DE102007015727B4

DE102007015727B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren von Untertagewerkzeugen bezüglich Drift

Info

Publication number: DE102007015727B4
Application number: DE102007015727A
Authority: DE
Inventors: Imran Houston Vehra; James J. Spring Freeman; Christopher A. Kingwood Golla; Randal T. Houston Beste; Michael S. Houston Bittar
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2007-04-02
Publication date: 2009-08-20
Anticipated expiration: 2027-04-03
Also published as: CA2581437A1; NO339069B1; GB2436949A; CA2581437C; NO20071760L; AU2007201425B2; US20070229082A1; GB2436949B; US7839148B2; DE102007015727A1; GB0706456D0; NO20161143A1; NO341541B1; FR2899634A1; AU2007201425A1

Abstract

Bohrlochvermessungswerkzeug, versehen mit:
einem Werkzeugkörper;
einer Transmitterantenne (204), die dem Werkzeugkörper zugeordnet ist;
einer Transmitterelektronik (227), die mit der Transmitterantenne gekoppelt ist;
einer ersten Empfängerantenne (206), die dem Werkzeugkörper zugeordnet ist;
einer ersten Empfängerelektronik (214), die mit der ersten Empfängerantenne gekoppelt ist; und
einem von der ersten Transmitterelektronik getrennten Signalgenerator (230), der mit der ersten Empfängerelektronik gekoppelt ist und der ein Kalibrierungssignal für die erste Empfängerelektronik bereitstellt
einer Dämpfungsschaltung (226); und
einer Verstärkungsschaltung (234), die mit der Dämpfungsschaltung und der ersten Empfängerantenne gekoppelt ist;
wobei die Dämpfungsschaltung das Kalibrierungssignal dämpft, um ein gedämpftes Kalibrierungssignal zu erzeugen, welches der Verstärkungsschaltung bereitgestellt wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf Bohrlochvermessungswerkzeuge wie z. B. kabelgebundene Werkzeuge und beim Bohren verwendete Bohrlochvermessungswerkzeuge, sowie auf Verfahren, bei welchen Bohrlochvermessungswerkzeuge Verwendung finden. Genauer beziehen sich verschiedene Ausführungsformen der Erfindung auf die Kalibrierung von Sensoren zur Kompensation der Werkzeugdrift, die mit der Temperatur und/oder dem Alter des Werkzeugs verbunden sein kann.
Beschreibung des Stands der Technik
Moderne Bohrvorgange erfordern eine große Menge an Informationen bezüglich der untertage auftretenden Parameter und Bedingungen. Derartige Informationen beteiligen typischerweise die Eigenschaften der von dem Bohrloch durchquerten Erdformationen sowie Informationen bezüglich des Bohrlochs selbst.
Die Sammlung von Informationen bezüglich der Bedingungen untertage, die allgemein als eine "Bohrlochvermessung" bezeichnet wird, kann durch verschiedene Verfahren durchgeführt werden. Bei der kabelgebundenen Bohrlochvermessung wird ein Sensor bzw. eine "Sonde" in dem Bohrloch durch ein bewehrtes Kabel (das Drahtseil) aufgehängt, nachdem ein Teil des Bohrlochs oder das gesamte Bohrloch gebohrt worden ist. Ebenfalls liegen Werkzeuge vor, die Daten wahrend des Bohrverfahrens sammeln. Mittels der Sammlung, Verarbeitung und Übertragung von Daten an die Oberfläche in Echtzeit während des Bohrens wird die Rechtzeitigkeit von Messdaten bezüglich der Formationseigenschaften erhöht und somit wird die Effizienz von Bohrvorgängen verbessert. Die Werkzeuge, die wahrend des Bohrens verwendet werden, können als MWD-("measurement-while-drilling")-Werkzeuge oder LWD-("logging-while-drilling")-Werkzeuge bezeichnet werden. Obgleich zwischen MWD und LWD eine gewisse Unterscheidbarkeit vorliegen kann, werden diese Begriffe häufig zueinander austauschbar verwendet, und für die Zwecke dieser Beschreibung wird der Begriff LWD dahingehend verwendet, dass er sich auch auf MWD-Vorgange beziehen kann.
