NO20130247A1 - Oppstilling av akustiske transdusere og fremgangsmåte for estimering av geometrien til et borehull i undergrunnen - Google Patents

Abstract

Foreliggende oppfinnelse vedrører anordninger og fremgangsmåter for å estimere borehullsparametere ved hjelp av et flertall refleksjoner forårsaket av et flertall akustiske pulser. Refleksjonene kan overlappe hverandre og/eller de akustiske pulsene. Fremgangsmåtene kan omfatte: å estimere en omhyllingskurve for det mottatte akustiske signalet ved det minst ene elementet i oppstillingen avtransdusere; og å estimere minst én ankomsttid for minst én av de flere overlappende hendelsene fra omhyllingskurven for de mottatte akustiske signalene, idet ankomsttidene er karakteristiske for borehullets geometri. Fremgangsmåten kan også omfatte: å avbilde borehullsveggen. Anordningen kan innbefatte en oppstilling avtransdusere på en roterbartransduserenhet, der minst ett element i oppstillingen er innrettet for å generere et flertall akustiske pulser og motta refleksjoner, og en prosessor innrettet for å utføre fremgangsmåten.

Description

OPPFINNELSENS OMRÅDE

[0001] Foreliggende oppfinnelse vedrører vedlikehold av borehull med elektriske vaierlinje- eller kabelverktøy og logging-under-boring- (LWD-) verktøy. Mer spesifikt vedrører foreliggende oppfinnelse bruk av akustiske puls-ekko-avbildningsverktøy og prosessering av data innhentet med akustiske avbildnings-verktøy for å estimere parametere vedrørende borehullet og/eller grunnformasjonen.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

[0002] Akustiske puls-ekko-avbildningsverktøy er kjent for fagmannen. Det akustiske puls-ekko-avbildningsverktøyet omfatter vanligvis et roterende hode på hvilket det er anordnet en piezoelektrisk transduser. Transduseren sender periodisk ut en akustisk energipuls på kommando fra en styringskrets i verktøyet. Etter utsending av den akustiske energipulsen kan transduseren bli koblet til en mottakerkrets, som i alminnelighet befinner seg i verktøyet, for å måle et tilbake-gående ekko av den tidligere utsendte akustiske pulsen som er reflektert fra borehullsveggen. Ved å prosessere det reflekterte signalet er det mulig å konkludere informasjon om den akustiske impedansen som kjennetegner miljøet i nærheten av borehullet. Nærmere bestemt er endringer i akustisk impedans diagnostisk for geometrien til borehullet.

[0003] Én enkelt akustisk puls resulterer typisk i et flertall refleksjoner som kan bli mottatt som et signal som skal prosesseres for å estimere ankomsttidene og amplitudene med sterkt varierende amplituder og en sterkt reflekterende karakter. Bruk av én enkelt akustisk puls og så vente på et flertall refleksjoner krever betydelig tid og energi for å evaluere miljøet i nærheten av borehullet. Foreliggende oppfinnelse er rettet mot anordninger og fremgangsmåter for å estimere parametere vedrørende miljøet nær borehullet ved bruk eller hjelp av ankomsttidene og amplitudene til et flertall refleksjoner skapt av et flertall pulser, og således redusere tidsbruken og energikravet.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

[0004] I aspekter vedrører foreliggende oppfinnelse generelt vedlikehold av borehull med elektriske vaierlinje- eller kabelverktøy og logging-under-boring- (LWD-) verktøy. Mer spesifikt vedrører foreliggende oppfinnelse bruk av akustiske puls-ekko-avbildningsverktøy og prosessering av data innhentet med akustiske av-bildningsverktøy for å estimere parametere vedrørende borehullet og/eller grunnformasjonen.

[0005] En utførelsesform av foreliggende oppfinnelse kan omfatte en anordning innrettet for å estimere en geometri til et borehull som gjennomskjærer eller penetrerer en grunnformasjon, anordningen omfattende: en roterbar transduserenhet; en oppstilling av transdusere på den roterbare transduserenheten, der minst ett element i oppstillingen er innrettet for å: generere et flertall akustiske pulser i borehullet og motta et akustisk signal omfattende et flertall overlappende hendelser resultert eller fremkommet fra generering av de flere akustiske pulsene; og minst én prosessor innrettet for å: estimere en omhyllingskurve for det mottatte akustiske signalet ved det minst ene elementet i oppstillingen av transdusere; og estimere minst én ankomsttid for minst én av de flere overlappende hendelsene fra omhyllingskurven til de mottatte akustiske signalene, i det den minst ene ankomsttiden er karakteristisk for borehullets geometri.

[0006] En annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse kan omfatte en fremgangsmåte for å estimere en geometri til et borehull som gjennomskjærer eller penetrerer en grunnformasjon, omfattende å: estimere, med bruk av minst én prosessor, en omhyllingskurve for et akustisk signal mottatt av minst ett element i en oppstilling av transdusere, der det akustiske signalet omfatter et flertall overlappende hendelser resultert eller fremkommet fra et flertall akustiske pulser; og estimere geometrien til borehullet ved bruk eller hjelp av minst én ankomsttid for minst én av de flere overlappende hendelsene fra omhyllingskurven til det mottatte akustiske signalet.

