NO175652B - - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og et apparat for å måle nivåsenkning ved å evaluere med høy presi-sjon avstanden mellom radioaktive markører som på forhånd er implantert i veggene til et borehull. Når en slik måling blir gjentatt fra tid til annen, er det mulig å evaluere amplituden til fenomenet nivåsenkning i undergrunnsstrata etter fluidut-trekk, spesielt etter uttrekk av hydrokarboner.

En konvensjonell teknikk for å observere undergrunnsnivå-senkningsfenomenet er beskrevet i artikkelen med tittelen "Coilar and Radioactive Bullet Logging for Subsidence Monitor-ing" av R.D. Allen, publisert i "Tenth Annual Logging Sympo-sium 1969" av "Society of Professional Well Log Analysts (SPWLA)". Denne teknikken består i først å implantere flere aksialt atskilte radioaktive kuler i sideveggene til et borehull, og så foreta periodisk registrering ved kjernefysisk brønnlogging ved hjelp av et brønnloggeverktøy som har to langsgående atskilte scintillasjonsgammastråledetektorer for derved å utlede enhver endring som kan ha funnet sted i avstanden mellom kulene, og således evaluere størrelsen av nivåsenkingsfenomenet.

US patent nr. 3,869,607 beskriver en fremgangsmåte for å måle nivåsenkning i en grunnformasjon, hvilken fremgangsmåte omfatter de trinn å plassere radioaktive markører i en bore-hullsvegg, å bevege et deteksjonsapparat med tre scintillasjons/gammastråle-detektorer langs borehullet, å registrere de elektriske signalene fra detektorene og å benytte disse data til å beregne avstanden mellom de radioaktive markørene. Som et resultat av at apparatet forskyves gjennom borehullet, frembringer scintillasjons-detektorene en kontinuerlig logg som viser dybdevariasjonen av tellehastighetene for gamma-stråler som faller inn mot detektorene. Toppene i loggen indikerer de radioaktive markørene, og analyseres for å bestemme avstanden mellom markørene.

Når det opptas en logg, blir gammastråleintensiteten registrert kontinuerlig som en funksjon av informasjon som relaterer seg til dybden til brønnloggeverktøyet tilveiebragt ved hjelp av en tangensial hjulinnretning som er i direkte inngrep med kabelen. På grunn av elastisiteten til kabelen og den noe irregulære forskyvning av loggeverktøyet som er opphengt i enden av kabelen, er oppløsningen i dybdemålingene ikke tilstrekkelig til at svært små variasjoner som en funksjon av tiden kan observeres. Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en løsning på disse ulemper og gjør det mulig å forbedre målenøyaktigheten vesentlig ved målingen av avstanden som skiller de radioaktive markørene.

I et første aspekt tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for å måle nivåsenking i undergrunnsformasjoner som gjennomløpes av et borehull i hvilket minst to radioaktive markører på forhånd er blitt implantert atskilt fra hverandre langs den langsgående aksen til borehullet, hvor fremgangsmåten omfatter det trinn å føre et måleapparat inn i borehullet, idet måleapparatet omfatter minst to nukleære deteksjonssett atskilt fra hverandre langs apparatets langsgående akse, og avstanden mellom deteksjonssettene er kjent og hovedsakelig lik avstanden mellom de radioaktive markørene. Fremgangsmåten kjennetegnes ved at posisjonsbestemmelse utføres langs apparatets langsgående akse med minst én posisjonssensitiv detektor innbefattet i hvert av detek-sj onssettene;

og ved at fremgangsmåten videre innbefatter de trinn:

å holde apparatet stasjonært i borehullet på en slik måte at hvert av deteksjonssettene plasseres motstående til en tilsvarende radioaktiv markør; og

å utføre målinger for å lokalisere de radioaktive markørene mens apparatet blir holdt stasjonært.

Apparatet holdes fortrinnsvis stasjonært ved hjelp av minst én forankringsseksjon.

I et andre aspekt av oppfinnelsen omfatter et apparat for å måle nedsenkingen av undergrunnsformasjoner et langstrakt legeme og minst to nukleære deteksjonssett som er atskilt fra hverandre langs legemets langsgående akse, og apparatet kjennetegnes ved at hvert deteksjonssett innbefatter minst én posisjonssensitiv detektor for å utføre posisjonsbetemmelse langs legemets langsgående akse.

