NO318894B1 - Fremgangsmate for a estimerer den hydrauliske konduktiviteten til en petrofysisk diskontinuitet i sideveggen til et borehull - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å anslå den hydrauliske ledningsevne for en sprekksone i sideveggen til et borehull ved bruk av utsendte og reflekterte Stoneley-bølger som forplanter seg i ringrommet mellom en akustisk loggesonde og borehullsveggen.

Borehull kan bores i jorden med det formål å utnytte naturlige ressurser under jordoverflaten. Faste, vannløselige mineraler slik som visse natrium- og kalium-salter blir hentet ut ved injisering av vann, oppløsning av materialet og pumping av det resulterende saltvann til overflaten. Ikke-løselige materialer slik som svovel, kan smeltes ved bruk av varmt vann og så pumpes til overflaten for behandling. Fluid-ressurser slik som damp, vann, olje eller gass vandrer vanligvis naturlig inn i borehullet hvor en ønsket fluidfase kan pumpes til overflaten for lagring og fordeling. Utspyling av hydrokarbonfluider ved injeksjon av vann kan noen ganger brukes i forbindelse med en tappet reservoarformasjon.

Den radielle fluidvandring fra en homogen formasjon inn i borehullet, eller motsatt, er en funksjon av formasjons-porøsiteten, målt i prosent; permeabiliteten, k, målt i darcy/m<2> (et mål på kommunikasjon mellom porer); fluid-viskositet, u i Pascal-sekunder (Pa.s); trykkdifferansen Ap i pascal (Pa) mellom formasjonsporetrykket og det hydrostatiske trykk i borehullsfluidet; og den vertikale utstrekning (tykkelse, H) av den sone som er av interesse. Som man vil se senere, er den kritiske parameter med hensyn til volumetrisk strømning hydraulisk konduktivitet, Q, hvor Q = (K0H/u)Ap.

Sprekksoner i formasjoner som skjærer borehullsveggen, danner meget betydelige kanaler for radiell fluidstrømnings-kommunikasjon mellom formasjonen og borehullet. En åpen sprekk øker det effektive areal som er eksponert mot borehullets sidevegg for derved å øke fluidutvekslingsåpningen mellom formasjonen og borehullet.

Sprekkdannelse i forbindelse med et reservoar som inneholder et ønsket fluid, øker den volumetriske utvinnings-hastighet av fluidet. I et åpent hull gjennom en formasjon uten fossiler (eng.: "barren formation") kan derimot en sprekksone resultere i alvorlig lekkasje fra borehullet inn i formasjonen av det produkt som blir pumpet opp gjennom borehullet. I alle fall er det nyttig å kjenne posisjonen og den fluidledende kapasiteten til en sprekksone slik at passende forholdsregler kan tas enten for å utnytte forekomsten av sprekksonen til å øke produktutvinningen, eller til å forsegle sprekksonen for å redusere produkttap.

Sammensetningen og teksturen til borehullsbergarter blir målt ved bruk av en loggesonde med instrumenter som blir senket ned i borehullet i enden av en kabel. De data som samles inn ved hjelp av instrumentene nede i borehullet, blir overført via passende kommunikasjonskanaler i kabelen til databehandlings- og datalagringsinnredninger på overflaten. Eksempler på slike loggesonder omfatter, men er ikke begrenset til, fjernsynskameraer nede i borehullet, induksjons-loggeanordninger, resistivitetslogger, selvpotensiallogger, gammastrålingslogger, nøytronlogger, hastighetslogger og forskjellige former for akustiske loggeanordninger.

Akustiske loggemetoder kan innbefatte bruk av kompresjonsbølger, skjærbølger, bøyningsbølger og rør- eller Stoneley-bølger. Ved undersøkelse av forkastningssoner som skjærer borehullsveggen blir bruk av Stoneley-bølger foretrukket. Som kjent er Stoneley-bølger en ledet bølge som forplanter seg langs en fluid/faststoff-grenseflate, slik som grenseflaten mellom borefluidene i borehullet og borehullets sidevegg. Fordi de er ledede bølger, er Stoneley-bølger ikke utsatt for sfærisk spredning. Disse bølgeformene kan lett skjelnes fra andre akustiske forplantningsmodi på grunnlag av langsomhet, frekvens og amplitude.

En typisk akustisk loggesonde, vist opphengt i et borehull 8 på fig. 1, består av et sondelegeme 10 som er påmon-tert en akustisk kilde 12, slik som en piezoelektrisk mono-polar drivtransduser, og en gruppe 15 som innbefatter et antall, f.eks. åtte eller flere, monopolare mottagertrans-dusere, der den første og siste er betegnet som 14 og 14'. For korthets skyld vil disse anordningene bli referert til ganske enkelt som sender og mottagere. Mottagerne er fordelt langs lengden av sondelegemet 10 ved adskilte mellomrom, slik som 15 cm (0,5 fot), med den laveste mottager 14 omkring 3 m (10 fot) over kilden 12. Vanligvis er den laveste mottager 14 midtveis mellom endene 16 og 18 av sondelegemet 10. Sondelegemet omfatter instrumentering 17 for trigging av kilden 12 ved ønskede mellomrom, for delvis databehandling nede i borehullet og for overføring av delvis behandlede data til overflateutstyret, slik som styreelektronikk 19, en programmert datamaskin 20 og en anordning 21 for fremvisning av en multi-trase-logg av borehullsparametere.

