用於檢測傳導結構的系統和方法
2023-09-22 19:54:15 1
用於檢測傳導結構的系統和方法
【專利摘要】不同的實施例包括檢測和定位地表下傳導結構的裝置和方法。工具可以配置為用於接收傳導結構響應傳導結構上的電流而產生的信號的接收傳感器。相對於工具可以處理來自信號的磁性相關值，從而確定傳導結構的位置，信號在傳導結構上產生，響應傳導結構上的電流。公開了其他裝置，系統和方法。
【專利說明】用於檢測傳導結構的系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明一般地涉及一種油氣勘探相關的用於測量的裝置。
【背景技術】
[0002]在鑽井從而進行油氣勘探的過程中，對結構以及相關聯的地理地層特性的理解提供了對有助於該勘探的信息。此外，採用檢測地表下的傳導結構的系統和方法可以加強鑽井。傳導結構可包括用於多種鑽井技術的金屬管，其中金屬管的定位對於鑽井操作很重要。
[0003]附圖的簡要說明
[0004]圖1示出根據各實施例的用於(operable to)確定傳導結構位置的示例性系統。
[0005]圖2示出根據各實施例的確定傳導結構相對於工具結構的位置的示例性示例性方法的多個特徵，其中接收傳感器安裝在工具結構上。
[0006]圖3示出根據各實施例的殼體上的電流的示例，該電流誘發磁場，該磁場被鑽井管道上的接收器檢測到。
[0007]圖4示出根據各實施例的用於檢測地層中的傳導結構的示例性工具。
[0008]圖5示出根據各實施例的傳導結構與部署於與該傳導結構平行的結構上的工具的接收器之間的關係。
[0009]圖6示出根據各實施例的上面部署有圖5的工具的結構表面上的切向磁場和法向磁場。
[0010]圖7A和7B示出根據各實施例的圖4接收器的模擬的切向測量值。
[0011]圖8不出根據各實施例的關於面兀號(bin number)的磁場法向分量的測量值。
[0012]圖9示出根據各實施例的距離以及最大磁場和最小磁場比值之間的關係。
[0013]圖10示出根據各實施例的實際距離和計算距離之間的關係。
[0014]圖11示出根據各實施例的切向磁場曲線和法向磁場曲線相交的兩個面元。
[0015]圖12示出根據各實施例的示例性系統的特徵的框圖，該系統具有配置有接收器傳感器的工具。
[0016]圖13示出根據各實施例的在井場處的示例性系統，其中該系統包括配置有接收器傳感器的工具。
[0017]詳細說明
[0018]下列詳細說明參考附圖，通過示例但非限制性的表示本發明所實施的不同實施例。這些實施例的說明足夠詳細，能夠使得本領域技術人員實施這些以及其他實施例。可以使用其他實施例，並且對這些實施例作出結構，邏輯和電學改變。這些實施例不必相互之間互斥，因為這些實施例可以以一個或多個其他實施例合併形成新的實施例。因此如下詳細說明並沒有採取限定性方式。
[0019]圖1示出系統100的實施例的框圖，系統100具有工具105來確定傳導結構的位置。系統100包括工具結構103，具有沿著工具結構103的縱軸117的傳感器111_1，111-2...1ll-(N-1)，Ill-N的布置。在區域102中運行的控制單元115的控制下，每個傳感器111-1，111-2...Ill-(N-1)，111_N可以作為發送傳感器或接收傳感器使用。工具105和使用工具105的方法可用於深水探測從而獲得結構傾角，方位角，以及電阻Rh和Rv。
[0020]傳感器 111-1,111-2...111- (N-1)，111-N 中的兩個傳感器 111-J 和 111-K 可以構建成確定傳導結構相對於工具結構103的位置。兩個傳感器111-J和111-K可設置為接收傳感器，且這兩個傳感器111-J和Ill-K取向為相互正交。工具105可以實現為專用於確定傳導結構位置的工具，其中工具包括一對或多對接收傳感器，每對的接收傳感器取向為相互正交。
