NO340933B1 - Apparat og fremgangsmåte for å beskrive et reservoar. - Google Patents

Description

1. Område for oppfinnelsen

Denne oppfinnelse vedrører generelt undersøkelse av undergrunnsforma-sjoner foretatt nede i brønnen. Mer spesielt vedrører denne oppfinnelse karakteri-sering av en underjordisk formasjon ved prøvetagning gjennom perforasjoner i et borehull som penetrerer formasjonen.

2. Bakqrunnsteknikk

Historisk har borehull (også kjent som brønnhull, eller enkelt "brønner") vært boret for å peke ut underjordiske formasjoner (også kjent som brønnreserv-oarer) inneholdende meget ønskelige fluider, som olje, gass eller vann. Et borehull bores med en borerigg som kan være lokalisert på land eller over vannmasser og selve borehullet strekker seg ned i brønnen inn i de underjordiske formasjoner. Borehullet kan forbli "åpent" etter boring (det vil si ikke foret med foringsrør) eller det kan være forsynt med et foringsrør (også kjent som en foring) for å danne et "foret" borehull. Et foret borehull skapes ved å innføre et flertall gjensidig forbund-ne rørformede stålforingsrørseksjoner (det vil si foringsrørlengder) inn i et åpent borehull og pumpe sement ned i brønnen gjennom midten av foringsrøret. Sementen strømmer ut fra bunnen av foringsrøret og returnerer mot overflaten gjennom en del av borehullet mellom foringsrøret og borehullveggen, kjent som "ringrommet". Sementen anvendes således på utsiden av foringsrøret for å holde dette på plass og å tilveiebringe en grad av strukturell integritet og en tetning mellom formasjonen og foringsrøret.

EP 0791723 A1 beskriver en anordning (12) for perforering, testing og forsegling av foringsrøret (11) i et borehull i en formasjon (10). Anordningen kan beveges gjennom foringsrøret. Anordningen kan også monteres på en kabel, på røret (13) eller på begge. En perforeringsanordning er montert i et apparat for fremstilling av en perforering i foringsrøret. Perforeringsinnretningen inneholder en fleksibel boreinnretning (18,19) som muliggjør boring av perforeringer i foringsrøret i lengder som er større enn diameteren av borehullet. Anordningen vil vanligvis inneholde komponenter for hydraulisk testing og prøvetaking fra formasjonen bak foringsrøret.

Forskjellige metoder for å gjennomføre formasjonsevaluering (det vil si for-undersøkelse og analyse av de omgivende formasjonsregioner på nærvær av olje og gass) i åpne, ikke-forede borehull er beskrevet for eksempel i US patent nr.

4.860.581 og 4.936.139 (overdratt til Schlumberger). Figurene 1A og 1B illustrerer et kjent formasjonstesteapparat ifølge læren i disse patenter. Apparatet A i fig. 1A og 1B har modulkonstruksjon selv om et enhetlig verktøy også kan brukes. Apparatet A er et brønnverktøy som kan senkes ned i borehullet (ikke vist) ved hjelp av en kabel (ikke vist) for det formål å gjennomføre formasjonsevalueringstester. Kabelforbindelsene til verktøyet A så vel som energiforsyning og kommunikasjons-relatert elektronikk er ikke illustrert av hensyn til klarheten. Energi- og kommunika-sjonsledningene som strekker seg langs lengden av verktøyet er generelt vist ved 8. Disse energiforsynings- og kommunikasjonskomponenter er kjent for de fagkyndige og har lenge vært i kommersiell bruk. Denne type av kontrollutstyr ville normalt bli installert ved den øverste ende av verktøyet inntil kabelforbindelsen til verktøyet med elektriske ledninger som løper gjennom verktøyet til de forskjellige komponenter.

Som vist i utførelsesformen i fig. 1A har apparatet A en hydraulisk energimodul C, en pakningsmodul P, og en sondemodul E. Sondemodulen E er vist med en sondesammenstilling 10 som kan anvendes for permeabilitetstester eller fluid prøvetagning. Når verktøyet anvendes for å bestemme anisotrop permeabilitet og den vertikale reservoarstruktur ved hjelp av kjente metoder kan en multisonde-modul F tilføyes til sondemodulen E, som vist i fig. 1A. Multisondemodulen F har en oppsamlingsbeholder-sondesammenstilling 14 og en horisontal sondesammenstilling 12. Alternativt er en dobbelt pakningsmodul P vanlig kombinert med sondemodulen E for vertikale permeabilitetstester.

Den hydrauliske energimodul C inkluderer pumpe 16, reservoar 18 og motor 20 for å kontrollere operasjonen av pumpen 16. Bryteren 22 for lavt oljenivå gir et varsel til verktøyoperatøren om at oljenivået er lavt og dette anvendes som sådan i regulering av operasjonen av pumpen 16.

Den hydrauliske fluidledning 24 er forbundet til utløpet av pumpen 16 og løper gjennom den hydrauliske energimodul C og inn i tilstøtende moduler for anvendelse som en hydrauliske energikilde. I utførelsesformen vist i fig. 1A strekker den hydrauliske fluidledning 24 seg gjennom den hydrauliske energimodul C inn i sondemodulen E og/eller F avhengig av hvilken konfigurasjon som anvendes. Den hydrauliske sløyfe lukkes ved hjelp av den hydrauliske fluidreturledning 26, som i fig. 1A strekker seg fra sondemodulen E tilbake til den hydrauliske energimodul C hvor den ender ved reservoaret 18.

Utpumpingsmodulen M, som sees i fig. 1B, kan anvendes for å bortskaffe uønskede prøver ved hjelp av å pumpe fluid strømningsrøret 54 inn i borehullet, eller kan anvendes for å pumpe fluider fra borehullet inn i strømningsrøret 54 for å pumpe opp portalpakningene 28 og 30. Videre kan utpumpings-modulen M anvendes for å trekke formasjonsfluid fra borehullet via sondemodulen E eller F, eller pakningsmodulen P, og deretter pumpe formasjonsfluidet inn i prøvekammermodulen S mot et bufferfluid deri. Denne prosess skal beskrives nærmere i det følgende.

Den toveggs stempelpumpe 92 som gis energi av hydraulisk fluid fra pumpen 91, kan innrettes på linje til å suge fra strømningsrøret 54 og bortskaffe den uønskede prøve gjennom strømningsrøret 95, eller den kan innrettes på linje til å pumpe fluid fra borehullet (via strømningsrøret 95) til strømningsrøret 54. Utpumpingsmodulen kan også konfigureres hvor strømningsrøret 95 forbinder til strømningsrøret 54 slik at fluid kan suges fra nedstrømsdelen av strømningsrøret 54 og pumpes oppstrøms eller vice-versa. Utpumpingsmodulen M har de nød-vendige kontrollanordninger for å regulere stempelpumpen 92 og innrette strøm-ningsrøret 54 på linje med strømningsrøret 95 for å gjennomføre utpumpingspro-sedyren. Det skal her bemerkes at stempelpumpe 92 kan anvendes for å pumpe prøver inn i prøvekammermodulen eller -modulene S, inklusive overtrykkssetting av disse prøver om ønsket, så vel som å pumpe prøver ut av prøvekammermodu-len eller modulene S ved bruk av utpumpingsmodulen M. Utpumpingsmodulen M kan også anvendes for om nødvendig å gjennomføre konstant trykkinjeksjon eller konstant taktinjeksjon. Med tilstrekkelig energi kan utpumpingsmodulen M anvendes for å injisere fluid med høye nok leveringstakter slik at det muliggjøres skaping av mikrofrakturer for spenningsmåling av formasjonen.

Alternativt kan portalpakningene 28 og 30 vist i fig. 1A pumpes opp og ut-pumpes med borehullfluid ved bruk av stempelpumpen 92. Som det lett kan sees kan selektiv påvirkning av utpumpingsmodulen M for å aktivere stempelpumpen 92, kombinert med selektiv operasjon av reguleringsventilen 96 og oppumping og utpumping av ventilene I, resultere i selektiv oppumping eller utpumping av pakningene 28 og 30. Pakningene 28 og 30 er montert til den ytre periferi 32 av apparatet A og kan være konstruert av et elastisk materiale som er forlikelig med borehullfluider og borehulltemperaturer. Pakningene 28 og 30 har et hulrom deri. Når stempelpumpen 92 er operativ og oppumpingsventilene I er riktig innstilt passerer fluid fra strømningsrøret 54 gjennom oppumpings/utpumpingsventilene I og gjennom strømningsrøret 38 til pakningene 28 og 30.

