NO773722L - Fremgangsmaate for logging av jordformasjoner rundt et borehull - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår generelt et system for logging av jord-borehull og særlig et system som anvender hjelpeinnret-ninger for et brønnloggeinstrument som skal føres gjennom borehull hvis retning avviker sterkt fra vertikalretningen.

I løpet av de siste år er det blitt forholdsvis vanlig under leting etter olje, gass eller lignende, å bore brønner hvor et parti av borehullet avviker fra den vanlige vertikale orientering. Vinkelavviket kan strekke seg over en betydelig avstand med vinkler opptil 70°, noen ganger med tilbakevending til vertikalretningen. I enkelte tilfeller kan slike borehull til og med avvike mer enn 90° fra vertikalretningen og faktisk strekke seg "oppover" over en viss strekning.

Det er også kjent teknikk ved boring av slike brønner

å søke å logge formasjonene som omgir slike borehull ved hjelp av loggeinstrumenter som føres inn brønnhullet ved hjelp av en line og/eller kabel for utførelse av forskjellige operasjoner. Slike verktøy er som regel avhengig av tyngdekraften for plas-sering av brønnverktøyene ved ønsket formasjon i brønnhullet.

Det er innlysende at den relativt horisontale vinkel på det avvikende parti av brønnhullet ikke gjør det mulig å

føre de brønnpåvirkede verktøy inn i brønnhullets nedre parti ettersom brønnverktøyets friksjon i det avvikende parti arbei-der mot tyngdekraften. Det har derfor vært nødvendig å tilveiebringe en innretning som kan bevirke at brønnloggeinstru-mentet passerer gjennom brønnhullets avvikende partier. ■

Et annet problem forbundet med slike borehull er ustabilitet ved visse formasjoner som gjennomtrenges av brønn-hullet, hvilket fører til at borehulldiameteren endres, av og til meget skarpt. Kanter eller rygger dannes og loggeinstrumentet henger seg opp i disse.

Selv om man tidligere har gjort forsøk på å pumpe loggeinstrumentene ned gjennom borehullet har det i alminnelig-het medført et problem at instrumentene er tilfestet en line eller fordi det ikke foreligger noen korrelasjon mellom.brønn-loggesignalene og den virkelige dybde i borehullet.

Et ytterligere problem forbundet med forsøk på å bruke såkalte nedpumpingsinstrumenter skriver seg fra den omstendighet at såsnart instrumentet er pumpet ut av borerørets ende utset-tes det igjen for de samme problemer som knytter seg til avvikende borehull, nemlig rygger eller kanter og plutselige endrin-ger i borehullets retning. I forbindelse med dette problem,

■ idet man forsøker å anvende rørformede forlengere utenfor enden av borerøret, kommer kabellinen i veien ved forsøk på å sammen-kople de rørformede seksjoner.

Det er følgelig et hovedformål ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en ny og forbedret fremgangsmåte og anordning for logging av■jord-borehull.

Et annet formål ved foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en ny og forbedret fremgangsmåte og anordning for logging av sterkt avvikende borehull, som gjør det mulig for slike instrumenter ved logging av slike borehull å anvende li-ner forbundet med jordoverflaten.

Disse formål oppnås i første rekke ved hjelp av en. rørformet forleng.eranordning som i sin ene ende er forbundet med et brønnloggeinstrument og innrettet til å nedsenkes gjennom borerøret, samt til kabellinen festede elektriske koplings-organer som kan nedsenkes gjennom rørforlengeren for tyngdemes-sig kontakt mot brønnloggeinstrumentet slik at elektrisk kommu-nikasjon kan opprettholdes mellom instrumentet og jordoverflaten. Brønnioggeinstrumentet og rørforlengeren kan så senkes gjennom borerøret og ut av borerørets nedre ende, hvorved loggeinstrumentet plasseres i stilling ved ønsket nivå i jordformasjonen under nedre ende av borerøret.

