NO343672B1

NO343672B1 - Apparat og fremgangsmåte for resistivitetsavbildning under boring

Info

Publication number: NO343672B1
Application number: NO20100615A
Authority: NO
Inventors: Roland E Chemali; Tsili Wang; Jack Signorelli
Original assignee: Baker Hughes A Ge Co Llc
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2019-05-06
Also published as: US20090085570A1; NO20100615L; GB2466591A; GB2466591B; WO2009046188A1; US7723991B2; BRPI0818403A2; BRPI0818403B1; GB201005817D0

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

1. Teknisk område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning og fremgangsmåte for evaluering av en grunnformasjon, og et datamaskinlesbart mediumprodukt. Foreliggende oppfinnelse vedrører fremskaffelse av målinger av egenskaper i en formasjon som omgir et brønnhull, ved å bruke et forplantningsresistivitetsverktøy transportert på en anordning på en måling under boring. Den foreliggende beskrivelsen diskuterer spesielt fremskaffelse av azimutale målinger ved forskjellige undersøkelsesdybder ved å bruke et forplantningsresistivitetsverktøy.

2. Beskrivelse av beslektet teknikk

Foreliggende oppfinnelse vedrører måling av geofysiske parametre for grunnformasjoner som er gjennomtrengt av et borehull, og mer spesielt forplantningsresistivitetsmålinger ved flere senderfrekvenser og flere sender/mottaker-avstander. Målingene blir typisk tatt ved å bruke en gruppe med fire sendere og to mottakere. Elementer i sender/mottaker-gruppen er langsgående og symmetrisk atskilt langs et langstrakt borehullsinstrument. Hver sender induserer en vekselspenning i borehullet og grunnformasjonen i nærheten av borehullet.

Amplitudene og fasedreiningene til signalene som produseres av disse induserte, vekslende elektromagnetiske feltene blir målt ved hjelp av mottakerne. Disse signalene blir påvirket av mange parametre for formasjonen og fra selve borehullet.

Målingene blir kombinert for å gi resistiviteten i formasjonen, parametre vedrørende invasjonen av borefluider inn i området nær borehullet, og fysiske karakteristikker ved selve borehullet. Oppfinnelsen er rettet mot, men ikke begrenset til, anvendelser ved måling under boring (MWD, measurement while drilling).

En fullstendig beskrivelse av et eksempel på et verktøy for multippel forplantningsresistivitet (MPR, multiple propagation resistivity) er f.eks. gitt i US-patent 5,869,968 til Brooks m/fl. som har samme eier som foreliggende oppfinnelse. US-patent 5,892,361 til Meyer jr. m/fl. som har samme eier som foreliggende oppfinnelse, beskriver en anordning for måling under boring av forplantningsresistivitet brukt til å måle parametre omkring et borehull sammen med elektromagnetiske egenskaper i formasjonen. Flere sender/-mottaker-par som opererer ved en eller flere senderfrekvenser, blir brukt til å fremskaffe et sett med amplitude- og fasemålinger. En modell av responsen til borehullsinstrumentet ved varierende formasjons- og borehullstilstander blir også benyttet. Formasjons- og borehullsparametre av interesse blir valgt av analysatoren. Det målte amplitude- og fasedatasettet blir så kombinert med modellen av verktøyresponsen for å fremskaffe de valgte parameterne av interesse.

I en fremgangsmåte for drift som er beskrevet i Brooks, blir hver sender aktivert sekvensielt mens den andre senderen er frakoblet for å eliminere innbyrdes kobling, og de registrerte signalene blir behandlet for å trekke fordel av resiprositetsrelasjonene. I en annen fremgangsmåte for drift blir begge senderne operert samtidig med en relativ polaritet og så med en annen relativ polaritet for å eliminere virkningene av innbyrdes kobling og for å trekke fordel av resiprositetsrelasjoner. Prosessen for kompensering og bruk av resiprositetsrelasjonene reduserer den redundansen som er iboende i dataene.

US6359438 beskriver en metode og system for resistivitetsmålinger ved ulike dybder under boring.

En ulempe ved de tidligere kjente fremgangsmåtene er mangelen på azimutal oppløsning i de innsamlede dataene.

Azimutal avbildning av grunnformasjonen og bestemmelse av avstander til formasjonsgrenseflater er en viktig del av boringen. US-patentsøknad med serienr. 11489875 fra Wang m/fl., som har samme eier som foreliggende oppfinnelse, beskriver frembringelse av et pseudo-bilde ved å kombinere dypavleste, azimutalt følsomme resistivitetsmålinger med azimutalt ufølsomme resistivitetsmålinger tatt ved hjelp av et verktøy for multippel forplantningsresistivitet. Dette bildet er nyttig i forbindelse med reservoarnavigasjon. De azimutalt følsomme målingene blir fremskaffet ved å bruke en anordning med en aksialt orientert sender og en transversal mottaker. Som kjent for fagkyndige på området, er det nødvendig med nøyaktig orientering av den transversale antennen. US-patent 6,957,708 til Chemali beskriver et arrangement hvor sendere og mottakere er montert på stabilisatorer. Et slikt arrangement kan være begrenset uttrykt ved den effekten som kan sendes inn i formasjonen såvel som på grunn av undersøkelsesdybden. Den foreliggende oppfinnelse angår en anordning for multippel forplantningsresistivitet (MPR) for resistivitetsavbildning som ikke har en transversal antenne.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelse vedrører i et aspekt en anordning for evaluering av en grunnformasjon, karakterisert ved at anordningen omfatter:

(a) et loggeverktøy innrettet for å bli transportert inn i et borehull;

(b) et første sensorarrangement med to mottakere og minst én sender på loggeverktøyet utformet for å frembringe første målinger responsive til en propagerende elektromagnetisk bølge som en indikasjon på en resistivitetsegenskap for grunnformasjonen ved et første antall rotasjonsmessige posisjoner av loggeverktøyet under fortsatt rotasjon av verktøyet;

(c) et annet sensorarrangement med to mottakere og sendere på loggeverktøyet, hvor det andre sensorarrangementet innbefatter to aksialt orienterte mottakerantenner som har akser på en enkelt side av en langsgående akse for loggeverktøyet, og to aksialt orienterte senderantenner symmetrisk anordnet omkring de to aksialt orienterte mottakerantennene, idet det andre sensorarrangementet er innrettet for å frembringe andre målinger responsive til en propagerende elektromagnetisk bølge som en indikasjon på resistivitetsegenskapen til grunnformasjonen, som har en undersøkelsesdybde som er større enn en

undersøkelsesdybde for de første målingene ved et annet antall rotasjonsmessige posisjoner;

(d) en prosessor innrettet for:

(A) å frembringe et første bilde av resistivitetsegenskapen til grunnformasjonen ved den første undersøkelsesdybden ved å bruke de første målingene, og

(B) å frembringe et andre bilde av resistivitetsegenskapen til grunnformasjonen ved den andre undersøkelsesdybden ved å bruke de andre målingene. Ytterligere utførelser er angitt i underkravene 2-8.

Anordningen innbefatter et loggeverktøy innrettet for å bli transportert inn i et borehull. Et første sensorarrangement på loggeverktøyet er innrettet for å frembringe første målinger som indikere en resistivitetsegenskap i grunnformasjonen ved et første antall rotasjonsmessige posisjoner for loggeverktøyet. Et annet sensorarrangement på loggeverktøyet innbefatter to aksialt orienterte mottakerantenner på en side av loggeverktøyet og to aksialt orienterte senderantenner symmetrisk anordnet omkring de to aksialt orienterte mottakerantennene. Det andre sensorarrangementet er innrettet for å frembringe andre målinger som en indikasjon på resistiviteten i grunnformasjonen som har en undersøkelsesdybde større enn den for de første målingene, ved et annet antall rotasjonsmessige posisjoner. En prosessor er innrettet for å frembringe et første resistivitetsbilde av formasjonen ved den første undersøkelsesdybden ved å bruke de første målingene, frembringe et annet resistivitetsbilde av grunnformasjonen ved en annen undersøkelsesdybde ved å bruke de andre målingene, og registrere det første bildet og det andre bildet på et egnet medium. Vinkler i det første antall rotasjonsmessige posisjoner kan være de samme som vinkler i det andre antallet rotasjonsmessige posisjoner. Det første sensorarrangementet kan videre innbefatte to aksialt orienterte mottakerantenner på en side av loggeverktøyet og to aksialt orienterte senderantenner symmetrisk anbrakt omkring de to aksialt orienterte mottakerantennene. Anordningen kan videre innbefatte en orienteringssensor innrettet for å ta målinger av en orientering av loggeverktøyet under fortsatt rotasjon. Prosessoren kan videre være innrettet for å frembringe det første resistivitetsbildet og det andre resistivitetsbildet ved gruppeinndeling og midling av de første målingene ved å bruke målingene av orienteringen, og gruppeinndeling og midling av de andre målingene ved å bruke målingene av orienteringen. Anordningen kan videre innbefatte minst en langsgående orientert sliss på en utside av loggeverktøyet, og senderantennen har og mottakerantennene kan være anordnet i den minst ene slissen. Anordningen kan videre innbefatte en ikke-metallisk skjerm posisjonert i den minst ene slissen mellom en antenne og et vektrørlegeme. Den ikkemetalliske skjermen kan være av ferrittt og/eller ferromagnetisk materiale. Loggeverktøyet kan være en del av en bunnhullsanordning transportert på et borerør, og prosessoren kan videre være innrettet for å styre en boreretning for bunnhullsanordningen basert i det minste delvis på de første målingene og de andre målingene. Det første sensorarrangementet og/eller det andre sensorarrangementet kan være innrettet for å operere ved et antall frekvenser.

