NO338739B1 - Retningsbestemte målinger av resistivitet for asimutal nærhetsdeteksjon av laggrenser - Google Patents

Description

OPPFINNELSENS TEKNISKE OMRÅDE

Foreliggende oppfinnelse gjelder generelt borehulls utstyr på bunnen av et borehull og som omfatter underutstyr for logging under utboring ("LWD") for å bestemme egenskaper ved borehullet og omliggende formasjon under utboring av en brønn. Nærmere bestemt gjelder foreliggende oppfinnelse et resistivitets-logge-verktøy for måling av formasjoners resistivitets-parametere under utboring. Enda nærmere bestemt omfatter foreliggende oppfinnelse et asimut avstem-bart resistivitets-verktøy for å lette borenavigasjon i forhold til en leiegrense under utboring.

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

Oppsamling av nedhulls-informasjon er blitt utført at oljebrønns industrien i mange år. Arbeider med moderne petroleums-utboring og -produksjon krever en stor informasjonsmengde når det gjelder parametere og tilstander nede i borehullet. Slik informasjon omfatter typisk beliggenhet og orientering av borebrønns- og utboringsutstyr, jordformasjonens egenskaper og utboringens omgivelsesparame-tere nede i borehullet. Oppsamlingen av informasjon som gjelder formasjonsegenskaper og tilstander nede i borehullet betegnes vanligvis som "logging", og kan ut-føres ved flere fremgangsmåter.

Ved vanlig ledningskabel-logging blir en sonde eller "sensor" med flere følere nedsenket i borehullet etter at en del eller hele brønnen er blitt utboret. Denne sonde er typisk konstruert som en hermetisk tett stålsylinder for å romme følerne, og blir typisk opphengt i ytterenden av en lang kabel eller "ledningskabel". Ledningskabelen danner mekanisk opphenging for sonden og inneholder elektriske ledere mellom følerne (samt tilordnet instrumentering inne i sonden) og elektrisk utstyr som befinner seg på brønnoverflaten. Normalt transporterer kabelen effekt og reguleringssignalertil sonden, samt fører informasjonssignaler fra sonden til jordoverflaten. I samsvar med vanlig teknikk blir forskjellige parametere for de jordformasjoner som ligger inntil borehullet målt og samordnet med sondens posisjon i borehullet, etter hvert som sonden trekkes oppover i hullet.

De følere som anvendes i en ledningskabelsonde kan omfatte en kildean-ordning for å overføre energi inn i formasjonen, samt en eller flere mottakere for å detektere den energi som reflekteres fra formasjonen. Forskjellige følere er blitt anvendt for å bestemme særtrekk ved formasjonen, innbefattet nukleære følere, akustiske følere og elektriske følere.

For at en underjordisk formasjon skal kunne inneholde petroleum, samt for at formasjonen skal muliggjøre gjennomstrømning av petroleum, må berggrunnen som utgjør formasjonen ha visse fysiske særtrekk. Et slikt særtrekk er f.eks. at berggrunnen i formasjonen har indre mellomrom for å lagre petroleum. Hvis berggrunnen i en formasjon har åpninger, hulrom og mellomrom hvori olje og gass kan være lagret, blir denkarakterisertsom "porøs". Ved således å bestemme om berggrunnen er porøs, kan således en fagkyndig på området avgjøre om formasjonen har eller ikke har de påkrevde fysiske egenskaper for å kunne lagre og avgi petroleum. Forskjellige ledningskabelfølere er blitt anvendt for å måle formasjonsporøsi-tet. Eksempler på dette omfatter akustiske følere som er beskrevet i US-patenter nr. 3.237.153, 3.312.934, 3.593.255, 4.649.525, 4.718.046, 4.869.349 og 5.069.308.

WO 9935515 A beskriver et styrbart induksjonsloggeverktøy som er anordnet for måling under boring. Dette verktøyet er fortrinnsvis plassert i en sidelomme i et vekt-rør, og det omfatter en sender (16) og en mottaker (18, 20) og en elektromagnetisk reflektor (38). Reflektoren (38), som kan være et lag av høyt ledende materiale som er lagt inn mellom spolene og legemet til vekt-røret (12), tjener til å konsentrere det elektromagnetiske felt som genereres og føles av verktøyet i retning bort fra reflektoren (38), for således å tilveiebringe en retningsbestemt respons på formasjonens konduktivitet med en forholdsvis høy undersøkelsesdybde. I foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen er magnetisk permeable kjerner lagt inn i viklingene for å konsentrere de magnetiske felt som går gjennom dem. Kret-ser er beskrevet for å balansere den gjensidige induktive koplingen av spolene ved å injisere et likestrøms signal gjennom en eller flere av spolene, som forandrer den magnetiske permeabiliteten til kjernematerialet. Størrelsen av likestrømmen som kreves for å oppnå en balansert tilstand, kan være avledet fra kvadratur-fase-komponenten til retursignalet.

GB 2066475 A beskriver et apparat og en fremgangsmåte for å bestemme egenskaper til en formasjon rundt et borehull ved hjelp ab induksjonslogging. Egenskapene som kan bestemmes inkluderer formasjonens dip-vinkel og dip asimutvinkel. Indikasjoner om formasjonsanisotropi kan også bestemmes. En gruppe med individuelle aktiverbare senderspoler er anordnet som foretrukket omfatter tre spoler som har gjensidige ortogonale akser. Styringselektronikk styrer retningen på det magnetiske momentet som er resultat av en aktivering av sende-spolene. Mottakerspoler er anordnet for å ta imot induserte signaler. En prosesse-ringsenhet prosesserer de mottatte signalene.

GB 2279149 A beskriver hvordan elektrisk ledningsevne til en formasjon rundt et borehull blir logget ved bruk av et verktøy som har minst én sendespole 1 og minst én mottaker spole 2 som har flater som er skråstilt i forhold til hverandre. Spolen roteres om borehullaksen ved hjelp av motoren 14 og verktøyet kan også beveges langs borehullet i løpet av en undersøkelse. Anordningen tillater måling av den elektriske ledningsevnefordeling i en formasjon i omkretsretningen i avstand på flere meter omkring borehullet, og også å avbilde reflektering av den elektriske ledningsevnen.

Skjønt ledningskabel-logging kan være nyttig for å oppsamle informasjon angående formasjoner nede i borehullet, har den likevel visse ulemper. Før ledningskabel-loggeverktøyet kan føres inn i borebrønnen, må f.eks. borestrengen og nedhulls-sammenstillingen først bli fjernet eller "trippet" fra borehullet, hvilket med-fører betraktelige utgifter og tap av bore tid for boreoperatøren (som vanligvis be-taler daglige avgifter for å leie boreutstyret). Fordi ledningskabelverktøyer er ute av stand til å samle opp data under det faktiske borearbeidet, må i tillegg boreopera-tørertil tider treffe avgjørelser (slik som hensyn til boreretningen, etc.) basert på begrenset og eventuelt utilstrekkelig informasjon, eller også finne seg i de omkost-ninger som vil påbeløpe ved tripping av borestrengen for det formål å kjøre et ledningskabel-loggeverktøy. En annen ulempe er at fordi ledningskabel-loggingen fin-ner sted over en relativt lang tidsperiode etter at borebrønnen er blitt utboret, så kan nøyaktigheten av ledningskabel-målingene være tvilsom. Som en fagkyndig på området vil forstå, har borebrønns-tilstandene en tendens til å degraderes etter hvert som boreslam invaderer formasjonen i nærheten av borebrønnen. I tillegg kan borehullets form begynne å forandres, hvilket vil redusere målingenes nøyak-tighet.

På grunn av disse begrensninger som har sammenheng med ledningskabel-logging, er det i den senere tid blitt lagt øket vekt på oppsamling av data under selve boringsprosessen. Ved oppsamling og behandling av data under utborings-prosessen, kan behovet for å trippe boresammenstillingen ut av borehullet og føre inn et ledningskabel-loggeverktøy elimineres, og boreoperatøren kan utføre nøy-aktige modifikasjoner og korreksjoner i "sann tid" etter hvert som det er behov, for derved å optimalisere utboringsytelsen. Boreoperatøren kan f.eks. forandre vekten på borkronen for å gi borehulls-sammenstillingen en tendens til å bore i en bestemt retning, eller i det tilfelle en styrbar borehulls sammenstilling anvendes, kan boreoperatøren bringe utstyret til å arbeide i glidemodus for å frembringe kilde-korreksjoner. Målingen av formasjons parametere under utboring, samt forhåpent-ligvis før formasjonen invaderes, vil videre øke nytten av de målte data. Ved å ut-føre formasjons- og borehulls målinger under utboringen kan videre spare ytterligere borehulls tid, som ellers ville være påkrevet for å kjøre et ledningskabel-log-geverktøy.

