NO176983B

NO176983B - Fremgangsmåte ved geofysiske undersökelser

Info

Publication number: NO176983B
Application number: NO892164A
Authority: NO
Inventors: James W Rector
Original assignee: Western Atlas Int Inc
Priority date: 1988-06-30
Filing date: 1989-05-30
Publication date: 1995-03-20
Also published as: BR8903222A; EP0349262A2; NZ229303A; DE68913832T2; OA09051A; MY104045A; EP0349262B1; DE68913832D1; AU3491989A; NO892164D0; DK323689A; DK174301B1; EP0349262A3; AU612031B2; DK323689D0; US4862423A; NO176983C; NO892164L; CA1311466C

Description

Denne oppfinnelse angår geofysiske seismiske undersøkel-ser hvor en akustisk kilde anbringes i et borehull. Mer spesielt er oppfinnelsen rettet mot prosessering av signaler som fremkommer fra en slik akustisk kilde.

Anvendelse av en energikilde plassert i et borehull for å generere et seismisk signal for vertikal seismisk profi-lering, er kjent. Det har også vært foreslått å benytte det akustiske signal som genereres ved rotasjonen av borekronen. Ved en slik metode blir en referansesensor plassert på boreriggen. Seismiske vibrasjoner fra borekronen overføres meka-nisk gjennom vektrørene og borerørene til toppen av drivrøret og inn i svivelen. Et referansesignal som registreres på riggen ved toppen av borestrengen, svarer til det signal som genereres av borekronen, modifisert med transferfunksjonen mellom borekronen og referansesensoren. Det signal som detekteres av referansesensoren krysskorreleres med de signaler som detekteres av feltsensorer, for å bestemme gangtidene for signaler som forplanter seg gjennom undergrunnen og reflekteres fra undergrunns-grenseflater. Det er kjent å utflate kildespekteret og følgelig spekteret for krysskorrelasjons-funksjonen, ved å avlede et filter basert på referansesignalet og å konvolvere eller folde denne filterrespons med krysskorrelasjonen av referanse- og feltsignalene eller med referansesignalet forut for krysskorreleringen. Referanse-dekonvoIvering bevirker at de resulterende bølger blir skar-pere, hvilket forbedrer oppløsningen i rom og tid. Det er også kjent at referanse-dekonvolvering svekker flerbanesig-naler, som kan betegnes som borestreng-multipler, i referansesignalet. Borestrengmultipler er signaler som er blitt reflektert fra steder på borestrengen og derfor har forplan-tet seg i det minste endel av borestrengen et flertall gan-ger. Imidlertid er borestrengmultipler fremdeles tilstede i feltsignalene, og følgelig vil de også være tilstede i kryss-korrelasjonsfunksjonen mellom feltsignalet og referansesignalet. Borestrengmultipler som opptrer i feltsignalet er i første rekke resultatet av signaler som reflekteres av toppen av borestrengen og så forplanter seg tilbake ned gjennom borestrengen og utsendes fra den nedre ende av denne inn i undergrunnen, og signaler som reflekteres nedad fra grenseflaten mellom vektrørene og borerøret, blir så utsendt i undergrunnen. Det er kjent å fjerne de langperiodiske borestrengmultipler (de som reflekteres fra toppen av borestrengen) ved å benytte en rekke krysskorrelasjonsfunksjoner mellom felt- og referansesignalene i forskjellige borehull-dybder og å anvende et flertrase-stoppfilter omkring en tilsynelatende hastighet som er lik halvparten av forplant-ningshastigheten i borestrengen. De kortperiodiske multipler (som reflekteres nedad fra grenseflaten mellom borerøret og vektrørene), vil imidlertid fortsatt være tilstede i feltsignalet. Det er et formål med denne oppfinnelse å svekke disse kortperiodiske multipler.

Oppfinnelsen omfatter en fremgangsmåte for geofysiske undersøkelser hvor et signal genereres ved den nedre ende av en borestreng og forplanter seg inn i undergrunnen og opp gjennom borestrengen. Signalet detekteres ved toppen av borestrengen og på andre steder hovedsakelig ved jordoverflaten. Det signal som detekteres ved toppen av borestrengen benyttes til å utvikle en operator for å redusere størrelsen av borestrengmultipler i det signal som detekteres av feltsensorene.

Det nye og særegne ved oppfinnelsen er angitt i

krav l.

