NO332799B1 - Permanent anbrakt elektromagnetisk system, samt fremgangsmate for maling av formasjonsresistivitet inntil og mellom bronner - Google Patents

Abstract

Det er beskrevet systemer og fremgangsmåter for å bestemme karakteristikker ved geologiske formasjoner mellom borehull forsynt med ledende foringsrør. Minst en sender er aksialt anordnet ved en valgt dybde i et første borehull og er festet til ytre overflate av et ledende foringsrør. Minst en mottaker er aksialt anordnet ved en valgt dybde i et annet borehull og er festet til en ytre overflate av et ledende fåringsrør. Både senderen og mottakeren er forbundet med en styrestasjon på overflaten. Senderen genererer et første magnetfelt, og et formasjons- magnetfelt som induseres av det første magnetfelt, blir detektert av mottakeren. Det detekterte formasjonsmagnetfelt blir brukt til å bestemme karakteristikkene til de geologiske formasjoner.

Description

Oppfinnelsens område

Oppfinnelsen vedrører generelt undergrunnskarakterisering av geologiske formasjoner. Mer spesielt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for å bestemme karakteristikker ved geologiske formasjoner mellom borehull og et system for å bestemme karakteristikker ved geologiske formasjoner mellom borehull forsynt med ledende foringsrør. I henhold til oppfinnelsen omtales bruk av sensorer montert utenfor brønnfdringsrøret ved elektromagnetiske måleteknikker mellom brøn-ner.

Bakgrunnsteknikk

Undergrunnskarakterisering av grunnformasjoner er et viktig aspekt ved boring av f.eks. olje- og gassbrønner. Undergrunnskarakterisering kan bidra til å identifisere blant annet strukturen og fluidinnholdet i geologiske formasjoner som gjennomtrenges av et borehull. De geologiske formasjoner som omgir borehullet, kan f.eks. inneholde hydrokarbonprodukter som er målet for boreoperasjonene. Kjennskap til formasjonskarakteristikkene er viktig for hydrokarbonutvinning.

Geologiske formasjoner som danner et hydrokarbonreservoar, inneholder et nettverk av fluidbaner som er forbundet med hverandre, eller "porerom", hvor f.eks. hydrokarboner, vann osv. er tilstede i væske- og/eller gassform. For å bestemme hydrokarboninnholdet i porerommet, er det ønskelig med kjennskap til karakteristikker slik som porøsitet og permeabilitet for de geologiske formasjoner som gjennomtrenges av borehullet.

Informasjon om de geologiske formasjoner og om reservoarkarakteristikker fremmer effektiv utvikling og styring av hydrokarbonressurser. Reservoarkarakteristikker innbefatter blant annet resistiviteten i den geologiske formasjon som inneholder hydrokarboner. Resistiviteten til geologiske formasjoner er vanligvis relatert til porøsitet, permeabilitet og fluidinnhold i reservoaret. Fordi hydrokarboner vanligvis er elektrisk isolerende og det meste formasjonsvann er elektrisk ledende, er resistivitetsmålinger (eller konduktivitetsmålinger) et verdifullt verktøy ved bestemmelse av hydrokarboninnholdet i reservoarer. Målinger av formasjonsresistivitet kan dessuten brukes til å overvåke endringer i reservoarets hydrokarbon-innhold under produksjon av hydrokarboner.

Målinger av formasjonsresistivitet blir ofte foretatt med kabeltransporterte sonder for målinger under boring (MWD) og logging under boring (LWD). Kabel-førte MWD- og LWD-resistivitetssonder måler imidlertid vanligvis bare formasjonsresistivitet i nærheten av det enkelte borehull hvor de blir benyttet. Det har følgelig vært flere forsøk på å bestemme resistiviteten til geologiske formasjoner som omgir og ligger mellom nærliggende borehull som er boret inn i de geologiske formasjoner av interesse. Måling av formasjonsresistivitet mellom nærliggende borehull ved bruk av et lavfrekvent elektromagnetisk system er f.eks. beskrevet i to artikler: Crosshole electromagnetic tomography: A new technology for oil field characteri-zation, The Leading Edge, mars 1995, av Wilt m. fl.; og Crosshole electromagnetic tomography: System design considerations and field resultst Society of Ex-ploration Geophysics, volum 60, nr. 3, 1995, av Wilt m. fl.

Fig. 1 viser et eksempel på et system som benyttes til å måle formasjonsresistivitet mellom to borehull. En sender T er anbrakt i ett borehull og består av en spole Ct som har en flerviklet horisontal sløyfe (vertikal solenoid) med Ni viklinger og et effektivt tverrsnitt AT. Den horisontale flerviklingssløyfe fører en vek-selstrøm It ved en frekvens på fo Hz. I fritt rom frembringer den horisontale flervik-lingssløyfe et tidsvarierende magnetfelt B0. Magnetfeltet B0er proporsjonalt med et magnetisk moment Mt for senderen T og med en geometrisk faktor k-i. Det magnetiske moment Mt for senderen T kan være definert som følger:

I fritt rom kan magnetfeltet Bo defineres på følgende måte:

Den geometriske faktor ki er en funksjon av en romlig posisjon og oriente-ring av en komponent av magnetfeltet Bo målt ved hjelp av en mottaker R.

Mottakeren R er anbrakt i en viss avstand fra senderen T og er vanligvis

anbrakt i et annet borehull. Mottakeren R innbefatter vanligvis en trådsløyfe (f.eks. en spole Cr med Nr viklinger viklet omkring en kjerne av metall med høy magnetisk permeabilitet, slik som ferritt). Et tidsvarierende magnetfelt BR avfølt av motta-

keren R, som har en frekvens fo, skaper en indusert spenning Vri spolen Cr som er proporsjonal med Br, frekvensen fo, antall viklinger av tråden Nr, et effektivt tverrsnittsareal av spolen AR og en effektiv magnetisk permeabilitet u.r for spolen Cr. Fra det foregående kan Vrdefineres på følgende måte:

Ved å forenkle ligning (3) kan VRskrives på følgende måte: hvor kR = f0NRARUf{. Produktet Aru.r er vanskelig å beregne. For nøyaktig å bestemme Arurblir Cr kalibrert i et kjent magnetfelt og ved en kjent frekvens for å bestemme en nøyaktig verdi for kR. Det magnetfelt BR som avføles av mottakeren R blir deretter relatert direkte til den målte spenning Vrved hjelp av følgende ligning:

Når et system som dette blir anbrakt i en ledende geologisk formasjon, frembringer det tidsvarierende magnetfelt Bo en elektromotorisk kraft (emf) i den geologiske formasjon som igjen driver en strøm i denne, vist skjematisk som l_ipå fig. 1. Strømmen l_ier proporsjonal med konduktiviteten i den geologiske formasjon og flyten av strømmen l_ier generelt konsentrisk omkring borehullets langsgående akse. Magnetfeltet i nærheten av borehullet er et resultat av det frie rom-feltet B0, kalt det primære magnetfelt, og det felt som produseres av strømmen Li blir kalt det sekundære magnetfelt.

Strømmen Li er vanligvis ute av fase i forhold til senderstrømmen lT. Ved meget lave frekvenser hvor den induktive reaktansen i den omgivende formasjon er liten, er den induserte strøm l_iproporsjonal med dB/dt, og er følgelig 90° ute av fase i forhold til It- Når frekvensen øker, øker den induktive reaktans og fase-differansen øker.

