NO343156B1 - Elektromagnetisk akustisk signalomformer og fremgangsmåte for karakterisering av et fôringsrør innsatt i et borehull - Google Patents

Abstract

Signaler i fôringsrør generert av en EMAT i et borehull blir behandlet med bruk av ett eller flere båndbegrensede Gaussiske filtre. Med bruk av Huberttransformasjonen blir en omhyllingskurve for de filtrerte signalene bestemt og amplituder og ankomsttider for individuelle ankomster estimeres. Disse kan bli anvendt for å estimere egenskaper ved fôringsrør og sement.

Description

OPPFINNELSENS OMRÅDE

[0001] Oppfinnelsen vedrører generelt evaluering av brønnfôringsrør. Mer spesifikt vedrører foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte og et apparat for å muliggjøre analyse av fôringsrør i et brønnhullmiljø ved å generere og registrere trekk ved bølgeformer som forplanter seg gjennom fôringsrøret og sement / betong.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

[0002] Som illustrert i figur 1 omfatter et brønnhull typisk fôringsrør 8 satt inne i brønnhullet 5, der fôringsrøret 8 er bundet til brønnhullet ved å tilføre sement 9 inne i ringrommet dannet mellom den utvendige diameteren til fôringsrøret 8 og den innvendige diameteren til brønnhullet 5. Sementbindingen hefter ikke bare til fôringsrøret 8 inne i brønnhullet 5, men tjener også til å isolere tilgrensende soner (f.eks. Z1og Z2) innenfor en undergrunnsformasjon 18. Å isolere tilgrensende soner kan være viktig når én av sonene inneholder olje eller gass og den andre sonen inneholder et fluid som ikke er hydrokarbon, så som vann. Dersom sementen 9 rundt fôringsrøret 8 er for dårlig og ikke er i stand til å sørge for isolasjon av de tilgrensende sonene, kan vann eller annet uønsket fluid komme seg inn i hydrokarbonproduksjonssonen og således tynne ut eller kontaminere hydrokarbonene inne i produksjonssonen og med det øke produksjonskostnadene, forsinke produksjonen eller hemme utvinningen av ressurser.

[0003] For å oppdage mulige utilstrekkelige sementbindinger har det blitt utviklet nedihullsverktøy 14 for å analysere integriteten til sementen 9 som binder fôringsrøret 8 til brønnhullet 5. Disse nedihullsverktøyene 14 blir senket inn i brønnhullet 5 på kabel 10 i kombinasjon med en trinse 12, og omfatter typisk signalomformere 16 anordnet på sine utvendige overflater innrettet for akustisk kobling med fluidet i borehullet. Disse signalomformerne 16 er i alminnelighet i stand til å sende ut akustiske bølger inn i fôringsrøret 8 og registrere amplituden til de akustiske bølgene mens de vandrer, eller forplanter seg, langs fôringsrøret 8. Egenskaper ved sementbindingen, så som dens effektivitet, integritet og vedhefting til fôringsrøret, kan bestemmes ved å analysere trekk ved den akustiske bølgen, så som dempning. Signalomformerne 16 er typisk piezoelektriske anordninger med et piezoelektrisk krystall som gjør om elektrisk energi til mekaniske vibrasjoner eller oscillasjoner som overfører akustiske bølger til fôringsrøret 8. Piezoelektriske anordninger er typisk koblet til et fôringsrør 8 gjennom et koblingsmedium som finnes i brønnhullet. Koblingsmedier omfatter væsker som typisk finnes i brønnhull. Når koblingsmedier forefinnes mellom den piezoelektriske anordningen og fôringsrøret 8, kan de kommunisere de mekaniske vibrasjonene fra den piezoelektriske anordningen til fôringsrøret 8. Fluider med lavere tetthet, så som gass eller luft, og fluider med høy viskositet, så som noen typer boreslam, vil imidlertid ikke alltid gi en tilstrekkelig kobling mellom en piezoelektrisk anordning og fôringsrøret 8. Videre kan tilstedeværelse av slam, avleiringer eller annen tilsvarende materie på den innvendige periferien i fôringsrøret 8 virke negativt inn på nytten av en bindingslogg innhentet med en piezoelektrisk anordning. For at piezoelektriske anordninger skal kunne gi meningsfulle bindingsloggresultater må de således stå i ren kontakt med den innvendige overflaten i fôringsrøret 8 eller bli anvendt i brønnhull, eller brønnhullssoner, med væske inne i fôringsrøret 8. En annen ulempe som oppstår når en anvender piezoelektriske anordninger for bindingsloggingsoperasjoner omfatter de begrensede bølgeformer som genereres av disse anordningene. Fluider nødvendig for å koble bølgen fra signalomformeren til fôringsrøret overfører kun kompresjonsbølger, og begrenser således bølgen typer som kan bli generert i eller mottatt fra fôringsrøret. En stor mengde informasjon kan avledes fra forskjellige akustiske bølgeformer som vil kunne anvendes for evaluering av fôringsrør, fôringsrørbindinger og eventuelt også forhold i formasjonen 18. Det er derfor et behov for å utføre bindingsloggingsoperasjoner uten tilstedeværelse av et gitt koblingsmedium. Det er et behov for en bindingsloggingsanordning som er i stand til å sende ut og forplante inn i brønnfôringsrør en rekke typer bølgeformer, samt registrere bølgeformene.

