NO333890B1 - Avstandskompensering for kjerneverktøy ved logging av borehull - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse er rettet mot måling av egenskaper ved en berggrunn, og mer spesielt rettet mot kjernemålingssystemer og korrigering av berggrunnensegenskapsmålingene for ugunstige virkninger av instrumentavstand fra borehullveggen. Oppfinnelsen kan benyttes for å gjøre berggrunnensegenskapsmålinger samtidig som borehullet bores, eller etter boring ved hjelp av kabelteknikker.

Hovedsakelig alle kjerneinstrumentsystemer benyttet for å måle berggrunnensparameter fra innsiden i et brønnborehull påvirkes ugunstig av borehulltilstander. Borehulltilstandene innbefatter borehullfluidtype, borehulluregelmessighet og størrelsen av avviket eller "avstanden" mellom nede-i-hulls måleinstrumentet og veggen i borehullet. For å øke nøyaktigheten er det nødvendig å korrigere målte parametere for borehullstilstander, innbefattende avstand. Denne korrigeringsprosessen er vanligvis kjent som "av-standskorirgering".

Kjernemålingssystemer er blitt benyttet i tiår for å måle forskjellige egenskaper ved en berggrunn gjennomtrengt av et brønnborehull. De første systemene benyttet nede-i-hulls instrumenter eller "verktøy" som ble ført langs borehullet ved hjelp av et "kabel"-tau. I tillegg, fungerte kablen som et forbindelsesmiddel mellom nede-i-hulls verktøyet og utstyret ved overflaten, hvilket utstyr typisk bearbeidet målte data for å gi angjeldende formasjonsparametere som en funksjon av dybden inne i borehullet. Disse målingene, vanligvis betegnet som "brønnlogger" eller simpelt hen "logger", innbefatter mål av formasjonens naturlige gammastråling, termisk nøytronfluks, epitermisk nøytronfluks elastisk og uelastisk nøytron, innfangingsgammastråling, spredt gammastråling og lignende. Et mangfold formasjonsparametere fås at disse målinger eller kombinasjoner av disse målinger, så som skiferinnhold, porøsitet, tetthet, litologi og hydrokarbonmetting. De fleste av disse kabelkjernemålingene påvirkes ugunstig av borehullet. Instrumentav-standen fra borehullveggen er nesten et allment problem i betraktning av den iboende grunne radiale undersøkelsesbredde i kjerneloggingssystemer.

Kabelsystemer bruker et mangfold mekaniske midler for minimalisering av avstand ved å tvinge verktøyet mot borehullveggen. Som eksempler bruker et tidligere kjent nøyt-ronporøsitetsverktøy typisk en buefjær for å tvinge verktøyet mot borehullveggen, slik at avstandsvirkninger derved minimaliseres. Et typisk tetthetsverktøy for spredte gam-mastråler er oppbygget med en gammastrålekilde og en eller flere gammastråledetektorer i en "pute" som tvinges mekanisk mot borehullveggen for igjen å minimalisere avstandsvirkninger.

Selv om styring av den fysiske posisjonen til et kabelkjerneverktøy inne i borehullet bistår til minimalisering av borehullsvirkninger, innbefattende avstand, benyttes andre verktøyutformings- og databehandlingsteknikker for ytterligere å redusere disse ugunstige virkningene. Som eksempler benytter nøytronporøsitets- og tetthetsverktøy typisk to eller endog flere strålingsdetektorer ved ulike mellomrom fra hhv. en nøytron- eller tetthetskilde. Detektorsvar kombineres deretter ved bruk av et mangfold algoritmer for ytterligere å minimalisere borehullsvirkninger i den angjeldende beregnede sluttparame-teren. Som et eksempel, ble en behandlingsmetode med dobbelt detektor, kjent som "spine and rib"-teknikken, introdusert på 1960-tallet som et middel for kompensering av kabeltetthetslogger med dobbelt detektor for avstandsvirkningene. Denne teknikken er kun avhengig av svarene til to nede-i-hulls detektorer og en verktøykalibrering for å kompensere for små verktøyavstand som ikke kan avhjelpes med mekaniske midler. Denne metoden er effektiv for avstandsstørrelsesordener på i alminnelig mindre enn 2,5 cm (1 tomme). For større avstand er "spine and rib"-systemet benyttet alene, ikke et effektivt kompenseringsmiddel.

Kabellogging er anvendelig kun etter at borehullet er blitt boret. Det ble innsett på 1960-tallet at visse driftsmessige og økonomiske fordeler kunne realiseres dersom boringen, retningsbestemte borehull, og formasjonsegenskapsmålingene kunne gjøres samtidig som borehullet bores. Denne prosessen er i alminnelighet betegnet som samtidig måling og boring (MWD) for sanntids boreparametere, så som vekt på borekronen, borehullretning og lignende. Formasjonsegenskapsmålinger gjort mens det bores, så som formasjonstetthet, betegnes vanligvis som målinger av samtidig logging og boring (LWD). LWD-målingene bør begrepsmessig være mer nøyaktig enn deres kabelmotstykker. Dette skyldes at formasjonen er mindre forstyrret i den umiddelbare nærhet til borehullet med inntrengning av borefluider i formasjonen. Denne inntrengningen for-andrer den opprinnelige tilstanden i formasjonen. Denne virkningen er i særdeleshet skadelig desto grunnere undersøkelsesdybde i kjerneloggingsmålingen.

For korthets skyld, vil kun LWD-systemer drøftes. Verktøyene er typisk montert inne i et vektrør nær en borekrone som avslutter den nedre enden i en borestreng. Diameteren til et vektrør er typisk mindre enn diameteren til borekronen. Denne faktor, sammen med det faktum at det vanligvis forekommer en viss mengde "slingring" og "tilbakekas-ting" under boringen, resulterer i et borehull med større diameter enn borekronemålet, hvilken diameter i sin tur resulterer i varierende avstand mellom "LWD"-instrumentet og borehullveggen. Enn videre er sirkulasjon av borefluid i borehullet tilbøyelig til å vaske ut eller forstørre borehullet, slik at et enda større og mer uforutsigbar avstand be virkes. Selv om hovedelementene i de fleste LWD-verktøy er montert nær omkretsen til vektrøret og typisk inne i en eller flere stabilisatorfinner for vektrøret, kan avstandene bli ganske store og kan endre seg dramatisk med hver rotasjon av borestrengen. Mekaniske midler, så som buefjærer og drevne pudedorer benyttet i kabelmotstykker, er åpenbart ikke anvendelige som middel for minimalisering av avstand i en roterende borestreng.

Igjen for tydelighets skyld, vil et tidligere kjent LWD-system for "gamma-gamma"-tetthet ved hjelp av fortrinnsvis to gammastråledetektorer drøftes. Driftsmessige begre-per i denne type tetthetsverktøy er kjent innen fagområdet. Det bør imidlertid forstås at mange av de tidligere drøftede vanskeligheter og begrensninger gjelder for andre tidligere kjente kjerneloggingssystemer, så som nøytronporøsitet. LWD-formasjonstetthetssystemer skiller seg fra deres motstykker i kabel av det faktum at målingen gjøres mens verktøyet roteres med borestrengen, slik at varierende avstand mellom verktøylegemet og formasjonen derved bevirkes. Et LWD-tetthetsverktøy kan typisk påstøte avstand hvor som helst fra null til 2,5 cm (1 tomme) eller større, avhengig av borehullformen og verktøyutformingen. Opptellingsdata fra de fortrinnsvis detektorene, plassert med et mellomrom, aksialt, fra hverandre, samles vanligvis inn ved en mye større rate enn rotasjonstiden, hvilket resulterer i et ganske konstant avstand pr. prøve. Korte prøvetidsperioder benyttes for å øke nøyaktigheten i målingen. Grunnet den korte prøvetakingstiden og den statistiske beskaffenheten til målingen har detektoropptellingene i hver prøve imidlertid ikke tilstrekkelig statistisk presisjon til å anvende en statistisk meningsfull avstandskorrigering, så som en "spine and rib"-korrigering for å forbedre den statistiske presisjon til målingen og senere korrigeringer, summeres opptellingsdata over et radialt segment i borehullet før en avstandskorrigering anvendes. Selv om dette bedrer den statistiske presisjonen ofres nøyaktigheten.

