, которое синфазно с током передатчика, выбирают для получения сигнала, который приблизительно обратно пропорционален удельному сопротивлению формации. Этот сигнал называют кажущейся или измеряемой диаграммой индукционного каротажа. Этот метод применим для прибора индукционного каротажа, спускаемого в скважину на тросе, когда переменный ток имеет относительно низкую частоту (в килогерцевом диапазоне) и катушки выполнены на непроводящей оправке.
Помимо каротажа с помощью спускаемого в скважину на тросе прибора, удельное сопротивление формации можно измерять во время бурения. В этом случае оправка является проводящей, и переменный ток имеет высокую частоту (в мегагерцевом диапазоне). В этом варианте реализации прибор индукционного каротажа измеряет напряженность вторичного магнитного поля в двух положениях приемника. Исходя из данных измерения в двух положениях, вычисляют отношение амплитуд и фазовый сдвиг. Исходя из отношения амплитуд и фазового сдвига, вычисляют кажущееся удельное сопротивление формации.
В описании и формуле изобретения: термин “диаграмма индукционного каротажа” используется не только для указания сигнала, получаемого для одной точки каротажа, но также указывает сигналы, получаемые для нескольких точек каротажа, и указывает непрерывно дискретизируемую регистрацию сигналов, получаемых при прохождении прибора индукционного каротажа по участку ствола скважины.
Кажущаяся или измеряемая диаграмма индукционного каротажа, как правило, не является диаграммой каротажа, характеризующей только истинное удельное сопротивление формации. Причина заключается в воздействиях окружающей среды, влияющих на диаграмму индукционного каротажа. Формация является слоистой, и поэтому имеют место т.н. влияния прилегающих слоев, когда на диаграмму каротажа в точке каротажа влияет наличие слоев формации над и под слоем формации напротив точки каротажа. Кроме этого, прибор индукционного каротажа устанавливают в стволе скважины, заполненном скважинным флюидом, например буровым раствором, который влияет на кажущееся или измеряемое удельное сопротивление. Помимо этого, скважинный флюид будет проникать в слой формации, и этот скважинный флюид или фильтрат раствора образуют зону инфильтрации вблизи ствола скважины. Удельное сопротивление зоны инфильтрации отличается от истинного удельного сопротивления формации; и это является еще одной причиной того, что кажущееся удельное сопротивление отличается от истинного удельного сопротивления формации. Наконец, истинное удельное сопротивление формации невозможно определить непосредственно из кажущейся или измеряемой диаграммы индукционного каротажа.
Чтобы учесть воздействие окружающей среды, применяют обратный каротаж, согласно которому истинное удельное сопротивление формации, недоступное непосредственному измерению, определяют по косвенным данным. Для обратного каротажа требуется применение итерационного прямого моделирования. Для этого создают моделированный профиль удельного сопротивления, который является моделью формации и находящегося в ней ствола скважины. Исходя из этой модели и зная свойства прибора индукционного каротажа, решают уравнения Максвелла для электромагнитного поля. Это дает вычисленную диаграмму индукционного каротажа, которую затем сравнивают с измеряемой диаграммой индукционного каротажа. Если вычисленный индукционный каротаж не соответствует измеряемой диаграмме, то эту модель уточняют, и вычисляют новую диаграмму индукционного каротажа. Уточнение модели продолжают, пока не будет достигнуто согласование. Истинным удельным сопротивлением формации является удельное сопротивление каждого слоя формации за пределами зоны (зон) инфильтрации, полученное по модели, которая согласуется с измеряемой диаграммой индукционного каротажа.
Таким образом, обратный индукционный каротаж предполагает прямое моделирование с вычислением диаграммы индукционного каротажа.
Есть еще одна причина необходимости вычисленного индукционного каротажа: проверка возможности использования данной конфигурации прибора каротажа для данной формации.
