NO327488B1

NO327488B1 - Fremgangsmate og anordning for nedihullslogging

Info

Publication number: NO327488B1
Application number: NO20014496A
Authority: NO
Inventors: William Peter Stuart-Bruges; John William Aidan Millar; Richard Hedley Clarke
Original assignee: Sondex Ltd
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2009-07-13
Also published as: US6842697B1; CA2367010C; EP1171784B1; CA2367010A1; NO20014496L; GB9906096D0; WO2000055651A1; ATE363082T1; DE60034936D1; EP1171784A1; NO20014496D0

Description

FREMGANGSMÅTE OG ANORDNING FOR NEDIHULLSLOGGING

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en anordning for måling av egenskapene hos bergarter under overflaten, fra et verktøy som senkes ned i et borehull. Den ved-rører spesielt en fremgangsmåte og en anordning for måling av slike egenskaper som den elektrokinetiske koeffisients re-sponstid og amplitude, porøsitet og permeabilitet i fluidhol-dige, porøse bergarter.

Måling av permeabilitet i bergarter som omgir et borehull, er viktig når det gjelder å vurdere beliggenheten til vann-eller oljereserver, blant annet mengden av og kvaliteten på reservoarbergarten. Eksisterende fremgangsmåter er ikke i stand til med noen større nøyaktighet å måle permeabiliteten i en porøs bergart direkte fra et borehullsverktøy.

I tillegg til nytten når det gjelder å vurdere kvaliteten eller mengden av vann- eller oljereservoarer, er en bergarts permeabilitet meget viktig når det gjelder å bestemme ved hvilken hastighet og til hvilken pris disse fluider kan pro-duseres fra borehull.

Amerikansk patent 4 427 944 beskriver en fremgangsmåte og innretning for å undersøke permeabiliteten i jordformasjoner som krysses av et borehull, hvor en kilde til mekanisk magnetisering plasseres i kontakt med overflaten av et borehull og aktiveres til magnetisering av formasjonen og produserer et elektrokinetisk potensial i formasjonen, hvilket potensial detekteres i borehullet, måles og benyttes for å beregne permeabiliteten.

PCT publikasjon WO 97/14980 beskriver en fremgangsmåte for

å måle egenskapene hos bergarter som omgir et borehull, i hvilken det i borehullet genereres en seismisk puls som forplanter seg utover fra borehullet for å produsere elektrokinetiske signaler, hvilke påvises i borehullet og benyttes for å måle egenskapene hos den omgivende bergart. I denne søknad går den seismiske puls utover i alle retninger, og det er funnet at dette gir bedre resultater enn ensrettet forplant-ning av den seismiske puls som beskrevet i amerikansk patent 4 427 944.

Amerikansk paterit US 5 689 068 beskriver elektrokinetisk log-ging ved hjelp av to kilder.

Britisk patentsøknad GB 2 318 185 beskriver fremgangsmåter og en innretning for seismisk undersøkelse av jordskorpelag som grenser opp til et borehull. Et arrangement av geofoner senkes ned i borehullet og festes til borehullsveggen med inn-byrdes lik vinkelavstand i et plan langs borehullets omkrets.

Nærværende søkere har kommet opp med en forbedret fremgangsmåte for nedihullslogging.

Ifølge oppfinnelsen er det fremskaffet en fremgangsmåte ifølge krav 1.

Det seismiske signal genereres ved frembringelse av et seismisk eller akustisk sjokk nede i borehullet, hvilket sjokk sprer et seismisk signal inn i den omgivende bergart.

Fordelingen av det seismiske signal kan varieres i tre dimensjoner, slik at det kan varieres asimutmessig i forhold til kilden til det seismiske sjokk i borehullet og kan roteres radialt om en sirkel med kilden midt i sirkelen, eller fordelingen av det seismiske signal kan varieres i en hvilken som helst retning gjennom en kombinasjon av disse to modi.

Retningen til det seismiske signal kan varieres mekanisk ved fysisk å dreie kilden, for eksempel kan en i det vesentlige ensrettet seismisk kilde roteres slik at retningen til det seismiske signal roteres, og den kan beveges slik at retningen til det seismiske signal beveges opp og ned. Alternativt kan det seismiske signal spres på rundtstrålende vis, og et skjold med en åpning eller et "vindu" kan plasseres rundt kilden, slik at det seismiske signal forplanter seg gjennom vinduet. Flytting av vinduet, f.eks. ved å rotere skjoldet, vil bevirke en endring i retningen til det seismiske signal.

