Способ для контроля коллекторного пласта породы с высоким удельным сопротивлением
Изобретение относится к геофизике. Сущность: способ включает излучение электромагнитного сигнала от места вблизи дна моря или поверхности суши посредством передатчика электромагнитных волн. Передатчик электромагнитных волн содержит антенну, излучающую электромагнитный сигнал в верхний конец электропроводной обсадной колонны, или хвостовика, при этом верхний конец расположен вблизи дна моря. Электромагнитный сигнал канализируется вдоль проводящей обсадной колонны в пласт с высоким удельным сопротивлением и далее распространяется как электромагнитный сигнал канализированной волны с относительно более высокой скоростью внутри пласта с высоким удельным сопротивлением по сравнению со скоростью распространения в менее резистивных пластах. Электромагнитный сигнал канализированной волны дает начало направленному вверх преломленному электромагнитному сигналу, имеющему относительно более низкую скорость распространения в менее резистивных пластах и имеющему угол выхода, близкий к нормали к границе раздела между пластом с высоким удельным сопротивлением и пластом с более низким удельным сопротивлением. Фронт преломленной электромагнитной волны обнаруживают вдоль группы приемных антенн вдоль дна моря. Группа имеет направление от передатчика. Технический результат: возможность инжекции электромагнитных волн в коллектор с помощью обсадной металлической колоны. 12 з.п. ф-лы, 2 табл., 14 ил.
Введение
Нефтеносные пласты обычно имеют высокое удельное сопротивление (низкую удельную электропроводность) вследствие наличия непроводящей нефти или газа, замещающих проводящую солесодержащую воду (соляной раствор) в порах породы. Обычно удельное сопротивление уменьшается, когда в процессе добычи соляной раствор замещает нефть или газ, или повышается, если соляной раствор замещается или вымывается пресной водой или газом. Это различие в удельных сопротивлениях может быть использовано для контроля коллектора в процессе добычи или для проведения различия между нефтеносной и насыщенной соляным раствором частями пласта.
Известный уровень техники
Формирование электромагнитного сигнала буксируемой антенной используют для исследования донных осадочных пластов ниже дна моря. Типичное значение удельного сопротивления ρsw морской воды может быть около 0,3 Ом·м, и она является довольно проводящей. Поэтому ослабление распространения электромагнитной волны очень сильное. Эта высокая удельная электропроводность (или низкое удельное сопротивление) морской воды весьма препятствует прохождению даже до дна моря электромагнитного сигнала, который излучается буксируемой антенной в водные массы. Довольно небольшая часть ослабленной энергии, которая достигает дна моря, распространяется дальше через пласты породы, при этом некоторое количество энергии вниз. Волна частично отражается, частично преломляется пластами, имеющими различные электромагнитные свойства, и часть энергии распространяется обратно к поверхности дна моря. На дне моря электромагнитные волны необходимо обнаружить посредством приемников электромагнитных волн, а затем проанализировать.
В патенте Норвегии NO 310383 (Statoil) описано распространение электромагнитной канализированной волны вдоль проводящей обсадной колонны в скважине. Канализированная волна отражается на переходах удельного сопротивления в нефтяной эксплуатационной скважине. Вследствие замещения нефти вблизи эксплуатационной скважины фронтом пластовой воды снизу повторные измерения таких отраженных канализированных волн используют для контроля подъема фронта воды в течение довольно продолжительных промежутков времени, например в течение месяцев или лет. Распространение волн на большое расстояние от скважины не рассматривается; измеряют только объемы флюидов непосредственно в призабойной зоне.
В заявке NO 20020203 на патент Норвегии (Statoil) описаны способ и устройство для определения свойств подземного коллектора. В этой заявке упомянута антенна передатчика, размещенная в скважине, проходящей сквозь пласт, и в этой скважине антенна передатчика размещена вблизи пласта, представляющего интерес. В документе NO 20020203 упомянуто, что обсадная труба может быть использована в качестве антенны, поскольку участок обсадной трубы изолирован выше участка, реально используемого для дипольной антенны передатчика. Чтобы способ работал, обсадная колонна должна быть изолирована и модифицирована. Источник питания спускают в обсадную колонну скважины и прижимают к внутренней поверхности этой обсадной колонны. В случае размещения антенны в скважине согласно NO 20020203 существенный недостаток обусловлен тем, что операция спуска антенны на требуемую глубину в скважину является относительно сложной. Кроме того, для выполнения операции спуска внутрь скважины очень часто необходимо, чтобы из такой скважины в случае, если она является эксплуатационной скважиной, добыча временно прекращалась. Снабжение электрической энергией такой скважинной антенны передатчика, размещенной вблизи реальной продуктивной зоны, может быть трудным, требующим протяженных электрических питающих линий. В случае скважины, находящейся в процессе бурения, операция по размещению скважинной антенны передатчика скорее всего не должна рассматриваться с учетом экономичности бурения и проблем, связанных с источником питания. Другая существенная проблема упомянута в заявке на патент (Statoil) на странице 4, строки с 7 по 8: импульсы подвергаются сильной дисперсии в проводящей среде, то есть при распространении от поверхности вниз через покровные проводящие отложения. Это означает, что небольшая часть сигнала сохраняется для возврата на поверхность для осуществления измерений.
В заявке NO 20020203 на патент рассмотрена изоляция антенны передатчика, то есть части проводящей обсадной колонны. Ниже будет описано, что это оправдано при использовании неизолированной антенны передатчика на морском дне и, кроме того, для достижения значительно лучшей передачи сигнала.
В другой заявке NO 20020202 на патент (Statoil) также рассмотрено выявление нефтегазоносного слоя породы, предположительно с высоким удельным сопротивлением, путем использования преломленных электромагнитных волн, возникающих как следствие канализированных волн в этом слое породы. В NO 20020202 правильно признается, что обнаруживаемые преломленные волны могут быть менее ослабленными, чем прямая электромагнитная волна, хотя бы и при больших удалениях, но не рассматривается использование антенны передатчика на верхней части обсадной колонны, чтобы при этом обсадная колонна действовала как направляющая сигнала вниз в коллектор.
В NO 20020202 констатируется, что буксируемая дипольная антенна, имеющая длину от 100 до 1000 м является предпочтительной.
В международной заявке WO 0157555 на патент от Den norske stats oljeselskao as и Norges Geotekniske Institutt под названием "Method and apparatus for determining the nature for subterranean reservoirs" описана антенна передатчика, размещенная на дне моря, и соответствующая приемная антенна, также размещенная на дне моря. Эта установка создана для исследования глубокого коллекторного слоя, который в других отношениях известен по результатам сейсмических исследований. Преломленную составляющую волны обнаруживают в характеристике волнового поля для определения характера коллектора. В документе WO 0157555 делается упор на то, что распространение электромагнитной волны через слой углеводородов (породы) подвергается меньшему ослаблению по сравнению с электромагнитной волной, распространяющейся в водоносном слое, тогда как скорость намного выше в нефтегазоносном слое. Поэтому на большом расстоянии от антенны передатчика преломленная волна будет ослаблена намного меньше, чем отраженная волна или прямая волна. На строке 33 страницы 4 документа WO 0157555 также упомянуто, что коллектор, представляющий интерес, может быть приблизительно на 1 км или более ниже морского дна, и дальше говорится: «Чтобы осуществить в этих условиях электромагнитное исследование, используя его как единственный способ, с любой приемлемой степенью разрешения, необходимы небольшие длины волн. К сожалению, волны таких небольших длин подвергаются очень сильному затуханию. Волны больших длин не обеспечивают соответствующего разрешения. По этой причине сейсмические способы являются предпочтительными».