Для вычисления индукционного каротажа нужно решить уравнения Максвелла для электромагнитного поля. Эти уравнения следующие:
В этих уравнениях: 
- напряженность электрического поля (вольт/метр); 
- плотность магнитного потока или магнитная индукция (тесла, или вебер/кв. метр); t - время (секунды); 
- плотность потока электрической индукции (кулон/кв. метр); 
- напряженность магнитного поля (ампер/метр); q - объемная плотность заряда (кулон/куб. метр), и 
- плотность тока (ампер/кв. метр).
Векторные произведения определяют в прямоугольных координатах следующим образом:
Для среды, имеющей линейные изотропные электромагнитные свойства, и если не имеется источников, принимают следующие составляющие отношения:
где 
- магнитная проницаемость (генри/метр); 
-диэлектрическая постоянная (фарад/метр); 
- удельное сопротивление (ом·метр).
Эти уравнения решают для прибора индукционного каротажа с известными свойствами и установленного в стволе скважины, проходящем в слоистой формации, инфильтрованной скважинным флюидом. Ствол скважины также может быть наклонным.
Для этой проблемы точного решения уравнений Максвелла в трех измерениях не имеется. Для численных решений необходимо применение методов конечных разностей или методов конечных элементов, и для этих двух видов методов требуется значительная вычислительная мощность и значительное время.
Но точные решения уравнений Максвелла известны для одномерных моделей. В одном измерении имеются две модели: (1) одномерная модель концентрического цилиндра, которая учитывает ствол скважины, вторжение флюидов в ствол скважины и истинное удельное сопротивление формации, но не учитывает воздействие со стороны слоев формации и ориентации прибора каротажа относительно слоев формации, например, в связи с наклоном ствола скважины; и (2) одномерная слоистая модель, которая учитывает воздействие со стороны слоев формации и ориентации прибора каротажа относительно слоев формации.
Пример первой модели описывают в:
J.R. Wait. General formulation of the induction logging problem for concentric layers about the borehole, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. GE-22, No.1, January 1984, pages 34-42.
Примеры решений второй модели описывают в статьях:
R.H. Hardman, L.С. Shen. Theory of induction sonde in dipping beds, Geophysics, Vol.51, No.3, March 1986, pages 800-809; S. Gianzero, S-M Su. The response of an induction dipmeter and standard induction tools to dipping beds, Geophysics, Vol. 55, No.9, September 1990, pages 1128-1140.
В одномерной модели концентрического цилиндра исходят из того, что скважина находится в бесконечно толстом пласте, содержащем две, или более, концентрических зоны, которые концентричны со стволом скважины. Межсоединение между двумя концентрическими зонами соответствует глубине инфильтрации скважинного флюида. Межсоединения между концентрическими зонами в общем предполагаются параллельными стенке ствола скважины. Согласно этой модели воздействие со стороны слоев формации и ориентации прибора каротажа относительно слоев формации не учитывается.
В одномерной слоистой модели слои формации считаются однородными слоями, и положение и ориентация прибора индукционного каротажа относительно слоев формации учитываются верно. В этом методе наклонный ствол скважины заменяют линией, подвергаемой преобразованию с приближением к воображаемому стволу скважины, который перпендикулярен слоям формации. Решение поэтому преобразуют таким образом, что оно является решением для наклонного ствола скважины. Одномерная слоистая модель не учитывает воздействие со стороны инфильтрации скважинного флюида в формации.
Сущность изобретения
Задача данного изобретения заключается в комбинировании этих двух одномерных моделей в целях обеспечения возможности вычисления приблизительного решения уравнений Максвелла, для которого потребуется меньшая вычислительная мощность и меньшее время, чем для решения трехмерной модели.
