NO339280B1 - Sonde for måling av elektromagnetiske egenskaper i berggrunnen omkring et borehull - Google Patents

Description

OMRÅDE FOR OPPFINNELSEN

Oppfinnelsen vedrører en elektromagnetisk sonde for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunnsformasjon i en begrenset sone som omgir et borehull. Et annet aspekt av oppfinnelsen vedrører et loggeverktøy som omfatter en slik sonde for utførelse av logger av

undergrunnsformasjonsborehull.

Et ytterligere aspekt av oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunnsformasjon i en begrenset sone som omgir et borehull.

En bestemt applikasjon av sonden, loggeverktøyet og fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, vedrører oljefelt-serviceindustrien.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Loggeinnretninger som måler formasjonens dielektriske konstant er kjent, foreksempel fra US 3.849.721 og US 3.944.910. Loggeinnretningen inkluderer en sender og mottakere i en avstand montert i en pute som presses mot en borehullsvegg. En elektromagnetisk mikrobølge sendes inn i formasjonene, og bølgen som har forplantet seg gjennom formasjonene mottas ved de mottakende antenner. Faseskift og demping for denne bølge som forplanter seg i formasjonene bestemmes fra mottakernes utgangssignaler. Den dielektriske konstant og konduktiviteten til formasjonene kan deretter fremskaffes fra målingene av faseskift og demping. To sendere brukes generelt i en borehullskompensert oppstilling for å minimere effekten av borehullets rugositet, verktøyets skråstilling og ulikheter i senderne, mottakerne og deres elektroniske kretser.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Et mål med oppfinnelsen er å foreslå en elektromagnetisk sonde og/eller fremgangsmåte for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunnsformasjon i en begrenset sone som omgir et borehull med en bedre nøyaktighet enn innretning og/eller fremgangsmåte ifølge kjent teknikk.

I henhold til oppfinnelsen foreslås det en elektromagnetisk sonde for utførelse av elektromagnetiske målinger av formasjonens dielektriske egenskaper i henhold til forskjellig bølgepolarisasjon, ved forskjellige undersøkelsesdybder inne i formasjonen (radiale dybder) og ved forskjellige frekvenser.

Den elektromagnetiske sonde er tiltenkt å måle den dielektriske permittivitet og elektriske konduktivitet i en geologisk formasjon, som omgir borehullet. Målingene er differensialmålinger basert på faseskift og amplitudedemping av elektromagnetiske bølger mellom to sendende antenner mot i det minste to mottakende antenner som omgir de sendende antenner. Under styringen av et elektronisk arrangement, blir emitterende antenner eksistert og mottakssignaler ved mottakende antenner måles. Den demping og det faseskift som måles mellom de to emitterende antenner gir den tilsynelatende bølgevektor, som er kjent som k, som er direkte forbundet med permittiviteten og konduktiviteten til formasjonen. Denne målingen er imidlertid påvirket av tilstedeværelsen av en eventuell slamkake på brønnboringens vegg og fluidblanding (borefluid) inne i formasjonen. Usikkerhet løses således ved å utføre ytterligere målinger, som hver måler et ytterligere faseskift og en ytterligere demping.

Et første sett av ytterligere målinger utføres med forskjellige polarisasjoner, en i henhold til en tvers-strålende modus og en i henhold til en langs-strålende modus. Et annet sett av ytterligere målinger utføres med forskjellige undersøkelsesdybder. Et tredje sett av ytterligere målinger utføres for å bestemme de dielektriske egenskaper til slamkaken og fluidblandingen. Disse ytterligere målinger tilveiebringer et sett av koherente og komplementære data som gjør det mulig å bestemme slamkakens tykkelse, og permittivitet og konduktivitet til fluidblandingen, slamkaken og formasjonen ved forskjellige radiale dybder og ved forskjellige frekvenser.

Mer presist, et første aspekt av den foreliggende oppfinnelse vedrører en elektromagnetisk sonde for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunnsformasjon i en begrenset sone, som omgir et brønnboringshull, idet brønnboringshullet er fylt med et brønnboringsfluid. Sonden omfatter en pute som har en første flate, som avgrenser et første område som er anordnet til å posisjoneres i kontakt med en brønnboringsvegg. Sonden omfatter videre:

- minst to sendende antenner som definerer et sentralt punkt mellom seg,

- minst et første og et andre sett av mottakende antenner, idet hver sett omfatter en første mottakende antenne og en andre mottakende antenne, den første mottakende antenne er posisjonert på en side av de sendende antenner og den andre mottakende antenne er posisjonert på den andre siden av de sendende antenner, slik at hvert sett omgir de sendende antenner, - det første sett av mottakende antenner er anordnet i en første avstand fra det sentrale punkt, det annet sett av mottakende antenner er anordnet i en andre avstand fra det sentrale punkt, den andre avstand er større enn den første avstand, - de sendende og mottakende antenner er posisjonert langs en linje i den første flate, - et elektronisk arrangement omfattende minst én sendermodul som er anordnet til å eksitere de sendende antenner ved påføring av et eksitasjonssignal i henhold til i det minste en første og en andre frekvens, og minst én mottakermodul som er koplet til i det minste en mottakende antenne og anordnet til å bestemme en demping og et faseskift for hvert mottakssignal, som er tilveiebrakt av hver mottakende antenne i forhold til eksitasjonssignalet.

De sendende antenner av sonden har identisk følsomhet, idet hver antenne omfatter to perpendikulære dipoler som er innbygd i et hulrom og anordnet til å sende elektromagnetisk energi i henhold til en tvers-strålende modus og en langs-strålende modus. De mottakende antenner i sonden har identisk følsomhet, idet hver antenne omfatter to perpendikulære dipoler som er innbygd i et hulrom og anordnet til å motta elektromagnetisk energi i henhold til en tvers-strålende modus og en langs-strålende modus.

I henhold til et annet aspekt av oppfinnelsen omfatter sonden videre en første koaksial tråd med åpen ende, som er anordnet i en første side og posisjonert med følsomhet perpendikulært på det første område mellom en sendende antenne og en mottakende ende.

I henhold til enda et annet aspekt av oppfinnelsen omfatter puten videre en andre flate, som er anordnet til å være i kontakt med brønnboringsfluidet, og sonden omfatter videre en ande koaksialkabel med åpen ende anordnet i den andre flate.

I henhold til et ytterligere aspekt av oppfinnelsen omfatter det elektroniske arrangement en styringskrets for den første koaksialkabelen med åpen ende, hvilken krets omfatter:

- en sendende modul for sending av et høyfrekvens inngangssignal inn i den første koaksialkabelen med åpen ende, og - en mottakende modul for bestemmelse av en første refleksjonskoeffisient basert på et høyfrekvensutgangssignal reflektert ved åpningen for den første koaksialkabelen med åpen ende og en forplantingskoeffisient basert på et høyfrekvensutgangssignal som er mottatt av den første koaksialkabelen med åpen ende etter en eksitasjon av de sendende antenner. Det elektroniske arrangement kan videre omfatte en styringskrets for den andre koaksialkabelen med åpen ende, hvilken krets omfatter: - sendende modul for sending av et høyfrekvensinngangssignal inn i den andre koaksialkabelen med åpen ende, - en mottakende modul for bestemmelse av en andre refleksjonskoeffisient basert på et høyfrekvensutgangssignal reflektert ved aperturen for den andre kokasialtråd med åpen ende.

Det elektroniske arrangement i den elektroniske sonde ifølge oppfinnelsen har med fordel en homodynarkitektur omfattende en variabel høyfrekvenskilde som tilveiebringer et høyfrekvenssignal til: - den minst ene sendermodul som er anordnet til å eksitere de sendende antenner, - den minst ene mottakermodul som er koplet til den minst ene mottakende antennen, og - den sendende modul og den mottakende modul i de mottakende kretser for de første og andre koaksialkabelener med åpen ende.

Et annet aspekt ved den foreliggende oppfinnelse vedrører et loggeverktøy som er anordnet til å utplasseres i et brønnboringsfluid, hvor loggeverktøyet omfatter en elektromagnetisk sonde i henhold til oppfinnelsen og et posisjoneringsarrangement for posisjonering av sonden i kontakt med en brønnboringsvegg ved en bestemt dybde.

Enda et annet aspekt av den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunnsformasjon i en begrenset sone, som omgir et brønnboringshull, idet brønnboringshullet er fylt med et brønnboringsfluid.

