CN107949684A - 非垂直井中电磁遥测的优化 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁遥测***，所述电磁遥测***可包括：导电构件；耦接到所述导电构件的发射器，所述发射器被配置成沿所述导电构件引起交流电流，所述交流电流表示编码信息；耦接到所述导电构件的第一接收器，所述第一接收器被配置成接收由所述交流电流产生的电磁波；定位在与所述第一接收器分开的位置处的第二接收器，所述第二接收器被配置成接收由所述交流电流产生的所述电磁波；以及通信地耦接到所述第一接收器和所述第二接收器的接收器处理***，所述接收器处理***被配置成：将由所述第一接收器和所述第二接收器所接收的所述电磁波处理成组合信号；以及解码所述组合信号。

Description

非垂直井中电磁遥测的优化

技术领域

本公开整体涉及电磁遥测，并且更具体地涉及用于优化非垂直井中的电磁遥测的***和方法。

背景技术

自然资源，诸如烃类和水，通常从可能位于陆上也可能位于海上的地下地层获得。地下作业的发展以及移除自然资源所涉及的过程通常涉及多个不同的步骤，例如：在期望井场处钻取钻孔；处理钻孔以优化自然资源的生产；以及执行生产和处理地下地层中的自然资源所必要的步骤。

当执行地下作业时，可能希望从井筒内向定位在井筒外部的***例如定位在井表面处或附近的井操作***传送信息。在井筒外传送信息的一种方法是电磁遥测。

附图简述

结合附图参考以下描述可获得对本公开的各种实施方案和其优点的更完整和全面的理解，在附图中相同的参考数字指示相同的特征，并且其中：

图1是与井***相关联的示例性电磁遥测***的正视图；

图2A是包括由具有两个接收器的电磁遥测***所接收的示例性信号的曲线图的图；

图2B是包括电磁遥测***的示例性组合信号的曲线图的图；以及

图3是具有与井***相关联的接收器阵列的示例性电磁遥测***的等轴视图。

具体实施方式

本公开描述了用于优化非垂直井中的电磁遥测的***和方法。在地下操作期间，井下部件可测量和/或收集井筒内的信息。例如，在钻井期间，钻柱的端部之处或附近的测井工具可在通常称为随钻测井(LWD)或随钻测量(MWD)的过程中评估和/或监测钻井设备、井下条件和/或周围地层。井下部件可使用电磁遥测来向井表面传送信息。具体地讲，井筒内的发射器可沿井筒内的导电构件(诸如延伸到井表面的钻柱、套管柱或生产管)以交流电流的形式产生信号。井表面处或附近的接收器可检测当电流传播到井表面时由交流电流产生的电磁波。耦接到接收器的接收器处理***可处理和/或存储电磁波以确定所发射的信息。

将一个或多个另外的接收器布置在井筒的非垂直部分上方的井表面处可改进电磁遥测***的接收，因为附加的接收器可检测消散到围绕井筒的地层中的电磁波的部分。将由接收器所接收的电磁波组合起来可导致更高的组合信号接收。另外，在将来自不同接收器的信号组合起来时，信号的噪声部分可以是异相的或频率不同的，使得一些噪声可能相互抵消。因此，将接收器添加到电磁遥测***可以改善遥测***的整体信号发射，并有助于确保来自定位在井筒内的各种井下部件的可靠通信。附加的接收器可以具有额外的好处，即允许电磁遥测***基于不同接收器处的信号的相关强度和/或到达时间来跟踪发射器的位置。通过参考图1至图3可以理解本公开的实施方案和其优点，各图中相同编号用于指示相同和对应部分。

图1示出了例示性井筒环境中使用的电磁遥测***的示例实施方案的正视图。井***100可包括井表面或井场106。诸如旋转台、钻井液泵或产液泵、钻井液罐(未明确示出)的各种类型的设备以及其他钻井或生产设备可定位在井表面或井场106处。例如，井表面106可包括钻机102，该钻机具有与陆地钻机相关联的各种特性和特征。尽管井***100示为陆基***，但结合有本公开的教导的电磁遥测***可令人满意地用于定位在海上平台、钻井船、半潜式装置和钻井驳船(未明确示出)的海上生产***。

井***100可包括延伸到地层130中的井筒114。井筒114可包括大体垂直井筒114a或大体水平井筒114b或它们的任何组合。可使用各种定向钻井技术来形成井筒114的大体非垂直部分。术语定向钻井可用于描述钻取井筒或井筒的相对于垂直线以一个或多个期望角度延伸的部分。期望角度可大于与垂直井筒相关联的正常变化。定向钻井还可描述为钻取偏离垂直线的井筒。术语“水平钻井”可用于包括在离垂直大约九十度(90°)或更大的方向上钻井。

