NO328400B1

NO328400B1 - Seismisk loggeverktoy for borehull

Info

Publication number: NO328400B1
Application number: NO20001229A
Authority: NO
Inventors: Hiroshi Nakajima; Juei Igarashi; Akira Kamiya
Original assignee: Schlumberger Technology Bv
Priority date: 1998-07-10
Filing date: 2000-03-09
Publication date: 2010-02-08
Also published as: NO20001229L; WO2000003270A1; GB2344174A; NO20001229D0; US6170601B1; GB2344174B; AU7927598A; GB0005708D0

Description

TEKNISK OMRÅDE

Den foreliggende oppfinnelse vedrører loggingsverktøy for borehull, og særlig aspekter i forbindelse med en sensorpakke for et seismisk loggingsverktøy der sensorpakken presses mot veggen i et borehull.

KJENT TEKNIKK

Seismiske loggingsverktøy blir brukt ved vertikale seismiske profilundersø-kelser fra borehull for å evaluere de omgiende undergrunnsformasjonene. Verk-tøyene kan være enkle sonder eller flerskyttelses-verktøy omfattende en rekke like sonder (skyttler) forbundet med en kabel og logget gjennom et borehull mens seismiske signaler genereres ved overflaten. Ved hvert målingsnivå er hver skyttel forankret til veggen i borehullet ved hjelp av en forankringsarm under målingsope-rasjoner. Sensorene (geofoner eller geofon akselerometere) er montert i pakker som er plassert i verktøylegemet på en slik måte at de er isolert fra vektøyets vibrasjoner når de er forankret i borehullet. Dette gjøres gjerne ved hjelp av fjærmon-tering av sensorpakken i verktøyet og fastspenning av verktøylegemet til borehullsveggen (ved forankring av verktøyet som beskrevet over) når målingen blir gjort. Et slikt seismisk loggingsverktøy er Schlumbergers Combinable Seismic Imager tool (CSI). Aspekter av CSI er beskrevet i US 4.563.757; US 4.575.831; US 4.987.969 og US 5.200.581. Særlig vedrører patentene '969 og '581 sensorpakken og anvendelse. Skjematiske figurer fra patentene er vist på fig. 1a - b og 2a - b. Fig. 1a og 1b viser en sensorpakke 30 som huses i et hulrom i verktøyle-gemet 21. Pakken er forbundet med verktøylegemet med en elastisk opphenging utformet av to sammentrykte spiralfjærer 40, 50 som er plassert rundt sentreringstapper40a, 50a, 40b, 50b på pakken 30 og verktøylegemet 21. Tilbaketrekkings aktuatorer 41, 51 passerer gjennom spiralfjærene og går i inngrep i boringer i pakken 30.1 den tilbaketrukne stillingen, er aktuatorene tilbaketrukket slik at rundskå-rede ender går i inngrep i boringene og trekker pakken inn i hulrommet mot virkningen av fjæren. Følgelig holdes pakken inne i hulrommet og beskyttes mot me-kanisk skade ved innkjøring eller uttrekking av hullet. Når verktøyet blir brukt og verktøylegemet er forankret mot borehullsveggen, løsgjøres aktuatorene og pakken presses mot borehullsveggen avfjærvirkningen.

Fig. 2a og 2b viser et alternativt system som fortsatt bruker fjærer 140, 150 og sentreringstopper 140a, 140b, 150a, 150b, men aktuatorene og boringene er byttet ut av et system av en stang 160 og vippearmer (rockers)143, 153. Trekk på stangen forårsaker at vippearmene trekker sensorpakken inn i verktøyet, mens løsgjøring av stengene tillater at fjærene tvinger pakken ut av hulrommet som før.

I begge tilfellene, omfatter verktøyet et aktivt system for å trekke tilbake sensorpakken inn i verktøylegemet. Dette øker størrelsen, vekten og kompleksite-ten til sonden og dette kan være betydelig der et antall sonder skal forbindes sammen, som i et skyttelverktøy.