В этих целях способ обеспечения вычисленной диаграммы индукционного каротажа для прибора индукционного каротажа, проходящего по участку ствола скважины в слоистой формации, инфильтрованной скважинным флюидом, в соответствии с данным изобретением предусматривает операции, согласно которым:
(1) вычисляют первое значение прибора индукционного каротажа путем решения, для каждого слоя формации, уравнений Максвелла для электромагнитного поля с известными свойствами прибора каротажа, диаметром ствола скважины, удельным сопротивлением скважинного флюида, диаметром зоны инфильтрации и удельным сопротивления зоны инфильтрации и слоя формации вне зоны инфильтрации с помощью одномерной модели концентрического цилиндра, не учитывающей воздействие со стороны слоев формации и ориентации прибора каротажа относительно слоев формации; и определяют, для каждого слоя формации, эквивалентное удельное сопротивление, которое дает для однородной окружающей среды значение прибора индукционного каротажа, равное первому значению; и
(2) вычисляют, для нескольких точек каротажа, решения уравнений Максвелла для электромагнитного поля с известными свойствами прибора каротажа и эквивалентными удельными сопротивлениями для слоев формации с помощью одномерной слоистой модели, согласно которой учитывается воздействие со стороны слоев формации и ориентации прибора каротажа относительно слоев формации - в целях обеспечения вычисленной диаграммы индукционного каротажа данного прибора индукционного каротажа.
Согласно альтернативному варианту реализации изобретения, способ обеспечения вычисленного удельного сопротивления для прибора индукционного каротажа в данной точке каротажа на некотором участке ствола скважины, проходящего через слоистую формацию, инфильтрованную скважинным флюидом, содержит операции, согласно которым:
(1) определяют в каждом слое формации совокупность концентрических зон, где первой концентрической зоной является ствол скважины, где диаметры последующих концентрических зон соответствуют диаметрам зон инфильтрации слоев формации в пределах участка ствола скважины, и где последняя концентрическая зона находится вне зоны инфильтрации с наибольшим диаметром;
(2) для данной точки каротажа вычисляют, для каждой концентрической зоны, первое значение прибора индукционного каротажа путем решения уравнений Максвелла для электромагнитного поля с известными свойствами прибора каротажа с помощью одномерной слоистой модели, в которой учитывается воздействие со стороны слоев формации и ориентации прибора каротажа относительно слоев формации, и в которой удельное сопротивление каждого слоя формации равно удельному сопротивлению концентрической зоны этого слоя формации; и определяют для каждой концентрической зоны эквивалентное удельное сопротивление, которое для однородной формации дает значение прибора индукционного каротажа, равное первому значению; и
(3) вычисляют решения уравнений Максвелла для электромагнитного поля с известными свойствами прибора каротажа и диаметрами и эквивалентными сопротивлениями концентрических зон с помощью одномерной модели концентрического цилиндра, не учитывающей воздействие со стороны слоев формации и ориентации прибора каротажа относительно слоев формации, для обеспечения вычисленного удельного сопротивления для данного прибора индукционного каротажа в данной точке каротажа.
Свойства прибора каротажа: число передающих катушек и число их витков; число принимающих катушек и число их витков; положение каждой катушки на приборе каротажа; частота передаваемого сигнала; и тип оправки - проводящей (используемой в приборах, работающих на высоких частотах в мегагерцевом диапазоне) или непроводящей (используемой в приборах, работающих на средних частотах в килогерцевом диапазоне). Конфигурация катушек прибора каротажа определяет радиальную глубину исследования прибора индукционного каротажа, то есть - радиус зоны вокруг ствола скважины, содержащего материал, свойства которого доминируют в измерениях.
Перечень чертежей
Изобретение далее излагается более подробно, в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 схематически изображает участок ствола скважины, проходящего в слоистой формации;
фиг.2а схематически изображает участок слоя формации, используемый в одномерной модели концентрического цилиндра;
фиг.2b схематически изображает эквивалентное представление слоя формации, изображаемого в фиг.2а;
фиг.3 схематически изображает слоистую формацию, используемую в одномерной слоистой модели;
фиг.4 схематически изображает участок ствола скважины, проходящего в слоистой формации; и
фиг.5 схематически изображает участок слоя формации, используемый в одномерной модели концентрического цилиндра.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Фиг.1 иллюстрирует ствол скважины 1, проходящий в слоистой формации 3 и заполненный скважинным флюидом. Слоистая формация содержит слои 5, 6, 7, 8, 9, 10 и 11. Слоистая формация инфильтрована скважинным флюидом, и поэтому слои формации содержат зону инфильтрации и свободную от инфильтрата зону вне зоны инфильтрации. Зоны инфильтрации обозначены ссылочными обозначениями 5',..., 11'; и свободные от инфильтрата зоны обозначены ссылочными обозначениями 5''...11''.
