NO166426B - Akustisk loggingsinnretning. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en loggingsinnretning for detek-sjon av akustiske bølger som forplanter seg gjennom et flui-dum i et borehull som trenger gjennom jordformasjoner under jordoverflaten.

Akustiske loggingsinnretninger benyttes vanligvis til identifikasjon på et sted i et borehull av karakteristiske egenskaper til det akustiske felt som stråler ut fra en regelmessig eller uregelmessig lydkilde. De på denne måte oppnådde karakteristikker til det akustiske felt kan benyttes til å bestemme for eksempel forplantningshastigheten for lyd i formasjonen som omgir borehullet, tilstedeværelsen av lag eller bruddflater i formasjonen som reflekterer akustiske bølger, eller beliggenheten av kilden i forhold til loggingsinnretningen dersom den akustiske kilde ligger fjernt fra det borehull i hvilket loggingsinnretningen er opphengt.

I disse loggingsinnretninger benyttes forskjellige typer av akustiske omvandlere, såsom hydrofoner, som i prin-sipp måler den skalare størrelse av trykkbølger som forårsakes av de akustiske bølger, og akselerometere som måler én eller flere vektorkomponenter av borehullfluidumets vibrasjoner eller svingninger indusert av akustiske bølger.

Et felles problem som påtreffes med akustiske log-gingsverktøyer, er at akustisk avkopling mellom den akustiske omvandler og det verktøylegeme som bærer omvandleren, bare kan oppnås i et begrenset frekvensområde.

Det er kjent, for eksempel fra EP patentsøknad nr. 84201436.7 (publiseringsnr. 0138271), å tilveiebringe et akustisk innkjøringsverktøy (homing-in tool) med en rekke akselerometere som er innstøpt i legemer av visko-elastisk materiale. Disse legemer er montert på armer som kan svinges i retning mot borehullveggen, slik at akselerometrene i disses operative stilling holdes nær eller an mot borehullveggen. Selv om det kjente arrangement av akselerometere tilveiebringer tilfreds-stillende akustisk avkopling mellom akselerometrene og verk-tøy legemet, lider dette arrangement av visse ulemper. For eksempel viste akustisk dempning, tilveiebrakt av det visko-elastiske materiale, seg å avta som reaksjon på en økning av det hydrostatiske trykk i borehullfluidumet som omga verktøyet. Spesielt i dype Erørehull som var fylt av fortyngede boreslam, hemmet reduksjonen av akustisk dempning i vesentlig grad målingen av karakteristiske egenskaper til det akustiske felt.

Det er et hovedformål med oppfinnelsen å tilveiebringe et akustis:k loggingsverktøy hvor dettes akselerometere er festet til verktøylegemet på en slik måte at vibrasjoner av verktøylegemet: har bare liten innvirkning på akselerometre-nes målinger.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et akustisk loggingsverktøy ved hvilket målingen av karakteristiske egenskaper til et akustisk felt ved hjelp av akselerometere som er festet til verktøyet, er mer nøyaktig enn målingen av de kjente akustiske loggingsverktøyer, og dessuten uavhengig av verktøyets dybde i et borehull.

I overensstemmelse med oppfinnelsen oppnås disse formål ved hjellp; av et loggingsverktøy som omfatter en under-støttelse og en akustisk føler som inneholder minst ett akselerometer som er opphengt i understøttelsen i minst én streng av fleksibelt materiale, idet understøttelsen er forsynt med en anordning for oppnåelse av en forutbestemt avstand mellom den akustiske føler og borehullveggen.

Oppfinnelsen kan realiseres på en rekke måter, men én spesiell utførelse skal beskrives som eksempel i det føl-gende under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et sideriss av en akustisk loggingsinnretning som omfatter oppfinnelsen, fig- 2 viser i forstørret målestokk det innsirk-lede parti på fig. 1, fig. 3 viser en polar opptegning (polar plot) av akustisk intensitetsfordeling i borehullfluidumet i et borehull målt med loggingsverktøyet ifølge oppfinnelsen, fig. 4 viser em polar opptegning av akustisk intensitetsfordeling målt under liknende forhold med et loggingsverktøy ifølge kjent teknikk, fig- 5A viser en polar opptegning av partikkelforskyvningsamplituder i fluidumet nær borehullveggen målt under en prøve med loggingsverktøyet ifølge oppfinnelsen, og fig.. 5B viser en polar opptegning av beregnede borehullpartikkejl-forskyvningsamplituder i fluidumet nær borehullveggen.