Det sekundære magnetfelt som detekteres av mottakeren R, blir forårsaket av den induserte strøm l_iog har også en fasedreining slik at det totale magnetfelt ved mottakeren R har en kompleks beskaffenhet. Det totale magnetfelt har en komponent Br i fase med senderstrømmen It (kalt den reelle komponent) og en komponent B-i som er fasedreid med 90° (kalt den imaginære komponent eller kvadraturkomponenten). Verdiene av den reelle komponent Br og kvadraturkomponenten Bi for magnetfeltet ved en gitt frekvens og geometrisk utforming, spesi-fiserer entydig den elektriske resistiviteten til en homogen formasjon som gjennomtrenges av borehullene. I en ikke-homogen geologisk formasjon blir det kom-plekse magnetfelt vanligvis målt ved en rekke punkter langs den langsgående akse i mottakerborehullet for hver av en rekke senderposisjoner. Det mange T/R-posisjoner er tilstrekkelig til å bestemme den ikke-homogene resistivitet mellom borehullene, som beskrevet i de nedenfor angitte referanser.

Generelt blir ikke-homogen fordeling av elektrisk resistivitet i en geologisk formasjon bestemt gjennom en prosess kalt inversjon, som er godt beskrevet i Audio-frequency electromagnetic tomography i 2-D, Geophysics, volum 58, nr. 4, 1993, av Zhou m. fl.; Electromagnetic conductivity imaging with an iterative born inversion, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, volum 31, nr. 4,1993, av Alumbaugh m. fl.; An approach to nonlinear inversion with applications to cross-well EM tomography, 63rd Annual International Meeting, Society of Explo-ration Geophysics, Expanded Abstracts, 1993, av Torres-Verdin m. fl.; og Crosswell electromagnetic inversion using integral and differential equations, Geophysics, volum 60, nr. 3, 1995, av Newman. Inversjonsprosessen er blitt brukt til å bestemme resisitivitet i nærheten av et enkelt borehull eller mellom atskilte borehull og er beskrevet i detalj i Crosswell electromagnetic tomography: System design consideration and field results, Geophysics, volum 60, nr. 3,1995, av Wilt m. fl; og Theoretical and practical considerations for crosswell electromagnetic tomagraphy assuming cylindrical geometry, Geophysics, volum 60 nr. 3, av Alumbaugh and Wilt; og 3D EM imaging from a single borehole; a numerical feasibility study, 1998, av Alumbaugh og Wilt.

Én utførelsesform av inversjonsprosessen omfatter å tildele resistiviteter til en flerhet med "celler" eller elementer i det rom som omgir eller befinner seg mellom borehull. Resistivitetene blir variert systematisk inntil resultatene fra celle-

modellen av formasjonen stemmer best overens med observerte data tatt med det sender/mottaker-systemet på feltet som er beskrevet her. I en annen utførelses-form blir en mer spesifikk modell av formasjonen antatt, ved å bruke geologiske, brønnloggings- eller andre geofysiske data. Parameterne til denne modellen (f.eks. resistivitetsfordeling, formasjonsform, lagtykkelse, osv.) blir variert inntil de numeriske resultater fra modellen stemmer best overens med de målte data. I en annen utførelsesform kan direkte avbildning av resistivitetsfordelingen oppnås ved å følge prinsippene for diffusjonstomografi som beskrevet i Audio-frequency electromagnetic tomography in 2-D, Geophysics, volum 58, nr. 4, 1993, av Zhou m. fl. Ifølge nok en annen fremgangsmåte blir multifrekvente elektromagnetiske data transformert til et matematisk definert bølgefeltdomene, og dataene blir be-handlet etter prosedyren med seismisk tomografi. Disse midlene for tolkning av de elektromagnetiske data er innbefattet her for å illustrere det faktum at elektromagnetiske fremgangsmåter er av praktisk bruk til å bestemme resistiviteten i geologiske formasjoner.

Målinger av resistivitetsfordeling mellom borehull blir vanligvis gjort før og under utvinning av hydrokarboner for å detektere hydrokarbonreservoarer og overvåke endringer i reservoarresistiviteten etter hvert som hydrokarboner blir ut-vunnet. Systemet på fig. 1 opererer der hvor brønnen ikke innbefatter et ledende foringsrør. Brønner innbefatter imidlertid vanligvis ledende foringsrør, vanligvis av stål, for å bevare den fysiske integriteten til brønnen og de omgivende formasjoner under hydrokarbonutvinning og/eller ytterligere boreoperasjoner. Fordi typiske foringsrør er meget godt elektrisk ledende, blir magnetfelter som er ment å bli inn-ført i formasjonen, sterkt dempet av foringsrøret. Foringsrøret er meget vanskelig (om ikke umulig) å fjerne fra borehullet når det først er installert. Det system som er vist ovenfor på fig. 1, letter følgelig ikke analyse av et hydrokarbonreservoar når ledende foringsrør er blitt installert.

Problemer relatert til ledende foringsrør i en brønn av interesse, er beskrevet av Augustin m. fl. i A Theoretical Study of Surface-To-Borehole Electromagnetic Logging i Cased Holes, Geophysics, volum 54, nr. 1, 1989; Uchida m. fl. i Ef-fect of A Steel Casing on Crosshole EM Measurements, SEG Annual Meeting, Texas, 1991; og Wu m. fl., i Influence of Steel Casing on Electromagnetic Signals, Geophysics, volum 59, nr. 3, 1994. Fra disse referansene kan det observeres at foringsrørkonduktiviteten kan modelleres som en ytterligere "kortslutningsledning" nært koplet til senderen T, vist skjematisk som l_2 på fig. 1.

Et netto, eller effektivt magnetmoment Mefffor kombinasjonen av sender og ledende foringsrør blir styrt av den induktive kopling mellom disse. Fysisk er resistiviteten til det ledende foringsrør meget lav, mens induktansen er forholdsvis høy. Dette resulterer i en indusert strøm i det ledende foringsrør som er omtrent 180° ute av fase med senderstrømmen It. Den induserte strøm har motsatt polaritet i forhold til senderstrømmen lT, men har nesten samme moment. Magnetfeltet utenfor det ledende foringsrør er derfor sterkt redusert. Det ledende foringsrør "skjermer" i virkeligheten senderen T fra mottakeren R som er posisjonert utenfor det ledende foringsrør. Et magnetfelt utenfor foringsrøret blir produsert av forskjel-len i strøm, og dermed moment, mellom senderen T og foringsrøret.

Fordi det induserte moment i foringsrøret er stort og nesten likt momentet til senderen, frembringer små endringer i egenskapene til foringsrøret store endringer i det effektive moment. I praksis er foringsrør kjent å være ikke-homogene (dvs. at det er variasjoner i foringsrørets diameter, tykkelse, permeabilitet og konduktivitet som f.eks. kan være forårsaket av fremstillings/behandlings-prosedyrer eller av korrosjons/spennings/temperatur-prosesser etter installasjon i et borehull). Det sentrale tema for de elektromagnetiske fremgangsmåter som er beskrevet ovenfor for ikke-fdrede, eller åpne, borehull, er at feltene fra senderen blir alvorlig dempet i en foret brønn og at nettomomentet er meget variabelt når senderen be-veger seg over lengden (dvs. dybden) av brønnen. Uten nøyaktig kjennskap til foringsrørets egenskaper er det vanskelig å skjelne mellom eksterne feltvaria-sjoner forårsaket av foringsrøret og variasjoner frembrakt av formasjonen.

En magnetisk feltsensor posisjonert inne i et foret borehull erfarer en ana-log situasjon. Magnetfeltet som skal detekteres, induserer strøm som flyter konsentrisk med mottakerspolen, og den induserte strøm har en tendens til å redusere magnetfeltet inne i foringsrøret. Det målbare magnetfelt er følgelig sterkt dempet, og målingen er sterkt påvirket av variasjonene i dempning som forårsakes av variasjonen i foringsrøregenskaper som er beskrevet ovenfor. Konstruk-sjonskriteriene for en kryssbrønn-undersøkelse (dvs. måling mellom brønner) for et foret borehull reduserer ofte magnetfeltsignalet til et nivå som er udetekterbart av vanlige mottakere. Variansen i konduktivitet, permeabilitet og tykkelse langs en langsgående akse av en lengde av foringsrøret gjør det dessuten vanskelig å bestemme en dempningsfaktor ved et valgt punkt. Den manglende evne til å bestemme en dempningsfaktor ved et valgt punkt kan forårsake feil i feltmålinger som ikke er lette å korrigere.