Detektoren er fortrinnsvis en gassdetektor hvis anodeledning er parallell med den langsgående aksen til apparatet; og lengden til ledningen er omtrent 1 meter. Detektoren kan drives i det proporsjonale telleområdet til dens karakter-istikk, men det er imidlertid foretrukket å drive den i dens begrensede Geiger-Miiller område, (også kjent som "selvslukkende streamer- modus").

I en første utførelse omfatter minst et av deteksjonssettene flere identiske detektorer som er anordnet parallelt for å observere det samme intervallet til formasjonen.

I en andre utførelse omfatter minst ett av deteksjonssettene flere deteksjonssubsett som hvert innbefatter flere detektorer anordnet parallelt, og med subsettene atskilt fra hverandre langs den langsgående aksen til legemet.

I en tredje utførelse av oppfinnelsen omfatter minst ett av deteksjonssettene flere deteksjonssubsett som hvert innbefatter flere detektorer anordnet parallelt, og med subsettene forskjøvet parallelt slik at hvert subsett delvis overlapper nabosubsettene.

Oppfinnelsen er definert i de etterfølgende patentkrav.

Kjennetegnene og fordelene med oppfinnelsen fremgår bedre av den detaljerte beskrivelse som er gitt med henvisning til de medfølgende tegninger i hvilke: Fig. 1 viser skjematisk et nivåsenkingsmåleapparat i henhold til oppfinnelsen holdt stasjonært i et borehull motstående radioaktive markører;

fig. 2 og 3 er histogrammer generert fra signalene opp-tatt av de respektive topp- og bunndetektorer; og

fig. 4 viser skjematisk en utførelse som omfatter deteksjonssubsett som er atskilt langs den langsgående aksen til apparatet.

På fig. 1 passerer et borehull 1 gjennom geologiske formasjoner 2. Før det foretas nivåsenkingsmålinger i de geologiske formasjonene blir markører R, R', ..., implantert i sideveggene til borehullet 1 ved hjelp av en eksplosiv innret-ning, og foringsrør 3 blir fortrinnsvis installert. Hver markør inneholder en radioaktiv substans, f.eks. en pellet av Cesium 137 på omtrent 100 micro-curies. Startavstanden D mellom to suksessive markører R og R' ligger vanligvis innen-for et område på 8,5 meter (m) til 11, 5 meter.

For å kunne evaluere nivåsenkingsfenomener, blir det foretatt målinger fra tid til annen ved hjelp av et nukleært måleapparat eller loggeverktøy 5 for å kunne få frem nøyaktige posisjonsmålinger og således estimater over størrelsen på nivåsenkingsfenomenet.

Måleapparat 5 er opphengt på konvensjonell måte fra enden av en kabel 6 som tilveiebringer en elektrisk forbindelse på kjent måte mellom loggeverktøyet 5 og overflateutstyret 7. Måleapparatet 5 omfatter spesielt: en elektronisk seksjon 8 for elektrisk kraftforsyning til loggeverktøyet, for å sende signaler som det detekterer til overflateutstyret og for å motta forskjellige kommandoer sendt av overflateutstyret;

i det minste to deteksjonssett 10 og 11 for å måle radioaktiv stråling, f.eks. gammastråling utsendt av en Cesium-pellet;

et avstandselement 9 med lengde L som er kjent med høy nøyaktighetsgrad og som er litt mindre enn avstanden D mellom markørene R og R'; og

to forankringsseksjoner 13 og 14.

I henhold til oppfinnelsen er deteksjonssettene 10 og 11 posisjonssensitive detektorer langs den langsgående aksen til apparatet. Av de forskjellige kjente typer posisjonssensitive detektorer foretrekker søkeren å anvende en gassdetektor, og mer spesielt en gassdetektor hvis anodeledning løper parallelt med den langsgående aksen til loggeverktøyet og har en lengde på omtrent en meter.

Loggeverktøyet 5 er posisjonert på en slik måte at dets detektorer 10 og 11 holdes stasjonært motstående til markørene R og R'. Når loggeverktøyet 5 er fastgjort, startes tellingen på utgangene A, B, A' og B' til detektorene 10 og 11.