Прибор 15 индукционного каротажа, спускаемый в скважину на тросе, установлен в стволе скважины 1; указанный прибор 15 индукционного каротажа подвешен на бронированном кабеле 17 связи. Прибор 15 индукционного каротажа имеет по меньшей мере одну передающую катушку (не изображена) и по меньшей мере одну приемную катушку (не изображена), отделенную некоторым интервалом от передающей катушки в осевом направлении. Прибор 15 индукционного каротажа расположен соосно со стволом скважины 1. Ориентацию центральной продольной оси прибора 15 индукционного каротажа относительно слоев формации можно определить следующим образом. Если единичный вектор 
, перпендикулярный слоям 5,...11 формации, спроецировать на систему ортогональных осей (не изображена), прилагаемую к прибору 15 индукционного каротажа, то единичный вектор 
может быть охарактеризован углом наклона 
и азимутальным углом 
.
Данное изобретение направлено на способ обеспечения вычисленной диаграммы индукционного каротажа прибора 15 индукционного каротажа, проходящего по участку ствола скважины 1. Далее следует описание первого варианта реализации изобретения.
Одномерная модель концентрического цилиндра образована прибором 15 индукционного каротажа, стволом скважины 1 и формацией 3. Эта модель изображена на фиг.2а; формация представлена слоем формации 23, зоной инфильтрации - 23', и свободной от инфильтрата зоной - 23''. Слой формации 23 расположен в направлении, перпендикулярном стволу скважины 1, и слой 23 формации проходит бесконечно в осевом направлении ствола скважины 1. Эта модель прибора индукционного каротажа, ствола скважины и формации является одномерной моделью концентрического цилиндра, не учитывающей воздействие со стороны слоев формации и ориентации прибора 15 каротажа относительно слоев формации.
С помощью этой модели первое значение прибора 15 индукционного каротажа вычисляют путем решения, для каждого слоя 5,...,11 формации (фиг.1), уравнений Максвелла для электромагнитного поля с известными свойствами прибора каротажа, диаметром ствола скважины, удельным сопротивлением скважинного флюида, диаметром зоны инфильтрации и удельным сопротивлением зоны инфильтрации и слоя формации вне зоны инфильтрации. То есть, значение прибора 15 индукционного каротажа в стволе скважины 1 вычисляют для слоя 23 формации, имеющего, во-первых, свойства слоя 5 формации (см. фиг.1), затем - свойства слоя 6 формации, и т.д. - до слоя 11.
Затем: для каждого слоя 5,...,11, формации определяют эквивалентное удельное сопротивление; причем эквивалентным удельным сопротивлением является удельное сопротивление однородной среды, которая дает значение прибора 15 индукционного каротажа, равное первому значению. Однородная среда содержит и ствол скважины 1 и слой 5,...11 формации. Таким образом, удельное сопротивление скважинного флюида в стволе скважины 1, удельное сопротивление зоны инфильтрации 5',...,11'' и удельное сопротивление формации 5'',...,11'' вне зоны инфильтрации заменены единым эквивалентным удельным сопротивлением для каждого слоя 5',..., 11, включая участок ствола скважины 1, прилегающий к этому слою формации. Эквивалентное представление слоя 23 изображено на фиг.2b, на которой этот слой обозначен как 23е. Положение ствола скважины 1 и прибора 15 каротажа изображено на фиг.2b пунктирными линиями.
Следующая операция излагается со ссылкой на фиг.3, изображающей модель слоистой формации фиг.1, где формация 33 содержит однородные слои 35,...,41 формации, каждый из которых имеет эквивалентное удельное сопротивление, относящееся к слою 5,...,11 формации фиг.1 и определяемое в предыдущей операции. Поскольку в однородной окружающей среде нет ствола скважины, поэтому положение центральной продольной оси ствола скважины указано пунктирной линией 31. Поскольку прибор каротажа (на фиг.3 не изображен) расположен соосно со стволом скважины, его центральная продольная ось совпадает с пунктирной линией 31. Эта модель является одномерной слоистой моделью, в которой учитывается воздействие со стороны слоев формации и ориентации прибора каротажа относительно слоев формации.
