NO324152B1 - Fremgangsmate for seismisk avbildning av en undergrunnsformasjon ved bruk av seismisk kilde pa en ikke-roterende hylse i en boresammenstilling - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår ervervelse og behandling av data som erverves ved hjelp av et måle-under-boring (MUB)-verktøy under boring av en brønnboring. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for seismisk avbildning av en undergrunnsformasjon ved bruk av seismisk kilde på en ikke-roterende hylse i en boresammenstilling.

US 5438170 omhandler et system for seismisk undersøkelse av undergrunnen nær et borehull, hvor det inngår seismiske detektorer i avstand fra borehullet og en seismisk sender i en boresammenstilling i borehullet.

US 5341886 omhandler et boresystem med stabilisatorblader montert på

en ikke-roterende hylseseksjon som omslutter den roterende borestrengen.

Moderne brønnboringsteknikker, særlig slike som gjelder boring av olje- og gassbrønner, innebærer bruk av flere forskjellige måle- og telemetri-systemer for å fremskaffe petrofysiske data, samt data tilknyttet boremekanismer under boreprosessen. Data erverves ved hjelp av følere som er plassert i borestrengen nær borkronen og enten lagret i nedihulls-minnet eller overføres til overflaten ved bruk av MUB-telemetrianordninger.

Det er kjent å benytte en brønnanordning som innbefatter resistivitets-, gravitasjons- bg magnetismemålinger på en roterende borestreng. En nedihulls-prosessor anvender gravitasjons- og magnetismedata til å bestemme borestrengens orientering og, ved bruk av målinger fra resistivitetsanordningen, å utføre målinger av formasjonsresistiviteten ved valgte tidsintervaller for å gi målinger fordelt rundt borehullet. Disse data komprimeres og overføres oppihull ved hjelp av et slampuls-telemetrisystem. Resistivitetsfølerens dybde beregnes ved overflaten og dataene dekomprimeres for å gi et resistivitetsbilde av borehullsveggflaten med en asimut-oppløsning på 30°.

Kjente fremgangsmåter er begrenset til å utføre resistivitetsmålinger i grunnen under overflaten og unnlater å ta med i betraktning andre hensiktsmessige målinger som kunne foretas ved bruk av en MUB-anordning. Kjente anordninger er også begrenset til måleanordninger som roterer sammen med borestrengen og drar ingen fordel av aktuelle boremetoder der en slammotor benyttes og borkronen kan rotere med en annen hastighet enn borestrengen og der det kan finnes

en ikke-roterende hylse som hovedsakelig ikke-roterende måleanordninger kan være plassert. Den hastighet hvormed målingene utføres, velges slik at den be-

grenses av telemetrisystemets data-overføringshastighet. Kjente systemer drar således ikke fordel av måleanordningers iboende større muligheter og evne til å benytte overskuddsdata til å forbedre signal/støy-forholdet. Dessuten er kjent tek-nikk basert på en oppihulls-bestemmelse av verktøyets dybde, mens dersom be-stemmelsen av verktøyets dybde var blitt utført nede i hullet, kunne man tatt intel-ligente avgjørelser med hensyn til mengden av data som skal sendes opp gjennom hullet. Foreliggende oppfinnelse avhjelper disse utilstrekkeligheter.

Målene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en fremgangsmåte for seismisk avbildning av en undergrunnsformasjon ved bruk av seismisk kilde på en ikke-roterende hylse i en boresammenstilling, kjennetegnet ved at den omfatter: (a) anbringelse av et antall seismiske detektorer ved et sted i avstand fra borehullet; (b) anbringelse av minst én seismisk sender på en hovedsakelig ikke-roterende hylse på en boresammenstilling som fremføres i borehullet, idet senderne er i kontakt med borehullveggen; (c) bruk av en prosessor på boresammenstillingen til å aktivere senderne og eksitere seismiske bølger som har en bølgeform i formasjonen ved et valgt tidspunkt; (d) kommunisering av informasjon om det valgte tidspunkt til en prosessor; (e) registrering av de seismiske bølger som eksiteres i formasjonen ved hjelp av den minst ene seismiske sender ved de seismiske detektorer; og (f) behandling av de registrerte seismiske bølger i prosessoren for å

danne et bilde av undergrunnen.

Fremgangsmåten er videre utdypet i kravene 2 og 3.

I forbindelse med boring kan borkronen drives ved hjelp av en brønn-boremotor. Motoren kan være montert på en roterende borestreng eller på kveil-rør. Følerne for måling av de aktuelle parametere kan rotere sammen med borkronen. Alternativt kan følerne være av en eller flere utførelser. Ifølge en utførelse er følerne montert på en hovedsakelig ikke-roterende hylse; ifølge en annen utfør-else er følerne montert på puter som kan være roterende eller ikke-roterende, idet putene blir hydraulisk eller mekanisk påvirket for å bringes i kontakt med bore-hullsveggen; i enda en annen utførelse, er følerne montert på hovedsakelig ikke-roterende ribbestyre-innretninger som brukes til å styre retningen til brønnbore-verktøyet. I hvilket som helst av disse arrangementer, er nedihull-sammenstillingen utstyrt med følere som utfører målinger av de aktuelle parametere. Sammenstillingen er utstyrt med magnetiske følere og inertial-følere som gir informasjon om målefølernes orientering. Et telemetrisystem sender informasjon ned i hullet om bore-sammenstillingens dybde. En mikroprosessor nede i hullet kombinerer dybde- og asimut-informasjon med målingene som utføres av de roterende følere, bruker overskytende data til å forbedre S/N-forhold, komprimerer dataet og sender det opp i hullet ved hjelp av et telemetrisystem. De aktuelle parametere omfatter resistivitet, densitet, trykk- og skjær-bølgehastighet og -struktur, dipmeter, akustisk porøsitet, NMR-egenskaper og seismiske bilder av formasjonen.