Eine Kohlenwasserstoffe enthaltende Formation weist bestimmte wohlbekannte physikalische Eigenschaften wie z. B. einen spezifischen Widerstand (das Gegenteil zur Leitfähigkeit) innerhalb eines spezifischen Bereichs auf. Die Widerstandsmessungen basieren auf der Dämpfung und der Phasenverschiebung eines elektromagnetischen Signals, das durch die Formation fortschreitet, weshalb eine genaue Messung der Amplitude und der Phasenverschiebung wichtig ist. Bei der geringen Amplitude der Signale, die an dem Empfänger erfasst werden und häufig in der Größenordnung von 10 nV vorliegen, sind sogar kleine Fehlermengen relativ signifikant. Ein seit langer Zeit bestehendes Phänomen, das als Werkzeugdrift bekannt ist, fügt der Messung der Dämpfung und Phasenverschiebung Fehlerwerte zu. Wenn im Einzelnen die Werkzeugtemperatur variiert und das Werkzeug altert, können die Messungen der Dämpfung und Phasenverschiebung einer empfangenen elektromagnetischen Signaldrift driften. Das Ausmaß an Drift variiert von Werkzeug zu Werkzeug und kann in tiefen Bohrlochern, in denen die Temperaturen 150° Celsius überschreiten können, wesentlich ausfallen.
Zur Kompensation der Werkzeugdrift kann bei Bohrlochvermessungswerkzeugen vom Stand der Technik ihr Ansprechverhalten als eine Funktion der Temperatur bestimmt werden, bevor sie in das Bohrloch eingesetzt werden. Anschließend werden die Untertage-Messungen auf der Grundlage der Untertage-Temperatur und der Temperaturantwortcharakteristik des Werkzeugs kompensiert. Allerdings ist die Bestimmung der Temperaturantwortcharakteristik eines Werkzeugs ein sehr zeitaufwendiges und arbeitsintensives Verfahren, wobei andere Drifts, die in einem Bohrlochvermessungswerkzeug auftreten können, wie z. B. die Auswirkungen des Alters, unberücksichtigt bleiben. Andere Techniken können die Verwendung eines "kompensierten" Bohrlochvermessungswerkzeugs mit mehreren symmetrischen Empfängerpaaren einschließen. Allerdings erfordern Werkzeuge, die mehrere symmetrische Empfängerpaare verwenden, zusätzliche Komponenten und eine zusätzliche Behandlung. Kompensierte Werkzeuge tendieren dazu, länger auszufallen, wodurch sich die Kosten erhöhen. Darüber hinaus erfordert der Entwurf "kompensierter" Werkzeuge eine spezifische physikalische Struktur des Werkzeugs, wodurch es der Fall sein kann, dass ältere Werkzeuge nicht mit mehreren symmetrischen Empfängerpaaren nachgerüstet werden können.
Die Druckschriften WO 2006/052458 A2 und WO 2006/012497 A1 offenbaren Vorrichtungen zur Erfassung von Messdaten in einem Bohrloch in einer geologischen Formation. Die Vorrichtungen weisen ein Kalibrierungssystem zur Fehlerkorrektur auf. Die EP 1 206 713 B1 beschreibt ein Gerät zur Widerstandsmessung in einem Bohrloch unter Verwendung elektromagnetischer Wellen, wobei ebenfalls eine Kalibrierungsmessung vorgenommen wird. In der US 4,876,511 ist ein Testverfahren für zum Testen von elektromagnetischen LWD Messgeräten offenbart.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Für eine ausführlichere Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erfolgen nun Bezüge auf die beiliegenden Zeichnungen, in welchen:
1 ein illustratives Bohrsystem ist;
2 eine schematische Ansicht eines Widerstandswerkzeugs gemäß den Ausführungsformen der Erfindung ist; und
3 ein Verfahren gemäß den Ausführungsformen der Erfindung ist.
Notation und Nomenklatur
In der nachfolgenden Beschreibung und in den Ansprüchen werden bestimmte Begriffe benutzt, um spezifische Systemkomponenten zu bezeichnen. Diese Beschreibung beabsichtigt keine Unterscheidung zwischen Komponenten, die sich zwar in ihrer Bezeichnung, jedoch nicht in ihrer Funktion unterscheiden.
In der nachfolgenden Beschreibung und in den Ansprüchen werden die Begriffe "umfassen" und "aufweisen" in einer offenen Weise verwendet und sollten im Sinne eines "Einschließens, ohne sich darauf zu begrenzen" verstanden werden. Weiterhin bezeichnet der Begriff "Kupplung" oder "Kupplungen" entweder eine indirekte oder eine direkte Verbindung. Wenn daher eine erste Vorrichtung an eine zweite Vorrichtung gekoppelt ist, kann diese Verbindung durch eine direkte Verbindung oder durch eine indirekte Verbindung mittels weiterer Vorrichtungen und Verbindungen erfolgen.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
1 illustriert ein Bohrsystem. Im Einzelnen kann ein Bohrsystem ein Bohrgestell 10 an einer Oberfläche 12 aufweisen, das einen Bohrstrang 14 stutzt. Der Bohrstrang 14 kann eine Baugruppe aus Bohrgestängeabschnitten sein, die an ihren jeweiligen Enden durch eine Arbeitsplattform 16 miteinander verbunden sind. Eine Bohrkrone 32 ist mit dem unteren Ende des Bohrstrangs 14 verkoppelt, und durch Bohrvorgänge erzeugt die Bohrkrone 32 ein Bohrloch 18, das durch Erdformationen 20 und 21 verläuft. An seinem unteren Ende weist der Bohrstrang 14 eine im Bohrloch angeordnete Baugruppe (BHA-Baugruppe) 26 auf, wobei die BHA-Baugruppe 26 mit der Bohrkrone 32, einem Untertagemotor 40, einem an einem Schaftabschnitt 55 montierten Bohrlochvermessungswerkzeug 50, und mit Richtungssensoren versehen sein kann, die an einer nicht magnetischen Instrumentenmontagegruppe 60 angeordnet sind.