Задачи изобретения
Общая концентрация этого изобретения заключается в обеспечении возможности направления с помощью металлической обсадной колонны части электромагнитной энергии от поверхности через проводящие покровные породы вниз в коллектор углеводородов с высоким удельным сопротивлением. Первая задача изобретения связана с первой проблемой картирования протяженности слоя с высоким удельным сопротивлением, указывающего на нефтеносный слой породы, в отличие от возможного продолжения того же самого геологического слоя в виде насыщенного соленой водой объема того же самого слоя породы или другого слоя породы с низким удельным сопротивлением.
Вторая задача изобретения связана со второй проблемой контроля изменения слоя с высоким удельным сопротивлением в отношении протяженности, толщины или удельной электропроводности, указывающих на перемещение нефти и/или воды в процессе добычи.
Третья задача изобретения связана с третьей проблемой излучения сигнала в слой с высоким удельным сопротивлением ниже слоя с низким удельным сопротивлением, который обычно сильно ослабляет сигнал на его пути вниз. Эта задача возбуждения волны может состоять из двух частей: возбуждение сигнала, достаточного для распространения на большое расстояние и возврата на поверхность для измерения, и также возможное воздействие на коллектор, рассмотренное ниже.
Изобретением обеспечивается возможность инжекции энергии электромагнитных волн в коллектор путем излучения электромагнитного сигнала вдоль проводящей обсадной колонны, например металлической обсадной колонны, в слой с высоким удельным сопротивлением и также в более проводящие слои выше и ниже.
Как показано на фиг.3с, одним способом более эффективного излучения электромагнитного сигнала, который может распространяться на большое расстояние в пласт с высоким удельным сопротивлением, может быть использование тороидальной рамочной антенны передатчика вокруг верхней части обсадной колонны. Тороидальная рамочная антенна создает магнитное поле Н, окружающее в поперечном направлении обсадную колонну, и электрическое поле, направленное перпендикулярно к Н. На фиг.3с обсаженная стальной колонной скважина проходит в виде искривленной скважины в реальный пласт. Часть этой волны проходит вдоль стального хвостовика и поэтому продолжает распространяться на большое расстояние в горизонтальном направлении, к тому же за пределы протяженности проводящей обсадной колонны, вследствие вертикальной поляризации в плохо проводящей среде, в которой заряды могут перемещаться в незначительном количестве. Соленоидальная рамочная антенна передатчика излучает поперечную электрическую (ТЕ) волну.
Кроме того, обычная рамочная антенна (соленоид) на морском дне вокруг верхней части обсадной колонны может создавать электрическое поле вокруг обсадной колонны, так называемый сигнал поперечной электрической волны.
Четвертая задача изобретения связана с четвертой проблемой контроля процесса проникновения бурового долота, которое приближается к пласту с высоким сопротивлением. Бурение представляет собой дорогостоящий процесс, так что нефтяная компания обычно как можно быстро осуществляет проходку через непродуктивные осадочные отложения или другие пласты породы, для быстрого достижения продуктивного слоя. В противоположность этому желанию может быть весьма желательно бурить с отбором керна область контакта между покровными пластами (позиция 3 на фиг.1, 2 и 3) и нужным нефтеносным пластом 2 породы с высоким удельным сопротивлением. Поэтому четвертый вариант осуществления изобретения относится к способу для контроля характеристики вторичного электромагнитного поля на морском дне по сигналам, излучаемым посредством бурильной колонны, создающей ствол скважины.
Пятая задача изобретения связана с интенсификацией добычи нефти из нефтяного коллектора путем инжекции энергии в коллектор. Энергия может проникать в коллектор в виде переменного электрического или магнитного поля распространяющихся электромагнитных волн, которые могут поляризовать молекулы и вызывать вибрацию поляризованных молекул. Часть энергии преобразуется в теплоту в коллекторе или в теплоту в породах выше или ниже коллектора. Полагают, что в целом процесс инжекции энергии интенсифицирует добычу нефти вследствие действия механизмов, до сих пор не вполне понятных, а нагревание флюидов для снижения вязкости и, следовательно, повышения подвижности нефтяных флюидов может быть одним, но, вероятно не единственным объяснением.
Сущность изобретения
Упомянутые выше проблемы решаются посредством изобретения, которое представляет собой способ для контроля коллекторного пласта породы с высоким удельным сопротивлением ниже одного или нескольких менее резистивных пластов, и этот способ включает в себя следующие этапы:
- передача электромагнитного сигнала, предпочтительно распространяющегося вдоль проводящей металлической обсадной колонны от места вблизи дна моря, посредством передатчика электромагнитных волн на дне моря или расположенного близко ко дну моря, запитываемого сигнал-генератором напряжения или тока;
- в результате чего электромагнитный сигнал распространяется от дна моря в высокорезистивный пласт и распространяется как электромагнитный сигнал канализированной волны с относительно более высокой скоростью внутри пласта с высоким удельным сопротивлением по сравнению со скоростью распространения в менее резистивных вышележащих пластах;
- в результате чего электромагнитный сигнал дает начало направленному вверх преломляющемуся электромагнитному сигналу, имеющему относительно меньшую скорость распространения в менее резистивных пластах и имеющему угол выхода, близкий к нормали N к границе раздела между пластом с высоким удельным сопротивлением и пластом с более низким удельным сопротивлением, и дает начало фронту круто поднимающейся преломленной волны.
Фронт преломленной электромагнитной волны, содержащий преломленные электромагнитные сигналы, обнаруживают вдоль группы приемников электрбмагнитных волн вдоль дна моря, при этом группа имеет ориентацию от передатчика.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения передатчик электромагнитных волн может содержать тороидальную рамочную антенну или регулярную рамочную антенну, излучающую электромагнитный сигнал в верхний конец электропроводной обсадной колонны, например, стальной обсадной колонны или хвостовика. Электропроводная стальная обсадная колонна направляет энергию электромагнитных волн от поверхности вниз в нужный пласт.
В противоположность тому, что обычно полагают практически невозможным, в одном варианте осуществления изобретения может быть использован передатчик электромагнитных волн, содержащий электроды, один из которых соединен с верхним концом электропроводной обсадной колонны, при этом верхний конец находится вблизи дна моря. Другой электрод обычно располагают на более удаленном месте и заземляют в морском дне или опускают в морскую воду, или соединяют с другим стволом скважины, обсаженным металлической колонной.
