NO20111676A1 - Bronnovervakning ved hjelp av distribuerte avfolingsanordninger - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår overvåkning av produksjonsbrønner slik som olje- og gassbrønner. Slik overvåkning blir ofte referert til som brønnhulls-overvåkning. Spesielt angår foreliggende oppfinnelse brønnhullsovervåkning ved bruk av distribuerte akustiske sensorer (DAS).

Fiberoptiske sensorer er blitt en veletablert teknologi for en rekke bruks-områder, f.eks. geofysiske anvendelser. Fiberoptiske sensorer kan anta en lang rekke forskjellige former, og en vanlig antatt form er å arrangere en spole med fibere omkring en stamme. Punktsensorer, slik som geofoner eller hydrofoner, kan lages på denne måten for å detektere akustiske og seismiske data ved et punkt, og store grupper med slike punktsensorer kan multiplekses sammen ved å bruke fiberoptiske forbindelseskabler for å danne et fullstendig fiberoptisk system. Passiv multipleksing kan oppnås fullstendig optisk, og en fordel er at ingen elektriske forbindelser er nødvendige, noe som er meget fordelaktig i de barske omgivelsene hvor elektrisk utstyr lett kan skades.

Fiberoptiske sensorer er blitt funnet anvendbare i brønnhullsovervåkning, og det er kjent å tilveiebringe en gruppe med geofoner i eller omkring en brønn for å detektere seismiske signaler med sikte på bedre forståelse av de lokale geolog-iske tilstandene og utvinningsprosessen. Et problem med en slik løsning, er at geofoner har en tendens til å være forholdsvis store og dermed er installasjon nede i en brønn vanskelig. Geofoner har i tillegg en tendens til å ha begrenset dynamisk område.

WO 2005/033465 beskriver et system for akustisk brønnhullsovervåkning ved å bruke en fiber som har et antall periodiske brytningsindeks-forstyrrelser, f.eks. Bragg-gitre. Akustiske data blir innhentet av deler av fiberen og brukt til å overvåke brønnhullstilstandene.

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe forbedrede brønnovervåkningsystemer og fremgangsmåter for dette.

I henhold til et første aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for brønnhullsovervåking som omfatter avspørring av et umodifisert optisk fiberarrangement langs banen til en brønnboring for å tilveiebringe distribuert akustisk avføling; samtidig sampling av data innsamlet fra et antall tilstøtende deler av fiberen; og behandling av dataene for å bestemme én eller flere brønnhullsparametere.

Distribuert akustisk avføling (DAS) utgjør en alternativ form for fiberoptisk avføling i forhold til punktsensorer, hvorved en enkelt lengde med langsgående fiber blir avspurt optisk, vanligvis ved hjelp av én eller flere inngangspulser, for å tilveiebringe hovedsakelig kontinuerlig avføling av akustisk vibrasjonsaktivitet langs dens lengde. Optiske pulser blir ført inn i fiberen og stråling tilbakespredt fra innsiden av fiberen blir detektert og analysert. Rayleigh-tilbakespredning blir vanligvis detektert. Ved å analysere strålingen som er spredt tilbake inne i fiberen, kan fiberen effektivt inndeles i et antall diskrete avfølingspartier som kan (men som ikke behøver) å være kontinuerlige. Inne i hvert diskret avfølingsparti, forårsaker mekaniske vibrasjoner av fiberen, for eksempel fra akustiske fibere, en variasjon i den mengde stråling som spres tilbake fra vedkommende parti. Denne variasjonen kan detekteres og analyseres og brukes til å gi et mål på intensiteten av forstyrrelsen av fiberen ved vedkommende avfølingsparti. Uttrykket "distribuert akustisk sensor" slik det brukes i denne beskrivelsen, skal bety en sensor som omfatter en optisk fiber som blir avspurt optisk for å tilveiebringe et antall diskrete akustiske avfølingspartier distribuert langs fiberen og akustisk er ment å bety en hvilken som helst type mekanisk vibrasjon eller trykkbølge, innbefattende seismiske bølger. Fremgangsmåten kan derfor omfatte utsendelse av en rekke optiske pulser inn i fiberen og detektere tilbakespredt Rayleigh-stråling ved hjelp av fiberen; og å behandle den detekterte Rayleigh-tilbakespredte strålingen for å tilveiebringe et antall diskrete, langsgående avfølingspartier i fiberen. Legg merke til at uttrykket "optisk", slik det brukes her, ikke er begrenset til det synlige spekteret, og optisk stråling innbefatter infrarød stråling og ultrafiolett stråling.

Den enkle fiberlengden er typisk en enkelmodusfiber og er fortrinnsvis uten speil, reflektorer, gitre eller (fravær av enhver ekstern stimulus) endring av optiske egenskaper langs sin lengde. Dette gir den fordel at en umodifisert, hovedsakelig kontinuerlig lengde av standardfibere kan brukes, noe som krever liten eller ingen modifikasjon eller preparering for bruk. Et passende DAS-system er f.eks. beskrevet i GB2442745 hvis innhold herved i sin helhet inkorporeres ved referanse. En slik sensor kan betraktes som en fullstendig distribuert eller intrinsik sensor ettersom den bruker intrinsik spredning behandlet naturlig i en optisk fiber og dermed distribuerer avfølingsfunksjonen gjennom hele den optiske fiberen.