Som en sikkerhetsforanstaltning, eller uavhengig av oppnåelse av dybdeinformasjon ved hjelp av nedihull-telemetri, tilveiebringer foreliggende oppfinnelse også en mulighet i nedihull-mikroprosessoren til å bruke målinger fra følere ved flere enn én dybde til å fremskaffe en borehastighet.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor

fig. 1 er en skjematisk illustrasjon av et boresystem,

fig. 2 viser en bore-sammenstilling for bruk sammen med et overflate-rotasjonssystem for boring av borehull der bore-sammenstillingen er en ikke-roterende hylse for utførelse av retningsendringer nede i hullet,

fig. 3A viser anbringelse av resistivitetsfølere på en pute,

fig. 3B viser overlappingen mellom putene på et rotasjons-følerarrangement,

fig. 3C viser putene på en ikke-roterende hylse som brukes ved resistivitetsmålinger,

fig. 3D viser en pute som brukes for resistivitetsmålinger, som roterer med borestangen,

fig. 3E viser arrangementet av densitetsfølere i henhold til foreliggende oppfinnelse,

fig. 3F viser arrangementet av elastiske transduktorer på en pute,

fig. 4 viser ervervelse av et sett omvendte VSP-data i henhold til foreliggende oppfinnelse,

fig. 5A-5B viser en metode hvorved dybde beregnes nede i hullet,

fig. 6A og 6B er skjematiske illustrasjoner av datastrøm-rekkefølgen ved behandling av dataene,

fig. 7A-7D er skjematiske illustrasjoner av oppfinnelsen der NMR-målinger utføres ved bruk av putemonterte følere,

fig. 8 viser et arrangement av permanente magneter på huset i henhold til

et aspekt ved denne oppfinnelse, og

fig. 9A-9C er skjematiske illustrasjoner av oppfinnelse der elektromagnetiske induksjonsmålinger utføres ved forskjellige asimuter.

Det er i fig. 1 vist et skjematisk diagram av et boresystem 10 med en bore-sammenstilling 90 vist nedført i et borehull 26 for boring av borehullet. Boresystemet 10 omfatter et konvensjonelt boretårn 11 som er reist på et gulv 12 som bærer et rotasjonsbor 14 som roteres ved hjelp av en kraftmaskin så som en elektrisk motor (ikke vist) med ønsket rotasjonshastighet. Borestrengen 20 omfatter et borerør 22 som strekker seg nedover fra rotasjonsboret 14 inn i borehullet 26. Borkronen 50 som er festet til enden av borestrengen bryter opp de geologiske formasjoner når den roteres for boring av borehullet 26. Borestrengen 20 er koblet til et heisespill 30 via et drivrør 21, svivel 28 og line 29 gjennom en blokkskive 23. Under boreoperasjoner bringes heisespillet til å regulere tyngden på borkronen, hvilket er en viktig parameter som påvirker borehastigheten. Driften av heisespillet er velkjent innen faget og trenger ikke beskrives nærmere her.

Under boreoperasjoner blir et passende borefluid 31 fra en slamtank (kilde) 32 sirkulert under trykk gjennom borestrengen ved hjelp av en slampumpe 34. Bbrefluidet strømmer fra slampumpen 34 inn i borestrengen 20 via en støtbølge-svekker (eng.: desurger) 36, fluidledning 28 og drivrør 21. Borefluidet 31 strømmer ut ved borehull-bunnen 51 gjennom en åpning i borkronen 50. Borefluidet 31 sir-kulerer opp i hullet gjennom ringrommet 27 mellom borestrengen 20 og borehullet 27 og tilbake til slamtanken 32 via en returledning 35. En føler Si fortrinnsvis anbrakt i ledningen 38, gir informasjon om fluidstrømmen. En overflate-dreiemomentføler S2 og en føler S3 som er tilknyttet borestrengen 20 gir informasjon om borestrengens henholdsvis dreiemoment og rotasjonshastighet. Dessuten blir en føler (ikke vist) som er tilknyttet ledningen 29 brukt til å angi kroklasten til borestrengen 20.

I en utførelsesform av oppfinnelsen blir borkronen 50 rotert bare ved å rotere borerøret 52. Ifølge en annen utførelse av oppfinnelsen, er en brønnmotor 55 (slammotor) anordnet i bore-sammenstillingen 90 for å rotere borkronen 50 og borerøret 22 roteres vanligvis om nødvendig for å supplere rotasjonskraft, og for å bevirke endringer i boreretningen.

Ved den foretrukne utførelsesform ifølge fig. 1, er slammotoren 55 koplet til borkronen 50 via en drivaksel (ikke vist) som er anordnet i en lagerenhet 57.

Slammotoren roterer borkronen 50 når borefluidet 31 under trykk strømmer gjennom slammotoren 55. Lagerenheten 57 opptar borkronens radial- og aksialkrefter. En stabilisator 58, som er koplet til lagerenheten 57, virker som en sentreringsen-het for den nederste delen av slammotor-enheten.

I én utførelsesform av oppfinnelsen, er bore-følermodulen 59 anbrakt nær borkronen 50. Bore-følermodulen inneholder følere, kretser og behandlings-programvare samt algoritmer vedrørende de dynamiske boreparametere. Slike parametere omfatter fortrinnsvis borkrone-tilbakeslag, fastkjøring/frigjøring av boresammenstillingen, motsatt rotasjon, dreiemoment, støt, borehull- og ringrom-trykk, akseierasjonsmålinger og andre målinger av borkrone-tilstanden. Bore-følereneten behandler følerinformasjonen og overfører den til overflate-styreenheten 40 via et egnet telemetrisystem 72.

