NL8520124A - Werkwijze voor het ogenblikkelijk acoustisch bepalen van een profiel in een boorgat. - Google Patents

Description

85^006/Ke/th 8520124

Werkwijze voor het ogenblikkelijfèytëepalen van een profiel in een boorgat.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een verkwijze voor het ogenblikkelij£^>epalen van een profiel in een boorgat en meer in het algemeen op een werkwijze voor het continu meten van de akoestische karakteristieken van ondergrondse lagen die de boorput omgeven.

5 Tijdens putbooroperaties wordt een bepaald aantal fysische metingen gemaakt, bekend als profielbepalingen, in ondergrondse lagen die ook bekend zijn als formaties en waar een boorwerktuig doorheen gaat.

Een bepaald aantal putprofielen wordt geproduceerd terwijl de eigenlijke booroperatie voortgaat en deze zijn bekend als ogenblikkelijk be-10 paalde profielen, terwijl andere profielen worden geproduceerd tijdens perioden van onderbreking van de booroperaties, en deze zijn bekend als met vertraging gemaakte profielen.

De aldus verkregen putprofielen maken een meer nauwkeurige evaluatie mogelijk van formaties waar een boorput doorheen gaat, om een betere be-15 heersing van het boren te bereiken en om een rechtstreekse bijdrage te leveren aan de exploratie van koolwaterstofafzettingen en dergelijke.

Bepaalde putprofielen zijn van het akoestische type; d.w.z. waarin akoestische energie wordt opgewekt door middel van een zender en dan geheel of gedeeltelijk door de formaties loopt alvorens de ontvangers te bereiken, 20 waarbij de ontvangen signalen worden vastgelegd en dan, indien nodig, verwerkt, in het bijzonder om de mogelijkheid te verschaffen van het scheiden van de drukgolven of P golven van de schuifgolven of S golven.

Van de akoestische profielen van primair belang die het waard zijn te worden vermeld, zijn er de zogenaamde sonische profielbepalingen, die al-25 leen met vertraging worden opgenomen, en profielbepalingen van het meer direct seismische type die produceren wat bekend is als een verticaal seismisch profiel of boorputprofiel, en die ook met vertraging worden opgenomen.

Een sonische profielbepaling wordt gewoonlijk verricht met behulp 30 van een speciaal werktuig dat omlaag gebracht wordt in een boorput, waarbij een pulszender (voor ultra-korte pulsen die met zeer korte intervallen worden herhaald) aanwezig is in het bovenste deel van het werktuig en een ontvanger aanwezig is in het onderste deel. De tijd die de door de pulsen opgewekte golf nodig heeft om zich voort te planten door de naburige for-35 maties en rond het boorgat wordt geleidelijk vastgelegd naarmate het werktuig naar boven loopt over een laag van constante dikte: een integrator maakt het mogelijk de looptijd te bepalen vanaf de oorsprong van de tijd 8520124 1 r - 2 - van de opname.

Het verticale seismische profiel kan worden verkregen door middel van speciale werktuigen zoals die welke worden beschreven in door aanvraagster ingediende octrooiaanvragen no. 8 402 895 en 8 319 727.

5 Hoewel vertraagde profielbepalingen zonder twijfel nuttig zijn, zelfs hoewel ze de noodzaak met zich meebrengen het boorgat vrij te maken door het ophalen van het boorwerktuig naar de oppervlakte en het vervangen daarvan door een profielbepalingswerktuig, is het eveneens nuttig ogenblikkelijke profielbepalingen te produceren, minstens om de beheersing van het 10 boren te verbeteren en om in werkelijke tijd de karakteristieken en flu-idumgehalten van formaties te controleren.

Ogenblikkelijke putprofielbepalingen, die altijd worden uitgevoerd terwijl het boren voortgang vindt en waarbij of wel metingen aan de oppervlakte te pas komen, zoals bijvoorbeeld de meting van het verschil in 15 stromingssnelheid van de boorvloeistof, van de draaisnelheid en/of pene-tratiesnelheid van het boorwerktuig, van het koolwaterstofgehalte van het boorfluïdum, of metingen van de hele bodem die worden uitgevoerd in de buurt van het boorwerktuig en die naar de oppervlakte worden gehaald met verschillende middelen waaronder een akoestische transmissie in de boor-20 vloeistof.

In het geval van ogenblikkelijk bepaalde profielen is voorgesteld als trillingsbron niet een speciale akoestische zender te gebruiken maar het boorwerktuig zelf, of nauwkeuriger gezegd het onderste eindgedeelte ervan dat gemakshalve zal worden aa'ngeduid als beitel. In feite snijden rollende 25 beitels in het werkvlak van de bodem van een boorgat door slagwerking, waarbij de draaiing van de snijdende rol van de ene naar de volgende tand zodanig is dat vernietiging van het gesteente wordt gewaarborgd.

In de Franse octrooischriften 1 587 350, 1 590327 en Addition no. 96 617 ervan, wordt voorgesteld gebruik te maken van de trillingsenergie die 30 uitgezonden door de beitel en zich in het boorwerktuig voortplant langs de serie boorpijpen, waarop het signaal dat aan de oppervlakte wordt ontvangen aan het bovenste deel van het boorwerktuig wordt verwerkt in reken versnellingssensors na vastlegging, zodat gegevens worden afgeleid met betrekking tot de karakteristieken van het gesteente dat door de bei-35 tel wordt bewerkt, welke gegevens ook worden benut voor het beheersen van de boorparameters in afhankelijkheid van bepaalde mechanische karakteristieken van het behandelde gesteente.

Gegevens van dit type leveren niet alleen en rechtstreeks informatie 8520124 - 3 - met betrekking tot voortplantingssnelheid van golven in de formaties waar het boorwerktuig doorheen gaat.

In de Amerikaanse octrooischriften 3 817 34-5 en 4 003 017 worden een inrichting en werkwijze beschreven voor de bepaling van de positie van 5 een beitel in een schuine boorput. De inrichting wordt gevormd door middelen voor het produceren van elastische golven binnen de formatie die zich bevindt rond en in de nabijheid van de bodem van de put; een boorpijpsen-sor van het versnellingsmeter- of snelheidsmetertype, geplaatst aan het boveneinde van de serie boorpijpen, en grondsensors zoals geofoons, die 10 geplaatst zijn aan de oppervlakte, in geschikte richtingen. In het U.S. octrooischrift 4· 003 017 worden de elastische golven geproduceerd door de beitel te laten vallen op de bodem van de boorput of door de beitel plotseling te scheiden van het bodemoppervlak van de boorput.

