NO332583B1 - En fremgangsmate for a overvake en hoyresistiv bergartsformasjon - Google Patents

Abstract

Sammendrag En fremgangsmåte for å overvåke en høyresistiv reservoarbergartsformasjon (2) under en eller flere mindre resistive formasjoner (3), omfattende følgende trinn: Utsendelse av et elektromagnetisk signal (S) som forplanter seg fra nær en sjøbunn eller landoverflate (1) ved hjelp av en elektromagnetisk sender (5) som mottar energi fra en spenningsgenerator (G). Det elektromagnetiske signalet (S) forplanter seg fra sjøbunnen (1) og ledes langs en konduktiv streng (7) til den høyresistive formasjonen (2) og forplanter seg som et ledet-bølge elektromagnetisk signal (S2) med en relativt høyere hastighet (V2) inne i høyresistivitetsformasjonen (2) enn en utbredelseshastighet (V3) i de mindre resistive formasjonene (3). Det elektromagnetiske signalet (S2) gir opphav til et oppover refrakterende elektromagnetisk signal (R3) med den relativt lavere forplantiningshastighet (V3) i de mindre resistive formasjonene (3) og som har en utgangsvinkel nærmere en normal (N) for grenseflaten mellom høy-resistivitetsformasjonen (2) og formasjonene (3) med lavere resistivitet, og gir opphav til en bratt oppstigende refraksjonsbølgefront (F3). Den refrakterte elektromagnetiske bølgefronten (F3) omfattende refrakterte elektromagnetiske signaler (R3) blir detektert langs et array av sensorantenner (6a, 6b, 6c, .... 6k, ..., 6n) langs sjøbunnen, hvor arrayet har en retning bort fra senderen (5). l en foretrukket utførelse av oppfinnelsen omfatter den elektromagnetiske senderen (5) en antenne (50) som sender det elektromagnetiske signalet (S) til en øvre ende (70U) av en elektrisk konduktiv streng (7), f.eks. en stålforing eller annen foring, hvor den øvre enden (70U) er anordnet nær den nevnte sjøbunnen (1).

Description

Innledning

Foreliggende oppfinnelse omhandler geofysiske petroleumsutforskning, utvikling og utnytting. Mer spesielt omhandler oppfinnelsen elektromagnetisk utforskning for å injisere et elektromagnetisk signal inn i havbunnen for måling av elektromagnetiske bølger som har gått gjennom en petroleumsførende formasjon som har høy resistivitet for å estimere formasjons egenskaper som oljemengde, vanninnhold, resistivitet, tykkelse, reservoarets utstrekning og andre strukturparametre. Petroleumsførende reservoar formasjoner av interesse for denne metoden kan være formasjoner som befinner seg på en dybde som kan være 500 til 4000 meter eller mer, og som er dekket av andre geologiske formasjoner med lavere resistivitet, og som også kan være i havbunnen.

Petroleumsførende formasjoner har vanligvis høy resistivitet (lav konduktivitet) på grunn av at ikke-ledende olje eller gass har erstattet konduktivt saltholdig vann (brine/brakkvann) i porene i bergarten. Resistiviteten blir vanligvis redusert ettersom brine erstatter olje eller gass i løpet av petroleumsproduksjon, eller øker dersom brine erstattes eller skylles ut av ferskvann eller gass. Denne forskjellen i resistivitet kan utnyttes til å overvåke et reservoar under produksjonen, eller for å skille mellom petroleumsførende og brine-førende deler av en formasjon.

Kjent teknikk.

Generering av et elektromagnetisk signal fra en tauet antenne benyttes for å undersøke sedimentære bunnlagsformasjoner under sjøbunnsoverflaten. En typisk resistivitet for sjøvann, psw, kan være omtrent 0,3 Qm, som er ganske konduktivt. Dempning av elektromagnetisk bølgeforplantning er således svært sterk. Denne høye konduktiviteten (eller lave resistiviteten) for sjøvannet forhindrer mye av EM-signalet som blir utsendt fra den tauede antennen i vannmassene til engang å nå sjøbunnen. En ganske liten og dempet andel av energien som rekker ned til sjøbunnen forplanter seg videre gjennom bergartslagene, noe av den nedover. Bølgeenergien blir delvis reflektert og delvis refraktert ved formasjoner som har varierende elektromagnetiske egenskaper, og noe av energien forplanter seg tilbake til sjøbunnsoverflaten. Ved sjøbunnen må EM-bølgene detekteres ved hjelp av EM-mottakere, og så analyseres.

Et norsk patent, NO 310 383 til Statoil, beskriver elektromagnetisk forplantning av ledede bølger langs en konduktiv streng i en brønn. Den ledede bølgen blir reflektert ved resistivitets-overganger i en petroleumsproduksjonsbrønn. På grunn av at olje blir erstattet av en brakkvannsfront nedenfra, nær produksjonsbrønnen, blir gjentatte målinger av slike reflekterte ledede bølger benyttet for overvåking av den oppadstigende vannfronten i løpet av et ganske langt tidsperspektiv, f.eks. over måneder eller år. Ingen bølgeforplantning i stor avstand fra brønnen blir tatt i betraktning, kun det umiddelbare nærfeltsvolumet av væsker måles.

Norsk patentsøknad NO 20020203 fra Statoil beskriver en fremgangsmåte og et apparat for bestemmelse av egenskaper av et underjordisk reservoar. Den søknaden nevner en senderantenne anordnet i en brønn som gjennomskjærer en formasjon, hvor senderantennen er anordnet nær formasjonen som undersøkes. NO20020203 névner at foringsrøret kan benyttes som en antenne, idet en del av foringsrøret er isolert over den delen som faktisk benyttes for å utgjøre en dipolsenderantenne. Foringsrøret må være isolert og modifisert for at fremgangsmåten skal kunne fungere. En kraftforsyning senkes ned i brønnforingen og tvinges mot den indre overflaten av foringen. En vesentlig ulempe ved NO 20020203 ved det tilfellet hvor man anordner antennen i brønnen er det faktum at operasjonen for å senke antennen til den ønskede dybden i brønnen er relativt komplisert. I tillegg er operasjonen med å senke antennen ned inne i brønnen vanligvis slik at dersom det er en produksjonsbrønn, så må produksjonen stenges ned midlertidig. Å fremskaffe elektrisk energi for en slik nedihulls senderantenne nær den aktuelle produksjonssonen kan være vanskelig og kreve lange elektriske strømforsyningsledninger. For en brønn under boring vil operasjonen med å anbringe en nedihulls senderantenne sannsynligvis være uaktuelt på grunn av boreøkonomi og kraftforsyningsproblemer. Et annet vesentlig problem er nevnt i Statoils patentsøknad på side 4, linje 7 til 8: pulser er utsatt for sterk dispersjon i det konduktive mediet, dvs. mens de forplanter seg fra overflaten, nedover gjennom de konduktive overliggende sedimentene. Dette betyr at det blir lite signal tilbake for komme til overflaten for å måles.

Patentsøknad NO 20020203 diskuterer isoleringen av senderantennen, dvs. en del av den konduktive foring. Nedenfor vil vi beskrive at det er mulig å benytte en ikke-isolert senderantenne på sjøbunnen, og fremdeles oppnå en vesentlig bedre ,signalutsendelse.

■ En annen patentsøknad, NO 20020202 fra Statoil, diskuterer også å trekke opp

yttergrensene foret hydrokarbonførende bergartslag, antakelig med høy resistivitet, ved å benytte refrakterte EM-bølger fra ledede bølger i bergartslaget. NO 20020202 erkjenner riktignok at de detekterte refrakterte bølgene kan bære mindre dempet enn en direkte EM-bølge for lange offset, men diskuterer ikke muligheten for å benytte en senderantenne på den øvre delen av et foringsrør med foringsrøret virkende som en bølgeleder ned til reservoaret.

NO 20020202 slår fast at en tauet dipolantenne med en lengde mellom 100 til 1000 meter er å foretrekke.