Som også vist i fig. 1A har sondemodulen E en sondesammenstilling 10 som er selektivt bevegelig i forhold til apparatet A. Bevegelse av sondesammenstillingen initieres ved operasjon av en sondeaktuator 40, som innretter de hydrauliske strømningsrør 24 og 26 med strømningsrørene 42 og 44. Sonden 46 er montert til en ramme 48, som er bevegelig i forhold til apparatet A, og sonden 46 er bevegelig i forhold til rammen 48. Disse relative bevegelser initieres av en kon-troller 40 ved å lede fluid fra strømningsrørene 24 og 26 selektivt inn i strømnings-rørene 42, 44, med resultat at rammen 48 initialt forskyves utover til kontakt med borehullveggen (ikke vist). Forlengelsen av rammen 48 bringer sonden 46 inntil borehullveggen og komprimerer en elastomer ring (benevnt en pakning) mot borehullveggen slik at det etableres en tetning mellom borehullet og sonden 46. Ettersom et formål er å oppnå en nøyaktig avlesning av trykk i formasjonen, idet dette trykk avspeiles ved sonden 46, er det ønskelig ytterligere å innføre sonden 46 gjennom den oppbygde slamkake og til kontakt med formasjonen. Innretning av det hydrauliske strømningsrør 24 på linje med strømningsrøret 44 resulterer i relativ forskyvning av sonden 46 inn i formasjonen ved relativ bevegelse av sonden 46 i forhold til rammen 48. Operasjonen av sondene 12 og 14 er lignende operasjonen av sonden 10, og skal ikke beskrives separat.

Etter å ha pumpet opp pakningene 28 og 30 og/eller festet sonden 10 og/eller sondene 12 og 14, kan fluiduttrekkingstesting av formasjonen begynne. Prøvestrømningsrøret 54 strekker seg fra sonden 46 i sondemodulen E ned til den ytre periferi 32 ved et punkt mellom pakningene 28 og 30 gjennom de tilstøtende moduler og inn i prøvemodulene S. Den vertikale sonde 10 og oppsamlingsbeholdersonden 14 tillates således at formasjonsfluider går inn i prøvestrømnings-røret 54 via en eller flere av en resistivitetsmålecelle 56, en trykkemåleanordning 58, og en forhåndstestmekanisme 54, ifølge den ønskede konfigurasjon. Strøm-ningsrøret 64 tillater også at formasjonsfluider går inn i prøvestrømningsrøret 54. Ved bruk av modulen E, eller flere moduler E og F, er isolasjonsventilen 62 montert nedstrøms fra resistivitetsføleren 56. I den lukkede posisjon begrenser isolasjonsventilen 62 volumet av det indre strømningsrør og forbedrer nøyaktigheten av dynamiske målinger foretatt av trykkmåleren 58. Etter at initiale trykktester er foretatt kan isolasjonsventilen 62 åpnes for å tillate strøm inn i de andre moduler via strømningsrøret 54.

Når det tas initiale prøver er det en stor mulighet for at initialt oppnådd formasjonsfluid er forurenset med slamkake og filtrat. Det er ønskelig å spyle ut slike forurensninger fra prøvestrømningsrørstrømmen før prøve eller prøver samles. Følgelig anvendes utpumpingsmodulen M for initial utspyling fra apparatet A av formasjonsfluidprøver tatt gjennom innløpet 64 av portalpakningene 28, 30 eller den vertikale sonde 10, eller oppsamlingsbeholdersonden 14 inn i strømningsrøret 54.

Fluid analysemodulen D inkluderer en optisk fluidanalysator 99, som er særlig egnet for det formål å indikere hvor fluidet i strømningsrøret 54 er aksept-abel for å samle en høykvalitetsprøve. Den optiske fluidanalysatoren 99 er utstyrt for å skjelne mellom forskjellige oljer, gass, og vann. US patent nr. 4.994.671; 5.166.747; 5.939.717; og 5.956.132, så vel som andre kjente patenter (alle Schlumberger) beskriver analysatoren 99 detaljert og slik beskrivelse gjentas ikke heri.

Mens forurensninger spyles ut fra apparatet A kan formasjonsfluid fortsette og strømme gjennom prøvestrømningsrøret 54 som strekker seg gjennom tilstøt-ende moduler som for eksempel fluid analysemodulen D, utpumpingsmodulen M, strømningskontrollmodulen N og et hvilket som helst antall av prøvekammermodu-ler S som kan være tilknyttet som vist i fig. 1B. De fagkyndige vil innse at ved å la et prøvestrømningsrør 54 løpe langs lengden av de forskjellige moduler kan flere prøvekammermoduler S stakkes uten at det er nødvendig å øke den totale diameter av verktøyet. Alternativt, som forklart i det følgende, kan en enkel prøve-modul S utstyres med et flertall av prøvekamre med liten diameter, for eksempel ved å lokalisere slike kamre side ved side og i like stor avstand fra aksen av prøvemodulen. Verktøyet kan derfor ta inn flere prøver før den må tas opp til overflaten og det kan anvendes i mindre borehull.

Idet det på nytt vises til fig. 1A og 1B inkluderer strømningskontrollmodulen N en strømningsføler 66, en strømningskontroller 68, stempel 71, reservoarer 72, 73 og 74, og en selektivt regulerbar restriksjonsanordning som for eksempel en ventil 70. En forut bestemt prøvestørrelse kan oppnås ved en spesifikk strøm-ningstakt ved bruk av utstyret beskrevet i det foregående.

Prøvekammermodulen S kan så anvendes for å oppsamle en prøve av fluidet levert via strømningsrøret 54. Hvis det anvendes en flerprøvemodul kan prøvetagningstakten reguleres ved hjelp av strømningskontrollmodulen N, som er fordelaktig, men ikke nødvendig for fluid prøvetagning. Med henvisning til den øvre prøvekammer S i fig. 1B åpnes en ventil 80 og en av ventilene 62 eller 62A, 62B åpnes (uansett hvilken som er reguleringsventilen for prøvetagningsmodulen) og formasjonsfluid ledes gjennom prøvetagningsmodulen, inn i strømningsrøret 54, og inn i prøvetagningshulrommet 84C i kammeret 84 av prøvekammermodulen S, hvoretter ventilen 80 lukkes for å isolere prøven, og reguleringsventilen i prøve-tagningsmodulen lukkes for å isolere strømningsrøret 54. Kammeret 84 har et prøveoppsamlingshulrom 84C og et trykksettings/bufferhulrom 84p. Verktøyet kan da beveges til en annen lokalitet og prosessen gjentas. Ytterligere prøver som er tatt kan lagres i et hvilket som helst antall ytterligere prøvekammermoduler S som kan tilknyttes ved lignende innretning av ventiler på linje. For eksempel er det i fig. 1B illustrert to prøvekamre S. Etter å ha fylt det øvre kammer ved påvirkning av avstengningsventilen 80 kan den neste prøve lagres i den nederste prøvekammer-modul S ved å åpne avstengningsventilen 88 forbundet til prøveoppsamlingshul-rommet 90C i kammeret 90. Kammeret 90 har et prøveoppsamlingshulrom 90C og et trykksettings/bufferhulrom 90p. Det skal bemerkes at hver prøvekammermodul har sin egen kontrollsammenstilling, vist i fig. 1B som 194. Et hvilket som helst antall prøvekammermoduler S, eller ikke noen prøvekammermoduler, kan anvendes i spesielle konfigurasjoner av verktøyet avhengig av karakteren av den test som skal gjennomføres. Prøvemodulen S kan også være en flerprøvemodul som rom-mer et flertall prøvekamre, som nevnt tidligere.

Det skal også bemerkes at bufferfluid i form av fullttrykk borehullfluid kan sendes inn på baksidene av stemplene i kamrene 84 og 90 for ytterligere å kontrollere trykket av det formasjonsfluid som leveres til prøvemodulene S. For dette formål åpnes ventilene 81 og 83 og stempelpumpen 92 i utpumpingsmodulen M må pumpe fluidet i strømningsrøret 54 opp til et trykk som overstiger borehulltryk-ket. Det er oppdaget at denne handling har den virkning å dempe eller redusere trykkpulsen eller "støtet" som opptrer under stengning. Denne prøvetagnings-metode med lavt trykkstøt har særlig vært anvendt med fordel for oppnåelse av fluidprøver fra ikke-konsoliderte formasjoner, pluss at den tillater overtrykksetting av prøvefluidet via stempelpumpen 92.