Et tidligere forsøk på å overvinne denne begrensningen medfører innføring av en separat småskala-sender/mottaker inne i det forede borehull for å måle foringsrørets egenskaper. De målte foringsrøregenskaper blir så brukt til å korrigere de målte kryssbrønndata. Se f.eks. Lee m.fl., Electromagnetic Method For Ana-lyzing The Property of Steel Casing, Lawrence Berkeley National Laboratories, Report 41525, februar 1998.

Et annet tidligere forsøk på å korrigere for magnetfeltdempningen i et foret borehull, innbefatter å posisjonere en overvåkningsmottaker inntil senderen i det forede borehull. På denne måten blir det gjort forsøk på å forutsi den dempning som f.eks. avføles av en mottaker anbrakt i et nærliggende borehull. Denne fremgangsmåten er beskrevet i US-patentsøknad nr. 09/290,156, inngitt 12. april 1999, med tittel Method and Apparatus for Measuring Characteristics of Geologic Formations, og tilhører foreliggende patentsøker.

I US-patentsøknad nr. 09/394,852, inngitt 13. september 1999, med tittel An Electromagnetic Induction Method and Apparatus For The Measurement of the Electrical Resistivity of Geologic Formations Surrounding Boreholes Cased with A conductive Liner, og tilhørende foreliggende patentsøker, er det beskrevet en fremgangsmåte for måling av formasjonsresistivitet inntil og mellom forede borehull ved bruk av lavfrekvente (< 200 Hz) solenoidspoler med flere viklinger i forede borehull. Spesielt muliggjør den her beskrevne fremgangsmåte måling av resistiviteten i geologiske formasjoner i nærheten av et borehull som er foret med et ledende, eller metallisk, foringsrør laget av materialer slik som stål. Fremgangsmåten innbefatter å ta passende forhold mellom målte felter enten inne i eller utenfor det metalliske foringsrør slik at dempning som skyldes foringsrøret, praktisk talt blir kansellert.

Målinger med den forannevnte fremgangsmåte er vanskelige å utføre når produksjonen fra brønnen har begynt og produksjonsrøret er blitt ført fra overflaten til den produserende sone. Produksjonsrøret gir lite eller intet rom for det elektromagnetiske målesystem å bevege seg i i brønnen. Gjentatte målinger for å overvåke produksjons- eller forbedrede utvinningsprosesser krever følgelig gjen-tatt opphenting og gjeninnsetting av produksjonsrøret. Dette er en kostbar opera-sjon, og det er klart at et permanent overvåkningssystem på utsiden av forings-røret vil være mer kostnadseffektivt.

Sammendrag for oppfinnelsen

Det som er nødvendig er derfor en kryssbrønn-måleteknikk som gir nøyak-tige resistivitetsmålinger av geologiske formasjoner uten at det er nødvendig med detaljert informasjon vedrørende de elektriske og magnetiske egenskapene til et foringsrør som er anbrakt i brønnene, og som ikke reduserer brønnenes produk-sjonseffektivitet.

Ifølge ett aspekt omfatter foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for å bestemme karakteristikker ved geologiske formasjoner mellom borehull. Fremgangsmåten omfatter å aktivere minst én sender for å generere et første magnetfelt, idet den minst ene sender er anbrakt rundt en ytre overflate av et ledende foringsrør ved en valgt dybde i et første borehull. Et formasjonsmagnetfelt indusert av det første magnetfelt, blir detektert med minst én mottaker anbrakt rundt en ytre overflate av et ledende foringsrør ved en valgt dybde i et annet borehull. En karakteristikk ved den geologiske formasjon blir bestemt fra det detekterte formasjonsmagnetfelt.

I et annet aspekt omfatter oppfinnelsen en fremgangsmåte for å bestemme karakteristikker ved geologiske formasjoner mellom borehull. Fremgangsmåten omfatter å aktivere en første av et antall aksialt atskilte sendere for å generere et første magnetfelt, idet antallet sendere er anbrakt rundt en ytre overflate av et ledende foringsrør ved valgte dybder i et første borehull. Et første formasjonsmagnetfelt indusert av det første magnetfelt, blir detektert med en første av et antall aksialt atskilte mottakere, hvor antallet mottakere er anbrakt rundt en ytre overflate av et ledende foringsrør ved valgte dybder i et annet borehull. Det første formasjonsmagnetfelt som er indusert av det første magnetfelt, blir så detektert med en annen av antallet mottakere. Et første amplitudeforhold blir beregnet fra de første formasjonsmagnetfelter som er detektert av de første og andre av antallet mottakere.

Fremgangsmåten omfatter videre å aktivere en annen av antallet med sendere for å generere et annet magnetfelt. Et annet formasjonsmagnetfelt indusert av det annet magnetfelt blir detektert med den første av antallet mottakere. Det annet formasjonsmagnetfelt som er indusert av det annet magnetfelt, blir så detektert med den annen av antallet mottakere. Et annet amplitudeforhold blir beregnet fra det annet formasjonsmagnetfelt detektert av de første og andre av antallet med mottakere. Et tredje amplitudeforhold blir så beregnet fra det første amplitudeforhold og det annet amplitudeforhold, og en karakteristikk ved den geologiske formasjon blir bestemt fra det tredje amplitudeforhold.

Ifølge et annet aspekt omfatter oppfinnelsen en fremgangsmåte for å bestemme karakteristikker ved geologiske formasjoner mellom borehull. Fremgangsmåten omfatter å aktivere en første sender ved en første valgt dybde for å generere et første magnetfelt, idet den første sender er anordnet på et boreverk-tøy anbrakt ved en valgt dybde i et første borehull. Et første formasjonsmagnetfelt indusert av det første magnetfelt, blir detektert med en første av et antall aksialt atskilte mottakere, idet antallet mottakere er anordnet omkring en ytre overflate av et ledende foringsrør ved valgte dybder i et annet borehull. Det første formasjonsmagnetfelt som er indusert av det første magnetfelt, blir detektert med en annen av antallet mottakere. Et første amplitudeforhold blir beregnet fra det første formasjonsmagnetfelt detektert av den første og den andre av antallet med mottakere.

Ifølge et annet aspekt omfatter oppfinnelsen en fremgangsmåte for å fjern-overføre data mellom borehull. Fremgangsmåten omfatter å aktivere en første sender for å generere et første magnetfelt, idet den første sender er anbrakt på et boreverktøy anbrakt i et første borehull. Et formasjonsmagnetfelt indusert av det første magnetfelt, blir detektert med minst én mottaker, hvor den minst ene mottaker er anbrakt omkring en ytre overflate av et ledende foringsrør ved en valgt dybde i et annet borehull. En boreverktøy-karakteristikk blir bestemt fra det detekterte formasjonsmagnetfelt.

Ifølge et annet aspekt omfatter oppfinnelsen et system for å bestemme karakteristikker ved geologiske formasjoner mellom borehull med ledende foringsrør. Systemet omfatter minst to aksialt atskilte elektromagnetiske sendere anbrakt ved valgte dybder i et første borehull og anordnet omkring en ytre overflate av et ledende foringsrør. Minst to aksialt atskilte elektromagnetiske mottakere er posisjo nert ved valgte dybder i et annet borehull og anordnet omkring en ytre overflate av et ledende foringsrør. Minst én styrestasjon på overflaten er operativt koplet til de minst to sendere og de minst to mottaker, og den minst ene styrestasjon på overflaten er innrettet for selektivt å aktiver hver av de minst to elektromagnetiske sendere for å generere første magnetfelter og for selektivt å aktivere hver av de minst to elektromagnetiske mottakere for å detektere formasjonsmagnetfelter indusert av de første magnetfelter.