Ovennevnte samt andre formål, trekk og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå av følgende nærmere beskri-velse i tilknytning til tegningen, hvor: Fig. 1 er et skjematisk riss som illustrerer boring av

et avvikende borehull fra en fralandsplattform,

Fig. 2 illustrerer skjematisk et kjent brønnloggesystem med- enkelte av de problemer som er forbundet med logging av sterkt avvikende borehull, Fig. 3 er et oppriss, delvis i snitt, som illustrerer anvendelsen av borerør nedsenket i det sterkt avvikende borehull før loggeinstrumentet senkes ned i brønnhullet, Fig. 4 er et skjematisk oppriss, delvis i snitt, av et

parti av systemet ifølge foreliggende oppfinnelse,

Fig. 5 er et tverrsnitt langs linjen 5-5 på fig. 4, Fig. 6 er et oppriss, delvis i snitt, av et sirkulasjons- og elektrokoplingsstykke i henhold til oppfinnelsen, og Fig. 7 er et oppriss av en elektrisk sondeenhet som er

innrettet for inngrep med koplingsstykket vist på fig. 6.

På tegningen, og under spesiell henvisning til fig. 1, er skjematisk vist et konvensjonelt system for boring av et j.ord-borehull med stort vinkelavvik fra sann vertikal retning. Som kjent innen denne teknikk er det vanlig praksis å bore slike skrå brønner fra fralandsplattformer. Et borehull 13 bores fra en boreplattform 10 med et antall ben 11 forankret på sjøbunnen 12. I borehullet 13 befinner seg en rørstreng 14>til hvis nedre ende er festet en borkrone 15. En toppforing 25 holder borehullet 13 intakt slik det er velkjent i teknikken. Et bore-tårn 16 med konvensjonelt heiseverk 17 er montert på plattformen 10. Borestrengen 14 omfatter et antall sammenkoplede rørseksjo-ner som øverst ender i en kelly, 18, fulgt av en svivel 19, en

krok 20 og en løpeblokk 21 som henger i en boreline .22 fra en toppblokk 23. Helseverket 17 driver også et rotasjonsbor 24 som igjen overfører driften til kel.lyen 18. Linens 22 ene ende, nemlig fastlinen 22a, er forbundet med helseverket 17 som inneholder motoren eller motorene for manøvrering av borestrengen. Selv om det ikke er vist er den andre ende av borélinen 22 festet til en forankring på plattformdekket, idet den del av linen som strekker seg til forankringen fra toppblokken generelt be-tegnes som dødtampen. En slik forankringsinnretning vil vanlig-vis innbefatte en oppspolingstrommel og kan også om ønskelig om-fatte en dødtampføler for kontroll av vekten på borkronen, f.eks. som vist i US patent nr. 3 461 978.

Ved drift av systemet ifølge fig. 1 er det helt vanlig ved boring av brønner fra slike fralandsplattformer å bore det innledende parti av brønnen vesentlig langs en vertikal linje fra plattformen og deretter å bøye av i vinkel under den videre utboring av brønnen. Slike brønner vil etter avbøyning ofte få en vinkel på 60 til 70° fra vertikalretningen. Det er ved denne type brønner med stort vinkelavvik at problemet oppstår - i.forbindelse med å skaffe en logg av formasjonene, som omgir brønn-hullet.

På figur 2 er skjematisk illustrert en brønnloggeope-rasjon som utføres i henhold til kjent teknikk, hvor en del av jordoverflaten 12 er vist i vertikalsnitt. En brønn 13 som er boret som illustrert i fig. 1, eller kanskje fra en borerigg på land, strekker seg nedover fra jordoverflaten. Brønnloggesyste-rnets nedføringsinstrument 30 befinner seg nede i brønnen. Ned-føringsinstrumentet 30 kan være av hvilken som helst konvensjonell type, f.eks. innbefattende en neutronkilde og en detektor for radioaktivitetslogging. Likeledes kunne instrumentet 30 være - innrettet til å utføre en induksjonslogg, en elektrisk logg, akustisk logg, eller hvilken som helst annen av de konvensjonelle loggtyper som anvendes i teknikken. Det skal imidlertid forstås at den spesielle type brønnloggeinstrument 30 ikke utgjør.noen

del av foreliggende oppfinnelse.

