NO20093306A1 - System for utforskning av underjordiske strukturer - Google Patents

Abstract

System for å kommunisere gjennom underjordiske strukturer under en overflate omfatter minst ett utforskningsverktøy tilpasset til å trenge inn i undergrunnen, - minst en transmitter, minst en mottaker og signaloverføringsmidler for å overføre signaler mellom utforskningsverktøyet og en registreringsenhet arrangert over jorden, idet minst en av transmitter og mottaker er integrert i utforskningsverktøyet. Utforskningsverktøyet er en anordning som er i stand til å penetrere inn i undergrunnen fora bringe utstyr inn i undergrunnen uavhengig av en eksisterende eller ny brønn.

Description

Oppfinnelsen angår et system for utforskning av strukturer.

Det er et konstant behov for å utføre undersøkelser av underjordiske strukturer under en overflate for å identifisere interessante strukturer. Eksempler på interessante strukturer i underjordiske strukturer omfatter underjordiske legemer med forskjellig resistivitet, slik som oljebærende reservoarer, gassinjeksjonssoner og ferskvannsaquifere.

Det er ofte ønskelig å kartlegge store arealer for å planlegge den beste måten å utforske olje/gassressurser og også etterfølgende overvåke den samme type områder for å detektere/oppdage uventede endringer i reservoarer eller iaktta bevegelser av gass eller vann i reservoarene.

Elektrisk prospektering er blant de eldste brukte teknikkene, først anvendt av Schlumberger-brødrene i de tidligste dagene av forrige århundre. For å få de mest nyttige målingene, bør de elektriske probene imidlertid posisjoneres dypt nede i reservoarpartiene i undergrunnen.

Tradisjonelt har undersøkelser av underjordiske strukturer blitt utført ved seismiske metoder, dvs. luftkanoner som daues bak undersøkelsesskipet og transmitterer lydbølger gjennom vannkolonnen og inn i undergrunnen. Endringer i bergart, eller fluidinnhold gir grenseflater som reflekterer lydbølgene mot overflaten og mottakere tauet bak fartøyet registrerer hvor lenge det tar for lydbølgene å returnere til overflaten. Lydbølgene som reflekteres ved ulike grenseflater ankommer på ulike tidspunkter og fra dette kan lokaliseringen av grenseflatene beregnes/estimeres.

US 5724311 beskriver seismisk langtids overvåkning av et undergrunnsområde ved hjelp av seismiske metoder. Kilder som er begravd grunt i grunnen eller plassert på overflaten av grunnen og mottakere arrangert i grunnen eller i eksisterende brønner plasseres permanent for å kunne utføre reproduserbare seismiske overvåkningssesjoner.

I nyere år har det også blitt utvikler elektromagnetiske prospekteringsmetoder. Elektriske motstandsmålinger nær et borehull har også blitt benyttet for å bestemme produksjonssoner og for å kartlegge sand- og skiferlag.

US 2004/0239329 beskriver en metode for å lokalisere en mottaker i et borehull som har en ledende foring. En transmitter er lokalisert i en brønn og en mottaker i en andre brønn. Ved å måle det elektromagnetiske feltet i minst to posisjoner i den andre brønnen, kan posisjonen til mottakeren beregnes. Ved å kompensere for effekten av et ledende foringsrør, kan nøyaktigheten til målingene økes.

US 2003/0209347 angår systemer og metoder for å overvåke en karakteristikk for underjordisk hydrokarbonreservoar som omgir et borehull og for å plassere et borehull i nærheten av en brønn i en jordformasjon. Publikasjonen beskriver at elektrisk motstand avhenger av porøsitet, pore-fluid-motstand og metning. Porøse formasjoner som har høy motstand indikerer generelt tilstedeværelsen av hydrokarboner, mens lavmotstandsformasjoner generelt er vann-mettede. Karakteristikkene til hydrokarbonreservoaret overvåkes ved å transmittere elektromagnetiske signaler fra en antenne og motta ved en annen antenne. Et antall transmitter- og mottakerantenner kan benyttes i samme og forskjellige brønner. Boring av en ny brønn kan kontrolleres ved hjelp av elektromagnetiske signaler transmittert mellom en eksisterende brønn og en borestreng nær brønnen.