Ifølge et annet aspekt omfatter oppfinnelsen et system for å bestemme karakteristikker ved geologiske formasjoner mellom borehull forsynt med ledende foringsrør. Systemet omfatter et antall aksialt atskilte elektromagnetiske sendere anbrakt omkring en ytre overflate av et ledende foringsrør ved valgte dybder i et første borehull, og antallet elektromagnetiske sendere er innrettet for å generere første magnetfelter. Et antall aksialt atskilte elektromagnetiske mottakere er anbrakt omkring en ytre overflate av et ledende foringsrør ved valgte dybder i et annet borehull, og antallet elektromagnetiske mottaker er innrettet for å detektere formasjonsmagnetfelter indusert av de første magnetfelter. Systemet omfatter også anordninger for å beregne et amplitudeforhold fra de detekterte formasjonsmagnetfelter, og anordninger for å bestemme en karakteristikk ved den geologiske formasjon fra amplitudeforholdet.

Ifølge et annet aspekt omfatter oppfinnelsen et system for å bestemme karakteristikker ved geologiske formasjoner inntil et borehull med ledende foringsrør. Systemet omfatter et antall aksialt atskilte elektromagnetiske sendere anbrakt omkring en ytre overflate av et ledende foringsrør ved valgte dybder i et borehull, og antallet elektromagnetiske sendere er innrettet for å generere første magnetfelter. Et antall aksialt atskilte elektromagnetiske mottaker er anbrakt omkring en ytre overflate av et ledende foringsrør ved valgte dybder i borehullet, og antallet elektromagnetiske mottakere er innrettet for å detektere formasjonsmagnetfelter indusert av de første magnetfelter. Systemet omfatter også anordninger for å beregne et amplitudeforhold fra de detekterte formasjonsmagnetfelter, og anordninger for å bestemme en karakteristikk ved den geologiske formasjon fra amplitudeforholdet.

Andre aspekter og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå av den følgende beskrivelse og de vedføyde patentkrav, samt tegningene. Spesielle utførelsesfor-mer fremkommer av de uselvstendige patentkravene.

Kort beskrivelse av figurene

fig. 1 viser en forenklet oversikt over et tidligere kjent elektromagnetisk kryssbrønn-målesystem;

fig. 2 viser en oversikt over en kryssbrønn-utførelsesform av oppfinnelsen;

fig. 3 viser en annen oversikt over en kryssbrønn-utførelsesform av oppfinnelsen;

fig. 4 viser en skisse over en enkeltbrønn-utførelsesform av oppfinnelsen;

fig. 5 viser en skisse over et forsøkssystem brukt til å generere dataene for de plottinger som er vist på fig. 6;

fig. 6 viser en grafisk representasjon av data fremskaffet fra forsøkssyste-met som er vist på fig. 5;

fig. 7a-7d viser grafisk representasjonen av data fremskaffet fra forsøkssys-temet som er vist på fig. 5; og

fig. 8 viser en grafisk representasjon av data for solenoidresponser fremskaffet fra et forsøkssystem slik som det som er vist på fig. 5.

Detaljert beskrivelse

Det vises til fig. 2 hvor en geologisk formasjon 11 som skal analyseres, kan være gjennomtrengt av ett eller flere borehull, vist generelt som 12a og 12b. Den geologiske formasjon 11 kan videre omfatte andre geologiske strukturer, slik som ett eller flere reservoarer som inneholder hydrokarboner, vist generelt som 14a og 14b. Vanligvis innbefatter minst ett av borehullene 12a, 12b et ledende foringsrør (henholdsvis 16a og 16b).

Fig. 2 viser et system 19 som benyttes til å analysere den geologiske formasjon 11, omfattende et antall aksialt atskilte sendere 20 festet til en ytre overflate av det ledende foringsrøret 16a som er anbrakt i borehullet 12a i et første område av den geologiske formasjon 11. En signalgenerator (ikke vist) er kom-munikasjonsmessig forbundet med antallet sendere 20. Signalgeneratoren (ikke vist) er vanligvis innbefattet i en overflatestasjon 22. Et antall mottakere 24 er festet på en ytre overflate av foringsrøret 16b som er anordnet i borehullet 12b i et annet område av den geologiske formasjon 11.

Systemet 19 kan opereres ved å bruke en datamaskin (ikke vist) som vanligvis befinner seg i overflatestasjonen 22. Datamaskinen (ikke vist) er kommuni-kasjonsmessig forbundet med senderne 20 og mottakerne 24 ved bruk av kabler 21 som er anordnet på de ytre overflater av foringsrørene 16a, 16b. Datamaskinen (ikke vist) innbefatter en prosessor (ikke vist) og et lager (ikke vist) som lagrer programmer for å operere systemet 19.

Vanligvis blir magnetfelter generert ved hjelp av antallet sendere 20 som er anordnet ved forskjellige nivåer over, i og under et område av interesse i den geologiske formasjon 11. Magnetfelter blir avfølt ved hjelp av antallet mottakere 24 ved forskjellige nivåer over, i og under det område som er av interesse. I en utfø-relsesform av oppfinnelsen er antallet sendere 20 og antallet mottakere 24 anordnet på utsiden omkring foringsrørene 16a, 16b ved valgte aksiale mellomrom. De aksiale deler hvor antallet sendere 20 og antallet mottakere 24 er anbrakt ved fas-te, forutbestemte dybder omkring foringsrørene 16a, 16b, er posisjonert i borehullene 12a, 12b.

Et viktig aspekt ved oppfinnelsen er at foringsrøret selv virker som en magnetisk permeabel kjerne for enten senderne eller mottakerne. Ved arbeidsfrekven-sene som foretrekkes for bruk med forskjellige utførelsesformer av oppfinnelsen, bidrar forbedring av magnetfeltet som skyldes foringsrørets magnetiske permeabilitet, til å forskyve den magnetfeltdempning som forårsakes av flyten av induserte strømninger i foringsrøret. Forbedringen av magnetfelter resulterer i en netto-vinning av forsterkningen til magnetfelter som dannes utenfor foringsrøret, i forhold til hva som ville bli oppnådd hvis senderne/mottakerne var viklet på en ikke-magnetisk, ikke-ledende kjerne. Lengden av foringsrøret sikrer at den relative magnetiske permeabilitetKm.reiative til kjerne materialet (som solenoiden er viklet omkring og som tilsvarer en tverrsnittsseksjon av foringsrøret) vil være nær den virkelige magnetiske permeabilitet Km, som for et typisk foringsrør ligger mellom 50 og 200.

Grensen for det netto magnetiske moment M, når

for en sender bestående av en solenoid viklet på foringsrøret, er det motmoment som forårsakes av den strøm som induseres i foringsrøret. Motmomentet kan re-duseres i noen utførelsesformer ved å skjære tynne aksiale slisser (én kan være tilstrekkelig) i foringsrøret for å avbryte den induserte strømflyt. Dette er ekvivalent med bruk av tynne, isolerte strimler som benyttes i kjernematerialet i typiske solenoider. Slissede foringsrør er allerede brukt i oljefeltanvendelser for å tillate inn-sivning av formasjonsfluider ved nivåer av interesse. En slik sender eller mottaker kan følgelig være viklet på et hovedsakelig standard foringsrør.

De momenter som kan oppnås med en slik sender (og/eller de følsomheter som kan oppnås i en mottakersolenoid viklet på et foringsrør på tilsvarende måte) er sammenlignbare med eller større enn de effektive momenter som kan oppnås med solenoider viklet på materialer med høy permeabilitet anbrakt inne / forings-røret. Dette skyldes den større radius og lengde som er hensiktsmessig tilgjenge-lig når foringsrør brukes som kjerne for senderen/mottakeren.

