NO308273B1 - Bæreenhet for strÕlingskilde til brønnlogging omfattende en hovedsakelig stiv stang - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse har befatning med fremgangsmåter og apparatur for måling av undergrunnens egenskaper, basert på strålingskarakteristika. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en strålingskildebærer som kan opphentes fra det indre av en anordning for logging under boring i en brønnkanal.

Under boring av en olje- eller gassbrønn blir det typisk foretatt suksessive målinger av ulike borehulltilstander og egenskaper hos undergrunnen som gjennomtrenges av en borkrone som gradvis skaper et borehull. Tidligere har mange av disse målinger ikke kunnet gjennomføres, med mindre borstrengen var midlertidig fjernet fra borehullet, mens én eller flere vaieroperasjoner ble utført i det åpne borehull.

Det har vært fremsatt forskjellige forslag for gjennomføring av én eller flere av disse målinger, uten at borstrengen må fjernes. I US-patentskrift 3.112.442 er det således beskrevet et selvstendig instrument med hensiktsmessig krafttilførsel og innbefattende en skriver og forskjellige elektriske og/eller radioaktivitets-følere som kan forflyttes gjennom den langsgående kanal i en borstreng og plasseres på et monteringssete umiddelbart over borkronen. Etter at en rekke målinger er gjennomført, blir en kabeltilkoplet fiskemuffe nedført gjennom borstrengen og forbundet med en fiskehals på den øvre ende av instrumenthuset, slik at instrumentet kan tilbakeføres til overflaten, for analysering av målingene.

Fra US-patentskrift 3.209.323 er det kjent en lignende anordning for overføring av registrerte målinger til overflaten gjennom en loggingskabel som er forbundet med en fiskemuffe med en vikling som induktivt sammenkoples med en motsvarende vikling i en fiskehals på instrumentet. I US-patentskrift 3.186.222 er det foreslått en selvstendig målingsenhet med elektriske- og/eller radioaktivitets-sensorer som er montert på den nedre ende av en borstreng, umiddelbart over borkronen. Utgangssignalene fra målingsenheten blir derved omformet til suksessive og vekselvis polariserte, elektromagnetiske pulser som overføres langs borstrengveggene til overflatedetektorer ved hjelp av selvstendige repeterstasjoner som med mellomrom er parvis innkoplet i borstrengen. Da de radioaktivitets-loggingsanordninger som er beskrevet i ovennevnte patentskrifter, er konstruert for måling utelukkende av den naturlige gammastråling fra undergrunnen, vil disse anordninger ikke kreve en radioaktivitetskilde.

Mange av problemene i tilknytning til forskjellige, kjente systemer er ihvertfall delvis avhjulpet med ulike verktøy for måling under boring (MWD) eller logging under boring (LWD). Med introduksjonen av MWD-verktøy som i dag er kommersielt tilgjengelige, kan det til overflaten overføres én eller flere sanntids-brønnhullmålinger, uten å avbryte boringen av et hull. Som mer detaljert beskrevet, eksempelvis i US-patentskrift 3.855.857, kan det angjeldende MWD-verktøy måle brønnhull-tilstander såsom borkronebelastning, vridningsmoment som virker mot kronen, borehullets retningsvinkel og hellingsvinkel, borehulltrykk og -temperatur, slam-motstand og forskjellige karakteristika for undergrunnen som gjennomtrenges av borkronen. Utgangssignalene fra de ulike sensorer overføres til kretser som selektivt kontrollerer en akustisk brønnhull-signalsender i verktøyet, for suksessiv overføring av kodede datasignaler representerende disse sanntids-målinger, gjennom slamstrømmen i borestrengen til egnet sporings- og registreringsapparatur ved overflaten.

Flere MWD-verktøy har vært foreslått for sanntids-målinger av forskjellige radioaktivitets-karakteristika hos den undergrunn som gjennomtrenges av borkronen. Da det for måling av naturlig gammastråling bare kreves en gammastråledetektor og typiske kretser for styring av signalavgiveren, har det ikke vært vanskelig å frembringe MWD-verktøy med denne instrumentering. Typiske MWD-verktøy for slik anvendelse er kjent, eksempelvis fra US-patentskrift 4.520.468 samt figur 4 i US-patentskrift 3.255.353. For derimot å måle andre radioaktivitets-karakteristika hos undergrunnen må det, som vist i figur 1 i sistnevnte patentskrift, benyttes et MWD-verktøy med en egnet strålingskilde, f.eks. en radioaktiv, kjemisk kilde. Da målingen av formasjonsdensiteten vanskeliggjøres av borehullfuider, som omtalt f.eks. i US-patentskrift 4.596.926, har det vært foreslått at virkningen av fluidene skal kompenseres ved opprettelse av en rekke radioaktive kilder og strålingsdetektorer rundt verktøyhuset.

Et annet, tidligere forsøk på å foreta nukleær formasjonsevaluering under boring er beskrevet i US-patentskrift 4.596.926, 4.698.501 og 4.705.944. Ifølge nevnte patentskrifter vil den beskrevne apparatkonstruksjon plassere kjernekilden i lommer på yttersiden av et vektrør. Tre uavhengige målinger gjennomføres i tilfelle av at kilden løsner under boringen. Selv om disse forholdsregler synes å redusere risikoen for å miste en kilde i brønnen, må det antas at innføringen av kilden i lommen og fjerningen fra denne er en meget tid- og innsatskrevende prosess som kan utsette operatørene for en betydelig strålingsmengde. Dessuten kan tiden som medgår for å fjerne kilden fra verktøyet ved tilbakeføring til jordoverflaten øke betraktelig, hvis boreprosessen og borehullmiljøet har medført beskadigelse av vektrøryttersiden og/eller kildelommen.