Kommando- og styresignaler fra overflateutstyret 20 blir multiplekset ned over en kabel 22, og data blir returnert opp gjennom kabelen til overflateutstyret som reaksjon på disse. En standard loggekabel slik som 22, innbefatter 7 ledere, et belastningsorgan og er passende armert. Kabelen 22 bærer sondelegemet 10 fra et heiseverk 24 tilknyttet overflateutstyret, slik som 19-21, som er elektrisk tilkoblet dette over en linje 25. Et odometer (ikke vist) tilknyttet en kabelføringsskive 26, som er opphengt fra boretårnet 10, tilveiebringer dybdemålinger for sonden 10. Styre- og datasignaler kan overføres i analogt eller digitalt format, men fortrinnsvis digitalt. Kaliper-armer 36 og 36' tilveiebringer målinger av borehullets radius som en funksjon av dybden.

Under drift blir sonden 10 fortrinnsvis senket ned i borehullet 8. Data blir registrert etter hvert som sonden blir trukket oppover med en hastighet på omkring 15 cm (0,5 fot)/sekund eller ca. 549 m (1800 fot)/time. Kilden utstråler en akustisk puls fortrinnsvis én gang per sekund. Pulsens senterfrekvens er vanligvis en kilohertz (kHz) som et eksempel, men dette er ingen begrensning. Forplantningstiden for en puls fra kilden til den mottageren som ligger lengst borte, er imidlertid bare noen få millisekunder (ms), slik at doppler-forstyrrelse av bølgeformene på grunn av oppadgående bevegelse vil være minimal.

Sprekksoner i formasjonen 28 er vist ved 30. En utvaskning 32, som skal diskuteres nærmere senere, er vist i tilknytning til sprekken 30. For denne beskrivelses formål kan en sprekksone være analog med et permeabelt lag som befinner seg mellom to ugjennomtrengelige lag. Borefluid fyller vanligvis ringrommet 34 mellom borehullsveggen og sonden.

Visse akustiske egenskaper ved en sprekksone er ikke de samme som de akustiske egenskapene til den kompetente formasjon over og under sprekksonen. Som nevnt er en Stoneley-bølge en ledet bølge hvis karakteristikker blir bestemt av fluid/faststoff-grenseflaten i borehullet. Stoneley-bølger er ikke utsatt for invers kvadratspredning. Av den grunn blir Stoneley-bølger foretrukket ved sprekksone-undersøkelser. En sprekksone tilveiebringer ikke bare en impedansdiskontinuitet som gir opphav til refleksjoner, men den demper også Stoneley-bølger som forplanter seg over sonen.

I US-patent nr. 4,831,600 er det beskrevet en fremgangsmåte for å lokalisere sprekker i en undergrunnsformasjon ved å generere første signaler som er representative for Stoneley-bølger fra en akustisk kilde på en loggesonde i borehullet. Et annet signal blir generert av en gruppe detektorer som er representative for Stoneley-bølger som forplanter seg fra kilden og som er blitt reflektert fra en bruddsone. Det annet signal blir dekonvolvert med det første signal slik at tiden og størrelsen av topp-omhyllingskurven til det dekonvolverte signal gir en indikasjon på forekomsten av sprekksonen. Størrelsen av det dekonvolverte signal er et mål på sprekksonens reflektivitet. Ved å bruke en iterativ løsning for et område med bredder, w, blir en anslått sprekksone-reflektivitet beregnet fra Stoneley-bølgefrekvensen, Stoneley-bølgelangsomheten, borehullsradien og fluidviskosi-teten. Den bredde som tilsvarer den nærmeste overensstemmelse mellom den observerte og den anslåtte reflektivitet, indikerer sprekkens bredde.

US-patent nr. 4,870,627 beskriver en fremgangsmåte og et apparat for å detektere og evaluere sprekker i borehulls-vegger. I et borehull blir det innført en loggesonde som genererer akustiske pulser og frembringer forskjellige mottagerbølgeformer som er representative for akustiske bølger som har passert gjennom et felles intervall langs sonden. Fra bølgeformene blir det valgt ut sent ankomne sprekkfølsomme deler av bølgeformene. Fra enkelte av delene blir det valgt verdier for en parameter, slik som Stoneley-bølgeenergi, som er representative for følsomheten av de respektive deler av bølgeformen med hensyn på en sprekk i borehullsveggen. Verdiene av parameteren som en funksjon av dybden blir sammenlignet med en terskelverdi. En sprekk er identifisert innenfor et spesielt dybdeintervall når de sammenligninger som er foretatt med de bølgeformdeler som kan tilknyttes forskjellige mottagere og for en felles dybde i dybdeintervallet, er innenfor et forutbestemt område.