井筒114可部分地由套管柱110限定，该套管柱可从井表面106延伸至所选井下位置。井下可用于指沿井筒114的长度离井表面106更远的井筒114的一部分，并且井上可用于指较靠近井表面106的井筒114的一部分。如图1所示的不包括套管柱110的井筒114的部分可描述为裸眼井。各种类型的钻井液可通过钻柱103从井表面106泵送至附接的钻头101。可引导这样的钻井液从钻柱103流至钻头101中所包含的相应喷嘴(未明确示出)。钻井液可通过部分地由钻柱103的外径112与井筒114a的内径118限定的环空108循环返回到井表面106。内径118可被称为井筒114a的侧壁。环空108也可由钻柱103的外径112与套管柱110的内径118限定。

井***100还可包括从井下位置延伸至井表面106的导电构件。例如，钻柱103可从井表面106处的钻机102延伸至井筒114的井下位置。钻柱103可由诸如钢的导电材料制成，使得电流可在井下位置和井表面106之间穿过钻柱103传播。结合有本公开的教导的电磁遥测***可令人满意地用于定位在井筒114内的任何其他导电构件例如套管柱110和/或生产管(未明确示出)。

井下部件可布置在井筒114内以测量和/或收集关于地层130、井筒114和井操作的信息。例如，除了被配置成形成井筒114的各种部件(诸如钻头101、取芯钻头、钻环、旋转导向工具、定向钻井工具、井下钻井马达、钻孔器和/或扩孔器)外，钻柱103的井底钻具组件(BHA)120还可包括测井部件124。测井部件124可包含一个或多个传感器，该一个或多个传感器用于通过测量例如声学性质、电性质、中子、伽玛射线、光电性质、核磁共振、温度、压力和/或其他性质来监测地层130的岩石物理性质。测井部件124内的一个或多个传感器可监测井筒114和/或钻井设备内的条件，以例如优化钻井操作。

井***100还可包括电磁遥测***150，该电磁遥测***用于从井筒内向井表面106传送信息。电磁遥测***150可包括发射器152、一个或多个接收器154和接收器处理***160。发射器152可定位在井筒114内的井下，而接收器154和接收器处理***160可定位在井上、井表面106处或其附近。发射器152可以沿导电构件(例如，钻柱103)流动的交流电流的形式向井表面106发射信号。该电流可生成可由井上的接收器154检测到的电磁波。接收器处理***160可通信地耦接到接收器154以存储和/或处理所接收的电磁波。

来自井下部件(例如测井部件124)的信息可经由电磁遥测***150在井上传送到井表面106。例如，在LWD和MWD钻井操作期间，测井部件124可经由与钻井设备有关的电磁遥测***150向井表面106传送井下条件和/或周围地层等信息。来自测井部件124的信息可用于告知钻井操作员各种井下条件以帮助完成钻井作业。例如，测井部件124可在钻头101前进通过地层130时检测地层中的变化，从而指示钻头位于包含提取期望的自然资源的地层的区域处或附近。类似地，测井部件124可监测井下设备的状况，以例如告知钻井操作员需要更换钻头101。

可将来自井下部件的信息编码成模拟信号以由电磁遥测***150发射。例如，测井部件124可包括将来自各种井下传感器的测量值或其他信息编码成模拟信号的电子器件。通过举例而非限制的方式，可使用振幅调制、相位调制、脉冲位置调制、正交频率调制和/或频率调制来将来自井下部件的测量值或其他信息编码成信号。在一些实施方案中，发射器152和/或耦接到发射器152的其他井下部件可包括用于将信息编码成模拟信号以用于井上发射的电子器件。

发射器152可生成交流电流，该交流电流表示将从井下部件沿导电构件(例如，钻柱103)向井表面106传送的编码模拟信号。发射器152可包括能够沿钻柱103生成或引起电流的任何装置。在一些实施方案中，发射器152可以是包括布置在钻柱103的两个区域之间的电绝缘材料(诸如陶瓷或塑料)的间隙子组件，其形成绝缘间隙以使这两个区域电隔离。当电势(例如，电压)被施加在两个电隔离区域上时，电流158可开始沿钻柱103流动，其量与所施加的电势成比例。在其他实施方案中，发射器152可以是围绕钻柱103布置的环形线圈，该环形线圈包括缠绕环形磁芯的导线绕组。当交流电流被施加到导线绕组时，在环形线圈的芯中产生磁通量，该磁通量可引起电流158沿钻柱103流动。发射器152可被选择和/或设计成承受井筒114中存在的恶劣条件以及由与电磁遥测***150通信的部件所施加的电势。发射器152可电耦接到电源，诸如供电栅格、发电机、电池、燃料电池、太阳能电池和/或被配置成生成足以沿导电构件产生电流的能量的另一合适的装置。