Краткое описание чертежей
Изобретение иллюстрируется приложенными чертежами. Чертежи предназначены только для иллюстрации изобретения и не должны толковаться как ограничивающие объем изобретения, который должен ограничиваться только формулой изобретения. На чертежах:
фиг.1 - вертикальный разрез воображаемого подводного нефтяного промысла, имеющего подводную нефтяную скважину, закрепленную посредством обсадной колонны, при этом скважина проходит сквозь пласт с высоким удельным сопротивлением, залегающий ниже пластов с более низкими удельными сопротивлениями; антенна передатчика размещена в скважине вблизи пласта с высоким удельным сопротивлением и может характеризовать известный уровень техники;
фиг.2 - увеличенный вид части из фиг.1, иллюстрирующий участок обсадной колонны, проходящей сквозь пласт с высоким удельным сопротивлением; показанные здесь антенны излучают вертикальное электрическое поле Е, которое распространяется в пласт с высоким удельным сопротивлением;
фиг.3а - вид согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения; на верхней части листа показан вертикальный разрез, аналогичный показанному на фиг.1; согласно варианту осуществления изобретения генератор электрического напряжения подключен к части проводящей обсадной колонны вблизи дна моря; на нижней части листа приведен вид в плане, схематично иллюстрирующий характеристики поперечной электрической волны ТЕ и поперечной магнитной волны ТМ выше коллекторного пласта с высоким удельным сопротивлением;
фиг.3b - вид, аналогичный представленному на фиг.3а, иллюстрирует вариант осуществления изобретения, отличающийся от варианта осуществления, указанного выше, наличием кольцевой тороидальной или соленоидной антенны, размещенной вокруг той части обсадной колонны, которая проходит вверх над дном моря или находится несколько выше него;
фиг.3с - вид, аналогичный представленному на фиг.3b, иллюстрирующий один вариант осуществления изобретения, отличающийся от указанного выше тем, что искривленная скважина пробурена в пласт с высоким удельным сопротивлением;
фиг.3d - вид согласно варианту осуществления изобретения, на котором показана пробуриваемая скважина с бурильной колонной, приближающейся к пласту с высоким удельным сопротивлением;
фиг.4 - серия изображений вертикальных разрезов, рассчитанных с помощью весьма упрощенной модели пласта с низким удельным сопротивлением, имеющего более тонкий горизонтальный пласт с высоким удельным сопротивлением, находящийся где-либо на нижней половине изображения; на левой стороне каждого изображения скважина, проходящая сквозь пласты; скважина закреплена проводящей обсадной колонной; электромагнитный сигнал возбуждается на середине проводящей обсадной колонны; изображения рассчитанных интенсивностей распространяющегося электромагнитного поля показаны на последовательных прирастающих отрезках времени через интервалы 500 мкс, начиная с 500 мкс и заканчивая 20000 мкс;
фиг.5 - увеличенное изображение первого рассчитанного отрезка времени 500 мкс; слева указана проводящая обсадная колонна с антенной передатчика электромагнитных волн; в нижней части указан пласт с высоким удельным сопротивлением; из изображения видно, что фронт поля электромагнитной волны распространяется почти сферически как прямая волна;
фиг.6 - изображение, аналогичное показанному на фиг.5, рассчитанное для t=2000 мкс; прямая волна через породы, а также волна вдоль обсадной колонны к этому моменту времени распространились вниз в пласт с высоким удельным сопротивлением; распространение канализированной волны начинается в пласт с высоким удельным сопротивлением с более высокой скоростью распространения, чем прямой волны; пласт с высоким удельным сопротивлением нельзя различить на предыдущем изображении;
фиг.7 - изображение, аналогичное показанным на фиг.5 и 6, теперь рассчитанное для t=10000 мкс; канализированная волна распространилась на большое расстояние в правую часть пласта с высоким удельным сопротивлением, и имеется «утечка» преломленной волны вверх (и вниз), иллюстрирующая довольно крутое распространение вверх (и вниз) фронта преломленной волны; в этом момент времени становится очевидным, что фронт преломленной электромагнитной волны распространяется быстрее через пласт с низким удельным сопротивлением;
фиг.8 - изображение, до некоторой степени похожее на изображение на фиг.7, иллюстрирующее развитие при времени распространения 20000 мкс или 0,02 с; в случае станций наблюдения, размещенных на некотором расстоянии вдоль дна моря (или поверхности) преломленная волна будет появляться первой на приемниках; вследствие крутого направления реального распространения скорость преломленной волны, рассчитанная по разностям фаз на приемниках 6, оказывается более высокой, чем скорость прямой волны;
фиг.9 - серия вертикальных разрезов, рассчитанных с помощью другой, подобным образом упрощенной модели пласта с низким удельным сопротивлением, покрытого проводящей морской водой; материальная модель для этих рассчитанных разрезов показана на фиг.9b; изображениями иллюстрируется распространение электромагнитной волны через пласт породы; дно моря находится на глубине морской воды, составляющей 2500 м; слои породы модели простираются до глубины 2500 ниже дна моря, то есть до 5000 м ниже поверхности моря; горизонтальная протяженность модели 5000 м; как и в случае фиг.4, более тонкий горизонтальный пласт существует где-либо в нижней половине изображения; его приблизительное положение выявляется на изображениях временных разрезов спустя 2000 или 3000 мкс, то есть на втором или третьем изображении; на левой стороне каждого изображения пласты пронизаны скважиной от дна моря и книзу, при этом скважина имеет проводящую обсадную колонну, обычно выполненную из стали;
фиг.9b - вид материальной модели, предназначенной для расчета распространения электромагнитного поля согласно фиг.9; тонкий пласт с высоким удельным сопротивлением, упомянутый выше, имеет верхнюю границу раздела на глубине 1000 м ниже дна моря и толщину 150 м; удельное сопротивление пласта с высоким удельным сопротивлением составляет 100 Ом·м; покровные породы выше и породы ниже имеют одинаковое удельное сопротивление 10 Ом·м;
фиг.10 - вертикальный разрез согласно смоделированному варианту осуществления изобретения, изображение основано на модели из фиг.9b; на изображении показана интенсивность электромагнитного поля, рассчитанная для времени распространения 30000 мкс через породы от источника; в показанном случае предпочтительного варианта осуществления использована антенна передатчика вблизи морского дна, а предпочтительно - на верхней части закрепленного обсадной колонной ствола скважины; в этом примере обсадная колонна проходит весь путь от дна моря на глубине 2500 м вниз до конечной глубины 5000 м; следовательно, обсадная колонна имеет общую длину 2500 м;
фиг.11 - вертикальный разрез согласно смоделированному варианту осуществления изобретения, изображение основано на модели, аналогичной модели из фиг.9b, за исключением того, что обсадная колонна, использованная в модели для расчета фиг.11, короткая, вытянутая от дна моря и на 500 м вниз в пласт с низким удельным сопротивлением; поэтому стальная обсадная колонна заканчивается на большом расстоянии над пластом с высоким удельным сопротивлением;
фиг.12 - вертикальный разрез согласно смоделированному варианту осуществления изобретения, изображение основано на модели, аналогичной модели из фиг.9b, за исключением того, что в основополагающей модели обсадная колонна не размещена в стволе скважины;
фиг.13 - диаграмма для сравнения амплитуд сигналов, которые могли бы быть измерены на морском дне в воображаемых ситуациях отсутствия обсадной колонны, короткой обсадной колонны и длинной обсадной колонны; и
фиг.14 - вертикальный разрез, сравнимый с временным разрезом из фиг.10, за одним существенным исключением, заключающимся в отсутствии пласта с высоким удельным сопротивлением в морском дне, но зато имеется обсадная колонна; назначение фиг.14 двойное; во-первых, показать, что в способе инжекции энергии электромагнитных волн в коллектор наличие зоны с высоким удельным сопротивлением является необходимым условием для обнаружения преломленных волн; во-вторых, показать значимость, которую можно заметить, того, что наличие металлической обсадной колонны приводит к значительному улучшению инжекции энергии электромагнитных волн в пласты морского дна по сравнению с ситуацией согласно фиг.12 без металлической обсадной колонны.
Описание предпочтительных вариантов осуществления
На фиг.1 показана ситуация, в которой антенна 50 передатчика 5 электромагнитных волн размещена в стволе 7b скважины через пласты 3 с низким удельным сопротивлением и в которой ствол 7b скважины к тому же проходит сквозь насыщенный нефтяными флюидами пласт 2 с высоким удельным сопротивлением. Для передачи электромагнитного сигнала S в пласт 2 с высоким удельным сопротивлением антенна 50 размещена с наружной стороны проводящей обсадной колонны 7. Когда электромагнитные волны распространяются через пласты, то в конечном счете преломленные электромагнитные волны принимаются на поверхности 1 покровных геологических пластов 3. Поверхность 1 может быть дном моря или поверхностью суши. Вследствие сильного ослабления электромагнитных сигналов морской водой в этом способе поверхность не может быть поверхностью моря, за исключением применений на мелководье. Разделительная линия 22 в насыщенном флюидами пласте 2 указывает на переход от нефтеносного участка 2о пласта 2 с высоким удельным сопротивлением к водоносному участку 2w пласта с более низким удельным сопротивлением.
