NO319262B1 - Transduser direkte forbundet med borkrone for generering og mottaking av seismiske signaler - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse gjelder en boreanordning med en transduser direkte forbundet med borkronen for generering og mottagning av seismiske signaler.

Når det bores, og særlig når det bores etter olje, er det ønskelig å vite hva slags sedi-mentære lag det til enhver tid vil bli boret igjennom, i den hensikt å muliggjøre anvend-else av passende boreparametre, og det er også ønskelig å ha detaljert kjennskap til borkronens posisjon i forhold til forventede eller kjente trekk i berglagene og derved tillate "geostyring". Ved boring etter olje må det særlig tas hensyn til identifisering av områder med overtrykk i lagene som befinner seg fremfor boringen, for å gjøre det mulig å regulere fluidtrykket inne i borehullet til det minste trygge nivå. Det er ønskelig å ha det minste trygge fluidtrykk fordi, selv om et for lavt fluidtrykk i et borehull, betegnet underbalanse, frembringer fare for at, dersom et område med gassovertrykk gjennom-trenges, kan den resulterende frigjøring av gass inn i borehullet, betegnet tilbakeblåsing, føre til tap av borehull og borerigg, kan et for høyt fluidtrykk, betegnet overbalanse, skade borehullet og minske dets evne til å produsere olje.

Under arbeidet er det derfor nødvendig å balansere risikoen for å under- eller over-balansere borehullets fluidtrykk, og for å gjøre dette behøves nøyaktige data om nærværet av områder med overtrykk.

Det har foreligget to generelle løsninger på dette problem. Den første har gått ut på bruk av seismiske undersøkelser fra overflaten for å kartlegge de geologiske trekk i undergrunnen kombinert med bruk av nøytrale og magnetiske følere nær borkronen samt bestikkregning for å gjøre det mulig å oppspore borkronens posisjon i forhold til sådanne trekk. Uheldigvis lider denne løsning av den ulempe at områdenøyaktigheten og oppløsningen i rommet av de geologiske trekk dypt nede i undergrunnen og som oppnås ved utnyttelse av overflatebaserte undersøkelser, er meget lave på grunn av de aktuelle avstander og det faktum at lydbølgers hastighet gjennom undergrunnslag er avhengig av hvordan de er kommet i stand (deres "makeup"). Den andre løsning har vært å plassere akustiske instrumenter eller andre undersøkelsesinstrumenter inne i borestrengen for å avføle berglagene omkring boret under boreoperasjonen. Dette er generelt betegnet "mål mens det bores" (MWD - Measurement While Drilling) selv om den faktiske boreoperasjon i praksis vil bli stanset mens målinger utføres. Denne løs-ning lider av den ulempe at selv om berglagene omkring boret kan bli avfølt, må denne informasjon deretter bli utnyttet for å utlede hva slags geologiske formasjoner som befinner seg foran borkronen.

En variant av denne andre løsning er beskrevet i publikasjonen WO 93/07514, hvor selve borkronen benyttes som støykilde samtidig som borkronen faktisk roterer.

Som et resultat foreligger det alltid betraktelig usikkerhet ved sådanne systemer med hensyn til sammensetningen av formasjonene som ligger direkte foran borkronen, siden det ikke alltid er mulig å utlede nøyaktig, eller ekstrapolere, hva disse formasjoner vil være.

Det vil selvsagt også være mulig å trekke ut hele borestrengen fra borehullet og fire ned et verktøy i en ståltråd, som innbefatter en akustisk føler som på akustisk måte vil foreta en undersøkelse gjennom bunnen av borehullet for direkte å kartlegge bergformasjonene nedenunder, men tidsforbruket og omkostningene forbundet med å trekke ut borestrengen for å gjøre dette, er meget høye sammenlignet med en MWD-undersøkelse gjennom-ført direkte fra borestrengen, slik at dette er en uønsket fremgangsmåte.

Hensikten med oppfinnelsen var å fremskaffe en akustisk føler for plassering inne i en borestreng, som i det minste delvis ville overvinne disse problemer.

Således er det med foreliggende oppfinnelse fremskaffet en boreanordning som omfatter en borestreng som strekker seg langs en akse og som har en borkrone for å danne et borehull i bergarter, et akustisk senderutstyr for å generere første akustiske signaler i bergartene ved enden av borehullet dannet ved hjelp av borkronen, og et akustisk mottagerutstyr for å motta andre akustiske signaler sendt tilbake fra bergartene.

På denne bakgrunn av prinsipielt kjent teknikk, særlig fra WO-publikasjonen nevnt oven-for, har da boreanordningen i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at nevnte sender-og mottagerutstyr er montert i borestrengen, idet senderutstyret er direkte forbundet med borkronen og er konstruert for å få borkronen til å vibrere i den hensikt å generere nevnte første akustiske signaler i form av aksiale sammenpresningsbølger som forplanter seg gjennom bergartene foran borkronen.