Hver gang et MWD-verktøy anvendes i en boreprosess, er det alltid risiko for at verktøyet uheldigvis blir fastsittende i borehullet. Hvis verktøyet eller borstrengen fastkiles, kan det være nødvendig å løsgjøre og opphente den øvre del av borstrengen, og deretter anvende en eller flere "fiske"-metoder for tilbakehenting av den øvrige del av borstrengen, innbefattende MWD-verktøyet, fra borehullet, innen boringen kan gjenopptas. Slike fiskeprosesser kan imidlertid påføre et MWD-verktøy kraftige slag som kan påføre verktøyets innerkomponenter alvorlige skader. Hvis således et MWD-verktøy som er forbundet med en kjemisk, radioaktiv kilde blir fastkilt i slik grad at verktøyet ikke lett kan tilbakehentes, er det risiko for at dekselet rundt kilden kan sprekke i løpet av en fiskeprosess. I et slikt tilfelle kan borehullfluidene forurenses, hvilket medfører risiko ved håndtering av det beskadigede verktøy, når dette tilbakehentes fra overflaten, eller hvis borehullfluidene strømmer tilbake til riggen med tilhørende overflateutstyr. Hvis det kildeforsynte MWD-verktøy ikke kan tilbakehentes, må dessuten forskjellige, kostbare miljøbeskyttelsesprosesser gjennomføres. Slike risikomomenter må derfor alltid tas i betraktning, når forholdene ved et borehull er slik at et kildeforsynt MWD-verktøy kan bli fastsittende.

For å avhjelpe slike problemer, har det vært fremsatt forskjellige forslag til frembringelse av selvstendige instrumenter som kan beveges gjennom borstrengen og plasseres midlertidig i en av vektrørene umiddelbart ovenfor borkronen. I US-patentskrift 4.041.780 er det eksempelvis beskrevet et selvstendig loggingsinstrument som kan pumpes gjennom borstrengen til et monteringssete som er midlertidig installert i den nedre ende av borstrengen. Det antas imidlertid å være en hovedulempe ved dette instrument, at borkronen må midlertidig utskiftes mot overgangsdelen som er forbundet med monteringssetet, når en rekke målinger skal foretas. Da hver målingsserie krever to fullstendige rundturer av hele borstrengen, vil det som oftest være adskillig mer praktisk å benytte et kabeltilknyttet loggingsverktøy, for å utføre disse målinger mens borstrengen er ute av borehullet.

US-patentskrift 4.550.392 beskriver også et lignende, selvstendig instrument som kan føres inn i og ut av borstrengen ved hjelp av en kabel. Men selv om dette instrument blir installert og fjernet mens borstrengen og borkronen befinner seg i borehullet, vil visse radioaktivitets-karakteristika hos formasjonen ikke kunne måles effektivt, fordi instrumentets sensorer befinner seg inne i en tykkvegget borstreng. Etter at instrumentet er fjernet fra borstrengen, må dessuten boringen fortsettes uten fordelen av ytterligere borehullmålinger.

I US-patentskrift 4.814.609, 4.845.359 og 4.879.463 hvortil det henvises i deres helhet, er det beskrevet ulike versjoner av nukleære verktøy for måling under boring, som er anordnet for å koples til en borstreng, for gjennomføring av formasjonsevalueringen. Et særtrekk ved disse verktøy er at det er anordnet en tilbakehentbar kildebærer, innbefattende en eller flere radioaktive kilder og samvirkende montert for å beveges gjennom det indre av en borstreng til en valgt stasjon i verktøyhuset. I kildebæreren inngår fortrinnsvis en relativt stiv metallkabel som sammenkopler de radioaktive kilder. Ved anvendelse av en slik kildebærer er det mulig å innføre kildene i verktøyet eller fjerne dem fra dette, mens verktøyet er plassert under boreriggdekket, hvilket i stor grad forebygger sterk stråling på riggdekket. Dessuten vil en slik kildebærer gjøre det mulig å fjerne de radioaktive kilder fra verktøyet, dersom dette fastkiles i borehullet. Det anvendes en kabeltransportert fiskemuffe, eksempelvis for å tilbakehente kildebæreren. Det norske patent NO 172 701 beskriver en tilbakehentbar kildebærer for bruk i et nukleært loggings-under-boringsverktøy som omfatter én eller flere radioaktive kilder. Bæreren er innrettet for å bli beveget gjennom det innvendige i en borestreng til en valgt posisjon. Bæreren omfatter en relativt stiv metallkabel som forbinder overflatene.

MWD-verktøyet og den tilbakehentbare kildebærer som er beskrevet i ovennevnte patentskrifter, er ytterst driftssikre og gir hittil uovertruffet sikkerhet. Det er imidlertid konstatert, at med den eksisterende utforming av kildekanalen og kildeopptakersonen i verktøyet, kan faste partikler som vanligvis forekommer i boreslammet, inntrenge i kildekanalen og opptakersonen, og sammenpakkes rundt kildebæreren. I visse tilfeller kan disse partikler i noen grad vanskeliggjøre fjerningen av kildebæreren fra verktøyet. Det har dessuten vist seg, at i noen tilfeller kan den nedre kildeholder delvis fylles med partikkelmaterialer som forekommer i boreslammet og som kan hindre riktig innplassering av den nedre kilde i holderen, med derav følgende mulighet for unøyaktige formasjonsmålinger. Denne risiko for unøyaktig kildeplassering blir ytterligere øket på grunn av at kabelen som forbinder kildene med hverandre, er utsatt for trykkdeformering eller "fugleburdannelse", hvis faste partikler delvis blokkerer eller avsettes i den nedre opptakersone og derved forhindrer at den nedre kilde bringes fullstendig i sin riktige stilling i den nedre kildeholder.

På bakgrunn av det ovennevnte er det et hovedformål ved oppfinnelsen å frembringe en LWD-apparatur med én eller flere strålingsdetektorer som er samvirkende anordnet i en rørdel, for måling av ett eller flere radioaktivitets-karakteristika hos tilstøtende undergrunn, med en tilbakehentbar kilde-bæreenhet som mer lettvint kan innføres i rørdelen, eller fjernes fra denne, på slik måte at personell på boreriggen vil utsettes for utstråling fra kildene i så liten grad som rimelig mulig.