Utførelser for å måle tilstander nede i borehullet sammen med bevegelse og styring av boresammenstillingen, samtidig med utboringen av brønnen, er blitt kjent som teknikker for "måling under utboring" eller "MWD". Lignende teknikker som konsentrerer seg mer på måling av formasjonsparametere, er vanligvis blitt betegnet som teknikker for "logging" under utboring, eller "LWD". Skjønt det kan foreligge forskjeller mellom MWD og LWD, brukes uttrykkene MWD og LWD ofte om hverandre. For formålene for denne fremstilling, vil uttrykket LWD bli brukt med den forståelse at dette uttrykk omfatter både oppsamling av formasjonsparametere og oppsamling av informasjon med hensyn til bevegelse og posisjon for boresammenstillingen.

Målingen av formasjonsegenskaper under utboring av brønnen ved hjelp av LWD-utstyr forbedrer tidsbestemmelsen av måledata og øker følgelig borearbeide-nes effektivitet. LWD-målinger anvendes typisk for å frembringe informasjon angående den spesielle formasjon som borehullet er på vei gjennom. Under de seneste flere år har mange innenfor denne industri hatt et ønske om et LWD-utstyr som spesielt vil kunne anvendes for å påvise leie-grenser i sann tid, for derved å gjøre det mulig for boreoperatøren å utføre retningskorreksjoner for å forbli innenfor utvinningssonen. Alternativt kan LWD-utstyret anvendes som en del av et "smart"- utstyr for automatisk å bibeholde borkronen i utvinningssonen. Se f.eks. det samtidig overdratte US-patent nr. 5.332.048, hvis lære herved tas inn som referanse. Innehaveren har også utviklet utstyr som tillater måling av LWD-data ved borkronen for derved å frembringe en tidligere anvisning om leiegrenser og formasjonsegenskaper. Se US-patent nr. 5.160.925. Bruk av et LWD-utstyr sammen med disse øvrige utstyr gjør det mulig å utføre i det minste visse partier av boreproses-sen automatisk.

Vanligvis blir en brønn boret vertikalt i det minste over en del av sin lengde. De lag eller sjikt som utgjør jordskorpen forløper vanligvis hovedsakelig horison-talt. Under vertikal utboring forløper brønnen således hovedsakelig vinkelrett på de geologiske formasjoner som den passerer gjennom. En av de egenskaper ved formasjonen som vanligvis logges er formasjonens resistivitet. LWD-verktøyer som er blitt konstruert for å måle resistiviteten for den omgivende formasjon behøver ikke å være asimutfokusert, da vedkommende formasjon omgir borebrønnen og er hovedsakelig den samme i alle retninger. Rotasjonen av LWD-verktøyet sammen med borkronen har således ingen vesentlig virkning på den målte resistivitet. Av denne grunn er typiske resistivitets-verktøy som er tilpasset for bruk i vertikale brønner, asimutsymmetriske og har ingen asimutfølsomhet.

Ved visse anvendelser, slik som ved utboring gjennom formasjoner hvori re-servoargrenser strekker seg i vertikalretningen eller ved utboring fra en plattform til sjøs, vil det imidlertid være ønskelig å bore brønner i mindre skråstilling i forhold til leiegrenser i vedkommende formasjonssjikt. Dette betegnes ofte som "horisontal" utboring. Når utboringen er horisontal, er det ønskelig å bibeholde borebrønnen innenfor en utvinningssone (en formasjon som inneholder hydrokarboner) i så høy grad som mulig, for derved å maksimalisere utvinningen. Dette kan være vanske-lig da formasjoner kan danne utsving eller avvik. Mens det forsøkes å utføre utboring og bore brønnen innen i en bestemt formasjon, kan således borkronen nærme seg en leiegrense. Etter hvert som den roterende borkrone nærmer seg leiets grense, vil lag-grensen befinne seg på den ene siden av borkronens akse, hvilket vil si innenfor et visst asimutalområde i forhold til borkronens akse.

Hvis et resistivitetsverktøy nær borkronen var i stand til å føle asimutresisti-vitetsverdier, så ville de følte verdier kunne analyseres for å avsløre lag-grensens retning. Hvis verktøyet var tilstrekkelig følsomt, ville tilnærmingen til lag-grensen kunne detekteres i tilstrekkelig grad på forhånd for å gjøre det mulig for boreopera-tøren å gjøre rettelser i samsvar med kjent teknikk for å unngå at borkronen forla-ter den ønskede formasjon. Det er således ønskelig å frembringe et LWD-verktøy som muliggjør asimutfølsomme resistivitetsmålinger, nemlig et verktøy som det er lett å fremstille og sammenstille, og som er tilstrekkelig holdbart og pålitelig innenfor utboringsomgivelser.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Det er følgelig frembrakt et asimut resistivitetsmåleverktøy. Det omtales et verktøy med et sett av tre skråstilte mottakerantenner og en senderantenne. De tre skråstilte mottakerantenner er orientert i forskjellige asimutalretninger med like innbyrdes mellomrom for å gi disse antenner en foretrukket følsomhet i disse retninger. Senderantennene avgir et radiofrekvenssignal som forplantes gjennom den formasjon som omgir et borehull. Signalene fra de tre mottakerantenner kan måles og kombineres for å syntetisere det signal som ville blitt mottatt av en virtuell antenne orientert i en hvilken som helst ønsket retning. Virtuelle mottakere orientert perpendikulært på verktøy aksen samt med variabel asimutal orientering, kan således syntetiseres. Orienteringen av en slik virtuell mottaker som har en maksimal innstilt mottakersignal-amplitude kan anvendes for å fastslå retningen av en nærliggende leiegrense, og den maksimalt avstemte amplitude kan anvendes for å anslå avstanden til denne grense.

Det omtales også et verktøy med et sett av skråstilte senderantenner og en mottakerantenne. De tre skråstilte senderantenner er orientert i asimutalretninger med samme innbyrdes mellomrom for å gi disse antenner foretrukket antennevin-ning i disse retninger. De signaler som mottas av mottakerantennen som respons fra et signal fra hver av senderantennene, kan måles og kombineres for å syntetisere et signal mottatt av mottakerantennen som respons på et signal fra en virtuell senderantenne orientert i en hvilken som helst ønsket retning. Virtuelle sendere orientert vinkelrett på verktøy aksen og med varierende asimutorienteringer, kan følgelig syntetiseres. Orienteringen av en slik virtuell antenne som frembringer et maksimalisert responssignal kan da anvendes for å fastslå retningen til en nærliggende leiegrense, og den maksimalavstemte amplitude kan anvendes for å anslå avstanden til denne grense.

I enda en annen utførelse omfatter verktøyet et sett skråstilte senderantenner og et sett skråstilte mottakerantenner. De skråstilte senderantenner og mottakerantenner samarbeider for å opprette virtuelle sender/mottaker-par som er orientert i en hvilken som helst ønsket asimutal retn ing. Denne oppfinnelse omfatter videre en fremgangsmåte for å utføre asimut følsomme resistivitetsmålinger samt en fremgangsmåte for å detektere beliggenheten av en leiegrense i forhold til vedkommende borehull.

Foreliggende oppfinnelse er særlig egnet til å tilveiebringe en fremgangsmåte for å bestemme beliggenheten av en lag-grense i forhold til et borehull som omfatter trinnene: generering av et første signal som representerer en første asimut følsom måling av faseforskyvning og svekking av et elektromagnetisk signal som forplanter seg gjennom en formasjon omkring et borehull,

generering av et andre signal som representerer en andre asimut følsom måling av faseforskyvning og svekking av et elektromagnetisk signal som forplanter seg gjennom en formasjon omkring et borehull, og hvor asimut følsomheten for den første målingen ligger i en retning som er forskjellig fra den tilsvarende føl-somheten ved den andre målingen,

generering av et tredje signal som representerer en tredje asimut følsom måling av faseforskyvning og svekking av et elektromagnetisk signal som forplanter seg gjennom en formasjon omkring et borehull, og hvor asimut følsomheten til den første målingen og den andre målingen er i en retning forskjellig fra den tredje målingen,

hvor genereringen av det første og det andre signalet omfatter mottak av et utsendt elektromagnetisk signal på en første og andre skråstilte mottakerantenne som henholdsvis er orientert i en første og en andre asimutretning, og

hvor genereringen av det tredje signalet inkluderer å ta imot det elektromagnetiske signalet på en tredje mottaker antenne,

behandle det første, andre og det tredje signalet under utboreprosessen, der behandlingen inkluderer å danne en retningsvektor fra målingene, der retningsvektoren indikerer retningen til en lag-grense i nærheten, og å estimere en avstand til lag-grensen basert på målingene.

Foreliggende oppfinnelse er videre egnet til å tilveiebring et LWD-verktøy som muliggjør asimut følsomme resistivitetsmålinger der verktøyet omfatter:

- sender antenner som overfører høyfrekvenssignaler inn i en formasjon,

- mottaker antenner som måler relativ amplitude og fase for de signaler som mottas fra den omkringliggende formasjonen,

der i det minste noen av senderantennene og mottakerantennene er skråstilt og orientert med forskjellige asimut retninger, verktøyet innbefatter videre anordning for å muliggjøre dannelse av en retningsvektor fra målingene, der retningsvektoren indikerer retningen til en nærliggende lag-grense.

