NO339136B1 - Fremgangsmåte og apparat for bestemmelse av formasjonsresistivitet foran og asimutalt rundt borekronen - Google Patents

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

1. Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt leting etter hydrokarboner som innebærer elektriske undersøkelser av et borehull som trenger gjennom en grunnformasjon. Mer spesielt angår oppfinnelsen en instrumentert borkrone på et verktøy som beveger seg langs borehullet i en grunnformasjon for å innføre og måle individuelle undersøkelsesstrømmer injisert inn i borehullveggen. Ytterligere målesensorer kan også være tilveiebrakt.

2. Teknisk bakgrunn

Elektrisk borehullslogging er velkjent og forskjellige anordninger og forskjellige teknikker er blitt beskrevet for dette formålet. Bredt sagt er det to kategorier anordninger som brukes i elektriske loggeanordninger. I den første kategorien kalt "galvaniske" anordninger, emitterer elektroder strøm inn i grunnformasjonene for å bestemme resistivitet. En av de enkleste formene for galvaniske anordninger er den såkalte "normale" anordningen hvor en strømelektrode emitterer en strøm gjennom grunnformasjonen til et fjerntliggende retursted, og en spenningselektrode måler potensialet som skyldes denne strømmen i forhold til det fjerntliggende referansestedet. I den andre kategorien, induktive måle-verktøy, induserer en antenne inne i måleinstrumentet en strømflyt inne i grunnformasjonen. Resistiviteten kan bestemmes ved å måle størrelsen eller dempningen forårsaket av forplantning av denne strømmen ved hjelp av den samme antennen eller separate mottakerantenner. Forskjellige illustrerende utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse tilhører den første kategorien, galvaniske anordninger, som beskrevet mer detaljert nedenfor.

Anordninger av normal type er blitt brukt i sterk grad på loggeområdet for å bestemme formasjonsresistivitet når borehullsfluidet enten er mer resistivt eller er litt mindre resistivt enn formasjonen. En av de tidligste anordningene var den til Doll hvor et såkalt "mikronormalt" verktøy ble brukt til måling av resistivitet nær borehullveggen.

Noen galvaniske anordninger er konstruert for å fokusere målestrømmen inn i formasjonen hvis resistivitet skal bestemmes. Birdwell (US-patent 3.365.658) beskriver for eksempel bruken av en fokusert elektrode for å bestemme resistiviteten til undergrunnsformasjoner. En målestrøm bli emittert fra en sentral måleelektrode inn i tilstøtende grunnformasjoner. Denne målestrømmen blir fokusert inn i en forholdsvis smal strålebunt av strøm utover fra borehullet ved bruk av en fokuseringsstrøm utsendt fra nærliggende fokuseringselektroder plassert ved siden av måleelektroden og på hver side av denne. Andre galvaniske anordninger fokuserer strømmen nær borehullveggen. Dette er nyttig når slam-resistiviteten er meget lavere enn formasjonsresistiviteten.

US-patent 6.050.068 til Chemali m.fl., som har samme søker som foreliggende oppfinnelse, og hvis innhold herved inkorporeres ved referanse, beskriver en anordning for å ta målinger av resistiviteten i en grunnformasjon under bore-prosessen. En borkrone blir transportert på en bunnhullsanordning med det formål å bore borehullet. Minst en måleelektrode er anordnet på en ytre overflate av borkronen og blir brukt til å transportere en målestrøm inn i formasjonen. En anordning anbrakt i et hulrom i borkronen reagerer på minst én av (i) strømmen og (ii) spenningen på den minst ene måleelektroden. Responsen til denne anordningen indikerer en måling av resistivitet i formasjonen nær borehullet. En spenningskilde koblet til den minst ene elektroden tilveiebringer en spesiell spenning til den minst ene elektroden. Anordningen som er beskrevet i Chemali er en ufokusert anordning. Det kan følgelig være variasjoner i den målte resistiviteten på grunn av endringer i en veggavstand for elektroden under rotasjon av verktøyet. Det kan være ønskelig å redusere effekten av veggavstanden. Fagkyndige på området som har hatt fordelen av å sette seg inn i foreliggende oppfinnelse, vil innse at veggavstanden ved borkronen kan forårsakes av prelling av borkronen under boring.

Patentsøknaden US 2004104726 til Chemali m.fl., omhandler fremgangsmåte og apparat for å skaffe tilveie en resistivitetsmåling av en grunnformasjon.

