DE3701189C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbau seismischer
Aufnehmer in ein Erdölproduktionsbohrloch
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 13.
Bekannt sind Verwendungen von Aufnehmern in für die Produktion
ausgerüsteten Bohrlöchern. Eine hiervon besteht beispielsweise
darin, akustisch die Qualität der Zementierung
zu bestimmen, welche mit der Wandung eines Bohrlochs die
äußere Verrohrung festlegt (die bei den Technikern unter dem
Namen "casing" bekannt ist) und die hierin bereits angeordnet
wurde. Ein klassischer, in der Phase des Beginns und der
Beendigung eines Bohrlochs realisierter Vorgang besteht darin,
eine Verrohrung niederzubringen und Zement in den Ringraum
derart einzuführen, daß verhindert wird, daß die vom
Bohrloch erzeugten Fluide über diesem Weg entkommen oder
herauswandern. Die Qualität der Zementierung, von der die
Dichtigkeit des Ringraumes abhängt, wird beispielsweise dadurch
bestimmt, daß man in das verrohrte Bohrloch eine längliche
Sonde absenkt, welche akustische Sender und Empfänger
enthält, die auf unterschiedlichen Tiefen angeordnet sind.
Die ausgesandten akustischen Wellen werden durch die verschiedenen
Empfänger nach Ausbreitung in der Ringzone und
insbesondere im Zement aufgefangen. Ein Vergleich der empfangenen
Signale ermöglicht es, beispielsweise zu bestimmen,
daß die Verteilung gut homogen ist.
Ein anderes bekanntes Verwendungsbeispiel besteht darin, im
Inneren eines verrohrten Bohrlochs eine Sonde abzusenken, die
eine Vielzahl unterschiedlicher Aufnehmer enthält, die es ermöglichen,
unterschiedliche Parameter, insbesondere das
akustische Geräusch, die natürliche Radioaktivität, die Temperatur,
den Druck etc. zu messen.
Bekannte Verwendungsbeispiele für Aufnehmer in verrohrten
Bohrlöchern werden beispielsweise in den Europäischen Patentanmeldungen
Nr. 55 634 oder 98 778 und in der US-PS 43 90 878
beschrieben.
Aus der US-PS 45 34 020 ist es bekannt, eine
Anordnung von seismischen Aufnehmern in ein Bohrloch einzuzementieren.
Mehrere unterschiedlich ausgerichtete Aufnehmer können dabei vorgesehen sein.
Die Positionierung der Aufnehmer im Inneren eines verrohrten
Bohrlochs ist zweckmäßig zur Durchführung der Messungen, die
in einer nahen Ringzone lokalisiert sind oder um Fluidströme
in einer Produktionskolonne zu überwachen. Dies eignet sich
aber nicht, wenn es sich beispielsweise darum handelt, durch
seismische Methoden die Entwicklung eines in Ausbeutung befindlichen
Reservoirs zu bestimmen. Seismische Aufzeichnungen
werden insbesondere nach dem Verfahren des sogenannten vertikalen
seismischen Profils (PSV) durchgeführt, das den Empfang
der Wellen umfaßt, welche durch die verschiedenen unterirdischen
Reflektoren mittels einer Vielzahl von Geophonen
zurückgesandt werden, die auf unterschiedlichen Tiefen eines
gebohrten Loches angeordnet sind, wobei diese Wellen von
einem seismischen Generator ausgesandt wurden, der an der
Oberfläche oder auch in einem anderen Bohrloch angeordnet
war. Die Verwirklichung eines solchen Verfahrens mittels
Geophonen, die in ein Bohrloch abgesenkt werden, das zur Erdöldproduktion
ausgestattet ist, wird aufgrund der Tatsache
wesentlich schwieriger, daß die Kopplung der Geophone mit den
umgebenden Formationen vermittels einer Verrohrung stattfindet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung derart anzugeben, daß die seismischen Aufnehmer so in ein
Erdölproduktionsbohrloch eingebaut werden können, daß sie eine Bestimmung
der Produktionszone über die Zeit ermöglichen. Die Lösung
dieser Aufgabe ergibt sich erfindungsgemäß aus den Merkmalen
des Anspruchs 1 bzw. 13.