Slissing av foringsrøret kansellerer imidlertid ikke hele den sirkulerende motstrøm som induseres i foringsrøret i nærheten av viklingene. Selv om en sliss av samme lengde som viklingen avbryter strømmen i lengden av foringsrøret under viklingen, blir de induserte strømmer tvunget til å sirkulere i foringsrøret i nærheten av endene av viklingen. I dette område avhenger de induserte strømmer av det geometriske "fall" av det strøminduserende solenoidfelt og av flukssamlings-effekten til foringsrørpermeabiliteten (som ikke blir påvirket av slissen). Ideelt er det ønskelig å innføre et magnetisk isolerende gap (et sylindrisk segment med null relativ permeabilitet) ved hver ende av vindingen for å redusere den magnetfluks som er et resultat av den kontinuerlige beskaffenhet av det tilstøtende foringsrør.

US-patentsøknad nr. 09/394,852, tilhørende denne patentsøker, og som herved inntas som referanse, beskriver en fremgangsmåte for å bestemme for-masjonsegenskaper mellom forede borehull. Det vises igjen til fig. 2 hvor et forhold mellom magnetfelter detektert av mottakerne 24, når borehullene 12a, 12b er foret med ledende foringsrør 16a, 16b, kan brukes til å ekskludere foringsrøreffek-ter og til å bestemme egenskaper ved den geologiske formasjon mellom borehullene 12a, 12b.

For hvert forhold blir to sendere 20 aktivert individuelt og to mottakere 24 detekterer sekundære magnetfelter indusert av de primære magnetfelter som ge- nereres av senderne 20. Derfor frembringer senderne 20 som er anbrakt ved forskjellige aksiale posisjoner i borehullet 12a, de sekundære magnetfelter som detekteres av mottakerne 24 ved forskjellige posisjoner i borehullet 12b. For å bestemme formasjonskarakteristikker blir et "dobbeltforhold" utført på følgende måte. Legg merke til at den følgende beskrivelse er ment å illustrere forholdsmetoden og ikke ment å begrense oppfinnelsens rekkevidde.

Det vises til fig. 3 hvor en første sender 50 og en annen sender 52 er posisjonert i borehullet 12a. En første mottaker 54 og en annen mottaker 56 er posisjonert i borehullet 12b. To magnetfelter detektert av den første mottaker 54 som et resultat av hver av de to senderne 50, 52, kan følgelig beskrives på følgende måte:

hvor Mi og Mi+ker magnetiske momenter for henholdsvis senderne 50, 52, ved to forskjellige aksiale posisjoner i borehullet 12a (legg merke til at momentene i en viss grad er forskjellige på grunn av f.eks. uregelmessigheter i foringsrørdiameter, foringsrørtykkelse osv.). Formasjonsresponser, ttiiog Wj, svarer til en felles posisjon av den første mottaker 54 og de forskjellige aksiale posisjoner av senderne 50, 52. Den variable kj er en fdringsrør-dempningsfaktor svarende til posisjonen av den første mottaker 54.

De to magnetfeltene som detekteres av den annen mottaker 56 fra hver sender 50, 52, kan likeledes beskrives på følgende måte:

hvor de magnetiske momenter (Mi, Mi+k), formasjonsresponsene (fi,j+i, fi+k,j+i) og foringsrørets dempningsfaktor (kj+i) blir definert på en måte maken til den som er vist ovenfor.

For å motvirke effekten av forskjeller i det magnetiske momentet til hver av senderne 50, 52, blir følgende forhold bestemt:

For å motvirke effektene av foringsrør-dempningsfaktorene bestemmer et forhold mellom n og r2at:

Fra de foregående forhold kan formasjonsresponsen "f (som kan være relatert til f.eks. en resistivitet i den geologiske formasjon 11) bestemmes mens effektene av foringsrørene 16a og 16b minimaliseres.

Forholdsmetoden kan også brukes til å bestemme karakteristikker ved en geologisk formasjon 11 ved å benytte et enkelt borehull 12a med et ledende foringsrør 16a, som vist på fig. 4.1 den utførelsesform som er vist på fig. 4, er et par sendere 66, 68 og et par mottakere 70, 72 anordnet ved forskjellige aksiale posisjoner i borehullet 12a. Mottakerne 70, 72 er anbrakt mellom de to senderne 66, 68. På denne måten kan et magnetfelt Bjj detektert av mottakeren 70 ved en posisjon Rj fra senderen 66 (som er posisjonert ved posisjon Tj), defineres som:

Et magnetfelt Bjj+1detektert av mottakeren 72 (ved posisjon Rj+i) fra senderen 66, defineres som:

Fra disse to magnetfeltene kan et forhold defineres som: som er uavhengig av det magnetiske momentet til senderen 66, men som frem-deles avhenger av foringsrørets dempningsfaktorer ved mottakerne 70, 72. Den annen sender 68 (anbrakt ved Ti+k) kan imidlertid brukes til å utlede et nytt forhold mellom magnetfeltene som er detektert av sensorene 70, 72, som kan uttrykkes på følgende måte:

Forholdet R2er uavhengig av det magnetiske momentet til senderen 68, men avhenger likevel av foringsrør-dempningsfaktorene på en måte tilsvarende forholdet Ri. Som i diskusjonen av den foregående utførelsesform, kan følgelig et annet forhold dannes ved å bruke Ri og R2til å eliminere effekten av foringsrør-dempningsfaktorene:

Det er blitt bestemt at for frekvenser som er brukbare for enkeltbrønn- eller kryssbrønn-konduktivitetsavbildning på reservoarskalaen (titalls til hundretalls meter), produserer en solenoid viklet direkte på standard foringsrør med en enkelt sliss som strekker seg omring én meter forbi den aksiale ende av spolevindingen (dvs. forbi hver ende av viklingen) et mer enn tilstrekkelig moment for et permanent overvåkningssystem. Det er videre blitt bestemt at slike slisser muliggjør bruk av frekvenser så høye som 10.000 med bare moderat dempning. Denne bestem- meisen gjør det mulig å bruke "standard" induksjonslogging med høy oppløsning i nærvær av foringsrør.

Forsøksdata ble fremskaffet ved å undersøke de felter om produseres av en solenoid på et typisk stålforingsrør, som vist på fig. 5. Solenoiden besto av hundre viklinger viklet på enten stålfdringsrøret 80 eller på et plastrør 82 med samme radius. Felter ble målt med en vanlig magnetfeltsensor 84, slik som en sensor fremstilt av Electromagnetic Instruments Inc. (modell BF-6), og frekvensen til strømmen i solenoiden ble variert fra 1,0 Hz til 10.000 Hz med en regulerbare sender 86. Strømmen selv ble målt ved hver frekvens, og det målte felt ble norma-lisert med hensyn til den måte strøm.

Resultatene er vist på fig. 6 som forholdet mellom det felt som er målt med foringsrørkjernen og det felt som er målt med plastrørkjernen, som gir en direkte

eksperimentell bestemmelse av den effektive permeabiliteten til foringsrørkjernen. Forbedringen av feltmagnetiseringen med foringsrørkjernen forårsaker en effektiv økning i momentet ved likestrøm. De induserte strømmer forårsaker en minskning i moment etter hvert som frekvensen øker. Forbedringen av feltet på grunn av magnetiseringen av foringsrøret, er tydelig for frekvenser under omkring 1000 Hz.

Målingene ble foretatt med to slisslengder. En første, indikert ved "kort sliss" 94, strakk seg omkring 2 foringsrørdiametre forbi enden av viklingen, og en annen, "lang sliss" 92, strakk seg omkring 7 foringsrørdiametre forbi enden av viklingen. Dempningen for det uslissede 90 foringsrør faller av under noen få hundre Hz som forutsagt av induksjonsteorien. Over noen få hundre Hz er strømmen begrenset til den ytre seksjon av foringsrøret på grunn av skinndybdeeffekter, og størrelsen av motstrømmen blir redusert. Slissene 92, 94 avbryter klart induk-sjonsstrøm-dempningen hovedsakelig uavhengig av slisslengde opp til omkring

300 Hz, men over dette er den lange slissen 92 mer effektiv enn den korte slissen 94. Ved den maksimale frekvens som er av interesse for reservoaravbildning, omkring 500 Hz, blir feltet bare dempet med høyst en faktor på 3,5 for den korte slissen 94 sammenlignet med en faktor på 10 for det uslissede foringsrøret 90.