Retningen til det seismiske signal endres ved hjelp av bølge-samvirkning eller -vekselvirkning mellom to eller flere kilder som virker sammen for å produsere et seismisk signal som fokuseres i en bestemt retning eller på et bestemt sted, slik at man ved å variere frekvensen, amplituden og/eller fasene til kildene til det seismiske sjokk kan endre romfordelingen, retningen og beliggenheten for det utgående seismiske signal.

Overlagringen, den konstruktive samvirkning og kombinasjonen av bølgefronter for å produsere en romlig fokusert bølge er kjent, og beregningene og styringene som trengs for å frem-bringe en spesielt fokusert bølge, er kjent.

I en utførelse av den foreliggende oppfinnelse er to eller flere separate kilder til det seismiske sjokk anbrakt med av-stand til hverandre, og det er innretninger for å variere amplituden, frekvensen og/eller fasen hver for seg. Kilden til det seismiske sjokk sprer fortrinnsvis et seismisk sjokk i stort sett alle retninger, slik at retningen til det kombi-

nerte signal kan varieres i tre dimensjoner.

Kilden til det seismiske sjokk er fortrinnsvis ikke i berør-ing med borehullsveggen, men plassert i det vesentlige sentralt i borehullet.

Hvert av de seismiske signaler spres fortrinnsvis radialt utover i alle retninger gjennom borehullsfluidet (fluidet i borehullet, f.eks. boreslam etc), og avhengig av forvrengning gjennom borehullsveggen og variasjoner i bergarten, forplanter det seismiske signal seg utover i alle retninger på et i det vesentlige enhetlig vis. Det er kombinasjonen av to eller flere seismiske signaler som styrer det samlede seismiske signal som genereres, og gjør det mulig å endre retningen .

Det elektriske signal som genereres i den omgivende bergart, mottas og detekteres ved verktøyet i borehullet fra i det vesentlige det valgte sted eller retning.

Denne oppfinnelse tilveiebringer også en anordning i henhold til krav 7.

Anordningen for generering av de seismiske signaler genererer fortrinnsvis en rekke trykkpulser eller mer fortrinnsvis en kontinuerlig trykksvingning ved én eller flere endelige frekvenser. Den kan bestå av en mekanisk svingningsinnretning, en elektromagnetisk innretning, en gnistkilde, en spreng-kilde, et hydraulisk eller elektrisk betjent luftgevær eller en hvilken som helst annen slik tradisjonell, akustisk kilde innrettet for bruk på et borehullsverktøy, men fortrinnsvis bør den være en magnetostriktiv eller piezoelektrisk omformer hvis signal kan styres elektrisk. Uttrykket "seismisk puls" kan innbefatte en puls som kan refereres til som en akustisk eller lydpuls.

En foretrukket anordning for å gjøre det mulig å generere de seismiske signaler i radialretningen omfatter et sylinderfor-met kammer med huller i siden, hvilket kammer når det er nede i borehullet, vil være fullt av borefluid med sidene av kammeret nær sidene av borehullet, idet det forefinnes en anordning for å overføre et sjokk eller en anvendt kraft til fluidet i kammeret for å forårsake overføring av sjokket gjennom fluidet i kammeret, gjennom hullene og inn i den omgivende bergart. Hullene bør stort sett være jevnt fordelt rundt huset, slik at sjokket overføres i alle retninger. Sjokket eller kraften oppnås ved hjelp av en hvilken som helst av an-ordningene beskrevet ovenfor.

De elektriske signaler kan detekteres ved hjelp av et par elektroder plassert i borehullet nær borehullsveggen eller alternativt en spolemottaker montert på verktøyet eller fortrinnsvis et elektrodepar eller kort dipolantenne montert på verktøyet rettet inn sentralt i-borehullet. I utstyret ifølge den foreliggende oppfinnelse er det hensiktsmessig å bruke én eller to elektriske mottakere plassert over og under de akustiske kilder, i tilfellet av dipolantenner fortrinnsvis rettet inn vertikalt eller horisontalt over og under kilden, og i tilfelle av spolene med spoleplanet rettet inn vertikalt eller horisontalt midt i borehullet.

Den elektriske mottaker består fortrinnsvis av ett eller to par elektroder som danner en kort dipolantenne med elektrisk isolerte ender eller to spoler med elektrisk isolerte led-ninger. Endene for hvert par er fortrinnsvis koplet til en forsterker som forsterker signalene, samtidig som de holdes elektrisk isolert. Dette gjøres ved å henvise hver endes potensial hver for seg til et flytende referansepotensial. Signalene blir fortrinnsvis forsterket og omformet til digital form før de kommuniseres (f.eks. gjennom en ledning) til

overflaten for registrering og behandling.

