NL8002947A

NL8002947A - Werkwijze en inrichting voor het in situ waarnemen van een afzettingsfluidum in een boorgat.

Info

Publication number: NL8002947A
Application number: NL8002947A
Authority: NL
Original assignee: Elf Aquitaine
Priority date: 1979-05-23
Filing date: 1980-05-21
Publication date: 1980-11-25
Also published as: CA1147841A; US4286461A; GB2049934B; NL191372C; NO152024C; GB2049934A; FR2457490A1; NO152024B; NL191372B; AU546410B2; IT1130609B; IT8022165A0; AU5800580A; NO801528L; DE3019138A1; JPS55155898A; FR2457490B1

Description

803165/Keijser * : 4

Korte aanduiding: Werkwijze en inrichting voor het in situ waarnemen van een afzettingsfluidum in een boorgat.

Door aanvraagster worden als uitvinders genoemd: Philippe BRES, Ί

Christian BERGS en Gérard SASSÜS-BOïïRDA.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze en een inrichting voor het in situ waarnemen van een afzettingsfluidum in een boorfluidum, in een boorgat, en meer in het bijzonder een gas dat in de boorbloeistof verschijnt· 5 Tijdens het boren van een gat met behulp van een roterend boorwerktuig dat wordt aangedreven door een oppervlakte- of bodem-installatie, wordt aan het boorwerktuig een boorvloeistof van bekende samenstelling toegevoerd die wordt gebruikt als koelfluidum voor het boorwerktuig en voor de afvoer van het gruis van het ge-10 boorde terrein, waarbij de van de bodem van het boorgat naar de oppervlakte opstijgende boorvloeistof loopt door de ringvormige ruimte die ontstaat tussen het boorgarnituur en de wand van het boorgat.

Wanneer een van het geboorde terrein afkomstig boorfluidum 15 in de boorvloeistof terechtkomt mengt dit zich met de boorvloeistof.

Het probleem bestaat in het waarnemen van de aanwezigheid van dat afzettingsfluidum in de vloeistof.

Er zijn verschillende werkwijzen en inrichtingen voorgesteld»

In het algemeen wordt gewacht tot het afzettingsfluidum met de naar 20 boven komende boorvloeistof aan de oppervlakte gekomen is* Met deze methode is het niet mogelijk om precies te lokaliseren waar het afzettingsfluidum in het geboorde gat en/of de boorvloeistof is gekomen. Bovendien vertoont deze methode een duidelijk bezwaar voor wat betreft de veiligheid bij het boren en het voorkomen van erup-25 ties.

Een andere methode bestaat hierin dat in het geboorde gat een trein akoestische golven wordt uitgezonden boven- en benedenstrooms van het werkende uiteinde van het boorwerktuig, dat het verschil wordt gemeten tussen de akoestische energie die wordt weerkaatst en 30 gedispergeerd door de boorvloeistof bovenstrooms en benedenstrooms van het uiteinde van het werktuig, dat deze meting wordt omgezet in een verschilsignaal en dat dit verschilsignaal naar de oppervlakte wordt gezonden. Met deze methode van waarneming op de bodem van de put wordt slechts de aanwezigheid of de afwezigheid van een 800 2 9 47 - 2 - afzettingsfluidum vastgesteld. Bovendien zijn de detektiedrempels te hoog voor putten van grote diepte. Tenslotte en vooral maakt de methode geen rechtstreekse meting mogelijk van het debiet van het fluïdum, in voorkomend geval dus van het gas, in de boorvloeistof.

5 Be uitvinding beoogt aan de genoemde bezwaren tegemoet te komen en een werkwijze te verschaffen die geschikt is om in situ een afzettingsfluidum waar te nemen en te meten zodra dit in het meet-gebied verschijnt. Bovenal draagt deze methode aanzienlijk bij tot verhoging van de veiligheid van een boring terwijl het mogelijk is 10 om erupties te voorkomen die veroorzaakt kunnen worden door een gas vondst.

Be uitvinding gaat uit van een werkwijze van de soort die bestaat in het in het meetgebied uitzenden van een bepaalde samengestelde golf met grote frekwentieband, het opvangen van de uitgezon-15 den golf met een ontvanger, los van de zender, en het naar de oppervlakte zenden van de ontvangen informaties. Kenmerkend voor de werkwijze volgens de uitvinding is dat de variatie wordt bepaald van de amplitude van de golf die wordt geproduceerd door het in het boor-fluidum waar te nemen afzettingsfluidum.

