NO172710B - Fremgangsmaate for installasjon av seismiske transdusere ien boret broenn, samt anordning for aa kople minst en seismisk transduser til omgivende formasjoner - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte for installasjon av seismiske transdusere i en produksjonsbrønn for petroleumsprodukter, med sikte på å foreta mange forskjelligartede målinger vedrørende brønnens tilstand, overvåkning av strøm-ninger i brønnen og dessuten seismiske undersøkelser som gjør det mulig å bestemme utviklingen av produksjonssonen gjennom tid.

Det er kjent å anvende transdusere i brønner utstyrt for produksjon. En kjent utførelse består for eksempel i akustisk bestemmelse av kvaliteten av den sementering som forbinder det ytre av røret (blant fagfolk kjent som "foringsrør") med brønnveggen som foringsrøret er anbrakt i. En tradisjonell operasjon som foretas ved fullførelse eller komplettering av en boret brønn består i at man i denne senker ned et forings-rør og sement injiseres i det ringformede rom for å hindre at fluida som produseres i brønnen unnslipper eller vandrer bort ad denne vei. Kvaliteten av sementeringen som tetningen av det ringformede rom avhenger av, bestemmes for eksempel ved at man i den forede brønn senker ned en langstrakt sonde inneholdende akustiske sendere og mottagere plassert i forskjellige dybder. De akustiske bølger som utsendes blir oppfanget av de forskjellige mottagere efter forplantning i den ringformede sone og spesielt i sementen. En sammenligning av mottatte signaler gjør det mulig å bestemme for eksempel om fordelingen er homogen.

Et annet kjent praktisk eksempel består i å nedsenke i det indre av en foret brønn en sone inneholdende et flertall transdusere av forskjellig art som gjørt det mulig å måle forskjellige parametere, særlig akustisk støy, naturlig radio-aktivitet, temperatur, trykk etc.

Kjente eksempler på anvendelse av transdusere i forede brønner er for eksempel beskrevet i Euro-Patentsøknader 55 634 og 98 778 og i US Patent 4 390 878.

Anbringelse av transdusere i det indre av en foret brønn er egnet for utførelse av lokale målinger i en nærliggende ringformet sone, eller for å overvåke fluidumstrømninger i et produksjonsrør. Men denne metode er ikke egnet når det for eksempel dreier seg om seismisk bestemmelse av utviklingen i et reservoar under utvinning. Seismiske registreringer foretas særlig med den metode som betegnes vertikal seismisk profil (VSP) som omfatter mottagning av bølger reflektert fra forskjellige reflekterende lag i undergrunnen, ved hjelp av et flertall geofoner som er plassert i forskjellige dybder i en boret brønn. Disse bølger er utsendt av en seimisk generator eller kilde plassert på overflaten, eller også i en annen brønn. Utførelse av en slik metode ved hjelp av geofoner nedført i en brønn utstyrt for produksjon av oljeprodukter vanskeliggjøres i høy grad av det faktum at geofonenes kobling til de omgivende grunnformasjoner skjer gjennom et foringsrør.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å installere seismiske transdusere i en boret brønn utstyrt for produksjon av petroleumsfluida og omfattende et foringsrør forankret i brønnen ved sementering. Fremgangsmåten er karakterisert ved at de seismiske transdusere plasseres utenfor foringsrøret og ved at de innstøpes i sementblandingen som besørger forankringen.

Oppfinnelsen angår også en anordning for å kople minst en seismisk transduser til de formasjoner som omgir en brønn for petroleumsproduksjon. Anordningen kjennetegnes særskilt ved at den omfatter i kombinasjon et rør tilpasset for foring av brønnen, minst en hylse utstyrt med minst et tett hulrom eller leie for transduseren(e), festeanordninger for hylsen på utsiden av røret, isolerte lederanordninger anbrakt langs røret på dettes utside for på avtettet måte å forbinde transduseren (e) med en overflateinstallasjon, og midler for injeksjon av sement i det ringformede hulrom mellom brønnen og røret, innrettet for på en gang å holde røret og å kople transduseren(e) til formasjonene som omgir brønnen.

