Title:
Vorrichtung, Verfahren und Systeme zur Messung von Formationseigenschaften
Kind Code:
T5
Abstract:

In einigen Ausführungsformen können eine Vorrichtung und ein System sowie Verfahren Betreiben einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne als äquivalente gekippte Dipole beinhalten, wobei die gekippten Dipole eine Auswahl von äquivalenten Kippwinkeln für mindestens eine von der Sendeantenne oder der Empfangsantenne bereitstellen. Eine weitere Aktivität kann Empfangen von Signalen durch die Empfangsantenne umfassen, die in einer geologischen Formation angeordnet ist, wobei die Signale zu invertieren sind, um mindestens eine der Eigenschaften Widerstand oder Dielektrizitätskonstante der geologischen Formation in einer ausgewählten Untersuchungstiefe zu erhalten, wobei die Tiefe durch die Auswahl der äquivalenten Kippwinkel und Gewichtung mit vorberechneten Signaldaten der integrierten radialen Empfindlichkeit bestimmt wird. Es werden zusätzliche Verfahren, Vorrichtungen und Systeme offenbart.



Inventors:
Ewe, Wei-Bin (Singapore, SG)
Donderici, Burkay, Tex. (Houston, US)
Wilson, Glenn A. (Singapore, SG)
San Martin, Luis Emilio, Tex. (Houston, US)
Application Number:
DE112015006167T
Filing Date:
04/16/2015
Assignee:
Halliburton Energy Services, Inc. (Tex., Houston, US)
International Classes:
Attorney, Agent or Firm:
Fleuchaus & Gallo Partnerschaft mbB, 81369, München, DE
Claims:
1. Vorrichtung, umfassend:
mindestens eine Sendeantenne und eine Empfangsantenne, lenkbar, um äquivalente Dipole mit einem ausgewählten Kippwinkel bereitzustellen; und
eine Steuerung, um den ausgewählten Kippwinkel der Sendeantenne und der Empfangsantenne auszuwählen, um die Erfassung von Signaldaten durch die Empfangsantenne zu ermöglichen, die einer ausgewählten Untersuchungstiefe für Widerstand und Dielektrizitätskonstante in einer geologischen Formation entsprechen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sendeantenne und die Empfangsantenne synchron lenkbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sendeantenne und die Empfangsantenne elektrisch lenkbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend:
ein Speicher, auf den die Steuerung zugreifen kann, wobei der Speicher eine Nachschlagetabelle von Messdatengewichten entsprechend dem ausgewählten Kippwinkel und der ausgewählten Untersuchungstiefe speichert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sendeantenne eine Multifeed-Hohlraumantenne umfasst.

6. System, umfassend:
ein Bohrlochwerkzeuggehäuse, das eine Längsachse aufweist;
mindestens eine Sendeantenne und eine Empfangsantenne, die an dem Gehäuse angebracht sind, wobei die Sendeantenne und die Empfangsantenne synchron lenkbar sind, um eine Anordnung äquivalenter Dipole mit einem ausgewählten Kippwinkel bereitzustellen; und
eine Steuerung, um den ausgewählten Kippwinkel auszuwählen, um die Erfassung von Signaldaten durch die Empfangsantenne zu ermöglichen, die einer ausgewählten Untersuchungstiefe für mindestens eine physikalische Eigenschaft in einer geologischen Formation entsprechen, in der das Gehäuse angeordnet ist.

7. System nach Anspruch 6, wobei mindestens eine von der Sendeantenne oder der Empfangsantenne eine Crossfeed-, eine quadratische Hohlraumantenne oder eine kreisförmige Hohlraumantenne umfasst.

8. System nach Anspruch 6, wobei das Bohrlochwerkzeuggehäuse eins von einem Wireline-Werkzeuggehäuse oder einem Bohrstrangwerkzeuggehäuse umfasst.

9. Verfahren, umfassend:
Betreiben mindestens einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne als äquivalente gekippte Dipole, wobei die gekippten Dipole eine Auswahl von äquivalenten Kippwinkeln für mindestens eine von der Sendeantenne oder der Empfangsantenne bereitstellen; und
Empfangen von Signalen durch die Empfangsantenne, die in einer geologischen Formation angeordnet ist, wobei die Signale invertiert werden sollen, um mindestens eine der Eigenschaften Widerstand oder Dielektrizitätskonstante der geologischen Formation in einer ausgewählten Untersuchungstiefe zu erhalten, wobei die Tiefe durch die Auswahl der äquivalenten Kippwinkel und Gewichtung mit vorberechneten Signaldaten der integrierten radialen Empfindlichkeit bestimmt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend:
Abrufen von Gewichtswerten, die einem gewünschten Grad integrierter radialer Empfindlichkeit und der Tiefe entsprechen, um diese auf die Signale anzuwenden, wobei gewichtete Signaldaten erzeugt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der gewünschte Grad integrierter radialer Empfindlichkeit ein Maximalwert ist.

12. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend:
Interpolieren zwischen in einem Speicher gespeicherten Gewichtswerten, um Gewichtungswerte abzuleiten, die der ausgewählten Untersuchungstiefe entsprechen; und
Anwenden der Gewichtungswerte auf die Signale, wobei gewichtete Signaldaten erzeugt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend:
Invertieren der gewichteten Signaldaten, um mindestens eine der Eigenschaften Widerstand oder Dielektrizitätskonstante der geologischen Formation zu bestimmen.

14. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend:
Bestimmen von Konvergenz von mindestens einer der Eigenschaften Widerstand oder Dielektrizitätskonstante über einen Bereich der Untersuchungstiefe als Maß für die Modellqualität.

15. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend:
Bestimmen von Divergenz der mindestens einen der Eigenschaften Widerstand oder der Dielektrizität über einen Bereich der Untersuchungstiefe als Maß für die Existenz einer Übergangszone in der Formation.

16. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend:
Auswählen der Untersuchungstiefe durch Lenken von mindestens einer von der Sendeantenne oder der Empfangsantenne, um einen der äquivalenten Kippwinkel auszuwählen.

17. Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend:
Anwenden von Gewichtswerten, die einem gewünschten Grad integrierter radialer Empfindlichkeit und der Tiefe entsprechen, um den Grad gewünschter integrierter Empfindlichkeit über mehr als einen Formationstyp beizubehalten.

18. Verfahren, umfassend:
Simulieren eines Betriebs einer Anordnung von Antennen mit gekipptem Dipol in einer simulierten geologischen Formation, um simulierte Signale über einen vorbestimmten Bereich von Kippwinkeln äquivalenter magnetischer Dipole und Eigenschaften der geologischen Formation zu erhalten;
Bestimmen der integrierten radialen Empfindlichkeit der Anordnung in Bezug auf den Bereich der Kippwinkel äquivalenter magnetischer Dipole;
Bestimmen von Gewichtswerten, die dem Bereich der Kippwinkel äquivalenter, magnetischer Dipole und einer gewünschten Untersuchungstiefe entsprechen; und
Speichern der Gewichtswerte in einem Speicher, um eine dynamische Steuerung der Untersuchungstiefe in Bezug auf das Messen von Widerstand oder Dielektrizitätskonstante für eine reale geologische Formation bei Zugang und eine Anwendung der Gewichtswerte auf reale Signale zu ermöglichen, die von einer oder mehreren realen Empfangsantennen empfangen werden, die in einer realen geologischen Formation angeordnet sind, um gewichtete gemittelte Werte zu generieren.

19. Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend:
Wiederholen des Simulierens, des Bestimmens der integrierten radialen Empfindlichkeit der Anordnung und des Bestimmens der gewichteten Mittelwerte über einen Bereich von Untersuchungstiefen.

20. Verfahren nach Anspruch 18, wobei Bestimmen der gewichteten Mittelwerte Folgendes umfasst:
Auswählen der gewichteten Mittelwerte, um einen Maximalwert für die integrierte radiale Empfindlichkeit in der gewünschten Untersuchungstiefe bereitzustellen.