Et problem forbundet med elektromagnetiske målinger i brønner er konduktiviteten til brønn-casingen. En fullstendig kartlegging av et område ved å benytte slike teknikker avhenger også av at brønnene er distribuert med jevne mellomrom i området eller distribuert fortrinnsvis med hensyn til karakteristikken til undergrunnen.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og system for utforskning av underjordiske strukturer for å karakterisere dem uten behov for å bore konvensjonelle brønner.

Hensikten oppnås ved hjelp av trekkene i patentkravene.

I en utførelse av oppfinnelsen omfatter systemet for kommunikasjon gjennom underjordiske strukturer under en overflate minst ett utforskningsverktøy tilpasset til å trenge inn i undergrunnen, minst en transmitter, minst en mottaker og signaloverføringsmidler for å transmittere signaler mellom utforskningsverktøyet og en registreringsenhet arrangert over jorden, hvor minst en av transmitter eller mottaker er integrert i utforskningsverktøyet.

Utforskningsverktøyet er en anordning som kan penetrere inn i undergrunnene for å bringe utstyr inn i undergrunnen uavhengig av en eksisterende eller ny brønn. Utforskningsverktøyet er ikke nødvendigvis et brønnboreverktøy. Utforskningsverktøyet kan være en frittstående enhet, for eksempel et kjøretøy som kan bringe en probe inn i undergrunnen.

Utforskningsverktøyet er tilpasset til å penetrere inn i undergrunnen for eksempel ved å ha boreutstyr. Boreutstyret kan være inkorporert/innebygget i utforskningsverktøyet. Utforskningsverktøyet kan i en utførelse være av den typen som er beskrevet i internasjonal patentpublikasjon WO 02/14644, hvilket innhold herved inkorporeres ved referanse. I en annen utførelse kan utforskningsverktøyet være et wire-line boreverktøy.

Utforskningsverktøyet kommuniserer med overflaten/toppsiden/over jorden, for eksempel ved hjelp av kabler eller andre egnede midler. Utforskningsverktøyet kan få energiforsyning fra overflaten gjennom samme eller andre kabler, eller kan være selv- energigivende.

Utforskningsverktøyet omfatter i en utførelse ledemidler og er tilpasset til å ledes til en spesifikk lokalisering under jorden. På denne måten har brukeren full kontroll over lokaliseringen til utforskningsverktøyet, noe som kan være nyttig nå systemet benyttes for å kartlegge hydrokarbonressurser. Ledemidlene kan kontrolleres av en operatør trådløst eller via ledninger eller ledemidlene kan være forhåndsprogrammert til å rette utforskningsverktøyet til den ønskede lokaliseringen.

Transmitteren vil sende ut en bølge som vill svekkes gjennom forplantning. Svekkingen vil være forskjellig i henhold til karakteristikkene til området som bølgen forplanter seg gjennom. Mottakeren vil detektere den innkommende bølgen og svekkingen benyttes for å beregne karakteristikkene til undergrunnen i dette området, omfattende tilstedeværelse av og avstand til interessante strukturer. Et antall slike beregninger kan benyttes for å bygge et tomografisk bilde.

Når lokaliseringen av transmitter og mottakere er kjent, kan lokaliseringsdata benyttes for beregninger av lokaliseringen av identifiserte interessante strukturer. Utforsknings verktøy et(/ene) kan også ledes til en lokalisering som er spesielt interessant for å fylle inn et eksisterende kart over området eller for å bekrefte eller motsi en forventet interessant struktur.

I eksemplene i denne beskrivelsen er de minst ene transmittere og mottakere elektromagnetiske transmittere og mottakere. Prinsippet kan imidlertid også utføres med seismiske kilder og seismiske mottakere.

Det kan også være en kombinasjon av seismiske og elektromagnetiske transmittere og mottakere.

I en utførelse kan en eller flere mottakere og/eller transmittere lokaliseres over jorden/på overflaten.