De forskjellige seismiske transdusere plasseres for eksempel i forskjellige dybder utenfor foringsrøret og de forbindes med overflaten gjennom elektriske ledninger. På hvert dybdenivå plasseres en transduser eller en gruppe transdusere. Når foringsrøret utvendig er forsynt med føringsinnretninger, festes for eksempel transduserne til disse føringsinnretninger, og de tilhørende elektriske ledninger holdes ved hjelp av klammere mot den utvendige vegg av foringsrøret. Føringsinnretningene kan for eksempel omfatte fleksible sentreringssko. For å lette anbringelsen av transdusere benyttes det med fordel usymmetriske førings-innretninger som forskyver foringsrøret mot en side av brønnen langs et parti av dennes lengde, idet transduserne plasseres på den motsatte side av foringsrøret. Man kan også anvende foringsrør hvis tverrsnitt er redusert over i det minste et parti av lengden, idet transduserne plasseres mot foringsrøret på dette parti med redusert tverrsnitt. For å avkoble eller skjerme transdusere kan det innsettes et lag av dempningsmateriale mellom transduserne og foringsrøret.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er fordelaktig ved at transduserne er koblet direkte gjennom sementeringen til de omgivende geologiske formasjoner. De kan således benyttes til å motta seismiske signaler som skyldes mikroseismiske bølger som fremkommer i disse grunnformasjoner under brønnens produksjonsperiode eller også slike som forplanter seg fra et sendersted på overflaten. Dette sted kan befinne seg vertikalt over brønnen eller også i en bestemt retning i forhold til brønnens akse eller i brønnens retning hvis denne er boret med avvik. En annen mulig anvendelse består i at man i brønnen mottar seismiske signaler som utsendes av en støy-kilde plassert i en annen brønn.

Den gode kobling mellom transduserne og det indre av foringsrøret som blir oppnådd ved hjelp av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, gjør det også mulig å utnytte disse til å detektere støy og vibrasjoner fra strømningen av fluida som sirkulerer i brønnen.

En annen betydelig fordel ved fremgangsmåten består i at installeringen av seismiske transdusere meget lett lar seg integrere eller samordne innenfor rammen av metoder til å utstyre oljebrønner, idet sementeringen som er en klassisk operasjon nødvendig for avtetning, også utnyttes til å koble de seismiske transdusere til de omgivende grunnformasjoner. Andre særegne trekk og fordeler ved fremgangsmåten vil fremgå av den følgende beskrivelse av flere utførelsesformer som er vist utelukkende som ikkebegrensende eksempler, under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 på sterkt forenklet måte viser en brønn utstyrt for produksjon, hvor foringsrøret utvendig er forsynt med et flertall seismiske transdusere innstøpt i forankrings-sementeringen, Fig. 2 viser skjematisk en måte for befestigelse av de seismiske transdusere utvendig på foringsrørveggen, Fig. 3 viser skjematisk et usymmetrisk sentreringselement som gjør det mulig å forskyve foringsrøret sideveis over en viss lengde, for å gjøre mellomrommet for anbringelse av transduserne, større, Fig. 4 viser skjematisk arrangementet av transdusere i den