Internasjonal patentsøknad WO 0157555 fra Den norske stats oljeselskap AS og Norges Geotekniske Institutt, "Fremgangsmåte og apparat for å bestemme egenskapene til et underjordisk reservoar", beskriver en senderantenne anordnet på sjøbunnen, og en tilsvarende mottakerantenne også anordnet på sjøbunnen. Dette oppsettet er laget for å undersøke et dypt reservoarlag som ellers er kjent fra seismiske undersøkelser. En refraktiv bølgekomponent søkes i bølgefeltsresponsen for å bestemme egenskapene til reservoaret. WO 0157555 understreker det faktum'at en forplantende elektromagnetisk bølge gjennom et hydrokarbon-[bergarts]lag blir mye mindre dempet enn en EM-bølge som forplanter seg i et vannførende lag, mens hastigheten er mye høyere i det hydrokarbonførende laget. Således vil den refrakterte bølgen i store avstander fra senderantennen være mye mindre dempet enn den reflekterte bølgen eller en direkte bølge. WO 0157555 nevner også at reservoarene som er av interesse kan være omkring 1 km eller mer under sjøbunnen og fortsetter med å uttrykke at " for å utføre elektromagnetiske undersøkelser som en uavhengig teknikk under disse forholdene, men noen rimelig grad av oppløsning, er korte bølgelengder nødvendige. Uheldigvis er slike korte bølgelendger utsatt for

veldig høy dempning ( attenuation). Lange bølgelengder frembringer ikke adekvat oppløsning. Avdisse årsaker foretrekkes seismiske teknikker."

Formålet med oppfinnelsen.

Et generelt begrep i denne oppfinnelsen er å la et metallisk foringsrør hjelpe til å lede deler av den elektromagnetiske (EM) energien ned fra overflaten, gjennom de ledende overdekkende formasjonene, dypt ned og inn i et høyresistivitets-hydrokarbonreservoar. Et første formå med oppfinnelsen gjelder et første problem med å kartlegge utbredelsen av et høyresistivitetslag som indikerer et petroleumsførende bergartslag, i motsetning til en mulig fortsettelse av det samme geologiske laget inn i en brakkvannsmettet volumdel av det samme bergartslaget, eller et annet lavresistivt bergartslag.

Et andre formål ved oppfinnelsen gjelder et andre problem med overvåking av forandringen av et høyresistivt lag med hensyn til utbredelse, tykkelse eller konduktivitet, noe som måtte indikere bevegelse av oljen og vannet eller bevegelsen av oljen eller vannet i løpet av produksjonen.

Et tredje formål med oppfinnelsen gjelder et tredje problem med å sende ut et signal inn i et høyresistivitetslag under et lavresistivitetslag som vanligvis demper signalet i stor grad på signalets vei ned. Dette formålet med å injisere energi kan være tosidig: både det å injisere et signal som er tilstrekkelig til å forplante seg langt bort og derpå å bli returnert til overflaten for å bli målt, og også for om mulig å stimulere reservoaret som nevnt nedenfor.

Oppfinnelsen tillater injeksjon av EM-energi inn i et reservoar ved å sende ut et elektromagnetisk signal langs en konduktiv streng, f.eks. en metallisk brønnforing, inn i det høyresistive laget og også inn i de mer konduktive lagene over og under.

Som illustrert i Fig. 3c, kan en måte å sende ut et elektromagnetisk signal på en mer effektiv måte slik at det kan forplante seg langt inn i den høyresistive formasjonen, være å benytte en toroidal spolesenderantenne omkring toppen av foringsrøret. En toroidal spoleantenne vil generere et magnetfelt H som omgir foringsrøret i en transvers retning og et elektrisk felt rettet normalt på H. I Fig. 3c trenger den stålforede brønnen som en avviksboret brønn inn i den aktuelle formasjonen. Deler av denne bølgen vil forplante seg langs stålforingen og således fortsette å forplante seg langt i horisontal retning, også utenfor rekkevidden av den konduktive strengen på grunn av at man polariserer vertikalt i et lav-konduktivt medium hvor få ladninger kan forflytte seg. En solenoide-senderspole vil generere et transvers-elektrisk (TE)-felt.

Videre kan en ordinær spole (solenoide) på sjøbunnen, omkring toppen av foringsrøret, danne et elektrisk felt omkring foringsrøret, et såkalt transverselektrisk modus-signal.

Et fjerde formål med oppfinnelsen forholder seg til et fjerde problem som gjelder overvåking av fremdriftsraten eller "penetreringsraten" for en borekrone som nærmer seg en høyresistivitetsformasjon. Boring er en dyr prosess så et oljeselskap derfor vanligvis gå fram så fort som mulig gjennom uproduktive sedimentære og andre bergarter med den hensikt å nå ned til de produktive lagene fort. I motsetning til dette ønsket kan det være svært ønskelig å ta kjerneprøver av kontakten mellom de overdekkende formasjonene (del 3 i Fig. 1, 2 og 3) og de ønskede lavkonduktivitetsformasjonene (2) som er oljeførende. Således gjelder en fjerde utførelse av oppfinnelsen en fremgangsmåte for å overvåke den elektromagnetiske responsen på sjøbunnen fra signaler som er utsendt ved hjelp av en borestreng som lager et borehull.

Et femte formål ved oppfinnelsen gjelder stimulering av petroleumsproduksjonen fra et petroleumsreservoar ved injisering av energi inn i reservoaret. Energi kan løpe inn i reservoaret som et vekslende elektrisk eller magnetisk felt av utbredende elektromagnetiske bølger som kan polarisere molekyler og vibrere de polariserte molekylene. Deler av energien blir dispergert til varme i reservoaret eller varme i bergartene over eller under reservoaret. Hele prosessen med injisering av energi antas å stimulere petroleumsproduksjon ved hjelp av mekanismer som ikke er lett å forstå, men oppvarming av væskene for å få viskositeten til å avta og således øke mobiliteten av petroleumsfluidene kan være en, men sannsynligvis ikke den eneste forklaringen.

Sammendrag av oppfinnelsen.

De ovenfor nevnte problemene løses ved hjelp av oppfinnelsen som er En fremgangsmåte for å overvåke en høyresistiv bergartsformasjon (2) under en eller flere mindre resistive formasjoner (3), hvor fremgangsmåten omfatter følgende trinn: - utsendelse av et elektromagnetisk signal (S) som forplanter seg fra en nær en sjøbunn eller landoverflate (1) ved hjelp av en lavfrekvent elektromagnetisk sender (5) som mottar energi fra en spennings- eller signalgenerator (G); - hvor den elektromagnetiske senderen (5) er koblet til en overflatedel av en elektrisk konduktiv streng (7) i en brønn (7b), - hvor det elektromagnetiske signalet (S)forplanter til den høyresistive formasjonen (2) som et elektromagnetisk ledet-bølge - signal i det minste delvis langs den konduktive strengen (7), og videre forplanter seg fra den konduktive strengen (7) som et elektromagnetisk ledet-bølge - signal (S2) inne i den høyresistive formasjonen (2); - hvor det elektromagnetiske signalet (S2)gir opphav til et refrakterende oppover forplantende elektromagnetisk signal (R3)fra grenseflaten mellom høy-resistivitetsformasjonen (2) og lavere-resistivitetsformasjonen (3) som gir opphav til en1 bratt oppstigende refraksjonsbølgefront (F3); - detektering av den refrakterte elektromagnetiske bølgefronten (F3) omfattende refrakterte elektromagnetiske signaler langs et array av sensorantenner (6a, 6b, 6c,

...', 6n) langs sjøbunnen, hvor arrayet har en retning bort fra senderen (5), og

- bestemmelse av en horisontal utstrekning, langs av arrayet av sensorantennene (6a, 6b, 6c,6k 6n), av hvor den høy-resistive bergartsformasjonen (2) er petroleumsførende, ved å skille mellom deler av arrayet hvor de elektromagnetiske signalene har en tilsynelatende høy forplantningshastighet fra deler av arrayet hvor de elektromagnetiske signalene har en lavere forplantningshastighetshastighet.

I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen kan den elektromagnetiske senderen omfatte en toroidal spole eller en vanlig spoleantenne som sender ut det elektromagnetiske signalet til den øvre enden av en elektrisk konduktiv streng, f.eks. en stålforing eller foringsrør. Den elektrisk konduktive stålforingen leder EM-energi fra overflaten ned til den ønskede formasjonen.