In het U.S. octrooischrift 3 817 345 worden de elastische golven ge-15 produceerd door het bovenste deel van de boorserie te laten vallen, om in die boorserie een golf op te wekken die zich vervolgens voortplant in de formatie die de boorput omgeéft.

De tijdstippen van uitzending van die golven worden aan de boorpijp-sensor ontvangen en dan vastgelegd, terwijl de eerste aankomsten van recht-20 streekse elastische golven, na doorlopen door de formaties die zich bevinden tussen de bodem van de boorput en de oppervlakte, aan de grondsensors worden ontvangen en vastgelegd. De opnamen van deze verschillende tijdstippen dienen voor het berekenen van de looptijden van de golven die zich voortplanten in de formatie of formaties en binnen de serie boorpijpen.

25 Beginnend bij een bepaald aantal bekende parameters, wordt de positie van de beitel afgeleid door het oplossen van een stelsel vergelijkingen dat wordt gegeven in U.S. octrooischrift 3 739 871.

In deze Amerikaanse octrooischriften wordt ook beschreven dat de opnamen van de eerste aankomsten worden gebruikt voor het berekenen van 30 de gemiddelde snelheden van de elastische golven die zich voortplanten binnen de formatie of formaties onder de oppervlakte.

Uit een analyse van deze octrooischriften kan worden gesteld dat' de hier beschouwde profielbepaling ogenblikkelijk is, omdat de metingen worden uitgevoerd terwijl het boren van het boorgat voortgaat.

35 Het verwerken van de opgenomen signalen, bij beschouwing van het Amerikaanse octrooischrift 3 739 871 dat genoemd is als integraal deel uitmakend van de Amerikaanse octrooischriften 3 817 345 en 4 003 017, heeft dan betrekking op de precieze bepaling van de tijdstippen van de uitzending 8520124 f - k - en het verschil in de looptijden van de elastische golven die zich voortplanten langs twee afzonderlijke banen. Evenals bij conventionele put-profielbepalingen, is er een luistertijd nodig tussen twee akoestische uitzendingen, omdat het anders onmogelijk zou zijn een scheiding te maken 5 tussen de eerste directe aankomsten en de twee aankomsten die worden veroorzaakt door weerkaatsing van de golven door de reflectors die zich bevinden bij de overgangen van geologische formaties.

Uiteindelijk is dit een niet continue methode waarin twee achtereenvolgende tijdstippen van uitzending van de elastische golven worden ge-10 scheiden door een luistertijd, die minstens gelijk zijn aan de enkelvoudige looptijd, gevolgd door twee golven tussen de zender en de grondsensors.

Ook dient te worden opgemerkt dat de bij deze bekende techniek beschreven methode gebruik maakt van een methode van pulstypen, omdat een puls wordt uitgezonden bij elke valbeweging van het bovenste deel van de 15 boorpijp of van de beitel en er conventionele golven worden geproduceerd die worden vastgelegd in de vorm van electrische signalen na ontvangst bij de boorpijpsensor en de grondsensors.

Ten slotte wordt in het Amerikaanse octrooischrift 3 739 871 dat betrekking heeft op verwerking van de signalen, gesteld dat de opnamen die 20 horen bij de grondsensors kunnen worden toegevoegd na instelling ten opzichte van een tijdoorsprong, om een en dezelfde gebeurtenis weer te geven die ontvangen is aan de grondsensors, en om de signaal/ruisverhouding te verbeteren.

Van de nadelen die verbonden zijn met de in deze octrooischriften 25 beschreven inrichtingen en werkwijze dient het feit te worden genoemd dat het noodzakelijk is de booroperatie van pijp tot pijp te onderbreken om elastische golven op te wekken, en speciaal het feit dat alleen de eerste aankomsten in beschouwing worden genomen, zodat het grote aantal reflecties door de verschillende reflectors wordt genegeerd. In feite is de enige 30 groef waaraan de voorkeur gegeven wordt de compressiegolf of P golf, terwijl de huidige research allemaal getuigt van het feit dat de schuifgolven of S golven ook van zeer groot belang zijn voor een betere kennis van karakteristieken van de ondergrond.

Het doel van de onderhavige uitvinding is een werkwijze voor te stellen 35 waarin het boorwerktuig, of nauwkeuriger gezegd de beitel zoals eerder omschreven, een bron van akoestische golven vormt en waarin de signalen worden benut die worden geproduceerd door afslijten of vernietigen van het gesteente, zodat, na ontvangst aan oordeelkundig geplaatste sensors en verwerking van de ontvangen signalen, het mogelijk is soortgelijke gegevens te verkrijgen r - 5 - als die welke worden geleverd door de akoestische profielbepalingen en metingen van seismisch type in de boorputten.

Om dit doel in het bijzonder te bereiken heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het ogenblikkelijk bepalen van een profiel in 5 een boorgat, van de soort die bestaat ih het vastleggen, in de vorm van signalen, van elastische golven die geproduceerd worden door het onderste deel van een boorwerktuig voor het desintegreren van gesteente in de boorput, waarbij een eerste reeks golven, die zich voortplanten in het boorwerktuig, worden ontvangen aan ten minste een eerste sensor die aangebracht 10 is aan het boveneinde van dat boorwerktuig om ten minste een eerste opname te produceren, aangekaart als een boorpijpopname, terwijl een tweede reeks golven die zich voortplanten van het onderste gedeelte van het boorwerktuig naar de grondoppervlakte van de boor en door de grondlagen om die put, wordt ontvangen aan ten minste een tweede sensor om ten minste en tweede opname 15 te produceren die aangeduid wordt als grondopname, met het kenmerk dat hij bestaat uit het in zowel de eerste als de tweede opname bepalen van de plaats van de delen van signalen die overeenkomen met een en dezelfde positie van het onderste deel van het werktuig in de put, waarbij elk van die delen aldus een elementaire opname vormt; dat hij bestaat uit het in paren groe-20 peren van de elementaire opnamen, waarbij elk paar gevormd wordt door een elementaire boorpijpopname en een elementaire grondopname, dat het onderling intercorreleren van de elementaire opnamen van elk paar, zodanig dat voor elk paar een gecorreleerd signaal wordt geproduceerd dat representatief is voor de akoestische energie die opgewekt is door het onderste gedeelte van het 25 boorwerktuig en van het verschil in de doorlooptijden van de golven die ontvangen worden aan de sensors waaruit het paar opnamen verkregen is.

