NO315388B1 - Fremgangsmåte for logging under boring, samt apparat for å måle formasjonsegenskaper som funksjon av vinkelstilling inne i et borehull - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører generelt logging under boring. Spesielt vedrører den apparater for måling av formasjons-karakteristikker slik som tetthet, fotoelektrisk effekt (PEF), nøytronporøsitet og borehullsdiameter ved hjelp av ultrasoniske målinger. Enda mer spesielt vedrører oppfinnelsen apparater og fremgangsmåter for å foreta slike målinger som en funksjon av vinkelstilling omkring borehullet etter hvert som apparatet dreier seg i borehullet under boring.

I US patent nr. 5 091 644 beskrives en fremgangsmåte for analysering av formasjonsdata med et apparat for logging under boring. Patentet beskriver deling av borehullets tverrsnitt i to eller flere sektorer. Gammastråle-tetthetssignaler blir delt i fire kvadrater: topp, bunn, høyre og venstre for operasjoner i retningsborehull. Gammastråle-signalene blir innsamlet med hensyn til deres energinivå for å frembringe energispekteret for hver kvadrant. Patentet indikerer at detektorer som er adskilt med lange og korte avstander blir brukt til å samle inn telleverdidata for gammastråler for å frembringe kompenserte tetthetsmålinger.

Hver kvadrantmåling blir kombinert med den andre, enten som en enkelt middelverdi eller som en veid middelverdi for å frembringe en tetthetsverdi-karakteristikk for formasjonen. Hvis borehullet har minimal utvasking blir alle frie kompenserte tetthetsmålinger brukt. Hvis der er omfattende utvaskinger, blir bunnmålingen og to sidemålinger brukt for å beregne tettheten til formasjonen. Hvis borehullet er beheftet med ekstrem utvasking, blir bare "bunnmålingen" brukt.

Det foran nevnte patent beskriver feilminimalisering der "ryggrads- og ribbens-korreksjon" blir oppnådd for gammastråle-spekteret fra detektorer med lang og kort avstand og en analyse foretatt fra kvadrant til kvadrant for å minimalisere "ribbens"-feil. En eller flere kvadranter blir valgt for å minimalisere feilen ved frembringelse av en tetthetsverdi-karakteristikk for formasjonen.

Patentet antyder at borehullet kan brytes opp i fire kvadranter, bunn, høyre, topp og venstre. Det antyder at slike målinger kan foretas fra målinger i selve apparatet eller fra informasjon levert via en kommunikasjonsbuss fra et annet apparat. Det antyder at informasjon fra et akselerometer eller magnetometer som blir sendt til tetthetsapparatet, er tilstrekkelig for å bryte opp borehullet i fire kvadranter.

Patentet beskriver også frembringelse av en akustisk diametermåler innrettet med en tetthetskilde og en detektor for bestemmelse av veggavstanden foran detektorene til enhver tid. Slik avstandsinformasjon blir brukt til å minimalisere feil ved tetthetskarakteriseringen til formasjonen på grunn av detektorenes veggavstand. Det blir også brukt til å bestemme borehullets tverrsnitts-delinger.

Beskrivelsen til det foran nevnte patent beskriver ingen fremgangsmåte for nøyaktig å bestemme et bunnkontakt-punkt for et apparat for logging under boring som arbeider i et retningsborehull for å tilveiebringe nøyaktig informasjon om hvor borehullets bunn er når sensorene i apparatet dreier seg i borehullet.

Et hovedformål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et apparat for logging under boring hvor porøsitets-, tetthets- og diameter- eller andre målinger kan foretas som en funksjon av vinkelstilling eller vinkel-avstandssegment omkring et retningsborehull med nøyaktig bestemmelse av borehullets bunn.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et apparat for logging under boring for å bestemme en indikasjon av litologien til den formasjon som omgir borehullet som en funksjon av vinkelstilling eller vinkel-avstandssegment omkring borehullet.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte og et apparat for logging under boring for å bestemme borehullsheterogenitet ved å sammenligne målinger av formasjons-karakteristikker fra et vinkel-avstandssegment til et annet.

I et første aspekt tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for å bestemme en karakteristikk ved en grunnformasjon som omgir et hellende borehull

der et generelt sylinderformet logge-under-boreverktøy er opptatt, og som inkluderer trinnene å påføre energi inn i borehullet fra en energikilde anordnet i verktøyet, og der nevnte verktøy dreies i borehullet, og å registrere målesignaler mottatt i en sensor anbrakt i nevnte verktøy fra omkretsmessig adskilte steder rundt borehullet, hvor målesignalene er svar på tilbakevendende energi som resulterer fra vekselvirkning mellom den påførte energien og formasjonen, idet fremgangsmåten er å definere et tverrsnitt av verktøyet som er vinkelrett på en lengdeakse til verk-tøyet, og kjennetegnes ved å bestemme et bunnkontakt-punkt for tverrsnittet til verktøyet som er i kontakt med det hellende borehullet når verktøyet roterer i borehullet, å dele tverrsnittet i minst to vinkelsegmenter, der ett av segmentene kalles et bunnsegment til borehullet som inkluderer bunnkontakt-punktet i tverrsnittet til verktøyet med det hellende borehullet, å knytte målesignalene til et spesielt segment undertiden slike signaler produseres som svar på energien som vender tilbake fra formasjonen ettersom verktøyet dreies i borehullet, og å utlede en indika-

sjon på en karakteristikk ved formasjonen som en funksjon av målesignalene tilordnet bunnsegmentet i borehullet.

I et annet aspekt omfatter oppfinnelsen et apparat for å bestemme en karakteristikk til en jordformasjon som omgir et borehull omfattende: et generelt sylinderformet logge-under-boreverktøy som har et radialt tverrsnitt som er vinkelrett på dens lengdeakse,hvor verktøyet kjennetegnes ved: anordninger for å bestemme et bunnkontakt-punkt for tverrsnittet til verktøyet som er i kontakt med borehullet ettersom verktøyet roteres i borehullet, anordninger for å dele tverrsnittet i minst to vinkelsegmenter, hvor ett av segmentene er kalt et bunnsegment til borehullet som inkluderer bunnkontakt-punktet til tverrsnittet for verktøyet med borehullet, energikildemidler anbrakt i verktøyet for å påføre energi inn i borehullet ettersom verktøyet dreies på innsiden av borehullet, sensoranordninger S anbrakt i verktøyet for å produsere signaler som svar på energistimuli, anordninger for å registrere målesignaler mottatt i sensoranordningene, fra omkretsmessig adskilte posisjoner rundt borehullet, hvor målesignalene er svar på tilbakevendende energi som resulterer fra vekselvirkningen mellom påført energi og formasjonen, en dataprogramanordning for å tilordne målesignalene med et spesielt segment under tiden slike signaler produseres som svar på energien som vender tilbake fra formasjonen ettersom verktøyet dreies i borehullet, og en dataprogramanordning for å utlede en indikasjon på en karakteristikk til formasjonen som en funksjon av målesignalene tilknyttet bunnsegmentet til borehullet.

Det beskrives også et apparat for logging under boring konstruert for inn-setting i en boresammenstilling over en borekrone. En retnings- og helnings-delanordning, en elektronikk-delanordning nede i borehullet og en kommunikasjons-delanordning samt overflateinstrumentering er også tilveiebrakt.

Apparatet for logging under boring utfører et antall registrerte målinger som en funksjon av borehullets vinkel-avstandssegmenter: kompensert massetetthet utledet fra energinivå-spekteret for telleverdier fra gammastråle-detektorer;

fotoelektrisk effekt (PEF) utledet fra energinivå-spekteret for telleverdier fra gammastråle-detektorer;

kompensert nøytrontetthet utledet fra nær- og fjern-nøytrondetektormålinger som reaksjon på nøytroner som vekselvirker med formasjonen; og borehullsdimensjon og form ved bruk av en ultrasonisk sensor.

Selv om slike målinger fortrinnsvis foretas i kvadranter, kan vinkel-avstandssegmentene i prinsippet være større eller mindre enn fire og behøver ikke har lik vinkelavstand.