[0007] En annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse kan omfatte et ikke-volatilt datamaskinlesbart mediumprodukt med lagrede instruksjoner som, når de blir eksekvert av minst én prosessor, utfører en fremgangsmåte, fremgangsmåten omfattende å: estimere en omhyllingskurve for et akustisk signal mottatt av minst ett element i en oppstilling av transdusere, der det akustiske signalet omfatter et flertall overlappende hendelser; og estimere en geometri til et borehull ved bruk eller hjelp av minst én ankomsttid for minst én av de flere overlappende hendelsene fra omhyllingskurven til det mottatte akustiske signalet.

[0008] Eksempler på de viktigere trekkene ved oppfinnelsen har blitt sammenfattet nokså generelt for at den detaljerte beskrivelsen av disse som følger skal forstås bedre og for at bidragene de representerer til teknikken skal kunne sees.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0009] For en gjennomgående forståelse av foreliggende oppfinnelse henvises til den følgende detaljerte beskrivelsen av utførelsesformer, sett sammen med de vedlagte tegningene, der like elementer er gitt like henvisningstall, hvor: Figur 1 viser et eksempel på et akustisk puls-ekko-avbildningsverktøy ut-plassert inne i et borehull i samsvar med foreliggende oppfinnelse; Figur 2 viser eksempelet på akustisk puls-ekko-avbildningsverktøy mer detaljert; Figur 3 viser typiske gangbaner for akustisk energi fra det eksemplifiserte verktøyet til borehullsveggen og tilhørende refleksjoner; Figurene 4(a)-(c) viser tre eksempler på et reflektert signal som omfatter et ekkosignal ved forskjellige tidspunkter etter et primærekko; Figurene 5(a)-(b) viser tidsdomene- og frekvensdomenerepresentasjoner av et Cauchy-båndpassfilter; Figurene 6(a)-(b) viser waveleten i figur 4(a) og innfase- og kvadratur-komponentene av dens båndbegrensede Hilbert-transformasjon; Figur 7 viser en detalj i påføringen av innfase- og kvadraturfiltre på refleksjonssignalet i figur 4(a); Figurene 8(a)-(b) viser resultatene av bruk av omhyllingskurve-deteksjons-metoden på signalet i figur 4(c); Figurene 9(a)-(b) viser en ekkodetektor og bruk av denne på dataene i figur 8; Figur 10 viser et verktøy egnet for MWD-operasjoner for avbildning av en borehullsvegg; Figur 11 er et flytdiagram som illustrerer noen av trinnene i en fremgangsmåte ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; Figur 12 er et flytdiagram som illustrerer noen av trinnene i en fremgangsmåte ifølge en annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; Figur 13 grafisk viser akustiske pulser og deres tilhørende refleksjoner generert med bruk av en anordning ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; Figur 14 grafisk viser lydtrykk generert av en faserettet oppstilling ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; Figur 15 grafisk viser lydtrykk generert av en faserettet oppstilling med foku-sering ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; Figur 16 grafisk viser akustiske refleksjoner med estimerte omhyllingskurver ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; og Figur 17 grafisk viser spektral- og wavelet-impulsen til de akustiske refleksjonene ved amplitude og frekvens.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0010] Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt vedlikehold av borehull med elektriske vaierlinje- eller kabelverktøy og logging-under-boring- (LWD-) verktøy. I ett aspekt vedrører foreliggende oppfinnelse estimering av borehullsparametere, så som, men ikke begrenset til (i) størrelse, (ii) form, (iii) akustisk refleksjonsstyrke, (iv) akustisk kontrast mellom borehullsfluid og grunnformasjonen og (v) geometri. I et annet aspekt vedrører foreliggende oppfinnelse generering av bilder av borehullsveggen, herunder, men ikke begrenset til minst én av: (i) et sammensatt (stacked) bilde og (ii) et borehullsveggbilde over en spalte definert av et flertall akustiske pulser. I et annet aspekt vedrører foreliggende oppfinnelse en anordning for estimering av minst én egenskap ved en borehullsvegg og/eller en grunnformasjon ved bruk eller hjelp av overlappende akustiske hendelser, hvor hendelsene kan omfatte akustiske pulser og akustiske refleksjoner. I noen utførel-sesformer kan estimater av borehullsparametere og/eller genererte bilder anvende data fra flere ekkopakker mottatt som følge av refleksjoner fra flere utsendte pulspakker i en pipeline-kjede sendt fra en akustisk transduser. Foreliggende oppfinnelse kan realiseres i forskjellige utførelsesformer. Det er i tegningene vist og vil her bli beskrevet i detalj konkrete utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse, selv om det må forstås at beskrivelsen gitt her er å anse som en illustrasjon av prinsippene i oppfinnelsen, og ikke er ment å begrense oppfinnelsen til det som er illustrert og beskrevet her. Som vil fremkomme kan idéene i foreliggende opp finnelse bli anvendt med en rekke forskjellige brønnverktøy og i alle faser av konstruksjon og produksjon av brønner. Utførelsesformene beskrevet nedenfor er således kun eksempler på mulige anvendelser av foreliggende oppfinnelse.

