Многокомпонентные индукционные измерения в толщах с косой слоистостью и слабоанизотропное приближение
Формула / Реферат
1. Способ оценки толщи горных пород, имеющей косослоистый интервал, включающий:
(а) получение в скважине, проходящей в толще горных пород, результатов многокомпонентных измерений,
(б) представление косослоистой толщи приближенной моделью, имеющей поперечную изотропию,
(в) оценку параметра приближенной модели на основе результатов многокомпонентных измерений.
2. Способ по п.1, в котором приближенная модель включает модель с двуосной анизотропией.
3. Способ по п.1, в котором ось скважины проходит, по существу, перпендикулярно к плоскости основного напластования толщи горных пород.
4. Способ по п.1, в котором также определяют угол косой слоистости и с его использованием определяют горизонтальную удельную проводимость и вертикальную удельную проводимость, характеризующие косую слоистость.
5. Способ по п.4, в котором угол косой слоистости определяют с помощью акустического сканера для формирования изображений горных пород и/или микросканера для формирования изображений горных пород методом каротажа сопротивлений.
6. Способ по п.4, в котором также определяют по меньшей мере один из следующих параметров: (а) водонасыщенность косослоистого интервала, (б) глинистую фракцию косослоистого интервала, (в) крупнозернистую фракцию косослоистого интервала, (г) мелкозернистую фракцию косослоистого интервала, (д) проницаемость мелкозернистой фракции косослоистого интервала и (е) проницаемость крупнозернистой фракции косослоистого интервала.
7. Способ по п.1, в котором результаты многокомпонентных измерений включают главную компоненту.
8. Устройство для оценки толщи горных пород, имеющей косослоистый интервал, содержащее:
(а) скважинный прибор для многокомпонентных измерений в скважине, проходящей в толще горных пород, и
(б) процессор, выполненный с возможностью
представления косослоистой толщи с использованием приближенной модели, имеющей поперечную изотропию, и
оценки параметра приближенной модели на основе результатов многокомпонентных измерений.
9. Устройство по п.8, в котором приближенная модель включает модель с двуосной анизотропией.
10. Устройство по п.8, в котором ось скважины проходит, по существу, перпендикулярно к плоскости основного напластования толщи горных пород.
11. Устройство по п.8, в котором процессор дополнительно выполнен с возможностью
определения угла косой слоистости и
оценки горизонтальной удельной проводимости и вертикальной удельной проводимости, характеризующих косую слоистость, с использованием угла косой слоистости.
12. Устройство по п.11, содержащее также прибор для формирования изображений горных пород, выбранный из группы, состоящей из акустического сканера для формирования изображений горных пород и микросканера для формирования изображений горных пород методом каротажа сопротивлений, причем процессор выполнен с возможностью определения угла косой слоистости, по меньшей мере, частично на основе выходных данных прибора для формирования изображений горных пород.
13. Устройство по п.11, в котором процессор выполнен с возможностью определения по меньшей мере одного из следующих параметров: (а) водонасыщенности косослоистого интервала, (б) глинистой фракции косослоистого интервала, (в) крупнозернистой фракции косослоистого интервала, (г) мелкозернистой фракции косослоистого интервала, (д) проницаемости мелкозернистой фракции косослоистого интервала и (е) проницаемости крупнозернистой фракции косослоистого интервала.
14. Устройство по п.8, в котором результаты многокомпонентных измерений включают главную компоненту.
15. Устройство по п.8, содержащее также средство ввода скважинного прибора в скважину, выбранное из группы, состоящей из каротажного кабеля, трубчатого элемента бурильной колонны и тросового каната.
16. Устройство по п.8, в котором процессор расположен в одном из следующих мест: в скважине, на поверхности вблизи скважины и в удаленной от скважины точке.
17. Машиночитаемый носитель данных, предназначенный для использования с устройством для оценки толщи горных пород, имеющей косослоистый интервал, содержащим скважинный прибор для многокомпонентных измерений в скважине, проходящей в толще горных пород, и содержащий команды, позволяющие процессору при их выполнении
представлять косослоистую толщу с использованием приближенной модели, имеющей поперечную изотропию, и
оценивать параметр приближенной модели на основе результатов многокомпонентных измерений.
18. Носитель данных по п.17, включающий по меньшей мере одно из следующих запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство, стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство, электронно-стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство, флэш-память и оптический диск.