Fig. 2 viser et skjematisk diagram av en rotasjons-boresammenstilling 255 som kan føres ned i borehullet ved hjelp av et borerør (ikke vist) som omfatter en innretning for endring av boreretningen uten å stoppe boreoperasjonene for bruk i boresystemet 10 vist i fig. 1 . Boresammenstillingen 255 har et ytterhus 256 med en øvre skjøt 257a for tilkopling til borerøret (ikke vist) og en nedre skjøt 257b innrettet til å oppta borkronen 55. Under boreoperasjoner roterer huset, og således borkronen 55, når borerøret roteres ved hjelp av rotasjonsboret ved overflaten. Den nedre ende 258 av huset 256 har reduserte ytterdimensjoner 258 og gjen-nomgående boring 259. Den dimensjonsreduserte enden 258 omfatter en stang 260 som er forbundet med den nedre ende 257b og en kanal 26 som lar borefluidet passere til borkronen 55. En ikke-roterende hylse 262 er anordnet på utsiden av den dimensjonsreduserte ende 258, idet den ikke-roterende hylse 262 forblir på sin plass når huset 256 roteres for rotering av borkronen 55. Et antall uavhengig justerbare- eller ekspanderbare puter 264 anordnet på utsiden av den ikke-roterende hylse 262. Hver pute 264 er fortrinnsvis hydraulisk operert ved hjelp av en styreenhet i boresammenstillingen 256. Et antall formasjonsfølere er plassert på hver a<y> putene 264. Fagmenn på området vil også innse at disse puter, ettersom de er utstyrt med evnen til selektiv utspilling eller sammentrekking under boreoperasjoner, kan også anvendes som stabilisatorer samt for styring for boreretningen. Mekanismer for utspilling av putene til de kommer i kontakt, kan også aktiveres ved hjelp av hydrauliske, mekaniske eller elektriske innretninger. Ved vanlig benyttet, mekanisk arrangement går ut på å montere putene på fjærer som holder putene i kontakt med borehullveggen. Slike innretninger vil være kjent for fagmenn på området. Alternativt kan boresammenstillingen være utstyrt med sep-arate stabilisator- og styreenheter. Formasjonsføler-arrangementet er omtalt nedenfor i forbindelse med fig. 3A^3F.

Boresammenstillingen omfatter også en retningsføler 271 nær den øvre ende 257a og følere for bestemmelse av temperatur, trykk, fluidstrøm, tyngde på borkronen, borkronens rotasjonshastighet, radial- og aksialvibrasjoner, støt og virvling. Uten å begrense oppfinnelsens omfang, kan retningsfølerne 271 være av magnet- eller inertialtype. Boresammenstillingen 255 omfatter fortrinnsvis et antall ikke-magnetiske stabilisatorer 276 nær den øvre ende 257a, for å gi borestrengen side- eller radialstabilitet under boreoperasjoner. Et bøyelig ledd 278 er anordnet mellom seksjonen 280 og seksjonen inneholdende den ikke-roterende hylse 262. En styreenhet betegnet med 284 omfatter en styrekrets eller -kretser med én eller flere prosessorer. Signalbehandlingen utføres generelt slik som nedenfor beskrevet i forbindelse med fig. 5A-5B. En telemetriinnretning, i form av en elektromagnetisk innretning, en akustisk innretning, en slampuls-innretning eller en hvilken som helst annen egnet innretning, her generelt betegnet med 286, er anordnet i boresammenstillingen på et passende sted. En mikroprosessor 272 er også anordnet i boresammenstillingen på et passende sted.

Fig. 3A viser arrangementet av et antall resistivitetsfølere på en enkeltpute 264. Elektrodene er anordnet i et antall rader og kolonner: i fig. 3A, er det vist to kolonner og fire rader, med elektrodene kjennetegnet fra 301 aa til 301 db. I et typisk arrangement vil knappene være én tomme (25,4 mm) fra hverandre. Bruk av et flertall kolonner øker resistivitetsmålingenes asimutoppløsning, mens bruk av et flertall rader øker resistivitetsmålingenes vertikaloppløsning.

Fig. 3B viser hvorledes et antall puter, seks i dette tilfelle, kan gi resistivitetsmålinger rundt borehullet. I figuren er seks puter vist som 264 ved en spesiell dybde av boresammenstillingen. I illustrasjonsøyemed er borehullveggen «brettet ut» med de seks putene spredd over 360° av asimut. Som ovenfor nevnt, er putene anordnet på armer som strekker seg utad fra verktøykroppen til anlegg mot veggen. Spalten mellom tilstøtende puter vil avhenge av borehullets størrelse: i et større borehull vil spalten bli større. Etterhvert som boringen fortsetter, vil verktøy-et og putene bevege seg til en annen dybde, og putenes nye posisjon er antydet ved 264'. Som det fremgår er det en overlapping mellom putenes posisjoner i asimut og i dybde. Verktøyorienteringen bestemmes av mikroprosessoren 272 fra retningsfølerne 271. Denne overlapping gir overskytende målinger av resistivitet som behandles som nedenfor beskrevet i forbindelse med fig. 5A og 5B.

Fagmenn på området vil innse at selv med en hovedsakelig ikke-roterende hylse på boresammenstillingen, vil det forekomme en viss rotasjon av hylsen. Med en typisk borehastighet på 60 fot (18,3 m) pr. time, vil verktøysammenstillingen, i løpet av ett minutt, avansere én fot (0,305 m). Med en typisk rotasjonshastighet på 150 r/min, vil selv en hylse som er konstruert til å være hovedsakelig ikke-roterende, kunne ha fullført en hel omdreining i løpet av dette ene minutt, og derved sørge for en fullstendig overlapping. Fagmenn på området vil også innse at i en alternativ plassering av føleren som roterer sammen med borkronen, vil en komplett overlapping skje i løpet av mindre enn ett sekund.

Fig. 3C viser arrangementer av følerputene i en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Borestangen 260 med den ikke-roterende hylse 262 påmontert, er vist. Putene 264 med følerne 301 er festet til hylsen 262. Mekanismen for å bevege putene ut til kontakt med borehullet, enten det nå skjer hydraulisk, ved hjelp av en fjærmekanisme eller annen mekanisme, er ikke vist. To toroider 305 som er viklet med en strømbærende leder (ikke vist) omgir stangen. Toroidene er anordnet med samme polaritet, slik at når en strøm sendes gjennom toroiden, induseres der et rundtløpende magnetfelt i de to toroider. Dette magnetfelt induserer i sin tur et elektrisk felt langs stangens akse. Lekkasjestrømmen som måles ved hjelp av følerne 301 blir da et mål på resistiviteten til formasjonen nær følerne, idet lek-kasjestrømmen er hovedsakelig radial. Et slikt arrangement er tidligere blitt brukt ved kabellogging, men er ikke tidligere blitt forsøkt anvendt ved måling under boring. Stangen 260 er utstyrt med stabilisatorribber 303 for styring av boreretningen.

