NO327830B1 - Anordning og fremgangsmate for maling og overvaking av resistiviteten i et petroleumsreservoar - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen er en anordning for måling og. overvåking av resistivitet i et petroleumsreservoar i en geologisk formasjon med en injeksjons-, observasjons-eller produksjonsbrønn omfattende et elektrisk ledende metallisk brønnrør, hvor det nye og oppfinneriske er kjennetegnet ved følgende trekk:. a) en elektrisk energikilde; b) minst en induktiv senderantenne for elektromagnetiske bølger, fiksert anordnet i brønnen, utenfor brønnrørets ytterste metalliske overflate; c) minst en sensorrekke omfattende n induktive resistivitetssensorer (5a, 5b,5n) innrettet for mottakelse av de elektromagnetiske bølger og generering av målesignaler, fiksert anordnet i brønnen, ved petroleumsreservoaret og utenfor brønnrørets ytterste metalliske overflate; og d) en signalleder for målesignalene.

Description

Oppfinnelsens fagområde

Denne oppfinnelsen gjelder en anordning for å måle resistivitet i de geologiske formasjonene som omgir en brønn i et petroleumsreservoar. Nærmere bestemt beskrives en måleanordning som består av en senderantenne og en rekke av mottakerantenner som er plassert utenfor foringsrøret i en injeksjonsbrønn eller en produksjonsbrønn.

Problemstilling

Under injeksjon av vann gjennom en injeksjonsbrønn i et petroleumsreservoar kan det være av stor nytte å overvåke tilstanden i reservoaret. Av spesiell betydning er det å overvåke den såkalte olje/vannkontakten (OWC) som er grenseflaten mellom den vanligvis overliggende olje og det underliggende vann i de permeable bergartene som utgjør reservoaret, for eksempel sandstein eller kalkstein. Dersom vann under stort trykk injiseres under OWC kan dette føre til trykkøkning i olje- og gassreservoaret over OWC, og føre til økt utstrømning av olje og gass fra produksjonsbrønner som står i hydraulisk forbindelse med injeksjonsbrønnen. En anordning og en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen vil anvendes både i injeksjonsbrønner og produksjonsbrønner for å måle og overvåke de elektriske egenskapene i reservoaret for å indikere blant annet olje/vannkontaktens posisjon og bevegelse. Det er svært vanskelig å foreta målinger av resistiviteten i de geologiske formasjonene dersom man må måle gjennom veggen i et metallisk foringsrør, injeksjonsrør eller produksjonsrør. For observasjon av olje/vannkontaktens nivåendringer er det derfor meget usikkert å foreta slike observasjoner gjennom veggen av brønnrøret. Dessuten er det av hensyn til strømningskapasiteten lite hensiktsmessig å anordne måleinnretninger inne i et brønnrør under normal drift av brønnen.

I det følgende vil det gis en forenklet oversikt over noe av det som påvirker elektromagnetiske bølgers utbredelse i en bergart. Ifølge oppfinnelsen vil det fra senderantennen sendes ut elektromagnetiske bølger i form av kontinuerlige, sveipede eller pulsede bølger. Disse pulsene refrakteres i bergartslagene relativt grunt i den geologiske formasjonen slik at en del av energien fanges opp av mottakerantennene.

Dempningen eller reduksjonen av energien av det elektromagnetiske signal skjer vesentlig på grunn av tre hovedfaktorer:

I: geometrisk, tilnærmet sfærisk spredning,

II: elektriske egenskaper (resistivitet og

dielektrisitet) og

III: tilbakespredning (homogen tilbakespredning fra reflekterende geologiske elektrisk ledende mer eller mindre homogene horisonter, og tilfeldig tilbakespredning på grunn av reflekterende mineralpartikler).

Ad I: Den geometriske, tilnærmet sfæriske spredning følger omtrent l/r<3> hvor r er avstanden mellom sender og mottaker.

Ad II: De elektriske egenskapene er resistiviteten og den varierende dielektrisitet (kalt den "dielektriske konstant".) Den relative dielektrisitetskonstanten varierer fra 6 for 20% porøsitets oljemettet kvartssand til ca. 13 for vannmettet 20% porøs kvartssand. Resistiviteten i bergartene bestemmer også dempningen av de elektromagnetiske pulsene. I figur 5 er dempningen i dB/m vist som funksjon av frekvenser mellom 1 og 16 Mhz, for resistiviteter mellom 5 Qm og 3 0 Qm. Resistiviteten i oljesand i reservoaret kan være mellom 20 og 200 Qm. Resistiviteten i bergarter inneholdende formasjonsvann, under olje/vann-kontakten (OWC), ligger mellom 0,5 og 5 Qm. Derfor vil de elektromagnetiske pulsene dempes mye mer når sender- eller mottakerantennene ligger under olje/vann-kontakten OWC enn når mottakerantennene befinner seg omgitt av oljemettet sandstein.

