NO343404B1 - Fremgangsmåter for nedihulls dybdeberegning og relatert system - Google Patents

Description

TEKNISK OMRÅDE

1. Teknisk område

[0001] Fremstillingen vedrører en fremgangsmåte, et system og en anordning for undergrunnsbestemmelse av dybden til et hull boret i en undergrunns fjellformasjon.

2. Teknisk bakgrunn

[0002] US 2005/0269106 A1 vedrører apparater og metoder for å betjene et verktøy i et borehull. EP 0361 996 A1 beskriver et dybdebestemmelsessystem som benytter parameterestimering for et nedihulls brønnloggeapparat. Hydrokarboner blir utvunnet fra undergrunnsreservoarer ved bruk av brønnhull boret inn i den formasjonen som inneholder hydrokarbonene. Før og under boring blir omfattende geologiske undersøkelser foretatt for å øke sannsynligheten for at det borede brønnhullet skjærer de formasjonene som er av interesse. Selv om nåværende undersøkelsesteknikker og anordninger gir stadig økende nøyaktighet av brønnhullsprofildata, kan det hende at tidligere borede brønnhull ikke har hatt nøyaktige brønnhullsundersøkelser tatt enten fordi teknologiene ikke var tilgjengelige eller av andre grunner, slik som pris. På grunn av fremskritt i boreteknologien kan noen av disse eldre brønnene omarbeides på nytt for å utvinne hydrokarboner som ikke tidligere var økonomisk tilgjengelige. Disse prosedyrene for omarbeidelse krever imidlertid nøyaktige undersøkelse for å sikre at en spesiell operasjon, f.eks. et avgreningshull, blir boret ved den korrekte dybden eller at brønnhullsbanen ikke urettmessig trenger inn på tilstøtende eiendom.

[0003] Undersøkelser av borede brønner blir vanligvis utført ved å bestemme de aktuelle forskyvningskoordinatene (nord, øst, vertikalt) ved bunnen av en transportanordning slik som en kabel eller en rørstreng, som blir utledet fra inkrementale asimut- og inklinasjonsverdier. Ifølge en konvensjonell fremgangsmåte senker et kabelkjøretøy eller en annen overflateplattform et retningsinstrument ned i brønnen. Når instrumentet forflytter seg i brønnen, tar det målinger av vinkelorienteringen med diskrete mellomrom. Data blir kommunisert til overflaten over kabel i sanntid og/eller data blir ekstrahert fra instrumentet ved overflaten ved å aksessere en iboende lagermodul. På overflaten tilpasser en datamaskin "undersøkelses/tids"-brønnhullsdatasettet med "dybde/tid/-overflatedatasettet. Deretter frembringer iterativ beregning på overflaten den endelige "undersøkelsesloggen" for brønnen. En slik kabelunder søkelse gjør det nødvendig med en innkjøring i brønnhullet før boring, noe som tar tid og ressurser. Foreliggende oppfinnelse tar opp disse og andre ulemper ved tidligere kjent teknikk.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

[0004] Hovedtrekkene ved den foreliggende oppfinnelse fremgår av de selvstendige patentkrav. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav. Ifølge visse aspekter, beskriver foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for å bestemme dybden av et brønnhullsverktøy i et brønnhull som er boret i en undergrunnsformasjon. En illustrerende fremgangsmåte innbefatter å danne en database som har en valgt parameter tilknyttet dybde; programmering av en lagermodul i en prosessor med databasen; transportering av brønnhullsverktøyet og prosessoren inn i brønnhullet; måling av akselerasjon av brønnhullsverktøyet; og bestemmelse av dybden til brønnhullsverktøyet ved å bruke prosessoren for behandling av akselerasjonsmålingene og aksessering av databasen. Databasen kan innbefatte data vedrørende én eller flere av målte lengder av rør som utgjør borestrengen, en målt parameter for en naturlig forekommende egenskap og/eller en målt parameter for en menneskelaget egenskap i brønnhullet.

[0005] Fremgangsmåten kan også innbefatte å undersøke borehullet og tilknytte undersøkelsesdataene til den bestemte dybden. Eksempler på utstyr for undersøkelse av brønnhullet innbefatter, men er ikke begrenset til, et gyroskopisk undersøkelsesinstrument, magnetometre, akselerometre, mekaniske inklinasjonsmåleanordninger slik som blylodd, og magnetiske retningsundersøkelsesinstrumenter. Illustrerende undersøkelsesdata kan innbefatte asimut og inklinasjon. Disse undersøkelsesdataene kan behandles for å frembringe et sett med totale forskyvningsverdier for brønnhullsverktøyet ved å beregne inkrementale forskyvninger for nord, øst og vertikalt. I noen arrangementer kan en orientering av brønnhullsverktøyet bestemmes ved et antall diskrete posisjoner ved å bruke undersøkelsesverktøyet. De bestemte orienteringene kan være tilknyttet dybden for hver av antallet diskrete posisjoner. Andre arrangementer kan benytte en kontinuerlig bestemmelse av en orientering av brønnhullsverktøyet ved å bruke et undersøkelsesverktøy. I noen utførelsesformer kan prosessoren bestemme en første dybdeverdi ved å behandle akselerasjonsmålingene og aksessere databasen for å fremskaffe en annen dybdeverdi. Aksesseringen kan innebære å hente frem en forutbestemt dybdeverdi eller å behandle dataene som er hentet fra databasen, for å ankomme ved en forutbestemt dybdeverdi. Deretter kan prosessoren sammenligne den første dybdeverdien med den andre dybdeverdien for å bestemme dybden til brønnhullsverktøyet.

