NO323888B1 - Fremgangsmate og anordning for langtids seismisk overvakning av et undergrunnsomrade som inneholder fluider - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for langtids seismisk overvåkning av et undergrunnsområde som inneholder fluider, og mer spesielt et undergrunns gassreservoar.

Det er velkjent å teste fyllingsgraden av et undergrunnsreservoar for lagring av naturgass gjentatte ganger under fyllingen av dette ved hjelp av et seismisk system som innbefatter en vibrator eller en pulskilde for tilførsel av forstyrrelser til grunnoverflaten, og en mottakeranordning omfattende linjer av sensorer anordnet på overflaten eller i en brønn og koplet med grunnen. Når injeksjonen av gass i betydelig grad endrer lydhastigheten, kan densiteten og dermed den akustiske impedansen til reservoarformasjonen, variasjonene av tidsintervallet mellom to reflektorer der én er anordnet over og den annen under reservoaret, bestemmes på de seismiske registreringene. Fyllingsutviklingen kan også overvåkes ved å måle amplitudevariasjonen til de bølger som reflekteres ved påfølgende tidspunk-ter ved reservoarlagenes nivå ved påfølgende tider under fyllingen.

De publiserte patentsøknader FR 2.593.292, 2.642.849, 2.656.034, 2.688.896 og 2.689.647 beskriver systemer som innbefatter en eller flere overvåk-ningsgrupper montert i en fast posisjon i brønner som er forbundet med overflaten ved hjelp av en eller flere overføringskanaler. Disse overvåkningsgruppene kan være seismiske mottakere og eventuelt en eller flere seismiske bølgekilder anordnet i brønner. Gruppene med mottakere eller sendere kan være anordnet utenfor foringsrør. De er koplet med de omgivende formasjoner ved hjelp av den sement som sprøytes inn i ringrommet omkring disse rørene etter at de er blitt satt inn.

Gruppene med mottakere kan også være forbundet med en rørstreng som senkes ned i en brønn og koples med de formasjoner som omgir brønnen ved hjelp av f.eks. et foringsrør.

Undergrunns seismiske undersøkelser blir generelt utført ved å kople seismiske kilder og mottakere med grunnen i henhold til forskjellige kombinasjoner hvor kildene og/eller mottakerne er anordnet på overflaten eller nær denne eller i en eller flere brønner gjennom den undersøkte formasjon.

Patentsøknadene FR 2.703.457, 2.703.470 eller 2.674.029 beskriver frem-gangsmåter for seismisk overvåkning av undergrunnsreservoarer ved hjelp av grupper med mottakere anordnet i brønner, og seismiske kilder anbrakt på grunn- ens overflate eller eventuelt i disse brønnene. En fremgangsmåte for seismisk overvåkning av et gasslagringsreservoar er også beskrevet av f.eks. E. Blondin mfl. i Geophysical Prospecting 34, 73-93,1986.

Serier med seismiske sender/mottaker-sykluser blir utført ved hver gang å endre posisjonen til den seismiske kilden i forhold til brønnaksen hvor gruppene med mottakere er installert, i henhold til den såkalte "walk-away"-teknikken, og ved å registrere ankomstene ved mottakere R1 til Rn som en funksjon av overfør-ingstiden eller forplantningstiden t. Kilden kan forskyves langs en radial akse OX og en todimensjonal seismisk fremvisning (X, t) eller (X, Z) blir oppnådd. Den kan også forskyves helt rundt brønnen for å oppnå en tredimensjonal seismisk fremvisning (X, Y, t) eller (X, Y, Z), hvor Z står for dybden, aksen OY er perpendikulær til OX og OZ. I praksis kan kilden S forskyves på hver side av brønnen over en av-stand (eller en radius) av samme størrelsesorden som det undergrunnsområde som skal overvåkes.

Overvåkning av avsetningen og fyllingsgraden til gasslagringsreservoaret er vanligvis langvarige operasjoner. Volumvariasjonene til den lagrede gassboble i

forhold til senere samplinger, er f.eks. langsom. De seismiske overvåkingsopera-sjonene blir ofte atskilt i tid. I praksis må det seismiske overflateutstyret gjeninstal-leres ved hver ny seismisk registreringssesjon, og senderbetingelsene for de tidlig-ere seismiske operasjoner må fortrinnsvis reproduseres.