Man ordnet die verschiedenen seismischen Aufnehmer beispielsweise
auf unterschiedlichen Tiefen außerhalb der Verrohrung
an und verbindet sie mit der Oberfläche über elektrische Leiter.
Auf jedem Tiefenniveau ordnet man einen Aufnehmer oder
eine Gruppe von Aufnehmern an. Ist die Verrohrung außen mit
Führungseinrichtungen fest verbunden, so befestigt man beispielsweise
die Aufnehmer an diesen Führungseinrichtungen; die zugeordneten
elektrischen Leiter werden durch Schellen gegen die
äußere Wandungen der Verrohrung gehalten. Die Führungseinrichtungen
können beispielsweise flexible Zentrierungsschuhe
oder Kufen aufweisen. Um das Anordnen der Aufnehmer zu erleichtern,
verwendet man asymmetrische Führungseinrichtungen,
die die Verrohrung gegen eine Bohrlochseite
auf einem Teil ihrer Länge spreizen, wobei die Aufnehmer auf
der der Verrohrung gegenüberliegenden Seite angeordnet sind.
Man kann auch Verrohrungen verwenden, deren Querschnitt auf
wenigstens einem Teil ihrer Länge vermindert ist; die Aufnehmer
werden gegen die Verrohrung im Teil verminderten
Querschnitts angeordnet. Zum Entkoppeln der Aufnehmer kann
man eine Schicht eines dämpfenden Materials zwischen diese
und die Verrohrung einbringen.
Das Verfahren nach der Erfindung ist vorteilhaft, da die Aufnehmer
direkt durch den Zement mit den umgebenden geologischen
Fromationen gekoppelt werden. Sie können also zur Aufnahme
der seismischen Signale von mikroseismischen
Bewegungen Verwendung finden, die in diesen Formationen
während der Periode der Inproduktionsnahme des Bohrlochs entstehen,
oder auch zur Aufnahme von seismischen Signalen, die sich von einem Aussendeort
an der Oberfläche fortgepflanzt haben. Die zugehörige Fortpflanzungsrichtung
kann die Vertikale des Bohrlochs oder auch eine
Richtung sein, die bezüglich der Achse des Bohrlochs geneigt ist, oder auch
die Richtung des Bohrlochs, wenn dieses abgewinkelt ist.
Eine andere mögliche Anwendung besteht darin, in einem
Bohrloch die seismischen Signale zu empfangen, die von
einer in einem anderen Bohrloch angeordneten Störquelle ausgesendet
wurden.
Die gute Kopplung zwischen den Aufnehmern und dem Inneren
der Verrohrung nach dem Verfahren der Erfindung,
ermöglicht es auch, sie zu benutzen, um die Störungen und
Vibrationen aufgrund der Strömung der Fluide zu ermitteln,
die im Bohrloch zirkulieren.
