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Hintergrund
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Die
Grundprinzipien und -verfahren für
elektromagnetische Bohrlochmessung von Erdformationen sind gut bekannt.
So ist beispielsweise Induktions-Bohrlochmessung zum Bestimmen des
spezifischen Widerstands (oder des Gegenteils, der spezifischen
Leitfähigkeit)
von Erdinformationen an ein Bohrloch angrenzend seit langem ein
wichtiges Standardverfahren bei der Suche nach unterirdischen Erdöllagerstätten und
beim Wiederauffinden derselben. Kurz gefasst sendet ein Sender ein
elektromagnetisches Signal, das durch Formationsmaterialien um das
Bohrloch herum hindurchtritt und ein Signal in einem oder mehreren
Empfängern induziert.
Die Amplitude und/oder die Phase der Empfängersignale werden durch den
spezifischen Widerstand der Formation beeinflusst, so dass Widerstandsmessungen
vorgenommen werden können.
Die Charakteristiken des gemessenen Signals und/oder die daraus
berechneten Eigenschaften der Formation werden als eine Funktion
der Tiefe der Vorrichtung oder der Position im Bohrloch aufgezeichnet,
so dass eine Formations-Messung entsteht, die von Analytikern verwendet
werden kann.
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Es
ist jedoch anzumerken, dass der spezifische Widerstand einer bestimmten
Formation isotrop (in allen Richtungen gleich) oder anisotrop (in
verschiedenen Richtungen unterschiedlich) sein kann. Die Widerstands-Bohrlochmessung
von Formationen wird des Weiteren durch das Vorhandensein von Bohrlochflüssigkeiten
erschwert. Bohrunternehmen verwenden Bohrlochflüssigkeiten, um den Bohrkopf
zu kühlen,
Bohrgut zu entfernen und um das Bohrloch intakt zu halten. Es gibt
Bohrlochflüssigkeiten
auf Wasserbasis, die recht gut leiten, während andere Bohrlochflüssigkeiten
auf Ölbasis
starken Widerstand aufweisen. Während
verschiedene vorhandene Widerstands-Bohrlochmessvorrichtungen in
Flüssigkeiten
auf Wasserbasis gut funktionieren, sind die Möglichkeiten für Widerstands-Bohrlochmessung
in Flüssigkeiten
auf Ölbasis
erheblich starker eingeschränkt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ein
besseres Verständnis
der verschiedenen offenbarten Ausführungsformen ergibt sich aus
der folgenden ausführliche
Beschreibung in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen, bei denen:
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1 eine
veranschaulichende Logging-While-Drilling (LWD)-Umgebung zeigt;
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2 eine
veranschaulichende Wireline-Logging-Umgebung zeigt;
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3 eine
veranschaulichende LWD-Vorrichtung mit Sender- und Empfängerantennen
zeigt, die in Wandkontaktflächen
eingebettet sind;
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4A und 4B eine
veranschaulichende Antenne mit Schalenkern (pot core antenna) zeigt;
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5 ein
veranschaulichendes Paar Ferritstabantennen zeigt;
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6 eine
veranschaulichende Testumgebung zeigt;
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7 ein
veranschaulichendes elektromagnetisches Widerstands-Abbildungsverfahren
zeigt;
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8 ein
Diagramm von Testergebnissen mit Ferrtstabantennen ist;
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9 ein
Diagramm von Testergebnissen mit Ferritstabantennen in unterschiedlichen
Abständen
ist;
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10 ein
Diagramm von Testergebnissen mit Ferritstabantennen in einer Flüssigkeit
mit hohem Widerstand ist;
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11 ein
Diagramm von Testergebnissen mit einer Kombination von Antennen
ist;
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12 ein
Diagramm von Testergebnissen ist, das die Leistung in verschiedenen
Bohrlochflüssigkeiten
vergleicht; und
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13 ein
Diagramm von Testergebnissen mit einer Kombination von Antennen
in einem Fluid mit hohem Widerstand ist.
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Obwohl
verschiedene Abwandlungen und alternative Formen der Erfindung möglich sind,
werden spezifische Ausführungsformen
derselben in den Zeichnungen als Beispiel gezeigt und im Folgenden
ausführlich beschrieben.
