DE4207192C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bohrlochprospektion mittels Schallwellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Untersuchen geologischer Formationen mittels akustischer Wellen, wobei ein die geologischen Formationen durchsetzendes Bohrloch für die Produktion von Abströmen ausgestattet ist, und hat auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zum Gegenstand.

Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich anwenden beispielsweise auf seismische Operationen, welche in Bohrlöchern ausgeführt werden, die für die Produktion von Erdölabströmen ausgerüstet sind.

Die Ausrüstung für solche Bohrlöcher besteht im allgemeinen aus einem Ausbau bzw. einer Verrohrung (casing), die an den Wandungen des Bohrlochs durch Einspritzen von Zement in den Ringraum befestigt wird. Eine Produktionskolonne von einem Querschnitt geringer als dem des Rohres wird in das Bohrloch bis in die Produktionszone abgesenkt. Sie ist gegen ihre Basis mit einem oder mehreren Verschlußorganen versehen. Durch Dilatation dieser Verschlußorgane verschließt man den Ringraum zwischen der Kolonne und dem Schachtrohr. Die Rohrkolonne dient dazu, die Erdölabströme gegen die Oberfläche zu heben oder auch für verschiedenste Eingriffsvorgänge wie beispielsweise das Einspritzen von Substanzen in unterirdische Formationen zum Stimulieren der Produktion.

Bei einem im Vorgang der Produktion befindlichen Bohrloch ist es günstig, seismische Aufzeichnungen vorzunehmen, um die Entwicklung der Sättigung der produzierenden Schichten an Abströmen während ihrer Ausbeutung zu kennen, wobei diese Aufzeichnungen in einer besonderen Region der Formation lokalisiert sind. Möglich wird beispielsweise ein Verfahren vom Typ PSV (seismisches vertikales Profil), welches den Empfang der durch die geologischen Formationen rückgeschickten Wellen oder die durch sie übertragenen Wellen mittels mehrerer längs des Bohrlochs herabgelassener Empfänger umfaßt, wobei diese Wellen durch einen seismischen Generator ausgesandt wurden, der an der Oberfläche oder in einem anderen Bohrloch angeordnet war.

Es ist manchmal auch wünschenswert, die Empfänger aus einem Bohrloch herauszubekommen, dessen Möglichkeiten der Ausbeutung sich unzureichend erweisen und sie in einem anderen Bohrloch zu installieren. Es kann vorteilhaft sein, die Produktionsunterbrechungen zu nutzen, die sich anläßlich der Wartungsvorgänge beispielsweise einstellen, um diese Bewegungen oder Verschiebung der Empfangsvorrichtung durchzuführen.

Bekannt ist aus den US-Patent(anmeldungen) 47 75 009, 49 86 350, DE 37 01 189 C2 und FR 26 42 849 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Installation einer seismischen Empfängeranordnung außerhalb des Verrohrungsrohres eines Schachtes. Das Verfahren besteht im wesentlichen darin, Empfänger außerhalb des Verrohrungsrohres oder Futterrohres vorzugsweise in hierzu vorgesehenen Lagern im Augenblick ihrer Installation anzuordnen und sie in den Zement einzubetten, den man in den Ringraum zwischen diesem und den Wandungen des Bohrlochs injiziert.

Dieses Verfahren bietet den Vorteil, die Kopplung der Geber mit den Böden zu erleichtern. Dagegen muß auf den irreversiblen Charakter der Installation hingewiesen werden, da die Geber nicht rückgewinnbar sind. Störender ist ihre definitive Immobilisierung. Man weiß, daß bei den seismischen Verfahren insbesondere vom Typ PSV es nützlich sein kann, die Position der Empfängeranordnung längs des Bohrlochs zu modifizieren, um die Modifikation der Lagerstätte während der auf die Produktion der Abströme folgenden Zeit zu berücksichtigen. Das Studium einer Lagerstätte durch Schallwellen während der Produktion erfordert also ein bewegbares oder verschiebbares seismisches Gerät.

