NO812051L - Fremgangsmaate og apparat for undersoekelse av permeabiliteten av grunnformasjoner - Google Patents
Fremgangsmaate og apparat for undersoekelse av permeabiliteten av grunnformasjonerInfo
- Publication number
- NO812051L NO812051L NO812051A NO812051A NO812051L NO 812051 L NO812051 L NO 812051L NO 812051 A NO812051 A NO 812051A NO 812051 A NO812051 A NO 812051A NO 812051 L NO812051 L NO 812051L
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- formation
- borehole
- source
- excitation
- potentials
- Prior art date
Links
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 86
- 230000035699 permeability Effects 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims abstract description 85
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 47
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 18
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 18
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 6
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims 3
- 238000009795 derivation Methods 0.000 claims 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 10
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 2
- 230000005483 Hooke's law Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/18—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging
- G01V3/26—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for well-logging operating with magnetic or electric fields produced or modified either by the surrounding earth formation or by the detecting device
- G01V3/265—Operating with fields produced by spontaneous potentials, e.g. electrochemicals or produced by telluric currents
Landscapes
- Remote Sensing (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
Abstract
En fremgangsmåte og et apparat for undersøkelse av grunnformasjoner omfatter anbringelse av en åpning i et fluidumreservoar i kontakt med overflaten til en grunnformasjon som skal underskes, og injisering av fluidumet ved høyt trykk gjennom åpningen inn i formasjonen ved frekvenser innenfor et område opp til 1 kHz for å frembringe kvasi-statisk strømning i formasjonen. Strmningspotensialene som genereres i formasjonen av denne strømningen, blir detektert ved hjelp av passende elektroder og utgangen fra elektrodene som er representativ for de genererte potensialer, blir så bearbeidet for å bestemme en karakteristisk responstid for disse strømningspotensialene. Ut fra et kjennskap til den karakteristiske responstiden til de detekterte strømningspotensialer, blir det deretter utledet en måling av permeabiliteten i formasjonen.
Description
Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et apparat for undersøkelse av permeabiliteten av grunnformasjoner som gjennomtrenges av et borehull, og mer spesielt en ny og forbedret fremgangsmåte og et apparat for å bestemme de relative eller virkelige permeabiliteter av formasjonene ved å tilveiebringe indikasjoner på en karakteristisk responstid for strøm-ningspotensialer som frembringes av trykkpulser i formasjonen. . I henhold til teknikkens stand har informasjonen vedrørende plasseringen og permeabiliteten av undergrunnsformasjoner noen ganger blitt tilveiebragt ved hjelp av elektriske loggemetoder som i det minste delvis er basert på det elektrokinetiske potensialfenomenet som opptrer hår relativ bevegelse blir frembragt mellom en formasjon og fluidet i formasjonsmaterialets grunnmasse (matriks) . I f.eks. US-patent nr. 2.8l'4.017 er det beskrevet en fremgangsmåte for undersøkelse av permeabilitetene av grunnformasjoner ved å måle faseforskjellen mellom periodiske trykkbølger som passerer gjennom formasjonene, og potensialer som genereres av den oscillerende bevegelse av formasjonsfluidet som frembringes av disse trykkbølgene. Omvendt er det blitt foreslått å bruke en periodisk varierende elektrisk strøm til å generere oscillerende bevegelse av formasjonsfluidet, som igjen genererer periodiske trykkbølger i formasjonen. Det foretas målinger av faseforskyvningen mellom de genererende og genererte .størrelser og det oppnås dermed en direkte indikasjon på den relative permeabiliteten av formasjonen.
I US-patent nr. 3.599.085 blir det foreslått å påføre en formasjon lavfrekvent sonisk energi for å skape store elektrokinetiske pulser, eller strømningspulser, i området i nærheten av den soniske generatoren. I henhold til dette patent genererer strømningspotensialpulsene periodiske bevegelser av formasgonsfluidet som frembringer detekterbare transiente elektrokinetiske potensialer av samme frekvens som den tilførte soniske energi og som ved enhver gitt posisjon har størrelser som er direkte proporsjonale med hastigheten til fluidbevegelsen ved vedkommende posisjon og omvendt proporsjonale med kvadratet på avstanden fra det geometriske stedet til strømningspotensial-pulsene. Siden fluidhastigheten ble funnet å avta fra sin opp-rinnelige verdi medøkende forplantningslengde gjennom formasjonene med en hastighet som delvis var avhengig av permeabili teten til formasjonsbergarten, ble det foreslått at størrelsen av det elektrokinetiske potensialet ved enhver gitt avstand fra strømningspulsen tilveiebragte en-indikasjon på formasjonspermeabiliteten.
Selv om de ovennevnte fremgangsmåter gir nyttige data vedrørende borehullslogging av undergrunnsformasjoner, er det ønskelig å tilveiebringe informasjon om permeabiliteten ved hjelp av andre fremgangsmåter som antas å gi mer nyttige resultater. I henhold til foreliggende oppfinnelse blir kvasi-statisk strømning frembragt i formasjonen ved hjelp av passende trykkpulseksitasjon og en måling av den karakteristiske responstiden av strømningspotensialer som blir generert i formasjonen av slik strømning, blir benyttet til å utlede mer nøyaktig informasjon vedrørende f ormas jonspermeabiliteten.
Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte og et apparat til a bestemme den virkelige eller relative permeabiliteten av undergrunnsformasjoner.
Det foregående og andre formål blir i henhold til et aspekt av foreliggende oppfinnelse oppnådd ved hjelp av en fremgangsmåte som omfatter følgende trinn: anbringelse^av en kilde for periodisk mekanisk eksitasjon i kontakt med overflaten av borehullet i en formasjon som skal undersøkes, aktivering av kilden til periodisk å eksitere formasjonen ved kontaktområdet mellom formasjonen og eksiteringskilden slik at det frembringes en kvasi-statisk fluidstrømningstilstand og tilhørende, periodiske elektrokinetiske potensialer blir frembragt i formasjonene, og samtidig med eksiteringen av formasjonen måles størrelsen av de elektrokinetiske potensialene som er eksitert i formasjonen, og det bestemmes en karakteristisk responstid for de elektrokinetiske potensialene som er eksitert i formasjonen, hvilken responstid avhenger av formasjonens permeabilitet.
Et annet aspekt ved oppfinnelsen vedrører et apparat for undersøkelse av permeabiliteten av grunnformasjoner som gjennomtrenges av et borehull, omfattende en kilde for periodisk mekanisk eksitasjon, en anordning for å anbringe eksiteringskilden i kontakt med borehullsveggen ved en formasjon som skal under-søkes når apparatet er i borehullet, en anordning for å aktivere kilden slik at når kilden er ved en formasjon, kan den periodisk eksiterte formasjonen slik at det tilveiebringes en kvasi-statisk strømningstilstand og tilhørende periodiske elektrokinetiske potensialer blir frembragt i formasjonen, og anordninger i anbringelsesanordningen for å måle elektrokinetiske potensialer.
På de vedføyde tegninger viser:
Figur 1 et skjema over. et passende apparat for måling av permeabiliteten av grunnformasjoner som gjennomtrenges av et borehull i henhold til foreliggende oppfinnelse; Figur 2 et skjema av visse detaljer av sidevegg-putedelen av apparatet på fig. 1, og illustrerer de relative posisjoner,
i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen, mellom fluidreservoarer og elektroder; Figur 3 et skjema av visse detaljer ved putedelen av
apparatet på fig. 1 i henhold til en annen utførelsesform av oppfinnelsen; Figurene 4(a) til 4(c) er henholdsvis grafiske representa-sjoner av typiske strømningspotensialpulser sonr'detekteres av de respektive utførelsesformer av apparatet på figur 2 og 3; og
figur 4(d) fremstiller en idealisert fluidtrykkpuls
generert av apparatet på fig. 1. v
Det henvises nå til fig. 1 som viser et representativt apparat for undersøkelse av permeabiliteten av undergrunnsformasjoner i henhold til foreliggende oppfinnelse, hvor apparatet er vist anbragt i et utforet borehull 10 som gjennomtrenger en undergrunnsformasjon 11 og inneholder'en borehullsvæske 12. Mekanisk og elektrisk styring av borehullsverktøyet 13 kan utføres ved hjelp av en flerlederkabel 14 som strekker seg fra borehullsverktøyet 13 gjennom borehullet til et skivehjul 15 ved overflaten og derfra til en passende trommel- og vinsje-mekanisme 16. Elektriske forbindelser mellom forskjellige ledere i flerlederkabelen og forskjellige elektriske kretser på jordoverflaten blir istandbragt av en passende flerelement slepering- og børste-kontaktanordning 17. På denne måte blir signalene som stammer fra undersøkelsesverktøyet nede i borehullet levert til et kontrollpanel 18 som så leverer signaler til en prosessor 19 og en registreringsanordning 21. En passende signalgenerator (ikke vist) leverer strøm til borehullsverktøyet og til signalbehandlingskretsene som er en del av prosessoren 19 på overflaten.
Signaler fra innretningen nede i borehullet kan registreres grafisk av en plotter 22 pg anvises på et katodestrålerør 23.
I tillegg kan signalene behandles for å oppnå diskrete punkt-prøver som så kan registreres på digitalt bånd. En passende digital båndskriver er beskrevet i US-patent nr. 3.648.278. Signalene kan punktprøves (samples) ved hjelp av samplings-innretninger, slik som beskrevet i ovennevnte patent, drevet av kabelbevegelsen som målt på overflaten. For eksempel kan et målehjul som måler kabellengden, brukes til å styre signal-behandlings- samplings- og registreringsfunksjonene som indikert ved signallinjen 25. Derfor kan hver sampling av et målt signal svare til et dybdeinkrement og forskyvninger som bestemmes mellom slike samplingssignaler, ville indikere dybdeforskyvninger.
Målesignalene eller -samplingene kan derfor også overføres direkte til en datamaskin som er plassert ved borehullet. Alternativt kan signalene overføres via et overføringssystem til en datamaskin på et fjerntliggende sted. Et overførings-system som kan brukes, er beskrevet i US-patent -nr. 3 .-599. 156.
