NO335564B1 - Fremgangsmåte og anordning for bestemmelse av resistivitetsanisotropi i konduktive borehullomgivelser - Google Patents

Abstract

En fremgangsmåte for å bestemme formasjons-resistivitetsanisotropi i nærheten av et brønnhull er beskrevet. Fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse utvider effektivt det dynamiske området til den eksisterende brønnloggingsservice for flerkomponent-induksjonsverktøyet, noe som tillater bruk av denne service i brønner boret med ledende WBM-systemer. En sekvensiell inverteringsbehandling av galvanisk gruppelaterallogg- HDLL/MLL-data eller DLL/MLL og multikomponent induksjonsloggedata (3DEXSM) blir benyttet. Formasjonsresistivitets-strukturen til omgivelsene nær brønnhullet bestemmes ved å bruke de galvaniske målingene fra gruppe-lateral-loggeverktøyet. Formasjons-resistivitets-anisotropien til den uforstyrrede sonen bestemmes ved å bruke resultatet fra inverteringen av de galvaniske gruppedata og inverteringen av målinger fra det flerkomponente induksjonsverktøyet.

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

1. Teknisk område

Oppfinnelsen angår generelt systemer og fremgangsmåter for tolkning av resistivitetsanisotropi for brønnloggings-anvendelser. Mer spesielt er oppfinnelsen en fremgangsmåte for datainvertering for å bestemme formasjonsparametere og for en beskrivelse av reservoarer.

2. Teknisk bakgrunn

Elektromagnetiske induksjons- og bølgeforplantnings-loggesonder er vanligvis brukt til å bestemme elektriske egenskaper ved formasjoner som omgir et borehull. Disse loggesondene gir målinger av tilsynelatende resistivitet (eller konduktivitet) i formasjonen som når de tolkes riktig, kan bidra til å diagnostisere de petrofysiske egenskapene til formasjonen og fluidene i denne. Vanligvis tilveiebringer brønner boret med et ikke-ledende, oljebasert slam (OBM) et ideelt miljø for induksjonsloggesonder, slik som 3DEXSM. I noen omgivelser er imidlertid boringsindustrien i ferd med å skifte fra bruk av OBM til miljømessig sensitivt vannbasert slam (WBM)-systemer. Meget ledende WBM har en tendens til å begrense det effektive dynamiske området for formasjons-målinger tatt med induksjonsloggesonder.

De fysiske prinsippene ved elektromagnetisk induksjons-resistivitetsbrønnlogging er f.eks. beskrevet i H. G. Doll, Introduction to Induction Logging and Application to Logging of Wells Drilled with OBM, Journal of Petroleum Technology, volum 1, p. 148, Society of Petroleum Engineers, Richardson, Texas (1949). Mange forbedringer og modifikasjoner av elektromagnetiske induksjonsresistivitetsinstrumenter er blitt utviklet siden publikasjonen av Doll-referansen ovenfor. Eksempler på slike modifikasjoner og forbedringer kan f.eks. finnes i US-patent nr. 4,837,517 utstedt til Barber; US-patent nr. 5,157,605 utstedt til Chandler m.fl., og US-patent nr. 5,452,761 utstedt til Beard m.fl.

US-patent nr. 5,452,761 til Beard m.fl. hvis innhold i sin helhet herved inkorporeres ved referanse, beskriver en anordning og en fremgangsmåte for digital behandling av signaler mottatt av en induksjonsloggesonde, omfattende en sender og et antall mottakere. Et oscillerende signal blir levert til senderen som forårsaker at virvelstrømmer flyter i en omgivende formasjon. Størrelsene av virvelstrømmene er proporsjonale med konduktiviteten til formasjonen. Virvel-strømmene induserer i sin tur spenninger i mottakerne. De mottatte spenningene blir digitalisert ved en samplings-frekvens godt over den maksimale frekvensen som er av interesse. Digitaliseringsvinduet blir synkronisert med en periode av det oscillerende strømsignalet. Tilsvarende sampler fremskaffet i hver periode blir kumulativt summert over et stort antall slike perioder. De summerte samplene danner et stakket signal. Stakkede signaler generert for tilsvarende mottakerspoler, blir sendt til en datamaskin for spektralanalyse. Overføring av de stakkede signalene og ikke alle de individuelt samplede signalene, reduserer den data-mengden som må lagres eller overføres. En Fourier-analyse blir utført på de stakkede signalene for å utlede amplitudene til fase- og kvadraturkomponentene til mottakerspenningene ved de frekvenser som er av interesse. Fra komponent-amplitudene kan formasjonens konduktivitet utledes nøyaktig.