С помощью этой модели уравнения Максвелла для электромагнитного поля решают для нескольких точек каротажа, LP1, LP2 и LP3 с известными свойствами прибора каротажа и эквивалентными удельными сопротивлениями для слоев 35,...,41 формации. Получаемое таким образом решение обеспечивает вычисленную диаграмму каротажа прибора 15 индукционного каротажа для точек каротажа LP1, LP2, LP3.
Если используется большее число точек каротажа, тогда вычисленная диаграмма индукционного каротажа приближается к непрерывно дискретизируемой диаграмме.
Заявитель обнаружил, что диаграмма индукционного каротажа, получаемая таким образом, является хорошим приближением диаграммы индукционного каротажа, которую можно вычислить с помощью трехмерной модели. Но преимущество способа согласно данному изобретению заключается в значительной экономии времени вычисления.
С помощью небольшой модификации: операции, излагаемые со ссылкой на фиг.2 и 3, можно обратить; этот вариант реализации изобретения особо целесообразен в том случае, когда диаграмму индукционного каротажа вычисляют только для ограниченного числа точек каротажа.
Формацию, изображаемую в фиг.1, используют в качестве исходной точки, и первая операция излагается со ссылкой на фиг.4.
Первая операция этого варианта реализации содержит этап определения, в каждом слое 5,...,11, совокупности концентрических зон; причем первой концентрической зоной является ствол скважины 1, диаметры последующих концентрических зон соответствуют диаметрам зон инфильтрации 5',...,11' слоев 5,...,11 формации на данном участке ствола скважины 1. На фиг.4 линии 45, 46, 47 и 48 указывают интерференции между прилегающими концентрическими зонами, и сечения по сплошной линии в каждой линии 45,...48 указывают межсоединение зоны инфильтрации 5',...,11' и свободной от инфильтрата зоны 5'',...,11'' данного слоя 5,...,11 формации.
Следующая операция излагается со ссылкой на фиг.3, изображающей одномерную слоистую модель, где учитывается воздействие со стороны слоистости формации и ориентации прибора каротажа относительно слоев формации. Прибор индукционного каротажа устанавливают в точке LP1 каротажа, и формация 33 содержит однородные слои 35,...,41 формации, каждый из которых имеет определенное удельное сопротивление. Эта операция содержит несколько вычислений; уравнения Максвелла для электромагнитного поля решают для получения первого значения с известными свойствами прибора каротажа; удельное сопротивление каждого слоя 35,...,45 формации равно удельному сопротивлению концентрической зоны этого слоя формации. После каждого вычисления определяют эквивалентное удельное сопротивление для каждой концентрической зоны, и это дает для однородной формации значение прибора индукционного каротажа, равное первому значению.
Таким образом, для первого из вычислений: удельное сопротивление каждого слоя 35,...,41 формации устанавливают равным удельному сопротивлению скважинного флюида в стволе скважины 1, и первое значение получают для первой концентрической зоны - ствола скважины - путем решения уравнений Максвелла. После этого вычисления: определяют эквивалентное удельное сопротивление для первой концентрической зоны, которое дает, для однородной формации, значение прибора индукционного каротажа, которое равно первому значению.
Затем, для второго из вычислений: удельное сопротивление каждого из слоев 35,...,41 формации устанавливают равным удельному сопротивлению слоя 5,...,11 формации (см. фиг.4) во второй концентрической зоне, определяемой между стенкой ствола скважины 1 и первым межсоединением 45, и первое значение получают для второй концентрической зоны путем решения уравнений Максвелла. После этого вычисления определяют эквивалентное удельное сопротивление для второй концентрической зоны, которое дает для однородной формации значение прибора индукционного каротажа, равное первому значению.