[0006] Ifølge et aspekt, tilveiebringer foreliggende oppfinnelse også en anordning for å bestemme dybde i et brønnhull boret i en undergrunnsformasjon. Anordningen kan innbefatte et brønnhullsverktøy innrettet for å bevege seg i brønnhullet. Et akselerometer posisjonert på brønnhullsverktøyet, en lagermodul programmert med data vedrørende en tidligere målt parameter av interesse, og en prosessor i kommunikasjon med akselerometeret og lagermodulen. Prosessoren kan bestemme dybden til brønnhullsverktøyet ved å bruke målinger tatt ved hjelp av akselerometeret og ved å bruke dataene i lagermodulen. Brønnhullsverktøyet kan være et fallundersøkelsesverktøy, et kabeltransporter verktøy, en BHA transportert via en stiv transportanordning slik som en borestreng, et trekktransportert verktøy og/eller en selvstendig boreanordning.

[0007] Ifølge noen aspekter tilveiebringer foreliggende oppfinnelse også et system for å bestemme dybde i et brønnhull boret i en undergrunnsformasjon. Systemet kan innbefatte en borestreng innrettet for å transportere en bunnhullsanordning (BHA) inn i brønnhullet; et akselerometer anbrakt på borestrengen; en lagermodul programmert med data vedrørende en tidligere målt parameter av interesse; og en prosessor i kommunikasjon med akselerometeret og lagermodulen. Prosessoren kan være innrettet for å bestemme dybden til BHA-en ved å bruke målinger tatt ved hjelp av akselerometeret og dataene i lagermodulen. I noen utførelsesformer kan systemet innbefatte et undersøkelsesverktøy anordnet på borestrengen. Prosessoren kan videre være innrettet for å assosiere målinger av undersøkelsesverktøyet med den bestemte dybden.

[0008] I noen aspekter, tilveiebringer foreliggende oppfinnelse fremgangsmåter og systemer for å bestemme dybde i et brønnhull boret i en undergrunnsformasjon uten å foreta en separat undersøkelseskjøring. I en utførelsesform er en borestreng anordnet med en bunnhullsanordning (BHA), undersøkelsesverktøy og bevegelsessensorer transportert inn i brønnhullet. Ved diskrete posisjoner bestemmer en prosessor, som kan være nede i hullet eller ved overflaten, den avstanden som er tilbakelagt av borestrengen ved å bruke akselerasjonsdata fremskaffet ved hjelp av egnede bevegelsessensorer. Den totale avstanden som er tilbakelagt av borestrengen ved hver diskret posisjon, er generelt ansett som dybden av BHA-en ved hver diskret posisjon. Mens borestrengen er stasjonær, kan de ombordværende undersøkelsesverktøyene også måle parametere vedrørende orienteringen av BHA, dvs. asimut og inklinasjon ved disse diskrete posisjonene. Et gyroskopisk undersøkelsesinstrument kan ta disse målingene mens det er i fôringsrøret, mens et magnetometer kan brukes i åpne hull. Deretter assosierer prosessoren eller korrelerer undersøkelsesmålingene med den bestemte dybden ved hver diskret posisjon hvor målingene er foretatt.

[0009] I en utførelsesform behandler prosessoren ved å benytte forhåndsprogrammerte instruksjoner, akselerometerdataene for å bestemme om en diskret posisjon er blitt nådd og den avstanden som er tilbakelagt av BHA-en for å nå denne diskrete posisjonen. Bevegelsessensorene kan f.eks. innbefatte akselerometere som måler akselerasjon langs akser som er parallelle (dvs. z-aksen) og ortogonale (dvs. x-aksen og y-aksen) i forhold til den langsgående aksen til brønnhullet. Prosessoren kan overvåke akselerometerdataene over en stille periode som vil indikere at borestrengen har stoppet å bevege seg. I et arrangement utfører prosessoren kontinuerlig en dobbelt integrasjon av z-akseakselerasjonsdataene mens borestrengen er i bevegelse, for å beregne den inkrementale avstanden som er tilbakelagt av borestrengen. Summeringen blir stoppet når akselerometerdataene indikerer at borestrengen har sluttet å bevege seg. I en annen utforming, straks et avbrudd i borestrengsbevegelsen blir detektert, utfører prosessoren en dobbelt integrasjon av registrerte målinger tatt ved hjelp av z-akseakselerometere for å bestemme den avstanden som er tilbakelagt av borestrengen til hver diskret posisjon, som så gir dybden ved hver diskret posisjon. Dette vil være en variasjon av treghetsnavigasjon som bruker et akselerometer eller akselerometere og et gyroskop til kontinuerlig å integrere og akkumulere netto forskyvning i et slikt system med treghetsnavigasjon i brønnhull, ringlasergyroverktøy (f.eks. RIGS-verktøyet som tilbys av BAKER HUGHES INCOR-PORATED), er det behov for å bruke et eksternt hjelpereferansesignal. Med kabeltreghetsnavigasjon kommer hjelpen fra kabeldybden som blir målt på overflaten. I en MWD-utførelse er dybden ikke kjent nede i hullet hvor integrasjonen blir akkumulert. I dette tilfelle kan hjelpen etableres ved å bruke null-hastighetsoppdateringer som kan detekteres ved å benytte bevegelsessensorer eller tidssignaler.

[0010] Prosessoren kan behandle de inkrementalt bestemte dybder og de undersøkte parameterne (asimut og inklinasjons-verdier) for hver diskret posisjon for å frembringe et sett med totale forskyvningstall for BHA-en og borestrengen. I noen utførelsesformer blir de inkrementale nord-, øst- og vertikalverdiene skrevet inn i en lagermodul anbrakt i borestrengen. I andre utførelsesformer kan disse verdiene overføres periodisk til overflaten ved å bruke en passende kommunikasjonsforbindelse (f.eks. slampuls, dataledere, EM-overføring, osv.).