Andre systemer i henhold til kjent teknikk er beskrevet i US 4.874.060 og US 4.811.814. Seismiske skyttelverktøy for borehull som for tiden er brukt omfatter også SST500 fra Compagnie General de Geophysique og seismiske skyttelverk-tøyene VNIIGIS/OZGA.

Den foreliggende oppfinnelse har som formål å fremskaffe et verktøy der bruken av tilbaketrekkings-mekanismen unngås, mens den fortsatt fremskaffer en sikker plassering av sensorpakken i verktøyet.

Fra US 4,987,969 fremgår det et seismisk loggingsverktøy med et verktøylegeme, forankringsarm og en sensorpakke. Fra FR 2 321 709 fremgår det en geologison-de med utfellbar arm og en installasjon for måling av grunnen.

FREMLEGGELSE AV OPPFINNELSEN

Et aspekt av den foreliggende oppfinnelsen fremskaffer et borehullsverktøy som omfatter (a) et verktøylegeme med et hulrom med en åpning i veggen i verk-tøylegemet; (b) en forankringsarm tilknyttet verktøylegemet og som er opererbart for å forankre verktøylegemet til borehullsveggen; (c) en sensorpakke plassert i hulrommet og montert på fleksible fester som tvinger sensorpakken i retningen av åpningene, slik at når verktøylegemet er forankret til borehullsveggen, stikker sensorpakken vekk delvis ut gjennom åpningene og holdes mot borehullsveggen under påvirkningen av de fleksible festene. Et verktøy i henhold til dette aspekt av oppfinnelsen er karakterisert ved at når verktøylegemet ikke er i kontakt med borehullsveggen, tvinges periferiske deler av sensorpakken i kontakt med verktøyle-geme-veggen som omgir åpningene.

Fremskaffelse av fleksible fester for sensorpakken fremskaffer akustisk isolasjon når verktøyet er forankret til borehullsveggen, slik at vibrasjoner fra verktøy-legemet ikke kommuniseres til sensorpakken, slik at den ikke forstyrrer forma-sjonsmålingene.

De fleksible festene er eksempelvis kompresjonsfjærer selv om hvilken som helst annen form for fleksibel montering kan brukes, eksempelvis silikongummi, såfremt at dens naturlige virkning er å tvinge sensorpakken mot åpningene. Til forskjell fra verktøyet i henhold til kjent teknikk, finnes det ikke noen tilbaketrekkingsmekanisme. Følgelig, er den normale u-forankrede stillingen for sensorpakken stikkende ut vekk delvis gjennom åpningene. Verktøylegemet som omgir åpningen er fortrinnsvis utformet med utformede seter, der sensorpakken har samsvarende utformede periferiske deler for å lokalisere pakken når den tvinges mot verktøylegemet. Setene kan være utformet slik at pakken normalt inntar den samme stillingen når den ikke er i kontakt med borehullsveggen.

Virkningen av innfestingen er å bevege pakken radielt med hensyn til verk-tøylegemet. Aksiell bevegelse kan hindres ved å fremskaffe et forbindelseselement forbundet med verktøylegemet som fortrinnsvis er fleksibelt for å sikre akustisk isolasjon fra verktøylegemet når det er forankret til borehullsveggen.

En opererbar pakke for reserveputen (operable package backup pad) kan også være fremskaffet for å holde pakken i setene, særlig når verktøyet kjøres inn i borehullet eller trekkes ut av borehullet ved høyere hastigheter enn det som en normalt støter på ved loggingsaktiviteter. I én utførelsesform, er reserveputen plassert på forankringsarmen og støtter seg på pakken når armen er tilbaketrukket mot verktøylegemet. Når armen er utstrukket men ikke forankret, d.v.s. i tilfelle når verktøyet beveges mellom målingsnivåer i borehullet, holdes pakken i setene ved hjelp av fleksible fester.

En ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen har også midler for å fastgjøre pakken til verktøylegemet rundt åpningen, slik at forankringen av verktøylegemet til borehullsveggen er tilstrekkelig til å påføre sensorpakken mot borehullsveggen (d.v.s. at de to er akustisk koplet i stedet for å være isolerte).

Ved å unngå bruk av en tilbaketrekkingsmekanisme, kan verktøyet lages vesentlig lettere og mer kompakt.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1 a - b viser et skjematisk riss av et verktøy i henhold til kjent teknikk; Fig. 2 a - b viser skjematiske riss av et annet verktøy i henhold til kjent teknikk; Fig. 3 viser et generelt riss av en sonde som omfatter den foreliggende oppfinnelsen; Fig. 4 viser et delvis tverrsnitt gjennom en sonde som omfatter oppfinnelsen; Fig. 5 viser et tverrsnitt langs linje AA på fig. 4; Fig. 6 viser et tverrsnitt langs linje BB i fig. 4;

Fig. 7 viser et tverrsnitt av et planriss av tverrsnittene vist i fig. 5 og 6.

Fig. 8 viser sonden i fig. 4 i en alternativ konfigurasjon;

Fig. 9 viser et tverrsnitt langs linje XX i fig. 8; og

Fig. 10 viser et skjematisk diagram av elektronikkseksjonen i sonden.

BESTE MÅTE FOR UTFØRELSE AV OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelse er særlig nyttig i flerskyttelsseismiske lag-ringsverktøy. Slike verktøy blir bruk ved VSP-undersøkelser og omfatter en rekke identiske eller like skyttler forbundet ende mot ende med en kabel. En enkel skyttel/sonde er vist i fig. 3 og omfatter et verktøylegeme 100, en forankrings-mekanisme 110 som omfatter en forankringsarm 120, en sensorpakke 130 og sondeelektronikk 150. Ved bruk, er et antall av disse skyttlene, fra 2 til 20, særlig 4 til 8 forbundet og logget gjennom borehullet 140.

Fig. 4, 5, 6 og 7 viser delen av verktøylegemet 200 som omfatter forankringsarmen 220 og sensorpakken 230. Sensorpakken 230 omfatter tre geo-fonakselerometer 232-x, -y, z- for å detektere vibrasjoner i ortogonale x-, y- og z-retninger og en risteinnretning (shaker) 233 for å generere testsignaler. Geofonak-selerometernes utgang passeres til sondens elektronikkpakke (150 i fig. 3, omgått her av hensyn til klarhet men beskrevet i forhold til fig. 10 under). Sensorpakken 230 er plassert i et hulrom 234 utformet i verktøylegemet 200 som også bærer forankringsarmen 220 og kontaktskoene 236. Hulrommet 234 er anbrakt med en forlenget åpning 238 som tillater at sensorpakken 230 strekker seg utover fra verk-tøylegemet 200. Fire sett motstående sentreringstapper 240 er anbrakt på sensorpakken 230 og verktøylegemet 200 innvendig i hulrommet 234 og fire kompresjonsfjærer 242 er montert på toppene 240. Virkningen av kompresjonsfjærene 242 er å presse sensorpakken 230 radielt utover fra verktøylegemet 200. Delene

244 på verktøylegemet 200 ved hver ende av åpningen 238 er utformet med utformede seter 246. De samsvarende endedelene 248 av sensorpakken 230 har en komplementær fasong. Virkningen av setet 246 fasongen og endedelene 248 er at når verktøyet ikke er kontakt med borehullsveggen 250, er sensorpakken 230 plassert i en gitt stilling på grunn av virkningen av fjærene 242 og setene 246, der den ytre delen av sensorpakken 230 strekker seg ut fra åpningene 238 men setene 246 hindrer pakken 230 fra å bli fullstendig utsendt fra hulrommet 234. Setene 246 har en foring 247 av et fleksibelt materiale eksempelvis gummi eller silikongummi. foringen 247 tillater en viss kontakt av endedelene 248 i setene, mens den fortsatt opprettholder en grad av akustisk isolasjon selv hvis det er kontakt under måling. Sensor pakken 230 er også begrenset av en lokaliseringsvaier 252 som begrenser aksiell bevegelse av sensorpakken 230 i hulrommet 234. Den uto-vervendende overflaten 254 på sensorpakken 230 har tre kontaktsko 256 som hindrer direkte kontakt av sensorpakken 230 med borehulls-

veggen 250.