De registrerte eller overførte signalene kan behandles som digitale målinger av en universaldatamaskin som er programmert for å utføre de her beskrevne prosesser eller ved hjelp av en spesialdatamaskin sammensatt av moduler anordnet for å utføre de beskrevne trinn for å utføre, den samme prosessen. Signalene kan også behandles direkte på borestedet ved å bruke en konven-sjonell digital regneanordning som utgjør en del av prosessoren 19 når den er passende programmert og tilpasset ved hjelp av signalomformingsanordninger (ikke vist). En slik beregnings-anordning er Model PDP-11/4 5 fra Digital Equipment Corporation. Leverandører av slikt utstyr kan også levere signaltilpasnings-kretser og signalomformingsanordninger for tilpassing og om-forming av analoge signaler til digitale samplinger for etter-følgende digital lagring og behandling. Slike beregnings-anordninger omfatter videre vanligvis et lager for lagring av data og informasjon slik som' parametre, koeffisienter og styre-signaler som brukes og genereres av behandlingstrinnene.
Borehullsverktøyet 13 omfatter et langstrakt hus 26 med
en puteanordning 27 for anlegg mot overflaten av formasjonen 11, og anorninger, f.eks. den diametralt anordnede buefjæren 28 som er i kontakt med borehullsveggen, for fjærende å presse
huset 22 og puteanordningen 27 mot den motstående borehullsveggen for å holde puteanordningen 27 i fast kontakt med overflaten av formasjonen.
Puteanordningen 27 har fortrinnsvis en form som hovedsake-lig passer til konturen av borehullsveggen og er opplagret på huset 22 ved hjelp av utstrekkbare organer slik at den kan beveges mellom en ytre stilling i kontakt med veggen og en indre tilbaketrukket stilling. I den illustrerende utførelses-formen som er vist blir loggeanordningen holdt i den inntrukne stilling under bevegelse av verktøyet 13 i borehullet og blir bragt til å bevege seg ut fra huset i kontakt med en formasjon som skal testes, f.eks. ved aktivering av et hydraulisk system fra jordoverflaten.
Det vises nå til figurene 2 og 3 hvor puteanordningen 27 omfatter en trykkfrembringende anordning 29 som omfatter fluidreservoarer med begrensede åpninger. Når puteanordningen 27 som bare delvis er vist, er i kontakt med veggeh, blir åpningene bragt i kontakt med de tilstøtende overflater av formasjonen. Anordningen 29 kan energiseres ved hjelp av en passende kilde for elektrisk energi (ikke vist) som kan styres fra overflaten. Elektrokinetiske potensialer som resulterer fra fl.uidstrømningen som skapes i formasjonen av de påtrykte trykkpulsene,■blir.detektert av et system av elektroder som er montert på puteanordningen 27 og er koblet gjennom passende ledere i kabelen 14 til over-flateapparatet.
Under bruk blir borehullsverktøyet 13 anbragt overfor en formasjon som skal undersøkes, puteanordningen 27 blir strukket ut til kontakt' med formasjonsoverflaten og den trykkfrembringende anordningen 29 blir aktivert for å eksitere formasjonen med trykkpulser hvis frekvens er lav og typisk innenfor et område på opp til 1 kl-Iz. Deretter, og mens formasjonen blir eksitert, blir størrelsene av de resulterende elektrokinetiske potensialer detektert av elektrodene slik at pålitelige indikasjoner på de mange potensialene blir frembragt. Målingene kan foretas konti-nuerlig over en 4 til 5 perioders eksitasjonssyklus og så kan gjennomsnittet beregnes om ønskelig.
Det vises spesielt til fig. 2 hvor den trykkpulsfrem-bringende anordning 29 ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen omfatter to fluidreservoarer 30 og 32 med respektive adskilte åpninger 34, 36 som kommuniserer med omgivelsene utenfor puteanordningen 27. Åpningene er anordnet i flukt med borehullsveggen, d.v.s. formasjonen, når loggeanordningen er i vegg-kontaktstillingen som beskrevet ovenfor. Reservoarene 30 og 32 omfatter belganordninger, henholdsvis 38 og 40 for å bevirke
utsprøytning av et fluidum som befinner seg i reservoarene, gjennom de respektive åpninger 34 og 36. I denne utførelses-form er belgene vist. drevet av en enkel felles motor 42 som ved tilførsel av passende drivstrøm til motoren,'driver belgene 38 og 40 motsatt hverandre og frembringer et differensial-
trykk med alternerende polaritet i den tilstøtende formasjonen. Ringelektroder 44 og 46 er anordnet omkring de respektive åpninger 34 og 36. Disse elektroder er isolert fra.hverandre og er hver koblet til en operasjonsforsterker 48 Kvis utgang Es er størrelsen av strømningspotensialforskjellen mellom elektrodene.
Selv om vann er et utmerket eksempel på et fluidum som kan benyttes i reservoarene, kan andre fluider, sli-k som vannholdige borehullsfluider, også benyttes. Volumet av reservoarene i
forhold til den mengde av fluidum som er nødvendig for å bevirke frembringelse av trykkpulsene, er stort nok til at sys-temet kan drives en betydelig tid før fluidene er uttømt eller forurenset i en grad som nødvendiggjør fornyelse av reservoarene. Hvis borehullsfluidene ikke egner seg, kan i alle fall ytterligere forsyninger av fluidum lagres i verktøyet for å bevirke automatisk etterfylling av de respektive reservoarer.
