NO171467B - Kontaktloes maaling av borehull-kaliber - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte

for å bestemme endringer i kaliberet av et borehull som gjør bruk av måleutstyr med en sender og minst en mottakere adskilt fra senderen, omfattende å sende et signal fra nevnte sender inn i borehullet, idet nevnte signal har komponenter som reflekteres langs borehullets vegger og komponenter som går inn i formasjonen, og å motta nevnte signal på nevnte minst ene mottaker.

Ved en hvilken som helst brønnboreoperasjon er det nødvendig konstant å overvåke tilstanden i borehullet for å tilveie-bringe tidlig deteksjon av tilstander som kan kreve ekstra trinn for å stabilisere borehullets vegger. Eksempelvis kan en spesiell formasjon ha tendens til å svelle, hvilket kunne bevirke en innsnevring av borehullet og eventuelt inn-fangningen av det som befinner seg nede i borehullet eller brudd i formasjonens flate p.g.a. for stort bunntrykk. Et annet eksempel ville være et hulrom i en formasjon og som ville generere ytterligere bruddstykket som måtte fjernes fra borehullet. Korrigerende tiltak omfatter modifisering av boreslammets egenskaper, å trekke ut borestrengen for å bore påny en innsnevrende formasjon og/eller å innføre en brønnforing og å fylle ringen mellom den og borehullveggen med sement for å stabilisere borehullet. Ved en semente-ringsoperasjon er det også viktig å kjenne diameteren av ringen som skal fylles for derved å bestemme sementvolumet som vil være nødvendig og når sementeringsoperasjonen er fullført.

Hittil er de fleste borehullskalibreringsanordninger blitt knyttet til brønnloggingsanordninger med trådledning. Selv om mange av disse gir meget nøyaktig borehullkalibrering, blir informasjonen først generert etter at boreoperasjonen er blitt avbrutt, borestrengen fjernet fra borehullet og den ledningsforsynte anordning senket ned i hullet. Dette er en tidkrevende og kostbar operasjon og fremhever behovet for en fremgangsmåte og anordning for å bestemme borehullets kaliber når boreoperasjonen fortsetter for derved å forsyne operatøren med reell-tids informasjon og å muliggjøre at korrigerende handling kan foretas omgående. Mange av de ovennevnte anordninger med trådledning møter på problemer med slamkake, som bygger seg opp under boreoperasjonen, ettersom de krever fysisk kontakt med borehul1veggen, slik som eksempelvis ved en seks-arms dimensjonsmåler eller asymmetrisk betjente anordninger som faktisk trenger gjennom slamkaken.

Borehullkalibermålingen anvendes for å fortolke disse brønnlogginger og også som en korrigeringsfaktor i andre brønnlogginger, slik som kjernefysiske logginger, akustiske logginger, og dippmålere. Således er en korrekt og nåværende måling av borehullkaliber meget viktig for riktig å evaluere brønnens potensielle produktivitet.

Ettersom der kun er en begrenset mengde av rom tilgjengelig i et verktøy for måling under boring nede i hullet, er det viktig å oppnå den maksimale mengde av informasjon som er mulig med den mest virksomme anvendelse av utstyret nede i hullet. Den foreliggende oppfinnelse gjennomfører dette ved å anvende eksisterende borehullmåleanordninger på en ny måte for å foreta borehullkalibreringsmålinger under boring.

Fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse kjenne-tegnes ved å sammenligne minst en egenskap av nevnte signal som mottas på nevnte minst ene mottaker med nevnte egenskap for det nevnte sendte signal, hvorved sammenligningen indikerer endringer i borehullets kaliber, og å generere fra kun nevnte sammenligning en logg som indikerer nevnte endringer for derved å gi en indikasjon av endringer i borehullets kaliber.

Ytterligere utførelsesformer av fremgangsmåten, ifølge oppfinnelsen, vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse og patentkravene.

Den foreliggende oppfinnelse skal nå beskrives i eksempels form med henvisning til de vedlagte tegninger. Fig. 1 er et skjematisk sidevertikalriss av en typisk brønnboringsoperasjon som ville dra nytte av den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 er en skjematisk fremstilling, i en større målestokk, av en elektromagnetisk bølgeresistivitetsdel hos et borehullkompensert brønnhullmålingsverktøy som illustrerer prinsippene ved den foreliggende oppfinnelse .

Fig. 3 er et faseforholdsdiagram.

Den foreliggende oppfinnelse skal beskrives i eksempels form under anvendelse av en elektromagnetisk bølgeresistivitet-anordning av en type som gjør bruk av operasjonsprinsippene som er omtalt i US-patentene 3.408.561, 3.551.797 og 4.107.598. Disse patenter skiller seg ut ved at de vedrører trådledningsanordninger, mens den foreliggende oppfinnelse opererer under boring. Det bør bemerkes at den foreliggende oppfinnelse kunne anvendes på en hvilken som helst borehul1-kompensert måleanordning til bruk nede i hullet, slik som en tetthets-, neutron-porøsitets-, akustisk- eller resistivi-tetsanordning av elektromagnetisk-bølge eller forplantnings-resistivitettypen. Uttrykket "borehullkompensert måleanordning" er beregnet å innbefatte en hvilken som helst anordning hvor en differanse måles slik som eksempelvis ved hjelp av en enkelt sender som sender ut et signal som detekteres av to eller flere mottakere. Det er også velkjent at den radielle undersøkelse av de omgivende formasjoner kan velges på en ønsket måte ved på riktig måte å velge operasjonsfrekvensen og avstanden mellom sender og mottaker.