来自发射器152的编码模拟信号可以由电流158产生且能够由一个或多个接收器154检测到的电磁波的形式传播到井表面106。接收器154可以是能够检测来自发射器152的模拟信号的任何装置。例如，接收器154可包括如在接收器154a和154b中所示的电偶极子天线。接收器154还可包括放大由电偶极子天线所测量的电位差的差分放大器。在一些实施方案中，接收器154可包括耦接到沿地层130上方的地面布置的光纤电缆的电光换能器。电光换能器可响应于施加到光纤电缆的电位差而改变形状。光学询问(未明确示出)可通过检测耦接到电光换能器的光纤上的光的变化来测量施加到电光换能器的电位差。在其他实施方案中，接收器154可包括检测由电流158引起的磁场和/或磁感应的磁力计。磁力计可大体正交于井筒114的投影或平行于井表面106处或附近的地面布置。在某些实施方案中，接收器154可包括本文公开的元件的组合。在一些实施方案中，不同的接收器可包括用于检测来自发射器152的信号的不同元件。接收器154可基于尺寸、成本、信号接收或其他因素来选择和/或配置。

如图1所示，接收器154a可包括电耦接到井表面106处的钻柱103的电偶极子天线以及远离钻机102布置在地层130中的接地桩。电流158沿钻柱103流动可在钻柱103与接地桩之间产生随电流158而变化的电位。接收器154中的电偶极子天线可检测钻柱103与对应于来自发射器152的编码模拟信号的接地桩之间的电位。在一些实施方案中，电偶极子天线上的电位差可通过接收器154a中的差分放大器来放大。

接收器处理***160可通信地耦接到接收器154a以便存储和/或处理从发射器152所传送的编码模拟信号。例如，接收器处理***160可通过物理传输介质(例如，导线或电缆)或者通过诸如Wi-Fi或蓝牙的无线通信技术从接收器154a接收信号。接收器处理***160可包括具有中央处理单元、存储器和/或显示器的计算机。钻井操作员和/或工程师可通过显示器和诸如键盘、指针装置和触摸屏的输入装置上的用户界面以及经由诸如打印机、监视器和触摸屏的输出装置来与接收器处理***160交互。在接收器处理***160上运行的软件可驻留在存储器中和/或驻留在耦接到***的非暂态信息存储介质上。接收器处理***160可以不同的形式来实现，包括例如作为管理井操作的较大控制***的一部分而永久安装的嵌入式计算机、便携式计算机、移动装置、通过网络耦接的多个计算机和/或具有可编程处理器和用于输入和输出的接口的任何电子装置。

接收器处理***160可包含用于解码由接收器154a所接收的模拟信号以确定由发射器152所发射的信息的软件指令。例如，接收器处理***160可对从发射器152所发送的模拟信号进行解码以确定从测井工具124所发送的信息。因此，接收器处理***160能够确定例如井筒114内的测井部件124在井下进行的测量。接收器处理***160还可包含用于执行各种其他任务的软件指令，诸如信号处理、基于所接收的一个或多个信号来计算参数、增强井生产、管理钻井操作和/或控制智能完井。例如，如下面关于图3所公开的，接收器处理***160可通过比较和/或处理接收器154处的信号来确定发射器152的位置数据。

来自发射器152的信号在传播到接收器154时将衰减。例如，随着发射器152和接收器154之间的距离的增大，接收器154处的信号强度可能减小。电磁遥测***150也可能容易受到噪声影响。例如，除了来自发射器152的期望信号之外，接收器154还可检测由电磁遥测***150外部的元件和/或遥测***的部件所生成的电磁波。为了改善电磁遥测***150的整体信号传输能力，改善来自发射器152的期望信号的振幅和降低噪声的振幅可能是期望的。

如关于图2更详细讨论的，可通过将在接收器154a处所接收的信号与在另一个接收器154b处所接收的信号组合起来来改善电磁遥测***150的信号传输。组合信号的振幅可大于各个接收器154处的信号的振幅。此外，组合信号中的噪声的振幅可能会降低，因为当来自接收器的信号被组合起来时，两个接收器处的一些噪声可能彼此抵消。因此，将接收器154a处的信号与接收器154b处的信号组合起来可改善电磁遥测***150的整体信号传输能力。