I motsetning til hva som normalt antas å være mulig, kan det i en utførelse av oppfinnelsen benyttes en elektromagnetisk sender som omfatter elektroder, hvor en av elektrodene er forbundet til en øvre ende av den elektrisk konduktive strengen, hvor den øvre enden er nær sjøbunnen. Den andre elektroden blir normalt plassert på en mer fjerntliggende plass og jordet i sjøbunnen eller i sjøvannet, eller koblet til et annet metallforet borehull.

Kort figurforklaring.

Oppfinnelsen er illustrert i de vedlagte tegningsfigurene. Tegningene er ment kun for å illustrere oppfinnelsen og skal ikke kunne oppfattes som begrensende for oppfinnelsen, som i seg selv kun skal begrenses av de vedlagte patentkravene. Fig. 1 illustrerer et vertikalt snitt gjennom et undersjøisk petroleumsfelt som man forestiller seg, med en undersjøisk petroleumsbrønn som er foret av etforingsrør kalt en "casing", hvor brønnen skjærer gjennom en høyresistivitetsformasjon som er begravet under formasjoner som har lavere resistivitet. En senderantenne er anordnet nedihulls, nær høyresistivitetsformasjonen, og kan representere den kjente teknikk. Fig. 2 er en nærmere illustrasjon av en del av Fig. 1, og viser en del av foringsrøret som skjærer gjennom høyresistivitetsformasjonen. Antennene som er illustrert her genererer et vertikalt elektrisk felt E som vil forplante seg inn i høyresistivitetsformasjonen. Fig. 3a illustrerer en foretrukket utførelse av oppfinnelsen. I den øvre delen av arket er det illustrert et vertikalt snitt som ligner på Fig. 1.1 en utførelse av oppfinnelsen er en elektrisk spenningsgenerator koblet til en del av en konduktiv brønnforing nær sjøbunnen. Fig. 3b ligner på Fig. 3a, og illustrerer en utførelse av oppfinnelsen som skiller seg fra den som er nevnt ovenfor idet den har en ringformet toroid eller solenoid antenne anordnet omkring den delen av foringsrøret som strekker seg opp til eller litt over sjøbunnen. Fig. 3c ligner på Fig. 3b, og illustrerer en utførelse av oppfinnelsen som skiller seg fra den som er nevnt ovenfor ved at en avviksboret brønn har blitt boret inn i en høyresistivitetsformasjon. Den nedre delen av arket er et illustrerende planriss som viser transvers-elektrisk "TE-" og transvers-magnetisk "TM-" -modus-responser over en høyresistivitets-resevoarformasjon. Fig. 3d illustrerer en utførelse av oppfinnelsen hvor en brønn blir boret, hvor borestrengen nærmer seg høyresistivitetsformasjonen. . Fig. 3d illustrerer en utførelse av oppfinnelsen hvor en brønn er under boring, med

-borestrengen som nærmer seg en høyresistivitetsformasjon.

I Fig. 4 illustrerer en rekke av bilder av beregnede vertikalsnitt gjennom en sterkt

. forenklet modell av en lavresistivitetsformasjon som har en tynnere høyresistivitetsformasjon som befinner seg et eller annet sted i den nedre halvdel av bildet. Formasjonene er gjennomboret i en brønn i venstre side av hvert bilde. Brønnen er foret med en konduktiv brønnforing. Et elektromagnetisk signal genereres halvveis nede i den konduktive foringen. Bildene av de beregnede intensitetene av det forplantende elektromagnetiske feltet er vist i påfølgende tidssnitt med 500 mikrosekunders intervall, og de starter på 500 mikrosekunder og slutter på 20 000 mikrosekunder. Fig. 5 er et forstørret bilde av det første beregnede tidssnittet ved 500 mikrosekunder. På venstre side er det indikert en konduktiv streng med EM-senderantennen. I den nedre delen av figuren er en høyresistiv formasjon indikert. Ut fra bildet vil man se at EM-feltfronten utbrer seg på en tilnærmelsesvis kuleformet , måte som en direkte bølge. Fig. 6 ligner på Fig. 5, og er beregnet for t=2000mikrosekunder. Direktebølgen gjennom bergartene, og også bølgen langs foringsrøret, har ved dette tidspunktet forplantet seg ned til en høyresistivitetsformasjon som har høyere forplantningshastighet enn direktebølgen. Høyresistivitetsformasjonen kunne ikke skjelnes i det foregående blide. Fig. 7 ligner på Figurene 5 og 6, nå beregnet for t=10000mikrosekunder. Den ledede bølgen "guided wave" har forplantet seg langt inn i den høyre delen av høyresistivitetsformasjonen og lekker refrakterte bølger oppover (og nedover) som framvises som en ganske bratt oppover (og nedover) stigende utbredende refraktert bølgefront. Ved dette tidspunktet begynner det å bli åpenbart at den refrakterte EM-bølgefronten forplanter seg hurtigere gjennom lavresistivitetsformasjonen. Fig. 8 er ganske lik Fig. 7 og viser en utvikling ved et utbredelsestidspunkt på 20000 mikrosekunder, eller 0,02 sekunder. For observasjonsstasjoner som er anordnet utenfor en gitt avstand langs sjøbunnen (eller overflaten) vil den refrakterte bølgen opptre først ved sensorene. Den refrakterte bølgehastigheten vil, på grunn av den bratte retningen av den reelle forplantningsretningen, synes å være høyere når den beregnes fra faseforskjeller ved sensorene 6 enn hastigheten til direktebølgen. Fig. 9 illustrerer en serie av beregnede vertikale snitt gjennom en annen likeledes forenklet modell av en lavresistivitetsformasjon som er dekket av konduktivt sjøvann. Den materielle modellen bak disse beregnede snittene er illustrert i Fig. 9b. Bildet illustrerer EM-utbredelsen gjennom en bergartsformasjon. Sjøbunnen er plassert på 2500 meters sjøvannsdybde. Bergartslagene i modellen strekker seg til en dybde på 2500 meter under sjøbunne, dvs. 5000 meter under sjøoverflaten. Den horisontale utstrekningen av modellen er 5000 meter. Som i Fig. 4 finnes der en tynnere høyresistivitets horisontal formasjon et eller annet sted i den nedre halvparten av bildet. Den tilnærmelsesvise posisjonen vil dukke opp i bildene for tidssnitt-bildene etter 2000 eller 3000 mikrosekunder, dvs. det andre eller tredje bildet. Fra sjøbunnen og ned er formasjonene gjennomboret av en brønn i venstre kant av hvert bilde, hvor brønnen er utstyrt med et konduktivt foringsrør, vanligvis laget av stål. Fig. 9b illustrerer den materielle modellen for beregningen av EM-feltutbredelsen for Fig. 9. den tynne høyresistivitetsformasjonen som er nevnt ovenfor har en øvre grenseflate på 1000 meter under sjøbunnen, og en tykkelse på 150 m. Resistiviteten i høyresistivitetsformasjonen er 100 Qm. De overliggende bergartene og bergartene under har en jevn resistivitet på 10 Qm. Fig. 10 er et vertikalsnitt av en modellert utførelse av oppfinnelsen, et bilde basert på modellen i Fig. 9b. Bildet viser en elektromagnetisk intensitet som beregnet for et tidspunkt lik 30 000 mikrosekunders utbredelse gjennom bergartene, fra kilden. I det illustrerte tilfellet benytter den foretrukne utførelsen en senderantenne nær sjøbunnen, og helst ved toppen av et borehull med foringsrør i. I dette eksempelet strekker foringsrøret seg hele veien fra sjøbunnen på 2500 meter ned til en total dybde på 5000 meter. Foringsrøret har således en total lengde på 2500 meter. Fig. 11 er et vertikalsnitt av en modellert utførelse av oppfinnelsen, et bilde basert på en modell som ligner modellen i Fig. 9b, bortsett fra at foringsrøret som har blitt benyttet for beregningen av Fig. 11 er kort og strekker seg fra sjøbunnen og 500 meter ned i lavresistivitetsformasjonen. Således avsluttes stålforingsrøret langt over høyresistivitetsformasjonen. Fig. 12 er et vertikalsnitt av en modellert utførelse av oppfinnelsen, et bilde basert på en modell som ligner modellen i Fig. 9b, bortsett fra at i den underliggende modell er det ikke anordnet noe foringsrør i borehullet. Fig. 13 er et diagram med en sammenligning mellom signalamplitudene som potensielt måles på sjøbunnen i de tenkte situasjonene hvor man har henholdsvis intet foringsrør, et kort foringsrør, og et langt foringsrør. Fig. 14 er et vertikalsnitt som er sammenlignbar med tidssnittet i Fig. 10, men med det viktige unntaket at der ikke er noen høyresistivitetsformasjon i sjøbunnslagene, men ellers med et foringsrør tilstede. Formålet med Fig. 14 er tosidig, det første er for å vise at i metoden med å injisere elektromagnetisk energi inn i et reservoar er tilstedeværelsen av en høyresistivitetssone en nødvendig forutsetning for å detektere refrakterte bølger, og det andre er å illustrere den åpenbare betydelig heten av at tilstedeværelsen av et metallforingsrør resulterer i en sterkt forbedret injeksjon av EM-energi inn i sjøbunnsformasjonene når man sammenligner med situasjonen i Fig.

