NO338666B1

NO338666B1 - Brønnboringsresistivitetsverktøy med multiple samtidige frekvenser

Info

Publication number: NO338666B1
Application number: NO20014481A
Authority: NO
Inventors: Macmillan Wisler; Larry W Thompson
Original assignee: Weatherford Canada Partnership
Priority date: 2000-09-15
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2016-09-26
Also published as: US6703837B1; GB2372327A; CA2357340A1; CA2357340C; GB0122391D0; NO20014481L; NO20014481D0

Description

Denne oppfinnelsen vedrører generelt brønnlogging, og mer spesielt en brønnloggingsanordning og fremgangsmåte for hurtig å utvikle data for å bestemme slike formasjonsegenskaper som resistivitet. Anordningen og fremgangsmåtene har generelle applikasjoner, men er spesielt velegnet for å måle under boring applikasjoner som anvender avansert, høyhastighetsboreanordninger.

Resistivitet er en velkjent parameter som brukes ved å evaluere jordformasjoner som omgir et brønnborehull. Ved olje og gass lete- og produksjonsindustrien blir et mål på resistiviteten brukt til å skildre hydrokarboner fra saltvann innenfor porerom i jordformasj on som gjennomtrenges av borehullet. Det grunnleggende hovedprinsippet som basis for målingen er at for en gitt formasjonsmatrise vil formasjonen som inneholder mest resistivt hydrokarbonfluid i porerommet inneha større kompositt-resistivitet enn den samme formasjonen som inneholder mindre resistivt saltvannsopp-løsning innenfor det samme porerommet.

Under utviklingen av teknikken ble resistivitetsinstrumenter eller "verktøy" opprinnelig ført langs brønnboringen ved hjelp av en wirelinekabel. Denne teknikken er fremdeles meget brukt i dag. Resistivitet relaterte målinger blir overført til overflaten ved hjelp av wireledningen for videre behandling, tolkning og registrering. Denne teknikken kan bare anvendes i borehull som er boret på forhånd.

I petroleumsindustrien er det økonomisk og driftsmessig ønskelig å evaluere jordformasj oner ettersom de blir gjennomtrengt av en borkrone snarere enn å vente inntil hele brønner har blitt boret, hvilket er nødvendig ved konvensjonell wirelinelogging. Anordninger og fremgangsmåter for å evaluere formasjoner samtidig som det bores ble kommersielt tilgjengelig i løpet av 1970-årene. Denne teknologien som er kjent som måling under boring (MWD) eller alternativt, logging under boring (LWD), innbefatter nå et bredt område av formasjonsevalueringsinstrumentering som typisk er montert innenfor et vektrør eller en borestreng og bli ført langs borehullet av borestrengen under boreoperasjonen. Innenfor tilgjengelig MWD-systemet er det inkludert resistivitetssystemer. I tillegg til å tilveiebringe tidsriktig formasjons-resistivitetsmålinger mens brønnen blir boret, kan MWD-resistivitetsmålinger være mer nøyaktige enn deres wirelinemotparter. Brønnborehull blir vanligvis boret under bruk av borefluider ved et trykk som overskrider formasjonstrykket. Over tid "invaderer" borefluid formasjonen i området ved borehullet og forstyrrer derved komposittresistivitetsmålinger utført med et verktøy i borehullet. Invasjonen er minimal ved tidspunktet for boringen og øker vanligvis over tid etter komplettering av boreoperasjonen. MWD-resistivitetsmålinger utført under den virkelige boreoperasjonen er derfor mindre forstyrret av invasjon enn wirelineresistivitetsmålinger utført etter at brønnen har blitt boret. Invasjon og kompensasjon for virkningene av invasjon skal beskrives mer detaljert i det etterfølgende.

Resistivitetsmåleverktøy innbefatter vanligvis en eller flere senderspoler og en eller flere mottakerspoler. Videre blir det vanligvis brukt fler enn en sende- eller transmisjonsfrekvenser. Generelt uttalt blir det brukt multiple sender- og mottakerspoler og multiple transmisjonsfrekvenser for å oppnå komposittresistivitetsmålinger fra forskjellige radiale dybder inn i formasjonen for å kunne kompensere for den tidligere nevnte borefluidinvasjonseffekten, for å måle et bredere område av resistiviteter, for å bestemme synkende formasjonslag, for å måle formasjonsanisotropivariabler, og å måle distansen til tilstøtende lag i geostyrende boreoperasjoner. Forplantningstype-resistivitetssystemer som måler både faseforskyvning og dempning av sendte signaler blir mye brukt i tidligere kjente MWD-systemer. For tiden blir denne typen system ikke brukt for wirelinemålinger, men deres relativt lave kostnader, lille fysiske størrelse og høye nøyaktighet gir en attraktiv tilføyelse til wirelineloggearsenalet av verktøy.