Description:
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Ein Verständnis der Struktur und der Eigenschaften von geologischen Formationen kann die Kosten für das Bohren von Bohrlöchern für die Öl- und Gasexploration senken. Messungen werden typischerweise in einer Bohrung (d.h. Bohrlochmessungen) durchgeführt, um dieses Verständnis zu erlangen. Zum Beispiel können die Messungen die Zusammensetzung und die Verteilung von Material identifizieren, das das Messgerät im Bohrloch umgibt. Um solche Messungen zu erhalten, kann eine Vielfalt von Sensoren und Montagekonfigurationen verwendet werden. Diese Vorrichtungen beinhalten Antennen, die verwendet werden, um Kernmagnetresonanz(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)-Messungen bereitzustellen, und Antennen, um Widerstandsmessungen bereitzustellen, sowie weitere.

Die Messungen, die durch herkömmliche dielektrische Hochfrequenzwerkzeuge durchgeführt werden, können verwendet werden, um die Dielektrizitätskonstante (auch als die relative Permittivität bezeichnet) und den Widerstand bei einer Untersuchungstiefe (Depth-Of-Investigation, DOI) zu bestimmen, die von den Formationscharakteristiken abhängen. Diese Werkzeuge neigen jedoch dazu, in einem einzigen Polarisationsmodus zu arbeiten (d.h. dem Broadside-Modus), sodass die DOI festgelegt ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

12 sind Seitenansichten von Anordnungen von Antennen mit mechanisch bzw. elektrisch gekipptem, äquivalentem magnetischem Dipol, die unter einem Winkel θ bezüglich der Längsachse des zugehörigen Gehäuses ausgerichtet sein können, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.

34 sind grafische Darstellungen, die die tatsächlichen bzw. gewichteten mittleren Antworten für eine berechnete integrierte radiale Empfindlichkeit einer Antennenanordnung in einer Formation angeben, die eine Dielektrizitätskonstante εγ = 10 und einen Widerstand R = 10 Ω·m aufweist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.

56 sind grafische Darstellungen, die die tatsächlichen bzw. gewichteten mittleren Antworten für eine berechnete integrierte radiale Empfindlichkeit einer Antennenanordnung in einer Formation angeben, die eine Dielektrizitätskonstante εγ = 25 und einen Widerstand R = 1 Ω·m aufweist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.

7 ist ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Aufbauen einer Nachschlagetabelle von Gewichten, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.

8 ist ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Invertieren von Messungen, die aus einem dielektrischen Werkzeug erhalten werden, das gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung aufgebaut und betrieben wird.

9 ist ein Blockdiagramm eines Vermessungssystems, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.

10 ist ein Ablaufdiagramm, das Verfahren zum Aufbauen einer Gewichtstabelle und zum Anwenden der Gewichtswerte auf empfangene Daten darstellt, um eine gewünschte DOI zu erhalten, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.

11 zeigt ein beispielhaftes Wireline-System, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.

12 zeigt ein beispielhaftes Bohranlagensystem, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Um die DOI dynamisch zu steuern, können zusätzliche Informationen, einschließlich Daten, die aus anderen Polarisationsmodi erhalten werden, eingesetzt werden. Um die oben erwähnten Herausforderungen ebenso wie andere anzugehen, beinhalten viele Ausführungsformen ein dielektrisches Werkzeug, das die Dielektrizitätskonstante (auch als die relative Permittivität bezeichnet) und den Widerstand bei einer im Wesentlichen konstanten und steuerbaren DOI unter Verwendung unterschiedlicher Antennenpolarisationen bestimmen kann.

Die zusätzlichen Polarisationsmodi können mechanisch oder elektronisch erreicht werden. Antennen, die in verschiedenen Polarisationsmodi arbeiten können, können durch einen gekippten äquivalenten magnetischen Dipol in Bezug auf die Werkzeugachse dargestellt werden.

Beispielsweise sind die 12 Seitenansichten von Anordnungen 100, 200 von Antennen mit mechanisch bzw. elektrisch gekipptem, äquivalentem, magnetischem Dipol, die unter einem Winkel θ in Bezug auf die Längsachse 110 des zugehörigen Gehäuses 120 ausgerichtet werden können, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung.

1 erörternd ist ersichtlich, dass ein mechanisches Erreichen zusätzlicher Polarisationsmodi die physische Bewegung einer oder mehrerer Antennen in einer Anordnung 100 durch einen Winkel θ in Bezug auf die Längsachse des Werkzeugs einbeziehen kann. Hier sind die Senderantenne Tx1 und die Empfangsantennen R1, R2, R3 gezeigt, die in einem herkömmlichen Broadside-Modus arbeiten. Jedoch können sie nach einer mechanischen Drehung um den Winkel θ möglicherweise unter Verwendung eines Betätigungsmechanismus 130, der an dem Gehäuse 120 angebracht ist und einen oder mehrere Elektromotoren, Hydraulik oder Solenoide umfasst, in einem gekippten Modus arbeiten, der die DOI einstellt. In der Figur ist der gekippte Modus für die Senderantenne Tx1 und die Empfangsantennen R1, R2, R3 gestrichelt dargestellt.

In 2 besteht eine Anordnung gekippter magnetischer Dipole 200 aus einem Sender (Tx) und zwei Empfängern (R1 und R2), die einen Kippwinkel θ in Bezug auf die Werkzeugachse aufweisen. Wenn der Kippwinkel θ = 90° (d.h. der Kippwinkel senkrecht zur Längsachse 110 ist, wie durch die gestrichelten Pfeile gezeigt), kann die Anordnung 200 in dem herkömmlichen Broadside-Modus arbeiten.

In einigen Ausführungsformen kann ein einzelner Empfänger (z.B. R1) verwendet werden. In diesem Fall kann die Phasendifferenz vom Sender Tx1 zum Empfänger R1 gemessen werden und das Amplitudenverhältnis kann als das Verhältnis von der Spannung des Senders Tx1 oder Strom zum Signal des Empfängers R1 gemessen werden. Die Durchführung von Messungen auf diese Weise unter Verwendung einer einzigen Kombination aus referenziertem Sender und Empfänger kann eine ausreichende Auflösung für eine Reihe von Bohrlochuntersuchungsaufgaben bereitstellen.

Es sei darauf hingewiesen, dass Erreichen zusätzlicher Polarisationsmodi auf elektronischem Wege unter Verwendung nicht symmetrisch geformter (z.B. rechteckiger) Antennen 210 oder symmetrischer Antennen, wie z.B. runder Multifeed-Hohlraum-, oder quadratischer Antennenkonfigurationen bewerkstelligt werden kann, deren Formen dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannt sind.

34 sind grafische Darstellungen 300, 400, die die tatsächlichen bzw. gewichteten mittleren Antworten für eine berechnete integrierte radiale Empfindlichkeit (Integrated Radial Sensitivity, IRS) einer Antennenanordnung in einer Formation angeben, die eine Dielektrizitätskonstante εγ = 10 und einen Widerstand R = 10 Ω·m aufweist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. In diesem Beispiel werden bei der Berechnung fünf verschiedene Kippwinkel berücksichtigt: θ = 0°, 30°, 45°, 60° und 90°. In der Figur wird für jeden Kippwinkel die IRS des Verhältnisses zwischen dem Empfänger R1 und R2 als Antwort auf den Sender Tx1 berechnet und aufgetragen. Es wird beobachtet, dass θ = 0° die tiefste IRS erzeugt, die reduziert wird, wenn θ auf 90° ansteigt.

In 4 wird die IRS aus dem gewichteten Mittelwert der integrierten radialen Empfindlichkeiten der fünf verschiedenen Kippwinkel θ unter Verwendung von Gleichung (1) erhalten: Zwei verschiedene Sätze von Gewichten (die durch die durchgezogenen bzw. gestrichelten Linien angegeben sind) wurden in der grafischen Darstellung 400 implementiert, um zu veranschaulichen, dass die IRS unter Verwendung unterschiedlicher Gewichte gesteuert werden kann.

56 sind die grafischen Darstellungen 500, 600, die die tatsächlichen bzw. gewichteten mittleren Antworten für eine berechnete integrierte radiale Empfindlichkeit einer Antennenanordnung in einer Formation angeben, die eine Dielektrizitätskonstante εγ = 25 und einen Widerstand R = 1 Ω·m aufweist, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. In diesem Beispiel sind die Ergebnisse ähnlich den in 3 gezeigten, allerdings weist das Hintergrundmedium eine Dielektrizitätskonstante, die das Doppelte von der in 3 ist, und einen Widerstand auf, der ein Zehntel des Werts von 3 ist. Hier werden ebenfalls die IRS von fünf verschiedenen Kippwinkeln berechnet und aufgetragen.