Siden fiberen ikke har noen diskontinuiteter, blir lengden og arrangementet av fiberseksjoner som svarer til hver kanal, bestemt ved hjelp av avspørringen av fiberen. Disse kan velges i henhold til det fysiske arrangementet av fiberen og brønnen den overvåker, og også i henhold til den type overvåkning som er nød-vendig. På denne måten kan avstanden langs fiberen eller dybden i tilfellet av en hovedsakelig vertikal brønn, og lengden av hver fiberseksjon eller kanaloppløsning lett kunne varieres ved justeringer av avspørringen som endrer inngangspulsbred-den og inngangspulsens nytteperiode uten noen endringer av fiberen. Distribuert akustisk avføling kan operere med en langsgående fiber med lengde på 40 km eller mer, for eksempel oppløse avfølte data i lengder på 10 m. I en typisk brønn-hullsanvendelse, er en fiberlengde på noen få kilometer vanlig, det vil si at en fiber løper langs lengden av hele borehullet, og kanaloppløsningen til de langsgående avfølingspartiene i fiberen kan være av størrelsesorden 1 m eller noen få meter. Som nevnt nedenfor, kan den rommessige oppløsningen, dvs. lengden av de individuelle avfølingspartiene i fiberen og distribueringen av kanalene, varieres under bruk, f.eks. som reaksjon på de detekterte signalene.

Den optiske fiberen er fortrinnsvis plassert inne i brønnboringen som skal overvåkes. I et arrangement løper den optiske fiberen langs utsiden av brønn-foringsrøret, selv om fiberen i noen utførelsesformer kan være arrangert for å løpe inne i foringsrøret. Den optiske fiberen kan festes til foringsrøret etter hvert som den blir innført i brønnboringen, og hvis den befinner seg på utsiden av forings-røret, og deretter sementert på plass i de seksjonene av brønnen som blir sementert.

Fiberen kan derfor følge den generelle ruten til brønnboringen og strekker seg minst like langt inn i brønnboringen som det området som ønskes overvåket, fortrinnsvis over hovedsakelig hele lengden av brønnboringen. Fiberen kan derfor avspørres for å tilveiebringe én eller fortrinnsvis et antall akustiske avfølingspartier anordnet langs hele eller deler av brønnboringen. Posisjonene eller steder for avfølingspartiene som er av interesse, bør vanligvis være kjent fra et kjennskap til lengden langs fiberen og dermed brønnen. Når disse brønnprosesser blir utført, slik som perforering ved dannelse av brønnen, kan fremgangsmåten omfatte overvåkning av de akustiske forstyrrelsene i fiberen generert av prosessen, for eksempel perforering for å bestemme partier av fiberen som seksjoner av interesse i brønnen. For eksempel, vil partier av fiberen som oppviser den største akustiske forstyrrelsesintensiteten under utførelse, generelt svare til den posisjon hvor perforeringsladninger ble avfyrt.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse kan brukes til å bestemme minst én brønnparameter. Den minst ene brønnparameteren kan omfatte en brønntilstandsprofil. Brønntilstandsprofilen kan være en akustisk profil av den ene eller de flere brønnseksjonene eller hele lengden av brønnen. Den akustiske profilen kan fremskaffes ved å måle de akustiske signalene som er bestemt av DAS-sensoren som reaksjon på en akustisk stimulus. Den akustiske stimulusen kan være en stimulus som blir påført spesielt med det formål å bestemme en akustisk profil. I noen tilfeller kan det i tillegg eller alternativt være mulig å bruke en akustisk stimulus som blir generert i det normale forløpet for fremstilling eller drift av en brønn. Perforeringstrinnet for brønnproduksjon, innebærer spesielt avfyring av én eller flere perforeringsladninger. Dette gir en intens akustisk stimulus som kan brukes til å innhente en akustisk profil for brønnen ved vedkommende trinn i ferdigstillelsen.

Brønnparametere kan tilveiebringes i sanntid. Sanntid, slik uttrykket blir brukt i den foreliggende beskrivelsen, betyr at det ikke er noen forsinkelse av betydning mellom det tidspunkt hvor et akustisk signal blir detektert av fiberen og det tidspunkt da brønnparameteren blir generert. Fremgangsmåten kan innebære tilveiebringelse av en generelt nøyaktig representasjon av de akustiske signalene som for tiden blir detektert av den distribuerte akustiske sensoren.

Så vel som bestemmelse av forskjellige brønnparametere, kan under bruk, de akustiske signalene fra én eller flere relevante fiberseksjoner spilles på en passende audio-anordning. Dette vil forsyne personellet som betjener brønnen eller en spesiell brønnhullsprosess med hørbar tilbakemelding om hva som virkelig skjer nede i brønnen. En operatør som lytter til signalene som produseres av en akustisk kanal i fiberen, kan derfor forsynes med audio-tilbakemelding i sanntid om den akustiske forstyrrelsen nede i hullet.

Det skal bemerkes at tilstandene nede i en dyp brønnboring kan være fiendtlige. Derfor har plassering av en spesiell sensor nede i brønnboringen, spesielt ved det tidspunktet da fremstillingsprosesser i brønnen blir utført, hittil ikke vært praktisk. Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse benytter en fiberoptikk som kan være plassert på innsiden av brønnforingsrøret for å tilveiebringe en brønnhullssensor i brønnboringen under dannelsen av brønnen og også under etterfølgende olje/gass-produksjon.

