使用持久套管特征的在井孔中的高分辨率连续深度定位的制作方法

本发明涉及确定套管井孔中的精确深度位置，以生产石油和天然气工业中的碳氢化合物、生产水、监测地下条件以用于采矿、地质技术目的以及用于工程等。更具体地，本发明涉及准确地在连接管段以形成套管的套管接箍之间的位置处建立井下位置。更进一步地，本发明涉及在相同井下位置处重复地执行井下功能如重力勘探，尽管在执行井下功能之间过去大量时间以及尽管使用不同的设备来测量井下位置。

背景技术：

通常通过测量附接至已经降入井孔中的工具的悬挂线缆的长度来确定井下工具在井孔中的深度。该深度测量通过编码器或里程表来进行，该编码器或里程表测量已经从绞盘放出到井孔中的线缆量。遗憾的是，里程表测量未准确地反映工具的井下位置或者工具实际是否在井孔内移动。里程表测量包含由绞盘与井下工具之间的线缆的拉伸而导致的误差。线缆的拉伸受许多因素的影响，包括用于悬挂工具的线缆的类型、工具重量、线缆的张力、线缆摩擦、孔粗糙度、孔的偏差、井中的温度、线缆的移动速度和速度改变、由线缆与套管之间的摩擦和工具与套管之间的摩擦引起的线缆张力变化以及其他因素。可以对这些因素中的一些因素进行补偿，但并非对所有这些因素进行补偿。作为结果，来自里程表的测量不是工具在井孔内的深度的可靠指示。

增强里程表测量的传统技术是使用从由井下工具携带的套管接箍定位器得到的套管接箍位置信息。套管接箍定位器磁性地感测套管接箍的位置，在套管接箍的位置处，连接的管段被螺纹连接在一起以形成套管。套管接箍是一个管段的扩大直径端部，其中该扩大直径端部具有内螺纹并且在相邻连接管段的端部处接收外部螺纹。套管接箍的较大直径和连接管段的相邻端部之间的微小间隙的可能性造成每个接箍处的金属(通常钢)套管的磁导率的明显变化。当井下工具移动经过套管接箍时，通过来自套管定位器的信号来检测磁导率的变化。套管接箍信号被传送至地面并且与里程表信息配合以形成套管接箍位置的里程表测量深度的日志或记录。

由于套管接箍信号可靠地识别每个套管接箍的位置并且因为套管的每个管段具有一定长度——通常为30或40英尺，所以尽管里程表测量不准确，但通过套管接箍信号以30或40英尺的间隔建立了井下工具的深度的相当可靠指示。由于将套管粘结至钻入地层的钻孔中，所以套管接箍的位置相对于周围地层是固定的。

井的深度信息的主要记录被称为“基本套管井日志(base cased hole log)”。所有井下功能相对于基本套管井日志上所示的深度参考来执行。基本套管井日志包括从套管接箍信号得到的深度信息和从两个自然伽玛射线勘探得到的信息，其中一个自然伽玛射线勘探在套管被插入之前在开放钻孔中进行，另一个自然伽玛射线勘探是在套管被粘结在适当位置之后进行。在不同深度处的钻孔周围的岩石和自然地质结构发出不同强度的自然辐射，并且井下工具的伽玛射线探测器检测伽玛射线辐射相对于里程表测量深度的变化。伽玛射线勘探的分辨率在0.5英尺至1.0英尺附近。开放钻孔自然伽玛射线勘探有时伴随有记录其他构造参数的其他类型的勘探。通过将自然伽玛射线勘探强度信息、套管接箍位置信息、形成套管的管段的数量和长度以及任何其他类型的开放钻孔勘探信息进行关联来创建基本套管井日志。基本套管井日志在此后用作井的主深度参考日志或基本关系日志。

基本套管井日志的深度信息可能不是精确地准确，但这些信息仍然被用作在井孔中的所有后续深度测量的控制参考。用于井孔中的专门目的的某些井下工具能够提供高的深度分辨率。然而，这样的专门井下工具的使用是不寻常的事件并且来自这样的工具的深度信息通常不用于创建基本套管井日志或不用在后续井下功能或活动中。

在预定深度处的后续井下功能或活动需要被关联或绑定至基本套管井日志的深度信息的、来自里程表的深度信息。将当前获取的里程表深度信息关联至基本套管井日志上所示的深度信息的最可靠间隔深度信息是套管接箍位置信息。为了得到套管接箍位置信息以实现这样关联，用于执行后续井下功能的井下工具包括套管接箍定位器。当井下工具移动穿过套管接箍时，套管接箍定位器向地表面发送套管接箍信号，在该地表面处，这些信号被关联至里程表测量深度和基本套管井日志。

如果需要在套管接箍位置之间进行定位，则必须依赖里程表来确定这些中间位置。然而，依赖里程表易于出现误差，即使在短到30英尺或40英尺的间隔中也是如此，特别是当井下工具必须停止或启动其在井孔内的运动时。例如，本发明人知道以下情形：里程表指示已经从12000英尺的深井孔中收回约15英尺的悬挂线缆，由此推测使井下工具移动了15英尺，但实际上由于线缆拉伸和其他异常而使井下工具尚未从其原始位置移动。这些类型的误差在需要井下工具在套管接箍位置之间的确切布置的井孔勘探中是显著的。