Det skal bemerkes at dempningsfaktorene øker meget lite for den lange slissen 92 når frekvensen øker til 10.000 Hz (10 kHz), mens feltet for det uslissede foringsrør 90 er blitt dempet med en faktor på nesten 50 ved denne frekvensen. Dette medfører at overvåkning av formasjonsresistivitet kan utføres med foringsrørviklede solenoider med samme oppløsning som kan oppnås med induksjonslogging i åpne hull.

Styrken av magnetfeltet er proporsjonal med momentet M til senderen, som er gitt ved

hvor u£ er den magnetiske permeabiliteten i det frie rom, Km er den relative permeabilitet, A er tverrsnittsarealet til solenoiden, I er strømmen og N er antallet trådviklinger benyttet i solenoiden. I fritt rom ved en avstand r i en retning perpendiku-lært til aksen av solenoiden, er det frembrakte magnetfelt B0z(Tesla, T), gitt ved

hvor a er solenoidens radius.

I praktiske enheter som nanoTesla (nT, 10"<9>T), er feltet i en avstand r lik

Når senderstrømmen varierer sinusformet med en frekvens på f Hz, induserer de tilførende varierende magnetfelter strømmer i den ledende formasjon og i eventuelle nærliggende ledere, slik som borestrengen eller foringsrøret. Disse strømmene sprer energi, og magnetfeltene blir dempet over likestrømsdempnin-gen. Det er derfor grunnleggende at den totale dempning alltid må øke når frekvensen til senderen øker.

Amplituden til magnetfeltene som frembringes i formasjonen, innbefattende langs borehullet, ved punkter fjernt fra senderen, kan beregnes som en funksjon av formasjonsresistiviteten og frekvensen. Hvis det forutsettes at kompromisser kan være nødvendige mellom frekvens og avstand, er responser blitt beregnet for flere frekvenser mellom 30 Hz og 1000 Hz. Disse responsplottingene er vist på fig. 7a-7d.

Feltstyrken i nT er for et enhetsmoment i senderen. Ved å bruke plottingene som er vist på fig. 7a-7d, er det en enkel sak å utvikle en generell utforming av et realiserbart system. Analysen nedenfor er for én typisk utførelsesform og er ikke ment å begrense oppfinnelsens ramme. Analysen er ment å klargjøre de be-greper som er presentert her, og å tilveiebringe et eksempel på praktiske anvendelser av oppfinnelsen. Systemutformingen for det maksimale område av frekvenser som er av interesse, avhenger nå av den maksimale følsomhet som kan oppnås i mottakerne og det maksimale praktiske moment i senderen. Vi betrakter mottakeren først.

Mottakeren, i samsvar med foreliggende utførelsesform, innbefatter en fler-viklings-solenoid viklet omkring foringsrøret. Økning av det mottatte felt på grunn av magnetisering og dempning av feltet på grunn av induksjonsstrømmer påvirker mottakeren på en måte tilsvarende senderen. Mottakeren virker hovedsakelig som en solenoid med en effektiv magnetisk permeabilitet som vist på fig. 5. Fra Fara-days lov kan spenningen over solenoidklemmene i et aksialt felt på B Tesla bestemmes ved uttrykket:

hvor A representerer tverrsnittsarealet av solenoiden og N representerer antallet ledningsviklinger i solenoiden.

For denne utførelsesformen ble et hus med radius 10 cm valgt slik at

A = ti • 10"<2>m<2>. Den valgte frekvens var 100 Hz, som er representativt for frekvenser som benyttes ved kryssbrønn-avbildning. Med Km på omkring 6,4, som vist på fig. 5, og med de valgte verdier av A og f, kan spenningen beregnes på følgende måte:

Denne utformingen er maken til den som benyttes i konvensjonelle flervik-lings spolemottakere med høy følsomhet som omfatter umietallkjerner og tilbake-koplingsviklinger for å stabilisere responsen, som kjent på området. I disse syste mene er kjernen laget av et metall med høy magnetisk permeabilitet i form av isolerte strimler for å optimalisere magnetiseringsegenskapene til kjernen mens flyt av induksjonsbildestrømmer hindres. Praktiske forsøk med mottakerne viser at den minste detekterbare spenning er omkring 10 nV (10"<8>V). Fra ligning (23) kan det minste detekterbare felt beregnes på følgende måte:

Fra praktiske forsøk er det igjen kjent at opp til titalls tusener av ledningsviklinger kan benyttes og tilsynelatende gi meget lave ekvivalentfelter. Med f.eks. 10.000 viklinger, en frekvens på 100 Hz og en Km på 6,4, som vist på fig. 6, vil magnetfelt-følsomheten være 0,78 x 10"4"!".

Fordi strømmen i sendersolenoiden sprer energi, vil en optimal sender oppnå det høyeste moment med den minste effekt. Som et eksempel på en praktisk utforming antas et enkelt lag med viklinger på en 1 m lengde på foringsrøret (som igjen har radius 10 cm). Når antallet viklinger blir valgt, blir ledningsdiamete-ren og dens totale motstand (R) og induktans (L) fastsatt. Induktansen til solenoiden er viktig fordi den spenning som er nødvendig for å drive den ønskede strøm, avhenger av produktet f • L, og i praksis er det også ønskelig å holde denne drivspenningen lav.

En oppsummering av konstruksjonsinformasjonen for en slik sender er an-gitt i plottingene på fig. 8. På fig. 8 er koordinataksene antall trådviklinger (N) og strømmen i solenoiden (I), sammen med resulterende moment (M) og effektspredning (nødvendig fra kraftforsyningen). Det er klart at den optimale sender består av det minste antall viklinger med den største ledning (dvs. at den største ledning er i stand til å føre en høyere strøm). Det er også klart fra datapunktet 88 at et moment på 150 er ganske rimelig med litt over 300 viklinger, 12 ampere og en effektspredning på bare 30 Watt. En slik sender vil ha en arbeidsspenning på 50 volt ved en frekvens på 100 Hz. Disse resultatene ble oppnådd for en luftkjer-nespole. Hvis spolen var viklet på foringsrøret, ville momentet bli øket med Km (f.eks. med en faktor lik 6,4 ved 100 Hz), for å gi et moment på omkring 1000.

Den utførelsesform som er beskrevet ovenfor, er ment å være illustrerende og ikke begrensende. Ytterligere optimalisering kan oppnås med følgende endringer av grunnkonstruksjonen (som alle er mulige utførelsesformer av oppfinnelsen). For eksempel kan solenoiden være lenger med tilsvarende høyere moment og følsomhet. I et praktisk system kan strømmen være begrenset av kraftforsyningen. I dette tilfelle kan antallet trådviklinger på senderen økes ved å vikle flere viklingslag. Ytterligere økende ledningsdimensjon (dvs. ledningsdiameter) med flere viklinger kan holde kraftspredningen på samme nivå selv om momentet økes.

For formålet med denne utførelsesformen kan det antas at et moment på 1000 lett kan oppnås ved 100 Hz. Ved å øke frekvensen til 500 Hz, minskes momentet med bare 25%, mens arbeidsspenningen bare øker til 250 volt. Det er klart at meget høye frekvenser kan benyttes med eksternt viklede solenoider enn med tidligere kjente solenoider montert inne i foringsrøret. Selv om sistnevnte har momenter så høye som 1000, blir magnetfeltet effektivt redusert til null ved 500 Hz (f.eks. på grunn av foringsrøreffekter).

