NO317667B1 - Anordning og fremgangsmate for akustisk kvalitetsbestemmelseav av sement pa utsiden av et bronnforingsror - Google Patents

Description

TEKNISK OMRÅDE FOR OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelse angår generelt et apparat og en fremgangsmåte for å bestemme tilstedeværelsen av sement utenfor et borehullsforingsrør,

for å bestemme kvaliteten til bindingen mellom sementen og utsiden av foringsrø-ret og for å bestemme avstanden til den første akustiske reflektor bak foringsrøret. Mer bestemt angår den foreliggende oppfinnelse en loggesonde som omfatter en rekke spesielt utformede transdusere som er tilpasset for å minimalisere falske avlesninger og å tilveiebringe en nøyaktig kvantitativ registrering av sementbindingen og avstanden til en eller flere reflektorer bak foringsrøret.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

I olje og gassindustrien blir brønner ferdigstilt ved at det anordnes en streng av foringsrør i borehullet og foretas oppfylling av det ringformede rommet mellom foringsrøret og borehullet med sement. Sementen adskiller de forskjellige forma-sjons-sonene og spesielt de produktive olje- og gassførende formasjonene fra ikke-produktive formasjoner, slik som vannførende formasjoner. Etter at sonene er blitt adskilt ved sementeringen, blir bare de produktive formasjonene perforert for produksjon. Når foringsrøret er perforert, kan feil i sementen eller sement til for-ingsrørbindingen resultere i ufullstendig adskillelse av formasjonssonene og foru-rensning mellom dem som et resultat av migrasjon av fluider undertrykk gjennom hulrom, porer eller sprekker. Dette er spesielt uønsket i de tilfeller hvor fluider fra vannbærende strata eller lag migrerer inn i fluidet i en produksjonssone, hvilket resulterer i minsket produksjon av de ønskede hydrokarboner.

US 5 089 989 omhandler en fremgangsmåte og anordning for å måle kvaliteten av en sementbinding i et ringformet rom mellom et foringsrør og et brønnbor-ingshull, hvor seks langsgående adskilte grupper av akustiske transdusere alle er montert på en sonde og orientert perpendikulært på sondeaksen. EP A2 549 419 omhandler en fremgangsmåte og en anordning for å måle kvaliteten av sement mellom foringsrør og borehullsvegg, hvor akustiske transdusere er skråstilte i forhold til en sondeakse. EP A2 395 499 omhandler en fremgangsmåte og anordning for å måle kvaliteten av en sementbinding i et ringformet rom mellom et foringsrør og et brønnboringshuil, og for bestemmelse av foringsrørtykkelse.

Det er således ønskelig å tilveiebringe en sonde eller et verktøy som er i stand til å detektere og bestemme kvaliteten av bindingen mellom sement og for-ingsrør. Det er videre ønskelig å være i stand til å detektere kanaler eller spalter i sementen, hvilke kan tillate migrasjon av fluidet selv om sementen er riktig bundet til foringsrøret. For disse formål er det foreslått en rekke sonder/verktøy og fremgangsmåter, men inntil nå har ingen vært fullstendig effektive.

Kjente bindingsmåleverktøy er utsatt for i det minste fire årsaker til unøyak-tige avlesninger. For det første kan ikke de kjente verktøyene differensiere mellom et stort gap og et lite gap mellom foringsrøret og sementen. Et lite gap (0,001 tomme) dannet som et resultat av et overtrykk under sementeringen i størrelsesorden 5000 pund pr. kvadrattomme er vanligvis stort nok til å gi lekkasje av brønnfluider gjennom sementen. Dette gapet kan være for lite til å repareres med konvensjonell utbedringssementering. I motsetning til dette kan et gap i størrelsesorden 0,125 tommer repareres ved hjelp av konvensjonell utbedringssementering. Konvensjonelle bindingsmåleverktøy kan ikke måle noen av de nevnte gap-tykkelser.

For det andre kan ikke de kjente bindingsmåleverktøyene alltid differensiere mellom en dårlig sement til foringsrørbinding og tynn sement som er riktig bundet til foringsrøret. Dersom det ringformede rommet mellom borehullveggen og for-ingsrøret er mindre enn 1 tomme tykk, kan sementlaget som er bundet til forings-røret i dette området feilaktig detekteres som en dårlig sementbinding med de kjente verktøy.

En tredje svakhet som er iboende i de kjente verktøy består i at de ikke er i stand til skille mellom en dårlig binding og sement med lav akustisk impedans. Egenskapene til sement, innbefattende dens akustiske impedans, varier meget fra porsjon eller ladning til ladning, med det resultat at visse lavimpedanssementer danner samme type sonisk respons som en fluid og detekteres derfor feilaktig som en dårlig binding.

Og til slutt er de kjente verktøy ikke i stand til på konsistent måte å skille mellom spalter eller kanaler i sementen som er fylt med sammenpakket filterkake, og det derfor er liten sannsynlighet for at vil gi fluid-migrasjon, og kanaler som er fylt med væske eller gass og som senere kan danne baner for gass-migrasjon.

Visse typer ikke-destruktiv testing av rørformede metalldeler involverer bruken av signaler i to 2-MHz-området for å detektere sprekker i metallet, men slike teknikker er hittil ikke sett i bruk i bindingsmåleverktøy til den impedansmistilpas-ningen i stål-sement-grensen skape refleksjoner i foringsrøret hvilket har en tendens til å skygge for eller maskere signalet fra sementen.

Det er således ønskelig å tilveiebringe et verktøy for avbilding av binding, som kan detektere og skille mellom dårlige bindinger og andre uskadelige sementbindingstilstander.

SUMMERING AV OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et flerdelt verktøy som tillater måling av flere klart uavhengige parametre, som i sin tur blir brukt til å utlede sekundære parametre som gir informasjon om egenskapene til sementen utenfor for-ingsrøret. Sekundære parametre som påvirker de målte signalene er: tykkelsen til foringsrøret, bindingen av sement til foringsrøret, sementens akustiske impedans, kanalstørrelse og kanalmateriale. Ved å måle så mange uavhengige parametre som det er sekundære parametre, kan en utlede verdiene til de sekundære para-metrene.

Konvensjonelle verktøy (sonder) skiller mellom mikroåpninger (gap mindre enn 0,0002 tommer) og milliåpninger (større gap) ved å måle parametre både med og uten et overtrykk som er tilstrekkelig til å lukke mikroåpningen, men ikke tilstrekkelig til å lukke milliåpningen, og derved tillater detektering av den sist-nevnte. Verktøyet eller sonden i henhold til den foreliggende oppfinnelse kombine-rer en tilsvarende bruk av overtrykk og konvensjonell pulsekko bindingsmålinger med en teknikk som gjør bruk av en radial ultrasonisk transmisjon som har en frekvens på 2 MHz, og en ny transduser-konfigurasjon. I kombinasjon tillater disse

. aspektene ved det foreliggende verktøyet å måle gap-tykkelser til milliåpninger som har gapbredder mellom 0,0002 og 0,05 tommer. Den foreliggende oppfin-

neise innbefatter videre en 2-MHz-transduser som er utformet slik at senderen og mottakeren er mindre enn 0,04 tommer fra hverandre. Dette nært adskilte paret av transdusere refereres til som en enkel-hus «kast-fang»-utforming og produserer bedre måling av milliåpning-gap enn de tidligere fremgangsmåter. Forbedringen når det gjelder detektering av milliåpninger økes ved bruken av en sterkt dempet 2 MHz frekvens. Konvensjonelle 0,5 MHz pulsekko-transdusere har vedvarende

nedringning mellom suksessive bakveggekko til foringsrørene. 2-MHz-transduseren frembringer små foringsrørrefleksjoner og gir rolige tidsvinduer mellom suksessive bakvegg-ekkoer, hvilket gjør det mulig å detektere milliåpning-ekkoer i disse rolige eller stille tidsvinduene.

I tillegg anvender den foreliggende oppfinnelse måling av dempningen

av styrte (symmetrisk plate)-bølger som sendes aksialt langs foringsrøret for å detektere mangelen på sement-foringsrørbinding mer nøyaktig enn konvensjonelle pulsekko, radial tykkelse-modus, kompresjonsbølger.

