NO153782B - Fremgangsmaate og apparat for maaling av resistiviteten av fluider i et borehull. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt en fremgangsmåte og et apparat for logging av borehull og spesielt for måling av resistiviteten eller konduktiviteten av fluider i borehullet.

Elektriske resistivitets-logger av borehullesformasjoner blir som kjent i betydelig grad påvirket av resistiviteten til borehullsfluider eller slam fordi fluidene infiltrerer de gjen-nomtrengelige formasjonene og dermed endrer deres elektriske egenskaper. Man har derfor innsett at kunnskap om de elektriske egenskapene til borehullsfluidene er nyttig. En vanlig måte til bestemmelse av resistiviteten av borehullsfluider som brukes, er å ta prøver av fluidumet når det når overflaten og måle resistiviteten av disse prøvene. Fluidumet eller slammet blir så antatt å være homogent gjennom borehullet og dets resistivitet representert av den gjennomsnittlige resistiviteten av prøvene.

Man vil imidlertid forstå at slammet eller fluidene i et borehull ikke alltid har samme resistivitet over borehullets lengde. Denne variasjonen i resistivitet skyldes flere fak-torer, blant annet variasjonen i temperatur over lengden av borehullet, sammenblandingen av slammet med fluider som siver inn fra omgivende formasjoner og tiltykningen eller stratifika-sjonen av suspenderte borekutt når den elektriske loggeopera-sjonen foretas. En teknikk for å måle de elektriske egenskapene av borehullsfluider på stedet, blir derfor ansett ønskelig.

En tidligere kjent teknikk for måling av resistiviteten av et fluidum i et borehull på stedet, er for eksempel beskrevet i US-patent nr. 2 922 103. I henhold til den der beskrevne teknikk blir borehullsfluidene brakt til å passere inne i en sonde som er opphengt i borehullet, slik at slamresistivitets-målingen utføres på et volum av fluider av en gitt form omgitt av en isolator mens sonden gjennomløper borehullet. En betydelig ulempe ved en slik teknikk, er at for fluider med høy viskositet, kan passasjen av fluider gjennom sonden bli for-hindret. Derfor er nøyaktigheten av målingen som er utledet fra denne teknikken, alltid utsatt for tvil med hensyn til om slamkake eller andre fremmedlegemer har hindret passasjen for visse måleintervaller langs borehullsdybden.

En annen tidligere kjent teknikk for måling av resistiviteten av slam i et borehull, er beskrevet i US-patent nr. 2 838 730. Denne teknikken anvender en langstrakt sonde på hvilken det er anordnet små punktelektroder som danner et apparat av "mikroresistivitets"-typen med en liten undersøk-elsesdybde. Man vil selvsagt forstå at et slik apparat ville være meget følsomt for resistiviteten av formasjonene hvis den ikke blir holdt nøyaktig i sentrum av borehullet og vekk fra de omgivende formasjoner. Derfor er det i forbindelse med et slikt system nødvendig å bruke et mekanisk apparat som sikrer at elektrodene blir holdt vekk fra formasjonen. Alternativt kan.muligens signalbehandlingsteknikker på overflaten skille ut resistivitetsmålinger som skyldes slammet og de som skyldes den kombinerte virkning av slammet og de omgivende formasjoner. Siden et slikt apparat er følsomt for formasjonsresistiviteten og for sondens posisjon i borehullet, vil man forstå at målinger av slamresistiviteten i borehull som har en diameter som er liten i forhold til apparatetes undersøkelsesdybde, er tvil-somme .

Det er følgelig et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe både en fremgangsmåte og et apparat for å bestemme resistiviteten av slammet i et borehull på en hurtig, nøyaktig og pålitelig måte. Et annet formål med oppfinnelsen er å frembringe en ny fremgangsmåte og et nytt apparat for å bestemme elektriske egenskaper ved borehullsfluider som tillater bruk av enkle, nøyaktige og billige apparater som kan anvendes sam-tidig med konvensjonelle elektriske loggeapparater.