Текст
010951 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение в целом относится к оценке толщ горных пород с косой слоистостью или,синонимично, диагональным напластованием, с помощью измерений удельного (электрического) сопротивления. Уровень техники Для определения электрических свойств окружающих скважину пород обычно применяются скважинные или каротажные приборы, использующие эффекты электромагнитной индукции и распространения волн. Такими скважинными приборами измеряют кажущееся удельное сопротивление (или удельную проводимость) породы, которые при соответствующей интерпретации позволяют определить петрофизические свойства породы и содержащихся в ней флюидов. Физические принципы геофизических исследований в скважинах с использованием электромагнитной индукции описаны, например, в работе Н.G. Doll, "Introduction to Induction Logging and Application toLogging of Wells Drilled with Oil Based Mud", Journal of Petroleum Technology, т. 1, стр. 148, Society of Petroleum Engineers, Richardson Tex. (1949). Co времени этой публикации было предложено множество усовершенствований и модификаций инструментов аппаратуры индукционного каротажа сопротивлений,см. ниже. Примерами таких модификаций и усовершенствований являются патенты US 4837517 и US 5157605 на имя Chandler и др. и патент US 5452761 на имя Beard и др. Недостатком известных в уровне техники приборов индукционного каротажа сопротивлений является то, что они обычно содержат генераторные катушки и приемные катушки, намотанные таким образом, чтобы их магнитные моменты были практически параллельны только оси прибора. Под действием создаваемого генераторной катушкой магнитного поля в пластах пород возбуждаются вихревые токи, и при использовании известных индукционных приборов эти вихревые токи распространяются в породе по окружности в плоскости, по существу, перпендикулярной оси прибора. В этом случае в приемных катушках наводится электродвижущая сила (э.д.с.) или напряжение, соотносящееся с силой вихревых токов. Однако некоторые толщи состоят из тонких слоев электропроводящих пород, чередующихся с тонкими слоями практически непроводящих пород. Отклик типичного прибора индукционного каротажа сопротивлений в значительной мере зависит от удельной проводимости проводящих слоев, когда слои в основном параллельны линии распространения вихревых токов. Слои, практически не обладающие проводимостью, вносят лишь небольшой вклад в суммарный отклик прибора, и поэтому их присутствие обычно маскируется присутствием проводящих слоев. Однако непроводящие слои обычно как раз и являются носителями углеводородов и представляют для пользователя скважинного прибора наибольший интерес. Как следствие, при интерпретации каротажной диаграммы, полученной с помощью известных приборов индукционного каротажа сопротивлений, можно пропустить некоторые пласты, которые могли бы представлять интерес в плане их промышленного освоения. В патенте US 5999883 на имя Gupta и др., содержание которого в полном объеме включено в настоящее описание путем ссылки, раскрыт способ определения горизонтальной и вертикальной удельной проводимости анизотропных толщ горных пород. При этом измеряют сигналы электромагнитной индукции, создаваемые генераторами, или возбудителями поля, ориентированными по трем взаимноортогональным осям. Одна из этих взаимно-ортогональных осей по существу параллельна оси каротажного прибора. Сигналы электромагнитной индукции измеряются с помощью первых приемников, магнитный момент каждого из которых параллелен одной из ортогональных осей, и вторых приемников,магнитный момент каждого из которых перпендикулярен одной из ортогональных осей, которая также перпендикулярна оси прибора. На основании сигналов приемников, измеренных перпендикулярно оси прибора, вычисляют угол относительного поворота перпендикулярной из ортогональных осей. Повернув амплитуды сигналов приемника на указанный угол поворота, взятый с обратным знаком, вычисляют промежуточный тензор измерений. На основании повернутых амплитуд вычисляют угол наклона той из ортогональных осей, которая параллельна оси скважинного прибора, относительно направления вертикальной удельной проводимости. Повернутые амплитуды поворачивают на указанный угол наклона, взятый с обратным знаком. По значениям амплитуд сигналов приемников после второго поворота вычисляют горизонтальную удельную проводимость. По значениям амплитуд сигналов приемников после второго поворота также вычисляют параметр анизотропии. На основании горизонтальной удельной проводимости и параметра анизотропии вычисляют вертикальную удельную проводимость. В патенте US 6466872 на имя Kriegshauser и др., который принадлежит обладателю прав на настоящее изобретение и содержание которого в полном объеме включено в настоящее описание путем ссылки,раскрыто применение многокомпонентного каротажного прибора для определения параметров анизотропного удельного сопротивления слоистого пласта-коллектора. Специалистам известно, что подобный слоистый пласт-коллектор, содержащий слои с различными удельными сопротивлениями, обладает поперечной (поперечной) изотропией, даже если сами слои являются изотропными. Такой скважинный прибор многокомпонентного каротажа имеет азимутальную чувствительность. В патенте US 6466872 раскрыт способ анализа данных от прибора многокомпонентного каротажа для определения водонасыщенности песчаной и глинистой фракций пласта-коллектора. Используемая в патенте US 6466872 модель предполагает, что ось анизотропии проходит по нормали к плоскости напластования. Аналогичные мо-1 010951 дели были приняты, например, в решениях по патентам US 6618676 на имя Kriegshauser и др. и US 6643589 на имя Zhang и др. Некоторые виды коллекторов углеводородов имеют косую слоистость (диагональное напластование), когда в пределах геологических маркирующих