Ein anderer merklicher Vorteil des Verfahrens ist darauf
zurückzuführen, daß die Installation der seismischen Aufnehmer
sehr leicht im Rahmen der Verfahren zum Ausrüsten der Bohrlöcher
integriert werden kann, wobei die Zementierung, die
ein klassisches Verfahren, das zur Dichtigkeit notwendig ist,
verwendet wird, um auch die seismischen Aufnehmer an die umgebenden
Formationen zu koppeln.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend
anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese
zeigt
Fig. 1 in sehr vereinfachter Form ein zur Produktion ausgerüstetes
Bohrloch, in dem die äußere Verrohrung
einer Vielzahl seismischer Aufnehmer zugeordnet ist,
die in den Vergießzement eingebettet sind;
Fig. 2 schematisch ein Verfahren zum Befestigen der
seismischen Aufnehmer außen an die äußere Verrohrung;
Fig. 3 schematisch ein asymmetrisches Zentrierungselement,
welches es ermöglicht, seitlich die Verrohrung
über eine gewisse Länge derart zu verschieben,
daß der Raum, wo die Aufnehmer angeordnet sind, vergrößert
wird;
Fig. 4 schematisch die Ausbildung der Aufnehmer in
der Zone der Dezentrierung der Verrohrung;
Fig. 5 schematisch eine Ausführungsform, bei welcher
die Aufnehmer in einem Ringraum angeordnet sind, der
durch eine Einschnürung der Verrohrung vergrößert
wurde;
Fig. 6 eine Variante zur Fig. 5, wo die Einschnürung
der Verrohrung asymmetrisch ist;
Fig. 7 schematisch eine Ausführungsform, wo eine
Schicht eines Dämpfungsmaterials zwischen jedem
seismischen Aufnehmer und die äußere Wandung der
Verrohrung zwischengeschaltet ist;
Fig. 8 summarisch eine Sende-Empfangsvorrichtung,
die es ermöglicht, seismische Bohrlochprospektion in
einer Produktionszone durchzuführen;
Fig. 9 eine Ausführungsform, bei der man Richtungsaufnehmer
verwendet, die auf unterschiedlichen Tiefenniveaus
angeordnet sind;
Fig. 10 eine Ausbildungsform mit drei Aufnehmern,
am Unfang der Verrohrung unter 120° angeordnet;
Fig. 11 schematisch eine bekannte Vorrichtung, die man
in ein verrohrtes Bohrloch zum Einführen von Vergießzement
absenkt;
Fig. 12 schematisch eine fest mit der Verrohrung verbundene
Muffe, die mit Lagern für seismische Aufnehmer
ausgestattet ist; und
Fig. 13 schematisch die Anordnung eines seismischen
Aufnehmers in seinem Lager.
Fig. 1 zeigt ein Bohrloch 1, welches bis zu einer gewissen
Tiefe auf einen ersten Durchmesser gebohrt ist und über diese
hinaus, insbesondere durch die Produktionszone hindurch,
auf einen zweiten, kleiner als den ersten Durchmesser, aufgebohrt
ist. Das Bohrloch ist in an sich bekannter Weise mit
einer Verrohrung versehen, die aus zwei Teilen 2 a, 2 b ungleicher
Querschnitte besteht, die auf die Bohrdurchmesser
eingestellt sind. Der Teil geringeren Durchmessers 2 b ist
mit einer Dichtigkeitseinrichtung variablen Volumens vom
"packer"-Typ 4 versehen, die zum Schließen des Ringraums
zwischen sich und dem anderen Teil 2 a größeren Durchmessers
benachbart eines ihrer gemeinsamen Enden aufgebläht wird. Im
Inneren der Verrohrung bis zu ihrem Teil 2 b geringeren Durchmessers
ist eine Bohrkolonne 5 angeordnet. Eine andere Dichtigkeitseinrichtung
vom "packer"-Typ 6 ist benachbart dem
unteren Ende der Produktionskolonne 5 derart angeordnet, daß
in ausgefahrener Stellung der Ringraum zwischen ihr und dem
unteren Teil 2 b der Verrohrung geschlossen wird. Eine Pumpengruppe
7, die über ein elektrisches Kabel 8 gespeist wird,
ist auf der Bohrkolonne 5 angeordnet. Der die Produktionszone
P durchsetzende Teil der Verrohrung 2 b ist mit zahlreichen
Öffnungen 9 versehen. Ein mit Ventilen versehener Bohrlochkopf
27 schließt die Verrohrung an ihrem oberen Ende.