Foreliggende oppfinnelse anvender styrt eller ledet bølgeavlesninger som er foretatt under utvalgte tidsvinduer for skille mellom forskjellige typer måledata som er tilgjengelige i det mottatte signalet, innbefattende avlesninger som relate-rer seg til sementkvaiiteten, fra bølger som er ledet eller styrt i forskjellige radielle dybder i stålet, sement og vann, for å tillate separasjon og måling av ett eller flere ønskede signaler.

Et annet aspe kt ved den foreliggende oppfinnelse tillater detekteringen og måling av kanaler i den ringformede sementen. Mens bruken av et høyfrekvens-signal (2 MHz) tillater skille mellom små og svært små gap i sementen, kan den ikke anvendes ved måling av gap som er større enn en halv tomme. I stedet anvender den foreliggende oppfinnelse en kast-fang-transduserutforming, som tillater måling av fluidtykkelser som er større enn 3/8 tomme og faststoff-tykkelser som er større enn 0,5 tomme utenfor foringsrøret.

Den foreliggende oppfinnelse innbefatter en optimalisert avstand mellom transduserne og foringsrøret for å minimalisere slamdempningen av signalet. Denne avstanden blir målt og bekreftet ultrasonisk for å kompensere for verktøy-desentralisasjon. Statistiske behandlingsteknikker blir brukt i samsvar med den foreliggende oppfinnelse for å kompensere for virkningen av desentralisasjon som en funksjon av asimut-retningen til verktøyet, hvilket resulterer i et konstant tolket signal. En volumcelle (voksel)-konfigurasjon er også utviklet for å tilveiebringe en referanseramme for de målte dataene. Dette tillater det foreliggende systemet å identifisere avstandene til de første reflektorene bak sementen og bestemme detekterte feil nøyaktig.

Alle målingene ovenfor blir kombinert og analysert for å tillate simultan tolkning av de følgende faktorer: tykkelse på foringsrøret, gap-tykkelse, binding, sement-tykkelse, sement-impedans og kanalstørrelse, form og lokalisering.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1 viser skjematisk loggeverktøyet eller sonden i henhold til den foreliggende oppfinnelse anordnet i et borehull; Fig. 2 viser skjematisk en enkelhus kast-fang-transduser i henhold til den foreliggende oppfinnelse; Fig. 3 er et eksempel på en volumcelle (voksel)-konfigurasjon for avbilding av reflektorer bak foringsrøret; Fig. 4 skisserer en transduser-konfigurasjon som brukes for å vise diskriminering mellom frie og festede eller bundede aluminiumsplater; Fig. 5 omfatter fire oscilloskoptegninger som viser nær- og fjern-mottaker-bølgeformer for hver sender for fri aluminiumplate; Fig. 6 omfatter fire oscilloskopopptegninger som viser nær- og fjern-mottak-erbølgeformer for hver sender for bundet eller festet aluminiumplate; Fig. 7 er en opptegning av den mottatte spenningen for et 2-MHz-signal i et foringsrør av stål omgitt av sement; Fig. 8 er en opptegning av utgangspenningen avledet ved å behandle amplituden og den førstederiverte til 2-MHz-signalet på fig. 8; Fig. 9A og 9B er et par av opptegninger av spenningen mottatt ved bruk av vinklede transdusere i et stålforingsrør omgitt av henholdsvis tynn (0,5 tomme) sement og sement som har en tykkelse større enn 1 tomme; Fig. 10A og 10B er et par av opptegninger av utgangsspenningen avledet ved behandling av den første og andre deriverte av signalene på henholdsvis fig, 9A og 9B; og Fig. 11 er en serie av rutenett som simulerer resultatene av multiparameter-analysene i henhold til den foreliggende oppfinnelse, og viser kvantitative analyser av sementen langs en lengde av foringsrør, ved inkremental økning av radiale avstander fra foringsrøret og i 45° asimut-inkrementer rundt omkretsen til forings-røret.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelse omfatter et verktøy eller en sonde tilpasset til å evakuere tilstrekkeligheten til sementpluggen og dens binding til foringsrøret. Oppfinnelsen omfatter videre en fremgangsmåte for å anvende sonden eller verk-tøyet for å optimalisere nøyaktigheten i dens målinger. Både verktøyet eller sonden og fremgangsmåten for å anvende denne er beskrevet uttrykt ved en foretrukket utførelse som angitt nedenfor.

Verktøy/ sonde

Ved henvisning til fig. 1, omfatter den foreliggende oppfinnelse et loggeverktøy 10 som har første og andre ender 12,14 og en akse 16. Verktøyet 10 er tilkoplet et system 20, utenfor borehullet, ved dets andre ende 14. Komponentene til systemet 20 utenfor borehullet er generelt kjent på området og kan innbefatte en motor, skanner, nedihulls-kommunikasjonsutstyr og lignende (ikke vist). Når verktøyet 10 eller sonden er i et borehull som vist på fig. 1, er det omgitt av slam 22, foringsrør 24, sement 26 og formasjon 28. En rekke transdusere er montert på verktøyet 10 som beskrevet nedenfor og tilpasset for å tilveiebringe tilstrekkelig uavhengige

målinger for å tillate utledning av de numeriske resultatene for de avhengige fakto-rene som identifiserer tilstedeværelse, kvaliteten og bindingen til sementen utenfor foringsrørveggen. Det må forstås at hver transduser er elektrisk tilkoplet kretser (ikke vist) som styrer transduserne og mottar og behandler informasjon fra disse, som kjent på området. Transduserne i rekken innbefatter en standard pulsekkotransduser 30, et første par adskilte transdusere 32, 34, et andre par adskilte transdusere 36, 38 og en høyfrekvens enkelhus kast-fang-transduser 40.

Transduseren 30 befinner seg fortrinnsvis midtveis mellom endene 12,14 til loggesonden og er orientert slik at dens ytre overflate er parallell med sondens akse. Transduseren 30 er posisjonert i sonden 10 på en slik måte at dens ytre overflate befinner seg mellom omtrent 1 og 2 tommer, og fortrinnsvis ca. 1,25 tomme, fra innsiden av foringsrørveggen når sonden 10 er sentrert i foringsrøret. I samsvar med en foretrukket utførelse består transduseren 30 av en pulsekkotransduser (PET) eller en akustisk omkretsskanne-transduser, av kjent type. En pulsekko-teknikk anvender en enkelt transduser som først fungerer som en sender og så som en mottaker som måler signaler som reflekteres tilbake. Som et eksempel kan nevnes at for stålforingsrør som har en tykkelse på 0,3 tomme er den foretrukne frekvensen til transduseren 30 omtrent 380 kHz. Transduserbånd-bredden i et slikt tilfelle kan være omtrent 300 kHz. Dersom foringsrørtykkelsen er kjent, kan en optimal frekvens f hvorved transduseren 30 arbeider effektivt be-regnes i samsvar med ligningen;

hvor vc er kompresjonshastigheten til lyd i foringsrøret og d veggtykkelsen til for-ingsrøret. Fagkyndige på området vil forstå at de optimale verdiene til flere parametre, innbefattende avstanden fra foringsrøret, frekvens og dimensjoner til transduseren 30, og alle transduserene beskrevet nedenfor blant annet vil avhenge av foringsrørtykkelsen, typen formasjon, slamvekt, som alle er kjente verdier.

Transduseren 30 genererer en bølge med atombevegelse perpendikulært på overflaten til foringsrøret (radial forplantning). Denne atombevegelse danner kompresjonsbølger i materialet bak foringsrøret. Den akustiske impedansen til materialet bak foringsrøret påvirket måten disse bølgene blir reflektert på. Således gir reflektivrteten til bakveggen til foringsrøret når det gjelder signalet fra transduseren 30, en måling av den akustiske impedansen i materialet bak foringsrøret.