U.S. patent nr. 5,581,024 til Meyer, Deady og Wisler, beskriver en dybdekorreksjons-og beregningsanordning og fremgangsmåte for å kombinere multiple borehullresistivi-tetsmålinger. U.S. patent nr. 5,594,343, til Clark, Wu, og Grijalva, beskriver et resistivitetsbrønnloggeapparat og fremgangsmåter med borehullkompensasjon, innbefattende multiple sendere anordnet asymmetrisk om et par mottaksantenner. U.S. patent nr. 5,672,971, til Meador, Meisner, Hall, Thompson og Murphy, beskriver et resistivitetsbrønnloggingssystem anordnet for stabil, høysensitivt mottak av forplantende elektromagnetiske bølger. U.S. patent nr. 5,682,099, til Thompson, Wisler og Schneider, beskriver en fremgangsmåte for båndpassampling i MWD-systemer, som kan anvendes på multippel frekvensresistivitetssystemer. Dette patentet er ment å være innlemmet her som referanse for beskrivelsesformål slik som bruken av sendere og mottakere for å samle informasjon vedrørende resistiviteten til formasjonen i området til en brønnboring. U.S. patent nr. 5,892,361, til Meyer, Thompson, Wisler og Wu beskriver bruken av råamplitude og fase ved forplantningsresistivitetsmålinger for å måle borehullmiljøet. U.S. patent nr. 5,329,235, til Zhou, Hilliker og Norwood beskriver en fremgangsmåte for å behandle signaler fra et MWD- resistivitetsloggeverktøy for å øke den vertikale oppløsningen. Det er også andre beskrivelser på det tekniske området som angir forskjellige konfigurasjoner, frekvenser og behandlingsfremgangsmåter for resistivitetsloggeverktøy.

EP 0368762 A2 beskriver et resistivitetsverktøy som sender elektromagnetiske signaler i forskjellige frekvens samtidig fra en sonde og registreres ved mottakere i flere områder. Frekvens som brukes er avhengig av seperasjonen mellom senderen og mottakergruppen.

GB 2221309 A omhandler et verktøy som måler resistiviteten til berggrunnen rundt et borehull ved å sende ut elektromagnetiske signaler med tre forskjellige frekvenser samtidig fra minst tre senderantenner.

I tidligere kjente systemer som bruker multippelgransmisjonfrekvenser blir målinger foretatt sekvensielt ved bruk av en sender og en frekvens av gangen. På grunn av den relativt sakte boreinntrengningshastigheten til de tidligere MWD-målesystemene har ikke tidsforbruket ved sekvensiell multippel frekvensmisjon ikke oppvist et betydelig vertikalt dybdeoppløsningssystem. Industrien utvikler seg imidlertid mot flere og hurtigere enn MWD-målinger, spesielt når målingene blir utført når borestammen fjernes eller "trippes" fra borehullet for formål å endre en borkrone eller et annet formål. Sekvensielle frekvenstransmisjonssystemer er ødeleggende for disse hurtigere fremgangsmåtene. Siden wirelineloggeverktøy blir ført langs borehullet med mye større hastighet enn deres MWD-motparter, er i tillegg sekvensiell snarere enn simultan multippel frekvenstransmisjon ennå mer ødeleggende. Ingen tidligere kjent teknikk beskriver et MWD-resistivitetloggingssystem som bruker multiple sender og mottakere og multiple transmisjonsfrekvenser som blir sendt samtidig snarere enn sekvensielt.

I lys av de tidligere kjente systemene som er beskrevet ovenfor er et formål med den foreliggende oppfinnelsen å tilveiebringe et forplantningsresistivitets-MWD-loggingssystem som anvender minst to transmisjonsfrekvenser som sendes samtidig.

Et annet formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe et MWD-forplantningsresistivitetsloggingssytem som anvender minst to sendere for å sende minst to forskjellige frekvenser samtidig.

Nok et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et MWD-forplantnings-resistivitetsloggingssystem hvor en enkelt sender ved to forskjellige frekvenser samtidig.

Nok et annet formål med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe et MWD-forplantningsresistivitetsloggingssytem som anvender minst to sendere og to mottakere som må kombineres suksessivt for å gi faseforskjell og dempningsfaktormålinger som blir kompensert for negativ innvirkning på systemsender og mottakerfeil.