Es versteht sich jedoch, dass die Zeichnungen und die ausführliche
Beschreibung derselben die Erfindung nicht auf die spezielle offenbarte
Form beschränken
sollen, sondern dass im Gegenteil die Erfindung alle Abwandlungen, Äquivalente
und Alternativen abdecken soll, die unter die Idee und den Schutzumfang
der beigefügten
Ansprüche
fallen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Im
Folgenden werden Systeme und Verfahren für elektromagnetische Widerstands-Bohrlochmessung bzw.
Widerstands-Bohrlochmessung offenbart, bei denen magnetische Dipolantennen
eingesetzt werden, die in Wandkontaktflächen eingebettet sind. Prototypen
von Vorrichtungen für
Widerstands-Bohrlochmessungen mit derartigen Antennen weisen gute
Leistung bei Widerstands-Bohrlochmessung in Bohrlochflüssigkeiten
sowohl auf Wasserbasis als auch auf Ölbasis auf, was darauf hindeutet,
dass dieser Aufbau möglicherweise
eine Bohrlochmessungs-Vorrichtung darstellt, die für den Einsatz
mit Bohrlochflüssigkeiten
aller Typen geeignet ist. Des Weiteren bietet die Vorrichtung gute
räumliche
Auflösung,
so dass Formations-Widerstandsbilder für die Bohrlochwände erzeugt
werden können.
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Konstruktionen
und Funktionen der offenbarten Vorrichtungen werden am besten im
größeren Kontext der
Systeme verständlich,
in denen sie arbeiten. Dementsprechend ist eine veranschaulichende
sogenannte Logging-While-Drilling-Umgebung, kurz LWD-Umgebung, in 1 dargestellt.
Eine Bohrplattform 2 ist mit einem Bohrgerüst 4 versehen,
das ein Hebewerk 6 trägt,
mit dem ein Bohrstrang 8 angehoben und abgesenkt wird.
An dem Hebewerk 6 ist ein Kopfantrieb, der sogenannte Top
Drive 10, aufgehängt,
der dazu dient, den Bohrstrang 8 zu drehen und über das
Bohrloch 12 abzusenken. An dem unteren Ende des Bohrstrangs 8 ist ein
Bohrkopf 14 angebracht. Der Kopf 14 wird gedreht,
und das Bohren wird durch Drehen des Bohrstrangs 8 unter
Verwendung eines Bohrmotors in der Nähe des Bohrkopfs oder mit beiden
Verfahren ausgeführt.
Bohrflüssigkeit,
die als ”Schlamm” bezeichnet
wird, wird durch eine Spülungsumlaufeinrichtung 16 über Zuführrohr 18,
Top Drive 10 und über
Bohrstrang 8 mit hohen Drücken und Volumen nach unten
gepumpt, und tritt über Düsen oder
Strahldüsen
in dem Bohrkopf 14 aus. Der Schlamm gelangt dann über den
Ringraum, der zwischen der Außenseite
des Bohrstrangs 8 und der Bohrlochwand 20 ausgebildet
ist, in dem Loch wieder nach oben, durch eine Ausbruchsicherung,
den sogenannten Blowout-Preventer (nicht dargestellt) und in eine Schlammgrube 24 an
der Oberfläche.
An der Oberfläche
wird der Bohrschlamm gereinigt und dann durch die Umlaufeinrichtung 16 zurückgeführt. Der
Bohrschlamm dient dazu, den Bohrkopf 14 zu kühlen, Bohrgut
vom Boden der Bohrung zu transportieren und den hydrostatischen
Druck in den Gesteinsformationen auszugleichen.