Ein oder
mehrere seismische Aufnehmer werden außerhalb der Verrohrung auf
der Höhe ihres Teils größeren Durchmessers 2 a (oder des Teils
eingeschnürteren Durchmessers 2 b, wenn das Volumen des äußeren
Ringraums dies erlaubt) vor ihrem Absenken in das Bohrloch
angeordnet. Diese seismischen Aufnehmer sind mit der
Oberfläche über ein oder mehrere Übertragungskabel 11 verbunden.
Man schreitet nun zur Zementierung der Verrohrung.
Hierzu senkt man in ebenfalls bekannter Weise in die Verrohrung
2 bis in die Nachbarschaft ihres unteren Endes ein
Rohr 24 ab, das durch einen Spezialeinspritzansatz 25 geschlossen
ist, der ein Rückschlagventil enthält. Man legt
das Rohr 24 vermittels einer Dichtigkeitseinrichtung 26 vom
Typ "packer" fest (macht es unbeweglich) und spritzt Zement
ein. Der Zement füllt allmählich, indem er hochsteigt, den
Ringraum zwischen der Verrohrung 2 und dem gebohrten Loch 1.
Am Ende der Zementierungsstufe sind sämtliche der im Ringraum
angeordneten seismischen Aufnehmer 10 im Zement eingebettet.
Um die Verrohrung, um deren Absenken zu erleichtern, sind
(Fig. 2) Zentrierungselemente 12 eines an sich bekannten Typs
mit flexiblen Blättern oder Radialrippen beispielsweise angeordnet.
Nach einer Ausführungsform sind die seismischen Aufnehmer
10 an den Zentrierungselementen 12 befestigt. Das
elektrische Kabel 11 (oder die Kabel, wenn mehrere vorhanden
sind) wird gegen die äußere Wandung der Verrohrung 2 durch
Spannschellen 13 gehalten.
Wenn das Volumen der Gehäuse der verwendeten seismischen Aufnehmer
10 nur schwierig mit den Abmessungen des Ringraums
zwischen Bohrung und Verrohrung 2 kompatibel ist, so kann man
asymmetrische Führungselemente 14 (Fig. 3) zum Dezentrieren
der Verrohrung 2 auf dem Teil ihrer Länge verwenden, längs
deren die Aufnehmer (Fig. 4) angeordnet sind. Die seismischen
Aufnehmer können an den Führungselementen 14 befestigt
sein oder, wie Fig. 3 zeigt, zwischen der äußeren Wandung
der Verrohrung 2 durch Befestigungsschellen 13 des Verbindungskabels
11 beispielsweise gehalten sein. Man kann auch
Verrohrungen verwenden, die (Fig. 5 oder 6) wenigstens einen
Querschnitt 15 aufweisen, dessen Durchmesser verengt ist. Der
verengte Teil kann symmetrisch sein (Fig. 5) oder asymmetrisch
sein (Fig. 6), wenn sämtliche der Empfänger auf der gleichen
Seite der Verrohrung angeordnet sind.
Nach einer Ausführungsform wird eine elastische Materialschicht
16 zwischen jedem seismischen Aufnehmer 10 und die
Wandung der Verrohrung 2 (Fig. 7) derart zwischengeschaltet,
daß sie von dieser akustisch entkoppelt wird. Die Schicht 16
ist beispielsweise eine äußere Umhüllung (Überzug) der Verrohrung.
Die im Ringraum um die Verrohrung 2 angeordnete Gruppe seismischer
Empfänger 10 kann, wie Fig. 8 zeigt, verwendet werden,
um seismische Aufzeichnungen vorzunehmen. Eine seismische
Quelle 17 (ein Vibrator oder eine Impulsquelle) erzeugt
an der Erdbodenoberfläche seismische Wellen, die sich in der
Tiefe fortpflanzen. Die durch die verschiedenen unterirdischen
Reflektoren zurückgesandten Wellen, insbesondere die
der Produktionszone P werden durch die verschiedenen Empfänger
10 empfangen und die ermittelten seismischen Signale
werden durch Übertragungskabel 11 bis zu einem Aufzeichnungslabor
18 übertragen.