Nok et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et forplantningsresistivitets-målesystem som tilfredsstiller de ovenfor nevnte formålene og kan konfigureres som et verktøy for wirelineloggingsoperasjoner.

Det er også andre formål og applikasjoner ved den foreliggende oppfinnelsen som vil bli tydeliggjort i den etterfølgende beskrivelsen.

Den foreliggende oppfinnelsen er et forplantningsresistivitetssystem som anvender en eller flere senderspoleantenner, eller "sendere" og minst to mottakerspoleantenner, eller "mottakere". Systemet bruker et brønnboringsresistivitetsverktøy eller brønnloggingsanordning som, som illustrert kan være utført som et MWD-verktøy, men kan alternativt være utført som et wirelineverktøy. Oppfinnelsen skal beskrives under bruk av to sendere, to mottakere, og to frekvenser. Utvidelse til tre eller flere sendere og/eller frekvenser er enkelt og elementært og vil forstås av en vanlig fagkyndig på området. To sendere kan være adskilt like mye på hver side av to adskilte mottakere. Hver av de to senderne sender samtidig. En sender opererer med en høy frekvens, slik som to megaHerz (MHz), som er en industristandard. Den andre senderen opererer på en lavere frekvens, som kan være nominelt så lav som omtrent 100 kiloHertz (kHz). Høyfrekvenssignalet inntrenger en relativt grunn radial distanse inn i formasjonen og lavfrekvensen trenger inn til en radial dybde som overskrider inntrengningen til høyfrekvensen. Komposittmålinger utført ved to radiale dybder ble brukt for å kompensere for faktorer som har en negativ innvirkning på resistivitetsmålinger i det nærmest liggende området til borehullet. Slike faktorer innbefatter invasjon, variasjoner i borehullstørrelse, variasjoner i borefluid og lignende.

Høyfrekvenssignalet kan sendes fra den første senderen Tl og lavfrekvenssignalet kan sendes samtidig fra den andre senderen T2 under et tidsintervall ta. Ved et senere tidsintervall tb skjer det motsatte. Det vil si at det er en samtidig sending av høyfrekvessignalet fra senderen T2 og lavfrekvenssignalet fra Tl. Alternativt kan både høy- og lavfrekvensene sendes samtidig fra Tl, og deretter kan både høy og lavfrekvensene sendes samtidig fra T2.1 begge utførelsene blir to frekvenser sendt samtidig fra verktøyet slik at de forplanter seg inn i formasjonen og frembringer signaler som deretter detekteres av mottakerne.

Under bruk av den første transmisjonssekvensen blir den høye frekvensen eller det første frekvenssignalet fra Tl mottatt ved den nærmest adskilte mottakeren RI med en fase 4>m målt i grader eller radianer og relativt til fasen til det sendte signalet (det første tallet etter $ indikerer senderen hvorfra signalet ble sendt, det andre tallet etter $ indikerer at signalet blir mottatt av den første mottakeren, og det tredje tallet indikerer at signalet blir sendt ved en første frekvens). Høyfrekvens eller det første frekvenssignalet fra den første senderen Tl blir også mottatt i den første mottakeren RI, dempet i forhold til sendersignalet med en størrelse am målt i desibel eller neper. Tallet etter a indikerer det samme som de tre tallene etter fasen. Samtidig blir fasen og dempningen til signalet fra senderen Tl mottatt i mottakeren R2 med frekvens 1, 4>i2i og am- Det er vel kjent på området at faseforskjellen <()i2i - 4>in og dempningsdifferansen am - am er funksjoner av formasjonsegenskaper og forhold i området i nærheten av borehullet og mottakerantennene, og kan defineres som en faseforskj ell A(|>11 og dempningsforskjell Aocl 1.1 hvert tilfelle indikerer det første tallet etter A. § eller Aoc fra sender Tl og det andre tallet indikerer frekvens 1. Spesielt er faseforskj ellen og dempningsforskj ellen funksjoner av resistiviteten til formasjonen. T2 sender samtidig et signal med den lave frekvensen, angitt med subskriptet 2, som ble mottatt av R2 og av RI og definerer derved faseforskj ellen A§22og dempningsforskj ellen Aoc22.1 målesekvensen sender så T2 den høye frekvensen, som ble mottatt i R2 og RI og definerer derved en fase og dempningsforskjell Aføiog Aa.21. Tl sender samtidig et signal med den laveste frekvensen som blir mottatt av RI og R2, og derved defineres en fase og dempningsforskjell Afynog Aoci2. Uttrykkene Acjjnog Aføiblir kombinert for å gi en kompensert faseforskjell A<J>ci= (A4>n+ A(|>2i)x 1/2. På tilsvarende måte blir uttrykkene Aocnog Aa.21kombinert for å gi en kompensert dempningsforskjell Aaci= (Aocn+ Aoc2i)x 1/2. Og på samme måte blir uttrykkene A$ n, ^ 22 og A042og Aa.22kombinert for å gi kompensert faseforskjell A$ c2 = ( A$ n + A(|>22)x 1/2 og dempningsforskjell Aac2= (A0C12+ A0C22)x 1/2.