Ytterligere trekk i henhold til den foreliggende oppfinnelse fremkommer av de tilhørende patentkravene.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

For en innføring til den detaljerte beskrivelse av foretrukne utførelser av oppfinnelsen, vil det nå bli henvist til de vedføyde tegninger, hvorpå: fig. 1 er en skjematisk skisse av en avvikende borebrønn og en borestreng hvori det inngår et LWD-verktøy,

fig. 2 er en perspektivskisse av et asimut følsomt resistivitetsverktøy,

fig. 3 angir et sett av referansekoordinaterfor et resistivitetsverktøy,

fig. 4 er en perspektivskisse av en første utførelse av et asimut følsomt re-sistivitetsverktøy,

fig. 5 er et sideoppriss av et asimut følsomt resistivitetsverktøy og viser til-nærmede vinningsmønstre for sendere og mottakere,

fig. 6 er en endeskisse av et asimut følsomt resistivitetsverktøy og angir asimutorienteringer for forskjellige resistivitetsmålinger,

fig. 7 er et sideoppriss av et asimut følsomt resistivitetsverktøy som nærmer seg en leiegrense,

fig. 8 viser et funksjonelt blokkskjema for det elektriske utstyr i et resistivi-tetsverktøy,

fig. 9 er en perspektivskisse av en andre utførelse av et asimut følsomt re-sistivitetsverktøy,

fig. 10 er en kurve som angir den teoretiske faseforskyvning som kan observeres nær en leiegrense for en første utførelse av et asimut følsomt resistivitets-verktøy,

fig. 11 er en grafisk fremstilling av den teoretiske 180 graders faseforskjell som observeres nær en leiegrense for en første utførelse av et asimut følsomt re-sistivitetsverktøy,

fig. 12 er en grafisk fremstilling av den teoretiske amplitudesvekking som kan observeres nær en leiegrense for en første utførelse av et asimut følsomt re-sistivitetsverktøy,

fig. 13 er en grafisk fremstilling av den teoretiske 180 graders amplitudesvekking som observeres nær en leiegrense ved en første utførelse av det asimut følsomme resistivitetsverktøy,

fig. 14 er en grafisk fremstilling av den faseforskyvning som teoretisk kan observeres nær en leiegrense for en andre utførelse av det asimut følsomme re-sistivitetsverktøy,

fig. 15 er en grafisk fremstilling av den 180 graders faseforskjell som teoretisk kan observeres nær en leiegrense ved en andre utførelse av det asimut føl-somme resistivitetsverktøy,

fig. 16 er en grafisk fremstilling av den amplitudesvekking som teoretisk kan observeres nær en leiegrense for en andre utførelse av det asimut følsomme res-istivitetsverktøy, og

fig. 17 er en grafisk fremstilling av den 180 graders amplitudesvekking som teoretisk kan observeres i nærheten av en leiegrense ved en andre utførelse av det asimut følsomme resistivitetsverktøy.

Under den følgende beskrivelse vil uttrykk som "over" og "under" bli angitt for å angi den relative posisjon av visse komponenter i forhold til strømningsretnin-gen for det innkommende boreslam. Når således et uttrykk er anvendt for å be-skrive noe på oversiden av noe annet, er dette ment å innebære at borefluidet først strømmer gjennom den første komponent før det strømmer gjennom den andre komponent. Disse og andre uttrykk blir anvendt for å angi den relative posisjon av komponenter i nedhulls sammenstillingen (eller BHA) på bunnen av borehullet i forhold til avstanden til brønnoverflaten målt langs utboringsbanen.

DETALJERT BESKRIVELSE AV DEN FORETRUKNE UTFØRELSE

Det skal nå henvises til fig. 1, hvor det er vist en boreinstallasjon. En bore-rigg 10 på brønnoverflaten 12 understøtter en borestreng 14. Denne borestreng 14 strekker seg gjennom en arbeidsplattform 16 og inn i et borehull 18 som bores gjennom jordformasjoner 20 og 21. Borestrengen 14 kan omfatte kveilet rørledning 24 fra en spole 22 ved dens øvre ende, samt en sammenstilling 26 (vanligvis betegnet som en "BHA") på bunnen av borehullet og som er koplet til den nedre ende av den ut-kveilede rørledning 24. BHA 26 kan omfatte en borkrone 32, en nedhulls motor 40, en eller flere vekt-rør 28, samt et asimut avstem-bart resistivi-tetsverktøy 50 montert på en vekt-rørseksjon 55, slik det vil bli nærmere beskrevet nedenfor, LWD-følere plassert på en vekt-rørseksjon 55, retningsfølsomme MWD-følere anbrakt i en ikke-magnetisk seksjon 60, samt en eller flere stabilisatorer (ikke vist) for ved gjennomtrengning gjennom jordformasjoner å frembringe borehullet 18. Vektrørene 28, som også kan være ikke-magnetiske for ikke å påvirke MWD-målingene, anvendes i samsvar med vanlig teknikk for å legge til vekt på borkronen 32 og å avstive BHA 26, for derved å gjøre det mulig for BHA 26 å over-føre vekt til borkronen 32 uten utbøying. Den vekt som ved hjelp av vektrørene 28 er påført borkronen 32, gjør det mulig for borkronen å trenge gjennom under-grunns formasjoner.

Den ut-kveilede rørledning 24 drives innover i borehullet 18 ved hjelp av en rørledningsinjektor 13. Rørledningsinjektoren 13 består vanligvis av innbyrdes motstående par av endeløse kjettinger konfigurert for å gripe om rørledningen. Disse kjetting-kjeder kan drives i en hvilken som helst retning for å føre inn eller trekke ut rørledningen fra borehullet.

Etter hvert som borkronen 32 arbeider seg frem, vil borefluid eller boreslam bli pumpet fra en slam grop 34 på jordoverflaten gjennom en slange 37, inn i rør-ledningen 24 og frem til borkronen 32. Etter å ha strømmet gjennom borkronen 32, vil boreslammet stige tilbake til jordoverflaten gjennom det ringformede område mellom rørledningen 24 og borehullet 18, hvor slammet samler seg opp og retur-neres til slamgropen 34 for filtrering. Boreslammet anvendes for å smøre og kjøle borkronen 32, samt for å fjerne skjærspon fra borehullet 18. Boreslammet kan også utføre et antall andre funksjoner, som da kan omfatte overføring av drivkraft til nedhulls motoren eller andre komponenter nede i borehullet. Som en fagkyndig på området vil erkjenne, kan nedhulls motoren eller turbinen 40 anvendes for å ro-tere borkronen 32 nede i borehullet.

Som vist i fig. 1, omfatter BHA 26 alle nedhulls komponenter fra toppen av vekt-rørene 28 og ned til borkronen 32, innbefattet nedhulls motoren 40. I den foretrukne utførelse omfatter BHA 26 fortrinnsvis utstyr for måling under utboring, og som her vil bli betegnet som "MWD-utstyr".

Som det vil være kjent innenfor fagområdet, omfatter MWD-utstyret 60 typisk retningsfølsomme MWD-følere og boreparameter-følere, slik som forføling av vekten på borkronen (WOB), dreiemoment på borkronen (TOB), sjokk, vibrasjon, etc. I den foretrukne utførelse er de retningsfølsomme følere anordnet i BHA 26 for å angi helningsvinkel, horisontalvinkel samt rotasjonsvinkel (også kalt "verktøy-front-vinkel") for BHA 26. Slik de vanligvis defineres innenfor fagområdet, er hel-ningsvinkelen vinkelavviket fra vertikalretningen nedover, horisontalvinkelen vinke-len i horisontalplanet ut i fra sann nord-retning, mens verktøyfront-vinkelen angir orienteringsvinkelen (rotasjonen om verktøy aksen) ut i fra borebrønnens overside. I samsvar med kjent teknikk kan borebrønnens retningsmålinger utføres på føl-gende måte: et tre-akset akselerometer måler jordens gravitasjonsfeltvektor i forhold til verktøy aksen, samt et punkt på verktøyets omkrets og som kalles "verkt-øyets frontbeskrivelseslinje". (Verktøyets frontbeskrivelseslinje er typisk trukket på verktøyoverflaten som en linje parallelt med verktøy aksen). Ut i fra denne måling kan helningen og verktøyfrontvinkelen for BHA fastlegges. I tillegg vil et tre-akset magnetometer måle jordens magnetfeltvektor på lignende måte. Ut ifra de kombi-nerte magnetometer- og akselerometer-data, kan horisontalvinkelen for BHA bestemmes.