I henhold til en foretrukket utførelse av den foreliggende oppfinnelse ligger transduserne 32, 34 på linje med transduseren 30 og er adskilt fra denne langs den linjen, og hvor linjen fortrinnsvis i hovedsak er parallell med sondeaksen. Hver transduser 32, 34 er orientert slik at planet til dens ytre overflate er skråttstilt mot den sentrale transduseren 30, omtrent 0 tfl 27 grader og fortrinnsvis omtrent 12 grader i forhold til sondeaksen 30. Transduserne 32, 34 befinner seg fortrinnsvis (senter-til-senter-avstand) mellom omtrent en og fire tommer, og mer å foretrekke 1,5 tomme på hver side av transduseren 30. Transduserne 32, 34 befinner seg i sonden 10 slik at de er omtrent 0,75 tommer fra innsiden av foringsrørveg-gen når sonden 10 er sentrert i foringsrøret. I henhold til en foretrukket utførelse består transduserne 32, 34 av en dualformål-transceiver som er i stand til å sende ved omtrent 500 kHz og motta ved frekvenser fra 80 kHz til 500 kHz. I kast-fang-modusen sender en transduser 32 en bølge som brytes til en skjærbølge som entrer stålet 24 og deretter brytes til en kompresjonsbølge som entrer sement eller fluid 26 bak foringsrøret 24. Den brutte bølgen reflekteres fra det reflektive grense-sjiktet mellom materialene 26, 28 og returneres for å mottas av den andre transduseren 34. Alternativt, eller i tillegg, kan et signal også bli sendt fra transduseren 34 transduseren 32. Denne kast-fang-modus blir brukt til å bestemme kanaler og tynn sement.

I henhold til en foretrukket utførelse er transduserne 32, 34 rektangulære prismer orientert slik at dimensjonene til deres ytre overflater har en langsgående dimensjon og en tverrgående dimensjon. Tverrdimensjonen avhenger av buen til foringsrøret og er derfor proporsjonal med den minimale indre diameter til for-ingsrøret. Som et eksempel vil for et foringsrør med minimum indre diameter på 4,4 tommer, transduserne 32, 34 ha et tverrmål på 0,4 tommer. Den langsgående dimensjonen avhenger av det ønskede strålingsmønsteret strålen spredes i. For frekvenser fra 180 kHz til 500 kHz oppnås den ønskede kollimasjonen med langsgående dimensjoner på 0,25 til 1,5 tommer, fortrinnsvis omtrent 0,3 tommer. Det må forstås at større transdusere kan anvendes i foringsrør med større indre diameter og at mindre transdusere kan anvendes i foringsrør med mindre indre diameter.

Transduserne 36, 38 ligger fortrinnsvis på samme linje som transduserne 30, 32 og 34. Hver transduser 36, 38 er orientert slik at planet til dens ytre overflate er skråttstilt omkring 0 til 27 grader, og fortrinnsvis omtrent 25 grader i forhold til sondeaksen. Transduseren 36 befinner seg fortrinnsvis (senter-til-senter-avstand) mellom omtrent 1 til 5 tommer, og mer å foretrekke 3 tommer, fra transduseren 32, og transduseren 38 befinner seg fortrinnsvis omtrent 1 til 5 tommer, og mer å foretrekke 3 tommer, fra transduseren 34. Transduserne 36, 38 er anordnet i sonden 10 slik at de er mellom 0,5 og 1 tommer, og fortrinnsvis 0,75 tommer fra innsiden av foringsrørveggen når sonden 10 er sentrert i foringsrøret. I henhold til en foretrukket utførelse er transduserne 36, 38 i stand til å sende ved frekvenser fra omtrent 80 kHz til omtrent 500 kHz, og mest å foretrekke omtrent 180 kHz.<*>;I en foretrukket utførelse er transduserne 36, 38 rektangulære prismer som er orientert slik at dimensjonene til deres ytre overflater er 0,8 tommer i den langsgående retningen og 0,4 tommer på tvers. Transduserne 36, 38 består fortrinnsvis av sammenstablede pieso-elektriske elementer. Sammenstablingen er utformet for å frembringe en feltstyrke på 8 volt pr. 0,001 tomme eller mindre i det pieso-elektriske elementet. Det er ønskelig med en stor feltstyrke for sterke signaler. F.eks. vil en stabel av fire elementer, hvor hvert element har en resonansfrekvens på 500 kHz, ha en høyde på omtrent 160/1000 tomme eller ca. 4 mm pr. element, hvilket gir en stabelhøyde på 640/1000 tomme eller ca. 16,3 mm og en resonansfrekvens på 125 kHz. Hvert element bør ha en spenning som er mindre enn 1280 volt. Stablingen har den fordel at et eksitasjonssignal med en hurtig stigende fremkant, slik som et som er hurtigere enn 0,5 fisek, kan eksitere resonansene til hvert av de individuelle elementene, par av elementer, eller hele stabelen, hvilket gir henholdsvis 500 kHz, 250 kHz og 125 kHz signaler. Den korresponderende hurtig fallende kanten bør være innstilt slik at den opptrer ved halvperioden til den laveste resonansfrekvensen for hele stabelen. Disse eksitasjonsforhold gir en bred frekvensbåndbredde som er nødvendig for å måle både binding og sjikt-tykkelse. ;Liksom transduseren 30 er transduseren 40 fortrinnsvis anordnet midtveis mellom endene 12,14 til loggesonden 10 og orientert slik at dens ytre overflate er parallell med aksen til sonden. Transduseren 40 behøver imidlertid ikke å ligge i det samme radiale planet som de andre transduserne. Det må forstås at dess lenger ut av dette radiale planet transduseren 40 ligger, jo mer vil dens undersøkel-sessone være adskilt fra undersøkelsessonen til de andre transduserne. I avhengighet av utkastingen eller utsendelsen hvorved sonden 10 drives, behøver ikke denne forskjellen å være signifikant. Transduseren 40 er fortrinnsvis anordnet i sonden 10 slik at den er bare omtrent 0,75 tommer fra innsiden av foringsrørveg-gen når sonden 10 er sentrert i foringsrøret. I henhold til en foretrukket utførelse står transduseren 40 av en enkelhus kast-fang-transduser-kombinasjon, som beskrevet detaljert nedenfor. Som et eksempel kan nevnes at for et foringsrør med en tykkelse i området 0,15 tommer til 0,6 tommer, vil det foretrukne frekvensom-rådet for transduseren 40 være omtrent 2 MHz. ;Angivelsen «kast-fang» blir brukt herfor å beskrive en sender/mottaker-kombinasjon hvor senderen og mottakeren består av separate transdusere. For transduseren 40, vil det pieso-elektriske kast-fang-elementparet være redusert størrelse for å gjøre det i stand til å passe inn i en enkelt sylindrisk transduserpak-ke. Dette har det resultat at både senderen og mottakeren befinner seg innenfor et område som er mindre enn overflateområdet eller arealet til en typisk transduser. Med henvisning til figur 2 fremgår at en teknikk for å oppnå denne nærheten består i å danne et akustisk isolasjonslag 52 mellom de to halvdelene av den syl-indriske transduserpakken 40. Isolasjonslaget 52 har fortrinnsvis en tykkelse som er mindre enn 0,125 tommer. En to-dels dempende bakdel har en akustisk impedanse som er tilpasset det piezo-elektriske materialet danner et par av transduser-montasjer 48, 50 som har to opplagrede overflater, henholdsvis 54 og 56. Små pieso-elektriske transduserelementer 58, 60 er montert på overflatene henholdsvis 54, 56, og hele transduserpakken 40 er innleiret i et isolerende og beskyttende materiale 62, slik som epoxy. Plassering av mottakeren så nær senderen reduse-rer vinkelen som et signal må sendes med for å nå mottakeren og tillater derfor analyse av individuelle multiple ekkoer i foringsrøret. Ekkoer fra tynn sement kan så detekteres i mellomrommene mellom de multiple ekkoene. Dette er i motsetning til konvensjonelle teknikker som ikke er effektive for å måle tynn sement siden deres mindre tynne sementsignaler har en tendens til å bli maskert eller skygges for av de større foringsrørekkoer. ;Mens de fleste transduserhus er sirkulære, er det funnet at når dette sirkulære arealet er horisontalt delt i to D-formede sende- og mottaks-områder, vil buen til foringsrøret påvirke utgangen fra anordningen siden hjørnene til hver deformet transduser er noe nærmere foringsrøret enn dens senter. Derfor foretrekkes det å eliminere sidedelene av hver transduser hvilket bare girde i hovedsak rektangulære sentrale partier. I henhold til en foretrukket utførelse måler asimut-dimensjonen til det rektangulære sentrale partiet mindre enn 0,5 tomme og den aksiale lengden til hver pieso-elektrisk del er mindre enn 0,55 tommer. Dersom den ytre diameteren til en standard 1,4 tomme enkel transduser blir brukt, vil et slikt kast-fang transduserpar passe inn i de eksisterende transduserhus. ;Loqqeoperasion ;For å forenkle forståelsen av den foreliggende oppfinnelse er området som omgir foringsrøret representert i tverrsnitt på fig. 3 som et ringformet volum bestående av en flerhet av volumceller (i det etterfølgende «vokseller»). Tverrsnittsområdet er inndelt i konsentriske ringer som representerer forskjellige radiale avstander bak foringsrøret 24.1 praksis vil asimut-utstrekningen til hver voxel være omtrent 4 til 20 grader, men for det foreliggende illustrasjonsformål er voksellene vist slik at de strekker seg 45 grader i asimut-retningen. Det må forstås at det ringformede volumet det gjelder strekker seg parallelt med lengden av sonden, som ligger nor-malt på planet til figuren. Således representerer tverrsnittet vist på fig. 3 en bestemt dybde i brønnen. Den aksiale lengden til en voksel er lik den aksiale utstrekningen av sondens undersøkelsessone. For dempingsfremgangsmåten beskrevet ovenfor er den aksiale utstrekningen avstanden mellom mottakerne Ri og R2. For den konvensjonelle pulsekkosonden er den aksiale utstrekningen lik den aksiale lengden tii det pieso-elektriske elementet. Oppdeling av volumet det gjelder til vokseller på denne måten, tillater tolkning av de akustiske refleksjonene ved forskjellige inntrengningsavstander bak foringsrøret. ;For å utføre en loggeoperasjon ved bruk av den foreliggende sonden blir første målinger med pulsekko-transduseren 30 og et par av transdusere i kast-fang-modusen utført i fraværet av påført trykk. Dersom en del av foringsrøret viser seg å være ikke-bundet, blir det foretatt målinger mens trykket i det ringformede rommet er i det minste omtrent 500 pund pr. kvadrattomme til 1000 pund pr. kvadrattomme større enn driftstrykket. Dette trykket utvider foringsrøret tilstrekkelig til nær mikroåpning, men ikke milliåpning. Dersom testingen under trykk gir et bundet signal, kan målinger utført ved bruk av 2-MHz-signalet til kast-fang-transduseren 40 analyseres for å bestemme hvorvidt det er tynn sement tilstede i dette området. Dersom påføringen av trykk ikke gir et bundet signal, kan målinger fra 2- MHz-transduseren og et par av kast-fang-transdusere som måler dempning bli brukt for å gi et estimat for tykkelsen av fluidet bak foringsrøret som beskrevet nedenfor. ;I ;Siden frekvensen til transduseren 40 (2 MHz) er så stor, forsvinner de individuelle refleksjonene fra bakveggen til foringsrøret 24 før ankomsten av den neste refleksjonen. Lydhastigheten i fluidet er omtrent VS av hastigheten i foringsrøret. Således vil fluidgap på opptil V* av veggtykkelsen (0,15 tommer til 0,6 tommer) kunne bli observert i tidsvinduet før ankomsten til den neste refleksjonen fra den andre rundturen i foringsrøret. Det er blitt detektert fluidgap så små som 0, 05 tommer ved bruk av den foreliggende teknikken. Det må forstås at i praksis vil det bli utført en logging under trykk av en brønn, dersom den foretas i det hele tatt, etter at logging uten trykksetting er fullført ved bruk av alle transduserne.

