NO851152L - Antennesystem for maaling av formasjonsparametere. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår måling av formasjonsparametre

i løpet av boring i et borehull og nærmere bestemt måling av formasjonsfall ved anvendelse av en slissantenne.

Det er av mange grunner ønskelig å sende elektriske signaler gjennom jorden som er et 'forplantningsmedium og motta signalene ved et sted anbragt i avstand fra senderen.

Et slikt signalforplantningssystem er f.eks. anvendt for

å bestemme tidligere parametre forbundet med utbredelses-mediumet og for kommunikasjonsformål. Disse systemene ofte anvendt ved undersøkelse av omgivelsene som omgir et borehull og nærmere bestemt den omgivende jordformasjonen. Forskjellige typer borehullsloggesystemer er tilgjengelig

for å utføre disse undersøkelsene. En gruppe av disse systemene anvender elektromagnetiske felteffekter for å tilveiebringe data fra omgivelsen som omgir borehullet.

En type elektromagnetisk logging er elektrodelogging som anvender et elektrisk felt ved den omgivende formasjonen

for å frembringe og måle ledeevnen til formasjonen. Et ledende slam er nødvendig for riktig bruk av dette systemet, som således gjør systemet inoperativ med oljebaseslam. Induktiv logging er en annen type elektromagnetisk logging

som anvender et magnetisk felt i formasjonen for å frembringe en sekundær strøm i formasjonen. Den sekundære strømmen setter opp et andre magnetiske felt som induserer strøm i mottagende spoler anbragt i borehullet. Den induserte strømmen i mottagerspolen eller -spolene er proporsjonal

med sekundærstrømmen i formasjonen og er således direkte proporsjonal med konduktiviteten eller invers proporsjonal med resistiviteten til den omgivende formasjonen. Elektromagnetisk bølgeforplantning gir et ytterligere loggesystem

for undersøkelse av omgivelsene rundt et borehull og er beslektet med foreliggende oppfinnelse. Et eksempel på elektromagnetisk loggesystem av bølgeforplantningstypen er beskrevet i US patent nr. 3.551.797. Dette patentet beskriver et ledningslinjesystem som har en sender og et

par mottagere anbragt aksialt langs borehullet. Senderen forplanter elektromagnetisk energi i et felt som er jevnt asimutmessig fordelt rundt borehullet og signalet mottatt av de to aksialt med avstand anbragte mottagende antenner blir analysert med hensyn til amplitude og faseforskjell som kjennetegn for konduktiviteten til formasjonene som omgir borehullet.

Parametre som er spesielt nyttige ved vurderingen av den underjordiske formasjonens art gjennomtrengt av borehullet, er den til formasjonstykkelsen og formasjonens fall. Fallet til et geologisk lag er generelt sett vinkelen til planet innenfor hvilket grensen til en formasjon av en bestemt type og grensen til tilliggende formasjon danner med et horisontalt referanseplan. Nærmere bestemt blir fallet til en formasjon vurdert ved å bestemme vinkelen med hvilken veggene til et borehull skjærer planet til en formasjons-grense. Problemet med å bestemme formasjonsfallet innebærer generelt lokalisering av tre punkter innenfor et avsetnings-lag med henvisning til et horisontalplan slik at planet definert av tre punkter og fallvinkelen er vinkelen mellom dette planet og horisontalplanet.

Tidligere kjente ledningslinjeinstrumentering som er "blitt anvendt for å vurdere formasjonslagorienteringen må utføre tre målinger. Den første er en måling av fallet for formasjonen relativt i forhold til borehullet og dette er blitt gjort ved opptegning av tre elektriske logger fortrinnsvis asimutmessig anbragt med avstand og orientert i borehullet og nærmere bestemt innbefattende tre identiske sett med elektroder anbragt på omkretsen med avstand rundt et verktøy ved 120° og alle anbragt på samme plan perpendikulert på aksen til verktøyet. Den andre målingen er en måling av retningen og vinkelen for hellingen av borehullet orientert gjennom måling og orienteringen av aksen til borehullet relativt i forhold til magnetisk nord.

Borehullshellingen og asimut er konvensjonelt målt av akselero-meteret og/eller magnetometeret som bruker gravitasjons-

og:- magnetiske krefter til jorden som referanseramme. Formasjonsfall krever imidlertid måling av noen karakteristik-ker til formasjonen som omgir borehullet med tilstrekkelig nøyaktighet for å bestemme hvor langs lengden av borehullet en formasjon av en sammensetning ender og en annen begynner.

En tidligere kjent "fall-måler" anvender tre spontane potensial (SP) kurver for å tilveiebringe formasjonsfallet relativt i forhold til borehullsaksen. Disse anordningene krever elektroder presset mot borehullsveggene og måling av ørsmå elektriske strømmer eller potensialer i formasjonene i forhold til overflatereferansepotensialet. En annen teknikk for å måle formasjonsparametre for å tilveiebringe fallinformasjon er vist i US patent nr. 3.388.323, som beskriver et ledningslinjeinstrument for utførelse av induk-sjonslogging ved sending av elektromagnetisk energi som har en frekvens i størrelsesorden av 10 kHz i borehullsveggen og måling av den elektriske konduktiviteten og magnetiske følsomheten til formasjonen.