Oppfinnelsen kan anvendes i forbindelse med et glatt apparat, dvs. et hovedsakelig sylindrisk apparat uten stabiliseirngsblad, såvel som et apparat med stabiliseringsblader, dvs. et stabilisert apparat. For et glatt apparat som arbeider i et retningsborehull blir formasjonens tetthet bestemt fra gammstråle-tellinger mens apparatet er i en nedre kvadrant eller bunnkvadrant eller vinkel-avstandssegment. Når borehullet har en retning forskjellig fra vertikalretningen eller er horisontalt, be-rører apparatet bunndelen av borehullet mesteparten av tiden. Følgelig er veggavstanden for tetthetsmålinger ved et minimum, og tilnærmet konstant, noe som muliggjør en god "ryggrads- og ribbens-korreksjon". En måling av rotasjonstetthet utledet fra en statistisk analyse av all tetthetsinformasjon omkring borehullet, blir også foretatt.

Apparatets nedadrettede vektor blir fortrinnsvis utledet først ved å bestemme en vinkel cp mellom en vektor til jordens magnetiske nordpol, referert til tverrsnittsplanet for et apparat for måling under boring (MWD) og en nedadrettet gravitasjonsvektor som referanse i nevnte plan. Apparatet for logging under boring (LWD) omfatter magnetometeret anbrakt ortogonalt i et tverrsnittsplan som frembringer en identisk H-vektor i apparatet for logging under boring som målt i MWD-apparatet. Vinkelen cp blir overført til apparatet for logging under boring for derved å muliggjøre en kontinuerlig bestemmelse av gravitasjons-nedstillingen i apparatet for logging under boring. Alternativt kan undersøkelser utføres periodisk av MWD-apparatet når boring midlertidig blir stanset for å tilføye borerør til borestrengen.

Kvadranter, dvs. vinkel-avstandssegmenter, blir målt fra endevektoren.

Vinkelstillingen til sensorene i forhold til H-vektoren for LED-apparatet blir kontinuerlig oppdatert slik at denne vinkelstillingen i forhold til de forskjellige vinkel-avstandssegmenter alltid er kjent. Måledata for sensorene blir således alltid korrelert med ett av vinkel-avstandssegmentene. Følgelig blir måledata fra hver av sensorene oppnådd som en funksjon av tidspunktet for målingen og rommessig i forhold til deres kvadrantstilling i borehullet.

En datamaskin med et datamaskinprogram er tilveiebrakt for tetthetsdata for å finne middelverdien av tellehastighet pr energivindu og pr kvadrant, og for hele borehullet ved hver registreringshastighet. Registreringshastigheten er typisk 20 sekunder og er regulerbar. En middeltetthet for lange og korte avstander blir bestemt fra slike data for hele borehullet og for hver kvadrant. "Ryggrads- og ribbens"-kompensasjonsteknikken blir anvendt for å utlede massetetthet og korrek-sjonsfaktor for hele borehullet og for hver kvadrant.

Datamaskinen omfatter også et datamaskinprogram for å bestemme rotasjonstetthet omkring hele borehullet og for hver av kvadrantene. Denne teknikken benytter rotasjonen av LWD-apparatet for å kompensere for borehullseffekt. Den blir brukt alternativt til "ryggrads- og ribbens"-kompensasjonsteknikken.

En første fremgangsmåte for beregning av rotasjonstetthet er tilveiebrakt, hvor variansen til virkelig målte telleverdidata for gammastråler blir sammenlignet med den varians som ventes i et sirkulært borehull. En rotasjonsmessig korrek-sjonsfaktor blir bestemt. En annen fremgangsmåte er tilveiebrakt ved å danne et histogram av gammastråle-tellinger og uttrekking av bare de tellinger som er oppnådd da detektorene berører formasjonen.

Disse fremgangsmåtene korrigerer telleverdiene for virkningen av slam mellom detektoren og formasjonen. Denne virkningen kan enten øke eller minske telleverdiene i detektorene, avhengig av tetthetsforskjellene i slam og formasjon.

Oppfinnelsen tillater også en bestemmelse av om tilsynelatende slamtetthet er større eller mindre enn tilsynelatende formasjonstetthet ved å innbefatte informasjon fra en ultrasonisk måling av veggavstand pr. kvadrant. Hvis de gjennomsnittlige gammastråle-tellinger i kvadranten med veggavstand er større enn de gjennomsnittlige målinger i en kvadrant uten veggavstand, så blir tilsynelatende formasjonstetthet bestemt å være høyere enn den tilsynelatende slamtetthet. En maksima rotasjonstetthet blir derfor beregnet ved å bruke en av de to fremgangsmåter som er beskrevet ovenfor.

Hvis de gjennomsnittlige tellinger i en kvadrant med veggavstand er lavere enn de gjennomsnittlige tellinger i kvadranten uten veggavstand, så blir tilsynelatende formasjonstetthet bestemt å være lavere enn tilsynelatende slamtetthet. En minste rotasjonstetthet blir derfor beregnet ved å bruke en av de to fremgangsmåter som er beskrevet ovenfor.

Rotasjonstetthet-teknikken blir benyttet til å utlede massetetthet og korrek-sjonsfaktor for hele borehullet og for hver kvadrant.

Det beskrives videre et datamaskinprogram for analyse av gammastråle-tel-ledata for å bestemme en litologi-indikator for formasjonens fotoelektriske effekt (PEF). Energivindu-telleverdiene blir analysert for å bestemme en gjennomsnittlig PEF for hele borehullet og for hver kvadrant, og rotasjonsmessig PEF for hele borehullet og hver kvadrant blir bestemt på en måte maken til den som er beskrevet ovenfor for å bestemme rotasjonstettheten.

I likhet med tettheten blir gjennomsnittlig porøsitet for hele borehullet og for hver kvadrant bestemt. En bestemmelse av rotasjonsporøsiteten blir også foretatt for hele borehullet og for hver kvadrant på en måte tilsvarende den for rotasjonstetthet og rotasjonsmessig PEF.

En ultrasonisk sensor måler avstanden mellom LWD-apparatet og borehullsveggen. Et histogram av slike veggavstander blir analysert for å bestemme minste og største veggavstand pr. kvadrant. Fra slike veggavstander blir det foretatt en bestemmelse av horisontal diameter, en vertikal diameter og en borehulls-form. Borehullets veggavstands-verdier pr kvadrant blir også brukt ved bestemmelsen av rotasjonstettheten, som beskrevet ovenfor, og ved kompenseringen av nøytrondetektor-data for å korrigere nøytron-porøsitetsbestemmelser for borehullsdimensjon.

Oppfinnelsen er angitt i de vedføyde kravene.