I en foretrukket utførelse blir signalet generert ved rotasjon av borekronen og operatoren utvikles for å redusere borestrengmultipler som skyldes refleksjoner mellom grenseflaten mellom vektrørene og borerøret, og den nedre ende av borestrengen.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor: fig. 1 illustrerer en boreoperasjon ved utnyttelse av en foretrukket utførelse ifølge oppfinnelsen, og fig. 2 viser forplantningsveiene for seismiske signaler som genereres av en borekrone ved bunnen av et borehull.

På fig. 1 er det vist en brønn 10 som bores i undergrunnen ved hjelp av en rotasjons-borerigg 12. Boreriggen omfatter det vanlige boretårn 14, et tårngulv 16, et heise-spill 18, en krok 20, en svivel 22, en drivrørforbindelse 24, et rotasjonsbord 26 og en borestreng 28 sammensatt av borerør 3 0 festet til den nedre ende av drivrørforbindelsen 24 og til den øvre ende av en seksjon vektrør 32 som bærer en borekrone 34. Borevæske sirkulerer fra en slamtank 36 gjennom en slam-pumpe 38 og en slamtilførselsledning 41 og inn i svivelen 22. Borevæsken eller -slammet strømmer ned gjennom drivrøret, borerøret og vektrørene og gjennom dyser (ikke vist) i den nedre flate av borekronen. Boreslammet strømmer tilbake oppad gjennom et ringformet rom 42 mellom den ytre diameter av borestrengen og borehullet, til overflaten, hvor det returne-res til slamtanken gjennom en s1amreturledning 43.

En referansesensor 7 er montert på den øvre del av borestrengen 28. I den spesielle, foretrukne utførelse er referansesensoren 7 montert på svivelen 22. Normalt blir et flertall feltsensorer, såsom geofoner 8 og 9, plassert ved jordoverflaten 2 på passende steder. Sensoren 7 og geofonene 8 og 9 er ved hjelp av ledninger 53-55 eller ved telemetrer-ing forbundet med en forsterker 50 som er koblet til en registreringsinnretning 52. I en foretrukket utførelse kan sensoren 7 være et akselerometer.

Slagvirkningen av borekronen 34 mot fjellet ved bunnen av borehullet 10 genererer elastiske bølger som forplanter seg vertikalt oppad gjennom borestrengen og radielt utad inn i grunnformasjonen. Forplantningsveien gjennom borestrengen har liten svekning av akustisk energi som følge av at det dreier seg om en stålkonstruksjon, og følgelig er det signal som blir mottatt av sensoren 7 representativt for de vibrasjoner som utsendes av borekronen 34 inn i grunnformasjonen. De signaler som utsendes i undergrunnen vil forplante seg oppad til feltsensorene og vil også bli reflektert fra undergrunns-grenseflater, såsom grenseflaten 60 under borekronen og tilbake til feltsensorene. Normalt vil forplantningstiden for seismisk energi fra borekronen til feltsensorene bli bestemt ved krysskorrelasjon av det signal som detekteres av sensoren 7, med de signaler som detekteres av feltsensorene.

Fordi i det minste endel av det akustiske signal blir reflektert fra diskontinuiteter i borestrengen og fra steder hvor det foreligger en endring i borestrengens diameter (primært ved grenseflaten mellom vektrørene og borerøret), vil det signal som detekteres ved toppen av borestrengen innbefatte ikke bare det primære signal som skriver seg fra borekronen, men også borestrengmultipler som er resultatet av refleksjoner av det primære signal fra grenseflaten mellom vektrør og borerør, samt toppen og bunnen av borestrengen. Akustisk energi som skyldes slike boresgrengmultipler blir også utsendt fra borekronen inn i undergrunnen. Slik reflektert energi forplanter seg til feltsensorene fra borekronen sammen med den primære energi som avgis av borekronen.

Fig. 2 illustrerer refleksjonene av akustisk energi fra toppen og bunnen av borestrengen 28 og fra grenseflaten 62 mellom vektrørene 32 og borerøret 30. Fig. 2 viser videre mulige forplantningsveier for seismisk energi fra borekronen 34 til en feltgeofon 8.