Ad III: Tilbakespredning eller refleksjon forekommer fra geologiske eller fluide flater som er homogent kontinuerlige i størrelsesorden sammenlignbar med de elektromagnetiske bølgenes lengde. For de aktuelle bergarter er dette for bølgelengder mellom 2 og 8 MHz grovt anslått fra 10 til 2 meter. I denne oppfinnelsens sammenheng er denne refleksjonen et rent tap av signal.

Ad III: Tilfeldig tilbakespredning skjer spesielt ved punktrefleksjon av elektrisk ledende mineralkorn i bergartene, f.eks. pyritt, hematitt og magnetitt.

Eksempler på kjent teknikk

Et apparat for måling av formasjonsresistivitet gjennom foringsrør er angitt i US-patent 5 680 049. US-patentet har elektroder som presses ut mot foringsrøret fra en loggesonde ve hjelp av hydraulikk. Loggingen foregår altså gjennom et elektrisk ledende foringsrør som vil maskere den mye lavere ledningsevne (altså høyere resistivitet) i bergartene utenfor foringsrøret.

En fremgangsmåte for mer direkte måling av formasjonsresistivitet og reservoarmonitorering utenfor et foringsrør er angitt i US-patent 5 642 051. Elektroder støpes fast i brønnen utenfor foringsrøret i hydraulisk isolerte soner av reservoaret. Strøm sendes mellom en elektrode i berggrunnen utenfor reservoaret og elektrodene i brønnen. I spalte 2 i US-patent 5 642 051 det beskrevet at det kreves elektrisk isolasjon på utsiden av foringsrøret. Dermed kan man regne metoden som uaktuell for de fleste formåls henseende, i det man må regne med at små og store rifter i isolasjonen omkring foringsrøret må påregnes ved installasjon, spesielt ved petroleumsbrønner under havbunnen. Det er også svært vanskelig å forestille seg å kommunisere med elektroder i en produksjons- eller injeksjonsbrønn ved hjelp av elektrisk ledende elektroder i havbunnen, da brønnstrengen fra en flytende plattform vil være umulig å isolere elektrisk.

En elektromagnetisk pulssender er beskrevet i US-patent 4 849 699. I det angjeldende US-patentet er pulseren bygget inn i et loggeverktøy som per definisjon er innrettet til å forflyttes gjennom et borehull eller en foret brønn.

Et annet pulsinduksjonsloggeverktøy er beskrevet i US-patent 4 481 472.

US-patent 5.233.304 viser fremgangsmåter og anordninger for elektromagnetisk undersøkelse i et borehull for karakterisering av fluider, hvor kilden/senderen som genererer signalene kan plasseres permanent i borehullet. Imidlertid er det ingen mulighet for permanent fiksering av både mottakere og sendere i borehullet.

Løsning på problemet

En anordning og en fremgangsmåte for å måle resistivitet i de geologiske formasjonene utenfor et brønnrør, for eksempel i form av et produksjons-, injeksjons- eller forings-rør er gitt ved de medfølgende patentkrav som definerer denne oppfinnelsen. Oppfinnelsen er en anordning for måling og overvåking av resistivitet i et petroleumsreservoar i en geologisk formasjon med en injeksjons-, observasjons- eller produksjonsbrønn omfattende et elektrisk ledende metallisk brønnrør, hvor det nye og oppfinneriske er kjennetegnet ved følgende trekk: a) en elektrisk energikilde; b) minst én induktiv senderantenne for elektromagnetiske bølger, fiksert anordnet i brønnen, utenfor brønnrørets

ytterste metalliske overflate;

c) minst én sensorrekke omfattende n induktive evt. magnetostriktive eller elektrostriktive resistivitets-sensorer (5a, 5b, ..., 5n) innrettet for mottakelse av de elektromagnetiske bølger og generering av målesignaler, fiksert anordnet i brønnen, ved petroleumsreservoaret og utenfor brønnrørets ytterste

metalliske overflate; og

d) en signalleder for målesignalene.

Oppfinnelsen.omfatter også en fremgangsmåte for måling

av resistivitet i et petroleumsreservoar i en geologisk, formasjon med en observasjons- eller produksjonsbrønn ved hjelp av en anordning som angitt ovenfor, kjennetegnet ved at den omfatter følgende trinn: i) utsendelse av elektromagnetiske bølger fra den induktive senderantennen til fortrinnsvis det øverste parti av

petroleumsreservoaret,

ii) mottagelse av elektromagnetiske bølger ved en sensorrekke bestående av n induktive, evt.

magnetostriktive eller elektrostriktive resistivitets-sensorer (5a, 5b, ..., 5n), anordnet ved

petroleumsreservoaret;

iii) generering av signaler som representerer de elektromagnetiske bølger følt ved resistivitetssensorene

(5a, 5b, 5n) ; og

iv) registrering av signalrepresentasjoner av signalene.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de underordnede krav.

