CZ287800B6

CZ287800B6 - Seismic monitoring apparatus for monitoring underground region

Info

Publication number: CZ287800B6
Application number: CZ19962527A
Authority: CZ
Inventors: Jean Laurent; Fr D Ric Huguet
Original assignee: Inst Franaais Du Petrole; Gaz De France
Priority date: 1994-12-29
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 2001-02-14
Also published as: EP0748457B1; NO963600D0; FR2728973A1; CZ252796A3; DE69515994D1; HU9602366D0; PT748457E; CA2183682A1; US5724311A; DE69515994T2; ES2145324T3; NO323888B1; WO1996021165A1; EP0748457A1; HU217404B; NO963600L; GR3032833T3; SK284163B6; SK110596A3; ATE191279T1

Description

Seismické monitorovací zařízení k monitorování podzemní oblasti

Oblast techniky

Vynález se týká seismického monitorovacího zařízení k monitorování podzemní oblasti prostoupené alespoň jedním vrtem. Zařízení je vhodné k dlouhodobému seismickému monitorování podzemní oblasti obsahující tekutinu, zejména podzemního zásobníku plynu.

Dosavadní stav techniky

Je dobře známa kontrola plnění podzemních zásobníků, určených k uskladnění zemního plynu, občasným sledováním jejich plnění seismickým systémem, zahrnujícím vibrátor nebo zdroj impulzů k vyvolávání poruch v zemském povrchu a přijímací zařízení sestávající z řady čidel, uspořádaných na povrchu nebo ve vrtu a spojených se zemí. Jelikož injektování plynu mění významně rychlost zvuku, hustotu a tudíž akustickou impedanci útvaru zásobníku, je možno na seismických záznamech zjišťovat změny časových intervalů mezi dvěma reflektory, z nichž jeden je umístěn nad zásobníkem a druhý pod ním. Postup plnění je tedy možno monitorovat měřením změn amplitudy vln odražených v po sobě následujících okamžicích v úrovni vrstev v zásobníku v následných dobách plnění.

Zveřejněné přihlášky vynálezu číslo FR-2 593292, 2 642849, 2 656034, 2 688896 a 2 689647 popisují systémy zahrnující jedno nebo několik účelových souborů instalovaných v pevné poloze ve vývrtech, spojených s povrchem jedním nebo několika přenosovými kanály. Účelový soubor mohou představovat seismické přijímače a také případně jeden nebo několik zdrojů seismických vln, uspořádaných ve vývrtech. Seskupení přijímačů nebo vysílačů může být mimo pažní trubky. S okolními útvary jsou spojeny cementem, injektovaným do prstencového prostoru kolem těchto trubek po jejich instalaci.

Seskupení přijímačů může být také spojeno s potrubím zapuštěným do vrtu a spojených s útvary obklopujícími vrt, například pažními trubkami.

Podpovrchový seismický průzkum se obvykle provádí spojením seismických zdrojů a přijímačů se zemí podle různých kombinací, kde zdroje a/nebo přijímače jsou uspořádány na povrchu nebo blízko něho nebo v několika vývrtech provedených ve zkoumaném útvaru.

Zveřejněné přihlášky vynálezu číslo FR-2 703457; 2 703470 nebo 2 674029 popisují způsob seismického monitorování podzemních zásobníků pomocí souborů přijímačů, umístěných ve vrtech, případně v těchto vrtech. Způsob monitorování zásobníků zemního plynu je popsán například v knize Geophysical Prospecting E. Blondin a kol. 34, str. 73 až 93, 1986.

Řada cyklů vysílání a přijímání seismických vln se provádí pokaždé měněním místa seismického zdroje vůči ose vývrtu, kde jsou instalovány soubory přijímačů tak zvanou krokovou technikou (walk-away) a zaznamenáváním odezev v přijímačích R] až R_n v závislosti na době t průchodu. Zdroj se může posouvat podél radiální osy OX a získá se dvojrozměrný seismický záznam (X, t) nebo (X, Z). Může se také posouvat kolem vrtu a tím se získá trojrozměrný seismický záznam (X, Y, t) nebo (X, Y, Z), přičemž Z je hloubka, osa OY je kolmá k OX a OZ. V praxi se může zdrojem S posouvat po každé straně vrtu na vzdálenost (nebo poloměr) stejného řádu jako je monitorovaná podzemní oblast.