接收器154b可在井筒的非垂直部分诸如大体水平井筒114b上方或附近在井表面106处与154a分开布置。在信号传输期间，沿钻柱103传播的电流158中的一些将泄漏或迁移到地层130中，导致信号损耗或衰减。也就是说，在接收器154处可以接收的信号少于由发射器152在井下生成的信号。泄漏到地层130中的电流的量可基于以下而变化：地层130的电导率；导电构件(例如，钻柱103)的电导率；发射器152距井表面106的距离；井筒内的井下流体；和/或井筒114内和周围存在的其他元件。接收器154b可通过例如检测由泄漏到地层130中的电流产生的电磁波来增加电磁遥测***150的整体信号接收。

接收器154b可包括电偶极子天线，该电偶极子天线将在地层130中彼此间隔一定距离(例如，50米)布置的两个接地桩电耦接。地层130中在接地桩处或附近的电流的流动(其中一些可能是从发射器152泄漏到地层中的电流)可能导致接地桩之间的电位差。接收器154b中的差分放大器可放大电位差。接收器处理***160可通信地(例如，通过物理传输介质或无线通信技术)耦接到接收器154b以存储和/或处理由接收器154所接收的信号。其中，接收器处理***160可如参考图2A和图2B所讨论的那样将来自接收器154a和接收器154b的信号组合起来，或者如参考图3所讨论的那样确定发射器152的位置数据。

可基于各种因素来选择接收器154b的布置。例如，可将接收器154b布置在一个位置，以使从发射器152所接收的总信号最大化。例如，当接收器154b在大致位于发射器152的位置上方的位置处平行于井筒114布置时，可出现来自接收器154a和154b的最高组合信号。可利用建模软件进行分析计算以基于例如发射器152的位置、地层130的性质和/或井筒114的方向和深度来确定可能存在的来自接收器154a和154b的最高组合信号。另外，可对接收器154b的不同布置进行现场测量以确定哪个位置导致来自接收器154a和154b的最高组合信号。例如，154b可移动到各个位置以确定哪个位置导致最高组合信号。在一些实施方案中，接收器154b的布置可被选择成限制接收器154b处的噪声量，同时仍检测来自发射器152的信号。例如，将接收器154b布置得离井筒的垂直部分诸如大体垂直井筒114a更远可减少接收器154b处的非预期噪声量，而不必增大发射器152和接收器154b之间的距离。降低接收器154b处的噪声可改善电磁遥测***150的信噪比(例如，期望信号相对于不期望噪声的强度)。在一些实施方案中，可基于发射器152的预期路径或当前位置来选择接收器154b的布置。例如，随着钻井作业的进行，接收器154b可沿预期钻井路径移动以与耦接到钻柱103的发射器152保持紧密接近。

接收器处理***160可将由接收器154a和接收器154b所接收的信号组合起来以增大电磁遥测***150的整体信号接收。例如，接收器154a处的信号可与接收器154b处的信号组合以产生组合信号，该组合信号的强度或振幅大于在各个接收器处所接收的信号。为使组合信号最大化并且为了减少信号消除，接收器处理***160可考虑在接收器154a和154b处所接收的信号的相移。通过考虑将在两个接收器诸如接收器154a和154b处所接收的信号组合起来，可以最好地说明将来自两个或更多个接收器的信号组合起来的益处和方法。

图2A是包括由具有两个接收器的电磁遥测***所接收的示例性信号的曲线图的图。具体地讲，信号202可表示在布置在井表面处或附近的接收器诸如关于图1所公开的接收器154a处所接收的模拟信号。信号202可包含最大振幅变化204。信号206可表示在离井表面更远但更靠近电磁遥测***的第二接收器诸如关于图1所公开的接收器154b处所接收的模拟信号。信号206可包含最大振幅变化208。最大振幅变化204和208可表示如在各个接收器处所接收的来自电磁遥测***的发射器的模拟信号的强度。最大振幅变化204和208可受到例如以下各项的影响：来自发射器的信号泄漏到地层中的部分；接收器距发射器的距离；和/或导电构件的电导率。

信号202和206的部分在电磁遥测***中可能包含不期望的噪声。信号202中的噪声可通过噪声振幅变化212来表示，信号206中的噪声可通过噪声振幅变化214来表示。如上所述，噪声可由多种因素引起，包括例如由电磁遥测***外部的元件和/或电磁遥测***的部件产生的电磁波。电磁遥测***可靠地传送信息的能力可取决于来自发射器的期望信号与不期望的噪声的比，或***的信噪比。因此，将信号202和206组合起来可通过创建表示来自发射器的期望信号的更强的组合信号来提高信噪比。