горизонтов (или слоев) существуют дополнительные(косослоистые) пропластки с углом падения, отличным от угла падения основного пласта. Косая слоистость обычно встречается в трех главных ситуациях: (1) эоловые породы, (2) субаквальная дельта и (3) ложа рек. Вследствие различий в размере зерен, сцементированности, водонасыщенности, а также влияния других факторов косослоистые породы обычно характеризуются анизотропией удельного сопротивления (Kennedy и Herrick, 2003). Рассматривая ситуацию в мелком масштабе, в направлении, перпендикулярном плоскостям косой слоистости, удельное сопротивление, как правило, больше, чем в направлении, параллельном плоскости диагонального напластования. Для точной оценки и описания коллектора зависимость удельного сопротивления от направления необходимо учитывать. Однако далеко не все аспекты откликов косослоистых толщ при выполнении в них многокомпонентных индукционных измерений были осмыслены. Anderson и др. (1998) изучали влияние косой слоистости на сигналы измерений при использовании систем соосных катушек, но не привели результатов каких-либо исследований для многокомпонентных систем. Сложности возникают и при моделировании индукционного отклика на косую слоистость породы, поскольку при наличии скважины эту задачу необходимо решать как общую трехмерную задачу. В работе Anderson решение значений электромагнитного поля принимает вид тройного интеграла Фурье. Anderson представил результаты моделирования, но проникает в суть обратной задачи интерпретации результатов измерений даже для соосных систем. Желательно уменьшить степень сложности задачи по численному моделированию и интерпретации данных. Решение этой проблемы положено в основу настоящего изобретения. Краткое изложение сущности изобретения Объектами изобретения являются устройство и способ оценки толщи горных пород, имеющей косую слоистость (также называемую косым напластованием). В скважине, проходящей в толще горных пород, получают результаты многокомпонентных измерений. Косослоистую толщу представляют приближенной моделью, имеющей поперечную изотропию (поперечно-изотропная модель). Используя результаты многокомпонентных измерений, оценивают параметр приближенной модели. Приближенная модель может включать модель с двуосной анизотропией. Ось скважины может проходить по существу перпендикулярно (по нормали) к плоскости основного напластования толщи горных пород. Предлагаемый в изобретении способ также может предусматривать определение угла (наклона) косой слоистости и определение, с использованием этого угла, горизонтальной и вертикальной удельных проводимостей,характеризующих косую слоистость. Предлагаемый в изобретении способ также может предусматривать определение водонасыщенности косослоистого интервала, глинистой фракции косослоистого интервала,крупнозернистой фракции косослоистого интервала, мелкозернистой фракции косослоистого интервала,проницаемости мелкозернистой фракции косослоистого интервала и/или проницаемости крупнозернистой фракции косослоистого интервала. Результаты многокомпонентных измерений могут включать главную компоненту. Другим объектом изобретения является устройство для оценки толщи горных пород, имеющей косослоистый интервал. Предлагаемое в изобретении устройство содержит скважинный прибор для многокомпонентных измерений в скважине, проходящей в толще горных пород. Также входящий в состав устройства процессор представляет косослоистую толщу с использованием приближенной модели, имеющей поперечную изотропию, и оценивает параметр приближенной модели на основе результатов многокомпонентных измерений. Приближенная модель, используемая процессором, может быть моделью с двуосной анизотропией. Ось скважины может проходить, по существу, перпендикулярно к плоскости основного напластования толщи горных пород. Процессор также может определять угол косой слоистости и с использованием угла косой слоистости оценивать горизонтальную удельную проводимость и вертикальную удельную проводимость, характеризующие косую слоистость. Предлагаемое в изобретении устройство может также содержать акустический сканер для формирования изображений горных пород и/или микросканер для формирования изображений горных пород методом каротажа сопротивлений, а процессор способен определять угол косой слоистости, по меньшей мере, частично на основе выходных данных вышеупомянутого прибора для формирования изображений горных пород. Процессор также способен определять водонасыщенность косослоистого интервала, глинистую фракцию косослоистого интервала, крупнозернистую фракцию косослоистого интервала, мелкозернистую фракцию косослоистого интервала, проницаемость мелкозернистой фракции косослоистого интервала и/или проницаемость крупнозернистой фракции косослоистого интервала. Результаты многокомпонентных измерений могут включать главную компоненту. В состав предлагаемого в изобретении устройства также может входить каротажный кабель, трубчатый элемент бурильной колонны или тросовый канат для ввода скважинного прибора в скважину. Процессор может быть расположен в скважине, на поверхности вблизи скважины или в удаленной от скважины точке. Еще одним объектом изобретения является машиночитаемый носитель данных, предназначенный для использования с устройством для оценки толщи горных пород, имеющей косослоистый интервал.