Fremgangsmåten omfatter trinn for:

a) posisjonering av sonden i henhold til oppfinnelsen ved en første dybde, b) sending av en elektromagnetisk situasjonsenergi rundt et sentralt punkt inn i den begrensede sone ved energisering av den første sendende antenne med et eksitasjonssignal i henhold til en tvers-strålende modus og i henhold til en første frekvens, c) måling av et tverrstråle/tverrstråle mottakssignal ved de mottakende antenner i henhold til en tvers-strålende modus og samtidig måling av et

tverrstråle/langstrålemottakssignal ved de mottakende antenner i henhold til en langs-strålende modus, i det minste i en første avstand og en andre avstand fra det sentrale punkt,

d) gjentakelse av det sendende trinn b) og de målende trinn c) ved energisering av den andre sendende antenne med et eksitasjonssignal i henhold

til en tvers-strålende modus og i henhold til en første frekvens,

e) sending av en elektromagnetisk eksitasjonsenergi rundt et sentralt punkt inn i den begrensende sone ved energisering av de sendende antenner med et eksitasjonssignal i henhold til en langs-strålende modus og i henhold til den første frekvens, f) måling av et langstråle/langstrålemottakssignal ved de mottakende antenner i henhold til tvers-strålende modusen og samtidig måling av et

langstråle/tverrstrålemottakssignal ved de mottakende antenner i henhold til langs-strålende modusen i det minste ved den første avstand og ved en andre avstand fra det sentrale punkt,

g) gjentakelse av det sendende trinn e) og de målende trinn f) ved energisering av den andre sendende antenne med et eksitasjonssignal i henhold

til en langs-strålende modus og i henhold til en første frekvens, og

h) gjentakelse av trinnene b) til g) i det minste ved en andre frekvens.

De sendende trinn b), d), e) og g) kan valgfritt utføres samtidig, idet den

elektromagnetiske eksitasjonsenergi som sendes av de første sendende antenner tilkjennegis av en første lav frekvens, den elektromagnetiske eksitasjonsenergi som sendes av de andre sendende antenner tilkjennegis av en andre lav frekvens.

De sendende trinn b) til h) kan valgfritt utføres samtidig, idet eksitasjonssignalet omfatter en flerhet av frekvenser, i det minste de første og de andre frekvenser.

I henhold til et annet aspekt av oppfinnelsen omfatter fremgangsmåten videre trinn for: - bestemmelse av en demping og et faseskift for hvert mottakssignal som er tilveiebrakt av hver mottakende antenne i forhold til eksitasjonssignalet, - estimering av de elektromagnetiske egenskaper til undergrunnsformasjonen i den begrensende sone, som omgir brønnboringshullet for i det minste en første radial undersøkelsesdybde som er korrelert til den første avstand og en andre radial undersøkelsesdybde, som er korrelert til den andre avstand.

I henhold til et annet aspekt av oppfinnelsen omfatter fremgangsmåten videre trinn for: - måling av et høyfrekvensutgangssignal som er mottatt av en første koaksialkabelen med åpen ende, etter en eksitasjon av de sendende antenner, - bestemmelse av en demping for høyfrekvensutgangssignalet i forhold til eksitasjonssignalet, og - estimering av en tykkelse av en slamkake på brønnboringens vegg ved bestemmelse av en overføringskoeffisient basert på dempingen og faseskiftet.

I henhold til enda et annet aspekt av oppfinnelsen omfatter fremgangsmåten videre trinn for: - måling av et høyfrekvensutgangssignal som er mottatt av de mottakende antenner etter en eksitasjon av en første koaksialkabelen med åpen ende, - bestemmelse av en demping og et faseskift for

høyfrekvensutgangssignalet i forhold til eksitasjonssignalet, og

estimering av en tykkelse av en slamkake på brønnboringens vegg ved bestemmelse av en forplantningskoeffisient basert på dempingen.

I henhold til enda et annet aspekt av oppfinnelsen omfatter fremgangsmåten videre trinn for: - sending av et høyfrekvensinngangssignal inn i en første koaksialkabelen med åpen ende i kontakt med brønnboringens vegg, - måling av et høyfrekvensutgangssignal som er reflektert av slamkaken via den første koaksialkabelen med åpen ende, - estimering av de elektromagnetiske egenskaper til slamkaken på brønnboringens vegg ved bestemmelse av en slamkakerefleksjonskoeffisient basert på høyfrekvensutgangssignalet.

I henhold til enda et annet aspekt av oppfinnelsen omfatter fremgangsmåten videre trinn for: - sending av et høyfrekvensinngangssignal inn i en andre koaksialkabelen med åpen ende i kontakt med et brønnboringsfluid, - måling av et høyfrekvensutgangssignal som er reflektert av den andre koaksialkabelen med åpen ende, - estimering av de elektromagnetiske egenskaper til brønnboringsfluidet ved bestemmelse av en brønnboringsfluidrefleksjonskoeffisient basert på høyfrekvensutgangssignalet.

I henhold til enda et annet aspekt av oppfinnelsen omfatter fremgangsmåten videre et trinn med sammenligning av de signaler som er tilveiebrakt av den første koaksialkabelen med åpen ende, og den andre koaksialkabelen med åpen ende for estimering av kvaliteten av putens påføring mot borehullets vegg.

I henhold til et annet a spekt av oppfinnelsen omfatter fremgangsmåten videre trinn med korrigering av de beregnede elektromagnetiske egenskaper til undergrunnsformasjonen i den begrensede sone, som omgir brønnboringshullet basert på de estimerte elektromagnetiske egenskaper og tykkelsen til slamkaken. Denne korreksjonen gir de elektromagnetiske egenskaper til den radiale profil i den geologiske formasjon, fri for slamkakeeffekter.

Den elektromagnetiske sonde ifølge oppfinnelsen muliggjør en høyere målenøyaktighet enn det elektromagnetiske forplantningsverktøy som er beskrevet innenfor den kjente teknikk.

Med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er det mulig å estimere de elektromagnetiske egenskaper i en radial profil i en avstand fra brønnboringens vegg og/eller ved forskjellige frekvenser.

Den elektromagnetiske sonde i henhold til oppfinnelsen gjør det mulig å redusere usikkerheter under tolkning av petrofysiske data. Den elektromagnetiske sondes målinger er basert på høyfrekvenselektromagnetiske bølger sin vekselvirkning med vannmolekyler i matriksporene i den geologiske formasjon. Disse målinger gir informasjon om fluider som opptar matriksporene, om selve matriksen, vekselvirkningen mellom fluidet og matriksen og om den geologiske struktur i formasjonen.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Den foreliggende oppfinnelse illustreres ved hjelp av eksempler, og er ikke begrenset til de ledsagende figurer, hvor like henvisninger angir lignende elementer: Fig. 1 .A illustrerer skjematisk en typisk lokalisering for en hydrokarbonbrønn på land; Fig. 1 .B illustrerer skjematisk et riss ovenfra av et borehull i en geologisk formasjon; Fig. 2.A, 2.B, 2.C viser skjematisk henholdsvis et tverrsnittsriss, et sideriss av en sonde som er i kontakt med borehullets vegg og et sideriss av en sonde som er i kontakt med borehullsfluid, for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunnsformasjon i henhold til oppfinnelsen; Fig. 3.A viser skjematisk i større detaljer et tverrsnittsriss av en kryssdipolantenne av sonden i henhold til oppfinnelsen; Fig. 3.B og 3.C illustrerer skjematisk kryssdipolantennen på fig. 3.A i en langs-strålende modus henholdsvis en tvers-strålende modus; Fig. 4 og 5 viser skjematisk en sendende krets henholdsvis en mottakende krets av et elektronikkarrangement i sonden i henhold til oppfinnelsen; Fig. 6 viser skjematisk en styringskrets for koaksialkabelen med åpen ende i elektronikkarrangementet i sonden i henhold til oppfinnelsen; Fig. 7.A og 7.B viser en typisk innhyllingskurve for den radiale dybdes sensitivitetsrespons målt av de mottakende antenner i henhold til langs-strålende modusen henholdsvis tvers-strålende modusen; og Fig. 8.A og 8.B viser typiske dispersjonskurver for permittivitet henholdsvis konduktivitet i forhold til frekvensen.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Fig. 1 .A viser skjematisk en typisk lokalisering av en hydrokarbonbrønn på land og overflateutstyr SE over en geologisk hydrokarbonformasjon GF etter at boreoperasjon har blitt utført. På dette trinn, d.v.s. før en foringsrørstreng kjøres og før sementeringsoperasjoner utføres, er brønnboringen et borehull WBH som er fylt med en fluidblanding DM. Fluidblandingen DM er typisk en blanding av borefluid og boreslam. I dette eksempel omfatter overflateutstyret SE en oljerigg OR og en overflateenhet SU for utplassering av et loggeverktøy TL i brønnboringen WB. Overflateenheten kan være et kjøretøy, som er koplet til loggeverktøyet ved hjelp av en ledning LN. Overflateenheten omfatter videre en passende innretning for bestemmelse av dybdeposisjonen til loggeverktøyet i forhold til overflatenivået. Loggeverktøyet TL kan omfatte en sentreringsenhet. Sentreringsenheten omfatter en flerhet av mekanisk arm som kan utplasseres radialt for kontakt med brønnboringens vegg WBW. Den mekaniske arm sørger for en korrekt posisjonering av loggeverktøyet langs den sentrale akse i brønnboringshullet. Loggeverktøyet TL omfatter forskjellige sensorer og tilveiebringer forskjellige måledata som er relatert til den geologiske hydrokarbonformasjon GF og/eller fluidblandingen DM. Disse måledata samles inn av loggeverktøyet TL og sendes til overflateenheten SU. Overflateenheten SU omfatter passende elektronikk- og programvarearrangementer for behandling, analysering og lagring av de måledata som tilveiebringes av loggeverktøyet TL.