Formålene, fordelene og trekk ved oppfinnelsen vil fremgå tydeligere av den følgende beskrivelse under henvisning til tegningene, hvor like henvisningstall indikerer like komponenter og hvor en illustrerende utførelsesform av oppfinnelsen er vist, hvor: Fig. 1 skjematisk illustrerer et apparat nede i et borehull for logging under boring (LWD) koplet i tandem med andre apparater for måling under boring (MWD) over en borekrone ved enden av en borestreng i en olje- og gass-brønn i en seksjon av brønnen som er hovedsakelig horisontal; Fig. 2 er et skjematisk, langsgående tverrsnitt av LWD-apparatet ifølge oppfinnelsen, som illustrerer en nøytron kilde og nøytrondetektorer, en gammastrål-ingskilde og gammastrålingsdetektorer og en ultrasonisk detektor for frembringelse av formasjonens nøytrondata, formasjonens gammastrålingsdata og ultrasoniske signaldata, respektive; Fig. 3A er et skjematisk, langsgående tverrsnitt av et separat MWD-apparat med magnetometere og akselerometere anbrakt langs ortogonale x- og y-akser for apparatet og en datamaskin for hovedsakelig kontinuerlig eller periodisk (for eksempel ved undersøkelsestider mens borestrengen ikke dreies) bestemmelse av en vinkel <p mellom en H-vektor og en G-vektor i et plan for slike x- og y- akser; og som videre skjematisk illustrerer en elektronikkmodul nede i borehullet i forbindelse med LWD-apparatet, hvor illustrasjonen viser ortogonale magnetometere anbrakt langs x- og y-akser som er i et plan parallelt med planet til de tilsvarende aksene i MW D-a p pa ratet; Fig. 3B er et skjematisk illustrasjon av datamaskinprogrammer i en datamaskin nede i et borehull for bestemmelse av borehullskvadranter, sensorposisjon, og for å bestemme massetetthet og rotasjonsmessig tetthet, en gjennomsnittlig PEF og en rotasjonsmessig PEF, nøytronporøsitet og rotasjonsmessig nøytronporøsitetfor hele borehullet og hver kvadrant, og ultrasonisk målt veggavstand for hver kvadrant; Fig. 4A illustrerer et tverrsnitt tatt langs en linje 4-4 på figur 1 for å vise et hovedsakelig sylindrisk (ikke-stabilisert) apparat som roterer i et retningsborehull, hvor borehullet er blitt delt i fire vinkelmessige avstandssegmenter med lik lengde (kvadranter) og hvor sensoren er i en nedre posisjon eller bunn-posisjon; Fig. 4B illustrerer et lignende tverrsnitt som på figur 4A, men viser et LWD-apparat med stabiliseringsblader slik at der er hovedsakelig ingen forskjell i veggavstand fra den sylindriske del av apparatet til borehullsveggen når apparatet roterer, og det vises også et eksempel på heterogene formasjoner hvor borehullet har en formasjon på en side og en annen formasjon på den annen side, hvor borehullet kan helle eller være hovedsakelig vertikalt; Fig. 5A illustrerer skjematisk magnetometeret og akselerometeret anbrakt langs x-, y- og z-aksene til et MDW-apparat med en datamaskin som mottar data fra disse instrumentene for å frembringe en øyeblikksvinkel 9 mellom en vektor H' av Hxog Hy og en vektor G' av Gg og Gy; Fig. 5B illustrerer et tverrsnitt av MWD-apparatet som viser vinkelen (p målt fra H'-vektoren som har konstant retning, men som med tiden har forskjellige x-og y-koordinater mens MWD-apparatet roterer i borehullet; Fig. 6A er en illustrasjon av magnetometerseksjonen og datamaskinprogrammet for bestemmelse av kvadrant/sensorposisjon for den elektroniske modulen på figur 3A og 3B og illustrasjonen viser bestemmelsen av vinkelen 0 til vektoren H' uttrykt ved Hx- og Hy-signalene fra magnetometerne i elektronikkmodulen, og viser videre bestemmelsen av vinkelen til en nedadrettet vektor D som en funksjon av 0(t) og vinkelen cp overført fra MWD-apparatet, idet illustrasjonen videre viser bestemmelsen av kvadranter som en funksjon av vinkelen til den nedadrettede vektoren og bestemmelsen av hvilken kvadrant en sensor er i når den roterer i et borehull; Fig. 6B - 6E illustrerer vinkler fra x- og y-aksene til LWD-apparatet og fra sensorene til H-vektoren når LWD-apparatet dreier seg som en funksjon av tiden i borehullet; Fig. 6F illustrerer inndelingen av borehullet i fire segmenter, hvor et bunnsegment eller en bunnkvadrant blir definert omkring den nedadrettede vektoren D ; Fig. 7 illustrerer gammastrålingsdetektorer med lang og kort avstand i apparatet for innsamling av telleverdier i myke og harde energivinduer; Fig. 8 illustrerer et datamaskinprogram for LDW-datamaskinen for bestemmelse av antallet telleverdi-sampler pr. kvadrant i harde vinduer og i myke vinduer samt totale telleverdi-sampler for gammastrålingsdetektorene med både lang og kort avstand, innsamlingstid-sampler og telleverdier; Fig. 9 illustrerer et datamaskinprogram for LWD-datamaskinen for bestemmelse av tetthetene med de lange og korte avstander, massetettheten og Ap-kor-reksjonsfaktoren bestemt ved hjelp av en "ryggrads- og ribbens"-teknikk for hele borehullet og for hver av bunn, høyre, topp og venstre kvadranter; Fig. 10Aa og 10Ab illustrerer et datamaskinprogram for LDW-datamaskinen for bestemmelse av rotasjonsmessig tetthetsutgang og ApROT-korreksjons-faktorer; Fig. 10B illustrerer et LWD-apparat som roterer i et hellende borehull; Fig. 10C illustrerer telleverdier pr kvadrant hvor slike telleverdier varierer fra kvad rant til kvadrant; Fig. 10D illustrerer et eksempel på hele borehullsfordelingen av antall sampler som en funksjon av telleverdi for det hellende hullet på figur 10B og for en ventet fordeling av telleverdier for et sirkulært borehull, og som en illustra sjon for en spesiell kvadrant Qtop, fremgangsmåten for å bestemme Ap rot og ApbROTfor hele borehullet og for hver kvadrant; Fig. 11A og 11B illustrerer et datamaskinprogram i LWD-datamaskinen for å bestemme den gjennomsnittlige fotoelektriske effekt (PEF) for hele borehullet og for hver av kvadrantene; Fig. 12A-12C illustrerer et datamaskinprogram i LWD-datamaskinen for å bestemme utganger for rotasjonsmessig fotoelektrisk effekt (PEF) for hele borehullet og for hver kvadrant; Fig. 12D-12F illustrerer et alternativt datamaskinprogram som kan brukes i LWD-datamaskinen for å bestemme utganger for rotasjonsmessig fotoelektrisk effekt (PEF) for hele borehullet og for hver kvadrant; Fig. 13 illustrerer et datamaskinprogram i LWD-datamaskinen som mottar veggav-standsdata fra den ultrasoniske sensoren og bestemmer gjennomsnittlig, maksimal og minimal veggavstand for hver kvadrant, og bestemmer den horisontale og vertikale diameter av borehullet for å bestemme borehulls-formen; Fig. 14A og 14B illustrerer et datamaskinprogram i LWD-datamaskinen for å bestemme gjennomsnittlig nøytronporøsitet korrigert for veggavstand for heler borehullet og for hver kvadrant; og Fig. 15A-C illustrerer et datamaskinprogram i LWD-datamaskinen for å bestemme en rotasjonsmessig nøytronporøsitet for hele borehullet og for hver kvadrant. Figur 1 illustrerer et apparat 100 for logging under boring (LWD) koplet i tandem med en boreanordning som omfatter en borekrone 50. En tilhørende elektronikkmodul 300 og et MWD-apparat 200 nede i borehullet som innbefatter magnetometeret og akselerometeret, er også koplet i tandem med LWD-apparatet 100. Modulen 300 kan være en separat delanordning eller den kan være anordnet i LWD-apparatet 100. En kommunikasjons-delanordning 400 er også anordnet som vist i boreanordningen.

LWD-apparatet 100 er for illustrasjonens skyld vist i en hellende del av et borehull ved enden av en borestreng 6 som dreier seg i et borehull 12 som er dannet i en formasjon 8 ved gjennomtrenging av borekronen 50. En borerigg 5 dreier borestrengen 6. Boreriggen 5 innbefatter en motor 2 som dreier en kelly 3 ved hjelp av et dreiebord 4. Borestrengen 6 innbefatter seksjoner av borerør koplet ende mot ende til kellyen 3 og som dreies av denne. MWD-apparatet 200, elektronikkmodulen 300 og LWD-apparatet 100 og kommunikasjons-delanordningen 400 er alle koplet i tandem med borestrengen 6. Slike delanordninger og apparater ut-gjør en boreanordning ved bunnen av hullet mellom borestrengen 6 i borerøret og borekronen 50.

Når borestrengen 6 og anordningen ved bunnen av borehullet roterer, dan-ner borekronen 50 borehullet 12 gjennom grunnformasjoner 8. Borefluidet eller "slammet" blir ved hjelp av en pumpe 11 tvunget fra slamgropen 13 via slamrøret 15 og det roterende innsprøytingshode 7 gjennom den hule midtre delen av kellyen 3 og borestrengen 6, og boreanordningen på bunnen til borekronen 50. Slammet virker som smøring for borekronen 50 og virker til å føre borehullskutt oppover til overflaten via ringrommet 10. Slammet blir tilbakeført til slamgropen 13 hvor det blir separert fra borehullskutt og lignende, avgasset og tilbakeført for ny anvend-else til borestrengen 6.

Kommunikasjonsdelanordningen 400 mottar utgangssignaler fra sensorer i LWD-apparatet 100 og fra datamaskiner i elektronikkmodulen 300 og MWD-apparatet nede i borehullet. Denne kommunikasjonsdelanordningen 400 er konstruert for å overføre kodede akustiske signaler som er representative for utgangssignalene, til overflaten gjennom slambanen i borestrengen 6 og boreanordningen nede i borehullet. Disse akustiske signalene blir avfølt av en transduser 21 i slamrøret 15 hvor de akustiske signalene blir detektert i overflateinstrumenter 14. Kommunikasjonsdelanordningen 400, som innbefatter de overflateinstrumenter som er nød-vendige for å kommunisere med denne, er anordnet som nedhulls- og overflate-apparater beskrevet i US-patent nr. 4 479 564 og US-patent nr. 4 637 479 som herved inntas som referanse.