In 6 werden die IRS-Kurven für unterschiedliche Gewichte noch einmal gezeigt, die aus dem gewichteten Mittelwert der in 5 erhaltenen fünf IRS-Werte unter Verwendung von Gleichung (1) berechnet wurden. Wiederum wird gezeigt, dass die resultierende IRS durch Verwendung unterschiedlicher Gewichtssätze steuerbar ist, angegeben durch die durchgezogenen und gestrichelten Linien. Die aus unterschiedlichen Werten der DOI erhaltenen Gewichte können dann auf die Messdaten angewendet werden, und die Formationseigenschaftsinformationen können anschließend durch Inversion erhalten werden.

7 ist ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren 711 zum Aufbauen einer Nachschlagetabelle von Gewichten, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. Die Gewichte können bei der Inversion bestimmt werden oder aus einer vorberechneten Nachschlagetabelle interpoliert werden. Die Nachschlagetabelle kann durch Simulation einer oder mehrerer Antwort(en) über einen Dielektrizitätskonstanten- und Widerstandsbereich und Berechnung der Gewichte unterschiedlichen DOI-Grads durch Matrixinversion aufgebaut werden.

Somit beginnt in einigen Ausführungsformen das Verfahren 711 bei Block 721 und fährt mit Block 725 fort, wo Hintergrundformationseigenschaften aus einer Liste erhalten werden – möglicherweise für einen Satz Tiefen (z.B. Widerstand 0,1–10.000 Ohm·m, Dielektrizitätskonstante 1–150). Die Liste kann in Form einer großen Tabelle existieren, die alle möglichen erwarteten Kombinationen von Daten enthält.

Das Verfahren 711 kann mit Block 729 fortfahren, wo Anordnungsaktivität in der Formation simuliert wird, um das resultierende empfangene Signal zu bestimmen.

Das Verfahren 711 kann mit Block 733 fortfahren, wo die radiale Empfindlichkeit der Anordnung berechnet wird, wobei die Signale verwendet werden, die aus der Aktivität bei Block 729 resultieren. Radiale Empfindlichkeit kann berechnet werden, indem ein Medium in Betracht gezogen wird, das aus zwei oder mehr durch zylindrische Grenzen getrennten Schichten besteht und durch Variieren der Größe der Zylinder. Radiale Empfindlichkeit kann alternativ durch eine Bornsche Näherung berechnet werden, wobei allerdings dieses Verfahren für den Betriebsbereich eines dielektrischen Werkzeugs möglicherweise weniger genau ist. Beide Verfahren zur Berechnung der radialen Empfindlichkeit sind dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannt und in zahlreichen Veröffentlichungen dokumentiert.

Bei Block 737 kann das Verfahren 711 eine Bestimmung der Gewichte für eine gewünschte DOI beinhalten, möglicherweise durch Ausprobieren (z.B. durch Auftragen und Inaugenscheinnahme der Ergebnisse, wie etwa der in den 3 und 5 gezeigten) oder einen formelhaften Ansatz, um einen gewünschten Konvergenzwert zu minimieren, wie etwa Finden eines Satzes Gewichte, um die gewünschte DOI bei einer gewünschten IRS zu erreichen. Mathematische Optimierungsalgorithmen, die dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannt sind, können verwendet werden, um diese Aufgabe zu bewerkstelligen.

Das Verfahren 711 kann bei Block 741 fortfahren, wobei durch die Blöcke 725737 für jede Kombination von Eigenschaften und Tiefen, die in der Liste von Block 725 enthalten sind, iteriert wird. Wenn die Liste erschöpft ist, kann das Verfahren 711 bei Block 745 enden.

8 ist ein Ablaufdiagramm für ein Verfahren 811 zum Invertieren von Messungen, die aus einem dielektrischen Werkzeug erhalten werden, das gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung aufgebaut und betrieben wird. Hier setzt das Diagramm die Implementierung verschiedener Ausführungsformen fort, nachdem die als Teil der in 7 gezeigten Aktivitäten bestimmten Gewichte bestimmt worden sind. Zu diesem Zeitpunkt können die Gewichte, die möglicherweise in Form einer Nachschlagetabelle gespeichert sind, in Verbindung mit der Inversion von Daten verwendet werden, die von einem Bohrlochwerkzeug, wie einem dielektrischen Werkzeug, erhalten wurden.

Bei diesem Verfahren 811 wird das Anfangsformationsmodell zunächst aus den Messdaten invertiert. Dann können auf Grundlage des Anfangsformationsmodells die Gewichte aus der Nachschlagtabelle interpoliert und verwendet werden, um die Antworten der gemessenen Daten über verschiedene Polarisationsmodi zu mitteln. Dann können gemittelte Daten dann verwendet werden, um neue Formationsinformationen zu erhalten und die Konvergenz des Formationsmodells zu überprüfen. Die Prozeduren zum Abrufen von Gewichten aus der Nachschlagetabelle und Mitteln der Antworten iterieren, bis das Formationsmodell konvergiert.

Somit beginnt in einigen Ausführungsformen das Verfahren 811 bei Block 821 und fährt bei Block 825 fort, wo anfängliche invertierte Formationsinformationen unter Verwendung von anfänglichen Messwerten erhalten werden, die von einem Bohrlochwerkzeug erhalten wurden. Diese Anfangswerte können die Form von Antennensignalen annehmen, wie die in den 3 oder 5 dargestellten.

Das Verfahren 811 kann bei Block 829 fortfahren, wo Gewichte auf die Signale angewendet werden (z.B. für diese Formation bei der gewünschten DOI mit Gewichten, die die höchste Empfindlichkeit ergeben). Abhängig von den gemessenen Daten kann das Verfahren 811 bei Block 833 eine Interpolation der Gewichtswerte in der Nachschlagetabelle beinhalten. Eine Gewichtung der Signale kann unter Verwendung von Gleichung (2) bewerkstelligt werden: SW = W1·S1 + W2·S2 + ...(2)wobei SW das gewichtete Signal ist, W1 das erste Gewicht ist, S1 das erste Signal ist, W2 das zweite Gewicht ist und S2 das zweite Signal ist und so weiter. Gleichung (2) beinhaltet zwei Mittelungsterme, was eine nützliche Zahl ist, wobei allerdings, wenn mehr Signale verfügbar sind, mehr Gewichtungsterme verwendet werden können. Signale können die Form von Spannungen, Strömen, Phasen, Amplituden, Phasendifferenzen oder Amplitudenverhältnissen sowie Kombinationen davon annehmen. Empfangene Signalwerte können vor oder nach Anwenden von Gewichtungswerten gemittelt werden.

Das Verfahren 811 kann ferner bei Block 833 eine iterative Interpolation in verschiedenen Inspektionstiefen beinhalten, um die gewünschte DOI zu erhalten/zu bekommen. Wenn die Tabelle bereits Gewichtswerte für die betreffende DOI enthält, kann die Interpolation bei Block 833 vermieden werden.

Das Verfahren 811 kann mit Block 837 fortfahren, wo Aktualisieren von Formationsinformationen durch Invertieren der gewichteten Versionen der Signale einbezogen wird (bestimmt bei Block 829 auf Grundlage der ursprünglichen bei Block 825 erhaltenen Signale), um Formationseigenschaften zu bestimmen. Diese Bestimmung kann Abbilden von gemessenen Signalen beinhalten, wie etwa Phasendifferenz und Amplitudenverhältnis, auf Formationseigenschaften, wie etwa Widerstand und Dielektrizitätskonstante. Nachdem der Widerstand und die Dielektrizitätskonstante erhalten worden sind, können beispielsweise petrophysikalische Parameter, wie Wassersättigung, berechnet werden. Dieser Prozess ist dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannt und in einer Reihe von Veröffentlichungen dokumentiert.

Bei Block 841 kann das Verfahren 811 Überprüfen der Inversionsergebnisse beinhalten, um zu evaluieren, ob verschiedene DOI-Eigenschaftsergebnisse konvergieren. Dies tritt ein, wenn zum Beispiel die Ergebnisse der Aktivität bei Block 837 (z.B. Formationseigenschaften) über verschiedene Inspektionstiefen hinweg konsistent sind. Wenn dies eintritt, kann das Verfahren 811 bei Block 845 enden.

