DE102005032257A1

DE102005032257A1 - Anordnung, Werkzeug und Verfahren zum Messen der Resistivität in einem Bohrloch, Verfahren zum Aufbauen der Anordnung und Verfahren zum Steuern einer Bohrrichtung

Info

Publication number: DE102005032257A1
Application number: DE200510032257
Authority: DE
Inventors: Jean Sugar Land Seydoux; Emmanuel Houston Legendre; Reza Sugar Land Taherian
Original assignee: Schlumberger Technology BV
Current assignee: Schlumberger Technology BV
Priority date: 2004-07-14
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2006-02-09
Also published as: FR2877033A1; GB2417327B; CA2511788C; US7612565B2; US7924013B2; US20100321022A1; CN102213772B; NO20053299D0; CA2511788A1; OA13094A; GB2417327A; US8933699B2; US20060011385A1; BRPI0502903A; CN102213772A; US7786733B2; GB0513345D0; MXPA05007412A; US20110238220A1; US20080315882A1

Abstract

Anordnung zum Messen der Resistivität in einem Bohrloch (13), umfassend einen modularen Aufbau mit einem Sendermodul (21, 22, 23, 24) mit einer Antenne und Verbindern an beiden Enden, die zur Verbindung mit anderen Bohrlochwerkzeugen ausgestaltet sind, und mit einem Empfängermodul (25) mit einer Antenne und Verbindern an beiden Enden, die zum Verbinden mit anderen Bohrlochwerkzeugen ausgestaltet sind, wobei das Sendermodul (21, 22, 23, 24) und das Empfängermodul (25) an einem Bohrstrang (10) voneinander beabstandet angeordnet und durch wenigstens ein Bohrlochwerkzeug (27, 28, 29, 30) getrennt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung, ein Werkzeug und ein Verfahren zum Messen der Resistivität in einem Bohrloch, ein Verfahren zum Aufbauen der Anordnung sowie ein Verfahren zum Steuern einer Bohrrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, 12, 22, 32 bzw. 34.
Die Erfindung betrifft damit das Gebiet der unterirdischen Untersuchung und insbesondere Techniken zum Bestimmen von Parametern unter der Erdoberfläche sowie zur Anordnung von Bohrlöchern. Die Erfindung ist allgemein auf das Gebiet der Bohrloch-Datenerfassung anwendbar und besonders geeignet für eine Verwendung mit den Techniken Datenerfassen beim Bohren (logging-while-drilling, LWD), Messen beim Bohren (measurement-while-drilling, MWD) und beim richtungsgesteuerten Bohren, das auch als Geo-steering bezeichnet wird.
Auf dem Gebiet der unterirdischen Untersuchung sind elektromagnetische Datenerfassungswerkzeuge, sogenannte Logging-Werkzeuge, für viele Jahre verwendet worden. Diese Datenerfassungswerkzeuge weisen jeweils einen langgestreckten Träger auf, der mit Antennen versehen ist, die als Quellen, d.h. Sender, oder Sensoren, d.h. Empfänger, betreibbar sind. Die Antennen sind üblicherweise als Schleifen oder Spulen leitfähigen Drahts ausgestaltet. Im Betrieb wird eine Sendeantenne durch einen Wechselstrom mit Energie versorgt, um elektromagnetische Energie durch Bohrlochfluid, also den Bohrschlamm, in die umgebenden Formationen auszusenden. Die ausgesendete Energie wechselwirkt mit dem Bohrloch und der Formation, um Signale zu erzeugen, die von einer oder mehreren Empfangsantennen erfaßt und gemessen werden. Die erfaßten Signale spiegeln die Wechselwirkung mit dem Bohrschlamm und der Formation wieder. Die Messungen werden aber auch durch ein Eindringen von Schlammfiltrat beeinflußt, wodurch die Eigenschaften eines Gesteins in der Nähe des Bohrlochs verändert werden. Durch Verarbeiten der erfaßten Signale wird ein Bericht (Log) oder ein Profil der Eigenschaften der Formation und/oder des Bohrlochs erzeugt.
Das Verarbeiten der gemessenen Parameter wird mittels eines als Inversionstechnik bekannten Verfahrens durchgeführt. Dabei wird eine anfängliche Schätzung oder ein Modell der Geometrie von Formationen und der Eigenschaften der Formationen, die das Datenerfassungswerkzeug umgeben, gebildet. Die anfänglichen Parameter des Modells können auf verschiedene bekannte Arten abgeleitet werden. Basierend auf dem Modell wird eine erwartete Antwort des Datenerfassungswerkzeugs berechnet. Die berechnete erwartete Antwort wird dann mit der gemessenen Antwort des Datenerfassungswerkzeugs verglichen. Unterschiede zwischen der berechneten und der gemessenen Antwort werden verwendet, um die Parameter des anfänglichen Modells einzustellen. Das eingestellte Modell wird dann erneut verwendet, um eine erwartete Antwort des Datenerfassungswerkzeugs zu berechnen. Die erwartete Antwort für das eingestellte Modell wird mit der gemessenen Antwort verglichen, und eine Differenz dazwischen wird zum erneuten Einstellen des Modells verwendet. Dies wird im allgemeinen so lange wiederholt, bis die Unterschiede zwischen der erwarteten und der gemessenen Antwort einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreiten. Moderne Inversionstechniken sind beispielsweise in US 6 594 584 beschrieben.

Die Plazierung eines Bohrlochs in Echtzeit unter Verwendung von Messungen der Resistivität ist in der Industrie seit der Verfügbarkeit von LWD- und MWD-Werkzeugen verwendet worden. Dies wird gemeinhin als Geo-steering oder Geosteuern bezeichnet. Beim Geosteuern wird durch Korrelation von Merkmalen in einem Resistivitätsbericht eine Schätzung der Bohrlochposition in Bezug auf bekannte geologische Markierungen in Echtzeit durchgeführt. Wegen der üblichen nahen Plazierung von Resistivitätssensoren eines LWD-Werkzeugs entlang der Schwerstange wird nur eine begrenzte radiale Empfindlichkeit erreicht, wodurch das Ausmaß der Kenntnis und Schätzung des geologischen Formationsmodells beschränkt sind. Eine tiefere radiale Empfindlichkeit kann nur durch Verwenden von Sensoren mit Abständen zwischen Sender und Empfänger in der Größenordnung von zehn Metern erhalten werden.

Schlumberger's LWD-Ultra-Deep-Resistivity-(UDR)-Induktionswerkzeug mit großen Abständen zwischen Sender und Empfänger in der Größenordnung von zehn Metern ist erfolgreich getestet worden. Eine Anwendung dieses Induktionswerkzeugs lag in der Bestimmung des Orts eines Öl-Wasser-Kontakts 7 bis 11 m entfernt vom Bohrweg. US 6 188 222 und US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 10/707 985 beschreiben das Induktionswerkzeug und seine Verwendung genauer.