Kommunikasjonsdelanordningen 400 kan med fordel innbefatte det kommu-nikasjonsapparatet som er beskrevet i US-patent nr. 5 237 540. Dette patentet til-hører foreliggende søker og inntas herved som referanse.

LWD- apparat. MWD- apparat og elektronikkmodul

1. LDW- apparat

Figur 2 illustrerer på en skjematisk måte LWD-apparatet 100 ifølge oppfinnelsen. Den fysiske oppbygning av LWD-apparatlegemet og tilhørende sensorer er hovedsakelig som beskrevet i US-patent nr. 4 879 463 til Wraight mfl. og US-patent nr 5 017 778 til Wraight. Begge disse patentene tilhører foreliggende søker. Disse patentene inntas her som beskrivelse av et apparat for logging under boring, spesielt et kompensert nøytronapparat for tetthetsmåling brukt ved målinger ved logging under boring av formasjonskarakteristikker. LWD-apparatets 100 konstruksjonsmessige deler som vist på figur 1, er forskjellig på minst to punkter: (1) en ultrasonisk sensor 112 er tilføyd sammenstillingen og (2) stabiliseringsblader er ikke vist for LWD-apparatet 100. Tilveiebringelsen av stabiliseringsblader er imidlertid en alternativ utførelsesform av LWD-apparatet 100 som vist på figur 4B, hvor et stabilisert apparat blir brukt i forbindelse med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, som beskrevet nedenfor.

LWD-apparatet 100 innbefatter en nøytronkilde 104 anordnet aksialt, og nær- og fjern-nøytrondetektorer 101,102. Det omfatter også en gammastrålekilde 106 og gammastråledetektorer 108, 110 med kort og lang avstand. Dette LWD-apparatet 100 innbefatter også en ultrasonisk transduser 112 for måling av apparatets avstand fra borehullsveggen. Denne ultrasoniske transduseren og systemet er beskrevet i US-patent nr. 5 130 950 i navnet Roban mfl., og tilhører også foreliggende søker. Dette patentet inntas også som referanse for dets detaljerte beskrivelse av en ultrasonisk sensor 112 i LWD-apparatet 100 ifølge foreliggende oppfinnelse.

2. MWD- apparat

Et MWD-apparat 200 er anordnet i boreanordningen ved bunnen av hullet som vist skjematisk på figur 1. Figur 3A illustrerer skjematisk at MWD-apparatet 200 innbefatter magnetometere 201, 202 orientert langs apparatets x- og y-akser. Disse x- og y-aksene er i planet til et radialt tverrsnitt gjennom apparatet. En z-akse for apparatet er orientert langs dets langsgående akse. På tilsvarende måte omfatter akselerometere Gxog Gy i akselerometerpakken 208 (som også omfatter et akselerometer langs z-aksen til apparatet) orientert langs x- og y-aksene til apparatet. En mikrodatamaskin 210 reagerer på Hy og Hx-signaler og Gxog Gy-signaler for konstant å bestemme en vinkel (p mellom en H'-vektor og G'-vektoren i MWD-apparatets 200 tverrsnittsplan. H'-vektoren representerer den del av en vektor som peker mot jordens magnetiske nordpol som er projisert på x-y-planet til MWD-apparatet 200. G'-vektoren representerer den nedadrettede komponenten i tverrsnittsplanet til MWD-apparatet 200 av jordens gravitasjonsvektor. Som vist på figur 3B blir et signal som er representativt for denne vinkelen cp stadig kommu-nisert til datamaskinen 301 i elektronikk-modulen 300 nede i borehullet. Dens bruk til bestemmelse av en nedadrettet vektor for elektronikkmodulen 300 og MWD-apparatet 100 er beskrevet i beskrivelsen av et datamaskinprogram 310 for posisjonsbestemmelse av kvadrant/sensor, er angitt nedenfor.

3. Elektronikkmodul

Elektronikkmodulen 300 (som valgfritt kan være en del av MWD-apparatet 200 eller en uavhengig delanordning) på figur 3A omfatter en magnetometersek-sjon 302 og en mikrodatamaskin 301. X- og y-aksene på hvilke magnetometeret i magnetometerseksjonen 302 er orientert, er i et plan som er hovedsakelig parallelt med planet til disse aksene i MWD-apparatet 200. Følgelig er den H-vektoren som genereres av magnetometerseksjonen 302 i elektronikkmodulen 300 hovedsakelig den samme vektoren H som bestemmes av datamaskinen 210. Datamaskinprogrammet 310 har følgelig informasjon for å bestemme den nedadrettede vektorens vinkel med hensyn til en sensorvektor som en funksjon av tiden. En mer detaljert beskrivelse av denne bestemmelsen gis nedenfor.

Elektronikkmodulen 300 mottar data fra nær- og fjern-nøytrondetektorene 101 og 102, gammastråledetektorene 108, 110 med kort og lang avstand og den ultrasoniske transduseren 112. Den ultrasoniske transduseren 112 er vinkelmes-sig innrettet med gammastråledetektorene 108, 110 og med gammastråle-

kilden 106.

Som vist på figur 3B innbefatter datamaskinen 301 nede i borehullet ikke bare programmet 310 for posisjonsbestemmelse av kvadrant/sensor, men også et datainnsamlingsprogram 315, et massetetthets-program 320, et program for rotasjonsmessig tetthet pr hele borehull og pr kvadrant, et program 330 for gjennomsnittlig fotoelektrisk effekt (PEF), et program 335 for rotasjonsmessig PEF, et program 340 for nøytronporøsitet, et program 345 for rotasjonsmessig nøytronporøsi-tet og et program 350 for ultrasonisk veggavstand m.m. Disse programmene overfører datasignaler innbyrdes i visse tilfeller, som beskrevet nedenfor.

Bestemmelse av nedadrettet vektor

Vinkel- avstandssegmenter og vinkelstilling av sensorer

1. Bestemmelse av nedadrettet vektor 6_ med hensyn til x- v- akser.

Figurene 5A, 5B og 6A-F illustrerer bestemmelsen av en nedadrettet vektor

i datamaskinen 301 (figur 3B). Figur 4A viser tilfellet med et ustabilisert MWD-apparat 100 som i et hellende borehull hovedsakelig hele tiden berører bunnen av borehullet. Figur 4B illustrerer tilfellet med et stabilisert MWD-apparat 100'. Figur 5A illustrerer magnetometrene H og akselerometrene G orientert langs x-, y- og z-aksene til MWD-apparatet 200. Som forklart nedenfor blir vinkelen cp konstant beregnet mellom H'-vektoren (en konstant rettet vektor i x-, y-planet for H-vektoren rettet mot jordens magnetiske nordpol) og en G'-vektor en konstant nedadrettet vektor i x-, y-planet til en vektor G rettet mot jordens gravita-sjonssenter, dvs. jordens midtpunkt. Som vist på figur 5B dreies MWD-apparatet 200 i borehullet 12. X- og y-aksene til apparatet 200 roterer med vinkelhastighe-ten til borestrengen, for eksempel 30 til 200 omdreininger pr. minutt, slik at x- og y-komponentene til H'-vektoren og G'-vektoren konstant endres med tiden. Likevel peker H' og G'-vektorene hovedsakelig i konstante retninger fordi borehullsretnin-gen endres langsomt med tiden under den tid det bores gjennom undergrunns bergformasjoner. Figur 6A illustrerer magnetometerseksjonen 302 i elektronikkmodulen 300. Magnetometeret Hxog Hy er orientert langs x- og y-aksene til elektronikkmodulen

300. Disse x- og y-aksene er i et plan som er hovedsakelig parallelt med planet til disse aksene i MWD-apparatet 200. Følgelig blir Hx- og Hy-signalene som overfø-res fra magnetometerseksjonen 302 til datamaskinen 301 og datamaskinprogrammet 310, brukt til å danne en kontinuerlig rettet referanse med hensyn til en akse for modulen, for eksempel x-aksen.