Ved et alternativt arrangement vist i fig. 3D, er puten 324 forbundet med stangen 340 ved hjelp av mekanismen for å bringe stangen i inngrep med borehullet (ikke vist) slik at den roterer med stangen istedenfor å være ikke-roterende. Stabilisatoren 333 har samme funksjon som i fig. 3C, mens de strømførende toroider 323 frembringer et elektrisk felt som virker på samme måte som ovenfor omtalt i forbindelse med fig. 3C.

Fig. 3E viser arrangementet av densitetfølere ifølge foreliggende oppfinnelse. Det er vist et tverrsnitt av borehullet der veggen er betegnet ved 326 og verktøyet generelt med 258. Putene ligger an mot borehullveggen med en radio-aktiv kilde i puten 364a og mottakere på putene 364b og 364c. Dette arrangement er lik det som brukes i kabelverktøy, bortsett fra at i kabelverktøy er kilden anordnet i verktøyhuset.

Det kan også være montert elastiske (vanligvis betegnet som akustiske) transduktorer på putene. I det enkleste arrangement vist i fig. 3F, er det montert en tre-komponent-transduktor (eller, hvilket er ekvivalent, tre enkeltkomponent-transduktorer) på hver pute. Transduktoren er innrettet til å ligge an mot borehullveggen og kan utføre pulserende eller vibrerende bevegelse i tre retninger, betegnet som 465a, 465b og 465c. Fagmenn på området vil vise at hver av disse eksi-tasjoner genererer trykk- og skjærbølger inn i formasjonen. Ved synkronisert bevegelse av transduktorene på putene, vil det i formasjonen innføres seismiske pulser av forskjellig polarisasjon, som kan detekteres på andre steder. I den enkleste utførelse, befinner detektorene seg på overflaten (ikke vist) og de kan benyttes for å danne bilde av jordens undergrunnsformasjoner. Avhengig av retningen av pulsene på de enkelte puter, blir trykkbølger og polariserte skjærbølger fortrinnsvis forplantet i forskjellige retninger.

Fig. 4 viser ervervelse av et sett motsatte eller omvendte (eng.: reverse) VSP-data i henhold til foreliggende oppfinnelse. En antall seismiske detektorer 560 er anordnet ved overflaten 510. Et borehull 526 som er boret ved hjelp av en borkrone 550 ved enden av en borestreng 520 er vist. Brønn-boresammenstillingen omfatter seismiske kilder 564 på puter som ligger an mot borehullveggen.

Seismiske bølger 570 som forplantes kildene 564 reflekteres av grenseflater så som 571 og 573 og detekteres ved overflaten ved hjelp av detektorer 560. Detek-sjonen av disse ved overflaten for forskjellige dybder av boresammenstillingen, gir hva som benevnes som en reversert vertikal seismisk profil (VSP) og er en effektiv metode for anskueliggjøring av formasjoner foran borkronen. Behandling av dataene i henhold til kjente metoder gir et seismisk bilde av grunnen under overflaten. Selv om motsatte VSP'er ved bruk av selve borkronen som seismisk kilde har

vært brukt tidligere, er resultatene generelt ikke tilfredsstillende, på grunn av manglende kjennskap til det seismiske signalets karakteristika og på grunn av dår-lig S/N-forhold. Den foreliggende oppfinnelse, der kilden er godt karakterisert og er i hovedsakelig den samme posisjon på en ikke-roterende hylse, er i stand til å forbedre S/N-forholdet betydelig ved gjentatt eksitering av kildene i hovedsakelig den samme posisjon. Fagmenn på seismikk-området vil være kjent med energi-mønsteret som forplantes inn i formasjonen av transduktorenes 465 forskjellige bevegelsesretninger samt deres arrangement på en sirkulær rad av puter.

Fagmenn på området vil også innse at istedenfor seismiske pulser, kan de seismiske sendere også generere f rekvens-sveipesignaler som kontinuerlig svei-per gjennom et valgt frekvensområde. Signalene som registreres ved senderne kan korreleres med frekvens-sveipesignalet ved bruk av kjente teknikker for å frembringe en reaksjon som er ekvivalent med reaksjonen til en seismisk impuls-kilde. Et slikt arrangement krever mindre effekt for senderne og er ment å ligge innenfor oppfinnelsens ramme.

VSP-konfigurasjonen kan være reversert (omvendt) i forhold til en konven-sjonell VSP, slik at nedihull-følere for en ikke-roterende hylse måler seismiske signaler fra et antall overflate-kildeposisjoner. Et slik arrangement vil være beheftet med den ulempe at en betydelig større mengde data må sendes opp gjennom hullet ved hjelp av telemetri.

Ifølge et alternativt arrangement (ikke vist), er det anordnet to sett av puter med innbyrdes aksial avstand på den ikke-roterende hylse. Det andre putesett er ikke vist, men det har et detektor-arrangement som måler tre bevegelseskompo-nenter lik den eksitering som frembringes av kildene 465. Fagmenn på området vil innse at dette gir mulighet til å måle trykk- og skjærhastigheter i formasjonen mellom kilden og mottakeren. Ettersom muligheten til direkte å forbinde en seismisk kilde med borehullveggen, vil særlig skjærbølger av forskjellig polarisering kunne genereres og detekteres. Fagmenn på området vil vite at i en anisotropisk formasjon, kan to forskjellige skjærbølger med ulik polarisasjon og hastighet forplantes (benevnt den hurtige og den sakte skjærbølge). Måling av de hurtige og sakte skjærhastigheter gir informasjon om frakturering av formasjonen og vil være kjent for fagmenn innen metoder for databehandling for å oppnå denne frakturerings-informasjon.