12 som er uten et metallforingsrør.

Beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen.

Fig. 1 illustrerer en situasjon hvor en elektromagnetisk senders (5) antenne (50) er anordnet i et borehull (7b) gjennom lavresistivitetsformasjoner (3), og hvor borehullet (7b) også gjennomtrenger en høyresistivitets petroleumsførende formasjon (2). Antennen (50) er anordnet på utsiden av det konduktive foringsrøret (7) for utsendelse av et elektromagnetisk signal (S) inn i høyresistivitetsformasjonen (2). Etter hvert som de elektromagnetiske bølgene forplanter seg gjennom formasjonene,

, blir til slutt refrakterte elektromagnetiske bølger mottatt på overflaten (1) av de overliggende geologiske formasjonene (3). Overflaten (1) kan være sjøbunnen eller en landoverflate. Overflaten kan i fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ikke være

i sjøoverflaten unntatt for ganske grunne anvendelser, på grunn av den alvorlige grad:av sjøvannsdempning av EM-signaler. En skillelinje 22 i den fluidførende formasjonen (2) indikerer en overgang fra en oljefylt del (2o) av , høyresistivitetsformasjonen 2) til en vannførende del med lavere resistivitet av formasjonen (2w).

i Fig. 2 illustrerer en mer detaljert del av Fig. 1, og viser en del av foringsrøret (7) i den delen av borehullet (7b) som gjennomskjærer den petroleumsførende formasjonen (2) med høy resistivitet. Senderantennene (50) er anordnet nær foringsrøret nær denne gjennomborede høyresistivitetsformasjonen (2). Uavhengig av hvilken bestemt sendermetode som benyttes for å generere en elektromagnetisk bølge som er ment å utbre seg som en ledet bølge ("guided wave") inne i en høyresistivitetsformasjon, er det vesentlig for en vidtfavnende utbredelse at E-feltet dannes når vinkelrett på en øvre og nedre grenseflate mellom

høyresistivitetsformasjonen (2) og mer konduktive lag (3) over og under. Således kan

.ikke det E-feltet som blir dannet bevege tilstedeværende ladninger i noen vesentlig grad, og svært lite elektrisk strøm dannes, en strøm som eller ville bli hurtig dempet i det konduktive laget (3). Således, når man har et E-felt som står vinkelrett eller såkalt perpendikulært på lagflatene over og under høyresistivitetslaget (2) kan en EM-bølge forplante seg langt som en ledet bølge inne i høyresistivitetslaget (2). Dette

prinsippet anvendes i det meste av denne søknaden. Som diskutert ovenfor mens man kommenterte den kjente teknikk nevnte vi at en signifikant ulempe ved NO20020203 i tilfelle man anordner antennen i brønnen, er at den operasjonen med å fire ned antennen til den nødvendige dybden i brønnen er relativt komplisert og som i tillegg vanligvis krever at brønnen, i tilfelle av at den er en produksjonsbrønn, må^stenges ned midlertidig. I tillegg kan det å fremskaffe elektrisk energi for en nedihulls senderantenne som produserer et signal av vesentlig styrke og anordnet nær den aktuelle produksjonssone være vanskelig. Situasjonen i Fig. 1 og 2 ligner, men er ikke helt den samme som i NO20020203, ved at høy-resistivitetssonen det gjelder i denne søknaden ikke har noen blotning (eng.: "outcrop") langs sjøbunnen i

vårt eksempel. Imidlertid beskriver vi nedenfor en løsning på noen av de problemene som ble diskutert ovenfor.

Fig. 3a illustrerer en foretrukket utførelse av oppfinnelsen hvor en del av det genererte EM-signalet forplanter seg fra overflaten av sjøbunnen (1) og ned til en høyresistivitetsformasjon (2) langs en konduktiv streng (7). Vi vil demonstrere hvordan dette signifikant forbedrer signaltransmisjonen ned til

høyresistivitetsformasjonen (2), og videre øker den andelen av energi som kan ' refrakteres tilbake til sjøbunnen (1). I denne foretrukne utførelsen er den elektromagnetidke senderantennen (5, 50) dannet ved å forbinde en vekselstrøms-(eng.; "AC") elektrisk spenningssignal fra en elektrisk signalgenerator (G) for elektrisk effekt ved å benytte en elektrode (50A) koblet til en konduktiv streng (7) nær sjøbunnen (1), noe som resulterer i en ledet bølge som forplanter seg langs den konduktive strengen (7) i borehullet. Den konduktive strengen (7) kan være en stålforingsrør eller "liner" eller lignende, eller en borestreng. I tilfellet med den foreliggende oppfinnelsen er det ikke ansett som strengt tatt nødvendig å isolere noen del av foringsrøret (7) for å oppnå noen signaltransmisjon, selv om det er mulig og sannsynligvis fordelaktig å delvis isolere en øvre del av foringsrøret delvis, f.eks. ved maling. Den andre og motsatte elektroden (50B) fra spenningsgeneratoren (G) blir jordet i sjøbunnen eller i sjøvannet et eller annet sted annet enn toppen av foringsrøret. I en foretrukket utførelse av den foreliggende oppfinnelsen er det ønskelig å benytte en effekt på omtrent 10 kW, med en frekvens på mellom 0,1 Hz og 1 kHz. Nedihullsdelen av den konduktive strengen (7) som gjennomtrenger en høyresistivitets petroleumsførende formasjon (2) vil utgjøre en del av en antenne (50) som sender ut et mindre dempet og således sterkere elektromagnetisk signal som også har en mulighet for å inneholde et bredere frekvensspektrum på grunn av mindre dempning av de høye frekvensene, til ned i hullet og inn i høyresistivitetsformasjonen (2). Som ved eksempelet i Fig. 1, ledes elektromagnetiske bølger gjennom høyresistivitetsformasjonen (2) og refrakteres oppover til de overdekkende geologiske formasjonene (3) med lavere resistivitet, og mottas endelig på overflaten (1), dvs. på sjøbunnen eller på landjordens overflate. Typiske resistivitetsverdier er indikert i Fig. 3a: For sjøvann (4) er pswi området mellom 0,2 og 0,3 Qm; for lavresistivitetsformasjonene (3) kan p3være 0,7 til 10 Qm,

