NO326722B1 - Apparat for elektromagnetisk detektering av geologiske egenskaper i en brønn - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen er en brønnradar for detektering av resistivitets-horisonter ved refleksjon. Oppfinnelsen anvendes i produksjonssoner i oljebrønner. En foretrukket utførelse av sender- og mottakerantenner er kombinert i en rørstrengsantennemodul 4' som omfatter en senderantennegruppe 2' med fortrinnsvis to dipol-senderantenner 2 anordnet hver på sin side av rørstrengs-antennemodulen 4' ved en første posisjon langs rørstrengsantennemodulen 4',. en første retningsfølsom gruppe 8' med fortrinnsvis fire dipol-mottaker-antenner 8 anordnet med jevn vinkelavstand omkring rørstrengsantennemodulen 4'. ved en andre posisjon langs rørstrengsantennemodulen 4',en andre retningsfølsom gruppe 8' med fortrinnsvis fire dipol-mottaker-antenner 8 anordnet med jevn vinkelavstand omkring rørstrengsantennemodulen 4'. ved en tredje posisjon langs rør-strengsantennemodulen 4', fortrinnsvis på motsatt side av senderantennegruppen 2' i forhold til den første retningsfølsomme gruppen 8'.

Description

ANORDNING FOR ELEKTROMAGNETISK DETEKTERING AV GEOLOGISKE EGENSKAPER I EN BRØNN.

Innledning

Denne oppfinnelsen gjelder en radarlignende anordning for bruk i produksjonshull, og som er innrettet for å detektere olje/vann-kontakten i en reservoarbergart.

Mer spesielt omfatter oppfinnelsen en senderantenne for elektromagnetiske bølger som er innrettet til å anordnes fiksert ved et produksjonsrør inne i en geologisk formasjon, og mottakerantenner som også er innrettet til å plasseres ved produksjonsrøret. Denne radarlignende anordningen er i stand til å detektere reflektorer som utgjøres av elektrisk ledende flater inne i reservoaret. En slik flate av særlig betydning er olje/vann-kontakten, hvor vannfronten i de aller fleste tilfeller utgjør en relativt skarp overgang mellom oljefylt sand med høy resistivitet, til vannfylt sand med lav resistivitet som derved utgjør en reflektor.

Teknikkens stand

Borehullsloggeverktøy som utnytter radar-prinsippet er kjent fra US. pat. 4 670 717, US. pat. 4 814 768, US. pat. 4 297 699, US. pat. 4 430 653 og GB 2 030 414. Noen av disse patentene benytter fremgangsmåter der det må anslås en bølgehastighet for å kunne tolke radarsignalene.

Schlumbergers US-patent 5 530 359 "Borehole logging tools and methods using reflected electromagnetic signals" beskriver et loggeverktøy med pulsede radarsignaler som sendes ut fra en senderantenne i en separat vertikal seksjon. Loggeverktøyet henger fritt i borehullet i en kabel eller i en kveilerørsstreng. Det anvendes lineære antenneelementer anordnet parallellt med verktøyets langakse z. Det sendes ut elektromagnetiske pulser med en senterfrekvens på 40 MHz og en høyeste frekvenskomponent på 120 MHz. Denne pulsen stråles ut i alle retninger inn i formasjonen og reflekteres av strukturer i formasjonen tilbake til verktøyet i borehullet. Transittiden for pulsen ut til strukturen og tilbake til verktøyet brukes til å bestemme avstanden mellom den reflekterende strukturen og borehullet. Retningsinformasjon fås ved at det er anordnet mottakerantenner omkring hele verktøyets omkrets slik at man kan finne den reflekterende strukturens retning ved å ta differanser mellom de reflekterte signalene. Disse differansene kan beregnes ved hjelp av elektroniske kretser, eller subtraksjon kan foretas ved direkte differansekoblede mottakerantenner. En fremgangs-måte for å beregne de reflekterte signalers retninger er angitt. En ulempe med Schlumbergers patent 5 530 359 er at instrumentet anvender pulsede elektromagnetiske bølger. Dette medfører en spredning av frekvenskomponentene allerede i det utsendte signal, og dermed får den utsendte signalpulsen en kontinuerlig varierende gruppehastighet. Det reflekterte signalet blir smurt ut og man får et uklart bilde av de reflekterende strukturer. Nære reflekterende strukturer vil også dominere over fjernere reflekterende strukturer, slik at de fjernere strukturer svært vanskelig kan detekteres dersom de nærmere bergarter har relativt høy konduktivitet / lav resistivitet. En annen ulempe ved Schlumbergers instrument er at det ikke er fiksert anordnet ved den geologiske formasjonen, slik at det ikke foreligger muligheter for å følge endringer i elektriske parametre i formasjonen over en tids-periode, for eksempel fra en dato til en annen. Instrumentet er heller ikke innrettet til anvendelse i produksjonsbrønner eller injeksjonsbrønner.

Et annet apparat er beskrevet i US. pat. 5 552 78 6: "Method and apparatus for logging underground formations using radar", (Schlumberger). US. pat. 5 552 786 beskriver et loggeverktøy som delvis løser problemet med den elektromagnetiske bølgehastigheten i formasjonene som skal logges. Apparatet sender en elektromagnetisk puls i nær kontakt med borehullsveggen, inn i formasjonen og mottar direktebølgen i en bestemt avstand langs borestrengen fra transmitteren. Dermed beregnes bølgehastigheten for "direktebølgen" gjennom de bergartene (som kan være invadert av boreslam), og reflektorenes avstander fra sender/mottakersystemet kan beregnes mer.nøyaktig enn om man bare hadde et estimat av bølgehastigheten.