US patent nr. 4.383.220 beskriver elektromagnetisk mikro-bølge-borehullsfallmåler som innbefatter et ledningslinje-verktøy med flere radialt seg strekkende armer, som hver bærer en pute som er forspent i tett samvirke med borehullsveggen. Hver pute bærer en mikrobølgesenderantenne og en mikrobølgemottagerantenne. Mikrobølgeenergien som har en frekvens i størrelsesorden av 1-3 GHz blir forplantet i formasjonen ved hjelp av sendeantenner og energien mottatt av mottagerantennene blir tatt som en indikasjon på karakteristikken til formasjonen slik at relative variasjoner langs borehullet fra tre asimutmessig med avstand anbragte sensorer definerer formasjonsfallet.

De tidligere systemene for måling av formasjonsparametre

slik som konduktive elektroder for måling av spontane poten-

sial, induksjonssystemer for måling av konduktivitet og følsomhet så vel som ledningslinjesystemer som anvender mikrobølgeforplantningen har visse ulemper spesielt for anvendelse ved en måling i løpet av boringen. For å inkorpo-rere måleinstrumentene i en borehullsborestreng krever et elektrodesystem isolasjon av stålborekragen fra flere sendere og mottagerelektroder i systemet. Dette krever normalt spesielle isolasjonsbelegg påført stålborestrengen i nærheten av elektrodene som er dyr og det kan stilles spørsmål ved dens pålitelighet. Induksjonsloggesystemer må normalt drives ved en frekvens i størrelsesorden av 10 kHz og krever derfor spoler av stor diameter for å tilveiebringe den nødvendige elektromagnetiske koplingen med formasjonen. Ved en MWD-konfigurasjon og induktive loggespoler blir montert i eller omkring borekragen i borestrengen og den delen av kragen må være ikke-ledende. Ikke-ledende krager er vanskelig å fremstille slik at det opprettholdes konstruksjonsmessig helhet og nødvendig styrke for deres bruk ved borestrengen. Dersom størrelsen på spolene blir redusert, må operasjonsfrekvensen til systemet bli øket for å tilveiebringe en nødvendig kopling mellom de med avstand anbragte spoler. For en antenne av fast størrelse hvor operasjonsfrekvensen blir hevet fra 10 kHz, blir bølge-forplantningen den forutbestemte energioverføringsmekanismen og standard induksjonsmålinger med konvensjonelle antenne-systemer er ikke lengre virksomme. Fallmålere som anvender ledningslinjemikrobølgeforplantningsanordninger, som beskrevet ovenfor, anvender ikke en lydenhet med tilstrekkelig struktur-messig helhet og styrke for å kunne bli inkorporert i en borestreng og det kreves dessuten radial utstrekning, . ekstrautstyr for å samvirke med borehullsveggene og muliggjøre måling av nødvendige parametre som naturligvis er totalt upraktiske for måling i enMWD-omgivelse.

Ved bruk av antennekonstruksjoner i borehullsmåleinstrumen-ter er i virkeligheten alt rettet mot generering av elektromagnetiske felt som skal bli forplantet i det omgivende medium. Formålet med foreliggende oppfinnelse er imidlertid å anvende en slissantenne av fluidumsstørrelse som drives ved en tilstrekkelig lav frekvens for å anvende den induktive feltkomponenten, men med en tilstrekkelig høy frekvens for å tillate fokusering av energi på en sterk retningsmessig måte for å undersøke formasjonens art som omgir borehullet, nemlig radiofrekvensområdet som er over induksjons-loggefrekvensene, men under mikrobølgeloggefrekvensene.

Slike målinger gir boreoperatøren resistivitets/konduktivitets-verdier som angir endringer i formasjonene og derfor fall i lagene. Hensikten med en måling i løpet av boringen er å forsyne boreoperatøren med en kontinuerlig strøm av nyttige data som angir tilstanden i borehullet. En boreopera-tør kan således forutsi å unngå potensielle farlige situa-sjoner så vel som å være klar over kritiske data nødvendig for å vurdere formasjonene gjennom hvilke borehullet passerer. Antennekonstruksjonene anvendt ved systemet ifølge foreliggende oppfinnelse kan lett tilpasses loggesystemer for måling i løpet av boringen.

Systemet ifølge foreliggende oppfinnelse overvinner vanskelig-hetene ved tidligere kjente anordninger ved å anbringe et slissantennesystem inkorporert i en borekragekonstruksjon som kan generere elektromagnetisk energi med en intens H-feltkomponent som er normal på kantene av åpningen for

sterk retningsmessig induksjon av feltet i tilliggende borehullsformasjon for vurdering av karakteristikkene til den formasjonen.

Oppfinnelsen er rettet mot et system for måling av karakteri-stiske underjordiske formasjoner som et borehull går gjennom. Systemet innbefatter innretninger for å generere elektromagnetisk energi som inneholder et sterkt H-felt i nærfeltet og så kraftig fokusering av dette feltet på en asimutisk smal konfigurasjon og retning av feltet mot formasjonen for å tilveiebringe informasjon med hensyn til formasjonens art og i en bestemt asimutretning. Et borehullsverktøy er anordnet som kan bli inkorporert i borestrengen til en boreanordning og innbefatter tre slissantenneenheter asimutmessig fordelt likt rundt verktøyets lengdeakse. Verktøyet innbefatter også innretning for å ha mottatt

signal med like slissantenneenheter for å vurdere formasjonens art.