例如，准确的重力勘探需要将井下工具内的重力测量仪器定位在下述位置处：假设重力的先前读数被在该相同位置处测量出时，该位置与重力测量仪器的位置的差异不超过约1cm或2cm。目前，可用的最紧密分辨率是在约3英寸或约4英寸内。重力勘测通常用于确定从地下储层提取碳氢化合物产品的程度。当储层被生成时，所提取的气体或油被水取代。因为较重密度的水已经取代了从井孔中生产的较轻密度的碳氢化合物产品，所以储层的密度发生变化。密度的变化引起重力的变化。测量重力的变化需要两次时间移位或时间推移的重力勘探。先前重力测量和后期重力测量的不同描述了碳氢化合物产品的程度。先前重力勘探和后期重力勘探可以相隔数月或数年。然而，重要的是在井孔内的相同深度位置处进行勘探以获得可靠的重力信息。

目前使用套管接箍信号在可重复和时间推移的基础上建立在套管接箍之间的位置处如此精确的深度几乎是不可能的。在后期深度测量中使用不同类型的悬挂线缆和里程表带来不确定性。在套管接箍之间的位置处启动和停止勘探工具极大地增加了该不确定性。因此，由于实际无法可靠地和精确地测量相邻套管接箍之间的深度或距离而使包括井孔勘探和重力勘探的许多下井功能不像期望的那样被准确地执行。

技术实现要素：

本发明涉及使用形成井孔的套管的管段的固有持久不变的磁性或特征属性来建立套管接箍位置之间的距离的可靠连续标记。对固有磁性或特征属性进行感测产生沿套管接箍之间的每个管段的长度的唯一位置相关中间特征信号。通过记录相邻套管接箍位置之间的每个管段的中间特征信号并且使这些中间特征信号与每个管段的长度配合，获得了沿相邻套管接箍位置之间的每个管段的距离的连续测量标记。中间特征信号通常具有足够的分辨率以使得井下位置能够在期望位置的1cm至2cm的公差内可靠地和精确地建立。

此外，已经发现产生中间特征信号的管段的固有磁性或特征属性在相对长的时间内持久存在。同一特征属性在大量时间例如数月或数年过去之后被可靠地感测并且被用作井下深度测量标记，从而使得在相当长时间过去之后井下工具能够被定位在先前执行井下功能的精确相同的井下位置处。尽管典型的环境影响如铁锈和磨损可能会使管段的特征属性稍微劣化，但这些性质能够保持得足够持久以产生用于在大量时间过去之后准确地建立相同精确的井下位置的可靠中间特征信号。因此，铁锈和磨损特征不能改变感测的特征属性，套管中的任何有意或自然引起的物理改变以如此。

本发明的主要应用例如是在更准确和可重复的深度处进行井下功能，例如是在进行井孔的重力勘探时必需的。因为定位井下工具以执行井下功能的时间减少，所以执行这种井下功能的成本通常会降低。例如，为了试图得出定位误差的平均值，重力勘探通常需要间隔数天在相同尝试位置处进行多次测量。由于从感测管段的特征属性可得到更准确的定位，所以从本发明可得到的准确度和定位降低了所需的重复测量的次数或完全消除了重复测量，由此降低了进行井下功能的时间。在执行井下功能时井暂停生产的时间减小导致成本显著降低。

根据这些考虑，本发明的一个基本方面涉及通过以下方式得到井孔中的套管的至少一个管段的套管接箍之间的连续测量标记的方法：根据沿套管接箍之间的一个管段的长度对该一个管段的固有持久不变的特征属性进行感测来沿套管接箍之间的管段长度连续获取中间特征信号；以及使用该中间特征信号作为测量标记。本发明的另一基本方面涉及使用中间特征信号作为测量标记以将井下工具定位在井孔中的期望位置处。本发明的另一基本方面涉及使用中间特征信号作为测量标记来在期望位置处执行井下功能。

此外，本发明的附属方面还涉及：选择中间特征信号的与期望深度位置对应的预定方面以及通过参考所选择的预定方面来使井下工具移动并且执行井下功能；使井下工具移动同时感测特征属性以获取包括下述预定方面的中间特征信号：通过该预定方面参考移动井下工具的位置；将该预定方面关联至井孔的基本套管井日志或预先存在的井孔日志中所描述的期望位置；根据中间特征信号来创建连续标记深度测量日志；将连续标记深度测量日志的深度位置关联至基本套管井日志的深度位置；使用计算机执行软件指令来将先前日志的深度位置和当前日志的深度位置自动关联；从在相同位置处执行先前井下功能起一定时间过去之后，通过使用中间特征信号的预定方面来在相同预定位置处执行井下功能；以及在不同间隔开的相同位置处执行多次重力测量作为第一井下功能和第二井下功能中的每一个。

在所附权利要求中更具体地描述了本发明的方面和特征。可以通过参考以下详细描述的当前优选的实施方式和下面简要总结的附图来获取对本发明及其范围的更透彻的理解以及本发明得到改进和其他益处的方式。

附图说明

图1是根据本发明的具有穿透地质地层的套管的井孔的示意图，包括用于获取井孔内的精确深度位置并且执行井下功能的设备的示意图。

图2是图1所示的井孔的套管的局部的放大图。

图3是由套管接箍信号以及对形成图2所示的套管的管段的特征属性进行感测而得到的中间特征信号形成的连续标记深度测量日志的示意图。图3所示的信号对应于图2所示的套管管段的长度或深度位置。

图4是图3所示的连续标记深度测量日志的一部分的放大图，其示出了对图3所示的套管的一个完整管段的特征属性进行感测而得到的中间特征信号，并且进一步示出了根据本发明的将中间特征信号作为深度测量标记。