Затем, для третьего из вычислений: удельное сопротивление каждого из слоев 35,...,41 формации устанавливают равным удельному сопротивлению слоя 5,...,11 формации (см. фиг.4) в третьей концентрической зоне, определяемой между стенкой первого межсоединения 45 и второго межсоединения 46, и первое значение получают для третьей концентрической зоны путем решения уравнений Максвелла. После этого вычисления определяют эквивалентное удельное сопротивление для третьей концентрической зоны, которое дает для однородной формации значение прибора индукционного каротажа, равное первому значению.
Таким образом определяют эквивалентные удельные сопротивления для четвертой концентрической зоны, определяемой межсоединениями 46 и 47; пятой концентрической зоны, определяемой межсоединениями 47 и 48; и шестой концентрической зоны, проходящей в свободную от инфильтрата формацию от межсоединения 48.
Для обеспечения вычисленного удельного сопротивления прибора индукционного каротажа в точке LP1 каротажа выполняют только еще одну операцию. Эта операция поясняется со ссылкой на фиг.5, иллюстрирующей одномерную модель концентрического цилиндра формации 3 согласно фиг.4, которая представлена изображаемом на фиг.5 слоем формации под обозначением 53. Слой 53 формации теперь расположен в направлении, перпендикулярном стволу скважины 1, и слой 53 формации проходит бесконечно в осевом направлении ствола скважины 1. Эта модель прибора индукционного каротажа, ствола скважины и формации является одномерной моделью концентрического цилиндра, не учитывающей воздействие со стороны слоев формации и ориентации прибора каротажа относительно слоев формации. Удельное сопротивление каждой из концентрических зон является соответствующим эквивалентным удельным сопротивлением, определенным для первой концентрической зоны (ствол скважины), второй концентрической зоны и т.д.
С помощью этой модели уравнения Максвелла для электромагнитного поля решают с известными свойствами прибора каротажа, и диаметрами и эквивалентными удельными сопротивлениями концентрических зон для обеспечения вычисленной диаграммы индукционного каротажа прибора индукционного каротажа в точке LP1 каротажа.
Этот второй вариант реализации изобретения обеспечивает удобный способ вычисления удельного сопротивления прибора индукционного каротажа в определенной точке каротажа. Если необходимо определить диаграмму индукционного каротажа в нескольких точках каротажа, то упоминаемые выше операции повторяют по каждой точке каротажа.
Способы данного изобретения, поясняемые выше со ссылкой на чертежи, можно применить, чтобы проверить; целесообразно ли применение какой-либо конфигурации прибора каротажа для определенной формации. Но эти способы также можно использовать в обратном каротаже скважины - когда определяют удельное электрическое сопротивление слоистой формации вокруг скважины, заполненной скважинным флюидом.
Такой способ содержит операции, согласно которым:
а) прибор индукционного каротажа действует в стволе скважины, чтобы обеспечить некоторую совокупность измеряемых диаграмм индукционного каротажа данной формации по разным исследуемым радиальным глубинам;
б) выбирают для каждого слоя моделированный профиль удельного сопротивления, который состоит из: удельного сопротивления скважинного флюида, габаритов формации, диаметра и удельного сопротивления зоны инфильтрации, и удельного сопротивления слоя формации вне зоны инфильтрации;
в) обеспечивают некоторую совокупность вычисляемых диаграмм индукционного каротажа прибора индукционного каротажа;
г) корректируют моделированный профиль удельного сопротивления в зависимости от наблюдаемого отклонения измеряемых диаграмм индукционного каротажа от вычисленных диаграмм индукционного каротажа; и
д) повторяют операции в) и г) до тех пор, пока разница между измеряемыми диаграммами индукционного каротажа и вычисленной диаграммой индукционного каротажа не будет ниже заданного порогового значения; при этом обеспечивают выполнение вычисленной диаграммы индукционного каротажа в соответствии с одним из способов согласно данному изобретению.
По мере приближения вычисленной диаграммы индукционного каротажа к измеряемой диаграмме индукционного каротажа моделированный профиль удельного сопротивления все более напоминает истинный профиль удельного сопротивления.