Den radioaktive markøren blir lokalisert ved anvendelse av posisjonsbestemmelsesteknikken basert på ladningsdeling. Ved hjelp av denne teknikken blir den innfallende gamma strålingen detektert i veggen til detektoren ved utstøtelsen av hurtige elektroner inn i gassen. Etter elektronmultiplika-sjon når ladninger anodeledningene ved et treffpukt I. Puls-ene generert av nevnte ladninger når endene til anodeledningen etter at de er blitt dempet i en grad som er definert av kjeden av motstander på begge sider av treffpunktet I.

I henhold til ladningsdele-posisjonsbestemmelsesteknikken kan de følgende ligninger skrives

6* er avstanden mellom treffpunktet til en gammastråle og enden B til detektoren 10;

6' er avstanden mellom treffpunktet til en gammastråle og enden A til detektoren 11; og

QA, QB, QA,, og QB. representerer henholdsvis ladningene detektert ved endene A og B til detektoren 10 og endene A' og B' til detektoren 11.

Et histogram (se fig. 2) konstrueres over et sett elementære målinger SltS2r...., Sn, som er representative for treffpunktene for gammastrålene som utsendes av markør R og blir detektert av detektoren 10, og posisjonen til toppen av histogrammet blir detektert under anvendelse av en av de vanlige teknikker. Posisjonen til denne toppen definerer den langsgående avstand d mellom markøren R og enden B til detektoren 10.

På tilsvarende måte konstrueres et histogram (se fig. 3) ved anvendelse av settet av elementære målinger S' lr 6' 2, ••••/

<S'n, som er representative for posisjonen til treffpunktet til gammastrålene utsendt av markøren R' og som blir detektert av detektoren 11, og posisjonen til toppen detekteres for å kunne bestemme den langsgående avstanden d' mellom markøren R' og enden A' til detektoren 11.

Avstanden D mellom de to radioaktive markørene blir avledet fra dette:

D = d + L + d'

En detaljert beskrivelse av denne ladningsdeleposisjons-bestemmelsesteknikken kan finnes i artikkelen med tittel "One Meter Single-wire Position Sensitive Proportional Counter for Low Ionization Particles" av M. Matoba, K. Tsuji, K. Marubayashi, og T. Shintake, publisert i 1979 i utgave nr. 165 av tidsskriftet "Nuclear Instruments and Methods", på sidene 469-476. Denne artikkel beskriver også en fremgangsmåte for utforming av en elektronisk tellekrets tilknyttet gassdetek-toren.

Detektoren i artikkelen av M. Matoba m/fl. arbeider i en proporsjonal tellemodus. Det er imidlertid å foretrekke å få telleren til å arbeide i et område som har større elektron-multiplikasjonsfaktor, dvs. samtidig som den fremdeles opp-rettholdes selvslukkende elektronstrømning under stabil til-stand. Disse driftstilstander er kjent under uttrykket begrensede Geiger-Muller-tilstander eller "Selvslukkende Streamer-Modus" (SQS). Fordelene ved slike driftstilstander er beskrevet i artikkelen med tittel "Characteristics of the Self-quenching Streamer Mode in a gas Counter" av H. Kametani m/fl., publisert i Japanese Journal of Applied Physics, vol. 23, nr. 12, Desember 1984.

Detektorene er fortrinnsvis fastgjort på et modulært chassis 9 som omfatter elementer 12a, 12b og 12c som er satt sammen med hverandre ved 15 og 16. Chassiset 9 er laget av Invar for å kunne redusere feil på grunn av termisk ekspansjon i chassiset. I tillegg unngås chassisdeformasjon på grunn av virkningen av termisk ekspansjon på den ytre omhylning av loggeverktøyet ved anvendelse av en langsgående flytemontering av chassiset inne i den ytre omhylling.

Det er også å foretrekke å fastgjøre det nukleære måleapparatet 5 på nivå med de radioaktive markører R og R', f.eks. ved hjelp av forankringsseksjoner 13 og 14, og en spesiell utførelse av en slik forankringsseksjon er beskrevet i US patent nr. 4 125 013. Enhver bevegelse av loggeverk-tøyet, så som små svingninger indusert ved stigende fluider i en brønn som er i produksjon, har virkningen at histogrammet utflates og følgelig reduseres presisjonen som toppen i histogrammet kan bestemmes med.