Oppfinnelsen innbefatter også en fremgangsmåte og anordning for å måle karakteristikken til en jordformasjon tilliggende borehullet ved å anbringe en første slissantenne i borehullet slik at veggene til åpningen ligger i plan som strekker seg parallelt i forhold til borehullets akse. Et elektromagnetisk felt blir generert med en sterk H-komponent i nærfeltet og med en frekvens hvor tverrbegrensningen til slissantennen er liten i forhold til en kvart bølgelengde. Det elektromagnetiske feltet blir delt av slissantennen for å definere en smal ikke-forplantet, indusert feltkomponent for gjennomtrengning av borehullsveggen i en vesentlig lengde inn i omgivende formasjon. Et elektromagnetisk signal blir mottatt som reagerer på inntrengningen i formasjonen av den elektromagnetiske energien rettet gjennom slissantennen som et mål for karakteristikken til formasjonen i en bestemt asimutretning.

Oppfinnelsen innbefatter en fremgangsmåte og anordning

for måling av en karakteristikk av jordformasjonen tilliggende et borehull ved å anbringe en andre slissantenne i borehullet med sideveggene parallelle med den første slissantennen og som mottar det elektromagnetiske signalet som passerer fra formasjonen tilbake gjennom den andre slissantennen som et mål for karakteristikken for formasjonen. Oppfinnelsen beskriver også bruk av et par med avstand anbragte mottagerslissantenner og en måling av faseforskjellen til det elektromagnetiske signalet mottatt av to antenner som et mål på karakteristikken til formasjonen i en bestemt asimutretning.

Oppfinnelsen innbefatter dessuten flere par med sende-

og mottagerslissantenner anbragt med avstand asimutmessig fra hverandre for samtidig å måle formasjonskarakteristikken ved forskjellige asimutretninger.

Oppfinnelsen innbefatter dessuten en fremgangsmåte og anordning for å måle en karakteristikk for jordformasjonen tilliggende et borehull hvor sideveggene til slissantennen er rektangulære med sin lengste del parallell med borehullsaksen og hvor frekvensen til det elektromagnetiske feltet er i størrelsesorden av 2 MHz og størrelsen på slissantennen er i området 1,2-15,3 cm.

Et annet trekk ved oppfinnelsen innbefatter et system for

å måle fall og lagtykkelsen til en jordformasjon gjennomtrengt av borehull i løpet av boringen som innbefatter en ledende sylindrisk seksjon til borekragen med flere første hulrom dannet i legemet til seksjonen for borekragen ved omkretsmessig med avstand anbragte intervaller rundt seksjonen. Borekragen har også flere første slissantenner dannet i den ytre veggen til seksjonen og i kommunikasjon med respektive av første hulrommene sammen med innretninger montert i hver av de første hulrommene for å generering av et elektromagnetisk felt, idet feltet har en sterk H-feltkomponent og er ved en frekvens ved hvilken bølgelengden er lang i forhold til størrelsen på den første slissantennen for å rette en smal definert lobe med indusert elektromagnetisk energi gjennom slissantennene inn i borehullsveggene i en vesentlig lengde.

Borekragen har også flere andre hulrom dannet i legemet

til borekrageseksjonen i.aksial innretting med, men aksialt anbragt i avstand fra respektive første hulrom og flere andre slissantenner dannet i den ytre veggen til seksjonen og i kommunikasjon med respektive andre hulrom. Systemet innbefatter innretninger montert i hver av de andre hulrommene for å motta elektromagnetisk energi fra formasjonen som omgir borehullet som reaksjon på energien rettet gjennom

første slissantenne inn i formasjonen og innretning som reagerer på energien mottatt av mottagerinnretningen for å måle borehullsformasjonsparametre langs en lengde av borehullet og for å bestemme fall og lagtykkelse av formasjonene gjennomtrengt av borehullet.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere under henvisning

til tegningen, hvor:

Fig. 1 viser et skjematisk riss av en borerigg for elektromagnetisk undersøkelse av formasjoner gjennomtrengt av borehullet.

Fig. 2 viser et forstørret delriss av et borerør som har

en slissantenne dannet deri for generering av et elektromagnetisk felt. Fig. 3 viser skjematisk en metode for eksitering av en slissantenne for generering av elektromagnetisk energi med H-felt normalt på kantene til slissen. Fig. 4 viser et riss av en slissantennerekke dannet i en borekrage og viser det induserte feltmønsteret sendt ut fra hver sliss.

Fig. 5 viser et snitt av et verktøy for måling i løpet

av boringen for å bestemme fallet til den underjordiske formasjonen langs et borehull innbefattende sliss-antennesystemet ifølge foreliggende oppfinnelse.

Fig. 1 viser en borerigg 11 anbragt på toppen av et borehull 12. En utførelsesform av systemet 10 for å måle fallet til underjordiske formasjoner i løpet av boringen er boret av en underenhet 14 innbefattende en del av borekragen 15 og anbragt i borehullet 12. Systemet 10 er anordnet for måling av parametre med hensyn til geologiske sammenset-ninger av lagene som omgir borehullet og følgelig formasjons-fallene gjennom hvilke borehullet passerer ved målingen i løpet av boringen.