В излагаемом выше описании исходят из того, что в слое формации имеется только одна зона инфильтрации, но способ согласно данному изобретению также хорошо применим в том случае, когда имеются две (промытая зона и зона инфильтрации) зоны, либо даже свыше двух зон инфильтрации.
Способы согласно данному изобретению предполагают вычисления, которые можно выполнить с помощью системы обработки данных. Эта система обработки данных соответствующим образом выполнена с возможностью прогона программного кода, который можно загрузить в систему обработки данных для его прогона. Этот программный код может быть, например, в виде команд, записанных на языке программирования высокого или низкого уровня, который система обработки данных должна создать, чтобы имелась возможность его прогона, либо в виде составленных команд, и в последнем случае этот код часто называют машинным кодом.
Термин “продукция компьютерной программы” в описании и формуле изобретения используется для указания продукции, содержащей реализацию программного кода на машинно-считываемом носителе. Специалисту данной области техники будет ясно, что имеется много видов машинно-считываемых носителей, включая носители данных (например, КД-ПЗУ, жесткий диск, гибкий диск, магнитная лента, запоминающее устройство компьютера) и средства связи (например, сети, удаленные файловые серверы, проводные или радиолинии передачи данных).
Программный код может состоять из частей программного кода, каждая из которых может быть осуществлена в отдельном машинно-считываемом носителе. Части программного кода могут загружаться отдельно или совместно в систему обработки данных, и их можно прогонять отдельно или во взаимодействии друг с другом.
В частности, программный код может содержать команды, по которым система обработки данных выполняет вычисления для решения уравнений Максвелла для электромагнитного поля с помощью одномерной модели концентрического цилиндра или с помощью одномерной модели слоев. Программный код может предусматривать возможность использования результатов, получаемых из решения уравнений Максвелла, используя одну из моделей как часть вводимых данных для последующей операции решения уравнений Максвелла с помощью другой модели. Программный код может даже содержать все необходимые команды для прибора индукционного каротажа в целях обеспечения вычисляемого удельного сопротивления одной, или более точек каротажа или для вычисляемой диаграммы индукционного каротажа - с, или без взаимодействия с оператором системы обработки данных во время прогона программного кода.
Очевидно, что помимо программного кода в систему обработки данных необходимо загрузить входные данные, нужные для характеристики фактической ситуации, по которой должны проводиться вычисления. Входные данные могут содержать свойства прибора каротажа, ствола скважины, скважинного флюида, зоны (зон) инфильтрации, формации, и/или могут включать в себя параметры физической модели.
Данное изобретение описывается со ссылкой на каротаж с помощью спускаемого в скважину прибора, но оно может быть также применимо для измерения удельного сопротивления формации во время бурения.
Формула изобретения
1. Способ определения удельного электрического сопротивления слоистой формации вокруг ствола скважины, заполненного скважинным флюидом, причем указанный способ включает в себя операции, согласно которым: а) используют в стволе скважины прибор индукционного каротажа, чтобы обеспечить некоторую совокупность измеряемых диаграмм индукционного каротажа данной формации по разным исследуемым радиальным глубинам; б) выбирают для каждого слоя моделированный профиль удельного сопротивления, который состоит из удельного сопротивления скважинного флюида, габаритов формации, диаметра и удельного сопротивления зоны инфильтрации и удельного сопротивления слоя формации вне зоны инфильтрации; в) обеспечивают некоторую совокупность вычисленных диаграмм индукционного каротажа прибора индукционного каротажа; г) корректируют моделированный профиль удельного сопротивления в зависимости от наблюдаемого отклонения измеряемых диаграмм индукционного каротажа от вычисленных диаграмм индукционного каротажа; и д) повторяют операции в) и г) до тех пор, пока разница между измеряемыми диаграммами индукционного каротажа и вычисленной диаграммой индукционного каротажа не будет ниже заданного порогового значения; при этом обеспечивают выполнение вычисленной диаграммы индукционного каротажа, включая следующие операции: (1) вычисляют первое значение показаний прибора индукционного каротажа путем решения, для каждого слоя формации, уравнений Максвелла для электромагнитного поля с известными свойствами прибора каротажа, диаметром ствола скважины, удельным сопротивлением скважинного флюида, диаметром зоны инфильтрации и удельным сопротивлением зоны инфильтрации и слоя формации вне зоны инфильтрации с помощью одномерной модели концентрического цилиндра, не учитывающей воздействие со стороны слоев формации и ориентации прибора каротажа относительно слоев формации; и определяют, для каждого слоя формации, эквивалентное удельное сопротивление, которое дает для однородной окружающей среды значение показаний прибора индукционного каротажа, равное первому значению; и (2) вычисляют для нескольких точек каротажа решения уравнений Максвелла для электромагнитного поля с известными свойствами прибора каротажа и эквивалентными удельными сопротивлениями для слоев формации с помощью одномерной слоистой модели, согласно которой учитывается воздействие слоев формации и ориентации прибора каротажа относительно слоев формации, в целях обеспечения вычисленной диаграммы индукционного каротажа данного прибора индукционного каротажа.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для выполнения вычислений используют систему обработки данных.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что указанная система обработки данных прогоняет программный код для выполнения вычислений.