[0004] US-patentet 7,311,143 til Engels m.fl., som er overdratt til samme som foreliggende oppfinnelse, omtaler en fremgangsmåte og et apparat for å indusere og måle akustiske bølger, omfattende skjærbølger, i et brønnfôringsrør for å lette analyse av binding mellom brønnfôringsrør, sement og formasjon. En akustisk signalomformer er tilveiebragt som er magnetisk koblet til brønnfôringsrøret og består av en magnet kombinert med en spole, der spolen er knyttet til en elektrisk strøm. Den akustiske signalomformeren er i stand til å generere og motta forskjellige bølgeformer, omfattende kompresjonsbølger, skjærbølger, Rayleigh-bølger og Lambbølger. Signalomformeren forblir koblet til brønnfôringsrøret mens verktøyet føres langs deler av fôringsrøret. Et viktig aspekt ved fremgangsmåten til Engels er muligheten til å identifisere forskjellige forplantningsmoder av akustiske signaler i fôringsrøret. Amplituden og ankomsttiden til de forskjellige signalene angir egenskaper ved fôringsrøret. US 4,255,798 vedrører en metode og et apparat for akustisk undersøkelse av et fôringsrør i et borehull for å utlede kvaliteten av en sementbinding bak fôringsrøret og fôringsrørets tykkelse. Teknikkene benytter en akustisk pulskilde som har et frekvensspekter valgt for å stimulere et valgt radialt segment av fôringsrøret til en tykkelsesresonans. Det valgte frekvensspekteret forsterker gjenklangene mellom de indre og ytre veggene til fôringsrøret, hvilket fanger tykkelsesgjenklangene med signifikante amplituder for en varighet avhengig av mengden av akustisk energi som er lekket i tilstøtende medier. Den akustiske pulsen forårsaker akustiske tilbakeklanger som er dannet av refleksjonene fra grensesnitt mellom medier med forskjellige akustiske impedanser og akustisk energi som er lekket inn i hullet av fôringsrøret fra de akustiske tykkelsesgjenklangene stimulert i fôringsrørets vegger. De akustiske tilbakeklangene detekteres for å generere et refleksjonssignal som behandles for å bestemme tykkelsen av fôringsrøret eller for å evaluere sementbindingen. Den akustiske pulsen har et frekvensspekter som er spesielt effektivt for å diskriminere forskjellige sementbindingsbetingelser forårsaket av små sementseparasjoner som er kjent som mikroannuli rundt fôringsrøret. US 4,928,269 omhandler en metode for å beregne impedansen til et materiale bak et fôringsrør. US 5,831,934 angir en metode for å analysere mottatte bølgesignaldata i et akustisk loggessystem. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en forbedret metode for estimering av ankomsttider og amplituder for disse forskjellige bølgemodi. For formålet med foreliggende oppfinnelse kan de individuelle ankomsttidene omtales som "hendelser".

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

[0005] Hovedtrekkene ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av de selvstendige patentkrav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav. Én utførelsesform av oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte ved karakterisering av et fôringsrør innsatt i et borehull i en undergrunnsformasjon. Fremgangsmåten omfatter det å aktivere en signalomformer ved minst én asimutorientering i borehullet og generere en akustisk puls; motta et signal som omfatter flere hendelser fremkommet fra genereringen av den akustiske pulsen; båndpassfiltrere det mottatte signalet med bruk av et modulert Gaussisk filter og tilveiebringe et båndpassfiltrert signal; estimere en omhyllingskurve for det båndpassfiltrerte signalet; og estimere, fra omhyllingskurven for det båndpassfiltrerte signalet, en ankomsttid for hver av de flere hendelsene, der ankomsttidene er karakteristiske for en egenskap ved fôringsrøret og/eller sement / betong i et ringrom mellom fôringsrøret og formasjonen.