[0021 ] 工具105可包括控制單元115，用於管理在接收傳感器Ill-J和111-K處相對於在地表下傳導結構上流動的電流的接收到的信號的採集，從而確定傳導結構的相對位置。可在工具105的數據處理單元120中實現這樣的確定，其中數據處理單元120可構建為處理接收到的信號從而確定傳導結構的位置。系統100可包括電流發射器，從而使電流在傳導結構上流動。可通過控制單元115來管理電流發射器。
[0022]數據處理單元120和控制單元115可以構建為用於從在接收傳感器Ill-J和Ill-K處接收的信號中生成磁場相關值；且處理該磁場相關值從而從磁場相關值和由與附連至工具結構103的接收傳感器Ill-J和Ill-K相關的面元角(bin angle)來確定傳導結構相對工具結構103的位置。工具結構103可以是鑽井管道和傳導結構(其位置待確定)的一部分，可以是在鑽井區域表面下方的地層中的套管。傳導結構可以是水域底部下方地層中的套管，例如，與離岸鑽探相關。傳導層包括其他管道以及與鑽井操作相關的傳導結構。
[0023]圖2示出用於確定傳導結構相對其上安裝有接收傳感器的工具結構位置的示例性方法的特徵。在210處，獲取與部署在地表下的工具的兩個接收傳感器處中的接收到的信號相對應的多個信號。這兩個接收傳感器可設置為取向為相互正交。在兩個接收傳感器處接收的信號可以是與接收傳感器處的磁場對應的測得的壓力。獲得接收的信號可包括使用工具上的兩個接收線圈，線圈取向為相互正交從而收集從傳導結構生成的信號。工具結構可取向為與傳導結構平行。傳導結構可包括與井相關的套管，並且工具結構可構建為鑽井管道的一部分。
[0024]步驟220處，從獲取的信號中生成磁場相關值。磁場相關值可以是最大測得磁場和最小測得磁場的比值。磁場相關值可以是測得的磁場的X和y分量的比值。磁場相關值可以是測得磁場的切向和法向分量的比值。
[0025]步驟230處，對磁場相關值進行處理從而確定相對於兩個接收傳感器所耦合的結構的傳導結構上的位置，其中接收到的信號是響應於在傳導結構上流動的電流而從該傳導結構中生成的。在傳導結構上流動的電流可包括在傳導結構上直接生成電流。處理磁場相關值可包括基於所生成的磁場相關值來計算與傳導結構的距離。處理磁場相關值可包括基於生成的磁場相關值計算來相對於傳導結構的工具方位角。
[0026]確定傳導結構相對於其上安裝了具有兩個接收傳感器的工具的結構的位置可包括隨著工具旋轉在兩個接收傳感器處收集接收的信號；將接收的信號與工具的面元關聯，該面元與信號被收集時的工具角度對應；收集附加接收的信號並且將附加接收的信號分配給不同的面元，每個面元與旋轉工具的方位角方向對應；以及從確定哪個面元包括了在最大磁場相關值(從在各面元的接收的信號中導出)和平均磁場相關值之間差值的最大絕對值，來確定傳導結構相對於兩個接收傳感器所所耦合的結構的角度位置。
[0027]確定傳導結構的位置可包括在工具結構上沒有電流且傳導結構上的電流值未知的情況下，相對於與測得的最小磁場HMini_和測得的最大磁場HMaximUffl相關的比值來確定距離(Dis)。確定傳導結構的位置可包括，在工具結構上有電流的情況下，相對於與測得的最小磁場HMini_和測得的最大磁場HMaxiM相關的比值來確定距離(Dis)。
[0028]確定傳導結構相對於其上安裝了具有兩個接收傳感器的工具的結構的位置，可包括當工具處於非旋轉模式時收集在兩個接收傳感器處的接收的信號；基於作為正交磁場相關分量值的所接收的信號來生成磁場相關值；並且使用正交磁場相關分量值以及處於非旋轉模式的工具的面元角來計算傳導結構相對於工具的角度位置。
[0029]確定傳導結構相對於其上安裝有具有兩個接收傳感器的工具的結構的位置，可包括將接收傳感器處的接收的信號與工具的面元角關聯，面元角與收集接收的信號時的工具的角度對應；並且使用接收的信號的測得參數來執行反演處理從而生成工具相對於傳導結構的方位角。執行反演處理可包括使用曲線擬合函數。