Den virkelige resonansfrekvensen til foringsrøret, som kan brukes til å bestemme tykkelsen på foringsrøret i tilfeller hvor man har mistanke om foringsrør-korrosjon, kan frembringes ved bruk av pulsekko-teknikker med transduseren 30. Alternativt, dersom den konvensjonelle teknikken gir feil på grunn av multiple modus-ankomster i det relevante tidsvinduet, kan en ny algoritme anvendes for å beregne foringsrørets resonansfrekvens på bakgrunn av det mottatte signalet. Den nye algoritmen anvender en omforming av rådataene til en arkus-sinus-funksjon som fortrinnsvis er beregnet til å gi en utgangsverdi som øker med økende tid. Disse utgangsverdiene blir tilpasset ved minste kvadrat til den økende tiden for å gi en regresjonslinje. Helningen på regresjonslinjen gir signalfrekvensen i det valgte tidsvinduet. For å kunne bruke arkus-sinus-funksjonen blir rådataene nor-malisert slik at de har en maksimalverdi på ± 1 i tidsvinduet ved å dele hvert råda-tapunkt med den maksimale absoluttverdien til rådataene i tidsvinduet.

En varians-teknikk blir brukt for å eliminere vinduene som innbefatter ankomster av ekstramodi. F.eks. kan noen vinduer ha de gale frekvensene på grunn av ankomsten av modi fra reflektorer bak foringsrøret. Disse vinduer blir omgått ved at vinduer som har frekvenser med mer enn tre standard-avvik fra den gjennomsnittlige vindusfrekvensen blir forkastet.

Når resonans-frekvensen er beregnet på denne måten, kan den brukes til å beregne den virkelige tykkelsen på foringsrøret. Den beregnede frekvensen kan også anvendes i stedet for den forutgitte frekvensen i beregninger som krever en frekvensangivelse (beskrevet nedenfor). I tillegg kan det etableres en basislinje som har denne frekvensen og denne kan brukes til å justere fasen og så amplituden til det mottatte signalet i samsvar med kjente numeriske tilpasningsmetoder. Ved å eliminere feilaktige reflektormodi mener en at amplituden til signalet som behandles på denne måten representerer mer nøyaktig den relevante delen av det mottatte signalet.

En andre serie av målinger er høyst sensitive overfor bindingen av sement til foringsrørveggen. Denne teknikken skaper atomiske eller atom-bevegelse i for-ingsrøret, hvilket trenger transmisjon av skjærbølger tii materialet bak foringsrøret. Siden fluider, selv tynne fluid-gap, ikke kan forplante skjærbølgeenergi, vil god skjærbinding av sement til foringsrøret resultere i sterk dempning av skjærbølger sendt gjennom foringsrøret mens dårlig bundet eller ikke-bundet sement vil tillate signalet å bli sendt med mye mindre dempning. For skjærmodus-analyse av sementbindingen blir således transdusere 36, 38 brukt som sendere og transdusere 32, 34 bruk som mottakere, og derved dannes en TRRT-rekke, For å forenkle forståelsen kan transduseren 36 noen ganger i det etterfølgende bli referert til som Ti, transduser 38 som T2, transduser 32 som Ri og transduser 34 som R2, men det må forstås at suffiksene 1 og 2 ikke indikerer noen bestemt akitiveringsorden og at de kan reverseres. Denne rekken gir informasjon som angår sement til for-ingsrørbindingskvaliteten mellom Ri og R2. Symmetrien i denne konfigurasjonen tillater dempningsmålinger uten kalibrerte sendere og mottakere. Det må forstås at mens rekken beskrevet ovenfor for tiden foretrekkes, kan andre rekke-konfigura-sjoner, slik som RTTR og RTRT, alternativt anvendes. Disse er imidlertid ikke så sterkt å foretrekke siden, som et resultat av måten signalene blir sendt på, andre rekker enn TRRT har en tendens til å resultere i signaler som det er mindre enkelt å tolke.