Loggeverktøyet TL omfatter en sonde 1 for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunnsformasjon i henhold til oppfinnelsen. Så snart loggeverktøyet er posisjonert ved en ønsket dybde, kan sonden 1 utplasseres fra loggeverktøyet TL mot borehullets vegg WBQ ved hjelp av et passende utplasseringsarrangement, foreksempel en arm.

Fig. 1 .B er et tverrsnittsriss ovenfra i en geologisk formasjon GF. Borehullet WBH er fylt med fluidblandingen DM, generelt borefluid og boreslam. Borehullets vegg siler partiklene i slammet som er suspendert i fluidblandingen. Et grunt lag av slam, den såkalte slamkake MC blir således generelt blandet på borehullets vegg WBW. En utvasket eller invadert sone IZ som danner et første konsentrisk volum omgir borehullets vegg WBH. Fluidblandingen DM filtreres generelt gjennom slamkaken MC og penetrerer inn i formasjonen, og danner den invaderte sone IZ. Den radiale dybde av den invaderte sone varierer fra noen få tommer til noen få fot. En sann eller urørt sone VZ omgir den invaderte sone IZ. Den er kun fylt med det naturlige geologiske formasjonsfluid. En ytterligere overgangssone kan være tilstede mellom den invaderte sone IZ og den urørte sone VZ.

Den måling som utføres av loggeverktøyet TL påvirkes derfor av tilstedeværelsen av fluidblandingen DM i den geologiske formasjon GF, av størrelsen av den invaderte sone IZ og av tilstedeværelsen og størrelsen av slamkaken M.

Fig. 2.A, 2.B og 2.C viser henholdsvis den elektromagnetiske sonde 1 i henhold til et tverrsnittsriss, et riss av den flate som har kontakt med borehullets vegg og et riss av den flate som har kontakt med borehullsfluidet.

Den elektromagnetiske sonde 1 omfatter en pute 2. Puten er et ledende metallhus, for eksempel laget i et metallisk materiale, så som rustfritt stål. Puten 2 har en første flate som avgrenser et første område som er anordnet til å posisjoneres i kontakt med en borehullsvegg WBW. De andre flater av puten er anordnet til å være i kontakt med fluidblandingen DM, som befinner seg i borehullet WBH.

Puten 2 er koplet til verktøyet TL ved hjelp av en arm AR (delvis vist). Armen AR muliggjør utplassering av den elektromagnetiske sonde 1, mer presist puten 2, fra verktøyet TL inn i borehullet WBH. Særlig blir en første flate av puten 2 utplassert mot borehullets vegg WBW, mens en andre flate av puten 2 er i kontakt med borehullsfluidet DM. I dette eksempel består borehullets vegg WBW av formasjonen GF dekket av slamkaken MC.

Den elektromagnetiske sonde 1 omfatter et elektronikkarrangement 3, to sendende antenner 4A og 4B og åtte mottakende antenner 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F, 5G og 5H. De sendende antenner 4A og 4B og de mottakende antenner 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F, 5G og 5H er posisjonert i puten langs en linje AA' i den første flate anordnet til å posisjoneres i kontakt med borehullets vegg WBW.

De to sendende antenner 4A og 4B definerer et sentralt punkt CP mellom seg. Hver antenne er anordnet i en avstand D0fra det sentrale punkt CP. Avstanden d° definerer med hensyn på følsomhet den elektromagnetiske sondes vertikale oppløsning, for eksempel 25,4 mm. De sendende antenner 4A og 4B er forbundet til elektronikkarrangementet 3. De åtte mottakende antenner 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F, 5G og 5H er gruppert i henhold til fire sett, idet hvert sett omfatter to mottakende antenner. Hver mottakende antenne i settet er posisjonert på hver side av de sendende antenner. Hvert sett av mottakende antenner omgir således de sendende antenner.

Det første sett av mottakende antenner omfatter den første mottakende antenne 5A og den andre mottakende antenne 5B. Det første sett av mottakende antenner er anordnet i en første avstand d^fra det sentrale punkt CP.

Det annet sett av mottakende antenner omfatter den tredje mottakende antenne 5C og den fjerde mottakende antenne 5D. Det annet sett av mottakende antenner er anordnet i en andre avstand d2fra det sentrale punkt CP. Den andre avstand d2er større enn den første avstand d-\.

Det tredje sett av mottakende antenner omfatter den femte mottakende antenne 5E og den sjette mottakende antenne 5F. Det tredje sett av mottakende antenner er anordnet i en tredje avstand D3fra det sentrale punkt CP. Den tredje avstand d3er større enn den andre avstand d2.

Det fjerde sett av mottakende antenner omfatter den syvende mottakende antenne 5G og den åttende mottakende antenne 5H. Det fjerde sett av mottakende antenner er anordnet i en fjerde avstand d4fra det sentrale punkt CP. Den fjerde avstand d4er større enn den tredje avstand d3.

De mottakende antenner 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F, 5G og 5H er forbundet til elektronikkarrangementet 3.

De målinger som tilveiebringes av hver mottakende antenne korresponderer til forskjellige radiale dybder i den geologiske formasjon GF. Det første sett av mottakende antenner som er anordnet i den første avstand d-\ fra det sentrale punkt CP gjør det mulig å undersøke den geologiske formasjon ved en første radial dybde RD^. Det annet sett av mottakende antenner som er anordnet i den andre avstand d2fra det sentrale punkt CP gjør det mulig å undersøke den geologiske formasjon ved en andre radial dybde RD2. Det tredje sett av mottakende antenner som er anordnet i den tredje avstand d3fra det sentrale punkt CP gjør det mulig å undersøke den geologiske formasjon ved en tredje radiale dybde RD3. Det fjerde sett av mottakende antenner som er anordnet i den fjerde avstand d4fra det sentrale punkt CP gjør det mulig å undersøke den geologiske formasjon ved en fjerde radial dybde RD4. Den maksimale avstand mellom de emitterende antenner og det sett av mottakende antenner som har størst avstand er begrenset av spredningseffekten. Denne avstanden er typisk flere tommer.

Den elektromagnetiske sonde 1 omfatter i tillegg en første 6A og en andre 6B koaksialkabelen med åpen ende. Hver koaksialkabelen med åpen ende omfatter en indre leder, som er laget av et metallisk materiale og en ytre ledermantel som er laget av et isolerende materiale. Hver koaksialkabelen med åpen ende er fastholdt i et hull i den metalliske pute. Den første koaksialkabelen 6A med åpen ende er anordnet i den første side og posisjonert med følsomhet perpendikulært på det første område mellom en sendende antenne og en mottakende antenne, for eksempel mellom den sendende antenne 4A og en mottakende antenne 5B (andre posisjoner mellom en sendende antenne og en mottakende antenne er mulige). Den første koaksialkabelen 6A med åpen ende er forbundet til en styringskrets for den første koaksialkabelen med åpen ende i elektronikkarrangementet 3. Den andre koaksialkabelen 6B med åpen ende er anordnet i den andre flate av puten i kontakt med brønnboringsfluidet DM. Posisjonen til den andre koaksialkabelen 6B med åpen ende inne i puten er ikke viktig, forutsatt at den er i kontakt med brønnboringsfluidet. En hvilken som helst flate av puten kan være egnet, unntatt den som er i kontakt med borehullets vegg. Den andre koaksialkabelen 6B med åpen ende er forbundet til en styringskrets for den andre koaksialkabelen med åpen ende i elektronikkarrangementet 3.

