NO164385B - Akustisk broennloggeanordning for detektering av kompresjons- og skjaereboelger. - Google Patents

Abstract

Borehulloggesystem som anvender en kompresjonsbøl-gesender (17) og en skjærebølgesender (18). Senderne (17, 18) blir vekselvis aktivert for å tilføre kompresjons- og skjærebølger i formasjonen som omgir borehullet. En mottager (10) av bøyetypen anbrakt med avstand fra senderne (17, 18) i borehullet blir vekselvis portført slik at spenningene generert over et par av piezoelektriske plane overflater i denne blir subtrahert i løpet av den ventede tidsperioden for symmetrisk bevegelse til mottageren (19) for å tilveiebringe et kompresjons-bølgeutgangssignal og addert i løpet av den ventede ankomsttiden for usymmetrisk bevegelse av mottageren (19) for å tilveiebringe et skjærebølgeutgangs-signal.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår brønnloggeanordning for kontinuerlig logging av både kompresjons- og skjærebølge-overføringskarakterlstlkker til formasjoner som gir et borehull av den.art som angitt 1 innledningen til krav 1.

Det har lenge vært kjent å logge akustisk åpne brønner for å bestemme hastigheten til kompresjonsbølger og skjærebølger som utbreder seg gjennom steinformasjonene i brønnområdet. For dette formål har blitt anvendt loggeanordninger som normalt innbefatter en eller flere sendere og en eller flere mottagere anbrakt ved på forhånd valgte avstander ved brønnen.

Ved å måle tiden for utbredelsen av kompresjonsbølger, skjærebølger og/eller rørbølger mellom sendere og mottagere, er det vanligvis mulig å bestemme arten av den omgivende steinformasjonen. Ved logging av løst konsoliderte formasjoner er det imidlertid ofte vanskelig å skille mellom kompresjons-, skjære-, rør- og sekundærbølger som kan innbefatte deler av et bølgetog som ankommer ved en gitt mottager. Fjerntliggende anbrakte multippelmottagere har blitt anvendt for å hjelpe til ved å skille mellom ankomst-bølgefrontene og støyen i systemet. Multippelmottagere tillater gjenkjennelse av like bølgemønster og bølgefronter som er mottatt ved hver suksessiv mottager. Siden utbredel-sestidsforskjellene øker med økende avstander fra sender-kilden, vil bølgefronter og mønster som er tett opptil hverandre ved nære mottagersteder adskilles med tid for deres mottagelse av fjerntliggende mottagersteder.

Forskjellige signaltider og bølgefrontanalysemetoder har også blitt anvendt for å skille mellom bølgefronter mottatt ved en gitt mottager. Mesteparten av disse metodene innbefatter tidskretser som forutser mottagelse av og forenkling av innsamlingen av slike bølgefrontinformasjoner. DS-patentene nr. 3.333.238, 3.362.011 og 24.446 beskriver forskjellige loggeteknikker for innsamling og analysering av kompre-sjonsbølger, skjørebølger, rørbølger og sekundærbølgedata.

Ved konstruksjon av loggeverktøyet har forskjellige sender-typer, slik som piezoelektriske eller magnostriktive sendere blitt antydet for dannelse av akustiske loggesignaler. For konvensjonell loggédrift har de fleste slike sendere blitt sentralt anbrakt ved borehullet og har blitt tilpasset for å generere lyd som er utstrålt i et flerretningsmønster (360°) fra senderen til tilliggende brønnoverflater. Slike sendere er velegnet for dannelse av kompresjonsbølger i omgivende stein og sandformasjoner.

Siden kompresjonsbølger utbreder seg hurtigere enn skjære-, rør- eller sekundærbølger som også kan bli frembrakt av en multiretningssender, blir beregningen av kompresjonsbølge-hastigheten fullført ved først å anta at den første ankom-mende bølgefronten eller bølgemønsteret er tilhørende en kompresjonsbølge. Ved løst konsolliderte formasjoner er påfølgende ankomst av skjærebølger vanskelig å skille ut. Ved slike formasjoner har multiretningssendere en tendens til å generere kompresjonsbølger av mye større amplitude enn noen av skjærebølgene også frembrakt. Gjenkjennelsen av skjære-bølgeankomsténe er således svært vanskelig. Kompresjons- og skjærebølgene utbreder seg langs kritiske vinkelbrytnings-baner. Dersom skjærebølgehastigheten ved en ikke-konsollidert formasjon ér mindre enn hastigheten ved brønnvæsken (dvs. borefluidum, vann eller olje) er der ikke noen kritisk brytningsvinkelbane for skjærebølgen og ingen skjærebølge blir generert ved brønnvæskegrensesnittet.