-2 010951 Такое устройство содержит скважинный прибор для многокомпонентных измерений в скважине, проходящей в толще горных пород. Носитель данных содержит команды, позволяющие процессору при их выполнении представлять косослоистую толщу с использованием приближенной модели, имеющей поперечную изотропию, и оценивать параметр приближенной модели на основе результатов многокомпонентных измерений. Машиночитаемым носителем может быть постоянное запоминающее устройство(ПЗУ), стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (СППЗУ), электронностираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ЭСППЗУ), флэш-память и/или оптический диск. Краткое описание чертежей Осуществление настоящего изобретения наиболее наглядно поясняется следующими чертежами, на которых одинаковыми позициями обозначены однотипные элементы и на которых показано: на фиг. 1 (уровень техники) - индукционный прибор, расположенный в скважине, проходящей в толще горных пород,на фиг. 2 (уровень техники) - компоновка генераторных и приемных катушек в скважинном приборе многокомпонентного индукционного каротажа, предлагаемом на рынке под названием 3DExplorer,на фиг. 3 - косослоистая модель, используемая в предлагаемом в изобретении способе,на фиг. 4 - пример разделения удельного сопротивления на горизонтальное и вертикальное как следствие тонкого наслоения изотропных слоев,на фиг. 5 а, 5 б и 5 в - сигналы Hzz, Hxx и Hyy для типичной косослоистой модели при различных углах косой слоистости и частоте 125 кГц,на фиг. 6 а, 6 б - сравнение реальных сигналов Hzz и сигнала Hzz в приближенной поперечноизотропной модели на частотах 21 и 125 кГц,на фиг. 6 в, 6 г - сравнение реальных сигналов Hxx и сигнала Hyy в приближенной поперечноизотропной модели на частотах 21 и 125 кГц,на фиг. 6 д, 6 е - сравнение реальных сигналов Hyy и сигнала Hyy в поперечно-изотропной модели на частотах 21 и 125 кГц и на фиг. 7 - компоновка генераторов и приемников, подходящая для применения при проведении измерений в процессе бурения. Подробное описание осуществления изобретения На фиг. 1 показан скважинный прибор 10 индукционного каротажа, расположенный в стволе скважины 2, пробуренной в толще горных пород. Пласт горных пород в целом обозначен позицией 4. Скважинный прибор 10 можно спускать в скважину 2 и извлекать из нее с помощью бронированного электрического кабеля 6 или иных аналогичных средств спуска оборудования в скважину, известных из уровня техники. Скважинный прибор 10 может состоять из следующих трех частей: блока 14 вспомогательной электроники, расположенного на одном конце скважинного прибора 10, блока 8 катушек, прикрепленного к блоку 14 вспомогательной электроники, и блока 12 электроники по приему, обработке сигналов и телеметрии, закрепленного на другом конце блока 8 катушек, причем блок 12 также закреплен на кабеле или канате 6. Блок 8 катушек включает в себя индукционные генераторные и приемные (измерительные) катушки, которые, как это поясняется ниже, предназначены для возбуждения в горных породах 4 электромагнитных полей и для приема сигналов, представляющих напряжение, наведенное вихревыми токами, возникающими в горных породах 4, как следствие возбуждаемых в них электромагнитных полей. Блок 14 вспомогательной электроники может содержать генератор сигналов и усилители мощности(на чертеже не показаны), с помощью которых на генераторные катушки блока 8 катушек подается переменный ток заданной частоты. В состав блока электроники может входить процессор для управления работой скважинного прибора и обработки получаемых данных. Как возможный вариант, некоторые или все функции обработки данных и управления могут выполняться наземным процессором. Блок 12 электроники по приему, обработке сигналов и телеметрии может содержать приемные схемы (на чертеже не показаны) для детектирования напряжений, наводимых в приемных катушках блока 8 катушек, и схемы для преобразования этих принятых напряжений (на чертеже не показаны) в сигналы,характеризующие удельную проводимость различных слоев горных пород 4, обозначенных позициями 4A-4F. Блок 12 электроники по приему, обработке сигналов и телеметрии, с точки зрения удобства его применения, может содержать средства телеметрии для передачи по кабелю 6 на земную поверхность сигналов, относящихся к удельной проводимости, для их дальнейшей обработки или же может сохранять относящиеся к удельной проводимости сигналы в соответствующем записывающем устройстве (на чертеже не показано) для их последующей обработки после того, как скважинный прибор 10 будет извлечен из скважины 2. На фиг. 2 показана компоновка генераторных и приемных катушек в скважинном приборе 3DExplorer фирмы "Бейкер Хьюз", предназначенном для многокомпонентных индукционных измерений. На схеме показаны три ортогональных генератора 101, 103 и 105, обозначенных как генераторы Tx,Tz и Tv (координатная ось z является продольной осью скважинного прибора). Генераторам 101, 103 и-3 010951 105 соответствуют соотнесенные с ними приемники 107, 109 и 111, обозначенные как приемники Rx, Rz иRy и предназначенные для измерения соответствующих магнитных полей. В одном из режимов работы скважинный прибор измеряет компоненты Hxx, Hyy, Hzz, Hxy и Hxz, хотя также возможно использование других компонент. Следует также отметить, что в предлагаемом в изобретении способе могут также использоваться измерения, выполняемые катушками, расположенными с иными углами наклона относительно координатных осей, на основании широко известных принципов поворота координат. На фиг. 3 показана толща горных пород с косой слоистостью, или диагональным напластованием. Верхний слой 151 и нижний слой 155 толщи приняты изотропными, тогда как диагонально напластованный слой 153 характеризуется горизонтальным и вертикальным удельным сопротивлением Rh и Rv, соответственно параллельным и перпендикулярным плоскости диагонального напластования. У плоскости диагонального напластования имеется нормаль, которая наклонена относительно нормали к слоям, находящимся в плоскости основного напластования, под углом . Система координат скважинного прибора показана на фиг. 3. Угол- это угол между плоскостями диагонального напластования и напластования(определяемыми положениями слоев 151, 153, 155). В системе координат диагонального напластования удельное сопротивление описано следующей моделью: где