NO174075B - Fremgangsmaate og anordning for aa forbedre transmisjonskoeffisienten i geologiske formasjoner for energien som frembringes av en seismisk kilde i en broenn - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en anordning for å gjore utsendelsen fra en pulset seismisk kilde som kan nedsenkes inne i en brønn og kobles til veggene i brønnen ved tilbaketrekkbare forankringsanordninger, hovedsakelig punktformet.

Mange seismiske undersøkelsesmetoder omfatter bruk av seismiske kilder som senkes ned i brønner eller borehull og aktiveres i rekkefølge ved en rekke posisjoner ved forskjellige dybder. De utsendte bølgene blir mottatt av mottagere som er anbragt i andre brønner eller borehull, noe som gjør det mulig å oppnå en høy oppløsningsgrad, eller som er anbragt på overflaten for å tilveiebringe skjewinklede seismiske profiler. Energieffektiviteten til seismiske kilder i brønner er vanligvis meget bedre enn for kilder som drives på overflaten, fordi de utsender seismiske bølger under det forvitrede overflatelag hvis forplantningskarakteristikker er ugunstige, men den er hovedsakelig betinget av de midler som benyttes for å koble dem til de omgivende geologiske formasjoner.

Seismiske vibrasjonskilder omfatter generelt et langstrakt legeme opphengt ved enden av en elektrisk opphengningskabel eller en rørstreng. Legemet er forbundet med koblingselementer dannet av armer, klør eller beveglige sko som kan beveges fra hverandre ved å aktivere hydrauliske sylindere og som trykkes mot eller drives inn i borehullets vegger.

I andre utførelsesformer er legemet til den seismiske kilden forbundet med et element av pakningstypen, noe som er velkjent av spesialister, av den type som har et utvidbart organ dannet av et midtre parti og et perifert parti som kan utvides ved å rotere det i forhold til det midre parti. Det kan også brukes pakninger som omfatter en omslutning avgrenset av en deformerbar vegg og som utvides ved innføring av en væske under trykk.

Forskjellige seismiske kilder i forbindelse med forankringsanordninger er beskrevet i de franske patentsøknader som er publisert under nr. 2 597 214, 2 590 994, 2 552 553, 2 553 919 eller 2 558 601.

Det er også gjort forsøk på å bruke slike kilder i brønner som er kjent ved undersøkelser til sjøs eller lands, slik som implosjonskilder som arbeider ved utstøtelse av fluidum eller ved plutselig sammentrekning av volumet til en lukket omhylling, som beskrevet i fransk patentsøknad nr. 2 55 7 61 (svarer til U.S. Patent no. 4 682 309) eller gnistanordninger som genererer pulser ved plutselig utladning av en elektrisk strøm mellom neddykkede elektroder, eller eksplosjonskilder.

Ved å studere oppførselen til slike kilder har man opp-daget at når et sjokk frembringes ved utløsningstidpunktet for en kilde, blir en større eller mindre energimengde, avhengig av koblingsgraden med veggene, overført til væskesøylen som hovedsakelig fyller brønnen og som den forplanter seg i.

Resultatet er at bølgene som vibrerer væskesøylen i brønnen, forstyrrer mottagelsen av de nyttige ekko som svarer til signaler overført direkte til veggene ved hjelp av kilden,

og kompliserer behandlingen av de innsamlede data. På grunn av dette energitapet og dets spredning, gir bruken av seismiske brønnkilder ikke alltid gode resultater.

Med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir overføringen fra en pulset, seismisk kilde som er anordnet for å bli senket ned inne i en brønn eller et borehull og koblet med veggene i brønnen ved hjelp av tilbaketrekkbare forankringsanordninger, gjort hovedsakelig punktformet. Den er karakterisert ved at den omfatter begrensningen av en sone av veggen som inneholder den seismiske kilde som er koblet med veggen, for å forhindre forplantningen, langs veggen utenfor den avgrensede sone, av den andel av energien som genereres av den seismiske kilde når den utledes og ikke overføres direkte til veggene ved direkte kobling.

Begrensningen blir oppnådd f.eks. ved å stenge av veggen hovedsakelig tettende på hver side av sonen hvor den seismiske kilden er forankret mot brønnens vegger.

