NO335989B1 - Fremgangsmåte og system for bestemmelse av drift for klokke nede i et borehull - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører teknikker til kalibrering av klokker. Mer bestemt vedrø-rer oppfinnelsen en prosess for å bestemme en klokkens drift ved oljefeltoperasjoner.

Innenfor industrigrenen oljeboring og oljeleting, brukes mange typer sensorer til å måle fenomener som er relatert til undergrunns fysiske egenskaper (eksempelvis tetthet, konduktivitet eller porøsitet) for å evaluere undergrunnstilstander, vanligvis benevnt brønnlogging. De fleste av disse målingene kan utføres enten etter at et borehull har blitt boret, ved bruk av et kabelverktøy, eller samtidig med boringen av borehullet, d.v.s. logging-under-boring (logging-while-drilling, eller LWD) eller måling-under-boring (measurement-while-drilling (MWD). LWD/MWD målinger utføres generelt med verktøy som er montert inne i vektrør som danner en del av en borestreng.

En type av LWD/MWD teknikk bruker lydbølger, også benevnt seismiske eller akustiske bølger, for å måle undergrunnsegenskaper. Disse seismiske systemene krever generelt en seismisk kilde, sensorer og et minne og en beregningsinnretning for å lagre og prosessere de mottatt seismiske signaler. Konvensjonelle seismiske kilder generer en fysisk forstyrrelse som frembringer akustiske eller seismiske signaler som forplanter seg gjennom undergrunnsmediet (formasjonen eller vann), og som detekteres av enn fjerntliggende akustisk sensor. De akustiske sensorer (hydrofoner eller geofoner) kan være lokalisert i en borestreng for LWD/MWD målinger, eller i et segment av et foringsrør for overvåkingsoperasjoner, og typisk i nærheten av kilden. Geofonene eller hydrofonene i borestrengen sender de detekterte signaler til en minne- og beregningsenhet som prosesserer signalene. US patent n r 6308137, 5585556, 5130949, 5144589, 6430508 og 4363112 beskriver generelt seismiske må-leteknikker for oljefelt.

De akustiske signaler eller bølger som frembringes av den seismiske kilde er

periodiske vibrasjonsforstyrrelser som er et resultat av den akustiske energi som forplanter seg gjennom mediet. Disse signalene detekteres av hydrofonene eller geofonene og er typiskkarakterisert vedsin frekvens, amplitude og forplantningshastighet. Transittidene eller ankomsttidene for de akustiske signalene gjennom undergrunnsmediet tilveiebringer nyttig informasjon om undergrunnsegenskapene. Klokker eller kronometere brukes til å bestemme den medgåtte tid mellom den initiale avfyring av kilden og mottaket av signalene som detekteres ved sensoren. Anvendelse av stan-

dard fysiske prinsipper ved bruk av signalhastighet, medgått tid og avstand, gjør det mulig å bestemme undergrunnsparameterne i den seismiske måling. Som kjent innen faget er forplantningshastigheten til et akustisk signal påvirket av mediet, og dette må tas hensyn til ved seismiske målinger.

En måte til å ta hånd om påvirkningen fra mediet på seismiske målinger er kjent som en «checkshot» måling. Et checkshot eller et testsignal sendes en kjent avstand gjennom mediet, og signalets gangtid brukes til å bestemme signalhastighe-ten. Den medgåtte gangtiden for det akustiske signalet bestemmes typisk ved bruk av en klokke som er tilkoplet kilden og er synkronisert med en klokke som er tilkoplet til fjerntliggende sensor. På denne måte muliggjør de to klokker, sammen med en prosesseringsinnretning, en presis beregning av transittiden eller ankomsttiden for det seismiske signal mellom kilden og den fjerntliggende sensor.