Monitorování ukládání a plnění zásobníků zemním plynem jsou obvykle dlouhodobé operace. Objemové změny, například uskladněné plynové bubliny, jsou vzhledem k pozdnímu

- 1 CZ 287800 B6 vzorkování pomalé. Seismické monitorovací operace jsou často časově dlouhodobě rozdělené. V praxi je třeba povrchové seismické zařízení přemísťovat při každém seismickém zaznamenávání a emisní podmínky předchozí emisní operace je třeba s výhodou reprodukovat.

Přesouvání není pokaždé možné. K vytvoření ukládací nebo zásobní nádrže se provádějí různé instalace materiálu a místo je uzavřeno. Může se také například stát, že původní zařízení je třeba změnit, že místo se změní (mýcením, vytvářením náspů), že se odlijí betonové, desky, které mohou narušovat vysílané seismické vlny nebo změnit spojení zdroje se zemí a mohou tudíž vést ke kolísání kvality emisí. Stav zahuštění povrchu a jeho bariér může zabraňovat přesouvání seismických zdrojů. Změny a vývoj, ke kterým dojde mezi dvěma po sobě následujícími periodami monitorování zásobníku mohou také zabránit umístění seismického systému emisí a přijímačů ve stejných místech.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje seismické monitorovací zařízení k monitorování podzemní oblasti prostoupené alespoň jedním vrtem, podle vynálezu, jehož podstatou je, že obsahuje alespoň jeden soubor seismických přijímačů, umístěných v pevné poloze, několik seismických zdrojů stejného typu, instalovaných ve stálé poloze vůči poloze vrtu, napájecí jednotku pro napájení seismických zdrojů energií, permanentní spojovací síť mezi napájecí jednotkou a různými seismickými zdroji pro jejich selektivní napájení energií, a centrální stanici obsahující prostředky pro selektivní dálkové ovládání každého seismického zdroje, jakož i prostředky pro záznam seismických signálů přicházejících z podzemní oblasti, přijímaných souborem přijímačů v odezvě na seismické vlny vysílané selektivně do země seismickými zdroji.

Zařízení podle vynálezu umožňuje získat dokonalou reprodukovatelnost provozních podmínek v opakovaných funkcích seismického monitorování podzemní oblasti, kterou proniká alespoň jeden vrt, zejména podzemního zásobníku zemního plynu.

Seismické monitorovací zařízení ke sledování podzemní oblasti, kterou prostupuje alespoň jeden vrt, zahrnuje podle vynálezu alespoň jeden soubor seismických přijímačů, spojených s podzemní oblastí na povrchu nebo v jeho blízkosti, nebo v alespoň jednom vrtu.

Alespoň část seismických zdrojů a spojové sítě může být permanentně uložena v zemi nebo instalována na povrchu a spojena s alespoň jedním souborem přijímačů permanentně spojeným se zemí na povrchu nebo se stěnou alespoň jednoho vrtu pronikajícího podzemní oblastí.

Seismické monitorovací zařízení obsahuje s výhodou přepínací elementy ovládané centrální stanicí pro selektivní přívod energie do různých seismických zdrojů.

Seismické monitorovací zařízení obsahuje s výhodou jeden nebo několik seismických zdrojů, určených k vytváření poruch explozí směsi složek tekutin v komoře ve styku s podzemní oblastí, a napájecí jednotku k seléktivnímu dodávání výbušné směsi do každé komory a k zapálení této směsi, přičemž spojovací síť obsahuje potrubí uložená v zemi, spojená s ovládacími ventily, připojenými k této napájecí jednotce.

Napájecí jednotka má s výhodou prostředky k napájení prvního potrubí a druhého potrubí uložených v zemi komponentami tekutiny odebranými z podzemní oblasti.