Fortrinnsvis anordnes det en ettergivende innretning for å forbinde et boreverktøy og borkronen som inneholder den akustiske føler med et vektrør og som har en slik ettergivenhet at resonansfrekvensen frembragt på grunn av ettergivenheten og massen av boreverktøyet og borkronen, er vesentlig lavere enn den akustiske følers passbåndfrekvens.

Apparatur som anvender oppfinnelsen vil nå bli beskrevet bare som eksempel med henvisning til de vedføyde skjematiske tegninger, hvor identiske komponenter på tegningene har de samme tallhenvisninger i alle figurer, og på hvilke: Fig. 1 er en oversiktsskisse av den nedre ende av en første utførelsesform av et bor

som anvender oppfinnelsen,

fig. 2A er en mer detaljert skisse av en første del av oversiktsskissen i fig. 1,

fig. 28 er en mer detaljert skisse av en andre del av boret vist i fig. 1,

fig. 2C er en mer detaljert skisse av en tredje del av boret vist i fig. 1,

fig. 3A er en detaljert skisse av en første del av den nedre ende av et bor som anvender en andre utførelsesform av oppfinnelsen,

fig. 3B er en detaljert skisse av en andre del av boret vist i fig. 3a, og fig. 3C er en detaljert skisse av en tredje del av boret vist i fig. 3a.

Det henvises til ftg. 1 som viser at den nedre ende av en borestreng 1 som befinner seg inne i et borehull 2 er sammensatt av flere sammenskrudde seksjoner.

Borestrengen er vist og beskrevet slik den vil opptre når det bores vertikalt nedover, men boret kan selvsagt bringes til å arbeide i andre retninger, slik som ved awiksboring for horisontale brønner.

Ved den nedre ende av borestrengen 1 befinner det seg et MWD-vektrør 1A. På vanlig måte består vektrøret 1A av flere borerørseksjoner i den nedre ende av borestrengen 1, og ved bunnen av vektrøret 1A er en borkrone 3 festet til vektrøret 1A og borestrengen 1 ved hjelp av en modifisert vektrørseksjon som utgjør et verktøy 5 for måling mens det bores (et MWD-verktøy). For å tillate akustisk avføiing av berglagene foran borkronen 3, er en akustisk transduser 4 montert meget nær inntil borkronen 3 ved basisen av MWD-verktøyet 5. Siden borkronen 3 er en gjenstand som brukes inntil skjærekanten blir sløvet og da sendes tilbake til leverandøren for å skjerpes på ny, foretrekkes det at den akustiske transduser 4 utgjør en del av MWD-verktøyet 5 heller enn av borkronen 3, men det vil være mulig å la den akustiske transduser 4 være en del av borkronen 3 for å frembringe den mest direkte akustiske bane inn i berget og derved frembringe den optimale kobling.

Under boringen er den akustiske transduser 4 ikke i drift og borkronen 3 roteres mens den tvinges mot enden av borehullet 2 med en vekt på borkronen (WOB - Weight On Bit) frembragt av vekten av borestrengen 1, først og fremst av vektrøret 1A. Vekten på borkronen reguleres på vanlig måte av den som utfører boringen. På grunn av de meget høye akustiske støynivåer som genereres av boreoperasjonen i berglagene samt langs borestrengen 1, foretrekkes det ikke å forsøke å utnytte den akustiske transduser 4 mens boring faktisk pågår. Når akustisk avføling av berglagene foran borkronen 3 ønskes, stanses boringen midlertidig og den ende av MWD-verktøyet 5 som inneholder den akustiske transduser 4 samt borkronen 3 skilles akustisk fra det gjenværende av vektrøret 1A og borestrengen 1 ved hjelp av en ettergivende seksjon 7 i MWD-verktøyet samtidig som borkronen 3 belastes mot enden av borehullet 2 med en spesifisert vekt på borkronen (en spesifisert WOB). Denne spesifiserte vekt på borkronen vil vanligvis være mindre enn den største tillate vekt på borkronen som brukes under den egentlige boring.

Den akustiske transduser 4 bringes så til å vibrere for å generere lydbølger gjennom

berget på grunn av den direkte akustiske kobling mellom den akustiske transduser 4 og berget, via borkronen 3. Disse akustiske bølger vandrer gjennom berglagene under bunnen av borehullet og blir reflektert og spredt for så å bli mottatt av den akustiske transduser 4. Berglagenes karakteristika kan da utledes fra disse mottatte signalers type, amplitude og tidsforhold.

Alternativt eller i tillegg kan det anvendes en egen mottagerseksjon enten ved eller nær borkronen, eller lengre opp på vektrøret 1A, og som innbefatter en akustisk transduser eller en detektorrekke dannet av flere akustiske transdusere, og/eller vibrasjonsfølsomme innretninger fastspent på brønnveggen, slik det med dagens teknikk er kjent for kabel-loggeverktøy. Det foretrekkes å bruke en piezo-keramisk stabel som akustisk transduser både for sending og mottagning.

