NO332882B1 - Fremgangsmate og anordning for permanent overvakning av en undergrunnsformasjon - Google Patents

Abstract

En fremgangsmåte og anordning for permanent seismisk overvåking av en undergrunnsformasjon ved hjelp av en eller flere seismiske sender/mottaker-sett som hver omfatter en kilde (S); slik som en vibrator, og elastiske bølgemottakere (R1, R2.....Rn) slik som geofoner og/eller hydrofoner er beskrevet. En brønn (W) er boret ned i grunnen. Seismiske mottakere (R1 til Rn) er senket ned i denne og koplet til den omgivende formasjon. Brønnens tverrsnitt er utvidet i den øvre del for å danne en kavitet (P) idet den seismiske kilde (S) er presset mot kavitetens vegger. Mottakerne (R) og kilden (S) er forbundet med en utenforliggende signalstyre- og innsamlings-stasjon (ST). Brønnene (W) kan være undersøkelsesbrønner som er boret for eksempel omkring brønner beregnet på produksjon av reservoarer som inneholder fluider eller blandede undersøkelses- og produksjonsbrønner. Hver kilde kan også være koplet til en kavitet nær brønnen. De operasjoner som er nødvendige for å sette ut dette utstyret, er forholdsvis enkle, og dekningsområdet for de forskjellige brønnene er redusert, noe som letter deres integrasjon på steder med reservoarproduksjon. Fremgangsmåten og anordningen kan anvendes til overvåkning av for eksempel oljeførende reservoarer eller gasslag ringsreservoarer.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en anordning for permanent seismisk overvåkning av en undergrunnssone.

Anordningen ifølge oppfinnelse er egnet for forskjellige anvendelser. Den kan spesielt brukes til langsiktig seismisk overvåking av en undergrunnssone som inneholder fluider, oljeproduksjonssoner, undergrunns gasslagringsreservoarer, osv., og oppfølging av disses utvikling med tiden.

Det er for eksempel velkjent å teste fyllingen av et undergrunnsreservoar for lagring av naturgass, ved suksessive tidspunkter, ved hjelp av et seismisk system som omfatter en vibrator eller en pulskilde for å tilføre bakkeoverflaten støtpulser og en mottakeranordning som omfatter rekker av sensorer for elastiske bølger, anbrakt på overflaten eller i en brønn og koplet til grunnen. Ettersom gassinjeksjon i betydelig grad endrer lydhastigheten, densiteten og dermed reservoarformasjonen, er det mulig å bestemme variasjonen av tidsintervallet på de seismiske registreringer mellom to reflektorer, en anbrakt over og den andre under reservoaret. Fyllingsutvikling kan også følges ved å måle amplitudevariasjonen til de bølger som reflekteres nær reservoar-lagene ved suksessive fyllingstider.

Patentene FR-2 593 292 (US 4 777 009); 2 642 849 (US 4 986 350); 2 656 034 (US 5 181 565); 2 688 896; 2 689 647 (US 5 481 502) beskriver spesielt systemer som omfatter ett eller flere tjenestesett permanent installert i brønner og forbundet med overflaten ved hjelp av en eller flere overføringskanaler. Disse tjenestesettene kan være seismiske mottakere og eventuelt en eller flere seismiske bølgekilder innsatt i brønner. Mottakerne eller senderne kan være anbrakt utenfor foringsrør og koplet til de omgivende formasjoner ved hjelp av den sement som er injisert i ringrommet rundt disse rørene ved innsettingen. Mottakergruppene kan også være tilknyttet et rør som senkes ned i en brønn og koples med de formasjoner som omgir brønnen hvis de blir presset mot brønnveggen direkte eller ved hjelp av for eksempel et foringsrør.

Patentene FR 2 703 457, 2 703 470 eller 2 674 029 (US 5 243 562) beskriver fremgangsmåter for seismisk overvåkning av undergrunnsreservoarer ved bruk av mottakergrupper anbrakt i brønner eller seismiske kilder anbrakt på overflaten eller eventuelt i disse brønnene.

Seismiske undergrunnsundersøkelser blir vanligvis utført ved å kople seismiske kilder eller mottakere til bakken i henhold til forskjellige kombinasjoner hvor kildene og/eller mottakerne er posisjonert på overflaten eller i nærheten av denne, eller i en eller flere brønner gjennom den undersøkte formasjon.