US. pat. 5 363 094 "Stationary system for the active and/or passive monitoring of an underground deposit" omhandler overvåking av en avsetning i undergrunnen, der undersøkelsen av denne utføres ved å installere forskjellige anordninger slik som oppstillinger av mottakere (geofoner eller hydrofoner), tilstandssensorer etc i forskjellige lokasjoner langs en eller flere brønner som er boret ned i en formasjon, bak brønnforinger eller i det ringformede rommet mellom disse brønnforingene og rørledningene. Disse anordningene er videre forbundet med en overflatestasjon ved hjelp en flerkanals transmisjonsenhet. Overflatestasjonen tilpasser kommandoene i henhold til anordningen som skal styres.

US. pat. 4 504 833 "synthetic pulse radar system and method" omhandler en syntetisk pulset radar som genererer en mengde signaler av forskjellig frekvens samtidig. Responsen fra undergrunnen på disse forskjellige frekvensene simulerer deler av Fourier-spekteret som ville bli målt dersom man sendte ut en svært kort puls som ifølge den matematiske bakgrunn skulle være meget bred i frekvensspekteret. Systemet er imidlertid innrettet til blant annet å kunne benyttes ombord på kjøretøy fordi det ifølge dets krav 1 skal kunne generere alle komponentsignalene samtidig.

US. pat. 4 275 787 "Method for monitoring subsurface combustion and gasification processes in coal seams" beskriver en radar for detektering av en forbrenningsfront i en geologisk formasjon, for eksempel en kullholdig formasjon. Fordi resistiviteten generelt øker med temperaturen, vil en slik forbrenningsfront fremvise høy resistivitet og danne en svært stor kontrast i forhold til den kullholdige formasjonen som normalt vil fremvise lav resistivitet. Dempningen overskrider 100 dB/bølgelende i forbrenningsfronten, og dempningen i "Pittsburgh coal" er 1 dB/bølgelengde, for "British coal" er dempningen 3 dB/bølgelengde. Søkeren nevner at en rekkevidde for detektering av forbrenningsfronten er 100 m, en utopisk avstand når man tar i betraktning forholdene i en oljebrønn hvor dempningen av signalet er mye høyere og hvor det er en svært vanskelig oppgave å detektere reflekterende flater bare én til to meter ut i reservoaret. Det sendes ut et sveipet signal som varierer kontinuerlig mellom en laveste og en høyeste frekvens. Ettersom forbrenningsfronten forflytter seg vil man ved subtraksjon av de mottatte signaler kunne se en endring i differansesignalet mellom observasjonene. Imidlertid tar ikke det patentet hensyn til behovet for avstemning av senderantennene når senderantennene ligger svært nær, for eksempel noen få millimeter fra en metallisk røroverflate (for eksempel foringsrør eller kompletteringsrør) og frekvensen i utsendt signalet skal endres.

Problemstilling: Forventede elektriske egenskaper på bakgrunn av logger.

Oppfinnelsen er gjort delvis på bakgrunn av de forventede problemer som kan tenkes å oppstå i forbindelse med petroleumsproduksjon på Trollfeltet i Nordsjøen. Det vil nedenfor bli beskrevet hvorledes resistivitetene i de angjeldende geologiske formasjoner er relativt lavere i forhold til de forhold som er beskrevet i den kjente teknikk, og hvor det derfor vil være upraktisk å foreta detektering ved hjelp av elektromagnetiske bølger ved hjelp av den kjente teknikk.

Forventet resistivitet

Et kart over Trollfeltet som stort sett dekker konsesjonsblokkene 31/2, 31/3, 31/5 og 31/6 er vist i'figur 3a. Resistivitetsdata foreligger fra fem brønner: 31/2-2 (fig. 3b), 31/2-4 (fig. 3c), 31/2-5 (fig. 3d), 31/2-6

(fig. 3e), og 31/2-7 (fig. 3f). Kurvene viser resistivitet i Qm som en funksjon av loggedybde i hovedsakelig vertikale borehull gjennom reservoarbergarter. Olje-vannkontakten, heretter kalt "OWC" er definert i brønnene ved dybdene som er markert på de respektive figurene. Fordelingene av resistivitet i forhold til dybde er markert forskjellig fra brønn til brønn. I 31/2-2 varierer resistiviteten R mellom ca. 3 Qm og 13 Qm over OWC mens R i brønn 31/2-4 avtar fra 100 Qm til 1 Qm over OWC. I brønn 31/2-5 varierer resistiviteten mellom 40 Qm og 80 Qm før den begynner å avta jevnt, ca. 1 meter over OWC. Ved OWC faller resistiviteten R

ca 7 Qm. Forløpet i brønn 31/2-6 er karakterisert ved en relativt sterk "ripple" mellom 8 Qm og 14 Qm, selv om resistivitetsfallet er tydelig ved OWC. Brønn 31/2-7 har en lav og relativt lite varierende R i området mellom 7 meter over OWC og ned til OWC, med et maksimum på 2 Qm og er jevnt fall til 0,4 Qm like før OWC.

Resistivitetskurvene viser at lokale variasjoner i R kan være mye større enn det fallet i R som skjer ved OWC. Ettersom konduktiviteten i formasjonene generelt skriver seg fra saltvann i porerommene eller ledende skifre, kan lokale variasjoner skyldes varierende reservoarkvalitet i form av en kombinasjon av leirmineralinnhold og porøsitet. Parametre som lokal litologi, tekstur, facies og overtrykk vil også virke inn på resistiviteten. Resistivitetsverktøy er generelt ganske nøyaktige og gir repeterbare målinger. Generelt er oppløsningen i dybden liten, ca. 10 cm per målepunkt, og loggene glattes til en viss grad av instrumentets kontakt-sammenstilling, så den lokale formasjonsresistivitet vil variere mer enn det loggene viser.