Den ettergivende seksjon 7 i MWD-verktøyet 5, som tillater vekten på borkronen å bli variert slik det fordres med hensyn til akustisk avføling, virker som en akustisk isolator mellom den akustiske transduser 4 og vektrøret 1A og borestrengen 1, som reduserer mengden av uønsket akustisk energi som overføres langs borestrengen 1. For å gjøre dette må den ettergivende seksjons mykhet være slik at den resonansfrekvens som forårsakes av massen opphengt fra den ettergivende seksjon samt den ettergivende seksjons mykhet, blir betraktelig lavere enn passbåndfrekvensen for den akustiske transduser 4 ved kontakt med forventede bergarttyper.

Det henvises til fig. 2A - 2C hvor verktøyet 5 for måling mens det bores (MWD-verktøy-et) er vist i detalj. Fig. 2A - 2C viser snitt gjennom boret, ordnet fra bunnen og oppover boret,

MWD-verktøyet 5 er festet ved hjelp av en første konvensjonell konisk skruegjengeskjøt 5C ved sin øvre ende til bunnen av vektrøret 1A og er festet ved hjelp av en andre konvensjonell skruegjengeskjøt 5D ved sin nedre ende til borkronen 3. MWD-verktøyet 5 omfatter et ytre, hult sylinderlegeme 5A for feste av borkronen 3 ved sin nedre ende ved hjelp av den konvensjonelle koniske gjengeskjøt 5D og som hovedsakelig omgir et indre hult sylinderlegeme 5B som er festet til den nedre ende av vektrøret 1A ved hjelp av den konvensjonelle koniske skruegjengeskjøt 5C.

De indre og ytre hule sytinderlegemer 5A og 5B oppviser samvirkende, langsgående spor på henholdsvis deres inner- og ytterside, for å tillate dem å gli aksialt i forhold til hverandre, men som likevel, under boring, tillater store rotasjonsbelastninger å bli overført langs vektrøret 1 gjennom de to legemer 5A og 5B til borkronen 3.

I det viste eksempel har det indre hule sylinderlegeme 5B en lengde som er omtrent halvparten av det ytre hule sylinderlegeme 5A, idet dette innbyrdes lengdeforhold selvsagt kan variere avhengig av det material som brukes for å fremstille de to legemer samt de belastninger som pålegges dem under bruk. For om nødvendig å muliggjøre en lavere innvendig diameter ved ettergivelsen og for å lette sammenstillingen, kan det indre hule sylinderlegeme 5A utformes i to deler.

Den relative aksiale glidebevegelse mellom det indre og ytre sylinderlegeme 5A og 5B begrenses av et par stoppringer 8A og 8B. Stoppringen 8A med tanke på sammenpressing er festet til det indre legeme 5B for å innstille den minste lengde av den samlede MWD-verktøyenhet 5, mens stoppringen 8B med tanke på utvidelse er festet til det ytre legeme 5A for å begrense den største lengde av den samlede MWD-boreverk-tøyenhet 5. Et ringformet ettergivende element 9 er montert mellom de to stoppringer 8A og 8B.

Under boring ligger vekten på borkronen (WOB) an mot MWD-verktøyet 5 for å presse

sammen det ettergivende element 9, og ved den øvre grense for vekten på borkronen er denne sammenpressing slik at stoppringene 8A og 8B for henholdsvis sammenpressing og utvidelse kommer i kontakt med samvirkende anstøtsoverflater 8C, 8D og 8E, 8F. Så

snart anstøtsoverflatene 8C og 8E på sammenpressingsringen 8A er i kontakt med de respektive samvirkende anstøtsoverflater 8D, 8F på utvidelsesringen 8B, overføres den største borebelastning mellom dem, dvs. mellom det indre og ytre legeme 5A og 5B, til borkronen 3. Denne anstøtsvirkning kan enten være hard eller myk, idet et annet egnet ettergivende grensesnitt (ikke vist) blir brukt om nødvendig. Det vil selvsagt være mulig å ha bare et par samvirkende anstøtsoverflater på stoppringene 8A og 8B.

Når det er ønskelig å utføre akustiske målinger reguleres vekten på borkronen på vanlig måte av den som utfører boringen, slik at stoppringene 8A og 8B for henholdsvis sammenpressing og utvidelse skilles. Vekten på borkronen 3 innstilles så med en kraft frembragt av det ettergivende element 9 på de forskjellige komponenter som er festet til borkronen 3 med tillegg av vekten av disse komponenter. For å tillate borkronen 3 og MWD-verktøyet 5 å bli trukket ut fra borehullet 2, har utvidelsesstoppringen 8B også en tredje anstøtsoverflate 8G som kommer i kontakt med en samvirkende anstøtsoverflate 8E på det indre sylinderlegeme 5B for å begrense utvidelsen av MWD-verktøyet 5.

Når MWD-verktøyet 5 og borkronen 3 trekkes ut, bringes spennbelastninger til å passere gjennom anstøtsoverflatene 8G og 5E for å tillate borestrengen 1 å trekke ut MWD-verk-tøyet 5 med den påfestede borkrone 3.