Med henvisning til fig. 1 er en borekrone 22 anbragt ved

den nedre enden a borestrengen 18 og skjærer ut borehullet

12 av jordformasjonen 24, mens boreslam 26 blir pumpet fra brønnhodet 28. Metalloverflateforingen 29 er vist anbragt i borehullet 12 over borekronen 22 for å opprettholde helheten ved borehullet 12 nær overflaten. Som beskrevet nedenfor tillater foreliggende oppfinnelse nøyaktig måling av fallvinkelen til formasjonen gjennom hvilket borehulllet passerer ved måling under boring. Ringrommet 16 mellom borestrengen 18 og borehullsveggen 20 danner en teoretisk lukket returslambane. Slammet blir pumpet fra brønnhodet 28 av et pumpesystem 30 gjennom slamtilførsels-linjen 31 forbundet med borestrengen 18. Boreslam er på denne måten tvunget nedover den sentrale aksiale passasjen til borestrengen 18 og trenger ut ved borekronen 22 for å føre borekaksen som innbefatter borede deler av jord, stein og lignende oppover fra borekronen og opp til overflaten. En rørledning 32 blir tilført ved brønnhodet for å kanalisere slammet fra borehullet 18 til en slamdam 34. Boreslammet er håndtert og behandlet av forskjellige anordninger (ikke vist) slik som utgassingsenheter og sirkulasjonstanker for å opprettholde valgt viskositet og konsistens for slammet. Systemet i underenheten 14 muliggjør styrt dirigering av

R.F. elektromagnetisk energi med en kraftig H-feltkomponent

i nærfeltet i formasjonen som omgir borehullet og muliggjør måling av arten og sammensetningen av omgivelsesformasjonen i løpet av pumpingen av borefluidum gjennom borestrengen.

Fig. 1 viser videre en underenhet 14 og en borekrage 15

som innbefatter en del av systemet 10 ifølge foreliggende oppfinnelse ved utstyret nede i borehullet. Systemet 10

er konstruert for å generere en rekke med signaler for fjernoverføring til brønnhodet eller for opptegning nede i borehullet av informasjon indikativt for sammensetningen av tilliggende formasjoner og fallvinkelen til formasjons-laget i forhold til borehullsaksen. Denne informasjonen blir tilveiebragt fra den elektromagnetiske antennen og utstyret anbragt i underenheten 14, som vil bli beskrevet nærmere nedenfor. De nødvendige telemetri og analysesystemer

er av konvensjonell konstruksjon og ikke spesielt beskrevet nærmere her. Fremgangsmåten og anordningen for formasjons-parametervurderingen er imidlertid beskrevet nærmere nedenfor og er en del av foreliggende oppfinnelse.

De sentrale prinsippene ved systemet ifølge foreliggende oppfinnelse innbefatter en konstruksjon vanligvis kalt en slissantenne. Slissantenner er vanligvis konstruert slik at L = NX/2. Dvs. lengden på antennen er et helt multippel av en halv bølgelengde av den elektromagnetiske strålingen som skal bli behandlet av antennen. Et prinsipielt anliggende er vanligvis energien som blir strålt ut og forplantet til fjernfeltet av slike antenneordninger.

Ved måling i løpet av boringen er det midlertid totalt upraktisk å konstruere antennekonstruksjonen til slike konstruksjoner som er nøyaktig halve bølgelengden ved lengden på den ønskede operasjonsomgivelsen. Dvs. siden et måle-verktøy nede i borehullet blir operert ved jordformasjoner hvor de angjeldende parametre til transmisjonsmediumet kan endre med endringer av bølgelengden, kan også følgelig avstanden som utgjør en halv bølgelengde variere i høy grad. Det er således umulig å drive en slissantenne ved resonans i de forskjellige seg endrende omgivelsestrans-misjonsmedier.

Det er således nødvendig for å få en effektiv ytelse med hensyn til asimutdefinerte målinger med elektromagnetisk stråling er at slissantenner blir konstruert som frembringer en sterk retningsmessig og kraftig H-felt i nærfeltomgivelsen. Uttrykket kraftig H-felt betyr her at vektorstørrelsen

til H-feltet for den elektromagnetiske strålingen er stor relativt i forhold til vektorstørrelsen E-feltet ved en bestemt avstand fra antennen. Sterke lokale E-felt er likeledes uttrykk som betyr at vektorstørrelsen til E-feltet er større i forhold til vektorstørrelsen på H-feltet.

Et sterkt lokalt H-felt er ønskelig på grunn av at det

er generelt her foreslått antenner som frembringer sterke

lokale H-felt er mer effektive ved indusering av strømmer ved punktavstander fra borehullet uten å bli overliggende følsomme til borehullsgeometrier og lokale betingelser enn antenner som frembringer sterke lokale E-felt.

Muligheten for å indusere strømmer i jordformasjonen er vesentlige for å kunne påfølgende måle et signal dannet av disse induserte strømmene som er proporsjonalt med parametrene til formasjonen. For å kunne indusere strømmer ved en avstand fra borehullet blir forbistrømmede slamkake-områder og inntrengningssoner en nødvendig del for bestemmelse av parametrene til uforstyrrede formasjoner. Forslaget i foreliggende oppfinnelse innbefatter således en metode for å eksitere en slissantenne på en slik måte at den vil frembringe et kraftig lokalt H-felt og således være effektiv ved indusering av strøm i en avstandsformasjon.