Den elektromagnetiske sonde 1 omfatter videre en temperatursensor 7, for eksempel en termistor, for brønnboringsfluid (eksempelvis slam) temperatursensoren 7 er forbundet til elektronikkarrangementet 3.

Den elektromagnetiske sonde 1 kan videre omfatte akselerometere, eksempelvis treaksede akselerometere (ikke vist). Akselerometerne er innebygd i puten for å referere den elektromagnetiske sonde til et posisjoneringsverktøy inne i loggeverktøyet.

Én eller flere koaksialkabler (ikke vist) kan være kjørt gjennom armen AR for å forbinde elektronikkarrangementet 3 med verktøyet TL. Verktøyet TL inneholder størstedelen av nedihullselektronikken og tilveiebringer energi og styringskommandoer, og samler inn målinger fra den elektromagnetiske sonde 1. Elektronikkarrangementet 3 kan alternativt omfatte en modul for signalgenerering,

innsamling, behandling og datakommunikasjon (ikke vist) for direkte sending av målinger til overflateutstyret og for å motta styringskommandoer fra dette.

Fig. 3.A til 3.C viser en sendende antenne 4A eller en hvilken som helst av de mottakende antenner. Den sendende antenne 4A er en kryss-dipolatenne som kan energiseres for å tilveiebringe elektromagnetisk bølge som har en magnetisk dipolkarakteristikk. Det er en fordel at den sendende antenne er en ren magnetisk punkt-dipol. I eksemplene på fig. 3, omfatter antennen 4A en firkantapertur eller et hulrom 42 i et metallegeme 41, for eksempel rustfritt stål. Metallegemet 41 er innsatt i et passende hull i puten 2. Metalliske antenneelementer 44, 46 krysser hulrommet fra forskjellige motstående sider. De er posisjonert inne i hulrommet, for ikke å berøre der hvor de krysser. Hulrommet 42 er fylt med et hvilket som helst ikke-ledende materiale. Hulrommet 41 kan være forseglet av et vindu 43, fortrinnsvis i et materiale som ikke forstyrrer høyfrekvensbølgeforplantning. En første ende av de metalliske antenneelementer er koplet til en tilknyttende sendende modul i elektronikkarrangementet ved hjelp av en ledertråd 45. En andre ende av den metalliske antenne er forbundet til metallegemet 41. Ledertråden 45 er isolert for passasje gjennom metallegemet 41. Denne antennen er fordelaktig, fordi den er tilpasset til korrekt å måle to perpendikulære modi med høy nøyaktighet på grunn av den lave krysstale mellom de to magnetiske dipoler.

Den andre sendende antenne 4B er konstruert tilsvarende. Den sendende antenne opereres som følger. Kryssdipolantennen kan brukes til å produsere elektromagnetisk bølge med en styrt magnetisk dipolretning. Når en strøm påføres på et antenneelement, blir bestemte oscillasjonsmodi eksitert i hulrommet. Den dominante modus er fortrinnsvis den transversale elektriske TE10(svinnmodus). Den sendende antenne er således følsomhetsmessig en magnetisk punktdipol i et bredt frekvensområde (eksempelvis fra 10MHz til 2GHz) og i hvert nedihullsmedia. Fig. 3.B og 3.C viser skjematisk et vertikalt antenneelement 44 som er parallelt med lengdeaksen AA' i loggeverktøyet henholdsvis et horisontalt antenneelement 46 som står perpendikulært på lengdeaksen AA'. Fig. 3.B viser en antenne som operere i en langs-strålende modus, nemlig energisering av det horisontale antenneelement 44 (tverrsnitt vist) hvilket resulterer i et vertikalt magnetiske moment (som vist med den vertikale pile FM). Fig. 3.C viser en antenne som operer i en tvers-strålende modus, nemlig energisering av det vertikale antenneelement 46 (tverrsnitt vist), hvilket resulterer i et horisontalt magnetisk moment (som vist med den horisontale pil BSM). De mottakende antenner 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F, 5G og 5H kan være av en konstruksjon som er tilsvarende til konstruksjonen for de sendende antenner 4A og 4B som er vist på fig. 3.A til 3.C. De er koplet til mottakende moduler av elektronikkarrangementet. De mottakende antenner eksiteres av den sendte elektroniske bølgekomponent som er parallell med den mottakende antennes magnetiske dipol. Det horisontale element tilveiebringer et langstrålesignal når det eksiteres av en vertikal magnetisk dipol, mens det vertikale element tilveiebringer et tverrstrålesignal når det eksiteres av en horisontal magnetisk dipol. Et langstrålesignal som eksiteres av en horisontal magnetisk dipol eller et tverrstrålesignal som eksiteres av en vertikal magnetisk dipol er signaturen på anisotropi eller inhomogenitet for den geologiske formasjon, så som frakturer og lagdeling.

Fig. 4 og 5 viser skjematisk deler av elektronikkarrangementet 3. Elektronikkarrangementet 3 omfatter en sendermodul 3' og en mottakermodul 3". Elektronikkarrangementet 3 har med fordel en homodyn elektronisk arkitektur, d.v.s. at sendermodulen 3' og mottakermodulen 3" begge er koplet til en felles høyfrekvenskilde LOS. Den homodyne elektroniske arkitektur kombinert med nærheten av elektronikkarrangementet til de sendende og mottakende antenner muliggjør en pålitelig måling av faseskift og amplitudedemping i den geologiske formasjon ved eliminering av systematiske feil og støykilder.

Høyfrekvenskilden LOS kan være en dielektrisk resonatoroscillator eller en koaksial resonatoroscillator. Frekvensen til høyfrekvenskilden LOS er variabel og kan styres via en passende styringskrets, idet begge innretninger er velkjente innen teknikken og således ikke vil bli ytterligere beskrevet.

De vanlige og kjente energiserings- og styringskretser er utelatt på disse figurer. Sendermodulen 3' er anordnet til å eksitere de sendende antenner 4A eller 4B ved påføring av et eksitasjonssignal ES.

Mottakermodulen 3" er anordnet til å bestemme en demping og et faseskift for et mottakssignal RS som er tilveiebrakt 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F, 5G eller 5H i forhold til eksitasjonssignalet ES.

Fig. 4 viser skjematisk sendermodulen 3'. Sendermodulen 3' omfatter en første lavfrekvenskilde LF1, en første modulator M01, en 90° faseskifter PS90, en andre lavfrekvenskilde LF2, en andre modulator M02, en splitter SP, en første forserker A1 og en switch SW.

Høyfrekvenskilden LOS er koplet til den første modulator M01 og til den andre modulator MOIvia 90° faseskifteren PS90. Den tilveiebringer til disse elementer et mikrobølgesignal med høy frekvens w0. Den høye frekvens kan variere fra rundt 10MHz til rundt 2GHz. Den første lavfrekvenskilde LF1 er koplet til den første modulator M01. Den andre lavfrekvenskilde LF2 er koplet til den andre modulator M02.

Modulatoren M01 tilveiebringer et i-fasesignal MS som er modulert med et lavfrekvenssignal (noen få kHz - for eksempel 15 kHz).

90° faseskifteren PS90 som er koplet til modulatoren M02 tilveiebringer et kvadratursignal QIS som er et 90° faseskiftet signal modulert med et annet lavfrekvenssignal Q2(noen få kHz - for eksempel 10 kHz).