Wenn stattdessen die Ergebnisse divergieren (z.B. bei Block 837 ermittelte Formationseigenschaften über verschiedene Inspektionstiefen nicht konsistent sind), kann dies eine sich nähernde Übergangszone signalisieren, und eine weitere Untersuchung kann nützlich sein. Somit kann das Verfahren 811 Iteration zwischen den Blöcken 829, 833, 837 und 841 beinhalten. Weitere Ausführungsformen können realisiert werden.

Beispielsweise ist 9 ein Blockdiagramm eines Vermessungssystems 910, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. Unter Bezugnahme auf die 1, 2 und 9 ist ersichtlich, dass das Vermessungssystem 910 Zählungsmessdaten von den Antennenanordnungen 100, 200, die als gesteuerte Geräte 970 fungieren (z.B. um eine oder mehrere Antennen in den Anordnungen 100, 200 mechanisch oder elektronisch zu kippen; und um sie mit Energie zu versorgen, dass sie Energie in die umgebende Formation übertragen) und Messgeräte 904 (z.B. um Signale zu empfangen, die Formationseigenschaften entsprechen, wie etwa Widerstand) empfangen kann. Das Vermessungssystem 910 kann somit Anordnungen 100, 200 beinhalten, die in einem Bohrloch arbeiten.

Die Verarbeitungseinheit 902 kann mit dem Messgerät 904 koppeln, um Messungen von den Anordnungen 100, 200 und anderen Geräten zu erhalten, wie hier zuvor beschrieben. In einigen Ausführungsformen umfasst ein Vermessungssystem 910 eines oder mehrere der Anordnungen 100, 200 sowie ein Gehäuse 900 (siehe auch 1112), das die Vorrichtungen 904, 970 sowie andere Elemente aufnehmen kann. Das Gehäuse kann die Form eines Wireline-Werkzeugkörpers oder eines Bohrlochwerkzeugs annehmen, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die 11 und 12 näher beschrieben. Die Verarbeitungseinheit 902 kann Teil einer Oberflächenarbeitsstation sein oder an einem Bohrlochwerkzeuggehäuse angebracht sein. In einigen Ausführungsformen kann die Verarbeitungseinheit 902 in einem Gehäuse 120 verpackt sein, wie hier zuvor beschrieben.

Das Vermessungssystem 910 kann eine Steuerung 925, eine weitere elektronische Vorrichtung 965 und eine Kommunikationseinheit 940 beinhalten. Die Steuerung 925 und die Verarbeitungseinheit 902 können gefertigt sein, dass sie das Messgerät 904 betreiben, um Messdaten zu erfassen, wie etwa Signale, die Formationswiderstandsmessungen entsprechen.

Die elektronische Vorrichtung 965 (z.B. elektromagnetische Sensoren usw.) kann in Verbindung mit der Steuerung 925 verwendet werden, um Aufgaben auszuführen, die mit dem Durchführen von Messungen im Bohrloch unter Verwendung des Messgeräts 904 verbunden sind. Die Kommunikationseinheit 940 kann Bohrlochkommunikationen in einem Wireline- oder Bohrvorgang beinhalten. Solche Bohrlochkommunikationen können ein Telemetriesystem beinhalten.

Das Vermessungssystem 910 kann auch einen Bus 927 beinhalten, um gemeinsame elektrische Signalwege zwischen den Komponenten des Vermessungssystems 910 bereitzustellen. Der Bus 927 kann einen Adressenbus, einen Datenbus und einen Steuerbus beinhalten, jeweils unabhängig konfiguriert. Der Bus 927 kann auch gemeinsame leitfähige Leitungen verwenden, um eins oder mehrere von Adresse, Daten oder Steuerung bereitzustellen, deren Verwendung durch die Steuerung 925 reguliert werden kann.

Der Bus 927 kann Instrumentalität für ein Kommunikationsnetzwerk beinhalten. Der Bus 927 kann so konfiguriert sein, dass die Komponenten des Vermessungssystems 910 verteilt sind. Eine solche Verteilung kann zwischen Bohrlochkomponenten wie dem Messgerät 904 und Komponenten arrangiert sein, die an der Oberfläche eines Bohrlochs angeordnet sein können. Alternativ können mehrere dieser Komponenten miteinander angeordnet sein, wie beispielsweise auf einem oder mehreren Kragen eines Bohrstrangs oder auf einer Wireline-Struktur.

In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das Vermessungssystem 910 Peripheriegeräte, die Anzeigen 955, zusätzlichen Speicherplatz oder andere gesteuerte Geräte 970 beinhalten können, die in Verbindung mit der Steuerung 925 oder der Verarbeitungseinheit 902 arbeiten können. Die Anzeige 955 kann diagnostische Informationen für das Messgerät 904 auf Grundlage der Signale anzeigen, die gemäß oben beschriebener Ausführungsformen generiert wurden. Die Anzeige 955 kann auch verwendet werden, um eine oder mehrere grafische Darstellungen anzuzeigen, ähnlich oder identisch mit den in den 36 dargestellten.

In einer Ausführungsform kann die Steuerung 925 gefertigt werden, dass ein oder mehrere Prozessoren beinhaltet sind. Die Anzeige 955 kann gefertigt oder programmiert werden, dass sie mit Anweisungen arbeitet, die in der Verarbeitungseinheit 902 gespeichert sind (beispielsweise in dem Speicher 906), um eine Benutzerschnittstelle zu implementieren, um den Betrieb des Messgeräts 904 oder Komponenten, die innerhalb des Vermessungssystems 910 verteilt sind, zu leiten. Diese Art von Benutzerschnittstelle kann in Verbindung mit der Kommunikationseinheit 940 und dem Bus 927 betrieben werden. Verschiedene Komponenten des Vermessungssystems 910 können mit dem Messgerät 904 und einem zugehörigen Gehäuse 900 derart integriert werden, dass ein Verarbeiten identisch mit oder ähnlich den in Bezug auf verschiedene Ausführungsformen hier erörterten Verfahren in einem Bohrloch durchgeführt werden können. Somit können irgendeine oder mehrere Komponenten des Messgeräts 904 und/oder des gesteuerten Geräts 970 an dem Gehäuse 900 angebracht oder darin enthalten sein.

In verschiedenen Ausführungsformen kann ein nicht transitorisches, maschinenlesbares Speichergerät darauf gespeicherte Anweisungen enthalten, die, wenn sie von einer Maschine ausgeführt werden, die Maschine veranlassen, zu einer individuell zugeschnittenen, bestimmten Maschine zu werden, die Vorgänge durchführt, die ein oder mehrere Merkmale umfassen, die den in Bezug auf die hier beschriebenen Verfahren und Techniken beschriebenen ähnlich oder identisch sind. Ein maschinenlesbares Speichergerät ist hier ein physisches Gerät, das Informationen (z.B. Befehle, Daten) speichert, die, wenn sie gespeichert sind, die physische Struktur des Geräts ändern. Beispiele für maschinenlesbare Speichergeräte können den Speicher 906 in der Form eines Nur-Lese-Speichers (ROM), eines Speichers mit wahlfreiem Zugriff (RAM), eines Magnetplattenspeichergeräts, eines optischen Speichergeräts, eines Flash-Speichers und anderer elektronischer, magnetischer oder optischer Speichergeräte, einschließlich Kombinationen davon beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein.

Die physische Struktur von gespeicherten Anweisungen kann von einem oder mehreren Prozessoren, wie beispielsweise der Verarbeitungseinheit 902, betrieben werden. Ein Betreiben dieser physischen Strukturen kann die Maschine veranlassen, Vorgänge gemäß hier beschriebenen Verfahren durchzuführen. Die Anweisungen können Anweisungen beinhalten, um die Verarbeitungseinheit 902 zu veranlassen, Messdaten, Nachschlagetabellen (z.B. durch die Verfahren von 7 generiert) und andere Daten in dem Speicher 906 zu speichern. Der Speicher 906 kann die Ergebnisse von Messungen von Formationsparametern oder Parametern der Anordnungen 100, 200, speichern, sodass Verstärkungsparameter, Kalibrierkonstanten, Identifikationsdaten usw. beinhaltet sind. Der Speicher 906 kann daher eine Datenbank, beispielsweise eine relationale Datenbank, beinhalten.