Det er kjent at forskjellige konfigurasjoner av apparatet A kan anvendes avhengig av det formål som skal oppnås. For basisprøvetagning kan den hydrauliske energimodul C anvendes i kombinasjon med den elektriske energimodul L, sondemodulen E og flerprøvekammermodulene S. For reservoartrykkbestemmel-se kan den hydrauliske energimodul C anvendes sammen med den elektriske energimodul L og sondemodulen E. For ikke-forurenset prøvetagning ved reser-voarbetingelser kan den hydrauliske energimodul C anvendes sammen med den elektriske energimodul L, sondemodulen E i forbindelse med fluid analysemodulen D, utpumpingsmodulen M og flerprøvekammermodulene S. En simulert bore-strengtest ("drill stem test" - DST) kan gjennomføres ved å kombinere den elektriske energimodul L med pakningsmodulen P og prøvekammermodulene S. Andre konfigurasjoner er også mulig og formen av slike konfigurasjoner avhenger også av de formål som skal oppnås med verktøyet. Verktøyet kan ha enhetlig konstruksjon så vel som å være i modulform, men modulkonstruksjonen tillater større fleksibilitet og lavere omkostninger for brukere som ikke trenger alle attri-butter.

De individuelle moduler i apparatet A er konstruert slik at de hurtig kan forbindes til hverandre. Fluktende forbindelser mellom modulene kan anvendes i stedet for tapp/sokkelforbindelser for å unngå punkter hvor forurensninger, vanlige i en brønnboringsomgivelse, kan innfanges.

Fluidkontroll under prøvesamling tillater anvendelse av forskjellige strøm-ningstakter. I lavpermeabilitetssituasjoner er strømningskontroll meget til hjelp for å hindre at formasjonsfluidprøvetrykket senkes under sitt boblepunkt eller asfalten utfellingspunkt.

Således, når først verktøyet er kommet til inngrep med borehullveggen etableres fluid kommunikasjon mellom formasjonen og brønnverktøyet. Forskjellige test- og prøvetagningsoperasjoner kan da gjennomføres. Typisk utføres en forhåndstest ved å trekke fluid inn i strømningsrøret ved selektivt å aktivere et forhåndsteststempel. Forhåndsteststemplet trekkes tilbake slik at fluid strømmer inn i en del av strømningsrøret i brønnverktøyet. Syklisk føring av stemplet gjennom en nedtrekkingsfase og en oppbyggingsfase tilveiebringer et trykkspor som analyseres for å evaluere formasjonstrykket nede i brønnen, for å bestemme om pakningen har tettet skikkelig, og for å bestemme om fluidstrømningen er tilstrekkelig til å oppnå en diagnostisk prøve.

Det følger av den ovenstående drøftelse at målingen av trykk og samling av fluidprøver fra formasjoner som penetreres av åpne borehull er vel kjent innen den relevante teknikk. Når foringsrør først er blitt installert i borehullet er imidlertid muligheten for å gjennomføre slike tester begrenset. Der er hundrevis av forede brønner som betraktes for stengning hvert år i Nord-Amerika, som kommer i tillegg til de tusenvis av brønner som allerede er tomme. Disse forlatte brønner er blitt bestemt til ikke lenger å produsere olje og gass i nødvendige mengder til å være økonomisk lønnsomme. Hovedandelen av disse brønner ble imidlertid boret i de senere 1960-år og 1970-år og logget ved bruk av metoder som er primitive i forhold dagens standarder. Mer nylig forskning har avdekket bevis for at mange av disse forlatte brønner inneholder store mengder utvinnbar naturgass og olje (kan-skje så mye som 3 til 6 milliarder m<3>) som er gått tapt ved hjelp av konvensjonelle produksjonsmetoder. På grunn av at hovedandelen av feltutviklingskostnader som boring, foring og sementering allerede er blitt utført for disse brønner kunne eks-ploatering av disse brønner til å produsere olje- og naturgassressurser vise seg å være et billig foretagende som ville øke produksjonen av hydrokarboner og gass. Det er derfor ønskelig å utføre ytterligere tester på slike forede borehull.

For å utføre forskjellige tester på et foret borehull for å bestemme om brøn-nen er en god kandidat for produksjon, er det ofte nødvendig å perforere forings-røret for å undersøke den formasjon som omgir borehullet. En slik perforasjons-metode som anvendes kommersielt anvender et verktøy som kan senkes ned på en kabel til en foret seksjon av et borehull hvor verktøyet inkluderer en formet eksplosiv ladning for å perforere foringsrøret, og test- og prøvetagningsanordninger for å måle hydrauliske parametere av omgivelsene bak foringsrøret og/eller for å ta prøver av fluider fra denne omgivelse.

Forskjellige metoder er blitt utviklet for å etablere perforasjoner i forede borehull, som for eksempel de metoder og perforeringsverktøy som for eksempel er beskrevet i US patent nr. 5.195.588; 5.692.565; 5.746.279; 5.779.085; 5.687.806; og 6.119.782 (alle overdratt til Schlumberger).

'588-patentet (Dave) beskriver et verktøy for å teste formasjoner nede i brønnen og som kan tette et hull eller perforasjon i en foret borehullvegg på nytt. '565-patentet (MacDougall et al.) beskriver et brønnverktøy med en enkelt borkrone på en fleksibel aksel for boring, gjennomgående prøvetagning og deretter tette flere hull i et foret borehull. '279-patentet (Havlinek et al.) beskriver et apparat

og en metode for å overvinne borkrone-brukstidsbegrensninger ved å bære flere borkroner, som hver anvendes for å bore bare ett hull. '860-patentet (Salwasser et al.) beskriver en metode for å øke vekt-på-borkronen utøves av borkronen på den fleksible aksel ved å anvende et hydraulisk stempel.

En ytterligere perforeringsmetode er beskrevet i US patent nr. 6.167.968 (Penetrators Canada). '968-patentet viser et heller komplekst perforeringssystem som innebærer bruken av en freseborkrone for boring gjennom stålforingsrør og en bergartsborkrone på en fleksibel akse for å bore formasjon og sement.

Til tross for slike fremskritt i systemer for formasjonsevaluering og perforering foreligger det et behov for et brønnverktøy som er i stand til å perforere sideveggen av et borehull og gjennomføre de ønskede formasjonsevalueringsproses-ser. Et slikt system er også foretrukket forsynt med et sonde/pakningssystem i stand til å understøtte perforeringsverktøy- og/eller pumpeevnene for å suge fluid inn i brønnverktøyet. Det er videre ønskelig at dette kombinerte perforerings- og formasjonsevalueringssystem kan forsynes med et borkronesystem i stand til endog langvarig bruk, og kunne tilpasses til å virke i en rekke forskjellige bore-hulltilstander, som for eksempel forede eller åpne borehull. Det er videre ønskelig at et slikt system tilveiebringer en sonde/pakningssammenstilling som er mindre utsatt for problemene med fastsuging av verktøyhoveddelen til borehullveggen og reduserer faren for å skade sondesammenstillingen under plassering. Det er videre ønskelig at et slikt system har evne til å perforere en selektiv strekning inn i formasjonen tilstrekkelig til å nå forbi sonen umiddelbart omkring borehullet og som kan ha fått sin permeabilitet endret, redusert eller skadet på grunn av virk-ningene med å bore borehullet, inklusive pumping og invasjon av borefluider.

Oppsummering av oppfinnelsen

I et aspekt tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse et apparat for karak-terisering av en underjordisk formasjon, inklusive en verktøyhoveddel tilpasset for plassering inne i et borehull som penetrerer den underjordiske formasjon. En sondesammenstilling bæres av verktøyhoveddelen for avtetting av en region av borehullveggen. Betegnelsen "sondesammenstilling" anvendes i det følgende for å beskrive den foreliggende oppfinnelse på en slik måte at den omfatter anvendelse av sonder, pakninger og en kombinasjon derav. En aktuator anvendes for å bevege sondesammenstillingen mellom en tilbaketrukket posisjon for plassering av verktøyhoveddelen og en utplassert posisjon for avtetning av en region av borehullveggen. En perforatør anvendes for å penetrere en del av den tettende inn-grepsregion av borehullveggen.

I en spesiell utførelsesform inkluderer apparatet ifølge oppfinnelsen ytterligere et strømningsrør som strekker seg gjennom en del av verktøyhoveddelen og kommuniserer fluidmessig med i det minste en av perforatøren, aktuatoren, sondesammenstillingen, og en kombinasjon derav for å slippe formasjonsfluid inn i verk-tøyhoveddelen. En pumpe bæres også inne i verktøyhoveddelen for å suge formasjonsfluid inn i verktøyhoveddelen via strømningsrøret. Et prøvekammer kan ytterligere rommes inne i verktøyhoveddelen for å motta formasjonsfluid fra pumpen. Ytterligere kan et instrument rommes inne i verktøyhoveddelen for å analysere formasjonsfluid som suges inn i verktøyhoveddelen via strømningsrøret og pumpen.