Gjeninstalleringene er ikke alltid mulig. For frembringelse av en avsetning eller et lagringsreservoar blir forskjellige installasjoner og materialer satt inn, og stedet blir lukket. Det kan også hende at de opprinnelige fasiliteter må endres, at stedet blir modifisert (rydding, dosering), at betongblokker støpes osv., hvilket kan forstyrre overføringen av de seismiske bølger som sendes ut, eller endre kildens kopling med grunnen og således føre til en variasjon i utsendelseskvaliteten. Trafikktilstand på stedet og dets gjerder kan hindre den brukte seismiske kilden fra å bli forflyttet. Endringer og utviklinger som skjer mellom to påfølgende avsetnings- eller reservoar-overvåkningsperioder kan også hindre det seismiske utsendelsessystemet fra å bli satt inn på de samme steder.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å oppnå en perfekt reproduserbarhet av driftsbetingelsene i de respektive operasjoner med seismisk overvåkning av et undergrunnsområde som gjennomskjæres av minst én brønn eller et borehull, spesielt et undergrunns gasslagringsreservoar. Fremgangsmåten omfatter innsetting av minst én gruppe med seismiske mottakere i en fast posisjon. Fremgangsmåten omfatter: installering for varigheten av områdeovervåkningen, flere periodiske seismiske kilder av samme type på faste steder i forhold til brønnens posisjon, samt et permanent forbindelsesnett for den selektive energiforsyning til disse kildene, og oppsetting av en sentral stasjon ment for selektiv fjernstyring av hver av disse seismiske kildene ved hjelp av dette permanente forbindelsesnettet, og for registrering av de seismiske signaler som kommer fra undergrunnsområdet som reaksjon på de seismiske bølger som forplanter seg selektivt i grunnen ved hjelp av de seismiske kildene.

I det minste en del av de seismiske kildene og forbindelsesnettet kan være nedgravd eller permanent installert på overflaten og tilordnet minst én gruppe med mottakere som er permanent koplet til grunnen på overflaten eller med veggen i minst én brønn som krysser undergrunnsområdet.

Fremgangsmåten kan f.eks. omfatte bruk av de seismiske registreringer som utføres for overvåkning av et undergrunns fluidlagringsreservoar.

Ved hjelp av denne gruppen med faste kilder hvis kopling med de omgivende formasjoner forblir stabil, og på grunn av dette i det minste delvis nedgravde forsyningsnettet hvis overflatedekningsområde er redusert, kan en hel rekke med seismiske overvåkingsoperasjoner utføres under stabile driftsbetingelser uten noen risiko for uoverensstemmelse med aktivitetene på produksjonsstedet.

Den seismiske overvåkningsanordningen for overvåkning av et undergrunnsområde som gjennomskjæres av minst én brønn eller ett borehull i henhold til oppfinnelsen, omfatter minst én gruppe med seismiske mottakere koplet med undergrunnsområdet på overflaten eller i nærheten av denne, eller i minst én brønn.

Den omfatter flere periodiske seismiske kilder av samme type installert i en fast posisjon i forhold til brønnens posisjon (nedgravd eller på overflaten), en en-het som forsyner kilden med energi, et permanent forbindelsesnett (nedgravd eller på overflaten) mellom forsyningsenheten og de forskjellige seismiske kildene for selektivt å forsyne disse med energi, og en sentralstasjon som innbefatter en anordning for selektiv fjernstyring av hver av disse periodiske seismiske kildene, samt et system for registrering av de seismiske signalene som kommer fra undergrunnsområdet, som mottas av denne gruppen med mottakere som reaksjon på de seismiske bølgene som sendes selektivt i grunnen ved hjelp av de seismiske kildene.

Anordningen kan omfatte koplingsorganer som styres av sentralstasjonen for den selektive energiforsyning av de forskjellige kildene.

Anordningen omfatter f.eks. seismiske kilder egnet til å skape forstyrrelser ved eksplosjon av en blanding av flu id bestanddeler i et kammer i kontakt med for-masjonen, samt en forsyningsenhet for en eksplosiv blanding, og denne blandingen kan være laget av et fluid ekstrahert fra undergrunnsområdet, spesielt fra en gas lagret i det undergrunnsreservoaret som overvåkes.

Hver av kildene kan også omfatte en elastisk deformerbar, nedgravd omhylling fylt med væske, hvor forsyningsnettet i dette tilfelle er fylt med væske og forsyningsenheten omfatter anordninger for å skape overtrykkspulser i væsken.