图5是获取沿图1和图2所示的井孔的套管的每个套管接箍之间的每个管段的精确测量标记的处理流程以及使用图4所示的中间特征信号作为精确井下位置的标记的处理流程的流程图，其中在所述井下位置处使用井下工具在图1所示的井孔中执行井下功能。

图6是将图3和图4所示的连续标记深度测量日志关联或结合至预先存在的基本套管井日志的处理流程以及在通过已经结合或关联至基本套管井日志的连续标记深度测量日志的中间特征信号建立的期望井下位置处执行井下功能的处理流程的流程图。

图7是通过获取和使用图3和图4所示的已经与基本套管井日志结合之后的连续标记深度测量日志来在由基本套管井日志识别的期望井下位置处执行井下功能的处理流程的流程图。

图8是通过使用当前获取的连续标记深度测量日志的中间特征信号并且将这些中间特征信号与先前获取的连续标记深度测量日志的中间特征信号进行比较来在期望井下位置处执行井下功能的处理流程的流程图，其中两个连续标记深度测量日志由图3和图4所示的一个来表示。

图9是用于通过将先前获取的连续标记深度测量日志结合或关联至先前获取的连续标记深度测量日志以建立用于执行井下功能的位置来在大量时间过去之后在期望井下位置处执行井下功能的处理流程的流程图，其中两个连续标记深度测量日志示出在图3和图4中。

图10是用于相对于先前获取的井孔日志的深度位置来调整当前获取的井孔日志的深度位置从而将先前深度测量日志和当前深度测量日志进行结合或关联的处理流程的流程图。

具体实施方式

本发明涉及在图1大体示出的井孔20中建立连续的、可靠的、可重复的、精确的且高辨率的标记深度。本发明涉及生成由对沿管段22的长度的固有持久不变的磁性或其他特征属性进行感测而得到的连续中间特征信号(图3和图4中的70)，其中管段22在套管接箍24处连接在一起以形成井孔20的内衬或套管26。当与指示套管接箍24的位置的常规套管接箍信号(图3和图4的58)耦合时，在相邻套管接箍24之间的以定距离间隔获得的中间特征信号构成井孔20内的每个管段22的长度进而深度的连续高分辨率标记。

高分辨率深度标记用于将井下工具28准确地定位在井孔20内套管接箍24之间的一个或更多个精确位置处，以便能够在每个精确位置处进行井下功能或活动。重力勘探是这样的井下功能的一个示例。此外，套管接箍24之间的高分辨率深度标记使得在大量时间过去之后井下工具能够被定位在井孔20中的精确相同深度处并且使得井下功能能够在该深度处被执行。在一定时间过去之后实现相同可重复定位是准确执行许多井下功能如准确重力勘探所必需的。

在图1和图2中结合本发明的细节来描述形成井孔套管26的管段22的固有持久不变特征以及用于实践本发明的设备。

如图2所示，通过在套管接箍24处以端对端的方式连接多个管段22来形成套管26。在每个管段22的一端上形成一个套管接箍24。套管接箍24具有内部连接器以例如通过将相邻管段的端部穿入到内螺纹套管接箍24中来附接相邻管段22的端部。为了容纳这样的连接，每个套管接箍24与每个管段22的剩余部分相比通常具有扩大的直径。

如根据图1和图2所理解的，井孔套管26通过以下方式来形成：在前一管段22的套管接箍24处连接每个管段22并且在每个管段22被连接时将依次连接的管段22降低到钻入到土地的地质地层32中的钻孔30中。井孔30从地的表面34延伸到地质地层32中。一旦降低到期望位置，则套管26被粘结到钻孔30相对于地质地层32的静止位置。

通常，井孔20和套管26延伸到碳氢化合物产品如石油或天然气的储层36中。通过套管26提取碳氢化合物。然而，对于本发明的其他应用，井孔20可以延伸到地质地层32的地下结构38附近，其中关于该地下结构38来进行勘探或其他井下功能。

通过将井下工具28降低至井孔20的期望深度来进行井孔勘探或其他井下功能。井下工具28从线缆40——通常称为“钢丝缆绳”——悬挂在井孔20中。钢丝缆绳40由机械承重线缆和其他信号传送导体(均未具体示出)构成。承重线缆具有足够的强度以支撑井下工具28的重量。信号传送导体向井下工具28的部件提供电力并且在井下工具28的传感器和其他部件与位于表面34处的控制和数据记录装置42之间传送控制和信息信号。

来自控制装置42的信号建立井下工具28的部件的期望功能。井下工具28的传感器获取包含从井孔20内检测到的信息的信号。来自传感器的信号通过钢丝缆绳40的信号传送导体传导至记录装置42，在该记录装置42处记录该信息。在井下工具28与控制和数据记录装置42之间通过钢丝缆绳40传导的信号通常被称为“遥测”。

钢丝缆绳40的上部绕电动绞盘或卷轴44缠绕。井下工具28连接至钢丝缆绳40的下端。电动卷轴44通常位于卡车46内。卷轴44在一个方向上旋转以将钢丝缆绳40放出或延伸到井孔20中并且在另一方向上旋转以从井口20卷起或收回钢丝缆绳40，并且因此分别在井孔20中降低和抬高井下工具28。钢丝缆绳40从卡车46延伸出并且绕对准滑轮(alignment pulley)48弯曲。对准滑轮48将钢丝缆绳40从卷轴44导向至井孔20的上端中。对准滑轮48从支撑物或塔50悬吊下来。假定不存在线缆拉伸或者井下工具28的移动不受井孔20中的指示或限制的阻碍，则井下工具28相对于电动卷轴44的旋转在井孔40中移动。