Lavfrekvenssignalene Qiog Cl2 kan være valgt slik at de eliminerer forvrengning i signalet på grunn av en hvilken som helst likestrømsforspenning og lavfrekvenskomponenters støy i kilden og i modulatorene, og også være kompatible med digital behandlingselektronikk. l-fase NS signalet og kvadratursignalet QIS summerer i en splittert SP og forsterkes av effektforsterkeren A1. Det resulterende eksitasjonssignal ES blir deretter påført gjennom en switch SW til enten det vertikale antenneelement 44 eller det horisontale antenneelement 46 av den sendende antenne 4A eller 4B. Switchen SW multiplekser fortrinnsvis eksitasjonssignalet ES til hvert antenneelement på en sekvensiell måte. Bruken av en sendermodul 3' som er tilknyttet switchen er fordelaktig, fordi enhver feil (eksempelvis på grunn av faseskifter) vil være felles for alle overføringene. Switchen SW kan være koplet til den sendende antenne 4A eller 4B gjennom et passivt nettverk (ikke vist) for at impedansene skal stemme overens. Alternativt er det også mulig å erstatte sendermodulen som er tilknyttet switchen med fire sendermoduler uten noen switch, idet hver av dem er koplet til et antenneelement 44 eller 46 av den sendende antenne 4A eller 4B.

Fig. 5 viser skjematisk mottakermodulen 3". Mottakermodulen 3" omfatter en andre forsterker A2, en blander MS og en digitaliserings- og behandlingsmodul

IQM.

Høyfrekvenskilden LOS tjener som en referanse for mottakermodulen 3", særlig blanderen MX.

En mottakende antenne R1 er koplet til den andre forsterker A2, for eksempel en lavstøyforsterker. Den mottakende antenne R1 tilveiebringer et mottakssignal RS som dempes og faseskiftes i forhold til eksitasjonssignalet ES. Mottakssignalet RS forsterkes og det resulterende forsterkede eksitasjonssignal tilveiebringes til blanderen MIX.

Blanderen M IX som også mottar signalet med høy frekvens w0fra høyfrekvenskilden LOS demodulerer mottakssignalet RS. Blanderen MIX tilveiebringer til digitaliserings- og behandlingsmodulen IQM et signal med lav frekvens Acos((p)sin(Qit)-Asin(cp)sin(Q2t). Digitaliserings- og behandlingsmodulen IQM behandler signalet og utfører en synkron deteksjon for å ekstrahere i-fasekomponenten av lavfrekvens Qiog kvadraturkomponenten av lavfrekvens Cl2. Digitaliserings- og behandlingsmodulen IQM tilveiebringer amplituden A og fasen cp av mottakssignalet. Hvert antenneelement 44 og 46 av hver mottakende antenne R1 er koplet til en mottakermodul 3'. Den mottakende antenne R1 referer til den mottakende antenne 5A, 5B, 5C, 5D, 5E, 5F, 5G og 5H, hvilket betyr at, i eksemplet med elektromagnetisk sonde på fig. 2, elektronikkarrangementet 3 omfatter seksten mottakermoduler 3" som er identiske til den som her tidligere er beskrevet. Alternativt er det mulig å bytte ut de seksten mottakermoduler 3" med en enkelt mottakermodul. Den enkeltstående mottakermodul er koplet til alle de mottakende antenner ved hjelp av et passende switchingselement som er tilpasset til å utføre multipleksing (eksempelvis tidsdomenemultipleksingsteknikk).

Det er en fordel at banene mellom de forskjellige elektroniske komponenter og antennene inne i sonden er veldefinert, slik at faseforsinkelsene er veldefinerte og faser av mottakssignalet kan sammenlignes uten feil på eksitasjonssignalet. Videre, forsterkningen og faseforskyvningen på grunn av høyfrekvenselektronikkjeden som kan påvirke målingene kan kanselleres med en passende kalibreringsprosess under fremstillingsprosessen og en passende programvarekorreksjon på sondenivået.

Det er en fordel at høyfrenvenskilden LOS er i stand til å tilveiebringe et eksitasjonssignal som omfatter en flerhet av frekvenser. Dette muliggjør en eksitasjon av den sendende antenne i henhold til en flerhet av teknikker på en samtidig måte. For eksempel kan et firkantet bølgeformsignal brukes for sitt harmoniske innhold. Alle de ønskede frekvenser blir følgelig sendt samtidig inn i den geologiske formasjon og inn i mottakerkretsen for samtidig demodulasjon.

Fig. 6 viser skjematisk en styringskrets 3"' for koaksialkabelen med åpen ende i elektronikkarrangementet 3 i sonden i henhold til oppfinnelsen. Styringskretsen 3"' omfatter en sendende modul T3"' og en mottakende modul R3"\ Den sendende modul T3'" og den mottakende modul R3'" er begge koplet til en felles høyfrekvenskilde LOS. Styringskretsen 3"' er koplet til den første koaksialkabelen 6A med åpen ende. De vanlige og kjente energiserings- og styringskretser er utelatt på denne figuren.

Den sendende modul T3'" omfatter en tredje lavfrekvenskilde LF3, en tredje modulator M03 og en retningskopler DCO. Den mottakende modul R3'" omfatter retningskopleren DCO, en tredje forsterker A3, en andre blander MX2 og en andre digitaliserings- og behandlingsmodul IQM2.

Høyfrekvenskilden LOS er koplet til modulatoren M03 og til den andre blander MX2. Høyfrekvenskilden LOS tilveiebringer til disse elementer et mikrobølgesignal med høy frekvens w0. Den høye frekvens kan variere fra rundt 10 MHz til rundt 2 GHz.

Den tredje lavfrekvenskilde LF3 er koplet til den tredje modulator M03. Modulatoren M03 tilveiebringer et inngangssignal IS som moduleres med et lavfrekvenssignal Q3(noen få kHz - for eksempel 20 kHz) i fase og i kvadratur. Det resulterende inngangssignal IS som har en frekvens w0+ Q3tilveiebringes til retningskopleren DCO. Retningskopleren DCO tilveiebringer inngangssignalet IS til koaksialkabelen 6A med åpen ende.

Høyfrekvenskilden LOS funksjonerer som en referanse for den mottakende modul R3'", særlig den andre blander MX2. Retningskopleren DCO er også koplet til den tredje forsterker A3. Retningskopleren DCO tilveiebringer det utgangssignal OS som reflekteres av koaksialkabelen 6A med åpen ende. Utgangssignalet OS forsterkes av forsterkeren A3. Det resulterende forsterkede utgangssignal som har en frekvens w0+ Q3tilveiebringes til den andre blander MX2. Blanderen MIX2 som også mottar signalet med høy frekvens w0fra høyfrekvenskilden LOS demodulerer utgangssignalet OS. Blanderen MIX2 tilveiebringer til den andre digitaliserings- og behandlingsmodul IQM2 et signal med lav frekvens under formen A.cos(wt + cp). Digitaliserings- og behandlingsmodulen IQM2 behandler signalet, ekstraherer den måte amplitude A' og en fase cp' i utgangssignalet og bestemmer den komplekse refleksjonskoeffisient S11. Forsterkningen og faseforskyvningen på grunn av høyfrekvenselektronikkjeden som kan påvirke målingene, kan kanselleres med en passende kalibreringsprosess. En følsomhetsmessig identisk styrende krets er koplet til den andre koaksialkabelen 6B med åpen ende, og vil derfor ikke bli videre beskrevet.

Den elektromagnetiske sonde i henhold til oppfinnelsen opererer som heretter beskrevet.

Den elektromagnetiske sonde gjør det mulig å utføre vannmetting og konduktivitets-radial profil i en begrenset sone som omgir brønnboringshullet (opptil 101,6 mm) i den horisontale og i de vertikale retninger. Disse målinger utføres ved flere undersøkelsesdybder og ved flere frekvenser (eksempelvis varierende fra 10MHz til 2GHz). Disse målinger gjør det mulig å konsolidere den petrofysiske tolkning. For hver sendende antenne og mottakende antenne som har to polarisasjoner (tverrstråle og langstråle) muliggjør den elektromagnetiske sonde anisotropimålinger. Koaksialkabelen med åpen ende av den elektromagnetiske sonde muliggjør ytterligere målinger. Disse ytterligere målinger er relatert til slamkakeegenskapene og til fluidblandingen som er tilstede i borehullet og i den invaderte sone.

Sendere- mottakere målinger

De sendende og mottakende antenner brukes til å måle dempinger og faseskift av den elektromagnetiske bølge som sendes inn i den geologiske formasjon og som reflekteres og/eller brytes av den geologiske formasjon. Ettersom antennene følsomhetsmessig er ren magnetisk punkt-dipol, gjør en enkel inversjon det mulig å hente ut den tilsynelatende bølgevektor k. Det er velkjent for en person med fagkunnskap innen teknikken at bølgevektoren k er direkte forbundet til permittivitet og konduktivitet i den geologiske formasjon (dette vil ikke bli videre beskrevet).