4. Способ определения удельного электрического сопротивления слоистой формации вокруг ствола скважины, заполненного скважинным флюидом, причем указанный способ включает в себя операции, согласно которым: а) используют в стволе скважины прибор индукционного каротажа, чтобы обеспечить некоторую совокупность измеряемых диаграмм индукционного каротажа данной формации по разным исследуемым радиальным глубинам; б) выбирают для каждого слоя моделированный профиль удельного сопротивления, который состоит из удельного сопротивления скважинного флюида, габаритов формации, диаметра и удельного сопротивления зоны инфильтрации и удельного сопротивления слоя формации вне зоны инфильтрации; в) обеспечивают некоторую совокупность вычисленных диаграмм индукционного каротажа прибора индукционного каротажа; г) корректируют моделированный профиль удельного сопротивления в зависимости от наблюдаемого отклонения измеряемых диаграмм индукционного каротажа от вычисленных диаграмм индукционного каротажа; и д) повторяют операции в) и г) до тех пор, пока разница между измеряемыми диаграммами индукционного каротажа и вычисленной диаграммой индукционного каротажа не будет ниже заданного порогового значения; при этом для того, чтобы получить вычисленную диаграмму индукционного каротажа определяют вычисленное удельное сопротивление с помощью способа, включающего следующие операции: (1) определяют в каждом слое формации совокупность концентрических зон, где первой концентрической зоной является ствол скважины, где диаметры последующих концентрических зон соответствуют диаметрам зон инфильтрации слоев формации в пределах участка ствола скважины, и где последняя концентрическая зона находится вне зоны инфильтрации с наибольшим диаметром; (2) для данной точки каротажа вычисляют для каждой концентрической зоны первое значение показаний прибора индукционного каротажа путем решения уравнений Максвелла для электромагнитного поля с известными свойствами прибора каротажа с помощью одномерной слоистой модели, в которой учитывается воздействие со стороны слоев формации и ориентации прибора каротажа относительно слоев формации, и в которой удельное сопротивление каждого слоя формации равно удельному сопротивлению концентрической зоны этого слоя формации; и определяют для каждой концентрической зоны эквивалентное удельное сопротивление, которое для однородной формации дает значение показаний прибора индукционного каротажа, равное первому значению; и (3) вычисляют решения уравнений Максвелла для электромагнитного поля с известными свойствами прибора каротажа, и диаметрами и эквивалентными удельными сопротивлениями концентрических зон с помощью одномерной модели концентрического цилиндра, не учитывающей воздействие со стороны слоев формации и ориентации прибора каротажа относительно слоев формации, для обеспечения вычисленного удельного сопротивления для прибора индукционного каротажа в точке каротажа, причем повторяют операции (1) и (2) для каждого положения прибора индукционного каротажа на протяжении данного участка в целях обеспечения вычисленной диаграммы индукционного каротажа для прибора индукционного каротажа.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что для выполнения вычислений используют систему обработки данных.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что указанная система обработки данных прогоняет программный код для выполнения вычислений.
РИСУНКИ