编码器或里程表52被定位成在地面34处与钢丝缆绳40接触并且指示从地面34延伸到井下工具28的钢丝缆绳40的长度。在建立里程表52的修正(tare)时，考虑里程表52与地表面34之间的短距离以及从钢丝缆绳40的下端连接至井下工具28的点到井下工具28内的特定传感器和功能部件的距离。因此，由里程表52指示的深度测量是放出到井孔20中的钢丝缆绳40的长度、量或距离。来自里程表52的表示该指示的线缆长度测量的信号被传送至数据记录装置42。

尽管井下工具28的深度通常由里程表52所测量的延伸到井孔中的线缆的长度来指示，但这样的测量受里程表52与井下工具28之间的线缆拉伸所引起的误差的影响。线缆拉伸量是取决于前面提到的因素等的复杂函数。由于这些误差诱导因素，无法依赖里程表52所测量的工具深度来进行精确定位。因此，需要精确定位的这些类型的井下工具28包括常规套管接箍定位器54，该常规套管接箍定位器54用于获取每个套管接箍24的位置处的套管接箍信号。

当井下工具28在套管26内移动时，套管接箍定位器54发出磁通，该磁通流过与套管接箍定位器54相邻的套管26。套管接箍定位器54的传感器感测通过套管26传导的磁场的强度并且提供具有与所感测到的磁场的强度相关的幅度的输出信号56。如从图2至图4所理解的，由数据记录装置42相对于里程表52所指示的深度测量来绘制或记录输出信号56。

来自套管接箍定位器54的输出信号56的幅度或强度直接关系到传导磁通的每个管段22的材料——通常是钢——的磁导率。如图3所示，在相邻管段22的螺纹端连接至内螺纹套管接箍24的情况下，套管接箍位置处的材料的厚度大于管段22的相邻部分的壁厚度。材料的这种较大厚度产生较大的磁导率，并且当套管接箍定位器54移动经过套管接箍24时，这种增加的磁导率造成输出信号56的幅度的显著变化。此外，可能会存在相邻管段22的端部未完全邻接套管接箍24的内凸缘的微小间隙。这个间隙如果存在的话也带来磁导率的变化，当套管接箍定位器54移动经过套管接箍24时，该磁导率的变化也影响输出信号56的幅度。

如从图2至图4理解的，当套管接箍定位器56移动经过套管接箍24时，在套管接箍24处的增加的磁导率引起输出信号56的幅度的显著且瞬时的变化。输出信号56的幅度的变化构成套管接箍信号58。在通常情况下，当套管接箍定位器54移动经过每个套管接箍24时，输出信号56的幅度经历两个显著的变化；幅度的一个显著变化在套管接箍定位器54首次遇到套管接箍24的增加厚度的边缘时发生，并且幅度的另一显著变化在套管接箍定位器54移动经过套管接箍的另一边缘时发生，在该另一边缘处厚度减小至管段22的正常壁厚度。幅度的这些变化使套管接箍信号58清楚地识别在由里程表52(图1)指示的深度处的套管接箍24的位置。

相对于由里程表52提供的深度测量的指示间隔60来关联和绘制套管接箍信号58的幅度。相对于里程表指示的深度测量间隔60在曲线图上绘制的套管接箍信号58的图标通常被称为套管接箍位置日志。在套管被粘结到井孔30中之后，通过以下方式获得套管接箍位置日志：沿套管的长度移动包含套管接箍定位器54(图1)的井下工具，并且相对于里程表指示的深度来记录套管接箍信号58。

通过使用套管接箍日志并且已知每个管段的长度以及通过使用在套管26被安装在井孔30中前后传导的自然伽玛射线日志来创建基本套管井日志。基本套管井日志示出了套管接箍24的深度位置。在井孔20中的选择的深度处进行的所有后续井下功能和活动由基本套管井日志来管理。每个后续深度测量必须关联或“结合”至该基本套管井日志的深度测量指示。

除了图1所示的套管接箍定位器54，井下工具28还包括用于获得期望井下信息的适当类型的常规感测装置和/或用于执行期望井下功能的常规功能工具。例如，为了对井孔20进行重力勘探，勘探工具28包括适当的重力测量仪器62，如测量井孔20内的预定位置处的重力的幅度的重力仪和用于测量井孔20内的预定位置处的重力差的重力梯度仪。

井下工具28可以任选地包括例如用于获得从地质地层32发出的自然伽马射线日志信息的伽玛射线探测器64。自然伽玛射线日志通过以下方式获得：沿套管的长度移动包含伽玛射线探测器64的井下工具并且相对于里程表指示的深度来记录自然辐射信号的强度。来自伽玛射线日志的自然辐射信息还有助于相对于基本套管井日志中包含的伽玛射线来关联每个后续测量的深度位置。

本发明涉及获取如以示例性形式示出图4中的连续标记深度测量日志68。连续标记深度测量日志68包括如在常规套管接箍位置日志中那样的、相对于由里程表58提供的测量深度间隔60而绘制的套管接箍信号58。然而，本发明另外还涉及获得并且使用在套管接箍信号58之间的、包含在套管接箍定位器54(图1)的输出信号56中的中间特征信号70。传统上，中间特征信号70被视为无用并且因此通常未被记录为常规套管接箍位置日志的一部分，或者如果中间特征信号70被记录，则它们作为噪声被忽略。