Een voordeel van de onderhavige uitvinding ligt in het feit dat het mogelijk is in werkelijke tijd, door middel van de boorpijp- en grondop-namen, een schatting te maken van de akoestische karakteristieken van de 30 formaties door doorlopen worden, waarbij de visuele vergelijking van de beide opnamen bestemd is om een eerste vaststelling te maken van de aard van de doorlopen formaties.

Het is duidelijk dat de belangrijkste eis is de karakteristieken te bepalen van elke doorlopen formatie. De gegevens die voor dit doel nodig 35 zijn worden geleverd door de gecorreleerde signalen die representatief zijn voor de gekozen delen van elementaire opnamen.

Volgens een andere kenmerkende maatregel bestaat de werkwijze verder uit het, ten aanzien van elke beschouwde positie van het onderste deel van 8520124 - 6 - het werktuig in de boorput, bepalen van de looptijd van de golven die zich voortplanten tussen het onderste deel van het werktuig en de sensor die aangebracht is aan het boveneinde van het boorwerktuig, en dat het verschuiven van het gecorreleerde signaal dat overeenkomt met de beschouwde 5 positie over een afstand die gelijk is aan de aldus bepaalde looptijd.

Dit maakt het mogelijk de twee opnamen opnieuw in te stellen ten opzichte van elkaar, zodat de zelfde vastgelegde gebeurtenissen in fase worden gebracht, en om het mogelijk te maken ten aanzien van elke gebeurtenis een correlatiepiek te verkrijgen die relatief hoog is ten opzichte van 10 de correlatieresiduen.

Volgens een andere kenmerkende maatregel wordt de eerste boorpijpopna-me onderworpen aan een voorbehandeling die bestaat uit het verwijderen van secundaire gebeurtenissen ten einde in die opname alleen belangrijke hoofdgebeurtenissen over te houden.

15 Het parasitaire effect op de meting van tijdintervallen van correlatie-pieken als gevolg van het opstapelen van boorpijpsecties terwijl het boren voortgang vindt, wordt aldus geelimineerd door bepaling van de golfvoort-plantingstijd in de boorserie. Deze voortplantingstijd kan worden bepaald met verschillende methoden die in de beschrijving en de conclusies worden 20 genoemd.

Verdere voordelen en kenmerken zullen duidelijk worden uit bestudering van de beschrijving van een werkwijze volgens de uitvinding die bij wijze van indicatie wordt gegeven maar niet in enige beperkende zin, alsmede de bijgaande tekeningen, waarin: 25 Fig. 1 een schematische doorsnede-voorstelling is van de formaties onder de opppervlakte en van de bij de werkwijze volgens de uitvinding gebruikte middelen.

Fig. 2 is een schematische en vergrote weergave van een deel van de opname van het signaal dat ontvangen is aan een geofoon en ontstaan uit 30 uitzending van een elementaire puls door de boor.

Fig. 3a en 3b zijn, ten aanzien van een gegeven diepte, gesimuleerde voorstellingen van delen van opnamen van signalen die respectievelijk ontvangen worden aan een sensor die aangebracht is aan het boorwerktuig en aan een geofoon, terwijl fig. 3c het resultaat is van correlatie van de 35 in fig. 3a en 3b weergegeven opnamesegmenten.

Fig. 4-a - 4-c komen overeen met fig. 3a - 3c bij dezelfde diepte, maar na het opzetten van een boorpijpsectie in de serie boorpijpen van het 8520124 - 7 - boorwerktuig.

Fig. 5 is een zeer schematische weergave van een seismisch puntprofiel zoals verkregen volgens de uitvinding.

Fig. 6 is het resultaat van correlatie van de twee in fig. 3c en 4c 5 weergegeven intercorrelatiefuncties.

In een ondergrondse formatie 1, belichaamd door de oppervlakte 2, wordt boorput 3 geboord door middel van een boortoren 4. Ook is een boorwerktuig getekend in de boorput, schematisch voorgesteld door een serie boorpijpen 5 en een boorbeitel 6, alsmede een boorpijpsensor 7 die aange-10 bracht is aan het bovenste deel van de boorserie 5 boven de draaitafel of, met andere woorden, boven de oppervlakte 2. Sensors 8, 9 zoals geofoons bevinden zich op de oppervlakte 2 in geschikte richtingen in afhankelijkheid van de gezochte uitkomsten. Terwille van het gemak bij de volgende beschrijving zijn de geofoons 8 en 9 getekend aan weerszijden van de 15 boorput 3 maar ze kunnen zich in alle gevallen ook aan dezelfde kant bevinden. De sensor 7 en de geofoons 8, 9 zijn verbonden door middel van geleiders 10 - 12 of door afstandverbinding met een versterker 13 die verbonden is met een schrijver 14 die al of niet voorzien kan zijn van weergavemidde-len.

20 De boorbeitel 6, bijvoorbeeld van het type dat voorzien is van snij- rollen, is de boorder bekend en zal dus niet in bijzonderheden worden beschreven. De draaiing-slagwerking van de beitel 6 op het gesteente van de bodem van het boorgat 3 doet elastische golven ontstaan die zich continu voortplanten, of ten minste tijdens de werking van die beitel 6, volgens 25 twee hoofdbanen.