[0006] En annen utførelsesform av oppfinnelsen vedrører et apparat for å karakterisere et fôringsrør innsatt i et borehull i en undergrunnsformasjon. Apparatet omfatter en signalomformer innrettet for å generere en akustisk puls ved minst én asimutorientering i borehullet; en mottaker innrettet for å motta et signal som omfatter flere hendelser fremkommet fra genereringen av den akustiske pulsen; og en prosessor innrettet for å: båndpassfiltrere det mottatte signalet med bruk av et modulert Gaussisk filter og tilveiebringe et båndpassfiltrert signal; estimere en omhyllingskurve for det båndpassfiltrerte signalet; og estimere, fra omhyllingskurven for det mottatte signalet, en ankomsttid for hver av de flere hendelsene, der ankomsttidene er karakteristiske for en egenskap ved minst én av: (i) fôringsrøret, og (ii) sement / betong i et ringrom mellom fôringsrøret og formasjonen.

[0007] En annen utførelsesform av oppfinnelsen er et datamaskinlesbart medium som kan aksesseres av en prosessor. Det datamaskinlesbare mediet omfatter instruksjoner som setter prosessoren i stand til å karakterisere en egenskap ved et fôringsrør i et borehull i en undergrunnsformasjon ved hjelp av et signal som omfatter flere hendelser fremkommet fra generering av en akustisk puls av en signalomformer i borehullet, der instruksjonene omfatter båndpassfiltrering av signalet med bruk av en modulert gaussfunksjon, estimering av en omhyllingskurve for det mottatte signalet og estimering, fra omhyllingskurven, av en ankomsttid for hver av de flere hendelsene.

KORT BESKRIVELSE AV FIGURENE

[0008] Foreliggende oppfinnelse og dens fordeler vil forstås bedre ved å henvise til den følgende detaljerte beskrivelsen og de vedlagte figurene, der:

Figur 1 viser et delvis tverrsnitt av et kjent nedihullsverktøy for logging av sementbindinger anordnet i et brønnhull;

Figurene 2A-2B illustrerer skjematisk en magnetisk koblingssender anordnet for tilkobling til en fôringsrørseksjon;

Figur 3 viser et eksempel på EMAT-verktøy anordnet inne i et brønnhull;

Figurene 4 (a), 4(b) viser eksempler på signaler registrert med bruk av seks signalomformere;

Figur 5 viser eksempler på signaler av SH0- og SH1-modus registrert ved en signalomformer;

Figurene 6a, 6b viser eksempler på gaussoperatoren i tidsdomenet og i frekvensdomenet;

Figurene 7(a), 7(b) viser en modulert gaussfunksjon i (a) tidsdomenet (a) og (b) frekvensdomenet;

Figurene 8 (a), 8(b) viser et eksempel på signal og støy (a) i tidsdomenet og i frekvensdomenet (b);

Figurene 9(a), 9(b) viser et eksempel på filtrert signal og støy (a) i tidsdomenet og i frekvensdomenet (b);

Figurene 10(a), 10(b) viser en omhyllingskurve for et demodulert signal og maksimum for omhyllingskurven;

Figurene 11 (a), 11(b) viser eksempler på sammenlikningsdata (bench data) og et detaljert vindu av disse;

Figur 12(a) viser eksempler på operatorer for SH0- og SH1-waveletene;

Figur 12(b) viser spektrene til SH0- og SH1-waveletene i figur 12(a) og inngangssignalet;

Figurene 13(a), 13(b) viser rekonstruerte wavelets gjenopprettet fra inngangssignalet;

Figur 14(a) viser spektrene rekonstruert med bruk av SH0- og SH1-waveletene sammen med dataene i figur 11(b);

Figur 14(b) viser datasignalet rekonstruert med bruk av SH0- og SH1-waveletene;

Figur 15 viser omhyllingskurven for signalet i figur 11(a) gjenopprettet med bruk av SH0- og SH1-waveletene; og

Figur 16 er et flytdiagram som illustrerer noen av trinnene i foreliggende oppfinnelse.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

[0009] Som illustrert i figur 2A er en magnetisk koblet signalomformer 20 plassert i en ønsket høyde nær ved en fôringsrørseksjon 8. For å bedre oversikten er bare en del av lengden og diameteren til en fôringsrørseksjon 8 vist, og den magnetisk koblede signalomformeren 20 er vist skjematisk i både figur 2A og figur 2B. Den magnetisk koblede signalomformeren 20 kan være plassert inne i den innvendige periferien til fôringsrørseksjonen 8, men den magnetisk koblede signalomformeren 20 kan også plasseres andre steder.