Figurbeskrivelse

I det følgende vil det gis en beskrivelse av oppfinnelsen med henvisning til de følgende figurer, hvor: Figur 1 viser en prinsippskisse av en injeksjonsbrønn i et oljefelt til havs. Injeksjonsbrønnen er tilknyttet en brønnramme og har rørforbindelse til et produksjonsfartøy på overflaten. Figur 2a viser skjematisk en utførelse av oppfinnelsen med en senderantenne og en sensorrekke i en petroleumsbrønn, hvor sensorrekken kan bestå av elektriske spoler eller antenner. Figur 2b viser skjematisk en alternativ utførelse av oppfinnelsen med en senderantenne og en sensorrekke i en petroleumsbrønn, hvor sensorrekken kan bestå av optiske sensorer innrettet for å føle elektromagnetiske signaler. Figur 3 viser skjematisk en adresserbar kontroll/styringsenhet på en såkalt kommunikasjonsbuss for bruk ved en foretrukket utførelse av oppfinnelsen. Hver styringsenhet kan ha tilkoblet en senderantenne og minst en sensor. Figur 4 viser en første foretrukket utførelse av oppfinnelsen, en modul av et brønnrør som omfatter en senderantenne og to mottakerantenner i form av elektriske spoler omkring brønnrøret. Figur 5 er et diagram over dempning av elektromagnetiske bølger i et ledende medium, f.eks. en bergart, med resistiviteter mellom 30 £2m og 5 Qm, ved en relativ dielektrisk konstant på 6, for frekvenser mellom 1 MHz og 16 Mhz. Figur 6 viser en skisse over en mulig utførelse ifølge oppfinnelsen, av energiforsyningen og signaltransporten fra resistivitetssensorene til overflaten. Figur 7 viser en skissert tenkt logg av resistivitet som målt ifølge oppfinnelsen. Figur 8 viser en skisse av en tenkt injeksjonsbrønn i en geologisk formasjon med skiferbarriére over en gass- olje- og vannholdig formasjon, hvor et brønnrør pumper vann inn i den vannførende del av formasjonen. En rekke moduler av en utførelse ifølge oppfinnelsen er anordnet langs brønnrøret. Tenkte logger over resistiviteten er vist ved kurvene (a) tidlig i injeksjonsfasen og (b) senere i injeksjonsfasen, samt en kurve (c) som antyder restoljefjerning. Figur 9 viser en skisse av hovedtrekkene i en kommunikasjonsanordning for anvendelse med oppfinnelsen. Figurene 10a, 10b og 10c viser en laboratoriemodell av en foretrukket modulformet utførelse ifølge oppfinnelsen. Laboratoriemodellen er bygget i skala 1:3.

Detaljbeskrivelse

Figur 1 og figurene 2a.og 2b viser en injeksjons-, observasjons- eller produksjonsbrønn 2. Brønnen kan omfatte et elektrisk ledende metallisk brønnrør 3, for eksempel et injeksjons- eller produksjonsrør 3 og mulig omfattende et perforert eller permeabelt foringsrør 6. Disse elektrisk ledende brønnrørene kan utgjøre det mekaniske underlaget for senderantennen 4 og en sensorrekke 5 ifølge oppfinnelsen. Et metallisk rør utenfor senderantennen 4 eller sensorene 5 vil dempe signalene svært mye. Det er vesentlig i denne sammenhengen at dersom et foringsrør 6 er anordnet utenpå produksjonsrøret, må senderantennene 4 og

resistivitetssensorene (5a, 5b, ..., 5n) som utgjør en sensorrekke 5 anordnes og fikseres også utenfor denne ytterste metalloverflaten i brønnen. I en foretrukken utførelse av oppfinnelsen er antennene anordnet generelt slik at det heller ikke passerer noen elektrisk forstyrrende fluidstrøm mellom antennen og borehullsveggen. I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen vil senderantennene 4 sensorrekken 5 støpes fast sammen med brønnrøret 3,6.

Oppfinnelsen er i den foretrukne utførelse spesielt innrettet til installasjon i en injeksjonsbrønn, men er også anvendbar til installasjon i produksjons- eller observasjonsbrønner. Vann kan injiseres i en perforert sone av brønnrøret inn i en vannførende del av et reservoar 1 i en geologisk formasjon 9. Resistiviteten i den vannførende sonen er typisk 0,5-5 Qm slik som indikert i figur 1. Resistiviteten i den oljeførende del av reservoaret 1 er typisk mellom 20 og 200 £2m, noe som forandrer seg lite ved overgang til den gassførende sonen.