I forsøk på å bibeholde både den statistiske presisjonen og nøyaktigheten benytter LWD-tetthetsverktøyet og andre typer kjerneverktøy ifølge teknikkens stand ofte uavhengige systemer for å måle den radiale formen til borehullet. Dette betegnes oftest som en "kaliber" til borehullet. Kalibermålinger kombineres da med detektoropptellingsdata og en algoritme for "spine and rib" eller annen type korrigering for å få kompensert borehullsdensitet eller annen parameter av interesse. Kaliberen er i seg selv et fullstendig og selvinkludert LWD-verktøy med alt av tilknyttet kompleksitet, utgangskostand, driftskostnad og pålitelighetsproblemer. Kalibersystemet kan, til forskjell fra kabelmot-stykket, ikke danne fysisk kontakt med borehullveggen ettersom borestrengen typisk roterer. Ultrasoniske transdusere benyttes vanligvis i LWD-kalibersystemer. De be- stemmer borehullformen med måling av bevegelsestid for lydbølger emittert fra transduseren, reflektert av borehullveggen og deretter påvist med transduseren.

U.S. patent nr. 5,397,893 og nr. 5,091,644 til Daniel C. Minnette vedrører og beskriver et LWD-verktøy som måler formasjonstetthet. En feilminimaliseringsmetode benyttes for å sortere eller "binge" opptellingsdata fra to detektorer før anvendelse av en avstandskorrigering. I en første utførelse, segmenteres borehulltverrsnittet radialt og fortrinnsvis oppdelt i fire kvadranter. Opptellinger registrert i hver kvadrant sorteres over flere verktøy rotasjoner gjennom kvadranten, i hvilken de måles. Summen av sorterte opptellinger kombineres deretter for å få en tetthetsmåling for et spesielt borehullseg-ment, som er kompensert i en viss grad for avstand inne i det segmentet. Segmentering av borehullet forutbestemmes ved at systemet til å begynne med er innstilt for å regist-rere opptellinger fortrinnsvis inne i segmenter på 90° mens verktøyet roterer inne i borehullet. Alternativt kan borehullet deles på avvikende måte dersom borehulltilstandene menes å berettige slik deling. Som et eksempel, kan borehull kjent å være svært radialt uregelmessig berettige mindre segmenter, så som 45°. Bestemmelsen må fattes før LWD-driften igangsettes. En andre utførelse av Minnette-systemet anviser en måling fra en uavhengig borehullkaliber, så som en akustisk kaliber, for å bestemme opptellings-sorteringsplanen før korrigering av tetthetsmålinger for avstand. Dette avhjelper problemet med endring av borehulltilstandene, men øker komplesiteten og kostnaden til systemet i form av et frittstående LWD-borehullkalibersystem.

U.S. patent nr. 5,486,695 til Ward E. Schultz, beskriver et LWD-kjerneloggingssystem som benytter en uavhengig føler, så som en lydtransduser, for å måle verktøyavstand. Systemet benytter en metode lignende Minnette's for å korrigere avstand med sortering eller "binging" av detektoropptellingsdata som en kontinuerlig fremfor en adskilt av-standsfunksjon. Den uavhengige verktøyavstandsmålingen kombineres da med detektoropptellingsdata ved hjelp av forskjellige veiingsplaner for å få angjeldende formasjonsparametere som er blitt kompensert for avstand. Systemet krever et uavhengig verktøysavstandsmålingssystem som igjen øker kostnaden og kompleksiteten til LWD-systemet.

U.S. patent nr. 5,473,158 til Jaques M. Holeuka med flere beskriver metoder og innret-ninger for måling av tetthet, nøytronporøsitet og andre formasjonsparametere ved hjelp av et LWD-system. I en utførelse av systemet benytter ultrasoniske transdusere for å bestemme avstand, og avstandsmålingen benyttes for å korrigere porøsitet, tetthet og andre parameteriske målinger for ugunstige virkninger av verktøyavstand. Fortsatt kre ves et uavhengig borehullkaliberinstrument for avstandsmålingen. En kvadraturmetode med azimutdeling av borehullet benyttes i en alternativ utførelse for detektorsvar fra forutbestemt vinkelsegmenter i borehullet. Som et eksempel er borehullet oppdelt i segmenter på 90°, og midler, så som retningsbestemt utstyr (akselerometere, magneto-metere, og lignende) eller endog opptellingsratebehandling benyttes for å bestemme detektorsignaler fra "bunnen", "toppen" og "sidene" i borehullet. Målingen fra segmentet med den minste avstanden velges da å utgjøre den beste målingen. Dette bibringer ytterligere statistisk uvisshet i målingen ved at en betydelig mengde målte data ikke benyttes for å beregne de angjeldende parameterene.

U.S. patent nr. 5,451,779 til Ronald L. Spross med flere, beskriver et LWD-tetthetssystem som benytter et "statistisk flagg" for å bestemme når tetthetsmålingene

bør korrigeres for avstand. Flagget sammenligner faktiske statistiske variasjoner i målte opptellingsrater med teoretiske statistiske variasjoner for verktøyet som driver i et standard eller målestokksborehull. Systemet krever styring og overvåking av rotasjonsraten til verktøyet for å utføre meningsfulle sammenligninger mellom målte og teoretiske statistiske variasjoner. Dersom forskjellen mellom de to variasjonene overstiger en forutbestemt verdi, "flagges" et uregelmessig borehullavsnitt og formålstjenelige korrigeringer gjøres for de målte data ved hjelp av "spine and rib"-teknikken eller andre lignende datakorrigeringsplaner. I en alternativ utførelse, benyttes en akustisk borehullska-liber for å flagge uregelmessige borehullstilstander eller verktøyavstand, slik at et for-målsavpasset borekalibersystem med ledsagende øking i hardware-kompleksitet og - kostnad derved kreves. Så snart et avsnitt i et uregelmessig borehull eller en avstandstil-stand flagges, benyttes andre midler, så som "spine and rib"-teknikken for å korrigere de målte opptellingsratene, og derved få en kompensert borehullstetthetsmåling.

U.S. patent nr. 5,250,806 til Erik Rhein-Knudsen med flere, beskriver en innretning for måling av formasjonsparameterene tetthet, nøytronporøsitet og faktor MHP, fotoelektrisk absorbsjon (PF). Systemet utføres som et LWD-verktøy, og ingen databehandlingsmetoder diskuteres. Tetthetsdelen i verktøyet omfatter en gammastrålekilde montert eksentrisk inne i et vektrørhus og to gammastråledetektorer plassert langsgående i avstand fra hverandre, lokalisert i en lamell omfattende et første sett stabiliseringslameller. Nøytronporøsitetsdelen i verktøyet omfatter en nøytronkilde montert konsentrisk inne i vektrørhuset og fortrinnsvis to sekundære strålingsdetektorer (begge nøytroner i gammestråle), plassert langsgående i avstand fra hverandre, lokalisert i en lamell, omfattende et andre sett stabiliseringslameller. PF fås fra et energispektrum i den ene eller begge gammastråledetektorene i tetthetsseksjonen. Den foretrukne utførelse av oppfin nelsen innbefatter et par lameller montert motsatt ultrasoniske transdusere benyttet for å bestemme avstand som i sin tur benyttes for å korrigere nøytronporøsitets- og tetthetsmålinger for ugunstige virkninger av verktøyavstand. Det forekommer ingen spesifikk angivelse av avstandskorrigeringsmetoder med eller uten ultrasoniske, parametriske borehullsstørrelsemålinger. Patentet er kun rettet mot innretningen.

U.S. patent nr. 5,175,429 til Hugh E. Hall, Jr., beskriver et sekundært LWD-målingssystem for bestemmelse av verktøy forskyvning fra borehullveggen, og den senere bruk av denne forskyvnings- eller avstandsmålingen for å korrigere parametriske kjernemålinger, så som tetthet og nøytronporøsitet, for ugunstige virkninger av avstand.

Denne oppfinnelsen er rettet mot kjernemålinger inne i et brønnborehull. Oppfinnelsen

er anvendelig for samtidig logging og boring (LWD) og for kabelsystemer. Redegjørel-sen vil imidlertid legge vekt på et LWD-system som fremskaffer et mål av en eller flere angjeldende parametere ved en berggrunn gjennomtrengt av et borehull. Målingene korrigeres for ugunstige virkninger av verktøyavstand fra borehullveggen.