h = 1/Rh, а v = 1/Rv. В системе координат скважинного прибора (когда скважинный прибор находится в вертикальной скважине, проходящей по нормали к плоскости основного напластования) тензор удельной проводимости определяется выражением где R - матрица вращения, имеющая вид Отсюда видна возможность оценки отклика скважинного прибора для многокомпонентных измерений на наличие косой слоистости горных пород для различных углов косой слоистости. Простая модель, показанная на фиг. 3, используется для демонстрации двух важных эффектов: (1) влияния косой слоистости и (2) влияния соседних пластов. В одной модели верхний и нижний слои являются изотропными и обладают удельным сопротивлением 1 Омм. Для определения значений удельного сопротивления для диагонально напластованных слоев принято допущение, что косая слоистость является следствием различий в размере зерна и связанной с ним водонасыщенности (Klein и др., 1995;Schen и др., 2000). Также принято допущение о наличии песчаных пород двух типов: крупнозернистая составляющая имеет пористость l, а мелкозернистая - пористость s. Удельное сопротивление для крупнозернистых и мелкозернистых песчаных пород определяется уравнениями Арчи (здесь и далее по тексту индекс "coarse" относится к крупнозернистой, а индекс "fine" - к мелкозернистой фракции) где Rw - удельное сопротивление порового флюида, a - константа, m - экспонента пористости, n - экспонента насыщенности, Sw1 и Sw2 - водонасыщенность. Следует отметить, что использование уравнений Арчи приведено здесь лишь в качестве примера, а удельное сопротивление для крупно- и мелкозернистой составляющих породы можно получить иными методами. Значения Rh и Rv для косослоистых горных пород определяются выражением и Уравнения (5)-(8) были предложены в работе Klein. На фиг. 4 показаны графики зависимости горизонтального 201 и вертикального 203 удельного сопротивления, а также коэффициента анизотропии 205 от объемной доли крупнозернистых песчаных пород. Эти зависимости получены для использованных в качестве примера значений Rw = 0,2 Омм, 1 = 0,3, 2 = 0,125, Sw = Sw1 = Sw2 = 0,6, a = 1. Значения удельного сопротивления даны в системе координат косослоистых слоев. Отметим, что значения Rh и Rv изменяются от 6,2 до 36 Омм в зависимости от объемной доли крупнозернистых фракций. Коэффициент анизотропии достигает максимума 2 при Vcoarse,равной 0,5. В этом случае Rh и Rv приблизительно равны 10 и 20 Омм соответственно. На фиг. 5 а показаны кривые 221, 223, 225 откликов скважинного прибора, или сигналов, Hzz для разных углов косой слоистости (0, 30, 60). Здесь оси х, у и z определяют систему координат скважинного прибора, расположенного вертикально, как показано на фиг. 3. Диагонально напластованный слой имеет толщину 16 футов. Конфигурация скважинного прибора соответствует показанной на фиг. 2, а частота составляет 125 кГц. Следует отметить, что сигнал Hzz уменьшается по значению с уменьшением наклона пласта как внутри косослоистого интервала (диагонально напластованного слоя), так за его пределами. Это объясняется тем, что сигнал Hzz в основном чувствителен к горизонтальному удельному сопротивлению в направлении х. При увеличении угла наклона горизонтальное удельное сопротивление возрастает, a Hzz -уменьшается. Примечательно, что сигнал Hzz изменяется плавно при переходе через границу между верхним и нижним изотропным слоем и диагонально напластованным слоем. Сигналы Hxx 231, 233, 235, показанные на фиг. 5 б, и сигналы Hyy 241, 243, 245, показанные на фиг. 5 в, увеличиваются по значению с увеличением угла падения пласта. Это объяснимо ввиду того, что в вертикальной скважине компоненты Hxx и Hyy преимущественно обратно пропорциональны вертикальному удельному сопротивлению в направлении z. При увеличении угла падения пласта, вертикальное удельное сопротивление уменьшается, а компоненты Hxx и Hyy - увеличиваются. Следует отметить, что значения сигналов увеличиваются как внутри косослоистого интервала, так за его пределами, т.е. кривые компонент удельного сопротивления, полученных для разных углов падения, сохраняют свой порядок. Как кривая Hxx, так и кривая Hyy демонстрируют выраженный излом при переходе через границы верхнего и нижнего слоев, вне зависимости от угла падения диагонально напластованного слоя. Эти резкие изломы соответствуют участку перемещения генераторных и/или приемных катушек от одного слоя к другому. Это наблюдение также справедливо для более низких частот (на чертеже не показаны). Следует подчеркнуть, что углы относительного наклона слоев в толще с косой слоистостью обычно находятся в интервале 20-35. Причина моделирования гораздо более высокого угла наклона заключается в том, что скважина может пересекать диагонально напластованный слой под углом, что приводит к увеличению кажущихся углов наклона. Приведенные выше результаты были получены с помощью алгоритма трехмерного моделирования. Такое моделирование часто оказывается дорогостоящим и слишком продолжительным для интерпретации данных на практике. В одном варианте осуществления изобретения используется слабоанизотропное приближение, которое упрощает моделирование и сокращает время вычислений. На основе данных натурных наблюдений можно сделать вывод, что во многих имеющихся на данный момент наборах данных многокомпонентных индукционных измерений ограничение по малому коэффициенту анизотропии выполняется. Мы стремимся аппроксимировать сигналы Hxx, Hyy и Hzz, полученные для горизонтальных поперечно-изотропных сред, к средам с косой слоистостью. Каждая поперечно-изотропная среда имеет самое большее два различных параметра удельного сопротивления, один из которых параллелен, а другой перпендикулярен границе пластов. Здесь не следует путать границы пластов с плоскостями косой слоистости (диагонального напластования). Поскольку Hxx, Hyy и Hzz