Fremgangsmåten kan omfatte å analysere intensitetsnivåene til de akustiske forstyrrelsene som detekteres nede i hullet.

Den akustiske informasjonen fra forskjellige avfølingspartier av fiberen kan fremvises på en passende visningsanordning. Det finnes forskjellige fremgangsmåter hvor intensiteten i valgte kanaler kan vises. Visningen kan f.eks. vise for hver kanal, den aktuelle intensiteten, maksimal intensitet og/eller en gjennomsnittlig intensitet for akustiske signaler over en forutbestemt eller valgt tidsperiode i et arrangement av histogramtypen. I tillegg, eller alternativt, kan sanntidsindikasjonen omfatte en vannfallsplotting som representerer intensitet med farge eller gråskala og plotting av intensiteten for hver kanal som funksjon av tid.

Fremgangsmåten kan også sørge for å utføre frekvensanalyse av dataene, og sanntidsindikasjonen kan omfatte en indikasjon av frekvensen til akustiske signaler detektert ved hjelp av minst ett langsgående fiberparti i nærheten av brønnprosessen. Indikasjonen på frekvens kan omfatte en plotting av histogramtypen av aktuell, maksimal eller gjennomsnittlig frekvens som funksjon av kanal og/eller en plotting av vannfallstypen med frekvens representert av farge eller gråskala slik som beskrevet ovenfor. Når fremgangsmåten innebærer inndeling av dataene fra de langsgående avfølingspartiene av fiberen i ett eller flere spektralbånd, kan indikasjonen i tillegg eller alternativt omfatte en indikasjon på intensiteten inne i et spesielt frekvensbånd. Dataene kan med andre ord filtreres for å innbefatte bare akustiske forstyrrelser med en frekvens innenfor frekvensområdet til det spesielle båndet. Analysering av dataene ved hjelp av spektralbånd, kan klarere indikere den akustiske differansen mellom forskjellige kanaler i noen tilfeller.

Ved å presentere intensiteten og/eller frekvensen til valgte kanaler, kan en operatør bli i stand til å bestemme om det er noen signifikant aktivitet i noen spesiell kanal.

Tilveiebringelse av en hørbar indikasjon på dataene fra DAS-sensoren og/eller tilveiebringelse av en indikasjon på intensiteten og/eller frekvensen til dataene, tilveiebringer nyttige tilbakemeldingsdata som kan genereres hurtig uten for store prosesseringsvanskeligheter.

Fremgangsmåten kan også omfatte detektering av transienter, spesielt forholdsvis høyfrekvente transienter, i det akustiske signalet.

Fremgangsmåten kan også omfatte bruk av data fra minst én annen sensor på et annet sted. Den minst ene ytterligere sensoren kan omfatte en annen fiberoptisk, distribuert akustisk sensor, for eksempel en DAS-sensor som er plassert i en eksisterende brønn i det omgivende område og/eller en DAS-sensor i et observasjonsborehull boret i nærheten og/eller en DAS-sensor anordnet ved eller nær overflaten i det generelle området, f.eks. nedgravd i en grøft. Kombina-sjonen av data fra mange forskjellige sensorer i forskjellige posisjoner kan gjøre det mulig å bestemme opprinnelsespunktet eller i det minste det generelle opprinnelsesområdet for akustiske forstyrrelser.

Ifølge et ytterligere aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebrakt et system for brønnovervåkning, en fiberoptisk utspørrringsanordning innrettet for å tilveiebringe distribuert, akustisk avføling på en umodifisert fiber arrangert langs banen til en brønnboring; en samplingsanordning anordnet for å sample et antall kanalutganger fra utspørringsanordningen samtidig med å tilveiebringe akustiske data fra et antall tilstøtende partier av fiberen ved hvert av et antall tidspunkter; og en dataanalysator innrettet for å behandle de samplede dataene for å detektere brønnhendelser og utgangsparametere i forbindelse med de detekterte hendelsene.

Oppfinnelsen tilveiebringer også en prosessor, et datamaskinprogram og/eller et datamaskinprogram-produkt for å utføre noen av fremgangsmåtene som er beskrevet her og/eller for å utgjøre noen av de anordningstrekkene som er beskrevet her, og et datamaskinlesbart medium som lagrer et program for å utføre noen av fremgangsmåtene som er beskrevet her, og/eller for å utgjøre noen av anordningstrekkene som er beskrevet her.

Oppfinnelsen omfatter fremgangsmåter, anordninger og/eller anvendelser hovedsakelig som beskrevet under henvisning til de vedføyde tegningene.

Ethvert trekk i et aspekt ved oppfinnelsen kan være anvendt i andre aspekter ved oppfinnelsen i en hvilken som helst passende kombinasjon. Fremgangsmåteaspektene kan spesielt anvendes i forbindelse med anordnings-aspekter og vice versa.

Trekk, implementert i maskinvare kan videre generelt implementeres i programvare, og vice versa. Enhver referanse til programvare- og maskinvaretrekk skal her oppfattes på tilsvarende måte.