Serier med seismiske sender/mottaker-perioder blir utført ved hver gang å endre posisjonen til den seismiske kilde i forhold til aksen i den brønn hvor mottakergruppene er installert, i henhold til en teknikk kjent som «walk-away», og ved å registrere ankomstene ved mottakere R1 til Rn som en funksjon av forplantningstid t.

Overvåkning av oljeførende reservoarer eller gasslagringsreservoarer medfører vanligvis langvarige operasjoner fordi de variasjoner som skal observeres, er forholdsvis langsomme.

Fransk patent 2 728 973 (US 5 724 311) inngitt av søkerne, beskriver et permanent overvåkingssystem som gjør det mulig å oppnå en perfekt reproduser-barhet av driftstilstandene i gjentatte seismiske overvåkingsoperasjoner i en undergrunnssone som krysses av minst én brønn eller ett borehull, og spesielt et undergrunns gasslagringsreservoar. Dette systemet omfatter en eller flere grupper med seismiske mottakere, (nedgravd, på overflaten, eller anbrakt i en eller flere brønner), flere repeterende seismiske kilder (nedgravd eller på overflaten), alle permanent installert, og et permanent forbindelsesnett for selektiv kraftforsyning til disse kildene. En sentralstasjon fjernstyrer selektivt hver av disse kildene og registrerer de seismiske signaler som kommer fra undergrunnssonen som reaksjon på de seismiske bølger som selektivt sendes inn i grunnen ved hjelp av kildene.

Denne gruppen med permanent installerte kilde hvis kopling til de omgivende formasjoner forblir stabil, og dette i det minste gradvis nedgravde forsyningsnett, hvis dekningsområde på overflaten er redusert, gjør det mulig å utføre en hel rekke langvarige seismiske overvåkingsoperasjoner under stabile driftsbetingelser uten risiko for inkompatibilitet med aktivitetene på produksjonsstedet.

Fremgangsmåten som er ment for permanent overvåkning av en undergrunnsformasjon i henhold til oppfinnelsen, muliggjør ytterligere forenkling av operasjoner med permanent installasjon av minst ett seismisk sender/mottaker-sett som omfatter en seismisk kilde og seismiske mottakere, og å redusere dekningsområdet på stedet.

Fremgangsmåten omfatter å danne minst én brønn for en rekke seismiske mottakere som er permanent koplet med de omgivende formasjoner i denne brønnen, og å utføre utsendelses/mottakelses-perioder med utsendelse av seismiske bølger i formasjonen og innsamling av de signaler som mottas av de seismiske mottakere som reaksjon på de seismiske bølger som reflekteres av formasjonen. Den erkarakterisertved at utsendelses/mottakelses-periodene blir utført med minst én repeterende seismisk kilde som er permanent koplet med bunnen av en kavitet, der hver kilde er tilknyttet minst én rekke seismiske mottakere i en brønn i den umiddelbare nærhet av kaviteten.

Hver kavitet kan være dannet ved utvidelse av tverrsnittet av en brønn i den øvre del av denne, over en viss høyde. Flere brønner boret for seismiske mottakere kan være tilknyttet en enkelt kavitet.

Fremgangsmåten kan benyttes i forbindelse med utviklingen av et undergrunnsreservoar, med en rekke seismiske mottakere koplet med formasjonen og en kilde anbrakt i bunnen av en kavitet i nærheten av brønnhodet eller ved bunnen av minst én annen kavitet tilknyttet den minst ene andre brønn.

Mottakerne er for eksempel tilknyttet et fluidtransportør som er senket ned i brønnen for å forbinde en undergrunnssone med produksjonsutstyr på overflaten og koplet med den formasjon som omgir brønnen.

Kaviteten er fortrinnsvis dyp nok til at kilden kan koples med formasjonen under erosjonssonen.

Når en kavitet blir dannet i den øvre den av en brønn som er ment for mottakere, kan reservoaret omfatte innsetting, etter behov, av rørbølge-dempnings-anordninger mellom kilden og bunnen av kaviteten.

Slike brønner og kaviteter kan selvsagt bores på bunnen av en vannmasse for permanent installasjon av ett eller flere seismiske overvåkningssett.