然而，如图2A所示，信号202和206可通过相位216彼此异相。基于各种原因，信号202和206可能是异相的，这些原因包括例如电磁波从发射器到达每个接收器所需的时间量。从发射器到各个接收器的电磁波的传播时间可取决于接收器和发射器之间的距离、波传播所经由的介质的电导率、信号的频率、信号的强度和/或其他因素。因此，来自发射器的相同信号可能在不同的时间到达不同的接收器，导致信号通过相位216彼此异相。

在不考虑相位216的情况下对信号202和206求和可能导致信号的部分抵消或电磁遥测***的通信效率的降低。例如，将异相信号组合起来可能导致组合信号不再类似于所发射的信号。因此，在不考虑相位216的情况下对这些信号求和可能导致组合信号不再被解码来确定从发射器所发射的信息。因此，处理来自诸如图1中所公开的接收器处理***160的接收器的信号的***可通过比较信号202和206来计算相位216，并且应用适当的相移来使信号202和206对准。例如，信号202或信号206可通过相位216移动以使这些信号对准。在发生适当的相移之后，可对信号202和206求和，以产生表示来自电磁遥测***的发射器的信号的更强的组合信号。

图2B是包括电磁遥测***的示例性组合信号的曲线图的图。组合信号220可表示在考虑了相移之后来自两个接收器的信号202和206的总和。最大振幅变化222可分别表示来自信号202和206的最大振幅变化204和208的近似总和以及信号202与信号206的相移形式的总和的最大振幅，其中进行相移操作以使电磁遥测***的信噪比最大化。组合信号220的一部分可以是通过噪声振幅变化224来表示的不期望的噪声。

除了增大组合信号强度之外，将来自定位在不同位置处的两个接收器的信号组合起来可能导致噪声消除或噪声振幅降低。在降低噪声的同时增大组合信号可在电磁遥测***中导致更高的信噪比。第一接收器处的噪声和第二接收器处的噪声(通过图2A中的噪声振幅变化212和噪声214来表示)可由各个接收器处或附近的不同源引起。例如，钻机处或钻机附近的接收器可经历来自井筒内的元件诸如钻井设备、生产设备、监测设备和电子器件的噪声。远离钻机，影响第二接收器的噪声源可能主要是地面上的元件，诸如在储层上方运行的完井设备。另外，来自公共噪声源的接收器处的噪声信号在每个接收器处可能是异相的和/或具有不同的强度(例如，振幅)。因此，在各个接收器处产生的组合噪声的频率、相位和/或振幅可发生变化。因为噪声信号可能不对齐，所以当信号202与信号206组合起来时，噪声信号的部分可能相互抵消或取消。因此，通过噪声振幅变化224来表示的信号220中的不期望噪声的量可小于噪声振幅变化212和214或其组合。同时，通过最大振幅变化222来表示的组合信号220的量值相对于各个接收器处的信号202和206可能已经增大。因此，与使用单个接收器相比，将来自两个接收器的信号组合在一起可导致电磁遥测***的信噪比变大。同样的原则也可能适用于添加至电磁遥测***的额外接收器。

在一些情况下，电磁遥测***的发射器可随着与其耦接的导电构件的移动而改变井筒内的位置。例如，当钻柱形成井筒的新区域时，定位在钻柱端部处或附近的发射器可移动。跟踪发射器的位置可能是可取的。在例如定向钻孔中，发射器的位置也可指示钻头的位置。因此，跟踪发射器的位置尤其可以帮助钻井操作员确定钻头是否遵循预期钻井路径。定位发射器的位置可用于超出钻井操作的目的，例如监测在将生产管***到完井井筒期间的进展。

除了改善电磁遥测***的信号接收之外，多个接收器还可基于不同接收器处的信号的强度和/或相位(例如，到达时间)来提供发射器的位置数据。图3是包含与井***相关联的接收器阵列的示例性电磁遥测***的等轴视图。接收器阵列可在地层130上方以矩阵的形式布置，从而形成接收器154的行304和列302。接收器阵列可沿地面、在地面上、在地面上方或以允许接收器154检测来自发射器152的信号的任何其他方式布置。行304和列302可平行和正交于井筒114的非垂直部分来对准。尽管接收器154以行和列的矩阵示出，但接收器阵列154可以任何布局方式或者在地层130上方的任何位置布置。如下面所讨论的，井筒114可改变水平投影(例如，在与地平线平行的平面上形成的投影)和/或垂直深度。在一些实施方案中，可基于井筒的实际或预期路径来选择和/或改变接收器阵列154的布置，以例如使接收器154保持与井筒114平行和正交，或者保持接收器154靠近发射器152进行接收。