Den kjente teknikk på området kan ansees representert

ved US-patente 2.404.622 og 2.838.730.

Nærmere bestemt tar således oppfinnelsen utgangspunkt

i et apparat for resistivitetsmåling omfattende: en langstrakt sonde, et første par adskilte elektroder som er understøttet på sonden ved respektive forskjellige posisjoner langs sondens lengde, og midler innbefattet et andre par elektroder under-støttet på sonden ved en posisjon mellom nevnte første elektrodepar, for å føre en elektrisk strøm gjennom et av nevnte elektrodepar, og for å frembringe et signal som indikerer de elektriske egenskapene ved et fluidummedium i hvilket sonden er neddykket når det føres strøm mellom nevnte ene par av

elektroder. Det nye og særegne ved apparatet ifølge oppfinnelsen består i første rekke i midler for å holde de to nevnte elektrodepar i en avstand fra borehullsveggen som er minst så stor som avstanden mellom det første par av elektroder.

Det kan også med fordel være anordnet et ytterligere par adskilte elektroder på sonden slik at de flankerer nevnte første elektrodepar, idet det ytterligere par med elektroder er elektrisk forbundet med hverandre. Denne anordning vil i betydelig grad redusere apparatets undersøkelsesdybde i sideretningen.

Oppfinnelsen omfatter også en fremgangsmåte for måling av resistiviteten av fluider i et borehull ved hjelp av en langstrakt sonde omfattende et par adskilte elektroder understøttet på sonden ved respektive forskjellige posisjoner langs lengden av sonden, ved hvilken det føres en elektrisk strøm gjennom nevnte par med elektroder, og det tilveiebringes et signal som indikerer de elektriske egenskapene til et fluidummedium som sonden er neddykket i langs et overflateområde av sonden mellom elektrodeparet. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at nevnte elektrodepar og nevnte overflateområde holdes i en avstand fra borehullsveggen som er minst så stor som avstanden mellom nevnte par med elektroder.

Det vises til de vedføyde tegninger der:

Figur 1 er en skjematisk skisse over et loggeapparat i henhold til en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse: Figur 2 representerer skjematisk et ytre riss av apparatet på figur 1; Figur 3 representerer skjematisk et delvis langsgående snitt gjennom apparatet på figur 1; Figur 4 er et skjema som er nyttig for å demonstrer arbeids-prinsippene for apparatet på figur 1; Figur 5 er en skjematisk skisse som er nyttig når det gjel-der å illustrere virkemåten for en utførelsesform av oppfinnelsen med redusert undersøkelsesdybde i sideretningen, og Figur 6 er et blokkskjerna av kretsene i tilknytning til apparatet på figur 1.

På figur 1 er det vist et apparat i henhold til den foreliggende oppfinnelse som omfatter en sonde 10 opphengt etter en armert kabel 11 i et borehull 12. Borehullet 12 gjennom-trenger grunnformasjoner av geologiske lag 13 og er fylt med et elektrisk ledende fluidum 14 som vanligvis er i form av et boreslam.

Sonden 10 er koblet til kabelen 11 gjennom en hodesek-sjon 15 som virker som et grensesnitt mellom kabelen og sonden for å muliggjøre overføringen av styre- og målings-informasjon-er mellom overflateutstyret 16 og forskjellige måleinstrumenter eller seksjoner som utgjør sonden 10. Overflateutstyret 16 omfatter en vinsj (ikke vist) som bevirker bevegelse av kabelen 11 og derfor av sonden 10 gjennom borehullet 12. En seksjon av sonden 10 omfatter en måleinnretning 17 for slam-resistivitet i henhold til prinsippene ved den foreliggende oppfinnelse. Denne seksjonen 17 er vist forbundet med kabel-hodeseksjonen 16 og resten av sonden som er betegnet 18. Seksjonen 15 omfatter en overføringsseksjon til hvilken det er forbundet forskjellige måleinstrumenter som befinner seg i sonden 10, og festet til denne kan det være konvensjonelle borehullsmåleinnretninger for oppnåelse av loggemålinger av formasjonskarakteristikker, slik resistivitetsmåleanordninger, kjernemåleanordninger og akustiske loggeanordninger eller andre måleinnretninger.