Generell utførelse

En elektrisk energikilde eller akkumulator 10' er anordnet fortrinnsvis nær den minst éne induktive senderantennen 4 som er innrettet til utsendelse av elektromagnetiske bølger 40. Senderantennen 4 er fiksert anordnet i brønnen 2, utenfor brønnrørets 3,6 ytterste metalliske overflate, og i en foretrukken utførelse generelt slik at det heller ikke passerer noen elektrisk forstyrrende fluidstrøm mellom antennen og borehullsveggen. Minst én sensorrekke 5 omfattende n induktive resistivitetssensorer (5a, 5b, ..., 5n) innrettet for mottakelse av de elektromagnetiske bølger 40 og generering av målesignaler 42, er fiksert anordnet i brønnen 2, 2', ved petroleumsreservoaret 1 og utenfor brønnrørets 3,6 ytterste metalliske overflate. Foreliggende oppfinnelse gir i en foretrukket utførelse en volumetrisk målt resistivitet, ikke ved hjelp av elektroder innrettet for måling av resistivitet ved direkte elektrisk kontakt med formasjonene. Den fikserte anordning i brønnen 2 av antennene utføres fortrinnsvis ved hjelp av faststøping med sement. Det kan også tenkes fiksering ved hjelp av herdende masse som lim, etc. En signalleder 7 for målesignalene 42 leder til en registreringsenhet 70 for signalrepresentasjoner 44 av signalene 42 som igjen representerer de elektromagnetiske bølger 40 følt ved resistivitetssensorene (5a, 5b, ..., 5n).

Ved hver resistivitetssensor kan det være tilkoblet en adresserbar kontrollenhet 52, som vist i figur 3 og figur 9. Resistivitetssensorene (5a, 5b, ..., 5n) kan være parvis tilknyttet hver sine kontrollenheter 52, eventuelt sammen med en senderantenne 4. Kontrollenheten 52 kan omfatte minst et minne 54, en adresseenhet 55, en energi/ladeenhet 56 og en hvilemodusenhet 57, og kan være forbundet via signallederen 7 med for eksempel registreringsenheten 70 som kan befinne seg nede ved reservoaret, ved brønnhodet på havbunnen, på en plattform eller på et skip som har signalforbindelse til brønnhodet og videre ned til sensorrekken 5. I en utførelse kan hver resistivitetssensor (5a, 5b,..., 5n) være tilknyttet hver sin kontrollenhet 52, i en annen utførelse kan alle resistivitetssensorene være tilknyttet en enkelt kontrollenhet 52. På grunn av effekt- og signalkapasitets-begrensninger mellom de enkelte komponenter og registreringsenheten 70, og videre mellom registreringsenheten og overflaten, kan hver kontrollenhet 52 settes inn i eller ut av hvilemodus ved en kommando til hvilemodusenheten 57. Således vil hver sensor kunne styres til å avgi målesignaler på kommando.

Modulær utførelse

I en av de foretrukne utførelser er én induktiv senderantenne 4 og fortrinnsvis én sensorrekke 5 omfattende n=2 induktive resistivitetssensorer (5a, 5b) er anordnet i en modul 8 innrettet for å settes sammen i valgte kombinasjoner av moduler 8 og andre brønnrørdeler som til sammen utgjør et brønnrør 3. Fordi man vanligvis kjenner reservoarets posisjon meget godt i injeksjons- og produksjonsbrønner, settes moduler 8 inn i brønnkompletteringsstrengen 3 før hele strengen installeres i brønnen. Signallederen 7 og kontrollenhetene 52 samt registreringsenheten 70 kan anordnes i forhåndsutfreste spor på brønnrøret 3 og dets moduler 8, eller så kan.slike spor være prefabrikerte på brønnrøret 3 og dets moduler 8. Når brønnrøret 3 er anbrakt i brønnen 2, sementeres det fast til veggen av borehullet på vanlig måte.

Elektrisk utførelse

Sensorrekken 5 med resistivitetssensorene (5a, 5b, ..., 5n) består i en foretrukket utførelse fortrinnsvis av elektriske spoleantenner, fortrinnsvis par av resistivitetssensorer (5a, 5b) hvor n=2.

Den induktive senderantenne 4 for elektromagnetiske bølger 40 er i en foretrukket utførelse innrettet til utsendelse av koherente kontinuerlige elektromagnetiske bølger. Et foretrukket frekvensområde for de elektromagnetiske bølgene er fra 1 til 20 Mhz, men andre frekvensområder er ikke utelukket. I en ytterligere foretrukket utførelse av oppfinnelsen er den induktive senderantenne 4 innrettet til utsendelse av elektromagnetiske bølger i frekvensområdet 2-8 MHz, og fortrinnsvis ved trinnvis forskjellige frekvenser innenfor dette frekvensområdet, for eksempel ved.2, 4 og 8 MHz. I alternative utførelser kan utsendelsen av signalene foregå ved hjelp av sveipede signal innenfor det foretrukne frekvensområdet. En ytterligere alternativ utførelse av oppfinnelsen kan være innrettet til å sende ut elektromagnetiske pulser, for eksempel ved hjelp av en pulssender slik som angitt i US-patent 4 849 699. I det angjeldende US-patentet er pulssenderen bygget inn i et loggeverktøy som per definisjon er innrettet til å forflyttes gjennom et borehull eller en foret brønn.