og for høyresistivitetsformasjonen (2) som er oljeførende kan p2oiivære 20 til 100 Qm. For de vannførende delene av formasjonen (2) kan p2Vannvære 0,7 til 10 Qm, liknende på resistiviteten av de overliggende lavresistivitetsformasjonene (3). EM-signalet i dette eksempelet kan forplante seg inne i høyresistivitetsformasjonen (2) som et nesten vertikal polarisasjonsvektor E langs en Poynting vektor P. Denne Poynting vektor P er vektorproduktet ExH, hvor Poynting vektor P er rettet langs forplantningsretningen, og E og H står vinkelrett på hverandre og på forplantningsretningen. På grunn av den store kontrasten i elektriske egenskaper, og<r>således sterk kontrast i forplantningshastigheter, vil den refrakterende bølgens retning fra en horisontal høyresistivitetsformasjon inn i en lavresistivitetsformasjon være veldig bratt, med P rettet bratt inn i bergartsformasjonene (3) over den lavkonduktive delen av formasjonen (2). Bortenfor olje-vann kontaktsonen (22) vil P være mye mindre refraktert og således rettet mindre bratt dersom den i det hele tatt vil bli refraktert inn i lavresistivitetsformasjonen (3) fra den lavresistive vannførende formasjonen (2w). På samme måte vil det utenfor olje-vann kontaktsonen (22) være slik at den refrakterte E vektor, som er nesten horisontal over lavkonduktive deler av formasjonen (2), vil E være rettet noe brattere når den refrakteres fra den mer konduktive vannførende formasjonen (2w). Den samme effekten finner sted for overgangen fra den lavresistive bergartsformasjonen (3) til det enda mer konduktive sjøvannet (4), noe som resulterer i en tilnærmet horisontal E vektor over og langs sjøbunnen. Således kan antennene (6a, 6b, 6c 6k,6n) på sjøbunnen (1) generelt være anordnet horisontalt for formålet med å spore opp omrisset av lavresistivitets reservoardelen av formasjonen (2) ifølge den foreliggende oppfinnelsen.

Vanligvis blir et foringsrør (7) sementert til borehullsveggen ved hjelp av sement (74) i ringrommet (eng., lat.: annulus) mellom den ytre overflaten av foringsrøret (7) og borehullsveggen, langs deler av foringsrøret (7) som gjennomskjærer overliggende ikke-produktive bergartsformasjoner (3) og inn i reservoaret. For sementen (74) ble resistivitetenP74av sement som hadde herdet i to uker målt i NGIs laboratorium til å ligge mellom være 50 til 100 Qm eller mer, noe som er høyere enn den antatte resistiviteten til lavresistivitetsformasjonene (3), hvor p3var anslått til å være 0,7 til 10 Qm. Den konduktive strengen (7) som er delvis isolert av en slik utenpåliggende sementcoating (74) ville gi forbedrede bølgeleder-egenskaper for et elektromagnetisk signal (S) gjennom lavresistivitetsformasjonen (3).

I en situasjon som beskrevet ovenfor vil tilkobling av en vekselfelts- (AC-) kilde til foringsrøret ikke skje noen netto transport av strøm, og det ville bare skje en signaloverføring over en begrenset tid, for eksempel fra noen få sekunder opp til noen få minutter, avhengig av synkronisert bruk av sender- og mottakersystemet som begge enkelt kan fjernstyres, slik at der ikke ville forekomme noen vesentlig korrosjon på foringsrøret ved bruk av denne metoden.

I figur 3b gjennomskjærer en stålrørsforet brønn den petroleumsførende høyresistiv bergartsformasjon (2), og brønnen (7b) er stort sett vertikal. En toroidal spole er viklet omkring en ringkjerne og anordnet på sjøbunnen, og omkring den konduktive foringsrørstrengen eller en tilsvarende konduktiv rørstreng. Den toroidale antennen kan med fordel være utstyrt med en ringkjerne (51) som har med høy magnetisk permeabilitet. I dette tilfellet blir de elektriske komponentene £±, E\\generert normal til og parallell med den konduktive strengen (7). Det magnetiske induserende feltet H er illustrert, og Poynting vektorkomponentene Pj. og P\\som er generert normalt (vinkelrett) på og parallelt med den konduktive strengen (7) er også illustrert sammen med resultant- Poyntingvektoren Pr. Man vil se at den genererte P vektoren vil forplante seg nedover langs foringsrørstrengen (7) og inn i de geologiske lagene, og kan refraktere inn i de lavresistive lagene (3) slik at de blir parallelle med de høyresistive lagene (2). Et vesentlig trekk ved oppfinnelsen kan således oppnås: en senderantenne på overflaten danner et signal som forplanter seg lite dempet ned til formasjonen (2) hvori det kan utbre seg. E-komponenten som er vinkelrett på grenseflatene over og under formasjonen (2) kan bli ledet inne i høyresistivitetsformasjonen (2) og bli refraktert og plukket opp ved overflaten for å bli analysert og for å risse opp utstrekningen av formasjonen (2) og gi noen karakteriserende egenskaper for formasjonen (2).

Som i Fig. 3b illustrerer Fig. 3c en toroidal spole anordnet nær f.eks. sjøbunnen og omkring det konduktive foringsrøret. Den toroidale spolen genererer det som kalles et transvers-magnetisk (TM) modus signal med E-feltet rettet på tvers av den konduktive aksen, dvs. aksen av den konduktive strengen (7). I den illustrerte utførelsen av oppfinnelsen er brønnen med det konduktive foringsrøret (7) eller et lignende konduktivt produksjonsrør avviksboret inn i den subhorisontale høyresistive formasjonen (2). Som det fremgår av tegningen vil E-feltet bli generert normalt på aksen av den konduktive strengen (7), og H-feltet vil bli generert omkring aksen av den samme konduktive strengen, således at Poynting-vektoren Pvil være rettet langs den konduktive strengen (7). Den avviksborede konduktive strengen vil således dreie det vektoroppsettet som forplanter seg 90 grader slik at et sterkere E-felt kan dannes i nesten vertikal retning inne i lavkonduktivitets- (høyresistivitets-) formasjonen (2) over (og under) den konduktive strengen. Dette sterkere E-feltet er således i stand til å forplante seg lenger inn i formasjonen (2) for å danne et sterkt refraktert signal som kan fanges opp av antenner (6a, 6b, 6c,6k,6n) på sjøbunnen over de oljeførende partiene av formasjonen (2). I den nedre delen av Fig. 3c er det illustrert et horisontalt snitt av brønnen langs vertikalsnittet ovenfor. Et område kalt "sterkrefraksjons-" området er vist over den oljeførende formasjonen (2), og et "svakrefraksjons"-område er illustrert utenfor den fjerntliggende enden av den oljeførende formasjonen (2), dvs. over den vannførende delen av formasjonen (2w).

Fig. 3d illustrerer en utførelse av oppfinnelsen som benytter en senderantenne omkring den øvre delen av en konduktiv borestreng. Dersom senderantennen er en toroidal spole og brønnen er vertikal, vil P vektor stråle ut i en ønskelig vinkel fra

.aksen av borestrengen nær enden av borestrengen, noe som resulterer i refraksjon av vektoren P som forplanter seg mer eller mindre langs lavresistivitetsformasjonen (2) og assosiert med et heller sterkt nærmest vertikalt E-felt som kan forplante seg godt inn i lavresistivitetsformasjonen (2). Således kan en EM-bølge ledes gjennom lavresistivitetslaget (2) for å bli refrakterte EM-bølger som kan plukkes opp langs sjøbunnen langt fra borestrengen. Mens borestrengen er langt over det lavresistive laget (2) skulle der være et ganske svakt refraktert signal. Men mens borestrengen nærmer seg den høyresistive formasjonen (2), skulle den refrakterte bølgekomponenten ha en karakteristisk utvikling av intensitet og / eller fase nær grenseflaten mellom den over- (og under-) liggende grenseflaten(e) og høyresistivitetsformasjonen (2). Modellering eller bruk av empiriske data for en slik boreovergang slik at boreteamet kan varsle tilnærmingen til grenseflaten. Således skulle man bli i stand til å stoppe boringen og bruke kjerneboring gjennom overgangen fra overliggende ikke-petroleumsførende bergarter og inn i den