I brønnen henger instrumentet 30 i en kabel 32 som inneholder de nødvendige ledere for elektrisk forbindelse mellom instrumentet 30 og overflateelektronikken. Kabelen påvik-les eller avvikles fra trommelen 33 ved heving eller senking av. instrumentet 30 i brønnen. Under instrumentets bevegelse gjennom brønnen sendes signalene fra brønnloggeinstrumentet 30 opp gjennom kabelen 32. Via sleperinger og børster 34 på enden av trommelen 33 ledes signalene gjennom linen 35 til overflateelektronikken 36.. En skriver 37 som står i forbindelse med overflateelektronikken 36 drives via overføringen 38 ved.hjelp av måle-spolen 39 over hvilken kabelen 32 trekkes, slik at den til overflateelektronikken 36 koplede skriver 37' beveges i korrelasjon til dybden idet instrumentet 30 beveges gjennom brønnen. Det skal også forstås at slik instrumenter som instrumentet 30 generelt er konstruert for å motstå de trykk og de mekaniske og • termiske påkjenninger som kan påtreffes ved logging i en dyp. brønn.

Som vist på fig.. 2 har instrumentet 30 et antall måle-puter 40 og 41 innrettet for inngrep med.borehullveggene, men som tidligere nevnt utgjør ikke brønnloggeinstrumentet 30 noen del av foreliggende oppfinnelse, og hvilket som helst konvensjonelt brønnloggeinstrument kan benyttes slik det vil bli ytterligere forklart nedenfor.

Ved drift av systemet vist på fig. 2, berører kabelen 32 et kantparti på formasjonen ved punktet 42 og et annet slikt kantparti ved punktet 43, hvilke kantpartier gjør det meget van-. skelig å bevege instrumentet 30 gjennom borehullet bare ved instrumentets egen vekt på grunn av tyngdekraften. Videre, selv om det ikke er vist, kan selve instrumentet 30 lett henge seg opp i kantpartier såsom kantpartiet 4 3 og videre innføring blir omtrent umulig.

Figur 3 viser, delvis i- snitt, en lignende type. rigg som.den som er vist i fig. 1, og kan benyttes både i forbindelse med landfast-rigg og fralandsrigg. Istedenfor på konvensjonell måte å nedføre et konvensjonelt brønnloggeinstrument gjennom borehullet festet til en brønnloggekabel ved hjelp av én eller annen innretning, blir i henhold til foreliggende oppfinnelse instrumentet nedført gjennom borerøret 14. Etter at borerøret og borkronen er fjernet fra borehullet blir således borerøret igjen ført ned i borehullet gjennom en utblåsingsventil 50 til hvilken en konvensjonell .slampumpe 51 er festet for å pumpe boreslam eller annet slikt sirkulasjonsmedium ned gjennom bore-røret 14. Et fangstykke 52 som ér vist i detalj i fig. 4 , er festet til nedre ende av borerøret 14. Borerøret 14 nedføres i

borehullet 13 til en dybde ca. 100 meter over formasjonen som skal logges, idet avstanden over denne formasjon er tilnærmet lik lengden av de forlengerseksjoner som skal nedføres gjennom borerøret slik det blir forklart i det følgende. Dersom f.eks. formasjonen som skal logges er ved en dybde på 1200 meter og man benytter et 100 meter forlengersystem, senkes nedre ende av borerøret 14 til en dybde på 1110.

Fig. 4 viser et konvensjonelt loggeinstrument 60 som kan være av hvilken som helst konvensjonell type som anvendes for å logge formasjonene rundt jord-borehull, men for enkelhets skyld er instrumentet illustrert som inneholdende en neutronkilde 61 og en neutron- eller annen, radioaktivitetsdetektor 62. Istrumentets 60 topparti er ved gjengeforbindelse forbundet med et sirkulasjons- og eiektrokoplingsstykke 63, som har et antall fluidsirkulasjonsåpninger 64, idet koplingsstykket 63 i det føl-gende fremgår best av detaljtegningen i fig. 6. Sirkulasjonskoplingsstykket 6 3 er ved gjengeforbindelse forbundet med nedre endeparti av en rørstreng 65 som kan ha så mange rørskjøter som ønskelig, og tilsammen kanskje utgjøre' en lengde på 1000 m eller mer, og hvis øvre endeparti er utformet som et hode 66 Innrettet for anlegg mot de avskrådde sidevegger 68 i fangstykket 52 illustrert på fig.. 3. En konvensjonell loggekabel 70 er forbundet med brønnloggeinstrumentet 60 slik som beskrevet i det føl-gende it forbindelse med fig. 6 og 7.. Det øvre hodeparti 66 som er festet til øvre seksjon av rørstrengen 65 er forsynt med en ring 71 rundt sin innvendige øvre omkrets. En kabelklemme 72 er fastklemt til kabelen 70 som vist i tverrsnitt på fig. 5.