En annen fremgangsmåte er beskrevet i US-patent nr. 4,888,740. Denne fremgangsmåten omhandler akustiske under-søkelser av kjennetegn, slik som sprekker, i et borehull som gjennomtrenger en formasjon, ved å ta differensielle akustiske energimålinger av Stoneley-bølger mellom mottagerpar i en gruppe med mottagere som bæres av loggesonden. Mottagerne har alle den samme innbyrdes avstand. Energien er den som detekteres av mottagerne som reaksjon på akustiske pulser generert av en sender i en avstand fra mottagerne på sonden. Differensielle energimålinger blir stakket for å oppnå en stakket differensiell energilogg.

De tidligere kjente fremgangsmåter frembringer ikke et pålitelig anslag av fluidtransportegenskapene til en sprekksone av to grunner: For det første forutsetter tidligere foreslåtte modeller plane grenser ved topp- og bunnflatene av sprekken og en uniform åpning. Denne forutsetningen er ikke nødvendigvis riktig for å beskrive borehullssprekker med porøse, snirklede kanaler. For det annet finnes borehullssprekker ofte i tilknytning til utvidede borehullssegmenter, vanligvis kalt utvaskinger, som er dannet under boring gjennom svekkede, lettsmuldrende områder på sprekksoner som finnes på forhånd. Virkningene av utvaskinger er ikke riktig kompensert.

I en artikkel med tittel "Borehole Stoneley Wave Propa-gation Across Permeable Structures", publisert i Geophysical Prospecting, volum 41, sidene 165-187, 1993, X.M. Tang m.fl. angis det at sprekkpermeabilitet eller hydraulisk ledningsevne eller konduktivitet er de riktige parametere for å karakterisere fluidtransportegenskaper i sprekker. Den hydrauliske ledningsevne blir definert som integrert fluid-mobilitet, det vil si forholdet mellom permeabilitet og viskositet over en valgt sone med tykkelse H eller (ko/u)H. i artikkelen presenterte forfatterne en forenklet teori for å ta hensyn til Stoneley-bølgeforplantning over en sprekksone på grunnlag av endimensjonal forovermodellering.

Det er et formål med denne beskrivelse å formulere et inverteringsproblem basert på en forovermodell som kan utledes fra feltdatamålinger for å evaluere posisjonen og den fluidledende kapasiteten til sprekksoner og tynne permeable sedimentlag.

Et formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte for modelldannelse av konfigurasjonen til en sprekksone og for å anslå mobiliteten til formasjons-fluider tilknyttet et permeabelt bergartslag som danner sideveggen i et borehull. En akustisk bølge blir forplantet i borehullet fra en akustisk kilde som beveges gjennom borehullet. Ved hver og en av en gruppe mottagere som har en fast avstand fra kilden og har faste mellomrom, blir første deler av det bølgefeltet detektert, som er blitt overført direkte fra kilden til mottagerne. Andre deler av bølgefeltet som kan tilknyttes nedadgående refleksjon av bølgefeltet fra en petrofysisk diskontinuitet, blir også detektert av mottagerne. Kaliper-målinger av borehullets radius blir foretatt innenfor det forutbestemte dybdeinnhold. De første og andre bølgefeltdeler blir filtrert for å isolere det direkte overførte Stoneley-bølgefeltet fra det reflekterte Stoneley-bølgefeltet. Ved hjelp av en programmert datamaskin blir den filtrerte første bølgefeltdel krysskorrelert med den filtrerte annen bølgefeltdel for å definere dybdekonfigurasjonen til sprekksonen. Datamaskinen er videre programmert for å kombinere parametere utledet fra de første og andre bølgefelt med kaliper-målingene for å utlede et signal som indikerer sprekksonens hydrauliske ledningsevne.

Dette oppnås ved å benytte en fremgangsmåte i henhold til de nedenfor fremsatte patentkrav.

De nye trekk som antas å være karakteristiske for oppfinnelsen, både med hensyn til organisering og fremgangsmåter for bruk, sammen med formålene og fordelene ved disse vil kunne forstås bedre fra den følgende detaljerte beskrivelse og tegningene, hvor oppfinnelsen er illustrert som et eksempel som bare er ment å illustrere og beskrive og ikke begrense oppfinnelsen: Fig. 1 viser en loggesonde som kan brukes til å realisere oppfinnelsen, anbragt i et borehull; Fig. 2 indikerer skjematiske forplantningsbaner av interesse for Stoneley-bølger med hensyn til sprekksoner; Fig. 3 representerer symbolske bølgefelt-dempnings- effekter over en sprekksone; Fig. 4 A er et eksempel på en rå Stoneley-bølge- registrering; Fig. 4B er dataene på fig. 4A etter lavpass filtrering; Fig. 5A er en fremvisning av det direkte overførte bølgefelt etter hastighetsfiltrering; Fig. 5B er en fremvisning av de reflekterte bølger etter hastighetsfiltrering; Fig. 6 viser visse foreløpige databehandlings-operasjoner som valgfritt kan utføres nede i hullet ved loggesonden; Fig. 7A-7C utgjør et flytskjema som forklarer de nødven-dige programinstruksjoner i datamaskinen for å utøve oppfinnelsen; Fig. 8A og 8B er eksempler på et syntetisk, direkte overført bølgefelt og et syntetisk reflektert bølge-felt; og Fig. 9 er en borehullslogg frembragt ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen og viser et antall sprekksoner og den hydrauliske ledningsevne tilknyttet disse.