I et andre aspekt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte for evaluering av en grunnformasjon, karakteriser ved at fremgangsmåten omfatter:

(a) å transportere et loggeverktøy inn i et brønnhull;

(b) å bruke et første sensorarrangement med to mottakere og sendere for å frembringe første målinger responsive til en propagerende elektromagnetisk bølge som en indikasjon på en resistivitetsegenskap for grunnformasjonen ved et første antall rotasjonsmessige posisjoner av loggeverktøyet under fortsatt rotasjon av verktøyet;

(c) å bruke et andre sensorarrangement med to mottakere og sendere som innbefatter to aksialt orienterte mottakerantenner med akser på en enkelt side av en langsgående akse for loggeverktøyet og to aksialt orienterte senderantenner symmetrisk anordnet omkring de to aksialt orienterte mottakerantennene for å frembringe andre målinger responsive til en propagerende elektromagnetisk bølge som en indikasjon på resistivitetsegenskapen til grunnformasjonen, som har en undersøkelsesdybde større enn undersøkelsesdybden til de første målingene, ved et andre antall rotasjonsmessige posisjoner;

(d) å frembringe et første bilde av resistivitetsegenskapen til grunnformasjonen ved den første undersøkelsesdybden ved å bruke de første målingene,

(e) å frembringe et andre bilde av resistivitetsegenskapen til grunnformasjonen ved den andre undersøkelsesdybden ved å bruke de andre målingene, og

(f) å registrere det første bildet og det andre bildet på et egnet medium.

Ytterligere utførelser er angitt i underkravene 10-13. Fremgangsmåten innbefatter å transportere et loggeverktøy inn i et borehull og bruke et første sensorarrangement til å frembringe første målinger som er en indikasjon på resistivitetsegenskapen til grunnformasjonen ved et første antall rotasjonsmessige posisjoner, å bruke et annet sensorarrangement som innbefatter to aksialt orienterte mottakerantenner på en side av loggeverktøyet og aksialt orienterte senderantenner symmetrisk anordnet omkring verktøyets aksialt orienterte mottakerantenner for å frembringe andre målinger som er en indikasjon på resistivitetsegenskapen til grunnformasjonen som har en annen undersøkelsesdybde som er større enn undersøkelsesdybden for de første målingene, ved et annet antall rotasjonsmessige posisjoner. Fremgangsmåte innbefatter videre å frembringe et første bilde av resistivitetsegenskapen til grunnformasjonen ved den første undersøkelsesdybden ved å bruke de første målingene, å frembringe et annet bilde resistivitetsegenskapen til grunnformasjonen ved den andre undersøkelsesdybden ved å bruke de andre målingene, og å registrere det første bildet og det andre bildet på et egnet medium. Fremgangsmåte innbefatter videre å ta målinger av en orientering av loggeverktøyet under fortsatt rotasjon.

Fremgangsmåten kan videre innbefatte å frembringe det første bildet og det andre bildet ved gruppeinndeling og midling av henholdsvis de første målingene og de andre målingene.

Fremgangsmåten kan videre innbefatte sammenligning av det første bildet og det andre bildet for å frembringe en indikasjon på borehullsskade, invasjon og/eller en oversiktsendring i geologi. Fremgangsmåten kan videre også innbefatte posisjonering av senderantennene og mottakerantennene i den minst ene langsgående orienterte slissen på en utside av loggeverktøyet. Fremgangsmåten kan videre innbefatte posisjonering av en ikke-metallisk skjerm i den minst ene slissen mellom en antenne og vektrørlegemet. Fremgangsmåten kan videre innbefatte å posisjonere loggeverktøyet på en bunnhullsanordning transportert på et borerør og å styre en boreretning for bunnhullsanordningen basert i det minste delvis på de første målingene og de andre målingene.

Et tredje aspekt av oppfinnelsen vedrører et datamaskinlesbart mediumprodukt som inneholder lagrede instruksjoner som når de leses av en prosessor, får prosessoren til å utføre en fremgangsmåte, hvor fremgangsmåten er karakterisert ved:

å frembringe et første bilde av resistivitetsegenskapen til en grunnformasjon ved en første undersøkelsesdybde ved å bruke første målinger responsive til en propagerende elektromagnetisk bølge, og å frembringe et andre bilde av resistivitetsegenskapen til grunnformasjonen ved en andre undersøkelsesdybde ved å bruke andre målinger responsive til en propagerende elektromagnetisk bølge, hvor de første målingene blir frembrakt ved hjelp av et første sensorarrangement med to mottakere og sendere på et loggeverktøy ved et første antall rotasjonsmessige posisjoner under fortsatt rotasjon av verktøyet; og hvor det andre settet med målinger blir frembrakt ved hjelp av et andre sensorarrangement med to mottakere og sendere på loggeverktøyet, hvor det andre sensorarrangementet innbefatter to aksialt orienterte mottakerantenner med akser på én enkelt side av en langsgående akse for loggeverktøyet, og to aksialt orienterte senderantenner symmetrisk anordnet omkring to aksialt orienterte mottakerantenner.