Den seismiske sendeanordningen ifølge oppfinnelsen omfatter en pulset seismisk kilde anordnet for å bli senket ned i en brønn eller et borehull og koblet med formasjonene som omgir brønnen ved hjelp av tilbaketrekkbare forankringsanordninger, for å overføre den energi som utsendes av kilden, direkte til veggene. Den er karakterisert ved at den i kombinasjon omfatter minst to utvidbare begrensningsorganer anbragt på hver side av den seismiske kilden og forbundet med denne, for å forhindre forplantning langs veggen av den energiandel som ikke overføres direkte til veggene i brønnen.

Den seismiske energien som ikke overføres direkte til de omgivende formasjoner ved hjelp av forankringsanordningen på utløsningstidspunktet for kilden, forblir derfor lokalisert i den avgrensede veggsone. Resultatet er at brønnkilden kan betraktes som punktformet og de forstyrrende effekter som inn-føres ved vibrasjon av væskesøylen i veggen, blir praktisk talt eliminert.

Andre fordeler ved fremgangsmåten og kjennetegn ved anordningen for realisering av denne, vil fremgå av den følgende beskrivelse av et utførelseseksempel under henvisning til de vedføyde tegninger, hvor: FIG. 1 skjematisk viser en seismisk brønnkilde av en hvilken som helst type som på hver side er tilknyttet begrensningsorganer, FIG. 2 viser mer detaljert i langsgående tverrsnitt et begrensningselement anbragt mellom en elektrisk opphengningskabel og en seismisk kilde, FIG. 3 viser mer detaljert i langsgående tverrsnitt et annet begrensningselement anbragt på motsatt side av den seismiske kilden, og FIG. 4 viser et langsgående delsnitt av det nedre begrens-ningsorgan i utspilt stilling hvor det stenger av brønnen og det kammer som inneholder det hydrauliske system som styrer begrensningselementet til den seismiske kilden.

Anordningen omfatter en seismisk brønnkilde 1 av kjent type, tilordnet to begrensningsorganer 2, 3. Det første 2 er anbragt på en side av den seismiske kilden, og det andre 3 er anbragt på den motsatte side. Det blir utspilt ved hjelp av et kammer 14 som inneholder et hydraulisk drivsystem som vil bli beskrevet i forbindelse med figur 4. Sammenstillingen er ved hjelp av en flerfunksjonskabel 5 med stor lengde (eller en elektrisk opphengningskabel) med en overflateinstallasjon som ikke er vist, og som omfatter styre- og driv-anordninger.

Den seismiske kilden kan være av enhver type, men fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er spesielt egnet for dem som genererer seismisk energi inne i en væske som vanligvis fyller de borehull de er senket ned i. Dette er tilfellet for implosjonskilder og spesielt for den som er beskrevet i den ovennevnte franske patentsøknad nr. 2 555 761 hvor det genereres pulser ved plutselig sammentrekning inne i et sylindrisk hulrom av et stempel som er i kontakt med brønnvæsken. Det er forsynt med et eget hydraulisk system som tillater tilbakestilling av kilden og forankring av denne i brønnen ved å slå ut bevegelige armer under virkningen av drivsylindere. Det hydrauliske høytrykksfluidum blir levert av akkumulatorer som mates av en pumpe. Den elektriske motoren som driver pumpen, blir matet ved hjelp av elektriske ledere i den elektriske opphengningskabelen 5. Det kan også være snakk om gnistanordninger som skaper sjokk i væsken i brønnen ved hjelp av en elektrisk strømutladning mellom to neddykkede elektroder, eller seismiske eksplosj onskilder.

Hvert begrensningselement (Fig. 2, 3) omfatter et sentralt rørformet element 6 som ved en første ende har en gjenget boring 7. Den seismiske kilden er forsynt med et endestykke 8 som også er gjenget ved hver av sine motstående ender. Dermed kan det skrus på de tilhørende begrensningsorganer 2, 3. Det rørformede element omfatter fra sin første ende til sin motsatte ende fire partier 9, 10, 11, 12 med avtagende tverrsnitt. På den største tverrsnittsdelen er det festet et skyveelement 13 som ender i et hode 14 formet som en avkortet kjegle. Skyveelementet 13 har et indre hulrom 15 som er åpent på den side som er motsatt hodet, hvis tverrsnitt er tilpasset til tverrsnittet 9 av det rørformede element. En åpning 16 er dannet langs hodets akse. Dets tverrsnitt er hovedsakelig lik tverrsnittet av det annet parti 10 av det rørformede element 6. Tetninger 17, 18 er anbragt ved nivået til hodet 14 og det

indre hulrommet 15 for å tilveiebringe forseglet glidning av skyveelementet 13 langs det rørformede organ 6. I sin hvile-posisjon som er vist på Fig. 2, 3, hviler bunnen av hulrommet 15 på skulderen mellom de to partier 9 og 10 av det rørformede element 6.