US-patent 5.501.285 til Lamine m.fl., omhandler elektroder som er skaffet tilveie i en borekrone for å måle variasjoner i formasjonsresistans som omgir et borehull.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

En utførelsesform av oppfinnelsen er en anordning for å ta målinger av en grunnformasjon under boring av et borehull. Anordningen innbefatter en borkrone som transporteres på en bunnhullsanordning (BHA). En elektrode på borkronen er utformet for å sende en målestrøm inn i grunnformasjonen, hvor elektroden er elektrisk isolert fra borkronen. En kraftkilde er innrettet for å generere målestrømmen og holde borkronen på et potensiale som har en verdi lik et potensiale for elektroden. Anordningen innbefatter også en prosessor innrettet for å bruke verdien av potensialet og en verdi av strømmen til å estimere verdien av parameteren av interesse, og registrere den estimerte verdien på et passende medium. Parameteren av interesse kan være en resistivitet for grunnformasjonen, en konduktivitet for grunnformasjonen, en avstand til en grenseflate i grunnformasjonen og/eller et resistivitetsbilde av formasjonen. Anordningen kan videre innbefatte en orienteringssensor på BHA, idet elektroden er ved en side av borkronen, og hvor prosessoren videre er innrettet for å komprimere og fjernoverføre et resistivitetsbilde av formasjonen til et sted på overflaten. Prosessoren kan videre være innrettet for å estimere verdien av parameteren av interesse ved å bruke en beregningsfaktor bestemt fra en måling i et medium med kjent resistivitet. Orienteringssensoren kan være et akselerometer, et magnetometer og/eller et gyroskop. Kraftkilden kan videre innbefatte en toroidspole. Anordningen kan videre innbefatte en strøm-målingsanordning innrettet for å tilveiebringe verdien av målestrømmen. Prosessoren kan videre være innrettet for å styre en retning for boring av bunnhullsanordningen basert på en bestemt avstand til en grenseflate i grunnformasjonen og/eller et resistivitetsbilde av formasjonen.

En annen utførelsesform er en fremgangsmåte for måling av en parameter av interesse i en grunnformas jon under boring av et borehull. Fremgangsmåten innbefatter å transportere en borkrone på en bunnhullsanordning (BHA) inn i borehullet. En målestrøm blir ført inn i grunnformasjonen ved å bruke en elektrode på og elektrisk isolert fra borkronen. Målestrømmen blir fokusert, og et estimat blir gjort om verdien av parameteren av interesse ved å bruke en verdi for potensialet til elektroden og en verdi for strømmen. Den estimerte verdien av parameteren av interesse blir registrert på et egnet medium. Fokusering av målestrømmen kan gjøres ved å holde borkronen på et potensiale som har en verdi hovedsakelig lik potensialet til elektroden. Parameteren av interesse kan være en resistivitet for grunnformasjonen, en konduktivitet for grunnformasjonen, en avstand til en grenseflate i grunnformasjonen og/eller et resistivitetsbilde av formasjonen. Fremgangsmåten kan videre innbefatte måling av en orientering av BHA, og føre målestrømmen fra en side av borkronen og å komprimere en telemetrioverføring av et resistivitetsbilde av formasjonen til et sted på overflaten. Estimering av verdien av parameteren av interesse kan videre være basert på bruk av en kalibreringsfaktor bestemt fra en måling i et medium med kjent resistivitet. Måling av orienteringen til BHA kan være basert på bruk av en orienteringssensor som kan være et akselerometer, et magnetometer og/eller et gyroskop. Målestrømmen kan genereres ved å bruke en toroidspole. En verdi av målestrømmen kan tilveiebringes ved å bruke en strømmålingsanordning. Fremgangsmåten kan videre innbefatte å styre en retning av boringen til BHA basert på en bestemt retning til en grenseflate i grunnformasjonen og/eller et resistivitetsbilde av formasjonen.

En annen utførelsesform er et datamaskinlesbart medium for bruk i forbindelse med en anordning for å ta målinger av en parameter av interesse for en grunnformasjon. Anordningen innbefatter en borkrone transportert på en BHA. En elektrode på borkronen er innrettet for å føre en målestrøm inn i grunnformasjonen, hvor elektroden er elektrisk isolert fra borkronen. En kraftkilde er innrettet for å generere en målestrøm og holde borkronen på et potensiale som har en verdi hovedsakelig lik et potensiale for elektroden. Mediet innbefatter instruksjoner som setter en prosessor i stand til å bruke verdien av potensialet og en verdi av strømmen til å estimere en verdi av parameteren av interesse, og til å registrere den estimerte verdien av parameteren av interesse på et passende medium. Mediet kan innbefatte en ROM, en EPROM, en EEPROM, et flash-lager og/eller en optisk plate.

KORT BESKRIVELSE AV FIGURENE

Foreliggende oppfinnelse vil bli best forstått under henvisning til de følgende figurene hvor like henvisningstall refererer til like elementer.

Fig. 1 er en skjematisk illustrasjon av et boresystem som innbefatter et resistivitetsloggeverktøy i henhold til forskjellige illustrerende utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse; Fig. 2 er en illustrasjon av utførelsesformen av foreliggende oppfinnelse hvor en målestrøm foran borkronen blir fokusert ved å bruke borkronen; Fig. 3 er en illustrasjon av en azimutalt sensitiv implementering av foreliggende oppfinnelse hvor målestrøm blir fokusert ved å bruke borkronen; Fig. 4 er en illustrasjon av en modell av borkronen og måleelektroden ved frontflaten av borkronen brukt for simulering av responsen til resistivitets-loggeverktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse; og Fig. 5 viser en sammenligning av strømmen i resistivitets-loggeverktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse og en laggrense foran borkronen med responsen til et tidligere kjent loggeverktøy.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Fig. 1 viser et skjematisk diagram av et boresystem 10 som har en brønnhullsanordning som inneholder et sensorsystem og en overflateanordning i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Som vist innbefatter systemet 10 et konvensjonelt boretårn 11 reist på et dekk 12 som understøtter et rotasjonsbord 14 som blir rotert av en drivanordning (ikke vist) ved en ønsket rotasjonshastighet. En borestreng 20 som innbefatter en borerørseksjon 22 strekker seg nedover fra rotasjonsbordet 14 inn i et borehull 26. En borkrone 50 festet til borestrengen 20 ved den nedre enden bryter opp de geologiske formasjonene når den blir rotert. Borestrengen 20 er koblet til heisverk 30 via en drivrørskjøt 21, en svivel 28 og en line 29 gjennom et system av trinser 29a. Under boreoperasjonene blir heisverket 30 operert for å regulere vekten på borkronen og inntrengningshastigheten til borestrengen 20 i borehullet 26. Operasjonen av heisverket 30 er velkjent på området og blir derfor ikke beskrevet mer detaljert her.