For å kunne forbedre totaleffektiviteten ved gammastråle-deteksjon, er det videre ønskelig at hvert deteksjonssett innbefatter flere gassdetektorer som er montert parallelt for samtidig å avsøke det samme partiet av formasjonen. De for-deles fortrinnsvis likt om den langsgående aksen til logge-verktøyet .

Ved å måle avstanden D mellom de radioaktive markørene som en funksjon av tiden som er utløpt siden markørene ble satt på plass, er det mulig å oppnådde søkte indikasjoner som angår mulig sammentrykning av formasjonene som befinner seg mellom de to markørene.

En vesentlig forskjell sammenlignet med måleteknikker som tidligere er blitt anvendt skal spesielt fremheves: i samsvar med oppfinnelsen blir målingen foretatt statisk, dvs. at radioaktiviteten blir målt mens loggeverktøyet er fastholdt i posisjon, mens ved tidligere teknikker blir målingene utført dynamisk, dvs. at målingen blir utført mens loggeverktøyet blir forflyttet. Statisk måling har den spesielle fordel at man unngår feil som relaterer seg til enhver akselerasjon av loggeverktøyet i bevegelse.

Dersom den radioaktive markøren ligger i en avstand på omtrent 15 cm fra detektoren, vil den romlige dispersjonen av gammastrålingen gi en utflating av den registrerte radioak-tivitets topp. Det er følgelig nødvendig å utføre målinger under en relativt lang tidsperiode (10 til 20 minutter) for å kunne oppnå en regulær fordelingskurve. Tester utført av søkeren viser at bredden på toppen er typisk 0,2 meter ved halvtoppamplitude. Det nyttige området for detektoren blir således vesentlig redusert, f.eks. dersom detektoren er 1 meter lang, vil det nyttige området ikke være mer enn 0,6 meter som er det doble av bredden til toppen som er nødvendig for en god senterlokalisering.

For et avstandselement med lengde 9 meter er loggeverk-tøyet således i stand til å arbeide over et nyttig område med avstanden D mellom 9,40 meter og 10,60 meter.

Det kan imidlertid være slik at dette nyttige område er utilstrekkelig siden det er relativt vanlig, som nevnt oven-for, at avstanden D mellom to suksessive markører ligger over et større område, f.eks. 8,50 meter til 11,50 meter.

Den første løsning består i å anvende lengre gassdetektorer, f.eks. 2 meter lange. Denne løsning lider imidlertid av problemer som relaterer seg til temperaturoppførselen og oppløsningen til detektoren. En andre løsning består i å gjøre anvendelse av et sett avstandselementer som har forskjellige lengder. Selv om denne løsning ved første øyeblikk synes å være akseptabel, lider den ikke desto mindre av ulempen at den setter produksjonsbrønnen ut av drift i en relativt lang tidsperiode, siden det er nødvendig å senke måleapparatet flere forskjellige ganger.

En tredje løsning består i å utstyre i det minste én ende av avstandselementet med flere gassdetektorer. Med henvisning til fig. 4, som viser en utførelse av denne løsning, er f.eks. bunnenden til avstandselementet utstyrt med flere deteksjonssubsett 110, 111 og 112 som er langsgående atskilt langs aksen til loggeverktøyet. Den andre enden av avstandselementet er utstyrt med et enkelt deteksjonssubsett 100. Hvert av subsettene 100, 110, 111 og 112 omfatter flere detektorer i parallell.

Dersom det nyttige område til hvert deteksjonssubsett er begrenset til 80 cm for eksempel, er det mulig ved hjelp av multiplisering av kombinasjoner mellom subsettene og ved omhyggelig subsettplassering, å oppnå et nyttig område for loggeverktøyet som helhet som er både større og kontinuerlig. I eksemplet på fig. 4 er hvert av de tre subsettene 110, 111 og 112 1 meter langt og gapene mellom dem er 2 0 cm lang. Deteksjonssubsett 100 er også l meter langt og avstandselementet mellom subsettene 100 og 110 er 7, 8 meter lang. Det oppnås derved tre tilstøtende områder på 1,2 meter hver og dette gir et totalområde på 8,2 meter til 11,8 meter.