En keramisk isolator 43 er anordnet mellom det metalliske brønnrør 3 og den induktive senderantennen 4. Dette er vist i figur 4, hvor modulen 8 har utfresninger i-brønnrøret 3 i et sylindrisk volum under senderantennen 4. En tilsvarende keramisk isolator 45 er anordnet mellom det metalliske brønnrør 3 og hver av resistivitetssensorene (5a, 5b, ... , 5n). For å beskytte og isolere antennene og sensorene er det anordnet en elektrisk isolerende hylse 46 utenfor den induktive senderantenne 4 og resistivitetssensorene (5a, 5b, ... , 5n). Denne isolerende hylsen 46 må ikke nødvendigvis være kontinuerlig mellom senderantennen 4 og resistivitetssensorene (5a, 5b, ... , 5n) innbyrdes. Et hydraulisk balanserende hulrom 48 fylt fortrinnsvis med silikonolje, er anordnet mellom det metalliske brønnrøret 3 med den induktive senderantennen 4 og resistivitetssensorene (5a, 5b, ... , 5n) og den elektrisk isolerende hylsen 46. Dette hulrommets væske fordeler trykk og reduserer mekaniske skjærspenninger slik at det beskytter modulens elektriske komponenter.

På modulene 8 finnes i en foretrukket utførelse av oppfinnelsen elastiske sentraliserere 49 anordnet nær hver induktiv senderantenne 4 eller sensorrekke 5, fortrinnsvis i minst én ende av hver modul 8.

Energitilførsel og signaltransport

Energitilførselen kan skje fra brønnens utside, men i en foretrukket utførelse av oppfinnelsen anvendes en lokal energikilde eller akkumulator 10' og en energitilførselsledning 10 ved den induktive senderantennen 4. Energikilden eller akkumulatoren 10 kan lades opp via energiforsyningsledninger (ikke vist) fra overflaten. I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, skissert i figur 9, foregår all signaloverføring og energiforsyning mellom for eksempel en brønnramme på havbunnen eller generelt på overflaten og brønnen via en såkalt EXAL-buss som har en høyeste signalhastighet 3 00 Baud og opp til 56 V spenning og 24 mA maksimal strøm. I brønnrammen kan det være anordnet et kommunikasjonskort av typen DHI-103 som benytter denne EXAL-buss en. Et alternativ til DHI-103 kommunikasjonskortet er et tilsvarende med betegnelsen DHI-107 som har fem ganger så stor effekt.

Alternativ utførelse

I en alternativ utførelse av oppfinnelsen, illustrert i figur 2b, kan den induktive senderantenne 4 bestå av en høyeffekt-pulsutsendende kapasitiv spole, fortrinnsvis viklet rundt brønnrøret 3 på tilsvarende måte som beskrevet i MPI's US-patent 4 849 699 for et loggeverktøy. Denne kapasitive spolen er innrettet for langsom opplading med den kapasitet som energiforsynings- og signallederne tillater, og innrettet for tidskontrollert utlading via et gnistgap. En slik senderantenne 4 vil ha en svært stor effekt og vil gi en elektromagnetisk puls som når langt ned i den geologiske formasjonen.

I en alternativ foretrukket utførelse kan det være anordnet en optisk fiber 7 som utgjør en signalleder 7 for kommunikasjon mellom resistivitetssensorene (5a, 5b, ..., 5n) og en registreringsenhet 70 for signal 42 som representerer de elektromagnetiske bølger 40 følt ved

resistivitetssensorene (5a, 5b, ..., 5n). Hver

resistivitetssensor kan utgjøres av et magnetisk belegg 52 på Bragg-gitre 50 innrettet til å koble endringer i det induserende elektromagnetiske felt til endringer det optiske Bragg-gitteret 50. Hvert Bragg-gitter som utgjør en del av hver resistivitetssensor (5a, 5b, ..., 5n) på den optiske kabelen har hver sin diskrete interne gitteravstand forskjellig fra de andre resistivitetssensor (5a, 5b, ..., 5n). Bragg-gitteret vil påføres mekaniske svingninger slik at den interne gitteravstanden svinger omkring utgangsavstanden. På denne måten kan det sendes ut en bredspektret optisk puls fra for eksempel registreringsenhet 70. Hver