[0030]在各實施例中，工具用於確定地層中傳導結構相對於其上安裝有工具的結構的相對位置。可根據在從傳導結構處由工具接收到的信號上操作的方法的不同實施例操作工具。通過基於接收的信號計算傳導結構相對於工具的相對方位角、並且通過基於接收的信號計算其上安裝了工具的結構和傳導結構之間的距離，來確定位置。基於工具上的接收器的設置，使用不同的方法，例如作為旋轉工具或者作為非旋轉工具操作。工具和方法可以施加在相對於鑽井/測井工具的鑽井操作的套管上。
[0031]可基於從傳導結構接收的信號(工具被用於檢測該信號)來操作工具。可用於檢測諸如套管之類的傳導結構的信號源可以是在傳導結構上流動的電流。可以由另一個源誘發該電流，或者該電流可直接施加在傳導結構上。傳導結構上的電流可誘發傳導結構周圍的磁場，該磁場可由安裝在工具上的接收器測量。來自接收器的測得信號可用於確定傳導結構的位置。接收器可以安裝在鑽井管道上從而確定套管相對鑽井管道的位置。圖3示出誘發了由鑽井管道303上的接收器311檢測的磁場的套管301上的電流的示例。
[0032]圖4示出檢測地層中的傳導結構的工具405的示例實施例。工具405可包括選擇為正交線圈的接收器410，415。工具405的接收器410，415可布置為相交的線圈，其中D是接收線圈410，415的中心與鑽井管道403的中心417之間的距離，工具405安裝在鑽井管道403上。一條線圈410，這裡稱為Rn，可放置為與鑽井管道403的表面平行，而另一條線圈415，這裡稱為Rt，可放置為與鑽井管道403的表面垂直。Rn和Rt的測量值可以分別實現為由法向和切向磁場誘發的電壓值。採用工具旋轉操作，可將測量值轉換為X和Y方向的測量值。
[0033]圖5示出傳導結構501和部署在與傳導結構501平行的工具505的接收器之間的關係。所不關係為傳導結構501相對於工具505的相對方位角。磁場的X向和Y向分量是由傳導結構501上的電流在工具505處生成的。結構可實現為平行於套管的鑽井管道，其中套管為傳導結構501，其位置待確定。
[0034]圖6示出其上部署了圖5的工具505的結構表面上的切向和法向磁場。通過下列公式由X方向和Y方向分量來計算切向和法向磁場:
[0035]Ht = -HxSin (ΦΒ?η)+Hycos (ΦΒ?η) (la)
[0036]Hn = +HxCos ( Φ Bin) +Hysin ( Φ Bin) (lb)
[0037]其中Ht，Hn，HjPHy表示切向，法向，X方向和Y方向的磁場。角度ΦΜη表示面元角。對於可旋轉的工具，例如布置在旋轉的鑽井管道上的，旋轉可以分為等分360度旋轉的多個旋轉，其中切分稱為面元。例如，360度範圍的測量值可分為32個面元，其中每個面元覆蓋11.25度。面元的數量小於或者大於32面元。可在沒有旋轉的情況下操作工具，同時作出相對於面兀的測量。相應的切向和法向電壓測量值Vt和Vn可以表不為:
[0038]Vt = -VxSin ( Φ Bin) +Vycos ( Φ Bin) (Ic)
[0039]Vn = +VxCos (ΦΒ?η)+Vysin (ΦΒ?η) (Id)
[0040]其中Vj^P Vy分別表示X方向和Y方向線圈的電壓測量值。由於測得的電壓和磁場可以相互之間轉換，下面的討論可基於測得的磁場，但是也適用於測得的電壓值。
[0041]圖7A和7B示出圖4的接收器Rt的模擬切向測量值。圖7A顯示切向測量值相對於無電流流動的鑽井管道的面元號的模擬結果。圖7B顯示切向測量值相對於有電流流動的鑽井管道的面元號的模擬結果。圖7B中的模擬磁場應當是圖7A的改變，因為Rt的測量值包括由鑽井管道上的電流直接引起的磁場，與旋轉角度無關。圖7A和7B中所示的曲線看起來像正弦曲線，但實際上並不是，因為|HMaximUffl-HAveMge|不等於
Minimum ^Average 。兩個差值之間的差異可用於計算從工具所在結構到傳導結構的距離，例如從鑽井管道到套管之間的距離。
[0042]圖8示出相對於面元號的磁場法向分量的測量值。Rn測量值顯示從Rt測量值的90°面元變化。由於&測量值對由鑽井管道上的電流引起的磁場並不敏感，因此Rt測量值僅反映傳導結構，諸如套管。