[0011] I noen utførelsesformer innbefatter borestrengen en brønnhullslagermodul programmert med lengdene av de rørene som utgjør borestrengen. Prosessoren holder rede på antall rørskjøter som utgjør borestrengen og summerer de forhåndsprogrammerte lengdene av disse rørene for å bestemme dybden ved hver diskret posisjon. Prosessoren kan med fordel sammenligne den rørlengdebaserte, beregnede dybdeverdien med de akselerometerbaserte, beregnede dybdeverdiene for å bekrefte nøyaktigheten av disse målingene.

[0012] I ytterligere andre utførelsesformer kan et datamaskinlesbart medium brukes i forbindelse med utførelsesformer av systemer for måling av dybde i et undergrunns brønnhull. Mediet kan f.eks. innbefatte instruksjoner som gjør det mulig å bestemme dybden ved diskrete posisjoner langs brønnhullet ved å bruke akselerasjonsmålingene. Egnede medier innbefatter ROM, EPROM, EAROM, EEPROM, flashlagre og optiske plater.

[0013] Eksempler på de viktigste trekkene ved oppfinnelsen er blitt oppsummert (selv om det er ganske generelt) slik at den detaljerte beskrivelse av denne som følger, kan forstås bedre og slik at de bidrag de representerer på området, kan forstås. Det er selvsagt ytterligere trekk ved oppfinnelsen som vil bli beskrevet i det følgende og som vil utgjøre tema for de vedføyde patentkravene.

KORT BESKRIVELSE AV FIGURENE

[0014] For å få en detaljert forståelse av foreliggende oppfinnelse, skal det vises til den følgende detaljerte beskrivelse av foretrukne utførelsesformer, tatt i forbindelse med de vedføyde tegningene, hvor:

[0015] Fig.1 skjematisk illustrerer et oppriss av et boresystem som benytter dybdemålinger i borehullet i samsvar med én utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

[0016] Fig.2 illustrerer funksjonelt en prosessor og tilhørende databaser i samsvar med en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

[0017] Fig.3 illustrerer en brønnhullsbane som har diskrete målepunkter;

[0018] Fig.4A-C er illustrerende diagrammer over akselerometermålinger i x-akse-, y-akse- og z-akseretningene; og

[0019] Fig.4D er et illustrerende diagram over beregnet hastighet basert på målte zaksemålinger fra et akselerometer.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

[0020] Den foreliggende fremstillingen vedrører anordninger og fremgangsmåter for brønnhullsbestemmelse av dybde. Den foreliggende fremstillingen er egnet for utførelsesformer av forskjellige typer. På tegningene er det vist og her vil det bli beskrevet i detalj spesielle utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse med den forståelse at foreliggende fremstilling kan betraktes som et eksempel på prinsippene bak oppfinnelsen, og ikke er ment å begrense oppfinnelsen til det som er illustrert og beskrevet her. Selv om utførelsesformene videre kan være beskrevet som om de har én eller flere egenskaper eller en kombinasjon av to eller flere trekk, skal et slikt trekk eller en kombinasjon av trekk ikke anses som viktig med mindre de er uttrykkelig fastslått som avgjørende viktig.

[0021] Det vises innledningsvis til fig.1, hvor det er vist et konvensjonelt boretårn 10 for å utføre én eller flere operasjoner relatert til konstruksjonen, loggingen, avslutningen eller vedlikeholdet av en hydrokarbonproduserende brønn. Selv om det er vist en brønn på land, kan tårnet eller riggen være plassert på et boreskip eller en annen egnet arbeidsstasjon på overflaten, slik som en flytende plattform eller en halvt neddykkbar plattform for offshore-brønner. Tårnet 10 innbefatter et lager 12 med rørformede organer, generelt referert til som borestrengsegmenter 14, som typisk har samme og forutbestemte lengde. Rørene 14 kan helt eller delvis være dannet av borerør, metall- eller komposittoppkveilingsrør, forlengelsesrør, fôringsrør eller andre kjente elementer. I tillegg kan rørene 14 innbefatte en enveis eller toveis kommunikasjonsforbindelse som benytter data- og kraftoverføringsbærere slik som fluidledninger, fiberoptikk og metall-ledere. Rørene 14 blir tatt fra rørlageret 12 ved hjelp av en heis eller en annen håndteringsanordning 18 og blir skjøtet sammen for å bli komponentdeler i borestrengen 20. I noen utførelsesformer kan rørledningen 14 være "stamrør". Som kjent kan et stamrør innbefatte et antall rørskjøter (f.eks. tre skjøter). Ved bunnen av borestrengen 20 er en bunnhullsanordning (BHA) 22 illustrert skjematisk med den bortskårne delen 24 som er innrettet for å utgjøre et brønnhull 26 i undergrunnsformasjonen 28. BHA-en innbefatter et hus 30 og en drivmotor (ikke vist) som roterer en borkrone 32.

[0022] Bunnhullsanordningen 22 innbefatter utstyr og programvare for å tilveiebringe "brønnhullsintelligens" som frembringer målte og forhåndsprogrammerte data og skriver resultatene inn i et ombordværende lager og/eller overfører resultatene til overflaten. I en utførelsesform er en prosessor 36 som er anordnet i huset 30, operativt koplet til én eller flere brønnhullssensorer (diskutert nedenfor) som leverer målinger for valgte parametere av interesse, innbefattende BHA- eller borestrengorientering, formasjonsparametere og borehullsparametere. BHA-en kan benytte en kraftkilde i borehullet slik som et batteri (ikke vist) eller kraft overført fra overflaten via passende ledere. En prosessor 36 innbefatter en lagermodul 38 for å motta forutbestemte data og er programmert med instruksjoner som evaluerer og behandler målte parametere som indikerer bevegelse av borestrengen 20. Basert på disse bevegelsesrelaterte parameterne og de forhåndsprogrammerte dataene, bestemmer prosessoren 36 dybden og posisjonen, dvs. nord, øst og vertikalt, for BHA-en 22 i brønnhullet. Slik det brukes her refererer uttrykker "nord" til både magnetisk nord og geografisk nord.