Det er også mulig å bruke f.eks. kilder som hver omfatter en nedgravd omhylling fylt med fluid og en sammenstilling for tilførsel av vibrasjoner til fluidet i omhyllingen, idet denne sammenstillingen omfatter en sylinder som åpner seg mot innsiden av kulen og kommuniserer ved hjelp av en forbindelsesanordning med en fjerntliggende vibrator, og et stempel montert glidbart i sylinderen for å tilføre vibrasjoner til fluidet i kulen.

En gruppe med mottakere installert i en fast posisjon i en eller flere brønner som krysser undergrunnsområdet, kan f.eks. være tilknyttet disse kildene.

I det tilfellet hvor anordningen blir brukt til overvåkning av et undergrunns fluidlagringsreservoar, omfatter den anordninger for behandling av registreringene som gjør det mulig å detektere mulige variasjoner i reservoaret.

Andre trekk og fordeler ved fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse av utførelsesformer som er gitt som et ikke begrensende eksempel, og under henvisning til de vedføyde tegninger, hvor:

fig. 1 skjematisk viser en utførelsesform av anordningen,

fig. 2 viser et første eksempel på en eksplosiv kilde som kan koples med grunnoverflaten eller graves ned,

fig. 3 viser et annet eksempel på en pulskilde som også kan brukes, og

fig. 4 viser et tredje eksempel på en kilde av vibrerende type som også kan brukes.

Anordning ifølge oppfinnelsen kan være installert permanent på et produk-sjonssted i et undergrunnsområde som inneholder fluider, uansett om det er en petroleumholdig avsetning gjort for å produsere, eller et gasslagringsreservoar, under tilstander som muliggjør reproduserbarhet av de seismiske overvåkings-operasjonene i området.

Den omfatter f.eks. en gruppe med flere seismiske bølgekilder S1, S2,... Sk,... Sn av velkjent type som utsender vibrasjoner eller pulser, og som er installert i en fast posisjon på overflaten av grunnen eller i nærheten av denne slik at den akustiske kopling av hver av dem med grunnen forblir hovedsakelig konstant for hele den planlagte varighet av reservoarovervåkningen. Disse kildene kan f.eks. være innrettet på linje på hver side av en brønn 1 som er boret gjennom det område som skal overvåkes, i en eller flere aksiale retninger.

Disse kildene er fortrinnsvis nedgravd i grunnen ved en forutbestemt dybde. En eller flere forbindelsesanordninger 2 som gjør det mulig å forsyne kildene med energi og som kan være en eller flere ledninger for fluider eller elektriske kabler, er også nedgravd. Disse forbindelsesanordningene forbinder kildene S1 til Sn med en passende forsyningsenhet 3 ved hjelp av styreanordninger som muliggjør selektiv energioverføring til de forskjellige seismiske kildene.

Kildene kan også være installert i en fast posisjon på overflaten av grunnen, på en sementert sokkel plate for eksempel, slik at deres kopling til grunnen forblir hovedsakelig konstant.

Anordningen omfatter også minst én gruppe med seismiske mottakere R som er permanent installert i kontakt med det område som skal overvåkes. Denne gruppen med mottakere R kan være installert f.eks. i en brønn 1 eller i en annen brønn som beskrevet i de ovenfor nevnte patenter, for å ha den klar til andre aktiv-iteter, eller eventuelt nedgravd i grunnen eller i nærheten av overflaten. Gruppen med mottakere R kan være koplet til en sentral styre- og registreringsstasjon 4 ved hjelp av forbindelseskabler 5. Denne stasjonen er forsynt med fjernstyringsanord-ninger som gjør det mulig selektivt å utløse hver av kildene.

En slik plassering av seismiske kilder og mottakere i permanent og nær kontakt med formasjonene, gjør det mulig å utføre reproduserbare seismiske overvåkingsoperasjoner. Driftsbetingelsene forblir de samme, sammenligningen av de data som frembringes ved slutten av de suksessive operasjoner eller sesjoner, frembringer nøyaktige resultater om den langsiktige utvikling av det overvåkede området.

Kildene er anbrakt med jevne mellomrom fra hverandre over en gitt dis-tanse på hver side av brønnen, som f.eks. er av samme størrelsesorden som dybden av det undergrunnsområde som skal overvåkes. Såkalte walk-away operasjoner kan således utføres ved suksessiv drift av de forskjellige kildene, og ved hver gang å innsamle de signalene som mottas av gruppen med sensorer.