Et par bruddstifter 73 og 74 er anordnet mellom kabelklemmen 72 og ringen 71 slik at kabelen 70 og kabelklemmen kan fjernes.fra borehullet dersom én eller annen del av systemet setter -seg fast i dette...

Fig. 5 viser et tverrsnitt langs linjen 5-5 på fig. 4.

Det skal forståes at kabelklemmeenheten består av to deler som er boltet sammen ved hjelp av et par bolter 80 og 81 etter at

kabelklemmen er plassert i ønsket stilling, rundt kabelen 70 og bruddstiftene 73' og 74 fastlåst på plass mellom kabelklemmen og ringelementet 71. Loggekabelen 70 er på fig. 5 for enkelhets skyld vist som en enkeltlederkabel men. kan selvsagt utgjøres av enhver annen konvensjonell loggekabel, f.eks. en syvlederkabel.

På fig. 6 er sirkulasjons- og elektrokoplirigsstykket 63 vist mer detaljert. Øvre ende av koplingsstykket 63 har et utvendig gjenget endeparti 84 som er innskrudd i nedre ende 85 av rørstrengen 65 vist på fig. 4. Øvre ende av koplingsstykket 63 har også en traktformet åpning 86 for opptagelse av en sonde

87 beskrevet i det følgende i forbindelse med fig. 7. Nedre

ende av åpningen 86 har mindre diameter for tilpasning til for-men på sonden 87 vist på fig. 7, og har et antall fjærbelastede elektrokontakter 88 som er anordnet med innbyrdes avstand for samvirke med elektrodene 89 vist på sonden 87. I det nedre kammer som inneholder elektrokontaktene 88 er anordnet et antall-elektriske ledere som fører fra elektrokontaktene 88 til en midt-leder 90 som igjen fører til en fordelingsboks 91 anordnet i et midtre kammer 92 i nedre del av koplingsstykket 63. En elektrisk leder 93 fører ut fra for.delingsboksen 91 slik at signaler .til og fra de elektriske forbindelser som dannes ved elektrodene 89<p>g elektrokontaktene 88 kan overføres fra lederen 93 til loggeinstrumentet 60 som er innskrudd i gjengepartiet 94 i nedre ende av koplingsstykket 63..

Koplingsstykket 63 har også et par fluidkanaler 96 og 9 7 som står i fluidkommunikasjon mellom rørstrengen 65 og kammeret

92 som igjen er forbundet med fluidutløpsåpningene 64 vist på

fig. 4. Åpningen 86 kan anvende en ytterligere ventil (ikke vist) slik åt sonden 87 kan føres inn i denne, og kan være

fylt med olje eller fett samt trykkutlignet for å minimali-

sere fluiduttrengning og kabellekkasje. Når sonden 87 står i inngrep med den indre foring i koplingsstykket 6 3 er lederne i loggekabelen forbundet med loggeinstrumentet og slike kontak-ter er spesielt hensiktsmessige ved bruk av en syvlederkabel eller annen f lerleder-loggekabel.'

I forbindelse med fig. 7 skal bemerkes at kabelklemmen 72 er festet til loggekabelen 70 og at en loddstang eller annet slikt vektbelastet instrument 100 er festet til toppen '

av sonden 87 for å sikre tyngdeinngrep mellom sonden 87 og koplingsstykket 63.