I det senere har oppmerksomheten blitt rettet mot utviklingen av sendere som er spesielt egnet for skjærebølgelogging. Slike sendere, generelt benevnt transduktor av "bender"-typen forsøker å tilveiebringe en enkelpunktkildetilførsel av lydenergi til borehullveggen. Teorien bak punktkildesenderne er generelt beskrevet i en artikkel "A New Metod for Shear Way Logging", av Choro Kltsunezaki, Oyo Technical Note RP-4101, Oyo Corporation, Urawa Saitama 336 Japan (oktober 1978) og ligger 1 at de kan direkte generere skjærebølger. Konvensjonell multlretningssendere er sagt å kunne kun Indirekte danne skjærebølger i samsvar med en kritisk bølgebrytnlngsbaneprosess. Sendere av punktkildetypen frembringer følgelig skjærebølger av hovedsakelig høyere amplitude enn det tidligere var mulig med konvensjonelle kompresjonsbølgesendere av multiretningstypen. Formasjoner slik som løst konsollidert sand, hvor skjærebølger ikke utbreder seg med tilstrekkelig amplitude for å tillate en endelig detektering eller ikke konsollidert sand som ikke tillater utbredelse av skjærebølger ved anvendelse av konvensjonelle kompresjonsbølgemottagere, kan følgelig nå bli skjærebølgelogget med disse skjærebølgeloggingssystemer. Oyo Technical Notes RP-4105 med tittelen "Development of a Suspehsion Type S-Wave Log System", av Kimio Ogura (november 1979) og RP-4125 med tittelen "Development of the Suspension S-Wave Logging System (Report No. 2)" av Kimio Ogura, et al (november 1980) gir ytterligere informasjon med hensyn til skjærebølgeloggesystemer.

Foreliggende oppfinnelse angår en brønnloggeanordning som angitt i innledningen hvis karakteristiske trekk fremgår av kravet.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et brønnloggesystem som anvender et loggeverktøy anbrakt i et borehull for bruk ved utførelse av kompresjons- og skjærebølge-loggeoperasjonene. Fig. 2 og 3 viser mottageren til loggeverktøyet på fig. 1 for vekselvis mottagelse av akustiske signaler av kompresjons og skjærebølgetypen. Fig. 4 og 5 viser alternativ utførelse for å anvende utgangssignalet fra mottageren nede. i hullet vist på fig. 2 og 3 f or. å tilveiebringe de ønskede kompresjons og skjærebølgemålingene. Fig. 6 viser styrekretsen på fig. 1 anvendt for å

rekonfigurere . utgangen til mottageren nede i borehullet for å tilveiebringe ønskede kompresjons- og skjærebølgemåltider.

Fig. 7A-7H viser tidsdiagrammene i forbindelse med driften

av styrekretsen på fig. 6.

Med henvisning til fig. 1 innbefatter loggesystemet et langstrakt loggeverktøy 10 som er hengt opp i en kabel 11 i et borehull 12, som går gjennom en underjordisk formasjon 14 som er av interesse. Formasjonene 14 kan være en formasjon som antas å inneholde olje eller gass og som skal bli karakterisert med hensyn til dens porøsitet, fluidumsmetting eller andre slike informasjoner etter ønske. Brønnen 12 blir fylt med en væske slik som boreslam 16. Loggeverktøyet 10 innbefatter akustiske sendere 17 og 18 og den akustiske mottageren.