In der französischen Patentanmeldung 26 56 034 (US SN 6 31 253) ist eine Sonde vorgeschlagen, die so ausgelegt ist, daß sie in ein Bohrloch abgesenkt werden kann, das zur Produktion mit einer Produktionskolonne (tubing) ausgerüstet ist. Diese Sonde umfaßt einen Zwischenschuh, der mit einem Mittendurchlaß versehen ist, der breiter als die Kolonne ist und zwischen zwei Schuhen angeordnet ist, die exzentrisch außerhalb hiervon angeordnet sind. Der Zwischenschuh umfaßt eine bewegliche Ausrüstung, die beweglich bzw. verschiebbar zwischen einer Rückzugsstellung und einer Kopplungsstellung mit der Wand des Bohrlochs unter der Wirkung von Federn ist und in dieser beweglichen Ausrüstung ist ein Gehäuse für Aufnehmer und hydraulische Auslösemittel vorgesehen. Die Vorrichtung ist so ausgebildet, damit in Funktionsstellung das Gehäuse gegen die Wandung der Bohrlochverrohrung gepreßt werden kann und der Zwischenschuh mechanisch von der Kolonne gelöst werden kann.

In US 3 712 414 ist eine Bohrlochsonde beschrieben, die einen Körper aufweist, der am Ende eines Elektrowindenseils in ein Bohrloch hinabgelassen werden kann. Im Zusammenhang damit ist hier ein akustisches Aufzeichnungssystem behandelt, das in Gleitschuhen untergebrachte Sende- und Empfangswandler aufweist. Diese Gleitschuhe sind durch Änderung der Spreizung beweglicher Arme verschiebbar und sie werden gegen die Bohrlochwände aufgrund der Spannung von Blattfedern angepreßt.

Die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung soll es aufgabengemäß ermöglichen, Untersuchungsvorgänge mittels akustischer Wellen in einem Bohrloch vorzunehmen, welches geologische Formationen durchsetzt und für die Produktion von Abströmen ausgerüstet ist, wobei diese Ausrüstung ein Verrohrungsrohr und eine Produktionskolonne von einem Querschnitt geringer als der des Rohres umfaßt.

Außerdem soll durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung die Bewegung der Empfangsvorrichtung und die eventuelle Rückgewinnung ermöglicht werden, indem beispielsweise Unterbrechungen der Produktion ausgenutzt werden, die durch die verschiedenen Wartungsvorgänge auftreten.

Da das Führen der Empfangseinheiten vermittels eines steifen Organs wie einer Produktionskolonne durchgeführt wird, kann das Verfahren gemäß der Erfindung auch beispielsweise dazu dienen, Untersuchungen durch akustische Wellen in abgelenkten Bohrlöchern vorzunehmen, wo sich die Verwendung von Bohrlochsonden, die durch ihr Eigengewicht fortschreiten, als schwierig erweist.

Eine Vorrichtung zum Untersuchen geologischer Formationen mittels akustischer Wellen gemäß der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegegen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden; diese zeigen in

Fig. 1 das Prinzipschema eines Prospektionssystems vermittels akustischer Wellen für Bohrlöcher mit einem Empfangsgerät, das in geeigneter Weise bezüglich eines Senders angeordnet ist, um die akustischen Signale zu empfangen, die aus einer geologischen Formation aufgrund eines Ausstrahlens akustischer Wellen in dieser stammen;

Fig. 2 eine erste Ausführungsform zur Verbindung jeder Empfangseinheit mit der Kolonne, die ihre Kopplung mit dem Futter- oder Verrohrungsrohr erlaubt;

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Verbindung jeder Empfangseinheit, und

Fig. 4 eine Empfangseinheit, die mechanisch von der Bohrkolonne abgekoppelt werden kann.

In Fig. 1 erkennt man ein Bohrloch 1, das bis auf eine unterirdische Produktionszone P gebohrt ist. Das Bohrloch ist zur Produktion von Erdölabströmen ausgerüstet. Es ist mit einem Futter- oder Verkleidungsrohr 2, im folgenden "Verrohrungs-" oder Futterrohr genannt ausgestattet, das, nachdem es einmal eingesetzt ist, mit den umgebenden Böden durch eine Zementeinführung zwischen ihm und dem Bohrloch gekoppelt wird. In das verrohrte Bohrloch wird eine Produktionskolonne 3 abgesenkt, die durch die gegenseitige Verbindung einer Aufeinanderfolge röhrenförmiger Abschnitte aufgebaut ist. Diese Kolonne ist gegen ihre Basis hin mit einem expansiblen Verschlußorgan 4 vom Packertyp ausgestattet. Durch Schließen dieses expansiblen Organs isoliert man den Ringraum zwischen Kolonne und Rohr. Längs dieser Kolonne kanalisiert man die durch die unterirdische Lagerstätte erzeugten Abströme. Pumpmittel (nicht dargestellt) und Schieber 5 ermöglichen die kontrollierte Aktivierung der Produktion.