Foretrukne trekk ved foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet, kun som et eksempel, med henvisning til de vedføyde tegningene, hvor: Fig. 1 viser en anordning for overvåkning av en brønn ved bruk av DAS; Fig. 2 illustrerer utgangen fra systemet på fig. 1; Fig. 3 er en skjematisk representasjon av en perforeringshendelse som overvåket ved hjelp av en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; Fig 4 illustrerer skjematisk deteksjons- og parameteriseringstrinn for sprekkovervåkning; og Fig. 5 viser resultatene av innstrømmingsovervåkning som er blitt forbedret ved å bruke variansstatistikk.

En fiberoptisk kabel 102 er inkludert langs banen til en brønn som i det foreliggende eksempelet er en gassbrønn og som kan være på land eller til vanns. Brønnen er i det minste delvis dannet med et indre metallforingsrør 104 innsatt i et borehull 106, med rommet mellom den ytre veggen til foringsrøret og hullet er fylt med sement 108 i det foreliggende eksempelet. Det indre foringsrøret kan være dannet av flere seksjoner som er skjøtt sammen, og i noen tilfeller vil seksjonene ha forskjellige diametre. På denne måten kan foringsrørets diameter gradvis avta mot bunnen av brønnen. Som man kan se på fig. 1, passerer fiberen i dette eksempelet gjennom sementfyllingen og er i virkeligheten fastspent til utsiden av metallforingsrøret. Det har vist seg at en optisk fiber som er innspent, i dette tilfelle ved å passere gjennom sementfyllingen, oppviser andre akustiske responser på visse hendelser enn en fiber som ikke er innspent. En optisk fiber som er innspent, kan gi en bedre respons enn én som ikke er innspent, og dermed er det i noen utførelsesformer gunstig å sikre at fiberen er innspent ved hjelp av sementen. Forskjellen i respons mellom en innspent og en ikke-innspent fiber kan også brukes som en indikator på skade på sementen, noe som kan være fordelaktig som beskrevet senere.

Fiberen produserer fra brønnhodet og er forbundet med utspørrings/ prosessor-enheten 112. Utspørringsenheten injiserer lys i fiberen og avføler tilbakespredt stråling fra steder langs lengden av fiberen. Den spesielle formen på det innmatede lyset og samplings/behandlings-evnen til enheten tillater samtidig utmating av flere datakanaler der hver kanal svarer til akustiske data avfølt langs en spesiell seksjon av fiberen ved en spesiell avstand langs fiberen. Selv om utspørrings/prosessor-enheten er vist her som et enkelt element, kan utstyret oppdeles blant f.eks. en utspørringsboks som tilveiebringer en utgang med rådata, mating av en PC eller bærbar datamaskin for å tilveiebringe databehandlings-kapasiteten.

Et eksempel på den mulige datautmatingstypen fra arrangementet på fig. 1, er vist på fig. 2.1 den øvre plottingen 202, er her kanalnummer (og dermed dybde for hovedsakelig vertikale brønner) vist lang y-aksen, hvor null representerer kanalen nærmest overflaten. 400 kanaler er vist. Tid er vist langs x-aksen som rammenummer for å tilveiebringe en "vannfalls-plotting" som blir kontinuerlig oppfrisket etter hvert som nye data blir gjort tilgjengelige. Detektert energiintensitet er vist som farge eller gråskala i den øvre plottingen 202 ved bruk av en skala vist på høyre side for å tilveiebringe en to-dimensjonal visualisering av den akustiske energifordelingen langs hele den avfølte lengden av fiberen ved hvert av en rekke tidsøyeblikk. Den sentrale plottingen 204 viser de samme dataene etter å ha blitt underkastet transient deteksjon som forklart mer detaljert nedenfor, og den nedre plottingen 206 viser frekvensen til de detekterte transientene i henhold til skalaen til høyre for plottingen. Arrangementet er slik at data blir tilgjengelige fra alle kanaler ved hver samplingsperiode. I de midtre 204 og nedre plottingene 208 er dybde fra 0 til 4000 meter representert på y-aksen, med tid fra 0 til 10000 sekunder på x-aksen.

Det blir foreslått å bruke det systemet som er beskrevet ovenfor til å overvåke forskjellige brønnhullshendelser innbefattende perforering, setting av blind-plugg og/eller pakning, frakturering, proppant-utspyling og fluidstrømming. I tillegg kan systemet tilveiebringe generell tilstandsovervåkning og i noen arrangementer, kan også tillate kommunikasjon med brønnhullssensorer.

I en typisk avtrekksprosess, etter at brønnen er blitt boret og et foringsrør installert (og én eller flere fibere anordnet langs banen til brønnen), blir brønnen perforert for å tillate innstrømming av gass eller fluid, slik som olje eller vann, som utvinnes. Dette blir vanligvis oppnådd ved hjelp av formladninger som blir senket ned i brønnen i en "kanon" og avfyrt ved en ønsket dybde og orientering. Ladnin-gen trenger gjennom foringsrøret og sprenger i stykker den tilstøtende bergarten (og eventuelt fyllmateriale slik som sement hvis slikt er tilstede).

Deretter blir et fluid, slik som vann, pumpet ned i brønnen under høyt trykk. Dette fluidet blir derfor presset inn i perforeringene, og når tilstrekkelig trykk er nådd, forårsaker frakturering av bergarten langs svake spenningslinjer, og for å skape og utvide permeable baner for gass eller annet fluid som skal strømme inn i brønnen. Faste partikler, slik som sand, blir vanligvis tilsatt fluidet for å anbringe den i sprekkene som er dannet og holde dem åpne.