10 ist ein Ablaufdiagramm, das Verfahren 1011 zum Aufbauen einer Gewichtstabelle und zum Anwenden der Gewichtswerte auf empfangene Daten darstellt, um eine gewünschte DOI zu erhalten, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. Zunächst werden Verfahren zum Aufbau von Gewichtstabellen erörtert.

Somit kann in einigen Ausführungsformen ein Verfahren 1011 zum Aufbauen einer Nachschlagtabelle von Messdatengewichten, um eine dynamische Steuerung von DOI für Widerstands- oder Dielektrizitätsmessungen zu ermöglichen, bei Block 1021 beginnen und bei Block 1025 mit Simulieren eines Betriebs einer Anordnung von Antennen mit gekipptem Dipol in einer simulierten geologischen Formation fortfahren, um simulierte Signale über einen vorbestimmten Bereich von Kippwinkeln äquivalenter magnetischer Dipole und Eigenschaften der geologischen Formation zu erhalten.

In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 1011 mit Bestimmen der integrierten radialen Empfindlichkeit der Anordnung in Bezug auf den Bereich der Kippwinkel äquivalenter, magnetischer Dipole bei Bock 1029 fortfahren.

In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 1011 mit Bestimmen gewichteter Mittelwerte fortfahren, die dem Bereich von Kippwinkeln äquivalenter, magnetischer Dipole und einer gewünschten DOI bei Block 1033 entsprechen.

Die gewichteten Mittelwerte können unter Verwendung eines mathematischen Optimierungsprozesses erhalten werden. Somit kann die Aktivität bei Block 1033 Auswählen der gewichteten Mittelwerte umfassen, um einen Maximalwert für die integrierte radiale Empfindlichkeit bei der gewünschten DOI bereitzustellen.

In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 1011 bei Block 1037 mit Speichern der Gewichtswerte in einem Speicher enden, um eine dynamische Steuerung von DOI in Bezug auf ein Messen von Widerstand oder Dielektrizitätskonstante für eine reale geologische Formation nach Zugriff auf und Anwendung der Gewichtswerte auf reale Signale zu ermöglichen, die von mindestens zwei realen Empfangsantennen empfangen werden, die in einer realen geologischen Formation angeordnet sind.

Die Aktivitäten können über einen Bereich von Inspektionstiefen wiederholt werden. Somit kann das Verfahren 1011 Wiederholen des Simulierens, des Bestimmens der integrierten radialen Empfindlichkeit der Anordnung und des Bestimmens der gewichteten Mittelwerte über einen Bereich von Untersuchungstiefen umfassen. Das heißt, in einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 1011 von Block 1037 zu Block 1025 zurückkehren, um die Aktivitäten der Blöcke 1025, 1029, 1033 und 1037 zu iterieren, wenn Daten für zusätzliche Untersuchungstiefen entwickelt werden soll, wie bei Block 1041 bestimmt.

In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 1011 von Block 1041 aus bei Block 1045 fortfahren, wenn eine ausreichende Anzahl von gewichteten Mittelwerten entwickelt und gespeichert worden ist.

Bei Block 1045 werden Verfahren verwendet, um Gewichtswerte auf empfangene Daten anzuwenden, um eine gewünschte DOI zu erhalten. Somit kann bei Block 1045 ein Verfahren 1011 die Aktivität des Betreibens mindestens einer Sendeantenne und mindestens einer Empfangsantenne als äquivalente gekippte Dipole umfassen. Die gekippten Dipole stellen eine Auswahl von äquivalenten Kippwinkeln für mindestens eine von der Sendeantenne oder der Empfangsantenne oder beide bereit.

Die DOI kann durch Lenken einer oder mehrerer der Antennen ausgewählt werden. Somit kann die Aktivität bei Block 1045 Auswählen der DOI durch Lenken einer oder mehrerer Sendeantennen und/oder einer oder mehrerer Empfangsantennen umfassen, um eine beliebige Anzahl von äquivalenten Kippwinkeln auszuwählen.

Das Verfahren 1011 kann bei Block 1049 mit Empfangen von Signalen durch die Empfangsantennen, die in einer geologischen Formation angeordnet sind, fortfahren, wobei die Signale zu invertieren sind, um mindestens eine der Eigenschaften Widerstand oder Dielektrizitätskonstante der geologischen Formation in einer ausgewählten DOI zu erhalten, wobei die Tiefe durch die Auswahl der äquivalenten Kippwinkel und Gewichtung mit vorberechneten Signaldaten der integrierten radialen Empfindlichkeit bestimmt wird.

Wie zuvor erwähnt (und bei den Aktivitäten der Blöcke 10251041 des Verfahrens 1011 entwickelt), kann eine Nachschlagetabelle in einem Speicher verwendet werden, um Gewichtswerte bereitzustellen, die auf die von den Empfangsantennen gemessenen Signale angewendet werden. Somit kann das Verfahren 1011 bei Block 1053 mit Abrufen von Gewichtswerten fortfahren, die einem gewünschten Grad integrierter radialer Empfindlichkeit und der Tiefe entsprechen, um diese auf die Signale anzuwenden, um gewichtete Signaldaten zu erzeugen. Häufig werden die Gewichtswerte ausgewählt, um die größte Amplitude der Antwort bei der ausgewählten DOI bereitzustellen. Somit kann der gewünschte Grad integrierter radialer Empfindlichkeit einen Maximalwert umfassen.

In einigen Ausführungsformen können Daten aus der Nachschlagetabelle direkt für Untersuchungstiefen verwendet werden, die ausgewählt wurden und in der Tabelle aufgeführt sind, oder interpoliert werden, um eine ausgewählte DOI bereitzustellen, die nicht direkt in der Tabelle aufgeführt ist. Interpolation kann ein iterativer Prozess sein. Daher kann das Verfahren 1011 bei Block 1071 Interpolieren zwischen in einem Speicher gespeicherten Gewichtswerten, um Gewichtswerte abzuleiten, die der ausgewählten DOI entsprechen, und Anwenden der Gewichtswerte auf die Signale umfassen, wobei gewichtete Signaldaten erzeugt werden. Die Aktivität bei Block 1071 kann somit nach Bedarf erfolgen.

In einigen Ausführungsformen kann der Empfindlichkeitsgrad in der gewählten Tiefe über verschiedene Formationstypen beibehalten werden. Somit kann die Aktivität bei Block 1071 Anwenden von Gewichtswerten beinhalten, die einem gewünschten Grad integrierter radialer Empfindlichkeit und der Tiefe entsprechen, um den gewünschten Grad integrierter radialer Empfindlichkeit über mehr als einen Formationstyp beizubehalten.

Die gewichteten Werte der gemessenen Signale können invertiert werden, um den Formationswiderstand und die Dielektrizitätskonstante bei einer ausgewählten DOI zu bestimmen. Somit kann in einigen Ausführungsformen das Verfahren 1011 bei Block 1057 mit Invertieren der gewichteten Signaldaten fortfahren, um mindestens eine der Eigenschaften Widerstand oder Dielektrizitätskonstante der geologischen Formation zu bestimmen.

Wenn Teile des Modells konsistent sind (d.h. selbstkonsistent), dann steigt das Vertrauen in Ergebnisse. Wenn also Messungen in verschiedenen ausgewählten Untersuchungstiefen durchgeführt werden, kann eine Konvergenz der Formationseigenschaften zwischen Tiefen bestätigt werden. Daher kann das Verfahren 1011 bei Block 1061 Bestimmen von Konvergenz von mindestens einer der Eigenschaften Widerstand oder Dielektrizität über einen Bereich der DOI als Maß für die Modellqualität umfassen.

Wenn Konvergenz bestätigt wird, kann das Verfahren 1011 bei Block 1065 fortfahren, um zu bestimmen, ob ein anderer Messzyklus gewünscht ist. Wenn dies der Fall ist, kann das Verfahren 1011 Zurückkehren zu Block 1045 und Iterieren über die Aktivitäten der Blöcke 10451071 umfassen. Das Verfahren 1011 kann bei Block 1069 enden, falls keine weitere Messung gewünscht wird.