Oppfinnelsen er anvendelig for et mangfold kjerneloggingssystemer. Anskueliggjøring-en vil imidlertid rettes mot systemet utført som et LWD-tetthetsverktøy. I anledning drøftelsen vil oppfinnelsen anskueliggjøres som et formasjonstetthetsverktøy med dobbelt detektor, omfattende en foretrukket isotopisk kilde med gammastråling og to gammastråledetektorer plassert langsgående i avstand fra hverandre. Kilden og detektorene er fortrinnsvis montert inne i veggen til et vektrør, heretter betegnet som "verktøyet", som er montert i en borestreng i nærheten av en borekrone. Verktøyet roterer mens borestrengen roteres, slik at borekronen derved muliggjør at borehullet beveger seg fremover. Verktøyrotasjon er ikke et nødvendig krav for å utøve oppfinnelsen. Oppfinnelsen kan også utøves når en nede-i-hulls motor benyttes for å rotere borekronen, og verktøyet befinner seg over denne roterende delen av borestrengen.

Som en kort oppsummering av driftbegrepene i en dobbelt detektor, presenteres et tett-hetsverktøy, slik at den foreliggende oppfinnelse lettere kan forstås. Gammastråling emitteres med kilden, passerer gjennom et hvilket som helst materiale mellom verktøy-et og borehullveggen, kommer inn i formasjonen der det samvirker med materialet inne i formasjonen og en del av strålingen spres tilbake i borehullet ved redusert energi. En del av strålingen spredt tilbake i borehullet registreres med detektorene. Kilden for gammastråleenergi velges slik at den primære reaksjonsmåten er Compton-spredning, som er tilknyttet elektrontettheten i det sammensatte formasjonsrnaterialet, innbefatten de formasjonsmatrisematerialet og et hvilket som helst fluid som fyller porerommet inne i matrisen. Elektrontettheten er i sin tur tilknyttet "romtettheten" i formasjonen. Opptellingsraten målt med verktøydetektorene kan derfor tilknyttes den angjeldende formasjonsegenskap som er romtetthet. Dette forholdet bestemmes med kalibrering av verktøyet under kjente borehulls- og formasjonstilstander, og er kjent innen fagområdet. Gammastråling samvirker ikke bare med formasjonen, men også med et hvilket som helst mellomliggende materiale mellom verktøyet og borehullveggen. Dette mellomliggende materialet innbefatter borehullfluid og partikkelmateriale, kjent som "slamkake", som bygger seg opp på borehullveggen grunnet inntrenging av borehullfluid i formasjonen. Slamkaken og et hvilket som helst annet mellomliggende materiale påvirker rom-tetthetsmålingen ugunstig. To detektorer benyttes for å minimalisere vikrningene av slamkaken og verktøyavstanden. Svarene i de to detektorene kan kombineres for å minimalisere virkningene av avstanden og slamkaken ved hjelp av et mangfold algoritmer innbefattende "spine and rib"-algoritmen. Avstandsvirkningene er typisk mer alvorlig i LWD-kjernesystemer enn i kabelsystemer, selv om slamkakeoppbygning er minimal og borehullfluidet er konstant eller idet minste langsomt varierende med boredriften. Et LWD-tetthetsverktøy roterer typisk kontinuerlig inne i borehullet mens målingen utfø-res. Dersom verktøyet roterer sentralt inne i et borehull som nødvendigvis er større enn verktøyet, vil detektoropptellingsrater være konstante som en funksjon av tiden for en gitt formasjonsdensitet og borehulldiameter. Dersom avstanden kanskje er 2,5 cm (1 tomme) eller mindre, og de innsamlede opptellingene er statistisk betydelige, kan "spine and rib"-metoden benyttes for å kompensere avstanden, og en nøyaktig måling av for-masjonsdensiteten kan fås. I praksis roteres verktøyet sjelden konsentrisk inne i borehullet. Ettersom de fleste borehull ikke er nøyaktig vertikale, og i betraktning av dreie-momentet på borekronen og fleksibiliteten i borestrengen, er det mest sansynlig at verk-tøyet roterer mot en side i borehullet. Husk at kilden og detektorene fortrinnsvis er lokalisert inne i veggen til verktøyet. Under en fullstendig rotasjon av verktøyet varierer avstanden som verktøyet "ser" fra hovedsakelig null når verktøyet er orientert slik at kilden og detektorene vender mot et verktøyberøringspunkt på borehullveggen, øker til et maksimum 180° senere når kilden og detektorene vender i den retningen og avtar deretter til hovedsakelig null når verktøyet igjen er orientert slik at kilden og detektorene igjen vender mot borehullveggen. Målt opptellingsrate er nå en funksjon av formasjonstetthet, borehulldiameter og en variabel avstand bevirket med den eksentriske rotasjonen av verktøyet inne i borehullet. En enkel "spine and rib"-analyse av opptellingsra-tedata vil frembringe statistiske betydningsløse målinger eller unøyaktige målinger, eller begge deler, som detaljert vil omtales i et senere avsnitt i denne redegjørelsen.

Det foreliggende LWD-tetthetssystemet henter eller "prøvetar" opptellinger i hver detektor mens verktøyet roterer. Prøvetidsintervallet velges å være relativt kort sammenlignet med den nødvendige tiden for en fullstendig rotasjon av verktøyet. Ved å velge et kort prøvetidsintervall, varierer verktøyavstanden ubetydelig under prøvetakingen. Det korte prøvetidsintervallet resulterer imidlertid i et opptellingsprøvemål med en større statistisk feil. Dette ville frembringe en statistisk betydningsløs romtetthetsmåling dersom "spine and rib"-teknikken ble anvendt til hvert sett prøvemålinger i detektoropptel-lingen. For å avhjelpe dette statistiske problem hentes prøver og oppbevares i en prøve-periode som typisk innbefatter flere hundrede eller mer opptellingsintervaller og flere verktøy rotasjoner. Det er ønsket å gjøre prøveperioden tilstrekkelig lang for å minimalisere statistiske feil i den endelige tetthetsmålingen, men også tilstrekkelig kort, slik at endringen i sann formasjonstetthet sett med verktøyet er minimal. Prøver fra hver detektor sorteres etter størrelsesorden og en løpende sum eller et integral utføres over prøve-perioden. Dersom verktøyet drives sentrert inne i borehullet, vil en opptegning av integrerte opptellinger som en funksjon av tiden være en rett linje over en valgt prøveperio-de, idet linjehellingen representerer detektoropptellingsraten som i sin tur representerer en "tilsynelatende" tetthet. Tilsynelatende tettheter behandles fortrinnsvis ved hjelp av

"spine and rib"-teknikken for å få romtetthet kompensert for avstand. Dersom verktøyet drives eksentrisk inne i borehullet, vil integrerte opptellinger sortert etter størrelsesorden og inntegnet som en funksjon av tiden over prøveperioden være en ulineær kurve. I dette tilfellet er typisk, som nevnt over, flere tilstøtende, rette linjesegmenter avpasset etter den ulineære kurve ved hjelp av forutbestemte tilpasningskriterier. Prøvemålinger i de-tektoropptellingen inne i hvert segment summeres og kombineres med en tidsvarighet i segmentet for å få en segmentopptellingsrate. Tilsynelatende tetthet for segmentet bestemmes da for en avstand over et azimutsegment i borehullet. Bruken av opptellingsrater og senere tilsynelatende tetthet fra et tilpasset rett linjesegment er langt mer statistisk betegnende enn bruk av opptellingsrate og tilknyttet tilsynelatende tetthet fra en enkelt detektorprøve inne i segmentet. Tilsynelatende tettheter fått fra tilpassede rette linjesegmenter behandles deretter ved hjelp av "spine and rib"-teknikken eller en annen kor-rigeringsteknikk for å få en kompensert borehullstetthet for hvert segment. Veiing benyttes for å utføre målinger med minimal statistisk uvisshet, og kompenserte tettheter fra alle segmentene kombineres deretter for å frembringe en sammensatt, kompensert romtetthet som er nøyaktig og statistisk betegnende.

Det bemerkes at oppfinnelsen ikke krever et roterende verktøy. I tilfellet der en nede-i-hulls motor, så som en "slam"-motor, benyttes for å rotere borekronen, eller tetthetsmålingene gjøres mens borestrengen trekkes ut fra borehullet, er teknikker omtalt i denne redegjørelsen i like stor grad anvendelige. Roterende borestreng og verktøy benyttes hva drøftelsen angår.