Under boringsoperasjoner blir et egnet borefluid (vanligvis referert til på området som "slam") 31 fra en slamtank 32 sirkulert under trykk gjennom borestrengen 20 ved hjelp av en slampumpe 34. Borefluidet 31 passerer fra slam-pumpen 34 inn i borestrengen 20 via en trykkutjevnings-anordning 36, en fluidledning 38 og drivrørskjøten 21. Borefluidet 31 blir ført ut ved borehullets bunn 51 gjennom en åpning i borkronen 50. Borefluidet 31 sirkuleres opp gjennom hullet gjennom ringrommet 27 mellom borestrengen 20 og borehullet 26 og blir ført ut i slamgropen 32, via en returledning 35. En rekke sensorer (ikke vist) er fortrinnsvis utplassert på overflaten i henhold til kjente fremgangsmåter på området for å tilveiebringe informasjon om forskjellige boringsrelaterte parametre, slik som fluidstrømningshastighet, vekt på borkronen, kroklast, osv.

En overflatestyringsenhet 40 mottar signaler fra brønnhullssensorene og anordningene via en sensor 43 plassert i fluidledningen 38 og behandler slike signaler i henhold til programmerte instruksjoner levert til overflatestyringsenheten 40. Overflatestyringsenheten 40 viser ønskede boreparametre og annen informasjon på en fremvisningsanordning/monitor 42, hvilken informasjon blir benyttet av en operatør til å styre boringsoperasjonene. Styringsenheten 40 på overflaten inneholder en datamaskin, et lager for lagring av data, én eller flere dataregistreringsanordninger og/eller annet periferiutstyr. Styringsenheten 40 på overflaten innbefatter også modeller og behandler data i henhold til programmerte instruksjoner og reagerer på brukerkommandoer innført gjennom passende midler, slik som et tastatur. Styringsenheten 40 er fortrinnsvis innrettet for å aktivere alarmer 44 når visse usikre eller uønskede driftstilstander opptrer. Fagkyndige på området vil innse at hvis en slammotor blir brukt, er det relativ rotasjon mellom borkronen og borestrengen og det må sørges for overføring av signaler mellom borkronen og borestrengen. Denne overføringen kan foretas ved å bruke elektromagnetisk telemetri.

En boremotor eller slammotor 55 koblet til borkronen 50 via en drivaksel (ikke vist) anordnet i en lagerenhet 57, roterer borkronen 50 når borefluidet 31 blir ført gjennom slammotoren 55 under trykk. Lagerenheten 57 understøtter de radiale og aksiale kreftene på borkronen 50, den nedadrettede skyvkraften til boremotoren 55 og den reaktive, oppadrettede belastningen fra den påførte vekten på borkronen. En stabilisator 58 koblet til lagerenheten 57 virker som en sentreringsanordning for den nedre del av slammotoren 55.

I en utførelsesform av systemet er brønnhullsdelenheten 59 (også referert til som bunnhullsanordningen eller "BHA"), som inneholder de forskjellige sensorene og MWD-anordningene for å tilveiebringe informasjon om formasjonen og borepara-meterne nede i borehullet og slammotoren 55, koblet inn mellom borkronen 50 og borerøret 22. Bunnhullsanordningen 59 har fortrinnsvis en modulær oppbygning ved at de forskjellige anordningene er sammenkoblede seksjoner slik at de enkelte seksjonene kan erstattes etter ønske. Det kan være nødvendig å sette sammen kabelen for borkroneelektroden (diskutert nedenfor) i alle de andre anordningene mellom borkronen og returelektroden (også diskutert nedenfor).