petroleumsførende formasjonen. Samtidig kan man si at fordi en såkalt "gas cap" kan befinne seg på toppen av et reservoar, er det fordelaktig å vite mer presis når borestrengen nærmer seg en slik gasskappe for å unngå en uønsket trykkøkning i brønnen. Fig. 4 illustrerer en serie av bilder av beregnede vertikalsnitt gjennom en sterkt forenklet modell av en lavresistivitetsformasjon med en høyresistiv tynn horisontal formasjon som befinner seg et eller annet sted i den nedre halvdel av bildet. Formasjonene er gjennomboret av en brønn i venstre side av hvert bilde. Brønnen er foret med et konduktivt foringsrør. Et elektromagnetisk signal genereres halvveis nede langs den konduktive foringen. Bildene av den beregnede intensitet av det forplantende elektromagnetiske feltet er vist i påfølgende tidsseksjoner som har 500 millisekunders intervall og starter på 500 mikrosekunder og som slutter ved 20 000 mikrosekunder. Formålet med fig. 4 er å illustrere feltutbredelse uten sjøvann i modellen, og å forberede leseren for den mer utførlige modellen som ligger bak de beregnede bildene i Fig. 9, hvor sjøvann introduseres, og hvor senderantennen er anordnet på sjøbunnen på en konduktiv brønnforing. Fig. 5 er et forstørret bilde av det første beregnede tidssnittet ved 500 mikrosekunder. Til venstre er det indikert en konduktiv streng (7) med EM-senderantennen (50). I den nedre delen er en høyresistiv formasjon (2) indikert. Fra bildet vil man se at EM-feltets front utbrer seg på en nærmest kuleformet måte som en direktebølgefront (Fi). Fig. 6 ligner Fig. 5, og er beregnet for t=2000 mikrosekunder. Direktebølgen gjennom bergartene (3) og også en bølge langs foringsrøret (7) har ved dette øyeblikket forplantet seg ned til en høyresistivitetsformasjon (2). En begynnende utbredelse av en ledet bølge i en bølgefront (F2) skjer inn i en høyresistiv formasjon (2) som har en lavere resistivitet og således en høyere utbredelseshastighet enn direktebølgen. Høyresistivitetsformasjonen (2) kunne ikke skjelnes i det foregående beregnede bildet. Fig. 7 ligner Fig. 5 og 6, og er beregnet for t=10000 mikrosekunder. Den ledede bølgen har forplantet seg langt inn i den høyre delen av høyresistivitetsformasjonen i

og lekker refrakterte bølger oppover (og nedover) og fremvises som en heller bratt utbredende refraktert bølgefront (F3).

Den ledede bølgen har forplantet seg langt inn i den høyre delen av høyresistivitetsformasjonen (2) og lekker refrakterte bølger oppover (og nedover) og fremvises som en heller bratt utbredende refraktert bølgefront (F3) gjennom lavresistivitetsformasjonen (3). Ved dette tidspunktet er det åpenbart at en fremre del av den refrakterte EM-bølgefronten gjennom formasjonen (3) forplanter seg foran direktebølgefronten (F1) i formasjonen (3). Fig. 8 er ganske lik Fig. 7 og viser en utvikling ved en utbredelsestid på 20 000 mikrosekunder eller 0,02 sekunder. For observasjonsstasjoner med mottakerantenner (6a, 6b, 6c 6k,6n) på sjøbunnen (1) anordnet utenfor en eller annen avstand langs sjøbunnen (eller overflaten) vil den refrakterte bølgen frémkomme først på sensorene (6) dersom en refraktert bølge opptrer på den stasjonen. Den refrakterte bølgehastigheten vil på grunn av den bratte reelle utbredelseshastigheten fremstå som høyere dersom den beregnes fra faseforskjeller ved sensorene (6) enn hastigheten for direktebølgen, og vil over reservoardelen av formasjonen (2) indikere utbredelseshastigheten for EM-bølger i reservoaret. Fig. 9 illustrerer en rekke beregnede vertikale snitt gjennom en annen likeledes forenklet modell av en lavresistivitetsformasjon (3) som er dekket av konduktivt sjøvann (4). Den materielle modell bak disse beregnede snittene er illustrert i Fig. 9b. Bildet illustrerer EM-utbredelse gjennom en bergartsformasjon (3). Sjøbunnen (1) befinner seg på 2500 m sjøvannsdybde. Bergartene (3) i modellen strekker seg til en dybde av 2500 meter under sjøbunnen, dvs. 5000 m under sjøoverflaten. Den horisontale utstrekningen av modellen er 5000 meter. Som ved Fig. 4 finnes der en tynnere høyresistiv horisontal formasjon (2) et eller annet sted i den nedre halvdel av bildet. Den omtrentlige plasseringen vil åpenbare seg for tidssnitt seinere enn 2000 eller 3000 mikrosekunder, dvs. det andre eller tredje bildet. Fra sjøbunnen (1) og ned er formasjonene (3, 2) gjennomboret av en brønn i venstre side av hvert bildet, og brønnen har en konduktiv foring (7) vanligvis laget av stål.

Med tidens forløp, hvor det generelle bildet omfatter den opprinnelige sfæriske bølgen som utbrer seg som direktebølgen som forplanter seg gjennom lavresistivitetsformasjonen (3), blir dette bildet mer og mer forvrengt av den hurtigere ledede bølgefronten gjennom høyresistivitetsformasjonen (2) og den refrakterte EM-bølgefronten gjennom formasjonen (3). Man vil også se den langsommere EM-bølgefronten gjennom sjøen (4) som forvrenges av den refrakterte direktebølgen gjennom lavresistivitetsformasjonen (3) og seinere også på grunn av den refrakterte bølgen fra formasjonen (2). Det er tydelig at etter 30 000 mikrosekunder dominerer den refrakterte EM-bølgefronten fra høyresistivitetsformasjonen (2) gjennom formasjonen (3) hele bildet. Merk også det "løk"-formede bildet av intensitetsfeltet med en nedover pekende spiss langs foringsrørstrengen (7), noe som er tydelig å se ut ifra de to seneste bildene på 29 000 og 30 000 mikrosekunder. Denne spissformen kan skyldes at energien eller effektkonsentrasjonen er høyere langs foringsrørstrengen (7). Fig. 9b illustrerer den materielle modellen for beregningene av EM-feltutbredelsen i Fig. 9. Den tynne høyresistive formasjonen (2) nevnt ovenfor har en øvre grenseflate på 1000 m under sjøbunnen og en tykkelse på 150 m. Resistiviteten av høyresistiviteten (2) er her 100 Qm. De overliggende bergartene (3) over og bergartene under har en enhetlig resistivitet på 10 Qm. Denne interne enhetlige resistiviteten av de overlagrende bergarter (3) og også av de underliggende bergarter (3) er naturligvis ikke den virkelige situasjonen i naturen, hvor det vil være en indre variasjon av resistivitet som avhenger av stratigrafiske variasjoner, metamorfose og vann- og oljemigrasjon. I den matematiske modellen som har blitt brukt for disse beregningene er avstandsenhetene og således oppløsningen lik 25 meter.

Videre er kilden i Fig. 9b plassert på sjøbunnen på toppen av foringsrøret ved dybde : y=2500 m og x=300 m fra venstre kant. Tenkte punkt for mottakere (6a, 6b, 6c,...) er også anordnet i hvert punkt av modellen langs sjøbunnen (1) på y=2500 m for forskjellige x verdier med 25 m innbyrdes avstand. Den tenkte kilden (5) er et vekselfelts sirkulært magnetfelt. Dette vil indusere strøm som strømmer langs

metallforingen (7). I dette tilfellet blir metallforingen (7) en elektrisk dipol. En enkelt syklus 100 Hz signal er benyttet for simuleringen. Total utbredelsestid i modellen er 30 ms, dvs. 30 000 mikrosekunder. Borehullet (7b) med foringsrør er ved y-aksen ved venstre side av bildet.