Forventet dielektrisitet

Det foreligger ikke dielektriske logger fra Troll-feltet. Her er det anvendt dielektriske data basert på estimat av de kjente dielektriske egenskapene i sandstein, olje og vann. Vi velger 8r0Ck =7. Når 8 er 0,20 (20% porøsitet) er sro=5,82, som viser at ero= 6 er et fornuftig estimat den dielektriske konstant for oljemettet sandstein.

Den relative dielektriske konstant for sjøvann,swater =80 (King & Smith, 1981) ved de frekvenser det er aktuelt å anvende i forbindelse med denne oppfinnelsen. Den dielektriske konstanten i vannmettet sandstein srw =13.

Figur 4a, b, c, d og e viser estimerte fordelinger av relative dielektriske verdier basert på vannmetningen i en 5 meters overgangssone over OWC i de samme brønnene som for figurene 3b-f. Skalaen som angir den relative dielektriske konstant går fra ca. 6 til ca. 13.

Bølgeutbredelse i en ledende overgangssone

Figur 5a viser en dempningskurve av elektromagnetiske bølger i frekvensområdet mellom 1MHz og 200MHz. er =6 og resistiviteten RDC varieres i trinn på 5 Qm fra 5 Qm til 30 Qm. Bergartene blir mer "gjennomskinnelig" for elektromagnetisk stråling jo høyere resistiviteten er. Figur 5b med samme frekvensområde viser kurver for konstant RDC =30 Qm og hvor er varierer fra 6, 8, 10, 12, 14 til 16. Man ser at den dielektriske konstant har mindre innvirkning på dempningen enn resistiviteten. Figurene viser at dempningen er høyere enn 10 dB/m for 30 Qm og frekvenser høyere enn ca. 12 Mhz. Over 10 dB/m dempning gir mer enn 100 dB dempning tur/retur for en reflektor ved en avstand på 5 meter. Figur 5c viser et utsnitt av frekvensområdet fra figur 5a, mellom 1 og 16 Mhz. Dempningen er fremdeles høy for resistiviteter lavere enn 10 Qm selv i dette lave frekvensområdet. Figur 5d viser bølgenes fasehastigheter som funksjon av frekvens mellom 1 og 16 MHz. På bakgrunn av dempningen kan derfor frekvensene som anvendes i en foretrukket utførelse av oppfinnelsen ligge mellom 1 og 16MHz. Innenfor dette frekvensområdet varierer fasehastig-heten sterkt med resistiviteten, noe som kan gi sterk dispersjon av et elektromagnetisk signal med et bredt frekvensinnhold.

Refleksjon, backscattering

Alle horisonter i brønnen med elektromagnetisk resistivitetskontrast vil føre til refleksjoner. Partikler med høyere ledningsevne, for eksempel metalloksyder, vil føre til spredning av de elektromagnetiske bølger. Nære horisonter vil detekteres sterkere enn fjerne horisonter dersom resistivitetskontrasten er den samme, på grunn av tilnærmet sfærisk geometrisk spredning. Dette betyr at refleksene fra resistivitetskontrasten ved OWC kan maskeres bak en stor mengde av sterke reflekser fra lokale resistivitetskontraster sandsteinen i oljesonen over OWC. For eksempel vil resistivitetskontrastene representert ved gradientene i R ved 1578 meter og ved 1580,5 meters dybde i Figur 3e gi sterke reflekser som ikke i utgangspunktet er forskjellige fra refleksen fra OWC.

Formålet med oppfinnelsen

Et formål med denne oppfinnelsen er å fremskaffe et system for å måle dybden av olje/vannkontakten eller gass/vannkontakten i et petroleumsreservoar ved hjelp av elektromagnetiske bølger.

Et annet formål er å frembringe et instrument innrettet til å registrere og kartlegge fordelingen av resistivitet i petroleumsreservoaret omkring brønnen, for å anvende denne resistiviteten i geologiske tolkninger av reservoaret.

Definisjon av oppfinnelsen; referanse til patentkravene

De ovenfor nevnte problemer avhjelpes ved hjelp av foreliggende oppfinnelse som er en anordning for radardetektering i en brønn i en geologisk formasjon. Det nye og oppfinneriske ved oppfinnelsen er: (a) minst én senderantenne for utsendelse av elektromagnetiske bølger, montert ved en rørstreng, og som er innrettet for fiksert montering i forhold til den geologiske formasjonen, og (b) minst én, fortrinnsvis flere mottakerantenner for reflekterte elektromagnetiske bølger, ved fortrinnsvis den samme rørstrengen, og som også er innrettet for fiksert montering i forhold til den geologiske formasjonen.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er gitt ved de underordnede krav.

Figurbeskrivelse

Oppfinnelsen skal i de kommende avsnitt beskrives i detalj med ikke-begrensende eksempler på foretrukne utførelser av oppfinnelsen, med henvisning til de medfølgende figurtegninger av de ikke-begrensende eksempler, hvor