Det vises fremdeles til fig. 1 hvor BHA 59 også kan inneholde sensorer og anordninger i tillegg til de ovenfor beskrevne sensorene. Slike anordninger innbefatter en anordning 64 for å måle formasjonsresistiviteten nær og/eller foran borkronen 50, en gammastråleanordning 76 for å måle formasjonens gammastråleintensitet og anordninger slik som et inklinometer 74, for å bestemme inklinasjonen og/eller azimutverdien til borestrengen 20. Anordningen 64 for måling av formasjonsresistivitet er fortrinnsvis koblet inn over den nedre utløsbare delenheten 62 som tilveiebringer signaler hvorfra resistiviteten til formasjonen nær eller foran borkronen 50 blir bestemt. En dobbelt forplantnings-resistivitetsanordning ("DPR"-) som har ett eller flere par med senderantenner 66a og 66b atskilt fra hverandre, eller flere par med mottagerantenner 68a og 68b, blir brukt. Magnetdipoler blir benyttet som opererer i det midlere frekvensspekteret og nedre delen av det høye frekvensspekteret. Under drift blir de utsendte elektromagnetiske bølgene forstyrret mens de forplanter seg gjennom formasjonen som omgir resistivitetsmåleanordningen 64. Mottakerantennene 68a og 68b detekterer de forstyrrede bølgene. Formasjonsresistivitet blir utledet fra fasen og amplituden til de detekterte signalene. De detekterte signalene blir behandlet ved hjelp av en brønnhullskrets og/eller prosessor som fortrinnsvis er plassert i et hus 70 over slammotoren 55, og som sender til styringsenheten 40 på overflaten ved å bruke et passende telemetrisystem 72.

Inklinometeret 74 og gammastråleanordningen 76 er på passende måte plassert langs resistivitetsmåleanordningen 64 for respektivt å bestemme inklinasjonen til den del av borestrengen 20 som er nær borkronen 50, og formasjons-gammastråleintensiteten. Enhver egnet inklinasjonsmeter og gammestråleanordning kan imidlertid benyttes for formålene med de forskjellige illustrerende utførelsesformene av foreliggende oppfinnelse. I tillegg kan en orienterings-anordning (ikke vist) slik som et magnetometer, et akselerometer eller en gyroskopisk anordning benyttes til å bore- strengens 20 azimutvinkel. Slike anordninger er kjent på området og blir derfor ikke beskrevet i detalj her. I den ovenfor beskrevne utformingen overfører slammotoren 55 kraft til borkronen 50 via én eller flere hule aksler som løper gjennom resistivitetsmåleanordningen 64. Den hule akselen gjør det mulig for borefluidet å passere fra slammotoren 55 til borkronen 50. I en alternativ utførelsesform av borestrengen 20 kan slammotoren 55 være koblet inn under resistivitetsmåleanordningen 64 eller på et hvilket som helst annen passende sted.

Borestrengen 20 inneholder en modulær sensorenhet slik som anordningen 64 for måling av formasjonsresistivitet, en motorenhet slik som slammotoren 55 og én eller flere utløsbare forbindelsesrør, slik som for eksempel den nedre utløsbare delenheten 62. I en utførelsesform innbefatter sensorenheten en resistivitetsanordning som beskrevet mer detaljert nedenfor, gammastråleanordningen 76 og inklinometeret 74.

Bunnhullsanordningen (BHA) 59 innbefatter ifølge foreliggende oppfinnelse en MWD-seksjon 78 som kan innbefatte en nukleær anordning for måling av formasjonsporøsitet, en nukleær densitetsanordning og et akustisk sensorsystem plassert over slammotoren 55 i huset for MWD-seksjonen 78 for å tilveiebringe informasjon som er nyttig når det gjelder å evaluere og teste undergrunnsformasjoner langs borehullet 26. Foreliggende oppfinnelse kan benytte en hvilken som helst av de kjente formasjonsdensitetsanordningene. En hvilken som helst tidligere kjent densitetsanordning som benytter en gammakilde, kan brukes. Under bruk sendes gammastråler emittert fra kilden, formasjonen hvor de vekselvirker med formasjonen og dempes. Dempningen av gammastrålene blir målt ved hjelp av en passende detektor, hvorfra densiteten til formasjonen blir bestemt.

De ovenfor beskrevne anordningene sender data til telemetrisystemet 72 nede i borehullet, som i sin tur overfører de mottatte dataene opp gjennom hullet til styringsenheten 40 på overflaten. Brønnhullstelemetrisystemet 72 mottar også signaler og data fra styringsenheten 40 på overflaten og overfører slike mottatte signaler og data til de riktige brønnhullsanordningene. Foreliggende oppfinnelse kan benytte en slampulstelemetriteknikk for å kommunisere data fra brønnhullssensorene og anordningene under boringsoperasjoner. En transduser 43 plassert i slamleveringsledningen 38 detekterer slampulsene som reaksjon på de data som overføres av telemetrisystemet 72 i borehullet. Transduseren 43 genererer elektriske signaler som reaksjon på slamtrykk-variasjoner og sender slike signaler via en leder 45 til styringsenheten 40 på overflaten. Andre telemetriteknikker slik som elektromagnetiske og akustiske teknikker og/eller eventuelle andre egnede teknikker, kan benyttes for formålene med foreliggende oppfinnelse. Boringsenheten innbefatter også en retningssensor. Uten å begrense omfanget av oppfinnelsen kan retningssensoren være et magnetometer av treghetstypen.