Die Grundkonfiguration des LWD-UDR-Induktionswerkzeugs umfaßt zwei unabhängige Bohr-Unteranordnungen, nämlich einen Sender und einen Empfänger, die in einer Bohrlochbodenanordnung (bottom hole assembly, BHA) mit anderen Bohrwerkzeugen angeordnet werden, um einen großen Abstand zwischen Sender und Empfänger zu ermöglichen. Die mit diesem Induktionswerkzeug erhaltenen Grundmessungen bestehen aus Induktionsamplituden bei verschiedenen Frequenzen, um eine Erfassung verschiedener Formationsschichtgrenzen mit Resistivitätskontrasten, die einen weiten Bereich von Resistivitäten aufweisen, zu ermöglichen. Die Messungen werden verwendet, um eine Inversion für ein optimales parametrisiertes Formationsmodell durchzuführen, das die beste Übereinstimmung zwischen den tatsächlichen Messungen und den erwarteten Messungen für das Induktionswerkzeug einem derartigen Formationsmodell liefert.

1 zeigt ein beispielhaftes MWD-Werkzeug bei seiner Verwendung. In der in 1 dargestellten Konfiguration umfaßt ein Bohrstrang 10 im allgemeinen einen Mitnehmer 8, Längen eines Bohrgestänges 11 und Schwerstangen 12, die in einem Bohrloch 13, das durch eine Formation 9 in der Erde gebohrt wird, aufgehängt dargestellt sind. Ein Bohrkopf 14 im unteren Ende des Bohrstrangs 10 wird durch eine Antriebswelle 15 gedreht, die mit einer Bohrmotoranordnung 16 verbunden ist. Der Motor der Bohrmotoranordnung 16 wird durch Bohrschlamm angetrieben, der durch die Bohrung im Inneren des Bohrstrangs 10 nach unten und über einen Ringraum 13a wieder zurück an die Oberfläche umläuft. Die Bohrmotoranordnung 16 umfaßt einen Leistungsabschnitt, beispielsweise einen Rotor/Stator oder eine Turbine, der den Bohrkopf 14 dreht, sowie ein gebogenes Gehäuse 17, das an seinem Biegepunkt einen kleinen Biegewinkel liefert, der dazu führt, daß das Bohrloch 13 in der Ebene des Biegewinkels gekrümmt ist und allmählich eine neue Bohrlochneigung einnimmt. Das gebogene Gehäuse 17 kann eine Vorrichtung mit einem festen Winkel oder eine an der Oberfläche einstellbare Anordnung sein. Das Gehäuse 17 kann auch eine im Bohrloch einstellbare Anordnung sein, vgl. z.B. US 5 117 927 . Alternativ hierzu kann die Bohrmotoranordnung 16 ein gerades Gehäuse aufweisen und zusammen mit einem bekannten gebogenen Unterabschnitt verwendet und oberhalb der Bohrmotoranordnung 16 im Bohrstrang angeordnet werden, um den Biegungswinkel zu schaffen.

Oberhalb der Bohrmotoranordnung 16 ist hier ein übliches MWD-Werkzeug 18 vorgesehen, das Sensoren aufweist, die verschiedene Bohrlochparameter messen. Zu den Arten von vom MWD-Werkzeug 18 gemessenen Parametern gehören Bohrparameter, Bohrkopfparameter und Formationsparameter. Die Bohrparameter umfassen die Richtung und die Neigung der Bohrlochbodenanordnung. Die Bohrkopfparameter umfassen Messungen wie etwa das auf den Bohrkopf wirkende Gewicht (weight on bit, WOB), das auf den Bohrkopf wirkende Drehmoment und die Geschwindigkeit der Antriebswelle. Die Formationsparameter umfassen Messungen wie etwa die natürlich Emission von Gammastrahlen, die Resistivität einer Formation (EM) und andere Parameter, die die Formation kennzeichnen. Von dem MWD-Werkzeug oder MWD-System aufgenommene Meßsignale, die für diese Parameter und Eigenschaften kennzeichnend sind, werden durch Sender in Echtzeit an die Erdoberfläche übertragen oder zur Verwendung, wenn die Bohrlochbodenanordnung an die Erdoberfläche zurückgebracht wird, in einem Speicher gespeichert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung, ein Werkzeug und ein Verfahren zum Messen der Resistivität in einem Bohrloch sowie ein Verfahren zum Aufbau der Anordnung und ein Verfahren zum Steuern einer Bohrrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, 12, 22, 32 bzw. 34 zu schaffen, die verbessert sind, und insbesondere tief lesende Resistivitätswerkzeuge zu schaffen, die beim Geosteuern und/oder bei anderen Anwendungen verwendbar sind.

Diese Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 1, 12, 22, 32 bzw. 34 gelöst.

Hierdurch wird unter anderem eine Anordnung zum Messen der Resistivität in einem Bohrloch geschaffen, die ein Sendermodul und ein Empfängermodul umfaßt. Die Module können jeweils wenigstens eine Antennenwindung oder -spule aufweisen, bei der die Ausrichtung des magnetischen Moments nicht auf die Längsrichtung des Werkzeugs beschränkt ist. In dem Fall, daß mehr als eine Antenne vorgesehen ist, können alle Richtungsvektoren der Antennen linear unabhängig sein. Ein Satz von Vektoren ist dann linear unabhängig, wenn die Matrix, die aus einer horizontalen Verkettung der Vektorkomponenten gebildet ist, einen Rang aufweist, der gleich der Anzahl von Vektoren ist.

Ausführungsformen der Erfindung betreffen Anordnungen zum Messen der Resistivität in einem Bohrloch mit verbesserten Eigenschaften. Einige Ausführungsformen der Erfindung betreffen Verfahren zum Verwenden dieser Anordnungen oder von Werkzeugen mit diesen Anordnungen bei der Beurteilung einer Formation. Ausführungsformen der Erfindung können eine Inversion für kompliziertere Formationsmodelle, d.h. Formationsmodelle mit mehreren Parametern, zulassen, und/oder die Robustheit der Inversion der Resistivitätsmessung erhöhen, d.h. die Unsicherheit verringern. Einige Ausführungsformen der Erfindung können die Flexibilität der Beurteilung einer Resistivität einer Formation dadurch erhöhen, daß mehr Messungen geliefert werden, von denen jede unterschiedliche Antworten auf unterschiedliche Formationsmodelle haben kann.

Einige Ausführungsformen der Erfindung schaffen Anordnungen zum Messen der Resistivität mit einem modularen Aufbau. Der modulare Aufbau erleichtert den Aufbau unterschiedlicher Konfigurationen von Werkzeugen für verschiedene Meßanforderungen. Beispielsweise können mehr Untersuchungstiefen (depth of investigation, DOI) dadurch erhalten werden, daß die Anzahl von Sender/Empfänger-Kombinationen erhöht wird, z.B. in einer Ausführungsform mit vier Sendern und einem Empfänger, wodurch vier Sender-Empfänger-Anordnungen gebildet werden.