Bohrfluid wird von einer Grube 34 durch die Leitung 37 in den Bohrstrang 14 und zu der Bohrkrone 32 an die Oberfläche gepumpt. Nachdem das Bohrfluid aus der Stirnseite der Bohrkrone 32 herausgeflossen ist, steigt es durch den ringförmigen Bereich zwischen dem Bohrstrang 14 und dem Bohrloch 18 zurück an die Oberfläche auf, wo es aufgesammelt und zu der Grube 34 zurückgeführt wird, um dort gefiltert zu werden. Das Bohrfluid wird zum Schmieren und Kuhlen der Bohrkrone 32 und zum Abführen von ausgeschnittenen Stücken aus dem Bohrloch 18 verwendet.
Ein Untertage-Steuergerät 22 steuert den Betrieb eines Telemetrietransmitters 28 und den Betrieb von Untertage-Komponenten. Das Steuergerät verarbeitet Daten, die es von dem Bohrlochvermessungswerkzeug 50 und/oder von Sensoren in der Instrumentenmontagegruppe 60 empfangen hat, und erzeugt codierte Signale, die durch den Telemetrietransmitter 28 zu der Oberfläche übertragen werden. Weiterhin kann das Steuergerät 22 auf der Grundlage der verarbeiteten Daten Entscheidungen fallen.
2 illustriert ein Widerstandswerkzeug 200 gemäß den Ausführungsformen der Erfindung, wobei das Werkzeug entweder ein kabelgebundenes Werkzeug oder ein LWD-Werkzeug wie z. B. ein Bohrlochvermessungswerkzeug 50 sein kann (1). Das Werkzeug kann eine Mehrzahl von Bereichen mit einem verringerten Durchmesser wie z. B. den Bereich 202 aufweisen. Eine Antenne bzw. eine Drahtspule 204 wird in dem Bereich 202 in einem konstanten Abstand zu dem Werkzeugkörper 201 angeordnet. Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung ist die Drahtspule 204 eine Transmitterantenne oder -spule, und die Drahtspulen 206, 208 und 210 sind Empfängerspulen. Im Betrieb erzeugt die Transmitterspule 204 ein elektromagnetisches (EM)-Abfragesignal 212, das sich durch eine umgebende Formation ausbreitet und von den Empfängerspulen 206, 208 und 210 empfangen wird. Die Empfängerspulen übertragen wiederum eine Anzeige der empfangenen Signale zu dem (in 2 nicht dargestellten) Steuergerät, wo die Signale digitalisiert und verarbeitet werden. Das Steuergerät berechnet jede Amplitude und Phase der elektromagnetischen Signale. Die Amplitudenverhältnisse des EM-Signals zwischen den Empfängerspulen sowie die Phasendifferenz der EM-Signale zwischen den Empfängerspulen zeigen den spezifischen Widerstand einer umgebenden Formation an.
Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung kann eine Kalibrierung des Widerstandswerkzeugs 200 zur Berücksichtigung der Werkzeugdrift in Echtzeit erfolgen. Im einzelnen und gemäß den Ausführungsformen der Erfindung wird ein Kalibrierungssignal auf die gleiche Weise durch die Empfängerkomponenten übermittelt, wie ein Abfragesignal von dem/den Empfängerspule(n) erfasst wird, und in einigen Situationen wird das Kalibrierungssignal unter ungefähr den gleichen Umständen gesendet, wie ein Abfragesignal empfangen werden soll. Anstatt dass ein 5 Kalibrierungssignal durch den Transmitter in der Form einer elektromagnetischen Welle bereitgestellt wird, wird es jedoch gemäß den Ausführungsformen der Erfindung durch einen Signalgenerator zugefuhrt, der nahe bei der Empfängerelektronik angeordnet ist. Gemäß einigen Ausführungsformen erfolgt die Bestimmung der Werkzeugdrift zu einem Zeitpunkt, der in der Nahe eines Zeitpunkts liegt, bei dem der spezifische Formationswiderstand gemessen wird (d. h. 10 dass die Bestimmung in einer solchen zeitlichen Nahe erfolgt, dass sich die Zustande an dem Werkzeug nicht signifikant verändert haben).