LWD-verktøyet 50 er fortrinnsvis plassert nær inntil borkronen 32 for å lette evnen til å undersøke formasjonen så nær borkronen som mulig. Som en fagkyndig på området vil forstå, kunne LWD-verktøyet 50 også være plassert lenger oppover på BHA 26 fra borkronen 32, uten derfor å avvike fra foreliggende oppfinnel-ses grunnprinsipper. Videre kan LWD-verktøyet 50 i praksis omfatte flere vekt-rør-seksjoner for å romme forskjellige LWD-følere. LWD-formasjonsfølerne omfatter fortrinnsvis den foreliggende asimut avstem-bare resistivitetsføler, så vel som gamma-, lyd-, densitets- og nøytron-følere i samsvar med normal industripraksis. Se generelt "State of the Art in MWD", International MWD Society (19. januar 1993). En batteripakke eller annen effektkilde kan inngå i LWD-verktøyet 50, eller kan alternativt være plassert på et hvilket som helst hensiktsmessig sted for å avgi effekt til de forskjellige elektriske sammenstillinger i BHA.

Fremdeles under henvisning til fig. 1, er det vist at en nedhulls-datasignaler-ingsenhet 35 fortrinnsvis er anordnet som en del av BHA 26, samt anvendes for å overføre følte verdier til en overflatemottaker ved hjelp av akustiske slampulssignaler. Boreslammet tjener som et kommunikasjonsmedium mellom regulatoren og komponentene på brønnens overflate. Ved å forandre strømningen av boreslam gjennom det indre av borestrengen, kan det genereres trykkpulser som utgjør akustiske signaler i kolonnen av boreslam. Ved etter ønske å variere trykkpulsene ved bruk av en slampulser i slamsignaleringsenheten 35, kan kodede binære trykkpulssignaler genereres for å bære informasjon som angir nedhulls parametere til jordoverflaten for umiddelbar analyse. I tillegg kan nedhulls utstyret også omfatte muligheter for å motta slampulssignaler fra jordoverflaten for å styre driften eller å aktivere visse MWD-følere eller andre nedhulls komponenter. Signale-ringsenheten 35 omfatter i den foretrukne utførelse en slampulsenhet som rom-mes i en ikke-magnetisk sub i samsvar med vanlig industripraksis.

En nedhulls regulator (ikke vist) styrer fortrinnsvis driften av en signalerings-enhet 35 og dirigerer arbeidsfunksjonene for MWD- og LWD-følerne samt andre BHA-komponenter. Denne regulator kan være plassert i en subb 60 eller på andre steder i BHA 26. I samsvar med vanlig industripraksis, kan nedhulls regulatoren omfatte hensiktsmessig datakodingskretser, slik som en koder som frembringer digitalt kodede elektriske datasignaler som representerer de måle verdier som er utledet ved hjelp av formasjonsfølerne og retningsfølerne. I tillegg vil regulatoren behandle de data som mottas fra følerne og frembringe kodede signaler som angir en del av eller samtlige mottatte signaler for overføring til jordoverflaten ved hjelp av slampulssignaler. Regulatoren er også i stand til å treffe avgjørelser på grunn-lag av de behandlede data.

Stabilisatoren omfatter fortrinnsvis justerbare skovler i samsvar med frem-stillingen i de samtidig overdratte US-patenter nr. 5.318.137 og 5.318.138, hvis lære herved tas inn som referanse. Som angitt ved disse oppfinnelser, kan helningen av nedhulls sammenstillingen forandres ved selektivt å variere stabilisator-skovlenes utstrekning. Som en fagkyndig på området umiddelbart vil erkjenne, kan også kursretningen for BHA 26 også forandres i samsvar med andre teknikker, slik som ved selektivt å slå på eller av en nedhulls motor, justering av avbøyningsvin-kelen for et bøyd motor-hus, eller forandring av vekten på utstyrets borkrone. Bruk av en slik justerbar komponent nede i borehullet i sammenheng med et LWD-utstyr av den art som er omtalt her, gjør det da mulig å konstruere et "smart-sys-tem" for utboring av visse deler av borebrønnen automatisk.

I visse tilfeller er den nedre ende av borehullet brakt til å avvike vesentlig fra vertikalretningen, slik det er vist i fig. 1, for derved å forlenge sin passasje gjennom en olje bærende formasjon, slik som angitt ved 21. Det er således ønskelig å frembringe et verktøy som er i stand til å detektere og lokalisere leiegrenser, slik som 23. Skjønt BHA 26 i henhold til fig. 1 er gitt et avvik på omtrent 90 grader fra vertikalretningen, vil det forstås at foreliggende oppfinnelsesgjenstand med fordel kan anvendes i en hvilken som helst lignende situasjon hvor det er ønskelig å kunne lokalisere en leiegrense 23 som befinner seg på den ene side av vektrørs seksjo-nen 55, i stedet for fremfor denne.

De forskjellige "lag" 20, 21 i jorden har karakteristiske resistiviteter som kan anvendes for å fastlegge deres posisjon. I en såkalt "skifersand"-formasjon kan f.eks. et skiferleie værekarakterisert veden lav resistivitet på omkring 1 Q m. Et leie av oljemettet sandsten kan på den annen side karakteriseres ved en høy resistivitet på omkring 10 Qm eller mer. Den plutselige forandring i resistiviteten ved grensen mellom lag av henholdsvis skifer og sandsten, kan anvendes for å lokalisere disse grenser. Ved horisontal utboring kan borkronen fortrinnsvis styres til å unngå denne grense og derved holde borebrønnen inne i det oljeproduserende leie.

To typer borerør 24 er populære, nemlig gjenget rørledning og kveilet rør-ledning. Gjenget rørledning består av rørlengder med gjengede ytterender og som gjør det mulig å sammenkople den gjengede rørledning for å danne borestrengen 14. Kveilet rørledning utgjøres av et langt kontinuerlig rør som vikles av en spole etter hvert som den mates inn i brønnen. Hver av disse typer har fordeler og ulemper, men en av ulempene ved kveilet rørledning, i det minste fra et loggestand-punkt, er at kveilet rørledning ikke roteres under borearbeidene. En loggeføler med asimutal følsomhet vil fortrinnsvis ha en asimutal "styrbar" sensitivitet. Ved gjenget rørledning kan dette problemet løses ved dreining av borestrengen. Andre midler kreves ved kveilet rørledning.

Forskjellige verktøytyper anvendes for måling av resistivitet. Induksjons-verktøy er en type resistivitetsverktøy som generelt er kjent innenfor fagområdet. Et induksjonsverktøy innbefatter et par antennespoler, hvorav en er sender og den andre mottaker. Induksjonsverktøy måler formasjonens resistivitet ved å måle den strøm som induseres i mottakerantennen som en følge av den magnetiske fluks som frembringes av strømmen i senderantennen. Spesielt blir en vekselstrøm med kjent intensitet tilført senderspolen eller antennen. Strømflyt gjennom senderspolen induserer strømmer i formasjonen og som da flyter i koaksiale sløyfer omkring verktøyet. Disse strømmer induseres i sin tur i mottakerspolen. Dette signal som induseres i mottakerspolen kan måles og er vanligvis proporsjonalt med formasjonens ledningsevne.

Av lignende konstruksjon er en annen type resistivitetsverktøy som kalles et elektromagnetisk forplantnings- (EMP) verktøy. Disse verktøyene arbeider ved meget høyere frekvenser enn induksjonsverktøy (omkring 10<6>Hz sammenlignet med omkring 10<4>Hz). EMP-verktøyer anvender senderspoler for å overføre høy-frekvenssignaler inn i formasjonen, og anvender mottakerspoler for å måle relativ amplitude og fase for de signaler som mottas av mottakeren. Svekkingen og faseforskyvningen for disse signaler utgjør da mål på formasjonens ledningsevne. Signaler med høyere frekvens gir en høyere målenøyaktighet, men har en tendens til å redusere undersøkelsesdybden. Når det foreligger flere senderspoler kan da føl-gelig sender/mottaker-konfigurasjoner med mindre inntrengningsdybde anvende en høyere frekvens (f.eks. 2 MHz) for å oppnå bedre nøyaktighet, mens sender/mottaker-konfigurasjoner med større inntrengningsdybder kan kreve en lavere frekvens (f.eks. 0,5 MHz) for å oppnå tilstrekkelig ytelsesevne.

Det skal nå henvises til fig. 2, hvor det er vist en undersammenstilling 102 for et resistivitetsverktøy. Denne undersammenstilling 102 er utstyrt med en eller flere partier 106 med redusert diameter. En ledningsspole 104 er anbrakt i partiet 106 og i avstand fra overflaten av undersammenstillingen 102 med en konstant avstand. For mekanisk å understøtte og beskytte spolen 104 kan et ikke-ledende fyllmateriale (ikke vist) slik som epoksy, gummi eller keramikk benyttes i partier 106 med redusert diameter. Spolen 104 er en senderspole, mens spolene 110 og 112 er mottakerspoler. I drift avgir senderspolen 104 et utspørrende elektromagnetisk signal som forplanter seg gjennom borebrønnen og den omgivende formasjon. Mottakerspoler 110,112 detekterer det utspørrende elektromagnetiske signal og frembringer et mål på det elektromagnetiske signals amplitudesvekking og fase-forskyving mellom spolene 110 og 112. Ut i fra denne amplitudesvekking og faseforskyvning kan formasjonens resistivitet anslås ved bruk av vanlige teknikker.