Anordningen innbefatter et loggeverktøy innrettet for å bli transportert inn i et borehull, et første sensorarrangement på loggeverktøyet innrettet for å frembringe første målinger som er en indikasjon på resistivitetsegenskapen til grunnformasjonen ved et første antall rotasjonsmessige posisjoner for loggeverktøyet, et annet sensorarrangement på loggeverktøyet hvor det andre sensorarrangementet innbefatter to aksialt orienterte mottakerantenner på en side av loggeverktøyet og to aksialt orienterte senderantenner symmetrisk anordnet omkring de to aksialt orienterte mottakerantennene, hvor det andre sensorarrangementet er innrettet for å frembringe andre målinger som er en indikasjon på resistivitetsegenskapen til grunnformasjonen, som har en større undersøkelsesdybde enn undersøkelsesdybden til de første målingene, ved et annet antall rotasjonsmessige posisjoner. Mediet innbefatter instruksjoner som gjør det mulig for en prosessor å frembringe et første bilde av resistivitetsegenskapen til grunnformasjonen ved den første undersøkelsesdybden ved å bruke de første målingene, å frembringe et annet bilde av resistivitetsegenskapen til grunnformasjonen ved den andre undersøkelsesdybden ved å bruke de andre målingene, og å registrere det første bildet og det andre bildet på et egnet medium. Mediet kan innbefatte et ROM, et EPROM, et EAROM, et flash-lager og/eller en optisk plate.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

De nye trekkene som antas å være karakteristiske for oppfinnelsen, er angitt i de vedføyde patentkravene. Selve oppfinnelsen såvel som en bruksmåte, ytterligere formål og fordeler ved denne, vil imidlertid best bli forstått under henvisning til den følgende detaljerte beskrivelse av en illustrerende utførelsesform lest i forbindelse med de vedføyde tegningene, hvor:

Fig. 1 (kjent teknikk)

beskriver et totalt system for samtidig boring og logging som innbefatter et system for måling av elektromagnetisk bølgeforplantningsresistivitet i henhold til oppfinnelsen;

fig. 2 er en forenklet skjematisk skisse av en mulig antennekonfigurasjon som kan benyttes i samsvar med foreliggende oppfinnelse;

fig. 3 illustrerer en antennekonfigurasjon brukt til å fremskaffe kompenserte resistivitetsmålinger; fig. 4 viser et antennearrangement med flere undersøkelsesdybder;

fig. 5 viser et slisset vektrør; og

fig. 6 viser antennearrangementet inne i en sliss.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Fig. 1 viser et skjematisk diagram over et boresystem 10 med en brønnhullsanordning som inneholder et akustisk sensorsystem og overflateanordninger i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Systemet 10 innbefatter som vist et konvensjonelt boretårn 11 reist på et tårndekk 12 som understøtter et rotasjonsbord 14 som blir rotert av en hovedmotor (ikke vist) ved en ønsket rotasjonshastighet. En borestreng 20 som innbefatter en borerørseksjon 22 strekker seg nedover fra rotasjonsbordet 14 inn i borehullet 26. En borkrone 50 festet til borestrengens nedre ende bryter opp de geologiske formasjonene når det blir rotert. Borestrengen 20 er koblet til et heiseverk 30 via et drivrør 21, en svivel 28 og en line 29 gjennom et system av skiver 27. Under boreoperasjoner blir heisverket 30 operert for å regulere vekten på borkronen og inntrengningshastigheten til borestrengen 20 i borehullet 26. Betjeningen av heisverket er velkjent på området og blir derfor ikke beskrevet i detalj her.

Under boreoperasjoner blir et egnet borefluid (vanligvis referert til på området som "slam") 31 fra en slamtank 32 sirkulert under trykk gjennom borestrengen 20 ved hjelp av en slampumpe 34. Borefluidet 31 passerer fra slampumpen 34 inn i borestrengen 20 via en trykkdemper 36, en fluidledning 38 og drivrøret 21. Borefluidet strømmer ut ved bunnen 51 av borehullet gjennom en åpning i borkronen 50. Borefluidet sirkulerer oppover gjennom ringrommet 27 mellom borestrengen 20 og borehullet 26 og strømmer inn i slamtanken 32 via en returledning 35. En rekke forskjellige sensorer (ikke vist) kan passende være utplassert på overflaten i henhold til kjente fremgangsmåter på området for å tilveiebringe informasjon om forskjellige boringsrelaterte parametre, slik som fluidstrømningsmengde, vekt på borkronen, kroklast, osv.