Ebenfalls sind in 2 verschiedene elektronische Komponenten dargestellt, die das Widerstandswerkzeug 200 aufweist. Für die Zwecke der Darstellung sind diese verschiedenen elektronischen Komponenten unmittelbar an dem Werkzeugkörper 201 liegend dargestellt, obgleich im tatsachlichen Betrieb diese verschiedenen elektronischen Vorrichtungen innerhalb des Werkzeugkörpers 201 oder innerhalb anderer Bereiche der BHA-Baugruppe beherbergt sind. Zu jeder der Empfängerspulen 206, 208 und 210 ist eine Empfängerelektronik 214, 216 bzw. 218 zugeordnet. Über einen Kabelbaum 220 ist die Empfängerspule 206 mit der Empfängerelektronik 214 verkoppelt. Die Empfängerspule 208 ist durch einen Kabelbaum 217 mit der Empfängerelektronik 216 verkoppelt, und die Empfängerspule 210 ist durch einen Kabelbaum 219 mit der Empfängerelektronik 218 verkoppelt. Eine (nachstehend ausführlicher erläuterte) Kalibrierungsplatine 228 ist mit jeder Empfängerelektronik verkoppelt. Weiterhin ist jede Empfängerelektronik mit einem Prozessor (DSP) wie z. B. dem Steuergerät 22 (1) verkoppelt. In einigen Ausführungsformen weist jede der Empfängerspulen 206, 208 und 210 sowie die Transmitterspule 204 Verdrahtungen oder Spulen auf, die um die Außenseite des Werkzeuggehäuses 201 herum angeordnet sind. Äquivalent dazu können die Empfänger- und Transmitterspulen jedoch auch andere geeignete Typen von Transmittern und Empfängern sein oder sie können an anderen geeigneten Stellen vorgesehen werden. Darüber hinaus kann das Widerstandswerkzeug 200 alternativ dazu zusätzliche Transmitterspulen und mehrere oder weniger Empfängerspulen aufweisen.
Jede Empfängerelektronik 214, 216 und 218 ist im Wesentlichen identisch, weshalb die nachfolgende Erläuterung, obgleich sie sich auf die Empfängerelektronik 214 bezieht, gleichermaßen für jede der Empfängerelektroniken 214, 216 und 218 zutrifft. Im Einzelnen weist die Empfängerelektronik 214 einen Wandler 224 auf, der die empfangenen Abfragesignale induktiv mit den Verstärkungs-, Filter- und Pufferschaltkreisen 234 verkoppelt. Ebenfalls umfasst die Empfängerelektronik 214 einen zweiten Wandler 222, der induktiv zusammen mit einem (nachfolgend ausführlich erläuterten) Dämpfer 226 sowohl mit der Empfängerspule 206 wie mit den Verstärkungs-, Filter- und Pufferschaltkreisen 234 verkoppelt ist. Obgleich in 2 zwei separate Wandler 222 und 224 in der Empfängerelektronik 214 illustriert sind, kann in alternativen Ausführungsformen ein einzelner Wandler mit mehreren Wicklungen verwendet werden.
Immer noch auf 2 Bezug nehmend umfasst das Widerstandswerkzeug 200 weiterhin eine Kalibrierungsplatine 228, die mit jeder Empfängerelektronik 214, 216 und 218 verkoppelt ist. Gemäß den Ausführungsformen der Erfindung weist die Kalibrierungsplatine 228 einen Sinuswellengenerator 230, einen Digital-Analog-(D/A)-Wandler 232 sowie Filter und Puffer 234 auf. Der Sinuswellengenerator 230 ist zur Erzeugung einer Sinuswelle mit einer auswahlbaren Frequenz und Amplitude ausgelegt und konfiguriert. Die von dem illustrativen Sinuswellengenerator 230 erzeugte Sinuswelle ist mit dem D/A-Wandler 232 verkoppelt, und die analoge Form der von dem D/A-Wandler 232 erzeugten Sinuswelle ist anschließend mit den Filtern und Puffern 234 verbunden. Somit erzeugt der in 2 illustrierte Sinuswellengenerator 230 eine Sinuswelle in einem digitalen Sinn (eine Abfolge digitaler Werte), die durch den D/A-Wandler zu einem analogen Signal umgewandelt wird. In alternativen Ausführungsformen kann der Sinuswellengenerator die analoge Version der Sinuswelle mit der erwünschten Frequenz und Amplitude direkt generieren. Für die Generierung der Sinuswelle mit der erwünschten Frequenz und Amplitude kann der Sinuswellengenerator mit einem Takt-(CLK)-Signal 238 verkoppelt werden, und ähnlich dazu kann er mit einem Steuer-(CNTL)-Signal 236 verbunden werden und von diesem Befehle empfangen, die beispielsweise durch das Steuergerät 22 zugefuhrt werden können (1).