Figur 1 viser en del av en produksjonsbrønn med produksjonsrør i en geologisk produksjonssone for petroleumsfluider, med olje eller gass øverst i produksjonssonen og vann nederst. Figur 2 viser en skjematisk skisse hvor en utførelse av oppfinnelsen er anordnet ved et produksjonsrør. Figur 3a viser et kart over konsesjonsblokker på Troll-feltet i Nordsjøen, og figurene 3b,c,d,e og f viser logger over resistivitet som funksjon av dybde i fem vertikale borehull på Troll-feltet. Figur 4a, b, c, d og e viser estimerte fordelinger av relative dielektriske verdier basert på vannmetning i en 5 meters overgangssone over OWC i de samme brønnene som figurene 3b-f. Skalaene har 13 som største verdi, som indikerer full vannmetning i en 20% porøs bergart.. Figur 5a viser teoretiske kurver over elektromagnetiske bølgers dempning som funksjon av frekvenser mellom 1MHz og 200MHz, for bergarter med varierende konduktivitet eller resistivitet. Figur 5b viser teoretiske kurver over elektromagnetiske bølgers dempning som funksjon av frekvenser mellom 1MHz og 200MHz, for bergarter med varierende dielektrisk konstant. Figur 5c viser det samme som figur 5a, men innsnevret til et frekvensområde mellom 1 og 16MHz. Figur 5d viser teoretiske kurver over fasehastighet som funksjon av frekvenser mellom 1 og 16MHz. Figur 6a viser et snitt av en foretrukket utførelse av oppfinnelsen i form av en en modul omfattende sender- og mottakerantenner og som kan inngå som en ordinær gjenget del av kompletteringen i produksjonssonen. Figur 6b viser i perspektivisk oppriss modulen i figur 6a, med ytre koniske gjenger i toppen og tilsvarende indre koniske gjenger i den nedre enden. Figur 7 er et skjema over de komponentene som kan inngå i en elektronikkpakke anordnet ved hver enkelt modul, innrettet til blant annet energiforsyning, styring av sender-og mottakerantenner, signalbehandling og kommunikasjon. Figur 8 viser anvendelse av en foretrukket utførelse av oppfinnelsen for detektering av forandring i avstanden mellom radaren og flere seksjoner av en olje/vann-kontakt OWC. Figur 9 er en større perspektivskisse av en brønn med tilhørende overflateinnretning, hvor brønnen omfatter sender-Figur 4a, b, c, d og e viser estimerte fordelinger av relative dielektriske verdier basert på vannmetning i en 5 meters overgangssone over OWC i de samme brønnene som figurene 3b-f. Skalaene har 13 som største verdi, som indikerer full vannmetning i en 20% porøs bergart. Figur 5a viser teoretiske kurver over elektromagnetiske bølgers dempning som funksjon av frekvenser mellom 1MHz og 200MHz, for bergarter med varierende konduktivitet eller resistivitet. Figur 5b viser teoretiske kurver over elektromagnetiske bølgers dempning som funksjon av frekvenser mellom 1MHz og 200MHz, for bergarter med varierende dielektrisk konstant. Figur 5c viser det samme som figur 5a, men innsnevret til et frekvensområde mellom 1 og 16MHz. Figur 5d viser teoretiske kurver over fasehastighet som funksjon av frekvenser mellom 1 og 16MHz. Figur 6a viser et snitt av en foretrukket utførelse av oppfinnelsen i form av en en modul omfattende sender- og mottakerantenner og som kan inngå som en ordinær gjenget del av kompletteringen i produksjonssonen. Figur 6b viser i perspektivisk oppriss modulen i figur 6a, med ytre koniske gjenger i toppen og tilsvarende indre koniske gjenger i den nedre enden. Figur 7 er et skjema over de komponentene som kan inngå i en elektronikkpakke anordnet ved hver enkelt modul, innrettet til blant annet energiforsyning, styring av sender-og mottakerantenner, signalbehandling og kommunikasjon. Figur 8 viser anvendelse av en foretrukket utførelse av oppfinnelsen for detektering av forandring i avstanden mellom radaren og flere seksjoner av en olje/vann-kontakt OWC. Figur 9 er en større perspektivskisse av en brønn med tilhørende overflateinnretning, hvor brønnen omfatter sender-og mottakerantenner i en horisontal produksjonssone med varierende avstand til olje/vannkontakten OWC.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Brønnen

Figur 1 viser en produksjonsbrønn eller et borehull 1 i en geologisk formasjon, som kan befinne seg på land eller gjerne under havbunnen. Vanligvis vil det være satt ned en stålforing i flere seksjoner i det borede hullet fra havbunnen og ned til toppen av den formasjon som produserer petroleumsfluider i form av olje eller naturgass. Den produserende formasjon kan være uten foringsrør, en såkalt åpen komplettering, eller ha et foringsrør i kompositt-materiale som er transparent for elektromagnetiske bølger. I en foretrukket utførelse av denne oppfinnelsen vil det ikke settes foringsrør i produksjonssonen, men foretas en innstøping av et produksjonsrør i brønnen 1. Den geologiske formasjonen omfatter i denne sammenheng en reservoarbergart, for eksempel en porøs, permeabel sandsteinsformasjon 9. Borehullet 1 kan være mer eller mindre avviksboret og er i figuren vist som et nær horisontalt borehull 1 selv om oppfinnelsen kan anvendes i borehull med alle deviasjons-vinkler fra vertikalretningen nedover mellom 0 og 180 grader. Et produksjonsrør 4 er anordnet for komplettering av produksjonsbrønnen eller borehullet. Produksjonsrørets 4 diameter kan være 7" i et 8 1/2" borehull 1. Et foringsrør (ikke vist) er vanligvis anordnet utenfor produksjonsrøret 4. Foringsrøret kan være sementert og perforert, eller bestå av et finmasket gitter som holder tilbake sand og slipper igjennom olje, gass og vann. En foretrukket utførelse av •oppfinnelsen vil anvendes i en tilnærmet horisontalt boret produksjonsbrønn 1 i en sandsteinsformasjon 9. En olje-vannkontakt OWC utgjør grensen mellom i det vesentlige oljemettet sandstein 5 og vannmettet sandstein 7. Denne oppfinnelsen kan også anvendes i en injeksjonsbrønn eller i en observasjonsbrønn.