For bedre å forstå virkemåten av apparatet på fig. 2, blir noen av .de teoretiske betraktninger som ligger til grunn, diskutert nedenfor.
De elektrokinetisk variable, strømningspotensial (Es) og differensialtrykk (AP), er enkelt forbundet ved
forutsatt at: (a) strømningen er laminær, (b) alle poreradiene (de kapillære) er meget mindre enn den elektro-kjemiske doble lagtykkelsen, og (c) overflatekonduktansen ikke dominerer over konduktansen til det samlede fluidum. Her er c dielektrisi-tetskonstanten, a er konduktiviteten, y er viskositeten til
fluidumet, og £ er det zeta-potensial som karakteriserer faststoff/væske-overflaten. Ligning (1) er blitt utledet i litteraturen for porøse plugger og har vært vist å være en direkte konsekvens av Onsagers prinsipp for irreverserbare fenomener. For bakgrunnsinformasjon kan vises til følgende referanser: H.R. Kruyt, Colloid Science I, Elsevier Publishing, 1952; P. Sennett, J.P. Olivier, Colloidal Dispensions, Electrokinetic Effeets, and the Concept of the Zeta Potential, Chemistry and Physics of Interfaces (D.E. Gushee-, Editor),. American.Chemical Society Publications, 1965; og P. Mazur, J.Th.G. Overbeck, Ree.trav.chim. 70, 1951. Således kan det fastslås at den midlertidige oppførsel til strømningspotensi-alet følger dif f ere.nsialtrykket.
Betrakt en sfærisk fluidinnsprøytningskilde med radius "a" innbakt i et uendelig homogent porøst medium. Hvis fluidum blir injisert i mediet fra et fleksibelt reservoar med tverr-snitt A, lengde l og med elastisitetsmodul Y,'så er volum-•strømningshastigheten overalt: hastigheten er
Darcy's lov krever:
hvor k er mediets permeabilitet, og grense-betingelsen på trykket p er når PQ(t) er en påtrykket kraft på reservoaret. Løsningen på dette ligningssettet er, i en avstand R fra injeksjonsåpningen, hvor den karakteristiske responstiden avhenger enkelt av strømningspermeabiliteten:
Fordi A, l, a og y er kjente konstanter for reservoaret og viskositeten til vann er kjent, kan permeabiliteten beregnes direkte fra T, , som forklart nedenfor,
belger
Avvik fra sfærisk geometri påvirker dette resultatet bare gjennom en geometrisk faktor. Det enkle forhold mellom responstid og permeabilitet er uendret.
Det vises igjen til fig. 2 hvor målingene ved en bore-hullsdybde betraktes, da utgangspotensialet Es er differansen i størrelse mellom strømningspotensialene som er målt ved ring- • elektroden 46 og størrelsen av strømningspotensialene målt ved ringelektroden 44. Es'blir så bestemt for å oppnå indikasjoner på hastigheten av fallet i fluidumtrykk i formasjonen.<T>belger kan utledes fra helningen av den bakre flanken av denne hastigheten ved lineær regresjon. Når Tj-)elgerer utledet 'kan ligning (8) anvendes for å tilveiebringe en måling av formasjonspermeabiliteten.
Det vises nå til fig. 3 hvor en annen utførelsesform av puteanordningen 27 i apparatet i henhold til oppfinnelsen er vist. Denne utførelse omfatter et enkelt fluidumreservoar 48 og belganordninger for utsendelse av det fluidum som er i reservoaret på en måte som påvirker frembringelsen,, av kvasi-statisk strømning i formasjonene ved åpningen 52 når puten-er i en stilling, i kontakt med borehullsveggen som før beskrevet. En ringelektrode 54 omgir åpningen 52 og ytterligere elektroder-som ligger i avstand fra hverandre, 56, 57, 58 og 59, er anordnet på puteanordningen 27. Alle elektrodene er elektrisk isolert fra hverandre og kan være anordnet langs puteanordningen 27 på en og samme linje. Par av elektroder er koblet til respektive operasjonsforsterkere for å. utlede målinger av differensialpotensialet..
For å oppnå det formålet er elektroden 56 koblet til operasjonsforsterkere 60 og 61 som henholdsvis mottar utgangene fra elektrodene 58 og 54, og elektroden 57 er koblet til operasjonsforsterkere 62 og 63 som henholdsvis mottar utgangen fra elektrodene 59 og 54. Et annet par med operasjonsforsterkere 64 og 66 mottar henholdsvis utgangene fra operasjonsforsterkerne 60 og 62 og utgangene fra operasjonsforsterkerne 61 og 63. For
enkelhets skyld er utgangen fra operasjonsforsterker 64 betegnet V23 og er illustrert på fig. 4(c), og utgangen fra
operasjonsforsterker 66 er betegnet V13 og er illustrert på fig. 4(b).