当然，被记录并且被用于定位和识别在套管接箍24之间的管段22中有意引入的物理更改的、套管接箍之间的信号造成输出信号56的幅度的显著变化，有点类似于套管接箍信号58。来自这些有意物理更改的信号是基本套管井日志的重要的并且被识别的部分。例如，来自对套管26的有意物理更改的信号识别穿透套管26与周围储层中的石油或天然气连通的孔的位置或者识别在套管26中可能无意形成的缺陷。这样的有意引入的物理更改容易通过管段的磁导率的改变而被识别并且能够容易基于基本套管井日志而被识别。

已经发现，套管接箍位置接箍信号58之间的中间特征信号70表示每个管段的特征属性的磁导率的唯一变化，并且由沿每个管段22的长度的中间特征信号70所感测到的磁导率的这些变化的纵向分布能够被用作建立沿套管接箍24(图1)之间的每个管段22的精确位置的高分辨率测量标记。替代被限制于仅在套管接箍位置处的精确深度参考，就像利用基本套管井日志或先前套管接箍位置日志的情况，本发明提供了沿每个管段22的整个长度的长度和深度参考的连续标记。当与单独识别套管26(图1)的每个管段22的套管接箍位置结合时，中间特征信号70构成沿井孔套管26的整个长度的连续高分辨率测量标记。中间特征信号70通常提供具有1cm至2cm分辨率的精确测量位置信息。

已进一步发现，产生中间特征信号70的管段22的特征属性随着时间的推移而持久存在。管段22的属性包括沿其长度的磁导率的唯一变化，并且磁导率的这些唯一变化持久存在并且随着时间的推移不发生显著变化。即使由于地质地层32中的水的腐蚀或套管26内移动的对象的磨损而引起的管段的正常劣化也不会使每个管段的唯一特征属性被抹掉或显著改变至以下程度：在从早期获得唯一中间特征信号70的相同唯一图案起经过大量时间之后，妨碍获取中间特征信号70。中间特征信号70的图案定义了高分辨率测量标记，该高分辨率测量标记使得井下功能能够在先前位置的1cm至2cm内的精确相同位置处被执行，并且还使得这样的井下功能能够在相当长且大量时间过去之后在精确相同的位置处被执行，同时仍然实现从设立相同的井下深度位置得到的准确性。

在图4中示出了使用中间特征信号70作为高分辨率井下测量标记。中间特征信号70具有由管段沿其长度的唯一、固有持久不变的磁导率变化引起的在点72处的特有幅度变化。管段的固有持久不变的磁导率变化将中间特征信号70与由套管接箍24之间的管段22的有意引入物理更改而引起的信号区分开。

中间特征信号70的每个幅度变化点72在沿每个管段的不同长度位置处出现。尽管沿每个管段的长度通常出现的幅度变化点72足于获得在深度或长度测量方面的1cm或2cm的分辨率，但幅度变化点72沿管段22的长度的间隙通常不均匀。中间特征信号70作为整体来表示每个管段的准确标记深度或长度测量。

通过以下方式来获得精确的井下定位：识别套管接箍信号58之间的特定幅度变化点72；并且利用和相对于所选择的幅度变化点72来定位井下工具28(图1)。实时精确定位可从井下工具28的套管接箍定位器54实时提供的信号来实现。

通过以下方式来获得沿每个管段22长度的精确测量标记和间隔：沿连续标记深度测量日志68上的深度测量信息的间隔60将每个管段26的长度(如30英尺或40英尺)划分成均等分段(82份，图4)。套管接箍的位置由接箍信号58可靠地建立。利用以这种方式建立的均等分段，将与期望深度间隔最接近对准的幅度变化点72选择为移动井下工具28的点。

为了获得具有可检测的幅度变化点72的中间特征信号70，套管接箍定位器54必须足够敏感以感测由管段22的特别小、固有持久不变的磁导率变化引起的变化。套管接箍定位器54还应当以比正常速率高的速率例如以5mm至1cm间隔对数据进行采样。为了实现这个采样速率，沿井孔20(图1)的套管26移动套管接箍定位器54的速度通常会稍微慢于正常速度。必须以高幅度分辨率来执行采样以便获得具有可检测的幅度变化点72的信号。对来自套管接箍定位器54的输出信号进行滤波时必须足够得短以不使中间特征信号70中的幅度变化点72模糊。

如参考图1所理解的，为了建立与来自里程表50的所指示的深度测量具有最佳线性关系的中间特征信号70，当采集和记录中间特征信号70时，必须避免或最小化与钢丝缆绳40的线缆拉伸关联的问题。避免或最小化与线缆拉伸关联的异常的传统方式涉及将井下工具28在井孔20中向下移动至感兴趣区域下方的至少50英尺或100英尺的位置。感兴趣区域包括期望记录中间特征信号70以供在执行勘探或井下功能时使用的一个或更多个管段22。在达到感兴趣区域下方的位置时，以恒定速率从井孔20收回钢丝缆绳40以使井下工具28以恒定速率以不间断连续运动向上完全移动通过感兴趣区域。使井下工具28在到达感兴趣区域之前向上移动经过初始的50英尺至100英尺的恒定速率使线缆拉伸异常中的大部分能够被消散，以使得由里程表52记录的深度信息变得更为可靠。

里程表52的大部分误差深度测量产生于井下工具28在井孔20内的移动已经停止然后重新启动移动之后。停止和启动使线缆拉伸异常对里程表52的准确深度测量具有最不利的影响。在不使井下工具28的移动停止和启动的情况下，使井下工具28以恒定速率从感兴趣区域下方的足够距离向上移动以使拉伸异常能够消散，这避免了里程表52的许多深度测量误差。优选地在不使井下工具停止和启动的情况下获得记录在连续标记深度测量日志68上的深度信息，并且以这个方式，深度信息建立了感兴趣区域内中间特征信号70与实际深度的更好且更可靠的关联。