Andererseits kann eine Übergangszone als Ergebnis divergierender Formationseigenschaftsmessungen in verschiedenen Untersuchungstiefen entdeckt werden. Wenn also Konvergenz bei Block 1061 nicht bestätigt wird, kann das Verfahren 1011 bei Block 1075 mit Bestimmen von Divergenz der mindestens einen der Eigenschaften Widerstand oder Dielektrizität über einen Bereich der DOI als ein Maß für die Existenz von Übergangszonen in der Formation fortfahren. An diesem Punkt kann das Verfahren 1011 unter Einbeziehung der Aktivität bei Block 1065 fortfahren. Weitere Ausführungsformen können realisiert werden.

Wie zuvor beschrieben können beispielsweise Widerstands- und Dielektrizitätsmesswerkzeuge in einer LWD-Baugruppe oder einem Wireline-Vermessungswerkzeug verwendet werden. 11 zeigt ein beispielhaftes Wireline-System 1164, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. 12 zeigt ein beispielhaftes Bohranlagensystem 1264, gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung. Jedes der Systeme in den 11 und 12 ist betriebsfähig, um die Vorrichtungen 100, 200 zu steuern, um Messungen in einem Bohrloch durchzuführen. Somit können die Systeme 1164, 1264 Teile eines Wireline-Vermessungswerkzeugkörpers 1170 als Teil eines Wireline-Vermessungsvorgangs oder eines Bohrlochwerkzeugs 1224 (z.B. eines Bohrvorgangwerkzeugs) als Teil eines Bohrlochbohrvorgangs umfassen.

Unter erneuter Bezugnahme auf 11 ist ein Bohrloch während Wireline-Vermessungsvorgängen zu sehen. In diesem Fall ist eine Bohrplattform 1186 mit einem Derrick 1188 ausgestattet, der eine Hebevorrichtung 1190 trägt.

Bohren von Öl- und Gasbohrlöchern wird üblicherweise unter Verwendung eines Strangs von Bohrgestängen durchgeführt, die miteinander verbunden sind, um einen Bohrstrang zu bilden, der durch einen Drehtisch 1110 in ein Bohrloch oder eine Bohrung 1112 abgesenkt wird. Hier wird angenommen, dass der Bohrstrang vorübergehend aus der Bohrung 1112 herausgenommen wurde, um zu ermöglichen, dass ein Wireline-Vermessungswerkzeugkörper 1170, wie beispielsweise eine Sonde, durch Wireline oder ein Vermessungskabel 1174 in die Bohrung 1112 abgesenkt wird. Typischerweise wird der Wireline-Vermessungswerkzeugkörper 1170 auf den unteren Teil des interessierenden Bereichs abgesenkt und anschließend mit einer im Wesentlichen konstanten Geschwindigkeit nach oben gezogen.

Auf dem Weg nach oben können in einer Reihe von Tiefen die Instrumente (z.B. die Anordnungen 100, 200 oder Elemente des in den 1, 2 und 9 gezeigten Systems 910), die in dem Werkzeugkörper 1170 enthalten sind, verwendet werden, um Messungen an den unterirdischen geologischen Formationen neben der Bohrung 1112 (und dem Werkzeugkörper 1170) durchzuführen. Die Messdaten können an eine Oberflächenvermessungseinrichtung 1192 zur Speicherung, Verarbeitung und Analyse kommuniziert werden. Die Vermessungseinrichtung 1192 kann mit elektronischer Ausstattung für verschiedene Arten von Signalverarbeitung versehen sein, die durch irgendeine oder mehrere der Komponenten des Systems 910 und/oder eine Anzeige 1196 implementiert werden können, um die Ergebnisse anzuschauen. Ähnliche Formationsevaluierungsdaten können während Bohrvorgängen erfasst und analysiert werden (z.B. während LWD-Vorgängen und durch Erweiterung während der Probenahme während des Bohrens).

In einigen Ausführungsformen umfasst der Werkzeugkörper 1170 eine oder mehrere Anordnungen 100, 200 zum Erhalten und Analysieren von elektromagnetischen Feldmessungen in einer unterirdischen Formation durch eine Bohrung 1112. Das Werkzeug ist in dem Bohrloch an einem Wireline-Kabel 1174 aufgehängt, das das Werkzeug mit einer Oberflächensteuereinheit (z.B. umfassend eine Arbeitsstation 1154, die auch eine Anzeige beinhalten kann) verbindet. Das Werkzeug kann auf einer Rohrschlange, einem gegliederten Bohrgestänge, einem fest verdrahteten Bohrgestänge oder irgendeiner anderen geeigneten Einsetztechnik in das Bohrloch 1112 eingesetzt werden.

Unter Bezugnahme auf 12 ist ersichtlich, wie ein System 1264 auch einen Teil einer Bohranlage 1202 bilden kann, die sich an der Oberfläche 1204 eines Bohrlochs 1206 befindet. Die Bohranlage 1202 kann eine Stütze für einen Bohrstrang 1208 bereitstellen. Der Bohrstrang 1208 kann arbeiten, indem er den Drehtisch 1110 durchdringt, um die Bohrung 1112 durch die Untergrundformationen 1114 zu bohren. Der Bohrstrang 1208 kann ein Kelly 1216, ein Bohrgestänge 1218 und eine Bohrgarnitur 1220 beinhalten, die sich möglicherweise an dem unteren Abschnitt des Bohrgestänges 1218 befindet.

Die Bohrgarnitur 1220 kann Bohrkragen 1222, ein Bohrlochwerkzeug 1224 und einen Bohrmeißel 1226 beinhalten. Der Bohrmeißel 1226 kann arbeiten, um das Bohrloch 1112 durch Durchdringen der Oberfläche 1204 und der Untergrundformationen 1214 zu erzeugen. Das Bohrlochwerkzeug 1224 kann eine beliebige Anzahl von verschiedenen Arten von Werkzeugen umfassen, einschließlich MWD-Werkzeuge, LWD-Werkzeuge und andere.

Während Bohrvorgängen kann der Bohrstrang 1208 (möglicherweise einschließlich des Kelly 1216, des Bohrgestänges 1218 und der Bohrgarnitur 1220) durch den Drehtisch 1110 gedreht werden. Obwohl nicht gezeigt, kann zusätzlich oder alternativ die Bohrgarnitur 1220 auch durch einen Motor (z.B. einen Schlammmotor) gedreht werden, der sich im Bohrloch befindet. Die Bohrkragen 1222 können verwendet werden, um dem Bohrmeißel 1226 Gewicht zu verleihen. Die Bohrkragen 1222 können auch arbeiten, um die Bohrgarnitur 1220 zu versteifen, es der Bohrgarnitur 1220 zu ermöglichen, das zusätzliche Gewicht auf den Bohrmeißel 1226 zu übertragen und um dadurch wiederum den Bohrmeißel 1226 beim Durchdringen der Oberfläche 1204 und der Untergrundformationen 1214 zu unterstützen.

Während Bohrvorgängen kann eine Schlammpumpe 1232 Bohrfluid (manchmal dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet als „Bohrschlamm“ bekannt) von einer Schlammgrube 1234 durch einen Schlauch 1236 in das Bohrgestänge 1218 und hinunter zu dem Bohrmeißel 1226 pumpen. Das Bohrfluid kann aus dem Bohrmeißel 1226 herausfließen und über einen ringförmigen Bereich 1240 zwischen dem Bohrgestänge 1218 und den Seiten der Bohrung 1112 an die Oberfläche 1204 zurückgeführt werden. Das Bohrfluid kann dann in die Schlammgrube 1234 zurückgeführt werden, wo ein solches Fluid filtriert wird. In einigen Ausführungsformen kann das Bohrfluid verwendet werden, um den Bohrmeißel 1226 zu kühlen, sowie um eine Schmierung für den Bohrmeißel 1226 während der Bohrvorgänge bereitzustellen. Zusätzlich kann das Bohrfluid verwendet werden, um Bohrklein der Untergrundformation zu entfernen, das durch Betreiben des Bohrmeißels 1226 erzeugt wird.

Somit ist ersichtlich, dass in einigen Ausführungsformen die Systeme 1164, 1264 einen Bohrkragen 1222, ein Bohrlochwerkzeug 1224 und/oder einen Wireline-Vermessungswerkzeugkörper 1170 beinhalten können, um ein oder mehrere Anordnungen 100, 200 ähnlich oder identisch mit den in den 1 und 2 gezeigten Anordnungen 100, 200 aufzunehmen. Komponenten des Systems 910 in 9 kann auch von dem Werkzeug 1224 oder dem Werkzeugkörper 1170 aufgenommen werden.