Den permanente seismiske overvåkningsanordning i henhold til oppfinnelsen omfatter minst én gruppe med seismiske mottakere (geofoner og/eller hydrofoner) egnet for å bli senket ned i minst én brønn og koplet til den formasjon som omgir brønnen, minst én seismisk kilde egnet for å bli presset mot bunnen av en kavitet nær brønnen, en styre- og registreringsstasjon, og anordninger for å forbinde hver gruppe med seismiske mottakere og hver seismisk kilde med en styre- og registreringsstasjon for signaloverføring.

Anordningen kan for eksempel omfatte en eller flere vibratorer, minst én gruppe med seismiske mottakere anbrakt med mellomrom langs et stivt rør som er senket ned i minst én brønn, tilkoplet mobile koplingsanordninger for å kople mottakerne til de formasjoner som omgir brønnen og for å avkople dem mekanisk fra hvert rør, eller tilknyttet et foringsrør i minst én brønn. Den kan også omfatte rørbølge-dempe-anordninger tilknyttet minst én kilde.

Anordningen ifølge oppfinnelsen er meget fordelaktig fordi hver seismisk sender/mottaker-sett er permanent installert i en enkelt brønn (eller i to nabobrønner) hvis dekningsområde på stedet er forholdsvis begrenset. Boring av disse brønnene, i en eller to deler, kan lett oppnås med konvensjonelt bore- eller utgravningsutstyr. Anordningen kan derfor lett integreres på reservoarutviklings- eller fluidlagringssteder. Siden kildene blir pressen mot bunnen eller veggene i kaviteter som fortrinnsvis er dype nok til å nå formasjonene under erosjonssonen, blir dermed deres kopling med formasjonene forbedret.

Andre trekk og fordeler ved fremgangsmåten og apparatet i henhold til oppfinnelsen vil fremgå av den etterfølgende beskrivelse av et ikke begrensende eksempel, under henvisning til de vedføyde tegninger, hvor: Fig. 1 skjematisk viser et seismisk sender/mottaker-sett anbrakt i en enkelt brønn; Fig. 2 skjematisk viser et seismisk sender/mottaker-sett anbrakt i en brønn utstyrt for utvikling av et reservoar; Fig. 3 skjematisk viser et seismisk sender/mottaker-sett i to nabobrønner; Fig. 4 skjematisk viser utformingen av seismiske sender/mottaker-sett som omfatter en sentral brønn for en kilde og en eller flere perifere brønner for seismiske mottakere; og Fig. 5 viser en mulig brønnutforming for seismiske sender/mottaker-sett fordelt på stedet for et produksjonsreservoar.

Ifølge utførelsesformen på figur 1 omfatter anordningen minst ett seismisk sender/mottaker-sett som omfatter en seismisk kilde S og en rekke seismiske mottakere R1, R2,... Rn, anbrakt under grunnoverflaten. En brønn W er først boret med en første mer eller mindre stor diameter d1 avhengig av om den er ment for rene undersøkelsesoperasjoner eller for overvåking av produksjonen av et reservoar som inneholder fluider.

Den øvre den av brønnen 1 som er boret på denne måten, blir deretter utvidet for å danne en kavitet P med dimensjon d2 som er tilstrekkelig til å romme minst én kilde S, og med en viss dybde h.

Kilden S er koplet til bunnen og/eller veggene i kaviteten P, enten direkte eller ved hjelp av et lag D med et materiale som absorberer elastiske bølger, ment for å hindre direkte forplantning av parasittbølger, kjent som rørbølger, til mottakerne R.

Kilden kan være en pulskilde av gasskanon-typen eller en vibrator av velkjent type. Den kan være en vibrator med et eksentrisk svinghjul, en elektrohydraulisk eller elektroakustisk vibrator, en piezoelektrisk eller magnetostriktiv vibrator maken til det som for eksempel er beskrevet i de franske patentene 2 656 110 (US 5 135 072) og 2 667 518). Flere vibratorer kan være presset mot veggene i hver kavitet og aktiveres i parallell.

Man graver fortrinnsvis dypt nok (h er vanligvis av størrelsesorden noen få meter til noen få titalls meter) til at bunnen av kaviteten P er under den overflatesone som kalles erosjonssonen WZ for å unngå kjente parasitthendelser forbundet med denne sonens ustabilitet.

Gruppen med seismiske mottakere R1 til Rn er anbrakt i brønnen W og koplet til den formasjon som omgir brønnen. Disse mottakerne kan være geofoner, fortrinnsvis flerakse-geofoner (for eksempel trifoner) og/eller hydrofoner anbrakt i avstand fra hverandre langs borehullet.