На фиг.2 более детально представлен участок из фиг.1 с показом участка обсадной колонны 7, при этом ствол 7b скважины проходит сквозь насыщенный нефтяными флюидами пласт 2 с высоким удельным сопротивлением. Антенна 50 передатчика размещена вблизи обсадной колонны, прилегающей к этому пронизываемому пласту 2 с высоким удельным сопротивлением. Независимо от конкретного способа, используемого в передатчике для возбуждения, электромагнитная волна внутри пласта породы с высоким удельным сопротивлением предполагается распространяющейся как канализированная волна, и это существенно для экстенсивного распространения, чтобы электрическое поле Е формировалось почти перпендикулярно к верхней и нижней границам раздела между пластом 2 породы с высоким удельным сопротивлением и более проводящими слоями 3 выше и ниже него. Поэтому формируемое электрическое поле Е не может в какой-либо значительной степени переместить существующие заряды, и образуется очень слабый электрический ток, ток, который будет быстро ослабляться в проводящем слое 3. Следовательно, при наличии электрического поля Е, перпендикулярного к границам раздела выше и ниже слоя 2 с высоким удельным сопротивлением, электромагнитная волна может распространяться на большое расстояние как канализированная волна внутри слоя 2 с высоким удельным сопротивлением. Этот принцип используют в большей части таких применений. Выше при комментировании известного уровня техники упоминалось, что в случае размещения антенны в скважине согласно патентному документу NO 20020203 существенный недостаток заключается в том, что операция спуска антенны в скважину на требуемую глубину относительно сложная, и часто дополнительно требуется, чтобы скважина в том в случае, когда она является эксплуатационной скважиной, была временно остановлена. Кроме того, может быть трудным снабжение электрической энергией скважинной антенны передатчика, создающей очень большой сигнал, размещаемой вблизи существующей продуктивной зоны. Ситуация на фиг.1 и 2 является аналогичной, но не полностью тождественной ситуации согласно патентному документу NO 20020203 в той части, что рассматриваемая зона с высоким удельным сопротивлением в этой прикладной задаче согласно приведенному заявителем примеру «не выходит на поверхность» на всем протяжении дна моря. Однако в приведенном ниже описании рассмотрено решение некоторых проблем, обсужденных выше.
На фиг.3а показан один предпочтительный вариант осуществления, согласно которому часть возбужденного электромагнитного сигнала распространяется от поверхности или дна 1 моря вниз вдоль проводящей обсадной колонны 7 к пласту 2 с высоким удельным сопротивлением. Ниже будет показано, что этим существенно улучшается прохождение сигнала вниз в пласт 2 с высоким удельным сопротивлением и к тому же повышается доля энергии, которая может быть преломлена обратно ко дну 1 моря. Согласно этому предпочтительному варианту осуществления антенна 50 передатчика 5 электромагнитных волн образована путем подключения электрического сигнала напряжения переменного тока с сигнал-генератора G электропитания и путем использования электрода 50А, присоединенного к проводящей обсадной колонне 7 вблизи дна 1 моря, что приводит в результате к волноводному распространению вдоль проводящей обсадной колонны 7 в стволе скважины. Проводящая обсадная колонна 7 может быть стальной обсадной колонной или хвостовиком, или бурильной колонной. В случае настоящего изобретения не считается, что какую-либо часть обсадной колонны 7 необходимо определенно изолировать, чтобы добиться передачи сигналов, хотя можно и, вероятно, выгодно частично изолировать верхний участок обсадной колонны, например окрашиванием. Другой, противоположный электрод 50 В от генератора G напряжения заземляют в морском дне или опускают в морскую воду, где-нибудь еще, кроме как возле верхней части обсадной колонны. В настоящем изобретении предпочтительно, чтобы использовалась мощность около 10 кВт при частоте от 0,1 Гц до 1 кГц. Скважинный участок проводящей обсадной колонны 7, который проходит сквозь насыщенный нефтяными флюидами пласт 2 с высоким удельным сопротивлением, образует часть антенны 50, излучающей в пласт 2 с высоким удельным сопротивлением менее ослабленный и поэтому более сильный электромагнитный сигнал, при том, возможно, имеющий более широкий частотный спектр вследствие меньшего затухания более высоких частот в нисходящей скважине. Как и в примере из фиг.1, электромагнитные волны направляются через пласт 2 с высоким удельным сопротивлением и преломляются вверх к покровным геологическим пластам 3 с более низким удельным сопротивлением и, наконец, принимаются на поверхности 1, то есть на дне моря или на поверхности суши. Типичные значения удельного сопротивления указаны на фиг.3а: для морской воды ρsw составляет приблизительно от 0,2 до 0,3 Ом·м; для пластов 3 с низким удельным сопротивлением ρ3 может быть от 0,7 до 10 Ом·м и для пласта 2 с высоким удельным сопротивлением, содержащего нефть, ρ2нефти может быть от 20 до 100 Ом·см. Для водоносных частей пласта 2 ρ2воды может быть от 0,7 до 2 Ом·м, аналогично удельному сопротивлению вышележащих пластов 3 с низким удельным сопротивлением. В этом примере электромагнитный сигнал может распространяться внутри пласта 2 с высоким удельным сопротивлением вдоль вектора Р Пойнтинга как вектор Е почти вертикальной поляризации. Этот вектор Р Пойнтинга представляет собой векторное произведение Е×Н, и этот вектор Р Пойнтинга ориентирован в направлении распространения, а Е и Н перпендикулярны друг к другу и к направлению распространения. Вследствие сильного различия в электрических характеристиках и, следовательно, сильного различия в скоростях распространения направление преломления волны из горизонтального пласта с высоким удельным сопротивлением в пласт с низким удельным сопротивлением резко изменяется, при этом Р направлен с большой крутизной в пласты 3 пород над частью пласта 2 с низкой проводимостью. За пределами зоны 22 контакта нефти и воды Р преломляется намного слабее и поэтому направлен менее круто, если вообще преломляется в пласт 3 с низким удельным сопротивлением из водоносного пласта 2w с низким удельным сопротивлением. Аналогичным образом за пределами зоны 22 контакта нефти и воды преломленный вектор Е будет субгоризонтальным выше части пласта 2 с низкой проводимостью и Е будет направлен в некоторой степени более круто при преломлении из более проводящего водоносного пласта 2w. Тот же самый эффект наблюдается в случае перехода из пласта 3 породы с низким удельным сопротивлением в еще более проводящую морскую воду 4, следствием чего является почти горизонтальный вектор Е выше и вдоль морского дна. Поэтому в большинстве случаев антенны 6а, 6b, 6с, …, 6k, …, 6n на дне 1 моря могут быть размещены горизонтально с целью выявления согласно настоящему изобретению контура коллекторного участка пласта 2 с низким удельным сопротивлением.
Обычно обсадную трубу 7 скрепляют цементом со стенкой ствола скважины, используя цемент 74 в кольцевом пространстве между наружной поверхностью обсадной трубы 7 и стенкой ствола скважины вдоль участков обсадной трубы 7, проходящих сквозь вышележащие непродуктивные пласты 3 породы и входящих в коллектор. Применительно к цементу 74 в лаборатории Норвежского геотехнического института (NGI) было измерено удельное сопротивление ρ74 цемента, затвердевающего в течение двух недель, которое оказалось от 50 до 100 Ом·м или выше, и оно выше предполагаемого удельного сопротивления ρ3 пластов 3 с низким удельным сопротивлением, указанного выше в пределах от 0,7 до 10 Ом·м. Проводящая обсадная колонна 1, частично изолированная наружным цементным покрытием 74, обеспечивает улучшенные волноводные характеристики для электромагнитного сигнала S на протяжении пласта 3 с низким удельным сопротивлением.