De eerste baan wordt gevormd door de boorserie 5 en het signaal dat ontvangen wordt bij de sensor 7, die een versnellingsmeter, snelheidsmeter of elk ander geschikt type omzetter kan zijn, wordt na versterking vastgelegd op de schrijver 14. Ten opzichte van een bepaalde positie van de 30 beitel 6 in de boorput 3, d.w.z. op een zekere diepte in de boorput 3, veranderen de karakteristieken van het aan de sensor 7 ontvangen signaal niet in sterke mate en kunnen ze worden beschouwd als referentie van de door de boorbeitel 6 uitgezonden trillingen. Gemakshalve zullen de verschillende posities van de beitel 6 in het boorgat 3 worden omschreven 35 met de term niveau. Zo wordt gezegd dat de boorbeitel zich in de bovenste stand bevindt op niveau Z^, terwijl 2^ het niveau is van de beitel 6 in de onderste stand, op grotere diepte dan de bovenste stand.

Op een schrijver 14', die of wel afzonderlijk is of geïntegreerd ds 8520124 - 8 - in de schrijver 14, wordt het niveau van de beitel 6 vastgelegd als functie van de tijd, bij voorbeeld gegeven in minuten.

De tweede baan wordt gevormd door de formatie of formaties die doorlopen worden en zich bevinden tussen de boorbeitel 6 en de grondoppervlakte 5 2.

Tussen de oppervlakte 2 en het niveau wordt verondersteld dat de formatie homogeen is en vrijwel isotroop, of in elk geval dat er geen reflector aanwezig is, terwijl zich twee reflectors en R£ bevinden op de niveaus Z^ en ly 10 De trillingsenergie die overgedragen wordt naar de geofoon 9 door de zich op niveau Z^ bevindende beitel, die in dit geval wordt beschouwd als een seismische bron, kan bijvoorbeeld minstens drie verschillende akoestische golfbanen volgen. De eerste akoestische golfbaan 15 is direct en komt overeen met een eerste aankomst bij de geofoon 9. De tweede akoes-15 tische golfbaan 6 eindigt bij de zelfde geofoon 9 na reflecties door de reflectors R^ en R^. De derde akoestische golfbaan 16a eindigt bij dezelfde geofoon 9 na een enkele reflectie door de reflector R^. De tijdstippen van vastlegging van de signalen die geproduceerd worden door de elektrische golven die zich voortplanten langs een van de akoestische banen 15, 16, 16a 20 zullen in meerdere -of mindere mate in de tijd verschoven zijn afhankelijk van het aantal reflecties dat in deze banen optreedt. In fig. 2 is een theoretisch spoor gekozen waarop een eerste piek 17 wordt onderscheiden die vastgelegd is op het tijdstip dat overeenkomt met de looptijd van een elastische golf langs de directe baan 15; de piek 17 is dus de eerste 25 aankomende gebeurtenis.

De tweede aankomende gebeurtenis 18 vindt plaats op een ander tijdstip en komt overeen met een loopbaan van een akoestische golf na een enkele weerkaatsing van die golf door de reflector R^ langs de akoestische golfbaan 16a.

30 Het aan de geofoon 8 ontvangen signaal met betrekking tot het niveau Z^ van de beitel 6 kan ook tenminste twee verschillende akoestische golfbanen volgen, bijvoorbeeld in een geval de rechtstreekse baan 19 en in het andere geval de baan 20 na weerkaatsingen door de reflectors R^ en R^.

Een stap van de werkwijze volgens de uitvinding bestaat uit het ge-35 lijktijdig vastleggen, hetzij continu, hetzij niet continu werkend, van de signalen die enerzijds met de sensor 7 worden ontvangen en anderzijds bij de geofoons 8, 9 terwijl het boren van het boorgat 3 voortgaat naarmate de beitel 6 de formaties binnendringt.

8520124 - 9 -

Bij de aldus verkregen onbehandelde opnamen, waarin de ene overeenkomt met de sensor 7 en de andere met de geofoon 8 of 9, worden alle gebeurtenissen gemengd, of ze karakteristiek zijn of niet, en kunnen ze niet ontleed worden zonder een speciale behandeling, die een anddre oorspronke-5 lijke stap van de werkwijze volgens de uitvinding vormt.

Bij een werkelijke onbehandelde opname die zich uitstrekt over een periode van meerdere uren, is het onmogelijk de eerst aankomende gebeurtenissen op de niveaus Z^, ....... te onderscheiden, en zoveel te min der de tweede aankomende gebeurtenissen die geproduceerd worden door de 10 reflecties.

In fig. 3a is de onbehandelde opname weergegeven van de amplitude van een deel van een bij de sensor 7 ontvangen signaal 30 als functie van de tijd, gemeten in milliseconden, op feen niveau van 36 m van de boorbeitel 6 en een lengte Li van de serie boorpijpen. Gebeurtenissen 31, 32, 33 en 15 34· verschijnen min of meer duidelijk op de opname 30.

In fig. 3b is de onbehandelde opname weergegeven van de amplitude van een deel van een aan de geofoon 8, 9 ontvangen signaal 35 als functie van de tijd, gemeten in milliseconden, en onder dezelfde omstandigheden als in fig. 3a. Evenzo worden bij visueel onderzoek gebeurtenissen 36 tot 39 20 waargenomen die blijken overeen te komen met de gebeurtenissen 31 tot 34·, maar het is hiermee niet mogelijk een scherp onderscheid te maken tussen de aankomende gebeurtenissen die worden veroorzaakt door reflecties door de reflectors.

De tweede stap van de werkwijze volgens de uitvinding bestaat uit het 25 uit de onbehandelde opname 30 en 35 kiezen van opname-gedeelten of vensters die overeenkomen met een en hetzelfde type niveau van de boorbeitel 6, namelijk 36 m in de weergegeven voorbeelden, het dan intercorreleren van die vensters op zodanige wijze dat de gebeurtenissen van elkaar worden onderscheiden. Het resultaat (Fig. 3c) is een primaire intercorrelatiefunctie 30 4-0 die vier hoofdpieken 41 tot 44 bevat, waarvan de amplituden hoog zijn in vergelijking met de correlatieresiduen. De eerste piek 41 komt overeen met een directe aankomst terwijl de pieken 42 tot 44 overeenkomen met aankomsten van de golven die weerkaatst zijn door de reflectors. In het gegeven voorbeeld en met verwijzing naar fig. 5 wordt waargenomen dat de 35 piek 42, die zich op een afstand van 28 milliseconden vanaf piek 41 bevindt, overeenkomt met een golf die weerkaatst is door een reflector die zich bevindt op 60 m, terwijl piek 30 op 68 ms van piek 41 ligt en overeenkomt met een weerkaatsing door een reflector die zich bevindt op 120 m, terwijl 8520124 -10- de piek 44 op 98 ms van piek 41 ligt en overeenkomt mét een weerkaatsing door een reflector die zich bevindt op 180 m.