Hvis resi sti viteten er generelt kjent, kan alternativt amplitude- og fasefor-skyvnings-informasjonen anvendes i samsvar med vanlig teknikk for å anslå avstanden til den nærmere lag-grensen. En andre senderspole 108 kan med fordel legges til denne undersammenstilling for å frembringe ytterligere resistivitets måle-verdier. Signal-måle-verdiene fra to (eller flere) forskjellige sender/mottaker-spole-avstander vil da gi tilstrekkelig informasjon til å bestemme formasjonens resistivitet samt avstanden til en eventuelt nærliggende lag-grense. Den første sender 104 kan være anordnet omtrent 76 cm fra den siste mottakerspole 112. Sender- og mottaker-spolene kan omfatte så lite som en eneste trådsløyfe, skjønt flere sløyfer kan gi ytterligere signaleffekt. Avstanden mellom spolene og verktøyoverflaten ligger fortrinnsvis i området fra 1,6 til 19 mm, men kan være større.

De ligninger som anvendes for å bestemme resistivitet og avstanden til

sjiktgrensen, kan utledes ved å utføre numerisk modellering for verktøygeometrien på forskjellige steder i forhold til en grense mellom materialer av helt forskjellig resistivitet. Alternativt kan ligningene bestemmes empirisk. Begge teknikker har vært vanlig anvendt av fagkyndige på området.

Skjønt avstanden til nærmeste sjiktgrense er av viktighet, så er retningen til den nærmeste sjiktgrense av større viktighet. Ved horisontale boreomgivelser blir borehullet fortrinnsvis styrt bort fra lag-grensen for å unngå streiftog inn i et tilstøt-ende skiferleie og derved holde borehullet innenfor en tilsiktet utvinningssone. Da spolene i fig. 2 er koaksiale med undersammenstillingen 102, så vil spolekonfigu-rasjonen på denne undersammenstilling 102 være ute av stand til å gi denne informasjon. Denne spolekonfigurasjon mangler således asimutal-følsomhet.

Før man går videre til en forbedret konfigurasjon, vil en viss nyttig termino-logi først bli definert under henvisning til fig. 3. Fig. 3 viser et koordinatsystem med en viss koordinatakse langs resistivitetsverktøyets akse, samt en andre koordinatakse som peker fra verktøy aksen til verktøyfrontens skriver linje (definert tidligere under omtale av MWD-følerne). I det følgende vil «asimut» bli definert som vinke-len i forhold til verktøyets drivlinje. De ledningsspoler som omtales her er tilnærmet plane, hvilket vil si at de ligger i et flatt plan. Orienteringen av et slikt plan (og således også av spolene) kan da beskrives ved en vektor som står vinkelrett på vedkommende plan. Denne perpendikulærvektor kalles da en "normal"-vektor. Fig. 3 viser en spole med en normal vektor i en skrå-vinkel 0 fra verktøy aksen samt med en asimutvinkel lik a. Denne asimutvinkelen a kan finnes ved å projisere normal-vektoren inn på et plan vinkelrett på verktøy aksen. Denne projeksjon er vist som en stiplet pil i fig. 3.

Fig. 4 viser et resistivitetsverktøy 202 som er i stand til å måle asimutresisti-vitetsvariasjoner. I henhold til en foretrukket utførelse er spolen 110 erstattet med et første sett på tre skråstilte spoler 216, 218, 220 som er plassert i samme posisjon langs lengden av resistivitetsverktøyet 202. Disse tre skråstilte spoler er orientert i en skrå-vinkel 0 fra verktøy aksen. De tre skråstilte spoler er fortrinnsvis anordnet med innbyrdes like mellomliggende asimutvinkler a (f.eks. ved 0°, 120° og 240°). Ikke jevnt fordelte asimutvinkler kan også anvendes. I en spesiell utfør-else er skråvinkelen a valgt til å være 54,74°, slik at normalvektorene på de skråstilte spoler 216, 218 og 220 står perpendikulært på hverandre. De tre skråstilte spoler 216, 218 og 220 anvendes fortrinnsvis på samme måte som de mottakerspoler som vil bli omtalt i det følgende.

Et andre sett av tre skråstilte spoler 208, 210, 212 kan også være anordnet på resistivitetsverktøyet 202. Hvis disse inngår, anvendes de skråstilte spoler 208, 210, 212 fortrinnsvis som senderspoler i stedet for spolen 104. Fortrinnsvis er dette andre sett av skråstilte spoler 208, 210, 212 asimut posisjonsinnstilt for å ligge på linje med det første sett av skråstilte spoler, henholdsvis 220, 218 og 216, samt er hver orientert i en skråvinkel på ø i forhold til resistivitetsverktøyets akse. Parene av skråstilte spoler er med andre ord skråstilt i retning mot hverandre.

De skråstilte spoler kan være konstruert på lignende måte som spolen i

fig. 2, hvilket vil si at de kan være plassert i forsenkede partier på verktøyet 202, samt jevnt fordelt bort fra overflaten av verktøyet 202 med en konstant avstand. Skråvinkelen 0 har sammenheng med spolediameteren D og spredningen X i lengderetningen i samsvar med tan 0 = X/D.

Det bør bemerkes at asimutfølsomheten kan oppnås ved å skråstille enten senderspolene eller mottakerspolene. Det er ikke strengt nødvendig å skråstille både senderspolene og mottakerspolene, skjønt denne sistnevnte konfigurasjon foretrekkes fortiden.

Signaler som mottas fra settet av skråstilte mottakerspoler 218, 216, 220 (som det heretter vil bli henvist til som Ri, R2og R3) kan uttrykkes som en lineær kombinasjon av signaler mottatt av tre virtuelle mottakerspoler Rl, Rz og Rt. Rler en virtuell mottakerspole som er orientert i lengderetningen av verktøyet 202 (skrå-vinkel 0 = 0), Rz er en virtuell mottakerspole orientert i null-asimutretningen (0 = 90°, a = 0°), og Rt er en virtuell mottakerspole orientert vinkelrett på både Rlog Rz (ø = 90°, a = 90°. De signaler som mottas i de skråstilte mottakerspoler Ri, R2, R3, må følgelig manipuleres for å utlede signaler som ville ha blitt mottatt av de tre (ikke-eksisterende) virtuelle mottakerspoler Rl, Rz, Rt, hvis disse spoler faktisk ek-sisterte. Det kan vises at:

S(Ri) = S(Rl) cos 0 + S(Rz) sin 0

S(R2) = S(Rl) cos 0 + (S(Rz) cos 120° + S(Rt) sin 120°) sin 0

S(Rs) = S(Rl) cos 0 + (S(Rz) cos 240° + S(Rt) sin 240°) sin 0

hvor 0 er skråvinkelen for de faktiske mottakerspoler Ri, R2og R3, mens S(Ri) er det signal som mottas av mottakeren Ri. Disse ligninger kan manipuleres for å uttrykke responsen for de virtuelle mottakere ut i fra de signaler som mottas av mottakerspolene Ri, R2, R3.

S(Rl) = (S(Ri) + S(R2) + S(R3))/(3 cos 0)

S(Rz) = (2 S(Ri) - (S(R2) + S(R3)) / (3 sin 0)

S(Rt) = (S(R2) - S(R3) / (sqrt(3) sin 0))

Slike ligninger kan utledes for virtuelle mottakere med varierende orienter-inger. Denne fremgangsmåte som går ut på å lineært kombinere signaler fra et sett mottakerspoler for å bestemme responsen for en eller flere virtuelle mottakere, vil heretter bli kalt virtuell mottakersyntese eller "syntetisering av en virtuell mottakers respons".

Denne fremgangsmåte for å skape virtuelle spoler er ikke begrenset til mottakere. Virtuelle senderspoler kan også utledes ved å kombinere eksiteringene for et sett faktiske sendere. Signaler som avgis av dette sett av skråstilte senderspoler 210, 208, 212 (som i det følgende vil bli betegnet som Ti, T2, T3), kan uttrykkes som en lineær kombinasjon av de signaler som sendes ut av tre virtuelle sendere Tl, Tz, Tt. Det kan da vises at:

S(Ti) = S(Ti) cos 9 + S(Tz) sin 9

S(T2) = S(Tl) cos 9 + (S(Tz) cos 120° + S(Tt) sin 120°) sin 9

S(T3) = S(Tl) cos 9 + (S(Tz) cos 240° + S(Tt) sin 240°) sin 9

hvor 9 er skråvinkelen for de faktiske sendere Ti, T2og T3. Disse ligninger kan manipuleres til å uttrykke de utsendte signaler fra de virtuelle sendere ved hjelp av de signaler som sendes ut av de faktiske sendere Ti, T2og T3:

S(Tl) = (S(Ti) + S(T2) + S(T3)) / (3 cos 9)

S(Tz) = (2 S(Ti) - (S(T2) + S(T3)) / (3 sin 9)

S(Tt) = (S(T2) - S(T3)) /sgrt (3) sin 9)

Slike ligninger kan utledes for virtuelle sendere med forskjellige andre orien-teringer. Det er ikke nødvendig å eksitere senderne Ti, T2, T3samtidig. Senderne kan eksiteres i rekkefølge hvis resultatene senere kan kombineres i samsvar med de utledede ligninger.