Det samme arrangement med seismiske sendere og mottakere på ikke-roterende puter i boresammenstillingen gjør det mulig å registrere refleksjoner fra overflatene i nærheten av borehullet. Særlig setter den anordningen i stand til å bestemme avstander til seismiske reflektorer i nærheten av borehullet. Denne informasjon gjør det mulig å se foran borkronen og styre borkronen der det er øns-kelig å følge en spesiell logisk formasjon.

Fagmenn på området vil innse at ved å benytte et arrangement med fire elektroder hovedsakelig i et lineært arrangement på et antall ikke-roterende puter, hvor de ytre elektroder er henholdsvis en sender og en mottaker, og ved å måle den potensielle forskjell mellom de indre elektroder, kan man få en resistivitets-måling av formasjonen. Et slikt arrangement anses å være konvensjonelt ved kabellogge-anvendelser, men er hittil ikke blitt anvendt i forbindelse med måling under boring, på grunn av vanskeligheten med å innrette elektrodene på en roterende borestreng.

Formasjons-følerenheten som ovenfor beskrevet i forbindelse med fig. 2, er anordnet på en ikke-roterende hylse som utgjør en del av en boresammenstilling som innbefatter en brønn-slammotor. Fagmenn på området vil innse at det kan benyttes et tilsvarende arrangement, der kveilrør anvendes istedenfor en borestreng. Dette arrangement er ment å ligge innenfor rammen av oppfinnelsen.

Ifølge en alternativ utførelse av oppfinnelsen, kan formasjons-følerenheten være direkte montert på den roterende borestreng, uten at det svekker dens effek-tivitet. Dette var omtalt ovenfor i forbindelse med resistivitetsfølere i fig. 3D.

Fremgangsmåten for behandling av de ervervede data fra hvilke som helst av disse arrangementer og formasjonsfølere er omtalt i forbindelse med fig. 5A-5B. I illustrerende øyemed viser fig. 5A det «utbrettede» resistivitetsdata som kan være registrert ved hjelp av en første resistivitetsføler som roterer i et vertikalt borehull når brønnen bores. Horisontalaksen 601 har verdier fra 0° til 360° som tilsvarer asimut-vinkler fra en referanseretning som bestemmes av retningsføleren 271. Vertikalaksen 603 er måletidspunktet. Når resistivitetsføleren roterer i borehullet mens den fremføres sammen med borkronen, beskriver den en spiralbane. I fig. 5A er det antydet et sinusformet bånd 604 som svarer til f.eks. et lag med høy resistivitet som skjærer borehullet ved en dobbeltlinjestikk-vinkel (eng.: dipping angle).

Ved en utføringsform av oppfinnelsen benytter nedihull-prosessoren 272 dybdeinformasjonen fra brønn-telemetri, som er tilgjengelig for telemetriinnretningen 286 og summerer alle dataene innenfor et bestemt dybde- og asimut-prøvetakingsintervall, for å forbedre S/N-forholdet og for å minske mengden av data som skal lagres. Et typisk dybde-prøvetakingsintervall vil være én tomme (25,4 mm) og et typisk asimut-prøvetakingsintervall er 15°. En annen metode for å minske mengden av lagret data, vil være å kassere overflødige prøver innenfor dybde- og asimut-prøvetakingsintervallet. Fagmenn på området vil innse at en 2-D-filtrering av datasettet ved hjelp av kjente teknikker kan utføres forut for data-reduksjonen. Dataet etter dette reduseringstrinn vises på en dybdeskala i fig. 5B der vertikalaksen 605 nå er dybde og horisontalaksen 601 fortsatt er asimutvinke-len i forhold til en referanseretning. Dobbeltlinjestikk-resistivitetslag-posisjonen er antydet med sinuskurven 604'. Et slikt dybdebilde kan frembringes fra et tidsbilde dersom resistivitetsfølerens 607' og 609' absolutte dybde ved tidspunkter så som 607 og 609 er kjent.

Som en sikkerhetsforanstaltning eller som en erstatning for kommunisering av dybdeinformasjon nede i hullet, benytter mikroprosessoren data fra de ytterligere resistivitetsfølerne på putene til å bestemme borehastigheten under boringen. Dette er vist i fig. 5A ved hjelp av et andre resistivitetsbånd 616 som svarer til det samme dobbeltlinjestikk-bånd 604 som målt ved en andre resistivitetføler direkte over den første resistivitétsføler. Ettersom avstanden mellom den første og andre resistivitetsføler er kjent, beregnes en borehastighet ved hjelp av mikroprosessoren ved å måle tidsforskyvningen mellom båndene 604 og 616. Tidsforskyvningen mellom båndene 604 og 606 kan bestemmes ved hjelp av mange forskjellige metoder, innbefattende krysskorreleringsteknikker. Denne kjennskap til borehastigheten virker som en kontroll på dybdeinformasjonen som kommuniseres nedihull, og kan, i fravær av nedihulls-telemetridata, benyttes alene til å beregne følernes dybde.

Den ovenfor beskrevne behandlingsmetode virker like bra for resistivitetsmålinger utført ved hjelp av følere på en ikke-roterende hylse. Som ovenfor be-merket i forbindelse med fig. 3B, utfører følerne fortsatt en sakte rotasjon som gir redundans som kan utnyttes av prosessoren 272 som del av dens behandling-før-sending.

Fig. 6A viser datastrømmen i en utføringsform av oppfinnelsen. Antallet av asimut-datafølere (301 i fig. 3A) er angitt ved 701. Utgangssignalet 701a fra asimut-datafølerne 701 er asimut-følerdata som funksjon av tid. Retningsfølerne (271 i fig. 2) er betegnet med 703. Utgangssignalet 703a fra retningsfølerne 703 er boresammenstillingens asimut som funksjon av tiden. Ved bruk av tidsinforma-sjon 705a fra en klokke 705 og informasjonen 709a fra fremad-boreindikatoren 709 vil prosessoren først utføre et eventuelt datadesimerings- og kompresjonstrinn ved 707. Fremad-boreindikatoren benytter et antall målinger til å estimere borkronens fremføringshastighet. En føler for måling av tyngden på borkronen gir målinger som indikerer borehastigheten: dersom tyngden på borkronen er null, er borehastigheten også null. Likeledes skjer det heller ingen fremføring av borkronen, når slamstrøm-indikatoren indikerer at slammet ikke strømmer. Vibrasjonsføl-ere på borkronen gir også signaler som angir borkronens fremadbevegelse. En null-verdi for tyngde på borkronen, slamstrøm eller borkrone-vibrasjon, innebærer at følersammenstillingen er ved en konstant dybde.