Seismické monitorovací zařízení obsahuje s výhodou jeden nebo několik seismických zdrojů, z nichž každý je tvořen pružně deformovatelným pláštěm, vyplněným kapalinou, přičemž

-2CZ 287800 B6 spojovací potrubí je vyplněno kapalinou a zdrojová jednotka obsahuje napájecí jednotku k vytváření impulzních přetlaků v kapalině.

Seismické monitorovací zařízení obsahuje s výhodou jeden nebo několik seismických zdrojů, z nichž každý je tvořen v zemi umístěným pláštěm naplněným tekutinou, a sestavou k udílení vibrací tekutině v plášti, přičemž tuto sestavu tvoří válec otevřený do vnitřku pláště a spojený potrubím s napájecím zdrojem ve formě dálkového vibrátoru, přičemž ve válci je kluzně uložen píst pro přenášení vibrací do tekutiny v plášti.

Seismické monitorovací zařízení obsahuje s výhodou alespoň jeden soubor přijímačů, instalovaných v pevné poloze v alespoň jednom vrtu procházejícím podzemní oblastí.

V případě, kdy je zařízení použito k monitorování podzemního zásobníku tekutiny, má prostředky ke zpracování a zaznamenávání, což umožní detekci možných změn jimž podléhá detekovaný zásobník.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález blíže objasňují, nijak však neomezují, následující příklady praktického provedení pomocí přiložených obrázků.

Na obr. 1 je schéma provedení podle vynálezu.

Na obr. 2 je znázorněn první příklad explozivního zdroje, který může být spojen s povrchem země nebo může být zakopán.

Na obr. 3 je druhý příklad impulzového zdroje, kterého lze rovněž použít.

Na obr. 4 je třetí příklad vibračního zdroje, kterého lze rovněž použít.

Příklady provedení vynálezu

Zařízení podle vynálezu může být instalováno trvale na místě produkce podzemní oblasti obsahující tekutiny, ať už to je ropné ložisko, připravované k produkci, nebo zásobník plynu, za podmínek připouštějících reprodukovatelnost operací seismického monitorování.

Sestává například ze souboru seismických zdrojů Sl, S2, ... Sk,... Sn seismických vln známého typu, vysílajících vibrace nebo pulzy, které jsou umístěny v pevných místech na zemském povrchu nebo v jeho blízkosti, takže akustická vazba mezi každým z nich a zemí zůstává v podstatě konstantní pro celkem plánovanou dobu monitorování zásobníku. Tyto seismické zdroje Sl, S2, ... Sk, ... Sn jsou například seřazeny po jakékoli straně vrtu 1 procházejícího monitorovanou oblastí v jednom směru nebo v několika osových směrech. Tyto zdroje jsou s výhodou uloženy v zemi ve stanovené hloubce. Uložen je také jeden nebo několik spojovacích prostředků 2 umožňujících napájení seismických zdrojů Sl, S2, ... Sk ... Sn energií, kterými mohou být potrubí pro kapaliny nebo elektrické kabely. Tyto spojovací prostředky 2 spojují seismické zdroje Sl, S2,... Sk, s vhodnou zdrojovou jednotkou 3 vhodnými řídicími prostředky, umožňujícími selektivní přenos energie k různým seismickým zdrojům Sl. S2 ... Sk,... Sn.

Seismické zdroje Sl, S2,... Sk,... Sn mohou být také umístěny v pevných místech na zemském povrchu, například na cementované základové desce, takže jejich spojení se zemí zůstává v podstatě konstantní.

-3 CZ 287800 B6

Zařízení tvoří také soubor seismických přijímačů R, permanentně instalovaných ve styku s monitorovanou oblastí. Tento soubor přijímačů R může být například umístěn ve vrtu 1, nebo v jiném vrtu, jak je popsáno ve shora uvedených přihláškách vynálezu, takže místo je volné pro jiné činnosti, nebo může být zakopán do země v blízkosti povrchu. Soubor přijímačů R může být připojen k centrální stanici 4, sloužící jako řídicí a zaznamenávací stanice, spojovacími kabely 5. Tato centrální stanice 4 je vybavena dálkovými řídicími prostředky, umožňujícími selektivní zapínání každého seismického zdroje Sl. S2,... Sk,... Sn.