Det foreliggende LWD-system krever intet uavhengig borehullskalibersystem. Ingen forutbestemt azimutsegmentering av brønnborehullet kreves, men systemet kan benyttes for å måle azimuttetthetsverdier i forutbestemte segmenter i borehullet om ønsket. Systemet er automatisk og drives effektivt når verktøyet betjenes sentrert eller eksentrisk inne i borehullet. Selv om systemet sammenfatningsvis er blitt angitt som et kompensert tetthetsverktøy, er de grunnleggende begrepene anvendelige for andre LWD-kjerneloggingssystemer, så som formasjonsmålinger av fotoelektrisk faktor. Figur 1 viser oppfinnelsen utformet som et LWD-verktøy med dobbelt detektor ført inne i et brønnborehull med en driftsborestreng. Figur 2a er et tverrsnitt i LWD-verktøyet som drives midt i og med konstant avstand i et borehull med en første diameter. Figur 2b er et tverrsnitt i verktøyet som drives i midten og med konstant avstand i et borehull med en andre og større diameter. Figur 2c er en inntegning av opptellingsprøveintervaller som en funksjon av tiden for verktøyet som drives med konstant avstand i borehullet med tre forskjellige diametere. Figur 3 er et tverrsnitt i et verktøy som drives eksentrisk i et borehull og med variabel avstand. Figur 4 illustrerer løpende integraler for detektoropptellingsintervaller, etter sortering etter størrelsesorden, inntegnet som en funksjon av tiden med verktøyet som drives med konstant og varierende avstand. Figur 5 er en inntegning som en funksjon av tiden av detektoropptellingsprøver med stort mellomrom, detektoropptellingsprøver med kort mellomrom og verktøyavstand med verktøyet som drives eksentrisk i et borehull med varierende avstand.

Figur 6 illustrerer tilpasningsmetoden for linjesegmentet ifølge oppfinnelsen.

Figur 7 er en grafisk illustrasjon av "spine and rib"-metoden for bestemmelse av tetthetsverdier kompensert for verktøyavstand. Figur 8 illustrerer segmentering i et tidssegment av data med verktøyet som drives med varierende avstand. Figur 9 illustrerer azimuttetthets- og azimutavstandsmålinger som kan fås med oppfinnelsen.

Figur 10 er et forenklet flytskjema for datamålings- og behandlingstrinn.

Figur 11 illustrerer presisjonen og nøyaktigheten til den foreliggende databehandlingsmetode, sammenlignet med to andre databehandlingsmetoder, for periodisk varierende verktøyavstand. Figur 12 illustrerer presisjon og nøyaktighet i den foreliggende databehandlingsmetode, sammenlignet med to andre databehandlingsmetoder, for vilkårlig varierende verktøy-avstand. Figur 13 er et tverrsnitt i et verktøy som drives inne i et borehull, for hvilket verktøy forutbestemte azimutsegmenter er blitt bestemt. Figur 14 er et flytskjema for trinn benyttet for å få kompenserte tetthetsmålinger som en funksjon av dybde for forutbestemte segmenter i borehullet.

Som tidligere uttrykt er oppfinnelsen anvendelig for et mangfold kjerneloggingssystemer. Den foretrukne utførelse vil imidlertid omtales som et LWD-tetthetsverktøy med dobbelt detektor.

Figur 1 viser et LWD-tetthetsinstrument 18 montert inne i veggen til et vektrør 14 som senere vil betegnes som LWD-verktøyet. Tetthetsinstrumentet 18 omfatter en kilde for gammastråling 20 som fortrinnsvis er en isotop kilde for<137>Cs eller<60>Co. En "kort mel-lomroms"-strålingsdetektor 22 og en "langt mellomroms"-strålingsdetektor 24 er plassert i avstand fra kilden 20. Strålingsdetektorene 22 og 24 er fortrinnsvis scintillasjons-stype gammastråledetektorer. Verktøyet 14 føres langs et borehull 34 som trenger inn i en berggrunn 32 med en borestreng 12. Borestrengen 12 avsluttes ved nedre ende med en borekrone 16 og ved den øvre enden med et drivrør 26 som danner anlegg med et rotasjonsbord 28. Rotasjonsbordet roteres fortrinnsvis med en standard borerigg (ikke vist) kjent innen fagområdet, slik at borestrengen 12, det tilknyttede verktøyet 14 og borekronen 16 derved roteres for å føre borehullet 34 fremover. I alternativet kan en nede-i-hulls motor (ikke vist) benyttes for å rotere borekronen og for å besørge retningsbestemt borestyring. Verktøyet 14 vises frittstående fra veggen i borehullet 34 med en avstand 30. Figur 1 viser også et beregningsmiddel 31 som står i forbindelse med tetthetsinstrumentet, hvilken forbindelse vises begrepsmessig med en brudt linje 37. Beregningsmidlet 31 som benyttes for å styre tetthetsinstrumentet 18 og behandle målte data, kan lokaliseres inne i verktøyet 14 eller ved jordoverflaten. Figur 2a viser et tverrsnitt i verktøyet 14 som roterer i midten, hvilken rotasjon vises begrepsmessig med pilen, inne i borehullet 34. Avstanden 30 til instrumentseksjonen 18 er konstant gjennom hele rotasjonen. Figur 2b viser et annet tverrsnittriss i verktøyet 14 som roterer midt inne i et borehull 34' med større diameter, med en korresponderende avstand 30'. I anledning drøftelsen antas det at tettheten i formasjonen 32 holder seg konstant. Mens verktøyet roterer, henter eller "prøvetar" LWD-tetthetssystemet opptellinger i hver sektor. Prøvetiden velges å være et relativt kort intervall sammenlignet med den nødvendige tiden for en hel rotasjon av verktøyet. Ved å velge et kort prøve-tidsintervall, minimaliseres en hvilken som helst variasjon i verktøyavstanden, som vil vises i senere eksempler. Den statistiske feilen tilknyttet prøve er imidlertid stor. Dette ville frembringe en statistisk ubetydelig romtetthetsmåling, dersom "spine and rib"-teknikken eller tilsvarende korreksjonsmetode ble anvendt for hvert sett detektoropptel-lingsrateprøver. Figur 2c viser detektoropptellingsprøver 41 inntegnet som en funksjon av tiden. Kurve 40 representerer prøver målt med en av detektorene 22 eller 24 med verktøyet 14 som roterer i det mindre borehullet 24, som vist i figur 2a. Opptellingsraten i detektoren 22 med kort mellomrom er typisk større enn den korresponderende opptellingsraten i detektoren 24 med langt mellomrom, med opptredenen i begge detektorsvarene er den samme. Kurve 42 representerer prøver målt med den samme detektoren med verktøyet som roterer midt i det større borehullet 34', som vist i figur 2b. Disse eksemplene forut-setter at tettheten i formasjonen er større enn tettheten i et hvilket som helst mellomliggende materiale innenfor verktøyavstanden. Kurve 44 representerer prøver målt med den samme detektoren med verktøyet som roterer midt i et enda større borehull (ikke vist), med densiteten i formasjonen som holder seg konstant. Ettersom verktøyet 14 roteres i midten og avstanden ikke varierer som en funksjon av azimutposisjonen til verk- tøyet 14, holder prøvene 41 for en gitt borehullstørrelse og formasjonstetthet seg konstante over tid innenfor statistiske variasjoner, som vist i figur 2c.

Figur 3 er et tverrsnitt i verktøyet 14 som roterer eksentrisk inne i et borehull 34". Avstanden 30" til instrumentseksjonen 18 varierer mens verktøyet roterer. Figur 5 er en inntegning av opptellingsprøver 41' fra detektoren 22 med kort mellomrom med en jevn kurve 50 som trekkes gjennom disse punktene. Også innbefattet i figur 5 er en inntegning av opptellingsprøver 41" fra detektoren 24 med langt mellomrom, hvilken inntegning for gitte formasjons- og borehullstilstander typisk er lavere enn de korresponderende prøvene 41' for detektoren med kort mellomrom. En jevn kurve 52 er blitt trukket gjennom opptellingsprøvene 41". Opptellingsprøver er i vilkårlige enheter for illustrasjonsformål, og representeres med venstrehåndsordinaten i figur 5. Figur 5 illustrerer også en kurve 54 som utgjør størrelsesorden til den variable avstanden 30" mens verk-tøyet 14 roterer. For illustrasjonsformål antas det at avstanden 30" varierer mellom 0,00 og 1,9 cm (0,75 tommer), som angitt med høyrehåndsordinaten, hvor 0,8 tommer er 2,03 cm. Det er åpenbart at for en gitt formasjonstetthet og borehulltilstand opptellings-prøver fra både detektorer med langt og kort mellomrom varierer med avstanden. I dette eksempel øker avstanden ensformig mens verktøyet 14 roterer til et maksimalt avstand på 1,9 cm (0,75 tommer) når instrumentseksjonen 18 vender mot borehullveggen motsatt av veggen som verktøyet 14 berører. Avstanden 30" avtar deretter ensformig inntil instrumentpakningen 18 berører veggen i borehullet 34". Dette mønsteret gjentar seg mens verktøyet gjør flere rotasjoner.