usentrerte sonen av foringsrøret,

Fig. 5 viser skjematisk en utførelse hvor transduseren er plassert i et utvidet ringformet rom fremkommet ved en innsnevring av foringsrøret, Fig. 6 viser en variant av utførelsen på figur 5 hvor inn- snevringen av foringsrøret er usymmetrisk, Fig. 7 viser skjematisk en utførelse hvor et lag av dempnings materiale er innsatt mellom hver seismisk transduser og den utvendige foringsrørvegg, Fig. 8 viser i hovedtrekkene en anordning for sending og mottagning som gjør det mulig å foreta seismisk undersøkelse av en produksjonssone for en brønn, Fig. 9 viser en utførelse hvor det benyttes direktive transdusere plassert i forskjellige dybdenivåer, Fig. 10 viser en utførelse omfattende tre transdusere som er plassert ved omkretsen av foringsrøret med en vinkel på 120° fra hverandre, Fig. 11 viser skjematisk en kjent anordning som føres ned i en foret brønn for injeksjon av forankrings-sement eller -betong, Fig. 12 viser skjematisk en hylse festet utvendig på foringsrøret og utformet med hulrom for seismiske transdusere, og Fig. 13 viser skjematisk plasseringen av en seismisk transduser i sitt hulrom. Figur 1 viser en brønn 1 som er boret med en første diameter til en viss dybde og nedenfor denne, særlig gjennom produksjonssonen, med en annen diameter som er mindre enn den første. Brønnen er på velkjent måte utstyrt med et foringsrør bestående av to deler 2a, 2b med ulike tverrsnitt tilpasset borediametrene. Den del 2b som har minst diameter er forsynt med en tetningsinnretning 4 med variabelt volum av pakningstypen ("packer"), som er ekspandert for å lukke det ringformede rom mellom denne og den annen del 2a med større diameter, i nærheten av en av deres felles ender. I det indre av foringsrøret ned til delen 2b med mindre diameter, er det anordnet et produksjonsrør 5. En annen tetningsinnretning 6 av pakningstypen er anbrakt nær den nedre ende av produksjons-røret 5 for i ekspandert stilling å lukke det ringformede rom mellom denne og den nedre del 2b av foringsrøret. En pumpe-enhet 7 som mates gjennom en elektrisk kabel 8 er montert i produksjonsrøret 5. Den foringsrørdel 2b som går gjennom produksjonssonen P er forsyn med tallrike hull 9. Et brønn-hode 27 utstyrt med ventiler, lukker foringsrøret ved den øvre ende.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen består i å anbringe en eller flere seimsiske transdusere utenfor foringsrøret på nivå med den del av dette 2a som har størst diameter (eller den del 2b som har minst diameter, hvis plassen i det utvendige ringformede rom tillater dette) før foringsrøret settes ned i den borede brønn. Disse seismiske transdusere forbindes med overflaten gjennom en eller flere overførings-kabler 11. Derefter forgår sementeringen av foringsrøret. I dette øyemed og slik som det er velkjent, føres det ned i foringsrøret 2 like til et punkt nær dettes nedre ende, et rør 24 som ender i et spesielt injeksjonsstykke 25 som inneholder en enveis ventil. Røret 24 forankres ved hjelp av en tetningsinnretning 2 6 av pakningstypen og sementblandingen injiseres. Denne sementblanding fyller litt efter litt opp det ringformede rom mellom foringsrøret 2 og borehullet 1 for brønnen. Ved slutten av sementeringsprosessen vil alle seismiske transdusere 10 som er plassert i det ringformede rom, befinne seg innstøpt i sementeringsblandingen.

For å lette nedføringen av foringsrøret 2 er det festet (figur 2) sentreringselementer 12 av kjent type, med fleksible blader eller for eksempel radielle vinger. Ifølge en utførelsesform blir de seismiske transdusere 10 festet til sentreringselementene 12. Den elektriske kabel 11 (eller kablene hvis det er flere) holdes mot den utvendige vegg av foringsrøret 2 ved hjelp av holdeklammere 13.