[0043]如果獲得切向分量的測量,具有
Maximum ^Average I 矛口 I ^Minimum ^Average
中最大值的相應的面元號指向傳導結構的方向。因此，傳導結構的方向可以從實時面元曲線中提取。另外，傳導結構放置在平面處，與從具有最小Rn測量值的面元到具有最大Rn測量值的面元的方向垂直。
[0044]如果其上部署工具的結構不旋轉，例如，當工具向下滑到井眼，就不可獲得圖8所示的與面元號相對的曲線形狀。然而，如果結構上的電流為DC(直流)，那麼公式(2a)和(2b)可計算傳導結構相對於X方向的方位角，如圖5和6所示。
【權利要求】
1.一種方法，包括: 獲取與部署在地表下的工具的兩個接收傳感器中接收的信號相對應的信號，所述兩個接收傳感器設置為相互正交； 從所獲取的信號中生成磁場相關值；並且 處理所述磁場相關值從而確定，相對於所述兩個接收傳感器所耦合的結構，響應於在傳導結構上流動的電流而從中生成所述接收的信號的所述傳導結構的位置。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，處理所述磁場相關值包括基於所生成的所述磁場相關值來計算到所述傳導結構的距離。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，處理所述磁場相關值包括基於所產生的磁場相關值來計算所述工具相對於所述傳導結構的方位角。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法包括直接在所述傳導結構上生成電流。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法包括使用位於所述工具上的取向為相互正交的兩個接收線圈來收集從所述傳導結構中生成的信號。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法包括: 隨著所述工具旋轉來收集兩個接收傳感器處的接收的信號； 將所述接收的信號與所述工具的面元相關聯，所述面元對應於收集信號時的所述工具的角度； 收集附加接收的信號，並且將所述附加接收的信號分配給不同的面元，每個面元對應於所述旋轉工具的方向角方向；以及 從確定哪個面元包括從各面元的接收的信號中導出的最大磁場相關值和平均磁場相關值之間的差值的最大絕對值，來確定所述傳導結構相對於所述兩個接收傳感器所耦合的結構的角度位置。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，確定所述傳導結構的位置包括在所述工具結構上沒有電流並且所述傳導結構上的電流值未知的情況下，相對於與測得的最小磁場Hmninium和測得的最大磁場HMaxiM相關的比值來確定距離(Dis)。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，Dis由
給出，其中
,或者
，其中D是兩個接收傳感器中心與兩個接收傳感器所耦合的所述結構的中心之間的距離，
並且，kl為校準常數，從而DiS
由(1-Ct1)和(α2_1)中大於零的一個所確定。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，確定所述傳導結構的位置包括在所述工具結構上有電流的情況下，相對於與測得的最小磁場HMinimUffl和測得的最大磁場HMaximUffl相關的比值來確定距離(Dis)。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，Dis由
給出，其中
其中D是兩個接收傳感器中心和兩 個接收傳感器所耦合的結構的中心之間的距離
並且，k4為校 準常數，從而Dis由(1-Ci1)和(Ci2-1)中大於零的一個確定。