I den andre serie av målinger blir graden av dempning av et signal som sendes langsgående gjennom foringsrøret brukt til å evaluere kvaliteten til sementbindingen. Spesielt blir et akustisk signal sendt fra T-i og mottatt sekvensielt ved Ri og R2. Den optimale frekvensen for denne målingen vil variere fra brønn til brønn, men det er sannsynlig at den vil være i 80 kHz til 500 kHz-området. Bølge-formen til signalet som mottas ved hver mottaker blir målt og registrert. I neste trinn blir et signal sendt T2 og mottatt sekvensielt ved R2 og Ri. Igjen blir bølgefor-men til signalet som mottas ved hver mottaker målt og registrert. For hver bølge-form blir ankomsttiden til den første energien, eller «brudd» registrert. Tidsvinduer blir valgt for forutberegnede tidsforsinkelser etter det første bruddet. Disse tidstnt-ervaller korresponderer med vokseller bak den indre veggen til foringsrøret. Det første tidsvinduet er valgt slik at relativt lite energi har forplantet seg til bakveggen av foringsrøret. Gjennomsnittsenergien i dette vinduet blir brukt til å normalisere de senere tidsvinduene. Det andre tidsvinduet blir valgt slik at det har omtrent den samme varighet som det første vinduet. Dette vinduet inneholder informasjon om materialer bak foringsrøret som er mindre enn halve foringsrørtykkelsen bak for-ingsrøret. Suksessive senere tidsvinduer blir valgt slik at de har varigheter beregnet til å korrespondere med den ønskede radiale tykkelsen til vokseliene som skal måles. Kvadratroten til energien til det mottatte signalet har amplitudedimensjone-ne og kan anvendes for å beregne en kompensert dempningsmåling ved bruk av alle fire målingene for hver voksel, i henhold til den følgende ligning:

hvor Ay er kvadratroten til den totale energien til det akustiske signalet som ankommer i mottaker j fra sender i i det passende tidsvinduet og d er avstanden mellom mottakerne Ri og R2. Som nevnt ovenfor, kan andre rekkekonfigurasjoner anvendes i samsvar med denne teknikken, men signalet fra TRRT-rekken som beskrevet her foretrekkes, siden denne resulterer i et signal som nærmest er fritt for interferens og derfor relativt enkelt å tolke. Det foretrekkes at de mottatte data blir desimert i samsvar med kjent desimasjonsteknikk for å kunne redusere virkningen av høy frekvensstøy. En slik desimasjonsteknikk er å utjevne hvert datapunkt med det påfølgende datapunktet, hvilket har den virkning at støyen i signalet reduseres med en halvpart.

Siden dempningen av signalet som ankommer i det andre tidsvinduet primært vil være påvirket av tilstedeværelsen av en binding mellom foringsrøret og sementen, gir dempningsmåling i dette vinduet informasjon om sement til forings-rørbindingen. Uten hensyn til kvaliteten til sementbindingen er innsiden av forings-røret i kontakt med slammet, slik at dempning som skyldes den indre veggen til foringsrøret er konstant. Derfor kan dempningsgraden til signalet som ankommer under det andre tidsvinduet normaliseres og sammenlignes med den forventede dempning for enten bundet eller ikke-bundet sement for å gi informasjon om kvaliteten av bindingen.

I tillegg til å tolke dempningsdataene i det andre tidsvinduet, kan tidsvinduteknikk anvendes i forbindelse med senere ankommede dempedata for å frembringe informasjon vedrørende tykkelsen til sementlaget, forutsatt at de passende omstendigheter eksisterer. For å detektere sementtykkelse véd hjelp av en akustisk teknikk, må den akustiske impedansen til sementen være i kontrast til den akustiske impedansen til materialet som ligger bak sementen siden det er nødven-dig med en grense mellom materialene med forskjellig impedans for å reflektere akustisk energi. I tillegg vil energi som når reflektoren primært ha tykkelsesreson-ans-frekvensen til foringsrøret. Utsendt energi ved denne frekvensen kan genere-res ved bruk av bredbåndbredde-stablede sendere og bredbåndbredde enkeltele-ment-mottakerne beskrevet ovenfor. I den grad andre frekvenser blir sendt, blir disse ikke-resonanssignalene sterkt redusert i amplitude på grunn av impedans-feiltilpasningen ved bakveggen til foringsrøret. Dersom et signal som ligger nær foringsrørets resonansfrekvens blir generert og den akustiske impedansen til materialet som omgir borehullet er tilstrekkelig forskjellig fra den akustiske impedansen til sementen, kan således et signal som indikerer baksiden av sementen detekteres.

Den første ankomsten fra bakveggen av tynn sement (eller et fluidsjikt) bak foringsrøret blir forsinket av forplantningstiden gjennom materialet bak foringsrø-ret. Således vil suksessive tidsvinduer gi informasjon om tilstedeværelsen av re-flektqrerjslik som sementbakveggen) lenger og lenger bak foringsrøret. Tiden for det tidligste vinduet som bekrefter en reflektor bak foringsrøret blir brukt til å beregne avstanden til denne reflektoren (grensen) fra utsiden av foringsrøret. I tilfellet med gode bindinger (som identifisert ved hjelp av andre teknikker beskrevet her), blir lydhastigheten i sement brukt til å beregne avstand. I tilfellet med en væske bak foringsrøret, blir lydhastigheten i fluidet brukt til å beregne avstand.

Styrken til bølgen som ankommer ved mottakeren avhenger av tykkelsen til sementen. Dersom sementen er svært tykk, forhindrer akustiske spredningstap transmisjon av vesentlig energi til mottakeren. Dersom sementlageret er svært tynt, tapes det meste av sementenergien til formasjonen og foringsrøret. Den ster-keste sementplatebølgen opptrer når sementlaget er omtrent bølgelengde tykt. Sonden kan således kalibreres ved bruk av empiriske sammenligninger med sig-nalstyrkemålinger i tidligere samlede data fra laboratorie-prøver som har kjente sementtykkelser for å gi en separat, uavhengig indikasjon på tykkelse.

For tykk sement vil tidsbestemmelse av ankomsten til frontbølgen i sement ved hver mottaker gi mulighet til å beregne hastigheten til lyd i sementen. Lydhastigheten i sement er saktere enn lydhastigheten i stål, men hurtigere enn lydhastigheten i vann. Denne frontbølgeankomst er vanligvis svakere enn signaler fra bakgrensen til sementen og kan identifiseres ved bruk av andre teknikker. F.eks. kan vinkelstrålingen eller 2-MHz-transduseren bli brukt til å finne områder med tykk sement. I disse områdene vil frontbølger ikke bli forvirret eller forstyrret av tynnsement-refleksjoner.

Tidligere kjente sonder som anvender radial-modus-bølgeforplantning kan forstyrre tynn sement med en ikke-bundet tilstand siden strålingen av foringsrør-resonans noen ganger er tilsvarende den radiale resonansrefleksjonen i tynn sement. Dempningsmetoden brukt i forbindelse med den radiale modus fjerner tvetydigheten mellom tynn sement og ikke-bundet foringsrør. De kombinerte målingene av alle teknikker i denne oppfinnelsen fjerner tvetydigheten som er tilstede dersom færre enn alle teknikkene blir brukt.

Når den direktebølgen fra en sender til en mottaker ankommer gjennom fluidet inne i foringsrøret, er informasjon om grensene bak sementen utydeliggjort. Denne tilstanden op ptrer snarere for nærmottakeren enn for fjemmottakeren. Av denne grunn inneholder bare bølgeformene som korresponderer til voksel-vinduene for fjernmottakerne nyttig informasjon. Bølgeformene fra disse fjemvinduene kan normaliseres ved å bruke amplitudene til signaler som ankommer ved nærmottakeren under et første tidsvindu som er valgt slik at det ender før fluidankomsten ved nærmottakeren. T1R2 og T2R1 kan anvendes sammen med tidligere be-stemte kalibreringer for å bestemme tykkelsen av sementlaget. Frekvensen til stabelen må gi en periode som er kort nok til at informasjonen om tilstedeværelsen av et 0,5 tomme tykt sementlag ikke ankommer mottakerne før etter ankomsten av den første syklusen av foringsrørbølgen. Den første syklusen av signalet blir sterkt påvirket av bindingen som vist på fig. 5 og 6. Den radiale pulsekkoteknikken har i motsetning til dette nærmest ingen dempning av foringsrørbølgen før ankomsten av den tynne sementbølgen, som vist på fig. 7 for 2 MHz-signaiet.

I tillegg blir i samsvar med en foretrukket utførelse transduserne 32 og 34 brukt separat fra dempningsmålingen. Størrelsen til transduserne 32 og 34 er valgt slik at de har kollimerte strålingsmønstre ved 500 kHz men ikke brede strål-ingsmønstre for mottak av 180 kHz dempnings-signalene beskrevet ovenfor. De 500 kHz kollimerte strålingsmønstrene har en vinkel slik at de sender eller mottar skjærbølger i strålforingsrøret som brytes for å danne enten skjær eller kompre-sjonsbølger i materialet bak foringsrøret. Mottakerne 32 og 34 er hver satt i en vinkel for å motta høyfrekvensbølger dannet av den fjerneste senderen, henholdsvis 38 og 36.