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In
Bohrlöchern,
bei denen akustische Telemetrie für das LWD-Verfahren eingesetzt
wird, sind Bohrlochsensoren (einschließlich der Widerstands-Bohrlochmessvorrichtung 26)
mit einem akustischen Telemetrie-Sender 28 gekoppelt, der
Telemetrie-Signale in Form von Schallschwingungen in der Steigrohrwand
von Bohrstrang 8 sendet. Eine akustische Telemetrie-Empfängeranordnung 30 kann
mit dem Steigrohr unterhalb des Top Drive 10 gekoppelt
sein, um gesendete Telemetrie-Signale zu empfangen. Ein oder mehrere
Repeater-Module 32 können optional
an dem Bohrstrang entlang vorhanden sein, um die Telemetrie-Signale zu empfangen
und weiterzusenden. Die Repeater-Module 32 enthalten beide
eine akustische Telemetrie-Empfängeranordnung
und einen akustischen Telemetrie-Sender, die ähnlich wie Empfängeranordnung 30 und
der Sender 28 aufgebaut sind.
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Die
Widerstands-Bohrlochmessvorrichtung 26 ist in die Bohrgarnitur
in der Nähe
des Kopfes 14 integriert. Wenn der Kopf das Bohrloch durch
die Formationen hindurch verlängert,
erfassen die Bohrlochsensoren Messungen, die sich auf verschiedene
Eigenschaften der Formationen sowie die Ausrichtung und Position
der Vorrichtung und verschiedene andere Bohrbedingungen beziehen.
(Die Ausrichtungsmessungen können
unter Verwendung eines Azimuth-Ausrichtungsanzeigers durchgeführt werden,
der Magnetometer, Neigungsmesser und/oder Beschleunigungsmesser
enthalten kann, obwohl auch andere Sensoren, wie beispielsweise Kreiselinstrumente
(gyroscopes) eingesetzt werden können.
In einigen Ausführungsformen
enthält
die Vorrichtung ein 3-Achsen-Luftspaltmagnetometer sowie einen 3-Achsen-Beschleunigungsmesser.)
Die Widerstands-Bohrlochmessvorrichtung 26 kann die Form
einer Schwerstange, d. h. einer dickwandigen Röhre, haben, die Gewicht und
Steifigkeit aufweist und unterstützend
beim Bohrvorgang wirkt.
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Zu
verschiedenen Zeiten während
des Bohrvorgangs kann der Bohrstrang 8 aus dem Bohrloch
entfernt werden, wie es in 2 gezeigt
ist. Wenn der Bohrstrang entfernt worden ist, können Bohrlochmessoperationen
unter Verwendung einer Wireline-Bohrlochmessvorrichtung 34 durchgeführt werden,
d. h. einer Messinformationssonde, die an einem Kabel 42 aufgehängt ist,
das Leiter aufweist, mit denen Strom zu der Vorrichtung und Telemetrie-Daten von der Vorrichtung
zur Oberfläche
transportiert werden. Ein Widerstands-Abbildungsabschnitt der Bohrlochrnessvorrichtung 34 kann
Zentrierarme 36 haben, die die Vorrichtung in dem Bohrloch
zentrieren, wenn die Vorrichtung nach oben gezogen wird. Die Zentrierarme 36 können mit
Sensorflächen
versehen sein, die in engem Kontakt mit der Bohrlochwand gehalten
werden, um Messdaten zu sammeln. Eine Bohrlochmesseinrichtung 44 sammelt
Messungen von der Bohrlochmessvorrichtung 34 und enthält Rechenein richtungen
zum Verarbeiten und Speichern der durch die Bohrlochmessvorrichtung
gesammelten Messungen.
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3 zeigt
eine veranschaulichende Widerstands-Bohrlochmessvorrichtung 26.
Bohrlochmessvorrichtung 26 ist als eine Schwerstange mit
Stabilisierungsrippen 302 und 304 dargestellt.
Die Stabilisierungsrippen können
mit zusätzlichen
Stabilisierungsrippen zusammenwirken, um die Vorrichtung in dem
Bohrloch zentriert zu halten. Jede der Stabilisierungsrippen 305 weist
eine Fläche
auf, die mit der Wand des Bohrlochs in Kontakt kommt. Obwohl diese
Kontaktfläche
nicht unbedingt stets in Kontakt mit der Bohrlochfläche ist,
beträgt der
Abstand normalerweise weniger als 2 Inch. So werden die in Fläche 305 eingebetteten
Sensoren nahe an der Bohrlochwand gehalten. Die veranschaulichende
Bohrlochmessvorrichtung 26 enthält ein Paar Empfängerantennen 306 und
eine Senderantenne 308, die in die Kontaktfläche wenigstens
einer Stabilisierungsrippe eingebettet ist und vorzugsweise in die
Kontaktfläche
jeder Stabilisierungsrippe eingebettet ist. Bei der veranschaulichenden
Vorrichtung nehmen die Antennen nicht mehr als 20% des Umfangs (72°) und vorzugsweise weniger
als ungefähr
10% (36°)
ein.