Fortsatt med henvisning til figur 3 og 5, hentes opptellingsprøver fra både detektoren 24,22 med langt og kort mellomrom og oppbevares i en prøveperiode som typisk innbefatter flere hundrede eller flere prøver 41' målt over flere rotasjoner av verktøyet 14. Det er ønsket å gjøre prøveperioden tilstrekkelig lang til å minimalisere statistiske feil i den endelige tetthetsmålingen, men også tilstrekkelig kort, slik at endringen i sann formasjonstetthet sett med verktøyet er minimal under fremføringen av verktøyet. Anta at verktøyet 14 roteres ved 120 omdreininger pr. minutt (rpm) og at opptellingsprøvene 41' hentes hvert 5. millisekund (ms). Under hver lille prøve på 5 ms varierer avstanden ikke med mer enn 0,25 cm (0,1 tomme) ved bruk av det ganske typiske eksemplet vist i figur 5. En "spine and rib"-type korrigering ville håndtere en slik liten avstandsvariasjon. Problemet er imidlertid det relativt lite antallet opptellinger hentet med detektorene 22 og 24 under hver opptellingsprøve 41', og spesielt i detektoren 24 med langt mellomrom som befinner seg i større avstand fra kilden 20. Statistiske fluktuasjoner i data- prøvene 41' vil bevirke store feil i den korrigerte tettheten, dersom de benyttes som individuelle målinger i en "spine and rib"-type korrigering.

Det bemerkes at oppfinnelsen ikke krever et roterende verktøy. I tilfeller der en nede-i-hulls motor, så som en "slam"-motor, benyttes for å rotere borekronen, eller tetthetsmålingene gjøres mens borestrengen trekkes ut fra borehullet, er teknikker omtalt i denne redegjørelsen i like stor grad anvendelige. Roterende borestreng og verktøy benyttes i anledning drøftelsen.

Databehandlingssystemet ifølge den foreliggende oppfinnelse minimaliserer i stor grad problemet med statistiske variasjoner i hver opptellingsprøve ved tilpassing av en kurve for en løpende opptellingsintegrering eller summeringsteknikk før bestemmelse av tilsynelatende eller endelige kompenserte tetthetsverdier. Oppmerksomheten rettes mot figur 4 som viser kurve tilpasset integrerte segmentopptellinger eller "integrale opptellinger" internt som en funksjon av tiden. Detaljer i den løpende opptellingsintegreringen og tilpassingen vil legges frem i et senere avsnitt av denne redegjørelse. Dersom verk-tøyet drives sentrert inne i borehullet, som vist i figur 2a eller 2b, vil en tilpasset kurve være lineær over en utvalgt prøveperiode tsvist ved 64. For en gitt formasjonstetthet, vil linjeskråningen være en funksjon av avstanden. Som et eksempel, vil verktøyet 14 som drives i et mindre borehull, som vist i figur 2a, resultere i en lineær kurve 56 som har en mindre skråning enn en lineær kurve 58, som fås med verktøyet som drives i et større borehull 34', som vist i figur 2b. En ulineær kurve i formen 62 fås når verktøyet drives eksentrisk inne i et borehull, som vist i figur 3. Opptellingsprøver integreres fortrinnsvis for begge detektorer, selv om metoden også er anvendelig for kun en eneste detektor. Som et eksempel, vil et integral av opptellingssegmenter 41" for detektoren med langt mellomrom, vist i figur 5, frembringe en kurve med formen 62 vist i figur 4. Likeledes, vil et integral av opptellinger 41' fra detektoren med kort mellomrom også frembringe en kurve med formel 62, men med større absolutte integralopptellinger pr. tidsenhet og med en større skråning.

Skråningen til hver segmentkurve er også en funksjon av den tilsynelatende formasjonstettheten som detektoren "ser". Figur 5 viser tre integralopptellingskurver for et verktøy som roterer midt i et borehull (se figurene 2a eller 2b) for varierende formasjonstetthet. Kurvene 64, 66 og 68 bestemmes i formasjoner med hhv. tettheter pi, p2og p3, der pi>p2>p3- Utrykt på en annen måte, er hvert segment en funksjon både av formasjonstettheten og verktøyavstanden.

For å oppsummere, vil et løpende integral av opptellingsprøver fra hver detektor over en prøveperiode tsfrembringe en kurve med en form som antyder konstant eller varierende verktøyavstand, størrelsesordenen til avstanden og den "tilsynelatende" materialtetthe-ten som detektoren "ser". Bruken av denne informasjon for å oppnå nøyaktige og statistisk kompenserte formasjonsverdier med hensyn til romtetthet vil utvikles i senere avsnitt. Integrasjons- og tilpasningsmetoden frembringer resultater med meget mindre statistisk variasjon enn det som ville fås ved hjelp av individuelle opptellingsprøver målt med detektorene.

3. SPESIFISERING AV DATABEHANDLINGEN

Anta at for en gitt detektor hentes opptellingsprøver over et relativt kort tidsintervall At, der At er 5 ms. Opptellingsprøvene samles opp fortrinnsvis sammenhengende over hele prøveperioden tssom innbefatter n tidsintervaller At. Som et eksempel, dersom n =

1 000, ts= 5,0 sek. Prøveopptellingen hentet under tssorteres deretter etter størrelsesor-den slik at det frembringes opptellingsprøver c(k), forløpende fra c(l), som er den minste, til c(n) som er den største. Den følgende terminologi vil benyttes ved beskrivelse av databehandlingen:

Ved hjelp av denne sorterings- og integreringsmetode er I(p) alltid større enn I(p-l). En inntegning av I(p) som en funksjon av korresponderende tidsintervaller At vises i en hypotetisk og noe overdrevet illustrasjon i figur 6. Punktene 43 utgjør de sorterte og integrerte opptellingsprøvene I(p), omfattende p = 1 til n, over hele tidssegmentet ts(vist ved 64) i fortrinnsvis flere sekunder. Kun et fåtall I(p)-punkter 43 vises for tydelighets skyld i illustrasjonen. En ulineær kurve 68 trekkes gjennom datapunktene 43 for å illustrere et LWD-verktøy som drives med varierende avstand, som vist i figur 3 og 5. Dersom verktøyet ble drevet med et konstant avstand, som vist i figur 2 a og 2b, ville kurven være lineær og med formen 56 eller 58, vist i figur 4.

Fortsatt med henvisning til figur 6, tilpasses en rett linje 70, vist som en brudt linje, til de første h-verdiene i I(p) der p = 1 ..., h og en god tilpasningsparameter fås, så som chi-kvadrat. Dersom tilpasningsparameteren er mindre enn en forutbestemt tilpasnings-verdi, tilføyes et annet punkt I(h+1) og en ny tilpasningsparameter fås. Denne prosessen gjentas inntil tilpasningsparameteren overstiger den forutbestemte tilpasnings verdien, og det første linje segmentet 70 bestemmes derved. Segmentet strekker seg over et tidsintervall ti vist ved 76. Hele prosessen gjentas igjen, slik at det startes med den spesifik-ke verdien I(p) identifisert som 43', og et andre rett linjesegment 72 bestemmes deretter, hvilket segment strekker seg over et tidsintervall t2, vist ved 78. Hele prosessen gjentas enda en gang, slik at det startes med en spesifikk verdi I(p) identifisert som 43", og slut-ter med den endelige verdien I(n) ved frembringelsen av et tredje rett linjesegment 74, som strekker seg over tidsintervallet t3.1 det hypotetiske eksemplet vist i figur 6, er tre rette linjesegmenter 70,72 og 74 tilpasset etter alle dataene I(p) som fallter innenfor prøveperioden ts. Uttrykt på en annen måte, stoppes integrasjons- og tilpasningsproses-sen ved slutten av tidssegmentet ts, vist ved 64. Dersom avstanden ikke varierer som gjenspeilt ved data i figur 2c og gjenspeilet ved kurvene 56 og 58 i figur 4, vil kun et eneste rett linjesegment tilpasses en inntegning av I(p) kontra tidsintervallene.