Prinsippene bak foreliggende oppfinnelse er illustrert på fig. 2. Ved en passende posisjon på borestrengen 20 er det anordnet en spenningskilde 107. I eksemplet er spenningskilden 107 vist å være på og/eller i et vektrør 101 og er en del av BHA 59. Dette er ikke ment å oppfattes som en begrensning av foreliggende oppfinnelse. Spenningen kan for eksempel genereres ved å bruke en toroidspole montert ett eller annet sted på og/eller omkring borestrengen 20. Denne spenningskilden 107 genererer en strøm i en aksial retning i borestrengen 20 som strømmer i retning av borkronen 106 og returnerer på motsatt side av spenningskilden 107 ved en fjerntliggende posisjon. Hvis slammet er ledende, kan vektrøret virke som returledning. En elektrisk forbindelse er tilveiebrakt mellom spenningskilden 107 og borkronen 106 gjennom vektrøret 101. For formålet med foreliggende oppfinnelse er spenningskilden 107 også en kraftkilde siden den genererer en strøm i borestrengen 20. Inne i borkronen 106 er det installert en elektrode 108 ved frontflaten til borkronen. Elektroden 108 er isolert fra resten av BHA 59 og er forbundet gjennom en kabel 109 til en strømmålingsanordning 103, slik som en toroidspole montert tett omkring kabelen 109, eller omkring en måleresistor (ikke vist) i serie med kabelen 109. Den veien som tas av kabelen 109 fra strømmålingsanordningen 103 til elektroden 108, kan være vilkårlig, men kabelen 109 bør være isolert slik som ved egnet elektrisk isolasjon, fra vektrøret 101. På den andre enden av kabelen 109 fra elektroden 108, er strømmålingsanordningen 103 forbundet med elektroniske kretser plassert i vektrøret 101 i BHA 59. Med dette arrangementet er det absolutte potensialet til borkronen 106 (og den tilstøtende del av vektrøret 101) omkring det samme som det absolutte potensialet til elektroden 108. Dette opprettholder en fokuseringstilstand for strømmen som transporteres av elektroden 108, som diskutert i det følgende.

Med den viste utformingen virker borkronen 106 og den tilstøtende del av vektrøret 101 som en fokuseringselektrode som sender fokuseringsstrøm 105 i den retning som generelt er indikert som vist på fig. 2. Det skal bemerkes at uttrykket "transportere" eller "sende" skal brukes i sin bredeste betydning og er ment å innbefatte strøm både inn i og ut av formasjonen. Som et resultat av fokuseringen som er tilveiebrakt av fokuseringsstrømmen 105, blir en målestrøm 111 fra elektroden 108 hovedsakelig rettet foran borkronen 106. Det er denne foroverdirigeringen av målestrømmen 111 som tilveiebringer evnen til foreliggende oppfinnelse til å se forut for borkronen.

En tilsynelatende resistivitet p for grunnformasjonen blir så gitt ved

hvor U er spenningen til spenningskilden 107 og I er målestrømmen 111, for eksempel målt ved strømmålings-anordningen 103. Den aktuelle resistiviteten til grunnformas jonen blir oppnådd som:

hvor k er en kalibreringsfaktor. Kalibreringsfaktoren kan fremskaffes for eksempel ved laboratoriemålinger foretatt med verktøyet i et medium med kjent resistivitet eller ved modellering.

En annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er illustrert på fig. 3. Som i utførelsesformen på fig. 2 er det tilveiebrakt en aksial spenningskilde 207. I eksemplet er spenningskilden 207 vist å være på og/eller i vektrøret 201 og er en del av bunnhullsanordningen 59. Dette skal ikke oppfattes som en begrensning av foreliggende oppfinnelse. Spenningen kan for eksempel genereres ved å bruke en toroidspole omkring borestrengen 20. Denne spenningskilden 207 genererer en strøm i en aksial retning for borestrengen 20, som flyter i retning av borkronen 206 og returnerer på den motsatte siden av spenningskilden 207 ved et fjerntliggende sted (se ovenfor). En elektrisk forbindelse er tilveiebrakt mellom spenningskilden 207 og borkronen 206 gjennom vektrøret 203. Inne i borkronen 206 er det installert en elektrode 208 ved en side av borkronen 206. Denne er i motsetning til utførelsesformen på fig. 2 hvor elektroden 108 er ved frontflaten av borkronen. Elektroden 208 er isolert fra resten av BHA 59 og forbundet gjennom en kabel 20 9 med en strømmålingsanordning 203 slik som en toroidspole montert tett omkring kabelen 209, eller omkring en måleresistor (ikke vist) i serie med kabelen 209. Den veien som tas av kabelen 209 fra strømmålingsanordningen 203 til elektroden 208, kan være vilkårlig, men kabelen 209 bør være isolert, slik som ved passende elektrisk isolasjon, fra vektrøret 201. På den andre ende av kabelen 209 fra elektroden 208, er strøm-målingsanordningen 203 forbundet med elektroniske kretser plassert i vektrøret 201 i BHA 59.

Fokuseringsstrømmen fra borkronen 206 og en tilstøtende del av vektrøret 201 er indikert ved 205. På grunn av det faktum at elektroden 208 er på siden av borkronen 206, flyter målestrømmen 211 i en retning som er nær ved å være radial. Denne retningen av målestrømmen 211 gir loggeverktøyet azimutal sensitivitet.