Signaler fra loggeverktøyet 10 blir sendt oppover hullet ved hjelp av ledere i kabelen 11 til et anvendelsessystem som innbefatter styrekretsen 22 og opptegneren 24. En dybde-indikeringsinnretning, slik som en måleskive frembringer et dybdesignal som blir tilført opptegneren 24 for at utgangen fra styrekretsen 22 kan bli korrelert i forhold til dybden. Senderen 17 er en kompresjonstransduktor av multiretningstypen, mens senderen 18 er en skjærebølgetransduktor av punktkildetypen (ensrettet). Nærmere bestemt kan multi-retningssenderen 17 være en piezoelektrisk eller maneto-striktiv transduktor av tidligere kjent type for frembringelse av kompresjonsbølger i formasjonen som omgir borehullet. En kompresjosbølge er en bølge i hvilken bevegelsen eller forskyvnlngsretnlngen til partikler i mediumet, 1 hvilke bølgen seg utbreder, er parallell med retningen for bølgens utbredelse. Punktklldesenderen 18 kan være en transduktor av bøye typen, av den typen som er kjent for frembringelse av skjærebølger 1 formasjonen som omgir borehullet. En skjærebølge er en bølge ved hvilken bevegelsen eller forskyvnlngsretnlngen til partikler 1 mediumet i hvilken bølgen utbreder seg er perpendikulær på bølgens utbredelsesretnlng.

For å måle kompresjons- og skjærebølger generert av senderne 17 og 18 blir mottageren 19 vekselvis konfigurert for symmetrisk (kompresjon) og usymmetrisk (skjære) bevegelse. Senderne 17 og 18 blir vekselvis trigget for å frembringe først en kompresjonsbølge og så en skjærebølge. Ved tidspunktet for genereringen av kompresjonsbølgen blir mottageren 19 konfigurert for å detektere en symmetrisk bevegelse som er kompresjonsbølgens art eller karakteristikk. Ved tidspunktet for genereringen av skjærebølgen blir mottageren 19 rekon-flgurert for å detektere usymmetrisk bevegelse som er skjærebølgens art eller karakteristikk.

Mottageren 19 er fortrinnsvis en transduktor av bøyetypen vist nærmere på fig. 2 og 3 og hvor også er vist hvorledes den er understøttet i loggeverktøyet. Med henvisning til fig.

2 definerer hhv. øvre og nedre plater 36 og 37 et trans-duktorrom i loggeverktøyet. Seg strekkende mellom platen 36 og 37 er en transduktormonteringsbrakett 40 som har en åpning som mottar transduktoren 42 av bøyetypen. Transduktorrommet er forsynt med et periferivindu 43 som er relativt trans-parent med hensyn til akustisk energi. Vinduet 43 kan være fremstilt av ethvert egnet materiale som har en akustisk impedans tett opptil det til brønnvæsken for å minimalisere refleksjonen fra vinduet. Transduktorrommet er fylt med en egnet kopllngsvæske som angitt med henvisnlngstallet 45 på fig. 3 som også har en akustisk impedans tett opptil den til væsken i borehullet. Vinduet 43 kan være fremstilt av neoprengummi og koplingsvæsken 45 i rommet kan f.eks. være en lett motorolje.

Monteringen av transduktoren. av bøyetypen er vist nærmere på fig. 3. Transduktoren 42 innbefatter piezoelektriske elemen-ter 42a og 42b som er bundet sammen og omhyllet av en plastomhyllingsforbindelse 42c. Transduktoren er montert

i en bærer 40 ved hjelp av en gummimonteringsring 48 for å redusere overføringen av akustisk energi direkte fra transduktoren til konstruksjonskomponentene for brønn-loggeverktøyet. Elektriske ledninger 50 og 52 er bundet til de ytre overflatene til elementene 42a og 42b hhv. , mens en ytterligere ledning 53 er forbundet med den indre overflaten til elementene 42a og 42b for å tjene som elektrisk jord. Ledningene 50, 52, 53 strekker seg gjennom platen 36 og er ført ved hjelp av kabelen 11 til styrekretsen 22 ovenfor borehullet.

Som nevnt ovenfor blir mottageren 19 vekselvis konfigurert for symmetrisk og ikke-symmetrisk bølgeformmottagelse. Etter en kompresjonsbølgeoverføring av senderen 17, skal f.eks. mottageren 19 bli konfigurert som vist på fig. 4 for symmetrisk bevegelse. Ved denne konfigurasjonen blir spenningene e^ og &% generert av lik og motsatt bøyning av de piezoelektriske elementene 42b og 42a hhv. og subtrahert ved hjelp av subtrahereren 60 for å frembringe det ønskede kompresjonsbølgeutgangssignalet eg. Etter en skjærebølge-overføring av senderen 18 blir mottageren 19 konfigurert som vist på fig. 5 for usymmetrisk bevegelse. Ved denne konfigurasjonen blir spenningene e^ og e£ generert av lik og motsatt bøyning av de piezoelektriske elementene 42b og 42a hhv., addert av addereren 62 for å frembringe det ønskede skjærebølgeutgangssignalet eg.