尽管使井下工具28在实现足够的移动之后在遇到感兴趣区域之前在不停止的情况下以恒定速率移动经过感兴趣区域以消散线缆拉伸来消除许多显著误差并且消除某些其它异常，但不可能完全消除影响里程表52的深度测量的所有异常。增强的准确性通过以下方式来获得：获得多个连续标记深度测量日志68；并且对从这些日志中的每个日志获得的信息求平均成单个连续标记深度测量日志68。

对多个单独的连续标记深度测量日志68求平均以创建单个平均的连续标记深度测量日志68具有以下作用：在获得单个连续标记深度测量日志的同时使可能已经出现的单个误差消除或最小化。这种平均还可以建立幅度变化点72相对于深度信息的更准确的位置。当然，套管接箍信号58也可用于基于逐个管段来辅助执行这样的平均。

在图5中示出了用于通过使用连续标记深度测量日志68(图4)的中间特征信号70来获得每个套管接箍之间的精确深度标记的处理流程74。处理流程74仅应用于单个管段22，然而可以针对感兴趣区域内或沿整个套管的每个管段22重复该处理流程74。

如在76处所示，处理流程74开始于首先获得连续标记深度测量日志68(图4)。如先前所描述地那样获得连续标记深度测量日志。接下来，如在78处所示，将连续标记深度测量日志68中的感兴趣区域中的一个管段26的长度识别为在相邻套管接箍信号58之间延伸。然后在80处，将所识别的管段的长度分成若干长度或深度分段标记82(图4)。优选地，分段标记82在长度上相等并且与深度测量60的较宽的间隔相比，以更精细的间隔来出现。每个分段标记82表示沿所选择的管段的长度或深度的增量。由于已知管段的长度例如30英尺或40英尺，所以如在84处所示，将分段标记82线性关联至管段的长度，作为长度测量标记。

如在86处所示，通过选择最紧密接近期望位置的分段标记82来参考(reference)沿管段的长度的期望位置。接下来，如在88处所示，选择中间特征信号70(图4)的幅度变化点72，该幅度变化点72最紧密接近所选择的分段标记所参考的期望位置。此后，所选择的幅度变化点72变成沿管段的长度的期望位置的标记。以这种方式，幅度变化点72用于参考沿管段(图4)的长度的分段标记82，该分段标记82转而参考沿管段的长度的期望位置。由此，图5中的76至88处所示的动作描述了以下处理：使用中间特征信号72(图4)作为建立沿每个管段的精确长度或深度位置的测量标记。

图5还示出了使用如在88处所示的被选择的幅度变化点72(图4)来执行井下功能如重力勘探。如在90处所示，相对于所选择的幅度变化点72(图4)来移动井下工具28(图1)。由于来自套管接箍定位器54(图1、图3和图4)的输出信号56优选地被实时提供以用于在地表面34上的控制和数据记录装置42处进行显示和使用，所以根据需要放出或收回钢丝缆绳40以将井下工具28精确定位在由实时提供的中间特征信号的实时提供的选择幅度变化点72(图4)所识别的位置处。由于实时中间特征信号70包含如在88处所示的被选择的幅度变化点而不是来自里程表52(图1)的指示进而变成移动井下工具的参考，所以可以在不关心线缆拉伸异常的情况下做出对井下工具28的位置的调整。通过使用中间特征信号70和所选择的幅度变化点72而不是来自里程表52的深度指示，井下工具被精确定位在期望位置处，通常在期望位置的1cm至2cm的准确度的范围内。如在92处所示，在这个位置处执行井下功能。

结合图6至图9来讨论使用本发明在大量时间过去之后初始地或重复地在井孔20内非常精确的位置处执行不同类型的井下功能。本发明的一个特别应用是执行重力勘探，在重力勘探中，在井孔内的相同预定位置处进行重力测量是必需的。类似地，本发明还有益于执行其他类型的井下功能，如在储层36(图1)的准确期望位置处对套管26进行穿孔以及在预定位置处执行某些维护和其他井下功能以增强或维护来自井的产品。

在图6中示出了用于将连续标记深度测量日志68(图4)关联或“结合”至现有井孔的预先存在的基本套管井日志以便之后将连续标记深度测量日志68用于在由基本套管井日志所指示的位置处的精确井下定位的处理流程94。如在96处所示，处理流程94开始于以先前所描述的方式获得连续标记深度测量日志68。如在98处所示，连同获得连续标记深度测量日志68一起，可选地获取另一自然伽玛射线日志。在98处获得的随后伽玛射线日志用于(但可能并非在所有情况下都是必需的)将连续标记深度测量日志的深度标记关联至预先存在的基本套管井日志的深度标记。不使用伽玛射线的深度信息而仅依赖套管接箍位置信号58进行关联可能是足够的。然而，由于基本套管井日志还包括在套管26被安装在井孔20(图1)中之前和紧接之后获得的自然伽玛射线信息并且基本套管井日志部分地从该自然伽玛射线信息得到，所以自然伽玛射线信息可能有助于执行这种关联。

接下来，如在100处所示，将连续标记深度测量日志68关联或结合至基本套管井日志。通过以下方式来进行结合：调整连续标记深度测量日志68的记录深度位置直到连续标记深度测量日志和基本套管井日志二者的套管接箍信号58彼此对准。在98处获取的自然伽玛射线信息也可以用于建立这个对准。下文结合图10描述了与将当前获得的日志(如连续标记测量日志)结合或关联至预先存在的或先前获得的日志(如基本套管井日志)的处理有关的更多细节。