Som kjent for fagkyndige på området tilveiebringer resistivitetsmålinger tatt ved hjelp av et MWD-verktøy bedre indikasjon på formasjonsresistivitet (eller ekvivalent, konduktivitet) enn kabelmålinger. Dette skyldes det faktum at kabelmålingene som blir tatt etter en medgått tid fra boringen av brønnen, blir påvirket av invasjon av formasjonen av borefluider. I denne forbindelse blir resistivitetsmålinger tatt ved borkronen enda bedre.

For å demonstrere evnen til å ""se forover fra borkronen" i henhold til oppfinnelsen, ble det utført en numerisk modellering. Modelleringen innbefatter en sammenligning med et tidligere kjent verktøy som bare er representert ved sin sender- og mottageravstand. Fig. 4 viser modellen for et loggeverktøy 300 som ble brukt. Modelleringen ble utført for et hull 26 med diameter 12,25 tommer (31,12 cm). Senderen 303 genererer en likespenning som blir fulgt av en strøm gjennom borestrengen 301. Strømmen returnerer ved returseksjonen 302 til senderen 303. Hele borestrengen 301 blir antatt å være ideelt konduktiv og tapsfri. Potensialretningen under senderen 303 i borkronen 309 er derfor lik på loggeverktøyet 300. Strømmen kan bestemmes ved verktøyoverflatearealene. I modellen er bunnhullsanordningen (BHA) 59 (bortsett fra borkronen 309) omgitt av boreslammet 31 med en spesifikk slamresistivitet som generelt er forskjellig fra formasjonsresistiviteten. Simuleringen starter i en formasjon med resistivitet 1 Qm 304. En annen formasjon med en annen resistivitet 306 blir byttet inn i den vertikale retningen for å simulere inntrengningen av borkronen og verktøyet gjennom grensen mellom de to formasjonene 307. Under inntrengningen blir strømmen gjennom mottakeren 305 såvel som gjennom en måleelektrode 311 registrert.

Fig. 5 viser strømendringen ved borkroneelektroden sammenlignet med den konvensjonelle teknikken hvor borkrone-strømmen er registrert ved mottakeren i henhold til modellen. Absissen er strømresponsen uttrykt som en prosentandel av den maksimale responsen. Ordinaten er dybden i meter (m). Kurvene 401 (det er fem av dem) er for forskjellige illustrerende utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse med avstander på 0 m, 0,28 m, 0,87 m, 2,11 m og 4,75 m mellom borkronen og den respektive mottakeren. BHA 59 blir beveget fra en formasjon med 1 Qm formasjonsresistivitet til en formasjon med en formasjonsresistivitet på 100 Qm. Negative verdier av dybden betyr at bunnhullsanordningen 59 er fullstendig inne i formasjonen med resistivitet 1 Qm, 0-verdien av dybden betyr at borkronen berører grensen til formasjonen med resistivitet på 100 Qm, og positive verdier av dybden betegner posisjoner av borkronefronten i formasjonen med resistivitet 100 Qm. Strømmen er normalisert til strømmen i formasjonen med resistivitet 1 Qm ved -2 m (100 %). Kurvene 403, 405, 407, 409 og 411 er tilsvarende strømresponser ved mottakeren for den simulerte tidligere kjente anordningen.

Som vist på fig. 5 er strømresponsene 401 for forskjellige illustrerende utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse nesten uavhengige av avstanden mellom borkronen 309 og mottakeren 305. En liten verneeffekt kan observeres når avstanden mellom borkronen og senderen blir forlenget. Borkroneelektroden er imidlertid i stand til å detektere strømendringer på 20 % på en halv meter før borkronen berører den nye formasjonen, mens den konvensjonelle teknologien som bruker en ringmottaker høyst (se kurve 403) detekterer bare en endring på 10 %. Merket ved 50 % blir nådd 25 cm før den nye formasjonen for foreliggende oppfinnelse, mens den tidligere kjente teknikken viser denne endringen bare etter at borkronen har trengt inn i den nye formasjonen. Når borkroneflaten berører den nye formasjonen, indikerer borkroneelektroden endeverdien av strømendringen, men den konvensjonelle teknikken måler endeverdien mer enn 0,5 m etter den nye formasjonsgrensen. Alle resultater blir verre for ringmottakermålinger hvis det blir tilføyd plass mellom borkronen og ringmottakeren, som for eksempel vist ved avviket fra kurven 403 til kurven 411.

I praksis blir det definert en resistivitetsmodell av grunnformasjonen. Dette kan gjøres ved å bruke resistivitetsmålinger fra en tidligere boret brønn i nærheten, eller fra annen informasjon. Basert på denne resistivitetsmodellen kan resistiviteten som er målt ved hjelp av loggeverktøyet 300 ifølge foreliggende oppfinnelse, brukes til å estimere en avstand til en grenseflate i grunnformasjonen. Grenseflaten kan være en laggrense mellom formasjoner som har forskjellige resistiviteter, eller den kan være en fluidgrenseflate i en formasjon med fluider med forskjellig resistivitet på motsatte sider av grenseflaten. Loggeverktøyet 300 ifølge forskjellige illustrerende utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse blir således brukt til å bestemme en parameter av interesse for grunnformasjonen, slik som resistivitet og/eller avstand til en grenseflate foran borkronen i grunnformasjonen.