[0011] Figur 1 viser et eksempel på et akustisk puls-ekko-avbildningsverktøy 10 som det typisk blir anvendt i et borehull 2. Det akustiske puls-ekko-avbildnings-verktøyet 10, også kalt verktøyet 10, kan bli senket til et ønsket dyp i borehullet 2 ved hjelp av en elektrisk wireline (vaierlinje) eller kabel 6 eller som del av en bunnhullsenhet på et stivt eller bøyelig borerør (ikke vist). Kraft for å betjene verktøyet 10 kan bli forsynt av en loggeenhet 8 på overflaten koblet til den andre enden av kabelen 6. Signaler innhentet av verktøyet 10 blir sendt gjennom kabelen 6 til loggeenheten 8 på overflaten for behandling og presentasjon.

[0012] Under prosessen med å bore borehullet 2 blir et foringsrør 4 satt i borehullet 2 og sementert på plass med betong 32. I bunnen av foringsrøret 4 er det en foringsrørsko 11. Boringen av borehullet 2 fortsetter etter sementering av forings-røret 4 inntil et ønsket dyp er nådd. På dette tidspunktet kan verktøyet 10 typisk bli kjørt inn i et åpent hull 13, som er en andel av borehullet 2 dypere ned enn forings-rørskoen 11. Verktøyet 10 blir vanligvis kjørt inn i det åpne hullet 13 for å evaluere en grunnformasjon 16 som gjennomskjæres eller penetreres av borehullet 2. Noen ganger går evalueringen av grunnformasjonen 16 til et grunnere dyp enn forings-rørskoen 11, og fortsetter inn i den delen av borehullet 2 hvor foringsrøret 4 er sementert.

[0013] Verktøyet 10 kan innbefatte en transduserdel 14 fra hvilken en akustisk puls 12 kan bli sendt ut. Den akustiske pulsen 12 kan forplante seg gjennom et fluid 18 som fyller borehullet 2. Fluidet 18 kan omfatte, men er ikke begrenset til én eller flere av: (i) vann, (ii) en vannbasert løsning av passende kjemikalier eller (iii) boreslam. Når den akustiske pulsen 12 treffer veggen i borehullet 2, eller forings-røret 4, blir i hvert fall en del av energien i den akustiske pulsen 12 reflektert tilbake mot verktøyet 10 som en refleksjon 15. Transduserdelen 14 blir da omkoblet slik at den mottar refleksjonen 15 av den akustiske pulsen 12 fra veggen i borehullet 2, eller fra foringsrøret 4. Refleksjonen 15 kan inneholde data som er nyttig for evaluering av én eller flere av: (i) grunnformasjonen 16, (ii) borehullet 2 og (iii) foringsrøret 4.

[0014] Figur 2 viser verktøyet 10 mer detaljert. Verktøyet 10 kan være koblet til den ene enden av kabelen 6 og kan omfatte et hus 20 som inneholder et transduserhode 24 som blir rotert av en elektrisk motor 22. Rotasjon av transduserhodet 24 kan muliggjøre evaluering av hovedsakelig hele periferien til borehullet 2 og/eller foringsrøret 4 ved gjøre det mulig å sikte akustiske pulser 12 mot og motta refleksjoner 15 fra forskjellige vinkelposisjoner rundt aksen til borehullet 2 og/eller foringsrøret 4. Transduserhodet 24 befinner seg inne i en akustisk transparent celle 28. De akustiske pulsene 12 og refleksjonene 15 kan enkelt passere gjennom cellen 28. De akustiske pulsene 12 genereres og refleksjonene 15 mottas av et piezoelektrisk element 26 inneholdt i transduserhodet 24. Det piezoelektriske elementet 26 er laget med et indre fokuseringstrekk slik at de utsendte akustiske pulsene 12 har en ekstremt smal strålebredde, typisk omtrent 8,5 mm. Den smale strålebredden muliggjør høy oppløsning av små trekk i borehullet 2. Det piezoelektriske elementet 26 kan sende ut de akustiske pulsene 12 når den blir aktivisert av elektriske impulser fra en transceiverkrets 21. De elektriske impulsene blir ledet gjennom en elektromagnetisk kobling 23 som muliggjør rotasjon av transduserhodet 24. Etter utsending av den akustiske pulsen 12 blir transceiverkretsen 21 programmert til å motta en tidsvarierende elektrisk spenning 27 generert av det piezoelektriske elementet 26 som følge av at refleksjonene 15 treffer det piezoelektriske elementet 26. Transceiverkretsen 21 kan også omfatte en A/D-omformer 21A innrettet for å omdanne den resulterende tidsvarierende elektriske spenningen 27 til flere tall, som også er kjent som sampler, som representerer størrelsen til den tidsvarierende elektriske spenningen 27 samplet ved atskilte tidsintervaller. De flere tallene kan bli sendt til loggeenheten 8 på overflaten gjennom kabelen 6.