Når et sett med sprekker er blitt frembrakt ved ett nivå, kan det være ønskelig å skape et annet sett med sprekker ved et annet nivå. En sperreplugg blir derfor innsatt i brønnen for å blokkere den seksjonen av brønnen som nettopp er blitt perforert. Perforerings- og fraktureringsprosessen blir så gjentatt ved et annet nivå.

Denne prosessen blir gjentatt inntil alle nødvendige sprekker er blitt fullført. Ved dette punktet kan blindpluggene bores ut og produksjonsrør kan innsettes nede i brønnen. Pakninger kan innsettes mellom produksjonsrøret og foringsrøret for å lukke gapet. Sikter og/eller gruspakninger kan innsettes ved perforerings-stedene hvor innstrømming er ventet, for å filtrere oljen/gassen.

Når den er ferdigstilt, begynner brønnen produksjonen med at et produkt strømmer inn i foringsrøret fra de tilstøtende bergartsformasjonene, og blir transportert til overflaten.

Perforeringsovervåkning

I en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, blir en DAS-sensor brukt til å overvåke perforeringshendelsen. Overvåkning av perforeringshendelsen kan i det minste føre til to distinkte formål. For det første, kan posisjonen til perforeringen bestemmes. Det kan være vanskelig å regulere nøyaktig den nøyaktige retningen av perforeringen i et borehull og dermed kan posisjonen av perforeringen bidra til å regulere og planlegge ytterligere perforeringer. Muligheten til å detektere hendelser av perforeringstypen vil bli beskrevet senere. Innsamlings- signaturen til perforeringshendelsen kan videre sammenlignes med visse ekspo-nerte karakteristikker for å bestemme om utførelsesformen inntraff på en tilfreds-stillende måte.

I tillegg til å overvåke selve perforeringen, er perforeringshendelsen en forholdsvis høyenergetisk hendelse som akustisk eksiterer en stor andel av brønnboringen, dvs. foringen, sementen, eventuelle blindplugger som allerede er på plass, og så videre. Den akustiske responsen på en perforeringshendelse gjør det mulig å samle inn en akustisk profil for brønnen som skal samles inn og vurderes.

Akustiske data blir samplet ved mellom 0,2 Hz og 20 kHz over lengden av det borede borehullet under en perforeringshendelse. Energien som er tilstede i hver kanal, blir overvåket ved hjelp av enten et båndpassfilter og så en rms-energiberegning, eller ved å utføre en FFT og summere effekt mellom et øvre og nedre frekvensbånd (typisk 512ptFFT, 50% overlappet, filtrert mellom 300 og 5 kHz hvis samplingsfrekvensen er praktisk). En to-dimensjonal datagruppe over detektert energi for tid og dybde (for posisjon) kan frembringes.

Ytterligere behandling av datagruppen ved identifisering av topper avdekker at perforerings-impulssignalet forplanter seg oppover og nedover i brønnforingen så vel som inn i bergarten. En energiplotting som beskrevet ovenfor, kan følgelig frembringes, og en trase kan identifiseres ved sporing av forplantningen av pulsen, som vist på fig. 3.

Gradienten til den identifiserbare trasen kan måles ettersom den er den hastighet ved hvilken energien blir forplantet gjennom brønnforingen. Dette gir et mål på overføringshastigheten i mediet. Denne kan brukes til å indikere områder i brønnforingen som er forskjellige fordi deres overføringshastighet endrer seg. Dette kan indikere et problem med feste av foringsrøret eller strukturelle problemer i selve foringsrøret.

En automatisk sporingsalgoritme kan brukes til å beregne hastigheten til denne energitrasen og bestemme områder hvor hastigheten endrer seg.

I en utførelsesform kan en algoritme arbeide under den antakelse at hendelsen av interesse er meget større enn den normale tilstanden i brønnen, slik at toppen i energien, identifisert som perforeringshendelsen, kan identifiseres på en pålitelig måte. Toppen kan så tilordnes over suksessive tidsrammer, hvor gjennomsnittlig hastighet over 1,2,3,...10s kan beregnes. Ytterligere forbedringer kan spore flere topper samtidig (brukt til å skjelne hovedpulsen i tilfellet av multippelrefleksjoner).

Ytterligere inspeksjon av fig. 3 viser tydelig punkter for refleksjon av energi. Disse oppstår ved skjøter i foringsrøret og kan forsyne en tekniker med innforma-sjon vedrørende kvaliteten til skjøtene over lengden av foringsrøret. Over alt hvor det er en signifikant mistilpasning i materialet, kan en delvis refleksjon inntreffe, og jo større mistilpasningen er, jo større er refleksjonskoeffisienten. Annet material-svikt, slik som sprekker eller gropdannelse, kan i betydelig grad påvirke forplantningen av energien langs foringsrøret og fiberen og identifiseres ved bruk av denne fremgangsmåten.

Tilstanden til sementen som omgir foringsrøret, kan f.eks. vurderes. Den akustiske responsen til sementen kan variere i områder hvor det er et betydelig tomrom i sementen, enten på grunn av fremstillingen som resultatet av en tidligere perforerings- eller fraktureringshendelse. Tomrom i sementen kan være proble-matiske fordi, hvis en etterfølgende perforering skjer i et område med tomrom når proppanten blir pumpet inn i brønnen, behøver den ikke å strømme inn i perforeringene i fjellet, men inn i tomrommet og vaske ut en stor mengde med proppant og stoppe dannelsen av brønnen mens problemet blir avhjulpet.