Verktøyhoveddelen for apparatet ifølge oppfinnelsen er tilpasset for plassering inne i et borehull via en kabel på samme måte som for konvensjonelle formasjonstestere, eller via en borestreng for bruk under perioder med boringsopphør i sterkt avvikende huler eller hvor fastkiling kan være et problem.

Sondesammenstillingen inkluderer i en spesiell utførelsesform et par oppumpbare ringer som hver bæres omkring aksialt separerte deler av verktøy-hoveddelen og tilpasset for tettende inngrep med aksialt separerte ringromsregi-oner av borehullveggen. Aktuatoren inkluderer et hydraulisk system for selektiv oppumping og utpumping av pakningsringene.

I en ytterligere utførelsesform av apparatet ifølge oppfinnelsen er sondesammenstillingen innrettet for tettende inngrep med en region av borehullveggen inntil en side av verktøyhoveddelen. Følgelig inkluderer denne utførelsesform ytterligere et ankersystem for å understøtte verktøyhoveddelen mot en region av borehullveggen motsatt den nevnte ene side av verktøyhoveddelen. Sondesammenstillingen ifølge denne utførelsesform inkluderer foretrukket en hovedsakelig stiv plate og et kompressibelt pakningselement montert på platen. Aktuatoren ved denne utførelsesform inkluderer foretrukket et flertall stempler forbundet til sondeplaten for å bevege sondesammenstillingen mellom den tilbaketrukne og utplasserte posisjon, og en kontrollerbar energikilde for å drive stemplene. Den kontroll-erbare energikilde inkluderer foretrukket et hydraulisk system.

I en spesiell utførelsesform av apparatet ifølge oppfinnelsen inkluderer perforatøren i det minste ett boreskaft med en borkrone forbundet til en ende derav for å penetrere en del av den avtettede region av borehullveggen, og en boremotorsammenstilling for å utøve dreiemoment og translasjonskraft på boreskaftet. Skaftet eller skaftene kan være fleksible eller stive, avhengig av den spesielle anvendelse. Hvis således en forlenget lateral perforasjon kreves kan et stivt skaft ikke være egnet på grunn av at lengden av et stivt skaft vil være begrenset av diameteren av verktøyhoveddelen. Det er foretrukket at perforatøren i denne utførelsesform ytterligere inkluderer en rørstyring for å rette overføringsbanen for boreskaftet slik at det bevirkes en hovedsakelig perpendikulær penetrasjonsbane av borkronen gjennom borehullveggen.

I en spesiell utførelsesform er rørstyringen fleksibel og er forbundet ved en ende til boremotorsammenstillingen og er forbundet ved den andre ende til sondesammenstillingen. Alternativt er rørstyringen definert ved en kanal som strekker seg gjennom en del av verktøyhoveddelen. I den alternative utførelsesform kan rørstyringen inkludere en lateralt utstående del av verktøyhoveddelen hvorigjennom en del av kanalen strekker seg, eller den kan inkludere en hovedsakelig stiv rørformet del av sondesammenstillingen som er konsentrisk med en del av kanalen.

I forskjellige utførelsesformer av apparatet ifølge oppfinnelsen inkluderer perforatøren i det minste én av en eksplosiv ladning, en hydraulisk dor, en kjerneborkrone og en kombinasjon derav.

I et ytterligere aspekt vedrører den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for å karakterisere en underjordisk formasjon, inklusive trinnene med å avtette en region av en vegg av et borehull som penetrerer formasjonen, og perforerer en del av den avtettede region av borehullveggen for å lette testing av formasjonen.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen inkluderer foretrukket videre trinnene med å samle en prøve av formasjonen via den perforerte del av borehullveggen, og analysere den samlede prøve av formasjonsfluid.

I et ytterligere aspekt vedrører den foreliggende oppfinnelse et apparat for å perforere et foret borehull som penetrerer en underjordisk formasjon, inklusive en verktøyhoveddel tilpasset for plassering inne i det forede borehull. Et første boreskaft har en første borkrone forbundet til en ende derav for å perforere en del av foringsrøret som dekker borehullveggen, og et andre boreskaft har en andre borkrone forbundet til en ende derav for å strekke seg gjennom perforasjonen i foringsrøret og perforere en del av borehullveggen. En boremotorsammenstilling anvendes for å utøve dreiemoment og overføringskraft til første og andre boreskaft og en koblingssammenstilling anvendes for selektivt å koble boremotorsammenstillingen til det første boreskaft, det andre boreskaft, eller en kombinasjon derav.

Et ankersystem bæres foretrukket av verktøyhoveddelen for å understøtte verktøyhoveddelen inne i borehullet. Ankersystemet kan foretrukket utplasseres ved hjelp av et slikt hydraulisk system.

I en spesiell utførelsesform inkluderer koblingssammenstillingen gir-sam-menstilling operativt forbundet til både første og andre boreskaft. I det minste ett av boreskaftene i denne utførelsesform er selektivt operativt forbundet til gir-utvekslingen.

I en ytterligere utførelsesform har det andre boreskaft en definert borebane og koblingssammenstillingen inkluderer en borkronekobling forbundet til en ende av det første boreskaft motsatt den første borkrone, og en anordning for selektivt å bevege det første boreskaft mellom en holdeposisjon og en boreposisjon. Boreposisjonen er lokalisert i borebanen av det andre boreskaft slik at den andre borkrone settes i stand til å komme i inngrep med borkronekoblingen og drive det første boreskaft. Bevegelsesanordningen kan bevege det første boreskaft ved hjelp av en svingebevegelse eller ved hjelp av en translasjonsbevegelse.

I en ytterligere utførelsesform har første og andre boreskaft respektive definerte borebaner og koblingssammenstillingen inkluderer en borkronekobling forbundet til en ende av det første boreskaft motsatt den første borkrone, og en anordning for selektivt å bevege det andre boreskaft fra sin borebane til borebanen for det første boreskaft slik at den andre borkrone settes i stand til å komme i inngrep med borkronekoblingen og drive det første boreskaft.

Et ytterligere aspekt ved den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å perforere et foret borehull som penetrerer en underjordisk formasjon, inklusive trinnet med å perforere en del av det foringsrør som dekker borehullveggen ved bruk av en boremotorsammenstilling og et første boreskaft med en første borkrone forbundet til en ende derav, og forlenge et andre boreskaft gjennom perforasjonen i foringsrøret ved bruk av boremotorsammenstillingen. Det andre boreskaft har en andre borkrone forbundet til en ende derav for å penetrere formasjonen. En del av borehullveggen perforeres så ved bruk av boremotorsammenstillingen og det andre boreskaft med den andre borkrone. Første og andre boreskaft er selektivt koblet til boremotorsammenstillingen for å utføre trinnene med perforering og forlengelse.

Kort beskrivelse av tegningene

For at de ovenfor anførte trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse kan forstås i sine detaljer gis en mer spesiell beskrivelse av oppfinnelsen, kort oppsummert i det foregående, med henvisning til de utførelsesformer derav som er illustrert i de vedføyde tegninger. Det skal imidlertid bemerkes at de vedføyde tegninger bare illustrerer typiske utførelsesformer av denne oppfinnelse og skal derfor ikke betraktes som begrensende for oppfinnelsens ramme idet denne kan gjøres til gjenstand for andre like effektive utførelsesformer. Fig. 1A-1B er skjematiske illustrasjoner av en tidligere kjent formasjonstester for bruk i åpne hullomgivelser. Fig. 2 er en skjematisk illustrasjon av en tidligere kjent formasjonstester for anvendelse i forede brønnomgivelser. Fig. 3 er en skjematisk illustrasjon av en forbedret formasjonstester for anvendelse i åpne hull- eller forede brønnhullomgivelser i samsvar med den foreliggende oppfinnelse. Fig. 4A-4B er detaljerte sekvensmessige illustrasjoner, delvis i snitt, av en utførelsesform av en utplasserbar sondesammenstilling i samsvar med et aspekt av den foreliggende oppfinnelse. Fig. 5A-5B er detaljerte sekvensmessige illustrasjoner, delvis i snitt, av en andre utførelsesform av den utplasserbare sondesammenstilling. Fig. 6A-6B er detaljerte sekvensmessige illustrasjoner, delvis i snitt, av en tredje utførelsesform av den utplasserbare sondesammenstilling. Fig. 7 er en detaljert illustrasjon, delvis i snitt, av en fjerde utførelsesform av den utplasserbare sondesammenstilling. Fig. 8 er en skjematisk illustrasjon av en forbedret formasjonstester som anvender dobbelte oppumpbare pakninger i samsvar med et ytterligere aspekt av den foreliggende oppfinnelse. Fig. 9A, 9B og 9C er detaljerte sekvensmessige illustrasjoner, delvis i snitt, av en utførelsesform av en dobbelt borkronekonfigurasjon for å perforere veggene av et foret borehull i samsvar med et ytterligere aspekt av den foreliggende oppfinnelse. Fig. 10A, 10B og 10C er detaljerte sekvensmessige illustrasjoner, delvis i snitt, av en andre utførelsesform av en dobbelt borkronekonfigurasjon for å perforere veggene av et foret borehull. Fig. 11 A, 11B og 11C er detaljerte sekvensmessige illustrasjoner, delvis i snitt, av en tredje utførelsesform av den dobbelte borkronekonfigurasjon for å perforere veggene av et foret borehull. Fig. 12A, 12B og 12C er detaljerte sekvensmessige illustrasjoner, delvis i snitt, av en fjerde utførelsesform av den dobbelte borkronekonfigurasjon for å perforere veggene av et foret borehull.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Fig. 2 avbilder et perforasjonsverktøy 212 for formasjonsevaluering. Verk-tøyet 212 er opphengt i en kabel 213, inne i stålforingsrøret 211. Dette stålforings-rør skjermer eller kler borehullet 210 og er understøttet med sement 210b. Borehullet 210 er typisk fylt med et kompletteringsfluid eller vann. Kabellengden bestemmer i vesentlig grad de dybder hvortil verktøyet 212 kan senkes ned i borehullet. Dybdemålere kan bestemme forskyvning av kabelen over en understøttel-sesmekanisme (for eksempel skivehjul) og bestemmer den spesielle dybde for loggeverktøyet 212. Kabellengden styres ved hjelp av passende kjente anord-ninger ved overflaten som for eksempel en trommel og vinsjmekanisme (ikke vist). Dybden kan også bestemmes ved hjelp av elektriske, nukleære eller andre følere som korrelerer dybden til tidligere målinger foretatt i brønnen eller til brønnforing-en. Elektroniske koblingskretser (ikke vist) ved overflaten representerer også kon-trollkommunikasjons- og prosesskoblingskretser for loggeverktøyet 212. Koblings-kretsene kan være av kjent type og behøver ikke å ha nye trekk.