реагируют на косую слоистость поразному, для разных компонент натурных данных нужно использовать разные поперечно-изотропные модели. Предлагаемое приближение осуществляется в два этапа. Первым этапом является пренебрежение недиагональными членами в уравнении (4) Поскольку x, y и z, как правило, различаются, новая среда обладает двуосной анизотропией. Допустимость этого приближения зависит от коэффициента анизотропии, но не от Rh или Rv, отдельно взятых. Приближение допустимо для малых коэффициентов анизотропии (менее 5). На основе среды с двуосно-симметричной анизотропией, можно построить модель с горизонтальной поперечной изотропией. Индукционный ток, наводимый генераторной катушкой, стремится двигаться в плоскостях, параллельных плоскости генераторной катушки. Таким образом, величина индукционного тока будет главным образом диктоваться проводящими составляющими в этой плоскости. Например, для генератора, ориентированного по оси х, индукционный ток должен в основном зависеть отy и z. Эта гипотеза исходит из давно признанного наблюдения, что результат осевого индукционного измерения в вертикальной скважине связан только с горизонтальным удельным сопротивлением пласта. В соответствии с приведенным выше обсуждением эквивалентные поперечно-изотропные модели для компонент Hxx и Hyy можно записать в следующем виде: Для компоненты Hzz приближение несколько отличается, две компоненты удельной проводимости в горизонтальной плоскости ( x и y) необходимо свести к одной компоненте. Используя гипотезу Уортингтона (1981), вычислим эффективную горизонтальную удельную проводимость вивалентную поперечно-изотропную модель для компоненты Hzz в следующем виде: и запишем эк Поскольку Hzz не зависит от вертикальной удельной проводимости, тензор удельной проводимости можно просто заменить скалярной величиной Уравнение (13) является формулой кажущейся удельной проводимости, предложенной Moran иGianzero (1979) для проведения измерений в наклонной скважине с помощью соосно расположенных катушек. На фиг. 6 а представлено сравнение компоненты Hzz 301 а, 301b для модели с косой слоистостью, полученной путем приближения согласно уравнению (13), с реальным сигналом на частоте 21 кГц. Две сравниваемые кривые практически неотличимы друг от друга. На фиг. 6 б представлено сравнение компонент Hzz 311 а, 311b для частоты 125 кГц. И в этом случае две кривые практически неотличимы друг от друга. На фиг. 6 в и 6 г приближенные значения компоненты Hxx, полученные поперечно-изотропным приближением, сравниваются с реальными результатами на частотах 21 и 125 кГц. На фиг. 6 д и 6 е приближенные значения компоненты Hyy полученные поперечно-изотропным приближением, сравниваются с реальными результатами на частотах 21 и 125 кГц. В одном примере осуществления изобретения измерения, выполненные с помощью прибора 3DEX в примерно вертикальной скважине (перпендикулярной плоскости напластования), используются для получения Hzz. Оценкуполучают по результатам измерений, выполненных микросканером для формирования изображений горных пород методом каротажа сопротивлений или акустического сканера. Затем оценочное значение углаи измеренное значение Hzz МОЖНО использовать для определения h иv, горизонтального и вертикального удельных сопротивлений, связанных с косой слоистостью из урав-6 010951 нения (13). Аналогичные методы можно использовать в случае Hxx и Hyy и уравнений (10)-(11) либо комбинации двух или более уравнений (10)-(13). Следует отметить, что если использовать два или более уравнений (11)-(13), то можно не проводить независимых измерений углакосой слоистости с помощью сканера для формирования изображений, так как система уравнений позволяет определить угол . Таким образом, угол косой слоистости (диагонального напластования), а также значения горизонтальной и вертикальной удельной проводимости можно определить на основании:(1) определения поперечно-изотропной модели, связанной с одной главной компонентой, и угла косой слоистости, независимо определенного сканером для формирования изображений горных пород, либо(2) определения поперечно-изотропной модели, связанной с двумя или более главными компонентами. После определения параметров удельного сопротивления, учитывающих косую слоистость, можно вести дальнейшую обработку данных для определения астрофизических параметров, характеризующих косую слоистость, используя известные методы. Определение водонасыщенности и объемных долей песчаных и глинистых составляющих рассматриваются, например, в патентах US 6711502, US 6493632 иUS 6470274 на имя Mollison и др., принадлежащих обладателю прав на настоящее изобретение. В патенте US 6470274 описано определение общей пористости толщи горных пород (пласта), объемной доли глинистой породы, водонасыщенности и удельного сопротивления глинистой породы в слоистом коллекторе, включающем песчаные породы, в которых могут находиться рассеянные глинистые включения. Объем слоистых глинистых пород и удельная проводимость слоистых песчаных пород определяются с помощью тензорной петрофизической модели на основании значений вертикальной и горизонтальной удельной проводимости, полученных на основе данных многокомпонентного индукционного каротажа. Для получения данных об общем содержании в пласте связанной глиной воды и о содержании связанной глиной воды в глинистых породах пласта используются данные ЯМР-измерений. В патенте US 6711502 описано определение общей пористости пласта, объемной доли глинистых пород и удельного сопротивления глинистых пород в слоистом коллекторе, включающем песчаные породы, в которых могут находиться разрозненные глинистые включения. Объем слоистых глинистых пород и удельная проводимость слоистых песчаных пород определяются с помощью тензорной петрофизической модели на основании значений вертикальной и горизонтальной удельной