11.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法包括: 當所述工具處於非旋轉模式的情況下，收集在兩個接收傳感器處的接收的信號；基於接收的信號來生成磁場相關值，作為正交磁場相關的分量值；並且使用所述正交磁場相關的分量值和在非旋轉模式下的工具的面元角來計算所述傳導結構相對於所述工具的角度位置。
12.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，角度位置對於Hx> O由
提供或者對於Hy > O,由
確定，其中Hy和Hx為y和χ磁場分量並且因變於面元角。
13.根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，確定位置包括確定距離(Dis)，由
並且匕為校準常數，其中Hy和Hx為y和χ磁場分量。
14.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，方法包括: 將在兩個接收傳感器處的接收的信號與所述工具的面元角相關聯，所述面元角對應於收集信號時的所述工具的角度；並且 使用接收的信號的測得參數和面元角來執行反演處理，從而生成所述工具相對於傳導結構的方位角角度。
15.根據權利要求14所述的方法，其特徵在於，執行所述反演處理包括對於正切方向
的測量值使用曲線擬合函數
』並且對於 法向的測量值使用曲線擬合函數
N其中Bt為平均切向磁場，Bn為平均法向磁場，At和An為曲線擬合係數，dis為所述工具到所述傳導結構的距離，ΦΒ?η為面元角，D為兩個接收傳感器中心和兩個接收傳感器所耦合的結構的中心之間的距離，並且ΦC1為所述工具結構相對於所述傳導結構的方位角角度。
16.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述傳導結構包括與井相關聯的套管，並且所述工具結構為鑽井管道的一部分。
17.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法包括確定，相對兩個接收傳感器所耦合的結構，所述傳導結構相對於兩個接收傳感器所耦合、取向為與所述傳導結構平行的結構的位置。
18.—種機器可讀存儲設備，具有存儲在其上的指令，所述指令當被機器執行時，會使機器執行操作，所述操作包括權利要求1到17任一項所述的方法。
19.一種系統,包括:工具的兩個接收傳感器，構建為與結構相連，所述結構用於部署於地表下從而接收部署於地表下的兩個接收傳感器的信號，所述兩個接收傳感器設置為相對於所述兩個接收傳感器所耦合的結構相互正交；以及 控制單元，可用於管理在所述接收傳感器處的與在地表下的傳導結構上流動的電流相對的接收的信號的收集；以及 數據處理單元，處理所述接收的信號從而確定所述傳導結構的位置。
20.根據權利要求19所述的系統，其特徵在於，系統包括電流發射器，從而使得電流在所述傳導結構上流動。
21.根據權利要求19所述的系統，其特徵在於，所述數據處理單元和控制單元用於從所述接收的信號中生成磁場相關值，並且處理所述磁場相關值從而由所述磁場相關值以及與兩個接收傳感器相關聯的面元角來確定，相對於兩個接收傳感器所耦合的結構，所述傳導結構的位置。
22.根據權利要求19所述的系統，其特徵在於，所述接收傳感器包括設置為相互正交的兩個線圈。
23.根據權利要求19所述的系統，其特徵在於，所述系統包括機器可讀存儲設備，具有指令存儲於其上，當所述指令由所述系統執行時，使所述系統執行操作，所述操作包括權利要求I到17任一項所述的方法。
24.根據權利要求19所述的系統，其特徵在於，所述兩個接收傳感器，控制單元，和數據存儲單元配置用於根據權利要求1到17的任一項進行操作。
【文檔編號】G01V3/20GK104081228SQ201180074928
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2011年11月18日 優先權日:2011年11月18日
【發明者】李善軍, M·S·比塔爾, 吳大剛 申請人:哈裡伯頓能源服務公司