Verktøyet 212 i fig. 2 er vist med en generelt sylindrisk hoveddel 217 utstyrt med et langstrakt hulrom 228 som omslutter et indre hus 214 og elektronikk. Ankerstempler 215 tvinger verktøypakningen 217 mot foringsrøret 211 og danner en trykktett tetning mellom verktøyet og foringsrøret og tjener til å holde verktøyet stasjonært.

Det indre hus 214 inneholder perforeringsanordningen, teste- og prøvetag-ningsanordninger og pluggeanordninger. Dette indre hus beveges langs verktøy-aksen (vertikalt) gjennom hulrommet 228 ved hjelp av husets translasjonsstempel 216 festet til en del av hoveddelen 217, men også plassert inne i hulrommet 228. Denne bevegelse av det indre hus 214 posisjonerer i respektive nederste og øverste posisjoner, komponentene av perforerings- og pluggeanordningen i lateral innretning på linje med den laterale hoveddelåpning 212a inne i pakningen 217b. Åpningen 212a kommuniserer med hulrommet 228 via en åpning 228a inn i hulrommet.

Et fleksibelt skaft (aksling) 218 er lokalisert inne i det indre hus og er ført gjennom en rørformet styringskanal 214b som strekker seg gjennom huset 214 fra drivmotoren 220 til en lateral åpning 214a i huset. En borkrone 219 roteres via det fleksible skaft 218 ved hjelp av drivmotoren 220. Denne motor holdes i det indre hus ved hjelp av en motorbrakett 221, som selv er festet til en translasjonsmotor 222. Translasjonsmotoren beveger drivmotoren 220 ved å dreie et gjenget skaft 223 inne i en tilpasset mutter i motorbraketten 221. Translasjonsmotorens fleksible skaft tilveiebringer således en nedoverrettet kraft på motoren 220 og det bøyelige skaft 218 under boring slik at penetrasjonen kontrolleres. Dette boresystem tillater at det kan bores hull som er vesentlig dypere enn verktøydiameteren, men alternativ teknologi (ikke vist) kan om nødvendig anvendes for å produsere perforasjoner med en dybde noe mindre enn diameteren av verktøyet.

For det formål å foreta målinger og ta prøver er et strømningsrør 224 også inneholdt i det indre hus 214. Strømningsrøret er forbundet ved en ende til hulrommet 228 - som er åpent til formasjonstrykket under perforering - og er på annen måte forbundet via en isolasjonsventil (ikke vist) til strømningsrøret (ikke vist) i hovedverktøyet og som forløper gjennom lengden av verktøyet som tillater at verk-tøyet kan forbindes til prøvekamre.

Et pluggmagasin (eller alternativt et revolvermagasin) 226 inneholdes også

i det indre hus 214. Etter at formasjonstrykk er blitt målt og prøver er tatt skifter husets translasjonsstempel 216 det indre hus 214 til å bevege pluggmagasinet 226 til en posisjon som innretter et pluggsettende stempel 225 på linje med åp-ninger 228a, 212a og det borede hull. Pluggsettestemplet 225 tvinger så en plugg fra magasinet inn i foringsrøret slik at det borede hull tettes igjen. Integriteten av pluggtetningen kan testes ved å overvåke trykket gjennom strømningsrøret mens et "nedtrekks" stempel aktiveres. Det resulterende trykk skulle falle og så forbli konstant ved en redusert verdi. En plugglekkasje vil bli indikert ved en retur av trykket til formasjonstrykk etter aktivering av nedtrekks stemplet. Det skal bemerk-

es at den samme testemetode også anvendes for å bekrefte integriteten av verk-tøypakningstetningen før boring begynner. Sekvensen av foranstaltninger kom-pletteres ved å frigi verktøyankrene. Verktøyet er så klart for å gjenta sekvensen.

Fig. 3 avbilder et verktøy 300 for å evaluere formasjonen nede i brønnen og som er posisjonert i et åpent borehull. Verktøyet inkluderer en hoveddel 301 tilpasset for plassering inne i et borehull 306 som penetrerer den underjordiske formasjon 305. Verktøyhoveddelen 301 er veltilpasset for plassering inne i et borehull via en kabel W, på samme måte som for konvensjonelle formasjonstestere, men kan også tilpasses for plassering inne i en borestreng (det vil si plassering under boring). Apparatet er forankret og/eller understøttet mot siden av borehullveggen 312 motsatt en sondesammenstilling 307 ved hjelp av aktivering av ankerstempler 311.

Sondesammenstillingen (også enkelt referert til som "sonden") 307 bæres av verktøyhoveddelen 301 for avtetning av en region 314 av borehullveggen 312. En stempelaktuator 316 anvendes for å bevege sondesammenstillingen 307 mellom en tilbaketrukket posisjon (ikke vist i fig. 3) for plassering av verktøyhoveddel-en og en utplasseringsposisjon (vist i fig. 3) for avtetning av regionen 314 av borehullveggen 312. Aktuatoren ifølge denne utførelsesform inkluderer foretrukket et flertall stempler forbundet til sondesammenstilling 307 for å bevege sonden mellom tilbaketrukket og utplassert posisjon, og en kontrollerbar energikilde (foretrukket et hydraulisk system) for å drive stemplene. Sondesammenstillingen 307 inkluderer foretrukket en kompressibel pakning 324 montert på en stempelplassert plate 326 for å etablere tetningen mellom borehullveggen 312 og angjeldende formasjon 305.

En perforatør, som inkluderer et fleksibelt boreskaft 309 utstyrt med borkronen 308 og som drives av en motorsammenstilling 302, anvendes for å penetrere en del av den avtettede region 314 av borehullveggen 312 avgrenset av pakningen 324. Det fleksible skaft 309 fører rotasjons- og overføringsenergi til borkronen 308 fra drivmotoren 302. Virkningen av perforatøren resulterer i en lateral boring eller perforasjon 310 som strekker seg delvis gjennom formasjonen 305.

Verktøyet 301 inkluderer videre et strømningsrør 318 som strekker seg gjennom en del av verktøyet og kommuniserer fluidmessig med formasjonen 305, via perforasjonen 310, via perforatorbanen 320 og banen 322 definert av aktuatoren og pakningen (begge baner betraktet som forlengede komponenter av strømningsrøret 318) for å slippe formasjonsfluid inn i verktøyhoveddelen 301. Et forhåndsteststempel 315 er også forbundet til strømningsrøret 320 for å utføre forhåndstester.