Immer noch auf 2 Bezug nehmend ist die von der Kalibrierungsplatine 228 erzeugte Sinuswelle mit jeder Empfängerelektronik 214, 216 und 218 beispielsweise durch die Drahtkabelbäume 240, 242 bzw. 244 verbunden. Die Verwendung der von der Kalibrierungsplatine 228 generierten Sinuswelle wird mit Bezug auf die Empfängerelektronik 214 erläutert werden, wobei sich versteht, dass diese Erläuterung gleichfalls für die weiteren Empfängerelektronikschaltungen 216 und 218 zutrifft. Die von der Kalibrierungsplatine 228 erzeugte Sinuswelle (die im Folgenden als das Kalibrierungssignal bezeichnet wird) ist durch den Drahtkabelbaum 240 mit einem Dämpfer 226 verkoppelt. In einigen Ausführungsformen schwächt der Dämpfer 226 das Kalibrierungssignal derart ab, dass wenn sich das Kalibrierungssignal durch die Empfängerspule 206 und die Empfängerelektronik 234 ausbreitet, es ungefähr die gleiche Signalstarke wie ein an der Empfängerspule 206 empfangenes Abfragesignal aufweist. In einigen Ausführungsformen kann ein wählbarer Dämpfer in jeder Empfängerelektronik verwendet werden, wodurch es ermöglicht wird, dass die Amplitude jedes Kalibrierungssignals an die an jeder Empfängerspule erwartete Signalstarke angepasst werden kann. Dadurch ermöglicht es eine wahlbare Dämpfung, dass die Empfängerschaltungsverstärker in Echtzeit mit unterschiedlichen Verstärkungsstellwerten kalibriert werden können. In einigen Ausführungsformen ist der Dämpfer aus passiven Komponenten aufgebaut, um die Drift zu reduzieren. Nach der Modifikation durch die Dämpfer 226 (die in den meisten Fallen eine Dämpfung ist) wird das Kalibrierungssignal durch den Wandler 222 induktiv mit dem Kabelbaum 220, der Empfängerspule 206 und deren unterschiedlichen Verbindungsgliedern verkoppelt. Anschließend wird das Kalibrierungssignal durch den Wandler 224 induktiv an die Empfängerelektronik 234 gekoppelt. Nachdem das Kalibrierungssignal von der Empfängerelektronik verarbeitet worden ist, wird es zu dem DSP übertragen. Somit erregt jedes Kalibrierungssignal im wesentlichen alle Komponenten der Empfängerschaltung, was dazu führt, dass nicht nur die Empfängerelektronik, sondern auch die Integrität der Empfängerspulen, der Kabelbaume und der verschiedenen Verbindungsglieder überprüft wird.
Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung wird die Kalibrierungsplatine 228 nahe an der Empfängerelektronik 214, 216 und 218 angeordnet. In diesem Kontext bezeichnet der Begriff "nahe", dass die Platine naher an der Empfängerelektronik als an der Transmitterspule "angeordnet ist. Da der Abstand vorzugsweise relativ kurz ausfällt, tritt eine Übersprechdämpfung und die elektrische Interferenz von sich durch die Kabelbaume ausbreitenden Signalen weniger stark und mit einer niedrigeren Wahrscheinlichkeit aus. Darüber hinaus und wie dargestellt sind die Transmitterelektronik 227 und die Empfängerelektronik 214, 216 und 218 vorzugsweise auf separaten Schaltkarten voneinander getrennt, wodurch die Möglichkeit eines Übersprechens weiter minimiert wird. Zusätzlich ermöglicht es das Vorliegen eines Dämpfers an jeder Empfängerschaltung 214, 216 und 218, dass ein Kalibrierungssignal mit einer signifikant höheren Signalstarke zwischen der Kalibrierungsplatine 228 und den verschiedenen Empfängerelektronikschaltungen 214, 216 und 218 übertragen werden kann, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis eines an jeder Empfängerelektronik empfangenen Kalibrierungssignals weiter verbessert wird.
Ein weiterer Vorteil von vielen Ausführungsformen der Erfindung besteht in der Verwendung eines Signalgenerators zur Generierung des Kalibrierungssignals anstelle einer Verwendung der Transmitterelektronik. Die Verwendung eines unabhängigen Systems zur Generierung von niederpegeligen Signalen für den Eingang des Empfängers verringert die Energiemenge, die zur Generierung des Kalibrierungssignals notwendig ist, wodurch die Batterielebensdauer in LWD-Vorrichtungen erhöht wird. Weiterhin ermöglicht die Verwendung eines getrennten Signalgenerators für das Kalibrierungssignal die Anordnung des Signalgenerators nahe bei den Empfängerkomponenten, wodurch der Bedarf nach langen Drahtkabelbaumen zwischen der Transmitterelektronik und der Empfängerelektronik vermieden wird.