Det vises nå spesielt til resistivitetsmåleinnretningen

17 for måling av resistiviteten til borehullsfluider som er vist på figur 1 og 2, og som omfatter et hovedorgan 2 0 med hovedsakelig sylindrisk form som har en redusert diameter eller innsnevring 22 mellom to deler med større diameter (heretter referert til som regulær diameter), til hvilke innsnevringen er forbundet ved koniske overflater 23 og 24. De koniske overflatene 23 og 24 er forbundet med innsnevringsseksjonen 22 ved avrundede forbindelsesflater 25, vist på figur 3, som letter strømningen av borehullsfluider langs denne delen av sonde-legemet. Det vises nå spesielt til figur 2, der en rekke elektroder, vist ved 26, er koaksialt anordnet langs innsnevringsseksjonen på en måte slik at hver elektrode omgir innsnevringen og er i flukt med den ytre overflaten av denne. Innsnevringsseksjonen kan også omfatte en temperaturføler 27 i form av en metallisk plate anordnet for kontakt med borehullsfluidene og isolert fra hovedorganet 20. Denne føleren frembringer tem-peraturmålinger av borehullsfluidene som kan kombineres med resistivitetsmålingene for å korrigere disse og tilveiebringe en indikasjon på fluidumtap ut av borehullet eller av fluidum-inngang inn i borehullet. Den nedre delen av hovedorganet 2 0 omfatter en hylse 21 hvor en seksjon som omfatter forskjellige elektroniske innretninger og kretser tilhørende elektrodene, er anbrakt. Tråder (ikke vist) ved hver ytterkant av organet 20 er tilveiebrakt for å muliggjøre tilkobling til på den ene siden kabelhodet 16 og på den annen side til overføringssek-sjonen 15. Elektriske forbindelser er også tilveiebrakt ved hjelp av innpluggingskontakter som sikrer kontinuiteten av de elektriske kretsene opp til lederne i kabelen 11.

Det vises nå til figur 3 hvor det er vist mer detaljert anbringelsen av elektrodene langs et parti 31 av seksjonen 17, hvilket parti hensiktsmessig lett kan akskilles fra denne seksjonen. Fire elektroder 34-37 bestående av ledende metall-ringer er innstøpt på tre sider i et sylinderformet isolerende materialstykke 33, idet den fjerde siden av hver elektrode er frilagt til yttersiden av sylinderen 33 i flukt med de andre overflatene til innsnevringsseksjonen. For å redusere under-søkelsesdybden i sideretningen for innretningen har man funnet at avstanden "b" mellom de to elektrodene 34 og 37 som ligger lengst fra hverandre, bør være liten og fortrinnsvis i størrel-sesorden mindre enn to centimeter.

Som illustrert på figur 4 blir elektrodene 34 og 37 som ligger lengst fra hverandre, anvendt til utsendelse, uniformt

omkring innsnevringsseksjonen, av en vekselstrøm med en hovedsakelig konstant strømintensitet "i". De utsendte strømlinjene er vist skjematisk på figur 4. Elektrodene 35 og 36 som ligger nær hverandre, måler en alternerende potansialdifferanse som

kommer av det elektriske feltet som skapes i borehullsfluidene av strømmen som utsendes fra elektrodene 34 og 37. Resistiviteten til borehullsfluidene blir så utledet fra forholdet mellom det normaliserte alternerende potensialet og den normaliserte strømmen. Normaliseringstrinnet tar hensyn til varia-

sjonen i intensiteten til de utsendte strømmene.