[0023] Det skal bemerkes at BHA-en 22 bare er representativ for brønnhullsverktøyet og utstyret som kan benytte læren ifølge foreliggende oppfinnelse. Det vil si at anordningene og fremgangsmåtene for dybdemåling i brønnhullet ifølge foreliggende fremstilling, også kan brukes i forbindelse med annet utstyr, slik som måleverktøy, avslutningsutstyr, osv.

[0024] Det vises nå til fig.2, hvor prosessoren 36, i noen utførelsesformer kan være programmert for å bestemme dybde ved å bruke treghetsnavigasjonsteknikker i forbindelse med én eller flere databaser 60, 62, 64 som har én eller flere målte parametere som kan være korrelert direkte eller indirekte med dybden. Som en illustrasjon kan databasen 60 innbefatte lengdene av stamrør som utgjør en borestreng 20. Databasen 60 tilveiebringer en indirekte forutsagt dybde fordi de enkelte stamrørlengdene må tilføyes for å oppnå den forutsagte dybden. Databasen 62 kan innbefatte data vedrørende de suksessive dybdene til krager langs en brønnfôring, og databasen 64 innbefatter måledata vedrørende tykkelsen av spesielle geologiske lag i en formasjon. Generelt talt, kan imidlertid de målte parameterne vedrøre menneskelagede trekk slik som borehullsverktøy/utstyr og brønnhullsgeometri eller naturlig opptredende trekk slik som formasjonslitologi. Innbefatningen av tre databaser 60, 62 og 64 er dessuten bare ment som en forenkling av forklaringen. Et hvilket som helst antall databaser, f.eks. én eller flere enn tre, kan brukes. Ett eller flere instrumenter 66 kan forsyne brønnhullsprosessoren 36 med målinger som kan brukes til å utspørre databasene 60, 62, 64 for å hente dybdedata. De hentede dybdedataene kan direkte tilveiebringe en forutsagt dybde for bunnhullsanordningen eller kan brukes til å beregne en forutsagt dybde for BHA-en 22.

[0025] Instrumentene 66 kan f.eks. innbefatte akselerometere og en klokke som kan brukes til å detektere en periode uten borestrengbevegelse som indikerer tilføyelsen av et stamrør til borestrengen 20. Ved å detektere en slik periode, kan prosessoren 36 avspørre databasen 60 for å hente frem en stamlengde når akselerometeret og klokkedataene indikerer at et stamrør er blitt tilføyd. Databasen 60 kan innbefatte den forhåndmålte lengden av hvert stamrør for tilføyelse til borestrengen 20 og den rekkefølge hvert stamrør skal tilføyes i borestrengen 20. Prosessoren 36 kan dermed opprettholde en historisk registrering av antallet stamrør som er tilføyd borestengen 20 og spørre databasen 62 om å hente lengden for suksessive stamrør ved deteksjon av en stille periode. Deretter kan prosessoren 36 summere lengdene til stamrørene som er tilføyd borestrengen 20 for å ankomme til en forutbestemt dybde.

[0026] I et annet eksempel, kan et annet instrument 66 slik som en lokaliseringsanordning for fôringsrørkrager (CCL) sende signaler som indikerer at en fôringsrørkrage er blitt detektert. Prosessoren 36 kan opprettholde en historisk registrering av antall fôringsrørkrager som er blitt detektert og spørre databasen 62 om å hente dybdedata for den sist lokaliserte kragen. Det vil f.eks. si, hvis tre krager tidligere er blitt detektert, så spør prosessoren 36 databasen om dybden til den fjerde kragen ved mottakelse av et passende signal fra lokaliseringsanordningen for fôringsrørkrager. I dette tilfelle kan den innhentede dybden være den forutsagte dybden til BHA-en 22. Menneskelagde trekk eller egenskaper kan innbefatte trekk ut over brønnhullsverktøy og utstyr. Et menneskelagd trekk kan f.eks. også omfatte en helning av brønnhullet. I denne forbindelse, kan helningen til et brønnhull anses som en menneskeskapt egenskap. En database (ikke vist) kan således tilknyttes dybdeverdier for forhåndsmålte inklinasjonsverdier.

[0027] Ifølge nok et eksempel kan ett eller flere formasjonsevalueringsverktøy detektere en overgang inn i et skiferlager eller et sandlag. Prosessoren 36 kan som før inneholde en historisk registrering av de forskjellige lagene og formasjonene som er blitt gjennomtrengt av bunnhullsanordningen 22 og be databasen 62 om å hente frem dybdedata i forbindelse med det neste forventede laget. Deretter kan prosessoren 36 summere tykkelsen av lagene som er blitt gjennomtrengt for å ankomme til en forutbestemt dybde for den sist detekterte litologiske karakteristikken. Databasen 62 kan innbefatte geologiske data, geofysiske data og/eller litologiske data slik som gammastråling, resistivitet, porøsitet, osv. fra brønnhullet som er gjennomgått eller måledata tatt fra et forskjøvet brønnhull.

[0028] Sammen med innhenting og/eller beregning av en forutbestemt dybde om beskrevet ovenfor, kan brønnhullsprosessoren 36 også beregne en dybde for BHA-en 22 ved å bruke treghetsnavigasjonsteknikker. Hvis brønnhullsprosessoren 36 bestemmer at det er tilstrekkelig overensstemmelse mellom den forutsagte dybden og den beregnede dybden, bruker brønnhullsprosessoren 36 den forutsagte dybden for etterfølgende operasjoner. Den forutsagte dybden kan f.eks. være lagret for fremtidig referanse, være tilknyttet retningsdata og/eller brukt for beregninger av brønnhullsbane eller vei. Utførelsesformer av fremgangsmåter og anordninger som benytter treghetsnavigasjon sammen med måleoperasjoner, blir beskrevet mer detaljert nedenfor.