Apparatet på fig. 3 oppviser visse fordeler i forhold til det som er illustrert på fig. 2. I tillegg til den forenklede
trykkpulsgenererende anordning, innser man hovedfordelene når antagelsen av formen på trykkpulsen, som er idealisert på
fig. 4 (d) , blir erstattet med en virkelig måling av den bølge-formen som oppnås ved å ta differensialpotensial-målinger mellom elektrodene 56, 54 og 57 for å oppnå målingen V13 som er illustrert på fig. 4(b). Differensialpotensial-målinger mellom elektrodene 56, 58, 57 og 59, som beskrevet ovenfor, gir målingen V23 vist på fig. 4(c), som er representativ for strøm-ningspotensialene som genereres i formasjonene nær det stedet hvor trykkpulsene blir påtrykket både for en kort stigetid<T>fluid °<9>^en ^ anc3e fall- eller sveknings-tiden Tk'eiger som forklart nærmere nedenfor.
Det essensielle trekk ved den teknikk som er diskutert under henvisning til utførelsesformen på fig. 2y er likevel gyldig for utførelsesformen på fig^3, derfor gjelder fortsatt konklusjonen om at strømningspermeabiliteten.og den karakteristiske responstiden for strømningsforbindelsene er enkelt relatert. Det vil nedenfor bli illustrert at både for den korte stigetiden Tf]_uicj°9den lange falltiden Tj-)eiger gjelder følgende forhold:
• For bedre å forstå virkemåten av utførelsesformen på fig. 3, blir noen av de teoretiske betraktninger som er grunnlaget-for dens virkemåte, diskutert nedenfor, hvor det er illustrert at en permeabilitetsmåling kan utledes fra den karakteristiske responstiden til strømningspotensialer for den korte stigetiden<T>fluid'
De grunnleggende relasjoner for en vannmettet jordgrunn kan utledes ved å generalisere Hooke<1>s lov og inkludere virk-ningen av poretrykk på bare faststoffets hovedpåkjenninger.
De følgende ligninger ble utledet for faststoffmassen av M.A. Biot. Det kan vises til en artikkel publisert i The Journal of Applied Physics, vol-. 12, s. 155-164 (1941) og skrevet av Biot. For ukompromerbart fluidum er det grunnleggende forhold:
hvor
G = skjærmodul
E = elastisitetsmodul
v = Pdissons tall
p = poretrykk
H = Biots eksperimentelle konstant ved måling av masse-utvidelse .ved en forandring i poretrykk.
aij = væsketrykk-tensor (total stress tensor)
e^j= faststoffdeformasjons-tensor (solid strain tensor) og alle materialparametere representerer massen ved uttørret (drenert) tilstand (konstant poretrykk); og
K =Bulk modul for faststoff rammen = fyfr^jy (H)
hvor Einstiens konvensjon for gjentatte indekser viser at summasjon er blitt antatt. Således er<a>kk det hydrostatiske trykket: (°kk = all<+>°22 + °33]•
For fluidet er den grunnleggende ligning:
hvor R er en annen eksperimentell konstant og <J> er porøsiteten. Geertsma og Smit, Geophysics, vol. XXVI, nr. Z AP12, 1961, gjør identifikasjonen: hvor Kg er faststoffkornenes Bulk modul. De grunnleggende relasjoner blir da:
Den lineariserte forandring i fluidmassen innenfor et volumelement av massen er:
hvor (I)&/P0 er de upåvirkede referanseverdier av henholdsvis porøsitet og fluidumdensitet. Tilstandsligningen for fluidumet. er:
hvor er fluidumets Bulk modul.
Massekonservering innenfor et enhetsvolumelement krever:
Porefluidumdiffus jon i et homogent medium blir bestemt av Darcy-ligningen: Endelig er ligningen for konservering av bevegelsesmengde, for null legemskrefter
Ved å kombinere disse ligninger oppnår man for tilfellene med tids-uavhengige grensebetingelser (innbefattet Heaviside-funksjoner) eller uendelig romutstrekning (d.v.s. endimensjonal strømning), en homogen diffusjonsligning i poretrykk alene: og Ke££= effektiv modul
hvis løsninger er vel dekket i litteraturen. Det kan vises til en publikasjon fra Claredon Press i 1959 av H.S. Carslaw og J.C. Jaeger med tittel "Conduction of Heat in Solids" ved-rørende slike løsninger. Fluidum-module.n og viskositeten er kjente konstanter, og det er også modulene til bergarts-kornene Kg. Porøsiteten og modulene Kfog G kan frembringes
ved hjelp av akustiske logger og kan med.meget god tilnærmelse oppnås fra den akustiske kompresjonshastigheten alene.
Man kan så ønske.å betrakte relevante tilfeller hvor heaviside-trykk^kilden ved z = 0, null trykk ved z = l, og null utgangstrykk overalt.
Den partielle differensial-ligningen (19) blir redusert
til en vanlig dif f erensial-ligning via Laplace-transf ormas.j on:
Den generelle løsning er:
Innsetting av grensebetingelser: gir
Transformasjonen er:
Poretrykket reduseres raskt til dominerende eksponensiell oppførsel med en karakteristisk tid:
hvor CD - k ut.fra den tidligere diskusjon. Fra den ovenfor skisserte analyse ble det funnet at for tilfellet med null legemskrefter, tids-uavhengige grensebetingelser, og ukoblet strømning og deformasjon blir kvasi-statisk strømning styrt av en homogen diffusjonsligning i poretrykket alene.. Ved løsning med hensyn på et tilfelle som medfører plutselig påtrykning av poretrykk, ble det oppdaget at en karakteristisk tid for trykk-diffusjon. og strømningspotensial avhenger av strømnings-
permeabilitet.