Das Verfahren gemäß der Erfindung umfaßt die Zuordnung zu einer Kolonne eines Empfangsgeräts für akustische Wellen, bestehend aus einer Vielzahl von Empfangseinheiten für akustische Wellen R1, R2, . . . Rn, die mit der Innenwandung des Futterrohres 2 gekoppelt werden können. Diese Einheiten sind auf bezüglich einander bestimmten Intervallen längs der röhrenförmigen Kolonne verteilt. Ein Vielleiterkabel 6 ermöglicht die Verbindung der Empfangseinheiten R1 bis Rn mit einer zentralen Steuer- und Aufzeichnungsstation 7 an der Oberfläche.

Man ordnet eine Quelle für akustische Wellen S an der Oberfläche in einem anderen Bohrloch oder gegebenenfalls im gleichen an. Die Empfangsvorrichtung wird im Bohrloch auf einer gewählten Tiefe positioniert, um den guten Empfang der Wellen zu begünstigen, die aus einer Lagerstättenzone stammen, die einer akustischen Untersuchung ausgesetzt sind, anschließend an die Abgabe von akustischen Wellen in dieser Zone. Die Tiefe der optimalen Anordnung des Empfangsgeräts zur in Betracht gezogenen Exploration vermittels akustischer Wellen erhält man, indem man die röhrenförmigen Querschnitte der Kolonne wählt, denen die Empfangseinheiten zugeordnet sind.

Die Verbindung der Empfangseinheiten mit der Zentralstation kann direkt über Übertragungsleitungen im Kabel 6 erfolgen. Man bevorzugt jedoch in gewissen Fällen, sie mit der Zentralstation vermittels einer elektronischen Anordnung zu verbinden, welche die Multiplexierung der durch die verschiedenen Empfangseinheiten empfangenen Signale sowie deren kodierte Übertragung sicherstellen, wie beispielsweise in den US PS 48 62 425 und 49 01 289 beschrieben.

Nach der Ausführungsform der Fig. 2 können die Empfangseinheiten in Schuhen 8 eingeschlossen sein, welche gegen die Innenwandung des Futterrohres gepreßt werden. Die Schuhe sind beispielsweise mit Armen 9 verbunden, die bezüglich einer Muffe 10 verschwenken können, die auf der Bohrkolonne zentriert ist und die in Spreizstellung durch Blattfedern 11 gehalten werden. Federn 12 halten die Muffe 10 zwischen zwei festen Anschlägen 13.

Nach der Ausführungsform der Fig. 3 kann jede Empfangseinheit R in einem Gehäuse 14 eingeschlossen sein, welches an flexible Blattfedern 15 eines Blattexzenters 16 befestigt ist, der um einen Abschnitt der Kolonne 3 befestigt ist.

Nach der Ausführungsform der Fig. 4 kann man auch eine Empfangsvorrichtung verwenden, die aus einer Vielzahl von Sonden gebildet ist, wie sie beispielsweise in der US PS 49 86 350 beschrieben ist. Jede Sonde umfaßt einen Zwischenschuh 17 zwischen zwei Exzenterschuhen 18, 19, die um die Kolonne 3 auf einer gewissen Entfernung zueinander befestigt sind. Die Exzenterschuhe sind je mit Blattfedern 20 versehen, die in identischer Weise derart angeordnet sind, daß sie sie gegen die Schachtwandung 2 entsprechend ein und der gleichen Radialebene pressen. Der Zwischenschuh 17 umschließt ebenfalls die Kolonne 3. Ein mittiger Durchlaß 21 ist vorgesehen, dessen Querschnitt größer als der der Kolonne 3 ist. Der Zwischenschuh 17 umfaßt eine bewegliche Ausrüstung 22, die mit Lagern für Aufnehmermittel 23 wie beispielsweise triaxiale Geophone versehen ist. Nicht dargestellte Federn sind derart angeordnet, daß sie die bewegliche Ausrüstung gegen ihre Kopplungsposition mit dem Rohr des Schachtausbaus drücken. Hydraulische Mittel einschließlich eines Stellzylinders 24 ermöglichen es, ihre Verschiebung gegen die ausgefahrene Stellung zu steuern. Ein Verbindungselement 25 wird während des Absenkens der Kolonne verwendet, um den Zwischenschuh mit zwei anderen zu verbinden. Die Anordnung ist so ausgelegt, damit in Eingriffsstellung die bewegliche Ausrüstung in Kontakt mit dem Schachtrohr kommt und der Zwischenschuh wird mechanisch von der Kolonne abgekoppelt. Die Aufnehmermittel sind über Leiter 26 mit einem elektronischen Erfassungs- und Übertragungsgehäuse 27 verbunden, welches mit einem Mehrleiterkabel 28 verbunden ist, welches die Verbindung mit der Zentralstation 7 an der Oberfläche (Fig. 1) sicherstellt.