For en gitt installasjon kan enhver velkjent seismisk kilde som utsender vibrasjoner eller pulser benyttes, og nær koplet til grunnen.

I det tilfelle hvor det er ønskelig å overvåke undergrunnsreservoaret med nedgravde kilder, kan f.eks. de nedenfor beskrevne utførelsesformer anvendes.

Den kilden som er vist skjematisk på fig. 2, er f.eks. en eksplosjonskilde maken til den som er beskrevet i tillegg nr. 93,151 til fransk patent nr. 1.475.622. Den virker ved tenning av en eksplosiv blanding laget av to komponenter som separat mates gjennom nedgravde ledninger 6, 7. Denne kilden omfatter en per-forert kule 8 inn i hvilken det trenger seg en forsyningshylse 9. Indre kanaler 10, 11 skjærer gjennom denne og forbinder innsiden av kulen 8 med de nedgravde ledningene 6, 7. Innsprøytingen av bestanddelene i kulen blir fjernstyrt fra styre-stasjon 4 (fig. 1) ved hjelp av magnetventiler 12, 13. Tenningen av blandingen blir tilveiebrakt ved hjelp av en fordeler 14 styrt på samme måte. En elektrisk kabel 15 som også er nedgravd, gjør det mulig å styre fordeleren 14 og magnetventilene 12,13. Et luftrør 16 forsynt med en styreventil, gjør det mulig for de brente gass-ene å unnslippe etter hver utløsning. Kulen 8 er anbrakt i et elastisk hus 18 og nedgravd i bakken eller grunnen.

I det tilfelle hvor kilder av eksplosjonstypen blir brukt til overvåkning av et undergrunnssted som inneholder substanser som kan brukes til å danne, helt eller delvis, den eksplosive blanding (gasslagringsreservoar, petroleumsoljereservoar, osv.), kan forsyningsnettet 6, 7 stå i forbindelse med en lagringsreserve (ikke vist) som forsynes fra dette reservoaret.

Det er også mulig å bruke f.eks. en kilde (fig. 3) bestående av to stive plater 19, 20 sammenføyd langs omkretsen ved hjelp av et elastisk deformerbart organ 21. Denne omhyllingen blir fylt med væske og kan kommunisere, ved hjelp av en magnetstyreventil 22, med en nedgravd ledning 23 forbundet med en hydraulisk akkumulator 24 under trykk. Ved hjelp av en intermittent åpning av styreventilen 22 fra styrestasjonen 4 (fig. 1), kan det frembringes en vannhammer og følgelig overføring i grunnen av sterke seismiske pulser.

Det er også mulig å bruke en vibrerende kilde bestående av f.eks. (fig. 4) en deformerbar omhylling 25 fylt med væske i hvilken en sylinder 26 er innsatt. Et stempel 27 forsynt med tetninger 28 er montert glidbart i sylinderen 26, som gjennom en ledning 29 kommuniserer med en fjerntliggende vibrator 30 anbrakt under styring av den samme styrestasjonen 4 (fig. 1).

I det tilfelle hvor undergrunnsområdet er et undergrunns fluidlagringsreservoar for eksempel, kan sentralstasjonen også omfatte anordninger for behandling av registreringene for å gjøre det mulig å detektere de mulige variasjoner som reservoaret har gjennomgått mellom to påfølgende sesjoner med seismisk reservo-arovervåkning.

De foregående eksempler er selvsagt ikke begrensende.

Claims (14)

1. Fremgangsmåte for seismisk overvåkning for periodisk avføling av variasjoner i fluidinnholdet i et undergrunnsreservoar benyttet for lagring av et fluid over en driftstidsperiode, der variasjonene under driftstidsperioden resulterer fra en fylling av reservoaret med fluid eller en fluidekstraksjon fra reservoaret, og reservoaret gjennomskjæres av minst én produksjonsbrønn, ved hjelp av et seismisk system for transmittering av seismiske bølger i grunnen og avføling av de seismiske bølg-ene som utbrer seg fra undergrunnsformasjonen, idet fremgangsmåten omfatter: å permanent installere, i nevnte driftsperiode flere periodiske seismiske kilder av samme type på faste plasser med hensyn til produksjonsbrønnen, og som haren kvasi-konstant kopling med undergrunnen, samt et permanent forbindelsesnett forbundet med en mateanordning for å selektivt tilføre energi til de nevnte seismiske kildene; å permanent posisjonere under driftstidsperioden minst én oppstilling av seismiske mottakere i formasjonene som omgir den minst ene brønnen, og å periodisk forbinde en sentral styrings- og registreringsenhet til nevnte seismiske kilder igjennom det nedgravde forbindelsesnettet og til minst én oppstilling av seismiske mottakere for avføling av operasjoner inkludert selektiv fjernstyring av hver av de nevnte seismiske kildene gjennom dette permanente forbindelsesnettet, og å registrere seismiske signaler avfølt av den minst ene oppstilling av seismiske mottakere som svar på de seismiske bølgene selektivt transmittert i grunnen av de seismiske kildene.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor minst en del av de seismiske kildene er nedgravd.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, der minst en del av de seismiske kildene er permanent koplet med grunnen.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, der minst én oppstilling av mottakere er permanent koplet med grunnen på overflaten.

5. Fremgangmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3, der minst én oppstilling av mottakere er permanent koplet til veggen i minst én annen brønn.

6. Seismisk overvåkningssystem for periodisk avføling av variasjoner i fluidinn-hold i et undergrunnsreservoar benyttet til lagring av et fluid over en driftstidsperiode, idet nevnte variasjoner under driftstidsperioden resulterer fra en fylling av reservoaret med fluid eller en fluidekstraksjon fra reservoaret, idet nevnte reservoar gjennomskjæres av minst én produksjonsbrønn som inkluderer en anordning for utsendelse av seismiske bølger i grunnen, minst én oppstilling av seismiske mottakere plassert i en fast posisjon, for avføling av de seismiske bølgene som utbrer seg fra undergrunnsformasjonen, og en sentral styrings- og registreringsenhet for styring av de seismiske operasjonene, hvor utsendelsesanordningen omfatter flere periodiske seismiske kilder av samme type på faste plasser med hensyn til brøn-nen, og som har en kvasi-konstant kopling med undergrunnen, idet nevnte periodiske kilder er selektivt forbundet til en energimateanordning via et forbindelsesnett, idet styrings- og registreringsenheten inkluderer svitsjeelementer for å periodisk og selektivt forbinde de periodiske kildene til energimateanordningen gjennom forbindelsesnettet og nevnte minst ene oppstilling av seismiske mottakere til et regi-streringssett for å oppnå seismiske registreringer.

7. System ifølge krav 6, der minst en del av nevnte seismiske kilder (S) er nedgravd.

8. System ifølge krav 6 eller 7, der minst en del av de seismiske kildene er koplet med grunnen i faste posisjoner.

9. System ifølge krav 6 eller 7 eller 8, omfattende minst én seismisk kilde som inkluderer en beholder utstyrt med en deformerbar vegg for kontakt med grunnen, idet nevnte energimateanordning inkluderer en tilførselsenhet for å levere en eksplosiv blanding til styringsventiler på nevnte skjulte forbindelsesnett, samt tennere, idet nevnte ventiler og tennere er under styring av styrings- og registreringsenheten for tenning av denne blandingen.

10. System ifølge et hvilket som helst foregående krav, hvor nevnte tilførselsen-het omfatter en anordning for å tilføre nevnte skjulte forbindelsesnett med en fluid-bestanddel tatt eller ekstrahert fra undergrunnsområdet.

11. System ifølge et hvilket som helst av kravene 6 til 10, omfattende minst én kilde som inkluderer en elastisk deformerbar, nedgravd omhylling fylt med væske, idet det skjulte forbindelsesnettet er fylt med samme væske, og nevnte energimateanordning omfatter elementer for å skape overtrykkspulser i væsken.

12. System ifølge et hvilket som helst av kravene 6 til 11, omfattende minst én kilde med en nedgravd omhylling fylt med en væske, en sylinderåpning i omhyllingen, et stempel fritt glidbart inne i nevnte sylinder, idet nevnte energimateanordning omfatter en vibrator og nevnte skjulte forbindelsesanordning inkluderer rør fylt med en væske for overføring av vibrasjoner fra vibratoren til stempelet.

13. System ifølge et hvilket som helst av kravene 6 til 12, omfattende minst én oppstilling av mottakere permanent installert i produksjonsbrønnen.

14. System ifølge et hvilket som helst av kravene 6 til 13, hvor nevnte styrings-og registreringsenhet inkluderer en prosesseringsanordning for detektering av variasjoner som nevnte fluidlagringsreservoar gjennomgår.