[0029] Det vises nå til fig.1, hvor BHA-en 22 ifølge en utførelsesform innbefatter sensorer, generelt referert til med henvisningstall 40, som delvis måler akselerasjon i x-, y- og z-akseretningene. For enkelhets skyld beskriver x- og y-akseretningene bevegelse ortogonalt til den langsgående aksen til borestrengen 20, og z-akseretningen beskriver bevegelse parallelt med den langsgående aksen til borestrengen 20. I et egnet arrangement bruker pakken en gyro med to akser og tre akselerometere for å frembringe de nødvendige data for orientering i et magnetisk miljø. En slik pakke eller modul, GYROTRAK, blir fremstilt av Baker HUGHES INCORPORATED. I tillegg kan et magnetometer som måler styrken eller retningen av jordens magnetfelt, brukes når bunnhullsanordningen 22 er utenfor det magnetiske miljøet, dvs. i et åpent hull.

Andre instrumenter innbefatte mekaniske anordninger slik som blylodd og elektronisk utstyr slik som magnetisk retningsmåleutstyr.

[0030] Prosessoren 36 og sensorpakken 40 samvirker for å bestemme dybden og orienteringen av BHA-en 22 ved å identifisere start- og stopphendelsene for borestrengens 20 bevegelse og beregning av hastigheten og avstanden som borestrengen 20 har tilbakelagt mellom start- og stopphendelsene. Uttrykket "dybde" slik det brukes her, betyr målt dybde eller lengden av brønnhullet i motsetning til den vertikale dybden til brønnhullet. På en konvensjonell måte, blir under innkjøring og utkjøring av borestrengen 20 i brønnhullet, bevegelsen til borestrengen 20 avbrutt slik at en rørskjøt kan tilføyes borestrengen 20. Deretter gjenopptas bevegelsen av borestrengen 20 inntil den neste rørformede tilføyelsen 14 blir lagt til borestrengen 20. Start- og stopphendelsene indikerer derfor generelt når en lengde av et rør 14 er blitt tilføyd borestrengen 20. Siden lengden av hvert rør 14 er kjent, kan det i tillegg gjøres et estimat av den avstanden som er tilbakelagt av borestrengen 20 mellom start- eller stopphendelsene ved å summere lengdene av alle rørene 14 som er tilføyd borestrengen 20 mellom start- og stopphendelsene. Lengden av rørene, som kan være målte eller antatte verdier, kan være programmert inn i lagermodulen 38 for prosessoren 36 som tidligere beskrevet.

[0031] Det vises nå til fig.3, hvor det er vist et brønnhull 26 boret i en grunnformasjon 52 av en BHA 22 slik som den som er vist på fig.1. Når BHA-en 22 beveger seg i brønnhullet, blir borestrengbevegelsen periodisk avbrutt for å tilføye påfølgende lenger av rør 14 til borestrengen 20. Eksempler på stoppeposisjoner er merket S<1>, S<2>, S<3>, S<i>og S<n>for enkelhets skyld. Ved hver stoppestasjon eller posisjon S<i>, indikerer prosessoren 36 en retningsundersøkelse ved å bruke ombordværende retningssensorer 40. Disse sensorene 40 kan brukes til å bestemme nord, øst og inklinasjonen til BHA-en 22. Undersøkelsesdataene blir så assosiert med eller korrelert med den bestemte dybden ved hver posisjon S<i>. Disse "øyeblikksmålestasjonene" med sine døgntidsdata i lageret blir skrevet inn i en ombordværende lagermodul 38 og/eller overført til overflaten.

[0032] For å bestemme dybde ved hver posisjon S<i>, detekterer prosessoren 36, ved å bruke passende programmerte instruksjoner, bevegelse og avbrudd i bevegelsen ved delvis å bruke målingene som er fremskaffet av sensorene 40, som innbefatter flerakseakselerometere og andre sensorer. Under fremføring mellom stoppposisjonene S blir f.eks. akselerasjonsmålinger tatt ved hjelp av akselerometerne sendt til prosessoren 36. Det vises nå til fig.4A-C, hvor det er vist illustrerende diagrammer over akselerometermålinger fra henholdsvis x-, y- og z-akseretningene. Som man kan se, forårsaker en starthendelse for en borestreng 20 og etterfølgende bevegelse at borestrengen 20 akselereres, noe som blir registrert ved hjelp av akselerometerne. En starthendelse, som generelt er indikert ved hjelp av en pil 60, bli typisk innledet ved å trekke borestrengen 20 litt oppover i hullet. Deretter måler x- og y-akseakselerometerne vibrasjon i borestrengen 20 ortogonalt til den langsgående aksen når borestrengen 20 beveger seg gjennom brønnhullet 26, idet denne delen generelt er indikert ved en pil 62. z-akseakselerometeret måler akselerasjon i retning av borestrengens 20 bevegelse under den delen som er indikert med en pil 62. En "stille" periode, vist med en pil 64, følger et stopp i borestrengens 20 bevegelse hvor akselerometerne ikke måler noen bevegelse av betydning. Stansen i den nedadgående bevegelsen av borestrengen 20 kan også bekreftes ved hjelp av fraværet av endringer i andre sensorer, slik som gyroskopene, magnetometerne og resistivitetssensorene. Som indikert tidligere, blir de riktige retningsmålingene tatt i løpet av den "stille" perioden.