Antallet utforskningsverktøy kan velges i henhold til behovet for nøyaktighet av utforskningen og/eller avhengig av utforskningsområdet. Et høyere antall utforskningsverktøy vil føre til mer informasjon og dermed mer detaljert utforskning av det interessante området.

Når systemet omfatter mer enn ett utforskningsverktøy, kan utforskningsverktøyene lokaliseres på samme eller forskjellige dybder. Utforskningsverktøyene kan også beveges sekvensielt til nye posisjoner og dermed kartlegge området i større detalj. Lokalisering av et antall utforskningsverktøy ved forskjellige geografiske posisjoner så vel som forskjellige dybder åpner for mer informasjon som kan benyttes for å beregne lokaliseringen av de interessante strukturene.

I en utførelse omfatter systemet minst to utforskningsverktøy hvor minst ett utforskningsverktøy har integrert transmitter og minst ett utforskningsverktøy har integrert mottaker.

Utforskningsverktøyet kan ha integrert både transmitter og mottaker eller en kombinert transmitter/mottaker. I en utførelse opereres transmitter og mottaker i utforskningsverktøyet sekvensielt, idet utforskningsverktøyet alternerende fungerer som transmitter og mottaker. Når man har et antall utforskningsverktøy hvor hvert omfatter både transmitter og mottaker, vil dette føre til en økt mengde informasjon.

I en utførelse er utforskningsverktøyet et elektromagnetisk utforskningsverktøy og omfatter et langstrakt legeme med en potensialforskjell mellom de to motstående endene. Mellom endene kan det langstrakte legemet være elektrisk isolert. Verktøyet danner slik en elektrisk dipol som kan transmittere elektromagnetiske signaler inn i formasjonen.

Samme utførelse kan også virke som en mottaker av elektromagnetiske signaler ved å måle spenningssignalene mottatt av dipolen. Introduksjon av et sett av slike verktøy med kommunikasjon til oversiden, åpner for bølgemålinger gjennom reservoaret fra mange retninger og nøyaktige inversjonsberegninger for å karakterisere formasjonen og hvordan den endres over tid. Bevegelse av vann og gass fronter kan detekteres nøyaktig.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i mer detalj ved hjelp av eksempler og de medfølgende figurene.

Figur 1 viser en eksempelutførelse av oppfinnelsen.

Figur 2 viser et eksempel på et utforskningsverktøy for bruk i systemet i henhold til oppfinnelsen.

I systemet i figur 1 har tre utforskningsverktøy 2 penetrert inn i undergrunnen og er lokalisert i undergrunnen. Undergrunnen omfatter vannmettede områder 3 og olje/gassfylte områder 4. De tre utforskningsverktøyene har trengt inn i grunnen og er lokalisert på forskjellige dybder og spredd over et undergrunns område. Utforskningsverktøyene er hver forbundet til en respektiv registreringsenhet 1 arrangert overgrunns/på toppen som mottar data fra de individuelle utforskningsverktøyene 2.1 en utførelse kan utforskningsverktøyene være forbundet til samme registreringsenhet 1. utforskningsverktøyene sender og mottar elektromagnetiske signaler sekvensielt, dvs. de arbeider sekvensielt/alternerende som transmitter og mottaker, og sender signaler til registreringsenheten på toppen. I alternative utførelser kan utforskningsverktøyene arbeide kun som respektivt mottakere eller transmittere, og sender og mottar til andre utforskningsverktøy undergrunns. Transmittere og/eller mottakere kan også være lokalisert overgrunns/på overflaten, for eksempel mottakere undergrunns som mottar signaler fra transmittere overgrunns, mottakere overgrunns som mottar signaler fra transmittere undergrunns, eller kombinasjoner av disse.