En begrensning av de elektromagnetiske instrumentene for induksjonsresistivitetsbrønnlogging slik som beskrevet i Beard m.fl. '761-patent, er at de typisk innbefatter senderspoler og mottakerspoler viklet slik at de magnetiske momentene til disse spolene er hovedsakelig parallelle bare med instrumentaksen. Virvelstrømmer blir indusert i grunn-formas j onene fra det magnetfeltet som genereres av sender-spolen, og i induksjonsinstrumenter som er kjent på området, har disse virvelstrømmene en tendens til å flyte i grunne sløyfer som er hovedsakelig perpendikulære til instrumentaksen. Spenninger blir så indusert i mottakerspolene relatert til størrelsen av virvelstrømmene. Visse grunnformasjoner består imidlertid av tynne lag med elektrisk ledende materialer vekslende med tynne lag av hovedsakelig ikke-ledende materiale. Responsen til det typiske elektromagnetiske instrumentet for induksjonsresistivitetsbrønnlogging vil i stor grad være avhengig av konduktiviteten til de ledende lagene når lagene er hovedsakelig parallelle med strømningsbanen til virvelstrømmene. De hovedsakelig ikke-ledende lagene vil bare bidra i liten grad til den totale responsen til instrumentet, og derfor vil forekomsten av disse vanligvis bli maskert av forekomsten av de ledende lagene. De ikke-ledende lagene er imidlertid de som vanligvis er hydrokarbonførende og som er av størst interesse for instrumentbrukeren. Noen grunnformasjoner som kan være av kommersiell interesse, kan derfor overses ved tolkning av en brønnlogg tatt ved bruk av de instrumentene for elektromagnetisk induksjonsresistivitetsbrønnlogging som er kjent på området.

Virkningene av formasjonsanisotropi på resistivitets-loggemålinger har lenge vært kjent. Kunz og Moran undersøkte anisotropivirkningen på responsen til en konvensjonell logge-anordning i et borehull perpendikulært til lagdelingsplanet til et tykt anisotropisk lag. Moran og Gianzero utvidet dette arbeidet til å romme en vilkårlig orientering av borehullet i forhold til lagdelingsplanene.

Rosthal (US-patent nr. 5,329,448) beskriver en fremgangsmåte for å bestemme de horisontale og vertikale konduktivitetene fra en forplantnings- eller induksjons-brønnloggingsanordning. Fremgangsmåten forutsetter at vinkelen mellom borehullsaksen og normalen til lagdelingsplanet er kjent. Konduktivitetsestimater blir fremskaffet ved hjelp av to metoder. Den første metoden måler dempningen av amplituden til det mottatte signalet mellom to mottakere og utleder et første estimat av konduktivitet fra denne dempningen. Den andre metoden måler fasedifferansen mellom de mottatte signalene ved to mottakere og utleder et annet estimat av konduktivitet fra denne fasedreiningen. To estimater blir brukt til å gi startestimatet for en konduk-tivitetsmodell og basert på denne modellen. En dempning og en fasedreining for de to mottakerne blir beregnet. En iterativ måte blir så brukt til å oppdatere den innledende konduktivi-tetsmodellen inntil en god overensstemmelse er fremskaffet mellom modellutgangen og den virkelig målte dempningen og fasedreiningen.

US-patent 6,147,496 til Strack m.fl., beskriver bruk av en induksjonsloggesonde hvor minst én sender og minst én mottaker er orientert i ortogonale retninger. Ved å operere sonden ved to forskjellige frekvenser, blir det mulig i betydelig grad å redusere virkningen av invasjon og å bestemme orienteringen av sonden i forhold til lagdelingsplanene. Mottatte signaler kan skrives som en rekke ekspan-sjoner i frekvensen, idet rekkeekspansjonen inneholder et ledd lineært i frekvensen som hovedsakelig er bestemt av konduktiviteten i borehullsområdet. Ved å kombinere den ligningen som beskriver rekkeekspansjonen av signalene på en slik måte at det lineære leddet i frekvensen blir eliminert, blir det oppnådd et nytt sett med ligninger hvorfra innvirkningen av borehullsområdet er praktisk talt eliminert.

US-patent 5,999,883 utstedt til Gupta m.fl., ("Gupta-patentet") hvis innhold i sin helhet herved inkorporeres ved referanse, beskriver en fremgangsmåte for å bestemme den horisontale og vertikale konduktiviteten i anisotrope grunn-formas joner. Elektromagnetiske induksjonssignaler indusert ved hjelp av induksjonssendere orientert langs tre innbyrdes ortogonale akser, blir målt. En av de innbyrdes ortogonale aksene er hovedsakelig parallell med aksen til et logge-instrument. De elektromagnetiske induksjonssignalene blir målt ved å bruke første mottakere som hver har et magnetisk moment parallelt med en av de ortogonale aksene, og ved å bruke andre mottakere som hver har et magnetisk moment perpendikulært til en av de ortogonale aksene som også er perpendikulært til instrumentaksen. En relativ rotasjonsvinkel av den perpendikulære av de ortogonale aksene, blir beregnet fra mottakersignalene som er målt perpendikulært til instrumentaksen. En mellomliggende måletensor blir beregnet ved å rotere størrelser av mottakersignalene gjennom en negativ rotasjonsvinkel. En relativ helningsvinkel for en av de ortogonale aksene som er parallell med instrumentaksen, blir beregnet fra de roterte størrelsene i forhold til en retning av den vertikale konduktiviteten. De roterte størrelsene blir rotert gjennom en negativ helningsvinkel. Horisontal konduktivitet blir beregnet fra størrelsene av mottakersignalene etter den andre rotasjonen. En anisotropi-parameter blir beregnet fra mottakersignalstørrelsene etter den andre rotasjonen. Vertikal konduktivitet blir beregnet fra den horisontale konduktiviteten og anisotropiparameteren.