En pumpe 303 rommes også inne i verktøyhoveddelen for å suge formasjonsfluid inn i verktøyhoveddelen via strømningsrøret 318. Et prøvekammer 321 rommes videre inne i verktøyhoveddelen 301 for å motta formasjonsfluid fra pumpen 303. I tillegg kan instrumenter rommes inne i verktøyhoveddelen 301 for å måle trykk, og for å analysere formasjonsfluid som er sugd inn i verktøyhoved-delen (for eksempel som den optiske fluidanalysator 99 fra fig. 1) via strømnings-røret 318 og pumpen 303.

Når først en eller flere perforasjoner eller ett eller flere hull 310 er etablert kan strømningsrøret 318 fritt kommunisere formasjonsfluid til disse komponenter for evaluering og/eller lagring nede i brønnen. Pumpen 303 er ikke essensiell, men er ganske nyttig for å kontrollere strømningen av formasjonsfluid gjennom strøm-ningsrøret 318. Evaluering og prøvetagning av formasjonen kan foregå ved flere borehullpenetrasjonsdybder ved å bore lenger inn i formasjonen 305. Foretrukket strekker et slikt hull seg gjennom den skadede sone som omgir borehullet 306 og inn i formasjonsfluidsonen i formasjonen 305.

Idet det nå vises til fig. 4A-4B avbildes der et alternativt formasjonsevaluer-ingsverktøy 400. Fig. 4A viser sondesammenstillingen 407 i den tilbaketrukne posisjon for passering av verktøyet 400. Fig. 4B viser sondesammenstillingen 407 som beveger seg mot den utvidede posisjon for avtetning av en region av borehullveggen 412. Verktøyet 400 anvender en perforatør som inkluderer minst ett fleksibelt boreskaft 409 utstyrt med en borkrone 408 ved en ende derav for å penetrere en del av den avtettede region 414 av borehullveggen 412 (og foringsrør og sement hvis disse er tilstede). Det foretrekkes at borkronen 408 i denne utførel-sesform er fremstilt av diamant for bruk i åpent borehull, men vil foretrukket anvende andre materialer (for eksempel wolfram karbid) for bruk i foret borehull (beskrevet detaljert i det følgende), noe som forbedrer evnen til å penetrere formasjonen 405 til en ønsket lateral dybde. En boremotorsammenstilling 402 er anordnet for å utøve dreiemoment og overføringskraft til boreskaftet 409. Perforatøren i denne utførelsesform inkluderer videre en halvstiv rørformet styring 420 for å rette translasjonsbanen av det fleksible boreskaft 409 slik at det bevirkes en hovedsakelig perpendikulær penetrasjonsbane av borkronen gjennom borehullveggen 412.

Som illustrert ved sekvensen i fig. 4A-4B er den rørformede styring 420 halvfleksibel og tillater at den kan bøye seg og bevege seg med utplasseringen av sondesammenstillingen 407. Den hydraulisk induserte kraft fra stemplene 416 utplasserer og komprimerer pakningselementet 424 mot veggen 412 av borehullet 405. Den rørformede styring 420 er forbundet ved en ende til boremotorsammenstillingen 402, og er forbundet ved den andre ende til sondesammenstillingen 407. Den rørformede styring 420 tjener to formål. Først tilveiebringer den tilstrekkelig stivhet til å utøve en reaktiv kraft på det fleksible skaft 409 som tillater at skaftet kan bevege seg under den kraft som tilveiebringes av drivmotoren 402. For det andre forbinder den rørformede styring 420 et strømningsrør (ikke vist i fig. 4A-4B) i apparatet 400 til sondeplaten 426 og virker således som en forlengelse av verk-tøyets strømningsrør.

Fig. 5A-5B avbilder et ytterligere alternativt formasjonsevalueringsverktøy 500 plassert inne i et borehull som penetrerer en formasjon 505. Fig. 5A viser sondesammenstillingen 507 i tilbaketrukket posisjon. Fig. 5B viser sondesammenstillingen 507 som beveger seg mot den utvidede posisjon for inngrep med borehullveggen. Verktøyet inkluderer en rørformet styring 520 definert av en kanal som strekker seg gjennom en del av verktøyhoveddelen 501. I denne alternative utfør-elsesform inkluderer den rørformede styring en lateralt utstående del 530 av verk-tøyhoveddelen 501 hvorigjennom en del av den styringsdefinerende kanal strekker seg. På denne måte styres borkronen 508 ved enden av det fleksible boreskaft 509 gjennom den sentrale åpning i sondesammenstillingen 508 mot borehullveggen 512. En belg 535 anvendes for fluidmessig å forbinde den rørformede styring 520 (som tjener som en del av et strømningsrør inne i verktøyet) i verktøyhoved-delen 500 til sondesammenstillingen 507 når sondesammenstillingen utplasseres ved virkningen av hydrauliske stempler 516 på sondeplaten 526, under sammen-trykking av pakningselementet 524 mot vegen 512 av formasjonen 505 for å avtette regionen 514.

Et ytterligere alternativt formasjonsevalueringsverktøy 600 som er plassert i et borehull som penetrerer en formasjon 605 er illustrert i fig. 6A-6B. Fig. 6A viser sondesammenstillingen 607 i den tilbaketrukne posisjon, mens fig. 6B viser sondesammenstillingen 607 som beveger seg til den utstrakte posisjon for inngrep med borehullveggen 612. Stempler 616 er anordnet for å utvide og trekke tilbake sondesammenstillingen 607. En rørstyring 620 inkluderer en hovedsakelig stiv rørformet del 632 av sondesammenstillingen 607 som er konsentrisk med en del av kanalen 621 som i vesentlig grad definerer den rørformede styring 620. Den rørformede del 632 kan anvendes for fluidmessig å forbinde verktøyhoveddelen 601 (mer spesielt den rørformede styring 620) til sondesammenstillingen 607. Således, når stemplene 616 utplasserer sondeplaten 626 mot borehullveggen 612 slik at pakningselementet 624 komprimeres og avtetter en region 614 (se fig. 6B) leder perforasjonen (ikke vist) dannet av det fleksible skaft 609 og borkronen 608 fluid fra formasjonen 605 til verktøyet 600. Den rørformede del 632 er foretrukket fleksibel slik at den bøyes når sondesammenstillingen 607 utplasseres, slik at den rørformede del 632 opprettholder fysisk inngrep med den laterale utstående del 630 av verktøyhoveddelen 601, slik at den fluidmessige forbindelse med verktøy-hoveddelen 601 opprettholdes. Tilføyelse av en kuleskjøt (ikke vist) mellom den glidende rørformede del 632 og sondeplaten 626 kan redusere preferansen av den glidende rørformede del 632 til å være bøyelig. Fig. 7 avbilder et ytterligere alternativt formasjonsevalueringsverktøy 700 som inkluderer en verktøyhoveddel 701 plassert i et borehull som penetrerer en formasjon 705. Dette alternativ er lignende alternativet i fig. 6A-6B ved at en rør-formet styring 720 inkluderer en hovedsakelig stiv rørformet del 732 av en sondesammenstilling 707 som er konsentrisk med en del av kanalen 721 som i vesentlig grad definerer den rørformede styring 720. De primære forskjeller her er at sondeplaten 726 er forholdsvis smal og den stive rørformede del 732 av sondesammenstillingen 707 også tjener som et aktuatorstempel (se den ringformede utstikkende del 734 inne i det hydraulisk trykksatte ringrom 736). Fig. 7 viser også et forankringssystem 711 for posisjonering og understøttelse av verktøyet 700 inne i borehullet. En ytterligere forskjell er anvendelsen av et separat strømningsrør 780 som er forbundet ved en ende derav til et hulrom 770 hvori sondedelen 732 beveges frem og tilbake. Strømningsrøret 780 er ellers forbundet via en isolasjonsventil (ikke vist) til verktøyets hovedstrømningsrør (ikke vist) som løper langs lengden av verktøyet og som tillater at verktøyet kan forbindes til prøvekamrene. I denne utførelsesform tjener således den rørformede styring 720 ikke som en anordning for prøvetagning av formasjonsfluid (selv om den rørformede styring kan utsettes for formasjonstrykk). Fig. 8 avbilder et ytterligere alternativt formasjonsevalueringsverktøy 800 anordnet i et borehull 812 som penetrerer en formasjon 805. I denne utførelses- form inkluderer sondesammenstillingen 807 et par oppumpbare pakninger 824 som hver bæres omkring aksialt separerte deler av verktøyhoveddelen 801. Pakningene 824 er vel tilpasset for tettende inngrep med aksialt separerte ringroms-regioner av borehullveggen 812. I denne utførelsesform inkluderer aktuatoren for sammenstillingen 800 et hydraulisk system (ikke vist) for selektivt oppumping og utpumping av pakningene 824. Fig. 8 illustrerer videre en alternativ perforatør som kan nyttes ved den foreliggende oppfinnelse. Den eksplosive ladning 809 er da nyttig for å skape en perforasjon 810 i formasjonen 805. Andre egnede perforeringsanordninger inkluderer en hydraulisk dor og en kjerneborkrone, idet hvilke som helst av disse er til nytte for å skape perforasjoner gjennom borehullveggen. Utførelsesformen som vist er således effektiv for å la formasjonsfluid slippe inn i strømningsrøret 818 for oppsamling i et prøvekammer 811 ved hjelp av pumpen 803. Fig. 9 til 12 avbilder alternative versjoner av en dobbelt borkronesammenstilling brukbar i forbindelse med perforeringsverktøy, som for eksempel perforer-ingsverktøyene i fig. 2 og 3. Som vist i fig. 9A kan den dobbelte borkronesammenstilling anvendes for å penetrere veggen 912 av et borehull 906 som penetrerer en underjordisk formasjon 905. Borehullet 906 kan være utstyrt med en foringsrør-streng 936 testet ved hjelp av betong 930 som fyller ringrommet mellom forings-røret og borehullveggen. Et ankersystem 911 bæres av verktøyet 900 for å under-støtte verktøyet inne i det forede borehull 906, eller mer spesielt inne i foringsrør-strengen 936.