Som vist på figurene 6A-6E, blir det mens MWD-apparatet 200 roterer i borehullet 12, kontinuerlig dannet en vinkel 0(t) mellom apparatets x-akse og H'-vektoren. Vinkelen 0(t) blir bestemt fra Hxog Hy-signalene i magnetometerseksjonen 302 til elektronikkmodulen 300:

—► Deretter blir den nedadrettede vektorvinkel, vinkel D(t) bestemt i programmet for posisjonsbestemmelse av kvadrant/sensor, som en funksjon av x- og y-aksene og tiden ved å motta vinkelen 9 fra MWD-apparatet 200. Vinkelen til den nedadrettede vektoren blir bestemt i program 310 som

Figurene 6B-6E illustrerer stillingen til MWD-apparatet 200 og elektronikk-modulen 300/LWD-apparatet 100 i et borehull 12 ved flere tider, t1rt2, t3, U etter hvert som det roterer. Vinkelen O(t) varierer med tiden fordi den blir målt fra x-aksen til MWD-apparatet 200 (og til elektronikk-modulen 300/LWD-apparatet 100) til H-vektoren. Vinkelen9er konstant fra H'-vektoren til D-vektoren.

2. Bestemmelse av vinkel- avstandsseqmenter

Figur 6A illustrerer videre genereringen av vinkel-avstandssegmenter omkring borehullet. Uttrykket "kvadrant" blir brukt for å illustrerer oppfinnelsen hvor fire nitti graders vinkel-avstandssegmenter defineres omkring omkretsen på 360° til MWD-apparatet 200 eller LWD-apparatet 100. Andre vinkel-avstandssegmenter kan defineres, enten i mindre eller større antall enn fire. Vinkelavstanden til slike segmenter behøver nødvendigvis ikke være lik.

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen blir det imidlertid definert kvadranter som vist i representasjonen av datamaskinprogrammet 310 for posisjonsbestemmelse av kvadrant/sensor. En bunnkvadrant QBOT(t) blir definert, og som strekker seg førtifem grader på hver side av den nedadrettede vektoren D(t). Venstre kvadrant, QLEFr(t), toppkvadranten Q-rop(t) og den høyre kvadranten

Q RIGHT(t) er definert som på figur 6A.

3. Bestemmelse av sensorenes vinkel<p>osisjon.

Som figurene 6B-E videre illustrerer er sensorene S (for eksempel gammastråledetektorene 108 og 110 med kort og lang avstand, den ultrasoniske transduseren 112 og nær- og fjern-nøytrondetektorene 101, 102) orientert i en kjent vinkel a fra x-aksen. Vinkelen til sensoren er således en konstant vinkel a målt fra x-aksen.til elektronikkmodulen eller delanordningen 300. Følgelig bestemmer datamaskinprogrammet 310 hvilken kvadrant en sensor er i ved å sammenligne dens vinkel fra x-aksen med kvadrant-definisjonen med hensyn til x-aksen. For eksempel er sensorene S i Qbotnår a er mellom 0(t)-(p-45° og 0(t)- 9+45° Sensorene S er i Qtop når a er mellom 0(t)-9-135° og 0(t)-9-225°, osv.

Figur 6 illustrerer videre den nedadrettede vektoren 6 og fire kvadranter, Qbot, Qright, Qtop og Qleft som er faste i rommet, men er definert som en funksjon av tiden med de dreiende x- og y-aksene til MWD-apparatet 200.

Bestemmelse av massetetthet og

Ao- korreksionsfaktorer for hele borehullet og for kvadranter.

1. Gammastråledata- innsamling ved hjelp av enerqivinduet. tid og etter kvadrant.

Figur 7 er en billedmessig representasjon av gammastråler som vender tilbake fra formasjonen og som detekteres ved hjelp av gammastråle-detektorer. Detektoren 108 og 110 frembringer utganger som er representative for antallet tellinger pr energivindu for tellingene som reflektert i antallet og størrelsen av de

gammastråler som detekteres av detektorene 108, 110. Disse utgangene blir ført til analog/digital-anordninger (ADC) og lagret i minnet til datamaskinen 301 nede i borehullet. En illustrasjon av lagringen av verdiene til slike tellinger, som en funksjon av energivinduer, er også vist på figur 7. Visse lavere energivinduer er betegnet "myke" vinduer. Visse høyere energivinduer er betegnet som "harde" vinduer som vist på figur 7.

Figur 8 illustrerer at den del av datamaskinprogrammet 315 for datainnsamling i datamaskinen 301 som mottar tellinger fra ADC som reaksjon på detektorene 108, 110. Det motta også starttider og slutt-tider for akkumuleringen av det totale antall tellinger i hvert energivindu for (1) detektoren med kort avstand og (2) detek toren med lang avstand som en funksjon av hele borehullet og for hver kvadrant. Den totale innsamlingstid blir også samlet for hele borehullet, dvs. alle tellinger, og for innsamlingstiden for hver kvadrant. Slike utmatinger er for harde vindustellinger såvel som myke vindustellinger. Datamaskinprogrammet 315 beregner også telleverdier for alle sampler.

2. Massetetthet og Ap- korreksjonsbestemmelse.

Figur 9 illustrerer datamaskinprogrammet 320 i datamaskinen 301 i elektronikkmodulen 300 nede i borehullet, som mottar telleverdisignaler fra gammastråledetektorene med lang og kort avstand for harde vindustellinger etter vinkel-avstandssegment (for eksempel kvadrant). Som vist skjematisk på figur 9 mottar følgelig et delprogram 321, kalt "ryggrad og ribben" digitale datasignaler som er representative for de totale telleverdier for de harde vinduene for hele borehullet fra begge detektorene og bestemmer den lange avstandstettheten pL, den korte avstandstettheten ps, massetettheten pAvGog Ap-korreksjon. En "ryggrad- og ribbens"-korreksjonsteknikk er velkjent ved nukleær brønnlogging med hensyn til tetthet. En slik korreksjonsteknikk er basert på en velkjent korreksjonskurve av Wahl, J.S., Tittman, J., Johnstone, C.W., og ALger, R.P., "The Dual Spacing Formation Density Log", presentert ved det 39. årlige SPE-møtet 1964. En slik kurve omfatter en "ryggrad" som er en hovedsakelig lineær kurve som relaterer logaritmen for telleverdiene til detektoren med lang avstand til logaritmen av telleverdiene til detektoren med kort avstand. Denne kurven er markert med tetthet som en parameter langs kurven. "Ribben" krysser ryggraden ved forskjellige mellomrom. Slike ribben er eksperimentelt utledede kurver som viser den korreksjon som er nødven-dig for forskjellige slamkake-forhold.

Ryggrad- og ribben-datamaskinprogrammene blir gjentatt som ved 322, 323, 324 og 325 for å bestemme tettheten pL med lang avstand, tettheten ps med kort avstand, massetettheten pavg og Ap-korreksjonen for hver kvadrant basert på telleverdiene i de harde vinduene for detektorene med lang og kort avstand for hver kvadrant.

Bestemmelse av rotasjonsmessig tetthet phROTog Ap ROT- korreksion for hele borehullet og for kvadranter.

Figurene 10A og 10Ab illustrerer et datamaskinprogram 326 i datamaskinen 301 som bestemmer rotasjonsmessig tetthet, kalt pbROTog ApROT-korreksjon for hver kvadrant og for hele borehullet. Fremgangsmåten er beskrevet for et helt borehull i US-patent nr. 5 017 778 til Wraight, idet dette patentet inntas som referanse i denne beskrivelse. Dette patentet er også beskrevet i en artikkel av D. Best, P. Wraight og J. Holenka, med tittel "AN INNOVATIVE APPROACH TO

CORRECT DENSITY MEASUREMENTS WHILE DRILLING FOR HOLE SIZE

EFFECT", SPWLA, 31. Annual Logging Symposium, 24.-27. juni 1990.