US-patent nr. 5,889,729 utstedt til Frenkel m.fl., hvis innhold i sin helhet herved inkorporeres ved referanse, beskriver en fremgangsmåte for innsamling og tolkning av brønnhullsloggedata og en fremgangsmåte for slik tolkning som er betydelig hurtigere enn tidligere kjente metoder og som kan brukes ved et brønnsted. Systemet tilveiebringer en endelig jordmodell av en del av en grunnformasjon som har et eller flere lag. Fremgangsmåten innbefatter ifølge et aspekt, å generere en innledende grunnformasjonsmodell basert på rådata produsert av et brønnhullsloggeverktøy ved en posisjon i et borehull gjennom grunnformasjonen, og utføre en todimensjonal, foroverrettet modellering av den innledende grunnformasjonsmodellen for å frembringe en midlertidig grunnformasjonsmodell som innbefatter et sett med syntetiske sonderesponsdata for borehullsloggesonden, å korrigere målinger i hvert lag for sidebergartseffekter og å sammen-ligne de syntetiske sonderesponsdataene med rådataene for å bestemme om det er en mistilpasning mellom disse. Forskjellige fremgangsmåter for forovermodellering kan utføres i tilfellet av mistilpasning. Fremgangsmåte ifølge Frenkels

'729-patent kan brukes for alle resistivitetsloggedata.

En flerkomponentanordning er beskrevet i US-patentsøknad nr. 10/091,310 fra Zhang m.fl., som har samme søker som foreliggende søknad og hvis innhold herved inkorporeres ved referanse. Denne sonden eller dette verktøyet blir markeds-ført under navnet 3DEX<SM>av Baker Hughes, Inc. 3DEXSM-anordningen inneholder tre sendere og tre mottakere rettet langs ortogonale akser (x, y, z) med z-komponenten langs borings-verktøyets langsgående akse. 3DEX<SM->verktøyet eller sonden måler tre hovedkomponenter Hxx, Hyy, Hzzog to tverrkomponenter Hxy og Hxz. 3DEX<SM->anordningen gir kunnskap om resistiviteter og tilveiebringer en prosess for generell invertering av data. 3DEX<SM>er nyttig når det gjelder å bestemme orientering under forutsetning av et tilstrekkelig valg av innledende betingelser. 3DEX<SM->anordningen samler inn data fra den ikke-invaderte sonen for å sette dem inn i modellen. Følsomheten for de innledende betingelsene som brukes i dens datainvertering, påvirker 3DEX<SM->anordningen. Det er behov for å fremskaffe en fremgangsmåte for tolkning av 3DEX<SM->data.

Inverteringsbehandling av 3DEX<SH->induksjonsdataene muliggjør beregning av både horisontale (Rh) og vertikale (Rv) resistiviteter for derved å muliggjøre bestemmelse av et formasjonsresistivitetsanisotropi-forhold (A, = Rv/Rh) • Innbefatning av disse 3DEX-datatolkningsresultatene i en forbedret skifer/sand, petrofysisk tensorresistivitetsanalyse fører til reduserte evalueringsusikkerheter og kan resultere i en betydelig økning i beregnede, tilstedeværende hydro-karboner i forhold til estimater fremskaffet med konvensjo-nelle metodologier. Som vist i Frenkels '729-patent er det todimensjonale inverteringsproblemet inndelt i en sekvens av mindre endimensjonale problemer for derved å redusere beregningstiden. For den todimensjonale inverteringsprosessen er den vertikale magnetfeltkomponenten, Hzzi 3DEX-dataene bare avhengig av den horisontale resistiviteten Rh. Derfor er det mulig å utføre hurtig sekvensiell eller endog parallell 3DEX-datainvertering for både Rh og Rv. Dette kan umiddelbart lede til en beregning av resistivitetsanisotropi.

En annen teknikk som brukes i forbindelse med olje-utvinning er basert på brønnloggingsinstrumenter av galvanisk type. Blant disse målingene er laterologg, mikrolaterologg, gruppelaterallogg og andre verktøy eller sonder.

Laterologgen og mikrolaterologgen er beskrevet i Doll, H. G., "The Laterolog", artikkel 3198 i Transactions of the AIME, volum 192, sidene 305-316, 1951 og i Doll, H. G., "The Microlaterolog", artikkel 34 92 i Transactions of the AIME, volum 198, sidene 17-32. Generelt er laterologgen en elektrodeanordning med flere strømelektroder utformet på flere forskjellige måter for å frembringe flere forskjellige responser. En strømemitterende og en strømretur-elektrode (A og B) er plassert nær hverandre på sonden, med en måle-elektrode (M) flere fot borte, og en måleretur (N) langt borte. Dette arrangementet er ufølsomt for potensial-gradienten mellom A og B.

Gruppelateralloggteknologien med datamålinger og tolkning er beskrevet i Hakvoort m.fl., artikkel "Field Measurements and Inversion Results of the High-Definition Lateral Log", artikkel C, i Transactions of the SPWLA, 1998. Den beskriver et differensialgruppeinstrument og en fremgangsmåte for å bestemme valgte parametere ved en grunn-formas jon som omgir et borehull. Dette instrumentet omfatter en stamme som bærer en enkelt kildeelektrode for å injisere en elektrisk strøm av en forutbestemt verdi inn i den formasjonen som omgir borehullet, og en gruppe med måleelektroder jevnt og vertikalt atskilt fra kildeelektroden langs instrumentstammen. Antallet gruppelateralloggmålinger kan korreleres med et antall verdier som er representative for de valgte formasjonsparametrene. Antallet verdier som er representative for de valgte formasjonsparametrene, kan tilveiebringe en profil for de valgte parametrene over en økende radial avstand fra borehullet.