Et annet formål ved oppfinnelsen er å frembringe en nukleær LWD-apparatur med en tilbakehentbar kilde-bærerenhet som mer lettvint kan fjernes og tilbakehentes fra verktøyet under en boreprosess, dersom borstrengen og LWD-apparaturen blir fastsittende i brønnen.

Et annet formål ved oppfinnelsen er å frembringe et nukleært LWD-verktøy med en innvendig kildekanal og kildeopptakersone som stort sett vil motstå avleiring av oppsamlede, slam-medførte partikkelmaterialer under drift.

Et annet hovedformål ved oppfinnelsen er å frembringe en kilde-bæreenhet for anvendelse i et nukleært LWD-verktøy, hvor kildene er sammenføyd gjennom en fast men fleksibel del med en stort sett glatt ytterside som stort sett vil motstå avleiring av oppsamlet partikkelmateriale.

Et ytterligere formål ved oppfinnelsen er å frembringe en kilde-bæreenhet for anvendelse i et nukleært LWD-verktøy, hvor kildene er sammenføyd gjennom en fast men fleksibel del av slik høy trykkfasthet, at den ikke vil deformeres under påvirkning av normale trykkrefter. Enda et formål med den foreliggende oppfinnelsen er å fremskaffe en kildebærersammenstilling for bruk i et nukleært LWD-verktøy der kildene huses i kildehus forbundet av en metallstang med en tilstrekkelig trykkfasthet til å motstå deformasjon når denne utsettes for krefter i forbindelse med innsettingsmotstand av kildebærersammenstillingen inn i et loggings-under-boringsverktøy, mens det fortsatt er tilstrekkelig fleksibelt til å bøye seg og å samsvare med konfigurasjonen i en strålingskildepassasje inne i verktøyet.

Strålingskildebæreren og den indre kildekanal ifølge oppfinnelsen er tenkt anvendt i tilknytning til et nukleært verktøy for logging under boring (LWD). I et representativt LWD-verktøy er, kort uttrykt, en første gruppe av detektorer som er følsomme overfor sekundærstråling, innmontert i det rørformede verktøyhus i en første sone i avstand fra en nøytronstrålingskilde, og avgir et signal som angir den registrerte sekundærstråling. Uttrykket "sekundærstråling" er i denne forbindelse benyttet enten om nøytroner (f.eks. termiske eller epitermiske nøytroner) som er spredt i formasjonen, eller gammastråler som skyldes nøytronoppfanging grunnet kjernepartikler i formasjonen. Et andre og lignende sett av detektorer er anbragt i en andre, adskilt sone, for å muliggjøre den kjente metode for borehullkompensering. I dette første og andre detektorsett kan inngå termiske eller epitermiske nøytrondetektorer (f.eks. gassrør av helium 3- eller bortrifluorid-typen eller sintilator/fotomultiplikatorkombinasjoner omfattende plastsintilatorer eller litiumglass-basert sintilatorer) eller gammastråledetektorer (f.eks. GM-rør eller sintilator/fotomultiplikatorkombinasjoner av natriumiodid- eller sesiumiodid-sintilatortypen). Hvert detektorsett kan være anordnet i en sirkelformet rekke med en midtre og indre, sylindrisk, termisk nøytronskjerm som tillater nedadstrømming av borefluid gjennom rekkens midtparti. I rekken kan det inngå minst to forskjellige typer av detektorer, for innhenting av størst mulig informasjonsmengde. Hvis de to typer av detektorer består av GM-rør (som registrerer gammastråleoppfanging) og He 3-detektorer (som registrerer spredte nøytroner), kan signaler fra de to detektorsett kombineres for indikering av klor i formasjonen.

I den ovennevnte LWD-apparatur inngår også en gammastrålekilde som er plassert mot rørdelens innerside i en aksialposisjon som adskiller seg fra nøytronkildens posisjon. Første og andre gammastråle-detektorsystemer, enten med sintilasjonskrystaller som er koplet til fotomultiplikatorrør eller GM-rør, er anordnet i forskjellige avstander fra gammastrålekilden. Disse detektorer er fortrinnsvis eksentrisk plassert mot siden av innerkanalen i rørdelen. Da gammastrålekilden og detektorene befinner seg på innersiden av verktøyrørdelen, kan gammastråleavskjerming opprettes bak detektorene, mens rørdelen er forsynt med gjennomgående, gammastråletransparente vinduer for de utgående og tilbakevendende gammastråler. En fluidavsperrer, f.eks. en stabilisator med blader, kan være utvendig plassert ved vindussonen, og kan også være forsynt med tilsvarende vinduer. Derved kollimeres kilden og detektoren, slik at vertikal-og periferioppløsningen forbedres betydelig mens vektrøret roterer under boringen. Det kan være anordnet midler for frembringelse av et signal som en funksjon av vinkelposisjonen, ved sporing av dreiestillingen og over-ensstemmende registrering av de innhentede data.

I den nukleære LWD-loggingsapparatur er både nukleære nøytron- og gammastrålekilder innmontert i et sylindrisk vektrør og samvirkende anordnet, slik at kildene kan innføres aksialt i en ende av vektrøret, og uttrekkes fra denne. Nøytron- og gammastrålekildene er innplassert i en tilbakehentbar kildebærer ifølge oppfinnelsen, som fortrinnsvis er utstyrt med et sokne- eller oppfiskingshode på sin øvre ende. De to kildeytterhus er sammenkoplet gjennom en fast men fleksibel stang av et materiale, såsom titan eller berrylkobber, av høy styrke og lav elastisitetsmodul. I en foretrukket versjon er den massive stang innkapslet i et hylster av høyverdig termoplastmateriale, såsom polyeterterketon (PEEK) eller polyetersulfon (PES). Hylsteret danner en kildebærer av stort sett konstant diameter mellom kildehusene, og med en glatt ytterflate som stort sett vil forhindre avleiring rundt kildebæreren av partikkelmateriale som forekommer i borefluidet. Ytterhylsteret vil dessuten gi kildebæreren en lavfriksjons-ytterflate som gjør det betydelig lettere å innføre bæreren i verktøyets kilde-innerkanal og uttrekke verktøyet fra kanalen.