Som nevnt ovenfor, er responsen til en uinnspent fiber forskjellig fra responsen til en innspent fiber, og hvis fiberen selv ikke passerer gjennom et tomrom i sementen, og dermed blir uinnspent i dette område, vil følgelig den akustiske responsen være meget forskjellig.

Foreliggende oppfinnelse kan følgelig innbefatte detektering av hulrom i sementen som omgir foringsrøret.

Posisjoneringen og tilstanden til blindpluggene kan også vurderes på denne måten. Hvis blindpluggen ikke er plassert korrekt eller er ufullstendig eller svekket, kan den svikte under etterfølgende fraktureringstrinn.

Det skal bemerkes at en brønntilstandsprofil kan bygges opp på denne måten for å tilveiebringe data om foringsrøret, sementfyllingen og blindpluggene hvis slike er tilstede. Tilstandsprofilen kan overvåkes over tid for å informere operatører ved forskjellige trinn under brønnoperasjonen. Brønntilstandsprofilen behøver ikke å være begrenset til bare de tidspunktene hvor en perforerings hendelse inntreffer, og en alternativ akustisk stimulus kan tilveiebringes ved et ønsket tidspunkt som anses passende.

Proppant- overvåkning

Når perforeringene er gjort, blir proppanten ført inn i brønnen for å forårsake frakturering. I noen tilfeller, behøver imidlertid som nevnt proppanten ikke å strømme inn i bergarten og utvasking av proppanten kan inntreffe. Strømmingen av proppant vil ved normal drift vanligvis fortsette med en viss hastighet og med en viss karakteristikk. Hvis proppanten finner en annen vei eller opphører å frakturere på korrekt måte, vil strømmingstilstandene i brønnen forandre seg. Den akustiske responsen under proppantstrømming kan derfor overvåkes for å detektere en eventuelt signifikant endring.

Sprekkovervåkning

Seismiske hendelser og sprekkhendelser av interesse har en tydelig forskjellig beskaffenhet i forhold til kontinuerlig strømmingsstøy forårsaket av høy-trykksinnstrømmingen av vann og sand under fraktureringsprosessen. De er genereltkarakterisert vedå være korte og impulsive hendelser, heretter referert til som transiente hendelser. En teknikk for å se etter kortvarige variasjoner bort fra de midlere variable nivåene (transientdetektoren) vil ekstrahere disse hendelsene fra bakgrunnsstøy og langperiodisk støy. Den generelle behandlingsmetoden er illustrert på fig. 4.

Ved behandling av de akustiske dataene som er mottatt for å fremheve transiente hendelser på denne måten, kan en sprekkhendelse detekteres og observeres, og følgende parametere kan bestemmes: • Den dybde der sprekken opptrer, kan bestemmes i henhold til den kanalen hvor sprekkhendelser blir detektert. • Den hastighet ved hvilken sprekker opptrer, eller sprekktettheten, kan bestemmes i henhold til antallet og/eller intensiteten av detekterte sprekker over en definert tidsperiode eller dybdeområde. • Et mål på sprekkstørrelsen kan bestemmes i henhold til den målte varigheten av en sprekk, og også spennet til en sprekk kan defineres som det antall kanaler som påvirkes av en enkelt hendelse.

Et estimat av rekkevidde fra brønnen kan gjøres basert på frekvens-karakteristikkene til en sprekkhendelse. For å tilveiebringe en enkelt parameter for frekvens, kan middelfrekvensen til den spektrale formen av hendelsen brukes. Andre frekvensparametere som kan bestemmes, innbefatter annen ordens statistikk slik som skråstilling og kurvatur.

For å identifisere transienter blant andre bakgrunnsdata, blir et mål på kort-varig variabilitet sammenlignet med den normale eller en gjennomsnittlig variabilitet for en gitt kanal.

I det foreliggende eksempelet, blir dette oppnådd ved befolkningsstatistikk som representerer den midlere energien og det absolutte middelavviket omkring middelverdien (MAD: middelverdi av absolutt differanse mellom aktuell verdi og middelverdi).

Disse to statistikkene blir oppdatert ved hjelp av eksponensiell midling etter hvert som hver dataoppdatering blir mottatt, ved å bruke et dempningsledd, N.

Der hvor dataene først underkastes en FFT og hvor beregningene blir utført pr. kanal og pr. frekvenscelle.

Det transiente nivået blir så bestemt som:

Dette gir en verdi relatert til hvor mye en spesiell frekvenscelle er høyere i variabilitet enn dens gjennomsnittlige variabilitet. Meget variable kanaler blir dermed selvregulerende, og det er bare alt for stor og uvanlig variabilitet som blir detektert. Ved å variere verdiene av N kan algoritmen avstemmes til å detektere transiente hendelser med forskjellig lengde: faktorer som 4,6,8,... 128 blir typisk brukt, men disse avhenger av lengden av transienten som er nødvendig, og FFT-hastigheten til systemet. Ved å utføre denne prosessen i frekvensdomenet, blir en høy grad av kontroll oppnådd i forhold til de frekvensene som brukes til å danne en transient hendelse, og kjennskap til den transiente spektralstrukturen blir beregnet og bevart for ekstrahering av trekk.