I tilfellet av meget konduktive borehullsomgivelser kan vi ikke overse virkningene av borehullet og den invaderte sonen i noen 3DEX-baserte datatolkningsprosedyrer. Det er behov for en fremgangsmåte til å bestemme en stabil og unik anisotropiløsning i meget ledende borehullsomgivelser. Foreliggende oppfinnelse tilfredsstiller dette behovet.

Oppsummering av oppfinnelsen

Oppfinnelsen er en fremgangsmåte for å bestemme en parameter av interesse i en anisotropisk grunnformasjon i et ledende borehullsmiljø. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen som beskrives her, evaluerer resistivitetsanisotropi. Data blir innsamlet fra en galvanisk målingsanordning som reagerer hovedsakelig på parametere i en invadert sone og en uforurenset sone som omgir brønnhullet. En multikomponentanordning innsamler også måledata som hovedsakelig reagerer på vertikal og horisontal resistivitet i grunnformasjonen. De data som er innsamlet fra en galvanisk måleanordning, blir invertert og ved inverteringen blir det mulig å frembringe den lagdelte modellen av den invaderte sonen og de uforurensede sonene. Resultater av modellen muliggjør evaluering av formasjons-resistivitetsdata innsamlet fra den dyptavlesende, flerkomponente måleanordningen. De galvaniske dataene kan være innsamlet ved å bruke en høydefinisjonslaterallogg og en mikrolaterologg (HDLL/MLL) eller en dobbeltlaterologg og en mikrolaterologg (DLL/MLL), mens flerkomponentdataene fortrinnsvis blir innsamlet ved å bruke en 3DEX<SM->anordning, hvor 3DEX<SM->dataen blir innsamlet samtidig med data fra den galvaniske loggingsanordningen. I en annen utførelsesform kan HDLL/MLL-eller DLL/MLL-målinger fremskaffes separat. Inverterte data fra multikomponentmålinger blir sammenlignet med utgangen fra en modell. Utgangen fra modellen kan fremskaffes fra et hvilket som helst forovermodelleringsprogram, slik som f.eks. et endelig differansemodelleringsprogram.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan anvendes ved en vilkårlig helningsvinkel. En orienteringsanordning transportert på loggesonden gjør det mulig å bestemme verktøyflate-vinkelen. Et magnetometer kan f.eks. anvendes som orienteringsanordning .

Kort beskrivelse av tegningene

Fig. 1 (kjent teknikk) viser en fysisk utforming av tre senderspoler og tre mottakerspoler i en flerkomponent loggesonde (3DEX) egnet for bruk med foreliggende oppfinnelse. Figurene 2a-2d viser responser på Hxx-komponenten til en fler-komponentsonde for to omgivelsestilstander, med og uten borehull og invasjon, og ved en enkelt og dobbelte frekvenser. Fig. 3 (kjent teknikk) viser et galvanisk loggings-instrument egnet for bruk med foreliggende oppfinnelse . Fig. 4 viser et flytskjema over fremgangsmåten ifølge

foreliggende oppfinnelse.

Fig. 5 viser et eksempel på en undergrunnsmodell som er

anvendt i foreliggende oppfinnelse.

Figurene 6a og 6b viser eksempler på sammenligning mellom fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse og en tidligere kjent fremgangsmåte. Fig. 7 viser et eksempel på en sammenligning av resultater fremskaffet over et dybdeintervall i en brønn ved å bruke fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse, og en tidligere kjent fremgangsmåte. Fig. 8 viser en verktøystreng egnet for bruk i forbindelse

med foreliggende oppfinnelse.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Fig. 1 viser utformingen av senderspoler og mottakerspoler i en utførelsesform av 3Dexplorer<SM->induksjonslogge-instrumentet (3DEX<SM->induksjonsloggeinstrumentet) til Baker

Hughes Incorporated. Tre sendere 101r 103 og 105 som blir referert til som Tx, Tzog Ty-sendere er plassert med sine normaler hovedsakelig ortogonale til hverandre i den viste rekkefølge. De tre senderne induserer magnetfelter i tre romlige retninger. Subindeksene (x, y, z) indikerer et ortogonalt system hovedsakelig bestemt av retningene til normalene på senderne, z-aksen er vist å være hovedsakelig parallell med sondens langsgående akse, mens x-aksen og y-aksen er innbyrdes perpendikulære retninger som ligger i planet transversalt til den langsgående aksen. Svarende til hver sender 101, 103 og 105 er tilhørende mottakere 107, 109 og 111, referert til Rx, Rzog Ry-mottakerne, innrettet langs det ortogonale systemet som er definert av sendernormalene, plassert i den rekkefølgen som er vist på fig. 1. Rx, Rzog Ry er ansvarlige for å måle de tilsvarende magnetfeltene Hxx, H2Zog Hyy. I denne nominaliseringen av magnetfeltene indikerer den første subindeksen retningen til senderen og den andre subindeksen indikerer retningen til mottakeren. I tillegg måler mottakerne Ry og R2, plassert i den vist rekkefølge, tilsvarende merket 113 og 115, to krysskomponenter, Hxy og Hxzfor det magnetfeltet som er frembrakt av Tx-senderen (101) .

Fallvinkelen er tilveiebrakt for 3DEX<SK->målinger ved hjelp av forskjellige metoder, slik som magnetometere. Kjennskap til fallvinkel gjør det mulig for fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen å operere både i vertikale borehull og i retningsborehull. I et retningsborehull gjør sondens orientering det mulig å oppnå verktøyflatevinkelen.