En overflatestyringsenhet 40 mottar signaler fra brønnhullsensorene og anordningene via en sensor 43 plassert i fluidledningen 38 og behandler slike signaler i henhold til programmerte instruksjoner levert til styringsenheten på overflaten. Styringsenheten på overflaten viser ønskede boreparametre og annen informasjon på en skjerm/monitor 42, og informasjonen blir benyttet av en operatør til å styre boringsoperasjonene. Styringsenheten 40 på overflaten inneholder en datamaskin, et lager for lagring av data, en dataregistreringsanordning og annet periferiutstyr.

Styringsenheten 40 på overflaten innbefatter også modeller og behandler data i henhold til programmerte instruksjoner og reagerer på brukerkommandoer innført gjennom passende midler slik som et tastatur. Styringsenheten 40 kan være innrettet for å aktivere alarmer 44 når visse utrygge eller uønskede driftstilstander inntreffer.

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

I en utførelsesform av system i henhold til foreliggende oppfinnelse er en delenhet 59 i brønnhullet (også referert til som bunnhullsanordningen eller "BHA") som inneholder de forskjellige sensorene og MWD-anordningene for å tilveiebringe informasjon om formasjonen og boreparameterne og slammotoren, er koblet mellom borkronen 50 og borerøret 22. Bunnhullsanordningen 59 kan ha en modulær konstruksjon ved at de forskjellige anordningene er sammenkoblede seksjoner slik at individuelle seksjoner kan skiftes ut når det er ønsket.

Det vises fremdeles til fig. 1 hvor BHA også kan inneholde sensorer og anordninger i tillegg til de ovenfor beskrevne sensorene. Slike anordninger innbefatter en anordning for å måle formasjonsresistiviteten nær borkronen, en gammastrålingsanordning for måling av formasjonens gammastrålingsintensitet og anordninger for å bestemme inklinasjon og asimut for borestrengen. Anordningen 64 for måling av formasjonsresistivitet kan være koblet inn over den nedre nødutkoplingsdelen 62 som leverer signaler hvorfra resistiviteten til formasjonen nær eller foran borkronen 50 blir bestemt. En dobbelt forplantningsresistivitetsanordning ("DPR", dual propagation resistivity) har ett eller flere par med senderantenner 66a og 66b atskilt fra ett eller flere par med mottakerantenner 68a og 68b, kan brukes. Magnetiske dipoler blir anvendt som opererer i det midlere og nedre høyfrekvensspekteret. Under drift blir de utsendte elektromagnetiske bølgene forstyrret etter hvert som de forplanter seg gjennom formasjonen som omgir resistivitetsanordningen 64. Mottakerantennene 68a og 68b detekterer de forstyrrede bølgene. Formasjonsresistiviteten blir utledet fra fasen og/eller amplituden til de detekterte signalene. De detekterte signalene blir behandlet av en brønnhullskrets som er eller kan være plassert i et hus 70 over slammotoren 55, og overført til styringsenheten 40 på overflaten ved å bruke et passende telemetrisystem 72. Bestemmelse av formasjonsresistivitet fra amplitude- og fasemålinger er velkjent på området. US-patent 5,811,973 til Meyer, som har samme eier som foreliggende oppfinnelse, beskriver videre bestemmelse av resistivitet for det fossile formasjonsfluidet, dielektrisitetskonstanten for den tørre bergart-matriksen og den vannfylte porøsiteten til formasjonen. Slike bestemmelser kan også foretas i forbindelse med foreliggende oppfinnelse ved å bruke de fremgangsmåtene som er beskrevet av Meyer.

Inklinometeret 74 og gammastrålingsanordningen 76 er passende plassert langs resistivitetsmåleanordningen 64 for henholdsvis å bestemme inklinasjonen til den del av borestrengen som er nær borkronen 50, og formasjonens gammastrålingsintensitet. Et hvilket som helst egnet inklinometer og gammastrålingsanordning kan imidlertid benyttes for formålet med denne oppfinnelsen. En asimut-anordning (ikke vist) slik som et magnetometer eller en gyroskopisk anordning, kan i tillegg benyttes til å bestemme borestrengens asimut. Slike anordninger er kjent på området og blir derfor ikke beskrevet i detalj her. I den ovenfor beskrevne konfigurasjonen overfører slammotoren 55 kraft til borkronen 50 via en eller flere hule aksler som løper gjennom resistivitetsmåleanordningen 64. Den hule akselen gjør det mulig for borefluid å passere fra slammotoren 55 til borkronen 50. I en alternativ utførelsesform av borestrengen 20 kan slammotoren 55 være koblet inn under resistivitetsmåleanordningen 64 eller på et hvilket som helst annet passende sted.

Borestrengen inneholder en modulær sensorenhet, en motorenhet og nødutkoblingsoverganger. I en utførelsesform innbefatter sensorenheten en resistivitetsanordning, en gammastrålingsanordning og et inklinometer. En prosessor (ikke vist) er lokalisert nede i hullet for å behandle dataene. På grunn av den store mengden med data som blir fremskaffet og behandlet nede i hullet, er det nødvendig med en lagringsenhet med tilstrekkelig kapasitet.