3 illustriert ein Verfahren gemäß den Ausführungsformen der Erfindung. Im Einzelnen beginnt das illustrative Verfahren damit, ein bekanntes Kalibrierungssignal durch jede Empfängerelektronik zu übertragen, um einen ersten Satz von gemessenen Kalibrierungssignalen zu erzeugen (Block 310). Danach wird das Bohrlochvermessungswerkzeug in einem Bohrloch angeordnet (Block 320). In alternativen Ausführungsformen kann die anfängliche Kalibrierung (Block 310) vervollständigt werden, nachdem das Werkzeug innerhalb des Bohrlochs angeordnet worden ist (Block 320). Zu einem Zeitpunkt nach der Anfangskalibrierung (Block 310) wird ein weiteres bekanntes Kalibrierungssignal durch jede Empfängerelektronik übertragen (Block 330), wodurch ein zweiter Satz an gemessenen Kalibrierungssignalen erzeugt wird. Im Anschluss daran kann ein Abfragesignal durch die Formation übertragen und von dem Bohrlochvermessungswerkzeug empfangen werden (Block 340). Obgleich in dem illustrativen Verfahren von 3 dargestellt ist, dass die Übertragung des Abfragesignals nach der Messung des zweiten Satzes von Kalibrierungssignalen erfolgt, kann in alternativen Ausführungsformen die Übertragung von Abfragesignalen durch die Formation vor der zweiten Übertragung des Kalibrierungssignals erfolgen. Unabhängig von der genauen Reihenfolge ist es jedoch bevorzugt, dass das zweite Kalibrierungssignal unter ähnlichen Bedingungen zu der Empfängerspule und Empfängerelektronik geführt wird, die bei dem Empfang des Abfragesignals durch die Formation hinweg aufgetreten sind. Anschließend wird die Werkzeugdrift bestimmt, und zwar möglicherweise durch einen Vergleich der gemessenen Kalibrierungssignale (Block 350). Nach der Bestimmung der Werkzeugdrift (Block 350) werden die empfangenen Abfragesignale bezüglich der Werkzeugdrift korrigiert (Block 360). Schließlich kann eine Berechnung des spezifischen Widerstands unter Verwendung der Abfragesignale erfolgen, die bezüglich der Drift korrigiert worden sind (Block 370). Da das Kalibrierungssignal durch das Widerstandswerkzeug unter den gleichen (oder sehr ähnlichen) Bedingungen wie diejenigen, bei welchen das Werkzeug untertage betrieben wird, übertragen wird, sind die Auswirkungen der Werkzeugdrift an jedem Kalibrierungssignal und an dem empfangenen Abfragesignal im wesentlichen die gleichen, wodurch eine genauere Korrektur bezüglich der Werkzeugdrift erfolgt.
In einigen Ausführungsformen kann eine Korrektur bezüglich der Werkzeugdrift untertage bewerkstelligt werden, wie z. B. durch das Steuergerät 22 (1). In diesen Fallen kann das Steuergerät Widerstandsablesungen zu den Oberflächen übermitteln, obwohl die zu Grunde liegenden Daten bezüglich der Werkzeugdrift bereits korrigiert worden sind. In alternativen Ausführungsformen können die Sätze von Kalibrierungssignalen zusammen mit den empfangenen Abfragesignalen an die Oberfläche übertragen werden, und (hier nicht spezifisch dargestellte) Computer an der Oberfläche können die geeigneten Korrekturen bezüglich der Werkzeugdrift erstellen. In denjenigen Fallen, bei denen Untertage-Vorrichtungen die Korrekturen bezüglich der Werkzeugdrift erstellen und den spezifischen Widerstand berechnen, können Entscheidungen bezüglich der Bohrparameter (wie z. B. der Richtung) ebenfalls untertage erfolgen.
Ein Vorteil der verschiedenen Ausführungsformen besteht in dem Vermögen zur Überprüfung der Empfängerspulen und Kabelbäume. Durch den Einschluss dieser Komponenten wird ein vollständiges Bild der möglichen Herkunft der Werkzeugdrift bereitgestellt. Nichtsdestotrotz wird davon ausgegangen, dass die Drift hauptsächlich mit der aktiven Elektronik und genauer mit derjenigen aktiven Elektronik in Verbindung steht, die der Verarbeitung der an den Empfängerspulen erfassten Signale zugeordnet ist. Der Begriff "aktiv" bezieht sich, wie er hier verwendet wird, auf einen Schaltkreis, der im Unterschied zu "passiven" Schaltkreisen, die für ihren Betrieb keine externe Energiezufuhr benötigen, externe Energiezufuhr erfordert. Die Drift bezüglich der Phase und Verstärkung aufgrund der Empfängerantennen und Kabelbäume bleibt wegen der passiven Natur dieser Komponenten relativ stabil. Somit wird davon ausgegangen, dass die Reduzierung oder Beseitigung der Drift in der aktiven Empfängerelektronik zur Eliminierung des größten Teils der Drift in dem Bohrlochvermessungswerkzeug führt. Gemäß alternativer Ausführungsformen der Erfindung kann das Kalibrierungssignal nur durch die aktiven Komponenten bereitgestellt werden.