På fig. 1 er vist en nedre seksjon av en akustisk loggingsinnretning omfattende et avlangt verktøylegeme 1 som er opphengt i en konvensjonell vaier 2. Nær sin nedre ende bærer verktøylegemet 1 en sammenstilling av armer 3 som kan svinges samtidig i retning mot og bort fra veggen av et borehull (ikke vist) i hvilket loggingsinnretningen er opphengt når den i drift.

Svinging av armene 3 forårsakes av en konvensjonell aktuatormekanisme 4.

Armene 3 og aktuatormekanismen 4 er sammen med en beskyttende verktøynese 5 montert på en felles aksel 6 som kan dreies (se piler I) i forhold til verktøylegemets 1 øvre seksjon. Ved sin nedre ende bærer hver arm en akustisk føler 7 som omfatter ett eller flere akselerometere (ikke vist).

Slik som nærmere vist på fig. 2, er hver akustisk føler 7 opphengt i en endedel 8 av en arm 3 ved hjelp av et par i hovedsaken parallelle, fleksible strenger 9. Hver streng 9 er ved sin øvre ende festet til endedelen 8 og ved sin nedre ende festet til en koplingsstøtte 10 som inngår i den akustiske føler. De fleksible strenger 9 kan bestå av metallfjærer, strenger av et elastomert materiale, såsom gummi, eller av hvilket som helst annet passende, fleksibelt materiale.

Hovedformålet med opphengningen av den akustiske føler 7 i strengene 9 er å opphenge føleren i et borehullfluidum på et sted som ligger på avstand fra armene 3, slik at den akustiske føler på nøyaktig måte er i stand til å følge svingninger av partikler av borehullfluidumet som omgir føle-ren, som følge av akustiske bølger som forplanter seg gjennom fluidumet, samtidig som følerens bevegelser er uavhengige av vibrasjoner av verktøylegemet 1 og armene 3, enten som reaksjon på akustiske bølger eller som følge av bevegelse av loggingsinnretningen gjennom borehullet mens loggmålinger utføres. For ytterligere å optimalisere følsomheten av den akustiske føler, er følerens tetthet tilpasset til tettheten av borefluidumet. Da tettheten av vanlig benyttede borehull-væsker, eller boreslam, ligger mellom 1000 og 3000 kg/m 3, er følerens tetthet også valgt innenfor dette område. Dersom det ønskes, kam føleren være forsynt med innstillbare opp-drifts- eller vekfcamoardri inger (ikke vist), slik at følerens tetthet kan tilpasses- til tetthetene av borehullfluida med forskjellig sammensetning.

For å\sikre en konstant avstand mellom føler og borehullvegg, er hver arm 3 forsynt med et avstandselement 11. Tykkelsen av bJJokkene er valgt slik at når blokkene er fast-klemt til borehullveggen, er den nevnte avstand mellom 0 og 2 cm.

Det skal bemerkes at i stedet for å montere armene

3 som bærer fø'>lerne 7, nær verktøylegemets 1 nedre ende som vist på fig. li, kan armene også være montert på andre steder. Videre kan verktøyet være forsynt med bare en eneste arm som bærer én eller, flere akustiske følere. Dersom det ønskes, kan den eller de akustiske følere være opphengt inne i bore-hullf luidumet ved hjelp av forskjellige strammede, fleksible strenger som er orientert i motsatte eller forskjellige ret-ninger .

Feltprøve

For å vurdere innretningen av det opphengte arrangement av akustiske følere og målinger tatt ved hjelp av en innkjøringsanordning (homing-in device) som arbeider slik som beskrevet i den foran nevnte EP patentsøknad nr. 84201436.7 (publiseringsnummer 0138271), ble en feltprøve utført. Innretningen var utstyrt med tre svingbare armer. To av disse armer var forsynt med opphengte følere bestående av treaksiale akselerometere, som vist på fig. 1 og 2. For sammenlikning var innretningens tredje arm utstyrt med et treaksialt akselerometer som var innstøpt i en masse av visko-elastisk materiale.

Feltprøven ble utført i et testhull som krysset en krittformasjom i Beek-området (Nederland). Under prøvene ble innretningen nedsenket til forskjellige dybder i borehullet mens de akustiske følere målte karakteristiske egenskaper til lydbølger som utstrålte fra en lydkilde beliggende i et nær-liggende, andr.e^ borehull. Avstanden mellom de to borehull var ca. 20 m, mens. lydkilden var anordnet på en dybde på 142,3 m i målbrønnemQ<gii utsendte tilfeldig, akustisk støy med en sen-ter frekvens på 2000 Hz.