Somit kann der Begriff „Gehäuse“ für die Zwecke dieses Dokuments eins oder mehrere von einem Bohrkragen 1222, einem Bohrlochwerkzeug 1224 oder einem Wireline-Vermessungswerkzeugkörper 1170 beinhalten (alle weisen eine Außenwand auf, um Magnetometer, Sensoren, Fluidprobenentnahmegeräte, Druckmessgeräte, Sender, Empfänger, Erfassungs- und Verarbeitungslogik sowie Datenerfassungssysteme aufzunehmen oder daran anzubringen). Das Werkzeug 1224 kann ein Bohrlochwerkzeug umfassen, wie etwa ein LWD-Werkzeug oder ein MWD-Werkzeug. Der Wireline-Werkzeugkörper 1170 kann ein Wireline-Vermessungswerkzeug umfassen, das eine Sonde umfasst, die beispielsweise mit einem Vermessungskabel 1174 gekoppelt ist. Es können somit viele Ausführungsformen realisiert werden.

Beispielsweise kann ein System 1164, 1264 einen Bohrlochwerkzeugkörper umfassen, wie etwa einen Wireline-Vermessungswerkzeugkörper 1170 oder ein Bohrlochwerkzeug 1224 (z.B. einen LWD- oder MWD-Werkzeugkörper) und eine oder mehrere Anordnungen 100, 200, die an dem Werkzeugkörper angebracht sind, wobei die Anordnungen 100, 200 wie oben beschrieben aufgebaut und betrieben werden.

Unter Bezugnahme auf die 112 ist ersichtlich, dass in einigen Ausführungsformen eine Vorrichtung eine Sendeantenne Tx1 und eine Empfangsantenne R1 – oder mehr als eine der jeweiligen Antennen (z.B. Tx2, R2, R3 usw.) umfassen kann, die durch eine Vielfalt von Polarisationswinkeln, oder äquivalent, Dipolkippwinkel gelenkt werden können. Das heißt, ein ausgewählter Polarisationswinkel ist äquivalent zu einem Dipol, der unter einem Winkel in Bezug auf die Längswerkzeugachse gekippt ist.

Beispielsweise kann der äquivalente Dipolkippwinkel für eine Hohlraumantenne durch elektrisches Lenken der Antenne erhalten werden, wie etwa durch Ändern der Magnitude und/oder Phase der Crossfeed-Eingänge. Eine Schlaufenantenne mit einem einzigen Feed-Punkt kann mechanisch gelenkt werden, um einen äquivalenten Dipolkippwinkel (d.h. einen ausgewählten Polarisationswinkel) zu erhalten, indem der Winkel, den die Ebene der Antenne in Bezug auf die Längswerkzeugachse bildet, physisch verändert wird (wie in 1 gezeigt). Eine Empfangsantenne mit einem Kippwinkel θ näher bei 90 Grad in Bezug auf die Werkzeugachse hat gewöhnlich eine flachere DOI als eine Empfangsantenne mit einem Kippwinkel θ näher bei 0 Grad.

Für die Zwecke dieses Dokuments ist die „integrierte radiale Empfindlichkeit“ oder IRS einer Antenne ein Wert, der einen Teil des Signals darstellt, der von einer Empfangsantenne mit äquivalentem magnetischem Dipol aufgrund der gestörten Antwort von einer bestimmten Formation in einer bestimmten Tiefe empfangen wird. Der normierte Wert der IRS liegt im Bereich von 0 und 1, wobei ein Wert von 0,5 bei einer Formationstiefe von 4 Zoll beispielsweise bedeutet, dass 50 % des von der Antenne empfangenen Signals auf den Effekt von Formationseigenschaften zurückzuführen sind, die über Tiefen von der Oberfläche der Formation (0 Zoll Tiefe) bis zu 4 Zoll in die Formation (4 Zoll Tiefe) hinein von der Seite des Empfängers reichen. Eine kurze Liste von mehreren zusätzlichen Ausführungsformen wird nun bereitgestellt.

Unter Bezugnahme auf die 112 ist ersichtlich, dass in einigen Ausführungsformen eine Vorrichtung mindestens eine Sendeantenne Tx1 und eine Empfangsantenne R1, die lenkbar sind, um äquivalente Dipole mit einem ausgewählten Kippwinkel θ bereitzustellen; und eine Steuerung 925 umfasst, um den ausgewählten Kippwinkel θ der Sendeantenne Tx1 und der Empfangsantenne R1 auszuwählen, um die Erfassung von Signaldaten durch die Empfangsantenne R1 zu ermöglichen, die einer ausgewählten DOI für Widerstand und Dielektrizitätskonstante in einer geologischen Formation entsprechen.

Die Antennen können so aufgebaut oder gesteuert werden, dass Lenken synchron erfolgt. Somit können die Sendeantenne Tx1 und die Empfangsantenne R1 synchron lenkbar sein. In einigen Ausführungsformen sind die Antennen Tx1, Tx2 und R1, R2, R3 elektrisch lenkbar, mechanisch lenkbar oder beides.

Die Vorrichtung kann einen Speicher enthalten, um empfangene Signalgewichtungswerte zu speichern, um eine Antwort der Antennenanordnung auf verschiedene Arten von Formationen und ausgewählte Untersuchungstiefen einzustellen. Somit kann die Vorrichtung in einigen Ausführungsformen einen Speicher 906 umfassen, auf den die Steuerung 925 zugreifen kann, wobei der Speicher 906 eine Nachschlagetabelle von Messdatengewichten speichert, die dem ausgewählten Kippwinkel θ und der ausgewählten DOI entsprechen.

Eine oder mehrere der Antennen können eine elektrisch lenkbare Hohlraumantenne, wie eine quadratische Hohlraumantenne oder eine kreisförmige Hohlraumantenne mit Multifeed-Fähigkeit umfassen. Beispielsweise kann/können die Antenne(n) die Verwendung eines Crossfeed-Treibersignals von oben nach unten und von links nach rechts zulassen. Die Energie von jedem Feed kann eingestellt werden, um den Polarisationswinkel zu steuern, und somit den Kippwinkel der äquivalenten Dipole. Die Antennen können einen mit Dielektrikum gefüllten, trunkierten Wellenleiter umfassen, einschließlich einer rechteckigen Hohlraumantenne. Somit umfasst die Sendeantenne Tx1 in einigen Ausführungsformen eine Multifeed-Hohlraumantenne.

Einige Ausführungsformen sind als System realisiert. Somit umfasst in einigen Ausführungsformen ein System 910, 1164, 1264 ein Gehäuse 900, 1170, 1224; einen Satz Antennen Tx1, Tx2, R1, R2, R3; und eine Steuerung 925. In einigen Ausführungsformen umfasst ein System 910, 1164, 1264 ein Bohrlochwerkzeuggehäuse, das eine Längsachse aufweist (z.B. das Werkzeug 1170 oder 1224); mindestens eine Sendeantenne Tx1 und mindestens eine Empfangsantenne R1, die an das Gehäuse angebracht sind, wobei die Sendeantenne Tx1 und die Empfangsantenne R1 synchron lenkbar sind, um eine Anordnung äquivalenter Dipole mit einem ausgewählten Kippwinkel bereitzustellen. Das System 910, 1164, 1264 kann ferner eine Steuerung 925 umfassen, um den ausgewählten Kippwinkel θ auszuwählen, um die Erfassung von Signaldaten durch die Empfangsantenne R1 zu ermöglichen, die einer ausgewählten DOI für mindestens eine physikalische Eigenschaft in einer geologischen Formation entspricht, in der das Gehäuse angeordnet ist.

Eine oder mehrere der Antennen können eine Crossfeed-Antenne umfassen, einschließlich einer quadratischen Hohlraumantenne oder einer kreisförmigen Hohlraumantenne. Somit umfassen in einigen Ausführungsformen die Sendeantenne(n) Tx1, Tx2 oder die Empfangsantenne(n) R1, R2, R3 oder beide eine Crossfeed-, eine quadratische Hohlraumantenne oder eine kreisförmige Hohlraumantenne.

Das System kann sowohl in Wireline- als auch in Bohranwendungen verwendet werden. Somit umfasst das Bohrlochwerkzeuggehäuse in einigen Ausführungsformen eins von einem Wireline-Werkzeuggehäuse 1170 oder einem Bohrstrangwerkzeuggehäuse 1224.