Obgleich verschiedene Ausführungsformen dieser Erfindung dargestellt und beschrieben worden sind, können von dem Fachmann Modifikationen davon erstellt werden, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann jede beliebige Anzahl an Transmittern oder Empfängern verwendet werden. Obgleich darüber hinaus davon ausgegangen wird, dass eine Kalibrierung von mindestens der aktiven Empfängerelektronik in einem Widerstandswerkzeug der kosteneffektivste und effizienteste Ansatz zur Minimierung der Auswirkungen der Drift an Widerstandswerkzeugmessungen ist, sollte sich verstehen, dass die verschiedenen Ausführungsformen mit jeder Komponente eines Werkzeugs verwendet werden können, das einer Werkzeugdrift ausgesetzt ist. Weiterhin bewerkstelligt die Anlegung eines Kalibrierungssignals mit geringer Stärke an die Empfängerspule und die Elektronik gegenüber der Zuführung eines großen Signals an die Transmitter Energieeinsparungen, wodurch sich die Ausführungsformen besonders für eine LWD-Umgebung eignen. Allerdings können die verschiedenen Ausführungsformen 10 auch in einem kabelgebundenen Werkzeug angewendet werden. Dementsprechend begrenzt sich der Rahmen der Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen, sondern er wird ausschließlich durch die folgenden Ansprüche bestimmt, welche sämtliche Äquivalente einschließen,

Claims

Bohrlochvermessungswerkzeug, versehen mit: einem Werkzeugkörper; einer Transmitterantenne (204), die dem Werkzeugkörper zugeordnet ist; einer Transmitterelektronik (227), die mit der Transmitterantenne gekoppelt ist; einer ersten Empfängerantenne (206), die dem Werkzeugkörper zugeordnet ist; einer ersten Empfängerelektronik (214), die mit der ersten Empfängerantenne gekoppelt ist; und einem von der ersten Transmitterelektronik getrennten Signalgenerator (230), der mit der ersten Empfängerelektronik gekoppelt ist und der ein Kalibrierungssignal für die erste Empfängerelektronik bereitstellt einer Dämpfungsschaltung (226); und einer Verstärkungsschaltung (234), die mit der Dämpfungsschaltung und der ersten Empfängerantenne gekoppelt ist; wobei die Dämpfungsschaltung das Kalibrierungssignal dämpft, um ein gedämpftes Kalibrierungssignal zu erzeugen, welches der Verstärkungsschaltung bereitgestellt wird.
Bohrlochvermessungswerkzeug gemäß Anspruch 1, bei welchem der Signalgenerator ferner das Kalibrierungssignal für die Empfängerantenne bereitstellt.
Bohrlochvermessungswerkzeug gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner versehen mit: einer zweiten Empfängerantenne (208); und einer zweiten Empfängerelektronik, die mit der zweiten Empfängerantenne und dem Signalgenerator gekoppelt ist; wobei der Signalgenerator das Kalibrierungssignal für die zweite Empfängerelektronik bereitstellt.
Bohrlochvermessungswerkzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das gedämpfte Kalibrierungssignal außerdem der Empfängerantenne (206) bereitgestellt wird.
Bohrlochvermessungswerkzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Dämpfungsschaltung (206) das Kalibrierungssignal selektiv dämpft.
Bohrlochvermessungswerkzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die erste Empfängerelektronik (214) ferner einen Wandler (224) aufweist, der die Dämpfungsschaltung (226) mit der ersten Empfängerspule (206) und der Verstärkungsschaltung (234) koppelt.
Bohrlochvermessungswerkzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Werkzeugkörper zur Verwendung als ein kabelgebundenes Bohrlochvermessungswerkzeug (50) ausgelegt ist.
Bohrlochvermessungswerkzeug gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Werkzeugkörper zur Verwendung als ein LWD-("Logging while drilling")-Werkzeug ausgelegt ist.
Bohrlochvermessungswerkzeug einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei der Signalgenerator das Kalibrierungssignal für die erste Empfängerantenne (206) und die erste Empfängerelektronik zu Zeiten bereitstellt, wenn die Transmitterantenne (204) und die Transmitterelektronik (227) inaktiv sind.