Transmisjon blir vekslet fra sender Tl til T2 og tilbake igjen til sender Tl i den første utførelsen av oppfinnelsen. I den andre utførelsen sender Tl samtidig høy- og lavfrekvenser, også i målesekvensen sender T2 samtidig høy- og lavfrekvenser. Kompenserte størrelser $ Cr, 4>cl, så vel som aCH og aCLblir beregnet på samme måte.

Som vel kjent innen industrien, blir kompenserte størrelser Afyci, A§C2, Aaci og Aocc2så brukt separat og/eller kombinert for å bestemme formasjonsresistiviteter og deretter formasjonshydrokarbonmetning, til tross for virkningene av invasjon, borehullfluider og systematiske utstyrsfeil.

Oppfinnelsen skal nå beskrives under henvisning til tegningene, der:

Fig. 1 viser et resistivitetsverktøy utført som et MWD-system; Fig. 2 viser et resistivitetsverktøy utført som et wirelineloggingssystem; Fig. 3 viser et resistivitetsverktøy med et par mottakere og N/2 par sendere; Fig. 4 viser kretsene som styrer driften av sendere og mottakere til et

resistivitetsverktøy;

Fig. 5 er et tidsskjema for et verktøy som samtidig sender to forskjellige frekvenser

ved bruk av to sendere;

Fig. 6 er et tidsskjema over et verktøy som samtidig sender to forskjellige frekvenser

fra den samme senderen; og

Fig. 7 er et flytskjema over fremgangsmåten for å måle fase- og amplitudeparametere,

kompensere disse målingene for systematiske sender- og mottakerfeil, og kombinere kompenserte fase- og amplitudemålinger utført ved multiple frekvenser for å tilveiebringe formasjonsresistivitet.

Resistivitetsverktøyet som er illustrert kan være utført som et MWD-verktøy eller som et wirelinesystem. Begge utførelsene skal beskrives.

Fig. 1 viser oppfinnelsen utført som et MWD-system. Mottakere RI og R2, angitt med henholdsvis 22 og 20 er adskilt en avstand 28 på den ytre overflaten av et fortrinnsvis rustfritt stålforingsrør 10 som typisk er et vektrør. Sendere Tl og T2, angitt med de respektive henvisningstallene 16 og 18, er likt adskilt en avstand 26 fra mottakerne RI og R2. Dimensjonen 28 kan for eksempel være omtrent 15,24 cm (6 tommer), og dimensjonen 26 kan for eksempel være omtrent 76,2 cm (30 tommer). Senderne og mottakerne blir drevet og styrt av en elektronikkpakke 29 som er montert innenfor en vegg av foringsrør 10. Pakken 29 kan også inneholde telemetriutstyr for å sende målte data til overflaten i sanntid, eller alternativt registrere dataene for påfølgende tilbakespilling, behandling og analyse. MWD-verktøyet er en komponent av en borestreng som er terminert ved den nedre enden av en borkrone 29 og ført langs borehullet 14 av borerør 12. Resistivitet til formasjonen 11 som gjennomtrenges av borehullet 14 kan måles mens borestrengen fremføres i borehullet, eller mens borestrengen blir fjernet eller "trippet" fra borehullet. Borestrengen blir drevet på en måte som er velkjent på området, og benytter en borerigg og tilordnet utstyr (ikke vist) som befinner seg på overflaten 32 av jorden.

Det refereres fremdeles til fig. 1 hvor et par sendere Tl, T2 og et par mottakere RI, R2 er illustrert. Målte signaler fra senderne Tl, T2 blir behandlet for å gi kompenserte mål på signalfase og dempning ved to forskjellige radiale undersøkelsesstudier inn i formasjonen 11. Som nevnte tidligere, kan borehullforhold og borefluidsinvasjon på negativ måte påvirke slike målinger i nærheten av borehullet, og måling ved multiple radiale undersøkelsesstudier kan brukes for å minimalisere disse negative effektene. Det er mulig å bruke tilleggspar av adskilte sendere for å oppnå tilleggsmål ved forskjellige undersøkelsesdybder. Tilleggspar med mottakere kan også brukes for å oppnå tilleggsmålinger ved forskjellige vertikale oppløsninger. Et system som bruker N/2 par med sendere vil bli beskrevet i en etterfølgende del av beskrivelsen.