Bruken av uavhengige klokker for å bestemme signalets medgåtte gangtid har sine ulemper. Ved konvensjonelle bore- og overvåkingsoperasjoner, er måleanord-ningen typisk plassert i undergrunnsmedier i lange tidsperioder. Jo lengre periode med vedvarende undergrunnsmålinger, jo større blir påvirkningen på den naturlige drift mellom kildeklokken og sensorklokken for de seismiske målinger, med mindre klokkene kalibreres tilbake til synkronisering. Graden av drift mellom klokkene påvir-kes av faktorer som inkluderer kalibreringsfeil, klokkenøyaktighet og klokkehuset (temperaturstyring, støtbestandighet, o.s.v.). Forskjellige løsningsmåter har blitt utviklet for å løse problemet med klokkedrift. US patent nr. 6078868, 6400646, 6131694, 4281403 og US publisert patent søknad nr. 2002/0060952A1 beskriver forskjellige løsningsmåter for å kompensere for klokkedrift.

Det gjenstår et behov for forbedrede teknikker til å bestemme klokkedrift og for å kompensere for slik drift eller kalibrere klokkene.

Oppfinnelsen tilveiebringer en fremgangsmåte til å bestemme driften av en klokke som er tilpasset til undergrunnsplassering. Fremgangsmåten inkluderer å sende et seismisk signal gjennom et undergrunnsmedium fra en opphulls lokalisering på et valgt tidspunkt; mottak av et akustisk signal som er tilknyttet det sendte seismiske signal ved bruk av en akustisk sensor ved en identifisert nedihulls lokalisering; bestemmelse av en første transittid for det akustiske signal som er mottatt ved nedihulls lokaliseringen med bruk av klokken; sending av et andre seismisk signal gjennom undergrunnsmediet fra opphullslokaliseringen ved et andre valgt tidspunkt; mottak av et akustisk signal som er tilknyttet det andre sendte seismiske signal med den akustiske sensor igjen plassert på den identifiserte nedihulls lokalisering; bestemmelse av en annen transittid for det mottatte signal som er tilknyttet det andre sendte seismiske signal ved bruk av klokken; og beregning av en differanse mellom den første og annen transittid for signalene.

Oppfinnelsen tilveiebringer et system for å bestemme driften av en klokke som er plassert på et verktøy som er egnet til undergrunnsplassering. Systemet inkluderer en akustisk sensor som er plassert på verktøyet og er egnet til å motta akustiske signaler i henhold til en plan; prosesseringsmidler som er tilkoplet den akustiske sensor for prosessering av de mottatte akustiske signaler; prosesseringsmidlene er tilkoplet klokken og inkluderer midler for å bestemme ankomsttider for de akustiske signaler som mottas ved identifiserte undergrunnslokaliseringer; prosesseringsmidlene inkluderer midler for å beregne en differanse mellom de bestemte ankomsttider som korresponderer til de akustiske signaler som mottas ved de identifiserte undergrunnslokaliseringer; og prosesseringsmidlene inkluderer midler for å justere klokken eller an-komsttidsbestemmelser basert på den beregnede tidsdifferanse.

Kort beskrivelse av tegningene:

Fig. 1 er en skjematisk illustrasjon av et eksemplifiserende seismisk målesys-tem ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 er et forenklet blokkdiagram av overflateutstyret i et system ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 er et forenklet blokkdiagram av nedihullsutstyret i et system ifølge oppfinnelsen.

Fig. 4 er et flytskjema for en prosess ifølge oppfinnelsen.

Fig. 5 er et flytskjema for en prosess ifølge oppfinnelsen.

Fig. 1-3 viser et konvensjonelt system for fremskaffelse av seismiske målinger ved oljefeltoperasjoner. Systemet inkluderer overflateutstyr eller opphullsutstyr 10 og undergrunnsutstyr eller nedihullsutstyr 12, som inkluderer et LWD/MWD verktøy. Opphullsutstyret inkluderer en seismisk kilde 14 (i dette tilfelle en gruppe) som er til koplet et avfyringssystem 16, en programmerbar prosessor 18, og en klokke 20 som er tilkoplet prosessoren. I illustrasjonen på fig. 1 er avfyringssystemet, prosessoren og klokken lokalisert på en offshorerigg 22 og den seismiske kilde 14 er utplassert nær riggen, nær vannets overflate. Opphullsutstyret 10 inkluderer også fortrinnsvis akustiske sensorer 24 og en registrator 26 for å fange opp referansesignaler nær kilden. Opphullsutstyret 10 inkluderer videre fortrinnsvis telemetriutstyr 28 for mottakk av LWD/MWD signaler fra nedihullsutstyret via telemetrimidler som er kjent innen teknikken. Telemetriutstyret 28 og registratoren 26 er fortrinnsvis tilkoplet prosessoren 18, slik at registreringene kan synkroniseres ved bruk av klokken 20.