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Wenn
das Bohrloch während
des Bohrvorgangs verlängert
wird, bewegt sich die Bohrlochmessvorrichtung 26 über die
Länge des
Bohrlochs und dreht sich dabei. Senderantenne 308 sendet
periodisch ein elektromagnetisches Signal in die Formation. Empfängerantennen 306 empfangen
jeweils ein Antwortsignal von der Formation. Die Empfängerelektronik
misst die Dämpfung
(Amplitudenverhältnis)
und die Phasenverschiebung der Empfangssignale zwischen den Empfängerantennen
oder als Alternative dazu die Dämpfung
und Phasenverschiebung in Bezug auf das Sendesignal. In beiden Fällen können die
Dämpfung
und/oder die Phasenverschiebung verwendet werden, um den spezifischen
elektrischen Widerstand der Formation an dem Mittelpunkt zwischen
den Empfängerantennen 306 oder
an dem Mittelpunkt zwischen einer Senderantenne und einer Empfängerantenne
schätzen.
Bei Ausführungsformen
für die
Bohrlochmessung mit mehreren Senderantennen können die Senderantennen nacheinander
ausgelöst
werden. Als eine Alternative dazu können mehrere Senderantennen
gleichzeitig ausgelöst
werden, wobei jeder Sender seine eigene Sendesignalfrequenz hat.
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4A zeigt
eine veranschaulichende Senderantenne 308, die in eine
Kontaktfläche 305 eingebettet ist.
Eine erste Vertiefung 402 kann für eine schützende Abdeckung vorhanden
sein, und in Vertiefung 402 kann eine zweite Vertiefung
angeordnet sein, die Senderantenne 308 aufnimmt. Um das
Senden elektromagnetischer Signale zu ermöglichen, kann die schützende Abdeckung
aus einem isolierenden, nichtmagnetischen Material, wie beispielsweise
PEEK (Polyetheretherketon), bestehen, oder sie kann Schlitze oder Öffnungen enthalten,
die diese Signale durchlassen. Die Abdeckung kann mit Schrauben
oder anderen Einrichtungen befestigt sein.
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Die
dargestellte Senderantenne 308 ist, wie in der Schnittansicht
in 4B gezeigt, eine Schalenkernantenne. Das heißt, Senderantenne 308 enthält eine
Drahtspule 408, die auf einen Spulenkern 406 gewickelt ist
und in einem Ferrit-Halbring 404 angeordnet ist. Spulenkern 406 besteht
vorzugsweise aus einem isolierenden, nichtmagnetischen Material.
Ein isolierendes, nichtmagnetisches Schalenmaterial füllt den
verbleibenden Raum in dem Halbring 404 und fixiert die
Wicklung und den Spulenkern. In der Prototyp-Ausführungsform
ist der Halbring die Hälfte
eines Schalenkerns ”Ferroxcube
42 × 26” aus ”3F3”-Material.
Bei der Wicklung handelt es sich um 11 Windungen aus Magnetdraht
aus HML (Heavy Polyimide Enamel) der Stärke 24 Gauge. Die Induktivität wurde
mit 13,5 μH
bei einer komplexen Impedanz von Z = 3,4 + j 169 Ω bei 2 MHz
gemessen. Wenn ein Wechselstrom an die Drahtwicklung angelegt wird,
wird ein wechselndes Magnetfeld in die Formation projiziert.
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5 zeigt
ein Paar veranschaulichender Empfängerantennen 306,
die in eine Kontaktfläche 305 eingebettet
sind. Wie bei der Senderantenne kann eine erste Vertiefung 502 für eine schützende Abdeckung
vorhanden sein, die das Hindurchtreten elektromagnetischer Signale
ermöglicht.