For å utføre rekonfigurasjonen til mottageren 19 som følger den akustiske sendingen for således vekselvis, å reflektere de to konfigurasjonene på fig. 4 og 5 er der anordnet styrekretsen 22 utenfor borehullet som vist nærmere på flg. 6 med tilknyttet tidsdiagram på fig. 7A-7H. Som reaksjon på en triggerpuls t c(Fig. 7A) for aktivering av en akustisk bølgeoverføring fra kompresjonsbølgesenderen 17, blir en forsinkelsesmultivibrator 64 koplet til en kvasistabil tilstand for en tidsperiode (Fig. 7E) ventet for at den genererte kompresjonsbølgen utbreder seg gjénnom formasjonen fra senderen 17 til mottageren 19. Kort Før den ventede ankomsten går multivibratoren 64 tilbake til den stabile tilstanden. Ved dette tidsøyeblikket trigger utgangen til multivibratoren 64 en portføringsmultivibrator 66 som igjen genererer et portsignal som omhyller den ventede tidsperioden (Fig. 7F) i løpet av hvilken kompresjonsbølgen (Fig. 7B) ankommer ved mottageren 19. Utgangen til portføringsmultivibratoren 66 blir tilført en signalport 68 slik at den porten slipper igjennom kompresjonsbølgesignalet over ledningene 50 og 52 fra mottageren 19 til subtraheringskretsen 70. På lignende måte slipper en forsinkelsesmultivibrator 72, portførings-multivibrator 74 og signalporten 76 skjærebølgesignalet (Fig. 7D) over linjene 50 og 52 fra mottageren 19 til den ytterligere kretsen 78 som følger utbredelsestiden gjennom formasjonen (Fig. 7G) og dens ankomst (Fig. 7H) ved mottageren 19 etter at den har blitt generert av senderen 18 som reaksjon på triggerpulsen ts (Fig. 7C). Ved utførelse av ovenfornevnte beskrevne operasjon er forsinkelsesmulti-vibratoren 64, 72 og portføringsmultivibratoren 66, 74 fortrinnsvis de markedsført av Texas Instruments som S.N. 74121 og signalportene 68 og 76 er fortrinnsvis de markedsført av Intersill som I.H. 5041. Subtrahereren 70 og addereren 78 innbefatter fortrinnsvis i det minste en operasjonsforsterker til hvilken signalene e og e2 blir tilført.

Claims (1)

1. Brønnloggeanordning for kontinuerlig logging av både kompresjons- og skjærebølgeoverføringskarakteristikker til formasjoner som.omgir et borehull Innbefattende

   en akustisk sender av multiretningstypen for å tilføre kompresjonsbølger til formasjonene som omgir borehullet,

   en akustisk sender av punktkildetypen for å tilføre skjærebølger til formasjonene som omgir borehullet,

   innretning for å trigge senderne for vekselvis å tilføre kompresjons- og skjærebølger til formasjonene,

   en mottager montert på loggeanordningen i avstand fra senderne, idet mottageren innbefatter en transduktor av bøyetypen med motsatte ikke-begrensede piezoelektriske, plane overflater orientert langs lengdeaksen til verktøyet,karakterisert ved

   en Innretning startet ved trigging av senderen av multiretningstypen for å frembringe en første portføringspuls i løpet av den ventede ankomsttiden til en kompresjonsbølge ved mottageren,

   en innretning som reagerer på den første portføringspulsen for å subtrahere spenningene frembrakt over hver av de piezoelektriske plane overflatene til mottageren som reaksjon på en kompresjonsbølge,

   en innretning startet av triggingen av den akustiske senderen av punktkildetypen for å frembringe en andre portføringspuls i løpet av den ventede ankomsttiden for en skjærebølge ved mottageren, og en innretning som reagerer på den andre portføringspulsen for å addere spenningen frembrakt over de piezoelektriske plane overflatene til mottageren som reaksjon på en skjære-bølge .