[0010] For en hvilken som helst gitt signalomformer 20 kan flere enn én magnet (av en hvilken som helst type, for eksempel permanent, elektromagnetisk, etc.) være kombinert innenfor en enhet; en slik utførelse muliggjør generering av forskjellige bølgeformer og letter måling og oppfanging av flere bølgeformer. En signalomformer 20 i stand til å sende ut eller motta bølgeformer i ortogonale retninger er illustrert skjematisk i figur 2B. Selv om en skjematisk magnet 22 med ortogonale magnetfelter er vist, vil en ettfelts, forholdsvis stor magnet med flere mindre spoler 24 (der spolene kan være anordnet ortogonalt) kunne bli anvendt for å oppnå mer generelle signalomformere.

[0011] I utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse som er illustrert skjematisk i figurene 2A og 2B består den magnetisk koblede signalomformeren 20 av en magnet 22 og en spole 24, der spolen 24 er plassert mellom magneten 22 og den innvendige periferien i fôringsrøret 8. En elektrisk strømkilde (ikke vist) kan kobles til spolen 24 som er i stand til å forsyne elektrisk strøm til spolen 24. Magneten 22 kan være én eller flere permanentmagneter anordnet med forskjellige orienteringer eller kan også være en elektromagnet, aktivisert enten av likestrøm eller vekselstrøm. Figur 2B illustrerer skjematisk ortogonale magnet- og spolerepresentasjoner. Én eller flere magneter eller spoler kan være anordnet innenfor et nedihullsverktøy for å bevirke ønsket kobling og/eller ønskede bølgeformer, for eksempel direkte generering av skjærbølger inn i fôringsrøret 8. Selv om spolen er illustrert som anordnet mellom magneten og fôringsrøret, kan spolen være anordnet på annen måte i umiddelbar nærhet av magneten.

[0012] Spolen 24 kan bli aktivisert når den magnetisk koblede signalomformeren 20 befinner seg nær ved fôringsrøret 8 for å generere akustiske bølger i materialet i fôringsrøret 8. For eksempel kan spolen bli aktivisert med en modulert elektrisk strøm. Den magnetisk koblede signalomformeren 20 fungerer således som en akustisk sender.

[0013] Den magnetisk koblede signalomformeren 20 kan også fungere som en mottaker i stand til å motta bølger som har forplantet seg gjennom fôringsrøret og sement / betong. Den magnetisk koblede signalomformeren 20 kan refereres til som en akustisk anordning. De akustiske anordningene ifølge foreliggende oppfinnelse fungerer således som akustiske sendere eller som akustiske mottakere, eller som begge deler.

[0014] Et eksempel på utførelse av verktøyet som illustrert i figur 3 tilveiebringer en sonde 30 vist med akustiske anordninger anordnet på sin utvendige overflate. De akustiske anordningene omfatter en sekvens av akustiske signalomformere, både sendere 26 og mottakere 28, der avstanden mellom hver tilstøtende akustiske anordning i samme rad kan være hovedsakelig lik. Når det gjelder oppsettet av akustiske sendere 26 og akustiske mottakere 28 vist i figur 3, selv om radene 34 som går radielt rundt sonden 30 kan omfatte et hvilket som helst antall akustiske anordninger (dvs. sendere 26 eller mottakere 28), omfatter i én utførelsesform hver rad 34 fem eller flere av disse akustiske anordningene (idet det foretrukne antallet fem eller flere anordninger er for anordninger med senderne og mottakerne anordnet radielt rundt periferien). De akustiske senderne 26 kan være magnetisk koblede signalomformere 20 av typen i figurene 2A og 2B som omfatter en magnet 22 og en spole 24. Eventuelt kan de akustiske senderne 26 omfatte elektromagnetiske akustiske signalomformere.

[0015] Igjen med henvisning til oppsettet av akustiske sendere 26 og akustiske mottakere 28 i figur 3 kan de akustiske signalomformerne, omfattende sendere 26 og mottakere 28, være anordnet i minst to rader, der hver rad omfatter primært akustiske sendere 26 og en neste, tilstøtende rad omfatter primært akustiske mottakere 28. Eventuelt, som vist i figur 3, kan de akustiske anordningene i tilstøtende rader i denne utførelsen være oppstilt i en rett linje langs lengden til sonden 30.

[0016] Selv om bare to periferiske rader 34 av akustiske anordninger er vist i figur 3, er variasjoner og plassering av signalomformere og anordninger i rader mulig avhengig av kapasiteten til og anvendelsen av sonden 30. En annen mulighet er å ha én rad av akustiske signalomformere 26 etterfulgt av to periferiske rader av akustiske mottakere 28 etterfulgt av en ny rad av akustiske signalomformere 26. Som kjent for fagmannen omfatter fordeler med denne konkrete utførelsen muligheten til foreta en selvkorrigerende akustisk måling. Dempningsmålinger blir gjort i to retninger med bruk av anordninger av to sendere og to mottakere for oppfanging av akustiske bølgeformer. Dempningsmålingene kan bli kombinert for å avlede kompenserte verdier som ikke avhenger av mottakersensitivitet eller sendereffekt.