Ved en foretrukket utførelsesform ifølge oppfinnelsen står verktøyets kilde-innerkanal i fluidforbindelse med høytrykkslammet i vektrøret, med henblikk på trykkutjevning. Kildebærerens øvre seksjon eller endedeksel og den øvre seksjon av verktøyets kilde-innerkanal er samvirkende anordnet, slik at en liten del av boreslammet kan inntrenge i kildekanalen gjennom oppadrettede ledninger. Fordi boreslammet må beveges oppad på denne måte for å kunne inntrenge i kildekanalen, vil gravitasjonskrefter stort sett forhindre at faste partikler i borefluidet - inntrenger i kildekanalen og derved avsettes og sammenpakkes rundt den tilbakehentbare kildebærer, hvilket ellers ville gjøre det vanskeligere å innføre og plassere kildebæreren riktig i kildekanalen, og vanskeligere å uttrekke kildebæreren fra kanalen.

De nye særtrekk ifølge oppfinnelsen er spesielt angitt i de etterfølgende krav. Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etterfølgende i tilknytning til de medfølgende tegninger, hvori: Figur 1 viser et skjematisk sideriss av en LWD-apparatur av kjent type og innført i en borstreng, hvor kildebæreren og kilde-innerkanalen ifølge oppfinnelsen er særlig egnet for anvendelse. Figur 2A og 2B viser lengdesnitt av den kjente LWD-apparatur ifølge figur 1, hvor figur 2B danner en nedre fortsettelse av figur 2A. Figur 3A og 3B viser forstørrede lengdesnitt av en tilbakehentbar kildebæreenhet ifølge oppfinnelsen, hvor figur 3B danner en nedre fortsettelse av figur 3A. Figur 4A viser et lengdesnitt av kildebæreenheten ifølge oppfinnelsen, innplassert i den midtre seksjon av den nedadgående kildekanal. Figur 4B viser et forstørret snitt av et parti av bæreenhetens endedeksel og et parti av den øvre sone av kildekanalen ifølge figur 4A.

I tegningene, hvor innbyrdes like komponent- og miljøelementer er betegnet med samme henvisningstall, viser figur 1, 2A og 2B skjematisk en LWD-apparatur 10 av kjent type, hvor den tilbakehentbare kildebærer og kildekanal ifølge oppfinnelsen er særlig egnet for anvendelse. Det antas derfor å være fordelaktig med en innledende, kortfattet beskrivelse av LWD-apparaturen 10 og en etterfølgende, mer detaljert beskrivelse av oppfinnelsen.

I figur 1 er apparaturen 10 vist opphengt i den nedre ende av en borstreng 12 med én eller flere vektrør 14 og en rekke tandemkoplede borstrengskjøter 16. LWD-apparaturen 10 omfatter et rørformet ytterhus 18 som er koplet til den øvre ende av MWD-verktøyet 20 som i sin tur er forbundet med en jordboringsanordning, f.eks. en fluiddrevet turbobor eller en borkrone 22 for gradvis boring av et hull 24 gjennom forskjellige undergrunnsformasjoner 26. Borstrengen 12 dreies på vanlig måte av en borerigg (ikke vist) på markoverflaten, samtidig med at betydelige mengder av "boreslam" nedpumpes gjennom det indre av borstrengen 12, som vist med en strømningspil 28. Boreslammet utstøtes fra flere åpninger i borkronen 22, for å smøre og avkjøle kronen og for å transportere formasjonsmaterialer, løsnet av borkronen, til overflaten sammen med det oppadstrømmende, tilbakeførte boreslam, som vist med strømningspiler 29, gjennom ringrommet mellom borehullet 24 og yttersiden av borstrengen 12.

Videre innbefatter LWD-apparaturen 10 fortrinnsvis en utvidet seksjon 30 som er samvirkende anordnet på det rørformede ytterhus 18 og derved rager utad mot borehullet 24. Den utvidede seksjon 30 har fortrinnsvis form av en underdimensjonert eller fulldimensjonert vektrørstabilisator, med ett eller flere stort sett skrueformede eller rette blader 32 som helst er fremstilt av stål eller gammastrålebeskyttende materiale av annen type. Stabilisatoren 30 innbefatter fortrinnsvis en delt ytterseksjon, for å kunne anbringes på og fastspennes om rørytterhuset 18.

Det fremgår videre av figur 1, at det i MWD-verktøyet 20 fortrinnsvis inngår en montasje av tykkveggede rørdeler som omslutter sensorer og kretser (ikke vist) for måling både av ulike borehulltilstander og av valgte egenskaper eller karakteristika hos formasjonene 26 som er gjennomtrengt av borkronen 22. Selv om det naturligvis kan anvendes andre midler for overføring av målingene til overflaten, vil det viste MWD-verktøy 20 fortrinnsvis innbefatte en akustisk datasignaliseringsanordning 34 for mottaking av utgangssignaler fra de forskjellige målingssensorer, og suksessiv overføring av kodede signaler, representative for disse utgangssignaler, gjennom boreslammet i borstrengen 12 til overflaten, hvor de akustiske signaler oppfanges og behandles av egnet signalsporings- og - behandlingsapparatur (ikke vist) på overflaten. Både MWD-verktøyet 20 og datasignaliseringsanordningen 34 samt overflateapparaturen er fortrinnsvis anordnet på samme måte som den borehull- og overflateapparatur som er kjent fra US-patentskrift 4.637.479 eller 4.479.564, hvortil det henvises i tillegg til de ovennevnte henvisninger.

Innbyrdes påfølgende lengdesnitt av LWD-apparaturen 10 er vist i figur 2A og 2B. Som det fremgår, omfatter det rørformede ytterhus 18 typiske muffe- og tapp-verktøyskjøter 36 og 38 som er anordnet i hver respektive ende, for innkopling av LWD-apparaturen 10 mellom underenden av borstrengen 12 og overenden av MWD-verktøyet 20. En langsgående kanal 40 gjennom rørhuset 18 er dimensjonert for overføring av boreslamstrømmen fra borstrengen 12 til borkronen 22. En langstrakt sylinderdel 42 er koaksialt plassert i midtpartiet av den langsgående kanal 40 og fluidavtettet i kanalen i forhold til rørytterhuset 18.