Evnen til loggeverktøyet 300 ifølge foreliggende oppfinnelse til å se foran borkronen kan benyttes i reservoarnavigasjon. Når målingene blir tatt med en sensorenhet som innbefatter loggeverktøyet 300 montert på BHA 59 under boringsoperasjoner, kan den bestemte avstanden brukes av en brønnhullsprosessor til å endre retningen av boringen av borehullet 26. Alternativt og/eller i tillegg kan avstandsinformasjonen overføres til overflaten hvor en overflateprosessor 40 og/eller en boringsoperatør kan styre boreretningen. Fremgangsmåten kan også brukes ved kabelanvendelser. For kabelanvendelser bør sonden være ved bunnen av hullet for å bestemme avstander til laggrenser i avstand fra borehullet 26. Dette kan være nyttig ved brønnavslutning, for eksempel ved utforming av fraktureringsoperasjoner for å unngå forplantning av sprekker forbi en spesifisert avstand. Hvis reservoaret blir detektert foran borkronen, kan en foring installeres før inntrengning.

Når orienteringssensorer blir brukt for å bestemme orienteringen av borkronen 50, kan denne orienterings-informasjonen kombineres med resistivitetsinformasjon fremskaffet fra strøm- og spenningsmålingene for å skaffe et estimat av azimutal variasjon av resistiviteten i grunnformasjonen. En vanlig grunn til azimutal resistivitets-variasjon er forekomsten av fine lag med forskjellige resistiviteter i grunnformasjonen. Når disse er innrettet med borehullet 26, vil en azimutal variasjon i resistivitet (typisk som en sinusformet variasjon) målt ved hjelp av anordningen, slik som loggeverktøyet 300 ifølge foreliggende oppfinnelse, bli et resultat. Denne sinusvariasjonen kan detekteres ved å bruke kjente behandlingsmetoder ut fra "støysignalet". Egnede orienteringssensorer kan være plassert på borestrengen 20 nær borkronen 50, eller på drivakselen til boremotoren 55, hvis en slik blir brukt. Slike orienteringssensorer bør være plassert nær nok til borkronen 50 til at orienteringsmålingene indikerer orienteringen til borkronen 50 og ikke blir påvirket av vridning av borestrengen 20 eller drivakselen til motoren 55. Resistivitetsbildet kan også brukes til geostyring ved sammenligning med et bilde fremskaffet fra målingene med et modellert bilde utledet fra en undergrunnsmodell.

Målingene som er tatt nede i hullet, kan registreres på et passende medium. Data kan også komprimeres og overføres til et sted på overflaten. I utførelsesformen av oppfinnelsen som er illustrert på fig. 3, kan en fremgangsmåte for datakompresjon som er beskrevet i US-patentsøknad med serienummer 10/892,011 (nå US-patent XXXXXXX) fra Hassan m.fl., som har samme søker som foreliggende søknad og hvis innhold herved inkorporeres i sin helhet ved referanse, brukes. Fremgangsmåten som er beskrevet i Hassan er for eksempel bare nevnt som eksempler, og andre fremgangsmåter kan brukes. Hassan beskriver en fremgangsmåte og en anordning for logging av en grunnformasjon og innsamling av undergrunns-informasjon hvor et loggeverktøy blir transportert i et borehull for å fremskaffe parametre av interesse. Parameterne av interesse som er fremskaffet, kan være densitet, akustiske, magnetiske eller elektriske verdier som kjent på området. Parameterne av interesse kan overføres til overflaten ved et antall oppløsninger ved å bruke en bildekompresjonsmetode med flere oppløsninger. Parametre av interesse blir dannet i et antall kostnadsfunksjoner hvorfra områder av interesse blir bestemt for å oppløse karakteristikker for egenskapene av interesse i områdene. Egenskapskarakteristikker kan bestemmes for å fremskaffe tids- eller dybdeposisjoner for laggrenser og borehullsfallvinkel i forhold til undergrunnsstrukturer, såvel som borehulls- og undergrunnsstrukturorientering. Karakteristikker for egenskapene innbefatter tid, dybde og geometrier for undergrunnen, slik som strukturelt fall, tykkelse og litologier. Ved overflaten kan et bilde av formasjonen konstrueres. Med en av de to utførelsesformene som er diskutert ovenfor, kan en logg over resistivitet frembringes. I tillegg er det flere velkjente anvendelser for resistivitetsmålinger: disse innbefatter bestemmelse av hydrokarbonmetning i formasjoner. Kjennskap til denne metning er uhyre nyttig ved reservoarutvikling.

Behandlingen av dataene kan gjøres ved hjelp av en brønnhullsprosessor for å gi korrigerte målinger hovedsakelig i sann tid. Alternativt kan målingene registreres nede i hullet, hentes opp når borestrengen 20 blir kjørt ut, og behandlet ved bruk av overflateprosessoren 40. Implisitt i styringen og behandlingen av dataene er bruken av et datamaskinprogram på et passende maskinlesbart medium som gjør det mulig for prosessoren å utføre styringen og behandlingen. Det maskinlesbare mediet kan innbefatte én eller flere ROM, EPROM, EEPROM, flash-lagre og optiske plater.