Når størrelsen av boksene for de seismiske transdusere 10 som anvendes, vanskelig kan forenes med dimensjonene av det ringformede rom mellom borehullet og foringsrøret 2, kan det anvendes usymmetriske føringselementer 14 (figur 3) for å desentrere foringsrøret 2 langs endel av sin lengde hvor det plasseres transdusere (figur 4). Disse seismiske transdusere kan festes til føringselementene 14 eller også, slik som vist på figur 3, kan de holdes mot den utvendige vegg av forings-røret 2 ved hjelp av klammere 13 som for eksempel tjener til befestigelse av kabelen 11. Det kan også anvendes foringsrør omfattende (figur 5 eller 6) i det minste en seksjon 15 hvis diameter er innsnevret. Det innsnevrede parti kan være symmetrisk (figur 5) eller også usymmetrisk (figur 6), hvis alle transduserne plasseres på den samme side av foringsrøret.

Ifølge en utførelse innsettes et lag av elastisk materiale 16 mellom hver seismisk transduser 10 og veggen av foringsrøret 2 (figur 7) slik at transduserne skjermes akustisk mot foringsrøret. Laget 16 kan for eksempel være et utvendig belegg på foringsrøret.

Den samling av seismiske transdusere 10 som er plassert i det ringformede rom omkring foringsrøret 2 kan, slik det frem-går av figur 8, benyttes til å foreta seismiske registreringer. En seismisk kilde 17, for eksempel en vibrasjons-innretning eller en impulskilde) frembringer ved jordover-flaten seismiske bølger som forplanter seg ned i dypet. De bølger som reflekteres fra forskjellige undergrunnsreflektorer og spesielt slike i produksjonssonen P, blir mottatt av de forskjellige transdusere 10 og de detekterte seismiske signaler overføres gjennom kabelen 11 til en registrerings-stasjon 18.

De seismiske transdusere kan også anvendes til å utføre seismiske undersøkelsesoperasjoner fra brønn til brønn eller også til å foreta en passiv lytting efter fenomener som opptrer i en brønn under produksjonen (strømningsstøy fra fluida som sirkulerer i rørene) eller ved en produksjonsstans (deteksjon av frakturering som skyldes produksjonen eller injeksjon av fluida).

De anvendte seismiske transdusere er for eksempel geofoner eller akselerometere. Antallet av disse og plasseringen av dem skjer i avhengighet av de tilsiktede anvendelser.

Transduserne blir for eksempel plassert langs en og samme generatrise i foringsrøret 1 slik som vist på figur 8. Eventuelt kan det også benyttes direktive transdusere (figur 9, 10) idet akslene orienteres tangensielt til foringsrøret (transduseren 19), i radielle retninger (transduser 20) eller også i mellomliggende retninger (transduser 21). Disse mellomliggende retninger kan ligge i det tverrgående plan slik som vist på figur 9 eller også skråttstilt oppad eller nedad i forhold til dette plan. På samme sted kan det anbringes en boks 22 inneholdende tre direktive transdusere orientert i tre ortogonale retninger.

Videre kan transduserne plassere med sikte på å bestemme ankomstretningen av seismiske signaler. For dette formål plasseres flere direktive transdusere 2 3 ved periferien av foringsrøret i ett og samme tverrgående plan med en vinkel på 120° i forhold til hverandre. I henhold til utførelsen på figur 10 er transduserens akser orientert radielt. Dette er ikke å anse for begrensende. Det er likeledes mulig å anbringe aksene for transduserne skråttstilt i forhold til det tverrgående plan, enten oppad i brønnen eller nedad, idet skråstillingsvinkelen kan være vilkårlig.

I sin mest generelle konfigurasjon kan samlingen av seismiske transdusere omfatte flere grupper av transdusere fordelt langs en del av foringsrøret, idet hver av gruppene omfatter flere transdusere, som eventuelt kan være direktive, plassert ved periferien av foringsrøret.