Fig. 2 viser systemet utført som et wirelineloggingssystem. Mottakere RI og R2, angitt med henholdsvis 42 og 40, er adskilt en avstand 28' på den ytre overflaten av et loggeverktøy 50 som typisk er et rustfritt ståltrykkhus. Sendere Tl og T2, angitt med henholdsvis 46 og 48, er likt adskilt en avstand 26' fra de respektive mottakerne RI og R2. Dimensjonen 28' kan for eksempel være omtrent 15,24 cm (6 tommer), og dimensjonen 26' kan for eksempel være omtrent 76,2 cm (30 tommer). Det er å merke seg at sender og mottakeravstanden i wirelineutførelsen på fig. 2 ikke nødvendigvis er den samme som de respektive avstandene i MWD-utførelsen vist på fig. 1.

Med henvisning til fig. 2 blir senderne Tl, T2 og mottakerne RI, R2 drevet og styrt av en elektronikkpakke 49, som er montert inne i trykkhuset 50. Verktøyet 50 er festet til en loggekabel 54 ved hjelp av et kabelhode 52. Loggekabelen 54, som typisk inneholder multiple elektriske- eller fiberoptiske ledere, tjener både som kommunikasjonsbane mellom verktøyet 50 og overflaten til jorden 32, og tilveiebringer også en innretning for å føre verktøyet 10 langs borehullet 14 ved bruk av innretninger (ikke vist) på jordoverflaten. Resistiviteten til formasjonen 11 som gjennomtrenges av borehullet 14 kan måles som en funksjon av dybden inne i borehullet som typisk måles mens verktøyet 10 beveges opp av borehullet 14. Fig. 3 illustrerer resistivitetsverktøyet med et mangfold senderpar, likt adskilt om en mottaker RI, R2 par 62 på en mandrel 60 (ytterligere mottakerpar kan tilføyes, f.eks. vist som R3 og R4 og behandlet på samme måte som RI og R2). Senderne og mottakerne blir referert til tilsvarende som tidligere i beskrivelsen, med multippelsenderutførelsen på fig. 3 med N/2 par sendere (hvor N er et like tall). Dette gir multiple undersøkelsesdybder og ytterligere borehullkompensasjon. Fase- og dempingsmålinger er generelt de samme med enkeltparsenderutførelsen. Enn videre er systematiske apparatfeilkorreksjon den samme som med enkeltparsenderutførelsen. Fig. 4 illustrerer de grunnleggende elementene til kretsene for å styre senderne og mottakerne i systemet, og identifiseres som helhet med henvisningstallet 29'. Senderspoler 70 og 72 blir forsynt med signaler fra de respektive frekvenssenderne 78 og 80. Senderne 78 og 80 blir styrt av en digitalsignalprosessor eller DSP 92. En egnet DSP 92 er AD2181, produsert av Analog Devices. DSP'ere er også tilgjengelig fraTexas Instruments. Signaler mottatt av mottakerspolene 74 og 76 sendes gjennom respektive filtere 84 og 86, og kan så samples av de respektive analog til digitalkonvertere 88 og 90, med en hastighet som er minst to ganger sekvensen til den høyeste frekvensen før innmating i DSP 92 for separering og analyse. En multippel utgangsoscillatorkrets 82 er operativt forbundet med både senderen (f.eks. via synkroniseringslinjer 83, 85) og mottakerelementene til kretsen som vist på fig. 4. Den multippel utgangsoscillator-kretsen 82 kan for eksempel ha to oscillatorer eller to numerisk styrte oscillatorer (NCO'er) hvor NCO utgangssignaler blir tilføyd sammen med et motstandsnett før sluttutgangsforsterkeren i senderen; eller en NCO hvor summen av de to sinusformene (ved de to forskjellige frekvensene) blir matet inn i en oppslagstabell og går så direkte til senderutgangsforsterkeren. DSP-utgangen ved 94 omfatter kompenserte fase og dempningsdata ved to radiale undersøkelsesdybder. Slike data blir så brukt for å bestemme resistiviteten og sluttelig til empirisk å anslå hydrokarbonmetningen innenfor den målte jordformasj onen.

Et egnet område for elektromagnetiske transmisjonsfrekvenser som kan brukes i oppfinnelsen er fra omtrent 100 kHz til omtrent 10 MHz. Som eksempel, kan den første frekvensen være 2 MHz og den andre frekvensen som brukes i undersøkelsen kan være 500 MHz.