В ситуации, описанной выше, при подключении источника переменного тока к обсадной колонне не будет чистого переноса тока, а будет только прохождение сигнала в течение ограниченного периода времени, например в течение от нескольких секунд до нескольких минут, в зависимости от синхронизации, используемой в системе передатчик-приемник, которой можно легко управлять на расстоянии, так что вследствие использования этого способа не будет значительной коррозии обсадной колонны.
На фиг.3b обсаженная стальной колонной скважина проходит сквозь нефтеносный пласт 2 породы, а скважина 7b является в основном вертикальной. Тороидальная рамочная антенна, намотанная вокруг кольцевого сердечника, размещена вблизи дна моря и находится вокруг проводящей обсадной колонны или аналогичной проводящей колонны. С достижением преимущества тороидальная антенна может быть снабжена кольцевым сердечником 51, имеющим высокую магнитную проницаемость. В этом случае создаются составляющие E⊥, Е|| электрического поля, перпендикулярные к и параллельные проводящей обсадной колонне 7. Показано индуктирующее магнитное поле Н и также показаны составляющие P⊥ и P|| вектора Пойнтинга, образованные перпендикулярно к и параллельно проводящей обсадной колонне 1, вместе с результирующими составляющими Рr вектора Пойнтинга. Видно, что образованный вектор Р распространяется вниз вдоль обсадной колонны 7 и в геологические пласты и может преломляться в слой 2 с низким удельным сопротивлением, чтобы стать параллельным слою 2 с высоким удельным сопротивлением.
Поэтому можно получить одну существенную особенность изобретения: на поверхности антенна передатчика излучает сигнал, который с меньшим затуханием проходит вниз в пласт 2, в котором он может распространяться. Составляющая Е, перпендикулярная к границам раздела выше и ниже пласта 2, может быть направлена внутрь пласта 2 с высоким удельным сопротивлением, где преломляется, а на поверхности принимается с целью анализа и выявления протяженности и характерных свойств пласта 2. Другие направления вектора, «неудачные» для дальности распространения, могут быть более благоприятными для инжекции энергии в пласт 2 или для подогрева проводящих слоев 3 непосредственно выше (или ниже) пласта 2 и, следовательно, для интенсификации добычи нефти из пласта 2.
Как и на фиг.3b, на фиг.3с показана тороидальная рамочная антенна, размещенная, например, вблизи морского дна и вокруг проводящей обсадной колонны. Тороидальная рамочная антенна излучает так называемый сигнал поперечной магнитной (ТМ) волны, имеющей электрическое поле E, ориентированное в поперечном направлении относительно проводящей оси, то есть оси проводящей обсадной колонны 7. В этом показанном варианте осуществления изобретения скважина с проводящей обсадной колонной 7 или с аналогичной проводящей эксплуатационной колонной отклоняется в субгоризонтальный пласт 2 с высоким удельным сопротивлением. Как ясно из чертежа, электрическое поле Е создается перпендикулярно к оси проводящей колонны 7, а магнитное поле Н создается вокруг оси той же самой проводящей колонны, следовательно, вектор Р Пойнтинга будет направлен вдоль проводящей колонны 7. Поэтому искривленная проводящая обсадная колонна будет поворачивать начальный вектор распространения на 90°, так что более сильное электрическое поле Е может быть образовано близким к вертикали внутри пласта 2 с низкой удельной электропроводностью выше (и ниже) проводящей колонны. Следовательно, это более сильное электрическое поле Е потенциально способно распространяться в пласте 2 на большое расстояние с образованием сильно преломленного сигнала, принимаемого антеннами 6а, 6b, 6с, …, 6k, …, 6n на морском дне выше нефтеносных участков пласта 2. В нижней части фиг.3с представлено горизонтальное сечение скважины на всем протяжении вертикального разреза, показанного выше. «Область сильного преломления» показана выше нефтеносного пласта 2, а «область слабого преломления» показана на расстоянии от дальней стороны нефтеносного пласта 2, то есть выше водоносного пласта 2w.
На фиг.3d показан вариант осуществления изобретения с использованием антенны передатчика вокруг верхней части проводящей бурильной колонны. Если антенна передатчика представляет собой тороидальную рамочную антенну, а скважина вертикальная, то вектор Р может излучаться вблизи конца бурильной колонны под требуемым углом относительно оси бурильной колонны, при этом вследствие преломления вектор Р распространяется более или менее вдоль пласта 2 с низким удельным сопротивлением и связан с довольно сильным, почти вертикальным электрическим полем Е, которое может хорошо проходить в пласт 2 с низким удельным сопротивлением. Поэтому электромагнитная волна может быть направлена через низкорезистивный слой, при этом возникают преломленные электромагнитные волны, которые могут быть приняты вдоль морского дна на расстоянии от бурильной колонны. Когда бурильная колонна находится намного выше низкорезистивного слоя 2, преломленный сигнал должен быть довольно слабым. Но, когда бурильная колонна приближается к низкорезистивному пласту 2, характеристики составляющей преломленной волны в части интенсивности и/или фазы вблизи границы раздела между вышележащей (и нижележащей) границей (границами раздела) и пластом 2 с высоким удельным сопротивлением должны претерпевать изменения. Путем моделирования или использования эмпирических данных для такого переходного участка бурения группа бурения может предсказывать приближение границы раздела. При этом она должна обеспечить возможность прекращения бурения и использовать бурение с отбором керна на протяжении переходного участка, начиная от вышележащих пород, не содержащих нефти, и до нефтеносного пласта. Поскольку в верхней части коллектора часто обнаруживают газ, то одновременно предпочтительно более точно знать, когда бурильная колонна приблизится к такому газовому куполу, чтобы предотвратить нежелательный подъем давления в скважине.
На фиг.4 показана серия изображений вертикальных разрезов, рассчитанных с помощью весьма упрощенной модели пласта с низким удельным сопротивлением, имеющего тонкий горизонтальный пласт с высоким удельным сопротивлением, находящийся где-либо на левой половине изображения. Пласты, пронизываемые скважиной, находятся на левой стороне каждого изображения. Скважина закреплена проводящей обсадной колонной. Электромагнитный сигнал излучался на полпути вниз вдоль проводящей обсадной колонны. Изображения рассчитанной интенсивности распространяющегося электромагнитного поля показаны на последовательных временных разрезах с интервалами через 500 мкс, начиная от 500 мкс и кончая 20000 мкс. Назначение фиг.4 заключается в демонстрации распространения поля без включения в модель морской воды и в подготовке читателя к более сложной модели, служащей основой для рассчитанных изображений на фиг.9, в которую введена морская вода и в которой антенна 50 передатчика размещена на уровне дна моря на проводящей обсадной колонне.
На фиг.5 представлено увеличенное изображение первого рассчитанного, временного разреза на интервале 500 мкс. Слева чертежа имеется указание на проводящую обсадную колонну 7 с электромагнитной антенной 50 передатчика. В нижней части есть указание на пласт 2 с высоким удельным сопротивлением. Из изображения видно, что фронт электромагнитного поля распространяется почти сферическим образом, как фронт F1 прямой волны.
Фиг.6 аналогична фиг.5 и рассчитана для t=2000 мкс. Прямая волна через породы 3 и также волна вдоль обсадной колонны 7 к этому моменту распространились вниз в пласт 2 с высоким удельным сопротивлением. Распространение канализированной волны в волновом фронте F2 начинается в пласт 2 с высоким удельным сопротивлением, и поэтому она имеет более высокую скорость распространения, чем прямая волна в пласте с более низким удельным сопротивлением. В предыдущем рассчитанном изображении нельзя различить пласт 2 с высоким удельным сопротивлением.
Фиг.7 является аналогичной фиг.5 и 6 и рассчитана для t=10000 мкс. Канализированная волна распространилась на большое расстояние в правый участок пласта с высоким удельным сопротивлением, и имеется «утечка» преломленных волн вверх (и вниз), иллюстрирующая довольно крутое распространение фронта F3 преломленной волны.