Det akustiske signal forplanter seg opp fra borekronen til grenseflaten mellom vektrør og borerør hvor en del av energien reflekteres og en annen del overføres og forplanter seg til toppen av borestrengen. Når den reflekterte del treffer bunnen av borestrengen, blir en del av den reflekterte energi utsendt i undergrunnen og en annen del reflektert oppad. Når denne reflekterte energi igjen treffer grenseflaten mellom vektrørene og borerøret, blir en andel av denne på nytt reflektert osv., slik at en kortperiodisk borestrengmultippel med en periode som avhenger av forplantningstiden mellom borekronen og vektrør/borerør-grenseflaten utsendes fra bunnen av borestrengen. Fordi en del av den kortperiodiske multippel overføres gjennom vektrør/borerør-grenseflaten kan denne kortperiodiske multippel detekteres ved toppen av borestrengen.

Nedenstående ligning representerer i Z-transform-notasjon den kortperiodiske signaltidsserie som skriver seg fra den nedre ende av borekronen og så detekteres av feltgeo-fonen.

P = den brøkdel av energien ved bunnen av borestrengen,

som utstråles i undergrunnen,

r = den brøkdel av den oppadgående energi som reflekteres nedad ved borerør/vektrør-grenseflaten.

BHA = den enveis forplantningstid mellom bunnen av borestrengen og vektrør/borerør-grenseflaten.

Den multippelsekvens som er omsluttet av klammer kan være representert som BHAMULT(Z) slik at geofonsignalet kan skrives som konvolusjonen av et kildesignal med impulsresponsen av bunnhullanordningen og impulsresponsen av undergrunnen. I Z-transform-notasjon:

GEO (Z) = SOURCE (Z) BHAMULT(Z) EARTH (Z)

Det signal som detekteres av sensoren 7 ved toppen av borestrengen blir betegnet som pilot- eller referansesignalet. Tidsserien for den kortperiodiske energi som kommer til toppen av borestrengen kan i Z-transform-notasjon skrives som:

hvor

p = den brøkdel av energien ved bunnen av borestrengen,

som utstråles i undergrunnen.

Bemerk at bortsett fra en amplitudefaktor og en forsink-elsesfaktor Z<BHA> er leddet i klammer nøyaktig ekvivalent med klammerleddet for geofonsignalet. Følgelig kan pilotsignalet benyttes til å avlede en operator for å svekke den kortperiodiske borestrengmultippel i feltsignalet. Tidsserien kan også representeres ved konvolusjonen

PILOT (Z) = SOURCE (Z) BHAMULT (Z) DPIPE (Z)

I tillegg til de kortperiodiske multipler vil det også i pilotsignalet og feltgeofonsignalet opptre mer langperiodiske multipler som er resultatet av refleksjoner fra toppen av borestrengen. Ved den nedre ende av borestrengen blir endel av den reflekterte energi utsendt i undergrunnen og en annen del blir på nytt reflektert (enten fra bunnen av borestrengen eller fra borerør/vektrør-grenseflaten) og forplanter seg tilbake til toppen av borestrengen. Imidlertid vil de mer langperiodiske multipler som detekteres ved feltgeofonene, ha andre karakteristikker enn de langperiodiske multipler som detekteres i pilotsignalet ved toppen av borestrengen. Disse karakteristikker tillater ikke at pilotsignalet benyttes for utledning av en dekonvolusjonsoperator for de langperiodiske multipler i feltgeofonsignalet.

Hvis langperiodisk multippelenergi i pilotsignalet utelukkes, er leddet DPIPE(Z) et rent forsinkelsesfilter, og pilotsignalets konvolusjonsligning kan skrives som

PILOT (Z) = Z SOURCE (Z) BHAMULT (Z)

hvor = forplantningstid for energi fra bunnen av borestrengen til pilotsensoren ved toppen

av borestrengen.

Autokorrelasjonen av pilotsignalet kan i Z-transform-notasjon skrives som

PILOT (l/Z) PILOT (Z)

Autokorrelasjonsfunksjonen for den kortperiodiske multippelenergi kan også skrives som:

Z S0URCE(1/Z) BHAMULT(l/Z) Z SOURCE(Z) BHAMULT(Z)

som reduseres til:

S0URCE(1/Z) BHAMULT(1/Z) SOURCE(Z) BHAMULT(Z)

For å generere den autokorrelasjonsfunksjon som uteluk-ker den langperiodiske akustiske energi, underkastes pilotsignalet en vindusfunksjon for å fjerne forsinkelser som er lik eller større enn den toveis forplantningstid mellom toppen av borestrengen og borerør/vektrør-grenseflaten.