Jede der obigen Komponenten, beispielsweise die Anordnungen 100, 200 oder die Systeme 900, 1164, 1264 (und jedes ihrer Elemente), kann hier als „Module“ bezeichnet werden. Solche Module können Hardware-Schaltungen und/oder Prozessor- und/oder Speicherschaltungen, Software-Programmmodule und -Objekte und/oder Firmware und Kombinationen davon beinhalten, wie es der Architekt der Anordnungen 100, 200 und der Systeme 900, 1164, 1264 wünscht und für bestimmte Implementierungen verschiedener Ausführungsformen angemessen ist. Beispielsweise können in einigen Ausführungsformen solche Module in einem Vorrichtungs- und/oder Systembetriebssimulationspaket enthalten sein, wie etwa einem Softwarepacket zur Simulation elektrischer Signale, einem Energieverbrauchs- und -verteilungssimulationspaket, einem Energie-/Wärmeableitungssimulationspaket, einem Simulationspaket für gemessen Strahlung und/oder einer Kombination von Software und Hardware, die verwendet wird, um den Betrieb verschiedener potentieller Ausführungsformen zu simulieren.

Es versteht sich auch, dass die Vorrichtungen und die Systeme von verschiedenen Ausführungsformen in Anwendungen verwendet werden können, die nicht für Vermessungsvorgänge sind, und somit sind verschiedene Ausführungsformen nicht so zu beschränken. Die Darstellungen der Anordnungen 100, 200 und der Systeme 900, 1164, 1264 sollen ein allgemeines Verständnis der Struktur verschiedener Ausführungsformen liefern, und es ist nicht vorgesehen, dass sie als eine vollständige Beschreibung aller Elemente und Merkmale von Vorrichtungen und Systemen dienen, die die hier beschriebenen Strukturen nutzen könnten.

Anwendungen, die die neuen Vorrichtungen und Systeme von verschiedenen Ausführungsformen beinhalten können, beinhalten elektronische Schaltungen, die in Hochgeschwindigkeitsrechnern, Kommunikations- und Signalverarbeitungsschaltungen, Modems, Prozessormodulen, eingebetteten Prozessoren, Datenschaltern und anwendungsspezifischen Modulen verwendet werden.

Es sei darauf hingewiesen, dass die hier in den 78 und 10 beschriebenen Verfahren nicht in der beschriebenen Reihenfolge oder in irgendeiner bestimmten Reihenfolge ausgeführt werden müssen. Darüber hinaus können verschiedene Aktivitäten, die in Bezug auf die hier identifizierten Verfahren beschrieben wurden, auf iterative, serielle oder parallele Weise ausgeführt werden. Aktivitäten in einem Verfahren können durch solche eines anderen Verfahrens ersetzt werden. Informationen, einschließlich Parameter, Befehle, Operanden und anderer Daten, können in Form einer oder mehrerer Trägerwellen gesendet und empfangen werden.

Nach Lektüre und Verständnis des Inhalts dieser Offenbarung versteht der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet die Art und Weise, in der ein Softwareprogramm von einem computerlesbaren Medium in einem computerbasierten System gestartet werden kann, um die in dem Softwareprogramm definierten Funktionen auszuführen. Ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet versteht ferner die verschiedenen Programmiersprachen, die eingesetzt werden können, um ein oder mehrere Softwareprogramme zu erstellen, die dazu entworfen sind, um die hier offenbarten Verfahren zu implementieren und durchzuführen. Zum Beispiel können die Programme in einem objektorientierten Format unter Verwendung einer objektorientierten Sprache wie etwa Java oder C# strukturiert sein. In einem weiteren Beispiel können die Programme in einem prozedural-orientierten Format unter Verwendung einer prozeduralen Sprache, wie etwa Assembler oder C, strukturiert sein. Die Softwarekomponenten können unter Verwendung einer beliebigen einer Anzahl von Mechanismen kommunizieren, die dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet bekannt sind, wie etwa Anwendungsprogrammschnittstellen oder Interprozesskommunikationstechniken, einschließlich Remote-Prozeduraufrufe. Die Lehren verschiedener Ausführungsformen sind nicht auf irgendeine bestimmte Programmiersprache oder -umgebung beschränkt.

Zusammenfassend kann eine Verwendung der hier offenbarten Vorrichtungen, Systeme und Verfahren eine erhöhte Verstärkungsstabilität in Bezug auf Gammastrahlenmesswerkzeuge bereitstellen, die in Gegenwart von Sensorempfindlichkeitsdrift, Temperaturextremwerten, Vibrationen oder anderen Umwelt- oder Konstruktionsfaktoren in Bezug auf konventionelle Mechanismen arbeiten. Diese Vorteile können den Wert der von einem Betriebs-/Explorationsunternehmen erbrachten Dienstleistungen erheblich steigern und so zur Senkung der zeitbezogenen Kosten beitragen.

Gegenwärtigen Werkzeugen für die Bestimmung von Widerstand und Dielektrizitätskonstante im Bohrloch fehlt oft die Fähigkeit, Formationseigenschaften mit einer steuerbaren DOI zu messen. Diese Offenbarung präsentiert Vorrichtungen, Systeme und Verfahren, die die Inversion von Daten von einem dielektrischen Werkzeug ermöglichen, beispielsweise in einer gewünschten DOI, wodurch die Unsicherheit verringert wird, wenn die DOI über verschiedene Formationsmaterialien variiert. Dies stellt konsistente, genaue Messergebnisse und damit eine erhöhte Kundenzufriedenheit bereit.

Die beigefügten Zeichnungen, die einen Teil hiervon bilden, zeigen auf dem Wege der Veranschaulichung und nicht der Beschränkung konkrete Ausführungsformen, in denen der Gegenstand praktiziert werden kann. Die dargestellten Ausführungsformen sind in ausreichend detaillierter Weise beschrieben, um es dem Fachmann auf dem Gebiet zu ermöglichen, die hier offenbarten Lehren zu praktizieren. Andere Ausführungsformen können eingesetzt und davon abgeleitet werden, so dass strukturelle und logische Substitutionen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geltungsbereich dieser Offenbarung abzuweichen. Diese detaillierte Beschreibung ist daher nicht in einem beschränkenden Sinn aufzufassen, und der Geltungsbereich der verschiedenen Ausführungsformen wird nur durch die beigefügten Ansprüche definiert, zusammen mit dem vollständigen Bereich von Äquivalenten, zu denen diese Ansprüchen berechtigt sind.

Solche Ausführungsformen des erfinderischen Gegenstandes können einzeln und/oder gemeinsam hier mit dem Begriff „Erfindung" bezeichnet werden, der lediglich aus Gründen der Zweckmäßigkeit verwendet wird und ohne dass beabsichtigt würde, freiwillig den Geltungsbereich dieser Anmeldung auf irgendeine einzige Erfindung oder ein erfinderisches Konzept zu beschränken, wenn tatsächlich mehr als eines offenbart ist. Obwohl konkrete Ausführungsformen hier dargestellt und beschrieben worden sind, versteht es sich, dass jede Anordnung, die berechnet wird, um denselben Zweck zu erreichen, die gezeigten konkreten Ausführungsformen ersetzen kann. Diese Offenbarung beabsichtigt, alle Anpassungen oder Abwandlungen verschiedener Ausführungsformen abzudecken. Kombinationen der obigen Ausführungsformen und weitere Ausführungsformen, die hier nicht speziell beschrieben sind, sind dem Fachmann auf dem Gebiet bei Durchsicht der obigen Beschreibung offensichtlich.

Obwohl spezifische Ausführungsformen hier dargestellt und beschrieben worden sind, versteht der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, dass jede Anordnung, die berechnet wird, um denselben Zweck zu erreichen, die gezeigten konkreten Ausführungsformen ersetzen kann. Verschiedene Ausführungsformen verwenden Permutationen oder Kombinationen von hier beschriebenen Ausführungsformen. Es versteht sich, dass beabsichtigt ist, dass die obige Beschreibung illustrativ und nicht beschränkend ist und dass die hier eingesetzte Phraseologie oder Terminologie dem Zwecke der Beschreibung dient. Kombinationen der obigen Ausführungsformen und weiterer Ausführungsformen sind dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet beim Studium der obigen Beschreibung ersichtlich.