In der ersten Vertiefung 502 befinden sich weiter ausgesparte
Vertiefungen 504 zum Aufnehmen von Empfängerantennen 306.
Die dargestellten Empfängerantenne 306 sind
Ferritstabantennen. Das heißt,
jede Empfängerantenne 306 enthält eine Drahtwicklung 510,
die auf einen Ferritstab 508 gewickelt ist. Der Ferritstab 508 kann
in den Vertiefungen 504 mit Stützblöcken 506 befestigt
sein, die aus einem isolierenden, nichtmagnetischen Material, wie
beispielsweise PEEK, bestehen können.
Bei der Prototyp-Ausführungsform
sind die Ferritstäbe
ungefähr
1,3 Inch lang und haben einen Durchmesser von ungefähr 0,25
Inch. Bei dem Material handelt es sich um ”Fair-Rite 61”. Bei den Empfängerantennen
besteht die Wicklung aus 20 Windungen HML-Magnetdraht der Stärke 24 Gauge.
Bei einer zweiten Prototyp-Ausführungsform
wurde eine Ferritstabantenne mit 15 Windungen als eine Senderantenne
eingesetzt. Die Ferritstabantenne ist so ausgerichtet, dass ihre
Achse parallel zu der Vorrichtungsachse ist, und sie sendet oder
empfängt
wechselnde Magnetfelder, die parallel zu der Vorrichtungsachse ausgerichtet sind,
wobei sie besondere Empfindlichkeit in der Azimuth-Richtung der
Oberfläche
aufweist, in der die Antenne eingebettet ist.
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7 zeigt
ein veranschaulichendes Widerstands-Abbildungsverfahren. In Block 702 ist
die Widerstands-Abbildungsvorrichtung in einem Bohrloch angeordnet.
Bei LWD ist die Vorrichtung Teil der Bohrgarnitur, die Bohrlochmessung
ausführt,
während
Bohrvorgänge
durchgeführt
werden. Bei Wireline-Bohrlochmessung ist die Vorrichtung Teil einer
Sonde, die an das untere Ende des interessierenden Bereiches abgesenkt
wird, um Messung durchzuführen,
während
die Bohrlochmessvorrichtung mit gleichmäßiger Geschwindigkeit nach oben
gezogen wird.
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In
Block 704 wird die Vorrichtung in den Bohrlochmess-Modus
versetzt. Bei LWD kann dieser Vorgang den Einsatz einer Dezentriereinrichtung
einschließen
(oder auch nicht), die Sensoren in dem Vorrichtungskörper an
die Bohrlochwand drückt.
Als Alternative dazu kann das LWD-Widerstands-Abbildungswerkzeug
eine oder mehrere Ausfahrmechanismen oder Stabilisierungsrippen
aufweisen, die Sensoren in Kontakt mit der Bohrlochwand oder nahe
an diese bringen. Bei Wireline-Bohrlochmessung halten mehrere Zentrierarme
die Sensorflächen
in Kontakt mit der Bohrlochwand.
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Die
Blöcke 706–714 stellen
Vorgänge
dar, die während
des Bohrlochmessprozesses ablaufen. Obwohl die verschiedenen Vorgänge der
Reihe nach dargestellt und beschrieben werden, können sie gleichzeitig ablaufen,
und darüber
hinaus können
sie gleichzeitig für
verschiedene Senderantennen auftreten.
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In
Block 706 sendet die Vorrichtung ein elektromagnetisches
Signal von einer oder jeder der Senderantennen und misst die Phase
und Dämpfung
elektromagnetischer Signale, die durch die Empfängerantennen empfangen werden.
In Block 708 bestimmt die Vorrichtung einen Widerstands-Messwert
in Reaktion auf jedes gesendete Signal, indem sie beispielsweise
auf eine Tabelle bezüglich
der gemessenen Dämpfung
und Phasenverschiebung Bezug nimmt. In Block 710 verknüpft die
Vorrichtung, oder was wahrscheinlicher ist, die Oberflächen-Bohrlochmesseinrichtung,
die mit der Vorrichtung gekoppelt ist, die kompensierten Widerstandsmessungen
mit einer Messung der Position und Ausrichtung der Vorrichtung,
so dass Bildpixelwerte zum Abbilden der Gesteinsformation bestimmt
werden können,
die das Bohrloch umgibt.