Einige Ausführungsformen können Antennen aufweisen, die als Sendeempfänger, d.h. als Sender und als Empfänger, verwendbar sind. Hierdurch wird die Flexibilität in Bezug auf die Konfiguration eines Werkzeugs zur Verwendung im Bohrloch erhöht. In dieser Ausführungsform kann bei gleicher Anzahl von Modulen eine größere Anzahl von Sender/Empfänger-Kombinationen erzielt werden. Ferner kann eine Symmetrisierung gerichteter Messungen erreicht werden, ohne, wie in US 2003/0085707 A1 beschrieben, die Länge des Werkzeugs zu vergrößern.

In einigen Ausführungsformen betrifft die Erfindung Werkzeuge mit einem Sendermodul oder einer Senderunteranordnung, das bzw. die in großer Entfernung zum Empfänger angeordnet ist, beispielsweise größer als 90 Fuß, entsprechend etwa 27,5 m, um eine selektive Empfindlichkeit in Bezug auf die Reservoirkomplexität zu ermöglichen. Hierbei kann ein unabhängig stromversorgtes Sendermodul, oder eine Senderuntereinheit, außerhalb und gegebenenfalls weit weg von einer gewöhnlichen Bohrlochbodenanordnung angeordnet sein.

Einige Ausführungsformen betreffen eine Anordnung eines Senders am, im oder sehr nahe beim Bohrkopf zum Vorschauen. Hierbei können System- und Datenkommunikationsfähigkeiten vorgesehen sein, die unabhängig stromversorgt sind.

Es kann vorgesehen sein, daß wenigstens ein Modul in einem separaten Bohrloch angeordnet ist.

Einige Ausführungsformen der Erfindung betreffen Verfahren zum Beurteilen der Resistivität einer Formation unter Verwendung von Meßfrequenzen, die auf die erwartete Formation zugeschnitten sind. Der Frequenzbereich kann beispielsweise bis zu 200 kHz betragen.

Einige Ausführungsformen der Erfindung betreffen eine Kombination von Modulen mit bestehenden LWD-basierten Anordnungen zum Messen der Resistivität.

Einige Ausführungsformen der Erfindung betreffen Spulen, die mehrere Windungen aufweisen, um die Verwendung derselben Antenne für einen weiten Bereich von Frequenzen zu ermöglichen. Hierbei können die Windungen parallel- oder in Reihe geschaltet sein.

Einige Ausführungsformen betreffen eine Erweiterung der Amplitudenmessung auf Phase, relative Phase und Amplitude sowie Phasenverschiebung und Dämpfung (Ausbreitung), wofür ein Modul oder eine Unteranordnung zwei Empfängerantennen mit verhältnismäßig großem Abstand in der Größenordnung von 10 Fuß, entsprechend etwa 3 m, erfordern.