De vannmettede områdene 3 vil ha lavere resistivitet og høy demping av de elektromagnetiske bølgene, mens de oljefylte (eller gassfylte) områdene har høy resistivitet og gir liten svekking av de elektromagnetiske bølgene. På denne måten har signalene som transmitteres til registrerings enhetene forskjellige karakteristikker avhengig av de undergrunnsstrukturene de har penetrert eller om de har blitt reflektert, og dette kan benyttes for å gi et kart/bilde av området under grunnen for å karakterisere det og muligvis oppdage og identifisere kilder/reservoarer med olje og/eller gass. Utforskningsverktøyene 2 kan forlates i sin posisjon og benyttes for å kontinuerlig overvåke området for å detektere endringer i kjente reservoarer og/eller se på bevegelser av gass eller fluider i kjente reservoarer. Alternativt kan utforskningsverktøyene 2 instrueres til å bevege seg til en annen lokalisering for å undersøke et annet område eller for å tilveiebringe informasjon fra et større område.

Samme konfigurasjon av utforskningsverktøyer kan benyttes for seismiske undersøkelser, hvor transmittere og mottakere er seismiske transmittere og mottakere eller det kan være en kombinasjon av seismiske og elektromagnetiske transmittere og mottakere.

I figur 2 er det vist et eksempel på et elektromagnetisk utforskningsverktøy, for eksempel benyttet til systemet i figur 1. Midtpartiet 27 av verktøyet er elektrisk isolert fra formasjonen 26 og en ac-spenning settes opp mellom de to endene 22 og 23 ved hjelp av en spenningsgenerator forbundet til de to endene, hvorved verktøyet utgjør en dipol. I en utførelse er de to endene elektrisk isolert fra hverandre for å forhindre at strøm kortslutter gjennom saltvann i ringrommet, men forplanter seg inn i formasjonen. Spenningsgeneratoren kan for eksempel være arrangert i en transceiver 21. Spenningsgeneratoren kan so i en utførelse være utført som en inverter direkte matet fra primærinverteren til verktøyet. Spenningen mellom de to endene vil sette opp et elektromagnetisk nærfelt rundt dipolen som vil forplante seg utover fra dipolen, idet verktøyet dermed arbeider som en transmitter. Samme verktøy kan også benyttes som mottakere, og registrere et innkommende elektromagnetisk felt som har reflektert fra eller forplantet seg gjennom en formasjon.

Verktøyet får energi fra og kommuniserer til oversiden gjennom en kabel 24.

En drillbit 25 kan være tilveiebrakt ved bunnenden for å gjøre verktøyet i stand til å penetrere undergrunnen.

Verktøyet kan for eksempel være innebygget i et verktøy som beskrevet i NO3113110/US7093673.

Claims (11)

1. System for utforskning av underjordiske strukturer, omfattende: - minst ett utforskningsverktøy tilpasset til å trenge inn i undergrunnen, - minst en transmitter, - minst en mottaker, og - signaloverføringsmidler for å overføre signaler mellom utforskningsverktøyet og en registreringsenhet arrangert over jorden, idet minst en av transmitter og mottaker er integrert i utforskningsverktøyet.

2. System i henhold til krav 1, hvor utforskningsverktøyet omfatter ledeanordninger og er tilpasset til å ledes til en spesifikk posisjon under jorden.

3. System i henhold til krav 1 eller 2, hvor systemet omfatter minst to utforskningsverktøy hvor minst ett utforskningsverktøy har en integrert transmitter og minst ett utforskningsverktøy har en integrert mottaker.

4. System i henhold til krav 1, hvor minst en av transmittere og mottakere er elektromagnetiske transmittere og mottakere.

5. System i henhold til krav 1, hvor minst en av transmitterne og mottakerne er en seismisk kilde og en seismisk mottaker.

6. System i henhold til krav 1, hvor to eller flere utforskningsverktøy er lokalisert på forskjellige dybder.

7. System i henhold til krav 1, hvor utforskningsverktøyet omfatter et langstrakt legeme med en potensialforskjell mellom de to motsatte ender.

8. System i henhold til krav 7, hvor det langstrakte legemet er elektrisk isolert mellom de to motsatte endene.

9. System i henhold til krav 1, hvor minst en av mottakerne er anordnet over jorden.

10. System i henhold til krav 1, hvor minst en transmitter er anordnet over jorden.

11. System i henhold til krav 1, hvor utforskningsverktøyet er arrangert til å fortsette inntrengning og kan opereres sekvensielt i flere forskjellige posisjoner.