For lettere å kunne måle formasjonsdensitet med LWD-verktøyet 10 er det, som vist i figur 2B, innmontert gammastråledetektorer 44 og 46 i et langstrakt, fluidtett kammer 48 på én side av den langsgående kanal 40 i rørytterhuset 18. Detektorene 44 og 46 kan eksempelvis bestå av uorganiske sintilatorer som er koplet til en fotomultiplikator. For å befinne seg i passende, innbyrdes lengderetningsavstand i det fluidtette kammer 48, er detektorene 44 og 46 innmontert i respektive og separate, øvre og nedre forsenkninger 50 og 52 i en stråleskjerm 54 som er samvirkende anordnet i kammeret 48 og slik plassert, at forsenkningene er vendt utad mot rørytterhuset 18. Slik det er vanlig ved gammastråledetektorer, er stråleskjermen 54 tilvirket av ett eller flere egnede, gammastråleavskjermende materialer, såsom vismut, bly, en wolframlegering eller andre materialer som er stort sett ugjennomtrengelige for gammastråleenergi.

Da rørytterhuset 18 normalt i betydelig grad vil begrense gammastråleenergien eller forhindre at denne når detektorene 44 og 46, er det i rørytterhuset 18 anordnet sideåpninger 58 og 60, hver for seg i flukt med respektive gammastråle-følsomme elementer i den øvre og den nedre detektor 44 og 46 i kammeret 48. Åpningene 58 og 60 er fluidtett forseglet med strålings-transparente deler eller vindusruter henholdsvis 62 og 64 som fortrinnsvis er i form av hule titaninnsatser, eller innsatser av et strålings-transparent materiale såsom beryllium eller nitrilgummi, og som hver for seg er beskyttet med et tynt titansjikt mot borehullfluider. For å redusere de ugunstige innvirkninger av slamstrømsavbrudd, er LWD-apparaturen 10 også utstyrt med øvre og nedre åpninger 66 og 67 som på hensiktsmessig måte strekker seg gjennom bladet 32 på den modifiserte stabilisator 30, slik at når stabilisatoren 30 er riktig montert på rørytterhuset 18, vil åpningene 66 og 67 i bladet 32 flukte i sideretning med de tilknyttede, gjennomgående åpninger 58 og 60 i ytterhuset 18. For å unngå at åpningene 66 og 67 i bladet 32 gjentettes av slampropper eller andre borehullmaterialer, er de enkelte åpninger i hvert modifisert blad 32 tettet med plugger eller vindusruter 68 og 69 av gummi, epoksy eller annet strålingstransparent materiale.

Foruten at det gjennomføres målinger som indikerer densiteten av forskjellige undergrunnsformasjoner som gjennomtrenges under boring, vil det også foretrekkes å utføre samtidige målinger av disse formasjoners nøytronporøsitet. Som vist i figur 2A, er derfor LWD-apparaturen 10 også utstyrt med én eller flere strålingsdetektorer 70 og 72 som er samvirkende anordnet i rørytterhuset 18. Detektorene 70 og 72 er fortrinnsvis innmontert i øvre og nedre lukkede kamre 74 og 76 i en langstrakt, rørformet forlengelse 78 som er koaksialt anordnet i den langsgående kanal 40 og fluidtett forseglet i forhold til rørytterhuset 18. I en spesielt foretrukket versjon er et antall detektorer 70 og 72 perifert fordelt i det langstrakte forlengelsesrør 78, som vist i figur 3B i US-patentskrift 4.879.463, hvortil det atter henvises. Detektorene 70 og 72 kan eksempelvis være av He-3-eller Geiger-Mueller-type.

I en foretrukket versjon av LWD-apparaturen 10 som vist i figur 2B, er ihvertfall en del av det elektroniske kretssystem anordnet i et fluidtett kammer eller en patron 80 som er innmontert i den langsgående kanal 40 nedenfor detektorkammeret 48, og forbundet med dette gjennom et forlengelsesrør 82 som danner en overføringskanal mellom patronen 80 og de ulike, ovenforliggende detektorer. Patronen 80 kan være utstyrt med egnede minne-enheter og krafttilførsel for gjennomføring av borehullinformasjons-registreringsprosesser uavhengig av sanntidsslampuls-telemetrisystemet i tilknytning til MWD-verktøyet 20.

Ved den foretrukne versjon av LWD-apparaturen 10 er den øvre og den midtre seksjon av sylinderdelen 42, som det fremgår av figur 2A, samvirkende anordnet for avgrensing av en oppadutmunnende blindåpning eller strålingskildekanal 84 som strekker seg nedad fra et sentraliseringselement 86 til den nedre kildeholder 88. Sistnevnte kildeholder er fortrinnsvis beliggende på samme side av rørytterhuset 18 som detektorene 44 og 46, og i kort avstand under disse. For drift av LWD-apparaturen 10 er det i strålingskildekanalen 84 anordnet en tilbakehentbar kildebæreenhet 89. En forbedret, tilbakehentbar kildebæreenhet ifølge oppfinnelsen er vist og beskrevet i det etterfølgende.

Den nedre kildeholder 88 er fortrinnsvis forskjøvet i sideretning i forhold til den langsgående kanal 40, og anordnet for samvirking med sylinderdelen 42, slik at det dannes et veggparti 90 av redusert tykkelse. Da rørytterhuset 18 i betydelig grad vil svekke den passerende gammastråleenergi som utgår fra en kilde i holderen 88, erytterhuset 18 forsynt med en gjennomgående sideåpning 92 som befinner seg på utsiden av veggpartiet 90 av redusert tykkelse og er anordnet i horisontal flukt med kildeholderen 88. Sideåpningen 92 er fluidtett forseglet med en stort sett strålingstransparent plugg eller et vindu 94 som ligner eller er identisk med de førnevnte vinduer 62 og 64 som er plassert ved detektorene 44 og 46. I bladet 32 på stabilisatoren 30 er det likeledes anordnet en gjennomgående sideåpning 96 i flukt med kildeholderen 88, for å motvirke svekkingen av gammastråleenergien. Sideåpningen 96 er fortrinnsvis fylt med et strålingstransparent materiale 98, for å stenge for slampropper og andre borehullmaterialer og

-fluider.