Anordningen ifølge oppfinnelsen

Minst én senderantenne 2 for utsendelse av elektromagnetiske bølger er fiksert anordnet ved rørstrengen 4. Senderantennen 2 er innrettet for fiksert montering i forhold til den geologiske formasjonen, og er elektrisk sett uskjermet i forhold til de geologiske formasjonene, og innrettet til permanent anbringelse i brønnen. En eller flere mottakerantenner 8 for elektromagnetiske bølger, er også anordnet ved rørstrengen 4. Mottakerantennene 8 er også er innrettet for fiksert montering i forhold til den geologiske formasjonen, og er elektrisk sett uskjermet i forhold til de geologiske formasjonene, og innrettet til permanent anbringelse i brønnen. Hensikten med den fikserte anordningen i produksjonssonen er at målinger kan foretas med en tids mellomrom dersom det er vanskelig å detektere horisonter ved hjelp av pulsede radarmålinger. Dersom OWC har forflyttet seg i tiden mellom målingene kan man ved hjelp av subtraksjon av målingene detektere denne endringen, og anslå posisjonen av

OWC.

Radaren i brønnen

Figur 2 viser en prinsippskisse av en mulig utførelse av oppfinnelsen, med senderantenner 2 og mottakerantenner 8 anordnet ved et produksjonsrør 4. Dersom produksjonsrøret 4 er metallisk og elektrisk ledende, noe som er den aktuelle situasjon, må antennene 2 og 8 anordnes i ringrommet mellom produksjonsrøret 4 og den geologiske formasjonen 9. I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen vil antennene 2 og 8 være støpt inn i ringrommet i produksjonssonen i formasjonen 9, slik at de er absolutt fiksert i posisjon og stilling. Denne absolutte fikseringen av posisjon og stilling medfører måle- og analysefordeler som ikke foreligger i den kjente teknikk.

Den fikserte monteringen kan utføres på flere måter: Antennen kan være fast anordnet på utsiden av rørstrengen 4, og støpes fast i formasjonen ved hjelp av sement. I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen vist i figur 6b er senderantenner 2 og mottakerantenner 8 anordet i enhetlige rørstrengsantennemoduler 4' som kan skrues sammen og som virker som ordinære komponenter i en rørstreng 4 i en produksjonsbrønnkomplettering.

En foretrukket utførelse ifølge denne oppfinnelsen vil anvendes i en tilnærmet horisontal brønn 1 i en geologisk formasjon 9 som vist i figur 1. Figur 2 viser en anordning for detektering av elektriske egenskaper omfattende minst én senderantenne 2 for utsendelse av elektromagnetiske bølger 26, montert ved en rørstreng 4, hvor senderantennen 2 er innrettet for fiksert montering i forhold til den geologiske formasjonen 9, minst én, fortrinnsvis flere mottakerantenner 8 for de reflekterte elektromagnetiske bølger 26, ved fortrinnsvis den samme rørstrengen 4, hvor mottakerantennene 8 er innrettet for fiksert montering i forhold til den geologiske formasjonen 9. Mottakerantennene 8 må anordnes så nær senderantennene 2 at de under de rådende omgivende resistiviteter kan motta reflekterte elektromagnetiske bølger. Antennenes fikserte anbringelse ved den geologiske formasjon vil normalt skje ved innstøping, noe som medfører at eventuell fluidstrøm mellom antennen og formasjonen bringes til opphør, og at brønnstrømmen således eventuelt må finne sted inne i brønnrøret. Ved at brønnstrømmen mellom antennen og den geologiske formasjon bringes til opphør vil ikke endrende elektromagnetiske egenskaper ved fluidet i brønnstrømmen kunne forstyrre de utsendte eller mottatte elektromagnetiske signalene. I figur 2 (og 8) er det av hensyn til tegningenes lesbarhet ikke indikert at antennen og røret kan være helt eller stedvis innstøpt langs brønnen.

En retningsfølsom antennegruppe 8' omfattende tre eller flere mottakerantenner 8 er i en foretrukket utførelse anordnet omkring rørstrengens 4 akse og i det vesentlige ved den samme posisjon langs rørstrengen 4, innrettet til å detektere de reflekterte elektromagnetiske bølgers 26 og deres reflektorers retning i forhold til rørstrengens 4 akse. Slike retningsfølsomme antennegrupper 8 er vist ved to grupper av dipolantenner 8, med en antennegruppe 8' anordnet på hver side av den viste senderantennen 2. På denne måten kan reflekterte elektromagnetiske bølger mottatt ved flere mottakerantenner 8 ved hver enkelt antennegruppe 8' kombineres for å beregne en retning a for reflektoren-i planet P som ligger normalt på rørstrengens 4 akse gjennom antennegruppen 8'. Dette er skissert i figur 2. Kombinasjonen av signalene kan skje via fysisk sammenkobling av antenne-signaler for å oppnå differanser, eller kombinasjoner kan foretas digitalt etter registring av bølgene. Faseforskjeller mellom de innkommende signaler kan også utnyttes for å finne vinkelen a. En vinkel P i forhold til normalplanet P kan beregnes ved å kombinere reflekterte elektromagnetiske signaler mottatt ved minst to mottakerantenner 8 anordnet ved hver sin avstand fra senderantennen, regnet langs rørstrengen 4, og fortrinnsvis på hver sin side av senderantennen 2. Vinklene a og p bestemmer entydig en reflektors retning. En reflektors avstand kan bestemmes ved å estimere toveis gangtid for en elektromagnetisk puls. På denne måten kan en reflektors posisjon beregnes i forhold til rørstrengen 4 og dens senderantenner 2 og mottakerantenner 8.