Figurene 2a-2d illustrerer innvirkningen av det ledende borehullet og invasjonen på enkeltfrekvens- og dobbelt-f rekvenslogger av Hxx-komponenten for 3DEX<SM>. Formas jons-parametrene eller modellen på fig. 2a er som følger: borehullsdiameteren er 0 = 9", og borehullet er fylt med ledende slam Rm= 0,04Q-m, invasjonen er grunn, (Lxo= 4") og ledende (Rxo=0,1 Q-m). Fig. 2b viser modelleringsresultatet for enkeltfrekvens- og dobbelfrekvensloggene for to lave frekvenser; 20 og 40 kHz (enkelt) og 20/40 og 40/80 kHz (dobbel). Hovedformålet med en dobbeltfrekvenstransformasjon av enkeltfrekvensdataene er å redusere effekten nær borehullet. Anvendelse av dobbeltfrekvensen i tolkningsprosessen er kritisk for logging av et borehull med meget ledende slam. Formelen for dobbeltfrekvenstransformasjonen (DF-transforma-sjonen) er

HDF(fi,f2> = H(Fi)-(fi/f2)/H(fa)

hvor H(fi) og H(f2) er magnetfeltene målt henholdsvis ved enkeltfrekvensen fi og f2. Dobbeltfrekvenstransformasjonen reduserer den vertikale oppløsningen av de tolkede resultatene litt og er mest effektiv ved de laveste frekvensene.

I de to sporene lengst til venstre på fig. 2b er enkeltfrekvensloggene for Hxx-komponenten vist. De to høyre sporene viser dobbeltfrekvensloggene for den samme Hxx-komponenten. Beregningene er utført med en trelags todimensjonal undergrunnsmodell (heltrukne kurver) og en enkel, horisontalt lagdelt (endimensjonal) undergrunnsmodell (stiplede kurver). Hvert lag i denne horisontalt lagdelte undergrunnsmodellen består av bare en uforurenset sone, dvs. at verken et borehull eller invasjon er til stede. Det blir observert at effekten av det nære borehullet er der, men den er forholdsvis liten.

Situasjonen endres drastisk når mengden med ledende materiale ved borehullet øker til f.eks. et større og mer ledende borehull og/eller dypere ledende invasjon. Fig. 2c viser en lignende trelags modell med et borehull med diameter 12" fylt med et mer ledende slam (Rm= 0,02 Q-m) . Her er invasjonsdybden Lx-0= 12", og den invaderte sonen har den samme resistiviteten, Rx0=0,1 Q-m (se det venstre sporet), som før. Fig. 2d presenterer modelleringsresultatene for de samme enkeltfrekvens- og dobbeltfrekvenskomponentene for modellen på fig. 2c.

Det er nokså opplagt at dobbeltfrekvensloggene gir lavere vertikal oppløsning enn de tilsvarende enkeltfrekvens loggene, og den ledende sonen nær borehullet har sterk virkning på både enkeltfrekvens- og dobbeltfrekvensloggene (sammenlign heltrukne og stiplede logger i de fire sporene lengst til høyre på fig. 2b).

Av denne grunn er det nødvendig at vi i tilfellet av meget ledende borehullsomgivelser ikke kan neglisjere virkningene av borehullet og den invaderte sonen i noen 3DEX<SM->baserte datatolkningsprosedyrer.

For å ta hensyn til denne fysiske begrensningen i induk-sjonsdataene, er foreliggende oppfinnelse en ny tolkningsmetode som i en eneste tolkningsmetode kombinerer både galvaniske loggedata og induksjonsloggedata for nøyaktig å avdekke formasjonsresistivitetsanisotropi.

US-patent nr. 6,060,885 til Tabarovsky m.fl., hvis innhold herved i sin helhet inntas ved referanse, beskriver en galvanisk måleinnretning for å bestemme resistiviteten til en geologisk formasjon som omgir et borehull. Som vist på fig. 3 innbefatter instrumentet 410 en stamme 412 som bærer en enkelt kildeelektrode 532 og et antall måleelektroder 433, 435, 436, 437 osv., vertikalt atskilt i like inkrementer langs aksen til stammen 412. Antallet måleelektroder som er valgt for dette eksempelet, er 36, som innbefattende kildeelektroden utgjør totalt 37 elektroder som er markert 1-37 på fig. 3. I utførelsesformen på fig. 3 blir en gruppe 434 av tre suksessive elektroder 433, 435 og 436 brukt til å fremskaffe målinger, f.eks. av en første potensialdifferanse, Di. For måling av potensialdifferansen injiserer kildeelektroden 432 en elektrisk strøm av en forutbestemt verdi inn i formasjonen, og den blir mottatt av suksessivt lavere vertikale grupper av tre elektroder slik som 434' og 434". De 36 måle-elektrodene produserer 12 målinger fra suksessive elektrode-grupper 434, 434', 434", osv., for måling av den første potensialdif f eransen, dermed: ved 434-Di(<1>), ved 434'-Di<<:>|), og ved 434"-Di<12) . Ved å undersøke den elektrodegruppen som er identifisert ved 434', blir den første vertikalt anordnede måleelektroden identifisert som j-1 (433'), den midtre elektroden er identifisert som j (435') og den tredje eller laveste elektroden er identifisert som j+1 (536'). Den første potensialdif f eransen Di(<j>) blir beregnet som:

Følgelig tilveiebringer hver måleenhet første differanser, Di ved hvert dybdenivå. Den differensielle konduktansen er også tilgjengelig ved hver loggdybde.