Einige Ausführungsformen betreffen eine Implementierung gerichteter Antennen, die gemeinsam oder eng beieinander angeordnet sind, mit oder ohne metallische Abschirmungen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen zu entnehmen.
1 zeigt einen bekannten Bohrturm mit einem Bohrstrang, der mit einer Ausführungsform der Erfindung verwendbar ist.
2, 3 zeigen jeweils eine Anordnung zum Messen der Resistivität.
4 zeigt Beispiele der Untersuchungstiefe für eine Amplitudenmessung mit 10 kHz, die unter verschiedenen Abständen zwischen Sender und Empfänger erhalten worden ist.
5, 6 zeigen jeweils weitere Ausführungsformen einer Anordnung zum Messen der Resistivität.
7A, 7B zeigen Amplitudenantworten bekannter Anordnungen zum Messen der Resistivität.
7C, 7D zeigen Amplitudenantworten erfindungsgemäßer Anordnungen zum Messen der Resistivität.
8 illustriert ein Sequenzverfahren.
9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Anordnung zum Messen der Resistivität.
10 illustriert ein Antennenmodul.
11A bis 11F zeigen verschiedene Messungen mit Resistivitätskontrast für eine ebene Grenze.
Nachfolgend wird zunächst der modulare Aufbau beschrieben.
Eine Anordnung zum Messen der Resistivität ist hier eine Konfiguration mit zumindest einem Empfängermodul und zumindest einem Sendermodul, die an verschiedenen Stellen an einem Bohrstrang befestigt sind. Der modulare Aufbau ermöglicht, daß Sender- und Empfängerantennen an verschiedenen Stellen in einer Bohrlochbodenanordnung oder an Stellen im Bohrstrang oberhalb der Bohrlochbodenanordnung angeordnet werden können. Beispielsweise zeigt 2 eine Anordnung mit vier Sendermodulen 21, 22, 23, 24 und einem Empfängermodul 25, die zusammen mit anderen LWD- oder MWD-Werkzeugen 27, 28, 29, 30 in einer Bohrlochbodenanordnung angeordnet sind. Durch Einsetzen von Sender- und/oder Empfängermodulen an verschiedenen Stellen einer üblichen Bohrlochbodenanordnung, wie in 2 dargestellt, oder einem Bohrstrang, können bestimmte Tiefen für eine Untersuchung implementiert werden, um den Inversionsprozeß für das Formationsmodell zu optimieren, der solche "tiefen" Resistivitätsmessungen verwendet. Beispielsweise kann das Sendermodul 21 etwa 90 bis 100 Fuß, entsprechend etwa 27,5 bis 30,5 m, vom Empfängermodul 25 beabstandet sein. Zudem kann zumindest ein Modul in einem benachbarten Bohrloch angeordnet werden, um eine Anordnung mit großem Abstand zu schaffen.
Aus der vorgenannten US-Patentanmeldung Nr. 10/707985 ist eine "ultratiefe" Anordnung zum "ultra-tiefen" Messen der Resistivität bekannt, die Sender- und Empfängermodule umfassen kann. Diese Anmeldung beschreibt das Verhältnis zwischen der Tiefe der Untersuchung (depth of investigation, DOI) und dem Abstand zwischen einer Senderantenne und einer entsprechenden Empfängerantenne, wobei die Beziehung derart ist, daß größere Abstände zu einer entsprechenden Erhöhung der DOI führen. Die Erfinder haben erkannt, daß diese Beziehung stimmt, wobei jedoch eine Vergrößerung des Abstands die Fähigkeit für einen Empfänger, Signale von einem Sender aufzunehmen und zu koppeln, erschwert wird. In Ausführungsformen kann eine tri-axiale (dreiaxiale) Antenne in einem Sender- oder Empfängermodul verwendet werden, wobei ein derartiges Modul drei Antennen aufweist, deren magnetische Momente in drei verschiedene Richtungen zeigen. Durch die dreiaxiale Antenne wird sichergestellt, daß zumindest einige der transversalen Komponenten der dreiaxialen Antenne eine wesentliche Kopplung mit der transversalen Komponente eines entsprechenden Senders oder Empfängers bilden können. Die Verwendung eines Sendeempfängers oder Empfängers mit einer dreiaxialen Antenne ist vorteilhaft, weil es schwierig ist, beim Zusammenbau des Bohrstrangs sicherzustellen, daß ein Sender mit einer einzigen Antenne mit einem Empfänger mit einer einzigen Antenne ausgerichtet ist, wobei sich die Schwierigkeit mit steigendem Abstand vergrößert. Bei einem Sendeempfänger oder Empfänger mit einer dreiaxialen Antenne gibt es hingegen immer eine Komponente, die im wesentlichen mit dem magnetischen Moment eines entsprechenden Empfängers oder Sendeempfängers in der Anordnung ausgerichtet ist. Zudem ermöglichen dreiaxiale Antennen die Bestimmung von Eigenschaften der Formation wie etwa Neigungswinkel, Anisotropie, Schulterschichteffekte usw.
4 illustriert Beispiele der Untersuchungstiefe (depth of investigation, DOI) für eine 10 kHz-Amplitudenmessung mit Sender-Empfänger-Entfernungen von 10, 30, 60 und 90 Fuß, entsprechend etwa 3 m, 9,1 m, 18,2 m und 27,3 m, in Anwesenheit einer Grenze mit einem Resistivitätskontrast von 1 bis 10 Ohm. Es wird angenommen, daß der Bohrstrang und damit die Anordnung zum Messen der Resistivität parallel zur Grenze und unter verschiedenen Entfernungen zur Grenze beabstandet ist. Wie in 4 dargestellt, ist die Anordnung mit 10 Fuß, entsprechend etwa 3 m, Abstand in Bezug auf die Grenze nicht sehr empfindlich. In der Umgebung der Grenze treten nur geringe Größenänderungen auf. Die Anordnung mit 30 Fuß, entsprechend etwa 9,1 m, ist empfindlicher und zeigt einen deutlichen Übergang an der Grenze. Die Anordnung mit 60 Fuß, entsprechend etwa 18,2 m, ist noch empfindlicher und zeigt einen sehr deutlichen Übergang der Resistivität im Bereich um die Grenze. Bei diesem Abstand zwischen Sender und Empfänger beginnt die Änderung der Signalgröße in einer Entfernung von etwa 20 bis 40 Fuß, entsprechend etwa 6 bis 12 m, von der Grenze. Bei der Anordnung mit 90 Fuß, entsprechend etwa 27,3 m oder rund 27,5 m, ist die Änderung der Signalgröße sogar noch stärker. Ersichtlich ermöglicht die Kombination verschiedener DOIs Differenzierungen geologischer Formationen bei verschiedenen radialen Abständen. Der modulare Aufbau macht eine Konfiguration des Werkzeugs für verschiedene Abstände in der Anordnung einfach. Ferner erhöht die Verwendung einer oder mehrerer dreiaxialer Antennen als Sender und/oder Empfänger den erreichbaren Abstand, wodurch eine entsprechende Erhöhung der DOI geschaffen wird.
Nachfolgend wird die Verwendung modularer Untereinheiten als Sendeempfänger beschrieben.