Die seismischen Aufnehmer können auch verwendet werden, um
Operationen der seismischen Prospektion Bohrloch für Bohrloch
vorzunehmen oder auch, um passiv Phänomene abzuhören,
die in einem Bohrloch während der Produktion auftreten
(Strömungsgeräusch der Fluide, die in den Kolonnen strömen) oder
bei Stillstand der Produktion (Ermittlung von Rissen oder
Frakturierungen, die durch die Produktion oder das Einführen
der Fluide induziert wurden).
Die verwendeten seismischen Aufnehmer sind beispielsweise
Geophone oder Beschleunigungsmesser. Man wählt ihre Zahl und
Anordnung je nach den ins Auge gefaßten Anwendungen.
Die Aufnehmer sind beispielsweise längs ein und dergleichen
Erzeugenden der Verrohrung 1, wie Fig. 8 zeigt, angeordnet.
Man kann auch ggf. Richtungsaufnehmer (Fig. 9, 10) verwenden,
deren Achsen man tangential zur Verrohrung (Aufnehmer 19)
entsprechend radialen Richtungen (Aufnehmer 20) orientiert
oder auch längs Zwischenrichtungen (Aufnehmer 21). Diese
Zwischenrichtungen können in der Transversalebene, wie Fig. 9
zeigt, enthalten sein oder können auch nach oben oder unten
bezüglich dieser Ebene geneigt sein. An ein und demgleichen
Ort kann man ein Gehäuse 22 anordnen, welches 3 Richtaufnehmer
enthält, die längs drei orthogonalen Achsen ausgerichtet
sind.
Man kann ebenfalls die Aufnehmer derart anordnen, daß die
Ankunftsrichtung der seismischen Signale bestimmt wird. Hierzu
ordnet man mehrere Richtaufnehmer (im folgenden Richtempfänger
genannt) 23 am Umfang der Verrohrung in ein und
dergleichen Transversalebene unter 120° zueinander an. Nach
der Ausführungsform der Fig. 10 sind die Achsen der Aufnehmer
radial angeordnet. Dies ist aber nicht als begrenzend
anzusehen. Es ist ebenfalls möglich, daß die Achsen der Aufnehmer
bezüglich der Transversalebene, entweder, bezogen auf
das Bohrloch, nach oben oder nach unten neigen, wobei der
Neigungswinkel beliebig sein kann.
In der allgemeinsten Konfiguration kann die Gruppe seismischer
Empfänger mehrere Gruppen von Empfängern umfassen, die
längs eines Teils der Verrohrung verteilt sind, wobei jede
der Gruppen mehrere Aufnehmer, ggf. Richtempfänger, umfaßt,
die an deren Umfang angeordnet sind.
Bei einer Verwirklichungsform ist es
beispielsweise möglich, mehrere Richtempfänger an
Muffen mit einem oder mehreren Lagern festzulegen,
wobei die Muffen wiederum mit der Verrohrung verbunden sind (Fig. 12, 13).
Jede Muffe umfaßt zwei Halbschalen 28, 29, die die
Verrohrung einschließen und die mit miteinander über Bolzen
(deren Achsen mit 30 bezeichnet sind) vereinigt sind. Die
Muffe ist asymmetrisch. Die dickste Halbschale (28) umfaßt
drei zylindrische Lager 31, 32, 33, deren Achsen längs drei
orthogonaler Richtungen orientiert sind, und zwar zwei in
einer Horizontalebene, die dritte liegt parallel zur Achse
der Verrohrung 2. Jedes Lager ist von einem dichten Deckel 34
abgeschlossen. Ein Kabel mit zwei Leitern 35 ist jedem Geophon
36 zugeordnet. Übliche, nicht dargestellte Einrichtungen
werden dem Deckel 34 zugeordnet, um die Dichtheit beim Durchgang
des Kabels 35 sicherzustellen.