En fordel ved den foreliggende oppfinnelsen er at hastigheten hvorved brønnboringslogging finner sted kan økes uten at dette skjer på bekostning av nøyaktigheten. Tidligere MWD-systemer beveger seg funksjonelt aksialt gjennom brønnboringer i hastigheter på omtrent 91,44 cm pr minutt (3 fot pr minutt) eller 5.486,4 cm i timen (180 fot pr time) basert på en 5 sekunders sampel for hver 7,62 cm (1/4 fot) ved en nøyaktighet på 0,5 millisiemens pr meter. Den foreliggende oppfinnelsen kan fungere ved høyere hastigheter. For eksempel kan hastighetene økes fra 91,44 cm pr minutt til minst 182,88 cm pr minutt (3 til 6 fot pr minutt) for 2 samtidige frekvenser drift samtidig som det opprettholdes en målenøyaktighet 0,5 millisiemens pr meter eller bedre, eller opp til minst 274,32 cm pr minutt (9 fot pr minutt) for drift med 3 samtidige frekvenser, uten at dette skjer på bekostning av nøyaktigheten.

De følgende matematiske formlene og sammenhenger vil bli brukt for å beskrive de grunnleggende målingene i systemet, og parameterkompensasjonsfremgangsmåtene.

Signalet som måles i hver mottaker i systemet er

hvor

S=det målte signalet;

(|>=den absolutte fasen i forhold til senderen;

a=den absolutte dempningen med hensyn på det sendte signalet; og ca=vinkelfrekvensen til signalet.

Utførelsen av oppfinnelsen illustrert på fig. 1 og 2 med to sendere og to mottakere, skal brukes for å illustrere virkemåten til systemet. Det må imidlertid forstås at et mangfold senderpar som illustrert på fig. 3 kan brukes, og den samme databehandlings- metodologien kan brukes for å tilveiebringe de ønskede kompenserte formasjons-parametrene.

Under en tidsperiode ta, blir senderen Tl skrudd på med frekvens Fl og senderen T2 samtidig skrudd på med frekvensen F2. Mottakerne måler åtte parametere under dette tidsintervallet, som er

<t>ijk0g

otijk;

hvor i=l,2 og angir henvisningstallet til senderen som genererer signalet;

j=l,2 og angir henvisningstallet til mottakeren som mottar signalet; og k-1,2 og angir frekvensen (1= høy frekvens og 2= lav frekvens) til signalet.

Som et eksempel er §ni fasen til signalet fra Tl mottatt i mottakeren R2 med frekvensen Fl. Denne angivelsen vil bli brukt i den etterfølgende beskrivelsen og forklaringer.

Under den påfølgende tidsperiode tb blir senderen Tl skrudd på med frekvens F2 og T2 samtidig skrudd på med frekvens Fl og ytterligere åtte parametere ^ og ocijk ble målt. Dette gir totalt seksten parametere hvorfra kompenserte verdier for fase og dempning blir beregnet ved de to frekvensene og følgelig to undersøkelsesdybder. Detaljer vedrørende disse beregningene skal beskrives i den etterfølgende seksjonen av oppfinnelsen.

Trinnene som foretas i tidsperioden ta og tb blir sekvensielt gjentatt mens loggeverktøyet føres langs borehullet og gir derved et mål på parametere av interesse som en funksjon av dybden innenfor brønnborehullet.

Fig. 5 er en konseptuell illustrasjon av tidssekvensen beskrevet ovenfor. En tidslinje 100 representerer hendelser forbundet med transmisjonen av Tl og en tidslinje 110 representerer hendelser forbundet med transmisjonen av T2. Under tidsintervallet ta angitt ved 122 blir Tl skrudd på ved tidspunktet 102 og med frekvens Fl. Parametere som er illustrert blir målt under dette tidsintervallet. Under ta blir også T2 samtidig skrudd på med frekvensen F2 og ved tidspunktet 102, og de indikerte parametrene blir målt under denne tidsperioden. Under tidsintervallet tb angitt med 124, blir Tl skrudd på med frekvensen F2 ved tiden 107 og T2 blir skrudd på samtidig ved tiden 107 med frekvens Fl. De indikerte parametrene blir målt under dette tidsintervallet. Sekvensen blir gjentatt som indikert konseptuelt ved 109, mens verktøyet føres langs brønnborehullet.

En tidslinje 150 for en alternativ utførelse av oppfinnelsen er vist på fig. 6.1 denne utførelsen blir multiple frekvenser sendt samtidig med Fl og F2 ved tiden 130. De indikerte parametrene blir utført under tidsperioden 153. Under tidsintervallet 153 sender T2 ved tiden 136 samtidig med frekvensene Fl og F2. Parametere som indikert blir målt under tidsintervallet 153. Sekvensen ble gjentatt som indikert konseptuelt ved 142, mens verktøyet føres langs brønnborehullet.