Opptellingsdata c(k) innenfor hvert linjesegment summeres. Hver sum fra hver detektor inneholder både tetthetstilknyttet og avstandstilknyttet informasjon. Tetthets verdier ikke korrigert for avstand, kjent som "tilsynelatende" tetthetsverdier, bestemmes deretter fra opptellingssummer fra både detektoren med langt og kort mellomrom. Det bør imidlertid forstås at metoden er anvendelig for kun et detektorsvar. Det foretrekkes imidlertid å behandle begge av detektorsvarene for å øke statistisk presisjon, som vil vises i et senere avsnitt av denne redegjørelse. Det er også foretrukket å omdanne opptellingssumme-ne til opptellingsrater ved hjelp av tidsintervallene som de spenner over, så som inter-vallene 76, 78 og 80, vist i eksemplet i figur 6. Den tilsynelatende tetthetendlsfor detektoren med stort mellomrom er og er for detektoren med kort mellomrom

der

Rls= opptellingsraten fått fra det passende lineære segmentet til svaret fra detektoren med stort mellomrom;

Rss = opptellingsraten fått fra det passende lineære segmentet til svaret fra detektoren med kort mellomrom; og

Cxs og DXs(X = L,S) er konstante funksjoner av detektorlokaliseringen og andre verk-tøyparametere som bestemmes med kalibrering av verktøyet i formasjoner med kjente tettheter.

Kompensert romtetthet, pt,, beregnes deretter av tilsynelatende tettheter fra detektoren med langt og kort mellomrom ved hjelp av fortrinnsvis "spin and rib"-teknikken. Figur 7 illustrerer grafisk basisbegrepene i teknikken, og består av en inntegning av pb - Pls på ordinaten kontra pis- psspå abscissen. Datapunkter 98 utgjør verdier bestemt fra de forskjellige linjesegmentene drøfter over og faller innenfor statistisk presisjon langs en kurve 90. Kvantumet pLs - pssberegnes fra målte kvantiteter ved hjelp av ligningene (2) og (3), innført ved 92 på startstedet og en brudt linje forlenges vertikalt inntil den krysser kurven 90 ved punktet 94. En horisontal linje forlenges deretter fra punktet 94 inntil den krysser koordinaten ved 96, slik at en verdi pb - pLs frembringes. Ettersom pLs er kjent fra ligningen (2), kan den angjeldende kvalitet pb beregnes. Selv om den illustrerte løsningen er grafisk bør det forstås at pb beregnes av formålstjenlige algoritmer for "spine and rib" eller andre egnede avstandsalgoritmer ved hjelp av databehandlingsmid-ler. Den statistiske presisjonen til pb bestemmes dessuten ved dette punkt, og detaljer i denne prosess vil drøftes i et senere avsnitt av denne redegjørelse. For en vertikal til-vekst i brønnborehullet veies statistiske verdier av pb bestemt over av hvert linjesegment, og en kompensert romtetthet ps for det segmentet i borehullet fås med kombine-ring av veiede verdier av pb. Veiingen kan baseres på statistisk presisjon av pb eller på størrelsesorden av den korresponderende avstanden, eller på en hvilken som helst meningsfull statistisk veiingsindikator.

Mens verktøyet føres langs borehullet, forkastes den tidligste eller mest "øverst i hullet" verdien av c(k), en ny verdi av c(k) anvendes med data for å spenne helt over tidsintervallet ts. Hele prosessen med integrasjon, tilpassing og veiing gjentas, slik at en log som funksjon av dybden i borehullet derved frembringes.

4. NØYAKTIGHET OG PRESISJON

For å illustrere nøyaktigheten til fremgangsmåten er det nødvendig å vurdere hvorledes statistiske fluktuasjoner i detektoropptellingene overføres til den korrigerte formasjons-tetthetsberegningen.

Den korrigerte romtettheten gis i alminnelighet med:

der pc er den korrigerte tettheten, pL$er den tilsynelatende tettheten i detektoren med langt mellomrom, psser den tilsynelatende tettheten i detektoren med kort mellomrom og A og B er empiriske koeffisientfunksjoner hovedsakelig betinget av verktøyutfor-mingen. Ligningen over er et generelt uttrykk for korrigert romtetthet, derfor er den uttrykt ved rcisteden for rt,. Den tilsynelatende detektortettheten beregnes av:

der Rxser opptellingsraten til detektoren med X-mellomrom (X = L eller S) og Cxsog

Dxser konstantfunksjoner til detektorlokalisering og andre verktøyparametere. Disse to konstantene bestemmes med kalibrering av verktøyet i formasjoner med kjente tettheter. Forutsatt at den statistiske presisjonen i detektoropptellingene er lik med kvadratroten til opptellingene, gis den statiske feilen i den tilsynelatende detektordensiteten med:

der t er prøvetakingstiden i sekunder. I disse eksemplene er Dssomtrent 0,3 og Dlsomtrent 2,2. Den statistiske nøyaktigheten til den korrigerte tettheten kan da uttelles fra basisprinsippene og gis med: For et hvilket som helst antall "n" korrigerte prøver som vokser, beregnes den korrigerte formasjonstettheten, poave, av prøvetetthetene pa og veies med standardavvikene aa ved hjelp av forholdet

For å få tilgang til presisjonen og nøyaktigheten ifølge fremgangsmåten, fremlegges to alternative metoder som sammenligning med den omtalte fremgangsmåte for behandling av opptellingsdata og bestemmelse av kompensert eller korrigert formasjonsrom-tetthet:

Metode A

De tilsynelatende eller korrigerte tettheter pci (i = 1 ..., n) for hver liten prøve beregnes og midles deretter summerisk. Dersom dataene ikke noen statistisk fluktuasjon, vil denne metode frembringe det beste estimatet av formasjonstetthet ettersom det faktisk ikke finnes noen variasjon i avstand i hvert eksempel. Dersom dataene har store statistiske fluktuasjoner, vil denne metode omvendt være statistisk ustabil og vil frembringe feilaktige resultater.

Metode B

Opptellingsdataene c(i) for både detektoren i langt og kort mellomrom summeres for

hele tidsperioden ts, og tilsynelatende og korrigerte tettheter bestemmes fra summering-ene av opptellingsdataene. Dersom avstanden ikke varierer under tidsintervallet ts, skal denne metode både være statistisk stabil og nøyaktig. Dersom avstanden endrer seg betydelig innenfor tidsintervallet ts, vil denne metode omvendt frembringe feilaktige resultater tross statistisk presisjon.

To forskjellige driftseksempler vurderes ved evaluering av nøyaktighet og statistisk presisjon:

Eksempel 1

Et verktøy med diameter på 20 cm (8 tommer) roteres på plass i et borehull med diameter på 22,2 cm (8,75 tommer), slik at kontinuerlig variasjon i avstand fra 0,0 til 1,9 cm (0,00 tomme til 0,75 tommer) resulterer på samme måte som situasjonen fremvist i figur 5. Rotasjonshastigheten antas å utgjøre 120 rpm, data prøvetas ved et tidsintervall At = 5 ms, og prøvetakingsperioden er t$= 5 sek.

Eksempel 2

Et verktøy med diameter på 20 cm (8 tommer) roteres på plass i et borehull med diameter på 22,2 cm (8,75 tommer). Denne avstanden i dette eksemplet varierer vilkårlig som vist i figur 8, (fremfor kontinuerlig som i eksempel 1), fra 0,00 til 1,9 cm (0,75 tommer). Data prøvetas igjen ved et tidsintervall At = 5 ms, og prøvetakingsperioden er ts= 5 sek.

For hver metode og hvert eksempel ble 100 "testundersøkt", omfattende prøvetakings-perioder på At 5 ms, tatt for å frembringe en rimelig bedømmelse av statistisk variasjon og nøyaktighet, idet nøyaktigheten bestemmes tradisjonelt som en sammenligning mellom størrelsesordener tilmålt og sann formasjonstetthet. I begge eksempler antas det at den sanne formasjonstettheten er 2,71 g/cc (Gm/cc) og borehullet er fyllt med et slam med tetthet på 1,25 gm/cc. Vilkårlig Gaussian-statistikk pluss 1% vilkårlig forstyrrelse ble tilføyet dataene for å stimulere realistiske LWD-tilstander. Tilsynelatende tettheter ble korrigert ved hjelp av "spine and rib"-metoden.