Takové uspořádání seismických zdrojů Sj, S2, ... Sk, ... Sn je trvalé a těsný styk s podzemní oblastí umožňuje provádět reprodukovatelná monitorovací měření. Vzhledem ktomu, že provozní podmínky zůstávají stejné, poskytuje porovnání dat, získaných na konci po sobě následujících měření, přesné výsledky dlouhodobého vývoje monitorované oblasti.

Seismické zdroje Sl. S2, ... Sk, ... Sn jsou umístěny navzájem v pravidelných intervalech na jakékoli straně vrtu 1 v dané vzdálenosti, která je řádově stejná jako hloubka monitorované podzemní oblasti. Operace tak zvanou krokovou technikou (walk-away) se tedy může provádět postupným zapojováním různých zdrojů a shromažďováním signálů zachycených souborem čidel.

U povrchové instalace je možno použít jakéhokoli známého seismického zdroje, emitujícího vibrace nebo pulzy, a těsně ho spojit se zemí.

V případě, kdy je žádoucí monitorovat podzemní zásobník pomocí zakopaných zdrojů, je možno použít například dále popsaného provedení.

Seismický zdroj, schematicky naznačený na obr. 2, je například explozivním zdrojem podobného druhu jaký je popsán v dodatku číslo 93,151 k patentovému spisu číslo FR-1 475 622. Pracuje zapálením výbušné směsi, sestávající ze dvou složek dopravených odděleně prvním potrubím 6 a druhým potrubím 7 uloženými v zemi. Tento seismický zdroj tvoří perforovaná koule 8, do které ústí přívodní pouzdro 9. Přívodním pouzdrem 9 procházejí přímo první vnitřní kanálek 10 a druhý vnitřní kanálek 11 a spojují vnitřek perforované koule 8 s prvním potrubím 6 a se druhým potrubím 7 uloženými v zemi. Injektáž komponent do perforované koule 8 je dálkově ovládána z centrální stanice 4 (obr. 1) prvním solenoidovým ventilem 12 a druhým solenoidovým ventilem 13. Zapálení obstarává rozváděč 14, řízený stejnou cestou. Kabel 15 uložený v zemi umožňuje ovládání rozváděče 14 prvního solenoidového ventilu 12 a druhého solenoidového ventilu 13. Vzduchová trouba 16 opatřená řídicím ventilem umožňuje únik spalin po každém spuštění. Perforovaná koule 8 je umístěna v pružné komoře 18 a je uložena v zemi.

V případě použití explozivních zdrojů k monitorování podzemního místa obsahujícího látky, kterých je možno použít k úplnému nebo k částečnému vytvoření explozivní směsi (například zásobník plynu, ropné ložisko, atd.), může přívodní síť tvořená prvním potrubím 6 a druhým potrubím 7 uloženými v zemi komunikovat se zásobní rezervou (neznázoměno) dodanou z tohoto zásobníku.

Je také možno například použít seismického zdroje (obr. 3) sestávajícího ze dvou tuhých desek, horní tuhé desky 19 a z dolní tuhé desky 20, spojených na obvodě pružně deformovatelným elementem 21. Takto vytvořená dutina je naplněna tekutinou a může komunikovat přes solenoidový ventil 22 s potrubím 23 uloženým v zemi, spojeným pod tlakem s napájecí jednotkou A ve formě hydraulického akumulátoru. Přerušovaným otevíráním solenoidového ventilu 22 z centrální stanice 4 (obr. 1), je možno vytvořit vodní kladivo a v důsledku toho vytvářet silné seismické pulzy, přenášené do země.

-4CZ 287800 B6

Je také možno použít zdroje vibrací sestávajícího například z deformovatelného pláště 25 (obr. 4) naplněného tekutinou, do kterého je vložen válec 26. Ve válci 26 je kluzně uložen píst 27 opatřený těsněním 28, přičemž válec 26 je spojen potrubím 29 s napájecím zdrojem 30 ve formě vzdáleného vibrátoru, podléhajícím řízení ze stejné centrální stanice 4 (obr. 1).