Arkitekturen til de sendende antenner og mottakende antenner i puten gjør det mulig å implementere et borehulls-kompensasjonssystem. Dette system utnyttes til både å eliminere innsamlingssystematikken og konsentrere målingens rommelige respons mellom de to sendende antenner. Borehullskompensasjonssystemet resulterer i fire geometriske måleelementer, idet hvert av dem korresponderer til en kompensert to-sender-mottakeravstand. De fire elementer tilveiebringer fire målinger som korresponderer til forskjellige radiale dybder RD1fRD2, RD3og RD^(se fig. 2.A). Den elektromagnetiske sonde gir to magnetiske dipol polarisasjoner: langstrålepolarisasjonen EF og tverrstrålepolarisasjonen BS. Alle de mulige konfigurasjoner for de forskjellige sender-mottaker dipoltilknytninger kan måles. De blandede sender-mottakerdipol tilknytninger EF-BS og BS-EF gjør det mulig å utføre kryssdipolmålinger. De kolineære sender-mottakerdipoltilknytninger EF-EF og BS-BS gjør det mulig å utføre parallell-dipolmålinger. Parallell-dipol og kryss-dipol målingene tilveiebringer forskjellig type av informasjon. Fig. 7.A illustrerer typiske innhyllingskurverfor den radiale målesensitivitetsrespons for den sendende antenne/mottakende antenne i henhold til langs-strålende modusen forde radiale undersøkelsesdybder RD1, RD2, RD3 og RD4. Denne graf illustrerer at EF-EF radialresponsen for et gitt måleelement er konsentrert rundt dens radiale undersøkelsesdybde. Fig. 7.B illustrerer typiske innhyllingskurverfor den radiale målesensitivitetsrespons for sendende antenne/mottakende antenne i henhold til tvers-strålende modusen forde radiale undersøkelsesdybder RD1, RD2, RD3 og RD4. Denne graf illustrerer at den BS-BS radiale undersøkelsesdybde har et vesentlig bidrag i det grunne området. Den resulterende radiale undersøkelsesdybde er grunnere enn EF-EF målingen.

Det elektriske felt for de langstråle EF polariserte antenner i homogen formasjon står i dybdetransversalplanet. EF-EF målingen er følgelig kun sensitiv overfor transversale formasjonsegenskaper, mens BS-BS målingen er sensitiv overfor transversale og parallelle formasjonsegenskaper. Bruk av begge målinger gjør det mulig å separere de transversale og parallelle egenskaper ved formasjonen, og følgelig måle formasjonens anisotropi.

Kryss-dipolmålingene er ikke-null når formasjonen er anisotropisk eller inhomogen. Disse målingene brukes til å konsolidere anisotropimålingen og til å karakterisere tilstedeværelsen av lagfall inne i den geologiske formasjon. Undersøkelsesdybden for kryssdi-polen er av tverrstråle BS typen, konsentrert rundt de tverrstråle BS polariserte antenner; BS-EF og EF-BS målingene er følgelig ikke ekvivalente.

Målinger med koaksialkabelener med åpen ende

Den første koaksialkabelen med åpen ende er i kontakt med slamkaken eller med formasjonen. Den andre koaksialkabelen med åpen ende er eksponert for borehullets fluidblanding. Den første koaksialkabelen med åpen ende opereres på to måter: som frittstående refleksjonsantenne, som forplantende mottakerantenne når den er tilknyttet de sendende antenner, og til slutt som sender når den er koplet sammen med de nærmeste kryssdipolmottakere. Den andre koaksialkabelen med åpen ende opereres kun som en frittstående refleksjonsantenne.

I refleksjonsmodus sendes et mikrobølgesignal til aperturen for koaksialkabelen med åpen ende inn i den geologiske formasjon, slamkaken eller fluidblandingen, og den reflekterte signaldemping og faseskift måles. Den komplekse refleksjonskoeffsient som generelt innen teknikken er kjent som S11 bestemmes basert på den målte demping og faseskift. Undersøkelsesdybden for koaksialkabelen med åpen ende er grunn. Undersøkelsesdybden korresponderer til koaksialkabelens transversale snitt, for eksempel rundt 1mm for en tråd med 2 mm diameter. Den komplekse refleksjonskoeffisient S11 er følgelig kun forbundet med slamkakens eller fluidblandingens dielektriske egenskaper. En enkelt lineær inversjonsprosess tilveiebringer permitteten og konduktiviteten til slamkaken og/eller fluidblandingen.

Koaksialkabelen med åpen ende kan også brukes til forplantningsmodus. I dette tilfelle er koaksialkabelen med åpen ende følsomhetsmessig en ren elektrisk dipol, som står perpendikulært på den første overflate av puten. Hulromsantennene er assimilert med magnetiske dipoler, en overføringsmåling med en enkel forovermodell er følgelig mulig. Det signal som leveres av koaksialkabelen i overføringsmodus vil være proporsjonalt med det normale elektriske felt ved dens apertur.

Den første koaksialkabelen med åpen ende som opererer i refleksjonsmodus brukes til å angi den eventuelle tilstedeværelse av slamkake og til å bestemme slamkakens elektromagnetiske egenskaper. Den gjør det også mulig å levere en indikasjon på putens kontaktkvalitet/effektivitet. Den første koaksialkabelen med åpen ende som opererer i forplantningsmodus brukes, når den er tilknyttet den sendende antenne som opererer i tvers-strålende modus, til å tilveiebringe en ikke-null måling med en økt radial dybde når den sammenlignes med refleksjonsmodusen. Denne målingen er en ytterligere grunn måling som kompletterer den magnetiske dipols radiale responser. Den andre koaksialkabelen med åpen ende brukes til å karakterisere de elektromagnetiske egenskaper til borehullets fluidblanding.

Sammenfatning av målinger

Forskjellige sett av målinger som er relatert til den geologiske formasjon er derfor mulige med den elektromagnetiske sonde: - målinger gjennom de hulromsantenner som følsomhetsmessig korresponderer til rene magnetiske dipoler tangentialt på putens plan, - målinger gjennom den første koaksiale tråd med åpen ende som følsomhetsmessig korresponderer til ren elektrisk dipol normalt på puten, idet koaksialkabelen funksjonerer i overføringsmodus, i refleksjonsmodus og i mottaksmodus,

- målinger i henhold til forskjellige polarisasjoner,

- målinger i henhold til forskjellige radiale dybder,

- målinger i henhold til forskjellige frekvenser.

Målinger som utføres ved hjelp av den første koaksialkabelen med åpen ende og den åtteparallell-dipol, når de sendende antenner opererer i tvers-strålende modus og i langs-strålende modus, gjør det mulig å bestemme slamkakens tykkelse og den geologiske formasjon sine elektromagnetiske egenskaper, anisotropi og radiale profil. Målinger som utføres ved hjelp av den første koaksialkabelen med åpen ende og åtte-kryss-dipolen, når de sendende antenner opererer i tvers-strålende modus og i langs-strålende modus, gjør det mulig å bestemme anisotropien, fall og frakturkvantifiseringer og orientering av den geologiske formasjon. De ovenstående målinger utføres ved forskjellige frekvenser. De elektromagnetiske egenskapers variasjoner med frekvens gjør det mulig å bestemme ytterligere petrofysiske parametere. For eksempel viser fig. 8.A typisk dispersjonskurve i forhold til frekvensen for permittiviteten til vannfylt porøs bergart. Fig. 8.B viser typisk dispersjonskurve i forhold til frekvensen til konduktiviteten for vannfylt porøs bergart.

Enn videre ytterligere sett av målinger som er relatert til slamkaken og/eller til fluidblandingens elektromagnetiske egenskaper kan utføres med den elektromagnetiske sonde ved hjelp av de første og andre koaksialkabelener med åpen ende, som funksjonerer i refleksjon. De ytterligere sett av målinger kan også utføres i henhold til forskjellige frekvenser.

Etter avstemming av den radiale undersøkelsesdybde ved forskjellige frekvenser, er en radial karakterisering av den geologiske formasjon mulig.