De ovenfor nevnte anordningene sender data til telemetrisystemet 72 nede i hullet, som i sin tur overfører de mottatte dataene opp gjennom hullet til styringsenheten 40 på overflaten. Brønnhullstelemetrien mottar også signaler og data fra styringsenheten 40 på overflaten, og sender slike mottatte signaler og data til de riktige brønnhullsanordningene.

Foreliggende oppfinnelse kan videre benytte en teknikk med slampulstelemetri til å kommunisere data fra brønnhullssensorene og anordningene under boreoperasjoner. En transduser 43 plassert i slamforsyningsledningen 38 detekterer slampulsene som reaksjon på overførte data fra telemetrisystemet 72 nede i hullet. Transduseren 43 genererer elektriske signaler som reaksjon på slamtrykkvariasjonene og overfører slike signaler via en kabel 45 til styringsenheten 40 på overflaten. Andre telemetriteknikker slik som elektromagnetiske og akustiske teknikker eller andre passende teknikker, kan benyttes i forbindelse med formålet med denne oppfinnelsen. Boringsenheten innbefatter også en retningssensor. Uten å begrense omfanget av oppfinnelsen kan retningssensoren være et magnetometer eller av treghetstypen.

I en utførelsesform av oppfinnelsen er en boresensormodul 59 plassert nær borkronen 50. Boresensormodulen inneholder sensorer, kretser og behandlingsprogrammer og algoritmer vedrørende de dynamiske boreparameterne. Slike parametre kan innbefatte borkronestøt, lugging av boringsenheten, bakoverrotasjon, dreiemoment, støt, borehulls- og ringromstrykk, akselerasjonsmålinger og andre målinger av borkronetilstanden. En passende telemetri- eller kommunikasjonsmodul 72 som f.eks. bruker toveis telemetri, er også anordnet som illustrert i boringsenheten 90. Boresensormodulen behandler sensorinformasjon og overfører den til styringsenheten 40 på overflaten via telemetrisystemet 72.

Det vises nå til fig. 2 hvor den grunnleggende utstyrsutformingen av foreliggende oppfinnelse er illustrert. Loggeverktøyet 200 er forsynt med en senderantenne 201 som har en akse parallell med den langsgående aksen til verktøyet. To mottakerantenner 203, 205 kan også ha sin akser parallelle med den langsgående aksen til verktøyet. I denne forbindelse er konfigurasjonen av sender- og mottakerantennene maken til den for det grunnleggende forplantningsresistivitetsverktøyet. Forskjellen ligger i det faktum at i den foreliggende anordningen må antennene ikke omgi den langsgående aksen til verktøyet. I stedet er de posisjonert, vertikalt innrettet på en side av verktøyet. Den detaljerte utformingen av spolene blir diskutert nedenfor under henvisning til fig. 67.

Ved aktivering av senderantennen 201 blir en elektromagnetisk bølge sendt inn i formasjonen. Målinger blir tatt med de to mottakerne 203, 205. En prosessor bestemmer fasedreiningen mellom signalene ved de to mottakerantennene og/eller den relative dempningen av signalene ved de to antennene. Disse målingene indikerer formasjonsresistiviteten som i tidligere kjente MPR-anordninger. Forskjellen ligger i det faktum at på grunn av den begrensede aperturen til antennene, indikerer de tatte målingene formasjonsresistiviteten i et begrenset område med asimut-verdier. Samtidig med resistivitetsmålingene tar en verktøyfront-måleanordning målinger av verktøyfrontvinkelen. Verktøyfront-måleanordningen kan være et magnetometer, et akselerometer og/eller et gyroskop. Målingene som tas innenfor et asimutalt område med størrelse 15<o>blir midlet, registrert og deretter fremvist ved hjelp av prosessoren. Driftsfrekvensen til senderen blir valgt for typisk å tilveiebringe en minimal fasedreining på 1<o>mellom mottakerne og/eller en minimal relativ dempning på 0,1 dB.

Anordningen kan også være utformet for å operere med flere frekvenser.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen blir det brukt en ytterligere sender 207' symmetrisk anordnet omkring mottakerne 203', 205' i forhold til den første senderen 201', som vist på fig. 3. Med dette arrangementet blir dempning og/eller fasedreining bestemt for hver sender, og gjennomsnittsverdien av dempningen og/eller fasedreiningen fra begge senderne gir kompenserte resistivitetsmålinger.

En annen utførelsesform av oppfinnelsen benytter fire sendere og to mottakere 405, 407. Signalene fra de nære senderne 403, 409 tilveiebringer kompenserte målinger med en undersøkelsesdybde (grunn). Signalene fra de fjerne senderne 401, 411 tilveiebringer kompenserte målinger med en større undersøkelsesdybde. Disse er referert til som de dype målingene.