I en annen utførelsesform som illustrerer prinsippene

ved den foreliggende oppfinnelse, kan innsnevringsseksjonen omfatte ytterligere to elektroder representert ved 38 og 39

på figur 5. Disse elektrodene har maken form til de oven-nevnte ringformede elektrodene og er montert langs innsnev-ringsseks jonen slik at de flankerer elektrodene 37 og 34

som ligger lengst fra hverandre. Elektrodene 38 og 39 er koblet sammen slik at de effektivt danner skjermelektroder som begrenser utstrekningen av det elektriske feltet i vertikal-retningen og også begrenser innretningens undersøkelsesdybde i sideretningen.

Virkemåten av apparatet i henhold til oppfinnelsen skal nå forklares, idet man vil forstå at elektrodenes ringform gjør det mulig å tilveiebringe målinger i en ringformet sone "z", vist på figur 3, som omgir sonden. Den siderettede undersøk-elsesdybden til måleapparatet med fire elektroder er tilnærmet lik avstanden "B" mellom elektrodene 34 og 37 som ligger lengst fra hverandre. Ved et passende valg av innsnevringsdiameter vil derfor disse elektrodene alltid bli holdt i en avstand fra borehullsveggen som minst er hovedsakelig lik avstanden mellom elektrodene, og måleapparatet vil være praktisk talt ufølsomt for resistiviteten av de omgivende formasjoner. Selv når sonden 10 kommer nær inntil borehullsveggen, vil ringformen på elektrodene sikre at der alltid er en hoveddel av den ringformede sonen "Z" som består av borehullsfluidum, slik at målingen i hovedsak ikke påvirkes av formasjonene som omgir borehullet. En ytterligere fordel med ringformen på elektrodene er opplagt når man ser på rotasjon av sonden 10 omkring seg selv.

Det vises nå til figur 6 hvor én illustrerende utførelses-form av signalbehandlingsutstyret som er nyttig i forbindelse med apparatet i henhold til den foreliggende oppfinnelsen, omfatter en firkantbølge-signalgenerator 44 med to utganger ved respektive forskjellige frekvenser. En første utgang ved en høy frekvens (f.eks. 1000 Hz) er koblet til en kraftforsterker 43, mens en lavfrekvensutgang (f.eks. 100 Hz) styrer to kob-lingsanordninger 47 og 48. Utgangsstrømmen fra forsterkeren 4 3 blir tilført en primærvikling på en transformator 42 hvis sekundærvikling er koblet i serie med elektrodene 34 og 37 som ligger langt fra hverandre, og en liten motstand R^ som anvendes for å måle strømmen som utsendes i borehullet. Denne utgangsstrømmen fra transformatorens sekundærvikling er derfor tilnærmet en 1000 Hz vekselstrøm med hovedsakelig fir-kantbølgeform og med en intensitet "I" som er tilnærmet konstant. En av klemmene på motstanden R-^ er koblet til en inngang 4 5 på en differensialforsterker 49 mens den andre klemmen er koblet til koblingsanordningen 47.

Målingen av en potensialdifferense "u" mellom de nær-beliggende elektrodene 35 og 36 blir utført ved hjelp av en transformator 46 hvis primærvikling er koplet til de nærbe-liggende elektrodene mens sekundærviklingen er koblet til både koblingsanordningen 47 og inngangen 45 på differernsial-forsterker 49. Utgangen fra forsterker 49 er koblet både dir-ekte og gjennom en inverter 51 til en synkrondetektor 52 som også mottar et referansesignal fra generatoren 44. Utgangen

fra detektor 52 er koblet gjennom et lavpassfilter 53 til en koblingsanordning 48 som under styring av generatoren 44 diri-gerer de likerettede signalene "U" mot en første kanal 56 og de likerettede signalene "I" mot en annen kanal 57. Hver av disse to kanalene er identiske og omfatter en lagerkondensator 58 og en kraftforsterker 59 som tillater overføring av de to signalene "U" og "I" til overflaten. Overføringen til overflaten blir oppnådd ved hjelp av overføringsseksjonen 15 (på figur 1) som koder disse signalene og overfører den ved hjelp av modulasjon. I overflateutstyret blir signalene "U" og "I" demodulert og dekodet, og forholdet U/I blir dannet for å opp-nå et signal Rm som er representativt for resistiviteten av borehullsfluidene.