Det er blitt oppdaget at ved å bruke:
for en rekke naturlige bergarter oppnås det god overensstemmelse mellom målt permeabilitet, oppnådd ved å bruke teknikken i henhold til foreliggende oppfinnelse, og de kjente permeabilitetene til prøvene.
På en tidsskala som er lang sammenlignet med ^ oppviser strømningspotensialet en enkel eksponensiell dempningkarakterisert vedsvekningstiden Tj-,elger' li*?11 i" 9 (8), noe som er et resultat av,konkurransen mellom belgkompresjon og Darcy-strømningens trekk-krefter. ;Ved en teknikk for å utføre målingen blir de^to strømnings-potensialene V13<p>g V23 digitalisert og lagret. *Tf]_uj_cj ^an utledes ved å bruke V13 som inngangsbølgeform, V23 som utgang, og parametrisk tilpasning av en pulsrespons av formen:
utsatt for et kriterium for minimal feil ved minste kvadraters metode.<T>belger ^an f^nnes ve<^ lineær regresjonDet ér blitt observert at anslaget over permeabilitet oppnådd ved hver av disse målingene innenfor 10% stemmer med den verdien som blir oppnådd ved en statisk strømningsmåling.
Ved fravær av informasjon vedrørende grunnmassens kompre-sjonsegenskaper kan det være tilfredsstillende, ved en analyse av den karakteristiske responstiden for de tidlige deler Tjj^j^ av de respektive frembragte transiente strømningspotensialer,
å utlede en nedre grenseverdi for formasjonspermeabiliteten.
En øvre grenseverdi kan så utledes fra en analyse av senere deler T^g^gg^. av den karakteristiske responstiden til de frembragte transiente strømningspotensialer.
Man vil selvsagt forstå at ethvert ønsket antall av ytre elektroder kan tilveiebringes ved adskilte mellomrom langs overflaten av loggeinnretningen 27 og at de derved frembragte data hensiktsmessig kan anvendes til å utlede mer nøyaktig informasjon om de elektrokinetiske potensialer ved forskjellige, tettere mellomrom av formasjonene.
Tilstedeværelsen av slamkake på borehullsveggene, som er typisk for rotasjonsborede brønner, har ikke noen betydelig innflytelse på de resultater som oppnås ved hjelp av den foreliggende oppfinnelse, siden trykkpulsene likevel virker til å trykke sammen formasjonsoverflaten og derved forårsake frembringelse av de elektrokinetiske potensialer i formasjonen. Videre kan slamkaken gjennomtrenges for å frembringe direkte fluiduminjeksjon i formasjonen. Dessuten er slamkakene meget mindre permeable enn grunnformasjonene som er av kommersiell interesse, og derfor er transientresponsen tilknyttet bevegelsen av slamfiltratet. gjennom kaken meget liten sammenlignet med transientresponsen tilknyttet den formasjon som undersøkes-. Følgelig skyldes hovedkomponentene av de målte strømnings-potensial-pulsene bevegelsen av formasjonsfluidum gjennom formasjonsmaterialet.
Fagfolk på området vil forstå at den ovenfor beskrevne utførelsesform av oppfinnelsen bare er ment som et eksempel,
og at det kan foretas modifikasjoner og variasjoner,uten å avvike fra oppfinnelsens ramme og ide. For eksempel kan det anvendes andre anordninger til å påføre formasjonsoverflaten sonisk energi, slik som f.eks. et elektro-akustisk transduser-apparat av den type som er beskrevet i US-patent nr. 3.138.219.
Claims (12)
1. Fremgangsmåte for undersøkelse av permeabiliteten av grunnformasjoner som gjennomtrenges av et borehull, karakterisert ved :
anbringelse av en kilde for periodisk mekanisk eksitasjon i kontakt med overflaten av borehullet i en formasjon som skal undersøkes,
aktivering av kilden til periodisk å eksitere formasjonen ved kontaktområdet mellom formasjonen og eksiteringskilden for å frembringe en kvasi-statisk fluidstrømningstilstand og til-hørende periodiske elektrokinetiske potensialer i formasjonene,
måling av størrelsen av de eksiterte elektrokinetiske potensialer i formasjonen samtidig med eksiteringen av formasjonen, og .
bestemmelse av en karakteristisk responstid for- de elektrokinetiske,potensialer som er eksitert i formasjonen, hvilken responstid står i forbindelse med formasjonens permeabilitet.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved:
sekvensiell eksitering av formasjonen ved to separate steder,
måling av størrelsen av de elektrokinetiske potensialer ved de nevnte steder, og
utledning av en differensiell måling av størrelsen av de elektrokinetiske potensialer ved hvert av stedene.
3.. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at de frekvenser formasjonene blir eksitert ved, ligger i området opp til 1 kHz.
4. Fremgangsmåte ifølge noen av kravene 1 til 3,
ka -r akte 'r i- sert ved at nevnte mekaniske eksita-sjonskilde er en mekanisk transduser som bevirker injeksjon av et fluidum i formasjonen.