De lengte van het venster van de onbehandelde opname 30 kan gelijk zijn of verschillen van die van het venster van de onbehandelde opname 5 35. Het is ook mogelijk vensters toe te passen die elkaar overlappen.

De keuze van te intercorreleren vensters wordt als volgt uitgevoerd ten aanzien van een en hetzelfde type niveau van de boorbeitel.

Gezien het feit dat de opnamen van de signalen die bij de sensor 7 en de geofoons 8, 9 worden ontvangen dezelfde tijdoorsprong hebben en de-10 zelfde verdeling, die in milliseconden kan zijn, in seconden of elke andere tijdeenheid, wordt de aanvang van de vensters willekeurig gekozen, bijvoorbeeld drie uur na het begin van de opnamen. Er wordt dan verwezen naar de opname van het diepteniveau van de beitel als functie van de tijd om het beitelniveau te bepalen tot het overeenkomt met deze tijdvertraging 15 van drie uur.

Wanneer het niveau Z en het begin van de vensters bepaald zijn, worden binnen vensters die aanzienlijke lengten hebben, waarvoor verondersteld mag worden dat het beitelniveau Z praktisch niet veranderd is, kleinere vensters gekozen met lengten van enkele seconden of tientallen seconden, bijvoorbeeld 20 50 seconden. Deze vensters met kortere lengte worden gebruikt voor de correlatie behandelingen, waarvan de uitkomsten soortgelijk zijn aan die welke in fig. 3c zijn weergegeven, worden dan opgeteld om de karakteristieke gebeurtenissen 41 tot 44 te versterken en een sommatiespoor te verkrijgen dat overeenkomt met een horizontale lijn in fig. 5 die een niveau Z heeft 25 waarop de tijd in milliseconden uitgezet is langs de horizontale as en de diepte in meters uitgezet is langs de verticale as.

Uit het voorgaande volgt dat het verwerken van de signalen die vastgelegd zijn in de vorm van onbehandelde opnamen in de schrijver 14 dus bestaat uit het op de onbehandelde opname identificeren van de segmenten van 30 de opnamen die overeenkomen met een en hetzelfde beitelniveau, het dan kiezen van correlatiegedeelten of vensters uit die segmenten van de opnamen om paren opnamen te vormen die worden aangeduid als elementaire opnamen, dan het intercorreleren van de elementaire opnamen zoals 30 en 35 die zijn weergegeven in fig. 3a, 3b, en het ten aanzien van elk paar corrigeren van 35 een soortgelijke intercorrelatiefunctie als in fig. 3 die representatief is voor de akoestische energie die uitgezonden wordt door de beitel 6 en voor het verschil in looptijd van de elastische golven die bij de sensor 7 respectievelijk the geofoons 8, 9 worden ontvangen.

85 2 0 12 4 - 11 -

De looptijd van de golven in het boorwerktuig zijn weergegeven in fig. 5 door de getrapte lijn A5, waarin elk trede-interval B, C, D.....3 overeenkomt met de toevoeging van een nieuwe boorpijpsectie in de serie boorpijpen 5. Het negatieve interval van een trede A houdt rekening met het feit dat de sensor 7 zich niet op het niveau van de grondoppervlakte 5 2 bevindt maar erboven, zoals blijkt uit fig. 1. De afstand tussen de waarden langs de verticale as die de diepte in meters geeft en de lijn 4-5 stelt de looptijd voor van de golven die door de beitel 6 worden geproduceerd en zich voortplanten binnen de boorpijpserie 5.

De afstand Tg komt overeen met de eerste toevoeging of stapeling van 10 een boorpijpsectie in de boorserie en stelt de looptijd van de akoestische golven in die toegevoegde boorpijpsectie.

De afstand is gelijk aan de afstand Tg plus het tweede interval dat overeenkomt met een tweede toevoeging van een boorpijpsectie.

Omdat de lengten van alle toegevoegde boorpijpsecties constant zijn, bij 15 voorbeeld 18 m, het is normaal dat men waarneemt dat het tweede interval C gelijk is aan het interval B, behoudens eventuele fouten die geïntroduceerd worden door de verbindingen tussen boorpijpen. Als gevolg daarvan is de looptijd T^ van de akoestische golven in de boorserie gelijk aan de looptijd Tg + CjC,,.

20 Op dezelfde wijze is de looptijd in het tweede interval D :

Tp = Tq + DjD£ en zo voorts, achtereenvolgens voor de andere trede-interval-len.

Om dat de sommen van de primaire intercorrelatiefuncties die betrekking hebben op elk van de diepteniveaus van de boorbeitel een verschillen-25 de tijdoorsprong kunnen hebben, is het noodzakelijk om deze in te stellen of te localiseren ten opzichte van een gemeenschappelijke tijdoorsprong. Volgens de uitvinding worden de sommen van de primaire intercorrelatiefuncties ingesteld ten opzichte van het theoretische tijdstip 0 dat verkregen zou worden als de sensor 8 zich bevond op de beitel 6.

30 Daartoe bestaat de werkwijze uit hét toevoegen, aan het verschil in looptijd in de som van primaire intercorrelatiefuncties overeenkomende met elk niveau, van een tijd die gelijk is aan de looptijd van de golven in de boorserie ten aanzien van het beschouwde niveau.

Wederom verwijzend naar fig. 5 blijkt dat het gecorreleerde signaal 35 ten aanzien van het niveau van 80 m over Tg = 9 ms verschoven moet worden terwijl het gecorreleerde signaal ten aanzien van het niveau van 180 m over Tj = 25 ms verschoven moet worden.

8520124 « - 12 -

Het is belangrijk alleen de voortplantingstijd in de boorserie te bepalen ten aanzien van elk beschouwd niveau met het oog op het insteflsn van de sommen van de primaire intercorrelatiefunctie.