Det skal nå henvises til fig. 2 og 4, og et eksempel skal her bli angitt for å anskueliggjøre driften av resistivitetsverktøyet 202 og for å vise hvorledes målingene fra resistivitetsverktøyet 102 kan dupliseres ved hjelp av resistivitetsverktøy 202. Settet av senderspoler Ti, T2og T3anvendes for å syntetisere en virtuell sender Tl for å erstatte senderen 104, senderspolen 108 (heretter angitt som T4) forblir den samme, mens settet av mottakerspoler Ri, R2, R3anvendes for å syntetisere en virtuell mottaker Rlfor å erstatte mottakeren 110, samt mottakerspolen 112 (heretter R4) forblir uforandret.

Signalet S(R4, T4) som genereres i mottakerspolen R4på grunn av de signaler som sendes ut fra senderspolen T4, kan uttrykkes som et produkt av en kop-lingskonstant C44og det signal S(T4) som eksiterer senderspolen. Da koplingskon-stantens C44er en funksjon av formasjonens resistivitet p og den relative geometri for sender og mottakerspolene:

(1) S(R4, T4) = C44S(T4)

S(R4, T4) kan direkte måles i verktøyet 202. Signalmåleverdier for virtuelle mottakere og sendere må imidlertid beregnes ut ifra faktiske mottakermålinger. Det signal som genereres i mottakerspolen R4ved hjelp av den virtuelle senderspole Tl kan da følgelig uttrykkes på følgende måte:

S(R4, Ti) = Cl4S(Tl) = Cl4(S(Ti) + S(T2) + S(T3)) / (3 cos 9)

Da koplingskonstanten Cl4er lik koplingskonstanten Ci4multiplisert med cos 9, kan ligningen ovenfor skrives om til:

(2) S(R4, Tl) = (S(R4, Ti) + S(T4, T2) + S(R4, T3)) /3

De signaler som måles i mottakerspolen R4på grunn av signaler som sendes ut fra senderspolene Ti, T2, T3kan følgelig kombineres til å bestemme responsen for mottakerspolen R4på den virtuelle sender Tl.

En tilsvarende ligning for en virtuell mottakerspoles reaksjon på en sender kan også finnes. Det signal som mottas av den virtuelle mottakerspole Rli kraft av de felter som genereres av sendere T4, kan da uttrykkes på følgende måte:

(3) S(Rl, T4) = (S(Ri, T4) + S(R2, T4) + S(R3, T4)) / (3 cos 9)

Skjønt det er litt mer omfattende, kan det signal som mottas av den virtuelle mottakerspole Rli kraft av felter som genereres av den virtuelle sender Tl også uttrykkes ut i fra de faktiske mottaker- og senderspoler:

S(Rl, Tl) = (S(Ri, Tl) + S(R2, Tl) + S(R3, Tl)) / (3 cos 9)

S(Rl, Tl) = (CuS(Tl) + Cl2S(Tl) + Cl3S(Tl)) / (3 cos 9)

S(Rl, Tl) = (Cu + CL2+ Cls) (S(Ti) + S(T2) + S(T3)) / (9 cos 9)

(4) S(Rl, Tl) = (S(Ri, Ti) + S(Ri, T2) + S(Ri, Ts) + S(R2, Ti) + S(R2, T2)+

S(R2, T3) + S(R3, Ti) + S(R3, T2) + S(R3, T3)) / (9 cos 9)

Målte signaler fra faktiske mottakerspoler Ri, R2, R3og R4som reaksjon på signaler som sendes ut fra senderspolene Ti, T2, T3, T4 , kan således kombineres i samsvar med ligningene (1), (2), (3) og (4) for å bestemme de signaler som ville ha blitt målt av mottakerspolene 110,112 som reaksjon på signaler som sendes ut fra senderspolene 104, 106. Ved å måle hver for seg og derpå kombinere de signaler som de faktiske senderspoler frembringer i de faktiske mottakerspoler, kan med andre ord den opprinnelige funksjonalitet for resistivitetsverktøyet 102 faktisk gjengis av resistivitetsverktøyet 202.

I samsvar med vanlig teknikk, måler resistivitetsverktøyet 102 formasjonsre-sistivitet ved å sammenligne de signaler som induseres i mottakerspolene fra en enkelt sender. (Første og andre sender anvendes hver for seg for å oppnå forskjellige resistivitets-måledybder). Svekking og faseforskjell mellom de mottatte signaler er kjente funksjoner av formasjonsresistiviteten i en homogen formasjon.

De kan anvendes hver for seg for å måle resi sti viteten. I en anisotrop formasjon kan måle-verdiene for faseforskjell og svekking kombineres for å bestemme resistiviteten både i horisontal og vertikal retning.

Resistivitetsverktøyet 202 kan utnytte disse tidligere kjente teknikker i sammenheng med de synteseligninger som er utledet ovenfor for å duplisere funksjo-naliteten for resistivitetsverktøyet 102. Viktigere er imidlertid den allsidighet og til-leggs-funksjonalitet som kan oppnås ved hjelp av verktøyet 202.

Uniformiteten eller "homogeniteten" for en formasjon kan anvendes som en anvisning om hvor nær en leiegrense befinner seg. Homogenitet kan bestemmes ved syntetisering av virtuelle spoleresponser S(Rz, Tl) og S(Rt, Tl). I en homogen formasjon er disse signaler lik null. Ikke-neglisjerbare signalmåleverdier angir nærvær av en nærliggende leiegrense. Det virtuelle responssignal S(Rz, Tl) kan utledes som funksjon av faktiske signalmåleverdier på følgende måte:

S(Rz, Tl) = (2 S(Ri, Tl) - (S(R2, Tl) + S(R3, Tl))) / (3 sin 9)

S(Rz, Tl) = (2 Cli(P)S(Tl) - (CL2(P) S(Tl) + CL3(p) S(Tl))) / (3 sin 9)

S(Rz, Tl) = (2 Cu(p) - (CL2(P) + CL3(p))) (S(Ti) + S(T2) + S(T3)) / (9 sin 9 cos 9) S(Rz, Tl) = (2(S(Ri, Ti) + S(Ri, T2) + S(Ri, T3)) - (S(R2, Ti) + S(R2, T2) +S(R3, Ti) + S(R3, T2) + S(R3, T3))) / (9 sin 9)

Det virtuelle responssignal S(Rt, Tl) kan også utledes:

S(Rt, Tl) = (S(R2, Tl) - S(R3, Tl)) / (sqrt (3) sin 9)

S(Rt, Tl) = (CL2(p) S(Tl) - CL3(p) S(Tl)) / (3<1/2>sin 9)

S(Rt, Tl) = (CL2(p) - CL3(p)) (S(Ti) + S(T2) + S(T3)) / (3<3/2>sin 9 cos 9)

(6) S(Rt, Tl) = ((S(R2, Ti) = ((S(R2, T2) + S(R2, T3)) - S(R3, Ti)) - (S(R3, T2)

+ S(R3, T3))) / (3<3/2>sin 9)

Ligningene (5) og (6) kan følgelig anvendes for å syntetisere de virtuelle responssignaler ut i fra de faktiske signalmålinger. I en homogen formasjon (hvilket vil si at ingen leiegrenser finnes i nærheten), er S(Rz, Tl) og S(Rt, Tl) faktisk lik null. Når en nærliggende lag-grense ligger i retningen a = 0, så vil S(Rt, Tl) være neglisjerbar og amplituden av S(Rz, Tl) kan anvendes for å anslå avstanden til lag-grensen. For andre asimutvinkler vil den vinkel a som gir størst amplitude for

S(Rz\ Tl) = S(Rz, Tl) cos a + S(Rt, Tl) sin a

være asimutretningen (med 180° tvetydighet) til lag-grensen. Fasen av S(Rz'', Tl) kan anvendes for å løse tvetydigheten over 180°, mens den maksimerte størrelse av S(Rz'\Tl) kan anvendes for å anslå avstanden til lag-grensen.