如在100处所示地将日志结合在一起不一定获得精确深度测量，但交叉参考了从连续标记深度测量日志68到基本套管井日志的更多精确深度信息。由于基本套管井日志是管理特定井孔中的所有井下活动的位置的主文档，所以继续使用基本套管井日志作为用于所有未来井下活动的相同参考是很重要的。当然，关于新井，可以从存在套管井孔开始将连续标记深度测量日志68(图3和图4)用作基本套管井日志，但这种情况未在图6中示出。

接下来，如在102处所示，从基本套管井日志到连续标记深度测量日志交叉参考要执行特定井下功能的期望井下位置。如上所述，在连续标记深度测量日志与基本套管井日志结合之后，任何先前井下活动的位置以中间特征信号70(图4)的被选择的幅度变化点72作为参考。此后，如在104处所示，将井下工具在井孔中移动至参考所选的最大幅度变化点72(图4)的位置，并且如在106处所示，此后在该位置处执行井下功能。

在图7中示出了用于通过参考基本套管井日志来在从相同井下位置处执行先前井下功能起经过大量时间之后在期望井下位置处执行井下功能的处理108。在110处示出了先前使用基本套管井日志在期望井下位置处执行井下功能。在112处示出了从执行首次井下功能之后直到期望执行下一后续井下功能为止过去了大量时间。

如在114处所示，获取连续标记深度测量日志68(图3和图4)。如在116处所示，还可选地获取自然伽玛射线日志以与连续标记深度测量日志一起使用。如在118处所示，将连续标记深度测量日志68结合或关联至基本套管井日志。如在120处所示，从基本套管井日志到所结合的连续标记深度测量日志68(图4)的中间特征信号70的被选择的幅度变化点72来交叉参考先前执行井下功能的井下位置。如在122处所示，将井下工具移动至被选择的幅度变化点72所参考的期望位置，并且如在124处所示，通过参考在120处所选择的幅度变化点来在期望井下位置处执行井下功能。除了图6没有具体涉及先前在相同位置处执行的井下功能之外，上面结合图7在114至124处所示的并且所描述的活动与图6中在96至106中所示的并且所描述的被执行的那些活动类似。

在图8中示出了在参考先前获取并使用的连续标记深度测量日志68(图4)来执行先前井下功能的情况下，从先前在期望井下位置处执行井下功能起经过大量时间之后在相同位置处执行井下功能的处理126。由于在先前获取的连续标记深度测量日志68(图4)的中间特征信号70的被选择幅度变化点72所参考的期望位置处执行先前井下功能，所以如128处所示，通过使用先前获取的连续标记深度测量日志来如图8所示地执行接下来的井下功能。

由于井孔20的套管26的管段22的固有不变特征持续很长时段，该时段通常长于井孔20(图1)的可用寿命。这些持久特征使中间特征信号70和幅度变化点72能够再现并且与先前获取的连续标记深度测量日志的那些相同信号或点相似。因此，随后获取的中间特征信号70和幅度变化点72直接关联至先前连续标记深度测量日志的相似信号和点。由于相似信号的直接关联，所以不需要将随后获取的连续标记深度测量日志结合或关联至任何先前获取的连续标记深度测量日志。替代地，如在128处所示，先前获取的连续标记深度测量日志可以直接用于井下定位的目的。

如在130处所示，在使井下工具移动以执行随后的井下功能时所获取的中间特征信号72实时地产生并且直接关联至先前获取的套管接箍位置，由此使井下工具能够移动至与先前存在的连续标记深度测量日志所指示的期望位置。此后，如在132处所示，在期望位置处执行井下功能。

处理流程126示出了当用于井孔的先前获取的连续标记深度测量日志存在时，将由管段的固有持久不变的特征产生的中间特征信号用于减小使井下工具定位在精确位置处所需的时间量的有利用途。来自套管接箍定位器54的连续实时输出信号56(图3和图4)使井下工具28(图1)能够直接移动至先前获取的连续标记深度测量日志68所指示的期望位置，由此节省获取当前连续标记深度测量日志所需的时间和精力。

在一些情况下，可能有必要或期望在执行井下功能之前获取用于井孔的第二连续标记深度测量日志68(图4)，即使存在用于该井的先前连续标记深度测量日志。这种情形由图9所示的处理流程134示出。

一般来说，如在136处所示的，在参考先前获取的连续标记深度测量日志的期望位置处执行了先前井下功能之后，处理流程134发生。如在138处所示，将在大量时间过去之后执行后续的井下功能。在大量时间过去之后，如在140处所示，获取第二连续标记深度测量日志。如在142处所示，将后期获取的连续标记深度测量日志68与先前获取的连续标记深度测量日志68进行结合。通常可以通过使用下面结合图10所描述的技术，参考套管接箍信号58和中间特征信号70(图4)来完成在142处所示的结合或关联。一般而言，由于先前获取的连续标记深度测量日志和后期获取的连续标记深度测量日志中包含的信息与自然伽玛射线日志相比提供更高的分辨率，所以通常不需要收集自然伽玛射线信息来完成该结合。然而，如果需要，则在进行结合时也可以使用自然伽玛射线日志信息。