Det vises nå til fig. 1-3. Egenskapene til loggesonden 10 ble diskutert foran i forbindelse med fig. 1. Fig. 2 er en skjematisk skisse av Stoneley-bølgebanene som er av interesse. Avstanden L, betegnet med pil 38, mellom senderen 12 og den nedre mottager 14 er fortrinnsvis i størrelsesorden 2,5-3,7 m (8 til 12 fot). Gruppelengden I/, det vil si avstanden mellom mottagerne 14 og 14' er en multippel av mottageravstanden Ad, som er ca. 15 cm (0,5 fot), og avhenger av antallet mottagere N, i gruppen. Gruppelengden er således L'=(N-1)Ad.

Pilen 38 representerer banen til den direkte overførte bølge. Den utsendte bølge forplanter seg langs en direkte bane til de respektive mottagere i gruppe 15, innbefattet 14 ' .

Dobbeltpilen 40 er toveisbanen for en Stoneley-bølge reflektert fra en petrofysisk diskontinuitet, slik som en sprekksone 30, fig. 1. Dobbeltpilen 42 indikerer en refleksjon fra en utvasking 32. Reflekterte ankomster vil bli mottatt av alle de andre mottagerne i gruppen 15, innbefattet en reflektert ankomst ved mottager 14', antydet ved hjelp av pilen 44.

De nedadgående reflekterte hendelser som ankommer ved de respektive mottagere i gruppen 15, blir foroverekstrapolert ved hjelp av tidsforskyvning til en felles mottager 14, antydet ved pil 4 6 for å danne en felles mottagersamler. De tidsforskjøvne hendelser blir summert. Tidsforskyvningen er proporsjonal med et multippel av Ad/Vs, hvor Vs er Stoneley-bølgehastighet. Likeledes blir de oppadgående direkte bølger ekstrapolert ved hjelp av tidsforskyvning til en felles mottager 14 for summering, som antydet med pil 48. Basis-dybdenivået til sonden er derfor det nivå do som alle andre dybdenivåer refererer til.

Utløsningsfrekvensen til senderen 12 er som tidligere nevnt én gang per sekund, men den kan utløses mer eller mindre ofte etter ønske. Utløsningsstyrekretser av enhver ønsket type befinner seg i en modul 17 som kan drives av kommandoer fra styreelektronikken 19. Valgfrie fasiliteter for delvis databehandling kan være innbefattet i styre-enheten/prosessoren 17, noe som vil bli kort diskutert senere i forbindelse med fig. 5. Fig. 3 symboliserer virkningen av en feilsone i bore-hullveggen omkring sprekksonen 30 og utvaskningen 32. Med senderen 12 under sonen og en mottager over, kan det utsendte bølgefelt bli forvrengt, alvorlig dempet eller gjort diskon-tinuerlig som antydet med den uregelmessige linjen 50 i bølgefeltbanen mellom senderen 12 og mottageren 14. Fig. 4A er en råregistrering fra en testbrønn i Austin Chalk av fullstendige bølgefeltdata som innbefatter Stoneley-, skjær- og kompresjonsbølger over et dybdeintervall på ca. 30,5 m (100 fot) med sprekker på utvaskningen som er spesielt tydelige ved omkring 557 m - 561 m (1830 til 1840 fot). Tidsbasisen strekker seg på tvers fra 0 til 5 millisekunder (ms). Senderen ble aktivert ved mellomrom på 15 cm (0,5 fot) etter hvert som sonden ble trukket opp gjennom borehullet. Hver trase registrerer omhyllingene av de direkte og reflekterte ankomster. Det som er vist, er de data som er registrert ved den første mottager i en gruppe med åtte mottagere, for hvert dybde-dekrement på 15 cm (0,5 fot), som forklart nærmere nedenfor.

Fig. 4B viser dataene på fig. 4A etter frekvensdomene-filtrering av uønskede datasignaler over 1,5 kHz, for derved å isolere de ønskede Stoneley-bølger. En flerperiodisk, direkte overført bølge er antydet ved 52 og strekker seg over flere perioder, noe som skjuler eventuelle reflekterte bølge-felter som kan være tilstede. De senere periodene, slik som 53, kan skyldes én eller flere refleksjoner fra enden eller endene av loggesonden.

Delvis behandling av dataene kan utføres nede i hullet om ønsket, ved å bruke styreenheten/prosessoren 17 på fig. 1. På fig. 5A og 5B er dataene på fig. 4B blitt hastighetsfiltrert. Det vil si at de bølgefelter som er generert ved hvert skudd (det vil si ved hver senderutløsning) er separert i oppadgående og nedadgående bølger basert på deres positive og negative utsving ved hjelp av helningsstakking ved å bruke velkjente seismiske utsvingbehandlingsmetoder for klart å separere direkte overførte bølgefelt {52 på fig. 5A) fra mulige bølgefelter reflektert fra sprekker.