20 Een voordeel van de uitvinding ligt in het feit dat een af zettingsfluidum zoals gas zodra het verschijnt, hoe weinig ook, tot uiting komt in een variatie van de verzwakking van de amplitude van de naar de ontvanger gezonden akoestische golf, welke verzwakking het mogelijk maakt om de concentratie van het gas in de boorvloei-25 stof te bepalen.

Bij voorkeur wordt verder volgens de uitvinding de amplitude vergeleken van de uitgezonden golf die ontstaat uit het binnenkomen van afzettingsfluidum in de boorvloeistof, met de amplitude van de golf die wordt uitgezonden in aanwezigheid van boorvloeistof alleen, 50 welke laatste amplitude een referentie vormt waarmee alle andere gemeten amplitudewaarden worden vergeleken.

Yerder is volgens de uitvinding de verzwakking van de gemeten amplituden representatief voor het debiet van het afzettingsfluidum in het boorfluidum.

55 Be uitgezonden akoestische golf is bij voorkeur een breed bandige ruis, bijvoorbeeld met een frekwentie liggend tussen 0 en 2 MHz. Men kan ook een sinusgolf gebruiken, kontinu of pulsvormig, met 800 2 9 47 - 3 - i i een frekwentie die ligt tussen 0,6 en enkele MHz.

De inrichting voor het toepassen van de werkwijze volgens de uitvinding omvat in het algemeen op een verbindingsstuk dat geplaatst is tussen het boorwerktuig en het ondereinde van het boor-5 garnituur, een groef die aangebraoht is op een uitwendige sector, en waarvan het profiel zodanig is dat de stroming van het boor-fluidum in die groef homogeen is, terwijl de zender en de ontvanger afzonderlijke inrichtingen zijn die tegenover elkaar staan en in die groef zijn geplaatst.

10 De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening van een uitvoeringsvoorbeeld.

i’ig. 1 toont schematisch een vertikale doorsnede door een inrichting volgens de uitvinding;

Fig. 2 is een doorsnede volgens de pijlen II-II in fig. 1; 15 Fig. 3 is een overzichtsschema van de inrichting volgens fig. 1 in het geval van uitzending van een ononderbroken golf;

Fig» 4 toont de verzwakking van de amplitude van de ontvangen signalen als funktie van de volume concentratie van een gas in de boorvloeistof; 20 Fig. 5 toont de ontvangen signalen voor verschillende volume concentraties van een gas in de boorvloeistof, waarbij de amplitude uitgezet is langs de horizontale as en de frekwentie langs de vertikale as.

In een gat 1 dat geboord is door een terrein 2 bevindt zich 25 een boorgaraituur dat eindigt in een boorwerktuig 3 van een op zichzelf bekend model. Hoven het boorwerktuig 3 is een tussenstuk 4 geplaatst dat door schroeven bevestigd is aan een transmissie-inrichting 5 die aangebracht is aan het ondereinde van het boorgarnituur.

De transmissie-inrichting 5 is van een. geschikt type en is speciaal 30 een inrichting die werkt door hydraulische impulsen of door elektrische kabels in de stangen.

Het tussenstuk 4 bevat een vertikale groef 6 die aangebracht is in een sector van de buitenomtrek van dit tussenstuk. De groef 6 heeft een profiel dat geschikt is om een gunstige stroming mogelijk 35 te maken van de boorvloeistof tussen de omzettere T en 8 die in die groef tegenover elkaar zijn aangebracht. Deze omzetters J en 8 zijn van het keramisch- ferroëlektrische type, zoals het door 8 0 0 2 9 47 - 4 -

Quartz et Silice vervaardigde type volgens blad CS ?A, overeenkomend met de aanduiding Pl-60. Be afstand tussen de zender 7 en de ontvanger 8 bedraagt enkele centimeters, bij voorkeur 3 cm·

De omzetter 7 is een akoestische golfzender die wordt gevoed 5 door een bron 10 van elektrische energie welke een geheel uitmaakt met de transmissie-inrichting 5 en wordt bewogen door een niet weergegeven turbine, aangedreven door de boorvloeistof· De bron van elektrische energie 10 verzorgt de stroomvoeding van een ruisgenerator 11 die verbonden is met een versterker 12 die aangesloten is 10 op de zender 7 van akoestische golven via tenminste èèn geleider 13·

De verbindingsdraden 13 zijn ondergebracht in een afgesloten doorgang 14 die aangebracht is in het tussenstuk 4* De ontvanger 8 is door de geleidende draden 5» die ondergebracht zijn in een soortgelijke gesloten doorgang als de doorgang 14 in het tussenstuk 4, 15 verbonden met een versterker 16.