Det er selvsagt viktig å tilveiebringe et signal som er godt over følsomhets-eller støynivået til mottakeren. I diskusjonen av mottakeren ovenfor, ble det bestemt at en konservativ deteksjonsterskel er omkring 10"<5>T. Hvis det er ønskelig å foreta en måling med en nøyaktighet innenfor 1,0%, må et magnetfelt med en styrke på minst 10"<3>T tilveiebringes, eller signalet kan midles over lang nok tid til å redusere mottakerstøyen med en faktor på 100.

Dette fører til en annen fordel ved å ha senderne/mottakerne viklet på foringsrøret og permanent utplassert: det er ingen praktisk grense på den tid som signalene kan midles over. I alle tidligere kjente anvendelser med både forede hull og åpne hull av elektromagnetisk induksjonsteknologi, blir senderne og mottakerne vanligvis beveget langs borehullets akse på forholdsvis kort tid fordi produksjon er blitt avbrutt for å utføre undersøkelsen, eller i nye brønner, det er viktig å avslut-te undersøkelsen for å installere foringsrør eller fortsette med boreoperasjoner så hurtig som mulig. Ved 100 Hz blir, ved eksisterende borehullssystemmålinger, over et tidsrom på omkring ett sekund. I de permanent monterte systemer kan signalmidling forlenges til f.eks. 10.000 sekunder (dvs. omkring 3 timer) med en tilsvarende økning på 100 i signal/støy-forholdet. Dette betyr at det ønskede sig- nalnivå kan midles over lang nok tid til å oppnå den iboende følsomheten til mottakeren, nemlig 10"<5>T.

Rekkevidden for systemet kan nå bestemmes fra fig. 7a-7d ved ganske enkelt å tegne en horisontal linje på hver plotting ved en feltstyrke på 10"<5>T etter multiplisering av amplitudeskalaen med momentet, i dette tilfelle 1000. Dette er ekvivalent med å trekke opp linjen på plottingene for et moment lik én ved en amplitude lik 10~<8>T. Økningen i rekkevidde sammenlignet med plasseringen av senderne og mottakerne inne i foringsrøret, er betydelig, spesielt ved frekvenser over 100 Hz. For den mest ledende formasjon, 1 Ohm-m (100 på fig. 7a), er en rekkevidde ved 100 Hz nesten 500 m. Ved 5 Ohm-m (102 på fig. 7b), har rekkevidden øket til 800 m. For inversjonsprosessen hvor bruken av et frekvens-spektrum forbedrer oppløsningen, er det viktigere at meget høyere frekvenser kan benyttes. I et typisk sandstensreservoar med 10 Ohm-m (104 på fig. 7c) resistivitet, er f.eks. rekkevidden 500 m eller mer for alle frekvenser opp til 1000 Hz.

Konstruksjonsdiagrammene på fig. 7a-7d viser mange andre mulige varian-ter av kryssbrønn- og enkeltbrønn-resistivitetsmålesystemer i forede borehull som hittil verken har vært mulige eller beskrevet. I formasjoner med høy resistivitet, slik som karbonater (f.eks. kalksten, osv. med en resistivitet på f.eks. 100 Ohm-m (106 på fig. 7d)), kan f.eks. utmerket oppløsning av småskala-trekk slik som sprekksoner, oppnås ved å bruke frekvenser så høye som 10.000 Hz. Legg merke til at når resistiviteten øker, avtar formasjonsdempningen og lavere momenter kan benyttes. Dette reduserer den spenning som er nødvendig på senderen til praktiske nivåer.

I enkeltbrønner kan grupper av sendere og mottakere atskilt med så lite som én meter, ved å bruke solenoider med liten lengde og meget lite moment, benyttes i konstruksjoner maken til de som nå brukes i konvensjonell dypinduk-sjonslogging. Undersøkelsesradiusen til disse systemene vil ligge i området fra noen få meter til så meget som 50-100 m, avhengig av formasjonsresistiviteten.

På et felt med flere brønner kan de permanent monterte solenoidmottakere detektere signaler fra en sender anbrakt nær borkronen i en ny brønn på feltet. Dette arrangementet vil tjene to viktige formål. For det første kan det brukes til å overvåke formasjonsresistiviteten i den formasjon som blir boret etter hvert som boringen skrider frem (for effektivt å danne et system for logging under boring

(LWD)). For det annet kan det brukes til å fjernoverføre data om tilstandene til selve borkronen eller ekstra loggedata i nærheten av borkronen til overflaten via den nærliggende brønnen. Båndbredden for et slikt telemetrisystem er meget høyere enn for noe system som nå brukes til å sende informasjon fra borkronen til overflaten. Detaljer for en sender som er festet til borestrengen bak borkronen og for båndbredden til fjernoverføringen, kan finnes i US-patentsøknad nr. 09/394,852, som eies av foreliggende patentsøker, og som herved inntas som referanse.

For praktisk realisering av oppfinnelsen kan en utførelsesform ha en forholdsvis enkel kabelkonfigurasjon som betjener ethvert antall sendere eller mottakere via bruk av "smarte releer" ved hver solenoide. Elektronikken som er tilord-net hver solenoide, har en valgt adresse. En styreledning med to tråder sender kodede signaler som aktiverer brytere og elektronikk ved en ønsket solenoid og åpner andre brytere i gruppen. Kraft blir transportert ved hjelp av likestrøm i en grov måleledning, idet jord eller en returvei blir tilveiebrakt av selve foringsrøret.

For en sender velger styreledningen den ønskede sender (anbrakt ved den korrekte adresse), for derved å kople kraften til senderelektronikken og deretter levere frekvensen og taktstyringen for å styre senderen over varigheten av målingen. Et annet trådpar overfører en måling av den aktuelle senderstrøm til overflaten.

For en mottaker velger det første par med styreledninger den ønskede en-het og kopler kraft til dens elektronikk, og det annet par overfører den målte solenoid-utgang til overflaten. Et slikt permanent installert system vil være enkelt og robust.

Andre forbindelsesmåter er kjente på området og kan benyttes i forbindelse med oppfinnelsen. Den måte nedhullsutstyr og overflateutstyr er sammenkoplet på, er ikke ment å begrense oppfinnelsens ramme.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet i forbindelse med et begrenset antall utførelsesformer, vil fagfolk på området etter å ha gjennomgått foreliggende beskrivelse, forstå at andre utførelsesformer kan lages som ikke avviker fra oppfinnelsens ramme slik den er beskrevet her. Oppfinnelsens ramme skal følgelig bare være begrenset av de vedføyde patentkrav.

Claims (31)

1. Fremgangsmåte for å bestemme karakteristikker ved geologiske formasjoner mellom borehull, karakterisert ved: å aktivere minst én sender for å generere et første magnetfelt, hvor den minst ene sender er anbrakt omkring en ytre overflate av et ledende foringsrør ved en valgt dybde i et første borehull, der det ledende foringsrør er laget av et materiale med en magnetisk permeabilitet som er slik at det ledende foringsrør forsterker det genererte magnetiske felt; å detektere et formasjonsmagnetfelt som er indusert av det første magnetfelt, med minst én mottaker anbrakt omkring en ytre overflate av et ledende foringsrør ved en valgt dybde i et annet borehull; og å bestemme en karakteristikk ved den geologiske formasjon fra det detekterte formasjonsmagnetfelt.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat det første magnetfelt omfatter et tidsvarierende magnetfelt.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat karakteristikken omfatter resistiviteten for den geologiske formasjon.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat detekteringen omfatter signalmidling over en valgt tid for å øke et signal/støy-forhold for det detekterte formasjonsmagnetfelt.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert vedå redusere effekt som brukes til å generere det første magnetfelt.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat de ledende foringsrør som er anbrakt i de første og andre borehull, omfatter slisser i nærheten av minst én av den minste ene sender og den minst ene mottaker.