En praktisk utførelsesform som her er valgt som eksempel, tillater anbringelse av flere direktive transdusere på foringsrøret, og består (figur 12 og 13) i å feste på foringsrøret hylser omfattende ett eller flere hulrom. Hver hylse omfatter to halvdeler eller skåler 28, 29 som omslutter foringsrøret og forbindes med hverandre ved hjelp av bolter (hvis akser er betegnet 30). Hylsen er usymmetrisk. Den tykkeste halvdel 28 omfatter tre sylindriske uttagninger eller hulrom 31, 32, 33 hvis akser er orientert i tre ortogonale retnigner, nemlig to i horisontalplanet og den tredje parallell med aksen for foringsrøret 2. Hvert hulrom er lukket med en tett plugg 34. En kabel med to lednigner 35 er tilordnet hver geofon 36. Konvensjonelle midler (ikke vist) er anordnet ved tetningen av pluggen 34 for å sikre tetning ved innføringen av kabelen 35.

Hver hylse med tre hulrom kan erstattes med tre hylser som har redusert lengde og som hver omfatter et hulrom så som 31 eller 32 hvis aksen ligger i et tverrgående plan, eller et hulrom så som 3 3 hvis akse er parallell med foringsrøret 2.

En forandring av orienteringen av en geofon i et tørrgående plan blir lett oppnådd ved å dreie hylsen 28 i forhold til foringsrøret.

Claims (14)

1. Fremgangsmåte for installasjon av seismiske transdusere i en boret brønn (1) utstyrt for produksjon av petroleumfluida og omfattende et foringsrør (2) forankret i brønnen ved sementering, karakterisert ved at de seismiske transdusere (10) plasseres utenfor foringsrøret og ved at de innstøpes i sementblandingen som besørger forankringen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at de forskjellige seismiske transdusere plasseres på forskjellige dybder utenpå foringsrøret og at de forbindes med overflaten ved hjelp av elektriske ledninger (11) .

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anbringes i det minste en samling av seismiske transdusere utenpå foringsrøret i det vesentlige ved samme dybde, hvor transduserne i hver samling er forbundet med overflaten gjennom elektriske ledninger.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at det plasseres et flertall samlinger av seismiske transdusere ved forskjellige dybder.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, ved hvilken foringsrøret (2) utvendig er forsynt med føringsinnretninger (12,14), karakterisert ved at de seismiske transdusere festes til føringsinnretningene, og de tilhørende elektriske ledninger holdes av klammere (13) mot den utvendige vegg av foringsrøret.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at føringsinnretningene (14) er usymmetriske, slik at foringsrøret (2) forskyves mot en side av brønnen langs i det minste ett parti av sin lengde, og de seismiske transdusere plasseres utenfor foringsrøret på motsatt side.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at tverrsnittet av foringsrøret reduseres langs et parti (15) av dettes lengde, og transduserne plasseres mot foringsrøret på dette parti med redusert tverrsnitt.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes direktive transdusere (19, 20, 21) og at det plasseres i det minste en direktiv transduser på hvert dybdenivå.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at det plasseres flere transdusere (22) på hvert dybdenivå, slik at de oppfanger bølger som er polarisert langs flere akser.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at direktive transdusere (23) plasseres ved periferien av foringsrøret (2).

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som transdusere velges geofoner eller akselerometere.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anbringes et lag (16) av dempningsmateriale mellom transduserne og forings-røret.

13. Anordning for å kople minst en seismisk transduser til de formasjoner som omgir en brønn for petroleumsproduksjon, karakterisert ved at den omfatter i kombinasjon et rør tilpasset for foring av brønnen, minst en hylse (28, 29) utstyrt med minst et tett hulrom eller leie for transduseren(e), festeanordninger for hylsen på utsiden av røret, isolerte lederanordninger anbrakt langs røret på dettes utside for på avtettet måte å forbinde transduseren(e) med en overflateinstallasjon, og midler for injeksjon av sement i det ringformede hulrom mellom brønnen og røret, innrettet for på en gang å holde røret og å kople transduseren(e) til formasjonene som omgir brønnen.

14. Anordning ifølge krav 13, karakterisert ved at hylsen omfatter tre sylindriske hulrom eller leier (31, 32, 33) hvis akser er orientert langs tre respektive ortogonale retninger.