For hele borehullet blir signaler som representerer de totale telleverdisampler fra de harde vinduer fra detektoren med lang avstand eller alternativt gammastråledetektoren med krot avstand og telleverdi blir overført fra dataprogrammet 315 for datainnsamling (figur 8). Tetthetene pl og ps blir overført fra datamaskinprogrammet 320 (figur 9). Et delprogram 328 bestemmer et teoretisk standardavvik eller standardavvik for et sirkulært hull (eventuelt varians), bestemmer et standardavvik for de målte sampler av innsamlede data, og bestemmer en delta-telleverdi, ACR, som en funksjon av variansen mellom det målte standardavvik og det teoretiske standardavvik for et sirkulært hull. Deretter blir et digitalt rotasjonsmessig massetetthetssignalPbROTbestemt. Digitale signaler som er representative for Aprot og pbROTblir matet ut. Figurene 10B, 10C og 10D illustrerer fremgangsmåten. Figur 10B viser igjen et ustabilisert LWD-apparat 100 som roterer i borehullet 12. Figur 10C illustrerer telleverdier i harde vinduer for detektoren med lang avstand eller alternativt kort avstand i LWD-apparatet 100 som en funksjon av tiden. Som antydet på figur 10C blir også den tid som detektoren er i forskjellige kvadranter (eller vinkel-avstandssegmenter referert til her som Q2 . ) også vist. For et ikke-rundt hull, spesielt for et ikke-stabilisert apparat 100, fluktuerer telleverdiene omkring en middelverdi for hver omdreining av apparatet. På figur 10C er det vist 8 sampler pr omdreining. Datainnsamlingen fortsetter i 10 til 20 sekunder. Figur 10D illustrerer fremgangsmåten til dataprogrammet 328 for å bestemmePbROTog Aprot for hele borehullet. Først blir et midlere (gjennomsnittlig) og teoretisk standardavvik (otheor) for en normal fordeling fra et sirkulært borehull med et stabilisert apparat, anslått. Deretter blir det laget et histogram eller fordeling av antall sampler som funksjon av målte telleverdier (CR) og et midlere og målt standardavvik (Omeas) for alle aktuelle tellinger som er innsamlet under en aktuell innsamlingstid, foretatt. En delta-telleverdifaktor ACR blir bestemt.

ACR = A-\Z<72meas — <<T>2theor

hvor A er en konstant som er en funksjon av datasamplingshastigheten.

Deretter blir ApROT-faktoren bestemt.

hvor ds er detektorens følsomhet.

Endelig blir den rotasjonsmessige massetetthet bestemt:

hvor D, E og F er eksperimentelt bestemte koeffisienter;

Pl = lang avstandstetthet oppnådd som vist på figur 9; og

ps = kort avstandstetthet oppnådd som vist på figur 9.

Som antydet på figur 10C og også 10D blir denne pbRoT-faktoren og ACR-faktoren også bestemt på samme måte for hver kvadrant, men selvsagt bare ved å bruke de sampler som er innsamlet i for eksempel Q-rop-kvadranten istedenfor å bruke alle samplene på figur 10C. Som antydet på figur 10Aa og 10Ab blir Aprot-faktoren og pbROT-verdien ifølge oppfinnelsen bestemt for hele borehullet for hver kvadrant.

Bestemmelse av gjennomsnittlig og rotasjonsmessig fotoelektrisk effekt ( PEF) ut-matninqer for hele borehullet og som en funksjon av kvadranter.

1. Bestemmelse av PEFavg

Figur 11A og 11B illustrerer et dataprogram 330 som bestemmer fotoelektrisk effekt som alternativt en funksjon av telleverdier i myke vinduer for detektoren med kort avstand og telleverdien i harde vinduer for detektoren med kort avstand eller telleverdien i myke vinduer for detektoren med lang avstand og telleverdien i harde vinduer for detektoren med lang avstand. Ved å bruke telleverdiene for detektorene med kort avstand og lang avstand for hele borehullet og pavg som en innmatning fra datamaskinprogrammet 320, blir følgende faktor bestemt

hvor det makroskopiske tverrsnitt,

Uttrykkene K, B og C er eksperimentelt bestemte konstanter.

På lignende måte, som vist på figurene 11A og 11B, blir Uavg bot,

Uav<g>right, Uav<g>to<p>og Uav<g>left, bestemt fra tellehastigheter i myke og harde vinduer for detektorer med kort og lang avstand mens sensoren er i henholdsvis bunnkvadranten, høyrekvadrant, toppkvadranten og venstre kvadrant.

2. Bestemmelse av rotasjonsmessig PEF

Figurene 12A-C illustrerer et dataprogram 335 i datamaskinen 301 nede i borehullet. De totale telleverdi-fordelinger fra de myke og harde vinduer fra detektoren med lang avstand eller alternativet detektoren med kort avstand og de tilsvarende telleverdier blir akkumulert.

På lignende måte som beskrevet ovenfor med hensyn til beregningen av rotasjonsmessig tetthet, blir en ACRSoFr-faktor bestemt fra den myke telleverdi-fordeling,

hvor A er en konstant som er en funksjon av datasamplings-hastigheten. Likele-des blir en aCRhardbestemt fra den harde telleverdi-fordeling. Deretter blir faktorer for makroskopiske tverrsnitt Urotog PEFrotbestemt: Hvor K, B og C er eksperimentelt bestemte konstanter, og

hvor pbROTer bestemt i dataprogram 328 som vist på figur 10Aa, 10Ab og 10D.

På tilsvarende måte blir PEFRoT-faktoren for hver kvadrant også bestemt, som illustrert på figurene 12A-C.

PEF er en indikator på den bergart som er i formasjonen. Følgelig er PEFavg en indikator på bergarten i gjennomsnitt for hele borehullet. PEFAvg pr kvadrant er en indikator på bergart pr. kvadrant og dermed heterogeniteten til formasjonen. PEFR0T-signaler Som bestemmes av program 335 (figurene 12A-c) gir ytterligere informasjon med hensyn til formasjonens bergarter.

En alternativ fremgangsmåte for bestemmelse av rotasjonsmessig er illustrert på figurene 12D-F. den totale myke telleverdi og totale harde telleverdi fra gammastråledetektoren med lang avstand eller alternativt kort avstand blir akkumulert for et antall innsamlingstids-sampler. For hver slik innsamlingstidssampel blir det deretter bestemt en makroskopisk tverrsnittsfaktor Ut som en funksjon av innsamlingstid t:

hvor K, B og C er eksperimentelt bestemte konstanter.

Deretter blir standard-avviket bestemt fra fordelingen av Ut-faktorer. Til slutt blir en rotasjonsmessig verdi av fotoelektrisk effekt, PEFrot, bestemt fra fordelingen av Ut-faktorene. Denne rotasjonsmessige verdien blir bestemt på en måte maken til den som er illustrert på figurene 10Aa, 10Ab og 10D for bestemmelsen av pbROTfra en fordeling av telleverdisampler som en funksjon av telleverdi. Fremgangsmåten fortsetter så som tidligere beskrevet, til en bestemmelse av den totale PEFrot og PEFrot for hver kvadrant.

Ultrasonisk veqqavstand- bestemmelse

Som vist på figur 13 bestemmer dataprogrammet 350 i datamaskinen 301 borehullets form fra avstandsbestemmelser basert på ultrasoniske signaler. Som nevnt beskriver US-patent nr. 5 130 950 som er inntatt som referanse, bestemmelse av veggavstand. Slik veggavstand, dvs. avstanden mellom den ultrasoniske sensor og borehullsveggen, blir bestemt som en funksjon av kvadrant og innsamlet for hver kvadrant.

En fordeling av avstandsverdier blir innsamlet pr kvadrant for en forut bestemt innsamlingstid. Fra denne fordelingen blir det for hver kvadrant bestemt en gjennomsnittlig, maksimal og minimal verdi for veggavstand. Fra disse verdiene blir en "vertikal" diameter av borehullet bestemt ved å bruke den gjennomsnittlige avstand for bunnkvadranten pluss apparatdiameteren pluss den gjennomsnittlige veggavstand for toppkvadranten. Den "horisontale" diameter blir bestemt på tilsvarende måte.

Bestemmelse av maksimal eller minimal rotasjonsmessig tetthet.