Bruken av det ovenfor beskrevne system går i hovedtrek-kene ut på å føre ned et loggeinstrument og flere hundre meter rør som en enhet i enden på en loggekabel gjennom borerøret med åpen ende. Enhetens hodeparti 66 ligger tilstrekkelig nær bore-rørets innvendige diameter til at pumpepresset i borerøret over enheten utvikler et trykk over hodepartiets og instrumentets tverrsnittsareal. Røret virker som en ladestokk til å skyve instrumentet ' ned gjennom brønnhullet. Organer er blitt beskrevet for å hindre at enhetens hodeparti skal pumpes ut.fra bunnen av borerøret. Når røret og instrumentenheten trekkes tilbake inn i borerøret ved'hjelp av loggekabelen utføres og registreres loggmålinger over Intervallet under bunnen av borerøret.

Som et spesielt eksempel på bruk festes først et fång-stykke til bunnen av borerøret. Fangstykket 52 tillater instrumentet samt utstyr å passere opp til en gitt diameter f.eks. 70 millimeter ytterdiameter, men slipper ikke gjennom hodepartiet 66. Etter at borerøret er satt til ønsket dybde, f.eks. 1200

meter,, festés loggeinstrumentet 60 til koplingsstykket 63 og

senkes ned i borerøret. Om ønskelig kan sirkulasjonsåpningene

64 i koplingsstykket på kjent måte være stengt for å hindre fluid å trenge inn. Instrumentet 60 og koplingsstykket 6 3 ned-føres i borerøret på 38 mm diameter rør, f.eks."opptil 300 meter langt avhengig av kabelstyrken. Med disse tall er brønnlogge-' instrumentet fremdeles 900. meter over fangstykket. Kabelstrekk-adapterstykket, som også er betegnet som hodet 66, skrues fast på- toppen av den siste rørseksjon. Hodets 66 ytterdiameter pas ser mot borerørets innvendige diameter og kan ikke passere gjennom fangstykket. Sonden 87 og loddstangen 100 senkes gjennom røret til inngrep med koplingsstykket 63 og danner således elektrisk kontakt. Som tidligere nevnt kan sirkulasjonsåpningene i koplingsstykket 63 åpnes på forskjellige måter, f.eks. ved hjelp av vekten av kabelen og sonden 87 eller ved hjelp av fluid som pumpes ned gjennom røret etter at sonden er plassert i koplingsstykket 63. Når sirkulasjonsåpningene er åpne kan rørets inn-' vendige rom fylles med fluid fra borerørets indre. Etter at sonden 87 er innført i koplingsstykket 63 og' elektrodene har oppnådd god -elektrisk kontakt, festes kabelklemmen 72 fast mot kabelen 70 og.bruddstiftene 73 og 74 låses fast på plass. Disse bruddstifter er slik' valgt at de brytes ved et kabelstrekk tilstrekkelig lavt til å hindre skade på loggekabelen. Dersom bruddstiftene svikter vil klaring i den øvre hodeenhet mulig-gjøre fjerning av kabelklemmeenheteny kabelen og sonden 87. Kabelklemmeenheten har kanaler gjennom hvilke fluid kan beveges inn og ut av rørstrengen. Etter at kabelklemmen og bruddstiftene er fastspent senkes loggeinstrumentet, sirkulasjonskoplingsstykket, røret og den øvre' hodeenhet inn i borerøret ved hjelp av loggekabelen. Pakningselementer innføres rundt kabelen i utblåsingsventilsystemet på borerøret.

Den øvre- hodeenhet 66 er slik valgt at den nøye passer til borerørets innvendige diameter. Derved tvinges det meste av fluidbevegelsen gjennom kanalene i kabélklemmeenheten, inn i røret og gjennom åpningene, i sirkulasjonskoplingsstykket 63. Størrelsen av åpningene 64 er slik konstruert at fluidbevegelse for nedføring samt opptrekklng med normal hastighet av loggeinstrumentet og enheten ved hjelp av tyngdekraften muliggjøres. . Instrumentet og rørenheten senkes typisk ned gjennom borerøret og ut gjennom fangstykket inntil det øvre hodet 66 lander i fangstykket 52.