En elastomerhylse 19 er opptatt på det rørformede organ 6. Ved en første ende ligger den an mot nesen til hodet 14 med avkortet kjegleform. Ved sin motstående ende ved nivået til en skulder 20 mellom de to partier 10 og 11 av det rørformede organ 6, ligger den an mot og holdes mot en krave 21. I kontakt med kraven 21 er anbragt en ring 22 hvis sidevegg har en åpning 23. Ved nivået til åpningen 23 er det rørformede element 6 forsynt med et sirkulært spor 24. En kanal 25 er dannet i veggen av samme element. Det åpner seg inn i sporet 24 ved en første ende og utenfor det rørformede organ under hylsen 19 ved sin motsatte ende. En annen ring 26 er opptatt etter kraven 21 og ringen 22 omkring det rørformede organ og låst mot langsgående bevegelse i forhold til dette ved hjelp av en omkretsleppe 27. Ringen 26 har et ytre gjenget parti 28.

En mutter 29 er opptatt etter ringen 26. Den har ved en første ende et indre gjenget parti som kan skrus på det gjengede parti 28. Ved sin motsatte ende har den et gjenget parti 30 på hvilket et endestykke er skrudd. På en side omfatter dette endestykket en hylse eller kappe 31 som inneholder midler for å feste den elektriske opphengningskabelen eller eventuelle andre apparater som vanligvis brukes i brønnverktøy.

På den motsatte side avgrenser dette endestykke det lukkede kammer 4 som inneholder det hydrauliske system

(se Fig. 1).

I veggen av det rørformede element 6 til begrensningsorganet 2 (på siden mot den elektriske opphengningskabelen 5) ved nivået til sitt videste parti 9, er det dannet en kanal 32 (Fig. 2). Den åpner seg inn i hulrommet 15 ved en første ende og utover fra begrensningsorganet ved sin motsatte ende.

I veggen til det andre begrensningselementets 3 (Fig. 3) rørformede element og over hele dets lengde, er det dannet en første kanal 33 som åpner seg utover i nærheten av den gjengede boring 7 ved en første ende og inn i kammeret 4 ved sin motsatte ende. En annen kanal 34 forbinder hulrommet 15 i begrensningsorganet 3 med den første kanal 33.

Endene av de to kanalene 32 og 33 som henholdsvis åpner seg ut fra begrensningsorganene 2, 3, er forsynt med hydrauliske koblingsanordninger, henholdsvis 35, 36, til hvilke henholdsvis de to endene av det samme røret 37 er forbundet. Likeledes omfatter den ende av kanalen 13 som er motstående koblings-anordningen 36 (Fig. 3) en annen koblingsanordning 3 8 for et rør 39 som er forbundet med det hydrauliske system.

Tetninger 40 er anbragt mellom hvert rørformet element 6 og den tilsvarende mutter 29. Andre tetninger 41 er anbragt mellom mutteren 29 og veggen i endestykket, selvom det er et spørsmål om kappen eller hylsen 31 eller kammeret 4 som inneholder det hydrauliske systemet.

Det sistnevnte (Fig. 4) omfatter en hydraulisk akkumulator 42 ladet til et trykk som er større enn det hydrostatiske trykk som hersker i brønnen ved den maksimale bruksdybde for den seismiske kilde, og et reservoar 43 ved et lavt trykk, f.eks. atmosfæretrykk. Akkumulatoren 42 kommuniserer med røret 39 (se Fig. 3) gjennom en kanal 44 og en elektroventil 45 som i hvilestilling er lukket. Likeledes kommuniserer røret 39 gjennom en elektroventil 46 som er åpen i hvilestilling, og en kanal 47.

De to elektroventilene blir forsynt med elektrisk strøm ved hjelp av forsyningsledninger 48 som er koblet til flerfunk-sjons-kabelen 5.