Den modifiserte stabilisator 30 har som en hovedfunksjon å øke utstrålingen fra en gammastrålekilde, plassert i den nedre kildeholder 88, gjennom undergrunnsformasjonene 26 til detektorene 44 og 46. I tillegg vil bladene 32 på stabilisatoren 30 effektivt fjerne boreslam eller forhindre at dette inntrenger i borehullets ringromsone mellom detektorene 44 og 46 og den tilgrensende undergrunn 26.

I overensstemmelse med oppfinnelsens formål er LWD-apparaturen 10 utstyrt med en forbedret, tilbakehentbar strålingskilde-bæreenhet 100 som er detaljert vist i figur 3A og 3B. Ifølge figur 3A er den øvre ende av den tilbakehentbare strålingskilde-bæreenhet 100 forsynt med et oppadragende oppfiskingshode 102 som gjennom en tapp 106 er forbundet med en overgangsdel 104. Et nedadragende, skålformet endedeksel 108 omslutter overgangsdelen 104 og er, med en O-ring 109, fluidavtettet i forhold til denne. Innersiden av den nedre ende eller mantel 110 av endedekselet 108 er gjenget for å bringe endedekselet 108 i løsgjørbart inngrep med motsvarende gjenger på • yttersiden av sentraliseringselementet 86 (figur 2A), når kildebæreren 100 innføres i kildekanalen 84 i LWD-apparaturen 10. Yttersiden av endedekselet 108 er forsynt med et antall vertikale slisser eller spor 111 hvori endedekselet 108 kan bringes i inngrep ved hjelp av en skrunøkkel, slik at kildebærere 100 forankres i stilling.

En bruddtapp 112 som er innført i sideretning gjennom en utboring i overgangsdelen 104, går i hver ende over i en bruddring 114 under en skulder 115 på endedekselet 108. En nøytronstrålingskilde 116 er innmontert i et kildekammer 118 som er forbundet i sin øvre ende med underenden av overgangsdelen 104 ved hjelp av en låsemutter 120, og i sin nedre ende med en endeplugg 122. Kilden 116, kammeret 118 og endepluggen 122 er innmontert i kildeytterhuset 124. En plugg 126 som er forsynt med perifere ytterpakninger 128 og innført i endepluggen 122, gir adgang for utføring av avstrykingstester etter behov.

En øvre overgangsbøssing 130 med en nedre mantelseksjon 131 og en skulder 132, er delvis innmontert i ytterhuset 124 og plassert i stilling ved hjelp av endepluggen 122 og kildekammeret 118. Overenden og underenden av kildeytterhuset 124 er fortrinnsvis fluidavtettet med overgangsdelen 104 og en tilhørende O-ring 134, samt den øvre overgangsbøssing 130 med tilhørende O-ring 136.

Som vist i figur 3B i tilknytning til figur 3A er en langstrakt, massiv stang 140 som i sin øvre ende går over i et utvidet hode 142, fastgjort gjennom skruegjenger 141 til den øvre overgangsbøssing 130. Gjennom en låsetapp 143 er den massive stangen 140 forankret til bøssingen 130. Stangen 140 består fortrinnsvis av et materiale med høy flytegrense og lav elastisitetsmodul og bestandig overfor aggressive og korrosive omgivelser. Et egnet materiale av denne type er titan som forhandles under betegnelsen Beta-C og leveres fra RMI Titanium of Niles, Ohio USA, eller beryllkobber.

Metallstangen 140 er laget av et materiale og har en diameter som er tilstrekkelig til å gi stangen 140 den trykkfasthet nødvendig for å motstå deformasjon av stangen 140 når denne utsettes for krefter som i forbindelse med innsetting av strålingskildebærersammenstillingen 100 inn i loggings-under-boringsverktøyet 10, samtidig som det er tilstrekkelig fleksibelt til å bøye seg og å samsvare med konfigurasjonen av kildeledningen 84, for derved å sikre at et nedre kildehus 144, ved innsetting av kildebæreren 100 inn i boreverktøyet 10, når en forhåndsbestemt posisjon i loggingsverktøyet 10.

Et kildehus 144 som omslutter gammastrålekilden 146 som fortrinnsvis består av kobolt, cesium eller annet radioaktivt materiale som under nedbrytingen avgir gammastråler, er ved gjenger 145 fastgjort til den integrerte og utvidede, nedre ende 143 av stangen 140 og forankret i stilling med en låseskrue 147. Kildehuset 144 er fortrinnsvis avtettet med en O-ring 148. En nøkkelforlengelse 150 rager nedad fra kildehuset 144, og er utformet og dimensjonert i motsvarighet til et verktøy, og danner sammen med verktøyet et middel for fjerning av kildehuset 144 fra stangen 140.

Det er konstatert at målingene som utføres med nøytrondetektorer 70 og 72 som vist i figur 2A, vil forbedres dersom nøytronstrålingskilden 116 er stort sett koaksialt innmontert i rørytterhuset 18 i LWD-apparaturen 10. Det er videre konstatert at målingene som utføres med gammastråledetektorene 44 og 46, forbedres dersom gammastrålekilden 146 er plassert mot innersiden av rørytterhuset 18. Kildeledningen 84 følger derfor en buet bane nedad fra sentraliseringselementet 86 til den nedre kildeholder 88. Den massive stang 140 må derfor være fleksibel nok til å kunne bøyes og uten vanskelighet anpasses til bueformen av kildekanalen 84, for å sikre ønsket kildeposisjon og riktig plassering av nøytronkilden 116 og gammastrålekilden 146, og likevel ha tilstrekkelig strekk-fasthet til å tåle en fiskeprosess. Det har vist seg at en titanstang med diameter av ca. 4,8 - 7,9 mm, fortrinnsvis 4,8 mm, vil tilfredsstille disse krav.