Etter at bølgegruppedataene er blitt hastighetsfiltrert og stakket til en felles mottager, blir datasamlingen ved denne mottageren ytterligere behandlet for å oppnå det direkte bølgefelt og de reflekterte bølgefelter. Denne behandlingen er igjen hastighetsfiltrering basert på de utflyttinger som oppvises ved de felles mottagersamlere for å utlede en felles dybdesamler. Det vil si at bølgefelter som har forskjellig opprinnelse, vil oppvise forskjellige utflyttinger. Direkte forplantede hendelser vil ha en nesten konstant og meget liten utflytting over den felles mottagersamler fordi deres relative posisjoner ikke endres under en loggeoperasjon, mens bølgefelter reflektert fra sprekker eller andre diskontinuiteter vil oppvise en tidshelling fordi sondens posisjon endres konstant med hensyn til reflektorene.

Et median-filter for hyperbolsk avstandstidskorreksjon (NMO) ("utflytting") og tilsvarende utflyttingsfiltrering, er konstruert. Inngang til filteret er et lokalt sett med M traser i de oppadgående eller nedadgående felles mottagerdata. M trasene blir innrettet i tid med liten utflytting for å anslå bølgekomponenten ved midten av det dybdeintervall som M trasene spenner over. Filteråpningen avhenger av den rom-messige sampling av inngangsdataene som tilnærmet kan anslås å være lik antall loggeintervaller i én bølgelengde. Filteret forkaster bølger hvis utflytting over de M trasene er betydelig forskjellig fra de innrettede bølgene.

På fig. 5A er et estimat av det direkte overførte bølge-felt 52 oppnådd som middelverdien av filteret for den oppadgående bølge. På fig. 5B er de nedadgående reflekterte bølger 54, 56 og 58 vist. Anvendelse av filteret på de nedadgående felles mottagerdata gir et midlere bølgefelt. Subtrahering av det midlere bølgefelt fra dataene resulterer i det nedadgående reflekterte bølgefelt. Det nedadgående reflekterte bølgefelt stammer fra en sprekksone over den utpekte felles mottager i loggesonden. Avbruddet ved 60 i det direkte bølge-feltmønsteret ved omkring 561 m (1840 fot), antas å skyldes en utvaskning samt sprekker. De reflekterte hendelser 56 og 58 kan være refleksjoner fra bunnen av utvaskningen eller fra sprekker tilknyttet utvaskningen.

Fig. 6 antyder skjematisk valgfrie, foreløpige behand-lingskretser som kan være innbefattet i styreenheten/prosessoren 17 for å tilveiebringe den foreløpige behandling som er beskrevet i foregående avsnitt. Delvis behandling nede i borehullet minimaliserer det volum med databiter som må leveres gjennom kabelen 22, som har en begrenset båndbredde, til datamaskinen 20. Etter valg kan selvsagt denne partielle behandling utføres ved å bruke datamaskinen 20 som er montert i et tjenestekjøretøy på overflaten.

De analoge data fra hver av mottagerne 14-14' i gruppen 15 blir sendt til en forforsterker/analog/digital-omformer 62 for kvantisering. Det bredbandede akustiske råsignalet som er registrert av mottagerne, slik som registreringen på fig. 4A og symbolisert ved bølgeformen 64 på fig. 6, innbefatter alle de akustiske transienter som er generert av senderen 12. Signalene blir lavpassfiltrert med hensyn til frekvens ved 65 for å fjerne de høyfrekvente signaler som skyldes kompre-sjons- og skjærbølger, samt støy fra loggesondens bevegelse, for derved å isolere de ønskede Stoneley-bølger som vist på fig. 4B-5B og symbolisert ved det filtrerte signal 66 på fig. 6. Ved 68 blir de frekvensf Utrerte signaler f (t) slik som 67 og 69 fra de respektive kanaler i gruppen 15, hastighetsfiltrert og helningsstakket ved å bruke intertrase-utflytting At=+Ad/Va, hvor Ad er mottageravstanden og Va - den tilsynela-tende Stoneley-bølgehastighet; (+) definerer oppadkommende bølger og (-) definerer nedadgående bølger, alt som kjent på området. Det stakkede resultat, Sf(t), gir en fremhevet bølgeform, slik som 70, som er klart adskilt fra hendelser med forskjellige utflyttingshastigheter. Bølgeform 70 vil bli ytterligere behandlet som forklart senere. Denne foreløpige behandling er ganske konvensjonell og kan utføres enten ved å bruke en programmert datamaskin 20, en mikroprosessor nede i hullet eller passende elektroniske kretser, alt etter brukerens valg.

Så langt har forekomsten av en sprekksone blitt kvalitativt demonstrert på fig. 4A-5B ved bruk av de foregående behandlingsmetoder. Det gjenstår nå å modellere formasjonens sprekksone over en sone som er av interesse, og kvantitativt måle dens økonomiske betydning.