Den foreliggende oppfinnelse skal beskrives med henvisning til et elektromagnetisk bølgeresistivitetmålingssystem, men kunne også anvendes på andre verktøy av borehullkompensert type, slik som tetthets-, neutron-porøsitets- og akustiske verktøy. Imidlertid, når man anvender forskjellige typer av verktøy, må man ta i betraktning faktorer som er spesielle for den vedkommende type av verktøy. Selv om eksempelvis "signalet" fortsatt er avhengig av borehullets dimensjon, kan det også avhenge av slike ting som slamtetthet, slamkjemi, saltinnhold, temperatur, borehullujevnhet, formasjonslito-logi, spindelstørrelse og utformning, etc. Passende kompen-sering må tas hensyn til i eventuelle målinger foretatt av disse verktøy.

Ser man nå på fig. 1 understøtter en borerigg 10 en bore-streng 12 i et borehull 14 som er ført gjennom flere formasjoner 16, 18, 20, 22, 24. Ved den nedre ende av borestrengen 12 er der en borehullenhet 26 som har en borekrone 28 og en utstyrsdel 30. Boreoperasjonen er konvensjonell ved at midler (ikke vist) på overflaten, slik som et rotasjonsrør og tilhørende utstyr, anvendes til å dreie borestrengen 12 for derved å drive kronen 28 med en roterende bevegelse mot den nedre enden av borehullet 14. Alternativt kunne en motor (heller ikke vist) festes ved den nedre enden av borestrengen til å drive kronen. Samtidig med kronens rotasjon, pumpes boreslam ned langs borestrengens 12 boring og gjennom kronen 28 til å strømme tilbake opp i ringen mellom borestrengen og borehullets vegger, idet de småbiter som frembringes ved boreoperasjonen føres med slammet.

Fig. 1 illustrerer forskjellige situasjoner som kunne opptre i et borehull. Formasjonene 16 og 20 er temmelig harde og stabile, mens formasjonen 18 er bløt og kunne svelle i en slik grad at den kunne danne en innsnevring, som kunne hindre uttrekning av kronen 28 og/eller eventuell fastkiling av borestrengen 12 som er tilstrekkelig til å hindre fortsatt rotasjon. Formasjonen 22 er også bløt og kunne skalle av på en slik måte av der ble bevirket en vesentlig forstørrelse av borrehullet. Dette ville medføre at ytterligere formasjons-småbiter frembringes som må fjernes under boreoperasjonen. Det kan være nødvendig å stabilisere en avskallende formasjon ved å modifisere egenskapene hos boreslammet eller ved å innføre en foring (ikke vist) og fylle ringen mellom foringen og borehullveggen med sement. Borehullkalibermålinger i et slikt område ville være meget viktig for å bestemme ringens volum og dermed sementmengden som behøves for sementeringsoperasjonen. Denne informasjon ville også bli anvendt til å bestemme når sementeringsoperasjonen er fullført.

Instrumentdelen 30 som er vist skjematisk i fig. 2 omfatter et elektromagnetisk bølgeresistivitetsverktøy som har en sender 32, et par mottakere 34, 36 adskilt fra mottakeren og hverandre, og en fasekomparator 38 koplet mellom senderen og hver mottaker. Senderen genererer et signal, hvorav en komponent forplanter seg langs borehullet og en annen komponent av dette forplanter seg gjennom den omgivende formasjon. To piler er vist for å representere disse komponenter av det utsendte signal, mens det skal klart forstås at hvert utsendte signal er tredimensjonalt. Både (J)^ og $2 komponentene passerer gjennom en del av den omgivende formasjon og en del av borehullet. Fasekomparatoren 38 relaterer fasedif feransen = $]_ - $2 til formasjonens resistivitet p. Ettersom dette foretas snart etter gjennom-trengning av sonen, finnes der vanligvis ingen spylt sone (innvadert sone ennu som man må kjempe med). For en gitt slamresistivitet, pm, og borehulldimensjon, dn, er der et entydig forhold mellom p og A(J). Der er også et forhold blant $1»P»<d>h °S Pm* Når p bestemmes fra A$ og pm er kjent, er det så mulig å bestemme d^ fra en 3-dimensjonal plotting av fasedifferansen, faser og resistivitet.

Den foreliggende oppfinnelse anvender fasen (J)^ eller $2 som er faktisk fasedifferansen mellom signalet som utsendes av senderen 32 og den ene eller den andre av de adskilte mottakere 34 og 36. Dette er i realiteten anvendelse av en borehullkompensert anordning for måling under boring på en ukompensert måte. Fasekomparatoren 38 ville ta gjennomsnitt av fasene $i eller $2 til å ankomme på et borehullkaliber, som ikke nødvendigvis ville være koaksialt eller konsentrisk med borestrengen 12. Den vil heller ikke indikere retningen av en eventuell kavitasjon fra borehullaksen.