[0017] Figur 4(a) viser et tverrsnitt av sonden der seks signalomformere D1 , D2, D3, D4, D5 og D6 er vist rundt sondens periferi. De seks signalomformerne definerer seks sektorer S1 , S2, S3, S4, S5 og S6. Figur 4(a) viser eksempler på signaler, 411 og 413. Signalet 411 viser et signal ved signalomformer D2 som følge av aktivering av signalomformer D1 , mens signalet 413 viser signalet ved signalomformer D3 som følge av aktivering av signalomformer D1. Tilsvarende viser 415 signalet ved D2 som følge av aktivering av signalomformer D4, og 417 viser signalet ved D2 som følge av aktivering av signalomformer D4.

[0018] Vi angir som Aij signalet ved signalomformer j som følge av aktivering av signalomformer /. Dempningen av signalene i sektor S2 kan de representeres ved:

[0019] Som følge av båndbreddebegrensningen er nedihullsverktøyet nødt til å demodulere de mottatte signalene for å estimere deres amplituder (og ankomsttider). Ideelt sett forventes de mottatte signalene å være som vist i kurvene 411, 413, 415, 417 i figurene 4(a), 4(b). Et signal/støy-forhold (SNR) på 60dB gir en god estimering av ankomsttider og amplituder. I virkeligheten er imidlertid SNR-forholdet for de mottatte signalene bare omkring 30dB til 40dB. Som omtalt i US-patentsøknaden 11/358,172 (US 2007/0206439) til Barolak m.fl. , som er overdratt til samme som foreliggende oppfinnelse, kan skjærbølger og Lamb-bølger bli anvendt for å bestemme integriteten til en sementbinding. I tillegg oppstår et problem som følge av det faktum at SFI0- og SH1 -modus kan bli eksitert samtidig på grunn av det brede spekteret til stimuleringssignalet fra signalomformerene.

[0020] For å illustrere fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse henvises først til figur 5, som viser eksempler på signaler registrert i en testanordning. To signaler registrert under forskjellige foringsrørtilstander er angitt som 501 og 503. Signalet fra 0 til omtrent 130 er ringing (fra systemet). Signalet fra 130 til omtrent 260 er SH0, der senterfrekvensen er omtrent 200KHz, mens signalet fra 180 til 420 er SH1 , der senterfrekvensen er omtrent 280KHz. Som en kan se er det overlapp mellom SH0-og SH1 -signalene. I 501 påvirker ringing-signalet også SH0. Metoden som anvendes i foreliggende oppfinnelse er å skille SH0 fra SH1. Det skal bemerkes at kurven 501 har en sterk SHO-modus mens kurven 503 har en sterk SH1 -modus. Av spesiell interesse er ankomsttiden til de forskjellige modi, som kan omtales som "hendelser".

[0021] En effektiv måte å estimere ankomsttiden for en hendelse er å først estimere omhyllingskurven til en wavelet. I én utførelsesform av oppfinnelsen gjøres dette ved å anvende Hilbert-transformasjonen. Et akustisk signal f(t), så som det i figur 4(a), kan uttrykkes ved en tidsavhengig amplitude A(t) og en tidsavhengig fase θ(t) som:

Dens kvadraturtrase f(t) er da:

og den komplekse trasen F(t) er:

Dersom f(t) og F(t) er kjent, kan en løse for A(t) som

som er omhyllingskurven til signalet f(t).

[0022] Én måte å bestemme kvadraturtrasen F(t) er ved å anvende Hilbert-transformasjonen:

derp. v. representerer prinsipalverdien. Hilbert-transformasjonen krever et båndbegrenset inngangssignal og er følsom for bredbåndet støy. Følgelig blir et båndpassfilter anvendt før bruk av Hilbert-transformasjonen. I fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse blir et Gaussisk filter anvendt som båndpassfilter.

[0023] Figurene 6(a), 6(b) viser representasjoner av to forskjellige Gaussiske filtre i tidsdomenet (figur 6(a)) og i frekvensdomenet (figur 6(b)). Det Gaussiske filteret i tidsdomenet er gitt ved:

Dets fouriertransformerte er gitt ved:

En fordel med det Gaussiske filteret, som kan sees i figurene 6(a), 6(b), er at det ikke finnes noen ripler hverken i tidsdomenet eller i frekvensdomenet. Gjennom valg av τ er det mulig å fange opp informasjon som føres av signalet.