Som vist på fig. 2 må en sliss som kan bli anvendt ved

et ■ slikt målesystem ha en heller generell form og må ikke nødvendigvis innbefatte en spesiell utformet sliss. Som vist på fig. 2 har borekragen 31 dannet deri en åpning 42 hvis ytre parameter danner en uregelmessig omhyllende periferi 33. I legemet til borerøret 41 er et elektromagnetisk felt eksitert for således å danne et H-felt i retning av pilen 44 normalt på kantene 43 til åpningen 42, som danner slissen. Med H-feltet orientert på denne måten vil en strøm bli indusert langs kantene av åpningen og energi bli strålt inn i de ytre omgivelsene i en retning normalt på kantene til åpningen 43.

Med henvisning til fig. 3 er en rektangulær åpning 45 med generelt lineære sidevegger 46 dannet i veggene til en borehullskrage 47. Umiddelbart tilliggende åpningen 45

til det ytre av borekragen er en sløyfeantenne som kan innbefatte en eller flere vindinger 48 og blir drevet avR.F. energi slik at strømmen i sløyfeantennen flyter i retningen av pilen 49 for således å frembringe et sterkt

lokalt H-felt i retning av pilen 50. For å danne ønsket radial rettet H-felt, er det foretrukket at slissen eller åpningen 45 bli eksitert ved hjelp av R.F. energi som har en frekvens hvor størrelsen på sideveggene 46 i åpningen 45 er liten i forhold til bølgelengdeenergien. Det fremgår således at slissantennen eller åpningsantennen ifølge foreliggende oppfinnelse ikke blir drevet ved eller i nærheten av dens resonansfrekvens for således å forplante energi i den omgivende formasjon, men heller betydelig under dens resonansfrekvens for således å danne et R.F. induksjonsfelt med en sterk H-komponent i nærfeltet som er direkte radialt rettet bort fra åpningen 45.

Som videre vist på fig. 4, er slissantennen anvendt ved foreliggende oppfinnelse konstruert på en slik måte og frekvensen valgt på en slik måte at energien blir rettet inn i formasjonen på en svært selektiv måte. Som vist har borekragen 51 flere slisser 52 dannet ved 90° vinkler i forhold til hverandre og liggende i et felles plan på

tvers av sentralaksen til borekragen 51. Antenneslissene 52 blir eksitert med R.F. energi for således å tilveiebringe en kollumaterende eller fokuserende effekt i horisontalplanet vist ved hjelp av nærfeltmønsteret 53 vist seg strekkende inn i formasjonen 54. Det skal bemerkes at en lignende vertikal fokuserende effekt vil være nødvendig for å gi den vertikaloppløsningstypen nødvendig for å,generere forma-sjonslogger av høy kvalitet fra hvilke fallformasjonene kan bli bestemt. Slissene 52 dannet rundt omkretsperiferien ' til borekragen 51 muliggjøre flere målinger utført samtidig. Det skal imidlertid bemerkes at en enkelt sliss eller sliss-rekke kunne bli anvendt for å tillate målinger ved flere forskjellige retninger og anvendt i forbindelse med en asimutposisjonsovervåkingsanordning for å muliggjøre bestemmelse av formasjonsfallet. Det skal bemerkes at en sekvens av målinger av asimutinformasjon er gjentatt når borestrengen beveges ned borehullet gjennom formasjonen for å tilveiebringe all informasjon nødvendig for å bestemme fallet

og formasjonen så vel som lagtykkelsen.

Det skal også bemerkes at slissantennen anvendt ved under-resonansfrekvenser også kan bli anordnet i senderpar og også i andre sammenstillinger av slissede rekker som danner energimønster som er rettet ned i borehullet.

Forholdet mellom elektriske parametre og fysiske sammenset-ninger av formasjoner tilliggende borehull er kjent å kunne bestemme formasjonsfallaget fra bestemte målte sett med elektriske parametre. Det som er vesentlig ved foreliggende oppfinnelse er således ved hvilke formasjoner elektriske parametre er vurdert for å kunne lett bestemme aksiale og asimutsteder i borehullet ved hvilke disse parametrene endres som en indikasjon på overgangsområdet mellom en formasjon og neste tilliggende formasjon.

På fig. 5 er det vist en tverrsnitt av underenheten 14

som bærer systemet konstruert ifølge foreliggende oppfinnelse. Underenheten 14 innbefatter fortrinnsvis en borekrage som er koplet mellom borerørseksjonen som innbefatter borestrengen 18 anbragt i borehullet 12. Borehullet 12 går gjennom formasjonen 24 som kan innbefatte et leirskiferlag 61 og et leirelag 62 som har grenser derimellom vist ved 63. Funksjonen ved metoden og systemet ifølge foreliggende oppfinnelse kan bestemme punkter langs borehullsveggen hvor grenselaget 63 skjærer borehullet 12 for således å vurdere fallvinkelen til formasjonsgrenselaget. Det er også klart at fremstillingen av forholdet mellom laget 61 og 62 og grenselaget 63 er kun illustrativt for for-klaringens skyld. De skarpe definisjonene av de viste områdene kommer overgangen av geologiske lag vil være mye mer gradvis i virkeligheten.