I fig. 4, 5, 6 og 7, er verktøyet vist med forankringsarmen 220 trukket tilbake mot verktøylegemet 200. Forankringsarmen 220 bærer også en reservepute 258 som hviler mot baksiden av sensorpakken 230 og holder den fast i setene 246 mot en hvilken som helst tilfeldig kontakt med borehullsveggen 250. Dette er konfigu-rasjonen som blir brukt ved innføring eller uttrekking av hullet. Siden dette normalt gjøres med mye høyere hastighet enn under logging, er den potensielle skaden på grunn av kontakt med borehullsveggen mye høyere. Følgelig, er pakken forankret i hulrommet av reserveputen.

Når verktøyet brukes for logging, som vist i fig. 8 og 9, er forankringsarmen 220 strukket ut (se internasjonal patentsøknad nr. PCT/IB98/00832 for detaljer ved aktiveringsmekanismen for forankringsarmen). Armen 220 tjener til å presse verk-tøylegemet 200 mot den motsatte siden av borehullet når den er fullt strukket ut mot borehullsveggen 250 (skoene 236 virker som kontaktpunktene for verktøyle-gemet 200). Siden sensorpakkens kontaktsko 256 stikker ut forbi verktøylege-meskoene 236, forårsaker kontakt med borehullsveggen 250 at sensorpakken 230 løftes ut av setene 246 mot virkningen av fjærene 242. Følgelig er den eneste kon-takten mellom sensorpakken 230 og verktøylegemet 200 via fjærene 242 (og lokaliseringsvaier 252) som fremskaffer en effektiv akustisk isolasjon for pakken 230

og legemet 200.

Det skal også anerkjennes at antallet kompresjonsfjærer kan velges til å pakke med forskriftskrav. I tillegg, vil disse fjærenes stivhet påvirke graden akustisk kopling mellom sensorpakken 230 og verktøylegemet 200. Et alternativ til kompresjonsfjærer er bruk av elastiske silikongummifester. Andre former for fester eller materiale kan også bli brukt. Ved bruk av slike fester som akustiske isolatorer skulle det minst tillates isolasjon av vibrasjoner over 40 Hz avhengig av material-valget og konstruksjonen.

Fasongen og antallet seter 246 og de samsvarende delene på sensorpakken kan også forandres i forhold til de beskrevet over for å samsvar med det nød-vendige kravet.

Geofon akselerometerene kan være hvilke som helst passende sensorer, inkludert geofoner og/eller akselerometere.

Fig. 10 viser sondeelektronikkseksjonen (150 i fig. 3). Sensorpakken 310 inneholder de tre geofonakselerometerne 312-x, -y, -z og risteelementet 314. Geofonakselerometerne 312 vil kun detektere vibrasjoner og gi ut et signal. Risteele-menter genererer vibrasjoner for testmålinger og har en testsignalinngang. Geofo-nakselerometeret utgangssignaler mates til en inngangsbryter 316 (input switch) som fører hvert signal til respektive forforsterkere 318-x, -y, -z. Fra forforsterker 318 føres signalet til 24 bit E-A konvertere 320-x, -y, -z og digitale filtre 322-x, -y, - z. Utgangen fra signalfiltrene 322 føres til skyttelnettverkgrensesnitt 324 som fremskaffer et kommunikasjonsgrensesnitt til skyttelen over 326 (eller styring og telemetriinnsats hvis denne er toppen av skyttelen) og skyttelen under 328 (hvis det finnes en). Skyttelgrensesnittet 324 gir også ut styringssignaler til testsignal-generatoren 330 for å aktivere risteelementet 314 og å fremskaffe en videre inn-gang til inngangsbryteren 316. Andre innganger/utganger fra skyttelnettverksgren-sesnittet 324 omfatter synkronisering og klokkegjenervervelse (synch and clock recovery) 332 for E-A konverterne 320, DC/DC krafttilførsel 334, hjelpe A/D kon-verter 336 med x, y og z, forankringsarm-posisjonssensor 338 og motorstyring 340 for å drive armmotoren 342.