Verfahren für ein Bohrlochvermessungswerkzeug (50), bei welchem: ein erstes Kalibrierungssignal mittels eines Wandlers (224) einer ersten Empfängerelektronik des Bohrlochvermessungswerkzeugs bereitgestellt wird, wobei das erste Kalibrierungssignal in einer Kalibrierungselektronik erzeugt wurde, wobei die Kalibrierungselektronik von der mit einer Transmitterspule (204) gekoppelten Transmitterelektronik (227) verschieden ist; eine erste Kalibrierungsmessung basierend auf einer Antwort der ersten Empfängerelektronik auf das erste Kalibrierungssignal durchgeführt wird; das Bohrlochvermessungswerkzeug in einem Bohrloch (18) angeordnet wird; und dann ein zweites Kalibrierungssignal mittels eines Wandlers (224) an die erste Empfängerelektronik bereitgestellt wird, wobei das zweite Kalibrierungssignal in der Kalibrierungselektronik erzeugt wurde; eine zweite Kalibrierungsmessung basierend auf einer Antwort der ersten Empfängerelektronik auf das zweite Kalibrierungssignal durchgeführt wird; und die Werkzeugdrift für die erste Empfängerelektronik basierend auf der ersten Kalibrierungsmessung und der zweiten Kalibrierungsmessung bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, bei welchem das Bereitstellen des ersten Kalibrierungssignals ferner das Bereitstellen des ersten Kalibrierungssignals von der Kalibrierungselektronik benachbart der ersten Empfängerelektronik umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 10, bei welchem das Bereitstellen des ersten Kalibrierungssignals ferner das Bereitstellen des ersten Kalibrierungssignals an die erste Empfängerelektronik und eine zugeordnete erste Empfängerspule (206) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei welchem ferner: ein erstes Signal durch eine das Bohrlochvermessungswerkzeug (50) umgebende Formation (21) gesendet wird, um einen ersten gemessenen spezifischen Formationswiderstand zu ergeben; und der gemessene spezifische Formationswiderstand durch die Werkzeugdrift berichtigt wird, um einen berichtigten spezifischen Formationswiderstand zu ergeben.
Verfahren gemäß Anspruch 13, bei welchem ferner die Messung des berichtigten spezifischen Formationswiderstands von einer Stelle innerhalb des Bohrlochs (18) zu einer Stelle ausserhalb des Bohrlochs übermittelt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, bei welchem die Bestimmung der Werkzeugdrift ferner die Bestimmung einer Abschwächungsdrift umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei welchem die Bestimmung der Werkzeugdrift ferner die Bestimmung einer Phasendrift umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, bei welchem bei der Bestimmung der Werkzeugdrift ferner die Bestimmung erfolgt, während sich das Bohrlochvermessungswerkzeug (50) im Bohrloch (18) befindet.
Verfahren für ein Bohrlochvermessungswerkzeug (50), bei welchem: ein erstes Kalibrierungssignal einer ersten Empfängerelektronik und einer zugeordneten ersten Empfängerspule (204) des Bohrlochvermessungswerkzeugs bereitgestellt wird, wobei das erste Kalibrierungssignal in einer Kalibrierungselektronik erzeugt wird; eine erste Kalibrierungsmessung basierend auf einer Antwort der ersten Empfängerelektronik auf das erste Kalibrierungssignal durchgeführt wird; ein zweites Kalibrierungssignal der ersten Empfängerelektonik und der zugeordneten ersten Empfängerspule (206) bereitgestellt wird, wobei das zweite Kalibrierungssignal in der Kalibrierungselektronik erzeugt wird; eine zweite Kalibrierungsmessung basierend auf einer Antwort der ersten Empfängerelektronik auf das zweite Kalibrierungssignal durchgeführt wird, wobei die zweite Kalibrierungsmessung in zeitlicher Nähe zu einer Messung einer Formationseigenschaft mit dem Bohrlochvermessungswerkzeug erfolgt; und die Werkzeugdrift für die erste Empfängerelektronik basierend auf der ersten Kalibrierungsmessung und der zweiten Kalibrierungsmessung bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 18, bei welchem ferner: ein erstes Signal durch eine das Vermessungswerkzeug (50) umgebende Formation (21) übertragen wird, um einen ersten gemessenen spezifischen Formationswiderstand zu ergeben; und der gemessene spezifische Formationswiderstand durch die Werkzeugdrift berichtigt wird, um einen berichtigten spezifischen Formationswiderstand zu ergeben.
Verfahren gemäß Anspruch 19, bei welchem ferner der berichtigte spezifische Formationswiderstand von einer Stelle innerhalb des Bohrlochs (18) zu einer Stelle ausserhalb des Bohrlochs übermittelt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, bei welchem die Bestimmung der Werkzeugdrift ferner die Bestimmung einer Abschwächungsdrift umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21, bei welchem die Bestimmung der Werkzeugdrift ferner die Bestimmung einer Phasendrift umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, bei welchem bei der Bestimmung der Werkzeugdrift ferner die Bestimmung erfolgt, während das Bohrlochvermessungswerkzeug (50) sich im Bohrloch (18) befindet