Anordningen for deteksjon av de elektriske signaler sammen-ligner fortrinnsvis potensialet ved endene i dipolantenne-tilfellet, eller den måler styrken i det elektriske felt i spole-tilfellet. Potensialet i endene av dipolantennen i det ene tilfelle eller i spolen i det andre, sammenlignes ved å kople dem til en forsterker hvor potensialene fortrinnsvis refereres til en ikke-jordet referanse (virtuell jord), og disse nye potensialer forsterkes og sammenlignes. En slik prosedyre muliggjør forsterkning med meget liten forvrengning av potensialet som skal måles, og med en stor grad av fellesmodus-dempning av støy, og er overlegen andre tradisjonelle forsterkningsmetoder. Det ikke-jordete referansepotensial hører fortrinnsvis til en felles ledning i de elektroniske kretser for forsterkning og datafangst i mottakeren, og er ikke direkte koplet til jord.

Det er fortrinnsvis sørget for isolering og avstemming av signalene fra hver av elektrodene eller spolene før de når forsterkningskretsen, for å gi maksimum fellesmodus-dempning av elektromagnetisk støy. Denne avstemmingen kan oppnås manu-elt før kjøring i et gitt borehull for å kompensere for variasjoner i elektrodeytelsen i et gitt hull eller ved hjelp av en dertil egnet elektronisk krets som gir kontinuerlig feed-back, hvorved stadige justeringer kan gjøres.

Hver seismiske kilde sender fortrinnsvis kontinuerlig ut lyd samtidig på minst to endelige frekvenser, hvor den resulte-rende svingning er summen av de ulike sinusformede trykk-svingninger. Dersom det benyttes to frekvenser, er disse frekvenser fortrinnsvis på mellom 5 Hz og 100 kHz, f.eks. omkring 1 kHz og 10 kHz. Ved å variere og kombinere disse signaler kan retningen til det kombinerte signal varieres.

De forsterkede elektriske signaler demoduleres fortrinnsvis i forhold til kildefrekvensene, og amplituden og fasen i forhold til kilden avsøkes ved en frekvens på ca. 1-100 Hz pr. kanal og omformes fra analog til digital form med 12- eller 16-bits nøyaktighet. Digitale data som sendes til overflaten registreres som en datafil og kan deretter behandles.

Amplituden og responsen til den elektrokinetiske respons på en akustisk puls har vist seg å ha nær forbindelse med hen-holdsvis målbergartens elektrokinetiske koeffisient og permeabilitet. For en akustisk svingning ved en kjent frekvens er amplituden og fasen til den elektriske respons i forhold til kilden en funksjon av både elektrokinetisk koeffisient og permeabilitet. Imidlertid gjør målinger av responsamplitude ved to frekvenser det mulig å måle hver av disse egenskapene hos bergarten hver for seg. Etter behandling kan det fremleg-ges en logg som viser bergartens permeabilitet, elektrokinetiske koeffisient, elektriske ledningsevne og porøsitet. Alternativt kan permeabilitet og porøsitet utledes fra amplituden og fasen til den elektrokinetiske respons ved en enkelt frekvens, dersom disse måles.

Det formenes at fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse gjør bruk av en elektrokinetisk effekt hvor den seismiske bølge genereres ved hjelp av den seismiske kilde og, idet den passerer gjennom grenseflaten mellom borehullet og den omgivende porøse bergart og gjennom grenseflater inne i bergarten, ved hvilke grenseflater fluidegenskapene endrer seg, stimulerer elektriske signaler som detekteres ved mot-takselektrodene eller -spolene. De seismiske svingninger i den1porøse bergart skaper fluidstrømninger i bergarten, og ettersom kationer og anioner setter seg fast på kapillarveg-ger med ulik kraft, utvikles som et resultat en elektrisk dipol i bergarten. Denne elektriske dipol forvrenger det kvasistatiske elektriske felt i det lett ledende medium som bergarten utgjør, og denne forvrengning forplanter seg til-bake til verktøyet, hvor den måles.

Oppfinnelsen anskueliggjøres i den medfølgende tegning,

som skjematisk viser en utførelse av oppfinnelsen.