I praksis kan den dype resistivitetsavbildningsanordningen og den grunne resistivitetsavbildningsanordningen være på samme modul eller i forskjellige moduler. De dype asimutale resistivitetsmålingene og de grunne resistivitetsmålingene blir tatt ved flere verktøyfrontflatevinkler og kan inndeles som beskrevet ovenfor. Resistivitetsbilder kan tilveiebringes separat fra de to anordningene. De type bildene muliggjør brønnplanlegging. Det grunne bildet er en indikasjon på fenomener slik som borehullsskade og slaminvasjon. Forskjellene mellom de to bildene kan være en indikasjon på radiale endringer i geologi. Det grunne bildet kan også tjene som en begrensning på det dype bildet.

Det skal bemerkes at målingene som er tatt ved hjelp av den grunne resistivitetsavbildningsanordningen ikke behøver å bli tatt ved de samme rotasjonsvinklene som de målingene som er tatt av den dype resistivitetsavbildningsanordningen. Dette kan f.eks. skje hvis den grunne avbildningsanordningen og den dype avbildningsanordningen er på forskjellige røroverganger med forskjellige klokker. Det som er viktig, er at etter inndeling og midling blir midlede målinger fremskaffet over de samme asimutale områdene. Den grunne resistivitetsavbildningsanordningen og den dype resistivitetsavbildningsanordningen kan refereres til som henholdsvis "det første sensorarrangementet" og "det andre sensorarrangementet".

Det skal bemerkes at bruken av en anordning av MPR-typen for grunn avbildning ikke skal oppfattes som noen begrensning. Det grunne bildet kan også fremskaffes ved å bruke en galvanisk anordning. Et eksempel på en kabelanordning for å fremskaffe asimutalt følsomme resistivitetsmålinger er f.eks. beskrevet i US-patent 7,109,719 til Fabris m.fl., som har samme eier som foreliggende oppfinnelse.

Det vises nå til fig. 5 hvor et slisset vektrør med én eller flere slisser 501 er vist. Som vist på fig. 6, er antennespolen 603 plassert inne i slissen 601. En ikkemetallisk skjerm 607 slik som ferritt eller et ferromagnetisk materiale er anordnet mellom en antennespole og legemet til vektrøret 200. Med en slik utforming har det elektromagnetiske feltet som genereres av senderen en begrenset asimutal dekning. Med riktig valg av spoledimensjon og utforming av slissen, kan et strålingsmønster med omkring 15<o>oppnås. Som antydet på fig. 5, kan mer enn en sliss brukes.

Behandlingen av data kan gjøres ved hjelp av en brønnhullsprosessor for å gi korrigerte målinger hovedsakelig i sann tid. Alternativt kan målingene registreres nede i hullet, hentes opp når borestrengen blir kjørt ut, og behandlet ved å bruke en prosessor på overflaten. Implisitt i styringen og behandlingen av data er bruk av et datamaskinprogram på et passende maskinlesbart medium som setter prosessoren i stand til å utføre styring og databehandling. Det maskinlesbare mediet kan innbefatte ROM, EPROM, EEPROM, flash-lagere og optiske plater.

Claims

P a t e n t k r a v

1. Anordning for evaluering av en grunnformasjon, karakterisert ved at anordningen omfatter:

(a) et loggeverktøy (200) innrettet for å bli transportert inn i et borehull;

(b) et første sensorarrangement med to mottakere (405, 407) og minst én sender (403) på loggeverktøyet utformet for å frembringe første målinger responsive til en propagerende elektromagnetisk bølge som en indikasjon på en resistivitetsegenskap for grunnformasjonen ved et første antall rotasjonsmessige posisjoner av loggeverktøyet under fortsatt rotasjon av verktøyet;

(c) et annet sensorarrangement med to mottakere (405, 407) og sendere (401, 411) på loggeverktøyet, hvor det andre sensorarrangementet innbefatter to aksialt orienterte mottakerantenner (405, 407) som har akser på en enkelt side av en langsgående akse for loggeverktøyet, og to aksialt orienterte senderantenner (401, 211) symmetrisk anordnet omkring de to aksialt orienterte mottakerantennene (405, 407), idet det andre sensorarrangementet er innrettet for å frembringe andre målinger responsive til en propagerende elektromagnetisk bølge som en indikasjon på resistivitetsegenskapen til grunnformasjonen, som har en undersøkelsesdybde som er større enn en undersøkelsesdybde for de første målingene ved et annet antall rotasjonsmessige posisjoner;

(d) en prosessor innrettet for:

(B) å frembringe et andre bilde av resistivitetsegenskapen til grunnformasjonen ved den andre undersøkelsesdybden ved å bruke de andre målingene.

2. Anordning ifølge krav 1, hvor det første sensorarrangementet videre omfatter to aksialt orienterte mottakerantenner på én side av loggeverktøyet og to aksialt orienterte senderantenner symmetrisk anordnet omkring de to aksialt orienterte mottakerantennene.