[0015] Figur 3 viser virkeprinsippet til verktøyet 10 mer detaljert i forbindelse med bestemmelse av tykkelsen til foringsrøret 4. Verktøyet 10 kan være opphengt hovedsakelig i midten av borehullet 2. De akustiske pulsene 12 som sendes ut av verktøyet 10 kan forplante seg gjennom fluidet 18 som fyller borehullet 2 inntil de akustiske pulsene 12 treffer foringsrøret 4. Siden lydhastigheten i foringsrøret 4 og fluidet 18 i alminnelighet er nokså forskjellige, oppstår det en akustisk impedansgrense i grenseflaten mellom foringsrøret 4 og fluidet 18. Noe av energien i den akustiske pulsen 12 vil bli reflektert tilbake mot verktøyet 10. Noe av energien i den akustiske pulsen 12 vil gå gjennom foringsrøret 4 til den kommer til grenseflaten mellom foringsrøret 4 og sementen 34 i ringrommet mellom borehullet 2 og foringsrøret 4. Lydhastigheten i sementen 34 og lydhastigheten i foringsrøret 4 er som regel forskjellige, slik at det dannes en ytterligere akustisk impedansgrense. Som ved fluid/foringsrør-grenseflaten kan noe av energien i den akustiske pulsen 12 bli reflektert tilbake mot verktøyet 10, og noe av energien forplanter seg gjennom sementen 34. Energi som reflekteres tilbake mot verktøyet 10 fra den utvendige overflaten av foringsrøret 4 kan bli gjenstand for en ytterligere delvis refleksjon 35 når den kommer til grenseflaten mellom fluidet 18 i borehullet 2 og foringsrøret 4.

[0016] Figurene 4(a-c) viser tre eksempler på forskjellige typer refleksjonssignaler 401 som kan bli mottatt. Figur 4(a) viser to refleksjoner 403, 405 som er klart atskilte og skillbare. Refleksjonen 405 kan for eksempel være en refleksjon fra foringsrør/sement-grenseflaten, mens 403 kan være et signal fra forings-rør/sement-grenseflaten. Andre scenarier er mulige, eksempelvis at refleksjonen 405 er en refleksjon fra et hulrom inne i sementen mens refleksjonen 403 er et reflektert signal fra de innvendige og utvendige veggene av foringsrøret 4. For formålet med foreliggende oppfinnelse omtales refleksjonene 405, 405' og 405 " som sekundære signaler eller ekkoer, mens signalene 403, 403' og 403" omtales som primære signaler. Foreliggende oppfinnelse løser minst to problemer. Det første problemet er det med å estimere egenskapene til et ekko, så som 405, som har en "ringende" karakter når det er klart atskilt fra det primære signalet. Fagmannen som leser den foreliggende beskrivelsen vil forstå at den ringende karakteren til det sekundære signalet 405 er et resultat av den piezoelektriske kilden 26 som blir anvendt for å generere signalet i verktøyet 10. Det andre problemet som løses i foreliggende oppfinnelse er det med å identifisere ankomsten av det sekundære signalet når det er atskilt fra det primære signalet, som i figur 4(a), eller ikke er atskilt fra det primære signalet, som i figurene 4(b) og 4(c).

[0017] Ett punkt å merke seg vedrørende ekkosignalet er at det ser ut som en wavelet med en ukjent omhyllingsfunksjon, en kjent senterfrekvens og en tilnærmesvis kjent båndbredde. Det første problemet kan da beskrives som estimering av waveletens omhyllingskurve, mens det andre problemet kan beskrives som deteksjon av waveletens ankomsttid.

[0018] En effektiv måte å estimere omhyllingskurven til wavelets er å anvende Hilbert-transformasjon. Et akustisk signal f(t), så som det i figur 4(a), kan uttrykkes med hensyn til en tidsavhengig amplitude A(t) og en tidsavhengig fase 0(t) som:

Dens kvadraturtrase f (t) er da:

og den komplekse trasen F(t) er: Dersom f(t) og f (t) er kjent, kan en løse for A(t)

som omhyllingskurven til signalet f(t).

[0019] Ett, ikke-begrensende, eksempel på en måte å bestemme kvadraturtrasen f<*>(t) er ved å anvende Hilbert-transformasjonen:

hvor p.v. representerer prinsipalverdien. Hilbert-transformasjonen krever et bånd-begrenset innsignal og er følsom for bredbåndet støy. Før utførelse av Hilbert-transformasjonen blir det derfor påført et båndpassfilter. I den foreliggende fremgangsmåten blir et Cauchy-filter anvendt som båndpassfilter.