Figur 11 illustrerte resultatene i de tre metodene for behandling av målte opptellingsdata for eksempel 1. Forskjellen i beregnet tetthet og sann formasjon inntegnes som en funksjon av testtilfellet. Rombepunkter identifisert som 182 utgjør resultater ved bruk av metode A. Kryss identifisert som et 180 utgjør resultater ved bruk av metode B, og kvadratene identifisert som 184 utgjør resultater frembragt ved hjelp av de tidligere drøftede fremgangsmåtene ifølge den foreliggende oppfinnelse. En brudt linje 186 ut-gjør situasjonen, i hvilken målt tetthet er lik sann tetthet, som angitt med punktet 188 inntegnet ved null på den målte kontra sanne ordinaten. Av punktspredningen er det ved gransking av inntegningen åpenbart at alle tre metoder gir hovedsakelig den samme presisjonen, uavhengig av hvorledes de individuelle testtilfellene binges eller hvor vidt bingingen gjøres før eller etter korrigering. Uttrykt i nøyaktighet gir fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse overlegne resultater med et middelavvik fra den sanne tetthet på omtrent 0,002 gm/cc og en maksimumsfeil på 0,018 gm/cc. Oppsummering av dataene uavhengig av avstanden (metode B) har en midlere nøyaktighet i avvik på 0,04 gm/cc for sann formasjonstetthet, og en maksimumsfeil på omtrent 0,067 gm/cc. Dette er omtrent to til tre ganger større enn det som i alminnelighet anses aksep-tabel for denne type måling. Korrigering av hver lille testtilfelleprøve og deretter mid-ling av korrigert tetthetsdata (metode A) viser også svak nøyaktighet med avvik på omtrent 0,036 gm/cc for sann tetthet, med en maksimumsfeil på omtrent 0,052 gm/cc sammenlignet med metodene A og B.

Figur 12 illustrerer resultatene oppnådd ved hjelp av de tre databehandlingsmetodene for eksempel 2. Fortsatt, inntegnes forskjellen i beregnet tetthet og sann formasjon som en funksjon av testtilfellet, rombepunkter identifisert som 182 utgjør resultater ved bruk av metode A, kryss identifisert som 180 utgjør resultater ved bruk av metode B og kvadrater identifisert som 184 utgjør resultater oppnådd ved bruk av fremgangsmåtene ifølge den foreliggende opfinnelse. Den brudte linje 186 utgjør igjen situasjonen, i hvilket målt tetthet er lik med sann tetthet, som angitt med punktet 188 inntegnet ved null på en måte kontra den sanne ordinaten. Igjen, gir alle tre metodene hovedsakelig den samme presisjonen. Fremgangsmåtene ifølge den foreliggende oppfinnelse gir overle-gent nøyaktige resultater med et middelawik fra den sanne tettheten på omtrent 0,002 gm/cc og en maksimumsfeil på 0,019 gm/cc. Metoden A har en midlere nøyaktighet med avvik på 0,036 gm/cc fra sann formasjonstetthet, og en maksimumsfeil på omtrent 0,046 gm/cc. Metoden B har en nøyaktighet i avvik på omtrent 0,020 gm/cc fra sann tetthet, med en maksimumsfeil på omtrent 0,045 gm/cc. Det er åpenbart at metoden B er mer nøyaktig i eksempel 2 enn i eksempel 1. Grunnen til forskjellen ligger i avstandsmønsterene benyttet i de to eksemplene. I det andre eksemplet er avstanden likt fordelt mellom 0,0 og 1,9 cm (0,00 tomme og 0,75 tomme). I det første eksemplet er avstandsfordelingen klemt mot de svært små og de svært store avstandene. Omtrent 33% av dataene var ved en avstand mellom 0,00 og 0,38 cm (0,00 og 0,15 tomme), 30% av dataene var mellom 1,52 og 1,91 cm (0,60 og 0,75 tomme) og kun 37% av dataene var mellom 0,38 og 1,52 cm (0,15 og 0,60 tomme). Ettersom avstandsvirkningene på detektoropptellingene er forholdsvis lineære mens forholdet mellom detektoropptellingene og formasjonstettheten er eksponensiell, resulterer summering av data fra en slik fordeling i en feilaktig stor opptellingsrate og følgelig en lavere beregnet formasjonstetthet.

5. AZIMUTLOGGER

Figur 8 viser de faktiske dataene oppnådd i det andre eksemplet drøftet over for en prø-vetid ts= 5 sek. som vist ved 120. Integrasjonsmetoden gir den ensformig økende kurven 100. Tilpassingsprosessen gir ni rette linjesegmenter Si (i = 1 9). Si, S2, S3, S4og S9vises ved hhv. 102,104,106,108 og 110 som eksempler. Tidsvarigheten t; til de respektive prøvene vises hhv. ved 112,114,116,118 og 120. Som tidligere nevnt inneholder segmentene Si informasjon ikke bare tilknyttet tettheten, men også tilknyttet stør-relsesordenen til avstanden korresponderende til det segmentet. Fra dataene vist i figur 8, kan de følgende avstandsverdier for hvert segment beregnes og er opplistet i tabell 1.

I drøftelsen over, beregnes kompensert romtetthet pb av hvert linjesegment Si for hver detektor, og et veiet gjennomsnitt basert på størrelsesorden i hver segmentavstand benyttes for å beregne ps, som er romtettheten for det vertikale borehullintervallet.

Parametere frembragt med metodene ifølge oppfinnelsen kan benyttes for å frembringe azimutlogger av pB, som en funksjon av dybden inne i brønnborehullet. Tidsverdiene t; angir de relative tidene verktøyet tilbringer inne i borehullet ved den korresponderende avstanden, dersom det antas at rotasjon til borekronen er konstant. Verdier for variabel avstand, som vist i tabell 1, kan kombineres med tidsintervallene ti for å avbilde et tverrsnitt i borehullet. Parameterene over er av spesiell interesse i LWD i awiksbrønnbore-hull, og kan benyttes for å "geostyre" borekronen.

Oppmerksomheten henledes mot figur 9 for drøftelsesformål. Anta at dataene utgjør heltall av verktøyomdreininger over en gitt dybdetilvekst i borehullet. Som et eksempel, er summen av alle verdier ti tilnærmet 5 sek. (dvs. ts= 5 sek.). Ved en borekronerota-sjon på 120 rpm ville dataene utgjør tilnærmet 10 omdreininger. Segment 1 utgjør derfor et azimutsegment av borehullet på tilnærmet 34°, segment 2 et azimutsegment på tilnærmet 54°, osv. Den brudte kurven 130 utgjør avstandsvariasjon som en funksjon av en referansevinkel <j> vist ved 136. Avstanden varierer mellom 0.064 og 1.862 cm (0,025 tomme og 0,733 tomme) ved bruk av skalaen 132. Det vises også korresponderende verdier av korrigert formasjonstetthet pb for hvert segment Si, representert med kurven 140 og tetthetsskalaen 134.

Figur 9 menes å illustrere typene driftsinformasjon for verktøystilling og azimuttetthet-sinformasjon som kan fås av metodelæren ifølge oppfinnelsen. Som et eksempel, kan et "kart" av borehullet med hensyn til verktøyposisjonen frembringes ved hjelp av azimu-tavstandsdata. Dette kartet kan, dersom det kombineres med et mål for verktøyposisjon inne i borehullet ved bruk av uavhengige midler, så som rategyroskop og - inklinometere, benyttes for å frembringe et sant kart for borehullveggen. Avstandsin-formasjon vist ved kurve 130 kan også benyttes for å korrigere andre LWD-loggingssystemer for avstand, så som en nøytronporøsitetslogg.

Det bemerkes også at gammastråleenergispektra kan måles med en eller begge detektorene 22 og 24 (se figur 1). Forhold for ulike energiregioner eller energivinduer kan benyttes for å måle den fotoelektriske faktoren (PF) i hvert azimutsegment representert av hvert segment Si, som i sin tur kan benyttes for å trekke opp litologien for formasjonen. Et veiet gjennomsnitt lignende det benyttet for å kombinere verdier av pb for å frembringe pB kan også benyttes for å få en veiet midlere azimutverdi av PF for hele segmentet i borehullet.