Beskrivelsen her er selvfølgelig gitt som et eksempel. Andre arrangementer av denne type kan frembringes uten at man går ut over rammen for den foreliggende oppfinnelse. Mer spesielt kan hvert av deteksjonssubsettene være tildannet av flere subsett, eller subsettene kunne være anordnet i en sikksakkutforming for å overlappe hverandre delvis slik at det frembringes et deteksjonssett som gir kontinuerlig dekning over en større lengde av formasjon.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte for å måle nivåsenking i undergrunnsformasjoner som gjennomløpes av et borehull i hvilket minst to radioaktive markører på forhånd er blitt implantert atskilt fra hverandre langs den langsgående aksen til borehullet, hvor fremgangsmåten omfatter det trinn å føre et måleapparat inn i borehullet, idet måleapparatet omfatter minst to nukleære deteksjonssett atskilt fra hverandre langs apparatets langsgående akse, og avstanden mellom deteksjonssettene er kjent og hovedsakelig lik avstanden mellom de radioaktive markørene,karakterisert vedat posisjonsbestemmelse utføres langs apparatets langsgående akse med minst én posisjonssensitiv detektor innbefattet i hvert av deteksjonssettene ; og ved at fremgangsmåten videre innbefatter de trinn: å holde apparatet stasjonært i borehullet på en slik måte at hvert av deteksjonssettene plasseres motstående til en tilsvarende radioaktiv markør; og å utføre målinger for å lokalisere de radioaktive markørene mens apparatet blir holdt stasjonært.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedat nevnte trinn med å holde apparatet stasjonært innbefatter å holde apparatet ved hjelp av minst én forankringsseksjon.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2,karakterisert vedat detektoren er en gassdetektor.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 3,karakterisert vedat detektoren er en gassdetektor hvis anodeledning er rettet inn med apparatets langsgående aksen, og hvor hver markør blir lokalisert ved hjelp av en posisjonsbestemmelsesteknikk basert på ladningsdeling.

5. Fremgangsmåte i henhold til ett av kravene 1 til 4,karakterisert vedat nevnte trinn med å utføre målinger omfatter å lage et histogram over posisjonen til treffpunktet til strålene som utsendes av den radioaktive markøren i forhold til den tilsvarende posisjonssensitive detektor.

6. Apparat for å måle nedsenkingen av undergrunnsformasjoner (2), omfattende: et langstrakt legeme; og minst to nukleære deteksjonssett (10, 11) som er atskilt fra hverandre langs legemets langsgående akse;karakterisert vedat hvert deteksjonssett innbefatter minst én posisjonssensitiv detektor for å utføre posisjonsbestemmelse langs legemets langsgående akse.

7. Apparat i henhold til krav 6,karakterisert vedat den posisjonssensitive detektor er en gassdetektor.

8. Apparat i henhold til krav 6,karakterisert vedat detektoren er en gassdetektor hvis anodeledning er rettet inn med legemets langsgående akse.

9. Apparat i henhold til krav 8,karakterisert vedat anodens lengde er omtrent 1 meter.

10. Apparat i henhold til krav 8 eller 9,karakterisert vedat detektoren drives under proporsjonal-teller-betingelser.

11. Apparat i henhold til krav 8 eller 9,karakterisert vedat detektoren drives under selvslukkende streamermodus-betingelser.

12. Apparat i henhold til ett av kravene 6 til 11,karakterisert vedat hvert deteksjonssett omfatter flere identiske posisjonssensitive detektorer anordnet i parallell langs legemets langsgående akse for å avsøke den samme lengden av formasjonen.

13. Apparat i henhold til ett av kravene 6 til 11,karakterisert vedat minst ett av deteksjonssettene består av flere deteksjonssubsett som hvert innbefatter flere identiske posisjonssensitive gassdetektorer anordnet i parallell langs legemets langsgående akse, idet subsettene også er atskilt fra hverandre langs legemets langsgående aksen til legemet.

14. Apparat i henhold til ett av kravene 6 til 11,karakterisert vedat minst ett av deteksjonssettene består av flere deteksjonssubsett som hvert innbefatter flere posisjonssensitive gassdetektorer anordnet i parallell langs legemets langsgående akse, idet subsettene er plassert forskjøvet i forhold til hverandre langs den langsgående akse, slik at hvert subsett delvis overlapper nabosub-settet.

15. Apparat i henhold til ett av kravene 6 til 14,karakterisert vedat det videre omfatter minst én forankringsseksjon (13, 14).