De uitgang van deze versterker 16 is verbonden met een band-doorlaatfilter 17 waarvan de doorlaatband kan liggen tussen 0,6 en 2 MHz, welk frekwentiegebied het meest gevoelig is voor de aanwezigheid van gasbellen.

20 De uitgang van dit filter is verbonden met een voltmeter l8 die de effektieve waarde aangeeft, en die de elektrische uitgangs-energie van het filter meet.

Het uitgangssignaal van de voltmeter 18 wordt aangelegd aan de ingang van een kodeerketen 22 die deel uitmaakt van de transmis-25 sie-inrichting 5* De keten 22 kodeert in numerieke vorm de door de voltmeter 18 gemeten niveaus. Yoor zover de verzwakking blijft beneden 80 tot 85^ zullen de uitgangsniveaus van het filter 17 worden gemeten door de voltmeter 18. Yoor een verzwakking groter dan 85$ wordt een niet-weergegeven, doch aan de vakman bekende schakelaar 30 in werking gesteld en kan de voltmeter 18 het uitgangsniveau meten van een filter van 0-0,6 MHz in kombinatie met het filter 17 om zo grote concentraties te meten.

De generator 11, de versterkers 12 en 16, het filter 17 en de effektieve voltmeter 18 krijgen elektrische energie toegevoerd 35 uit de bron 10 en zijn aangebracht in een ringvormige ruimte 19 in het tussenstuk 4, welke ringvormige ruimte tegen de door de doorgang 20 stromende vloeistof beschermd is door een wanddikte 21.

800 2 9 47 - 5 - it 3

Tijdens het boren wordt de boorvloeistof ingespoten in de doorgang 20 en stijgt hij op naar de oppervlakte door de ringvormige ruimte 1· De werkwijze volgens de uitvinding bestaat hierin dat samengestelde akoestische golven worden uitgezonden met behulp 5 van de zender J, Be akoestische golven worden uitgezonden op alle frekwenties die liggen tussen 0 en 2 MHz en ze lopen door het medium waarmee de groef 6 gevuld is alvorens te worden ontvangen door de ontvanger 8.

Onder deze omstandigheden zal, voorzover de groef 6 uitslui-10 tend gevuld is met boorvloeistof, de ontvanger 8 een golf ontvangen waarvan het energieniveau bijvoorbeeld Aq is. Deze waarde A0 blijft konstant zolang zich geen afzettingsfluidum met de vloeistof mengt. Wanneer een afzettingsfluidum, in het bijzonder gas, in het boorgat terechtkomt en zich mengt met de boorvloeistof, neemt het energie-15 niveau van de ontvangen akoestische golf een nieuwe waarde A^ aan.

Het meten van het energieniveau A^ dat verschillend is van Aq is een aanwijzing voor de verschijning van een afzettingsfluidum, in het bijzonder gas, in de boorvloeistof.

De meting van de achtereenvolgende energieniveaus A^, Ag, A^ 20 die verschillend zijn van Aq duidt op evenveel verschillende waarden van het in de boorvloeistof terechtkomende gasdebiet.

Aan de oppervlakte worden door een geschikt inrichting de gekodeerde waarden van de energieniveaus Aq, A^, A^ weergegeven en vastgelegd, waardoor het mogelijk is om ia werkelijke tijd de 25 verschijning te volgen en het verloop van een gasdebiet in een A -Ai boorfluidum door meting van de verzwakking -§—1 · *0

Onderzoekingen die uitgevoerd zijn op een simulatiebank onder de omstandigheden, van de boorput zijn uitgevoerd tot een druk van 600 bar. Met de inrichting volgens de uitvinding kunnen krommen 30 worden verkregen zoals weergegeven in fig. 4 onder de volgende omstandigheden: boorvloeistof met 5OL (ferrochroom-ligaosulfonaat) viscositeit (Marsh): 50 vloeistofdebiet : 400 l/min.