Jede der Sonden ist auf einem Abschnitt der Kolonne installiert. Die so ausgerüsteten Abschnitte der Kolonne sind beispielsweise auf der Kolonne an Stellen im Ausmaß ihres Absenkens in das Bohrloch zwischengeschaltet, um die gewünschte Konfiguration der Empfangsvorrichtung zu erhalten.

Ist die Empfangsvorrichtung einmal auf die erwünschte Tiefe (Fig. 1) gelangt, so nimmt man eine oder mehrere Sendeempfangszyklen unter Aussenden von Wellen in den Erdboden durch Quelle S an der Oberfläche oder in einem anderen Bohrloch, Empfang der durch die Diskontinuitäten rückgeschickten Wellen und Übertragen der empfangenen Signale an der Zentralstation 7 für deren Aufzeichnung vor.

Die Verschiebung oder Bewegung der Empfangsvorrichtung von einer Tiefe auf eine andere oder ihr Anheben an die Oberfläche wird durch Bewegen der Kolonne vermittels eines Betätigungssystems 29 an der Oberfläche erhalten.

Claims (4)

1. Ein Verfahren zum Untersuchen geologischer Formationen mittels akustischer Wellen, wobei ein die geologischen Formationen durchsetzendes Bohrloch, das für die Produktion von Abströmen ausgestattet ist, ein Ausbau- oder Futterrohr (2) sowie eine im letzteren angeordnete Produktionskolonne (3) von einem Querschnitt kleiner als das Futterrohr aufnimmt, umfaßt folgende Schritte:

• - Koppeln einer Quelle (S) für die akustischen Wellen mit den zu explorierenden Formationen;
• - Verbinden der Produktionskolonne (3) mit einer Vielzahl von seismischen Empfangseinheiten (R1 bis Rn) unter Einhaltung bestimmter Abstandsintervalle;
• - Verbinden der Empfangseinheiten mit einer Steuer- und Aufzeichnungsanordnung (7), um ein Aufzeichnen der von dem Empfangseinheiten abgegebenen Signale steuern zu können;
• - Absenken dieser Produktionskolonne in das Bohrloch, um die Empfangseinheiten auf optimale Tiefen zu führen;
• - Koppeln der Empfangseinheiten (R1 bis Rn) mit der inneren Wandung des Futterrohres (2); und
• - Realisieren der Sendeempfangszyklen in Verbindung mit einem Auslösen der Quelle für akustische Wellen, sowie Aufzeichnen der zugehörigen, von den Empfangseinheiten abgegebenen Signale; und
• - Bewegen bzw. Verschieben der eine Empfangsvorrichtung bildenden Empfangseinheiten durch Translation der Produktionskolonne längs des Bohrlochs.

2. Eine Vorrichtung zum Untersuchen geologischer Formationen mittels akustischer Wellen, wobei ein die geologischen Formationen durchsetzendes Bohrloch, das für die Produktion von Abströmen ausgestattet ist, ein Ausbau- oder Futterrohr (2) sowie eine im letzteren angeordnete Produktionskolonne (3) von einem Querschnitt kleiner als das Futterrohr aufnimmt, weist folgende Merkmale auf:
eine Quelle für die akustischen Wellen (S);
eine Empfangsvorrichtung, bestehend aus einer Vielzahl von Empfangseinheiten (R1 bis Rn), die mit der Produktionskolonne (3) unter Einhaltung bestimmter Abstandsintervalle verbunden sind, wobei für jede Empfangseinheit ein Gehäuse (14, 22) für wenigstens einen Empfänger für akustische Wellen sowie Mittel vorgesehen sind, um dieses Gehäuse gegen die Innenwandung des Futterrohres zu koppeln;
eine Steuer- und Aufzeichnungsanordnung (7);
Mittel zur elektrischen Verbindung (6) der verschiedenen Empfangseinheiten mit der Steuer- und Aufzeichnungsanordnung (7) und Betätigungsmittel (29), um die Empfangsvorrichtung längs des Bohrlochs durch Verschieben der Bohrkolonne zu verschieben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Mittel, um das jeweilige Gehäuse gegen die Innenwandung dieses Futterrohres zu koppeln, eine Kopplungsanordnung mit beweglichen Armen (9), die Federn (11) zugeordnet sind, umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Mittel, um das jeweilige Gehäuse gegen die Innenwandung dieses Futterrohres zu koppeln, Federzentriermittel (16) umfaßt.