[0020] Figurene 5(a-b) viser representasjoner av to forskjellige Cauchy-filtre i tidsdomenet (figur 5(a)) og i frekvensdomenet (figur 5(b)). Cauchy-filteret i tidsdomenet er gitt ved: En fordel med Cauchy-filteret som kan sees i figurene 5(a), 5(b) er at det ikke er noen rippeler hverken i tidsdomenet eller i frekvensdomenet. Visuell inspeksjon av signalet 405 gir dets tidsintervall og antallet sykluser eller sløyfer i waveleten. Med denne kunnskapen og digitaliseringsintervallet kan Cauchy-filteret genereres.

[0021 ] Figur 6(a) viser waveleten svarende til signalet 405 på en utstrakt skala.

Figur 6(a) viser 100 sampler 601 med en samplingsrate på 4 MHz og viser omtrent 5 til 6 sykluser av waveleten. I noen utførelsesformer kan waveleten bli trunkert for å tilpasse det til prosessorens regnekapasitet. Som et eksempel kan trunkeringen være til 36 sampler. Et Hanning-vindu blir anvendt for å redusere Gibbs-fenomenet som oppstår som følge av trunkeringen.

[0022] Hilbert-transformasjonen blir normalt utført i frekvensdomenet. For å redusere regnebelastningen blir i én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse Cauchy-filteret kombinert med Hilbert-transformasjonen og anvendt på signalet. For å fremskynde beregningen blir Cauchy-Hilbert-båndpassfilteret (CHBP-filter) anvendt i tidsdomenet ved å konvolvere signalet separat med innfasedelen av CHBP-filteret og kvadraturkomponenten av CHBP-filteret. Figur 6(b) viser innfase-komponenten 603 og kvadraturkomponenten 605 av CHBP-filteret.

[0023] Normalisering av forsterkningen til filtrene kan være nødvendig. Denne prosessen er illustrert i figur 7, hvor 701 er resultatet av bruk av kvadratur-komponentfilteret, 703 er inngangssignalet og 705 er resultatet av bruk av innfasedelen (i virkeligheten 180° fase). Ved anvendelse av denne prosessen kan den relative forsterkningen til filtrene bli justert slik at amplitudene til trasene i figur 7 er konsistente.

[0024] Omhyllingen til signalet i figur 4(c) kan bestemmes ved bruk eller hjelp av filtrene avledet over basert på waveleten 801 i figur 8(a). Resultatet er vist i figur 8(b) ved 803. Fagmannen som leser denne beskrivelsen vil forstå at omhyllingskurven har en viss høyfrekvent støy. Denne støyen er et resultat utilstrekkelig undertrykkelse av Gibbs fenomen av Hanning-vinduet. Selv om en liten perturba-sjon av kurven 803 kan sees ved t=200, svarende til et ekko, er ikke perturba-sjonen noe lokalt maksimum, slik at en topplokaliseringsmetode vil ikke detektere dette ekkoet. I én utførelsesform av oppfinnelsen blir derfor første og andre moment fjernet fra omhyllingskurven ved bruk eller hjelp av en Laplace-operator. Laplace-operatoren kan betegnes som:

Dette filteret er veldig følsomt for høyfrekvent støy, slik at en lavpassfiltrering kan bli anvendt før Laplace-operatoren. I én utførelsesform av oppfinnelsen blir et gaussfilter anvendt, slik at kombinasjonen av Gauss-Laplace-operatoren kan skrives som:

[0025] I dette eksempelet inneholder wavelet-energipakken omtrent 5 til 6 sykluser (6 sykluser med 100 sampler for dette tilfellet). Et symmetrisk filter er nødvendig for å bevare faseinformasjon. I én utførelsesform er filterlengden valgt slik at det gir 5 sykluser med 79 sampler. Igjen blir en Hanning-vindusfunksjon lagt til på gaussfilteret for å redusere Gibbs fenomen. Resultatet av bruk av Gauss-Laplace-operatoren 901 på dataene i 803 er vist i figur 9(b) som ekko 905. To ekko fremgår klart. Tidene til de to ekkoene gir refleksjonstidene.

[0026] Beskrivelsen over har vært for et bestemt vaierlinje- eller kabelverktøy anvendt for avbildning av borehullsvegger og for analyse av sementbindingskvalitet. Prinsippene skissert over kan også bli anvendt i MWD-operasjoner for avbildning av borehullsvegger. Figur 10 viser et tverrsnitt av et akustisk rørstykke som kan bli anvendt for å bestemme formasjonsdensitet. Vektrøret er betegnet som 1003 og borehullsveggen som 1001, og de er atskilt av en avstand D. En akustisk transduser 1007 er plassert inne i et hulrom 1005. Én ende av hulrommet har en metall-plate 1009 med kjent tykkelse d, trykkbølgehastighet og densitet. Hulrommet er fylt med et fluid med kjent densitet og trykkbølgehastighet. Akustiske pulser generert av transduseren 1007 og reflektert av borehullsveggen 1001 er det ønskede ekkoet, og refleksjoner fra platen 1009 forstyrrer deteksjonen av det ønskede ekkoet. Denne konkrete løsningen er beskrevet i US-patentsøknaden 11/447,780 til Chemali m.fl., som er overdratt til samme som foreliggende oppfinnelse og som inntas her som referanse i sin helhet. Transduseren til Chemali kan erstattes med en oppstilling (eller en faserettet oppstilling) av transdusere som beskrevet over.