Parameterkompensasj on

Den foreliggende oppfinnelsen kan brukes til kompensasjon for å utføre (a) en symmetrisk undersøkelse av formasjonen og (b) å eliminere systematiske feil. Absolutte mål for (|> og a kan være utsatt for feil når sender- og mottakerantennene og spolene varierer med temperatur og trykk som et resultat av driften i et borehullsmiljø. Så lenge måleverktøyet og omgivelsesmiljøet følger lineære elektromagnetiske lover, kan teknikken til oppfinnelsen brukes for å korrigere for disse "systematiske" feilene. En lineær endring i en kretsparameter vil resultere i en fase eller dempningsendring i et mottatt signal. Dette vil resultere i en feilaktig måling av sanne formasjonsparametere, som brukes til å bestemme formasjonsresistiviteten.

Kompensasjon for systematiske feil skal beskrives for en enkelt frekvens for tydelighetens skyld. Frekvensen med indikerende subskript blir derfor utelatt av denne beskrivelsen. Det må imidlertid forstås at den samme metodologien ble brukt for tilleggsfrekvenser. Fasen til signalet mottatt i RI fra Tl representeres som

hvor

4>n = den målte størrelsen;

$ Tie = en fasefeil for sender Tl;

4>Rie= en fasefeil for mottaker 1; og

<(>iif= er formasjonseffekten som er parameteren av interesse.

Under bruk av den samme notasjonskvensjonen kan et tilsvarende uttrykk fra likning (2) utviklet for målte størrelser §u, <p2i og $ 22- Fasen (|>ci, som er fasen ved den spesifikke frekvensen 1 og korrigert for sender og mottakerfeil, er

Ved å substituere settet av likninger representert med likning (2) i likning (3) fås

<t>cl=((<t>12f+<t>tlE+<t>r2E)"<(>llf+<t>tlE+<t>r2E)+<t>21f+<t>t2E+<t>rlE)"(<|>22f+<|>t2s+<|>r2s))/2

som reduseres til:

hvor alle feiluttrykkene er kansellert bort.

Tilsvarende uttrykk kan utvikles for en kompensert amplitudestørrelse aci ved frekvens i ved å substituere hver fasestørrelse i et sett likninger (3) for en korresponderende amplitudestørrelse under bruk av notasjonskonvensjonen utviklet i denne beskrivelsen. Oppfinnelsen tilveiebringer derfor en anordning og fremgangsmåter for å tilveiebringe fase- og amplitudeparametere, som er kompensert for negative innvirkninger av systematiske feil. I tillegg kan kompenserte størrelser for disse parametrene ved to eller flere frekvenser tilveiebringes og derved gi kompenserte parametere av interesse ved varierende radiale undersøkelsesdybder inn i formasjonen. Disse kompenserte parametrene blir så kombinert for å gi formasjonsresistivitetsverdier hvori de negative innvirkningene av formasjonsfluidinvasjon og borehullforstyrrelser er blitt redusert.

Kompensert resistivitetsmetodologi

Fig. 7 er et flytskjema som oppsummerer metodologien i det kompenserte resistivitetsloggesystemet. Sendere sender to frekvenser samtidig i blokk eller trinn 160. Mottakere registrerer sendingene og gir åtte uavhengige absolutte parametermålinger i trinn 162. Sendere sender igjen samtidig på to frekvenser i trinn 164. Ytterligere åtte uavhengige parametermålinger blir foretatt med mottakeroppstillingen i trinn 166. Kompenserte fasestørrelser blir beregnet for to forskjellige frekvenser i trinn 168 under bruk av parametermålingene. Kompenserte fase og dempningsmålinger blir kombinert i trinn 172 for å tilveiebringe en størrelse eller verdi på formasjonsresistiviteten, som er parameteren av interesse som brukes til å beregne hydrogenmetning i en loggeformasjon.

Mens det forutgående er rettet mot de forskjellige utførelsene, er kravene ment å dekke oppfinnelsen så bredt som legalt mulig i hvilken som helst form oppfinnelsen kan bli brukt.