På samme måte er det fordelaktig med en utførelse med en senderantennegruppe 2' omfattende to eller flere senderantenner 2 anordnet omkring rørstrengens 4 akse og i det vesentlige ved den samme posisjon langs rørstrengen 4, innrettet til å sende ut elektromagnetiske bølger hovedsakelig i en valgt retning i forhold til rørstrengens 4 akse. Figur 6a viser en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er senderantenner 2 og mottakerantenner 8 kombinert i én rørstrengsantennemodul 4' omfattende en senderantennegruppe 2<1> med minst to senderantenner 2 anordnet ved en første posisjon langs rørstrengsantennemodulen 4', og minst en retningsfølsom gruppe 8' med minst tre mottakerantenner 8 anordnet ved en andre posisjon langs rørstrengsantennemodulen 4'. I den mest foretrukne utførelse av rørstrengs-antennemodulen 4' omfatter den en senderantennegruppe 2' med fortrinnsvis to dipol-senderantenner 2 anordnet på hver sin side av rørstrengen 4 ved en første posisjon langs rørstrengsantennemodulen 4', en første retningsfølsom gruppe 8' med fortrinnsvis fire dipol-mottakerantenner (8) anordnet med jevn vinkelavstand omkring rørstrengen 4 ved en andre posisjon langs rørstrengsantennemodulen 4', og en andre retningsfølsom gruppe 8' med fortrinnsvis fire dipol-mottakerantenner 8 anordnet på samme måte ved en tredje posisjon langs rørstrengsantennemodulen 4', fortrinnsvis på motsatt side av senderantennegruppen 2' i forhold til den første retningsfølsomme gruppe 8'. Figur 6b viser et perspektivriss av rørstrengsantenne-modulen 4'. Det indre mål vil i den foretrukne utførelsen være 4,9" og det metalliske røret 15 vil ha en diameter på. 7". Kjeramiske isolatorer 6 er anordnet utenpå den metalliske overflaten av røret 15. De kjeramiske isolatorene 6 danner underlag for henholdsvis senderantenner 2 og mottakerantenner 8. I en foretrukket utførelse kan isolatorene være nedfelt i et sylinderformet spor i det metalliske røret 15. Hele sideflaten av rørstrengantennemodulen 4' er dekket av en ikke-ledende kappe for å DC-isolere det elektriske utstyret fra brønnen 1 og den geologiske formasjonen 9. Sentraliser-ingsutstyr er også anordnet utenpå hver enkelt rørstrengs-antennemodul 4'. I en foretrukket utførelse er den ytre diameter for hver sentraliserer 9". Dette utelukker ikke andre mål på rørstrengsantennemodulen 4'. Elektriske ledninger 7 er anordnet for energiforsyning og kommunikasjon langs rørstrengsantennemodulen 4', med midler for elektrisk sammenkobling mellom to eller flere rørstrengsantennemoduler 4' innbyrdes og også utstyr annetsteds, for eksempel ved overflaten.

Rørstrengsantennemodulen 4' vil vanligvis utgjøre en del av en rekke like moduler 4', sammen med andre modulære deler av et produksjonsrør i en brønnkompletteringsstreng. Rørstrengsantennemodulen er innrettet til å fortrinnsvis støpes fast i brønnen. Modulen 4' og de elektriske ledningene 7 må merkes, f.eks. magnetisk, slik at de ikke skytes i stykker under perforeringen av produksjonsrøret.

En elektronikksammenstilling 20 som omfatter nødvendig utstyr for å drive radaren består av en signalgenerator 22 for generering av elektromagnetiske signaler 25 til senderantennen 2, innretninger 80 for mottakelse av signaler (85i, 852/.., 85n) indusert i hver av mottakerantennene (81,82,.., 8n) , signalbehandlingsinnretninger 82 for behandling av de mottatte signaler (85i, 852,.., 85n) , og kommunikasjons- og styringsinnretninger 100 for utsendelse av signaler 105 som representerer de elektriske signaler (85i, 852,.., 85n) , og for mottakelse av styresignaler 205. Styresignalene 205 og energiforsyning kan i en foretrukket utførelse skje fra en kommunikasjonsinnretning 200 ved overflaten, via de elektriske ledningene 7.

I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen befinner elektronikksammenstillingen 20 seg i umiddelbar nærhet av antennene 2, 8. I en ytterligere foretrukket utførelse skissert ved diagrammet i figur 7 omfatter rørstrengs-antennemodulen 4' elektronikksammenstillingen 20, og elektronikksammenstillingen 20 omfatter en også en adresse-enhet 55, en akkumulator- og ladeenhet 56, et minne 54 og en hvilemodus-enhet 57. Signalbehandlingsinnretningene 82 kan være innrettet til nedihulls prosessering av måledata. I den foretrukne utførelsen vil hver rørstrengsantennemodul 4' være adresserbar og selektivt aktiverbar fra kommunikasjons-innretningen 200. Akkumulator- og ladeenheten 56 kan samle energi nok til at tilstrekkelig energi kan sendes ut i de geologiske formasjonene fra senderantennene 2 slik at mottakerantennene 8 kan registrere signaler fra reflektorer. På grunn av effektbegrensninger på energi- og kommunikasjons-ledningene 7 anvendes hvilemodus-enheten 57 til å aktivisere forskjellige adresserbare elektronikksammenstillinger 20 med tilhørende antenner 2,8 til hver sin tid, både med hensyn til lading, utsendelse og prosessering.

I en foretrukket utførelse vil signalgeneratoren 22 for generering av elektriske signaler 25 til senderantennen 2 være innrettet til genererering av koherente kontinuerlige elektromagnetiske bølger 26 fra senderantennen 2. Dermed kan man unngå dispersjon av utsendte elektromagnetiske signal på grunn av varierende gruppehastighet som funksjon av frekvensen. I en ytterligere foretrukket utførelse er signalgeneratoren 22 er innrettet til generering av elektriske signaler 25 til senderantennen 2 for utsendelse av koherente kontinuerlige elektromagnetiske bølger ved et antall i forskjellige frekvenser fi, £2, ..., fi fra senderantennen 2.