Transduserne 32 og 34 kan bli brukt som en vinkelstråler, kast-fang-par for å detektere grenser som er utydeliggjort av foringsrørfluidankomsten for fjemmot-takermålinger med transduserne 36 og 38 som sendere. Denne vinkelstråleteknik-ken mottar den direkte refleksjonen fra grensen bak sementen. Dette mottak er mulig etter at den direktefluid-ankomsten er dempet tilstrekkelig til at de små bak foringsrørsignalene kan observeres. Vinklene og separasjonen av transduserne 32, 34 er valgt ved bruk av strålesporingsteknikker for å optimalisere refleksjoner fra grensen mellom regioner 26 og 28 på fig. 1. Denne konfigurasjonen tillater oppfinnelsen å måle fluidtykkelser som er større enn 0,25 tommer og faststoff (sement)-tykkelser større en 0,5 tommer. Foringsrør-refleksjoner interfererer med nærmere målinger.

I tillegg til de foregående målingene blir radial-modusbølger generert av transduser 30 brukt til å bestemme den akustiske impedansen til sementen. Den radiale atomiske bølgebevegelsen er perpendikulær på foringsrøroverflaten, hvilket danner kompresjonsbølger i materialet bak foringsrøret. Kompresjonsbølger forplanter seg i fluider eller faststoffer og gir den akustiske impedansen til materialene direkte. I motsetning til dette har den symmetriske platebølgen i dempningsfremgangsmåten atomisk bevegelse primært parallelt med overflaten til foringsrø-ret og gir bare indirekte informasjon om den akustiske impedansen til materialet bak foringsrøret. Av disse grunner foretrekkes radial modusbølger generert av transduser 30 som arbeider i puls-ekko-modus for måling av den akustiske impedansen til materialet bak foringsrøret. Dempningsfremgangsmåten beskrevet ovenfor er ikke en pålitelig indikator for akustisk impedans siden den avhenger av skjærbinding og fluidviskositet så vel som akustisk impedans.

Signaler fra transduseren 30 kan også anvendes med tidsvinduteknikk for å frembringe noe informasjon om avstanden til et reflekterende lag bak foringsrøret. Ankomsten til den reflekterende modus interfererer med foringsrørresonansen. Denne interferensen kan enten være konstruktiv eller destruktiv. Derfor gir tidsvinduer som indikerer en brå økning eller minskning i amplituden som avviker fra den normale eksponensielle kurven gi tiden til reflektorer fra det reflektive laget.

Denne tidsvinduteknikken blir også brukt med de «fjerne» transduser-signalene som ankommer ved transduserne 32 og 34 etter fluidankomsten. De fjerne mottaker-tidsvinduene innbefatter imidlertid to frekvenser. Den første er lavfrekvensen utsendt for å bestemme bindingen som beskrevet ovenfor, og den andre er foringsrørets resonansfrekvens som returneres fra reflektorer bak foringsrøret. Den beregnede foringsrør-resonansfrekvensen blir brukt for fasekorrelasjon og amplitudejustering som beskrevet ovenfor, for å eliminere lavfrekvenssignalene. Liksom den beregnede frekvensen kan den behandlede amplituden med fordel brukes i stedet for rådataene i beregningene beskrevet nedenfor.

2-MHz-transduseren blir brukt for å detektere feil i sementen og å måle sementtykkelser tynnere enn 0,5 tommer. Detektering av tynn sement og bestem-melsen av tykkelsen til den tynne sementen kan involvere en kombinert analyse av alle de forutgående fremgangsmåtene på grunn av den forskjellige avhengighet til hver måling av tykkelsen på sementen.

Eksempel som viser diskriminering mellom fri og bundet plate

Anordningen vist på fig. 4 blir brukt til å måle evnen til det foreliggende verktøy til å diskriminere mellom fri og bundet aluminiumplate ved bruk av signal-dempnings-fremgangsmåten beskrevet ovenfor. Anordningen besto av et stykke av 0,25 tomme aluminiumplate 100 til hvilket det var festet et par sendere Ti, T2 og et par mottakere Ri og R2. For å etablere et sammenligningsgrunnlag for ikke-bundne situasjoner ble baksideplaten 100 gjort avdekket eller utsatt for luft. Målingene beskrevet ovenfor ble utført og dempningen beregnet på bakgrunn av disse. For å simulere et bundet foringsrør ble et lag sandsten bundet med epoksy. Igjen ble målingene beskrevet ovenfor utført og dempningen beregnet på bakgrunn av disse. De fire bølgeformene generert av mottakerne som respons på signaler fra hver av nær- og fjem-senderne i det ikke-bundne tilfellet er vist på

fig. 4, mens de som ble generert av mottakerne i det bundne tilfellet er vist på

fig. 6. Det kan ses at dempning, som indikert med topp til topp-spenningen for den første toppen og den første bunnen av det akustiske signalet som ankommer en gitt mottaker er mye større i det bundne tilfellet, spesielt når det gjelder fjernmottakerne (TiR2ogT2Ri). Således blir tilstedeværelsen eller fraværet av en binding bestemt ved å sammenligne dempedata på denne måten.

Bestemmelse av reflektive grenser bortenfor 0. 05 tommer bak foringsrøret

Fig. 7 viser signalet mottatt ved en typisk 2 MHz transduser 40 brukt i kast-fang-modus. Det amplitudemodulerte signalet omfatter en flerhet av «pakker» separert av relativt stille perioder. Den første pakken er fra stål/vann-grensen og den andre til den sjette pakken er refleksjoner i stålet. Det første «brudd» til den første pakken representerer forplantningstiden fra transduser til den indre diameter til den indre diameter av foringsrøret. På bakgrunn av lydhastigheten i fluidet gir denne tiden avstanden fra transduseren til foringsrøret. Ved to ganger denne

tiden opptrer den første refleksjonen i fluidet og forhindrer tolkning av refleksjoner i stål eller i materialet bak stålet som ligger på avstander som er mer enn den doble førstnevnte avstanden. Ikke desto mindre gir signalet som ankommer mellom den første og sjette pakken nyttig informasjon før ankomsten fra flu id refleksjonen.

Tiden mellom suksessive pakker gir tykkelsen på foringsrøret. Dersom et signal opptrer i bunnen mellom den første og andre pakken, eksisterer en reflektor slik som et laminat eller feil i stålet. Dette ståireflektorsignalet vil interferere med detektering av reflektorer bak foringsrøret hvis signalet ville være til stede i den andre eller senere kurvebunner.

Et gap eller en kanal som opptrer som en milliåpning når dempnings- eller pulsekkoverktøy blir brukt, må ha en indikasjon på en reflektor i den andre bunnen til 2-MHz-transdusersignalet for å kvalifisere som et gap på mindre enn 25% av tykkelsen til foringsrøret. Det er viktig å skille mellom milliåpninger og mikroåpninger og mellom store og små milliåpninger på grunn av terskelgap-størrelsen som sementen vil flyte i vanligvis vil ligge i dette området. Dvs. at gap som er mindre enn 25% av foringsrørtykkelsen og større enn en mikroåpning ofte kan behandles ved at det trykkes sement inn i dem. Amplituden til 2-MHz-signalene i den andre bunnen korrelerer med gapstørrelse. Empiriske målinger av gapstørrelser som funksjon av amplituder kan korreleres med forholdet mellom bunnsignal-amplitude og den neste toppsignal-amplituden. Oppslagstabeller kan anvendes for å anslå gap-størreJse på bakgrunn av sjgnal-amplitude og derved til å forutsi hvorvidt gapet er stort nok til at sement kan strømme inn i det.

Den tredje bunnen til 2-MHz-signalet korresponderer med en reflektor i sementen ved mindre enn 75% av foringsrør-tykkelsen for bundet rør eller, for fritt rør, en flytende grense ved mindre enn 37% av foringsrørtykkelsen. Den fjerde og femte bunnen i 2-MHz-signalet korresponderer med sementinntrengninger på henholdsvis 125% og 175% for sement eller 63% og 87% for væske bak forings-røret.