如参考图1所描述的，电磁遥测***150可用于向井表面106处或附近的接收器154传送来自井下部件的信息。每个接收器154可接收由发射器152生成的编码模拟信号。接收器154可通过物理传输介质(例如，导线或电缆)或通过诸如Wi-Fi或蓝牙的无线通信技术通信地耦接到接收器处理***160。接收器处理***160可根据关于图2所公开的技术来将由每个接收器154所接收的信号组合起来。另外，接收器处理***160可基于在接收器154处所接收的信号的强度和/或相位来确定发射器152的位置数据。

如图所示，井筒114可改变不同位置处的水平投影和/或深度。发射器152，通过布置在钻柱103的BHA120处，可随着钻井的进行和井筒114的形成而移动穿过井筒114的每个部分。接收器处理***160可确定发射器152以及因此钻头101在井筒内的移动或位置数据。例如，随着发射器152移动穿过大体水平井筒114b，在定位在列302a和302b中的接收器154处所接收的信号的相对强度可能在发射器152进一步靠近时增大并且随着发射器152移动经过X轴而减小。在每个列302中，来自发射器152的信号可沿行304b最强，接收器行154布置在井筒114b正上方，并且在行304d处最弱，接收器154在Z轴上距离井筒114b最远。类似地，随着发射器152前进穿过在Z轴上移动的井筒114e，在列302e中的接收器154处所接收的来自发射器152的信号的强度可随着发射器152移动得更靠近井筒而增大并随着发射器152移动经过井筒而减小。因此，通过测量在每个接收器154处所接收的来自发射器152的相对信号强度，接收器处理***160可检测大体水平井筒114b、114d和114e的位置的变化。

接收器处理***160还可检测发射器152的深度变化。例如，井筒114c可表示井筒114的深度变化，或与相邻井筒114b和114d相比更接近井表面106的井筒部分。当发射器152通过井筒114c时，发射器152与每个接收器154之间的距离可能减小，并且因此每个接收器154可经历来自发射器152的信号强度的增加。接收器154处的信号强度的相对增大可指示当发射器移动得更靠近表面时发射器152的深度的变化(例如，发射器152的垂直深度减小)。因此，通过测量在每个接收器154处所接收的信号强度，接收器处理***160可检测发射器152的深度的变化。

与到达接收器154的信号的强度类似，接收器处理***160还可基于不同接收器处的信号的相位来确定位置数据。例如，信号从发射器152到达接收器154所需的时间越长，接收器可能距发射器152越远。接收器处理***160可比较各个接收器154处的信号，以便确定每个接收器154接收相同信号所花费的时间的相对差。信号在特定接收器154处的相对到达时间可对应于信号的相位，使得稍后到达的信号可以在较晚的时间内相移。接收器处理***160可基于在不同接收器处所接收的信号的相位差来确定发射器152与其他接收器相比更接近于某些接收器154。

可利用关于地层130和/或井筒114的附加信息来确定发射器152的更准确的位置数据。例如，地层130可在组成上变化，影响电流流动和电磁波传播通过地层130。结果，基于在接收器154处所接收的信号的强度和/或相位所确定的位置数据的准确性在非均质地层中可能会降低。可由井筒114内的井下部件、定位在井表面106处的部件、定位在地层130处或附近的其他井筒中的部件以及通信耦接到此类部件的数据处理***诸如接收器处理***160测量、收集、处理和/或计算地层130的电磁形式。例如，测井部件124可测量地层130在井筒114内移动时的电导率。接收器处理***160可编译和/或处理来自测井部件124的测量值以创建地层130的电导率的三维模型。建模软件可使用地层130的电导率模型来创建井筒114内的电磁遥测***的模型。该模型可用于在特定的接收器154处确定来自发射器152的信号的预期相位和/或强度。此外，电磁遥测***的模型可反转以基于在一个或多个接收器154处实际接收的信号的相位和/或强度来粗略估计发射器152的位置。因此，可使用关于地层130和/或井筒114的附加数据来提高针对发射器152特别是在非均匀地层中所计算的位置数据的精度。

接收器154的数量和布置可影响所计算的位置数据的精度。例如，随着测量点的数量的增加，增加发射器152所在地附近的地层中的接收器154的数量可允许更精确的位置数据。因此，虽然接收器154如图3所示以网格格式布置，但结合有本公开的教导的电磁遥测***可以令人满意地用于更少或更多的接收器154和/或与图示不同的接收器154的布置。