Er kan een aantal methoden worden gebruikt voor de bepaling van voort-5 plantingstijden in de boorserie.

Een van deze methoden is gebaseerd op de veronderstelling dat de boorserie homogeen is, onafhankelijk van zijn lengte. Onder deze omstandigheden wordt de voortplantingssnelheid van een golf bepaald binnen een element van de boorserie buiten de boorput. Wanneer aldus de snelheid en 10 lengte van de boorserie zijn bepaald ten aanzien van een gegeven niveau van de beitel 6 in het boorgat, wordt de voortplantingstijd van de golven van die beitel tot de sensor 7 berekend.

Een andere mdthode bestaat uit het produceren van een schok binnen de boorserie vanaf de oppervlakte 2 of op het niveau van de sensor 7 bij elke 15 toevoeging van een boorpijpsectie en het aan de sensor 7 of door middel van een andere sensor meten van de voortplantingstijd van de schokgolf bij een heengaande en teruggaande baan, d.w.z. na reflectie door de beitel 6*

De enkelvoudige voortplantingstijd wordt daaruit dus afgeleid.

De eerste methode is benaderend omdat hij geen rekening houdt met de 20 veranderingen die kunnen optreden in de structuur van de boorserie en die het gevolg zijn van speciaal variaties in middellijn bij de koppelingsele-menten tussen de verschillende boorpijpsecties.

De tweede methode, die het voordeel heeft dat hij in situ kan worden uitgevoerd, vereist een extra handeling omdat het noodzakelijk is een schok 25 te produceren telkens wanneer een boorpijpsectie wordt toegevoegd.

De onderhavige uitvinding stelt voor een oorspronkelijke oplossing toe te passen voor het probleem van het in situ meten van de voortplantingstijd van ëen golf in de boorserie terwijl het boren van de boorput voortgaat.

30 Volgens een andere kenmerkende maatregel van de uitvinding wordt de meting van de looptijden Tg tot (fig. 5) verkregen door een speciale behandeling van de primaire intercorrelatiefuncties of de sommen daarvan.

Een meetvoorbeeld van de looptijden zal alleen worden gegeven ten aanzien van het trapinterval B omdat erop gewezen dient te worden dat de 35 zelfde procedure zal worden toegepast voor de andere trapintervallen C tot 3.

Wanneer de boorbeitel het diepteniveau van 36 m bereikt, wordt een nieuwe boorpijpsectie toegevoegd. De lengte van de boorserie die Li be- 8520124 - 13 - droeg vóór de toevoeging van de pijpsectie wordt vergroot met een waarde L gelijk aan de lengte van de aldus toegevoegde nieuwe pijpsectie, namelijk 18 m, en wordt Li + L. De beitel 6 bevindt zich nog steeds op het niveau van 36 m wanneer hij weer werkt, waardoor een andere reeks wille-5 keurige pulsen wordt opggwekt die aanleiding geven tot elastische golven die aan de sensor 7 en de geofoons 8, 9 worden ontvangen.

De segmenten 50 en 51 van de onderhandelde opnamen van de sensor 7 en de geofoons 8, 9 zijn weergegeven in fig. Aa en Ab ten aanzien van het diepteniveau van 36 m maar na toevoeging van een boorpijpsectie van 18 m, 10 d.w.z. ten aanzien van de lengte Li + L van de boorserie 5.

Fig. Ac stelt de primaire intercorrelatiefunctie 52 voor die het product is van intercorrelatie van de signalen van de opnamen 50 en 51.

Zo is het in de onbehandelde opname van de sensor 7 mogelijk ten aanzien van het niveau van 36 m de opnamesegmenten 30 en 50 te bepalen die 15 overeenkomen met de lengten Li respectievelijk Li + L. Op overeenkomstige wijze is het, in de onderhandelde opname van de geofoon 8, 9, mogelijk ten aanzien van hetzelfde niveau van 36 m de opnamesegmenten te bepalen die overeenkomen met de lengten Li en Li + L. Maar in het laatstgenoemde geval is de akoestische golfbaan van de beitel 6 naar de geofoons 8, 9 20 praktisch niet veranderd.

Een stap uit de werkwijze bestaat uit het intercorreleren van het segment 30 van de onbehandelde opname van de sensor 7 ten aanzien van de lengte Li met het segment 35 van de onbehandelde opname van de geofoon 8, 9 ten aanzien van dezelfde lengte Li en het intercorreleren van het 25 onderhandelde opnamesegment 50 van de sensor 7 ten aanzien van de lengte Li + I L met het segment 51 van de onbehandelde opname van de geofoons 8, 9 ten aanzien van dezelfde lengte Li + L. Dan worden twee primaire inter-correlatiefuncties 50 en 52 verkregen die overeenkomen met de punten en B£ respectievelijk (Fig. 5).

30 De volgende stap bestaat uit het intercorreleren van deze twee primaire intercorrelatiefuncties, waarvan het resultaat een secundaire intercorrelatiefunctie 53 is die wordt gekarakteriseerd door een verschil in looptijd T dat precies de looptijd B^B^ van de golven in de toegevoegde boorpijpsectie is. Deze secundaire intercorrelatiefunctie 53 is weergegeven 35 in fig. 6 en de gemeten waarde T ligt in de orde van 3 ms.

In achtereenvolgende stadia worden de looptijden Cj^ tot 3^2 bepaald voor instelling ten opzichte van het theoretische tijdstip 0.

Bij de beschrijving is tot nu toe verwezen naar de geofoons 8, 9 zonder 8520124 - 14 - onderscheid, omdat beide geofoons alle elastische golven ontvangen die worden geproduceerd als gevolg van de trillingsenergie die door de boorbeitel wordt uitgezonden, en onderworpen aan verzwakkingen. Er kan een groter aantal geofoons 8, 9 aanwezig zijn, op de grondoppervlakte 2 geplaatst 5 in een vastgestelde geometrie, die het mogelijk maakt om bovendien de coördinaten van de beitel 6 te bepalen terwijl het boren van het boorgat voortgaat.