resistivitetssensor (5a, 5b, ..., 5n) vil da "svare" på den optiske pulsen med å reflektere den lokalt følte elektromagnetiske frekvens og amplitude og fase som signaler 42 modulert innenfor hvert sitt frekvensbånd på den bredspektrede optiske pulsen. Signalene 42 representerer de elektromagnetiske bølger 40 følt ved resistivitetssensorene (5a, 5b, ..., 5n). Dette er mulig fordi den bredspektrede optiske pulsen har meget hurtig svingende frekvenser i nanometer-området, mens de elektromagnetiske pulsene som nevnt ovenfor ligger innenfor 2 til 10 meter. Signalene 44 kan omdannes for eksempel til digitale signalrepresentasjoner 44. Således er det i den alternative utførelsen av oppfinnelsen mulig å utføre mange avlesninger ved mange resistivitetssensorer (5a, 5b, ..., 5n) samtidig via én enkelt optisk kabel. Denne optiske kabel kan alternativt føre helt fra sensorene 5 til overflaten.

Signalbehandling

Senderantennen 4 vil stråle energi i alle retninger ut i formasjonen. Avhengig av bølgelengden i det utsendte signal vil det finnes en tilhørende kritisk vinkel som fører til refraksjon av den elektromagnetiske bølgelengden slik at energiutbredelsen går i den geologiske formasjonen 9 nær veggen i borehullet. Denne refrakterte bølgen vil stråle ut og tilbake igjen fra borehullsveggen og føles av sensorene (5a, 5b, ..., 5n). Refleksjoner langs den refrakterte banen vil være rent tap i denne måleprosessen. Denne refrakterte bølgen vil være første ankomst til sensorene,, og i en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er det denne første ankomsten som utgjør den formålstjenlige elektromagnetiske bølge for oppfinnelsen. Refleksjoner fra fjernere deler av formasjonen vil ankomme senere og vil således kunne neglisjeres. Dessuten vil. refleksjoner i de fleste aktuelle henseende ligge flere dB lavere enn den refrakterte bølge, slik at de reflekterte bølger vil ha liten innvirkning på den delen av målesignalet som ifølge oppfinnelsen vil omdannes til registrerte signaler som skal representere resistiviteten.

Fremgangsmåte for resistivitetsmåling

En foretrukket utførelse av oppfinnelsen består grunnleggende av en fremgangsmåte for måling av resistivitet i et petroleumsreservoar 1 i en geologisk formasjon 9 med en injeksjons-, observasjons- eller produksjonsbrønn 2 ved hjelp av en anordning som angitt i krav 1. Fremgangsmåten omfatter følgende trinn: i) utsendelse av elektromagnetiske bølger 40 fra den induktive senderantennen 4 til fortrinnsvis det øverste

parti av petroleumsreservoaret 1,

ii) mottagelse av elektromagnetiske bølger 40 ved en sensorrekke 5 av n induktive resistivitetssensorer (5a,

5b, ..., 5n), anordnet ved petroleumsreservoaret 1;

iii) generering av signaler 42 som representerer de elektromagnetiske bølger 40 følt ved

resistivitetssensorene (5a, 5b, ..., 5n); og

iv) registrering av signalrepresentasjoner 44 av signalene 42.

Primært vil det være den refrakterte del av de elektromagnetiske bølgene 40 som anvendes for å generere signaler 42, og som videre omdannes til signalrepresentasjoner 44. Resistiviteten kan beregnes på grunnlag av amplituden og fasen av de mottatte bølgene 40. Signalrepresentasjonene 44 vil ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen stilles opp som en logg over resistiviteten i reservoaret. For å følge utviklingen i

reservoaret over tid kan operatøren benytte seg av en fremgangsmåte som omfatter følgende trinn: a) en første gjennomføring av trinnene (i-iv) ifølge fremgangsmåten beskrevet ovenfor; b) lagring av de første signalrepresentasjoner 44i; c) en andre gjennomføring av trinnene (i-iv) ifølge fremgangsmåten nevnt ovenfor; d) lagring av de andre signalrepresentasjoner 442; e) dannelse av en differans 46 mellom de andre signalrepresentasjoner 442 og de første signalrepresentasjoner 44i; f) tolkning av differansen 46 med henblikk på endringer i væskeflåters, fortrinnsvis en olje/vann-kontakts (OWC),

nivå i reservoaret 1.

Med én senderantenne 4 og en lang rekke resistivitetssensorer.