Apparatet kan også omfatte en krets 41 som frembringer elektriske signaler som er representative for temperaturen av fluidene i borehullet til koblingsanordningen 47. Deretter blir disse temperaturindikerende signalene behandlet sammen med "I" og "U" signalene for eventuell overføring til overflateutstyret.

Disse målekretsene og arrangementene som er nevnt i den foregående beskrivelsen kan selvsagt varieres på mange måter uten å avvike fra prinsippene ved den foreliggende oppfinnelse.

Claims (10)

1. Apparat for måling av resistiviteten av fluider i et borehull, omfattende: -en langstrakt sonde, -et første par adskilte elektroder som er understøttet på sonden ved respektive forskjellige posisjoner langs sondens lengde, og -midler innbefattet et andre par elektroder understøttet på sonden ved en posisjon mellom nevnte første elektrodepar, for (1) å føre en elektrisk strøm gjennom et av nevnte elektrodepar, og for (2) å frembringe et signal som indikerer de elektriske egenskapene ved et fluidummedium i hvilket sonden er neddykket når det føres strøm mellom nevnte ene par av elektroder, karakterisert ved-midler for å holde de to nevnte elektrodepar i en civstand fra borehullsveggen som er minst så stor som avstanden mellom det første par av elektroder.

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at elektrodeparene er ringformede og festet til omkretsflater på sonden slik at hver av elektrodene omgir sonden.

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at avstandsholdermidlene omfatter en seksjon med redusert diameter av sonden mellom to seksjoner av sonden med større diameter, idet elektrodene er anbrakt på seksjonen av sonden med redusert diameter.

4. Apparat ifølge krav 3, karakterisert ved skrånende koniske overflater som forbinder sondeseksjonen med redusert diameter med sondeseksjonene med større diameter for å lette strømningen av borehullsfluider langs sonden.

5. Apparat ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved et ytterligere par adskilte elektroder anordnet på sonden slik at de flankerer nevnte første elektrodepar, idet det ytterligere par med elektroder er elektrisk forbundet med hverandre .

6. Apparat ifølge krav 1, 2, 3, 4 eller 5, karakterisert ved at avstanden i lengderetning mellom nevnte første par med elektroder er mindre enn 2 cm.

7. Apparat ifølge kravene 1 til 6, karakterisert ved at midlene for å føre en elektrisk strøm omfatter midler for å føre en vekselstrøm som har en hovedsakelig konstant gjennomsnittsintensitet.

8. Apparat ifølge krav 1 til 7, karakterisert ved at midlene for å frembringe et signal som indikerer de elektriske egenskapene til fluidummediet omfatter: midler for detektering av den elektriske strømmen som føres gjennom nevnte ene elektrodepar, midler for detektering av spenningen mellom det andre paret med elektroder, og midler som er følsomme for nevnte strøm og nevnte spenning for å generere nevnte signal som indikerer de elektriske egenskapene til fluidummediet.

9. Fremgangsmåte for måling av resistiviteten av fluider i et borehull ved hjelp av en langstrakt sonde omfattende et par adskilte elektroder understøttet på sonden ved respektive forskjellige posisjoner langs lengden av sonden, ved hvilken: det føres en elektrisk strøm gjennom nevnte par med elektroder, og det tilveiebringes et signal som indikerer de elektriske egenskapene til et fluidummedium som sonden er neddykket i langs et overflateområde av sonden mellom elektrodeparet, karakterisert ved at nevnte elektrodepar og nevnte overflateområde holdes i en avstand fra borehullsveggen som er minst så stor som. avstanden mellom nevnte par med elektroder.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at et ytterligere par elektroder anordnet på hver side av nevnte elektrodepar, holdes på samme potensial.