проводимости, полученных на основе данных многокомпонентного индукционного каротажа. Объем рассредоточенных глинистых пород, а также общая и эффективная пористость слоистой песчаной фракции определяются с использованием метода Томаса-Штибера-Юхаша. Исключение влияния удельной проводимости слоистых глинистых пород и пористости сводит проблему слоистого глинистого песчаника к одной модели песчаного пласта с рассеянными глинистыми включениями, к которой можно применить уравнение ВаксманаСмитса. В одном варианте осуществления изобретения применяется способ, описанный в патенте US 6686736 на имя Schoen и др., который принадлежит обладателю прав на настоящее изобретение и содержание которого в полном объеме включено в настоящее описание путем ссылки. В этом патенте раскрыт способ определения крупно- и мелкозернистой фракции слоистой последовательности и оценки проницаемости крупно- и мелкозернистой составляющих. В одном варианте осуществления изобретения проведение измерений предусмотрено в процессе бурения. В заявке США на изобретение, поданной 9 декабря 2005 (авторы Yu и др.), номер дела поверенного 414-40476, раскрыто применение скважинного прибора, в котором пара катушек, ориентированных по оси z, расположена симметрично вокруг пары катушек, ориентированных по оси х. Эта конфигурация показана на фиг. 7. Скважинный прибор содержит две катушки 351, 351', дипольные моменты которых параллельны направлению оси скважинного прибора, и две катушки 353, 353', ориентированные перпендикулярно направлению генераторов. В одном варианте осуществления изобретения скважинный прибор работает на частоте 400 кГц. При запитывании первого генератора два приемника измеряют магнитное поле, возбуждаемое наведенным в породе током. Этот процесс повторяют для второго генератора. Полученные сигналы комбинируют следующим образом: Здесь Н 1 и Н 2 - результаты измерений, соответственно, с первого и второго приемников, а расстояния d1 и d2 соответствуют указанным на фиг. 7. Скважинный прибор вращается вместе с компоновкой низа бурильной колонны (КНБК) и в типовом режиме работы выполняет измерения в шестнадцати угловых положениях, отстоящих друг от друга на 22,5. Точка измерений находится в центре двух приемников. Использование скважинного прибора, показанного на фиг. 7, позволяет получить полный набор измерений. Таким образом, с помощью групп катушек с ориентацией 'zx' и 'хх' можно получить измерения в направлениях zx (xz), zy (yz), xx и уу. Кроме того, при расположении поперечных катушек в ортого-7 010951 нальных направлениях будут формироваться данные в направлениях ху (ух). Поэтому путем комбинации данных в направлении zz можно получить полный тензор измерения, который достаточен для разложения удельного сопротивления на все компоненты и получения соответствующих углов падения пласта и наклона скважины. Изобретение было рассмотрено выше применительно к устройству, спускаемому в скважину на каротажном кабеле. Вместе с тем, предлагаемый в изобретении способ также осуществим с применением каротажного прибора для многокомпонентных индукционных измерений, вводимого в скважину на трубчатом элементе, например, в составе бурильной колонны. Обработка данных может проводиться на глубине с использованием скважинного процессора в подходящем месте скважины. Также возможен вариант, в котором по меньшей мере часть данных сохраняется в скважине в подходящем запоминающем устройстве, при необходимости в сжатом виде. Затем, после последующего извлечения запоминающего устройства при подъеме бурильной колонны на поверхность данные можно извлечь из запоминающего устройства и обработать на поверхности. Управление процессом измерений и обработка данных подразумевает применение компьютерной программы на подходящем машиночитаемом носителе данных, позволяющей процессору осуществлять указанные управления и обработку данных. К машиночитаемому носителю данных могут относиться постоянные запоминающие устройства, стираемые программируемые постоянные запоминающие устройства, электронно-стираемые программируемые постоянные запоминающие устройства, флэш-память и оптические диски. Для понимания сущности настоящего изобретения могут оказаться полезными следующие определения: косая слоистость (диагональное напластование): расположение наслоений горизонта поперек или под углом к основной плоскости напластования соответствующего горизонта; угол косой слоистости: угол между диагонально напластованными слоями и основными слоями; ЭППЗУ: электрически перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство; СППЗУ: стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство; флэш-память: энергонезависимая память с возможностью перезаписи данных; индукция: основана на соотношении между изменяющимся магнитным нолем и электрическим полем, создаваемым этим изменением; скважинный (каротажный) прибор: глубинное оборудование, необходимое для получения каротажной диаграммы; этот термин часто употребляется сокращенно - просто как "прибор"; машиночитаемый носитель данных: нечто, на чем можно сохранить информацию в том виде, в котором ее сможет понять компьютер или процессор; многокомпонентное измерение удельного сопротивления: измерение, совершаемое при разных ориентациях генератора и приемника; также подразумевает измерения, выполняемые при разных ориентациях параллельных пар "генератор-приемник"; оптический диск: дискообразный носитель данных, для записи информации на который и для считывания информации с которого используются оптические методы; главная компонента: измерение, выполняемое посредством генератора и приемника, ориентированных вдоль одной из трех главных осей (осей х, у и z); ПЗУ: постоянное запоминающее устройство; удельное сопротивление: электрическое сопротивление проводника единичной площади поперечного сечения и единичной длины. Определение удельного сопротивления эквивалентно определению обратной ему величины (удельной проводимости). Рассмотренные выше примеры предпочтительных вариантов изобретения лишь иллюстрируют, но не ограничивают основной идеи и объема изобретения, и в рамках приведенной ниже формулы изобретения возможно внесение различных изменений. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ оценки толщи горных пород, имеющей косослоистый интервал, включающий:(а) получение в скважине, проходящей в толще горных пород, результатов многокомпонентных измерений,(б) представление косослоистой толщи приближенной моделью, имеющей поперечную изотропию,(в) оценку параметра приближенной модели на основе результатов многокомпонентных измерений. 2. Способ по п.1, в котором приближенная модель включает модель с двуосной анизотропией. 3. Способ по п.1, в котором ось скважины проходит, по существу, перпендикулярно к плоскости основного напластования толщи горных пород. 4. Способ по п.1, в котором также определяют угол косой слоистости и с его использованием определяют горизонтальную удельную проводимость и вертикальную удельную проводимость, характеризующие косую слоистость. 5. Способ по п.4, в котором угол косой слоистости определяют с помощью акустического сканера-8 010951 для формирования изображений горных пород и/или микросканера для формирования изображений горных пород методом каротажа сопротивлений. 6. Способ по п.4, в котором также определяют по меньшей мере один из следующих параметров: (а) водонасыщенность косослоистого интервала, (б) глинистую фракцию косослоистого интервала, (в) крупнозернистую фракцию косослоистого интервала, (г) мелкозернистую фракцию косослоистого интервала, (д) проницаемость мелкозернистой фракции косослоистого интервала и (е) проницаемость крупнозернистой фракции косослоистого интервала. 7. Способ по п.1, в котором результаты многокомпонентных измерений включают главную компоненту. 8. Устройство для оценки толщи горных пород, имеющей косослоистый интервал, содержащее:(а) скважинный прибор для многокомпонентных измерений в скважине, проходящей в толще горных пород, и(б) процессор, выполненный с возможностью представления косослоистой толщи с использованием приближенной модели, имеющей поперечную изотропию, и оценки параметра приближенной модели на основе результатов многокомпонентных измерений. 9. Устройство по п.8, в котором приближенная модель включает модель с двуосной анизотропией. 10. Устройство по п.8, в котором ось скважины проходит, по существу, перпендикулярно к плоскости основного напластования толщи горных пород. 11. Устройство по п.8, в котором процессор дополнительно выполнен с возможностью определения угла косой слоистости и оценки горизонтальной удельной проводимости и вертикальной удельной проводимости, характеризующих косую слоистость, с использованием угла косой слоистости. 12. Устройство по п.11, содержащее также прибор для формирования изображений горных пород,выбранный из группы, состоящей из акустического сканера для формирования изображений горных пород и микросканера для формирования изображений горных пород методом каротажа сопротивлений,причем процессор выполнен с возможностью определения угла косой слоистости, по меньшей мере, частично на основе выходных данных прибора для формирования изображений горных пород. 13. Устройство по п.11, в котором процессор выполнен с возможностью определения по меньшей мере одного из следующих параметров: (а) водонасыщенности косослоистого интервала, (б) глинистой фракции косослоистого интервала, (в) крупнозернистой фракции косослоистого интервала, (г) мелкозернистой фракции косослоистого интервала, (д) проницаемости мелкозернистой фракции косослоистого интервала и (е) проницаемости крупнозернистой фракции косослоистого интервала. 14. Устройство по п.8, в котором результаты многокомпонентных измерений включают главную компоненту. 15. Устройство по п.8, содержащее также средство ввода скважинного прибора в скважину, выбранное из группы, состоящей из каротажного кабеля, трубчатого элемента бурильной колонны и тросового каната. 16. Устройство по п.8, в котором процессор расположен в одном из следующих мест: в скважине,на поверхности вблизи скважины и в удаленной от скважины точке. 17. Машиночитаемый носитель данных, предназначенный для использования с устройством для оценки толщи горных пород, имеющей косослоистый интервал, содержащим скважинный прибор для многокомпонентных измерений в скважине, проходящей в толще горных пород, и содержащий команды,позволяющие процессору при их выполнении представлять косослоистую толщу с использованием приближенной модели, имеющей поперечную изотропию, и оценивать параметр приближенной модели на основе результатов многокомпонентных измерений. 18. Носитель данных по п.17, включающий по меньшей мере одно из следующих запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство, стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство, электронно-стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство, флэшпамять и оптический диск.
МПК / Метки
МПК: G01V 3/18
Метки: многокомпонентные, толщах, приближение, слоистостью, измерения, слабоанизотропное, индукционные, косой
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/15-10951-mnogokomponentnye-indukcionnye-izmereniya-v-tolshhah-s-kosojj-sloistostyu-i-slaboanizotropnoe-priblizhenie.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Многокомпонентные индукционные измерения в толщах с косой слоистостью и слабоанизотропное приближение</a>
Предыдущий патент: Способ для определения вертикальной электрической анизотропии земли в морских электромагнитных исследованиях
Следующий патент: Быстрый способ анализа связности коллектора с использованием быстрого метода прогонки
Случайный патент: Косметическое средство для самозагара со светозащитным действием