[0033] Det vises til målingene fra z-akseakselerometeret hvor integrering av de målte akselerasjonsverdiene i z-akseretningen over en forutbestemt tidsperiode gir hastighet, som er vist som en illustrasjon på fig.4D. I én utførelsesform som benytter forhåndsprogrammerte instruksjoner, utfører så prosessoren 36 en dobbelt integrasjon ved å benytte z-akseakselerometerets målinger til å beregne inkremental avstand tilbakelagt under hver måletidsperiode. Prosessoren 36 summerer de beregnede avstandene for alle tidsperiodene for å bestemme den totale avstand som er tilbakelagt siden siste stopp. Summeringen kan være en "løpende" sum; dvs. bare den aktuelle totale avstanden blir lagret i lageret. I andre utførelsesformer kan hver av de inkrementale avstandene lagres i lageret og summeres etter at en stopphendelse er blitt detektert. En slik utførelsesform kan være fordelaktig når "referanseakselerasjonsverdien" endres på grunn av en endring i orienteringen til BHA-en 22. Som vist på fig.

4C har f.eks. referanseakselerasjonsverdien skiftet størrelse 66. Fordi den forandrede størrelsen 66 øker eller minsker den målte akselerasjonsverdien, kan nøyaktigheten til akselerometermålingene og eventuelle beregninger som beror på disse, være ugunstig påvirket. De lagrede, beregnede verdiene kan derfor korrigeres for å ta hensyn til forskyvningen i referanseakselerasjonsverdien.

[0034] Den beregnede dybdemålingen kan så sammenlignes med en forutsagt dybdemåling. Det vises nå til figurene 1 og 2 hvor prosessoren 36 kan beregne lengden av borestrengen 20 ved å bruke de forhåndsprogrammerte rørlengde i databasen 60 i lagermodulen 38. Disse lengdene kan være aktuelle målinger av rørene 14 eller antatte rørlengder. I én prosess borer prosessoren 36 antallet stamrør eller rørelementer 14 som utgjør borestrengen 20 og summerer de forhåndsprogrammerte lengdene av hvert enkelt rørelement 14. Ved å sammenligne den akselerasjonsbaserte, beregnede dybdeverdien med summeringen av rørstrenglengden, kan prosessoren 36 eliminere eller redusere sannsynligheten for feilaktige dybdebestemmelser. Enkel overvåkning av start- og stopphendelsene og summering av individuelle rørelementlengder kan f.eks. føre til feilaktige resultater hvis borestrengen 20 blir stoppet av andre grunner enn for å tilføye et rør 14. Feil i akselerometermålingene kan også akkumuleres til et punkt hvor nøyaktigheten av summeringen blir ødelagt. Krysskontroll av den akselerasjonsdatabaserte dybden med denrørlengdebaserte dybden kan gi en forholdsvis pålitelig fremgangsmåte for å bestemme om noen av de beregnede dybdene er feilaktige.

[0035] I en illustrerende fremgangsmåte som benytter databasen 60, kan f.eks. prosessoren 36 beregne en dybde på 80 fot ved en tid T1 ved å bruke den ovenfor beskrevne metodologien. T1 er antatt å være en stille periode som indikerer tilføyelse av et stamrør. Fordi den beregnede dybdeverdien generelt samsvarer med lengden av stamrøret 1, bruker prosessoren stamrørlengden på 95,32 fot som den bestemte dybden. Ved tiden T2 kan prosessoren 36 beregne en dybde på 165 fot. Fordi den beregnede dybdeverdien generelt svarer til de kombinerte lengdene av stamrør 1 og stamrør 2, bruker prosessoren igjen den kombinerte stamrørlengden på 198,44 fot som den bestemte dybden. Ved tiden T3 kan prosessoren 36 beregne en dybde på 210 fot. Fordi den beregnede dybdeverdien ikke samsvarer med de kombinerte lengdene av stamrør 1, stamrør 2 og stamrør 3, bruker imidlertid ikke prosessoren 36 den kombinerte stamrørlengden på 280,99 fot som den bestemte dybden. Det vil si at i dette tilfelle behøver den detekterte stille perioden ikke å ha vært relatert til en tilføyelse av en rørlengde. I noen utførelsesformer kan prosessoren 36 innbefatte programmering for å løse uoverensstemmelsene mellom den forutsagte dybden og den beregnede dybden. I denne utførelsesformen kan prosessoren for enkelhets skyld lagre, men ikke på annen måte bruke dybdedataene for tiden T3. Ved tiden TV, kan prosessoren 36 beregne en dybde på 260 fot. Fordi den beregnede dybdeverdien generelt tilsvarer de kombinerte lengdene av stamrør 1, stamrør 2, stamrør 3 og stamrør 4, bruker prosessoren 36 den kombinerte stamrørlengden på 280 fot som den bestemte dybden ved tiden T5.

[0036] I noen utførelsesformer kan prosessoren 36 bruke interpolerings- eller ekstrapoleringsteknikker til å korrigere de akselerometerbaserte dybdeberegningene for dybder som ikke er innbefattet i databasen eller databasene som har forhåndsmålte data. Prosessoren 36 kan f.eks. benytte en slik database til å øke eller minske en verdi av en beregnet målt dybde ved å interpolere mellom to forutsagte dybder hentet fra vedkommende database.

[0037] Som man vil forstå, kan den ovenfor beskrevne metodologien også benyttes med databasene 62 og 64. To eller flere databaser, f.eks. databasene 60 og 62, kan dessuten brukes av prosessoren 36 til å bestemme dybde.