Anvendelsen av flerkomponentinduksjonssonden forsyner logganalysatoren med unik informasjon for å bestemme formasjonsresistivitetsanisotropi. For å overvinne utfordringen med begrenset, effektivt dynamisk område forårsaket av WBM-systemer, blir multikomponentmåleanordningen logget i kombinasjon med en galvanisk sonde. Som et eksempel kan HDLL/MLL eller DLL/MLL-anordninger brukes som galvaniske måleanordninger og 3DEX<SH>kan brukes som flerkomponent-måleanordning. Bruk av noen av disse sondene eller verktøyene er imidlertid ikke ment som en begrensning av omfanget av oppfinnelsen. Inversjonsbasert datatolkning fortsetter ved først å bestemme formasjonsresistivitetsstrukturen til omgivelsene nær brønnhullet ved å bruke den galvaniske måleanordningen, og så å bestemme formasjonsresistivitets-anisotropien til den uforstyrrede sonen ved å bruke disse bestemte resultatene fra den galvaniske anordningen og de dype induksjonsmålingene fra den flerkomponente måleanordningen. De målinger som tilveiebringes ved hjelp av den galvaniske målesonden, muliggjør evaluering av borefluidets invasjonsprofil på inversjonen av flerkomponentmåledata.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er skissert mer detaljert på fig. 4. I blokk 501 blir rådata samlet inn fra minst én galvanisk måleanordning og også fra en flerkomponent måleanordning. Den galvaniske måleanordningen tilveiebringer generelt informasjon om strukturen til de ledende omgivelsene nær borehullet, mens den flerkomponente måleanordningen generelt fremskaffer informasjon om parametere langt fra målesonden. Som vist på fig. 5 er jordens undergrunnkarakterisert vedet antall lag 601a, 601b,... 601i. Lagene har tykkelser betegnet med hi, h2, ... hi. De horisontale og vertikale resistiviteter i lagene er betegnet med Rhi, Rh2* • ■ ■ Rhi og Rvi, RV2r • ■ ■ Rvi • På ekvivalent måte kan modellen være definert uttrykt ved konduktiviteter (resiproke verdier av resistivitet). Borehullet er indikert ved 602 og tilknyttet hvert av lagene er invaderte soner i nærheten av borehullet hvor borehullsfluid har invadert formasjonen og endret dens egenskaper slik at de elektriske egenskapene ikke er de samme som i den ikke-invaderte delen av formasjonen. De invaderte sonene har lengder Lxoi, Lxo2, • • • Lxoisom strekker seg bort fra borehullet. Resistivitetene i de invaderte sonene er endret til verdier Rxoi, Rx02f • • • RxOi- 1 den utførelsesform av oppfinnelsen som diskuteres her, blir de invaderte sonene antatt å være isotrope, mens en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen innbefatter invaderte soner som er anisotropiske, dvs. at de har forskjellige horisontale og vertikale resistiviteter. Det skal videre bemerkes at diskusjonen av oppfinnelsen her kan gjøres uttrykt ved resistiviteter eller konduktiviteter (den resiproke verdien av resistivitet). Parametrene for isotropisk invadert sone og horisontal resistivitet for uforurenset sone blir antatt å være bestemt via inversjons-behandling av de galvaniske dataene.

Det vises tilbake til fig. 4 hvor en datainverterting av galvaniske måledata blir utført (blokk 503). I blokk 505 blir en innledende undergrunnsmodell for videre anisotropi-invertering ved bruk av 3DEX-dataene innført med parametere definert tilsvarende hvert lag i borehullet (dvs. borehullets diameter 0, resistiviteten til borehullsfluidet, Rm) og for invasjonen (dvs. lengden av den invaderte sonen, Lzo, og resistiviteten til den invaderte sonen, Rzq) og den horisontale resistiviteten Rh. Resistiviteten til borehullsfluidet kan være tilveiebrakt tidligere, f.eks. av operatør-en. Verdien av borehullsdiameteren kan bestemmes ved å bruke en egnet anordning slik som en mekanisk caliper eller en akustisk caliper. I blokk 507 blir en invertering av dype 3DEX<SK->måledata foretatt ved å bruke resultater fra blokk 505. Det skal bemerkes at parameterne for nærsonen, Rxoog Lxo, ikke er oppdatert under inverteringen ved 507. Ved dette trinnet blir 3DEX-datainverteringen utført for å oppdatere tidligere bestemt horisontal resistivitet Rh og definere den vertikale resistiviteten Rv. I blokk 509 blir en anisotropisk undergrunnsmodell resultatet, som har anisotropi definert i hvert lag av den uforstyrrede sone. Et eksempel på bruken av invertering for analyse av gruppeinduksjonsloggedata er gitt i "Rapid well-site 2-D inversion of full-spectrum array induction data", Transactions of the 1996 SPE Annual Technical Conference and Exhibition, artikkel SPE 36505) . Ved bruk av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse kan parametere av interesse, slik som de vertikale og horisontale resistivitetene til formasjonen, lagtykkelser og lengde og resistivitet for den invaderte sonen bestemmes.

Det vises så til figurene 6a og 6b, hvor eksempler på resultater av bruk av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse på simulerte data og en sammenligning med en enkel invertering av 3DEX-data, er vist. Slamresistiviteten for generering av de simulerte data, var 0,02 fi-m. Fig. 6a svarer til en borehullsdiameter på 12 tommer, mens fig. 6b er for en borehullsdiameter på 8 tommer. Abscissen på hver figur er lengden av en simulert invasjonssone. I begge tilfeller var anisotropifaktoren 4,0.