Claims

1. Fremgangsmåte for å måle resistiviteten i minst to områder som omgir en brønnboring, under bruk av et brønnboringsresistivitetsmåleverktøy,karakterisert ved: å samtidig sende minst to uavhengige elektromagnetiske signaler (Fl, F2) som har samme polarisering med et mangfold av valgte frekvenser og med ulike undersøkelsesdybder; hvori det trinn å samtidig sende minst to uavhengige elektromagnetiske signaler omfatter det å sende de uavhengige elektromagnetiske signalene fra en enkelt sender (Tl, T2); å motta hvert av de minst to uavhengige elektromagnetiske signalene ved et minimum av en første mottaker (RI) og en andre mottaker (R2); og å bestemme minst en parameter i hvert av områdene ved bruk av de minst to uavhengige elektromagnetiske signalene (Fl, F2) som har blitt mottatt.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat trinnet med å motta hvert av de minst to elektromagnetiske signalene ved et minimum av en første mottaker (RI) og en andre mottaker (R2) består i å motta hvert av de minst to elektromagnetiske signalene (Fl, F2) i to mottakere.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat trinnet med samtidig å sende minst to elektromagnetiske signaler ved et mangfold av forskjellige frekvenser omfatter å sende de elektromagnetiske signalene fra en enkelt sender.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat trinnet med samtidig å sende minst to elektromagnetiske signaler ved et mangfold av forskjellige frekvenser omfatter å sende hvert av de elektromagnetiske signalene fra en første sender (Tl) og fra en andre sender (T2).

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat trinnet med samtidig å sende minst to elektromagnetiske signaler ved et mangfold av forskjellige frekvenser omfatter å sende ett av de elektromagnetiske signalene som har en første frekvens (Fl) fra en første sender (Tl) og sende et annet av de elektromagnetiske signalene med en andre frekvens (F2) fra en andre sender (T2).

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat trinnet med samtidig å sende minst to elektromagnetiske signaler ved et mangfold av forskjellige frekvenser omfatter å sende de elektromagnetiske signalene fra minst fire sendere.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat trinnet med samtidig å sende minst to elektromagnetiske signaler ved et mangfold av forskjellige frekvenser omfatter å sende hvert av de elektromagnetiske signalene ved en frekvens innenfor området på omtrent 100 kHz til omtrent 10 MHz.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat den videre omfatter trinnet å forflytte borehullsresistivitetsverktøyet i en aksial retning gjennom brønnboringen med en hastighet som er større enn 106,68 cm pr minutt (3.5 fot pr minutt) med en målenøyaktighet på minst 0.5 millisiemens pr meter.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat trinnet med å bestemme en parameter for området innbefatter å behandle de minst to elektromagnetiske signalene som har blitt mottatt i et kontroll- eller styresystem for å gi en kompensert faseforskjell og en kompensert dempningsforskjell.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat den videre innbefatter trinnet å måle resistivitet ved varierende vertikale oppløsninger ved å tilføye minst ett par mottakere til brønnboringsresistivitetesmåleverktøyet.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat trinnet med samtidig å sende minst to elektromagnetiske signaler ved et mangfold av forskjellige frekvenser omfatter å sende et første elektromagnetisk signal med en frekvens på omtrent 2 MHz og sende et andre elektromagnetisk signal med en frekvens på omtrent 500 kHz.

12. Etbrønnboringsresistivitetsmåleverktøy,karakterisertved at det omfatter: en krets (29) montert på resistivitetsmåleverktøyet omfattende midler for å frembringe et flertall uavhengige signaler med ulike undersøkelsesdybder, der hvert har en valgt frekvens, minst en senderspole (78, 80) montert på resistivitetsmåleverktøyet i et første plan og forbundet med kretsen (29) innbefattende midler for samtidig utsendelse av flertallet uavhengige signaler, hvori flertallet uavhengige signaler har samme polarisering; og minst to mottakerspoler (70, 72) montert på resistivitetsmåleverktøyet i to respektive plan som er parallelle med det første planet, hvori hver mottakerspole omfatter midler for mottagelse av hvert av flertallet uavhengige signal.

13. Anordning ifølge krav 12,karakterisert vedat kretsen (29) som tillater simultan sending av minst to elektromagnetiske signaler som hver har en forskjellig frekvens innbefatter en multippel utgangsoscillatorkrets (82) forbundet med minst en sender.

14. Anordning ifølge krav 12,karakterisert vedat kretsen som tillater simultan transmisjon av minst to elektromagnetiske signaler som hver har en forskjellig frekvens omfatter en første sender og en andre sender.

15. Anordning ifølge krav 12,karakterisert vedat brønnboringsresistivitetsmåleverktøyet omfatter et måle-under-boringverktøy (MWD-verktøy).

16. Anordning ifølge krav 12,karakterisert vedat brønnboringsresistivitetsmåleverktøyet omfatter et wirelineverktøy.