En annen fremgangsmåte for å bestemme retningen til lag-grensen er å måle resistivitetsverdiene i asimutretningen og derpå danne en retningsvektor ut i fra disse måle verdier. Amplituden av signalet S(Ri, Ti) angir primært resistiviteten for det område av formasjonen som ligger mellom senderen Ti og mottakeren Ri i asimutretningen a = 0. Fig. 5 viser en første ordens tilnærmelse for vinningsmøns-trene for senderen Ti (210), samt mottakeren Ri (218). Det skygge-lagte overlap-pingsområde er det område som i størst grad påvirker resistivitetsmåleverdien fra signalet S(Ri, Ti). Som en fagkyndig på området vil forstå, kan mottakerspolen 112 (R4) anvendes for å bestemme en svekkings- og faseforskjell-verdi i det tilfelle nøyaktige kvantitative måle verdier er ønsket. Den relative amplitude og fase for de målte signaler S(R4, Ti) og S(Ri, Ti) kan da anvendes for å anslå asimutresistivitet med bedre nøyaktighet enn det som kan oppnås ut i fra S(Ri, Ti) alene.

Amplituden av signalet S(R2, T2) angir primært formasjonens resistivitet i asimutretningen a = 120°, og amplituden av signalet S(R3, T3) angir primært formasjonens resistivitet i asimutretningen a = 240°. Asimut-følsomheter kan også oppnås for en hvilken som helst asimutvinkel ved bruk av denne virtuelle respons-syntesemetode.

Man kan f.eks. konstruere en virtuell sender T«som er rettet i asimutretningen a fra de faktiske senderne Ti, T2og T3, samt anordne en virtuell mottaker R«i samme asimutretning a fra mottakerne Ri, R2og R3. Amplituden av den synteti-serte respons S(R«, T«) angir da resistiviteten i den ønskede a-retning.

En lite komplisert måte å syntetisere en sender Ta=6o er å ganske enkelt ad-dere signalene Ti og T2. Skråvinkelen 9 blir noe forandret, men denne virkning kan kompenseres empirisk eller ignoreres. En virtuell mottaker Ra=6o kan konstrueres på lignende måte. Det kan vises at signalet S(R6o, T60) kan uttrykkes ved:

(7) S(Reo, Tæ) = S(Ri, Ti) + S(Ri, T2) + S(R2, Ti) + S(R2, T2)

Signalene S(Riso, Tiso) og S(R3oo, T300) kan uttrykkes på lignende måte ved:

(8) S(Ri80, Tiso) = S(R2, T2) + S(R2, T3) + S(R3, T2) + S(R3, T3)

(9) S(R3oo, T300) = S(Ri, Ti) + S(Ri, T3) + S(R3, Ti) + S(R3, T3)

Som vist i fig. 6, gir disse ligninger måle verdier for asimutresistivitet i seks forskjellige retninger med samme innbyrdes vinkelavstand. Disse seks måle verdier kan behandles for å gi en retningsvektor som angir retningen til en nærliggende lag-grense, f.eks.: Retning =

(Pocos0<0>+p6ocos60<0>+pi2ocos120<0>+pi8ocos180<c>>+p24ocos240<c>>+p3oocos300<c>>)i<+>(posin0°+p6osin60<0>+pi2osin120<0>+pi8osin180<0>+p24osin240°+p3oosin300)j

Mange forskjellige metoder kan anvendes for å anslå avstanden til lag-grensen, eller f.eks. forandringen i tilsynelatende resistivitet (utledet fra S(Rl,Tl)) kan anvendes for å anslå denne avstand. Alternativt kan størrelsen av den retningsvektor som er definert ovenfor benyttes for å anslå avstanden.

Når verktøyet omfatter mer enn én sender for å opprette flere sender/mottaker-avstander, kan den tilsynelatende resistivitet i forskjellige avstander fra verkt-øyet måles. Ut i fra fig. 7 vil det erkjennes at når verktøyet er nesten parallelt med lag-grensen, så kan forskjellen mellom tilsynelatende resistiviteter for de forskjellige mottaker/sender-konfigurasjoner anvendes for å anslå avstandene Di, D2(inn-fallsvinkelen) mot lag-grensen. For å øke påliteligheten av denne anslåtte verdi, kan forandringstakten for de tilsynelatende resistiviteter sporfølges for ytterligere informasjon.

Fig. 8 viser et funksjonelt blokkskjema for det elektriske utstyr i resistivitets-verktøyet 202. Det elektroniske utstyr omfatter en reguleringsmodul 802 som er koplet til en analog omkobler 804. Denne analoge omkobler 804 er konfigurert for å drive en hvilken som helst av senderspolene Ti, T2, T3, T4med et høyfrekvens-signal fra høyfrekvens-signalkilden 806. Reguleringsmodulen 802 velger fortrinnsvis en viss senderspole, har en tilstrekkelig lang pause for at transientene skal dø ut, og signalerer så datalagrings-/sendermodulen 810 til å ta opp en amplitude- og faseprøve på de signaler som mottas av hver av mottakerne. Reguleringsmodulen 802 gjentar fortrinnsvis denne prosess i rekkefølge for hver av senderne. Ampli tude- og faseforskyvningsverdiene frembringes av amplitude- og faseforskyvnings-detektoren 808 som er koplet til hver av mottakerspolene Ri, R2, R3, R4for dette formål.

Disse S(Ri, Ti)-amplitude- og faseprøver blir fortrinnsvis overført til jordoverflaten for behandling med det formål og derved bestemme (i) formasjonens resistivitet, (ii) avstanden til den nærmeste lag-grense, (iii) retningen til den nærmeste lag-grense, samt (iv) resistiviteten for hvilke som helst nær tilstøtende leier. Datalagrings-/sendermodulen 810 kan koples til signalenheten 35 (fig. 1) for å overføre signalmåleverdier til jordoverflaten. Signalenheten 35 kan anvende en hvilken som helst kjent teknikk for å overføre informasjon til jordoverflaten, innbefattet, men ikke begrenset til (1) slamtrykkpuls, (2) trådledningsforbindelse, (3) akustisk bølge, samt (4) elektromagnetiske bølger. Fig. 10 viser fasen av S(Ri, Ti) i forhold til det overførte signal. Denne fase er vist som en funksjon av avstanden fra en lag-grense mellom et homogent medium med resistivitet 1 Qm (f.eks. skifer) og et homogent medium med resistivitet 10 Q-m (f.eks. sandsten). Resistivitetsverktøyet 202 antas å ligge parallelt med lag-grensen i en dybde D og orientert slik at lag-grensen befinner seg i asimutretningen a = 0. Sender og mottaker er anordnet 101,6 cm fra hverandre, og det anvendes en signalfrekvens på 0,5 MHz. De negative dybdeverdier (venstre side av opptegningen) angir at verktøyet 202 faktisk befinner seg i skifersjiktet (grensen ligger i retningen a = 180°), og de positive dybdeverdier (høyre side) angir at verkt-øyet befinner seg i sandstenlaget (lag-grense i retningen a = 0°). Kurver vist for skråvinklene 9 = 0, +15°, ± 30°, ± 45°, ± 60°, ± 75°, + 90°. Nærmere undersøkelse åpenbarer at med verktøyet i sandstenlaget, kan faseforskyvningen teoretisk anvendes for å observere lag-grensen for en avstand på over 1 m. Fig. 11 viser faseforskjellen mellom S(Ri, Ti) og S(Riso, Tiso) som en funksjon av avstanden fra en lag-grense under samme betingelser som tidligere. Her kan det observeres at spoler i skråvinkler mellom 9 = 45° og 60° oppviser den høy-este fasefølsomhet overfor lag-grensen. Fig. 12 viser amplituden av S(Ri, Ti) i forhold til amplituden av det utsendte signal som en funksjon av avstanden fra lag-grensen under samme betingelser som tidligere. Nærmere undersøkelse åpenbarer at med verktøyet i sandsten, kan signalamplituden teoretisk sett anvendes for å observere lag-grensen fra en avstand på over 1,5 m.

Fig. 13 viser amplituden av S(Ri, Ti) i forhold til S(Riso, Tiso) som en funksjon av avstanden fra en lag-grense under samme betingelser som tidligere. Her observeres det atter at spolene i skråvinkler mellom 0 = 45° og 60° oppviser den største følsomhet overfor lag-grensen.

Det bemerkes at undersøkelsesdybden for signalet S(Rj, Ti) ikke bare er bestemt av sender/mottaker-avstanden, men også av antennespolenes skråvinkel 0. Virtuelle antenner med digitalt variable skråvinkler kan syntetiseres ved å ta en egnet kombinasjon av Tl- og Tz- eller T-r-komponentene. Dette kan være en fremgangsmåte for å frembringe følsomme spolekonfigurasjoner hvis mekaniske betraktninger hindrer spolene fra å monteres i de ønskede skråvinkler.