Jede Muffe mit drei Lagern läßt sich durch drei Lager verminderter
Länge ersetzen, die jeweils ein Lager wie 31 oder 32
umfassen, dessen Achse in einer Transversalebene angeordnet
ist, oder ein Lager wie 33, dessen Achse parallel zur Verrohrung
2 liegt. Eine Veränderung der Orientierung eines Geophons
in einer Transversalebene wird leicht dadurch erhalten,
daß man die Muffe 28 bezüglich der Verrohrung dreht.
Claims (14)
1. Verfahren zum Einbau seismischer Aufnehmer in ein Erdölproduktionsbohrloch
(1), das
eine in das Bohrloch durch Zementierung eingegossene
Verrohrung (2) umfaßt, dadurch gekennzeichnet,
daß man die seismischen Aufnehmer (10) außerhalb
der Verrohrung anordnet und daß man sie in den Zement,
der das Vergießen sicherstellt, einbettet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man die verschiedenen seismischen Aufnehmer auf unterschiedlichen
Tiefen außerhalb der Verrohrung anordnet und
daß man sie an der Oberfläche durch elektrische Leiter
(11) verbindet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
wenigstens eine Gruppe seismischer Aufnehmer außerhalb
der Verrohrung im wesentlichen auf ein und dergleichen
Tiefe anordnet, wobei die Aufnehmer jeder Gruppe mit der
Oberfläche über elektrische Leiter verbunden sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man
eine Vielzahl von Gruppen seismischer Aufnehmer auf unterschiedlichen
Tiefen anordnet.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verrohrung (2) außen
fest mit Führungseinrichtungen (12, 14) verbunden ist, dadurch
gekennzeichnet, daß man die seismischen Aufnehmer mittels der
Führungseinrichtungen befestigt, wobei die elektrischen
zugeordneten Leiter über Schellen (13) gegen die Außenwandung
der Verrohrung gehalten sind.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Führungseinrichtungen (14) derart asymmetrisch sind,
daß die Verrohrung (2) gegen eine Seite des Bohrlochs auf
wenigstens einem Teil seiner Länge gespreizt ist oder auswandert,
wobei die seismischen Aufnehmer außerhalb der
Verrohrung auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet
werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Querschnitt der Verrohrung auf einem Teil (15) ihrer
Länge vermindert ist, wobei die Aufnehmer gegen die Verrohrung
im Teil verminderten Querschnitts angeordnet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man Richtempfänger (19, 20, 21) als Aufnehmer verwendet, und daß man
wenigstens einen Richtempfänger auf jedem Tiefenniveau
anordnet.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
man mehrere Richtempfänger (22) auf jedem Tiefenniveau anordnet,
derart, daß die verschiedener Achsen verschieden polarisierte
Wellen aufnehmen.
10. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Richtempfänger (23) am Umfang der Verrohrung
(2) anordnet.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Aufnahme Geophone oder Beschleunigungsmeßgeräte sind.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man eine Schicht (16) eines Dämpfungsmaterials zwischen
die Empfänger und die Verrohrung einschaltet.
13. Vorrichtung zum Einbau seismischer Aufnehmer in ein
Erdölproduktionsbohrloch, gekennzeichnet
durch wenigstens eine Muffe (28, 29) und Einrichtungen
zur Befestigung der Muffe an der Verrohrung, wobei die
Muffe wenigstens ein dichtes Lager für einen seismischen
Aufnehmer (36) umfaßt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die Muffe oder der Aufnehmer drei zylindrische Lager (31,
32, 33) umfaßt, deren Achsen jeweils längs dreier orthogonaler
Richtungen orientiert sind.
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FR868608536A FR2600172B1 (fr) | 1986-01-17 | 1986-01-17 | Dispositif d'installation de capteurs sismiques dans un puits de production petroliere |
FR868600745A FR2593292B1 (fr) | 1986-01-17 | 1986-01-17 | Procede et dispositif d'installation de capteurs sismiques dans un puits de production petroliere |
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DE (1) | DE3701189A1 (de) |
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