[0024] Dersom gaussfunksjonen blir modulert med en bærerfrekvens fci tidsdomenet, er resultatet et signal:

og en frekvensdomenerealisering:

der ® representerer en konvolusjon og δ er Kroneckers deltafunksjon. gM(r, t) ser derfor ut som en wavelet-operator. Lokaliserbarheten (informasjonens tidsvarighet i tidsdomenet og dens tilhørende frekvensbåndbredde) bestemmes av τ og fc.Figur 7(a) viser et eksempel på gM(T, fc, t) og figur 7(b) viser et eksempel på GM(t, fc, f) [0025] I eksempelet over er fclik 1 Hz. Wavelet-operatoren er vist i tidsdomenet og dens amplitudespektralrespons er vist i frekvensdomenet. Sett fra et realiseringsperspektiv er det ønskelig å velge dempningen og båndbredden for å styre oppførselen til wavelet-operatoren (f.eks. -6dB i effekt med en gitt nominell båndbredde, NBW) i stedet for å velge τ. I eksempelet over er båndbredden fra -0,2 fctil 0,2 fc(NBW.6dB= 40%).

Fra likn. (7) har vi:

Dersom vi definerer NBW som:

og dempningsfaktor a, i dB, har vi:

Det er således mulig å velge α og μ for å styre spekteret til wavelet-operatoren gM(α, μ, fc t).

[0026] Wavelet-operatoren blir anvendt for å rekonstruere det oppfangede signalet med tillagt hvit støy ved en konvolusjonsoperasjon. Det oppfangede signalet kan skrives som:

der x (t) er det akustiske signalet og n (t) er hvit støy. Konvolusjonsoperasjonen er

I teorien er gM(α, μ, fc, t) et båndpassfilter (BPF). Det demper støyen utenfor passbåndet. Figur 8(a) viser et signal 801 og tillagt hvit støy 805 med et signal/støyforhold på omtrent OdB, mens figur 8(b) viser signalet 803 i frekvensdomenet og tillagt hvit støy 807. 901 og 905 i figur 9(a) viser henholdsvis det filtrerte signalet og støyen i tidsdomenet, mens 903 og 905 i figur 9(b) viser det filtrerte signalet og støyen i frekvensdomenet.

[0027] Amplituden til bærersignalet er, fra likn. (5), gitt ved:

der tcer tiden for maksimumspunktet til A(t). Den demodulerte omhyllingskurven og den maksimale detekterte verdien er vist ved 1001 i figur 10(a) og 1003 i figur 10(b).

[0028] Prinsippene beskrevet over blir deretter anvendt på innsamlede data i en sammenlikningstest (bench test). Figur 11 (a) viser to eksempler på signaler, 1101, 1103. Signalene i figur 11 (a) omfatter flere ankomster av SFI0 og SH1. Et vindu for signalene i figur 11 (a) er vist i detalj i figur 11 (b) ved 1151 og 1153. I figur 11 (b) er bare de første ankomstene vist, svarende til signalene 501 , 503 i figur 5. Dataene omfatter ankomster av SFI0 (ved ~180kFlz) og ankomster av SH 1 (ved ~ 280kFlz), og to wavelet-operatorer er anvendt for å rekonstruere det oppfangede signalet. Operatorene er vist i tidsdomenet ved 1201 og 1203 i figur 12(a), mens figur 12(b) viser spektrene til wavelet-operatorene 1205 og 1207 sammen med spektrene til de to inngangssignalene. Figur 13(a) viser det opprinnelige signalet 1153 og det gjenopprettede SFIO-signalet 1301 , mens figur 13(b) viser det opprinnelige signalet 1153 og det gjenopprettede SH 1 -signalet 1303.

[0029] Figur 14(a) viser spekteret 1401 til dataene 1153 i figur 11 (b), sammen med spekteret rekonstruert med bruk av SFIO-waveleten 1403 og spekteret rekonstruert med bruk av SFI1-waveleten 1405. Figur 14(b) viser omhyllingskurven 1407 til signalet rekonstruert med bruk av SFIO-waveleten og omhyllingskurven 1409 til signalet rekonstruert med bruk av SFI1-waveleten.

[0030] Figur 15 viser resultatet av behandling av signalet i figur 11(a) med bruk av SH0-waveleten 1501 og SH1-waveleten 1503 for å estimere omhyllingskurvens maksimalamplituder og tider. Som kan sees viser hver av kurvene 1501 og 1503 flere enn én ankomst (hendelse). De forskjellige hendelsene er resultatet av forplantning gjennom fôringsrøret i motsatte retninger, idet den tidligste ankomsten er for den korteste signalbanen fra senderen til mottakeren. Geometrien for de forskjellige ankomstene er enkel, og analysen av amplitudene er beskrevet i Barolak.