Den for tiden foretrukne beste operasjonsmodus for modellering av en sprekksone i et borehull, anvender en programmert datamaskin slik som 20, fig. 1, til å omdanne de forbehandlede, digitaliserte Stoneley-bølgesignaler til en fysisk fremvisning, slik som en logg 21, av borehullets sidevegg over et valgt dybdeintervall. Fremgangsmåten kan best forklares ved hjelp av et flytskjema som illustrerer de respektive trinn i instruksjonene som er programmert inn i datamaskinen 20, som skal forklares nedenfor. En fortolkning av begrunnelsen for denne prosessen kan finnes i den artikkel av X.M. Tang som er sitert foran.

Det vises til fig. 7A hvor filtrerte datasignaler, f(t)i fra modulen 68, fig. 6, blir matet inn i prosessoren 20 ved trinn 80. Det blir valgt et dybdespenn X og et sett M={A/Ad)+1 ved 82 hvor h er Stoneley-bølgelengden. Fase-dreining f(t)i fra ±M/2-dybdeposisjonene til dybden d, hvor fasedreiningen 9 er bestemt av 6=L/Va-L/Vd, hvor L er avstanden fra senderen til den siste mottager, Va er gjennomsnitts-hastigheten over L, og Vd er hastigheten ved dybden d. Ved 84 blir middelverdien av bølgeformene ved M/2-posisjonene pa hver side av dybden d beregnet for hver tid t.

Fra 84 blir dataene separert i oppadgående (+) direkte og nedadgående (-) reflekterte hendelser. Ved 86 blir oppadgående bølger midlet for å definere den gjennomsnittlige direkte bølge som utsendes fra senderen. Ved 88 blir senterfrekvensen, fc, til direktebølgen beregnet ved å veie frekvensen med energispektret W(f) av direktebølgen. Variansen, a<2>, av senterfrekvensen fc blir beregnet på vanlig måte ved trinn 90.

Ved trinn 87 blir middelverdien av de nedadgående bølger som representerer mulige bølger reflektert fra den øvre sondeende og lignende, subtrahert fra bølgeformen ved dybden d, noe som gir nedadgående bølger som er reflektert fra reflektorer i borehullet. Deretter blir de resulterende bølgeformer under d helningsstakket hvor At=2Ad/Vs for å gi en fremhevet reflektert bølge ved dybden d. Ved trinn 91 blir senterfrekvensen fr til de reflekterte bølger beregnet som i trinn 88 for de oppadgående overførte bølger.

For hver dybde, d, krysskorreleres det reflekterte bølgefelt fr(t) med det direkte overførte bølgefelt f<j(t) for å finne amplitudeforholdet mellom de reflekterte og de direkte bølgefelt, Ar/Ad, og tidsforskyvningen Ati, som er nødvendig for å maksimere krysskorrelasjonen. En veid reflektivitetskoeffisient, Ref, blir bestemt ved 94 hvor Ref<=>Ar/Ad x wt og

hvor L' er avstanden mellom den første og siste mottager i gruppen 15. Veiingen betyr ganske enkelt at en reflektor antas å være funnet hvis dens avstand til mottagerne har nådd oppløsningsgrensen L'. Ellers blir den antatt å være borte fra gruppen, og dens bidrag til reflektiviteten blir veid ned proporsjonalt med dens avstand til mottagergruppen.

Ved 95 blir referansesenterfrekvensen til direktebølgen utledet fra et ikke-oppsprukket parti av borehullet for å tilveiebringe en referansefrekvens fo for direktebølgen. Størrelsene V, Ref, a<2>, fc, fr og fo blir nå samlet i et register 96 for bruk ved senere behandling. Trinnene 80 til 96 blir utført for alle dybder av interesse.

Størrelsene fra registeret 96 i datamaskinen 20 blir overført til en inngangsbuffer 98, datamaskinen 20, fig. 7B, for bruk ved konstruksjon av en borehullslogg 21 (fig. 1) som modellerer sprekksonen i borehullsveggen over et område som er av økonomisk interesse. I tillegg blir den hydrauliske ledningsevnen evaluert. Som nevnt tidligere er det viktig ved beregningene at variasjoner i borehullets diameter tas tilstrekkelig hensyn til. Følgelig blir diskrete borehullsradier, R, som en funksjon av dybden, d, fra en kaliper-logg ved trinn 100, også innført i inngangsbufferen 98.

Når det er valgt en vilkårlig første dybde, d, ved 102, blir den gjennomsnittlige dempning av direktebølgen over sender/mottager-avstanden beregnet ved trinn 104 fra Att=fc (f o~fc) lo2 • Dataene blir testet ved trinn 106 med hensyn på en topp i Ref som er i avstand L' fra tilstøtende topper. Hvis den er "falsk", blir neste dybdenivå undersøkt. Hvis den er "sann", finnes det en reflektor ved toppens dybdeposisjon d som vist ved 108. Gjennomsnittsverdien av Att blir beregnet for L/Ad dybder over referansedybden d.

Ved 110 velges et dybdespenn D hvis topp ligger L" over dybden d og hvis bunn ligger L'+L" under d, hvor

L" = 0,5 {data-tid-lengde x V) - L'.