Begge borehull var fylt av vann. På grunnlag av kjente formler for overføring av akustiske bølger gjennom underjordiske jordformasjoner, ble det utført en beregning av den teoretisk opptredende partikkelforskyvning ved grenseflaten mellom borehullveggen og borehullfluidumet i prøvehul-let som reaksjon på det akustiske felt som ble generert av lydkilden. En polar opptegning Cf av den således beregnede, teoretiske, akustiske intensitetsfordeling i fluidumet nær borehullveggen i prøvehullet er vist på fig. 3. Fig. 4 viser en polar opptegning C av den beregnede, akustiske intensitetsfordeling i jordformasjonen nær borehullveggen.

På fig. 3 og 4 representerer pilen T retningen til det andre borehull.

Fig. 3 viser videre resultater av målinger Mjog M som ble oppnådd med de opphengte akselerometere mens verktøyet var beliggende i testhullet ved en dybde på 145,7 m, og fig. 4 viser resultatene av liknende målinger M-^-j. som ble oppnådd med det konvensjonelle, veggfastspente akselerometer. Slik det fremgår av disse figurer, viser den energifordeling som ble målt i fluidumet ved hjelp av de opphengte akselerometere, mindre spredning og bedre overensstemmelse med teorien enn den som ble oppnådd med det veggfastspente akselerometer. Liknende resultater ble oppnådd i fire andre dybdeposisjoner, noe som indikerte en mye høyere reproduserbarhet og pålitelighet ved målinger som ble utført med opphengte akselerometere. Bare på ett sted var fordelingene fra begge følertyper uover-ensstemmende med det forventede mønster og viste ikke den riktige målretning.

Vektorkomponentene i radial, tangential og aksial retning A , Afc og Azsom ble målt ved de tre akser av den opphengte, akustiske føler, er opptegnet på fig. 5A. Meget god overensstemmelse ble funnet med de tilsvarende, beregnede fordelinger (fig. 5B). Det skal imidlertid bemerkes at denne sammenlikning bare er kvalitativt gyldig da rotmiddelkvadrat-verdiene av tilfeldig støy i frekvensbåndet 1500 - 2500 Hz ble målt, mens fig. 5B viser amplituder som ble beregnet for en innfallende trykkbølge (sinusbølge) på 2000 Hz, senterfre-kvensen for det spektrum som ble benyttet under eksperimen- tene. Skjærbølge>r ble ikke tatt i betraktning. Videre gjel-der den beregnede; kurve for grenseflaten mellom fast stoff og væske, mens de opphengte akselerometere i virkeligheten var plassert 1 cm fr.a5 denne grenseflate.

Prøveresultatene bevirker anvendeligheten av pas-siv, akustisk retningsbestemmelse i et borehull. Resultatene viser videre at pålitelighet og nøyaktighet forbedres vesentlig ved å opphenge akselerometrene i fluidumet nær borehullveggen, i stedet for å fastspenne akselerometrene mot formasjonen. Dette er også en driftsmessig forenkling da det ikke lenger er nødvendig, at innretningen har veggfastspente følere, og innretningen derfor kan drives på sikrere måte,

og selv når den beveger seg med lav loggingshastighet i stedet for å være i en stasjonær stilling.

Claims (6)

1. Akustisk loggingsinnretning for måling av partikkelbevegelse som er relatert til akustiske bølger som forplanter seg gjennom et borehullfluidum, hvilken innretning omfatter en understøttelse og en akustisk føler, KARAKTERISERT VED at den akustiske føler (7) inneholder minst ett akselerometer som er opphengt i understøttelsen (8) i minst én streng (9) av fleksibelt materiale, idet understøttelsen (8) videre er forsynt med en anordning (11) for oppnåelse av en forutbestemt avstand mellom den akustiske føler (7) og borehullveggen.

2. Loggingsinnretning ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den akustiske følers (7) massetetthet er mellom 1000 og 3000 kg/m<3>.

3. Loggingsinnretning ifølge krav 1 eller 2, KARAKTERISERT VED at den akustiske føler (7) omfatter et treaksialt akselerometer.

4. Loggingsinnretning ifølge ett av kravene 1-3, KARAKTERISERT VED at strengen (9) av fleksibelt materiale består av en skruelinjeformet metallfjær.

5. Loggingsinnretning ifølge ett av kravene 1-3, KARAKTERISERT VED at strengen (9) av fleksibelt materiale består av et elastomert materiale.

6. Loggingsinnretning ifølge ett av kravene 1-5, KARAKTERISERT VED at akselerometeret er opphengt i understøttelsen (8) ved hjelp av et antall i hovedsaken parallelle strenger (9) av fleksibelt materiale.