7. Fremgangsmåte i følge krav 1, karakterisert ved: å aktivere en første av et antall aksialt atskilte sendere for å generere et første magnetfelt, idet antallet sendere er anordnet omkring en ytre overflate av et ledende foringsrør ved valgte dybder i et første borehull; å detektere et første formasjonsmagnetfelt indusert av det første magnetfelt, med en første av et antall aksialt atskilte mottakere, hvor antallet mottakere er anordnet omkring en ytre overflate av et ledende foringsrør ved valgte dybder i et annet borehull; å detektere det første formasjonsmagnetfelt som er indusert av det første magnetfelt, med en annen av antallet mottakere; og å beregne et første amplitudeforhold fra de første formasjonsmagnetfelter som er detektert av den første og annen av antallet med mottakere.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved: å aktivere en annen av antallet med sendere for å generere et annet magnetfelt; å detektere et annet formasjonsmagnetfelt som er indusert av det annet magnetfelt, med den første av antallet mottaker; å detektere det annet formasjonsmagnetfelt som er indusert av det annet magnetfelt, med den annen av antallet mottakere; å beregne et annet amplitudeforhold fra de andre formasjonsmagnetfelter som er detektert av den første og andre av antallet med mottakere; å beregne et tredje amplitudeforhold fra det første amplitudeforhold og det annet amplitudeforhold, og å bestemme en karakteristikk ved den geologiske formasjon fra det tredje amplitudeforhold.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert vedat det første magnetfelt omfatter et tidsvarierende magnetfelt.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert vedå gjenta aktiveringen og detekteringen ved forskjellige valgte av antallet med sendere og mottakere, og å gjenta beregningen for å bestemme karakteristikker ved geologiske formasjoner ved flere dybder.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert vedat karakteristikken omfatter en resistivitet for den geologiske formasjon.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert vedat det ledende foringsrør som er anordnet i det første borehull, omfatter slisser i nærheten av hver av antallet sendere, der slissene øker sendernes effektivitet.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert vedat det ledende foringsrør som er anordnet i det annet borehull, omfatter slisser i nærheten av hver av antallet med mottakere, der slissene øker mottakernes effektivitet..

14. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert vedat antallet sendere og/eller mottaker omfatter solenoider viklet på utsiden av det respektive ledende foringsrør.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert vedat detekteringen omfatter signalmidling over en valgt tid for å øke et signal/støy-forhold for de detekterte formasjonsmagnetfelter.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, karakterisert vedå redusere effekt som brukes til å generere det første magnetfelt.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert vedat detekteringen omfatter signalmidling over en valgt tid for å øke et signal/støy-forhold for de detekterte formasjonsmagnetfelter.

18. Fremgangsmåte i følge krav 1, karakterisert ved: å aktivere den minst ene sender ved en valgt dybde for å generere det førs-te magnetfelt, idet den minst ene sender er anbrakt på et boreverktøy anordnet ved en valgt dybde i det første borehull, der boreverktøyet har en magnetisk permeabilitet som er slik at det første magnetiske felt forsterkes av borevektøyets magnetiske permeabilitet; å detektere det første formasjonsmagnetfelt som er indusert av det første magnetfelt, med den minst ene mottakeren av et antall aksialt atskilte mottakere, idet antallet mottakere er anordnet omkring en ytre overflate av et ledende forings-rør ved valgte dybder i et annet borehull, der det ledende foringsrør har en magnetisk permeabilitet som er slik at det andre magnetiske felt forsterkes av det ledende foringsrør; å detektere formasjonsmagnetfeltet som er indusert av det første magnetfelt, med en annen av antallet mottakere; og å beregne et første amplitudeforhold fra formasjonsmagnetfeltene som er detektert av de første og andre av antallet mottakere.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 18, karakterisert ved: å aktivere den minst ene sender ved en annen valgt dybde for å generere et annet magnetfelt; å detektere et annet formasjonsmagnetfelt som er indusert av det annet magnetfelt, med den første av antallet mottakere; å detektere det annet formasjonsmagnetfelt som er indusert av det annet magnetfelt, med den annen av antallet mottakere; å beregne et annet amplitudeforhold fra de andre formasjonsmagnetfelter som er detektert av den første og annen av antallet mottakere; å beregne et tredje amplitudeforhold fra det første amplitudeforhold og det annet amplitudeforhold; og å bestemme en karakteristikk ved den geologiske formasjon fra det tredje amplitudeforhold.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, karakterisert vedat karakteristikken omfatter en resistivitet for en geologisk formasjon.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 18, karakterisert vedat antallet mottakere omfatter solenoider viklet på den ytre overflate av det ledende foringsrør.

22. System for å bestemme karakteristikker ved geologiske formasjoner mellom borehull forsynt med ledende foringsrør, karakterisert ved: minst to aksialt atskilte elektromagnetiske sendere anordnet ved valgte dybder i et første borehull og anbrakt omkring en ytre overflate av et ledende foringsrør, der det ledende foringsrør er laget av et materiale med en magnetisk permeabilitet som er tilpasset til å forsterke det magnetiske felt ved aktivering av senderen; minst to aksialt atskilte elektromagnetiske mottakere anordnet ved valgte dybder i et annet borehull og anbrakt omkring en ytre overflate av et ledende foringsrør, der det ledende foringsrør er laget av et materiale med en magnetisk permeabilitet som er tilpasset til å forsterke det magnetiske felt ved aktivering av mottakeren;; og minst én styrestasjon på overflaten som er operativt koplet til de minst to sendere og de minst to mottakere, idet den minst ene styrestasjon på overflaten er innrettet for selektivt å aktivere hver av de minst to elektromagnetiske sendere for å generere førstemagnetfelter, og for selektivt å aktivere hver av de minst to elekt romagnetiske mottakere for å detektere formasjonsmagnetfelter indusert av de første magnetfelter.

23. System ifølge krav 22, karakterisert vedat det ledende foringsrør som er anordnet i det første borehull, omfatter slisser i nærheten av hver av de minst to elektromagnetiske sendere.

24. System ifølge krav 22, karakterisert vedat det ledende foringsrør som er anordnet i det annet borehull, omfatter slisser i nærheten av hver av de minst to elektromagnetiske mottakere.

25. System ifølge krav 22, karakterisert veden anordning for å beregne et amplitudeforhold fra de formasjonsmagnetfelter som er detektert av de minst to elektromagnetiske mottakere.

26. System ifølge krav 25, karakterisert veden anordning for å bestemme en karakteristikk ved den geologiske formasjon fra det beregnede amplitudeforhold.

27. System ifølge krav 22, karakterisert vedat de minst to elektromagnetiske sendere og/eller mottakere omfatter solenoider viklet på utsiden av de respektive ledende forings-rør.

28. System ifølge krav 22, karakterisert vedat anordningen for å beregne et amplitudeforhold er innrettet for å detektere formasjonsmagnetfelter ved forskjellige valgte av antallet med mottakere, hvor de detekterte formasjonsmagnetfelter er indusert av første magnetfelter generert av forskjellige valgte av antallet sendere, hvor anordningen for beregning videre er innrettet for å beregne amplitudeforholdet for å bestemme karakteristikker ved geologiske formasjoner ved et antall dybder ved å velge ope-rasjon av passende sendere og mottakere.

29. System ifølge krav 26, karakterisert vedat karakteristikken omfatter en resistivitet for den geologiske formasjon.

30. System ifølge krav 22, karakterisert vedat antallet sendere og/eller mottakere omfatter solenoider viklet på utsiden av det respektive ledende foringsrør.

31. System ifølge krav 22, karakterisert vedat minst ett styresystem på overflaten som er koplet til antallet mottakere, er innrettet for å midle signaler over et valgt tidsrom for å øke et signal/støy-forhold for de detekterte formasjonsmagnetfelter.