Fig. 10 er et vertikalsnitt av en modellert utførelse av oppfinnelsen, et bilde basert på modellen i Fig. 9b. Bildet viser en elektromagnetisk intensitet som beregnet for en tid på 30 000 mikrosekunder av utbredelse gjennom bergartsmodellen fra kilden (5). I det illustrerte tilfellet benytter den foretrukne utførelsen en senderantenne (50) nær sjøbunnen, og foretrukket på toppen av foringsrøret (7) i det forede borehullet (7b). I dette eksempelet strekker foringsrøret (7) seg hele veien fra sjøbunnen ved 2500 m og ned til en total dybde av 5000 m. Foringsrøret (7) har således en lengde på totalt 2500 m. Den horisontale utstrekning av det beregnede bildet er 5000 m. Modellen er beregnet med 50 m oppløsning i både vertikal og horisontal retning. Merk at i Fig. 10 at der forekommer en "løk"- formet (med en nedoverrettet spiss) fordeling av energi-intensitet omkring det konduktive foringsrøret. Denne formen indikerer at foringsrøret (7) er en utmerket ledningsbane for elektromagnetisk energi fra senderen (5) nær

den sedimentære overflaten (1) og ned inn i de geologiske formasjonene. Mye av denne energi-intensiteten forplanter seg inn i den horisontale

høyresistivitetsformasjonen (2), som klart fremgår fra Fig. 10. Energien blir så overført som refrakterte bølger oppover og nedover fra høyresistivitetslaget, som kan varme høyresistivitetslaget og også de omgivende lagene (3), og således kanskje stimulere den petroleumsførende høyresistive produksjonssonen (2). Noe av energien vil eventuelt dukke opp som refrakterte bølger ved sensorantennene (6) ved sjøbunnen (1). Da kan signalene fra antennene (6) registreres og analyseres for å estimere de fysiske elektriske egenskaper og for å risse ut utstrekningen av høyresistivitetsformasjonen (2).

Også åpenbart fra dette bildet er den mye sterkere refrakterte energikomponenten som ankommer ved store offset-avstander på sjøbunnen (1) langt til høyre i modellen. Også åpenbart fra det beregnede bildet er den alvorlige dempningen og langsomme utbredelseshastigheten for EM-bølger i sjøvann (4). Fig. 11 er et vertikalt snitt av en modellert utførelse av oppfinnelsen, et bilde basert på en modell som ligner modellen i Fig. 9b. Et unntak er at foringsrøret (7) som ble benyttet i modellen for beregning av Fig. 11 er kort, og strekker seg fra sjøbunnen (1) , og 500 meter ned i lavresistivitetsformasjonen (3). Således slutter stålforingen (7) langt over høyresistivitetsformasjonen (2). Man kan klart se at den oppover forplantende bølgefronten merket med "P" har forplantet seg en kortere avstand enn den tilsvarende forplantende bølgefronten i Fig. 10, noe som indikerer nytten av å ha et konduktivt foringsrør (7) som strekker seg i det minste ned til reservoarbergarten. Det er også et åpenbart faktum at amplitudedempningen i Fig. 11 med et kort foringsrør er noe mer alvorlig enn når man benytter et langt foringsrør som vil resultere i at mer elektromagnetisk energi vil forplante seg inn i lavresistivitetsformasjonen (2). Fig. 12 er et vertikalsnitt av en modellert utførelse av oppfinnelsen, et bilde basert på en modell som ligner på modellen i Fig. 9b, unntatt at i den underliggende modellen er det ikke anordnet noe foringsrør i borehullet. Det er klart at signalet er mye kraftigere dempet og at signalstyrken som kan mottas som en refraktert bølge er mye svakere enn i de to foregående eksemplene. Sammenligner man effektene av de tre forskjellige situasjonene som beskrevet ovenfor viser:

<*>Fig. 10: et dypt foringsrør gjennomtrenger høyresistivitetsformasjonen,

<*>Fig. 11, et gruntstikkende foringsrør med omtrent halvparten av lengden (500 m) som er nødvendig for å rekke ned til høyresistivitetsformasjonen (d=1000 m, tykkelse 150 m), og

<*>Fig. 12: intet foringsrør,

vil avsløre følgende:

For det første beveger den refrakterte bølgen seg hurtigere til høyresistivitetsformasjonen (2). Dette kan klart sees når man sammenligner Fig. 10, 11 og 12.

For det andre er intensiteten av den refrakterte bølgen som mottatt ved stasjonene langs sjøbunnen mye høyere for situasjonen med dypt foringsrør, men også akseptabel for situasjonen med det grunne (500 m) foringsrøret. Dette kan oppsummeres i tabell 1.1 nedenfor:

Forskjellene mellom langt og kort foringsrør (7) og "uten foringsrør" i tabellen ovenfor er illustrert i Fig. 13 som er et tredimensjonalt søylediagram som viser offset langs en horisontal akse de tre eksemplene av "uten foringsrør", "500 m foringsrør" og "2500 meter foringsrør" langs den andre horisontale akse, og den relative forsterkning normalisert i forhold til responsen med "uten konduktivt foringsrør" langs den tredje aksen.

■Eksempelet i Fig. 12: "uten foringsrør" representerer den kjente teknikk hvor en i

isenderantenne er anordnet på sjøbunnen og som ikke er anordnet i nærheten av noe vertikalt og konduktivt foringsrør. Forbedringen av signalet med en faktor på tolv som for eksempelet med store offset for de lange foringsrørene er signifikant. De relative signalforsterkningene vist i eksemplene med "500 m foringsrør" og "langt foringsrør" kvantifiserer klart fordelene ved oppfinnelsen. Også uten videre utregninger antar vi at "500 m foringsrør" eller såkalt "kort foringsrør" like gjerne kan bære en konduktiv borestreng som illustrert under Fig. 3d og drøftet ovenfor.

I en utførelse av oppfinnelsen blir en fremgangsmåte benyttet hvor en senderantenne (5) er anordnet nær en petroleumsførende formasjon (2). Den petroleumsførende formasjonen kan være under produksjon som illustrert i Fig. 3a, 3b og 3c. Resistiviteten av den petroleumsførende formasjonen er p20iiSom kan være 50 til 100 Qm, og i den vannintruderte delen av formasjonen i den ellers like geologiske

t 11 *

formasjonen (2) er resistiviteten p2vannsom kan være vesentlig lavere, omkring 1 til 5 Qm. I de overliggende formasjonene (3) er resistiviteten p3 omkring 1 Qm, ikke veldig forskjellig fra resistiviteten av de ellers vannfylte delene av den petroleumsførende formasjonen (2).

Vertikalpolariserte elektromagnetiske bølger vil således bli mindre dempet og bevege seg hurtigere i de petroleumsførende lagene (2) enn i de overliggende geologiske formasjonene (3). Elektromagnetiske signaler vil bli refraktert ("lekke") ut til laget 3 og , forplante seg med en refraksjonsvinkel Vr i henhold til Snells lov. I resistivitetskontrastene diskutert ovenfor vil refraksjonsvinkelen være veldig liten og utgangsretningen vil være nær vertikal. På enden av og bortenfor den petroleumsførende formasjonen vil EM-signalet vil sterkt dempet og refraksjonsvinkelen vil være mye større, noe som resulterer i en mye mer flattliggende utbredelsesretning. Således vil mottakere ut til den siste bratte refraksjon fra det petroleumsførende reservoaret registrere et vesentlig høyere elektromagnetisk felt i den horisontale retningen (vinkelrett på den tilnærmet vertikale utbredelsesretningen) enn utenfor "fotavtrykket" av petroleumsreservoaret på sjøbunnen. Fremgangsmåten skulle virke like godt på land, unntatt forekomsten av en mulig redusert resistivitet av de overliggende formasjonene som ville påføre en grunnere refraksjonsvinkel Vw.

Et nytt reservoarkartleggings-kriterium ifølge oppfinnelsen er det faktum at den tilsynelatende hastigheten som registrert av mottakerne over høyresistivitetsdelen (A1) av reservoaret vil være betraktelig høyere enn for mottakere anordnet over lav-resistivitetsdeler (A2) som sannsynligvis er vannmettede, av den sannsynligvis samme geologiske formasjonen. Denne tilsynelatende hastigheten kan beregnes ved å bruke faseforskjellene mellom mottakerne (6), og er et uttrykk for resistiviteten av det underliggende reservoaret. Høy resistivitet betyr høy tilsynelatende hastighet.

Et annet lignende aspekt ved oppfinnelsen omfatter fremgangsmåten ved å detektere en sterk amplitude av den detekterte refrakterte elektromagnetiske bølgefronten (F3) langs sjøbunnen som registrert langs det nevnte array av sensorantenner (6a, 6b, 6c,

.... 6k,6n) langs sjøbunnen med den hensikt å skille mellom et første horisontalt område (A1) som har høy resistivitet som indikerer olje-vætede eller oljemettede

bergarter i formasjonen (2), og et horisontalt område (A2) med lavere resistivitet som indikerer vann-vætede eller vannmettede bergarter, mulig i samme formasjon.