Ved 112 divideres dybdespennet D i (L'+2L")/Ad-sylindre som hver har en radius R, idet øyeblikksverdien av radien R blir tilveiebragt av den lokale kaliper-avlesning. Den nominelle borehullsradius er selvsagt et gjennomsnitt av kaliper-avlesningene langs et utpekt dybdeintervall. Ved trinn 114 utvikles for hvert dybdeinkrement Ad, en modell eller en syntetisk bølgeform for de direkte og reflekterte Stoneley-bølger ved dybden d, som skyldes en kilde lokalisert i en avstand L' under d, for hver kaliper-måling R, og det fort-setter på følgende måte: I et fluidfylt borehull er Stoneley-bølgen karakterisert ved bølgetrykk p og aksial forskyvning u. En forplantnings-matrise kan defineres for forskyvningsvektoren (u p)fc mellom to posisjoner i borehullet, som hvor N nå er antall sylindere mellom Zi og z2. Forplantnings-matrisen Gn ved grensen mellom den n'te og den {n-l)'te sylinder er gitt ved hvor V er Stoneley-bølgehastigheten i den n'te sylinder, p er borehullsfluidets densitet og An og A„_i er tverrsnittsarealet av fluid-ringvolumene mellom sonden og borehullsveggen for henholdsvis de n'te og de (n+l)'te sylindre. A blir bestemt direkte fra den lokale borehullsradius. De ovennevnte ligninger tar hensyn til variasjoner i borehullsradien som skyldes utvaskinger og lignende. Forskyvning/trykk-vektorene ved de øvre og nedre grenser av den sylinder som inneholder senderen, er relatert til senderes bølgeeksitering ved følgende uttrykk

hvor Z=wpV, e=exp (iud/V) , S(co) er senderens eksiterings-spektrum, di er avstanden mellom senderen og den øvre sylindergrense og V er Stoneley-bølgehastigheten inne i sylinderen. Ved å bruke de tre ligningene ovenfor, kan det lages en syntetisk modell for direktebølgen ved trinn 114 for bruk som en referanse, og denne tar hensyn til lokale omgivelsesforhold i borehullet. Et eksempel på en syntetisk totaltfelt-logg 200, er gitt på fig. 8A, og et eksempel for bare nedadgående bølger 202, 204, 206 er gitt på fig. 8B.

Det vises til fig. 7C hvor, med hensyn til det synteti-serte direkte bølgefelt, en referansedempning, Atto, indusert av kaliper-endringen i borehullet, blir beregnet ved å bruke den prosess som er vist i trinn 104. Deretter blir reflekti-vitetskoeffisienten Refo, indusert av kaliper-endringen, utledet som i trinn 94.

En totaldempning ATT blir utledet ved trinn 118 fra

og en total reflektivitetskoeffisient blir beregnet ved 120 fra hvor Im{-} betegner det å ta imaginærdelen av den komplekse størrelse i {} og k er det strømningsinduserte Stoneley-bølgenummer. k0 er bølgenummeret urelatert til strømning inn i sprekker, men innbefatter utvaskningseffekter. Atto og Refo betegner dempnings- og reflektivitetskoeffisientene til direktebølgen som skyldes andre effekter enn sprekksone-permeabilitet (f.eks. utvaskninger). Den hydrauliske ledningsevnen til sprekksonen som ble definert ved dybden d i trinn 108, blir utledet ved trinn 122 ved å minimalisere en størrelse E(K/u,H) ved iterativ perturbering av K/u og H i ligningen

hvor K er permeabiliteten, u er viskositet til fluider i sprekkene og H er tykkelsen av sprekksonen eller det permeable sedimentlag. For en sprekk ved dybde d blir et mål på den hydrauliske ledningsevne definert som produktet kH/u hvor k/u og H minimaliserer E(k/u,H) som fastslått ved 124. Ved en innledende iterasjon kan det innsettes en verdi lik 1 darcy for k, 1 pascal/sekund for u og 1 meter for H.

Ved trinn 12 6 går programmet i sløyfe tilbake til trinn 102 inntil alle dybder er blitt analysert.

Fig. 9 viser en sprekksone-modell som svarer til LOGG 21 på fig. 1, for borehullsveggen, og et estimat over hydraulisk ledningsevne som en funksjon av dybden, som bestemt fra de data som er vist på fig. 4A-5B. Det første sporet 220 viser kaliper-loggen og Stoneley-bølgelangsomhetsloggen 222, 1/VS som ble brukt til å modellere den syntetiske, direkte bølge-form ved trinn 114 i flytskjemaet på fig. 7B, og som vist på fig. 8A og 8B. Kaliper-målingene tilveiebringer den informa-sjon som er nødvendig for å korrigere endringer i borehulls-diameteren som skyldes utvaskninger, noe som ikke ble gjort i tidligere kjente utførelsesformer. Trase 2 viser den målte Stoneley-bølgedempning, ATT, heltrukken linje 226, og den syntetiske bølgedempning ATTO, prikket linje 224. Trase 3 viser den målte reflektivitet Ref for virkelige data, den heltrukne 230 og RefO prikket linje 228 for syntetiske data. Legg merke til den gode overensstemmelse. Erstattes reflek-tivitets- og dempningsdata i (5), vil den hydrauliske ledningsevne for sprekken bli anslått for hvert enkelt sprekk-intervall identifisert fra REF-loggen. Ledningsevneverdier kH/u, hvor k er permeabiliteten og u er viskositeten, er vist i trase 232.