Einige Ausführungsformen betreffen Anordnungen zum Messen der Resistivität mit Sendeempfänger-Antennen. Diese Antennen sind nicht als getrennte Sender oder Empfänger ausgestaltet. Stattdessen kann dieselbe Antenne sowohl als Sender als auch als Empfänger wirken. Diese Verbesserung ist nicht nur ökonomisch vorteilhaft, sondern ermöglicht darüber hinaus eine größere DOI für die gleiche Anzahl von Modulen oder Untereinheiten, wie es in 3 illustriert ist.
Das in 3 illustrierte zusammengebaute Werkzeug umfaßt drei Module 41, 42, 43, die zwei Anordnungen mit Abstand D bzw. D × 2 bilden. Da die Antennen der Module 41 und 43 hier als Sender oder als Empfänger arbeiten können, ist in dieser Konfiguration zudem eine dritte Anordnung mit einem Abstand D × 3 verfügbar. Zudem können mit den Sendeempfänger-Antennen gerichtete Messungen durchgeführt werden, ohne die Notwendigkeit, daß sowohl Sender als auch Empfänger zu einem gemeinsamen Bohrlochwerkzeug gehören. Beispielsweise kann zuerst ein Satz symmetrisierter Messungen mit der Antenne 41 als Sender und der Antenne 43 als Empfänger erhalten werden, und anschließend mit der Antenne 43 als Sender und der Antenne 41 als Empfänger.
Nachfolgend wird die Verwendung entfernter Unteranordnungen als Sende/Sendeempfänger beschrieben.
Einige Ausführungsformen betreffen Werkzeuge, bei denen Unteranordnungen mit Antennen weit von anderen Werkzeugen, beispielsweise den Empfängern oder Sendern, der Bohrlochbodenanordnung angeordnet sind. Bohrlöcher weisen häufig Krümmungen und Biegungen auf, die die praktikable Länge einer Bohrlochbodenanordnung beschränken. Übliche Werkzeuge zum Messen der Resistivität können daher Sender und Empfänger nicht weiter voneinander beabstandet haben, als die praktikable Längenbegrenzung der Bohrlochbodenanordnung, die etwa 150 Fuß, entsprechend etwa 45,5 m, beträgt. Derartige Werkzeuge können die DOI, die erforderlich ist, wenn ein Bohrlochweg in einem Reservoir verläuft, das eine Dicke aufweist, die die größtmögliche praktikable Länge einer standardmäßigen Bohrwerkzeuganordnung überschreitet, nicht liefern.
5 illustriert eine weitere Ausführungsform einer Anordnung zum Messen der Resistivität. Die dargestellte Anordnung umfaßt eine bekannte UDR 51 in der Bohrlochbodenanordnung. Die UDR 51 umfaßt drei Antennen 52, 53, 54, die Sender-, Empfänger- oder Sendeempfänger-Antennen sein können. Weiter oben im Bohrstrang umfaßt die Anordnung auch ein entferntes Modul 55, das einen Sender, einen Empfänger oder einen Sendeempfänger umfaßt. Die Antenne im entfernten Modul 55 kann mit einer der Antennen 52, 53, 54 verwendet werden, um eine Anordnung mit einem großen Abstand zu bilden. Durch Verwenden eines entfernten Moduls 55 zusammen mit anderen üblichen Werkzeugen zum Messen der Resistivität in der Bohrlochbodenanordnung können die Abstände zwischen Sendern und Empfängern, d.h. der Anordnungsabstand, auf eine beliebige gewünschte Entfernung eingestellt werden. Das entfernte Modul 55 kann unabhängig stromversorgt sein. Ferner kann das entfernte Modul 55 beispielsweise durch drahtlose Telemetrie betrieben werden. Es kann vorgesehen sein, daß zwischen dem entfernten Modul 55 und wenigstens einer der Antennen 52, 53, 54 wenigstens eine Schwerstange 63 angeordnet ist.
Der Ort des entfernten Moduls 55 kann so gewählt sein, daß er größenordnungsmäßig der Dicke des Reservoirs entspricht, oder diese übersteigt. Mit einem Anordnungsabstand in der Größenordnung der Dicke des Reservoirs, oder einem größeren Anordnungsabstand, sind bestimmte Vorteile verbunden, die üblichen Werkzeugen zum Messen der Resistivität sonst verwährt sind.
Beispielsweise illustrieren 7C, 7D, daß die Amplitudenantworten einer langen Anordnung, bei der der Abstand größenordnungsmäßig der Schichtdicke entspricht und hier etwa 130 Fuß, entsprechend etwa 39,5 m, beträgt, viel einfacher und klarer zeigen, wo die Schichtgrenzen sind. Die Antworten dieser extralangen Anordnung sind insbesondere bei niedrigen Frequenzen unempfindlich in Bezug auf die innere Komplexität des Reservoirs. Im Gegensatz hierzu sind die in 7A, 7B dargestellten Amplitudenantworten üblicher bekannter Anordnungen zum Messen der Resistivität, bei denen der Abstand kleiner als die Schichtdicke, hier 130 Fuß, entsprechend etwa 39,5 m, ist, empfindlicher in Bezug auf Änderungen der Resistivität in der Schicht und weniger empfindlich in Bezug auf Schichtgrenzen. Die Ergebnisse der 7A bis 7D zeigen, daß Sensorabstände (Anordnungsabstände) und Betriebsfrequenzen basierend auf den Eigenschaften des Reservoirs, das gebohrt wird, beispielsweise auf der erwarteten Schichtdicke oder dem Verhältnis zwischen der Resistivität der untersten Reservoirschicht und der Resistivität des Huts und des Reservoirbodens, vorteilhaft auswählbar sind.
Nachfolgend wird das Vorschauen mit Unteranordnungen am Bohrkopf beschrieben.
Einige Ausführungsformen betreffen Werkzeuge zum Messen der Resistivität, die zum Vorschauen geeignet sind. Erfindungsgemäß kann eine Unteranordnung auf ähnliche Weise, wie es in US 6 057 784 beschrieben ist, in der Nähe des Bohrkopfs angeordnet werden. Zudem kann eine Antenne an einem steuerbaren Drehwerkzeug oder direkt in einem Bohrkopf angeordnet werden. Durch Anordnen eines Sendeempfängers am Bohrkopf wird der Meßpunkt für die Resistivität, der in etwa in der Mitte des Abstandes zwischen jedem Sender/Empfänger-Paar genommen wird, näher an den Bohrkopf geschoben, so daß während des Bohrens eine kürzere Reaktionszeit ermöglicht wird. Hierdurch kann schneller eine Echtzeitmaßnahme getroffen werden, um das Bohrloch basierend auf geologischen Eigenschaften oder Ereignissen zu setzen. Zudem ist ein Vorschauen des Bohrkopfs auch durch Verwenden des Antwortschwanzes, der sich über ein Resistivitätssensorpaar hinaus erstreckt, des Werkzeuges möglich.
Das in 6 dargestellte Werkzeug 70 zum Messen der Resistivität umfaßt einen Bohrkopf 14 an einem Ende eines Bohrstrangs. Eine Antenne 73, die eine Sender- oder eine Empfängerantenne sein kann, ist am Bohrstrang benachbart zum Bohrkopf 14 angeordnet. Zudem umfaßt die dargestellte Anordnung eine UDR 51 mit drei Sendeempfänger-Modulen 52, 53, 54, die jeweils als Empfänger oder als Sender wirken können. Anstelle der drei in diesem Beispiel dargestellten Module können auch mehr oder weniger Module verwendet werden. Ferner können anstelle der Sendeempfänger-Module Empfänger- oder Sendermodule verwendet werden. Es kann vorgesehen sein, daß die Antenne 73 eine Komponente des Bohrkopfs 14 ist.