Het seismische profiel van het boorgat dat wordt verkregen overeenkomstig de uitvinding is gesimuleerd in fig. 5, waarin de doorlopende 10 lijn 60 die van links naar rechts naar beneden loopt overeenkomt met de eerste aankomende golven (dirëcte aankomsten) bij de geofoons 8, 9, terwijl de doorlopende lijnen 61, 62, 63 die van rechts naar links naar beneden lopen overeenkomen met de enkele gereflecteerde aankomsten.

Men ziet gemakkelijk dat de verbindingspunten van de lijnen 61 tot 63 15 met de lijn 60 de exacte positie bepalen van de verschillende ondergrondse reflectors. Zo bepaalt het verbindingspunt 6k een reflector 6^ die zich bevindt op het niveau van 60 m, terwijl de verbindingspunten 65 en 66 reflectors 65^ en 66^ bepalen die zich bevinden op de niveaus 120 respectievelijk 180 m.

20 De werkwijze volgens de uitvinding maakt het mogelijk scherpere en meer nauwkeurige seismische profielen te verkrijgen dan met de putprofiel bepalingsmehoden volgens de bekende techniek, speciaal binnen de lithografische lagen die dichtbij de grondoppervlakten liggen en waarin het ruisniveau zeer hoog is. In het geval van de conventionele werkwijzen kunnen 25 slechts conclusies uit de uitkomsten worden getrokken boven 120 ms, en dus wanneer de boordiepte enkele honderden meters heeft bereikt.

Het voordeel van de onderhavige uitvinding is dan ook aanzienlijk, niet alleen voor de beheersing van de booroperaties als gevolg van een betere bepaling, in werkelijke tijd, van grensvlakken of reflectors die 30 elkaar opvolgen in de ondergrond, maar ook ten aanzien van de fysische karakteristieken van de lithologische lagen waar de boorput doorheen loopt.

De onderhavige uitvinding kan ook worden gebruikt voor de bepaling van de doorgangstijden tussen twee betrekkelijk dicht bij elkaar liggende diepteniveaus in de orde van enkele tientallen centimeters.

35 Daartoe wordt gebruik gemaakt van de sommen van primaire intercorre- latiefuncties die overeenkomen met deze beide diepteniveaus en waarin slechts die gedeelten met betrekking tot de eerst aankomende gebeurtenis worden ge-intercorreleerd. De horizontale as van de maximumwaarde van de aldus ver- 8520124 - 15 - kregen tertiaire intercorrelatiefunctie is representatief voor de door-gangstijd van de akoestische golf in het terreingedeelte tussen die niveaus. Er dient echter te worden opgemerkt dat deze gegevens in werkelijke tijd worden verkregen, in tegenstelling tot de werkwijzen volgens de bekende 5 techniek.

Men ziet gemakkelijk dat bepaalde geofoons 8 en 9 zich op de grond oppervlakte 2 kunnen bevinden en andere geplaatst kunnen zijn in een ander boorgat dat afzonderlijk is van het boorgat 3. Dit maakt het mpgelijk de doorlooptijd te bepalen van de golven die zich voortplanten tussen de 10 twee boorgaten, om het zo gemakkelijker te maken om tussen de boorgaten gelegen geologische formaties te identificeren.

Er dient duidelijk te worden verstaan, ; dat de uitvinding niet op enigerlei wijze beperkt is tot de beschreven en weergegeven uitvoerings-voórbeelden en zich uitstrekt tot vele alternatieve uitvoeringen binnen de 15 mogelijkheden van degenen die deskundig zijn op dit gebied, afhankelijk van de toepassingen die men op het oog heeft en dit alles binnen het kader van de uitvindingsgedachte.

8520124

Claims (18)

1. Werkwijze voor het ogenblikkelijk bepalen van een profiel in een boorgat, van de soort die bestaat in het vastleggen, in de vorm van signalen, van elastische golven die geproduceerd worden door het onderste deel 5 van een boorwerktuig voor het desintegreren van gesteente in de boorput, waarbij een eerste reeks golven, die zich voortplanten in het boorwerktuig, worden ontvangen aan ten minste een eerste sensor die aangebracht is aan het boveneinde van dat boorwerktuig om ten minste een eerste opname te produceren, aangekaart als een boorpijpopname, terwijl een tweede reeks 10 golven die zich voortplanten van het onderste gedeelte van het boorwerktuig naar de grondoppervlakte van de boor en door de grondlagen om die put, wordt ontvanqen aan ten minste een tweede sensor om ten minste een tweede opname te produceren die aangeduid wordt als grondopname, met het kenmerk, dat hij bestaat uit het in zowel de eerste als de tweede opname 15 bepalen van de plaats van de delen van signalen die overeenkomen met een en dezelfde positie van het onderste deel van het werktuig in de put, waarbij elk van die delen aldus een elementaire opname vormt; dat hij bestaat uit het in paren groeperen van de elementaire opnamen, waarbij elk paar gevormd wordt door een elementaire boorpijpopname en een elementaire grond-20 opname, dat het onderling intercorreleren van de elementaire opnamen van elk paar, zodanig dat voor elk paar een gecorreleerd signaal wordt gepro-1 duceerd dat representatief is voor de akoestische energie die opgewekt is door het onderste gedeelte van het boorwerktuig en van het verschil in de doorlooptijden van de golven die ontvangen worden aan de sensors waaruit 25 het paar opnamen verkregen is.

2. Werkwijze volgens conclusie l,met het kenmerk, dat de elementaire opnamen in elk paar in segmenten worden gecorreleerd, waarbij de aldus verkregen verschillende intercorrelatiefuncties worden gesommeerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat deze verder bestaat uit het, ten aanzien van elke beschouwde positie van het onderste deel van het werktuig in de boorput, bepalen van de looptijd van de golven die zich voortplanten tussen het onderste deel van het werktuig en de sensor die aangebracht is aan het boveneinde van het boor-35 werktuig, en dat het verschuiven van het gecorreleerde signaal dat overeenkomt met de beschouwde positie over een afstand die gelijk is aan de aldus bepaalde looptijd. k. Werkwijze volqens conclusie 1 of 2,met het kenmerk, §820124 * - 17 - dat de eerste boorpijpopname onderworpen wordt aan een voorbehandeling die bestaat uit het verwijderen van secundaire gebeurtenissen ten einde in die opname alleen belangrijke hoofdgebeurtenissen over te houden.