Ledningsevneverdiene er ikke direkte proporsjonale med den målte reflektivitet, men blir i fellesskap bestemt fra reflektiviteten, dempningen, utvaskningstilstander i borehullet og frekvensene til de overførte direkte og reflekterte bølgedata.

Oppfinnelsen er til en viss grad blitt spesielt beskrevet. Det er f.eks. antatt at Stoneley-bølgene ble reflektert fra diskrete sprekker i sprekksoner. Stoneley-bølger kan reflekteres fra enhver type petrofysisk diskontinuitet som kan finnes i borehullet.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for modellering av konfigurasjonen til en petrofysisk diskontinuitet (30,32) innenfor et forutbestemt dybdeintervall langs sideveggen (8) i et borehull og for å estimere den hydrauliske konduktiviteten i tilknytning til diskontinuiteten, der fremgangsmåten omfatter følgende trinn: a) utbredelse av et akustisk bølgefelt, som er kjennetegnet ved en forutbestemt eksitasjonsfrekvens, i borehullet fra en akustisk kilde (12) som beveges gjennom borehullet; b) detektering ved respektive mottagere (14,14') i en gruppe med mottagere (15) som har avstand med forutbestemte dybdeinkrementer målt fra kilden (12), av første signaler som er representative for det akustiske bølgefelt som er blitt overført direkte fra kilden (12) til mottagerne (15); c) detektering, ved mottagerne (15), av andre signaler som er representative for deler av det akustiske bølgefelt og som kan tilskrives refleksjon av bølgefeltet fra en petrofysisk diskontinuitet; d) krysskorrelering av det direkte overførte bølgefelt med det reflekterte bølgefelt for å modellere dybdekonfigurasjonen til den petrofysiske diskontinuitet innenfor det forutbestemte dybdeintervall; e) tilveiebringelse av kaliper-målinger av nominelle og aktuelle borehullsradier ved et flertall av diskrete dybdenivåer langs det forutbestemte dybdeintervall; karakterisert ved: f) filtrering av de mottatte første og andre signaler for å separere et oppadgående direkte overført Stoneley-bølgefelt fra et nedadgående reflektert Stoneley-bølgefelt; og g) estimering fra flertallet av kaliper-målinger, det oppadgående direkte overførte Stoneley-bølgefelt og det nedadgående reflekterte Stoneley-bølgefelt, av et signal som indikerer den hydrauliske konduktiviteten til den petrofysiske diskontinuitet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der trinnet med filtrering av signalene som er representative for de første og andre bølgefeltdeler omfatter følgende trinn: a) lavpassfiltrering i frekvensdomenet av de signaler som er representative for de første og andre bølgefeltdeler, b) hastighetsfiltrering i tidsdomenet av de lavpass-filtrerte bølgefelt-signaldeler for å danne en felles mottagersamling indeksert til et forutbestemt, diskret dybdetrinn, og c) hastighetsfiltrering av et antall felles mottagersamlere som befinner seg innenfor det forutbestemte dybdespenn for å danne en felles dybdesamler.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, som videre omfatter følgende trinn: a) måling fra et område i borehullet som er utenfor det forutbestemte dybdeintervall, av en referansefrekvens og et referansebølgenummer ko for et direkte overført Stoneley-bølgef elt ; b) definering, innenfor det forutbestemte dybdeintervall, av en senterfrekvens og dens varians fra et effektspektrum for et direkte overført Stoneley-bølgefelt midlet over alle frekvenser, og et tilsvarende strømningsindusert bølgenummer k; c) bestemmelse av en dempningskoeffisient-statistikk Att fra referansefrekvensen og senterfrekvensen; d) dannelse av en reflektivitetskoeffisient Ref fra det avveide forhold mellom de nominelle og øyeblikkelige borehullsradier; e) tilveiebringelse av syntetiske modeller av et direkte overført Stoneley-bølgefelt og av et reflektert Stoneley-bølgef elt ; f) beregning fra de syntetiske modeller av en referanse-dempningskoeffisient Atto og en referansereflektivitets-koeffisient Refo; g) beregning av en strømningsindusert dempning og dannelse en total dempningskoeffisient ved å bruke ATT = Atto(fc) + Im{(k-k0)H}, en strømningsindusert reflektivitet og ved å danne en total reflektivitetskoeffisient fra REF = Refo(fc) + [ (k-k0)/(k+k0) ] (e<2ikH->1) og h) minimalisering av E(K/u,H) = [Att(fc) - ATT (k/u, H) ]2 + [Ref(fc) - | REF (k/u, H) | ] 2 ved iterativ perturbering av k/u,H.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2, der trinnet med hastig-hetsf iltrering blir utført i frekvensdomenet.