INDUSTRIELL ANVENDBARHET

Den foreliggende oppfinnelse har et bruksområde innenfor borehullslog-gingsverktøy, særlig seismiske multiskyttel-loggingsverktøy som kan bli brukt for å evaluere formasjoner som omgir borehull eksempelvis i de som bores for ekstra-hering av hydrokarboner eller geotermisk energi.

Claims

1. Seismisk loggingsverktøy for borehull (140) omfattende: (a) et verktøylegeme (100, 200) med et hulrom med en åpning i veggen på verktøylegemet (100, 200); (b) en forankringsarm (120, 220) tilknyttet verktøylegemet (100, 200), som er opererbar for å forankre verktøylegemet (100, 200) til borehullsveggen (250); (c) en sensorpakke (130, 230) plassert i hulrommet og montert på elastiske fester for å tvinge sensorpakken (130, 230) i retning av åpningen, slik at når verk-tøylegemet (100, 200) er forankret til borehullsveggen (250), strekker sensorpakken (130, 230) seg delvis gjennom åpningen og holdes mot borehullsveggen (250) ved hjelp av virkningen fra de elastiske festene; karakterisert ved at når verktøylegemet (100, 200) ikke er kontakt med borehullsveggen (250), tvinges sensorpakken (130, 230) i kontakt med verktøylegemeveggen som omgir åpningen, idet verktøylegemeveggen er utformet med formede seter (246) og sensorpakken (130, 230) har samsvarende formet periferiske områder.

2. Loggingsverktøy i henhold til krav 1, karakterisert ved at de elastiske festene omfatter kompresjonsfjærer (242), silikongummifester eller tilsvarende.

3. Loggingsverktøy i henhold til krav 2, karakterisert ved at en elastisk foring (247) er anbrakt mellom setet (246) og de periferiske områdene.

4. Loggingsverktøy i henhold til krav 1, karakterisert ved at det videre omfatter en reservepute (258) som kan drives for å holde sensorpakken (130, 230) mot verktøylegemet (100, 200).

5. Loggingsverktøy i henhold til ett av de foregående krav, karakterisert ved at forankringsarmen (120, 220) er bevegelig mellom en første stilling der den er trukket tilbake mot verktøylegemet (100, 200) og en andre stilling der den strekker seg vekk fra verktøylegemet (100, 200) for å gå i inngrep med borehullsveggen (250).

6. Loggingsverktøy i henhold til krav 4, karakterisert ved at reserveputen (258) er montert på forankringsarmen (120, 220) og hviler mot sensorpakken (130, 230) når armen (120, 220) er tilbaketrukket mot verktøylegemet (100, 200).

7. Loggingsverktøy i henhold til ett av de foregående krav, karakterisert ved at sensorpakken (130, 230) omfatter minst en geofon.

8. Loggingsverktøy i henhold til krav 7, karakterisert ved at elektronikk tilknyttet den eller hver geofon er plassert i verktøylegemet (100, 200).

9. Loggingsverktøy i henhold til ett av de foregående krav, karakterisert ved at den videre omfatter et forbindelseselement som begrenser aksiell bevegelse av sensorpakken (130, 230) etter som verktøyet beveges langs borehullet (140).

10. Loggingsverktøy i henhold til krav 9, karakterisert ved at forbindelseselementet er fleksibelt.

11. Borehullsloggingsverktøy, karakterisert ved at den omfatter en rekke loggingsverktøy i henhold til ett av de foregående krav forbundet i en ende mot ende innretning.