Anordningen omfatter en stasjon ST innrettet for styring av kilden og innsamling av de signaler som produseres av mottakerne R som reaksjon på de seismiske bølger som er mottatt. Stasjonen ST er koplet til kilden S ved hjelp av en flerleder-kabel C1 og til mottakerne R1-Rn ved hjelp av en kabel C2.

Kopling av geofonene til formasjonen kan oppnås ved å inneslutte dem i sement som blir tømt inn i brønnen etter innsetting av geofonene. Når i det minste en del av mottakerne også omfatter hydrofoner som er koplet med de formasjoner som omgir brønnen ved neddykking i fluid, blir koplingsanordninger av velkjent type, med for eksempel fleksible plater som beskrevet i US-patent 2 943 694, tilknyttet geofonene.

Ifølge en utforming som allerede er beskrevet i de franske patenter 2 593 292 (US 4 775 009), 2 703 457 og 2 276 723 som er nevnt ovenfor, kan geofonene være anbrakt bak et foringsrør i brønnen og koplet til formasjonen ved hjelp av den sement som brukes til tetting av foringsrøret etter innsetting.

Mottakerne R1-Rn kan også være anbrakt i avstand fra hverandre langs et stivt rør, slik som et produksjonsrør, og tilknyttet anordninger som gjør det mulig å presse dem mot veggen i borehullet W samtidig som de er akustisk avkoplet fra røret.

I anvendelser hvor anordningen er ment for seismisk overvåking av en brønn som brukes til produksjon av et undergrunnsreservoar som inneholder fluider, for eksempel et fluidproduserende reservoar eller et gasslagringsreservoar, er mottakerne plassert (figur 2) langs et fluidtransportrør T som forbinder undergrunnssonen som er under utvikling, med produksjonsutstyr (ikke vist) på overflaten, ender dette røret i et brønnhode WH. De selektive koplingsmodi som allerede er beskrevet i de franske patentene 2 656 034 (US 5 181 565) og 2 674 029 (US 5 243 562), kan brukes. I denne type anvendelse er kilden S anbrakt i kaviteten ved siden av eller rundt røret T.

Ifølge utførelsesformen på figur 3 kan mottakerne og kilden for elastiske bølger også være anbrakt i to forskjellige brønner WRog Ws.

En enkelt brønn Wsfor en seismisk kilde er fortrinnsvis tilknyttet k brønner (K > 2) Wm, Wr2,... Wrkfor seismiske mottakere spredt (figur 4) rundt brønnen for kilden. Flere grupper som omfatter en kilde og mottakere med det mønsteret WLsom er vist på figur 3 eller 4, kan således være spredt på feltet.

Ifølge utførelsesformen på figur 5 er det mulig å fordele et antall sender/mottaker-sett som vist på figur 1 eller 2 i brønner på et reservoarproduksjons-sted, rundt en sentral brønn Wcsom kommuniserer med reservoaret og er beregnet på fluidoverføring.

I produksjonsbrønnen er sender/mottaker-settet av den type som er vist på figur 2. For sender/mottaker-settene i de perifere brønner (mønster W|_) blir de utforminger som er vist på figurene 1, 3 eller 4, benyttet.

Siden flere sender/mottaker-sett derfor er installert i en observasjonssone, kan kryssede seismiske innsamlinger utføres med utløsning av en seismisk kilde og mottakelse/innsamling av de bølger som kommer fra formasjonen som reaksjon på de utsendte bølger.

De brønner som er beregnet på å romme disse sender/mottaker-settene kan lett bores med konvensjonelt bore- eller utgravingsutstyr. Brønner W med en dybde på noen få hundre meter og diameter i størrelsesorden 17 cm (7 tommer) kan for eksempel bores, og kaviteter P med diameter omkring 50 cm (20 tommer) kan lages. Dekningsområdet for disse nedgravde sender/mottaker-settene er begrenset og deres overvåkningsaktivitet er derfor fullstendig kompatibel med produksjonsoperasjoner.

Slike sender/mottaker-sett kan selvsagt også være nedsatt i brønner som er boret på bunnen av en vannmasse, i en sone omkring et produksjonssted til sjøs.