35 vloeistofdichtheid : 1,1 middellijn van het gat: 152,14 mm bodemdruk : 200 bar filterfrekwentie: 0,4 tot 1 MHz* önn 9 Q47 - 6 -

Uit de grafiek van fig. 4 kan worden vastgesteld dat de redelijke waarnemingsdrempel overeenkomt met een concentratie β welke gelijk is aan ongeveer 1 voor 10*000 volumen (kromme 40) op de "bodem van de put, dus 2$ aan de oppervlakte, hetgeen een verzwak-5 king geeft die in hoofdzaak gelijk is aan 30terwijl een optreden van gas van 5 eenheden per 10.000 op de bodem van de put (kromme 41), dus 10$ aan de oppervlakte, een verzwakking geeft in de orde van 74$, De andere krommen laten verzwakkingen zien als funktie van andere gasconcentraties β in de boorvloeistof· 10 Wanneer men wil dat de ontvanger het optreden meet van zeer grote volumewaarden, bijvoorbeeld vondsten in de orde van 100$ aan de oppervlakte, kan men, zodra de totale verzwakking wordt verkregen van het signaal met frekwenties boven 0,4 MHz, zorgen voor het bedienen van een elektronische meetpoort voor lagere frekwenties, om 15 zo verschillende schaalwaarden voor de meting te verkrijgen.

Aan de hand van fig. 5» waarin drie ontvangen signalen zijn weergegeven voor verschillende concentraties β en voor een temperatuur gelijk aan 66°C, kan worden vastgesteld dat bij afwezigheid van gas in de boorvloeistof (β = 0) de kromme 50 wordt verkregen 20 die zich, te beginnen bij 0,4 MHz, onderscheidt van de krommen 51 en 52 die overeenkomen met de concentraties β 5·10~^ respektieve-lijk β * 1,10 . Beneden 0,4 MHz daarentegen vallen de drie krommen 50 tot 52 praktisch samen.

80 0 2 9 47

Claims

0 OEO ITJS IE_S

1. Inrichting voor het in situ waarnemen en meten van een afzet tingsfluidum in een boorfluidum, welke inrichting van het type is met een zender en een ontvangeir voor akoestische golven welke geplaatst zijn aan een boorgarnituur, in hoofdzaak in de nabijheid 5 van het boorwerktuig, middelen die verbonden zijn met de zender en geschikt zijn voor het opwekken van tenminste èèn akoestische golf, middelen die gedeeltelijk aan het boorgarnituur zijn aangebracht en gedeeltelijk aan de oppervlakte, verbonden met de ontvanger en geschikt om de door die ontvanger opgevangen signalen te behandelen, 10 met het kenmerk, dat de zender en de ontvanger tegenover elkaar en met geringe onderlinge afstand zijn aangebracht en geplaatst zijn op een gedeelte van het boorgarnituur dat wordt gevormd door een uitwendige groef waarin de zender en de ontvanger zijn ondergebracht. 15

2* Inrichting volgens conclusie l,met het kenmerk, dat de groef aangebracht is in een uitwendige sector van het boor-gamituur en dat het profiel ervan zodanig is dat de stroming van het boorfluidum homogeen is in die groef.

3· Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het ken- 20 merk, dat het gedeelte van het boorgarnituur waar de zender en de ontvanger zijn aangebracht wordt gevormd door een tussenstuk tussen het boorwerktuig en het ondereinde van het boorgarnituur.

4* Inrichting volgens conclusie 1 of 2,met het ken merk, dat de ontvanger verbonden is met een banddoorlaatfilter, 25 via een versterker, en waarbij het filter aan de uitgang verbonden is met een voltmeter die de effektieve waarde meet,

5. Merkwijze voor het in situ waarnemen en meten van een afzet-tingsfluidum in een boorfluidum met behulp van de inrichting volgens conclusies 1 tot 4» welke werkwijze is van het type dat be-30 staat in het uitzenden van een bepaalde akoestische golf in het meetgebied, het ontvangen van de uitgezonden golf met een ontvanger die los is van de zender, en het naar de oppervlakte overbrengen van de ontvangen informatie, met het kenmerk, dat een akoestisch signaal wordt uitgezonden met een brede frekwentieband 35 en dat de verzwakking van de amplitude van de ontvangen signalen wordt vergeleken met de amplitude van het referentiesignaal dat 80 0 2 9 47 - 8 - geproduceerd wordt door het akoestische signaal wanneer dat wordt uitgezonden in de boorvloeistof alleen, bij afwezigheid van enig afzettingsfluidum.

6* Merkwijze volgens conclusie 5»^©^ het kenmerk, 5 dat de frekwentieband van het uitgezonden signaal ligt tussen 0 en 2 MHz*

7« Werkwijze volgens conclusie 5; u e t het kenmerk, dat de verzwakkingen van de gemeten amplituden te representatief zijn voor het debiet van het afzettingsfIuidum in het boorfluidum* 80 0 2 9 47