Die Antenne 73 in der Nähe des Bohrkopfs 14 weist ein magnetisches Moment auf, das nicht longitudinal ist, d.h. das magnetische Moment der Antenne 73 befindet sich nicht in einer Richtung parallel zur Achse des Bohrstrangs. Das nicht longitudinale magnetische Moment der Antenne 73 stellt sicher, daß die Antenne 73 eine Komponente eines magnetischen Moments in der transversalen Richtung aufweist, d.h. in der Richtung senkrecht zur Achse des Bohrstrangs. Zudem umfaßt wenigstens eines der Sendeempfänger-Module, beispielsweise 52, 53, 54, eine dreiaxiale Antenne, bei der drei Antennen magnetische Momente in drei verschiedenen Richtungen aufweisen. Gegebenenfalls weisen die drei Antennen magnetische Momente in drei zueinander senkrechten Richtungen auf. Das Modul mit der dreiaxialen Antenne stellt sicher, daß zumindest einige der transversalen Komponenten der dreiaxialen Antenne eine ausreichende Kopplung mit der transversalen Komponente der dem Bohrkopf 14 benachbarten Antenne 73 bilden können. Die Antenne 73 kann ein Sender, ein Empfänger oder ein Sendeempfänger sein. Vorzugsweise ist die Antenne 73 ein Sender, da ein Empfänger infolge Vibration und Erschütterung oder eines gegebenenfalls vorhandenen steuerbaren Drehwerkzeugs hoher Leistung mehr oder stärkeren elektrischen Lärm aufnehmen könnte. Hierdurch kann die Bohrmotoranordnung 16, die angetriebene Steuerkomponenten aufweist, eine Empfänger-Antenne stören.
Nachfolgend wird die Mehrfrequenzmessung beschrieben.
Einige Ausführungsformen betreffen Werkzeuge und Verfahren, die mehrere Frequenzen zum Messen der Resistivität verwenden. Hierbei können Frequenzen ausgewählt werden, um das Frequenzspektrum wirksamer abzudecken, damit die Genauigkeit der Inversion und die Flexibilität von tiefen Resistivitätsmessungen verbessert werden. Beispielsweise können Messungen mit einer Verteilung von drei oder mehr Frequenzen pro Dekade erfaßt werden. Die Frequenzen können eingestellt oder automatisch ausgewählt werden, entweder vor dem Bohren oder während des Bohrens, um eine optimale Inversion zu schaffen. Eine Kombination des Sender/Empfänger-Abstands mit der Frequenz ist bei der Bestimmung äußerer Reservoirgrenzen mit komplexen inneren Schichten zweckmäßig. Eine Kombination des Abstands mit der Frequenz wird vorzugsweise gewählt, um die folgenden Gleichungen für eine größtmögliche Empfindlichkeit zu berücksichtigen.
Der Ausbreitungskoeffizient k wird hier als k² = εμω² + iσμω definiert, wobei ε die elektromagnetische Dieelektrizitätskonstante, μ die elektromagnetische Permeabilität, σ die Leitfähigkeit und ω die Kreisfrequenz ist. Gewünscht ist |k|·L ∊ [0,1;10], wobei L den Sender/Empfänder-Abstand bezeichnet. Die Frequenzen werden vorzugsweise so gewählt, daß sie diesem Kriterium entsprechen.
Die Mehrfrequenzmessungen können unter Verwendung einer beliebigen bekannten Implementierung effizient durchgeführt werden. Beispielsweise zeigt 8 eine Resistivitätsmeßsequenz für eine Mehrfrequenzmessung. Im in 8 illustrierten Schema wird angenommen, daß alle gesendeten Impulse (TX) eine kontrollierte Amplitude aufweisen. Ferner ist klar, daß in der in 8 illustrierten Implementierung ein einzelner Impuls so implementiert sein kann, daß er zwei oder mehr Frequenzen trägt. Signalmessungen können durch Messen der tatsächlichen Spannungen, wie sie von den Empfängern erfaßt werden, durchgeführt werden. Alternativ hierzu können die Signale als Differenzsignale zwischen Paaren von Impulsen verschiedener Frequenzen gemessen werden.
Nachfolgend wird die Kombination von Unteranordnungen mit bestehenden LWD-Werkzeugen beschrieben.
Einige Ausführungsformen betreffen Anordnungen zum Messen der Resistivität mit entfernten Unteranordnungen, wie vorstehend beschrieben, mit anderen üblichen Werkzeugen zum Messen der Resistivität. Beispielsweise illustriert 9 ein Werkzeug mit zwei entfernten Sender-Modulen 55A, 55B oder -Unteranordnungen, sowie ein übliches LWD-Werkzeug zum Messen der Resistivität, das als Empfänger für die entfernten Sender-Module 55A, 55B dienen kann, um Anordnungen zum Messen der Resistivität zu schaffen, deren Abstände viel größer sind, als diejenigen, die mit üblichen Anordnungen zum Messen der Resistivität erreichbar sind. Hierbei ist ein beliebiges übliches Werkzeug zum Messen der Resistivität mit einer Antenne oder mehreren Antennen zum Empfangen von Resistivitätssignalen wie hier beschrieben in Kombination mit entfernten Unteranordnungen, die als Sender arbeiten, verwendbar. Die Option, Sender-Module in Kombination mit einem bestehenden "oberflächlich" messenden LWD-Werkzeug unter Verwendung der Resistivitätsantenne davon als "tief" messende Resistivitäts-Empfänger zu betreiben, ermöglicht die Rationalisierung von Aktivposten sowie integrierte Meßfähigkeiten.
Nachfolgend werden Antennen mit mehreren Windungen beschrieben.
Einige Ausführungsformen betreffen Antennen, die in einem weiten Frequenzbereich effizient verwendbar sind. Wenn eine Antenne verwendet wird, um ein Resistivitätssignal bei einer bestimmten Frequenz zu übertragen, arbeitet die Antenne am wirksamsten, wenn die Frequenz unterhalb der Selbstresonanzfrequenz der Antenne ist. Daher kann, wenn eine bestimmte Antenne in einem weiten Frequenzbereich eingesetzt wird, die Antenne in bestimmten Frequenz bereichen nicht effizient arbeiten. Beispielsweise sollte zum Übertragen bei der höchsten Frequenz die Anzahl von Windungen in der Antenne niedrig genug sein, um unterhalb der Seibstresonanz der Spule zu sein. Andererseits sollte für eine optimale Übertragung bei niedrigeren Frequenzen die Anzahl von Windungen erhöht sein. Daher weisen übliche Antennen häufig eine Anzahl von Windungen auf, die einen Kompromiß für den beabsichtigten Betriebsfrequenzbereich darstellen.
Eine Antenne kann dabei mehrere Lagen von Windungen aufweisen, wobei jede der Lagen entweder für eine hohe Frequenz parallel oder für eine niedrigere Frequenz in Reihe verdrahtet ist, um die Impedanzlast der Antenne wirksam zu balancieren, wenn sie mit einer Gleichspannung betrieben wird. Ein Umschalten zwischen reihen- und parallelgeschalteten Konfigurationen kann elektronisch gesteuert werden.