Under anvendelse av ovenstående som et eksempel, hvis et 30,48 cm (12 tommer) borehull ble vasket ut til 50,8 cm (20 tommer), ville fasedifferansen mellom mottakerne kunne endre seg ca. 2°, men fasedif f erensialet ($1 eller $2) ved hver mottaker fra senderen ville endre seg med ca. 30° . Dette ville være en sterk indikasjon på nærværet av en utvasking. Som en sammenligning, hvis slamresistivitet endret seg drastisk, ville faseendringen mellom senderen og hver mottaker kun være av størrelsesorden 5° til 10°. Det er et overraskende resultat at fasen ved en enkelt mottaker varierer i stor grad hvis borehulldimensjonene varierer i området som forventes, men den varierer ikke vesentlig for variasjoner i slamresistivitet eller noen av de andre ting som er tidligere omtalt hvis de varierer innen forventede områder.

Den foreliggende oppfinnelse kunne også anvendes med en induksjonsprosess som har en strøm i en sløyfe som genererer en induksjonspuls som ville bli reflektert tilbake dannende en strøm i en andre sløyfe som virker som en mottaker og skaper en strøm i denne. Måling av fasen av den induserte strøm ville være en indikasjon på borehullets størrelse.

Den foreliggende oppfinnelse kunne anvendes med andre typer av kompenserte loggingsanordninger, slik som kjernefysiske eller akustiske anordninger. I tilfellet av kjernefysiske anordninger ville telleforhold bli anvendt i stedet for fasedifferanse. I tilfellet av akustiske anordninger, ville tidsdifferanse bli anvendt. Den foreliggende oppfinnelse kan anvendes gjennom hele boreoperasjonen, eksempelvis når borestrengen roterer, når borestrengen stoppes og heves for å tilføye mer borerør, under senkning av borestrengen tilbake til bunnen etter tilføying av rør, når borestrengen frigjøres fra hullet for å endre kronen, og når borestrengen bringes tilbake til bunnen. Kalibreringsinformasjonen kan sendes til overflaten, ved hjelp av de velkjente midler og metoder, for umiddelbar bruk, eller kan registreres nede i hullet for gjenvinning når borestrengen trekkes ut for å endre kronen. Hvilke som helst av disse løsninger er mulige under anvendelse av kjente anordninger for måling under boring. Oppfinnelsen kan likeledes anvendes på et trådledningsverktøy til å måle borehulldimensjon etter at boring, idet minste av den seksjon som er under undersøkelse, er blitt fullført.

Den foregående omtale og beskrivelse av oppfinnelsen er illustrerende og forklarende for denne, og forskjellige endringer i fremgangsmåtetrinnene samt i detaljene ved den viste apparatur kan foretas innenfor omfanget av de vedlagte krav uten å avvike fra oppfinnelsens idé.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for å bestemme endringer i kaliberet av et borehull som gjør bruk av måleutstyr med en sender og minst en mottakere adskilt fra senderen, omfattende å sende et signal fra nevnte sender inn i borehullet, idet nevnte signal har komponenter som reflekteres langs borehullets vegger og komponenter som går inn i formasjonen, og å motta nevnte signal på nevnte minst ene mottaker, karakterisert ved trinnene å sammenligne minst en egenskap av nevnte signal som mottas på nevnte minst ene mottaker med nevnte egenskap for det nevnte sendte signal, hvorved sammenligningen indikerer endringer i borehullets kaliber, og å generere fra kun nevnte sammenligning en logg som indikerer nevnte endringer for derved å gi en indikasjon av endringer i borehullets kaliber.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte signaler er elektriske av natur, og nevnte sammenligning utføres ved å sammenligne fasen av det mottatte signalet med fasen av det sendte signalet.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte signal er elektriske av natur og nevnte sammenligning utføres ved å sammenligne amplituden av det motsatte signalet med amplituden av det sendte signalet.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte signaler er elektriske av natur, og nevnte sammenligning utføres ved å sammenligne amplituden av nevnte mottatte signal med amplituden av et referanse-signal som funksjonelt er relatert til amplituden av det sendte signalet.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, 3 eller 4, karakterisert ved dessuten å måle formas;) ons-resistiviteten for å bestemme den absolutte diameter av borehullet.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den utføres under boring.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den utføres når boring kortvarig avbrytes for å tilføre rør til borestrengen.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den utføres mens borestrengen trekkes ut.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved: at nevnte signaler er elektromagnetiske av natur, at elektromagnetisk energi sendes fra senderen inn i borehullet med en frekvens som bevirker at den elektromagnetiske energien forplantes til og mottas av nevnte minst ene mottaker, og at sammenligningstrinnet omfatter å sammenligne fasen av den elektromagnetiske energien som mottas på hvilken som helst av nevnte minst ene mottaker med fasen av den sendte energien og generer fra kun nevnte sammenligning en utmatning som er representativ for endringer i borehullkaliberet.