Ikke bare geometrien av reservoaret kan kartlegges, men også forandringer i resistivitet, noe som kan skyldes en romlig variasjon i reservoarkvalitet, altså gitt at høy resistivitet står i forhold til god reservoarkvalitet. Dette betyr at fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan benyttes for å overvåke endringer av resistivitet i løpet av produksjonen og / eller i løpet av og etter vanninjeksjon, hvor det ville være nyttig å overvåke bevegelser av det injiserte vannet, og for å overvåke gjenværende hydrokarboner i reservoaret.

Den toroidale spoleantennen (50) beskrevet ovenfor genererer et såkalt

transversmagnetisk- (TM-) modus signal i forhold til det konduktive foringsrøret, for å forplante seg ned langs foringsstrengen (7), se Fig. 3c. Et slikt TM-modus signal vil generere en vertikal polarisering av høyresistivitetsformasjonen (2) over og under et horisontalt avviksboret konduktivt foringsrør (7). I tillegg til den ovenfor nevnte transversmagnetiske modus kunne man bruke en enkel spoleantenne hvor hvert tørn er anordnet omkring toppen av foringsrøret til å generere en såkalt transverselektriske (TE-) modus kilde i forhold til foringsrøret. Dette TE-modus signalet ville generere en vertikal polarisasjon i høyresistivitetsformasjonen (2) på begge sider av den samme horisontalt avviksborede konduktive strengen (7), og er indikert i Fig. 3c. Således kunne en TM- modus og en TE- modus bli benyttet i kombinasjon som signalgenererende modi for å finne utstrekningen av et høyresistivitets petroleumsførende parti av en geologisk formasjon (2). Disse sideveis rettede lobene ville være ute av fase. Dette trekket skulle komme til anvendelse også under horisontal avviksboring når man benytter en konduktiv borestreng.

Claims (2)

1. .1. En fremgangsmåte for å overvåke en høyresistiv bergartsformasjon (2) under en eller flere mindre resistive formasjoner (3), hvor fremgangsmåten omfatter følgende trinn: - utsendelse av et elektromagnetisk signal (S) som forplanter seg fra en nær en sjøbunn eller landoverflate (1) ved hjelp av en lavfrekvent elektromagnetisk sender (5) som mottar energi fra en spennings- eller signalgenerator (G) ;

   Karakterisert ved - hvor den elektromagnetiske senderen (5) er koblet til en overflatedel av en elektrisk konduktiv streng (7) i en brønn (7b), - hvor det elektromagnetiske signalet (S)forplanter til den høy-resistive formasjonen (2) som et elektromagnetisk ledet-bølge - signal i det minste delvis langs den konduktive strengen (7), og videre forplanter seg fra den konduktive strengen (7) som et elektromagnetisk ledet-bølge - signal (S2) inne i den høyresistive formasjonen (2); - hvor det elektromagnetiske signalet (S2)gir opphav til et refrakterende oppover forplantende elektromagnetisk signal (R3)fra grenseflaten mellom høy-resistivitetsformasjonen (2) og lavere-resistivitetsformasjonen (3) som gir opphav til en bratt oppstigende refraksjonsbølgefront (F3); - detektering av den refrakterte elektromagnetiske bølgefronten (F3) omfattende refrakterte elektromagnetiske signaler langs et array av sensorantenner (6a, 6b, 6c, ..., 6n) langs sjøbunnen, hvor arrayet har en retning bort fra senderen (5), og - bestemmelse av en horisontal utstrekning, langs av arrayet av sensorantennene (6a, 6b, 6c, ..., 6k, ..., 6n), av hvor den høy-resistive bergartsformasjonen (2) er petroleumsførende, ved å skille mellom deler av arrayet hvor de elektromagnetiske signalene har en tilsynelatende høy forplantningshastighet fra deler av arrayet hvor de elektromagnetiske signalene har en lavere forplantningshastighetshastighet.
2. 2. Fremgangsmåten i følge krav 1, hvor den elektromagnetiske senderen (5) omfatter en antenne (50) som sender ut det elektromagnetiske signalet (S) til en øvre ende av den elektrisk konduktive strengen (7) som omfatter et foringsrør eller "liner" av stål og hvor den øvre enden er anordnet nær sjøbunnen (1). '3. Fremgangsmåten ifølge krav 1, hvor den elektromagnetiske senderen (5) som benyttes omfatter elektroder (50A, 50B) hvor en av elektrodene er forbundet med en øvre ende av den elektrisk konduktive strengen (7) hvor den øvre enden er anbrakt nær sjøbunnen (1) . -4i Fremgangsmåten ifølge krav 2 eller 3, hvor en nedre ende av den elektrisk konduktive strengen (7) i det minste skjærer gjennom en øvre grenseflate mellom den høyresistive formasjonen (2) og de overliggende formasjonene (3) med lavere resistivitet. 5. Fremgangsmåten ifølge krav 2 eller 3, hvor en nedre ende av den elektrisk konduktive strengen (7) befinner seg på en dybde som ligger mellom sjøbunnen og den høyresistive formasjonen (2). 6. Fremgangsmåten ifølge krav 2, hvor antennen (50) sender ut elektromagnetiske signaler (S) til den øvre enden av den elektrisk konduktive strengen (7), hvor antennen (50) er en toroidal antenne som mottar elektrisk energi fra spenningssignalgeneratoren (G). ,7. Fremgangsmåten ifølge krav 6, hvor den toroidale antennen (50) er anordnet generelt omsluttende den øvre enden av den elektrisk konduktive strengen (7). 8. Fremgangsmåten ifølge krav 6, hvor den toroidale antennen (50) er utstyrt med en ringkjerne (51) med høy permeabilitet. 9. Fremgangsmåten ifølge krav 3, hvor elektrodene (50A, 50B), av hvilke en elektrode (50A, 50B) er koblet til den øvre enden av den elektrisk konduktive strengen (7) for integrering av deler av den konduktive strengen (7) for utsendelse av det elektriske signalet (S), forsynes med elektrisk energi fra spenningssignalgeneratoren (G) som er en effektsforsyningsgenerator. 10. Fremgangsmåten ifølge krav 1, hvor den elektrisk konduktive strengen (7) er en borehullsforing som er sementert til en borehullsvegg (7b) ved hjelp av sement (74) som har en resistivitet som er høyere enn resistiviteten av den lavresistive formasjonen (3), hvor den høyresistive sementen (74) gir forbedrede bølgelederegenskaper for den elektrisk konduktive strengen (7) gjennom den lavresistive formasjonen (3) for forplantning av et EM-signal langs den konduktive strengen (7). 11. Fremgangsmåten ifølge krav 6 eller 9, hvor det elektromagnetiske signalet (S) har en frekvens eller frekvenser i området mellom 0,1 Hz og 1000 Hz. 12. Fremgangsmåten ifølge krav 6 eller 9, hvor effekten tilført fra generatoren (G) er i området mellom 10 W og 10 kw. 13. Fremgangsmåten ifølge krav 1, hvor den horisontale tilsynelatende hastigheten av den reflekterte signalbølgefronten (F3) beregnes på grunnlag av fasevinkelforskjeller mellom signalet mottatt i sensorantennene (6a, 6b, 6c, ..., 6n) som har forskjellige offset langs sjøbunnen. 14. Fremgangsmåten ifølge krav 1, hvor fremgangsmåten videre omfatter å detektere en sterk amplitude av den detekterte reflekterte elektromagnetiske bølgefronten (F3) langs sjøbunnen som registrert langs arrayet av sensorantenner (6a, 6b, 6c, ...,6k..., 6n) langs sjøbunnen, for å skille mellom, et første horisontalt område (Al) med høy resistivitet som indikerer tilstedeværelse av olje-vætet eller olje-mettede bergarter av formasjonen (2), fra et horisontalt utstrekkende område (A2) med lavere resistivitet som indikerer tilstedværelse av vann-vætede eller vann-mettede bergarter, i den samme geologiske formasjon.