[0027] Problemet med forstyrrende signaler møtes også i US-patentet 7,311,143 til Engels m.fl., som er overdratt til samme som foreliggende oppfinnelse og som inntas her som referanse i sin helhet. Engels viser en fremgangsmåte og et apparat for å generere og måle skjærbølger i et brønnforingsrør for å lette analyse av brønnforingsrør, sement og formasjonsbinding. En akustisk transduser 1007 er tilveiebragt som er magnetisk koblet til brønnforingsrøret og består av en magnet kombinert med en spole, hvor spolen er koblet til en elektrisk strøm. Den akustiske transduseren 1007 er i stand til å generere og motta forskjellige bølgeformer, herunder trykkbølger, skjærbølger, Rayleigh-bølger og Lamb-bølger etter hvert som verktøyet beveges gjennom deler av brønnforingsrøret. De forskjellige typene bølger forplanter seg med forskjellige hastigheter og kan således forstyrre hverandre. I Engels trenger ikke de mottatte signalene være ekko, men kan i stedet bare være forskjellige bølgemoder som forplanter seg med forskjellige hastigheter i foringsrøret i lengde- og/eller ringretningen. For formålene med foreliggende oppfinnelse skal betegnelsen "ankomst" forstås å omfatte både ekko og signaler som forplanter seg i foringsrøret.

[0028] Figur 11 er et flytdiagram som sammenfatter et eksempel på en fremgangsmåte ifølge én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Med start med et første signal 1101 for hvilket ankomsten er tydelig identifiserbar, blir en wavelet 1103 trukket ut. Basert på waveletens egenskaper blir Cauchy-waveletpar for Hilbert-transformasjonen definert 1105. Cauchy-waveletparet blir anvendt 1109 på et andre signal 1107 for hvilket ankomstene ikke er tydelig identifiserbare, og en om-hylling blir estimert 1111 for det andre signalet. En Gauss-Laplace-operator blir anvendt 1113 på omhyllingen og enkeltankomster blir detektert 1115.

[0029] Basert på gangtider og amplituder for de detekterte ankomstene er det ved bruk eller hjelp av kjente metoder så mulig å bestemme én eller flere av følgende: (i) tykkelsen til foringsrøret, (ii) den akustiske impedansen til sementen nærved foringsrøret, (iii) posisjonen og størrelsen til et hulrom i sementen og (iv) posisjonen og størrelsen til en ufullkommenhet i foringsrøret.

[0030] Figur 12 er et flytdiagram som sammenfatter et eksempel på en fremgangsmåte 1200 ifølge en annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. I trinn 1210 blir et flertall akustiske pulser sendt ut av transduseren 1007 (figur 10). I trinn 1220 blir et akustisk signal generert av transduseren 1007 som reaksjon på mottak av et flertall refleksjoner forårsaket av de flere akustiske pulsene. I trinn 1230 kan en omhyllingskurve for det akustiske signalet bli estimert av minst én prosessor. I trinn 1240 kan minst én parameter vedrørende borehullet bli estimert ved bruk eller hjelp av minst én ankomsttid for det akustiske signalets omhyllingskurve. I trinn 1250 kan en egenskap ved grunnformasjonen bli estimert ved bruk eller hjelp av amplituden til minst én av refleksjonene. I trinn 1260 kan et sammensatt bilde av borehullsveggen bli generert ved bruk eller hjelp av de flere refleksjonene. I trinn 1270 kan et bilde av borehullsveggen over en spalte definert av de flere akustiske pulsene bli generert ved bruk eller hjelp av de flere refleksjonene. I noen utførelsesformer kan ett eller flere av trinnene 1250, 1260 og 1270 bli utført. De flere akustiske pulsene kan være tett nok sammen i tid til at refleksjonene av pulsene kan overlappe når de returnerer til transduseren (eller en oppstilling av transdusere). I noen utførelsesformer kan de flere akustiske pulsene være atskilt slik at refleksjoner fra akustiske pulser i begynnelsen av de flere akustiske pulsene kan ankomme før utsendingen av de flere akustiske pulsene er avsluttet, slik at utførelsen av trinn 1220 kan begynne før trinn 1210 er ferdig. Borehullsparametere som estimeres kan omfatte, men er ikke begrenset til én av: (i) størrelse, (ii) form, (iii) akustisk refleksjonsstyrke, (iv) akustisk kontrast mellom borehullsfluid og grunnformasjon og (v) geometri. Det akustiske signalet kan bli filtrert før eller under prosessering.

[0031] Figur 13 er en graf av de akustiske pulsene og deres refleksjoner som følge av de pipelinede pulsene mottatt av en faserettet oppstilling. Fem akustiske pulser 1310 er vist, etterfulgt av deres tilhørende ekko 1320.