本文所公开的实施方案包括：

A.一种电磁遥测***，包括：导电构件；耦接到导电构件的发射器，该发射器被配置成沿导电构件引起交流电流，该交流电流表示编码信息；耦接到导电构件的第一接收器，该第一接收器被配置成接收由交流电流产生的电磁波；定位在与第一接收器分开的位置处的第二接收器，该第二接收器被配置成接收由交流电流产生的电磁波；以及通信地耦接到第一接收器和第二接收器的接收器处理***，该接收器处理***被配置成：将由第一接收器和第二接收器所接收的电磁波处理成组合信号；以及解码组合信号。

B.一种用于在井***中执行电磁遥测的方法，该方法包括：由发射器沿导电构件发射交流电流，该交流电流表示编码信息；在耦接到导电构件的第一接收器处接收由交流电流产生的电磁波；在定位在与第一接收器分开的位置处的第二接收器处接收由交流电流产生的电磁波；通过组合由第一接收器和第二接收器所接收的电磁波来产生组合信号；以及解码组合信号。

C.一种电磁遥测***，包括：导电构件；耦接到导电构件的发射器，该发射器被配置成沿导电构件引起交流电流；接收器阵列，该接收器阵列被配置成接收由交流电流产生的电磁波；通信地耦接到接收器阵列的接收器处理***，该接收器处理***被配置成基于由接收器阵列所接收的电磁波来确定发射器的大致位置。

D.一种用于确定发射器的大致位置的方法，该方法包括：由发射器沿在地层内包括非垂直部分的井筒内的导电构件发射交流电流；接收由定位在地层上方的表面处的接收器阵列处的交流电流产生的电磁波；以及基于由接收器阵列所接收的电磁波来确定发射器在井筒内的大致位置。

实施方案A、B、C和D中的每一个可具有以下附加要素中的一个或多个的任何组合：要素1：其中第一接收器和第二接收器中的至少一个是电偶极子天线。要素2：其中第一接收器和第二接收器中的至少一个是磁力计。要素3：其中处理由第一接收器和第二接收器所接收的电磁波包括对由第二接收器所接收的电磁波进行相移。要素4：其中接收器处理***被进一步配置成基于由第一接收器和第二接收器中的至少一个所接收的电磁波的强度来确定发射器在井筒内的大致位置。要素5：其中接收器处理***被进一步配置成基于由第一接收器和第二接收器中的至少一个所接收的电磁波的相位来确定发射器在井筒内的大致位置。要素6：其中导电构件是钻柱、套管柱或生产管。要素7：其中导电构件定位在包括非垂直部分的井筒内，并且发射器定位在井筒的非垂直部分内。要素8：还包括当发射器移动时改变第二接收器的位置以增加第二接收器处的电磁波的强度。要素9：其中发射器的大致位置由接收器阵列所接收的电磁波的强度确定。要素10：其中由接收器阵列所接收的电磁波的相位确定发射器在井筒内的大致位置。要素11：其中接收器阵列在围绕井筒的地层上方的表面处以行和列布局。要素12：其中行大致平行于井筒的非垂直部分来定向。要素13：其中接收器处理***被进一步配置成基于围绕导电构件的地层的电磁特性来确定发射器的大致位置。要素14：还包括当发射器在井筒内移动时，使接收器阵列移动得更靠近发射器。

尽管已详细描述本公开及其优点，但应理解，可在不脱离如由所附权利要求书限定的本公开的精神和范围的情况下，在本文中进行各种改变、替代和更改。例如，除了钻柱之外，井筒内的导电构件还可以是从井下位置延伸到井上位置的任何其他导电元件，包括例如套管柱或生产管。

Claims (31)

1.一种电磁遥测***，包括：

导电构件；

耦接到所述导电构件的发射器，所述发射器被配置成沿所述导电构件引起交流电流，所述交流电流表示编码信息；

耦接到所述导电构件的第一接收器，所述第一接收器被配置成接收由所述交流电流产生的电磁波；

定位在与所述第一接收器分开的位置处的第二接收器，所述第二接收器被配置成接收由所述交流电流产生的所述电磁波；以及

通信地耦接到所述第一接收器和所述第二接收器的接收器处理***，所述接收器处理***被配置成：

将由所述第一接收器和所述第二接收器所接收的所述电磁波处理成组合信号；以及

解码所述组合信号。

2.根据权利要求1所述的***，其中所述第一接收器和所述第二接收器中的至少一个是电偶极子天线。

3.根据权利要求1所述的***，其中所述第一接收器和所述第二接收器中的至少一个是磁力计。

4.根据权利要求1所述的***，其中处理由所述第一接收器和所述第二接收器所接收的所述电磁波包括对由所述第二接收器所接收的所述电磁波进行相移。

5.根据权利要求1所述的***，其中所述接收器处理***被进一步配置成基于由所述第一接收器和所述第二接收器中的至少一个所接收的所述电磁波的强度来确定所述发射器在井筒内的大致位置。