[0038] Fra det ovenstående, vil man forstå at en fremgangsmåte for måling og undersøkelse er blitt beskrevet, hvor, mens røret ikke beveger seg, en brønnhullsprosessor utfører dybdemåleberegninger og initierer en statisk orienteringsmålestasjon. I fôringsrør bruker målingene et gyroskopisk undersøkelsesinstrument slik som GYROTRAK-verktøyet, mens et magnetometer kan benyttes i åpne hull.

Prosessoren beregner inkrementale nord-, øst- og ned-forskyvninger for BHA-kurslengden basert på inklinasjon og asimut beregnet ved begynnelsen og slutten av rørskjøten. Deretter frembringer en summering av de inkrementale nord-, øst- og ned-forskyvningene et sett med nåværende totale forskyvningstall for bunnhullsanordningen. Beregningene kan også brukes til å bestemme andre verdier slik som sann vertikal dybde. Prosessoren lagrer de akkumulerte forskyvningene i lagermodulen i MWD/måle-brønnhullsverktøyet. De akkumulerte dataene kan overføres til overflaten ved å sende en spesiell ramme med data til overflaten via MWD-slampulstelemetri etter at aktiv pumping begynner, og før boring gjenopptas. Et separat, sondebasert instrument kan alternativt hentes opp til overflaten ved å bruke en forbikjøringskopler og en glattkabel-opphentingsmetode. I ytterligere andre utførelsesformer kan dataene overføres via passende ledere i brønnhullet. Det skal derfor bemerkes at utførelsesformer av dybdebestemmelsesanordningen nede i brønnhullet kan eliminere behovet for å ta undersøkelser av brønnhullet forut for boring.

[0039] Det skal forstås at læren i den foreliggende fremstillingen ikke er begrenset til verktøy transportert av stive bærere slik som borestrenger, slik som vist på fig.1. I noen utførelsesformer kan de ovenfor beskrevne fremgangsmåtene og anordningene anvendes på ikke-stive bærere slik som glattkabler. I ytterligere andre utførelsesformer kan de ovenfor beskrevne fremgangsmåtene og anordningene brukes i forbindelse med fallmåleanordninger som slippes inn i brønnhullet.

[0040] De ovenfor beskrevne fremgangsmåtene og anordningene kan i visse utførelsesformer anvendes i forbindelse med anordninger som tar hovedsakelig kontinuerlige målinger av brønnhullet. I motsetning til diskrete intervaller for å ta målinger, som beskrevet i forbindelse med fig.3, kan prosessoren 36 (fig.1) kontinuerlig fremskaffe retningsdata ved å bruke ombordværende sensorer 40. Disse måledataene med sine tidsdata i lageret, kan skrives inn i den ombordværende lagermodulen 38 og/eller sendes til overflaten. Et slikt arrangement kan også bruke verktøy transport med en ikke-stiv bærer (glattkabel) eller verktøy sluppet inn i et brønnhull, dvs. et fallmåleverktøy. Brønnhullsverktøyet kan også transporteres av et selvstendig brønnboringsverktøy slik som en trekkanordning eller en boremaskin.

[0041] Selv om den foregående beskrivelse er rettet mot foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen, kan forskjellige modifikasjoner innenfor rammen av de vedføyde patentkrav være opplagte for fagkyndige på området. Det er ment at alle varianter innenfor rammen av de vedføyde patentkrav, skal være omfattet av den foregående beskrivelse.

Claims (25)

PATENTKRAV

1. Fremgangsmåte for å bestemme dybde i et brønnhull (26) boret i en undergrunnsformasjon (28; 52),

k a r a k t e r i s e r t v e d:

- å danne en database (60, 62, 64) som har en valgt parameter tilknyttet dybde; - å programmere en lagermodul (38) i en prosessor (36) med databasen (60, 62, 64);

- å transportere et brønnhullsverktøy og prosessoren (36) inn i brønnhullet (26); - å måle akselerasjon av brønnhullsverktøyet;

- å bestemme en forutsagt dybde for brønnhullsverktøyet ved å aksessere databasen (60, 62, 64) med prosessoren (36); og

- å bestemme dybden til brønnhullsverktøyet ved å bruke prosessoren (36) ved behandling av akselerasjonsmålingene og bruk av den bestemte forutsagte dybden for brønnhullsverktøyet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende: å undersøke brønnhullet (26) og tilknytte måledataene til den bestemte dybden.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, hvor undersøkelsen blir utført ved å bruke én av: (i) et gyroskopisk måleinstrument, (ii) et magnetometer, (iii) et akselerometer, (iv) et blylodd, og (v) et magnetisk retningsmåleinstrument.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2, hvor undersøkelsen innbefatter verdier for asimut og inklinasjon.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, videre omfattende: å beregne inkrementale forskyvninger for nord, øst og vertikalt.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, videre omfattende: å summere nord-, øst- og inklinasjonsverdiene som er bestemt ved to eller flere diskrete posisjoner for å frembringe et sett med totale forskyvningsverdier for brønnhullsverktøyet.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende:

å bestemme en orientering for brønnhullsverktøyet ved et antall diskrete posisjoner ved å bruke et undersøkelsesverktøy; og

å tilknytte den bestemte orienteringen med den bestemte dybden for hver av antallet diskrete posisjoner.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende:

kontinuerlig å bestemme en orientering av brønnhullsverktøyet ved å bruke et undersøkelsesverktøy; og

å tilknytte den bestemte orienteringen med de bestemte dybdene for brønnhullsverktøyet.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende:

å sammenligne en dybdeverdi fremskaffet ved bruk av akselerasjonsmålingene og den forutsagte dybden for brønnhullsverktøyet.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor lagermodulen (38) blir programmert med databasen (60, 62, 64) før brønnhullsverktøyet blir transportert inn i brønnhullet (26), og hvor databasen (60, 62, 64) innbefatter én av: (i) en målt lengde av et brønnhullsrør (14); (ii) en målt parameter for en naturlig forekommende egenskap; og (iii) en målt parameter for en menneskeskapt egenskap i brønnhullet (26).