Underenheten 14 innbefatter et sylindrisk stållegeme 71

som har en aksial passasje 72 dannet derigjennom. Boringen 72 tillater strømning av borefluidum ned borestrengen og

ut borekronen 22 hvor det strømmer tilbake til overflaten gjennom ringområdet 16 mellom sidene av underenheten 14

og veggene til borehullet 12. Ringromområdet 16 er således fylt med ledende borefluider. Dannet nær ene enden av den sylindriske borekragen 71 tilliggende boringen 72 er et avtrappet område 73 som danner et instrumenteringsrom 74. Rommet 74 er tettet mot inntrengning av borefluider ved hjelp av en generell sylindrisk innsats 75 med en indre diameter lik den indre diameteren til den aksiale passasjen 72 og en radialt seg utspredende øvre ende 76 for å lukke instrumentrommet 74.

Instrumentrommet 74 inneholder både radiofrekvenssendere

og radiofrekvensmottagere så vel som strømforsyning og både opptegningsinstrumenter og/eller instrumenter for behandling av data for telemetri til overflaten ved hjelp av innretninger ikke vist.

Utførelsesformen ifølge foreliggende oppfinnelse vist på

fig. 5 innbefatter tre par med slissantenner montert ved 120° asimutavstand fra hverandre. Senderslissen 81 er rektangulær i form med dets lengde seg strekkende parallelt i forhold til borekragens akse. Senderslissene kan f.eks. være i størrelsesorden av 1,27 cm bred og 10,1 cm til 15,2 cm i lengde. Hver av slissene 81 er anbragt radialt utover-rettet i borekragen fra en antennemonteringsutsparing 82

i hvilken er anbragt en oval sløyfesendende antenne 83

som har lengderetningen av sløyfen anbragt i samme retning som lengderetningen av slissen 81. Hver sløyfe 83 kan innbefatte en eller flere vindinger med elektriske ledere og dets ender er båret av den rørformede ledningen 84 fra antennemonteringsutsparingen 82 gjennom stållegemet til borekragen 81 til instrumenthulrommet 74 hvor de er forbundet med utgangen til en radiofrekvenssender. Direkte under senderantennen 81 er likeledes anordnet direkte første mottagerslissantenne 91 radialt innover av hvilke er dannet første mottagerantennemonteringshulrom 92. De første sliss-

mottagerantenner 91 er anbragt med avstand i en størrelses-orden av et par centimeter i aksial retning fra senderantennen 91 og er i aksial innretning derved. Montert i hvert hulrom 92 er en første mottagerantenne 93 av oval-sløyfetypen innbefattende en eller flere vindinger, hvilke ender er båret av en rørformet føring 94 for forbindelse med en mottager anbragt i instrumenthulrommet 74.

Verktøyet ifølge foreliggende oppfinnelse kan også anvende

en rekke med avstand anbragte andre slissantenner 101 direkte under og i aksial innretning med den første mottageråpningsantennen 91. Den andre mottageråpningsantennen 91 er også anbragt med avstand i størrelsesorden av et par cm i aksial retning fra den første antennen 91. Hver av de andre slissantennene 91 er i kommunikasjon med det andre mottagerantenne-monteringshulrommet 102. Montert i hvert hulrom 102 er en andre mottagende antenne 103 av ovalsløyfetypen også innbefattende en eller flere vindinger, hvilke ender er båret av en rørformet føring 104 for forbindelse med en mottager anbragt i instrumenthulrommet 74.

Det indre av begge antennemonteringshulrommene og slissantennene er fylt med et seigt elastisk isolerende materiale understøttende både sender- og mottagerantennene og beskyt-tende dem fra omgivelsen til borehullet, mens boringen fremskrider så vel som lukker det ytre periferien av borekragen fra inntrengning av fluider og dannelse av en kontinuerlig ytre overflate.

Som beskrevet ovenfor, blir senderantennen 83 drevet ved

enR.F. frekvens i størrelsesorden av 2 MHz, mens størrelsen på slissantennen er betydelig mindre enn en kvart eller halv bølgelengde ved denne frekvensen. I stedet for å

virke som en resonator for å forplante elektromagnetisk energi i den omgivende formasjonen, virker således slissantennene som "kolumnatorer" for å frembringe et indusert elektromagnetisk felt i formasjonen i både vertikalt og

horisontalt smalt definert område. Sløyfeantennen 83 blir operert i en modus hvorved det induserte elektromagnetiske feltmønsteret inneholder en svært kraftig H-feltkomponent i nærfeltet for å maksimalisere inntrengningen og definisjonen av feltet i formasjonen. Slissmottagerantennen 91 tjener til å definere et smalfeltmønster som blir anvendt for å eksitere mottagerantennen 93 av ovalsløyfetypen som reaksjon på det mottatte signalet frembragt av konduktiviteten i formasjonen som oppfører seg som reaksjon på det induserte feltet.

Dersom tre senderantenner 81 således er anbragt på omkretsen rundt borekragen 15 og er samtidig eksitert med et R.F. signal som en kraftig H-feltkomponent i nærfeltet og slissantennene 91 er hver samtidig samplet, mottagersignalene er indikative for konduktiviteten til formasjonen tilliggende hver av de respektive mottagerantenneslissene 91. Dersom borerørfoten 18 deretter blir beveget aksialt ned borehullet og en påfølgende transmisjon er utført fra hver av de tre rundt omkretsen anbragte sliss-senderantenner 81 og det mottatte signalet ved tre med avstand anbragte sliss-mottagerantenner 91 blir sammenlignet med tidligere avles-ninger, er det gitt en indikasjon av på hvilken måte formasjonen som omgir borehullet har endret med avstand langs borehullet. Nærmere bestemt kan denne endringen med hensyn til konduktivitetsinformasjon som en funksjon av både asimut og avstanden i lengderetningen langs borehullet bli behandlet av konvensjonell software for å frembringe en indikasjon av formasjonsfall gjennom hvilke borehullet passerer.