De stiplede linjene 651a og 651b er resultatene av tidligere kjent invertering ved bruk av bare 3DEX-dobbel-frekvensdataene. For inverteringen var de innledende verdiene til modellparametrene innenfor 10 % av de virkelige verdiene. De heltrukne linjene 653a og 653b er resultatene av invertering ved bruk av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse, dvs. sekvensielle inverteringer av DLL- og 3DEX-dataene. Analyse av inverteringsresultatene viser at selv for moderat anisotropi, i nærvær av meget ledende slam, jo større blir feilen i den tidligere kjente fremgangsmåten jo dypere

invasjonssonen er.

Fig. 7 viser inverteringsresultater for et kort (30 fot) dybdeintervall. Alle dybder er relative. Det venstre sporet viser diameter- og gammastrålingsloggene. Sporene 2-3 viser resultatene av 3DEX-inverteringen og sporene 4-5 viser resultatene av den sekvensielle HDLL- og 3DEX-inverteringen over det valgte intervallet. Resultatene er presentert som blokkurver som indikerer resistiviteten til den invaderte sonen, Rxo, den horisontale resistiviteten Rh, den vertikale formasjonsresistiviteten, Rv og anisotropifaktoren X. Invasjonsdybden er i gjennomsnitt Lxo= 8-10". Den glatte kurven i sporene (2) og (4) er MLL.

Det er tydelig at 3DEX-induksjonsdatainverteringen gir, i gjennomsnitt, en 25 % høyere verdi av anisotropien (spor 3) enn den anisotropien som er oppnådd med anvendelse av den sekvensielle (HDLL) og induksjons (3DEX)-inverteringen (spor 5). Denne beregningen er i god overensstemmelse med resultater fra fig. 6.

Et eksempel på en utførelsesform av sonder for bruk i forbindelse med foreliggende oppfinnelse er vist på fig. 8. Vist på figuren er en rigg 710 på overflaten som er posisjonert over en undergrunnsformasjon av interesse 712. Riggen 710 kan være en del av en land- eller offshore-brønnproduksjons/konstruksjons-anlegg. Et brønnhull 714 dannet under riggen 710 innbefatter en foret del 716 og en åpen hulldel 718. I noen tilfeller (f.eks. under boring, avslutning, vedlikehold, osv.) blir en loggeoperasjon utført for å samle informasjon vedrørende formasjonen 712 og brønnhullet 714. Et sondesystem 800 blir typisk transportert ned i hullet via en kabel 810 for å måle en eller flere parametere av interesse vedrørende brønnhullet 714 og/eller formasjonen 712. Sondesystemet 800 kan innbefatte en eller flere moduler 802a, b som hver har en sonde eller et antall sonder 804a, b innrettet for å utføre en eller flere brønn-hullsoppgaver. For bruk med foreliggende oppfinnelsen omfatter disse modulene f.eks. en 3DEX-induksjonsmodul og den andre modulen kan være en dobbel laterologg. Uttrykket "modul" skal forstås å være en anordning slik som en sonde eller del som er egnet for å omslutte, romme eller på annen måte understøtte en anordning som skal utplasseres i et brønnhull. Selv om to moduler 802a, b og to tilknyttede verktøy 804a, b er vist, vil man forstå at et større eller lavere antall kan brukes.

I noen utførelsesformer kan sondesystemet 800 innbefatte telemetriutstyr 850, en lokal eller brønnhullsstyringsenhet 852 og en kraftforsyning 854 i brønnhullet. Telemetriutstyret 850 tilveiebringer toveis kommunikasjon for utveksling av datasignaler mellom en overflatestyringsenhet 812 og sondesystemet 800, så vel som for å overføre styresignaler fra overflateprosessoren 812 til sondesystemet 800. Behandlingen av dataene kan utføres i sin helhet nede i hullet, i sin helhet på overflaten eller en kombinasjon av disse to. Det skal videre bemerkes at selv om sondestrengen som er vist på fig. 7 er transportert ved hjelp av en kabel, kan transporten gjøres ved hjelp av oppkveilingsrør (CT) i nesten horisontale borehull.

Kombinasjonen av galvaniske målinger og induksjons-målinger kan effektivt utvide det dynamiske området til flerkomponentinduksjonsmålinger, noe som muliggjør bruk av denne teknologien i brønner boret med ledende WBM-systemer. Bruken av denne informasjonen fører til betydelig mer nøyaktige hydrokarbonestimater i elektrisk anistropiske, laminerte reservoarer. Med forholdsvis små modifikasjoner kan foreliggende oppfinnelsen også brukes i anvendelser ved måling under boring (MWD) hvor sensormodulene blir transportert ned i hullet på et borerør, slik som en bore-streng eller et oppkveilingsrør (CT).

Selv om den foregående beskrivelsen er rettet mot de foretrukne utførelsesformene av oppfinnelsen, vil forskjellige modifikasjoner være opplagte for fagkyndige på området. Selv om spesielle utførelsesformer av mikroresistivitets-sonden og induksjonsloggesonden er blitt diskutert ovenfor, vil man forstå at sondene kan brukes enten på en kabel eller i et MWD-miljø. Det skal videre forstås at de anisotropi-målingene som er diskutert ovenfor under henvisning til en induksjonsloggesonde, også kan oppnås ved å bruke en forplantningsresistivitetssonde. Det er ment at alle variasjoner innenfor rammen av de vedføyde patentkravene skal omfattes av den foregående beskrivelsen.