Den akustiske transduser 4 er stivt festet til det ytre legeme 5A av MWD-verktøyet 5. Den akustiske transduser 4 omfatter en stabel piezoelektriske keramiske skiver 10 (vanligvis betegnet piezo-keramiske skiver) som utgjør den elektroakustiske aktive del av transduseren 4, en endemasse 11, et stabelgrunnlag 12 og en midtre skive 13. Den midtre skive 13, stabelgrunnlaget 12 og stabelen 10 er alle stivt sikret til hverandre ved hjelp av en første bolt 14 som passerer gjennom deres akse og inn i et gjenget hull i den midtre skive 13, og som tilstrammes for å forhåndskomprimere keramikkstabelen 10 mellom skiven 13 og en stabelendehette 15 plassert mellom stabelen 10 og grunnlaget 12. Spenningen i den første bolt 14 innstilles for å sikre at keramikkstabelen 10 er sammenpresset under alle driftsbetingelser. Endemassen 11 er stivt festet til den midtre skive 13 ved hjelp av en andre bolt 16 som passerer langs endemassens 11 akse og inn i et gjenget hull i den midtre skive 13. Stabelgrunnlaget 12 har en konisk bæreoverflate 17 på sin ytre overflate og den akustiske transduser 4 er stivt forbundet med det ytre legeme 5A ved at denne bæreoverflate 17 tvinges mot en tilsvarende konisk bæreoverflate 18 på den indre overflate av det ytre legeme 5A, idet de to samsvarende bæreover-flater 17 og 18 tvinges mot hverandre ved hjelp av en gjenget basisring 19 som samvirker med et indre gjenget parti på det ytre legeme 5A. Keramikkstabelen 10 er omgitt av en sylindrisk kappe 20 fylt med et ikke-ledende fluid, slik som et fluorinert sådant. Kappen 20 og endemassen 11 holdes midtstilt inne i det ytre legeme 5A ved hjelp av styreskiver ("spiders") 22 og 23 som strekker seg mellom kappen 20 og endemassen 11, og den indre overflate av det ytre legeme 5A. Styreringene 22 og 23 er myke i aksial retning for å unngå at de skal utgjøre en akustisk kortslutning, og stive i radial retning for å stoppe sjokkbelastninger som får endemassen til å bryte keramikksammenstillingen, og må overføre belastninger omkretsmessig for å hindre at vinkelakselerasjoner fra borestrengens oppvikling bringer endemassen 11 til å dreies i forhold til stabelgrunnlaget 12, fordi dette enten vil løsne eller overstramme bolten 14. Styreskivene må også tillate fri passasje av borefluid.

Under boring bringes store mengder borefluid (vanligvis kjent som boreslam) til å passere ned gjennom innsiden av borestrengen 1 under høyt trykk inn i borkronen 3, og for å tillate dette, er den ytre kappe 20 og endemassen 11 i den akustiske transduser 4 midtstilt anordnet inne i det hule ytre legeme 5A av boreverktøyet 5 for å etterlate en ringformet slampassasje 24 mellom dem. For at slammet skal passerer ned gjennom denne slampassasje 24 frem til borkronen 3, er hver av styreskivene 22 og 23 utformet med flere radiale faner eller vinger med mellomliggende slamgap, mens stabelgrunnlaget 12 har slampassasjer 25 gjennom seg, som forbinder den ringformede slampassasje 24 med borkronen 3. Styreskivene 22 og 23 er også utformet med flere faner for å begrense mulige innbyrdes dreiebevegelser mellom det ytre legeme 5A, endemassen 11 og kappen 20, ved at fanene overfører belastninger omkretsmessig. En sådan dreiebevegelse kunne ellers opptre under boring pga. de høye torsjonsbelastninger på MWD-verktøyet 5 og som følge av borestrengoppvikling.

Under akustisk avføling tilføres spenninger over den keramiske stabel 10 for å få den til å slå an en vibrasjonskraft på borkronen 3 samt de påfestede masser og endemassen 11. Systemet er anordnet med en dobbel mekanisk resonans, slik at borkronen 3 og de påfestede masser gir resonans sammen med bergets ettergivenhet samtidig som endemassen 11 gir resonans sammen med den keramiske stabeis ettergivenhet. Den piezoelektriske transduser er også anordnet for å få en elektrisk resonans som tillater et bredt bånd av arbeidsfrekvenser samt gjør sammensynkning og pulsasjon i det akustiske passbånd så små som mulig.

For å gjøre dette er det klart at det fordres forsyning av elektrisk effekt. En forbindelse

til en effektforsyning (ikke vist) anordnet i vektrøret 1A er derfor ført langs aksen for vektrøret 1A ved hjelp av en elektrisk kabelbærer 26. Den elektriske kabelbærer 26 er dannet av flere seksjoner som hver befinner seg inne i hver av borerørseksjonene som utgjør borestrengen 1 og er lenket til hverandre ved hjelp av gjengede skjøter. Disse skjøter vil selvsagt ikke være nødvendige dersom effektforsyningen ble plassert i det nærliggende vektrør til MWD-verktøyet 5. En sonde 27 er montert inne i MWD-verktøyet 5 langs dennes akse og den nedre ende av sonden 27 passer inn i en sokkel 28 montert på den øvre ende av endemassen 11 for den akustiske transduser 4.