I hvilestillingen til elektroventilene 45, 46 som er vist på Fig. 4, er det trykk som påføres hulrommene 15 til de to begrensningsorganene 2, 3, det samme som hersker i lavtrykks-reservoaret 43. Det høyere, ytre hydrostatiske trykk presser hylsene 19 mot det rørformede elementer 6, og den sammenstilling som er vist skjematisk på Fig. 1, kan bevege seg fritt.

Anordningen virker på følgende måte;

Flerfunksjonskabelen 5 blir drevet for å bringe den skjematisk viste sammenstilling på Fig. 1 til den ønskede bruksdybde: Elektroventilene 45, 46 blir omkoblet gjennom ledningene 48. Den annen, 46, lukker og isolerer røret 39 fra reservoaret 43. Den første, 45, åpner og bringer røret 39 i forbindelse med trykk-akkumulatoren 42. Fluidumet som er under meget høyt trykk, blir tilført ved hjelp av rørene 32, 33, 34 til de to hulrommene 15 (Fig. 2, 3). Under trykkkraften glir hvert av de to skyveelementene 13. Deres avskrådde hoder 14 beveger den frie ende av de to hylsene lateralt til siden og kommer i inngrep under disse. Lengden av kanalen 25 er valgt slik at den åpnes under den fjærende hylsen 19 i nærheten av avskrå-ningen av skyveelementet i den maksimalt fremførte stilling av dette (Fig. 4). Avhengig av tverrsnittet til brønnen, er dimensjonene til skyveelementet 13, dets hode med avkortet kjegleform og hylsen 19 bestemt slik at sistnevnte blir trykket intimt mot den omgivende veggen. Brønnsonen mellom de to begrensningsorganene er da godt isolert fra resten av brønnen,

anordningen for å koble den seismiske kilden til veggene i brønnen blir aktivert hvis en slik er til stede,

den elektriske opphengningskabelen blir fortrinnsvis slakket for å unngå energistråling gjennom denne, idet friksjonskreftene mellom hylsen og veggen er tilstrekkelig til å holde anordningen i stilling.

Den seismiske kilden kan så avfyres.

Hvis anordningen skal beveges fra en posisjon i brønnen til en annen, blir elektroventilene 45, 46 aktivert for å isolere akkumulatoren 42 og anbringe røret 39, og dermed hulrommene 15, i forbindelse med reservoaret 43 hvor trykket er meget lavt. Det ytre trykk skyver den fjærende hylsen mot det rørformede element 6. Ved tetning får det igjen det rørformede organ til å bevege seg tilbake til sin hvilestilling (Fig. 2, 3). Den permanente forbindelse som tilveiebringes av kanalen 25 og åpning 23 mellom veggen og bunnen av hylsen i nærheten av posisjonen til skyveelementet i den fremskjøvne stilling (Fig. 4), gjør det mulig for det hydrostatiske trykk å bli utøvet på dettes nese og dermed overvinne friksjonskreftene lettere. Dermed unngås potensiell fastkiling av trykkelementet under hylsen.

Med anordningen ifølge oppfinnelsen vil den seismiske energi som utvikles av den seismiske kilde inne i væsken i brønnen, praktisk talt ikke forplante seg utenfor begrensnings-sonen. Den effektive energieffektiviteten til den seismiske kilden blir derfor øket.

Det skal også bemerkes at begrensningsorganene vender tilbake til hvileposisjonen hvis den elektriske forsyningen avbrytes, uansett årsaken til dette. Dette forhindrer eventuell fastkiling ved uhell av anordningen i brønnen.

I det tilfelle hvor den seismiske kilde som brukes, omfatter sitt eget hydrauliske system, kan kretsene 32, 33, 34 uten å avvike fra rammen for oppfinnelsen, forbindes med elektroventiler maken til 45, 46 i systemets forsyningskretser.