Til slutt, under antakelse av at fluidblandingens elektromagnetiske egenskaper er kjent, er det mulig å identifisere frakturenes orienteringer innenfor den geologiske formasjon. Frakturene kan være naturlige frakturer på grunn av den geologiske formasjon sin spenning eller frakturer som er fremkalt av boreoperasjonen. Frakturene kan være fylt med fluidblandingen fra borehullet (generelt ledende fordi de er anriket med vann) eller med hydrokarbonfluidblanding (generelt resistiv). Hvis en fraktur er parallell med putens akse, vil en resistiv fluidfylt fraktur danne et signal som følsomhetsmessig er null i henhold til tvers-strålende modusen og et viktig signal i henhold til langs-strålende modusen. Hvis en fraktur står perpendikulært på putens akse, vil en fraktur som er fylt med et resistivt fluid danne et viktig signal i henhold til tvers-strålende modusen og et signal som følsomhetsmessig er null i henhold til langs-strålende modusen. Hvis en fraktur er skråstilt i forhold til putens akse, vil en fraktur som er fylt med et resistivt fluid danne et signal som er en kombinasjon av tvers-strålende modusen og langs-strålende modusen.

SLUTTBEMERKNINGER

En bestemt applikasjon av oppfinnelsen vedrørende et vaierledningsverktøy har blitt beskrevet. Det er imidlertid åpenbart for en person med fagkunnskap innen teknikken at oppfinnelsen også er anvendbar for et verktøy for logg-under-boring. Et typisk verktøy for logging-under-boring er inkorporert i en bunnhullssammenstilling som er innfestet til enden av en borestreng med en borkrone innefestet ved dens ytterste ende. Målinger kan gjøres enten når borestrengen er stasjonær eller roterer. I det sistnevnte tilfelle gjøres en ytterligere måling for å tillate at målingene relateres til rotasjonsposisjonen til borestrengen i borehullet. Dette gjøres fortrinnsvis ved å foreta samtidige målinger av retningen av jordens magnetfelt med et kompass som kan relateres til en referansemåling som foretas når borestrengen er stasjonær. Det vil også være åpenbart for en mann med fagkunnskap innen teknikken at oppfinnelsen er anvendbar for en lokalisering av en hydrokarbonbrønn på land og offshore.

Det er åpenbart at uttrykket "pute" slik det her tidligere er brukt generisk angir et element som danner kontakt med overflaten av borehullets vegg. Det bestemte kontaktdannende element som er vist på figurene for å opprettholde antennene i inngrep med borehullets vegg er illustrativt, og det vil være åpenbart for en mann med fagkunnskap innen teknikken at et annet egnet kontaktdannende element kan implementeres, for eksempel en sonde med en støttearm. Den samme bemerkning gjelder også for det bestemte sondeutplasseringssystem som er vist på figurene.

Til slutt, det er også åpenbart for en person med fagkunnskap innen teknikken at anvendelse av oppfinnelsen innen oljefeltindustrien ikke er begrensende, etter som oppfinnelsen også kan brukes i andre typer av geologiske undersøkelser.

Tegningene og deres beskrivelse som her tidligere er gitt illustrerer snarere enn begrenser oppfinnelsen. Ethvert henvisningstegn i et krav bør ikke fortolkes som begrensende for kravet. Ordet "omfattende" utelukker ikke tilstedeværelsen av andre elementer enn de som er opplistet i kravet. Ordet "en" eller "et" foran et element utelukker ikke tilstedeværelsen av en flerhet av et slikt element.

Claims (17)

1. Elektromagnetisk sonde (1) for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunns formasjon (GF) i en begrenset sone som omgir et brønnboringshull (WBH), idet brønnboringshullet er fylt med et brønnboringsfluid (DM), hvilken sonde er karakterisert vedat den omfatter: - en pute (2) som har en første flate som definerer et første område som er anordnet til å posisjoneres i kontakt med en brønnboringsvegg (WBW), hvor sonden (1) videre omfatter: - minst to sendende antenner (4A, 4B), som definerer et sentralt punkt (CP) mellom seg, idet hver antenne er anordnet i en avstand (d0) fra det sentrale punkt, -minst ett første (5A, 5B) og et andre sett (5C, 5D) av mottakende antenner, idet hvert sett (5A, 5B, 5C, 5D) omfatter en første mottakende antenne (5A; 5C) og en andre mottakende antenne (5B; 5D), den første mottakende antennen (5A, 5C) er posisjonert på én side av de sendende antennene (4A, 4B) og den andre mottakende antennen er posisjonert på den andre siden av de sendende antennene (4A, 4B), slik at hvert sett (5A, 5B, 5C, 5D) omgir de sendende antennene (4A, 4B), hvor - det første settet av mottakende antenner (5A, 5B) er anordnet i en første avstand (dO fra det sentrale punktet (CP), det andre settet (5C, 5D) av mottakende antenner er anordnet i en andre avstand (d2) fra det sentrale punktet (CP), der den andre avstanden (d2) er større enn den første avstanden (d^, og - de sendende (4A, 4B) og mottakende (5A, 5B, 5C, 5D) antennene er posisjonert langs en linje (A-A') på den første flaten, hvor sonden videre omfatter: - et elektronikkarrangement (3) omfattende minst én sendermodul (3') anordnet til å eksitere de sendende antennene (4A, 4B) ved påføring av et eksitasjonssignal (ES) i henhold til i det minste én første og en andre frekvens, og minst én mottaksmodul (3") som er koplet til i det minste én mottakende antenne (5A; 5B; 5C; 5D) og anordnet til å bestemme en demping og et faseskift for hvert mottakssignal (RS) som er tilveiebrakt av hver mottakende antenne (5A; 5B; 5C; 5D) i forhold til eksitasjonssignalet (ES), og - en første koaksial kabel (6A) med åpen ende anordnet på en første flaten til puten (2) med følsomhet perpendikulært på det første området mellom en sendende antenne (4A) og en mottakende antenne (5B).

2. Sonde for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunns formasjon (GF) som angitt i krav 1, hvor de sendende antennene (4A, 4B) har identisk følsomhet, idet hver antenne (4A; 4B) omfatter to perpendikulære dipoler (44, 46) som er innebygd i et hulrom (42) og anordnet til å sende elektromagnetisk energi i henhold til en tvers-strålende modus (BSM) og en langs-strålende modus (EFM).

3. Sonde for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunns formasjon (GF) som angitt i ett av de foregående krav, hvor de mottakende antennene (5A, 5B, 5C, 5D) har identisk følsomhet, idet hver antenne (5A; 5B; 5C; 5D) omfatter to perpendikulære dipoler (44, 46) som er innbygd i et hulrom (42) og anordnet til å motta elektromagnetisk energi i henhold til en tvers-strålende modus (BSM) og en langs-strålende modus (EFM).

4. Sonde for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunns formasjon (GF) som angitt i ett av de foregående krav, hvor elektronikkarrangementet (3) videre omfatter den første koaksialkabelen med åpen ende som kontrollerer krets (3"'), hvilken krets (3"'), omfatter: - en sendende modul (T3'") for sending av et høyfrekvensinngangssignal (IS) inn i den første koaksialkabelen (6A), med åpen ende, - en mottakende modul (R3'") for bestemmelse av en første refleksjonskoeffisient basert på et høyfrekvensutgangssignal (OS) reflektert av den første koaksialkabelen med åpen ende og en forplantningskoeffisient basert på et høyfrekvensutgangssignal (OS) som er mottatt av den første koaksialkabelen med åpen ende etter en eksitasjon av de sendende antennene (4A, 4B).

5. Sonde for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunns formasjon (GF) som angitt i ett av de foregående krav, hvor puten (2) videre omfatter en andre flate anordnet til å være i kontakt med brønnboringsfluidet (DM), og at sonden (1) videre omfatter en andre koaksialkabel (6B) med åpen ende anordnet i den andre flaten.

6. Sonde for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunns formasjon (GF) som angitt i krav 5, hvor det elektroniske arrangementet videre omfatter en andre koaksialkabel med åpen ende som kontrollerer krets (3"'), idet kretsen (3"') omfatter: - en sendende modul (T3'") for sending av et høyfrekvensinngangssignal (S) inn i den andre koaksialkabelen (6B) med åpen ende, og - en mottakende modul (R3'") for bestemmelse av en andre refleksjonskoeffisient basert på et høyfrekvensutgangs-signal (OS) reflektert av den andre koaksialkabelen (6B) med åpen ende.