Nedihullsutstyret 12 inkluderer én eller flere akustiske sensorer 30 som er

plassert på verktøyet, signalprosesseringsutstyr 32, minne 34 og en klokke 36. Sensorene) 30, klokken 36 og minnet 34 er tilkoplet signalprosessoren 32, slik at det kan utføres registreringer av signaler som er detektert av sensorene i synkronisering med avfyringen av den seismiske kilde 14. Nedihullsutstyret 12 inkluderer også fortrinnsvis en bevegelsessensor 31, en slamstrømsensor 33, og LWD/MWD telemetriutstyr 38 for å sende data til opphullsutstyret 10. Som vist på fig. 1 danner nedihullsutstyret 12 en del av en borestreng 40 som er plassert i et borehull under havbunnen. Klokkene 20 og 36 er fortrinnsvis nøyaktige nok til at de opprettholdes innenfor noen få millise-kunder fra hverandre mens de er i operasjon.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en beregning av klokkens 36 drift. Iføl-ge en utførelse av oppfinnelsen, ved en eller annen dybde, og ved et forhåndsbe-stemt tidsvindu eller plan, avfyres kilden 14. Sensoren(e) 30 mottar signalet og klokken 36 og signalprosessoren 32 fastsetter tiden for det og registrerer det med hensyn til tidsvinduet. Hver registrering er et tidsintervall, eksempelvis 3 sekunder, som synkroniseres med planen for det opphulls plasserte avfyringssystem, slik at hvis et signal blir generert, vil det oppfanges i en registrering. De detekterte signaler inneholder både sendte og reflekterte bølgeformer.

Innholdet i minnet 34 prosesseres med prosessoren 32 for å bestemme antal-let skudd, midlere ankomsttid eller transittid, og midlere amplitude for de detekterte signalene. Disse dataene kan sendes til overflaten eller en annen fjerntliggende lokalisering ved bruk av borefluidet, elektromagnetiske telemetrimidler eller via en hvilken som helst annen konvensjonell telemetriteknikk. Alternativt kan informasjonen lagres i minnet 34 og hentes ut når verktøyet trekkes ut av borehullet. I en utførelse blir de detekterte signalbølgeformene kodet av prosessoren og registrert for overflatetolk-ning. Som kjent innen teknikken blir sirkulasjon av borefluid fortrinnsvis avbrutt når sensoren 30 i verktøyet aktiveres for registrering av akustiske signaler som avgis fra den seismiske kilde 14.

Ifølge oppfinnelsen, når verktøyet beveger seg gjennom undergrunnsmediet, innsamles transittider eller ankomsttider på større dybder. Hvert innsamlede signal korreleres til en identifiserbar undergrunnslokalisering ved bruk av en hvilken som helst av de velkjente teknikker for å spore lokaliseringen eller dybden av verktøyet. Et hvilket som helst av de identifiserbare målepunkter blir da valgt som et referansepunkt, og på et senere tidspunkt i boreoperasjonen eller måleoperasjonen trekkes verktøyet tilbake til det valgte referansepunkt, og en ny bølgeform samles inn. En beregning av differansen i tilsynelatende ankomsttider etablerer klokkens drift. Siden undergrunnsmediet ikke har blitt endret, skyldes tidsdifferansen driften av klokken.