Dette datadesimerings- og kompresjonstrinn kan stable data fra flere om-dreininger av følersammenstillingen som faller innenfor en forutbestemt oppløs-ning som kreves ved anskueliggjøring av dataene. Denne informasjon 707a, be-stående av data som funksjon av asimut og dybde, lagres i en minnebuffer 711. En minnebuffer med 16 Mbyte-størrelse benyttes, tilstrekkelig til å lagre de nød-vendige data ved bruk av et segment av borerør. Slik fagmenn vil kjenne til, kommer borerøret i segmenter på 30 fot (9,15 m), idet suksessive segmenter tilføyes ved brønnhodet etterhvert som boringen går frem.

Ved bruk av estimater for borehastigheten fra 717, og en fullført-boreseksjon-indikator 713 utføres en dybde-tid-korrelasjon 715. Fullført-boreseksjon-indikatoren omfatter informasjon så som antallet borestreng-segmenter. Borehastighet-estimatet oppnås, f.eks. ved hjelp av metoden omtalt i forbindelse med fig. 5A og 5B ovenfor. Tid-dybde-transformasjonsfunksjonen 715a som derved oppnås, brukes ved 719 til å behandle dataene som funksjon av asimut og tid i minnebufferen 711 for å få et bilde som er én funksjon av asimut og dybde. Dette bilde lagres nedihull ved 721 i en minnebuffer. Med 16 Mbyte minne, blir det mulig å lagre 1700 fot (518,5 m) nede i hullet med en oppløsning på 1 tomme (25,4 mm). Disse data blir senere gjenvunnet ved innkjøring av borestrengen i hullet, eller de kan sendes opp gjennom hullet ved bruk av telemetriinnretningen 286. Ved å behandle dataene nede i hullet på denne måte, blir belast-ningen på telemetriinnretningen sterkt redusert, og den kan benyttes for overføring av andre data i tilknytning til boremotoren og borkronen opp gjennom hullet.

Minne-behovet for lagring av dataene kan lett beregnes. F.eks. vil, for et 8<1>/2" (216 mm) hull, lagring av én fot (0,305 mm) av data med en oppløsning på

1" x 1" (25,4 mm x 25,4 mm) kreve (12) x (rc x 8,5) x 4 = 1282 datapunkter. Fagmenn på området vil innse at faktoren på 4 skriver seg fra nødvendigheten av å til-fredsstille Nyquist-samplingskriteriet i to dimensjoner). For 5000 fot (1525 m) av data og 16 bits (2 bytes) pr. dataprøve, gir dette totalt 12,82 Mbytes. Dette er en rimelig størrelse for et minne med den for tiden tilgjengelige maskinvare og kan selvsagt økes i fremtiden etterhvert som minneinnretninger blir mer kompakte.

Der hvor dybdedata ikke er tilgjengelige nede i hullet, forandres situasjonen på grunn av borehastighetens variabilitet. Systemet må kunne samle data under en hurtig borehastighet på 200 fot (61 m) /h så vel som ved en lav borehastighet på 20 fot (6,1 m) /h, en variabilitetsfaktor på 10. Systemer som ikke kjenner borehastigheten vil måtte lagre data for å klare den hurtigste borehastigheten (200 fot/h i dette eksempel). Dersom hullet faktisk bores ved 20 fot/h, så vil den datamengden som må lagres nede i hullet i fravær av noen behandling og desimering bli ti ganger så stor: 130 Mbytes i det foreliggende eksempel. Denne datamengde-lagring er for tiden upraktisk med tilgjengelig maskinvare.

Arrangementet vist i fig. 6A bruker ikke telemetridata fra overflaten for å beregne dybde. I et alternativt arrangement vist i fig. 6B, utføres en dybdeberegning nede i hullet ved 759 for å gi følersammenstillingens virkelige posisjon, under an-vendelse av informasjon fra flere kilder innbefattende telemetridata. Én kilde er tidsinformasjonen 755a fra klokken 755. En borehastighet-føler gir en indikering av borehastigheten. Borehastighet 756a fås fra én av to kilder 756. Ifølge en utfør-ingsform initieres en inertialføler (ikke vist) hver gang boringen stoppes for tilkopling av en borerør-seksjon. Informasjonen fra denne inertialføler gir en indikasjon på hastighet. Dessuten, eller som et alternativ, kan borehastighet som overføres fra overflaten ved hjelp av nedlink (engelsk: «downlink»)-telemetrien benyttes og mottas ved nedihull-telemetriinnretningen 286.

En indikator 761 som angir fullført boreseksjon, som omtalt ovenfor med henvisning til 713 i fig. 6A, benyttes som ytterligere inngangsdata for dybdebereg-ningene, som er et estimat fra fremad-boreindikatoren 763, som ovenfor omtalt med henvisning til 709 til fig. i 6A. Denne dybdeberegning 759a brukes i datakom-primering og desimering 757 (som ovenfor omtalt i forbindelse med fig. 6A) for å behandle data 751a fra asimut-målefølerne 751 og data 753a-orienteringsfølerne 753. Bildebehandlingen ved 765 gir dybdedata som funksjon av dybde 765a, idet disse data lagres nede i borehullet 767 med den samme oppløsning som ved 721

i fig. 6A. Behandlingsopplegget ifølge fig. 6B krever ikke minnebufferen 711 som finnes i fig. 6A, men den krever overføring av flere dybdedata ned i hullet, og leg-ger således til en viss grad beslag på telemetrileddet.