Idet det henvises til tegningen, senkes et verktøy (2) ned i et borehull (1), idet verktøyet (2) inneholder to uavhengige seismiske kilder (3) og (4) som kan generere et seismisk signal radialt i alle retninger. Det finnes elektroder (5) og (6) koplet til en forsterker og en datamaskin som kan regist-rere og tolke de mottatte signaler.

De seismiske kilder (3) og (4) er fjernstyrte, slik at amplituden, frekvensen og/eller fasen til det sjokk de genererer, kan varieres hver for seg.

Ved bruk senkes verktøyet (2) ned i hullet, og de seismiske kilder (3) og (4) betjenes slik at de genererer seismiske bølgefronter vist ved hjelp av (7) og (8) i den omgivende bergformasjon. Disse bølgefronter vil generere et interfe-rensbilde i bergformasjonen for å produsere en fokusert bølge, og et seismisk signal vil bli generert, hvilket signal avhenger av kombinasjonen, dvs. fokuseringsstedet, av de to bølgefronter på ethvert sted. Ved å variere amplituden, frekvensen og/eller fasene til kildene (3) og (4), kan retningen og styrken av signalet som skapes ved kombinasjon av signalene fra (3) og (4), styres og varieres i tre dimensjoner.

Elektrodene (5) og (6) mottar det elektrokinetiske signal som genereres av dette kombinerte seismiske signal, og dette sendes til en forsterker og datamaskinen for analyse og registrering .

Claims

1. Fremgangsmåte for måling av egenskapene hos en formasjon som krysses av et borehull (1), i hvilken fremgangsmåte et rettet seismisk signal genereres nede i borehullet og spres inn i den omgivende formasjon, og et elektrokinetisk signal generert av det seismiske signal detekteres ved hjelp av en deteksjonsanordning (5, 6), og i hvilken romfordelingen av det utgående seismiske signal justeres slik at de elektrokinetiske signaler genereres fra ulike soner rundt kilden til det seismiske eller akustiske signal, karakterisert ved at retningen til det seismiske signal endres gjennom bølgesamvirkning eller bølgevekselvirkning mellom to eller flere kilder som virker sammen for å produsere et seismisk signal som fokuseres i en bestemt retning eller mot et bestemt sted, og ved å variere frekvensen, amplituden og/eller fasene til det seismiske sjokks kilder, endres romfordelingen, retningen og stedet for det utgående seismiske signal.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at retningen til det seismiske signal varieres i tre dimensjoner asimutmessig i forhold til kilden til det seismiske sjokk i borehullet.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at retningen til det seismiske sjokk roteres radialt om en sirkel med kilden til det seismiske sjokk midt i sirkelen.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at en i det vesentlige ensrettet seismisk kilde roteres slik at retningen til det seismiske signal roteres og beveges slik at retningen til det seismiske signal beveger seg opp og ned.

5. Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av krav 1 til 4, karakterisert ved at kilden til det seismiske sjokk i det vesentlige er plassert sentralt i borehullet og ikke er i berøring med borehullsveggen.

6. Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av krav 1 til 5, karakterisert ved at det seismiske signal genereres mens kilden til det seismiske signal senkes ned i eller heves opp fra borehullet, for å gi en kontinuerlig eller halvkontinuerlig måling av bergarten langs borehullet.

7. Anordning for måling av egenskapene hos bergarter som omgir et borehull, hvilken anordning omfatter et hus tilpasset for nedsenking i et borehull, i hvilket hus det befinner seg en seismisk anordning for generering av seismiske signaler, hvor den seismiske anordning omfatter en anordning (3, 4) for variasjon av retningen til det seismiske signal, og til hvilken det er knyttet en anordning (5, 6) tilpasset for deteksjon av elektriske signaler som genereres i bergarten som omgir borehullet, gjennom effekten av et seismisk sjokk generert ved hjelp av den seismisk anordning, hvor anordningen (3, 4) for generering av de seismiske signaler genererer en rekke trykkpulser eller en kontinuerlig trykksvingning, karakterisert ved at retningen til det seismiske signal endres gjennom bølgesamvirkning eller bølgevekselvirkning mellom to eller flere kilder som virker sammen for å produsere et seismisk signal som fokuseres i en bestemt retning eller mot et bestemt sted, og ved å variere frekvensen, amplituden og/eller fasene til det seismiske sjokks kilder, endres romfordelingen, retningen og stedet for det utgående seismiske signal.

8. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at den omfatter en innretning for fysisk å dreie kilden for å variere retningen til det seismiske signal.