5. Werkwijze volgens conclusie 3,met het kenmerk, dat 5 de looptijd wordt bepaald uit een meting van de voortplantingssnelheid van een trilling in het boorwerktuig wanneer dat stil staat.

6. Werkwijze volgens conclusie 3,met het kenmerk, dat de looptijd uit de primaire opnamen van de boorpijpsensor wordt bepaald voor en na toevoeging van een element aan de boorserie, waarbij de primaire 10 opnamen zodanig zijn dat ze in hoofdzaak overeenkomen met dezelfde diepte van het boorwerktuig.

7. Werkwijze volpns conclusie 3,met' het kenmerk, dat de looptijd wordt bepaald uit golven die worden bepaald door een slag binnen het boorwerktuig.

8. Werkwijze volgens een der conclusies 1-7,met het kenmerk, dat een aantal grondopnamen geproduceerd wordt uit een aantal sensors die aan de oppervlakte zijn aangebracht overeenkomstig ten minste een bepaalde geometrie.

9. Werkwijze volgens conclusie 2,met het kenmerk, dat 20 de sommen van de intercorrelatiefuncties die overeenkomen met twee bepaalde diepteniveaus worden geintercorreleerd, waarbij de waarde langs de horizontale as van de maximale waarde van de aldus verkregen intercorrelatiefunctie representatief is voor de doorlooptijd van de akoestische golf binnen dat gedeelte van het terrein dat zich tussen die niveaus bevindt.

10. Werkwijze volgens conclusie 9,met het kenmerk, dat de delen van de sommen van de intercorrelatiefuncties die betrekking hebben op de eerste aankomsten van de akoestische golf worden gekozen voor het uitvoeren van de intercorrelatie. 8520124 -- n s ζ υ Ί 'l 4 -» 1 PCT WO 85/05696 — i <9 — HERZIENE CONCLUSIES

1. Werkwijze voor het ogenblikkelijk bepalen van een profiel in een boorgat, van de soort die bestaat uit het vastleggen, in de vorm van signalen, van elastische golven die geproduceerd worden door het onderste deel 5 van een boorwerktuig voor het desintegreren van gesteente in de boorput, waarbij een eerste reeks golven, die zich voortplanten in het boorwerktuig, worden ontvangen aan ten minste een eerste sensor die aangebracht is aan het boveneinde van dat boorwerktuig om ten minste een eerste opname te produceren, aangekaart als een boorpijpopname, terwijl een tweede reeks 10 golven die zich voortplanten van het onderste gedeelte van het boorwerktuig naar de grondoppervlakte van de boor en door de grondlagen om die put, wordt ontvanqen aan ten minste een tweede sensor om ten minste een tweede opname te produceren die aangeduid wordt als grondopname en uit het in zowel de eerste als de tweede opname bepalen van de plaats van de delen van dignalen 15 die overeenkomen met een en dezelfde positie van het onderste deel van het werktuig in de put, waarbij elk van die delen aldus een.elementaire opname vormt, met het kenmerk dat hij bestaat uit het in paren groeperen van de elementaire opnamen, waarbij elk paar gevormd wordt door een elementaire boorpijpopname en een elementaire grond-20 opname, dat het onderling intercorreleren van de elementaire opnamen van elk paar, zodanig dat voor elk paar een gecorreleerd signaal wordt geproduceerd dat representatief is voor de akoestische energie die opgewekt is door het onderste gedeelte van het boorwerktuig en van het verschil in de doorlooptijden van de golven die ontvangen worden aan de sensors waaruit 25 het paar opnamen verkregen is.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de elementaire opnamen in elk paar in segmenten worden gecorreleerd, waarbij de aldus verkregen verschillende intercorrelatiefuncties worden gesommeerd.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat deze verder bestaat uit het, ten aanzien van elke beschouwde positie van. het onderste deel van het werktuig in de.boorput, bepalen van de looptijd van de golven die zich voortplanten tussen het onderste deel van het werktuig en de sensor die aangebracht is aan het boveneinde van het boor-35 werktuig, en dat het verschuiven van het gecorreleerde signaal dat overeenkomt met de beschouwde positie over een afstand die gelijk is aan de aldus bepaalde looptijd. k. Werkwijze volqens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, 8520124 - dat de eerste boorpijpopname onderworpen wordt aan een voorbehandeling die bestaat uit het verwijderen van secundaire gebeurtenissen ten einde in die opname alleen belangrijke hoofdgebeurtenissen over te houden.

5. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat 5 de looptijd wordt bepaald uit een meting van de voortplantingssnelheid van een trilling in het boorwerktuig wanneer dat stil staat.

6. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de lopptijd uit de primaire opnamen van de boorpijpsensor wordt bepaald voor en na toevoeging van een element aan de boorserie, waarbij de primaire 10 opnamen zodanig zijn dat ze in hoofdzaak overeenkomen met dezelfde diepte van het boorwerktuig.

7. Werkwijze voipns conclusie 3,met het 'kenmerk, dat de looptijd wordt bepaald uit golven die worden bepaald door een slag binnen het boorwerktuig.

8. Werkwijze volgens een der conclusies 1-7, met het kenmerk, dat een aantal grondopnamen geproduceerd wordt uit een aantal sensors die aan de oppervlakte zijn aangebracht overeenkomstig ten minste een bepaalde geometrie.

9. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat 20 de sommen van de intercorrelatiefuncties die overeenkomen met twee bepaalde diepteniveaus worden geintercorreleerd, waarbij de waarde langs de horizontale as van de maximale waarde van de aldus verkregen intercorrelatiefunctie representatief is voor de doorlooptijd van de akoestische golf binnen dat gedeelte van het terrein dat zich tussen die niveaus bevindt.

10. Werkwijze volgens conclusie 9,met het kenmerk, dat de delen van de sommen van de intercorrelatiefuncties die betrekking hebben op de eerste aankomsten van de akoestische golf worden gekozen voor het uitvoeren van de intercorrelatie. 11 2 0 11Φ