Selv om den foregående beskrivelse er rettet mot foretrukne utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse, vil forskjellige modifikasjoner være opplagte for fagkyndige på området. Det er ment at alle slike varianter innenfor rammen av de vedføyde patentkrav, skal være omfattet av den foregående beskrivelse.

Claims (12)

1. Anordning for å ta målinger av en parameter av interesse i en grunnformasjon under boring av et borehull i denne,der anordningen omfatter: (a) en borkrone (106, 206) utformet for å bli transportert på en bunnhullsanordning (BHA) (59) innrettet for å bore borehullet; (b) en elektrode (108, 208) på borkronen (106, 206) innrettet for å føre en målestrøm (111, 211) inn i grunnformasjonen, hvor elektroden (108, 208) er elektrisk isolert fra borkronen (106, 206); karakterisert vedat nevnte anordning videre omfatter: (c) en kraftkilde (107, 207) innrettet for å generere målestrømmen (111, 211) og for å holde borkronen (106, 06) på et potensiale som har en verdi overveiende lik et potensiale for elektroden (108, 208) slik at borkronen tjener som en fokuserende elektrode; og (d) en prosessor innrettet for: (A) å bruke verdien av potensialet og en verdi for strømmen til å estimere en verdi av parameteren av interesse, og (B) å registrere den estimerte verdien av parameteren av interesse på et egnet medium.

2. Anordning ifølge krav 1, hvor parameteren av interesse er minst én av (i) en resistivitet for grunnformasjonen, (ii) en konduktivitet for grunnformasjonen, (iii) en avstand til en grenseflate i grunnformasjonen og (iv) et resistivitetsbilde av formasjonen.

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, videre omfattende en orienteringssensor på bunnhullsanordningen, hvor elektroden (108, 208) er ved en side av borkronen (106, 206) og hvor prosessoren videre er innrettet for å komprimere og overføre et resistivitetsbilde av formasjonen til et sted på overflaten, der nevnte orienteringssensor er valgt fra gruppen bestående av et akselerometer, et magnetometer og et gyroskop.

4. Anordning ifølge ett av kravene 1, 2 eller 3, hvor prosessoren videre er innrettet for å estimere verdien av parameteren av interesse ved å bruke en kalibreringsfaktor bestemt fra en måling i et medium med kjent resistivitet.

5. Anordning ifølge ett av de tidligere kravene, hvor nevnte kraftkilde (107, 207) videre omfatter en toroidspole og/eller hvor nevnte apparat videre omfatter en strømmåleanordning (103, 203) innrettet for å tilveiebringe verdien av målestrømmen.

6. Anordning ifølge ett av de tidligere kravene, hvor prosessoren videre er innrettet for å styre en retning for boringen til bunnhullsanordningen (59) basert på minst én av: (i) en bestemt avstand til en grenseflate i grunnformasjonen, og (ii) et resistivitetsbilde av formasjonen.

7. Fremgangsmåte for måling av en parameter av interesse i en grunnformasjon under boring av et borehull (26) i denne, der fremgangsmåten omfatter: (a) å transportere en borkrone (106, 206) på en bunnhullsanordning (BHA) (59) inn i borehullet (26); og (b) å føre en målestrøm inn i grunnformasjonen ved å bruke en elektrode (108, 208) på og elektrisk isolert fra borkronen (106,206), karakterisert vedat: nevnte elektrode har et potensiale som har en verdi som er overveiende likt med potensialet til borkronen (106, 206); og nevnte fremgangsmåte videre omfatter: (c) å bruke en verdi for et potensial på elektroden (108, 208) og en verdi av strømmen til å estimere en verdi av parameteren av interesse; (d) å registrere den estimerte verdien av parameteren av interesse på et egnet medium; og (e) å fokusere målestrømmen, der å fokusere målestrømmen er et resultat av å opprettholde borkronen (106, 206) på et potensial som har en verdi som er lik potensialet til elektroden (108, 208).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvor parameteren av interesse er minst en av (i) en resistivitet for grunnformasjonen, (ii) en konduktivitet for grunnformasjonen, (iii) en avstand til en grenseflate i grunnformasjonen og (iv) et resistivitetsbilde av formasjonen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7 eller 8, videre omfattende: (i) å måle en orientering av bunnhullsanordningen (59), der å måle retningen til bunnhullsanordningen (59) videre omfatter å bruke en retningssensor valgt fra gruppen bestående av et akselerometer, et magnetometer og et gyroskop; (ii) å føre målestrømmen fra en side av borkronen (106, 206), og (iii) å komprimere og fjernoverføre et resistivitetsbilde av formasjonen til et sted på overflaten.

10. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 7 til 9, hvor estimering av verdien av parameteren av interesse videre omfatter å bruke en kalibreringsfaktor bestemt fra en måling i et medium med kjent resistivitet.

11. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 7 til 10, videre omfattende å generere målestrømmen ved å bruke en toroidspole og/eller ved å bruke en strømmåleinnretning (103, 203) for å tilveiebringe verdien av målestrømmen.

12. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 7 til 11, videre omfattende å sette inn en foring i borehullet (26) basert på en besluttet avstand til en grenseflate i grunnformasjonen.