Pulsekko og dempningsbindings-målinger indikerer hvorvidt det skal brukes sement (bundet) eller væske (ikke-bundet) avstander bak foringsrøret. Siden dem-pemålinger i dempningsteknikken er mer pålitelige til å forutsi binding enn konvensjonelle pulsekko-teknikker, vekter signalbehandlings-algoritmen dempningsbindings-målingen tyngre når det avgjøres hvorvidt det skal anvendes en væske eller sementavstand. Vektingsfaktoren bestemmes fortrinnsvis ved å observere den statistiske påliteligheten til hver fremgangsmåte i laboratorieforsøk.

For avstander som ligger bak foringsrøret som er større enn 200% av for-ingsrørtykkelsen gir vinkeltransduserne den beste oppløsningen for avstanden bak foringsrøret. På kortere avstander blir vinkeltransduser-signalene betydeliggjort ved foringsrørnedringning og dempningen og 2-MHz-resultater er mer pålitelige. Vektingsfaktorer må bestemmes empirisk på bakgrunn av laboratorieprøver.

Siden signalene på fig. 7 ble frembrakt med høypass-filtrering, er det ingen likestrømsforskyvning. For å frembringe den sanne amplituden til oscillasjonssig-nalene i kurvebunnen må energiomhylningen til 2-MHz-bidraget bestemmes. Energiomhylningen frembringes fra ligningen:

hvor V er det mottatte signalet og f den omtrentlige senterfrekvensen til de mottatte signalene.

Denne ligningen for Ao bevarer likestrømsforskyvninger der som de er tilstede. Fig. 8 viser utgangssignalet etter behandling. Det første brudd frembinges ved å finne det første tidspunktet hvor utgangssignalet overskrider 4 (3 til 6) ganger gjennomsnittsverdien til de forutgående 50 (20 til 70) utgangspunktene. Topp-verdiene som brukes til beregninger er gjennomsnitt av 9 (3 til 25) utgangspunkter. Amplituden til den første toppen blir brukt til å normalisere amplitudene til mini-mumsverdiene i bunnene- og toppamplitudene.

Minskningen i amplitude fra topp 2 til topp 6 er avhengig av impedansen til materialet bak foringsrøret og innrettingen av transduseren med foringsrøroverfla-ten. Siden minskningen er mer sensitiv for feilinnretting ved 2 MHz enn ved 380 kHz som anvendes i pulsekkoteknikken, og av grunner som er beskrevet tidligere, foretrekkes pulsekkoteknikken for å måle akustisk impedanse til materialer bak foringsrøret.

Utgangen fra analog til digital-konverteren for et vinklet kast-fang-signal med båndpass fra 350 kHz til 450 kHz er vist på fig. 9. Transduseren var i en sementprøve med eksentrisk foringsrør som hadde en veggtykkelse på 0,3 tommer, en minimumssementtykkelse på 0,5 tommer og en maksimum sementtykkelse på 4,5 tommer. På fig. 9A ble transduser asimut valgt slik at det tynne sementområdet ble undersøkt. På fig. 9B var asimut valgt slik at det 4,5 tommer tykke sementområdet ble undersøkt. For å eliminere lavfrekvenser og likestrømsforskyv-ninq er fra energ iomhylningen, ble dataene behandlet i samsvar med ligningen:

Fig. 10A og 10B viser vinkelstråledataene for henholdsvis fig. 9A og 9B behandlet på denne måten. De konvensjonelle fremgangsmåtene med å subtrahere like-strømsforkskyvninger (ved bruk av høypassfiltrering eller subtrahering av den gjennomsnittlige amplituden til alle datapunktene fra hvert datapunkt) kan være unøyaktig på grunn av transienter. Følgelig foretrekkes behandlingsteknikken ovenfor siden differensialene i ligningen forkaster lavfrekvenser. Høyfrekvensstøy blir forkastet ved at det kreves at brudd-datapunktet overskrider 3-5 standardavvik av den løpende gjennomsnittsverdi av en streng av forutgående punkter. Den første toppen inneholder primært foringsrør-refleksjoner. Reflektortidsvinduer blir valgt empirisk slik at de er sene nok i tid til at variasjoner i nedringningen til den første toppen ikke vil gi falske reflektorsignaler. Den gjennomsnittlige amplituden i det første topptidsvinduet blir brukt til å normalisere den gjennomsnittlige amplituden i de senere tidsvinduene for å detektere reflektorsignaler. Kalibermåling av reflektoravstander bak foringsrøret oppnås ved å bruke multiple tidsvinduer etter vinduet vist på fig. 10.

Signalbehandlingsteknikken beskrevet ovenfor er ikke begrenset til bruk ved analyse av vinkelstrålesignaler og kan på fordelaktig måte like gjerne anvendes ved behandlingen av 2-MHz-dempnings- og pulsekko-signaler.

Eksempel som viser kombinert multiparameter- analvse

Fig. 11 viser en simulert logging som kan være generert ved å kombinere informasjon frembrakt fra alle teknikkene: konvensjonell pulsekko, dempnings, vinkel-stråle og 2-MHz, ved bruk av signalbehandlingen beskrevet her. Loggen består av en serie ruter eller gittere (a>-(f) som korresponderer med vokslene på fig. 3 ved multiple dybder. Rutene kan tolkes som et bilde av området bak foringsrøret. Hver rute eller gitter (a)-(f) viser vokselsignalene som funksjon av dybden i brønnen og som funksjon av asimut for en bestemt dybde bak foringsrøret.

Mikroåpningsruten (a) viser at det eksisterer en mikroåpning mellom

0-90 grader for dybder 0-12. Milliåpningsruten (b) har et svakt signal (lysegrått) fra 270-360 grader ved dybder 13-15 og sterkere signal fra 0-360 grader ved dybde 16 (en tykk foringsrørsammenføyning). Dette signalet (amplituden til minimums-verdien i den andre bunnen for 2-MHz-signalet) opptrer på grunn av gjenger inne i sammenføyningen.

Den tredje bunnen for 2-MHz, vist som (c), opptrer ved en dybde bak for-ingsrøret som korresponderer med en avstand som er ekvivalent til 75% av for-ingsrørtykkelsen for sement (eller 37% for væsker). Refleksjonene fra milliåpningen forårsaker stående bølger som påvirker alle bunnene. Den fjerde og femte bunnen, som er vist som ruter (d) og (e) og representerer sementinntrengninger på henholdsvis 1,25 og 1,75 ganger foringsrørtykkelsen indikerer begge tilstedeværelsen av kanaler i sementen mellom 90 og 135 grader. Den femte bunnen (e)

. viser også et område med tynn sement mellom 180 og 225 grader. Det er typisk at tynn sement opptrer på nedsiden av hullet (mrk. at mikroåpningen er vist 180 gra-

der fra den tynne sementen). Området som korresponderer med sementdybde større enn to ganger foringsrørtykkelsen, rute (f) er avbildet ved hjelp av vinkel-transdusere. I rute (f) dekker det tynne sementområdet et større asimutområde ved den større radius, som forventet for foringsrør som er eksentrisk i hullet. Avbildingen ved dybde 0 og asimut 0 korresponderer med en sementfeil og en dybde som er større enn to ganger foringsrørtykkelsen. For å detektere denne feilen blir trykk påført for å lukke mikroåpningen. Hvis ikke ville frittrørsrefleksjoner som følger en åpen mikroåpning maskere feilsignalet.

Oppløsnin<g> og fremføring av verktøyet

Ingen verktøy eller sonder bruker for tiden denne kombinasjon av fremgangsmåter for å overkomme vanskelighetene i å frembringe en utvetydig tolkning av sementtykkelse. Rotasjonshastigheten til det roterende hode som holder transduserne og den sekvensielle avfyring av transduserne blir justert for å komplettere inspeksjon av en voksel asimutbredde pr. avfyringssekvens. Det neste settet av målinger opptrer når hodet roterer gjennom den neste vokselbredden. Når alle vokselene i et radialt plan er undersøkt av alle transduserne, har den fulle omkretsen til for-ingsrøret og sementen blitt inspisert. Under en fullstendig rotasjon av hodet blir den foreliggende sonden fremført aksialt i foringsrøret på en avstand som vil gi den ønskede heliske fremkasting for den ønskede prosentdel dekning i aksial-retn ingen.