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In
Block 712 bewegt sich die Vorrichtung in dem Bohrloch,
und in Block 714 wird eine Prüfung durchgeführt, um
festzustellen, ob Bohrlochmessvorgänge fortgesetzt werden sollen
(d. h., ob die Bohrlochmessvorrichtung das Ende des interessierenden
Bereiches erreicht hat). Wenn die Bohrlochmessvorgänge fortgesetzt
werden, werden die Blöcke 706–714 wiederholt.
Wenn die Bohrlochmessvorgänge
abgeschlossen sind (oder in einigen Ausführungsformen, während die
Bohrlochmessvorgänge
fortgesetzt werden), bildet die Bohrlochmesseinrichtung an der Oberfläche die
Widerstands-Messwerte als Bohrlochwand-Bildpixel ab und zeigt das
resultierende Widerstands-Bild der umgebenden Formationen in Block 716 an.
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6 zeigt
eine veranschaulichende Testumgebung, bei der ein Behälter 602 mit
einem Durchmesser von 6 Fuß eine
künstliche
Formation enthält,
die eine einfallende Dünnschicht 604 enthält, die
zwischen zwei Dickschichten 606 und 608 eingeschlossen
ist. Die Dickschichten bestehen aus Gemischen aus Quarzsand und
Portland-Zement, während
die einfallende Schicht aus einem Gemisch aus Gel und Zement besteht.
Die Formation hat einen Durchmesser von ungefähr 2 Fuß und ein Bohrloch von 8,5
Inch. Die obere Schicht ist ungefähr 3,5 Fuß dick, die einfallende Schicht
ist ungefähr
0,5 Fuß dick,
und die untere Schicht ist ungefähr 4,5
Fuß dick.
Um Schlamm auf Wasserbasis zu simulieren, wurde der Behälter mit
Wasser mit einem spezifischen Widerstand von ungefähr 15 Ω-m gefüllt, und
um Schlamm auf Ölbasis
zu simulieren, wurde das Experiment ohne Wasser wiederholt (luftgefülltes Bohrloch).
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Ein
Prototyp 610 wurde wiederholt mit verschiedenen Abständen, Sensorausrichtungen,
Bohrlochflüssigkeiten
und Antennenkonstruktionen in dem Bohrloch entlang geführt. Die
Abstände
variierten zwischen 0 Inch (Vorrichtung ist mit der Bohrlochwand
in Kontakt) und 1,5 Inch. Die Sensoren wurden abwechselnd für vergleichende
Messungen nach Norden, Osten, Süden
und Westen ausgerichtet. Die Bohrloch-Fluide waren Wasser oder Luft.
Es wurden sowohl Schalenkernantennen als auch Ferritstabantennen
als Senderantennen in Kombination mit beiden Typen von Antennen
als Empfängerantennen
getestet. Der Abstand der Empfängerantenne
betrug 4 Inch von Mitte zu Mitte, und der Mittelpunkt des Empfängerpaars
war 8 Inch von der Senderantenne entfernt. Es wurden Sendesignalfrequenzen
von 2 MHz und 8 MHz getestet.
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8–
13 zeigt
Messergebnisse für
die verschiedenen Testbedingungen. Die Testparameter für
8 waren
die Folgenden:
| Senderantenne: | Ferritstab | Sendefrequenz: | 2
MHz |
| Empfängerantenne: | Ferritstab | Bohrloch-Fluid: | Wasser |
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8 vergleicht
die Phasenverschiebungsmessungen bei unterschiedlichen Azimuth-Ausrichtungen des
Sensors. In den Kurven für
die Nord-, Ost-, Süd-
und Westausrichtung wird das Vorhandensein der einfallenden Schicht
deutlich durch den Abfall der Phasenverschiebungsmessungen an unterschiedlichen
Positionen für
die verschiedenen Ausrichtungen angezeigt. Sichtbar sind ebenfalls
die verschiedenen Widerstandswerte der Dickschichten. Weitere Analyse
zur Bestimmung der räumlichen
Auflösung
sowie der Empfindlichkeit der Widerstandsmessung ist wünschenswert,
jedoch ist ersichtlich, dass in Flüssigkeiten auf Wasserbasis die
Messungen von Ferritstab- zu Ferritstabantenne ausreichende räumliche
Auflösung
aufweisen, um Bohrlochwand-Abbildung und Formationsmessungen zu
ermöglichen.