Som beskrevet ovenfor blir rotasjonsmessig tetthet bestemt omkring hele borehullet og for hver av kvadrantene for å kompensere for borehullseffekter som en alternativ teknikk til "ryggrad- og ribben"-teknikken. Oppfinnelsen tilveiebringer videre en bestemmelse av om tilsynelatende slamtetthet i borehullet, dvs. den målte tetthet innbefattet fotoelektrisk effekt, er større enn eller mindre enn tilsynelatende formasjonstetthet ved innbefatning av informasjon fra den ultrasoniske måling av veggavstand pr kvadrant, som beskrevet ovenfor, under henvisning til figur 13. Hvis de gjennomsnittlige gammastråletellinger i en kvadrant med veggavstand (for eksempel toppkvadranten) er høyere enn de gjennomsnittlige gammastråletellinger i en kvadrant uten veggavstand, (for eksempel bunnkvadranten), så blir tilsynelatende formasjonstetthet bestemt å være høyere enn tilsynelatende slamtetthet. En maksimal rotasjonsmessig tetthet blir derfor bestemt.

Hvis de gjennomsnittlige gammastråletellinger i en kvadrant med veggavstand (for eksempel toppkvadranten) er lavere enn de gjennomsnittlige gammastråletellinger i en kvadrant uten veggavstand (for eksempel bunnkvadranten) så blir tilsynelatende formasjonstetthet bestemt å være lavere enn tilsynelatende slamtetthet. En minimal rotasjonstetthet blir derfor bestemt.

Bestemmelse av gjennomsnittlig nøytronporøsitet.

Figurene 14A og 14B illustrerer et dataprogram 340 for datamaskinen 301 nede i borehullet som mottar nøytrontelleverdier fra nær- og fjern-detektoren i LWD-apparatet 100. Det mottar også digitale signaler om hullets horisontale og vertikale diameter fra dataprogrammet 350 (figur 13) som er diskutert ovenfor. Nøytrontelleverdi blir påvirket av hulldiameter. Korreksjonskurver for hulldimensjon for nøytrontelleverdier er publisert i den tekniske litteratur. Målte nøytrontelle-verdier for nær- og fjem-detektor blir følgelig korrigert, i dette aspekt av oppfinnelsen, ved å bruke korreksjonskurver eller tabeller for hulldimensjon som bestemt ved hjelp av den ultrasoniske sensor og tilhørende dataprogram 350 som beskrevet ovenfor. Gjennomsnittlig porøsitetsbestemmelse fra program 341 som bruker alle borehullstellinger og kompensert for apparatets avstand fra borehullet som en funksjon av kvadrant, blir foretatt på konvensjonell måte.

På en lignende måte blir et digitalt porøsitetssignal bestemt for hver av de enkelte kvadranter fra telleverdier for fjern- og nær-nøytrondetektorer pr kvadrant og fra slike data for hullets form.

Bestemmelse av rotasionsmessige nø<y>tronporøsitet.

Figurene 15A-C illustrerer et dataprogram 345 i datamaskinen 301 nede i borehullet som mottar totale nøytrontelleverdier fra nær- og fjem-detektorene.

Histogrammer, dvs. fordelinger, blir tilveiebrakt fra alle slike telleverdier under innsamlingstiden. Standardavviket for hver fordeling blir bestemt. Disse standardavvik blir brukt til å bestemme rotasjonsmessig nøytronporøsitet for hele borehullet og for hver kvadrant på en måte tilsvarende den som er beskrevet i forbindelse med figur 10D for bestemmelsen av rotasjonsmessig massetetthet.

Bestemmelse av formasjonens heterogenitet.

Figur 4B illustrerer et borehull som er omgitt ikke av en homogenisk formasjon, men av to forskjellige bergarter. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er ide-elt egnet for måling av graden av formasjonens heterogenitet omkring borehullet.

Ved å bruke tetthetsmålinger eller porøsitetsmålinger som beskrevet her, blir slike signaler som i forbindelse med hvert spesielt vinkel-avstandssegment definert ved hjelp av apparatet på figur 1 og figurene 3A og 3B, og i henhold til dataprogram 310, et signal som er karakteristisk for de formasjoner som omgir borehullet, slik som tettheten, PEF eller porøsiteten, utledet for hvert av vinkel-avstandssegmentene. Formasjonens heterogenitet blir vurdert ved å sammenligne et signal som er karakteristisk for formasjonen fra et vinkel-avstandssegment til et annet. En slik sammenligning kan ha form av en enkel differensiering av slike karakteristikker fra et segment til et annet, eller den kan være i form av bestemmelse av en statistisk parameter slik som standardavvik eller varians for en karakteristikk, slik som porøsitet eller densitet, og sammenligning (for eksempel ved differensiering) av en slik statistisk parameter fra et segment med et annet.

Informasionslagring

Alle de digitale utgangssignalene kan lagres i masselagringsanordninger (ikke vist) i datamaskinen 301 for gjennomsyn og mulig ytterligere analyse og tolk-ning når boreanordningen ved bunnen av hullet blir ført tilbake til overflaten. Visse data, begrenset i mengde på grunn av båndbredde-begrensninger, kan overføres til overflateinstrumenter via borestrengens slambane fra kommunikasjons-delanordningen 400.

Claims (21)

1. Fremgangsmåte for å bestemme en karakteristikk ved en grunnformasjon (8) som omgir et hellende borehull (12) der et generelt sylinderformet logge-under-boreverktøy (100) er opptatt, og som inkluderer trinnene å påføre energi inn i borehullet fra en energikilde (104, 106, 112) anordnet i verktøyet, og der nevnte verktøy dreies i borehullet, og å registrere målesignaler mottatt i en sensor (101, 102, 108,110) anbrakt i nevnte verktøy fra omkretsmessig adskilte steder rundt borehullet, hvor målesignalene er svar på tilbakevendende energi som resulterer fra vekselvirkning mellom den påførte energien og formasjonen, idet fremgangsmåten er å definere et tverrsnitt av verktøyet (100) som er vinkelrett på en lengdeakse til verktøyet, karakterisert ved å bestemme et bunnkontakt-punkt for tverrsnittet til verktøyet som er i kontakt med det hellende borehullet når verktøyet roterer i borehullet, å dele tverrsnittet i minst to vinkelsegmenter, der ett av segmentene kalles et bunnsegment til borehullet som inkluderer bunnkontakt-punktet i tverrsnittet til verktøyet (100) med det hellende borehullet (12), å knytte målesignalene til et spesielt segment under tiden slike signaler produseres som svar på energien som vender tilbake fra formasjonen ettersom verk-tøyet dreies i borehullet, og å utlede en indikasjon på en karakteristikk ved formasjonen som en funksjon av målesignalene tilordnet bunnsegmentet i borehullet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor indikasjonen på formasjonskarakteristik-ken utledes for hvert av vinkelsegmentene.

3. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 eller 2, hvor formasjonskarakteristik-ken bestemmes som en funksjon av vinkelsegmentene ved å sammenligne indikasjonen for nevnte karakteristikk fra et segment til et annet.

4. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 3, hvor energien som påføres borehullet (12) er i form av gammastråler utstrålt fra en gammastrålekilde (106), og den tilbakevendende energien er i form av gammastråler som resulterer fra vekselvirkning med formasjonen (8).

5. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 3, hvor energien påført borehullet (12) er i form av nøytroner utstrålt fra en nøytronkilde (104), og den tilbakevendende energien er i form av stråling som resulterer fra vekselvirkning mellom nøy-troner og formasjonen (8).

6. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 3, hvor energien påført borehullet (12) er i form av ultralydpulser, og den tilbakevendende energien er i form av ultralydpulser reflektert fra borehullet.

7. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 6, hvor tverrsnittet til borehullet er inndelt i bunn-, høyre-, topp- og venstre-vinkelsegmenter.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 4, videre karakterisert ved å registrere identiteten til et segment som sensoren (108,110) er i mens verktøyet (100) dreies i borehullet, og å registrere antallet gammastråletellinger for sensorene per segment for en viss registreirngstid.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, hvor sensoren inkluderer en gammastråledetektor med kort avstand (108) og en gammastråledetektor med lang avstand (110) fra gammastrålekilden (106), videre karakterisert ved å registrere antallet gammastråletellinger for detektoren (108) i kort avstand per segment for en viss registreringstid, og å registrere antallet gammastråletellinger for detektoren (110) med lang avstand per segment for en viss registreringstid.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, videre karakterisert ved å tilknytte gammastråletellingene med de flere vinkelsegmentene i forhold til bunnsegmentet i borehullet, for minst ett vinkelsegment, å bestemme et signal proporsjonalt med differ-ansen i variansen til gammastråletellingene fra én av detektorene (108, 110) for minst ett slikt vinkelsegment og en forventet varians for slike gammastråletellinger for et sirkulært borehull for minst ett slikt segment, og for minst det ene vinkelsegmentet, å bestemme en tetthetsrotasjonskorrek-sjonsfaktor, kalt Aprot, representativt for en tetthetsmålingskorreksjon nødvendig for å korrigere en tetthetsmåling til det minst ene vinkelsegmentet for borehullsirre-gularitet langs det minst ene vinkelsegmentet.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, videre karakterisert ved å bestemme fra nevnte gammastråledetektorer (110, 108) for lang og kort avstand tellerater for harde vinduer og tilknyttet det nevnte ene av de flere vinkelsegmentene, signaler representative for tetthet, kalt psegment,L, psegment.s, henholdsvis, og å bestemme et signal proporsjonalt med tettheten til vinkelsegmentet, kalt PbROTsegment, SOITl en funksjon av PsegmenU, psegment.S Og ApROTSignalene.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 10, hvor bunnsegmentet bestemmes som en funksjon av tid mens verktøyet (100) roterer i borehullet (12) ifølge trinnene i en delanordning (200) som har x, y, z akser svarende til respektive akser for logge-under-boreverktøyet, å bestemme en H', -vektor for Hx, Hy signaler fra magnetometeret (201, 202) orientert langs x- og y-akser vinkelrett på en z-akse langs lengdeaksen til verktøyet, å bestemme en G -vektor for Gx, Gy signaler fra akselerometeret (208) orientert langs respektive x- og y-akser for delanordningen (200), og å bestemme en vinkel cp mellom nevnte H\-vektor og nevnte G -vektor, og i en elektronikkenhet (300) i verktøyet, å bestemme en H2-vektor til Hx, Hy signalene fra magnetometere (302) orientert langs respektive x- og y-akser for verktøyet, å overføre cp-signalet fra delanordningen (200) til logge-under-boreverk-tøyet, ettersom logge-under-boreverktøyet roteres i borehullet, å bestemme et signal representativt for en vinkel 0(t) mellom en akse for tverrsnittet til verktøyet og nevnte H2-vektor målt med magnetometerne (302) for verktøyet, og å bestemme et signal representativt for en nedvektor D(t) som konstant peker på bunnkontakt-punktet bed å subtrahere nevnte cp-signal fra nevnte 0(t)-signal, og å addere og subtrahere faste vinkler omkring nevnte nedvektor D(t) for å produsere et bunnintervall omkring nevnte nedvektor D(t).

13. Fremgangsmåte ifølge krav 11, videre karakterisert vedtrinnene å for hver av de flere vinkelsegmentene, å bestemme en Ap rot signal og et APbROTsegment signal.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor gammastråletellingene i gammastråledetektoren (108) med kort avstand og gammastråledetektoren (110) med lang avstand registreres i henhold til deres respektive energinivåer kallet vinduer, for derved å produsere et spektrum av tellerater med visse høyenerginivå-vinduer betegnet som harde vinduer og visse lavenerginivå-vinduer betegnet som myke vinduer, videre karakterisert ved å bestemme gjennomsnitts-tetthet, kalt pAvG, til formasjonen, å bestemme et makroskopisk tverrsnitt, kalt UAvg. for hele formasjonen som en funksjon av total tellerate for myke vindu til én av de nevnte detektorer og total tellerate for harde vindu for én av de nevnte detektorer, og å bestemme en gjennomsnittlig fotoelektrisk effekt, kalt PEF, til formasjonen (8) som et forhold mellom det makroskopiske tverrsnitt og gjennomsnitts-tetthet, det vil si,

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, hvor gjennomsnittstetthet pavg til formasjo-nene bestemmes fra trinnene å bestemme en total tellerate for harde vindu fra gammastråledetektoren (108) med kort avstand, å bestemme en total tellerate for harde vindu fra gammastråledetektoren (110) med lang avstand, og å anvende telleverdien i harde vinduer for detektoren med kort avstand og telleverdien i harde vinduer fra detektoren med lang avstand til en "ryggrad- og ribben"-representasjon av responsen til en tetthetsanordning med to detektorer på formasjonstettheten og boreslam og slamkake.

16. " Fremgangsmåte ifølge krav 14, videre karakterisert ved å bestemme gjennomsnittlig tetthet for et spesielt vinkelsegment, kalt pAVG segment, å bestemme et makroskopisk tverrsnitt til det spesielle vinkelsegmentet, kalt Uavg segment, som en funksjon av tellerate for myke vindu til én av de nevnte gammastråledetektorer for nevnte spesielle vinkelsegment og telleraten for harde vindu for én av nevnte detektorer for nevnte spesielle vinkelsegment, og å bestemme en gjennomsnittlig PEF for det spesielle vinkelsegmentet som et forhold mellom nevnte UAvg segment og nevnte pavg segment, det vil si

17. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor bunnsegmentet bestemmes ifølge trinnene, i en delanordning (200) som har x-, y-, z-akser svarende til respektive akser for logge-under-boreverktøyet (100), å bestemme et (p-signal representativt foren vinkel kalt q> mellom en Hx, Hy vektor, H',, fra magnetometeret (201, 202) orientert langs henholdsvis x- og y-aksene for delanordningen (200) og en Gx, Gy-vektor, G , fra akselerometeret (208) orientert langs respektive x- og y-aksene til delen-heten, i en elektronikkdel (300) i logge-under-boreverktøyet, å bestemme et H2-signal representativt for en Hx, Hy-vektor, H2, med magnetometeret (302) orientert langs respektive x- og y-aksene til verktøyet, å overføre (p-signalet fra delanordningen (200) til elektronikkdelen (300) i logge-under-boreverktøyet, ettersom logge-under-boreverktøyet roterer i borehullet, å bestemme et signal representativt for en vinkel G(t) mellom en akse til tverrsnittet av verktøyet og nevnte H2-signal målt med magnetometerne (302) til verktøyet, å bestemme et signal representativt for vinkelen for en nedvektor D(t) ved å subtrahere cp-signalet fra ©(t)-signalet, og å addere og subtrahere faste vinkler omkring nevnte vinkel til nedvektoren D(t) for å produsere en bunnkvadrant QbotWomkring nedvektoren D(t).

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17, hvor bunnkvadranten, QbotO) er definert som en nitti graders kvadrant som skjæres av D(t) vektoren.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 18, hvor fire kvadranter er definert ved vinkel-områder omkring periferien til verktøyet (100):

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, hvor sensoren (101, 102, 108, 110) er orientert i en forutbestemt vinkel, kalt a, med hensyn til en akse som er vinkelrett på en lengdeakse til verktøyet (100), og videre omfattende trinnene å bestemme tids-intervallet som sensoren befinner seg i hver kvadrant ved å sammenligne nevnte vinkel a med vinkelområdet for hver kvadrant.

21. Apparat for å bestemme en karakteristikk til en jordformasjon (8) som omgir et borehull (12) omfattende: et generelt sylinderformet logge-under-boreverktøy (100) som har et radialt tverrsnitt som er vinkelrett på dens lengdeakse, hvor verktøyet erkarakterisert ved: anordninger (301) for å bestemme et bunnkontakt-punkt for tverrsnittet til verktøyet som er i kontakt med borehullet ettersom verktøyet roteres i borehullet, anordninger (310) for å dele tverrsnittet i minst to vinkelsegmenter, hvor ett av segmentene er kalt et bunnsegment til borehullet som inkluderer bunnkontakt-punktet til tverrsnittet for verktøyet med borehullet, energikildemidler (104, 106, 112) anbrakt i verktøyet (100) for å påføre energi inn i borehullet ettersom verktøyet dreies på innsiden av borehullet, sensoranordninger S anbrakt i verktøyet for å produsere signaler som svar på energistimuli, anordninger (301) for å registrere målesignaler mottatt i sensoranordningene, fra omkretsmessig adskilte posisjoner rundt borehullet, hvor målesignalene er svar på tilbakevendende energi som resulterer fra vekselvirkningen mellom påført energi og formasjonen, en dataprogramanordning (301) for å tilordne målesignalene med et spesielt segment under tiden slike signaler produseres som svar på energien som vender tilbake fra formasjonen ettersom verktøyet dreies i borehullet, og en dataprogramanordning (301) for å utlede en indikasjon på en karakteristikk til formasjonen som en funksjon av målesignalene tilknyttet bunnsegmentet til borehullet.