Ved en annen foretrukket operasjonsmodus blir signalet indusert i formasjonen gjennom sliss-senderantennene 81 mottatt av både rekken med første mottagerslissantenner 91 og rekken med andre mottagerslissantenner 101. Faseforskjellen mellom signalene mottatt av de første antennene

91 og de andre antennene 101 er indikative for karakteristikken til formasjonen tilliggende borehullet. Denne faseforskjellen blir målt mellom utgangen til de to mottatte signalene av en fasekomparator anordnet i instrumenthulrommet 74 med mottagerne. Bevegelse av verktøyet ned borehullet for flere målte bevegelser av faseforskjellen muliggjør vurdering av formasjonsfallet og lagtykkelsen ved konvensjonell signalanalyseteknikk.

Det skal bemerkes at et vesentlig trekk ved foreliggende oppfinnelse er bruk av en sliss- eller åpningsantenne i forbindelse med ikke seg utbredende feltkomponenter for den elektromagnetiske energien som har en frekvens i stør-relsesorden 2MHz, dvs. induksjonfeltet for å danne ved underresonansområdet til antennen et ikke-forplantende H-felt med stor amplitude og sterk retningsbestemt som trenger gjennom til en bestemt dypde i formasjonen som omgir borehullsveggen. Den induserte feltmodusen til det eksiterende signalet kan trenge mye dypere utover borehullsveggen enn det som ville vært mulig med et forplantet mikro-bølgesignal av resonanstypen som beskrevet ved tidligere kjente anordninger.

Som det fremgår av beskrivelsen muliggjør systemet og fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse en nøyaktig bestemmelse av verdiene til formasjonsparametrene bestemt ved vertikale og asimutnøyaktighet til borehullet som en del av en måling i løpet av boringen.

Claims (21)

1. System for måling av en karakteristikk av en formasjon tilliggende et borehull, karakterisert ved:

   et ledende sylindrisk hus,

   et hulrom dannet i huset,

   en slissantenne dannet i den ytre veggen til huset i kommunikasjon med ringrommet mellom huset og borehullsveggen og hulrommet,

   innretning montert i hulrommet for å generere et elektromagnetisk felt, idet feltet har en sterk H-feltkomponent og er ved en frekvens ved hvilken bølgelengden er lengre i forhold til størrelsen på slissantennen for å rette en smal definert stråle av indusert elektromagnetisk energi 1 veggen til borehullet i en vesentlig lengde,

   innretning også montert i hulrommet for å motta energi fra formasjonen som omgir borehullsveggen som reaksjon på sendt energi, og

   innretning som reagerer på mottatt energi for å bestemme karakteristikk av formasjonen som innbefatter borehullsveggen .
2. 2 .

   System ifølge krav 1, karakterisert ved at slissantennen er rektangulær og at størrelsen på åpningen er mye mindre enn hele delen av bølgelengden til den gene-rerte elektromagnetiske energien.
3. 3 .

   System ifølge krav 1, karakterisert ved et andre hulrom dannet i huset, og

   en andre slissantenne dannet i huset og i kommunikasjon med det andre hulrommet og at signalmottagerinnretningen er anbragt inne i det andre hulrommet.
4. 4 .

   System ifølge krav 3, karakterisert ved at den første og andre slissantennen er rektangulære i form med dens lengdedel anbragt i innretting og parallelt med sentralaksen til huset og at de to slissantennene er vertikalt anbragt i avstand fra hverandre.
5. 5 .

   System ifølge krav 1, karakterisert ved innretning for overvåking av asimutposisjonen til slissantennene når målingene er utført.
6. 6..

   System ifølge krav 1, karakterisert ved at det elektromagnetiske feltet har en frekvens i størrelses-orden av 2 MHz og at størrelsen på slissantennen er i størrelsesområdet fra 1,27-15,2 cm.
7. 7.

   System ifølge krav 1, karakterisert ved at hulrommet og slissantennen er fylt med et isolerende materiale.
8. 8.

   System for å måle fall og lagtykkelsen til jordformasjon gjennomtrengt av et borehull ved en måling under boreforhold,

   karakterisert ved

   en ledende sylindrisk seksjon av borekragen,

   flere første hulrom dannet i legemet til borekrageseksjonen ved intervaller med avstand på omkretsen og rundt seksjonen,

   flere første slissantenner dannet i den ytre veggen til seksjonen og i kommunikasjon med respektive første hulrom,

   innretninger montert i hver av de første hulrommene for generering av det elektromagnetiske felt, idet feltet har en sterk H-feltkomponent og er ved en frekvens ved hvilken bølgelengden er lang i forhold til størrelsen på de første slissantennene for å rette en smal definert lob av indusert elektromagnetisk energi gjennom slissantennen inn i veggen til borehullet i en vesentlig lengde,

   flere andre hulrom dannet i legemet til borestrengseksjonen i aksial innretting med, men aksialt anbragt i avstand fra respektive av de første hulrommene,

   flere andre slissantenner dannet i den ytre veggen til seksjonen og i kommunikasjon med respektive andre hulrom,

   innretninger montert i hver av de andre hulrommene for mottagelse av elektromagnetisk energi fra formasjonen som omgir borehullet som en reaksjon på energi rettet gjennom de første slissantennene inn i formasjonen,

   innretning som reagerer på energi mottatt av mottagerinnretningen for å måle borehullsformasjonsparametrene langs en borehullslengde og bestemmelse av fall og lagtykkelsé

   •av formasjonen gjennomtrengt av borehullet.
9. 9.