11. System for bestemmelse av dybde i et brønnhull (26) boret i en undergrunnsformasjon (28; 52),

k a r a k t e r i s e r t v e d:

- en borestreng (20) innrettet for å transportere en bunnhullsanordning (BHA) (22) inn i brønnhullet (26);

- et akselerometer plassert på borestrengen (20);

- en lagermodul (38) programmert med data vedrørende en tidligere målt parameter av interesse; og

- en prosessor (36) i kommunikasjon med akselerometeret og lagermodulen (38), hvor prosessoren (36) er innrettet for:

bestemmelse av en forutsagt dybde for brønnhullsverktøy ved bruk av dataene i lagermodulen, og

bestemmelse av dybden av en valgt posisjon på bunnhullsanordningen (22) ved bruk av målinger tatt ved hjelp av akselerometeret og den bestemte forutsagte dybden for brønnhullsverktøyet.

12. System ifølge krav 11, videre omfattende et undersøkelsesverktøy anbrakt på borestrengen (20), og hvor prosessoren (36) er innrettet for å tilknytte målinger fra undersøkelsesverktøyet med den bestemte dybden.

13. System ifølge krav 12, hvor undersøkelsesverktøyet er én av: (i) et gyroskopisk undersøkelsesinstrument, (ii) et magnetometer, (iii) et akselerometer, (iv) et blylodd, og (v) et magnetisk retningsmåleinstrument.

14. System ifølge krav 12, hvor undersøkelsesverktøyet måler én av: asimut og inklinasjon.

15. System ifølge krav 12, hvor prosessoren (36) er innrettet for å beregne inkrementale forskyvninger for nord, øst og vertikalt ved å bruke undersøkelsesverktøymålingene.

16. System ifølge krav 11, hvor prosessoren (36) er innrettet for å summere nord-, øst- og vertikalverdiene, for å frembringe et sett med totale forskyvningsverdier for brønnhullsverktøyet.

17. System ifølge krav 11, hvor prosessoren (36) er innrettet for å bestemme en orientering av bunnhullsanordningen (22) ved et antall diskrete posisjoner ved å bruke et undersøkelsesverktøy; og tilknytte den bestemte orienteringen til den bestemte dybden for hver av antallet diskrete posisjoner.

18. System ifølge krav 11, hvor prosessoren (36) er innrettet for kontinuerlig å bestemme en orientering av brønnhullsverktøyet ved å bruke et undersøkelsesverktøy, og tilknytte den bestemte orienteringen til de bestemte dybdene for bunnhullsanordningen (22).

19. System ifølge krav 11, hvor prosessoren (36) er innrettet for å bestemme en første dybdeverdi ved å behandle akselerometermålingene, aksessere databasen (60, 62, 64) for å fremskaffe en andre dybdeverdi, og sammenligne den første dybdeverdien med den andre dybdeverdien for å bestemme dybden av bunnhullsanordningen (22).

20. System ifølge krav 11, hvor databasen (60, 62, 64) innbefatter én av: (i) en målt lengde av et brønnhullsrør (14); (ii) en målt parameter for en naturlig forekommende egenskap, og (iii) en målt parameter for en menneskeskapt egenskap i borehullet (26).

21. Anordning for bestemmelse av dybde i et brønnhull (26) boret i en undergrunnsformasjon (28; 52),

k a r a k t e r i s e r t v e d:

- et borerør eller -streng (20);

- et brønnhullsverktøy innrettet for å bli transportert av borerøret / -strengen (20) inn i brønnhullet (26);

- et akselerometer posisjonert på brønnhullsverktøyet;

- en lagermodul (38) programmert med data vedrørende en tidligere målt parameter av interesse; og

- en prosessor (36) i kommunikasjon med akselerometeret og lagermodulen (38), hvor prosessoren (36) er konfigirert for:

bestemmelse av en forutsagt dybde for brønnhullsverktøy ved bruk av dataene i lagermodulen (38), og

bestemmelse av dybden av brønnhullsverktøyet ved å bruke målinger tatt av akselerometeret og den bestemte forutsagte dybden for brønnhullsverktøyet.

22. Anordning ifølge krav 21, hvor den tidligere målte parameteren av interesse innbefatter en lengde av et rør (14) som utgjør en borestreng (20) eller -rør som transporterer brønnhullsverktøyet inn i brønnhullet (26).

23. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor lagermodulen (38) er programmert med databasen (60, 62, 64) før prosessoren (36) blir transportert inn i brønnhullet (26); og videre omfattende: å beregne den forutsagte dybden for brønnhullsverktøyet ved et flertall av posisjoner i brønnhullet (26) ved å bruke databasen (60, 62, 64), og å sammenligne den forutsagte dybden med en dybdeverdi bestemt ved å bruke akselerometermålingene.

24. System ifølge krav 11, hvor lagermodulen (38) er forhåndsprogrammert med data før prosessoren (36) blir transportert inn i brønnhullet (26); og hvor prosessoren (36) er konfigurert til å beregne den forutsagte dybden for brønnhullsverktøyet ved et flertall av posisjoner i brønnhullet (26) ved å sammenligne den forutsagte dybden med en dybdeverdi bestemt ved å bruke akselerometermålingene.

25. Anordning ifølge krav 21, hvor lagermodulen (38) er forhåndsprogrammert med data før prosessoren (36) blir transportert inn i brønnhullet (26); og hvor prosessoren (36) er konfigurert til å beregne den forutsagte dybden for brønnhullsverktøyet ved et flertall av posisjoner i brønnhullet (26) ved å sammenligne den forutsagte dybden med en dybdeverdi bestemt ved å bruke akselerometermålingene.