Claims (14)

1. Fremgangsmåte for seismisk overvåking av en produserende undergrunnsformasjon, ved hjelp av minst ett seismisk overvåkingssett omfattende seismiske mottakere (R1-Rn) som er anbrakt i en brønn (W) og koplet med den omgivende formasjon og en seismisk kilde (S), i hvilket utsendelses/mottakelses-perioder blir utført med utsendelse av seismiske bølger i formasjonen og innsamling av signaler som oppfanges av de seismiske mottakerne som reaksjon på de seismiske bølger som reflekteres av formasjonen, karakterisert vedat hvert overvåkingssett omfatter en seismisk kilde (S) i en kavitet (P) dannet i en øvre utvidelsesdel av brønnen (W) i hvilken en rekke seismiske mottakere er anbrakt, hvor de seismiske mottakerne og den seismiske kilden i settet er permanent koplet til formasjonen for å oppnå stabile driftsbetingelser, idet fremgangsmåten omfatter registrering, ved hjelp av de seismiske mottakerne, av bølgene reflektert av formasjonen som reaksjon eller respons på utsendelse av bølger sent ut i samme brønnen av en tilknyttet kilde.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor utsendelses/mottakelses-perioder blir produsert ved hjelp av minst ett overvåkingssett og seismiske mottakere i en produksjonsbrønn i formasjonen forsynt med produksjonsutstyr.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, hvor den omfatter bruk av mottakere (R) tilknyttet et fluidtransportrør (T) nedsenket i brønnen for å forbinde en undergrunnssone (A) med en produksjonsanordning på overflaten, og koplet til den formasjon som omgir brønnen.

4. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, hvor minst én kavitet (P) blir boret for en kilde (S) i tilstrekkelig dybde til at kilden blir koplet til formasjonen under erosjonssonen (WZ).

5. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, hvor den omfatter anvendelse av ett overvåkingssett forsynt med rørbølge-dempningsanordninger (D) anbrakt mellom kilden og formasjonen.

6. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, hvor den omfatter bruk av en seismisk kilde omfattende minst én vibrator.

7. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, hvor kaviteten dannes ved å utvide den øvre delen av brønnen.

8. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, hvor den omfatter permanent installasjon av minst ett seismisk overvåkingssett ved bunnen av en vannmasse.

9. Anordning for seismisk overvåking av en produserende undergrunnsformasjon, omfattende minst ett seismisk overvåkingssett omfattende seismiske mottakere (R1-Rn) som er anbrakt i en brønn (W) og koplet med den omgivende formasjon og en seismisk kilde (S), i hvilket utsendelses/mottakelses-perioder blir utført med utsendelse av seismiske bølger i formasjonen og innsamling av signaler som oppfanges av de seismiske mottakerne som reaksjon på de seismiske bølger som reflekteres av formasjonen, karakterisert vedat hvert overvåkingssett omfatter en seismisk kilde (S) i en kavitet (P) dannet i en øvre utvidelsesdel av brønnen (W) i hvilken en rekke seismiske mottakere er anbrakt, hvor de seismiske mottakerne og den seismiske kilden i settet er permanent koplet til formasjonen for å oppnå stabile driftsbetingelser, idet anordningen videre omfatter en styre- og registreringsstasjon (ST) og anordninger (C1, C2) for å forbinde hver gruppe med seismiske mottakere og hver kilde (S) med styre- og registreringsstasjonen (ST) for overføring og registrering av signalene.

10. Anordning ifølge krav 9, videre omfattende minst én repeterende seismisk kilde (S) som er koplet til bunnen av kaviteten (P) dannet ved utvidelse av den øvre del, over en viss høyde, av tverrsnittet til brønnen (W), hvor seismiske mottakere er nedsenket, idet kilden ligger på bunnen av kaviteten.

11. Anordning ifølge krav 9 eller 10, videre omfattende et lag fremstilt av et materiale som absorberer elastiske bølger, innskutt mellom kilden og bunnen av kaviteten.

12. Anordning ifølge et av krav 9-11, videre omfattende minst én vibrator.

13. Anordning ifølge et av krav 9-12, videre omfattende minst én gruppe med seismiske mottakere plassert med mellomrom langs et stivt rør (T) som er senket ned i minst én brønn, tilknyttet mobile koplingsanordninger for å kople mottakerne til den formasjon som omgir brønnen og for å avkople dem mekanisk fra hvert rør.

14. Anordning ifølge et av krav 9-13, videre omfattende minst én gruppe med seismiske mottakere tilknyttet et foringsrør i minst én brønn.