Innenfor rammen av oppfinnelsen kan de beskrevne begrens-ningselementer erstattes av andre utvidbare organer av enhver type, f.eks. pakninger.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for å bestemme utsendelsen fra en pulset seismisk kilde anordnet for å bli senket ned inne i en brønn eller et borehull og koblet til brønnens vegger ved hjelp av tilbaketrekkbare forankringsanordninger, karakterisert ved begrensning av en sone av brønnen som inneholder den seismiske kilden koblet til veggen, for å forhindre forplantning langs veggen, utenfor den begrensede sone, av den andel av energien som genereres av den seismiske kilde når den avfyres, og som ikke overføres direkte til veggene ved direkte kobling.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at begrensningen av vegg-sonen som inneholder den seismiske kilden, blir oppnådd ved å stenge av brønnen hovedsakelig tettende på hver side av den sone hvor den seismiske kilde er forankret mot brønnens vegger.

3. Anordning for hovedsakelig punktformet seismisk utsendelse for gjennomføring av fremgangsmåten ifølge krav 1, omfattende en pulset seismisk kilde anordnet for å bli senket ned i en brønn eller et borehull og koblet med formasjonene som omgir brønnen ved hjelp av tilbaketrekkbare forankringsanordninger for å overføre den energi som utsendes av kilden, direkte til veggene, karakterisert ved minst to utvidbare begrensningsorganer anbragt på hver side av den seismiske kilde og forbundet med denne, for å forhindre forplantning langs brønnen av den del av energien som ikke overføres direkte til brønnens vegger.

4. Anordning ifølger krav 3, karakterisert ved at hvert utvidbart organ omfatter et stivt, rørformet element, en hylse laget av et ettergivende materiale, en anordning for å spenne hylsen mot det rørformede element ved en første ende av dette, et skyveelement anordnet for å gli langs det rørformede element, idet skyveelementet omfatter en del formet som en avkortet kjegle, anordnet for å gli mellom det rørformede element og hylsen ved dens annen ende, for å bevege den bort fra det rørformede element, og anordninger for å bevege hvert skyveelement, idet et hulrom er dannet mellom skyveelementet og det rørformede elementet og anordningene for å bevege hvert skyveelement omfatter et hydraulisk system anbragt i nærheten av de utvidbare organer, der rør forbinder det hydrauliske system med hvert hulrom og koblingsanordninger er innrettet for å styre tilgangen til hvert hulrom av det hydrauliske fluidum som frembringes av det hydrauliske system.

5. Anordning ifølge krav 4, karakterisert ved en kanal som står i forbindelse med brønnen ved en første ende og som åpner seg under hylsen under sin motsatte ende.

6. Anordning ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at det rørformede element omfatter flere partier med forskjellige ytre tverrsnitt adskilt av skuldre, og ved at skyveelementet omfatter en indre fordypning hvis tverrsnitt er tilpasset tverrsnittet av det bredeste parti av det rørformede element, idet rommet mellom bunnen av fordyp-ningen og en av skuldrene danner hulrommet.

7. Anordning ifølge krav 4, karakterisert ved at det hydrauliske system er felles for de to utvidbare organer og er anbragt i et kammer som strekker seg fra et av dem, idet det indre hulrom i det annet utvidbare organ som er festet på den motsatte side av den seismiske kilde, er forbundet med det hydrauliske system gjennom en første kanal, en annen kanal som passerer gjennom det rørformede element i det første utvidbare organ over hele dets lengde samt et ytre rør som forbinder kanalene med hverandre, idet det indre hulrommet i det første utvidbare organ står i forbindelse med den annen kanal gjennom en tredje kanal.

8. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at skyveelementet og hylsen til hvert av de utvidbare organer er utvidet med ringer som er låst i translasjon med det tilsvarende rørformede element og ved hjelp av en mutter som er festet til en av ringene og et endestykke, idet hvert rørformet element ved den ende som er motsatt endestykket, omfatter en anordning for festing til den seismiske kilden.

9. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at endestykket til et av de utvidbare organer er forbundet med en flerfunksjonskabel som forbinder anordningen med en installasjon utenfor brønnen, og endestykket til det andre utvidbare organet er et kammer som inneholder det hydrauliske system.

10. Anordning ifølge krav 4, karakterisert ved at det hydrauliske system omfatter en hydraulisk akkumulator ladet til et trykk som er høyere enn det hydrostatiske trykk som hersker i brønnen ved den maksimale dybde for bruk av den seismiske kilde, et reservoar ved et meget lavt trykk, og elektroventiler for å forbinde kanalene med den hydrauliske akkumulator eller reservoaret for å forårsake utvidelse eller tilbaketrekning av hver av hylsene.