Effektforsyningen utgjøres av en batteribank, men andre systemer, slik som en slam-turbin, kan benyttes.

Sokkelen 28 inneholder et par sleperingkontakter 29 som samvirker med elektriske kontaktputer (ikke vist) på den ytre overflate av sonden 27, og sonden 27 er låst inne i sokkelen 28 ved hjelp av en løsbar låsemekanisme 30. Låsemekanismen 30 og ringene 29 tillater innbyrdes dreiebevegelse mellom sonden 27 og sokkelen 28 ved sammenstillingen av MWD-verktøyet 5, og pga. torsjonsbelastninger på MWD-verktøyet 5. Sonden 27 er festet til det indre legeme 5B ved hjelp av en styreskive 31 med faner som er knyttet til den elektriske kabelbærer 26 inne i vektrøret 1A ved hjelp av en gjenget skjøt 32. En fjærende teleskopseksjon 33 av sonden 27 tillater sondens lengde å bli variert over det samme område som MWD-verktøyet 5 og virker som et akustisk brudd for å hindre sonden 27 fra å danne en akustisk bane fra transduseren 4 til resten av borestrengen 1, samtidig som elektrisk kontinuitet opprettholdes. Den fjærende teleskopseksjon kunne selvsagt utgjort en del av sokkelen 28 og variere i lengde i stedet for, eller i tillegg til, den av sonden 27.

Den akustiske transduser 4 virker som en akustisk mottager såvel som sender, og dataene som fanges opp av den akustiske transduser 4 når denne virker som en mottager, sendes til en slampulsgiver (ikke vist) montert inne i vektrøret 1A, ved hjelp av den elektriske kabelbærer 26 for så å bli sendt til overflaten. Dataene bringes til den elektriske kabelbærer 26 ved hjelp av sonden 27 og ytterligere sleperinger (ikke vist). Dataene forhåndsbehandles nede i hullet ved hjelp av en prosessor plassert sammen med slampulsgiveren for å redusere datahastigheten til et nivå som står i riktig forhold til slampulsdataforbindelsens båndbreddekapasitet på noen få biter pr. sekund. Andre midler for å sende dataene til overflaten kan brukes, slik som akustiske signaler opp langs veggene av borestrengen eller ved å forlenge den elektriske kabelbærer 26 til overflaten.

I tillegg til den akustiske transduser 4 kan vibrasjonsfølere med en eller tre akser også monteres på stedet merket 4A i fig. 1 og i såfall må tilstrekkelig mange sleperinger 29 og kontaktputer anordnes for å tillate denne ekstra datatransmisjon til den elektroniske pro-sessering som inneholdes i MWD-vektrøret 1A såvel som effektoverføring fra effektforsyningen inneholdt i MWD-vektrøret 1A. En vibrasjonsføler med en enkelt akse kan brukes for å motta sammenpresningsbølgesignaler reflektert fra berglag foran borkronen 3. En vibrasjonsføler med tre akser kan omforme reflekterte akustiske signaler tii elektriske signaler som gjelder tre ortogonale akselerasjoner, hvilket gir informasjon som er nyttig med hensyn til å skille de mottatte signaler avhengig av ankomstretning samt skille mellom sammenpresnings- og skjærbølger.

I den hensikt å hindre borefluid under høyt trykk fra å unnslippe fra det indre av borestrengen 25, er ringformede åpninger anordnet mellom alle komponenter som er innrettet for innbyrdes bevegelse og, slik det er kjent på området, kan sådanne forseglinger være kompensert med hensyn til trykk og volum, og være beskyttet fra boreslammets slipende virkninger.

Den teleskopiske fjærseksjon 33 av sonden 27 er bare vist som et eksempel på en teleskopseksjon av belgtype, men den kan selvsagt realiseres på andre måter, slik som teleskoprør som glir i forhold til hverandre. Sokkelen 28 som mottar sonden 27 er i eksempelet hul og kan fylles med ikke-ledende fluid dersom det ønskes å øke dens elastiske stabilitet og dens motstand mot gjennomtrengning av slam som strømmer omkring den ved høyt trykk.

Låsemekanismen 30 som sikrer sonden 27 i sokkelen 28 behøver ikke være løsbar, men det er bekvemt at den er løsbar for å tillate lett demontering og servicearbeid på utstyret.

Om ønskelig kan den innbyrdes bevegelse mellom sonden 27 og sokkelen 28 absorber-es av et ettergivende organ plassert inne i sokkelen 28 i stedet for å ha en fjærende teleskopseksjon i sonden 27.