Fig. 9 viser et resistivitetsverktøy 302 med en alternativ konfigurasjon. I denne konfigurasjon tjener en faktisk senderspole 104 som sender Tl. Dette redu-serer regningsomkostninger og konstruksjonsytelser, men bibeholder den ønskede asimut-følsomhet. De virtuelle responssynteseligninger for denne konfigurasjon kan vises å være:

(10) S(Rl, Tl) = (S(Ri, Tl) + S(R2, Tl) + S(R3, Tl)) / (3 cos 0)

(11) S(Rz, Tl) = (2 S(Ti, Tl) - (S(R2, Tl) + S(R3, Tl))) / (3 sin 0)

(12) S(Rt, Tl) = (S(R2, Tl) - S(R3, Tl)) / (sqrt (3) sin 0)

Som nevnt tidligere er en homogen formasjon (hvilket vil si uten noen nærliggende lag-grenser) S(Rz,Tl) og S(Rt, Tl) lik null. Når en nærliggende lag-grense ligger i retningen a = 0, så vil S(Rt, Tl) være neglisjerbar og amplituden av S(Rz, Tl) kan anvendes for å anslå avstanden til lag-grensen. For andre asimutvinkler, vil den vinkel a som maksimerer uttrykket

S(Rz', Tl) = S(Rz, Tl) cos a + S(Rt, Tl) sin a

er asimutretningen til lag-grensen. Størrelsen av S(Rz', Tl) kan anvendes for å anslå avstanden til lag-grensen.

Fig. 14 viser fasen for S(Ri, Tl) i forhold til det utsendte signal som en funksjon av avstanden fra lag-grensen. Det bør bemerkes at i denne og de følgende opptegninger vil bare mottakerspolens orientering forandres etter hvert som skråvinkelen 0 forandres. De øvrige betingelser forblir de samme. Atter kan fasever-dien anvendes for å observere lag-grensen fra en avstand på over 1 m.

Fig. 15 viser faseforskjellen mellom S(Ri, Tl) og S(Ri8o, Tl) som en funksjon av avstanden fra lag-grensen under de samme betingelser som tidligere. Her kan det observeres at spoler skråstilt i større skråvinkler er merfasefølsomme for nærvær av grensen. Signalamplituden avtar også ved de større skråvinkler, slik at en kompromissvinkel på omkring 60° kan være å foretrekke. Fig. 16 viser amplituden av S(Ri, Tl) i forhold til amplituden av det utsendte signal som en funksjon av avstanden fra en lag-grense, under samme betingelser som tidligere. Nærmere undersøkelser åpenbarer at med verktøyet i sandsten, kan signalamplituden teoretisk anvendes for å observere lag-grensen fra en avstand på over 1,25 m. Den tidligere nevnte kraftige svekking av signalene ved øk-ende skråvinkler er klart vist her. Fig. 17 viser amplituden av S(Ri, Tl) i forhold til S(Riso, Tl) som en funksjon av avstanden fra en lag-grense under samme betingelser som tidligere. Her kan det atter observeres at spoler som er skråstilt i større vinkler oppviser den største sensitivitet overfor lag-grensen, men signaleffekt-betraktninger kan begrense skråvinklene til omkring 60° eller mindre.

Andre alternative verktøyutførelser av samme art som i fig. 9, men med et sett av skråstilte senderspoler, og bare ikke-skråstilte mottakerspoler, kan også være nyttig for å frembringe et asimutfølsomt resistivitetsverktøy. Synteseligninger for virtuelle responssignaler S(Tt, Rl) og S(Tz, Rl) kan utledes og anvendes for å bestemme asimutretningen til lag-grenser.

Et asimut-avstem-bart resistivitetsverktøy er blitt beskrevet. Dette verktøy kan anvendes for å detektere nærvær av et nærliggende leie samt for å anslå nær ved å måle formasjonens resistivitet i asimutretningen. Fig. 5 viser f.eks. et borehull og et sandlag på undersiden av et mer ledende skiferleie. Den tilsynelatende resistivitet målt i retning oppover er da lavere enn resistiviteten målt i retning nedover. Denne forskjell mellom resistivitetsverdiene i retning oppover og nedover kan anvendes for å påvise det nærliggende, ledende leie og anslå avstanden til lag-grensen. Asimutretningen for minste og største målte resistivitet kan da anvendes for å bestemme retningen til leiegrensesjiktet.

Skjønt foreliggende oppfinnelse er blitt beskrevet og omtalt under henvisning til en foretrukket utførelse, vil det forstås at variasjoner med hensyn til detaljer i denne utførelse kan finne sted uten avvik fra oppfinnelsens omfangsområde.

Claims (18)

1. Fremgangsmåte for å bestemme beliggenheten av en lag-grense (23) i forhold til et borehull (18),karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter: generering av et første signal som representerer en første asimut følsom måling av faseforskyvning og svekking av et elektromagnetisk signal som forplanter seg gjennom en formasjon omkring et borehull, generering av et andre signal som representerer en andre asimut følsom måling av faseforskyvning og svekking av et elektromagnetisk signal som forplanter seg gjennom en formasjon omkring et borehull, og hvor asimut følsomheten for den første målingen ligger i en retning som er forskjellig fra den tilsvarende føl-somheten ved den andre målingen, generering av et tredje signal som representerer en tredje asimut følsom måling av faseforskyvning og svekking av et elektromagnetisk signal som forplanter seg gjennom en formasjon omkring et borehull, og hvor asimut følsomheten til den første målingen og den andre målingen er i en retning forskjellig fra den tredje målingen, hvor genereringen av det første og det andre signalet omfatter mottak av et utsendt elektromagnetisk signal på en første og andre skråstilte mottakerantenne (216, 218) som henholdsvis er orientert i en første og en andre asimutretning, og hvor genereringen av det tredje signalet inkluderer å ta imot det elektromagnetiske signalet på en tredje mottaker antenne (112), behandle det første, andre og det tredje signalet under utboreprosessen, der behandlingen inkluderer å danne en retningsvektor fra målingene, der retningsvektoren indikerer retningen til en lag-grense i nærheten, og å estimere en avstand til lag-grensen basert på målingene.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, videre omfattende å bruke retnings-sensorer for å indikere rotasjonsvinkelen.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, videre omfattende å utføre retningskorreksjoner basert på i det minste deler av nevnte målinger.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, videre omfattende å tilveiebringe sender/mottaker-konfigurasjoner med forskjellige inntrengningsdybder og korrespon-derende signal frekvenser.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, videre omfattende å motta elektromagnetiske signaler på den tredje mottakerantenne (220) som er skråstilt og orientert i en tredje asimutretning.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, der de første og andre skråstilte mottakerantenner (216, 218) er en del av et sett som har likt innbyrdes mellomrom.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, der de første og andre skråstilte mottakerantenner (216, 218) er en del av en flerhet av antenner som har ujevnt fordelte innbyrdes asimutvinkler.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, videre omfattende å motta elektromagnetiske signaler på en tredje mottakerantenne (220) med en skråvinkel på 0°.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, der generering av de første og andre signaler inkluderer å sende elektromagnetiske signaler med første og andre skråstilte senderantenner (208, 210).

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, der behandlingen videre inkluderer å bestemme i det minste en av (i) formasjons resistivitet, og (ii) resistivitet av hvilken som helst tilstøtende lag-grense.

11. Et LWD-verktøy som muliggjør asimut følsomme resistivitetsmålinger der verktøyet (202) erkarakterisert vedå omfatte: - sender antenner (208, 210, 212) som overfører høyfrekvenssignaler inn i en formasjon, - mottaker antenner (216, 218, 220) som måler relativ amplitude og fase for de signaler som mottas fra den omkringliggende formasjonen (21), der i det minste noen av sender antennene og mottaker antennene er skråstilt og orientert med forskjellige asimut retninger, verktøyet innbefatter videre anordning for å muliggjøre dannelse av en retningsvektor fra målingene, der retningsvektoren indikerer retningen til en nærliggende lag-grense.

12. LWD-verktøy (202) i henhold til krav 11, der mottaker antennene (216, 218, 220) er skråstilt og er orientert i jevnt fordelte asimutretninger i forhold til en verk-tøy akse.

13. LWD-verktøy (202) i henhold til krav 11, der mottaker antennene (216, 218, 220) er orientert i en skråvinkel i forhold til borehullaksen, og hvor mottakerantennene er orientert i forskjellige asimutretningen

14. LWD-verktøy (202) i henhold til krav 11, videre omfattende en mottakerantenne (112) med en skråvinkel på 0°.

15. LWD-verktøy (202) i henhold til krav 11, der sender antennene (208, 210, 212) er skråstilt og hvor senderantennene er orientert i forskjellige asimutretninger.

16. LWD-verktøy (202) i henhold til krav 11, der verktøyet gjennomløper en ro-tasjon.

17. LWD-verktøy (202) i henhold til krav 11, der verktøyet videre omfatter ret-ningsfølsomme følere som bestemmer rotasjonsvinkelen.

18. LWD-verktøy (202) i henhold til krav 11, der sender antennene (208, 210, 212) er skråstilt.