[0031] Oppfinnelsen over er beskrevet for en bestemt kabelverktøy-basert analyse av fôringsrøret og sementbindingskvaliteten. Prinsippene skissert over kan også bli anvendt for analyse av refleksjonssignaler samlet inn med kabel eller i MWD-anvendelser. Se for eksempel US-patentet 5,491,668 til Priest m.fl., og US2007/0005251 til Chemali m.fl., som er overdratt til samme som foreliggende oppfinnelse. En forskjell mellom fôringsrørsignalene omtalt i foreliggende oppfinnelse og de reflekterte signalene er at de sistnevnte utsettes for større dempning enn de ledede fôringsrørsignalene.

[0032] Figur 16 er et flytdiagram som oppsummerer fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse. Med utgangspunkt i et signal 1601 blir én eller flere wavelets definert ved 1603, 1611. I én utførelsesform er waveletene båndbegrensede gaussfunksjoner, for eksempel som gitt ved likn. (9). Waveletenes egenskaper kan defineres ved nominell båndbredde og dempning. Waveletene blir anvendt 1605, 1613 på signalet, med bruk av en passende vindusfunksjon, så som en Hanningvekting eller en Hamming-vekting. En Hilbert-transformasjon anvendes for å estimere omhyllingskurven til de filtrerte signalene og maksimumsamplitude og ankomsttider innenfor omhyllingskurven blir identifisert ved 1607, 1615. Basert på de estimerte ankomsttidene og amplitudene til signalene blir fôringsrør- og sementbindingsparametere estimert ved 1609.

[0033] Basert på gangtider og amplituder for de detekterte ankomstene, med bruk av kjente metoder, er det deretter mulig å bestemme én eller flere av følgende: (i) tykkelsen til fôringsrøret, (ii) den akustiske impedansen til sementen / betongen i nærheten av fôringsrøret, (iii) posisjonen og størrelsen til et hulrom i sementen / betongen, og (iv) posisjonen og størrelsen til en ufullkommenhet i fôringsrøret.

[0034] Underforstått i behandlingen av dataene er bruk av et dataprogram implementert på et passende maskinlesbart medium som setter prosessoren i stand til å be virke styringen og behandlingen. Det maskinlesbare mediet kan omfatte ROM, EPROM, EAROM, flashminner og optiske platelagre. Formasjonsegenskapene som blir bestemt kan bli loggført på et passende medium og anvendt for påfølgende behandling etter at bunnhullsenheten er trukket ut. De bestemte formasjonsegenskapene kan videre bli telemetrioverført oppihulls for fremvisning og analyse.

[0035] Den foregående beskrivelsen er rettet mot konkrete utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse for illustrasjons- og forklaringsformål. Det vil imidlertid være klart for fagmannen at mange modifikasjoner og endringer av utførelsesformen vist over er mulige uten at en fjerner seg fra oppfinnelsens ramme som er definert av de vedføyde patentkrav. Det er således meningen at de følgende kravene skal forstås å omfatte alle slike modifikasjoner og endringer.

Claims (19)

PATENTKRAV

1. Fremgangsmåte for karakterisering av et fôringsrør (8) innsatt i et borehull (5) i en undergrunnsformasjon (18), der fremgangsmåten omfatter det å:

aktivere en signalomformer (20) ved minst én asimutorientering i borehullet (5), og generere en akustisk puls;

motta et signal som omfatter flere hendelser fremkommet fra genereringen av den akustiske pulsen;

båndpassfiltrere det mottatte signalet ved bruk av to modulerte filtere i et tidsdomene, der de to modulerte filterne er ortogonale i forhold til hverandre [se avsnitt [0010] og [0011]], og tilveiebringe et båndpassfiltrert signal;

estimere en omhyllingskurve for det båndpassfiltrerte signalet; og estimere, fra omhyllingskurven for det båndpassfiltrerte signalet, en ankomsttid for hver av de flere hendelsene, der ankomsttidene er karakteristiske for en egenskap ved minst én av: (i) fôringsrøret (8) og (ii) betong (9) i et ringrom mellom fôringsrøret (8) og formasjonen (18).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende det å estimere, fra omhyllingskurven, en amplitude for hver av hendelsene.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der det å estimere omhyllingskurven for det mottatte signalet videre omfatter det å anvende en Hilbert-transformasjon.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der det å aktivere signalomformeren (20) ved minst én asimutorientering videre omfatter det å aktivere signalomformeren (20) ved flere asimutorienteringer, idet fremgangsmåten videre omfatter det å estimere egenskapen ved de flere asimutorienteringene.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, der det å estimere egenskapen ved de flere asimutorienteringene videre omfatter det å estimere en dempning av en valgt forplantningsmodus som karakteriserer en hendelse.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende det å anvende, som signalomformer, en elektromagnetisk akustisk signalomformer (20) koblet til fôringsrøret (8).