In 10 ist eine Ausführungsform einer derartigen Antenne dargestellt. Spulenlagen 101A bis 101C sind hier entweder in Reihe geschaltet, um die Anzahl von Windungen bei der Übertragung bei niedrigen Frequenzen, beispielsweise im Bereich um ein kHz herum, zu maximieren, oder sind für einen höheren Frequenzbereich, beispielsweise 100 kHz, parallel geschaltet. Die Spulenlagen 101A bis 101C sind um einen Kern 102 gewickelt. Gegebenenfalls sind mehrere Lagen von Spulen oder Windungen vorgesehen, um eine genauere Abstimmung der Leistungsfähigkeit der Antenne zu ermöglichen.
Nachfolgend wird die Erweiterung auf andere Techniken zum Messen der Resistivität beschrieben.
Übliche tiefe Messungen der Resistivität, wie sie beispielsweise in US 6 188 222 beschrieben sind, basieren auf Induktionsmechanismen und messen Signalamplituden, nicht jedoch Phasen, Phasenverschiebungen oder Dämpfungen. Einige Ausführungsformen der Erfindung betreffen tiefe Resistivitätsmessungen basierend auf Ausbreitungsmechanismen und messen Phasenverschiebungen und Dämpfungen, d.h. Differenzmessungen, durch Einführen einer zusätzlichen Empfänger-Antenne mit einem Abstand zwischen dem Empfängerpaar in der Größenordnung von 5 bis 10 Fuß, entsprechend etwa 1,5 bis 3 m, was erheblich länger ist, als der Abstand in einem üblichen Ausbreitungswerkzeug, der normalerweise auf weniger als 1 Fuß, entsprechend etwa 0,3 m, beschränkt ist. Der größere Abstand zwischen dem Empfängerpaar ist wegen der niedrigeren Frequenzen, die für tiefe elektromagnetische Messungen verwendet werden und beispielsweise 1 bis 200 kHz betragen, wünschenswert. Ein Abstand zwischen den Empfängerpaaren in der Größenordnung von 5 bis 10 Fuß, entsprechend etwa 1,5 bis 3 m, würde sicherstellen, daß die kleinste meßbare Phasenverschiebung im Bereich von etwa 0,1 Grad bleibt.
Zusätzlich zur Verwendung eines Paars von Empfängern können Differenzmessungen in Phase und Amplitude, d.h. Phasenverschiebungen und Dämpfungen, mit einem geeigneten Impulsschema, beispielsweise dem in 8 dargestellten, ebenfalls durchgeführt werden. Das in 8 dargestellte Schema kann einen oder gegebenenfalls mehrere der übertragenen Impulse bei einer bestimmten Frequenz als Zeitreferenz verwenden. Unter der Annahme einer konstanten Phasenreferenz, oder Zeitreferenz, zwischen Impulsen im Impulszug, wobei diese Zeitdifferenz auch gemessen und beispielsweise über drahtlose Telemetrie an den Empfänger kommuniziert werden kann, kann die Phasenreferenz, oder Zeitdifferenz, für die empfangenen Impulszüge in Bezug auf den Referenzimpuls bestimmt werden.
Dieselbe Technik, d.h. Verwenden der Amplitude eines Referenzimpulses für einen Vergleich, kann auch auf das Amplitudenverhältnis zwischen jedem Impuls im Impulszug und den Referenzimpuls angewendet werden. In diesem Fall kann das Amplitudenverhältnis am Sender konstant gehalten oder gemessen werden. Diese differenzbasierte Technik in Bezug auf Impulsankunftszeit und Amplitudenverhältnis verringert die Abhängigkeit der Messungen von einer genauen Luftkalibrierung, wie sie für die Amplitudenmessungen erforderlich ist.
11A bis 11F zeigen beispielhaft verschiedene Messungen für eine ebene Grenze mit einem Resistivitätskontrast von 1 und 100 Ohm unter Verwendung eines Werkzeugs mit einem Sender/Empfänger-Abstand von 70 Fuß, entsprechend etwa 21,3 m. Das Werkzeug weist Sender- und Empfänger-Antennen auf, die longitudinale magnetische Momente aufweisen, d.h. magnetische Momente in einer Richtung, die parallel zur Längsachse des Werkzeugs verläuft.
11A und 11B zeigen Amplitudenmessungen bzw. relative Amplitudenmessungen bei verschiedenen Frequenzen. In 11B sind die relativen Amplitudenmessungen in Bezug auf die Amplitudenmessungen bei 2 kHz dargestellt. 11C und 11D zeigen Phasenmessungen bzw. relative Phasenmessungen bei verschiedenen Frequenzen. In 11D sind die relativen Phasenmessungen in Bezug auf die Phasenmessungen bei 2 kHz dargestellt.
11E und 11F zeigen Phasenverschiebungsmessungen bzw. Dämpfungen bei verschiedenen Frequenzen, gemessen mit einem Paar von Empfängern mit einem Abstand von 8 Fuß, entsprechend etwa 2,5 m. Mit einem derartigen Abstand können erhebliche Variationen in der Phasenverschiebung und der Dämpfung einfach beobachtet werden. Beide Messungen liefern einen weiteren Satz von Messungen mit verschiedenen Empfindlichkeiten, wodurch es möglich wird, mehr unabhängige Messungen während des Inversionsverfahrens zu benutzen.
Einige Ausführungsformen betreffen das sogenannte Geosteuern. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Geosteuern kann eine der vorstehend beschriebenen Anordnungen oder Werkzeuge zum Messen der Resistivität und/oder ein vorstehend beschriebenes Verfahren zum Messen verwenden, beispielsweise Mehrfrequenzmessungen, Verwendung eines Pulsschemas, usw.
Alle Messungen mit den vorbeschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können auf gerichtete Messungen übertragen werden. Gerichtete Messungen ermöglichen eine erweiterte Empfindlichkeit für Grenzen und verbessern den Inversionsprozeß entsprechend. Es kann vorgesehen sein, daß die Antenne oder die Antennen einen transversalen magnetischen Dipol kombiniert mit einer üblichen axialen Antenne aufweisen, um beide Messungen von derselben Antenne zu liefern. In einer dreiaxialen Antenne kann wie vorstehend beschrieben ein Abschnitt mit der Achse einer Bohrlochbodenanordnung ausgerichtet sein, während die anderen beiden Abschnitte mit Winkeln relativ hierzu angeordnet sind. Zudem können übliche Abschirmungen mit Ausführungsformen der Erfindung nach Bedarf implementiert werden. Die Antennen und gegebenenfalls die zugehörige Elektronik der erfindungsgemäßen Ausführungsformen können unter Verwendung einer der vielen bekannten Antennenentwurfs- und Verpackungsverfahren implementiert werden. Beispielsweise kann die in US 6 188 222 beschriebene Datenerfassungsvorrichtung verwendet werden, um die Erfindung zu implementieren.
Die Erfindung ist nicht auf das rein beispielhaft genannte Werkzeug zum Datenerfassen beim Bohren (logging-while-drilling, LWD) oder auf eine bestimmte Art des Bewegens im Bohrloch beschränkt. Ein erfindungsgemäßes Werkzeug kann daher beispielsweise auch beim Datenerfassen beim Bewegen (logging while tripping), beim Bohren mit einem Bohrgestänge von der Rolle (coil drilling), beim Datenerfassen durch den Bohrkopf, beim Einlagebohren, beim Verrohrungsbohren, usw. verwendet werden.