For å unngå uønsket dempning som skyldes slammet, er hver av transduserne adskilt en foretrukket optimal avstand fra innsiden av foringsrørveggen. Avstanden er slik at den gir tilstrekkelig signalstyrke uten at det er nødvendig å anvende slamfjernere, som erstatter deler av slambanen med en lav dempningsfluid. Siden slamdempning øker proporsjonalt med slamtetthet og frekvens, er det nød-vendig med mindre avstand for tyngre slamtyper og høyere frekvenser.

På grunn av måten transduserne 36, 32, 34 og 38 er innrettet på verktøyet eller sonden, tillater sonden detektering av sementfeil innenfor en smal 10 grads asimutsone, hvilket er en vesentlig fremgang når det gjelder oppløsning i forhold til de tidligere kjente sonder. Likeledes er den foreliggende sonden i stand til å bestemme tykkelsen til sement eller fluider ved avstander opp til 0,75 tommer fra utsiden av foringsrøret.

Den foreliggende sonden eller verktøyet kan anvendes i stedet for eller for å supplementere data frembrakt ved de konvensjonelle loggesonder, innbefattende pulsekkosonder (PET), sementbinding-loggesonder (CBL), segmenterte bin-dingssonder (SPT) og akustiske omkrets-skannesonder (CAST). Ingen av de opp-listede konvensjonelle sondene er i stand til å tilveiebringe både en 10 graders asimut oppløsning og evnen til å arbeide i 18 pund pr. gallon slam, pluss en sementinntrengning på i det minste 0,75 tommer. Slam-CAST-typen sonder har 10 grader asimutoppløsning, men dempning begrenser de konvensjonelle sondene til å arbeide i slam med mindre enn 15 pund pr. gallon. Noen CAST-type-sonder har ekskluderere som frembringer en kortere forplantningsbane i slam, og de kan derved brukes i slam av typen 18 pund pr. gallon. Ekskludereranordninger kan imidlertid innføre refleksjonsstøy. SBT-sondene har puter som kommer i kontakt med foringsrøroverflaten og kan arbeide ved en hvilken som helst slamvekt. SPT-sondene har en asimut-oppløsning på 60 grader.

Den foreliggende sonden oppnår en 10 grader oppløsning, kan arbeide i 18 pund pr. gallon slam og en sementinntrengning på 0,75 tommer dersom dempningsteknikken blir brukt. De smale transduserne (0,4 tommer) tillater 10 grader asimutoppløsning. Lavfrekvensen til 180 kHz tillater slaminntrengning selv i 18 pund pr. gallon slam på grunn av den lille avstanden til foringsrøret (0,75 tommer). Den lille avstanden til foringsrøret tillater også tolkning av reflektorer opp til 0,75 tommer bak foringsrøret for foringsrøtrykkelser større enn 0,3 tommer. For tynnere foringsrør kan resonansfrekvensen redusere tillatelige slamvekter til under 18 pund pr. gallon, men de tillatelige vektene vil være større enn for CAST-type-sonder.

Claims (12)

1. Verktøy for akustisk å evaluere kvaliteten til en sementtetning i et ringformet rom mellom et foringsrør og et brønnboirngshull, karakterisert ved: et sondelegeme som har en langsgående akse (16); en første transduser (30) montert på verktøylegemet og orientert perpendikulært på nevnte akse (16); andre (32) og tredje (34) transdusere montert på sondelegemet og langsgående adskilt fra nevnte første transduser (30), idet nevnte andre og tredje transdusere har overflate som er skrått stilt mot nevnte første transduser, mellom omtrent 8 og 27 grader i forhold til nevnte sondeakse (16); fjerde (36) og femte (38) transdusere montert på sondelegemet og langsgående adskilt fra nevnte første til tredje transduser (30, 32, 34), idet nevnte fjerde og femte transdusere har overflater som er skråttstilt mot nevnte første transduser, mellom omtrent 8 og 27 grader i forhold til nevnte sondeakse; en sjette transduser (40) montert på nevnte sondelegeme og orientert perpendikulært på nevnte akse (16).

2. Sonde ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte andre (32) og tredje (34) transdusere er anordnet på en linje med nevnte første transduser (30), idet nevnte linje i hovedsak er parallell med nevnte akse (16).

3. Sonde ifølge krav 2, karakterisert ved at nevnte fjerde (36) og femte (38) transdusere befinner seg på en linje med nevnte første til tredje transduser.

4. Sonde i henhold til krav 3, karakterisert ved at nevnte sjette transduser (40) befinner seg i et plan med nevnte første til tredje transduser.

5. Sonde i henhold til krav 1, karakterisert ved at nevnte første transduser (30) arbeider ved en frekvens i området 200 til 600 kHz, og/eller at nevnte andre (32) og tredje (34) transduser arbeider ved en frekvens i området 80 kHz til 500 kHz, og/eller at nevnte fjerde (36) og femte (38) transduser er sammenstablede transdusere som sender ut signaler ved multiple frekvenser i området på omtrent 80 kHz til omtrent 500 kHz, og/eller at nevnte sjette (40) transduser arbeider ved en frekvens på omtrent 0,75 MHz til 3 MHz.

6. Sonde i henhold til ethvert av kravene 1 til 5, karakterisert ved at nevnte sjette transduser (40) består av et par av transdusere som har sentere som befinner seg mindre enn to tommer (5,08 cm) fra hverandre.

7. Sonde i henhold til ethvert av kravene 1 til 6, karakterisert ved at nevnte sjette transduser er i stand til å arbeide som en enkel-nuset kast-fang-transceiver eller i en puls-ekko-modus.

8. Fremgangsmåte for akustisk å evaluere kvaliteten til en sementtetning i et ringformet rom mellom et foringsrør og et brønnboringshull, og for å bestemme foringsrørtykkelsen, karakterisert ved de følgende trinn: (a) detektering av tilstedeværelsen av mikroåpninger ved å anvende akustiske teknikker med og uten overtrykk; (b) detektering av tilstedeværelsen av milliåpninger dersom testen i trinn (a) indikerer en mangel på binding når overtrykk blir påført; (c) bestemmelse av tykkelsen til sementen ved bruk av et høyfrekvent akustisk signal; (d) bestemmelse av tilstedeværelsen av en binding mellom sementen og foringsrøret ved å måle dempningen til platebølger som er ledet gjennom foringsrøret; (e) bestemmelse av tykkelsen til sementen ved å måle ankomsttiden til bølger som er avbøyd eller brutt fra foringsrøret inn i sementen, reflektert og retur-nert gjennom foringsrøret; (f) bestemmelse av den akustiske impedansen til sementen; og (g) bestemmelse av tykkelsen til sementen ved radiale avstander som er større enn to ganger foringsrørtykkelsen bak foringsrøret under bruk av kollimerte vinklede stråler.

9. Fremgangsmåte i henhold til krav 8, karakterisert ved at den videre innbefatter trinnet å bestemme tykkelsen til foringsrøret ved bruk av et høyfrekvenssignal.

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 8 eller 9, karakterisert ved at trinn (a) blir utført ved bruk av et akustisk signal som har en frekvens i området 200 kHz til 600 kHz, og/eller at trinn (c) blir utført ved å bruke et akustisk signal som har en frekvens på omtrent 0,75 MHz til 3 MHz, og/eller at trinn (d) blir utført ved bruk av et akustisk signal som har en frekvens i området 80 kHz til 250 kHz, og/eller at trinn (e) blir utført ved anvendelse av et akustisk signal som har en frekvens i området 200 kHz til 500 kHz, og/eller at trinn (f) blir utført ved anvendelse av et hovedsakelig radialt akustisk signal som har en frekvens i området 200 kHz til 600 kHz, og/eller at trinn (g) blir utføret ved anvendelse av et akustisk signal som har en frekvens i området 200 kHz til 500 kHz.

11. Fremgangsmåte i henhold til krav 8, 9 eller 10, karakterisert ved at trinn (d) blir utført ved bruk at et signal som ankommer under et andre av to tidsvinduer, idet det første tidsvinduet innbefatter et signal som er sendt gjennom foringsrøret.

12. Fremgangsmåte i henhold til krav 8,910 eller 11, karakterisert ved at trinn (e) blir utført ved anvendelse av et signal som ankommer i et tidsvindu som følger et første tidsvindu under hvilket et signal sendt gjennom foringsrøret ankommer, idet fremgangsmåten videre innbefatter det trinn å undersøke en flerhet av tidsvinduer som følger nevnte første tidsvindu.