Som ovenfor nevnt ved omtalen av fig. 5A-5B, kan en kombinasjon av beg-ge metoder også benyttes, dvs. utføre dybdeberegninger ut fra følerdata nede i borehullet i tillegg til å bruke nedlink-data.

Overstående beskrivelse gjaldt resistivitetsmålinger. Enhver annen skalar-måling som utføres ved hjelp av en føler, kan behandles på samme måte for å forbedre S/N-forholdet før det overføres opp gjennom hullet ved hjelp av telemetri. Vektordata, som f.eks. ervervet ved hjelp av trykk- og skjærbølge-transduktorer krever noe mer komplisert behandling en hva fagmenn på området vil kjenne til.

Som ovenfor nevnt er de data som overføres fra borehullet indikative for re-sistiviteter ved ensartet samplede dybder av formasjonslag. Dataene overføres i sann tid. De ovenfor beskrevne prosesser og anordninger gir et fargebilde med forholdsvis høy oppløsning, av formasjonen i sann tid. Oppløsningen av dette bilde kan ytterligere forbedres ved å bruke forskjellige bildeforbedrings-algoritmer. Fagmenn på området vil kjenne til disse bildeforbedrings-algoritmer.

Den grunnleggende følerkonfigurasjon ifølge fig. 3C benyttes også i en annen utførelsesform av oppfinnelsen for å utføre kjernemagnetiské resonansmål-inger (KMR-målinger). Dette er vist skjematisk i fig. 7A og 7B. Hylsen 862 er utstyrt med minst én pute 880 som ligger an mot borehullveggen. Puten innbefatter en permanentmagnet-enhet 883, her betegnet ved enkeltmagneter 883a, 883b og 883c. I en foretrukket utførelsesform er de to magneter på sidene orientert med like poler i samme retning og magneten i midten er orientert med sine poler motsatt sidemagnetenes poler. Med det viste magnet-arrangement oppstår det et statisk magnetfelt i formasjonen nær puten 82. Som fagmenn på området vil kjenne til, er det et område, kjent som undersøkelsesområdet, hvor feltstyrken er hovedsakelig konstant og feltretningen er radial.

NMR-målinger utføres ved å indusere et radiofrekvens (RF)-felt i formasjonen, som har en retning vinkelrett på det statiske magnetfelt, og utfører målinger av relaksasjonen av det spinn som induseres av RF-feltet. Fig. 7B viser et arrangement der en leder 886 er anordnet i en aksial retning i puten 880 med en led-ende kappe 888 og myk ferritt 887. Ved å pulse en RF-strøm gjennom lederen 886 med en returbane gjennom kappen 888, induseres et RF-magnetfelt i formasjonen med en hovedsakelig tangential feltretning, dvs. omkretsmessig i forhold til borehullets akse. Dette er vinkelrett på det statiske felt i undersøkelsesområdet. Senderen blir slått av og arrangementet benyttes til å måle RF-feltet som produse-res av relaksasjonen av det spinn som induseres av RF-feltet i formasjonen.

Et alternativt arrangement av permanentmagnetene er vist i perspektiv i fig. 7C. Et par permanentmagneter 785a og 785b i form av bueformede segmenter av sylindere er anordnet i en aksialretning med de to magneters magnetiser-ingsretning i motsatte retninger. Dette eller lignende arrangementer, som omfatter flere enn ett magnetpar, frembringer et undersøkelsesområde i formasjonen med en hovedsakelig ensartet feltstyrke som har en radial feltretning. Anvendelsen av et ferrittelement 786 mellom magnetene bidrar til å forme undersøkelsesområdet. RF-spolearrangementet ifølge fig. 7B benyttes til å frembringe et RF-felt med en tangential komponent i undersøkelsesområdet.

Fig. 7D viser et alternativt RF-antenne-arrangement som kan brukes med permanentmagnet-arrangementene ifølge fig. 7B eller fig. 7C. Plateformede led-ere 791 a og 791 b er anordnet i bueformede partier av puten (ikke vist). Når antennen pulses med et RF-signal, frembringes et RF-magnetfelt med en hovedsakelig langsgående komponent i formasjonen nær puten. Dette felt er vinkelrett på det radiale, statiske felt som dannes av permanentmagnet-arrangementene ifølge fig. 7B eller fig. 7C.

Fagmenn på området vil innse at ved å bruke en enkeltmagnet (istedenfor et par motstående magneter) i konfigurasjonen ifølge fig. 7C, vil det i formasjonen nær borehullet oppstå et statisk felt som er hovedsakelig langsgående. RF-antenne-arrangementet vist i fig. 7B, som frembringer et RF-felt i formasjonen med hovedsakelig tangential komponent (omkretsmessig i forhold tii lengdeaksen) og kan brukes til å utføre NMR-målinger ettersom det er vinkelrett på det statiske felt. Alternativt kan en sirkulær RF-spole med sin akse i en radial retning (ikke vist) i forhold til borehullaksen, brukes til å frembringe et radialt RF-felt som er vinkelrett på det langsgående, statiske felt for å utføre NMR-målinger.

Fagmenn på området vil også innse at med hvilken som helst av de konfi-gurasjoner som er beskrevet i forbindelse med fig. 7A-7D, kan bruk av et antall puter som er orientert i forskjellige retninger, eller utførelse av målinger med en enkelt pute ved forskjellige asimuter, gjøre det mulig å bestemme asimut-variasjoner i formasjonens NMR-egenskaper. En slik asimut-variasjon kan skyldes frakturer i formasjonen som er innrettet på linje med frakturplan parallelle med borehullets akse, slik at fluidmengden i formasjonen (som er det som bestemmer NMR-reaksjonen) har en asimut-variasjon. Asimut-variasjonene kan også måles på en enkelt pute som roterer skikkelig sakte til at undersøkelsesområdet ikke endres i vesentlig grad i løpet av den tid NMR-målingene utføres.