En utførelsesform av den dobbelte perforerende borkronesammenstilling 970 er vist i fig. 9A-9C som inkluderende en verktøyhoveddel 900 tilpasset for plassering inne i et borehull, som for eksempel det forede borehull 906 med en borehullvegg 912. Fig. 9A avbilder det dobbelte borkronesystem i den tilbaketrukne posisjon for plassering inne i et borehull. Fig. 9B avbilder systemet i en første borekonfigurasjon. Fig. 9C avbilder systemet i en andre borekonfigurasjon. Dette apparat anvender et dobbelt borkronesystem for å bore suksessive, ko-line-ære hull gjennom sideveggen 912 av borehullet og formasjonen (hovedsakelig fjell) sammen med foringsrør og sement om disse er tilstede. Et første boreskaft 909a har en første borkrone 908a forbundet til en ende derav. Den første borkrone er foretrukket egnet for å perforere en del av stålforingsrøret 936 som kler borehullveggen 912. Et andre boreskaft 909b, som er fleksibelt, har en andre borkrone 908b forbundet til en ende derav. Den andre borkrone er foretrukket egnet for forlengelse gjennom en perforasjon dannet i foringsrøret 936 og perforerer betonglaget 938 og en del av formasjonen 905. En boremotorsammenstilling (ikke vist) anvendes for å utøve dreiemoment og overføringskraft til første og andre boreskaft 909a, 909b.

En mekanisme i form av en koblingssammenstilling 950 tilveiebringer anordningene hvormed begge boreskaft 909a, 909b kan drives fra et enkelt motor-drivverk. Koblingssammenstillingen inkluderer et sett av inngripende tanndrev 940, 942, et mellomskaft 944 og en perpendikulær girkasse 946. Koblingssammenstillingen er nyttig for selektivt å koble boremotorsammenstillingen til første og andre boreskaft. Det andre boreskaft 909b er selektivt operativt forbundet til utvekslingen hvorved dreiemomentet utøvet på det andre boreskaft 909b av boremotorsammenstillingen foretrukket ikke overføres gjennom koblingsutvekslingen 950 til det første boreskaft 909a med mindre det andre boreskaft 909b er tilstrekkelig tilbaketrukket for å anbringe den andre borkrone 908b i inngrep med tanndrevet 942.

For eksempel, for boring gjennom stålforingsrøret kan således det andre (fleksible) boreskaft 909b trekkes tilbake inne i den rørformede styring 920 inntil den andre borkrone 908b kommer i inngrep med tanndrevet 942, som vist i fig. 9B. Dette inngrep induserer rotasjon av det mellomliggende roterende skaft 944. Dette roterende skaft driver i sin tur det første boreskaft 909a, gjennom rettvinkelgir-mekanismen 946. Det første boreskaft 909a er mekanisk koblet til den første borkrone 908a som foretrukket er en karbidborkrone egnet for boring av stål. Et hydraulisk stempel (ikke vist) kan anvendes med et aksiallager for å øke vekten på borkronen til et nivå nødvendig for å bore stålforingsrøret 936.

Når først foringsrøret er blitt perforert bores betonglaget 938 og formasjonen 905 ved å reversere retningen av overføringsmotoren til å trekke tilbake det første boreskaft 909a og/eller ved å trekke tilbake det hydrauliske stempel (hvis dette er anordnet). Dette tilbaketrekkingstrinn skaper nok rom for det andre (fleksible) boreskaft 909b til å bli innført gjennom hullet i foringsrøret 936, som vist i fig. 9C. Det fleksible skaft fortsetter så boreoperasjonen gjennom sementlaget 938 og stålforingsrøret 936, under dreiemoment- og overføringsdrivkraften tilveiebragt av drivmotorsystemet.

Fig. 10A-10C viser en ytterligere utførelsesform av det dobbelte borkroneperforasjonssystem 1070. Fig. 10A avbilder det dobbelte borkronesystem i den tilbaketrukne posisjon for plassering inne i et borehull. Fig. 10B avbilder systemet i en første borekonfigurasjon. Fig. 10C avbilder systemet i en andre borekonfigurasjon. I disse figurer har det andre boreskaft 1009b en definert borebane definert av den rørformede styring 1020b, og koblingssammenstillingen inkluderer en 0 1008c forbundet til en ende av det første boreskaft 1009a motsatt den første borkrone 1008a. En anordning er montert for selektivt å bevege det første boreskaft 1009a mellom en holdeposisjon i den rørformede styring 1020a (se fig. 10A og 10C) og en boreposisjon i den rørformede styring 1020b (se fig. 10B). Boreposisjonen er lokalisert i borebanen (det vil si den rørformede styring 1020b) av det andre boreskaft 1009b, slik at den andre borkrone 1008b (som er spesielt konstruert for inngrep) settes i stand til å gå til inngrep med borkronekoblingen 1008c og drive det første boreskaft 1009a.

Bevegelsesanordningen kan bevege det første boreskaft ved hjelp av en svingebevegelse som vist i det dobbelte borkroneperforeringssystem 1070 i fig. 10A-10C eller ved hjelp av en translasjonsbevegelse som vist i det dobbelte borkroneperforeringssystem 1170 i fig. 11A-11C. Den hydrauliske stempelhjelpe-mekanisme, som nevnt i det foregående, kan anvendes også her for å tilveiebringe den passende vekt-på-borkronen for foringsrørboreoperasjonen, og kan videre anvendes som bevegelsesanordningen. Den hydrauliske mekanisme kan således anvendes for å trekke tilbake (ved svinge- eller translasjonsbevegelse) den første boreskaftsammenstilling 1109a i verktøyhoveddelen 1103, og ute av banen 1120b for det andre boreskaft 1109b og tilbake til holdeposisjonen 1120a. Deretter er det andre boreskaft 1109b og den andre borkrone 1108b fri til å trans-latere og rotere gjennom banen 1120b slik at det bores gjennom formasjonsberg-arten.

Fig. 12A-12C avbilder et ytterligere dobbelt borkroneperforasjonssystem 1270 som inkluderer verktøyhoveddelen 1203. I disse figurer har hver av første og andre boreskaft 1209a, 1209b respektive definerte borebaner 1220a, 1220b. Her inkluderer koblingssammenstillingen en borkronekobling 1208c forbundet til en ende av det første boreskaft 1209a motsatt den første borkrone 1208b, og en anordning som inkluderer en ledekile 1250 for selektivt å bevege det andre boreskaft 1209b fra sin borebane 1220b til borebanen 1220a av det første boreskaft 1209a. Dette har den virkning at den andre borkrone 1208b posisjoneres for inngrep med borkronekoblingen 1208c, hvorved det andre boreskaft 1209b driver det første boreskaft 1209a. Sagt med andre ord grenser den spesielt konstruerte bergartsborkrone på enden av det fleksible skaft 1209b til borkronekoblingen 1208c på enden av foringsrørborkroneskaftet 1209a. En roterende bevegelse av foringsrør-borkronen 1208a utøves så ved rotasjon av det andre (fleksible) boreskaft 1209b.

Foringsrørboreskaftet 1209a er foretrukket mekanisk forbundet til en hydraulisk hjelpemekanisme (ikke vist). Den hydrauliske hjelpemekanisme tilveiebringer den nødvendige vekt-på-borkronen for foringsrørboreoperasjonen og trekker foringsrørborkronesammenstillingen tilbake inn i verktøyhoveddelen 1200 etter behov. Ved boring av stålforingsrøret translateres verktøyet 1200 nedover (se fig. 12B) for å sikre at det andre boreskaft går inn i den første borebane, via ledekilen 1250, i den passende høyde, ved hvilket tidspunkt det andre boreskaft 1209b og den andre borkrone 1208b er fri til å begynne boring av bergart via borebanen 1220b.