5. Apparat for undersøkelse av permeabiliteten til grunn-formas joner som gjennomtrenges' av et borehull, karakterisert ved :
en kilde for periodisk mekanisk eksitasjon,
anordninger for å anbringe eksitasjonskilden i kontakt med borehullsveggen ut for en formasjon som skal undersøkes når apparatet er i et borehull,
anordninger for å aktivere kilden slik at når kilden er utenfor en formasjon, eksiterer den formasjonen periodisk for å tilveiebringe en kvasi-statisk strømningstilstand og til-hørende periodiske elektrokinetiske potensialer i formasjonen, og
anordninger i anbringelsesanordningen for å måle elektrokinetiske potensialer.
6. Apparat ifølge krav 5, karakterisert ved anordninger for å bestemme en karakteristisk responstid fra utgangen av måleanordningene.
7. Apparat ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved' at kilden for periodisk mekanisk eksitasjon omfatter en fluiduminjektor.
8. Apparat ifølge noen av kravene 5 til 7, karakterisert ved at aktiveringsanordningene er anordnet for å bevirke aktivering av eksitasjonsanordningen'innenfor et frekvensområde opp til 1 kHz.
9. Apparat ifølge noen av kravene 5 til 8, karakterisert ved et sondeorgan som er dimensjonert for å føres gjennom et borehull, .ved at anbringelsesanordningene omfatter en puteanordning båret av sondeorganet, ved anordninger på sondeorganet for å bringe puteanordningen i kontakt med den omgivende borehullsove.rflate når sondeorganet er i et borehull, og ved at anordningene for å måle elektrokinetiske potensialer er anordnet i puteanordningen.
10. Apparat ifølge noen av kravene 5 til 9, karakterisert ved at den periodiske mekaniske eksitasjon omfatter en fluiduminjektor.
11. Apparat ifølge noen av kravene 5 til 10, karakterisert ved at anordningene er tilpasset for å bevirke aktivering av eksitasjonsanordningen innenfor et frekvensområde opp til 1 kHz.
12.. Apparat ifølge noen av kravene 5 til 11, karakteri sert ved at måleanordningene for de elektrokinetiske potensialer omfatter en flerhet av elektroder anordnet i avstand fra hverandre omkring kilden.-
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US16599780A | 1980-07-07 | 1980-07-07 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO812051L true NO812051L (no) | 1982-01-08 |
Family
ID=22601357
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO812051A NO812051L (no) | 1980-07-07 | 1981-06-17 | Fremgangsmaate og apparat for undersoekelse av permeabiliteten av grunnformasjoner |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0043768B1 (no) |
BR (1) | BR8104029A (no) |
CA (1) | CA1178658A (no) |
DE (1) | DE3171198D1 (no) |
EG (1) | EG15214A (no) |
IE (1) | IE51407B1 (no) |
NO (1) | NO812051L (no) |
PH (1) | PH19078A (no) |
Families Citing this family (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4852069A (en) * | 1986-12-31 | 1989-07-25 | Shell Oil Company | Thin bed evaluation device |
US5008625A (en) * | 1989-11-01 | 1991-04-16 | Schlumberger Technology Corporation | Method and apparatus for logging and displaying a two dimensional image of spontaneous potential |
US5417104A (en) * | 1993-05-28 | 1995-05-23 | Gas Research Institute | Determination of permeability of porous media by streaming potential and electro-osmotic coefficients |
FR2716536B1 (fr) * | 1994-02-22 | 1996-04-26 | Geophysique Cie Gle | Procédé et dispositif pour mesurer la perméabilité d'un milieu rocheux . |
US5731598A (en) * | 1995-06-23 | 1998-03-24 | Matsushita Electric Industrial Co. Ltd. | Single electron tunnel device and method for fabricating the same |
GB9906096D0 (en) | 1999-03-18 | 1999-05-12 | Groundflow Ltd | Method for downhole logging |
GB9906093D0 (en) | 1999-03-18 | 1999-05-12 | Groundflow Ltd | Method for electrokinetic downhole logging |
RU2324813C2 (ru) | 2003-07-25 | 2008-05-20 | Институт проблем механики Российской Академии наук | Способ и устройство для определения формы трещин в горных породах |
US7466136B2 (en) * | 2004-06-18 | 2008-12-16 | Schlumberger Technology Corporation | While-drilling methodology for determining earth formation characteristics and other useful information based upon streaming potential measurements |
US7301345B2 (en) | 2004-06-18 | 2007-11-27 | Schlumberger Technology Corporation | While-drilling methodology for estimating formation pressure based upon streaming potential measurements |
US7388380B2 (en) | 2004-06-18 | 2008-06-17 | Schlumberger Technology | While-drilling apparatus for measuring streaming potentials and determining earth formation characteristics and other useful information |
US7243718B2 (en) | 2004-06-18 | 2007-07-17 | Schlumberger Technology Corporation | Methods for locating formation fractures and monitoring well completion using streaming potential transients information |
US7520324B2 (en) * | 2004-06-18 | 2009-04-21 | Schlumberger Technology Corporation | Completion apparatus for measuring streaming potentials and determining earth formation characteristics |
US6978672B1 (en) * | 2004-06-18 | 2005-12-27 | Schlumberger Technology Corporation | Wireline apparatus for measuring steaming potentials and determining earth formation characteristics |