Канализированная волна распространилась на большое расстояние в правый участок пласта 2 с высоким удельным сопротивлением, и имеется «утечка» преломленных волн вверх (и вниз), иллюстрирующая довольно крутое распространение вверх (и вниз) фронта F3 преломленной волны через пласт 3 с низким удельным сопротивлением. В этот момент времени становится очевидным, что передний участок фронта преломленной электромагнитной волны распространяется через пласт 3 перед фронтом F1 прямой волны в пласте 3.
На фиг.8, довольно похожей на фиг.7, показан ход времени распространения до 20000 мкс или 0,02 с. В случае станций наблюдения с приемными антеннами 6а, 6b, 6с, …, 6k, …, 6n на дне 1 моря, размещенными на некотором интервале вдоль дна моря (или поверхности), преломленная волна придет прежде всего на приемники 6, если преломленная волна попадет на эту станцию. Вследствие наклонного направления реального распространения скорость преломленной волны, вычисленная по разности фаз на приемниках 6, оказывается более высокой, чем скорость прямой волны, и над коллекторным участком пласта 2 будет отражать скорость распространения электромагнитных волн в коллекторе.
На фиг.9 показана серия рассчитанных вертикальных разрезов, полученных с помощью другой, аналогичным образом упрощенной модели пласта 3 с низким удельным сопротивлением, покрытого проводящей морской водой 4. Материальная модель, предшествующая этим вычисленным разрезам, показана на фиг.9b. Изображение отражает распространение электромагнитной волны через пласт 3 породы. Дно 1 моря находится на глубине морской воды, составляющей 2500 м. В модели пласты 3 породы простираются до глубины 2500 м ниже дна моря, то есть до 5000 м ниже поверхности моря. Горизонтальная протяженность модели составляет 5000 м. Как и на фиг.4, более тонкий горизонтальный пласт 2 с высоким удельным сопротивлением находится где-либо на нижней половине изображения. Приблизительное местоположение обнаруживается на изображениях временных разрезов спустя 2000 или 3000 мкс, то есть на втором или третьем изображении. Начиная от дна 1 моря и ниже скважина проходит сквозь пласты 3, 2 на левой стороне каждого изображения, при этом скважина имеет проводящую обсадную колонну 7, обычно выполненную из стали.
С течением времени все изображения, содержащие исходную сферическую волну, представляющую собой прямую волну, распространяющуюся через пласт 3 с низким удельным сопротивлением, становятся все более и более искаженными фронтом более быстрой канализированной волны, проходящей через пласт 2 с низким удельным сопротивлением, и фронтом преломленной электромагнитной волны, проходящей через пласт 3. Также видно, что фронт более медленной электромагнитной волны, проходящей через море 4, искажается преломленной прямой волной, проходящей через пласт 3 с низким удельным сопротивлением, а позднее также преломленной волной из пласта 2. Ясно, что спустя 30000 мкс на изображении преобладает фронт преломленной электромагнитной волны из пласта 2 с высоким удельными сопротивлением, прошедшей через пласт 3. Кроме того, обращает на себя внимание «лукообразное» изображение поля интенсивности с ориентированным вниз кончиком вдоль обсадной колонны 7, хорошо видным на двух последних рассчитанных изображениях, соответствующих 29000 и 30000 мкс. Эта форма кончика может быть обусловлена более высокой энергией или концентрацией мощности вдоль обсадной колонны 7.
На фиг.9b показана материальная модель, предназначенная для расчета распространения электромагнитного поля согласно фиг.9. Тонкий пласт 2 с высоким удельным сопротивлением, упомянутый выше, имеет верхнюю границу раздела на глубине 1000 м ниже дна моря и толщину 150 м. В данном случае удельное сопротивление пласта 2 с высоким удельным сопротивлением составляет 100 Ом·м. Покровные породы 3 выше и породы ниже имеют одинаковое удельное сопротивление 10 Ом·м. Конечно, это приписанное единообразие удельного сопротивления покровных пород 3 и также нижележащих пород 3 не отражает реального случая в природе, когда имеется внутрисистемное изменение удельного сопротивления, зависящее от стратиграфических изменений, процесса превращения и перемещения воды и нефти. В математической модели, использованной для расчетов, единица измерения расстояния и, следовательно, разрешение составляет 25 м. (см. табл.1).
| Таблица 1. | ||
| Слой | Удельное сопротивление | Вертикальная протяженность |
| Слой морской воды | 0,2 Ом·м | Глубина от 0 м до 2500 м |
| Слой морского дна с низким удельным сопротивлением | 10 Ом·м | Глубина от 2500 м до 3500 м (толщина 1000 м) |
| Пласт с высоким удельным сопротивлением | 100 Ом·м | Глубина от 3500 м до 3650 м (толщина 150 м) |
| Нижний слой морского дна с низким удельным сопротивлением | 10 Ом·м | Глубина от 3650 м до 5000 м |
Далее, на фиг.9b источник находится на дне моря, на верхней части обсадной колонны, на глубине у=2500 м, на расстоянии х=300 м от левого края. Кроме того, воображаемые точки для приемников 6а, 6b, 6с, … распределены по всем точкам модели вдоль дна 1 моря на глубине у=2500 м при различных значениях х с разнесением 25 м. Воображаемый источник 5 представляет собой источник переменного кругового магнитного поля. Он возбуждает ток, протекающий вдоль металлической обсадной колонны 7. В этом случае металлическая обсадная колонна 7 становится электрическим диполем. Для моделирования использован однопериодный сигнал 100 Гц. Общее время распространения в модели составляет 30 мс, то есть 30000 мкс. Закрепленный обсадной колонной ствол 7b скважины находится на оси у на левой стороне изображения.
На фиг.10 представлен вертикальный разрез согласно смоделированному варианту осуществления, изображение, основанное на модели из фиг.9b. На изображении показана интенсивность электромагнитной волны от источника 5, рассчитанная для времени распространения 30000 мкс через смоделированную породу. В показанном случае согласно предпочтительному варианту осуществления использована антенна 50 передатчика вблизи морского дна, и предпочтительно, чтобы она была на верхней части обсадной колонны 7, закрепляющей ствол 7b скважины. В этом примере обсадная колонна 7 проходит на всем пути от дна моря на глубине 2500 м и вниз до конечной глубины 5000 м. Поэтому обсадная колонна 7 имеет общую длину 2500 м. Горизонтальная протяженность рассчитанного изображения составляет 5000 м. Модель рассчитана с разрешением 50 м как в вертикальном, так и горизонтальном направлениях. На фиг.10 обращает на себя внимание «лукообразное» (имеющее направленный вниз кончик) распределение интенсивности энергии вокруг проводящей обсадной колонны. Такая форма указывает на то, что обсадная колонна 7 представляет собой хороший канал для прохождения электромагнитной энергии от передатчика 5 вблизи осадочной поверхности 1 и вниз в геологические пласты. Как ясно следует из фиг.10, значительная часть интенсивности энергии передается в горизонтальный пласт 2 с высоким удельным сопротивлением. Затем энергия передается в виде преломленных волн вверх и вниз из слоя с высоким удельным сопротивлением, и эта энергия может нагревать слой с высоким удельным сопротивлением и также окружающие слои 3, тем самым, возможно, воздействуя на нефтеносную продуктивную зону 2 с высоким удельным сопротивлением. Некоторая часть энергии в конечном счете проявится в виде преломленных волн на приемных антеннах 6 на дне 1 моря. Далее сигналы с антенн 6 могут быть зарегистрированы и проанализированы для оценивания физических электрических характеристик и для определения контура протяженности пласта 2 с высоким удельным сопротивлением.