Det er nødvendig med en impedansreguleringsinnretning 23 (ikke vist) innrettet til å tilpasse sender.antennens 2 impedans til maksimal energiutsendelse til den geologiske formasjonen 9 ved hver av de enkelte diskrete utsendte frekvenser fi, f2, ..., fi. Denne impedansregulerings-innretningen 23 kan være elektroniske svitsjer i selve dipolantennene 2. De elektroniske svitsjer justerer dipolantennenes 2 fysiske lengde. Alternativt, eller som et supplement til svitsjer på antennene kan det foretas tuning av resonanskretsenes kapasitans ved tilbakekobling.

På tilsvarende måte er det i den foretrukne utførelse anordnet en impedansreguleringsinnretning 83 (ikke vist) innrettet til å tilpasse mottakerantennens 8 impedans til hver av de enkelte diskrete utsendte frekvenser flr f2, ..., f i. Således har senderantennene 2 og mottakerantennene med tilhørende impedansreguleringsinnretning 23, 83 svært lik oppbygning.

For å unngå direktekobling mellom senderantennen 2 og mottakerantennen 8 kan det anordnes kanselleringsinnretninger 28 innrettet for kansellering av direktebølger eller direktekoblede signal mellom senderantennen 2 og mottakerantennen 8. Differensialkobling mellom mottakerantenner 8, eventuelt en dempet differensialkobling mellom en del av spenningssignalet 25 til senderantennen 2 og mottakerantennen 8 er en mulig løsning for å kansellere det utsendte signal fra mottakerantennen 8, spesielt ved utsendelse av koherente kontinuerlige elektromagnetiske bølger 26.

Ved utsendelse av pulsede signaler kan kansellering av direktebølger eller direktekoblede signal mellom senderantennen 2 foretas ved hjelp av utsatt sampling ved mottakerantennen 8 inntil direktebølgen har passert.

Styringsinnretningen 200 kan befinne seg fortrinnsvis ved havbunnen eller jordens overflate, eller ved et hvilket som helst annet sted.

Signalbehandlingsinnretningene 82 for behandling av de mottatte signalene (85i, 852,.., 85n) , omfatter kretser eller midler innrettet til å danne minst ett diskret Fourier-f rekvensspektrum av minst to av parametrene amplitude A (co), fase f (co) , amplitude av realdelen Re (co), amplitude av imaginærdelen Im (co), hvor co omfatter i det vesentlige de frekvenser (flf f2, fi) som ble utsendt fra senderantennen 2.

I en alternativ utførelse kan signalgeneratoren 22 være innrettet til generering av pulsede elektriske signaler 25 til senderantennen 2 slik som i den kjente teknikk.

Radaren skal anvendes til å detektere gradienten i resistivitet representert ved OWC som befinner seg under den tilnærmet horisontale brønnen. På grunn av sedimentologiske prosesser er de kjemiske og fysiske parametre (mineral-sammensetning, tetthet, resistivitet, permeabilitet) langs avsatte lag mer konstante enn på tvers av lagene. Derfor representerer resistivitetsloggene vist i figur 5 fra de vertikale brønnene typiske resistivitetsvariasjoner som kan eksistere mellom den horisontale brønnen og OWC under brønnen.

I en produserende vertikal brønn vil OWC på grunn av trykk- og strømningsforholdene kunne danne en tilnærmet vertikal konformet flate omkring produksjonsbrønnen.

Vann i slike dype formasjoner er som regel sterkere elektrisk ledende, med resistivitet under 1 Qm.

Foreliggende oppfinnelse anvendes i en foretrukket utførelse inne i oljesonen i reservoarbergarten. Resistiviteten i oljesonen kan være mellom 150 og 1000 Sm. Senderantennene og mottakerantennene for radarbølgene plasseres utenpå den metalliske borehullsstrengen, som i en foretrukket utførelse utgjøres av et produksjonsrør, men som i en alternativ utførelse utgjøres av et foringsrør, vanligvis av metall. Det er også mulig å anordne sender- og mottakerantennene inne i foringsrør eller produksjonsrør dersom disse rørene er utført i ikke-ledende materialer, for eksempel komposittmaterialer.

Rørstrengen 4 kan omfatte et produksjonsrør eller et foringsrør (eng.:"casing") eller tilsvarende. Mottakerantennene 8 og senderantennen 2 befinner seg utenfor overflaten av de metalliske deler av rørstrengen 4. Dersom rørstrengen 4 er laget av komposittmaterialer som ikke omfatter metall eller andre elektrisk ledende materialer, kan antennene 8 og 2 befinne seg inne i eller inne i veggen av rørstrengen 4.

Det er også mulig å fiksere antennene 2 og 8 på andre måter enn ved innstøping. For eksempel kan borehullsradaren med antennene 2 og 8 være tilbaketrekkbar og utstyrt med styrespor / ledefjær slik at den kan reinsettes i nøyaktig samme posisjon og stilling i produksjonssonen ved et senere tidspunkt etter den første radardetektering.

Claims (20)

1. Anordning for detektering av elektriske egenskaper i en geologisk formasjon (9) via en brønn (1), karakterisert ved(a) minst én senderantenne (2) for utsendelse av elektromagnetiske bølger (26), montert ved en rørstreng (4), hvor senderantennen (2) er innrettet for fiksert, permanent og uskjermet anbringelse i forhold til den geologiske formasjonen (9), (b) minst én, fortrinnsvis flere mottakerantenner (8) for de reflekterte elektromagnetiske bølger (26) , ved fortrinnsvis den samme rørstrengen (4), hvor mottakerantennene (8) er innrettet for fiksert, permanent og uskjermet anbringelse i forhold til den geologiske formasjonen (9).