US7233150B2 (en) | 2004-06-18 | 2007-06-19 | Schlumberger Technology Corporation | While-drilling apparatus for measuring streaming potentials and determining earth formation characteristics |
US7586310B2 (en) | 2004-06-18 | 2009-09-08 | Schlumberger Technology Corporation | While-drilling apparatus for measuring streaming potentials and determining earth formation characteristics and other useful information |
US8302687B2 (en) | 2004-06-18 | 2012-11-06 | Schlumberger Technology Corporation | Apparatus for measuring streaming potentials and determining earth formation characteristics |
GB2422433B (en) | 2004-12-21 | 2008-03-19 | Sondex Wireline Ltd | Method and apparatus for determining the permeability of earth formations |
WO2012089815A1 (en) | 2010-12-30 | 2012-07-05 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | Method and system for controlling water flux through an underground formation |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2433746A (en) * | 1942-06-13 | 1947-12-30 | Schlumberger Well Surv Corp | Method and apparatus for investigating earth formations traversed by boreholes |
US2475354A (en) * | 1942-06-13 | 1949-07-05 | Schlumberger Well Surv Corp | Well logging equipment |
US2814017A (en) * | 1953-05-26 | 1957-11-19 | Schlumberger Well Surv Corp | Methods for logging the formations traversed by a borehole |
US2974273A (en) * | 1957-01-28 | 1961-03-07 | Shell Oil Co | Method and apparatus for investigating earth formations |
US3599085A (en) * | 1969-06-12 | 1971-08-10 | Schlumberger Technology Corp | Apparatus for well logging measuring and comparing potentials caused by sonic excitation |
US4043192A (en) * | 1976-06-08 | 1977-08-23 | The United States Of America As Represented By The United States Energy Research And Development Administration | Apparatus for providing directional permeability measurements in subterranean earth formations |
-
1981
- 1981-06-17 NO NO812051A patent/NO812051L/no unknown
- 1981-06-25 BR BR8104029A patent/BR8104029A/pt unknown
- 1981-07-02 EP EP81401063A patent/EP0043768B1/en not_active Expired
- 1981-07-02 DE DE8181401063T patent/DE3171198D1/de not_active Expired
- 1981-07-06 IE IE1510/81A patent/IE51407B1/en unknown
- 1981-07-06 CA CA000381128A patent/CA1178658A/en not_active Expired
- 1981-07-07 EG EG384/81A patent/EG15214A/xx active
- 1981-07-07 PH PH25868A patent/PH19078A/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
IE811510L (en) | 1982-01-07 |
EP0043768A1 (en) | 1982-01-13 |
DE3171198D1 (en) | 1985-08-08 |
IE51407B1 (en) | 1986-12-24 |
BR8104029A (pt) | 1982-03-16 |
EG15214A (en) | 1986-09-30 |
CA1178658A (en) | 1984-11-27 |
EP0043768B1 (en) | 1985-07-03 |
PH19078A (en) | 1985-12-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO812051L (no) | Fremgangsmaate og apparat for undersoekelse av permeabiliteten av grunnformasjoner | |
Paillet et al. | Acoustic modes of propagation in the borehole and their relationship to rock properties | |
US4427944A (en) | System for permeability logging by measuring streaming potentials | |
US4742459A (en) | Method and apparatus for determining hydraulic properties of formations surrounding a borehole | |
US6225806B1 (en) | Electroseismic technique for measuring the properties of rocks surrounding a borehole | |
US5247830A (en) | Method for determining hydraulic properties of formations surrounding a borehole | |
US3599085A (en) | Apparatus for well logging measuring and comparing potentials caused by sonic excitation | |
JPH07280947A (ja) | 岩盤構造の浸透性を評価および/または測定するための方法および装置 | |
WO2013074593A1 (en) | Borehole imaging and formation evaluation while drilling | |
WO2005096023A1 (en) | Characterizing properties of a geological formation by coupled acoustic and electromagnetic measurements | |
GB2326717A (en) | Well logging instruments | |
EP3408497B1 (en) | Non-linear acoustic formation evaluation | |
JP2000035483A (ja) | 堆積物中の透水係数及び地下流体を含んだ地盤構造の画像化方法、及び、媒質の物理特性の測定方法 | |
WO2010114811A2 (en) | Method and apparatus for estimating formation permeability and electroacoustic constant of an electrolyte-saturated multi-layered rock taking into account osmosis | |
US11726225B2 (en) | Detection and evaluation of ultrasonic subsurface backscatter | |
Alramahi et al. | A suction-control apparatus for the measurement of P and S-wave velocity in soils | |
US20040251021A1 (en) | Apparatus and methods for canceling the effects of fluid storage in downhole tools | |
Holt et al. | Petrophysical laboratory measurements for basin and reservoir evaluation | |
US6998845B2 (en) | Process and device for assessing the permeability of a rock medium | |
CN101498644B (zh) | 从动电和电渗测量润湿性 | |
Coe et al. | Cone penetration test–based ultrasonic probe for P-wave reflection imaging of embedded objects | |
CN111734403A (zh) | 一种单边透射法原位孔内测量地层声波参数的探头及方法 | |
JP2742798B2 (ja) | 液状化判定方法及び判定装置 | |
US11366049B2 (en) | Estimation of objective driven porous material mechanical properties | |
Anderson et al. | Instrumenting RUM for in situ subsea soil surveys |