I stedet for å bli montert på MWD-verktøyet 5, slik som vist, kan sonden 27 være en forlengelse av den elektriske kabelbærer 26, og styreskiven 31 samt gjengeskjøten 32 vil da bli unødvendig. I dette tilfelle vil det være nødvendig med sleperingkontakter 29 for å tillate innbyrdes dreiebevegelse av sonden 27 og sokkelen 28 når MWD-verktøyet 5 festes til vektrøret 1A.

Det henvises nå til fig. 3a - 3c hvor et alternativt arrangement for et MWD-verktøy 50 for måling mens det bores, er vist i detalj. Fig. 3a - 3c viser snitt gjennom boret, ordnet fra bunnen og oppover boret.

MWD-verktøyet 50 er festet på samme måte som i det forutgående eksempel ved hjelp av en første konvensjonell, konisk skruegjengeskjøt 50C ved sin øvre ende til bunnen av vektrøret 1A og er festet ved hjelp av en andre konvensjonell skruegjengeskjøt 50D ved sin nedre ende til borkronen 3. MWD-verktøyet 50 omfatter et første hult legeme 50A for montering av borkronen på dets nedre ende ved hjelp av den vanlige, koniske gjengeskjøt 50D og et andre hult, hovedsakelig sylindrisk legeme 50B som er festet til den nedre ende av vektrøret 1A ved hjelp av den konvensjonelle koniske skruegjenge-skjøt 50C. Det første hule legeme 50A omgir det andre hule legeme 50B over en del av sin lengde.

Det første og andre hule sylinderlegeme 50A og 50B har samvirkende, langsgående spor 51 på henholdsvis sin inner- og ytterflate, som tillater dem å gli aksialt i forhold til hverandre, samtidig som store rotasjonsbelastninger under boring, tillates å bli overført langs vektrøret 1 gjennom de to legemer 50A og 50B, til borkronen.

Den relative aksiale glidebevegelse av det første og andre sylinderlegeme 50A, 50B er begrenset av et par stoppringer 52A og 52B festet til henholdsvis det første og det andre sylinderlegeme 50A og 50B. Stoppringene 52A, 52B bestemmer den største og minste lengde av den samlede MWD-verktøyenhet 50. Et ringformet, ettergivende element 53 er anordnet mellom det første og andre sylinderlegeme 50A, 50B, og til forskjell fra det forutgående eksempel er det ettergivende element ikke plassert mellom stoppringene.

Under boring ligger vekten på borkronen (WOB) an mot MWD-verktøyet 50, hvilket sammenpresser det ettergivende element 53, og ved høye nivåer av vekten på borkronen blir denne sammenpresning slik at anstøtsoverflatene 52C og 52D på henholdsvis den første og andre stoppring 52A, 52B, kommer i kontakt med samvirkende anstøts-overflater 50E og 50F på henholdsvis det første og andre sylinderlegeme 50A, 50B. Så snart anstøtsoverflatene 50E, 50F befinner seg i kontakt med anstøtsoverflatene 52C, 52D, overføres den største borebelastning mellom det første og andre legeme 50A, 50B, til borkronen 3. Anstøtsvirkningen kan enten være hard eller myk, idet et annet egnet ettergivende grensesnitt (ikke vist) utnyttes om nødvendig. Det vil selvsagt være mulig å ha bare et par stoppringer 52A og 52B som kommer i kontakt med vedkommende første eller andre sylinderlegeme 50A, 50B for å utføre denne anstøtsvirkning.

Når det er ønskelig å utføre akustiske målinger, reguleres vekten på borkronen på vanlig måte av den som utfører boringen, slik at anstøtsoverflatene 50E, 50F og 52C, 52D på

henholdsvis det første og andre sylinderlegeme 50A, 50B og den første og andre stoppring 52A, 52B, skilles. Vekten på borkronen 3 innstilles så ved en kraft frembragt av det ettergivende element 53 på de forskjellige komponenter festet til borkronen 3 med tillegg for vekten av disse komponenter.

I den hensikt å gjøre det mulig å trekke ut borkronen 3 og MWD-verktøyet 50 fra borehullet, har den første og andre stoppring 52A, 52B samvirkende anstøtsoverflater 52E og 52F som kommer i kontakt med hverandre for å begrense utvidelsen av MWD-verktøyet 50. Når MWD-verktøyet 50 og borkronen 3 trekkes ut, bringes spennbelastninger til å passere gjennom anstøtsoverflatene 52E og 52F for å gjøre det mulig for borestrengen 1 å trekke ut MWD-verktøyet 50 og den påfestede borkrone 3.

Under boring bringes store mengder borefluid til å passere ned gjennom innsiden av borestrengen 1 under høyt trykk inn i borkronen 3, og for å muliggjøre dette løper en kontinuerlig, sylindrisk fluidpassasje 54 ned gjennom midten av MWD-verktøyet 50 mens den akustiske transduser 55 er konstruert som en hul sylinder som omgir denne fluidpassasje 54.