   System ifølge krav 8, karakterisert ved at den første og andre slissantennen er rektangulære i tverrsnitt med dens lengde parallell med aksen til seksjonen for borekragen.
10. 10.

    System ifølge krav 8, karakterisert ved at de første og andre hulrommene og de første og andre slissantennene er fylt med et holdbart elastisk isolerende materiale for å gi borekragen en lukket kontinuerlig ytre overflate.
11. 11.

    System ifølge krav 8, karakterisert ved at den elektromagnetiske feltgenererende innretningen består av en sløyfeantenne liggende i et plan generelt parallelt med planet til slissantennene og en sender forbundet med antennene.
12. 12.

    System ifølge krav 8, karakterisert ved at det elektromagnetiske feltet har en frekvens i størrelses-orden av 2 MHz og at størrelsen på slissantennene er i størrelsesområdet av 1,27-15,2 cm og at antennene er drevet i en ikke-resonansmodus.
13. 13 .

    System ifølge krav 8, karakterisert ved at flere tredje hulrom er dannet i legemet til borekrageseksjonen anbragt i intervaller på omkretsen med avstand rundt seksjonen,

    flere tredje slissantenner er dannet i den ytre veggen til seksjonen og i kommunikasjon med respektive tredje hulrom,

    innretning montert i hver av de tredje hulrommene for mottagelse av elektromagnetisk energi fra formasjonen som omgir borehullet som reaksjon på energien rettet gjennom de første slissantennene inn i formasjonen, og at den mottatte energireagerende innretningen innbefatter innretning for sammenligning av faseforskjellen mellom signaler mottatt av de andre og tredje slissantennene for måling av borehullsformasjonsparametrene.
14. 14.

    Fremgangsmåte for å måle karakteristikken til en jordformasjon tilliggende et borehull, karakterisert ved

    anbringelse av en første slissantenne i borehullet slik at veggene til åpningen ligger i et plan som strekker seg parallelt i forhold til borehullets akse,

    generering av det elektromagnetiske feltet med en sterk H-komponent i nærfeltet og med en frekvens hvor tverrsnittet til slissantennen er liten i forhold til en kvart bølgelengde,

    dirigering av det elektromagnetiske feltet gjennom slissantennen for å definere en smal ikke seg utbredende indusert feltkomponent for gjennomtrengning av borehullsveggen i en vesentlig avstand inn i den omgivende formasjonen, og mottagelse av et elektromagnetisk signal som reagerer på inntrengning i formasjonen av den elektromagnetiske energien rettet gjennom slissantennen som et mål for karakteristikken for formasjonen.
15. 15.

    Fremgangsmåte ifølge krav 14, karakterisert ved at mottagertrinnet innbefatter

    anbringelse av en andre slissantenne i "borehullet med sideveggene parallelt med den første slissantennen,

    mottagelse av det elektromagnetiske signalet som passerer fra formasjonen tilbake gjennom den andre slissantennen som et mål for karakteristikken for formasjonen.
16. 16.

    Fremgangsmåte ifølge krav 14, karakterisert ved at sideveggene til slissantennen er rektangulære med dens lengde parallell i forhold til borehullets akse.
17. 17.

    Fremgangsmåte ifølge krav 14, karakterisert ved at som frekvens for det elektromagnetiske feltet anvendes en i størrelsesorden av 2 MHz og at størrelsen på slissantennene er i området på 1,27-15,24 cm.
18. 18.

    System for å måle en karakteristikk til en jordformasjon tilliggende et borehull, karakterisert ved å innbefatte

    innretning for anbringelse av en første slissantenne i borehullet slik at veggene til åpningen ligger i et plan som strekker seg parallelt i forhold til borehullets akse,

    innretning for å generere et elektromagnetisk felt med en sterk H-komponent i nærfeltet og med en frekvens hvor tverrsnittet til slissantennen er liten i forhold til den store bølgelengden,

    innretning for å dirigere det elektromagnetiske feltet gjennom slissantennen for å definere en smal ikke-forplantet indusert feltkomponent for inntrengning i borehullsveggen i en vesentlig dypde i den omgivende formasjonen, og innretning for å motta et elektromagnetisk signal som reagerer på inntrengning i formasjonen av den elektromagnetiske energien rettet gjennom slissantennen som et mål for formasjon skarakteristikken.
19. 19.

    System ifølge krav 18, karakterisert ved at mottagertrinnet innbefatter

    innretning for anbringelse av en andre slissantenne i borehullet med sidevegger parallelle med den første slissantennen ,

    innretning for å motta det elektromagnetiske siganlet som passerer fra formasjonen tilbake gjennom den andre slissantennen som et mål på karaktetistikken til formasjonen.
20. 20.

    System ifølge krav 18, karakterisert ved at sideveggene til slissantennen er rektangulære med lengden parallell i forhold til borehullsaksen.
21. 21.

    System ifølge krav 18, karakterisert ved at frekvensen til det elektromagnetiske feltet er i størrelses-orden av 2 MHz og størrelsen for slissantennene er i området av 1,27-15,24 cm.