6.根据权利要求1所述的***，其中所述接收器处理***被进一步配置成基于由所述第一接收器和所述第二接收器中的至少一个所接收的所述电磁波的相位来确定所述发射器在井筒内的大致位置。

7.根据权利要求1所述的***，其中所述导电构件是钻柱、套管柱或生产管。

8.根据权利要求1所述的***，其中所述导电构件定位在包括非垂直部分的井筒内，并且所述发射器定位在所述井筒的所述非垂直部分内。

9.一种在井***中执行电磁遥测的方法，所述方法包括：

由发射器沿导电构件发射交流电流，所述交流电流表示编码信息；

在耦接到所述导电构件的第一接收器处接收由所述交流电流产生的电磁波；

在定位在与所述第一接收器分开的位置处的第二接收器处接收由所述交流电流产生的所述电磁波；

通过组合由所述第一接收器和第二接收器所接收的所述电磁波来产生组合信号；以及

解码所述组合信号。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一接收器和所述第二接收器中的至少一个是电偶极子天线。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一接收器和所述第二接收器中的至少一个是磁力计。

12.根据权利要求9所述的方法，其中生成所述组合信号包括对由所述第二接收器所接收的所述电磁波进行相移。

13.根据权利要求9所述的方法，还包括当所述发射器移动时改变所述第二接收器的位置以增加所述第二接收器处的所述电磁波的强度。

14.根据权利要求9所述的方法，还包括基于由所述第一接收器和所述第二接收器中的至少一个所接收的所述电磁波的强度来确定所述发射器的大致位置。

15.根据权利要求9所述的方法，还包括基于由所述第一接收器和所述第二接收器中的至少一个所接收的所述电磁波的相位来确定所述发射器的大致位置。

16.根据权利要求9所述的方法，其中所述导电构件是钻柱、套管柱或生产管。

17.根据权利要求9所述的方法，其中所述导电构件定位在包括非垂直部分的井筒内。

18.一种电磁遥测***，包括：

导电构件；

耦接到所述导电构件的发射器，所述发射器被配置成沿所述导电构件引起交流电流；

接收器阵列，所述接收器阵列被配置成接收由所述交流电流产生的电磁波；

通信地耦接到所述接收器阵列的接收器处理***，所述接收器处理***被配置成基于由所述接收器阵列所接收的所述电磁波来确定所述发射器的大致位置。

19.根据权利要求18所述的***，其中所述发射器的所述大致位置由所述接收器阵列所接收的所述电磁波的强度确定。

20.根据权利要求18所述的***，其中所述发射器的所述大致位置由所述接收器阵列所接收的所述电磁波的相位确定。

21.根据权利要求18所述的***，其中所述接收器阵列在围绕井筒的地层上方的表面处以行和列布局。

22.根据权利要求21所述的***，其中所述行大致平行于所述井筒的非垂直部分来定向。

23.根据权利要求18所述的***，其中所述接收器处理***被进一步配置成基于围绕所述导电构件的地层的电磁特性来确定所述发射器的所述大致位置。

24.根据权利要求18所述的***，其中所述导电构件定位在包括非垂直部分的井筒内，并且所述发射器定位在所述井筒的所述非垂直部分内。

25.一种用于确定发射器的大致位置的方法，所述方法包括：

由发射器沿在地层内包括非垂直部分的井筒内的导电构件发射交流电流；

接收由定位在所述地层上方的表面处的接收器阵列处的所述交流电流产生的电磁波；以及

基于由所述接收器阵列所接收的所述电磁波来确定所述发射器在所述井筒内的大致位置。

26.根据权利要求25所述的方法，其中由通过所述接收器阵列所接收的所述电磁波的强度确定所述发射器在所述井筒内的所述大致位置。

27.根据权利要求25所述的方法，其中由通过所述接收器阵列所接收的所述电磁波的相位确定所述发射器在所述井筒内的所述大致位置。

28.根据权利要求25所述的方法，其中所述接收器阵列以行和列布局。

29.根据权利要求25所述的方法，其中所述行大致平行于所述井筒的所述非垂直部分来定向。

30.根据权利要求25所述的方法，还包括当所述发射器在所述井筒内移动时，使所述接收器阵列移动得更靠近所述发射器。

31.根据权利要求25所述的方法，其中所述接收器处理***被进一步配置成基于所述地层的电磁特性来确定所述发射器的所述大致位置。