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Die
Testparameter für
9 sind
die Folgenden:
| Senderantenne: | Ferritstab | Sendefrequenz: | 8
MHz |
| Empfängerantenne: | Ferritstab | Bohrloch-Fluid: | Wasser |
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9 vergleicht
die Phasenverschiebungsmessungen bei unterschiedlichen Abständen zu
der Bohrlochwand. Die Kurven für
einen Abstand von 0 Inch und einen Abstand von 1,5 Inch haben jeweils
die gleiche Form, obwohl die Kurve für einen Abstand von 1,5 Inch
geringfügig
reduzierte Phasenverschiebungen gegenüber der Kurve für den Abstand
von 0 Inch aufweist. Weitere Analyse wäre wünschenswert, um die Abstands-Empfindlichkeit
vollständig
zu charakterisieren, jedoch ist ersichtlich, dass diese Konfiguration
der Vorrichtung relativ unempfindlich gegenüber Abstand ist.
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Die
Testparameter für
10 sind
die Folgenden:
| Senderantenne: | Ferritstab | Sendefrequenz: | 2
MHz |
| Empfängerantenne: | Ferritstab | Bohrloch-Fluid: | Luft |
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10 stellt
die Phasenverschiebungsmessungen der Vorrichtung in einem nichtleitenden
Bohrloch-Fluid dar. Obwohl die Ansprechkurve eine andere Form hat,
ist die Empfindlichkeit der Vorrichtung für das Tauchbett deutlich sichtbar.
So ermöglichen
die Messungen von Ferritstab- zu Ferritstabantenne auch in einem nichtleitenden
Bohrloch-Fluid Widerstandsmessungen und die Erfassung dünner einfallender
Schichten.
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Die
Testparameter für
11 sind
die Folgenden:
| Senderantenne: | Schalenkern | Sendefrequenz: | 2MHz |
| Empfängerantenne: | Ferritstab | Bohrloch-Fluid: | Wasser |
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11 vergleicht
die Phasenverschiebungsmessungen bei unterschiedlichen Azimuth-Ausrichtungen des
Sensors. In den Kurven für
die Nord-, Ost-, Süd-
und Westausrichtung ist das Vorhandensein der einfallenden Schicht
deutlich durch den Abfall der Phasenverschiebungsmessungen an verschiedenen
Positionen für
die unterschiedlichen Ausrichtungen dargestellt. Weitere Analyse
zur Bestimmung der räumlichen
Auflösung
und der Empfindlichkeit der Widerstandsmessung sind wünschenswert,
jedoch ist ersichtlich, dass in Flüssigkeiten auf Wasserbasis
die Messungen von Schalenkern- zu Ferritstabantenne ausreichend
räumliche Auflösung aufweisen,
um Bohrlochwand-Abbildung und Formations-Einfallmessungen zu ermöglichen.
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Die
Testparameter für
12 und
13 sind
die Folgenden:
| Senderantenne: | Schalenkern | Sendefrequenz: | 2
MHz |
| Empfängerantenne: | Ferritstab | Abstand: | 0
Inch |
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12 vergleicht
Phasenverschiebungsmessungen zwischen verschiedenen Bohrloch-Fluiden. (Es ist
anzumerken, dass die Phasenverschiebungskurve für Luft um 2 Grad nach oben
verschoben worden ist, wie dies durch die Y-Achsen-Koordinaten auf
der rechten Seite der Figur angedeutet ist.) Bei den Kurven für Wasser
und für
Luft wird das Vorhandensein der einfallenden Schicht deutlich sichtbar.