Dersom instrumentet og enheten ikke faller ved hjelp av tyngdekraften forbindes rigg-slampumpene med innpumpings-stykket 51 på utblåsingsventilsystemet 50 og slam pumpes ned i borerøret. Ettersom den øvre hodeenhet 66 har liten klaring'pumpes slam ned gjennom røret. Innsnevringer gjennom sirkulasjonsåpningene i sirkulasjonskoplingsstykket 63 motvirker fluid-strømning, og det kan utvikles en total - skyvekraft på 250 kg mot loggeinstrumentet ved normale hastigheter på sirkulasjonsfluidet.

Trykket som utvikles over det øvre hodet 66 virker gjennom rørstrengen som. en skyvekraft; på loggeinstrumentet. Trykket som utvikles over sirkulasjonskoplingsstykket 63 virker som en skyvekraft direkte på loggeinstrumentet og minsker trykkreftene i rørstrengen.. Innenfor betingelsene for fri fluidstrømning for å muliggjøre fallbevegelse og tilbaketrekning av instrumentet og enheten ved normal loggehastighet vil optimal systemkonstruk-sjon sikre minimal fluidstrømning forbi det øvre hodet 66, mini-malt innvendig trykkfall over det øvre hodet 66 og maksimalt trykkfall over sirkulasjonsåpningene i sirkulasjonskoplingsstykket 63. For en gitt pumpehastighet vil dette maksimalisere skyvkraften mot loggeinstrumentet og minimalisere bøyemoment på rørstrengen.

Når instrumentet har nådd maksimal dybde, enten ved fallbevegelse eller ved ladestokk-nedpumpingen, he<y>es instrumentet og rørenheten ved hjelp av loggekabelen og loggemålingene registreres over intervallet opp til bunnen av fangstykket på bunnen av borerøret.

Etter at loggingen er utført trekkes instrumentet og rørenheten igjen opp mot ventilsystemet 50. Pakningselementer i ventilsystemet fjernes. Det øvre hodet.66 trekkes av og ka-belklemmeeriheten 72 avstiftes og fjernes fra kabelen. Kabel-strekket frigjør nå koplingssonden. 87 fra sirkulasjonskoplingsstykket 63. Som tidligere antydet kan det være anordnet midler

for å minimalisere forurensning av sirkulasjonskoplingsstykket fra brønnhullfluidet. Deretter fjernes kabelen 70 fra rørstren-gen og rørstrengen og instrumentet trekkes opp. Dermed kan loggeoperasjonen være fullført. Dersom imidlertid ytterligere hull skal logges blir opptil 300 meter borerør trukket opp og den opprinnelige prosess gjentas slik at man får enda en inter-vall-logg.

Under visse borehullforhold kan det væreønskelig å kjøre et øvre hodestykke 66 som kan passere gjennom faststykket. Dersom loggeinstrumentet og rørstrengenheten kan synke videre under tyngdekraftens påvirkning etter at de har forlatt enden av-borerøret kan mer borehull logges under hver "tur" i. brønnen. Under disse forhold bør det være anordnet midler for å styre det øvre hodet 66 tilbake inn i borerørets endeparti.

Selv om det ikke er vist kan om.ønskelig en str.ekk/ trykk-føler være innkoplet mellom loggeinstrumentet og sirkula sjonskoplingsstykket 63. Følersignalet kan overvåkes under ned-pumpingsoperasj onen.'og brukes til å optimalisere pumpeoperas jo-nen og minimalisere skade på utstyr.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for logging av jordformasjonene rundt et borehull, karakterisert ved at den omfatter:. ned-føring av et borerør i borehullet, nedføring av en rørstreng innvendig i borerøret, idet et brønnloggeinstrument er festet til nedre ende av rørstrengen, nedsenking av en vektbelastet sonde som er festet til en brø nnloggekabel gjennom rø rstrengen inntil sonden kommer til elektrisk kontakt med brønnloggein-strumentet, fastklemming av kabelen til et øvre hodeelement som er festet til øvre ende. av rørstrengen, nedsenking av rø rstren- gen og brønnloggeinstrumentet ut av nedre ende av borerøret, og ved at brønnloggeinstrumentet og rørstrengen bringes til å passere gjennom borehullet og logge i det minste et parti av formasjonene som omgir borehullet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at instrumentet og rørstrengen senkes ved hjelp av tyngdekraften.

3.. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at instrumentet og rørstrengen senkes ved nedpumping av fluid i borerøret.