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der egenskapen velges fra gruppen bestående av: (i) en tykkelse til fôringsrøret (8), (ii) en akustisk impedans til betongen (9) nær ved fôringsrøret (8), (iii) en posisjon og størrelse til et hulrom i betongen (9), og (iv) en posisjon og størrelse til en ufullkommenhet i fôringsrøret (8).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende det å frakte signalomformeren (20) på et loggeverktøy inn i borehullet (5) ved bruk av en kabel (10).

9. Apparat for karakterisering av et fôringsrør (8) innsatt i et borehull (5) i en undergrunnsformasjon (18), der apparatet omfatter:

en signalomformer (20; 26) innrettet for å generere en akustisk puls ved minst én asimutorientering i borehullet (5);

en mottaker (28) innrettet for å motta et signal som omfatter flere hendelser fremkommet fra genereringen av den akustiske pulsen; og

minst én prosessor innrettet for å:

båndpassfiltrere det mottatte signalet ved bruk av to modulerte filtere i et tidsdomene, der de to modulerte filterne er ortogonale i forhold til hverandre [se avsnitt [0010] og [0011]], og tilveiebringe et båndpassfiltrert signal;

estimere en omhyllingskurve for det båndpassfiltrerte signalet; og estimere, fra omhyllingskurven for det mottatte signalet, en ankomsttid for hver av de flere hendelsene, der ankomsttidene er karakteristiske for en egenskap ved minst én av: (i) fôringsrøret (8), og (ii) betong (9) i et ringrom mellom fôringsrøret (8) og formasjonen (18).

10. Apparat ifølge krav 9, der mottakeren (28) er en del av signalomformeren (20).

11. Apparat ifølge krav 9, der signalomformeren videre omfatter en elektromagnetisk akustisk signalomformer (20) koblet til fôringsrøret (8).

12. Apparat ifølge krav 9, der den minst ene prosessoren videre er innrettet for å estimere, fra omhyllingskurven, en amplitude for hver av hendelsene.

13. Apparat ifølge krav 9, der den minst ene prosessoren videre er innrettet for å estimere omhyllingskurven for det mottatte signalet ved å anvende en Hilberttransformasjon.

14. Apparat ifølge krav 9, der signalomformeren (20) videre er innrettet for å bli aktivert ved flere asimutorienteringer, og der den minst ene prosessoren videre er innrettet for å estimere egenskapen ved de flere asimutorienteringer.

15. Apparat ifølge krav 12, der den minst ene prosessoren videre er innrettet for å estimere egenskapen ved de flere asimutorienteringene ved å estimere en dempning av en valgt forplantningsmodus som karakteriserer en hendelse.

16. Apparat ifølge krav 9, der prosessoren videre er innrettet for å estimere en egenskap som er valgt fra gruppen bestående av: (i) en tykkelse til fôringsrøret (8), (ii) en akustisk impedans til betongen (9) nær ved fôringsrøret (8), (iii) en posisjon og størrelse til et hulrom i betongen (9), og (iv) en posisjon og størrelse til en ufullkommenhet i fôringsrøret (8).

17. Apparat ifølge krav 9, videre omfattende en kabel (10) innrettet for å frakte signalomformeren (20) inn i borehullet (5) på et loggeverktøy.

18. Datamaskinlesbart medium som er egnet til å aksesseres av minst én prosessor, der det datamaskinlesbare mediet omfatter instruksjoner som setter den minst ene prosessoren i stand til å utføre en fremgangsmåte for å karakterisere et fôringsrør (8) innsatt i et borehull (5) i en undergrunnsformasjon (18), der fremgangsmåten omfatter det å:

aktivere en signalomformer (20) ved minst én asimutorientering i borehullet (5), og generere en akustisk puls,

motta et signal som omfatter flere hendelser fremkommet fra genereringen av den akustiske pulsen,

båndpassfiltrere det mottatte signalet ved bruk av to modulerte filtere i et tidsdomene, der de to modulerte filterne er ortogonale i forhold til hver-andre [se avsnitt [0010] og [0011]], og tilveiebringe et båndpassfiltrert signal,

estimere en omhyllingskurve for det båndpassfiltrerte signalet, og estimere, fra omhyllingskurven for det båndpassfiltrerte signalet, av en ankomsttid for hver av de flere hendelsene, der ankomsttidene er karakteristiske for en egenskap ved minst én av: (i) fôringsrøret (8) og (ii) betong (9) i et ringrom mellom fôringsrøret (8) og formasjonen (18).

19. Datamaskinlesbart medium ifølge krav 18, videre omfattende minst én av: (i) et ROM, (ii) et EPROM, (iii) et EAROM, (iv) et flashminne og (v) et optisk platelager.