Die Konfiguration von Schalenkern- zu Ferritstabantenne funktioniert
also sowohl in leitenden als auch nichtleitenden Bohrloch-Fluiden. 13 zeigt
eine Bestimmung des annähernden
spezifischen Widerstands auf Basis der Phasenmessungen in 12.
Die Bestimmung des spezifischen Widerstands basiert auf einem vorhandenen
Dipol-Modell und berücksichtigt
daher nicht die spezifischen Strahlungsmuster oder Vorrichtungs-Kalibrierungsparameter.
In der Praxis würde
ein spezifischeres Modell eingesetzt werden. Dennoch erscheint die
einfallende Schicht in beiden Kurven. Bei weiterer Verfeinerung
der Modelle sollte sich die offenbarte Vorrichtungskonfiguration
für Widerstands-Bohrlochmessung
in Bohrloch-Fluiden jedes beliebigen Typs eignen. Es ist zu erwarten,
dass das Modell auf Basis des Fluid-Widerstands variiert, und daher
kann der spezifische Widerstand des Bohrloch-Fluids als ein Modell-Parameter
eingeschlossen werden, der unabhängig
zu messen oder durch Inversion zu lösen ist.
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Es
ist anzumerken, dass aufgrund des Prinzips der Reziprozität die Messungen,
die von Schalenkernsender- zu Ferritstab-Empfängerantennen durchgeführt wurden,
auch von Fer ritstabsender- zu Schalenkern-Empfängerantennen durchgeführt werden
können.
Die Azimuth-Empfindlichkeit dieser Vorrichtung ermöglicht die
Durchführung
von Messungen in verschiedenen Azimuth-Richtungen, die potenziell
ausreichend Informationen ergeben, um Messung von Widerstands-Anisotropie
und Formations-Einfall zu ermöglichen.
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Verschiedene
Veränderungen
und Abwandlungen werden für
den Fachmann aus dem umfassenden Verständnis der obenstehenden Offenbarung
ersichtlich. Die obenstehende Offenbarung beschreibt beispielsweise
zahlreiche Antennen-Konfigurationen im Kontext einer LWD-Vorrichtung,
diese Antennen-Konfigurationen können
jedoch ohne Weiteres auch bei Wireline-Bohrlochmessvorrichtungen
eingesetzt werden. Des Weiteren ist zu bemerken, dass die Senderantennen
sehr kurze Impulse (hoher Bandbreite) als Alternative zu Sinussignalen
(schmaler Bandbreite) senden können.
Des Weiteren kann das Prinzip der Reziprozität angewendet werden, um äquivalente
Messungen zu gewinnen, ohne die Rolle als Sender und Empfänger für jede Antenne
auszutauschen. Die folgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass
sie alle derartigen Veränderungen und
Abwandlungen einschließen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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SYSTEM UND VERFAHREN MIT RADIAL VERSETZTEN
ANTENNEN FÜR
ELEKTROMAGNETISCHE WIDERSTANDS-BOHRLOCHMESSUNG (ELECTROMAGNETIC
RESISTIVITY LOGGING)
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Offenbart
werden Systeme und Verfahren für
Widerstands-Bohrlochmessungen, bei denen magnetische Dipolantennen
eingesetzt werden, die in Wandkontakt-Flächen eingebettet sind. In einigen
Ausführungsformen
sind die Antennen Schalenkern- oder Ferritstabantennen. Prototypen
von Widerstands-Bohrlochmessvorrichtungen mit diesen Antennen weisen
gute Widerstands-Bohrlochmessleistung in Bohrloch-Flüssigkeiten sowohl
auf Wasserbasis als auch auf Ölbasis
auf, was darauf hindeutet, dass dieser Aufbau eine Bohrlochmessvorrichtung
ermöglicht,
die für
den Einsatz mit Bohrlochflüssigkeiten
aller Typen geeignet ist. Des Weiteren bietet die Vorrichtung gute
räumliche
Auflösung,
so dass die Erzeugung von Formations-Widerstandsabbildungen für die Bohrlochwände ermöglicht wird.