Algoritmen velger adaptivt en eksponensialfaktor i henhold til om en transient blir utløst. Ved omberegning av middelverdiene og medianverdiene, hvis en frekvenscelle er over en deteksjonsterskel, vil det bli brukt en annen verdi for N

(i dette eksempelet er 100N brukt), noe som betyr at den transiente hendelsen er inkludert i den generelle statistikken ved en meget redusert hastighet sammenlignet med de normale hendelsene.

Posisjonen til sprekkhendelsene kan også overvåkes for å muliggjøre kartlegging av sprekker eller sprekktetthet. I et typisk produksjonsmiljø, kan det være flere brønner på det samme olje- eller gassfeltet. Hver brønn tapper ideelt en forskjellig del av feltet. Det er imidlertid mulig at sprekker som er laget i en brønn, fører inn i det samme området som sprekker fra en annen brønn. I dette tilfelle, behøver den nye brønnen ikke å øke produksjonen ettersom enhver produksjon ved den nye brønnen minsker produksjon ved den gamle brønnen. Det er derfor ønskelig å overvåke posisjonen til sprekker. Bruken av et DAS-system gir mulighet til å detektere og overvåke hvor sprekkhendelsen inntreffer i sanntid, for derved å muliggjøre styring av frakturerings- eller oppsprekkingsprosessen.

Det har overraskende vist seg at DAS-systemer kan brukes separat til å detektere P- og S-bølger. P-bølger (trykkbølger eller primærbølger) er longitudi-nale bølger som forplanter seg gjennom faste materialer. S-bølger er skjærbølger eller sekundære bølger som er transversale bølger. En ikke avgjort PCT/GB-patentsøknad nr. 2009/002055, hvis innhold herved inkorporeres ved referanse, beskriver hvordan et DAS-system kan brukes til å detektere P- og S-bølger og skjelne mellom dem. Detektering av S-bølgene for sprekkhendelsen kan gjøre det mulig å bestemme posisjonen. For å bestemme posisjonen til sprekkhendelsen kan flere fiber- og/eller ankomsttids-teknikker brukes som beskrevet i en samtidig inngitt patentsøknad nr. GB0919904.3 hvis innhold herved inkorporeres ved referanse.

Det skal videre bemerkes at S-bølgen som er en transversal bølge, vil ha en skjærretning tilknyttet bølgen. Deteksjon av de forskjellige komponentene i S-bølgen vil muliggjøre en bestemmelse av orienteringen til sprekken. Dette er spesielt nyttig når sprekkene i horisontalplanet ikke blir foretrukket ettersom injisert sand vanligvis er utilstrekkelig til å holde sprekken åpen gitt vekten av fjellet over. En vertikal sprekk blir dermed foretrukket. For å detektere orienteringen til S-bølgen, kan den innkommende bølgen oppløses i komponenter i tre dimensjoner. Ved å arrangere én eller flere avfølingsfibere i tre dimensjoner, kan komponentene til den innfallende bølgen oppløses. Bruken av en fiberoptikk som fortrinnsvis responderer i én retning, kan bidra til å oppløse en innkommende akustisk bølge i dens komponenter som beskrevet i en samtidig inngitt, ikke avgjort patentsøknad med nr. GB0919902.7 (kabelutforming), hvis innhold herved inkorporeres ved referanse.

Overvåkning av innstrømming

Overvåkningen av fluider slik som olje og gass som strømmer inn i en brønn fra nærliggende fjellformasjoner, krever typisk meget større sensitivitet enn noen av de tidligere teknikkene ettersom det søkes etter den karakteristiske lyden av olje eller gass som strømmer inn i foringsrøret, en forholdsvis stille og rolig støytype. Detektering og kvantifisering av områder med innstrømming i en brønn, er mulig ved å analysere et tre-dimensjonalt datasett over detektert aktivitet etter avstand/dybde over en tidsperiode, som kan vises ved å bruke et to-dimensjonalt "waterfair-energikart.

De effektene som er av interesse, er meget subtile og manifisterer seg typisk som variasjoner i støystrukturen i stedet for å være lett skjelnbare trekk over støyen som sett ved perforeringsdeteksjon. Pålitelighet og nøyaktighet for bestem-melsen kan forbedres ved å fremheve områder hvor energien varierer på en karakteristisk måte. Variansstatistikk i stedet for den direkte energien fra hver kanal ble undersøkt over korte tidsperioder og brukt til å fremskaffe indikasjoner på innstrømming. Som vist på fig. 5, viser denne teknikken tydeligere innstrøm-mingsområdet (markert med en pil) og de diagonale strukturene (fremhevet med stiplede linjer) forårsaket av energi eller materiale som beveger seg opp langs røret.

Flere fremgangsmåter for overvåkning og parameterisering er blitt beskrevet ovenfor, og de forskjellige karakteristikkene til de signalene som analyseres (frekvensinnhold, amplitude, signal/støy-forhold) plasserer et bredt område med krav til avfølingsanordningen. På grunn av det store dynamiske område og de forholdsvis høye samplingshastighetene til DAS-overvåkningssystemet kan imidlertid all den ovenfor nevnte overvåkningen og behandlingen utføres ved å bruke det samme systemet som vist skjematisk på fig. 1.