Claims

Anordnung zum Messen der Resistivität in einem Bohrloch (13), gekennzeichnet durch einen modularen Aufbau mit einem Sendermodul (21, 22, 23, 24) mit einer Antenne und Verbindern an beiden Enden, die zur Verbindung mit anderen Bohrlochwerkzeugen ausgestaltet sind, und mit einem Empfängermodul (25) mit einer Antenne und Verbindern an beiden Enden, die zum Verbinden mit anderen Bohrlochwerkzeugen ausgestaltet sind, wobei das Sendermodul (21, 22, 23, 24) und das Empfängermodul (25) an einem Bohrstrang (10) voneinander beabstandet angeordnet und durch wenigstens ein Bohrlochwerkzeug (27, 28, 29, 30) getrennt sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendermodul (21, 22, 23, 24) und das Empfängermodul (25) um eine Entfernung größer als etwa 27,5 m voneinander beabstandet sind.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne im Sendermodul (21, 22, 23, 24) und/oder im Empfängermodul (25) einen Sendeempfänger umfaßt.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendermodul (21, 22, 23, 24) oder das Empfängermodul (25) benachbart zu einem Bohrkopf (14) oder in einem Bohrkopf (14) an einem Ende eines Bohrstrangs (10) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne im Sendermodul (21, 22, 23, 24) oder im Empfängermodul (25) eine Solenoidspule umfaßt, die näherungsweise ein magnetisches Dipol ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendermodul (21, 22, 23, 24) und/oder das Empfängermodul (25) jeweils drei Antennen mit magnetischen Momenten in linear unabhängigen Richtungen aufweist.
Anordnung zum Messen der Resistivität in einem Bohrloch (13), gekennzeichnet durch einen modularen Aufbau mit einem Sendermodul (21, 22, 23, 24) mit einer Antenne und Verbindern an beiden Enden, die zum Verbinden mit anderen Bohrlochwerkzeugen ausgestaltet sind, und durch ein Empfängermodul (25) mit einer Antenne und Verbindern an beiden Enden, die zum Verbinden mit anderen Bohrlochwerkzeugen ausgestaltet sind, wobei das Sendermodul (21, 22, 23, 24) und das Empfängermodul (25) in getrennten Bohrlöchern (13) angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne im Sendermodul (21, 22, 23, 24) und/oder Empfängermodul (25) einen Sendeempfänger umfaßt.
Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendermodul (21, 22, 23, 24) oder das Empfängermodul (25) benachbart zu einem Bohrkopf (14) oder in einem Bohrkopf (14) an einem Ende eines Bohrstrangs (10) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne im Sendermodul (21, 22, 23, 24) oder im Empfängermodul (25) eine Solenoidspule umfaßt, die näherungsweise ein magnetisches Dipol ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendermodul (21, 22, 23, 24) und/oder das Empfängermodul (25) jeweils drei Antennen mit magnetischen Momenten in linear unabhängigen Richtungen aufweist.
Werkzeug zum Messen der Resistivität in einem Bohrloch (13), mit einem Werkzeugkörper, der zum Bewegen im Bohrloch (13) ausgestaltet ist, gekennzeichnet durch wenigstens drei am Werkzeugkörper angeordnete Module (41, 42, 43), die entlang einer Längsachse des Werkzeugkörpers nicht gleich beabstandet sind, so daß eine Kombination der drei Module (41, 42, 43) eine Anordnung zum Messen der Resistivität mit verschiedenen Abständen (D × 2, D × 3, D) umfaßt.
Werkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Modul (41, 42, 43) einen Sendeempfänger umfaßt.
Werkzeug nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Modul (41, 42, 43) ein üblicher Bohrloch-Resistivitätssensor ist.
Werkzeug zum Messen der Resistivität in einem Bohrloch (13), mit einem Werkzeugkörper, der zum Bewegen im Bohrloch (13) ausgestaltet ist, gekennzeichnet durch einen Resistivitätssensor, der am Werkzeugkörper angeordnet ist und mehrere, wenigstens eine Anordnung bildende Module umfaßt, und durch ein zusätzliches Modul, das am Werkzeugkörper angeordnet und vom Resistivitätssensor entlang einer Längsachse des Werkzeugskörpers beabstandet ist, wobei das zusätzliche Modul und eines der mehreren Module im Resistivitätssensor eine Anordnung bilden, die einen Abstand größer als etwa 27,5 m aufweist.
Werkzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Resistivitätssensor ein üblicher Bohrloch-Resistivitätssensor ist.
Bohrloch-Werkzeug mit einem Bohrkopf (14), der an einem Ende eines Bohrstrangs (10) angeordnet ist, gekennzeichnet durch ein erstes Modul (73), das am Bohrstrang (10) benachbart zum Bohrkopf (14) oder im Bohrkopf (14) angeordnet ist, und wenigstens ein weiteres Modul (52, 53, 54), das am Bohrstrang (10) beabstandet vom ersten Modul (73) angeordnet ist, wobei das erste Modul (73) wenigstens eine Antenne mit einer Ausrichtung eines magnetischen Moments aufweist, die nicht auf die longitudinale Richtung beschränkt ist, und wobei das wenigstens eine zusätzliche Modul (52, 53, 54) drei Antennen aufweist, deren magnetische Momente linear unabhängige Ausrichtungen aufweisen.
Werkzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abstand zwischen dem ersten Modul (73) und einem des wenigstens einen weiteren Moduls (52, 53, 54) größer als etwa 27,5 m ist.
Werkzeug nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Antenne im ersten Modul (73) oder zusätzlichen Modul (52, 53, 54) einen Sendeempfänger umfaßt.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Antennen im zusätzlichen Modul (52, 53, 54) Solenoidantennen umfassen, deren magnetische Momente linear unabhängig sind.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Antenne des einen zusätzlichen Moduls (52, 53, 54) Teil eines üblichen Bohrloch-Resistivitätssensors ist.
Verfahren zum Messen der Resistivität in einem Bohrloch (13), gekennzeichnet durch Aussenden elektromagnetischer Energie in eine Formation (9) unter Verwendung einer Sender-Antenne in einer Anordnung zum Messen der Resistivität, wobei das Aussenden mit mehreren Frequenzen entsprechend einem ausgewählten Impulsschema durchgeführt wird, und Erfassen, für jede der mehreren Frequenzen, eines in einer Empfänger-Antenne, die in der Anordnung von der Sender-Antenne beabstandet ist, induzierten Signals.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Frequenzen pro Dekade verwendet und wenigstens zwei Dekaden mit den Frequenzen überspannt werden.
Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß Frequenzen in einem Bereich bis 200 kHz verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sender-Antenne und/oder eine Empfänger-Antenne verwendet werden, die eine Spule mit mehreren Windungen (101A, 101B, 101C) umfaßt, deren Konfiguration zwischen einer parallelgeschalteten und einer reihengeschalteten Konfiguration auswählbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsschema mit einer Sequenz von Senderimpulsen, die jeweils eine gesteuerte Größe haben, gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsschema ausgewählt wird, das eine Serie von Senderimpulsen aufweist, die zwischen jedem benachbarten Impulspaar ein gesteuertes Zeitintervall aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsschema verwendet wird, das eine Reihe von Impulsen mit verschiedenen Frequenzen aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Paar von Empfängern detektiert wird, die voneinander nicht weniger als etwa 1,5 m beabstandet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen basierend auf einem Abstand zwischen der Sender-Antenne und der Empfänger-Antenne für eine größtmögliche Empfindlichkeit gewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzen so gewählt werden, daß |k|·L ∊ [0,1;10], wobei L der Abstand zwischen der Senderspule und der Empfängerspule und k ein durch k² = εμω² + iσμω der definierte Ausbreitungskoeffizient ist, wobei ε die elektromagnetische Dielektrizitätskonstante, μ die elektromagnetische Permeabilität, σ die Leitfähigkeit und ω die Kreisfrequenz ist.
Verfahren zum Aufbauen einer Anordnung zum Messen der Resistivität in einem Bohrloch (13), gekennzeichnet durch Schätzen der Dicke eines Reservoirs und Anordnen eines Sendermoduls (21, 22, 23, 24) und eines Empfängermoduls (25) an einem Bohrstrang (10) derart, daß ein Abstand zwischen dem Sendermodul (21, 22, 23, 24) und dem Empfängermodul (25) nicht kürzer als die geschätzte Dicke des Reservoirs ist.
Anordnung zum Messen der Resistivität in einem Bohrloch (13), dadurch gekennzeichnet, daß sie gemäß dem Verfahren nach Anspruch 32 aufgebaut worden ist.
Verfahren zum Steuern einer Bohrrichtung beim Bohren eines Bohrlochs (13), gekennzeichnet durch Messen der Resistivität einer Formation (9) unter Verwendung eines Werkzeugs zum Messen der Resistivität, das eine Anordnung aufweist, die einen Abstand größer als etwa 27,5 m aufweist, wobei das Werkzeug zum Messen der Resistivität ein Sendermodul (21, 22, 23, 24) und ein Empfängermodul (25) umfaßt, die an einem Bohrstrang (10) voneinander beabstandet und durch ein weiteres Bohrloch-Werkzeug getrennt angeordnet sind, Bestimmen von Grenzen von Formationsschichten und Steuern einer Richtung eines Bohrkopfs (14) während des Bohrens, so daß das Bohrloch (13) in einer gewählten Formationsschicht ist.
Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Messen mit mehreren Frequenzen durchgeführt wird, die wenigstens zwei Frequenzen pro Dekade umfassen und wenigstens zwei Dekaden überspannen.
Verfahren nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendermodul (73) benachbart zum Bohrkopf (14) angeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfängermodul Teil eines Resistivitätssensors für eine Datenerfassung beim Bohren ist.