[0032] Som vil forstås av fagmannen som leser den foreliggende beskrivelsen vil amplituden til hendelsene avhenge av kontrasten i akustisk impedanskontrast mellom fluidet i borehullet og grunnformasjonen. Et bilde av amplitudene til hendelsene gir således en indikasjon om den akustiske impedansen til borehullsveggen. Siden borehullfluidets egenskaper er forholdsvis konstante over mange meter eller titalls meter langs dypet i borehullet, gir bildet av amplitudene også en indikasjon om hastigheten i grunnformasjonen.

[0033] Når målinger gjøres i en MWD-modus, er rotasjonshastigheten til transduseren den samme som rotasjonshastigheten til vektrøret. En viktig fordel med fremgangsmåten redegjort for over ligger således i en forbedring av signal/støy-forholdet til bildene av borehullsveggen. Gangtidsmålingene kan bli anvendt for å estimere hvor bunnhullsenheten befinner seg i borehullet og borehullets geometri ved anvendelse av fremgangsmåten vist i US-patentet 7,548,817 til Hassan m.fl., som er overdratt til samme som foreliggende oppfinnelse og som inntas her som referanse i sin helhet. Som angitt i Hassan gjøres en stykkevis elliptisk tilpasning til gangtidsmålingene. Dette innebærer hovedsakelig transformasjon av gangs-tidsmålingene (som er i et verktøysentrert polarkoordinatsystem) til et fast kartesisk koordinatsystem.

[0034] Figur 14 er en graf som viser et eksempel på et bilde av lydtrykk 1400 generert av en faserettet oppstilling med tre pulspakker. Her er pulspakkene rettet mot forskjellige steder på borehullets overflate 1001, og en bred vinkel 1420 dannes derfor av pulsene. Pulsene går fra vektrøret 1003 til borehullsveggen 1001. Topper 1410 kan bli generert som følge av pulser, pulsrefleksjoner eller kombinasjoner av dette. Ufokuserte pulser eller en bredvinklet fordeling av pulser kan bli anvendt for å oppnå en bredere asimutdekning og redusere loggetiden.

[0035] Figur 15 er en graf som viser et eksempel på et bilde av lydtrykk 1500 generert av en faserettet oppstilling når fem pulspakker fokuseres slik at de rettes mot samme sted på borehullets overflate 1001. Her er pulsepakkene fokusert, noe som resulterer i en smal vinkel 1520 når pulsene går fra vektrøret 1003 til borehullsveggen 1001. Topper 1510 kan bli generert som følge av pulser, pulsrefleksjoner eller kombinasjoner av dette. Fokuserte pulser kan bli anvendt for å bedre signal/støy-forholdet.

[0036] Figur 16 viser eksempler på signaler forårsaket av refleksjoner 1610 mottatt av åtte transdusere 1620. Hver transduser blir pulset med en sekvens på fem pulser. For hver akustiske refleksjon 1630 har signalet 1640 en estimert omhyllingskurve 1650. Når de akustiske pulsene retningsstyres eller fokuseres, kan deres respektive refleksjoner 1630 returnere på forskjellige tidspunkter. Dette kan sees ved å sammenlikne den ledende refleksjonen 1660 for en ytre transduser med den ledende refleksjonen 1670 for en indre transduser. Forskjellen i gang-avstand kan resultere i en lengre gangtid for en refleksjon som returnerer til en ytre transduser enn en indre transduser. Med en ytre transduser menes her en transduser med en lengre ganglengde fra et gitt fokuspunkt enn en indre transduser. I figur 16 representerer de ytterste sporene (2 og 16 langs x-aksen) ytre transdusere og ganglengden avtar innover mot sporene 8 og 10. Videre prosessering omfatter sammensetting (stacking) av de individuelle omhyllingskurvene 1650 med bruk av samme stråleretningsstyring som anvendes for å aktivere den enkelte transduser.

[0037] Figur 17 viser en sammensatt refleksjon i en spektralform 1710 med en wavelet 1720 som angir de generelle signalamplitudekonturene over et frekvens-område.

[0038] Implisitt i prosesseringen av dataene er bruk av et dataprogram realisert på et passende maskinlesbart medium som setter prosessoren i stand til å utføre styringen og prosesseringen. Det maskinlesbare mediet kan omfatte ROM, EPROM, EAROM, flashminner og optiske platelagre. Formasjonsegenskapene som bestemmes kan bli registrert på et passende medium og anvendt for etter-følgende prosessering etter at bunnhullsenheten er hentet opp. Formasjonsegenskapene som bestemmes kan også bli sendt oppihulls gjennom telemetri for fremvisning og analyse.

[0039] Selv om beskrivelsen over er rettet mot de foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen, vil forskjellige modifikasjoner sees av fagmannen. Det er meningen at alle variasjoner skal inkluderes av beskrivelsen over.