I tillegg, og som nevnt ovenfor, kan utformingen av kanalene også justeres, og forskjellige kanalinnstillinger kan brukes for forskjellige overvåknings- operasjoner. Kanalinnstilingene kan også styres adaptivt som reaksjon på over-våkte data, f.eks. hvis en signifikant sprekktetthet inntreffer ved en viss dybde, kan det være ønskelig å overvåke denne spesielle dybden med høyere oppløsning over en tidsperiode før tilbakevending til den opprinnelige kanalutformingen.

På denne måten kan et komplett overvåkningsprogram kjøres av et enkelt system over en hel sekvens med brønnoperasjoner fra perforering til fluidstrøm-ning. Systemet kan være anordnet for overgang fra en type deteksjon til en annen som reaksjon på detekterte hendelser, og kan adaptivt variere både avfølings- og databehandlingsparametere for en gitt overvåknings/deteksjons-aktivitet.

I tillegg kan DAS-systemet brukes som et middel til å kommunisere med brønnhullssensorer. US2009/0003133 beskriver en fremgangsmåte for overføring av data fra brønnhullssensorer og lignende ved å bruke akustikk i selve forings-røret som et akustisk medium. I stedet kan den akustiske fiberen brukes til å motta kodede akustiske signaler som betyr at signaler med lavere effekt kan overføres på en pålitelig måte.

Det skal bemerkes at foreliggende oppfinnelse er blitt beskrevet ovenfor kun som et eksempel og at modifikasjon av detaljer kan gjøres innenfor oppfin-nelsens ramme.

Hvert trekk som er beskrevet ovenfor, og (hvor det passer) i kravene og på tegningene kan være tilveiebrakt uavhengig eller i en passende kombinasjon.

Claims (22)

1. Fremgangsmåte for brønnovervåkning, omfattende: å utspørre en umodifisert optisk fiber anordnet langs banen til en brønn-boring for å tilveiebringe distribuert akustisk avføling; samtidig sampling av data innsamlet fra et antall tilstøtende partier av fiberen; og å behandle dataene for å bestemme én eller flere brønnparametere.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor behandlingen av dataene innbefatter å detektere en perforeringshendelse, og hvor parameterne innbefatter hastigheten til en akustisk puls i brønnforingen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor behandlingen av dataene innbefatter å detektere i det minste en sprekkhendelse, og hvor parameterne innbefatter minst én av: sprekkens dybde, sprekkdannelseshastighet, lengden av sprekken og sprekktetthet.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor behandlingen av dataene innbefatter å detektere innstrømming av brønnfluid, og hvor parameterne innbefatter innstrøm-mingsmengde og dybde for innstrømmingen.

5. Fremgangsmåte ifølge noen av de foregående krav, hvor behandlingen omfatter å detektere flere hendelsestyper.

6. Fremgangsmåte ifølge noen av de foregående krav, hvor samplingshyppig-heten er større enn eller lik 1 kHz.

7. Fremgangsmåte ifølge noen av de foregående krav, hvor samplingshyppig-heten er større enn eller lik 5 kHz.

8. Fremgangsmåte ifølge noen av de foregående krav, hvor i det minste 100 kanaler blir samplet samtidig.

9. Fremgangsmåte ifølge noen av de foregående krav, hvor minst 250 kanaler blir samplet samtidig.

10. Fremgangsmåte ifølge noen av de foregående krav, hvor kanalene svarer til tilstøtende fiberpartier med en lengde mindre eller lik 10 meter.

11. Fremgangsmåte ifølge noen av de foregående krav, hvor behandlingen av dataene omfatter å utføre transient deteksjon.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor transient deteksjon innbefatter å opp-rettholde et mål for absolutt middelavvik.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, hvor målet på absolutt middelavvik blir oppdatert ved eksponensiell midling ved å bruke et dempeledd, N.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, hvor dempeleddet N kan varieres adaptivt.

15. Fremgangsmåte ifølge noen av de foregående krav, hvor behandlingen av dataene omfatter frekvensanalyse.

16. Fremgangsmåte ifølge noen av de foregående krav, hvor dataene blir behandlet i sanntid.

17. Fremgangsmåte ifølge noen av de foregående krav, videre omfattende justering av utspørringsparametere for å variere de tilstøtende fiberpartiene som dataene blir samplet fra.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17, hvor utspørringsparameterne blir justert adaptivt som reaksjon på detekterte hendelser.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor behandlingen av dataene innbefatter å bestemme responsen på en akustisk stimulus, og hvor parameteren er en brønn-tilstandsprofil.

20. System for brønnovervåkning, hvor systemet omfatter: en fiberoptisk utspørringsanordning innrettet for å tilveiebringe distribuert akustisk avføling på en umodifisert fiber anordnet langs banen til en brønnboring; en samplingsanordning anordnet for å sample et antall kanalutganger fra utspørringsanordningen samtidig for å tilveiebringe akustiske data fra et antall til-støtende partier av fiberen ved et antall tidspunkter; og en dataanalysator innrettet for å behandle de samplede dataene for å detektere brønnhendelser og mate ut parametere i forbindelse med detekterte hendelser.

21. System ifølge krav 20, innrettet for å detektere flere hendelsestyper.

22. System ifølge krav 20 eller krav 21, innrettet for å detektere både sprekkhendelser og fluidinnstrømming.