(5a, 5b, ..., 5n) bør det foretas korreksjoner for geometrisk, tilnærmet sfærisk eller sylindrisk, spredning av den elektromagnetiske bølgen før loggen stilles opp på grunnlag av målingene eller signalrepresentasjonene, slik som vist i figur 7. Ved tolkning av differansen 46 er det imidlertid i en basisutførelse kun de forholdsmessige endringer i signalet mellom signalrepresentasjonene 44if 442,..., 44t som et tidsforløp målt ved hver enkelt av sensorene (5a, 5b, ..., 5n) som er nødvendig å beregne for å monitorere olje/vannkontaktens bevegelser. Med en rekke av moduler 8 anordnet langs brønnrøret 3 vil det være fortrinnsvis lik avstand mellom hvert par av senderantenne 4 og resistivitetssensor 5i i sensorrekken 5. Dermed kan en observasjonslogg stilles opp på grunnlag av de parvise målingene av resistivitet uten at man behøver å foreta geometrisk korreksjon av målingene.

Figurene 10a, 10b og 10c viser en laboratoriemodell av en foretrukket modulformet utførelse ifølge oppfinnelsen. Laboratoriemodellen er bygget i skala 1:3.

De ovenfor beskrevne utførelser er å betrakte som ikke-begrensende eksempler på mulige utførelser av oppfinnelsen. Oppfinnelsen er bare begrenset av de medfølgende patentkrav.

Claims (24)

1. Anordning for måling og overvåking av resistivitet i et petroleumsreservoar (1) i en geologisk formasjon (9) med en injeksjons-, observasjons- eller produksjonsbrønn (2,2') omfattende et elektrisk ledende metallisk brønnrør (3,6), karakterisert veda) en elektrisk energikilde (10'); b) minst én induktiv senderantenne (4) for elektromagnetiske bølger (40), innrettet til anbringelse fiksert, fortrinnsvis faststøpt i brønnen (2), utenfor både brønnstrømmen og brønnrørets (3,6) ytterste metalliske overflate; c) minst én sensorrekke (5) omfattende et antall n induktive, evt. magnetostriktive eller elektrostriktive resistivitetssensorer (5a, 5b, ..., 5n), hvor n>= 1, anordnet med innbyrdes avstand langsetter borehullet, og innrettet for mottakelse av de elektromagnetiske bølger (40) og generering av målesignaler (42), og innrettet til anbringelse fiksert, fortrinnsvis faststøpt i brønnen (2, 2'), ved petroleumsreservoaret (1) og utenfor både brønnstrømmens og brønnrørets (3,6) ytterste metalliske overflate; d) en signalleder (7) for målesignalene (42); og e) innretninger innrettet for ved eventuell etterbehandling av målesignalene å gi et volumetrisk mål for resistivitetene i petroleumsreservoaret.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at minst én induktiv senderantenne (4) og minst én sensorrekke (5) omfattende n induktive resistivitets-sensorer, evt. magnetostriktive eller elektrostriktive resistivitetssensorer (5a, 5b, ..., 5n) er anordnet i en modul (8) innrettet for å settes sammen i valgte kombinasjoner av moduler (8) og andre brønnrørdeler som til sammen utgjør et brønnrør (3).

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at sensorrekken (5) med resistivitetssensorene (5a, 5b, ..., 5n) består av elektriske spoleantenner, fortrinnsvis som par av resistivitetssensorer (5a, 5b) hvor n=2.

4. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den induktive senderantenne (4) for elektromagnetiske bølger (40) er innrettet til utsendelse av koherente kontinuerlige elektromagnetiske bølger.

5. Anordning ifølge krav 1, 2, 3 eller 4 karakterisert ved at den induktive senderantenne (4) er innrettet til utsendelse av elektromagnetiske bølger i frekvensområdet 1-20 MHz.

6. Anordning ifølge krav 5 karakterisert ved at den induktive senderantenne (4) er innrettet til utsendelse av elektromagnetiske bølger i frekvensområdet 2-8 MHz.

7. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at den induktive senderantenne (4) er innrettet til utsendelse av elektromagnetiske bølger ved trinnvis forskjellige frekvenser.

8. Anordning ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at den induktive senderantenne (4) er innrettet til utsendelse av elektromagnetiske bølger ved sveiping med kontinuerlig varierende frekvens i frekvensområdet 1-20 MHz.

9. Anordning ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved en keramisk isolator (44) anordnet mellom det metalliske brønnrør (3) og den induktive senderantennen (4).

10. Anordning ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved en keramisk isolator (44) anordnet mellom det metalliske brønnrør (3) og resistivitetssensorene (5a, 5b, ... , 5n).

11. Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved en elektrisk isolerende hylse (46) anordnet utenfor den induktive senderantenne (4) og de induktive resistivitetssensorene, evt. magnetostriktive eller elektrostriktive resistivitetssensorene (5a, 5b, ... , 5n).

12. Anordning ifølge krav 11, karakterisert ved et hydraulisk balanserende hulrom (48) fylt fortrinnsvis med silikonolje, anordnet mellom det metalliske brønnrøret (3) med den induktive senderantenne (4) og de induktive resistivitetssensorene, evt. magnetostriktive eller elektrostriktive resistivitetssensorene (5a, 5b, ... , 5n) og den elektrisk isolerende hylsen (46).

13. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved elastiske sentraliserere (49) anordnet nær hver induktiv senderantenne (4) eller sensorrekke (5), fortrinnsvis i minst én ende av hver modul (8).

14. Anordning ifølge krav 1 karakterisert ved en adresserbar kontrollenhet (52) tilkoblet ved minst hver sensorrekke (5), hvor kontrollenheten (52) minst omfatter et minne (54), en adresseenhet (55), en energi/ladeenhet (56) og en hvilemodusenhet (57), og forbundet via minst én signalleder (7) med en registreringsenhet (70) for signalrepresentas joner (44) av signalene (42) som igjen representerer de elektromagnetiske bølger (40) følt ved resistivitetssensorene (5a, 5b, ..., 5n).

15. Anordning ifølge krav 14, karakterisert ved en induktiv senderantenne (4) tilkoblet ved hver adresserbar kontrollenhet (52).

16. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved en lokalt anordnet energikilde (IO<1>) og en energitilførsels-ledning (10) ved den induktive senderantennen (4).

17. Anordning ifølge krav 16, karakterisert ved at energitilførselsledningen (10) og den induktive senderantennen (4) er innrettet for hurtig elektromagnetisk pulsutladning med høy effekt.

18. Anordning ifølge krav 16, karakterisert ved en energiforsyningsledning (11) fra en overflateinnstallasjon (100) til den lokale energikilden (10').

19. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at de induktive resistivitetssensorer, evt. magnetostriktive eller elektrostriktive resistivitetssensorer (5a, 5b, 5n) er innrettet for generering av målesignaler (42) basert på den første ankomst av de fortrinnsvis refrakterte elektromagnetiske bølger (40).

20. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den induktive senderantenne (4) består av en høyeffekt-pulsutsendende kapasitiv spole.

21. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved en optisk fiber (7) som utgjør en signalleder (7) for kommunikasjon mellom resistivitetssensorene, evt. magnetostriktive eller elektrostriktive resistivitetssensorene (5a, 5b, ..., 5n) og en registreringsenhet (70) for signal (42) som representerer de elektromagnetiske bølger (40) følt ved resistivitetssensorene, evt. magnetostriktive eller elektrostriktive resistivitetssensorene (5a, 5b, ..., 5n).

22. Anordning ifølge krav 1 eller 21, karakterisert ved optiske resistivitetssensorer, evt. fortrinnsvis de optiske magnetostriktive eller elektrostriktive resistivitetssensorene omfattende et magnetisk belegg (52) på et Bragg-gitter (50) innrettet for å omdanne endringer i et induserende magnet- eller elektrisk felt, for eksempel de elektromagnetiske bølger (40) til fysiske endringer i det optiske Bragg-gitteret (50).

23. Fremgangsmåte for måling av resistivitet i et petroleumsreservoar (1) i en geologisk formasjon (9) med en injeksjons-, observasjons- eller produksjonsbrønn (2,2') omfattende et elektrisk ledende metallisk brønnrør (3,6) karakterisert ved at den omfatter følgende trinn: utførelse av et antall av to til m måleserier (a,b,..,m) som hver omfatter de følgende trinnene (i)-(v): i) utsendelse av elektromagnetiske bølger (40) fra den induktive senderantennen (4) til fortrinnsvis det øverste parti av petroleumsreservoaret (1), ii) mottagelse av elektromagnetiske bølger (40) ved en sensorrekke (5) av n induktive, magnetostriktive eller elektrostriktive resistivitetssensorer (5a, 5b, ..., 5n) som er fiksert anordnet, fortrinnsvis faststøpt og anordnet langsetter borehullet ved petroleumsreservoaret (1) utenfor det eventuelt elektrisk ledende metalliske brønnrør (3,6) og utenfor brønnstrømmen; iii) generering av målesignaler (42) som representerer de elektromagnetiske bølger (40) følt ved resistivitetssensorene (5a, 5b, ..., 5n); iv) registrering av signalrepresentasjoner (44lf 442, .., 44m) av målesignalene (42), hvor indeksen tilsvarer nummeret i måleserien, og v) lagring av signalrepresentasjonene (44x,442, .., 44m); dannelse av en differans (46) mellom den andre eller senere signalrepresentasjoner (442,.., 44m) og de forutgående signalrepresentas joner (441A .., 44m_1) ; tolkning av differansen (46) med hensyn til endringer i posisjonen av væskeoverflåters, fortrinnsvis olje/vannkontaktens (OWC) nivå i reservoaret (1).

24. Fremgangsmåte ifølge krav 23, karakterisert ved postprosessering for å beregne den volumetriske resistiviteten på grunnlag av målesignalene (42) eller signalrepresentasjonene (44).