Из этого изображения также очевидно, что в модели имеется намного более сильная составляющая энергии преломленной волны, вступающая в морское дно 1 при большом удалении в крайней правой части. Из рассчитанного изображения также очевидно, что существуют сильное ослабление и небольшая скорость распространения электромагнитных волн в морской воде 4.
На фиг.11 представлен вертикальный разрез согласно смоделированному варианту осуществления изобретения, изображение, основанное на модели, аналогичной модели из фиг.9b. За исключением того, что обсадная колонна 7, использованная в модели для расчета фиг.11, выполнена короткой, проходящей от дна 1 моря и на 500 м вниз в пласт 3 с низким удельным сопротивлением. Поэтому стальная обсадная колонна 7 заканчивается намного выше пласта 2 с высоким удельным сопротивлением. Отчетливо видно, что распространяющийся вверх волновой фронт, обозначенный «Р», распространился на более короткое расстояние, чем соответствующий распространяющийся фронт на фиг.10, и это указывает на то, что полезно иметь проводящую обсадную колонну 7, проходящую вниз по меньшей мере до коллекторной породы. Также очевиден факт, заключающийся в том, что ослабление амплитуды на фиг.11 при короткой обсадной колонне несколько более сильное, чем при использовании длинной обсадной колонны, следствием использования которой является распространение большего количества электромагнитной энергии дальше в пласт 2 с низким удельным сопротивлением.
На фиг.12 представлен вертикальный разрез согласно смоделированному варианту осуществления изобретения, изображение, основанное на модели, аналогичной модели из фиг.9b, за исключением того, что в лежащей в основе модели отсутствует обсадная колонна, размещаемая в стволе скважины. Очевидно, что сигнал ослабляется намного сильнее и что интенсивность сигнала, принимаемого в виде преломленной волны, намного слабее, чем в двух предыдущих примерах. Сравнение результатов, обеспечиваемых в трех различных случаях, описанных выше:
- на фиг.10 глубокозалегающая обсадная колонна, проходящая сквозь пласт с высоким удельным сопротивлением,
- на фиг.11 мелкозалегающая обсадная колонна, имеющая длину (500 м), составляющую около половины длины, необходимой для достижения пласта с высоким удельным сопротивлением (d=1000 м, толщина 150 м), и
- на фиг.12 обсадная колонна отсутствует,
позволяет выявить следующее.
Во-первых, преломленная волна быстрее движется в пласт 2 с высоким удельным сопротивлением. Это можно ясно видеть при сравнении фиг.10, 11 и 12. Во-вторых, интенсивность преломленной волны, принимаемой на станциях вдоль морского дна, намного выше для случая глубокозалегающей обсадной колонны, но также является приемлемой для случая мелкозалегающей (500 м) обсадной колонны. Это можно свести в таблицу 2:
| Таблица 2. | |||
| R=2500 м | R=3500 м | R=4500 м | |
| Нет проводящей обсадной колонны | 1 | 1 | 1 |
| Проводящая обсадная колонна 500 м или «короткая обсадная колонна» | 5,8 | 6,5 | 6,2 |
| Проводящая обсадная колонна 2500 м | 7,4 | 12,8 | 12, 0 |
Таблица 2. Абсолютные величины принимаемых сигналов для различных длин обсадных колонн («антенн») в зависимости от удалений R. R - так называемое «удаление», расстояние приемника от передатчика. Амплитуды сигналом нормированы относительно принимаемого сигнала в случае конфигурации «нет проводящей обсадной колонны».
Различия между длинной и короткой обсадными колоннами 7 и «отсутствием обсадной колонны» согласно приведенной выше таблицы показаны на фиг.13, где представлена трехмерная столбчатая диаграмма, отражающая удаление по одной горизонтальной оси, три примера, «нет обсадной колонны», «обсадная колонна 500 м» и «обсадная колонна 2500 м», по второй горизонтальной оси и относительное усиление, нормированное относительно характеристики в случае «нет проводящей обсадной колонны».
Пример из фиг.12 для случая «нет обсадной колонны» представляет известный уровень техники, согласно которому антенну передатчика размещают на морском дне и не вблизи вертикальной проводящей обсадной колонны. Повышение сигнала в 12 раз, как в примере с умеренными удалениями для длинных обсадных колонн, является значительным. Относительные усиления сигналов, показанные в примерах «обсадная колонна 500 м» и «длинная обсадная колонна», ясно выражают преимущества изобретения. Кроме того, без проведения дополнительных расчетов заявитель считает, что «обсадная колонна 500 м» или так называемая «короткая обсадная колонна» может с успехом быть проводящей бурильной колонной, показанной на фиг.3d и рассмотренной выше.
Согласно одному варианту осуществления изобретения используют способ, в котором антенну 5 передатчика размещают вблизи нефтеносного пласта 2. Нефтеносный пласт 2 может находиться в эксплуатации, аналогично показанному на фиг.3а, 3b, 3с. Удельное сопротивление нефтеносного пласта составляет ρ2нефти, которое может быть приблизительно от 50 до 100 Ом·м, а обводненный участок того же самого геологического пласта 2 имеет удельное сопротивление ρ2воды, которое может быть значительно ниже, приблизительно от 1 до 5 Ом-м. Удельное сопротивление ρ3 вышележащего пласта 3, которое может составлять около 1 Ом·м, не сильно отличается от удельного сопротивления водоносных участков нефтеносного пласта 2.
Поэтому вертикально поляризованные электромагнитные волны будут меньше ослабляться и быстрее распространяться в насыщенном нефтью 2 пласте, чем в вышележащих геологических пластах 3. Электромагнитные сигналы будут преломляться («утекать») в слой 3 и распространяться с углом Vr преломления согласно закону Снеллиуса. При различии удельных сопротивлений, указанным выше, угол преломления будет очень небольшим, и поэтому направление выхода будет очень близко к вертикальному. В конце и за пределами нефтеносного пласта электромагнитный сигнал сильно затухает, и угол преломления будет намного больше, что приводит к намного более «плоскому» направлению распространения. Поэтому приемники вплоть до последнего крутого преломления на нефтеносном коллекторе должны регистрировать значительно более сильное электромагнитное поле в горизонтальном направлении (перпендикулярном к почти вертикальному направлению распространения), чем за пределами «отпечатка» нефтяного коллектора на морском дне. Способ должен с таким же успехом работать на суше/ возможно, за исключением случая пониженного удельного сопротивления покровных пластов, которые будут влиять на малый угол Vw преломления.
Согласно изобретению одно новое условие для картирования пласта заключается в том, что кажущаяся скорость, регистрируемая приемниками выше участка А1 коллектора с высоким удельным сопротивлением, должна быть значительно выше, чем для приемников, расположенных выше участков А2, возможно, насыщенных водой, с низким удельным сопротивлением, возможно, того же самого геологического пласта. Эту кажущуюся скорость можно вычислить, используя разность фаз между приемниками 6, и она является выражением удельного сопротивления нижележащего коллектора. Высокое удельное сопротивление означает высокую кажущуюся скорость.
Другой аналогичный объект изобретения относится к способу определения большой амплитуды указанного фронта F3 преломленной волны вдоль дна моря, регистрируемого вдоль указанной группы приемных антенн 6а, 6b, 6с, …, 6k, …, 6n вдоль указанного дна моря, чтобы отличить первую горизонтальную область А1, имеющую высокое удельное сопротивление, указывающее на смоченные нефтью или насыщенные нефтью породы указанного пласта 2, от горизонтальной области А2 с более низким удельным сопротивлением, указывающим на смоченные водой или насыщенные водой породы, возможно, в том же самом пласте.
Можно картировать не только геометрию коллектора, но также и изменения удельного сопротивления, которые могут быть обусловлены пространственным изменением качества коллектора, то есть при условии, что высокое удельное сопротивление находится в связи с хорошим качеством коллектора. Это означает, что способ изобретения может быть использован для контроля изменений удельного сопротивления в процессе добычи и/или во время или после нагнетания воды, и это будет полезно для контроля перемещений нагнетаемой воды и для контроля остающихся углеводородов в коллекторе.