Ut fra denne vindusbehandlede autokorrelasjonsfunksjon genereres det så en operator som når den konvolveres med

feltgeofonsignalet svekker den kortperiodiske multippelrefle-ksjon i feltgeofonsignalet. Den operator, som kan være mini-mums-faseinversjonen (minimum phase inverse) av pilotsignalet, kan avledes ved å benytte bølgekompressjonsteknikker som er kjent for fagfolk på området.

Denne operator kan uttrykkes som:

Når denne operatoren anvendes på geofonsignalet blir responsen EARTH(Z) oppnådd:

= EARTH(Z)

Ved å konvolvere eller folde den avledede operator med geofonsignalet, svekkes størrelsen av de kortperiodiske multipler i geofonsignalet.

Når borekronen anvendes som energikilde, blir feltsignalet normalt kryss-korrelert med pilotsignalet. Kryss-korreleringen av feltsignalet og pilotsignalet vil typisk bli utført og operatoren blir så konvolvert med kryss-korrela-sjonsfunksjonen. Operatoren kan imidlertid konvolveres med feltsignalet forut for kryss-korreleringen av feltsignalet med pilotsignalet.

Selv om den foretrukne utførelse er beskrevet i forbin-delse med bruk av den energi som utsendes av borekronen som seismisk kilde, vil det forstås at man også kan benytte andre kilder plassert ved den nedre ende av borestrengen. Slike kilder kan være av hvilken som helst egnet type for frembr-ingelse av vibrasjoner, impulser, implosjon, eksplosjon eller plutselige injeksjoner av fluidum mot borehullets vegger.

Claims

1. Fremgangsmåte ved geofysiske undersøkelser som omfatter generering av energi tilnærmet ved den nedre ende av en borestreng som benyttes til boring av et borehull i undergrunnen, hvilken energi utsendes i undergrunnen som seismisk bølgeenergi fra den nevnte nedre ende av borestrengen og forplanter seg oppad som akustisk bølgeenergi gjennom borestrengen, hvor i det minste en del av den akustiske bølge-energi som forplanter seg oppad gjennom borestrengen, blir reflektert nedad fra i det minste et første sted nedenfor toppen av borestrengen og utsendes i undergrunnen som seismisk bølgeenergi ved den nedre ende av borestrengen, detektering av den akustiske bølgeenergi i det vesentlige ved den øvre ende av borestrengen, for å generere et pilotsignal, detektering av den akustiske bølgeenergi ved i det minste en feltposisjon i det vesentlige ved jordoverflaten, for å generere et feltsignal, og karakterisert ved: anvendelse av det detekterte pilotsignal til å avlede en operator for i det nevnte feltsignal å redusere signalkompon-enten av den nevnte energi som reflekteres nedad fra det nevnte første sted nedenfor toppen av borestrengen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at borestrengen omfatter en borekrone ved den nedre ende av borestrengen, i det minste et vektrør over borekronen og borerør som strekker seg fra vektrøret hovedsakelig til jordoverflaten, og det nevnte første sted er grenseflaten mellom borerøret og vektrøret.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at den nevnte energi som genereres ved den nedre ende av borestrengen, frembringes av borekronen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den nevnte operator omfatter minimumsfaseinversjon (minimum phase inverse) av pilotsignalet, hvilken minimumsfaseinversjon avledes fra pilotsignalets autokorrelasjonsfunksjon.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at den nevnte operator konvolveres med det nevnte feltsignal.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at pilotsignalet krysskorreleres med det nevnte feltsignal forut for konvolvering av den nevnte operator.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at pilotsignalet og feltsignalet hvert innbefatter en kortperiodisk borestrengmultippel som er resultatet av refleksjoner mellom det nevnte første sted og den nedre ende av borestrengen, og mer langperiodiske borestrengmultipler, og at den nevnte autokorrelasjonsfunksjon utsettes for en vindusbehandling for å fjerne de nevnte mer langperiodiske borestrengmultipler fra den nevnte operator.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at genereringen av operatoren omfatter vindusbehandling av den nevnte autokorrelasjonsfunksjon for å fjerne borestrengmultipler som er resultatet av refleksjoner mellom hovedsakelig den øvre ende av borestrengen og grenseflaten mellom borerør og vektrør.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at den nevnte operator konvolveres med det nevnte feltsignal.