3. Anordning ifølge krav 1, hvor prosessoren videre er innrettet for å frembringe det første bildet og det andre bildet ved ytterligere:

(i) å inndele og midle de første målingene ved å bruke målingene av orienteringen, og

(ii) å inndele og midle de registrerte målingene ved å bruke målingene av orienteringen.

4. Anordning ifølge krav 1, hvor prosessoren videre er innrettet for å sammenligne det første og det andre bildet for å tilveiebringe en indikasjon på minst en av:

(i) borehullsskade, (ii) invasjon og (iii) en radial endring i geologi.

5. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende minst en longitudinalt orientert sliss på utsiden av loggeverktøyet, og hvor minst en av senderantennene og mottakerantennene er anordnet i den minst ene slissen.

6. Anordning ifølge krav 5, videre omfattende en ikkemetallisk skjerm plassert i den minst ene slissen mellom en antenne og et legeme for vektrøret.

7. Anordning ifølge krav 6, hvor den ikke-metalliske skjermen videre omfatter minst en av: (i) en ferritt, (ii) et ferromagnetisk materiale.

8. Anordning ifølge krav 1, hvor loggeverktøyet er en del av en bunnhullsanordning transportert på et borerør, og hvor prosessoren videre er innrettet for å styre en boreretning for bunnhullsanordningen i det minste delvis basert på: (i) de første målingene, og (ii) de andre målingene.

9. Fremgangsmåte for evaluering av en grunnformasjon, karakteriser ved at fremgangsmåten omfatter:

(a) å transportere et loggeverktøy (200) inn i et brønnhull; (b) å bruke et første sensorarrangement med to mottakere (405, 407) og sendere (401, 411) for å frembringe første målinger responsive til en propagerende elektromagnetisk bølge som en indikasjon på en resistivitetsegenskap for grunnformasjonen ved et første antall rotasjonsmessige posisjoner av loggeverktøyet under fortsatt rotasjon av verktøyet;

(c) å bruke et andre sensorarrangement med to mottakere (405, 407) og sendere (401, 411) som innbefatter to aksialt orienterte mottakerantenner med akser på en enkelt side av en langsgående akse for loggeverktøyet (200) og to aksialt orienterte senderantenner (401, 211) symmetrisk anordnet omkring de to aksialt orienterte mottakerantennene (405, 407) for å frembringe andre målinger responsive til en propagerende elektromagnetisk bølge som en indikasjon på resistivitetsegenskapen til grunnformasjonen, som har en undersøkelsesdybde større enn undersøkelsesdybden til de første målingene, ved et andre antall rotasjonsmessige posisjoner;

(f) å registrere det første bildet og det andre bildet på et egnet medium.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, videre omfattende å ta målinger av en orientering for loggeverktøyet under fortsatt rotasjon.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, videre omfattende å frembringe det første bildet og det andre bildet ved ytterligere:

(i) å inndele og midle de første målingene ved å bruke orienteringsmålingene, og

(ii) å inndele og midle de andre målingene ved å bruke orienteringsmålingene.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 9, videre omfattende å sammenligne de første og andre bildene for å tilveiebringe en indikasjon på minst en av: (i) borehullsskade, (ii) invasjon og (iii) en radial endring i geologi.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 9, videre omfattende:

(i) å posisjonere loggeverktøyet på en bunnhullsanordning transportert på et borerør, og

(ii) å styre en boreretning for bunnhullsanordningen basert i det minste delvis på: (I) de første målingene, og (II) de andre målingene.

14. Datamaskinlesbart mediumprodukt som inneholder lagrede instruksjoner som når de leses av en prosessor, får prosessoren til å utføre en fremgangsmåte, hvor fremgangsmåten er karakterisert ved:

å frembringe et første bilde av resistivitetsegenskapen til en grunnformasjon ved en første undersøkelsesdybde ved å bruke første målinger responsive til en propagerende elektromagnetisk bølge, og å frembringe et andre bilde av resistivitetsegenskapen til grunnformasjonen ved en andre undersøkelsesdybde ved å bruke andre målinger responsive til en propagerende elektromagnetisk bølge, hvor de første målingene blir frembrakt ved hjelp av et første sensorarrangement med to mottakere (405, 407) og sendere (401, 411) på et loggeverktøy (200) ved et første antall rotasjonsmessige posisjoner under fortsatt rotasjon av verktøyet; og hvor det andre settet med målinger blir frembrakt ved hjelp av et andre

sensorarrangement med to mottakere (405, 407) og sendere (401, 411) på loggeverktøyet (200), hvor det andre sensorarrangementet innbefatter to aksialt orienterte mottakerantenner (405, 407) med akser på én enkelt side av en langsgående akse for loggeverktøyet, og to aksialt orienterte senderantenner (401, 411) symmetrisk anordnet omkring to aksialt orienterte mottakerantenner.

15. Medium ifølge krav 14, videre omfattende minst ett av (i) et ROM, (ii) et EPROM, (iii) et EAROM, (iv) et flash-lager og (v) en optisk plate.