Тородиальная рамочная антенна 50, описанная выше, излучает сигнал так называемой поперечной магнитной (ТМ) волны относительно проводящей обсадной колонны для распространения вниз вдоль обсадной колонны 7, см. фиг.3с. Такой сигнал волны ТМ будет создавать вертикальную поляризацию пласта 2 с высоким удельным сопротивлением выше и ниже отклоненной в горизонтальном направлении проводящей обсадной колонны 7. В дополнение к упомянутой выше поперечной магнитной волне можно использовать простую рамочную антенну, в которой каждый виток размещен вокруг верхней части обсадной колонны для образования источника так называемой поперечной электрической (ТЕ) волны относительно обсадной колонны. Сигнал волны ТЕ будет создавать вертикальную поляризацию пласта 2 с высоким удельным сопротивлением по обе стороны той же самой отклоненной в горизонтальном направлении проводящей обсадной колонны 1, и он показан на фиг.3с. Поэтому волна ТМ и волна ТЕ могут быть использованы совместно в качестве формирующих сигнал волн для оконтуривания протяженности нефтеносной части геологического пласта 2, имеющей высокое удельное сопротивление. Боковые лепестки должны быть несинфазными. Кроме того, эту характерную особенность следует использовать в процессе бурения с отклонением к горизонтальному направлению, применяя проводящую бурильную колонну.
1. Способ для контроля коллекторного пласта (2) породы с высоким удельным сопротивлением ниже одного или нескольких менее резистивных пластов (3),
отличающийся тем,
что указанный способ включает в себя следующие этапы:
передачу электромагнитного сигнала (S), распространяющегося от места вблизи дна моря или поверхности (1) суши, посредством передатчика (5) электромагнитных волн, запитываемого сигнал-генератором (G) напряжения или тока; при этом указанный электромагнитный сигнал (S) распространяется от указанного дна моря или поверхности (1) суши в указанный пласт (2) с высоким удельным сопротивлением как электромагнитный сигнал (S1) канализированной волны вдоль проводящей обсадной колонны (7) в скважине (7b) и дальше распространяется как электромагнитный сигнал (S2) канализированной волны внутри указанного пласта (2) с высоким удельным сопротивлением;
указанный электромагнитный сигнал (S2) обеспечивает начало направленному вверх преломляющемуся электромагнитному сигналу (R3) в указанные менее резистивные пласты (3) и имеющему угол выхода, близкий к нормали N к границе раздела между указанным пластом (2) с высоким удельным сопротивлением и указанным пластом (3) с более низким удельным сопротивлением, и обеспечивает начало фронту (F3) круто поднимающейся преломленной волны;
обнаружение указанного фронта (F3) преломленной электромагнитной волны, содержащего преломленные электромагнитные сигналы (R3), вдоль группы приемных антенн (6а, 6b, 6с, …, 6k, …, 6n) вдоль указанного дна моря, при этом указанная группа имеет направление от указанного передатчика (5),
определение значительной кажущейся горизонтальной скорости или амплитуды указанного фронта (F3) обнаруживаемой преломленной электромагнитной волны вдоль указанного дна моря, регистрируемого вдоль указанной группы приемных антенн (6а, 6b, 6с, …, 6k, …, 6n) вдоль указанного дна моря, чтобы отличить первую, вытянутую в горизонтальном направлении область (А1), имеющую высокое удельное сопротивление, указывающее на присутствие смоченных нефтью или насыщенных нефтью пород указанного пласта (2), от низкой кажущейся горизонтальной скорости или амплитуды указанного фронта (F3) обнаруживаемой преломленной электромагнитной волны вдоль указанного дна моря во второй горизонтальной области (А2) с более низким удельным сопротивлением, указывающим на присутствие смоченных водой или насыщенных водой пород, возможно, в том же самом геологическом пласте.
2. Способ по п.1,
отличающийся тем, что
указанный передатчик (5) электромагнитных волн содержит антенну (50), излучающую указанный электромагнитный сигнал (S) в верхний конец (70U) электропроводной обсадной колонны (7), например стальной обсадной колонны или хвостовика, при этом указанный верхний конец (70U) расположен вблизи указанного дна (1) моря.
3. Способ по п.1,
отличающийся тем, что
используют передатчик (5) электромагнитных волн, содержащий электроды (50А, 50В), один из которых соединяют с верхним концом (70U) электропроводной обсадной колонны (7), при этом указанный верхний конец (70U) располагают вблизи указанного дна (1) моря.
4. Способ по п.2 или 3,
отличающийся тем, что
нижний конец (70L) указанной электропроводной обсадной колонны (7) проходит сквозь по меньшей мере верхней границы раздела между указанным пластом (2) с высоким удельным сопротивлением и вышележащими менее резистивными пластами (3).
5. Способ по п.2 или 3,
отличающийся тем, что
нижний конец (70L) указанной электропроводной обсадной колонны (7) не проходит сквозь верхнюю границу раздела между указанным высокорезистивным пластом (2) и вышележащими менее резистивными пластами (3), а находится на промежуточной глубине между указанным дном (1) моря и указанным высокорезистивным пластом (2).
6. Способ по п.2,
отличающийся тем, что
указанная антенна (50) излучает указанный электромагнитный сигнал (S) в указанный верхний конец (70U) указанной электропроводной обсадной колонны (7), при этом указанную антенну (50) выполняют в виде тороидальной антенны, получающей электрическую энергию от указанного сигнал-генератора (G) напряжения.
7. Способ по п.5,
отличающийся тем, что
указанную тороидальную антенну (50) располагают, в общем случае окружая указанный верхний конец (70U) указанной электропроводной обсадной колонны (7).
8. Способ по п.5, отличающийся тем, что
указанную тороидальную антенну (50) снабжают кольцевым сердечником (51), имеющим высокую магнитную проницаемость.
9. Способ по п.3,
отличающийся тем, что
один электрод (50А или 50В) из указанных электродов (50А, 50В) соединяют с указанным верхним концом (70U) указанной электропроводной обсадной колонны (7) для интегрирования части указанной электропроводной обсадной колонны (7) для передачи указанного электромагнитного сигнала (S), обеспечиваемого электрической энергией от указанного сигнал-генератора (G) напряжения, выполненного в виде питающего генератора.
10. Способ по п.1,
отличающийся тем, что
указанная электропроводная обсадная колонна (7) представляет собой обсадную колонну ствола скважины, сцементированную со стенкой (7b) ствола скважины посредством цемента (74), имеющего более высокое удельное сопротивление, чем указанное удельное сопротивление указанного пласта (3) с низким удельным сопротивлением, при этом указанный цемент (74) с высоким удельным сопротивлением обеспечивает улучшенные волноводные свойства указанной электропроводной обсадной колонны (7) сквозь указанный пласт (3) с низким удельным сопротивлением для распространения электромагнитного сигнала вдоль указанной электропроводной обсадной колонны (7).
11. Способ по п.1,
отличающийся тем, что
указанный электромагнитный сигнал (S) имеет частоту или частоты в диапазоне от 0,1 до 1000 Гц.
12. Способ по п.1,
отличающийся тем, что
мощность, подаваемая указанным генератором (G), находится в диапазоне от 10 до 10 кВт.
13. Способ по п.12,
отличающийся тем, что
кажущуюся горизонтальную скорость волнового фронта (F3) принимаемого преломленного сигнала вычисляют на основе разности фазовых углов между сигналами, принимаемыми на приемных антеннах (6а, 6b, 6с, …, 6k, …, 6n), имеющих различные удаления вдоль указанного дна моря.