V případě, že je podzemní oblastí podzemní zásobník tekutiny, může centrální stanice 4 také mít prostředky ke zpracování záznamů, což umožní zjistit případné možné změny, které zásobník prodělal mezi dvěma po sobě následujícími úkony seismického monitorování zásobníku.

Uvedené příklady nejsou nijak omezující.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Seismické monitorovací zařízení k monitorování podzemní oblasti prostoupené alespoň jedním vrtem (1), vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jeden soubor seismických přijímačů (R), umístěných v pevné poloze, několik seismických zdrojů (S) stejného typu, instalovaných ve stálé poloze vůči poloze vrtu (1), napájecí jednotku (3, A, 30) pro napájení seismických zdrojů (S) energií, permanentní spojovací síť mezi napájecí jednotkou (3) a různými seismickými zdroji (S]-S_n) pro jejich selektivní napájení energií, a centrální stanici (4) obsahující prostředky pro selektivní dálkové ovládání každého seismického zdroje (Sj-S_n), jakož i prostředky pro záznam seismických signálů přicházejících z podzemní oblasti, přijímaných souborem přijímačů (R) v odezvě na seismické vlny vysílané selektivně do země seismickými zdroji (S]-S_n).
2. Seismické monitorovací zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň část seismických zdrojů (S j-S_n) a permanentní spojovací sítě je uložena v zemi.
3. Seismické monitorovací zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že alespoň část seismických zdrojů (Sj-S_n) a permanentní spojovací sítě je umístěna v pevné poloze na povrchu.
4. Seismické monitorovací zařízení podle jednoho z nároků laž3, vyznačující se tím, že obsahuje přepínací elementy ovládané centrální stanicí (4) pro selektivní přívod energie do různých seismických zdrojů (Sj-S_n).
5. Seismické monitorovací zařízení podle jednoho z nároků laž4, vyznačující se tím, že obsahuje jeden nebo několik seismických zdrojů (S ]-S_n), určených k vytváření poruch explozí směsi složek tekutin v komoře (18) ve styku s podzemní oblastí, a napájecí jednotku (3) k selektivnímu dodávání Výbušné směsi do každé komory (18) a k zapálení této směsi, přičemž spojovací síť obsahuje potrubí (6, 7) uložená v zemi, spojená s ovládacími ventily (12, 13), připojenými k této napájecí jednotce (3).
6. Seismické monitorovací zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že napájecí jednotka (3) má prostředky k napájení prvního potrubí (6) a druhého potrubí (7) uložených v zemi komponentami tekutiny odebranými z podzemní oblasti.
7. Seismické monitorovací zařízení podle jednoho z nároků laž6, vyznačující se tím, že obsahuje jeden nebo několik seismických zdrojů (S]-S_n), z nichž každý je tvořen

- 5 CZ 287800 B6 pružně deformovatelným pláštěm (21), vyplněným kapalinou, přičemž spojovací potrubí (23) je vyplněno kapalinou a napájeno napájecí jednotkou (A) k vytváření impulzních přetlaků v kapalině.
8. Seismické monitorovací zařízení podle jednoho z nároků laž7, vyznačující se tím, že obsahuje jeden nebo několik seismických zdrojů (Sj-S_n), z nichž každý je tvořen v zemi umístěným pláštěm (25) naplněným tekutinou, a sestavou k udílení vibrací tekutině v plášti (25), přičemž tuto sestavu tvoří válec (26) otevřený do vnitřku pláště (25) a spojený potrubím (29) s napájecí jednotkou (30) ve formě dálkového vibrátoru, přičemž ve válci (26) je kluzně uložen píst (27) pro přenášení vibrací do tekutiny v plášti (25).
9. Seismické monitorovací zařízení podle jednoho z nároků laž8, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jeden soubor přijímačů (R), instalovaných v pevné poloze v alespoň jednom vrtu (1) procházejícím podzemní oblastí.
10. Seismické monitorovací zařízení podle jednoho z nároků laž9, vyznačující se tím, že podzemní oblastí je podzemní zásobník tekutiny, přičemž seismické monitorovací zařízení obsahuje prostředky ke zpracování záznamů k detekci změn, kterým byl podzemní zásobník podroben.