Claims (21)

1. Anordning innrettet for estimering av en geometri til et borehull som gjennomskjærer en grunnformasjon, anordningen omfattende: en roterbar transduserenhet; en oppstilling av transdusere på den roterbare transduserenheten, der minst ett element i oppstillingen er innrettet for å: generere et flertall akustiske pulser i borehullet, og motta et akustisk signal omfattende et flertall overlappende hendelser fremkommet fra generering av de flere akustiske pulsene; og minst én prosessor innrettet for å: estimere en omhyllingskurve for det mottatte akustiske signalet ved det minst ene elementet i oppstillingen av transdusere; og estimere minst én ankomsttid for minst én av de flere overlappende hendelsene fra omhyllingskurven til de mottatte akustiske signalene, der den minst ene ankomsttiden er karakteristisk for borehullets geometri.

2. Anordning ifølge krav 1, hvor oppstillingen av transdusere videre omfatter en faserettet oppstilling.

3. Anordning ifølge krav 1, hvor den minst ene prosessoren videre er innrettet for å: estimere en egenskap ved grunnformasjonen ved bruk eller hjelp av en amplitude til minst én av de flere overlappende hendelsene.

4. Anordning ifølge krav 1, hvor den minst ene prosessoren videre er innrettet for å: generere et sammensatt bilde av en borehullsvegg, idet de flere overlappende hendelsene omfatter et flertall refleksjoner.

5. Anordning ifølge krav 1, hvor den minst ene prosessoren videre er innrettet for å: generere et bilde av en borehullsvegg over en spalte definert av de flere akustiske pulsene.

6. Anordning ifølge krav 1, hvor den minst ene prosessoren videre er innrettet for å: estimere posisjonen til den roterbare transduserenheten inne i borehullet.

7. Anordning ifølge krav 1, hvor den roterbare transduserenheten er innrettet for å bli fraktet inn i borehullet på én av: (i) en kabel eller vaierlinje og (ii) en bunnhullsenhet på et borerør.

8. Anordning ifølge krav 1, hvor det minst ene elementet i oppstillingen videre omfatter et flertall elementer, og hvor den minst ene prosessoren videre er innrettet for å kombinere omhyllingskurven til motsvarende hendelser i tilknytning til hvert av elementene i oppstillingen ved bruk eller hjelp av stråleretningsstyring.

9. Fremgangsmåte for å estimere en geometri til et borehull som gjennomskjærer en grunnformasjon, omfattende trinnene med å: estimere, ved bruk eller hjelp av minst én prosessor, en omhyllingskurve for et akustisk signal mottatt av minst ett element i en oppstilling av transdusere, det akustiske signalet omfattende et flertall overlappende hendelser fremkommet fra et flertall akustiske pulser; og estimere geometrien til borehullet ved bruk eller hjelp av minst én ankomsttid for minst én av de flere overlappende hendelsene fra omhyllingskurven for det mottatte akustiske signalet.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, videre omfattende trinnet med å: motta det akustiske signalet.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9, videre omfattende trinnet med å: estimere en egenskap ved grunnformasjonen ved bruk eller hjelp av en amplitude til minst én av de flere overlappende hendelsene.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor de flere overlappende hendelsene omfatter et flertall refleksjoner.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, videre omfattende trinnet med å: generere et sammensatt bilde av en borehullsvegg ved bruk eller hjelp av de flere refleksjonene.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12, videre omfattende trinnet med å: generere et bilde av en borehullsvegg over en spalte definert av de flere akustiske pulsene ved bruk eller hjelp av de flere refleksjonene.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 9, videre omfattende trinnet med å: generere de flere akustiske pulsene i borehullet.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, omfattende trinnet med å anvende, for å generere de flere akustiske pulsene, minst ett element i en oppstilling av transdusere på en roterbar transduserenhet.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16, videre omfattende trinnet med å: estimere posisjonen til den roterbare enheten inne i borehullet.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 16, videre omfattende trinnet med å: frakte den roterbare transduserenheten inn i borehullet på én av: (i) en kabel eller vaierlinje og (ii) en bunnhullsenhet på et borerør.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 9, videre omfattende trinn med å: estimere en omhyllingskurve for et akustisk signal mottatt av hvert element i oppstillingen og kombinere de estimerte omhyllingskurvene ved bruk eller hjelp av stråleretningsstyring.

20. Ikke-volatilt datamaskinlesbart mediumprodukt med lagrede instruksjoner som når de blir eksekvert av minst én prosessor, utfører en fremgangsmåte, fremgangsmåten omfattende trinnene med å: estimere en omhyllingskurve for et akustisk signal mottatt av minst ett element i en oppstilling av transdusere, det akustiske signalet omfattende et flertall overlappende hendelser; og estimere en geometri til et borehull ved bruk eller hjelp av minst én ankomsttid for minst én av de flere overlappende hendelsene fra omhyllingskurven for det mottatte akustiske signalet.

21. Ikke-volatilt datamaskinlesbart mediumprodukt ifølge krav 20, videre omfattende minst én av: (i) et ROM, (ii) et EPROM, (iii) et EEPROM, (iv) et flashminne, og (v) et optisk platelager.