Så snart klokkens drift er bestemt, kan den brukes til å korrigere alle de etter-følgende målinger. I en utførelse justeres referansetidspunktene forover eller bakover med den målte driften. En annen utførelse innebærer justering av de innsamlede da-ta basert på en antakelse om lineær drift med tiden. Etter som operasjonen med dens seismiske måling fortsetter, kan verktøyet trekkes tilbake ved spesifikke tidsin-tervaller eller dybdeintervaller, og beregninger av drift kan gjøres ved bruk av et hvilket som helst av de ønskede referansepunkt. I en utførelse trekkes verktøyet alltid tilbake til et initialt sjekkpunkt for drift for å minimalisere feilakkumulering. I enda en annen utførelse sammenlignes flere punkter på den detekterte signalbølgeformen i stedet for bare det første ankomst/avbøyningspunktet. På denne måte oppnås en mer robust måling, og det kan utføres en statisk analyse på de flere punkter for å bestemme klokkens drift. Ytterligere signalanalyser kan utføres på de detekterte bølge-former for å øke nøyaktigheten av kalibreringen. US patent nr 6308137 beskriver for eksempel en teknikk som kan implementeres sammen med den foreliggende oppfinnelse for å bestemme et sant kildesignal og eliminere ubrukbare data. Fig. 4 illustrerer en utførelse av oppfinnelsen i flytskjemaform. Prosessen begynner ved 100 med sendingen av et seismisk signal gjennom undergrunnsmediet fra en opphullslokalisering på et valgt tidspunkt. Ved 105 mottas et akustisk signal som er tilknyttet det sendte seismiske signal ved bruk av en akustisk sensor ved en identifisert nedihulls lokalisering. Ved 110 bestemmes en første transittid for det akustiske signal som mottas ved lokaliseringen nedihulls ved bruk av klokken nedihulls. Ved 115 sendes et andre seismisk signal gjennom undergrunnsmediet fra den opphulls plasserte lokaliseringen på et andre valgt tidspunkt. Et akustisk signal som er tilknyttet det andre sendte seismiske signal mottas med den akustiske sensor som igjen er plassert på den identifiserte nedihulls lokalisering ved 120. Ved 125 bestemmes en annen transittid for det mottatte signal i trinn 120 ved bruk av klokken. Deretter, ved 130, beregnes en differanse mellom den første og annen transittid for signalene. Fig. 5 viser en utførelse av oppfinnelsen i flytskjemaform. Prosessen begynner ved 200 med sporing av lokaliseringen av verktøyet mens det er i undergrunns-transitt. Ved 205 sendes et signal gjennom undergrunnsmediet fra en undergrunns seismisk kilde ved et valgt tidspunkt. Ved 210 mottas et akustisk signal som er tilknyttet det sendte signal ved en akustisk sensor som er plassert på verktøyet når verkt-øyet er i en identifisert undergrunns lokalisering. Deretter, ved trinn 215, bestemmes en første transittid for det mottatte akustiske signal ved bruk av klokken. Ved 220 blir verktøyet deretter returnert til den identifiserte undergrunnslokalisering. Ved 225 sendes et andre signal gjennom undergrunnsmediet fra dens seismiske kilde som er plassert ved overflaten på et andre valgt tidspunkt. Ved 230 mottas et akustisk signal som er tilknyttet det andre sendte signal ved den akustiske sensor med verktøyet plassert i den identifiserte undergrunnslokalisering. En annen transittid for det mottatte akustiske signal i trinn 230 bestemmes ved bruk av klokken i trinn 235. Deretter, ved 240, beregnes en differanse mellom den første og annen transittid for signalene.

Det vil være åpenbart for fagpersoner innen området at denne oppfinnelsen kan implementeres ved å programmere én eller flere egnede universale datamaski-ner som har passende maskinvare. Programmeringen kan utføres ved bruk av én eller flere programlagringsinnretninger som kan leses av datamaskinprosessoren, og koding av ett eller flere programmer for instruksjoner som kan utføres av datamaskinen for utførelse av de operasjoner som er beskrevet ovenfor. Programlagringsinn-retningen kan ha form av eksempelvis én eller flere floppy disker; en CD ROM eller en annen optisk disk; et magnetbånd; en brikke med et leselager ("read only me-mory" chip (ROM)) og andre former av den type som er velkjent innen faget eller som senere vil bli utviklet. Programmet med instruksjoner kan være «object code», d.v.s. i binær form som kan utføres mer eller mindre direkte av datamaskinen; i «kilde kode» som krever kompilering eller tolking før utførelse; eller i en mellomliggende form så som delvis kompilert kode. Den nøyaktige form for programlagringsinnretning og ko-dingen av instruksjonene er her uten betydning. Disse prosesseringsmidlene kan så-ledes implementeres i opphullsutstyret 10, i nedihullsutstyret 12, eller deles av de to, hvilket er kjent innen teknikken.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte til bestemmelse av drift for en klokke (36) som er egnet til undergrunnsplassering, omfattende; (a) sending av et seismisk signal gjennom et undergrunnsmedium fra en lokalisering opphulls på et valgt tidspunkt; (b) mottak av et akustisk signal som er tilknyttet det sendte seismiske signal ved bruk av en akustisk sensor (30) ved en identifisert nedihulls lokalisering; (c) bestemmelse av en første transittid for de akustiske signal som er mottatt ved lokaliseringen nedihulls ved bruk av klokken; (d) sending av et andre seismisk signal gjennom undergrunnsmediet fra lokaliseringen opphulls på et andre valgt tidspunkt, karakterisert ved(e) mottak av et akustisk signal som er tilknyttet det andre sendte seismiske signal med den akustiske sensor igjen plassert ved den identifiserte nedihulls lokalisering; (f) bestemmelse av en andre transittid for det mottatte signal i trinn (e) ved bruk av klokken; og (g) beregning av en differanse mellom den første og andre transittid for signalene.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat trinn (g) inkluderer registrering av den beregnede tidsdifferanse.

3. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1 til 2, videre karakterisert vedjustering av klokken eller bestemmelsene av transittiden basert på den beregnede tidsdifferanse.

4. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1 til 3, karakterisert vedtrinn (c) eller (f) inkluderer overføring av den bestemte transittid til en fjerntliggende lokalisering.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat trinn (d) inkluderer overføring av det andre seismiske signal i henhold til en plan.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, videre karakterisert vedbestemmelse av en hastighet for klokkens drift basert på den beregnede tidsdifferanse.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat den videre omfatter gjentakelse av trinn (a) til (g) med den akustiske sensor plassert ved forskjellige identifiserte lokaliseringer nedihulls .

8. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1 til 4, karakterisert vedat den akustiske sensor og klokken er plassert på et verktøy som danner en del av en borestreng (40).

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre karakterisert vedanalysering av flere punkter på en bølgeform som er tilknyttet det sendte signal i trinn (a) eller de mottatte signaler i trinn (b) og (e).

10. System til bestemmelse av driften av en klokke (36) som er plassert på et verktøy som er egnet til undergrunnsplassering, omfattende: en akustisk sensor (30) som er plassert på verktøyet og er egnet til å motta akustiske signaler; prosesseringsmidler (32) som er tilkoplet den akustiske sensor for prosessering av de mottatte akustiske signaler; hvilke prosesseringsmidler er tilkoplet klokken og inkluderer midler for å bestemme ankomsttider for de akustiske signaler som mottas ved spesifikt identifiserte undergrunnslokaliseringer, karakterisert vedat prosesseringsmidlene inkluderer midler for å beregne en differanse mellom de bestemte ankomsttider som korresponderer til de akustiske signaler som er mottatt ved de samme spesifikke identifiserte undergrunnslokaliseringer; og at prosesseringsmidlene inkluderer midler for å justere klokken eller bestemmelsene av ankomsttiden basert på den beregnede tidsdifferanse.

11. System ifølge krav 10, videre karakterisert veden fjerntliggende seismisk kilde (14) som er egnet til å sende undergrunnssignaler i henhold til planen.

12. System ifølge ett av kravene 10 til 11, karakterisert vedat verktøyet omfatter midler for å overføre ankomsttidene til en fjerntliggende lokalisering.

13. System ifølge ett av kravene 10 til 12, videre karakterisert vedminne som er tilkoplet til prosesseringsmidlene for å lagre de akustiske signaler som er mottatt ved de identifiserte undergrunnslokaliseringer.

14. System ifølge krav 13, karakterisert vedat prosesseringsmidlene inkluderer midler for å kode de akustiske signaler som er mottatt ved de identifiserte undergrunnslokaliseringene.

15. System ifølge krav 14, karakterisert vedat prosesseringsmidlene inkluderer midler for å bestemme en hastighet for klokkens drift basert på den beregnede tidsdifferanse.

16. System ifølge ett av kravene 10 til 13, karakterisert vedat prosesseringsmidlene inkluderer midler for å analyse-re flere punkter på en bølgeform som er tilknyttet de akustiske signaler.