De foregående dobbelte borkroneutførelsesformer kan kreve en ytterligere mekanisk operasjon for å posisjonere stålborkronen 1208a i en lavere posisjon (fig. 12B) for boring av stål og for å bevege det første boreskaft 1209a oppover og ute av banen (fig. 12C) for boring av formasjonen. Denne mekaniske operasjon kunne bevirkes ved tilføyelse av valgte hydrauliske komponenter - for eksempel ytterligere solenoider og hydrauliske ledninger til de eksisterende systemer - noe som er innenfor nivået for vanlig relevant fagkyndighet.

Det forstås fra den foregående beskrivelse av forskjellige modifikasjoner og endringer kan foretas i de foretrukne og alternative utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse uten å gå utenfor oppfinnelsens reelle ramme.

Denne beskrivelse har bare illustrerende formål og skal ikke oppfattes i noen begrensende mening. Rammen for denne oppfinnelse skal bestemmes bare av ordlyden i de etterfølgende patentkrav. Betegnelsen "omfattende" i patentkrav-ene er ment å inkludere "inkluderende i det minste" slik at den oppførte angivelse av elementer i et patentkrav er en åpen gruppe. Betegnelsene "en", "et" og andre entallsbetegnelser er ment å inkludere flertallsformene derav med mindre annet er spesifikt utelukket.

Claims (24)

1. Apparat for å karakterisere en undergrunns-formasjon, hvor apparatet omfatter: et verktøylegeme (217) innrettet for transport i et borehull som trenger inn i undergrunns-formasjonen; en sondesammenstilling (307) som bæres av verktøylegemet for å forsegle en region av borehullveggen; en aktuator (40) for å bevege sondesammenstillingen (307) mellom en tilbaketrukket stilling for transport av verktøylegemet, og en utplassert stilling for forsegling av en region av borehullveggen; og en perforatør som strekker seg gjennom sondesammenstillingen (307) for å penetrere en del av den forseglede regionen av borehullveggen, perforatøren omfatter minst en fleksibel boreaksling (218) som har en borkrone (219) koblet til en ende av denne for å penetrere en del av den forseglede region av borehullveggen, og en boremotor-enhet (220) for påføring av moment og translatorisk kraft på boreakslingen (218); og et strømningsrør (224) som strekker seg gjennom et parti av verktøylegemet og som via fluid kommuniserer med minst én av perforatøren, aktuatoren (40), sondesammenstillingen (307), og en kombinasjon av disse for å tillate formasjonsfluid inn i verktøylegemet.

2. Apparat ifølge krav 1, videre omfattende en pumpe (303) båret av verktøylegemet for å trekk formasjonsfluid inn i verktøylegemet via strømningsrøret (224).

3. Apparat ifølge krav 2, som videre omfatter et prøvekammer (321) båret i verktøylegemet for å motta formasjonsfluid fra pumpen (303).

4. Apparat ifølge krav 2, hvor et instrument båret i verktøylegemet for analyse av formasjonsfluid trekkes inn i verktøylegemet via strømningsrøret (224) og pumpen (303).

5. Apparat ifølge krav 1, hvor sondesammenstillingen (307) omfatter et par oppblåsbare pakningsringer (824) hver båret på aksialt adskilte partier av verktøylegemet og innrettet for forseglende inngrep med aksialt adskilte ringformede områder av borehullveggen.

6. Apparat ifølge krav 5, hvor aktuatoren omfatter et hydraulisk system for selektiv oppblåsing og deflatering av pakningsringene.

7. Apparat ifølge krav 1, videre omfattende et forankringssystem (711) for understøttelse av verktøylegemet mot en region av borehullveggen på motsatt side av den ene siden av verktøylegemet.

8. Apparat ifølge krav 1, hvor sondesammenstillingen (307) omfatter en i det vesentlige stiv plate (326), og et sammen-trykkbart pakningselement (324) montert på platen.

9. Apparat ifølge krav 8, hvor aktuatoren omfatter et antall stempler (516) som er koblet til sonden-platen (526) for å bevege sondesammenstillingen (307) mellom den tilbaketrukne og utplasserte posisjoner, og en styrbar energikilde for drift av stemplene.

307. Apparat ifølge krav 1, hvor perforatøren videre omfatter en rørformet føringsdel (632) for å lede den translatoriske banen til boreakslingen for å bevirke en i det vesentlige normal penetreringsbane av borkronen gjennom borehullveggen.

11. Apparat ifølge krav 10, hvor den rørformede føringsdelen (632) er fleksibel og er forbundet ved én ende til boremotor-enheten, og er forbundet ved en andre ende til sondesammenstillingen (307).

12. Apparat ifølge krav 10, hvor den rørformede føringsdelen er definert ved en kanal (621) som strekker seg gjennom et parti av verktøylegemet.

13. Apparat ifølge krav 1, for bruk i et foret borehull, hvor perforatøren omfatter en ytterligere boreaksling (909a) som har en ytterligere borkrone (908a) koblet til en ende av denne for perforering av en del av foringen som kler borehullveggen, hvor borkronen (908b) til den fleksible akslingen (909b) strekker seg, ved bruk, gjennom perforeringen i foringen for å perforere nevnte del av borehullveggen; og videre omfattende en koblingssammenstilling (950) for selektivt å koble boremotorsammenstillingen til én av den ytterligere boreakslingen, den fleksible boreakslingen, eller en kombinasjon av disse.

14. Apparat ifølge krav 13, hvor koplingssammenstillingen omfatter en gir-sammenstilling (946) operativt forbundet med både den ytterligere og den fleksible boreakslingen.

15. Apparat ifølge krav 14, hvor minst én av boreakslene er selektivt operativt forbundet til girsporet.

16. Apparat ifølge krav 13, hvor den fleksible boreakslingen har en definert borebane, og koplingssammenstillingen omfatter: en borkronekopling (10008c) forbundet med en ende av den ytterligere boreakslingen motsatt den ytterligere borkronen, og en anordning for selektivt å bevege den ytterligere boreakslingen mellom en holdeposisjon og en boreposisjon der boreposisjon er i bore-banen til den fleksible boreakslingen slik at borkronen til den fleksible boreakslingen å komme i kontakt med koplingssammenstillingen og drive den ytterligere boreakslingen.

17. Apparat ifølge krav 16, hvor den bevegende anordningen beveger den ytterligere boreakslingen ved en egendreiningsbevegelse.

18. Apparat ifølge krav 16, hvor den bevegende anordningen beveger den ytterligere boreakslingen ved en translatorisk bevegelse.

19. Apparat ifølge krav 16, hvor den ytterligere og den fleksible boreakslingen har respektive definerte bore-baner, og koplingssammenstillingen omfatter: en borkronekopling koplet til en ende av den ytterligere boreakslingen motsatt den ytterligere borkronen; og anordning for selektivt å bevege den fleksible boreakslingen fra dens borebane til bore-banen til den ytterligere boreakslingen for at borkronen til den fleksible boreakslingen kommer i kontakt med borkronekoplingen og å drive den ytterligere boreakslingen.

20. Apparat ifølge krav 1, videre omfattende et ankersystem (911) som bæres av verktøylegemet for å understøtte verktøylegemet inne i borehullet.

21. Fremgangsmåte for å karakterisere en undergrunns-formasjon, hvor fremgangsmåten omfatter trinnene: å forsegle et område i en vegg til et borehull som penetrerer formasjonen; å bevege en sondesammenstilling (307) fra en tilbaketrukket posisjon til en utplassert posisjon for å forsegle et område i borehullveggen; og å forlenge i det minste én fleksibel boreaksling (218) som har en borkrone koplet til en ende av denne for å skape en perforering gjennom en del av det forseglede området av borehullveggen, perforeringen strekker seg forbi en skadet sone omkring borehullet; og å teste formasjonen.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 21, videre omfattende trinnet med å samle inn en prøve av formasjonsfluid gjennom perforeringen.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 22, videre omfattende trinnet med å analysere den innsamlede prøven av formasjonsfluid.

24. Fremgangsmåte ifølge krav 21, hvor borehullet er foret og hvor trinnet med perforering omfatter: å perforere en del av foringen som kler borehullveggen ved å bruke en boremotorsammenstilling og en ytterligere boreaksling (218) som har en ytterligere borkrone (219) koblet til en ende av denne; og å forlenge den fleksible boreakslingen og dens borkrone gjennom perforeringen i foringen ved å bruke boremotorsammenstillingen (220) for å skape nevnte perforering gjennom delen i det forseglede området til borehullveggen.