通过先前获取的连续标记深度测量日志的幅度变化点72来识别要执行井下功能的井下位置。然而，由于如在140处所示关于后期获取的连续标记深度测量日志来执行后续的井下活动，所以如在144处所示，先前获取的连续标记深度测量日志68的幅度变化点72被交叉参考后期获取的连续标记深度测量日志68的相应幅度变化点72。此后，如在146处所示，将井下工具移动至由后期获取的连续标记深度测量日志68(图4)的幅度变化点72所识别的期望位置，并且如在148处所示，执行井下功能。由于先前获取的连续标记深度测量日志与后期获取的连续标记深度测量日志之间的关联性，所以后续执行井下功能的位置与先前执行井下功能的位置相同。

通过图10所示的处理流程150来示出用于将先前获取的井孔日志(如基本套管井日志)与后续获取的井孔日志或当前获取的井孔日志(如连续标记深度测量日志68(图4))进行结合或关联的技术。优选地，通过使用计算机控制的显示控制和设备42(图1)来执行处理流程150，并且处理流程150可能会在井现场处实时地发生。替选地，可以在井现场处获取当前获取的信息或后续获取的信息，并且此后在随后时间处执行处理流程150。

如在152处所示，处理150开始于显示先前获取的井孔日志如基本套管井日志或先前获取的连续标记深度测量日志。尽管可以利用打印日志物理地呈现显示，但显示优选地在电子显示装置42(图1)上发生。

如在154处所示，显示当前获取的井孔日志。例如，当前获取的井孔日志可以是当前获取的连续标记深度测量日志68或者最近获取的连续标记深度测量日志68(图4)。如在154处所示，当前获取的日志的显示与如在152处所示的先前获取的日志的显示并排或并列地出现。在154处显示的两个日志应当具有相似的幅度并且具有相同的深度刻度参考。

接下来，如在156处所示，相对于先前获取的日志的深度位置来上下调整当前获取的日志的深度位置，直到套管接箍信号58和任何中间特征信号70(图4)的图案与来自先前获取的日志的那些相同信号的图案匹配为止。如果先前获取的日志和当前获取的日志不包括任何中间特征信号70(图4)，或者如果先前获取的日志或当前获取的日志中的仅一个包括中间特征信号70(图4)，则在156处所示的匹配通过主要集中在套管接箍信号58(图3和图4)上来发生。

一旦如在156处所示先前获取的日志的信号和当前获取的日志的信号已经匹配，则如在158处所示，将当前获取的日志的深度指示调整成与先前获取的日志的深度指示对应。深度指示的调整通过以下方式完成：操作者手动地递增当前获取的日志的深度指示偏移直到其与156处所示的先前获取的日志的深度指示一致或相匹配为止。

深度指示偏移的调整还可以通过以下方式来自动完成：控制和数据记录装置42(图1)的计算机系统中所包含的自动关联功能。为了完成自动关联，通过由计算机执行的数值和/或图形分析例程来执行对先前获取的日志的信号和当前获取的日志的信号的分析并且使用这样的分析结果来自动调整当前获取的日志的深度指示偏移，使得其与先前获取的日志的深度指示尽可能接近地一致或匹配，如在158处所示。这样的自动关联功能可从用于信号和波形关联分析的常规软件程序得到。

最后，如在160处所示，通过使用匹配的当前获取日志的关联深度信息来选择期望位置，以在与执行先前井下功能相同的期望位置处执行井下功能。如果先前获取的日志或当前获取的日志中的仅一个是连续标记深度测量日志，则优选地通过参考连续标记深度测量日志68(图4)的中间特征信号70的幅度变化点72来识别期望井下位置。

本发明可以尤其有利地用于进行井孔的重力勘探。井孔的有意义的重力勘探需要将井孔工具28(图1)的重力测量仪器62定位在深度位置中的每个深度位置的1cm或2cm内，在所述深度位置处进行与井孔的先前重力勘探相同的重力测量。否则，重力勘探的准确度可能会受损并且勘探可能会不可靠。本发明提供了用于将重力测量仪器定位在先前位置的1cm或2cm内的技术。据现在所知，其他已知的井下深度测量系统或技术不能够这样精确。本发明极大地提高了井下重力勘探的性能和可靠性。

此外，由于能够将井下工具更快速地定位在先前位置的紧容差内的期望位置处，所以执行井下重力勘探的成本被显著地降低。例如，在单次重力勘探中必须在井孔内的多达50个不同位置中获得重力测量的情形并不少见。在无需额外的时间以及不需要用于消除线缆拉伸的不利影响所必需的移动和测量实践的情况下，直接移动至这些位置中的每个位置极大地降低了获取这些重力测量所需的时间量。结果，需要相当少的时间来执行勘探本身。然而，更重要的是，必需使井在较短的时间量内停产。停产的时间减少使得能够更快地恢复对来自井的碳氢化合物的盈利生产。在进行其他类型的井孔勘探和井下功能的类似其他重要优点和改进也存在。

在使用管段的固有持久不变特征来形成井孔中的套管接箍位置之间的距离的高分辨率标记以及在相当长时间过去之后将井下工具重复地定位在相同位置以执行井下功能的能力方面存在许多其他优点和改进。尽管管段的提供唯一中间特征信号70(图4)的固有特征在上面被描述为每个管段22的磁导率特征，但已证实将其他相似材料属性或被感测的特征属性用于建立构造每个管段的长度的高分辨率标记的中间特征信号同样令人满意。

在充分理解本发明之后，上述改进和优点以及其他改进和优点的重要性将变得明显。已经详细地描述了本发明的优选实施方式及其许多改进。具体实施方式部分是实现本发明的优先示例。描述的细节不是旨在限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求书来限定。