Den akustiske transduser 55 omfatter en stabel ringformede piezo-keramiske elementer 57 som utgjør de elektroakustisk aktive deler av transduseren 55, samt en ringformet endemasse 58. De piezo-keramiske elementer 57 og endemassen 58 er stivt sikret sammen ved hjelp av flere bolter 59 som er tilstrammet for å forhåndskomprimere stabelen 56 av keramiske elementer 57. Spenningen i boltene 59 innstilles til å sikre at under normale driftsbetingelser, befinner den keramiske stabel 56 seg under sammenpresning.

Den akustiske transduser 55 er plassert mellom det første og andre sylinderlegeme 50A, 50B og er hindret fra å bevege seg radialt i forhold til det første og andre sylinderlegeme 50A, 50B ved hjelp av flere innvendige, elastomere avstandsringer 60 mellom transduseren 55 og det andre sylinderlegeme 50B samt flere ytre, elastomere avstandsringer 61 mellom den elastiske transduser 55 og det første sylinderlegeme 50A.

Transduseren 55 kan beveges aksialt ved hjelp av hydrauliske veddere 62 sikret til det første sylinderlegeme 50A som er festet til endemassen 58 av transduseren 55 over et ringformet, ettergivende element 63. Rommet som omgir den akustiske transduser 55 mellom det første og andre sylinderlegeme 50A og 50B er fylt med et inert fluid for å beskytte de elektroakustisk aktive deler av transduseren 55.

Under boring og under transport og håndtering av MWD-verktøyet 50 er de hydrauliske veddere 62 trukket ut for å fjerne den akustiske transduser 55 bort fra kontakt med det første sylinderlegme 50A. Den akustiske transduser 55 understøttes så ved hjelp av de elastomere ringer 60, 61 og det ettergivende element 63, og som et resultat er den isolert fra vibrasjon eller sjokk, hvilket forhindrer skade på transduseren 55 og særlig på de piezo-keramiske elementer 57.

Når MWD-målinger utføres, skyver de hydrauliske veddere 62 transduseren 55, slik at dens nedre ende 55A bringes i kontakt med det første sylinderlegeme 50A for derved å gi god akustisk kobling mellom borkronen 3 og den akustiske transduser 55 ved hjelp av det første sylinderlegeme 50A. Den akustiske transduser 55 forblir akustisk isolert fra de øvrige deler av borestrengen 1 ved hjelp av de elastomere ringer 60, 61 og de ettergivende elementer 53 og 63.

Som i det forutgående eksempel fordres elektrisk effekt og dataforbindelser samt ringformede pakninger, men det skulle ikke nødvendig være å drøfte disse i detalj, siden det vil være klart fra det forutgående eksempel hvordan slike forbindelser og tetninger kan oppnås.

I begge viste eksempler har MWD-verktøyet en hann-gjenget skjøt beregnet på forbindelse med en borkrone som har en hunn-gjenget skjøt, men det vil selvsagt være mulig å bytte om hann- og hunn-komponentene i denne skjøt, dersom det skulle være ønskelig.

Andre transdusergeometrier eller -arrangementer i tillegg dem som er beskrevet, kan benyttes, men slike som dem beskrevet synes å være særlig fordelaktige.

Naturligvis kan det brukes andre metoder for å sette sammen komponentene i den akustiske transduser, eller faktisk i hele sammenstillingen.

Et estimat på det anvendbare bevegelsesområde for den ettergivende seksjon i bore-verktøyet er 10 mm.

Det ettergivende element kan utgjøres av et eneste ringformet element eller flere adskilte elementer anordnet innenfor et ringformet område.

Om det foretrekkes kan konvensjonelle støtdempende enheter plasseres mellom MWD-verktøyet og vektrøret 1 for å forbedre boreanordningens ytelse under boring, slik det allerede er kjent. Sådanne støtdempere anvender fjærende elementer som overfører hele vekten på borkronen under boring og er konstruert for å redusere støt overført til borkronen og MWD-verktøyet, og de kan således derfor ikke utnyttes i stedet for de ettergivende komponenter i henhold til foreliggende oppfinnelse, for å tillate vekten på borkronen (WOB) å variere, og for å frembringe akustisk frakobling kan de heller ikke brukes på denne måte fordi de tilsetter for stor masse til borkronen til at denne skal gi resonans ved den ønskede frekvens sammen med berget. Sådanne konvensjonelle støtdemperkomponenter kan imidlertid kombineres med de ettergivende deler i henhold til foreliggende oppfinnelse i en eneste struktur som utfører begge funksjoner.

I det viste eksempel er den akustiske transduser montert ved den nedre ende av MWD-verktøyet og forbundet via et solid element til borkronen 3, men det vil også være mulig å montere den akustiske transduser på et høyere sted, f. eks. i MWD-verktøyet eller til og med inne i en høyere seksjon i vektrøret 1A, slik som den som inneholder effektforsyningen, elektroniske kretser og behandlingspakker samt slampulsutstyret eller de akustiske mottagerrekker, dersom det brukes sådanne. I dette tilfelle kan den akustiske transduser være akustisk forbundet med borkronen 3 ved hjelp av boreslam eller den kan avgi sin akustiske energi direkte til boreslammet og inn i berget i stedet for via borkronen inn i berget.