Ved den foretrukne versjon av kildebæreren 100 har det nedre

gammastrålekildehus 144 en diameter av ca. 12,7 mm hvilket ellers ville medføre, at det i sammenpasning med den solide stangen 140, dannes en bred skulder der hvor kildehuset 144 er forbundet med stangen 140. En slik skulder ville danne en sone hvori faste partikler i boreslammet og andre gjenstander kunne avsettes, oppsamles og med tiden sammenpakkes over kildehuset 144 og derved i høy grad vanskeliggjøre tilbakehentingen av kildeenheten 100 fra kildeledningen 84, Av den grunn er et ytterhylster 152 anordnet rundt stangen 140 fra stangens integrerende, nedre ende 143 og helt opp til den nedre mantelseksjon 131 av den øvre overgangsbøssing 130, fortrinnsvis med en trang ekspansjonsspalte 154 mellom den øvre ende av hylsteret 152 og skulderen 132 på bøssingen 130. En slik spalte muliggjør kompensering av forskjeller i varmeutvidelse mellom hylsteret 152 og stangen 140. Hylsteret 52 som fortrinnsvis er i form av et ekstrudert hulrør av høyytelses-termoplastmateriale, f.eks. polyeterterketon (PEEK) eller polyetersulfon (PES) vil derfor gi kildebæreren 100 en permanent diameter umiddelbart under den øvre overgangsbøssing 130 og helt ned til det nedre kildehus 144. Hylsteret 152 vil dessuten gi kildebæreren 100 en glatt ytterflate som stort sett forebygger avleiring av slamnedført partikkelmateriale, samt en lavfriksjons-ytterside som letter innføringen av bæreren 100 i kildeledningen 84 og fjerningen fra denne.

Med henblikk på lettvint montering har hylsteret 52 en innerdiameter av stort sett samme størrelse som ytterdiameteren av det integrerende, utvidede hode 142 på stangen 140. Etter at stangen 140 er innført i hylsteret 152, gjenstår imidlertid en spalte 154 mellom yttersiden av stangen 140 og innersiden av hylsteret 152. Av den grunn blir stangen 140 fortrinnsvis sentrert i hylsteret 152 ved hjelp av et antall avstandsholdere 156 eksempelvis i form av glasstapestykker som er viklet om stangen 140. En nedre del av den dannede spalte 154 mellom hylsteret 152 og stangen 140, under den nedre avstandsholder 156' og over stangens nedre ende 143 er fortrinnsvis fylt med epoksy 158 for fastgjøring av hylsteret 152 til stangen 140. Epoksyen 158 kan f.eks. være av typen Uniset G-757 som leveres av Emerson & Cumming. Fortrinnsvis er hylsteret 152 også forbundet gjennom skrugjenger 159 med den utvidede, nedre ende 143 av den massive stangen 140. Resten av spalten mellom den massive stang 140 og hylsteret 152 ovenfor den nedre avstandsholder 156' er tom. Hylsteret 152 er derfor fortrinnsvis forsynt med minst én forbindelsesåpning 160, for at det under drift skal kunne overføres borefluid av høyt trykk fra kildeledningen 84 til spalten 154, med henblikk på trykkutjevning mellom de to sider av hylsteret 152, for å unngå at dette knuses av fluidet.

Under drift og i overensstemmelse med oppfinnelsens formål kan fjerning av strålingskilde-bæreenheten 100 ifølge oppfinnelsen fra LWD-apparaturen 10, dersom sistnevnte fastkiles i et borehull, foretas selektivt ved nedføring av en egnet, kabeltilknyttet fiskemuffe (ikke vist) gjennom borstrengen 12 og videre inn i den øvre ende av rørdelen 14, til fiskemuffen er sikkert sammenkoplet med den oppadragende oppfiskingshals 102. Kabelfiskemuffen trekkes deretter oppad, til bruddtappen 112 knekkes av bruddringen 114, hvorved endedekselet 108 etterlates forbundet med sentraliseringselementet 86, slik at resten av den tilbakehentbare kildebærer 100 med kildene kan demonteres fra apparaturen 10 og tilbakehentes til overflaten. Strålingskildebæreren 100 kan selvsagt fjernes uten at det er nødvendig å frakople elektriske ledninger. Selv om fjerningen av kildene 116 og 146 vil medføre at radioaktivitets-loggingsinnretningen i LWD-apparaturen 10 deretter er ute av drift, er likevel andre deler av LWD-apparaturen 10 og MWD-verktøyet 20 fremdeles funksjonsdyktige og kan derved fortsatt benyttes for andre borehull-målinger som foregår uavhengig av strålingskildene 116 og 146.

I overensstemmelse med visse formål ved oppfinnelsen vil radioaktivitets-loggingsinnretningen 10, så lenge strålingskilden 116 og 146 befinner seg i LWD-apparaturen 10 ifølge oppfinnelsen, være i funksjon og avgi suksessive signaler som angir formasjonsdensiteten og porøsiteten av undergrunnsformasjonene 26 som er gjennomtrengt av borkronen 22. Hvis derimot LWD-apparaturen eller den nedre del av borstrengen 12 blir fastsittende i en borehullsone, kan kildebærerenheten 100 lett fjernes fra apparaturen 10 og tilbakeføres til overflaten, som en sikkerhetsforholdsregel innen LWD-apparaturen 10 forsøkes tilbakehentet. På lignende måte vil det, selv om den tilbakehentbare kildebærerenhet 100 vanligvis vil bli etterlatt i stilling i LWD-apparaturen 10 i løpet av en boreprosess, være relativt enkelt å fjerne enheten 100 fra LWD-apparaturen 10 som en sikkerhetsforholdsregel, dersom det antas at borkronen 22 er iferd med å bore i en formasjonssone hvor det er risiko for at LWD-apparaturen 10 eller borehullverktøyene kan fastkiles. Når de radioaktive kilder 116 og 146 er sikkert tilbakeført til overflaten, kan boringen av hullet 24 selvsagt gjenopptas, mens MWD-verktøyet 20 fortsatt er i funksjon for måling av de øvrige borehulltilstander som ikke krever bruk av potensielt farlige kjemiske og radioaktive kilder.