Ifølge enda en annen utførelsesform av oppfinnelsen vist i fig. 8, er permanentmagnet-sammenstillingen montert på det roterende hus 960. RF-sender / mottaker-enheten inngår i minst én følermodul 980 som er montert på en hovedsakelig ikke-roterende hylse 962. Permanentmagnet-sammenstillingen omfatter et par ringformede sylindriske magneter 964a,b som er polarisert i lengderetningen. Et slikt arrangement gir et statisk magnetfelt i formasjonen, som er av radial retning og rotasjonsmessig symmetrisk rundt borehullet slik at rotasjon av selve magnetsammenstillingen ikke vil påvirke målingene (bortsett fra virkninger som skyldes vibrasjon av magnetsammenstillingen). Målingene som utføres ved hjelp av RF-enheten vil være asimut-avhengig hvis det finnes noen asimut-variasjon i formasjonen.

Fig. 9a viser en utførelsesform av oppfinnelsen der elektromagnetiske in-duksjonsfølere benyttes til å bestemme formasjonens resistivitet. En elektromagnetisk senderantenne 1050 brukes til å indusere et elektromagnetisk signal inn i formasjonen. Hver av stabilisatorene 1023 er utstyrt med en utsparing 1035 som opptar en elektromagnetisk mottakermodul 1054. Hver elektromagnetisk mottakermodul 1054 har et antall slisser 1056 bak hvilke mottakerspolene (ikke vist) er montert. Slissene er anordnet med aksial innbyrdes avstand, slik at målingene kan utføres ved minst to sender-til-mottaker-avstander. Antennen 1050 styres ved

hjelp av en elektronikkmodul 1052 på et passende sted. Ved bruk av kjente, elektromagnetiske induksjonsloggemetoder, sender senderen ut en puls med en frekvens, og amplituden og fasen til signalet som mottas av mottakerne i mottakermodulene brukes til å bestemme formasjonens resistivitet. Frekvensen til det avgitt signal er typisk mellom 1MHz og 10MHz. Med det asimut-plasserte arrangement av stabilisatorene 1033 og mottakermodulene 1054 på stabilisatorene, gjør denne utførelsesform det mulig å bestemme en asimut-variasjon av resistivitet. Når flere frekvenssignaler brukes, kan formasjonens resistivitets- og dielektrisitetskonstant bestemmes ved bruk av kjente metoder.

Ved utførelsesf ormen vist i fig. 9b er de elektromagnetiske mottakere anordnet i en putemontert konfigurasjon. I et arrangement lik det som er vist i fig. 3C, er putene 1164 montert på en hylse 1105. Putene kan ekspanderes til anlegg mot formasjonen ved bruk av hydrauliske, elektriske eller mekaniske arrangementer

(ikke vist). Senderen 1150 er også montert på hylsen. Den elektroniske styring for senderen og mottakeren kan være montert på et passende sted 1152. Som med utførelsesf ormen vist i fig. 9a, kan asimut-variasjoner av elektriske egenskaper bestemmes ved hjelp av amplitude- og fasemålinger av det mottatte signal etter eksitering av senderen 1150.

Fig. 9c viser sender-mottaker-modulen 1200 som er egnet for bruk ved høy-ere frekvensinduksjonslogging med et signal ved 1GHz eller mer. Denne modul kan være montert i utsparingen 1035 i stabilisatoren 1033, som vist i fig. 9a eller på en pute, så som 1164 i fig. 9b. Modulen er utstyrt med minst to senderslisser 1202 og mottakerslisser 1204 med hver sin sender- og mottakerspole (ikke vist) bak slissene. Senderne er fortrinnsvis anordnet symmetrisk rundt mottakerne. Sender-til-mottaker-avstandene i denne modulen er betydelig mindre enn i utførel-sesformene vist i fig. 9a, 9b, hvilket nødvendiggjør bruk av høyfrekvenssignaler (1 GHz eller mer).

Ifølge en annen utførelsesform av oppfinnelsen, utføres induksjonsmålinger ved bruk av elektrodearrangementet ifølge fig. 3A. Med henvisning til fig. 3A kan f .eks. elektrodene 301 åa, 301 ab brukes som en transmitter når de pulses samti-dig, i likhet med elektrodene 301 da, 301 db. Likeledes utgjør elektrodene 301 ba, 301 bb en mottaker mens elektrodene 301 ca, 301 cb utgjør en andre mottaker.

Den ovenstående beskrivelse er begrenset til spesielle utførelsesf ormer av denne oppfinnelse. Det vil imidlertid være klart at variasjoner og modifikasjoner kan utføres av de viste utførelsesf ormer, med oppnåelse av noen eller alle forde-lene ved oppfinnelsen. Spesielt kan oppfinnelsen modifiseres for utførelse av densitets- og akustikk-målinger. Hensikten med de medfølgende krav er derfor å dekke alle slike variasjoner og modifikasjoner som faller innenfor oppfinnelsens sanne ånd og ramme.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for seismisk avbildning av en undergrunnsformasjon ved bruk av seismisk kilde på en ikke-roterende hylse i en boresammenstilling, karakterisert ved at den omfatter: (a) anbringelse av et antall seismiske detektorer (560) ved et sted i avstand fra borehullet; (b) anbringelse av minst én seismisk sender (564) på en hovedsakelig ikke-roterende hylse på en boresammenstilling (90) som fremføres i borehullet, idet senderne er i kontakt med borehullveggen; (c) bruk av en prosessor (272) på boresammenstillingen til å aktivere senderne og eksitere seismiske bølger som har en bølgeform i formasjonen ved et valgt tidspunkt; (d) kommunisering av informasjon om det valgte tidspunkt til en prosessor; (e) registrering av de seismiske bølger som eksiteres i formasjonen ved hjelp av den minst ene seismiske sender ved de seismiske detektorer; og (f) behandling av de registrerte seismiske bølger i prosessoren for å danne et bilde av undergrunnen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at senderne omfatter tre-komponent-sendere og de seismiske detektorer omfatter tre-komponent-detektorer, idet fremgangsmåten videre omfatter bestemmelse av en orientering av senderne ved bruk av en ret-ningsføler, og kommunisering av sendernes orientering til prosessoren.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved a t bølgeformen til de seismiske bølger som eksiteres av senderne er hovedsakelig et sveipet frekvenssignal.