7. Sonde for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunns formasjon som angitt i ett av de foregående krav, hvor elektronikkarrangementet (3) har en homodynarkitektur omfattende en variabel høyfrekvenskilde (LOS) som tilveiebringer et høyfrekvenssignal til: - den minst ene sendermodulen (3') er anordnet til å eksistere de sendende antennene (4A,4B), - den minst ene mottakermodulen (3") er koplet til den minst ene mottakende antennen (5A; 5B; 5C; 5D), og - den sendende modulen (T3'") og den mottakende modulen (R3'") til den første og andre koaksialkabelen med åpen end som kontrollerer kretsene (3"').

8. Loggeverktøy (TL) anordnet til å utplasseres i et brønnboringshull (WBH), hvor loggeverktøyet (TL) omfatter en sonde (1) som angitt i krav 1, og et posisjoneringsarrangement (AR) for posisjonering av sonden i kontakt med en brønnboringsvegg (WBW) ved en bestemt dybde i brønnboringshullet (WBH).

9. Fremgangsmåte for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunns formasjon (GF) i en begrenset sone som omgir et brønnboringshull (WBH), hvor brønnboringshullet er fylt med et brønnboringsfluid (DM), hvilken fremgangsmåte er karakterisert vedat den omfatter trinn for: a) posisjonering av en sone (1) for måling av de elektromagnetiske egenskaper til undergrunns formasjonen i kontakt med en brønnboringsvegg (WBW), ved en første dybde, idet sonden omfatter minst to sendende antenner (4A, 4B) og i det minste et første (5A, 5B) og et annet (5C, 5D) sett av mottakende antenner, hvor fremgangsmåten videre omfatter trinn for: b) sending av en elektromagnetisk eksitasjonsenergi rundt et sentralt punkt (CP) inn i den begrensede sone ved energisering av en første sendende antenne (4A; 4B) med et eksitasjonssignal (ES) i henhold til en tvers-strålende modus (BSM) og i henhold til en første frekvens, c) måling av et tverrstråle/tverrstrålemottakssignal (RS) ved de mottakende antenner (5A, 5B, 5C, 5D) i henhold til en tvers-strålende modus (BSM) og samtidig måling av et tvers-stråle/langs-strålende mottakssignal (RS) ved de mottakende antennene (5A, 5B, 5C, 5D) i henhold til en langs-strålende modus (EFM), i det minste ved en første avstand (d^ og ved en andre avstand (d2) fra det sentrale punktet (CP), d) gjentakelse av sendingstrinnet b) og målingstrinnene c) ved energisering av en andre sendende antenne (4B; 4A) med et eksitasjonssignal (ES) i henhold til en tvers-strålende modus (BSM) og i henhold til en første frekvens, e) sending av en elektromagnetisk eksitasjonsenergi rundt et sentralt punkt (CP) inn i den begrensende sonen ved energisering av den første sendende antennen (4A; 4B) med et eksitasjonssignal (ES) i henhold til en langs-strålende modus (EFM) og i henhold til den første frekvensen, f) måling av et langs-stråle/tvers-stråle mottakssignal (RS) ved de mottakende antennene (5A, 5B, 5C, 5D) i henhold til den tvers-strålende modus (BSM) og samtidig måling av et tvers-stråle/langs-strålende mottakssignal ved de mottakende antennene (5A, 5B, 5C, 5D) i henhold til den langs-strålende modus i (EFM) i det minste ved den første avstanden (d^ og ved en andre avstand (d2) fra det sentrale punktet (CP), g) gjentakelse av sendingstrinnet e) og målingstrinnene f) ved energisering av den andre sendende antennen (4B; 4A) med et eksitasjonssignal (ES) i henhold til en langs-strålende modus (EFM) og i henhold til en første frekvens, og h) gjentakelse av sendings- og målingstrinnene b) til g) i det minste ved en andre frekvens, hvor fremgangsmåten videre omfatter: - å bestemme en dempning og et faseskift av høyfrekvente utgangssignalet (OS) relativt til eksitasjonssignalet (ES), og - å estimere en tykkelse av en slamkake (MC) på veggen til borehullet (WBW) ved å bestemme en transmisjonskoeffisient basert på dempningen og faseskiftet.

10. Fremgangsmåte for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunns formasjon (GF) som angitt i krav 9, hvor sendingstrinnene b), d), e) og g) utføres samtidig, idet den elektromagnetiske eksitasjonsenergien som sendes av de første sendende antennene gis fortegn av en første lav frekvens, den elektromagnetiske eksitasjonsenergi som sendes av de andre sendende antennene gis fortegn av en andre lav frekvens.

11. Fremgangsmåte for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunns formasjon (GF) som angitt i krav 9 eller 10, hvor sendingstrinnene b) til h) utføres samtidig, idet eksitasjonssignalet (ES) omfatter en flerhet av frekvenser, i det minste den første og den andre frekvensen.

12. Fremgangsmåte for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunns formasjon (GF) som angitt i ett av kravene 9 til 11, hvor fremgangsmåten videre omfatter trinn for: - å bestemme en demping og et faseskift for hvert mottakssignal (RS) som tilveiebringes av hver mottakende antenne (5A, 5B, 5C, 5D) i forhold til eksitasjonssignalet (ES), - å estimere de elektromagnetiske egenskaper til undergrunns formasjonen ved forskjellige frekvenser i den begrensede sonen som omgir brønnboringshullet (WBH) for i det minste en første radial undersøkelsesdybde (RD^ som er korrelert til den første avstanden (dO og en andre radial undersøkelsesdybde (RD2)Som er korrelert til den andre avstanden (d2).

13. Fremgangsmåte for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunns formasjon som angitt i ett av kravene 9 til 12, hvor fremgangsmåten videre omfatter trinn for: - å måle et høyfrekvens-utgangssignal (OS) som mottas av en første koaksialkabel (6A) med åpen ende etter en eksitasjon av de sendende antennene (4A, 4B), - å bestemme en demping og et faseskift av høyfrekvens utgangssignalet (OS) i forhold til eksitasjonssignalet (ES), og - å estimere en tykkelse av en slamkake (MC) på brønnboringens veggen (WBW) ved bestemmelse av en overføringskoeffisient basert på dempingen.

14. Fremgangsmåte for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunns formasjon som angitt i ett av kravene 9 til 13, hvor fremgangsmåten videre omfatter trinn for: - å sende et høyfrekvens inngangssignal (IS) inn i en første koaksialkabl (6A) med åpen ende i kontakt med brønnboringens veggen (WBW) - å måle et høyfrekvens utgangssignal (OS) som reflekteres av den første koaksialkabelen (6A) med åpen ende, og - å estimere de elektromagnetiske egenskaper til slamkaken (MC) på brønnboringens vegg (WBW) ved bestemmelse av en slamkakerefleksjonskoeffisient basert på høyfrekvensutgangssignalet (OS).

15. Fremgangsmåte for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunns formasjon som angitt i ett av kravene 9 til 14, hvor fremgangsmåten videre omfatter trinn for: - sending av et høyfrekvens inngangssignal (IS) inn i en andre koaksialkabel (6B) med åpen ende i kontakt med et brønnboringsfluid (DM), - å måle et høyfrekvens utgangssignal (OS) som reflekteres av den andre koaksialkabelen (6B) med åpen ende, og - å estimere de elektromagnetiske egenskaper til brønnboringsfluidet ved bestemmelse av en brønnboringsfluid-refleksjonskoeffisient basert på høyfrekvensutgangssignalet (OS).

16. Fremgangsmåte for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunns formasjon som angitt i ett av kravene 12 til 15, hvor fremgangsmåten videre omfatter trinnet med korrigering av de beregnede elektromagnetiske egenskaper til undergrunns formasjonen (GF) i den begrensede sonen som omgir brønnboringshullet (WBH) basert på de estimerte elektromagnetiske egenskaper og tykkelsen av slamkaken (MC).

17. Fremgangsmåte for måling av de elektromagnetiske egenskaper til en undergrunns formasjon som angitt i ett av kravene 15 eller 16, hvor fremgangsmåten videre omfatter trinnet med sammenligning av de signaler som tilveiebringes av den første koaksialkabelen (6A) med åpen ende og den andre koaksialkabelen (6B) med åpen ende for estimering av kvaliteten av putens (2) anlegg mot borehullets vegg (WBW).