En annen forbedring av kildebærerenheten 100, jevnført med den kjente kildebærerenhet 89 ifølge figur 2A, er vist i figur 4A og 4B. I figur 4A er den forbedrede kildebærerenhet 100 ifølge oppfinnelsen vist innplassert i sentraliseringselementet 86 og kildeledningen 84 i LWD-apparaturen 10. I kildebærerenheten 89 av den kjente type er det anordnet en trang åpning nær toppen av endedekselet, hvorved det opprettes en strømningsbane slik at en liten mengde av borefluidet kan inntrenge i kildeledningen 84 og bevirke trykkutjevning mellom den langsgående kanal 40 og kildeledningen 84. I praksis har det vist seg at partikkelstoffer som forekommer i borefluidet, kan ledes inn i kildekanalen 84 og forårsake de vanskeligheter som er beskrevet i det ovenstående bakgrunns-avsnitt.

For å løse disse problemer er det frembragt et modifisert endedeksel 108 som er mer detaljert vist i figur 4B og som danner en konstruksjon som forhindrer inntrenging av partikkelmateriale i kildeledningen 84 og samtidig danner en bane for borefluid for trykkutjevning mellom den langsgående kanal 40 og kildeledningen 84. Figur 4B viser et forstørret delsnitt av endedekselet 108 med dets nedadragende mantelseksjon 110 som er utstyrt med innergjenger for sammenkopling med yttergjengene på yttersiden av det oppadragende sentraliseringselement 86. En trang spalte 158 er opprettet mellom underkanten av mantelseksjonen 110 og en ringformet skulder 159 på sentraliseringselementet 86. En eller flere vertikale kanaler eller slisser 160 er anordnet i gjengene i mantelseksjonen 110 av endedekselet 108, og gjengene på sentraliseringselementet 86 er slik at en liten del borefluid, vist med piler 162, av den totale slamstrøm 164 kan passere gjennom spalten 158 og oppad gjennom kanalen 160. Derfra kan den lille borefluidmengde, angitt med en pil 166, passere gjennom spalten 170 mellom bruddringen 114 og sentraliseringselementet 86 og videre nedad til ringspalten 172 mellom kildeytterhuset 124 og ledningen 84. Ringspalten 172 fortsetter nedad langs kildeledningen 84 med innbefatning av den nedre kildeholder 88.

Borefluidkanaliserings- eller avledingssystemet som er beskrevet i det ovenstående, for trykkutjevning mellom den langsgående kanal 40 og kildeledningen 84 vil følgelig forhindre, ved tyngdekraftvirkning, at partikler som forekommer i borefluidet, inntrenger i kildeledningen 84.

Selv om bare en enkelt utførelsesform og én fremgangsmåte for utøving av oppfinnelsen er vist og beskrevet i det ovenstående, er det åpenbart at ulike endringer og modifiseringer kan gjennomføres uten at det avvikes fra oppfinnelsens prinsipper som er definert i de etterfølgende krav.

Claims (8)

1. Strålingskilde-bæreenhet innrettet til å innføres i et verktøy for logging under boring, hvilken strålingskilde-bæreenhet (100) omfatter øvre (116) og nedre

(146) strålingskilder som er opptatt i hvert sitt av et øvre (118) og nedre (144) strålingskildehus, en strålingskilde-kanal (84), samt midler (140) som forbinder det øvre (118) og nedre (144) strålingskildehus,karakterisert vedat forbindelsesmidlene (140) omfatter en metallstang av et materiale og med en diameter som er tilstrekkelig til å gi stangen en trykkfasthet til å motstå deformasjon av stangen når den utsettes for krefter som motvirker innføring av strålingskilde-bæreenheten i verktøyet, men som er tilstrekkelig bøyelig til at den bøyes og former seg etter kildekanalens (84) form, for derved å sikre at det nedre (144) strålingskildehus, ved innføring av bæreenheten (100) i verktøyet, når frem til en forutbestemt posisjon i loggeverktøyet.

2. Enhet ifølge krav 1,karakterisert vedat stangen (140) omfatter titan eller berylkobber.

3. Enhet ifølge krav 1,karakterisert vedet ytterhylster (152) av termoplastmateriale som omslutter den stort sett stive stang (140).

4. Enhet ifølge krav 3,karakterisert vedat ytterhylsterets (152) innerdiameter er større enn stangens (140) ytterdiameter, hvorved det opprettes en spalte (154) mellom disse deler, og at hylsteret (152) innbefatter midler (160) for innføring av fluid i spalten (154) med henblikk på hydrostatisk trykkutjevning mellom hylsterets (152) inner- og ytterside.

5. Enhet ifølge krav 4,karakterisert vedat det hydrostatiske trykk-utjevningssystem (160) innbefatter minst én avledingsåpning (160) som strekker seg gjennom hylsteret (152).

6. Enhet ifølge krav 4 eller 5,karakterisert vedminst én sentreringsinnretning (156) som omslutter stangen (140) i spalten (154).

7. Enhet ifølge et av kravene 3-4,karakterisert vedat det under det øvre strålingskildehus (118) er anordnet en øvre overgangsbøssing (130), og at den øvre ende av stangen (140) er fastgjort til bøssingen (130) som er utstyrt med midler (131) for opptaking av den øvre ende av hylsteret (152) og for aksial bevegelse av hylsteret i forhold til stangen (140) som følge av varmeutvidelses-forskjeller mellom stangen (140) og hylsteret (152).

8. Enhet ifølge krav 7,karakterisert vedat hylsteret (152) har et nedre endeparti som ender ved det nedre strålingskildehus (144), for opprettelse av en kontinuerlig, ytre overgangsflate fra yttersiden av det nedre strålingskildehus (144) til yttersiden av den øvre overgangsbøssing (130).