Claims (22)

1. Fremgangsmåte for å bestemme en parameter av interesse i en grunnformasjon der parameteren av interesse omfatter minst én av: (i) en vertikal resistivitet for grunnformasjonen, og (ii) en anisotropifaktor for grunnformasjonen, ved bruk av en sonde transportert i et borehull i grunnformasjonen,karakterisert vedfølgende trinn: a) å fremskaffe målinger som indikerer parameteren av interesse med et galvanisk instrument som reagerer på en egenskap ved grunnformasjonen i nærheten av borehullet (nærsonen); b) å bestemme fra nevnte målinger en første modell som omfatter en egenskap ved nærsonen; c) å fremskaffe flerkomponentmålinger som indikerer en vertikal resistivitet for grunnformasjonen; og d) å bestemme parameteren av interesse fra den første modellen og flerkomponentmålingene.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor den første modellen omfatter minst én av: (i) en tykkelse av et antall lag, (ii) en lengde og resistivitet for en invadert sone som svarer til antallet lag, og (iii) horisontale resistiviteter for grunnformasjonen utenfor den invaderte sonen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor borehullet har en awiksvinkel i forhold til en normal til et lagdelingsplan for grunnformasjonen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor det galvaniske instrumentet omfatter minst én av: (i) en dobbel laterologg/mikrolaterologg (DLL/MLL), og (ii) en høydefinisjons-laterallogg/mikrolaterologg (HDLL/MLL).

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor bestemmelsen av den første modellen omfatter: å utføre en invertering av målinger tatt av det første instrumentet.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor bestemmelsen av parameteren av interesse videre omfatter: å utføre en invertering av flerkomponentmålingene, hvor tykkelsen til lagene og lengden og resistiviteten som svarer til hvert av antallet lag blir bestemt i inverteringen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, hvor utførelsen av inverteringen videre omfatter: å definere en global objektivfunksjon som er summen av en dataobjektivfunksjon og en modellobjektivfunksjon.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6, hvor utførelsen av inverteringen videre omfatter: å bruke en hurtig inverteringsalgoritme.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, hvor den hurtige inverteringen blir utført hovedsakelig på brønnstedet.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor flerkomponentmålingene omfatter målinger tatt ved et antall frekvenser.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor flerkomponentmålingene omfatter målinger tatt ved to frekvenser.

12. Anordning for bruk i et borehull i en grunnformasjon til å bestemme en parameter av interesse ved grunnformasjonen, der parameteren av interesse omfatter minst én av: (i) en vertikal resistivitet for grunnformasjonen, og (ii) en anisotropifaktor for grunnformasjonen, karakterisert vedat den omfatter: a) et galvanisk instrument som reagerer på en egenskap ved grunnformasjonen i nærheten av borehullet (nærsonen); b) en prosessor for å bestemme en første modell fra målingene tatt av det galvaniske instrumentet, hvor modellen omfatter egenskaper ved nærsonen; c) et annet resistivitetsmåleinstrument for å fremskaffe målinger som indikerer en vertikal resistivitet for grunnformasjonen; og d) en prosessor for å bestemme parameteren av interesse fra den første modellen og målingene tatt ved hjelp av det andre instrumentet.

13. Anordning ifølge krav 12, hvor borehullets akse har en helningsvinkel til en normal til et lagdelingsplan for grunnformasjonen, og hvor prosessoren i (d) bestemmer parameteren av interesse ved videre å bruke helningsvinkelen.

14. Anordning ifølge krav 12, hvor det galvaniske instrumentet omfatter minst én av: (i) en dobbel laterologg/mikrolaterologg (DLL/MLL) og (ii) en høydefinisjonslaterallogg/mikrolaterologg (HDLL/MLL).

15. Anordning ifølge krav 12, hvor det galvaniske instrumentet omfatter en gruppeanordning.

16. Anordning ifølge krav 12, hvor det andre instrumentet omfatter en induksjonsanordning med et antall sender/mottaker-kombinasjoner, hvor minst én sender eller minst én mottaker omfatter en antenne med en akse som heller i forhold til en akse for det andre instrumentet.

17. Anordning ifølge krav 12, hvor modellen videre omfatter: (i) tykkelser for et antall lag, (ii) en lengde og en resistivitet for en invadert sone svarende til nevnte antall lag, og (iii) en horisontal resistivitet for grunnformasjonen utenfor den invaderte sonen.

18. Anordning ifølge krav 12, hvor prosessoren i (b) bestemmer den første modellen ved utføring av en invertering av målinger tatt ved hjelp av det galvaniske instrumentet.

19. Anordning ifølge krav 12, hvor prosessoren i (d) bestemmer parameteren av interesse ved utføring av en invertering av målingene tatt ved hjelp av det andre instrumentet, og hvor tykkelsene av lagene, og lengden og resistiviteten som svarer til hvert av antallet lag, blir bestemt ved inverteringen.

20. Anordning ifølge krav 12, hvor prosessoren i (d) utfører inverteringen hovedsakelig ved brønnstedet.

21. Anordning ifølge krav 12, hvor minst én av prosessoren i (b) og prosessoren i (d) er på et sted på overflaten.

22. Anordning ifølge krav 12, hvor minst én av prosessoren i (b) og prosessoren i (d) er nede i borehullet.