6. DATABEHANDLINGSFLYTSKJEMA

Fremgangsmåten for databehandling ifølge oppfinnelsen summeres i flytskjemaet i figur 10. Verdiene av c(k) innenfor tidsintervallet tsmåles ved 142. Verdier av c(k) sorteres etter størrelsesorden ved 144 og arrangeres i voksende størrelsesorden. De løpende inte-gralsummene I(k) beregnes ved 146, og rette linjesegmenter tilpasses ved trinn 148. Ved trinn 150, summeres verdier av c(k) for hvert rett linjesegment Si, tilsynelatende tettheter i langt mellomrom og kort mellomrom beregnes, og en korrigert rom-tetthetsverdi pb for hvert segment beregnes. En veien veiet gjennomsnittsverdi av verdiene for pb beregnes ved trinn 152, inntegnes som en funksjon av dybden ved trinn 154, verdien av c(k) forøkes ved trinn 156, slik at en veiet gjennomsnittlig azimutrom-tetthetsverdi pB for et vertikalt borehullintervall frembringes. Mens LWD-verktøyet fører borehullet fremover, kasseres den tidligste verdien av c(k), en nye verdi måles, slik at antallet prøveopptellinger inne i ts kompletteres, og behandlingen vender tilbake til trinnet 142. Denne prosessen fortsetter inntil boreprosessen er fullstendig, slik at en log av pB derved frembringes som en funksjon av dybden.

Som et alternativt behandlingstrinn, kan segmenterte azimutverdier av korrigert tethet, nemlig pt,, inntegnes som en funksjon av dybden ved trinn 158. Et annet alternativt behandlingstrinn er inntegningen av avstandsdistansen som en funksjon av azimutsegmen-tet og dybden ved trinn 160. Enda et annet alternativt behandlingstrinn er inntegningen av PF som en funksjon av dybden ved trinn 162.

7. AZIMUTTETTHETSLOGGER

Korrigerte tetthetslogger i forutbestemte sektorer av borehullet kan fås ved hjelp av metodelæren ifølge den foreliggende oppfinnelse. Som et eksempel kan borehullet deles opp i fire kvadrater. Det er også ønsket å vite den absolutte orienteringen til kvadrantene. De fleste MWD- og LWD-borestrenger fører noen type retningspakning som benyttes for å bestemme banen til brønnboringen og posisjonen til borekronen. Retningspak-ningen kan derfor benyttes for å få absolutt orientering av de forvalgte borehullkvadran-tene.

Figur 13 viser et tverrsnitt i et borehull 35 som er blitt seksjonert i fire kvadranter. Borehullet kan alternativt deles i et hvilket som helst antall like eller ulike segmenter. Segmentene bør nødvendigvis ikke å være sammenhengende. For drøftelsesformål anta at retningsinformasjonen er tilgjengelig, og at kvadranter 196, 194, 192 og 198 sentreres ved hhv. sann nord, øst, syd og vest. Fortsatt vises et verktøy 14 som roteres inne i borehullet 35 og tetthetsinstrumentet roteres gjennom alle fire kvadrantene. Detektorsvar sorteres først i henhold til kvadranten i hvilken de måles. Tilsynelatende segmentforma-sjonstettheter fås for hvert segment, med et veiet gjennomsnitt til to eller flere tilsynelatende undersegmentformasjonstettheter som benyttes dersom to eller flere lineære segmenter tilpasses etter data målt inne i et gitt azimutsegment. Ved bruk av metodelæren beskrevet detaljert i de tidligere avsnitt i denne redegjørelse og summert som et funk-sjonelt flytskjema i figur 10, bestemmes deretter kompenserte avstandstetthetsverdier pN, pE, ps og pw for formasjonen 32 fra hhv. kvadrantene 196,194,192 og 198.

Azimuttetthetsmålinger har mange anvendelser. Uensartede kvadranttettheter kan indikere en svært inhomogen formasjon 32. Som et andre eksempel, kan uensartede kvadranttettheter indikere at en formasjonslaggrense gjennomtrenges ved en vinkel ved borehullet 35. Det finnes andre anvendelser av azimuttetthetsmålinger som kjennes innen fagområdet.

Figur 14 er et flytskjema som oppsummerer azimuttetthetsmålingen. Borehullet er seg-mentert ved trinn 200. Som nevnt over, er fremgangsmåten ikke begrenset til kvadranter, men kan omfatte et hvilket som helst antall azimutsegmenter som kan være like eller ulike i størrelse. En absolutt henvisning til verktøyet opprettes ved 202, fortrinnsvis ved hjelp av informasjon fra en retningspakning ført i borestrengen. Kompensert formasjonstetthet beregnes ved 204 ved hjelp av teknikker oppsummert i flytskjemaet i figur 10. Kompensert tetthet for hvert valgt segment registreres som en funksjon av dybden inne i borehullet ved 206. Dybden forøkes ved 208 og sekvensen gjentas med oppstart ved trinn 202.

Selv om det foranstående er rettet mot de foretrukne utførelser av oppfinnelsen bestemmes rammen til denne med kravene som følger.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for avstandskompensering for kjerne verktøy ved hjelp av porøsitets-logging for å bestemme en egenskap ved berggrunnen rundt et borehull,,karakterisert vedtrinnene: (a) idet en gammastrålingskilde posisjoneres inne i borehullet; (b) idet minste en detektor posisjoneres inne i borehullet; (c) flere detektorsvar måles over et tidssegment; (d) detektorsvarene sorteres etter størrelsesorden i sorterte detektorsvar; (e) idet minste et lineært segment tilpasses de sorterte datasvarene som en funksjon av tiden; og (f) formasjonsegenskapen bestemmes fra det minst ene lineære segementet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat løpende integralsummer beregnes fra de sorterte detektorsvarene.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedtrinnene: (a) idet minste to lineære segmenter frembringes; (b) en tilsynelatende formasjonsegenskap bestemmes fra hver av de lineære segmentene; og (c) et veiet gjennomsnitt av hver tilsynelatende formasjonsegenskap kombineres for å bestemme formasjonsegenskapen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3,karakterisert vedtrinnene: (a) en statistisk veiing av hver tilsynelatende formasjonsegenskap beregnes; (b) hver tilsynelatende formasjonsegenskap veies med den statistiske veiingen, slik at en korresponderende veiet tilsynelatende formasjonsegenskap derved dannes; og (c) de veiede tilsynelatende formasjonsegenskapene kombineres for å danne det veiede gjennomsnittet.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedtrinnene: (a) idet minste to lineære segmenter tilpasses for hver detektor; (b) de lineære segmentene grupperes i par, idet hvert par utgjør målinger fra et spesielt azimutsegment i borehullet; (c) en tilsynelatende formasjonstetthet bestemmes fra hvert lineært segment i hvert par, slik at et par tilsynelatende azimutformasjonstettheter derved frembringes; og (d) parets tilsynelatende azimutformasjonstettheter kombineres for å frembringe et mål for en azimutformasjonstetthet som er kompensert for avstanden.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5,karakterisert vedtrinnene: (a) en statistisk veiing beregnes for hver tilsynelatende azimutformasjonstetthet; (b) hver tilsynelatende azimutformasjonstetthet veies med den statistiske veiingen, slik at en veiet tilsynelatende azimutformasjonstetthet derved dannes; og (c) de veiede tilsynelatende azimuttetthetene kombineres for å danne formasjonstettheten kompensert for avstand.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 5,karakterisert vedat tilleggstrinnet at en størrelsesorden av avstanden for hvert azimutsegment bestemmes.

8. Anordning for avstandskompensering for kjerne verktøy ved hjelp av porøsitetslogging for å bestemme en egenskap ved berggrunnen rundt et borehull,karakterisert ved: (a) idet en gammastrålingskilde inne i borehullet; (b) idet minste en detektor inne i borehullet; og (c) beregningsmiddel for (i) sortering etter størrelsesorden av et flertall detektorsvar fra den minst ene detektoren, hvilke svar måles over et tidssegment, (ii) tilpassing av idet minste et lineært segment etter løpende integralsummer som en funksjon av tiden, og (iii) bestemmelse av formasjonsegenskapen fra idet minste et lineært segment.