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved en retningsfølsom antennegruppe (8<1>) omfattende tre eller flere mottakerantenner (8) anordnet omkring rørstrengens (4) akse og i det vesentlige ved den samme posisjon langs rørstrengen (4), innrettet til å detektere de reflekterte elektromagnetiske bølgers (26) og deres reflektorers retning i forhold til rørstrengens (4) akse.

3. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved en senderantennegruppe (2') omfattende to eller flere senderantenner (2) anordnet omkring rørstrengens (4) akse og i det vesentlige ved den samme posisjon langs rørstrengen (4), innrettet til å sende ut elektromagnetiske bølger hovedsakelig i en valgt retning i forhold til rørstrengens (4) akse.

4. Anordning ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved én rørstrengsantennemodul (4') omfattende en senderantennegruppe (2') med minst to senderantenner (2) anordnet ved en første posisjon langs rørstrengs-antennemodulen (4')/ og minst en retningsfølsom gruppe (8<1>) med minst tre mottakerantenner (8) anordnet ved en andre posisjon langs rørstrengsantennemodulen (4').

5. Anordning ifølge krav 4, karakterisert ved at rørstrengsantennemodulen (4') omfatter en senderantennegruppe (2') med fortrinnsvis to dipol-senderantenner (2) anordnet hver på sin side av rørstrengs-antennemodulen (4') ved en første posisjon langs rørstrengs-antennemodulen (4 ' ) , en første retningsfølsom gruppe (8') med fortrinnsvis fire dipol-mottakerantenner (8) anordnet med jevn vinkelavstand omkring rørstrengsantennemodulen (4') ved en andre posisjon langs rørstrengsantennemodulen (4'), en andre retningsfølsom gruppe (8') med fortrinnsvis fire dipol-mottakerantenner (8) anordnet med jevn vinkelavstand omkring rørstrengsantennemodulen (4') ved en tredje posisjon langs rørstrengsantennemodulen (4'), fortrinnsvis på motsatt side av senderantennegruppen (2') i forhold til den første retningsfølsomme gruppen (8<1>)-

6. Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved en elektronikksammenstilling (20) som omfatter: en signalgenerator (22) for generering av elektromagnetiske signaler (25) til senderantennen (2), innretninger (80) for mottakelse av signaler (85i>852,.., 85n) indusert i hver av mottakerantennene (81,82,.., 8n) , signalbehandlingsinnretninger (82) for behandling av de mottatte signaler (85i, 852,.., 85n) , kommunikasjonsinnretninger (100) for utsendelse av signaler (105) som representerer de elektriske signaler (85i, 852,.., 85n) , og for mottakelse av styresignaler (205).

7. Anordning ifølge ett av kravene 1-6, karakterisert ved at signalgeneratoren (22) for generering av elektriske signaler (25) til senderantennen (2) er innrettet til genererering av koherente kontinuerlige elektromagnetiske bølger (26) fra senderantennen (2).

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at signalgeneratoren (22) er innrettet til generering av elektriske signaler (25) til senderantennen for utsendelse av koherente kontinuerlige elektromagnetiske bølger ved et antall i forskjellige frekvenser flr f2, ..., fi .f ra senderantennen (2).

9. Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved en impedansreguleringsinnretning (23) innrettet til å tilpasse senderantennens (2) impedans til hver av de enkelte diskrete utsendte frekvenser fi, f2, ..., fi / for maksimal effektutsendelse til den geologiske formasjonen (9).

10. Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved en impedansreguleringsinnretning (83) innrettet til å tilpasse mottakerantennens (8) impedans til hver av de enkelte diskrete utsendte frekvenser fi, f2, ..., fi.

11. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved kanselleringsinnretninger (28) innrettet for kansellering av direktebølger eller direktekoblede signal mellom senderantennen (2) og mottakerantennen (8) .

12. Anordning ifølge krav 11, karakterisert ved differensialkobling mellom mottakerantenner (8), eventuelt differensialkobling mellom senderantennen (2) og mottakerantennen (8) .

13. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at elektronikksammenstillingen (20) befinner seg i umiddelbar nærhet av antennene (2, 8).

14. Anordning ifølge krav 5 og 13, karakterisert ved rørstrengsantennemodulen (4') omfatter elektronikksammenstillingen (20) .

15. Anordning ifølge krav 13 eller 14, karakterisert ved at elektronikksammenstillingen (20) ytterligere omfatter en adresse-enhet (55), en akkumulator- og ladeenhet (56), et minne (54) og en hvilemodus-enhet (57) .

16. Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved. en fortrinnsvis elektrisk energiforsynings- og kommunikasjonslinje (7) anordnet mellom kommunikasjonsenheten (100) i elektronikksammenstillingen (20) og styringsinn-retning (200).

17. Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at styringsinnretningen (200) befinner seg ved havbunnen eller jordens overflate.

18. Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at signalbehandlingsinnretningene (82) for behandling av de mottatte signalene (85i, 852,.., 85n) , er.innrettet til å danne minst ett diskret Fourierfrekvensspektrum av minst to av parametrene amplitude A (co), fase f (co), amplitude av realdelen Re (co) , amplitude av imaginærdelen Im (co), hvor co omfatter i det vesentlige de frekvenser (fi, f2, .../ fi) som ble utsendt fra senderantennen (2).

19. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved at signalgeneratoren (22) genererer pulsede elektriske signaler (25) til senderantennen (2).

20. Anordning ifølge krav 11 og 17, karakterisert ved kansellering av direktebølger eller direktekoblede signal mellom senderantennen (2) ved hjelp av utsatt sampling ved mottakerantennen (8).