Bruk av symmetriske, dreibare komponenter er bekvemt fordi dette er en tradisjonell løsning innen boreteknologi og muliggjør utnyttelse av skruskjøter osv., men ikke-roter-bare, symmetriske strukturer kan brukes om ønskelig.

Den viste akustiske transduser har et stort antall piezo-keramiske skiver, idet antallet sådanne skiver som anvendes kan variere avhengig av den påkrevde ytelse og de materialer som brukes. Generelt vil antallet skiver som fordres også avhenge av deres diameter, som ofte vil være begrenset av vektrørets diameter.

Når en akustisk transduserrekke brukes, kan transduserene med fordel ordnes i en vertikal rad, slik at de lett kan skille mellom sammenpresningsbølgesignaler som i hovedsak stammer fra et sted foran borkronen, bølger som vandrer nedover i borestrengen og sideveis mottatte sammenpresningsbølger, og skjærbølger fra områdene som ikke befinner seg foran borkronen eller blir spredt fra uensartetheter i berget.

Claims (18)

1. Boreanordning som omfatter en borestreng (1) som strekker seg langs en akse og som har en borkrone (3) for å danne et borehull (2) i bergarter, et akustisk senderutstyr (4, 55) for å generere første akustiske signaler i bergartene ved enden av borehullet dannet ved hjelp av borkronen, og et akustisk mottagerutstyr (4, 55) for å motta andre akustiske signaler sendt tilbake fra bergartene, karakterisert ved at nevnte sender- og mottagerutstyr (4, 55) er montert i borestrengen (1), idet senderutstyret er direkte forbundet med borkronen (3) og er konstruert for å få borkronen til å vibrere i den hensikt å generere nevnte første akustiske signaler i form av aksiale sammenpresningsbølger som forplanter seg gjennom bergartene foran borkronen.

2. Anordning som angitt i krav 1, og hvor de første akustiske signaler også brer seg ut gjennom bergartene til side for borkronen (3).

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2, og hvor nevnte sender- og mottagerutstyr utgjøres av én og samme transduser (4, 55).

4. Anordning som angitt i et av de forutgående krav, og hvor senderutstyret er løsbart forbundet med borkronen (3).

5. Anordning som angitt i et av de forutgående krav, og hvor senderutstyret er en piezo-keramisk transduser (55) med en side forbundet med borkronen (3) og en motsatt side forbundet med en endemasse (58).

6. Anordning som angitt i krav 5, og hvor senderutstyret har mekanisk resonans ved to forskjellige frekvenser, en første resonans sammen med borkronen (3) og en andre resonans sammen med endemassen (11, 58).

7. Anordning som angitt i krav 5, og hvor senderutstyret er elektrisk avstemt til å ha en elektrisk resonans.

8. Anordning som angitt i et av de forutgående krav, og hvor nevnte mottagerutstyr utgjøres av en rekke akustiske transdusere festet til borestrengen (1).

9. Anordning som angitt i krav 8, og hvor rekken omfatter flere akustiske transdusere ordnet slik at de kan utnyttes for å skille mellom sammenpresningsbølger som ankom-mer hovedsakelig fra steder foran borkronen, bølger som vandrer nedover i borestrengen (1), og ytterligere andre, sideveis mottatte bølger.

10. Anordning som angitt i krav 8 eller 9, og hvor rekken omfatter flere akustiske transdusere ordnet langs lengden av borestrengen (1).

11. Anordning som angitt i krav 8, 9 eller 10, og som omfatter prosesseringsutstyr for å styre rekkens følsomhet, slik at den ser bort fra borestrengens akse.

12. Anordning som angitt i et av kravene 8 - 11, og hvor de akustiske transdusere er akselerometre.

13. Anordning som angitt i et av kravene 8 - 11, og hvor de akustiske transdusere er geofoner som står i kontakt med borehullveggen.

14. Anordning som angitt i et av kravene 8 - 11, og hvor de akustiske transdusere er hydrofoner.

15. Anordning som angitt i krav 14, og hvor hydrofonene er montert på den ytre omkrets av et vektrør (1A).

16. Anordning som angitt i et av de forutgående krav, og som omfatter en ytterligere, én-akset vibrasjonsføler (ved 4A) for å motta sammenpresningsbølger.

17. Anordning som angitt i et av de forutgående krav, og som omfatter en tre-akset vibrasjonsføler (ved 4A).

18. Anordning som angitt i et av de forutgående krav, og som omfatter en ettergivende innretning (7) for å forbinde et boreverktøy (5, 50) og en borkrone (3) som inneholder en akustisk føler, med et vektrør (1A), slik at boreverktøyet og borkronen får en kombinert masse, idet den ettergivende innretning har en slik ettergivenhet at den resonansfrekvens som frembringes av ettergivenheten og massen av boreverktøyet og borkronen, er betraktelig lavere enn den akustiske følers passbåndfrekvens.