NO172265B - Fremgangsmaate og apparat for testing av kalibrering av enelektromagnetisk loggesonde - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og et apparat for testing og kalibrering av elektromagnetiske sonder verktøy som anvendes ved kabellogging eller som anvendes ved logging under boring. Fiksturer er festet til senderne og mottakerne til et elektrisk loggeverktøy for å forhindre at elektromagnetiske felter fra verktøyets sendeantenne direkte skal nå mottaksantennene. Fiksturene inneholder sekundærantenner som detekterer elektromagnetiske felter ved senderne og gjenutsender elektromagnetiske felter ved mottakerne. De gjenutsendte elektromagnetiske feltene har spesifikke faser og amplituder som er valgt for å teste og/eller kalibrere loggesonden.

Elektromagnetiske loggeinnretninger for å bestemme de elektriske egenskapene til underjordiske formasjoner er vel kjent. Eksempelvis beskriver US patentene 4 209 747 (Huchital) og 4 511 843 (Thoraval) elektromagnetiske forplantnings- eller utsendelsesverktøy som anvendes for å måle dielektrisitetskonstanten og konduktiviteten til formasjoner som omgir borehullet til en oljebrønn. Disse verktøy sender et elektromagnetisk signal inn i formasjonen og detekterer signalet etter at det har forplantet seg en kjent avstand til en eller flere mottakere hvor fasen og/eller amplituden til signalet blir målt. Siden formasjoner med forskjellige dielektriske og konduktivitets-egenskaper bringer fasen og amplituden til signalet som forplanter seg til å modifiseres i forskjellig grad, kan formasjonens dielektriske og konduktivitets-egenskaper bestemmes.

US patent 4 651 101 (Barber, Chandler og Hunka) beskriver en induksjonsloggesonde med metallisk opplagring som anvendes for å måle konduktiviteten til formasjonen som omgir borehullet til en oljebrønn. Den parallelle US patentsøknad nr. 115 503, tilhørende B. Clark, M. Luling, J. Jundt og M. Ross beskriver en elektromagnetisk loggeinnretning som tilveiebringer to eller flere radiale undersøkelsesdybder. De elektromagnetiske logge-innretningene som er beskrevet i disse patentene har de følgende felles egenskaper; flere antenner anordnet langs lengden av et langstrakt rør, og hvor en eller flere antenner virker som sendere av elektromagnetisk utstråling og to eller flere antenner virker som mottakere eller detektorer av elektromagnetisk utstråling.

Et viktig praktisk forhold som må tas hensyn til ved logging av de elektriske egenskapene til geologiske formasjoner er at det må tilveiebringes en fremgangsmåte for å teste og kalibrere den elektromagnetiske loggeinnretningen umiddelbart før logging og umiddelbart etter logging av oljebrønnen. Slik testing/kalibrering blir best utført på oljebrønnens rigg-gulv for å sikre den riktige samtidige driften av verktøyet eller sonden. Denne kalibreringen er nødvendig for å bestemme hvor vidt sender og mottaksantennen virker på riktig måte for å bestemme terskel-signalet som er detekterbart ved hver mottaker, og for å sjekke ut de elektroniske kretsene som anvendes for å sende effekt til senderne og de elektroniske kretsene som anvendes for å måle fasene og/eller amplitudene til signalene ved mottakerne. For å kunne kalibrere elektromagnetiske loggeverktøyer av typen beskrevet i den ovenfor nevnte patenter, er det nødvendig å innføre et elektromagnetisk felt med en kjent fase og kjent amplitude ved hver mottaksantenne. De forventede faser og amplituder kan sammenlignes med de målte faser og amplituder og forskjellene kan anvendes for å korrigere enhver påfølgende (eller tidligere utført) registrering. Dersom registreringene er for forskjellige fra de forventede verdier, fungerer ikke verktøyet korrekt og det kan ikke brukes i brønnen.

Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en fremgangsmåte og et apparat for å teste/kalibrere elektromagnetiske loggeinnretninger på brønnstedet umiddelbart før og etter logging av brønnen. Den enkleste og mest ofte brukt tidligere fremgangsmåte for å teste elektromagnetisk verktøy har vært å drive verktøyene med antennen rettet ut i luften. De resulterende faser og amplituder som ble målt av mottakerne ble så sammenlignet med de forventede verdier for et elektromagnetisk felt utstrålt i luft. Dette kunne utføres på rigg-gulvet, men den tette nærheten til metallobjekter ville påvirke det utstrålte feltet og derved innføre en usikkerhet i testen/kalibreringen.

En annen ulempe med denne fremgangsmåten har vært at dielektrisitetskonstanten til luft er en enhet og konduktiviteten er null, slik at luft ikke er representativ for tilstandene i underjordiske geologiske formasjoner.

Typiske verdier for dielektrisitetskonstanten til geologiske formasjoner ligger i området 5 til 50, og typiske verdier for konduktiviteten til formasjoner ligger i området 0,001 til 10 mho/meter. Normalt vil fasene og amplitudene som måles med en lufttest ligge utenfor det normale området av verdier som forventes ved logging av vanlige formasjoner. Enn videre vil den elektromagnetiske bølgen forplante seg fra sendeantennen til mottaksantennen med svært liten dempning, slik at den automatiske forsterkningskontrollfunksjonen til verktøyets elektronikk-kretser ikke ble testet på adekvat måte med den tidligere luftteknikken.

Det er tidligere foreslått en teknikk for kalibreringen av et elektromagnetisk forplantningsverktøy og denne teknikken har vært anvendt for kalibrering av et loggeverktøy kjent som EPT-verktøyet. Dette verktøy omfatter en pute som blir presset mot borehullveggen og innbefatter en sender og to mottakere for å detektere faseforskyvning og dempning. Drifts-frekvensen til EPT-verktøyet er 1,1 GHz slik at avstanden mellom senderen og mottakeren og mellom de to mottakerene er ganske liten sammenlignet med avstandene til de elektromagnetiske forplantnings-verktøyene som hvis arbeidsfrekvens ligger i området 0,1 MHz til 10 MHz. Denne tidligere teknikken krever installasjonen av et ledende skille mellom de to mottakerne som tjener til å innføre en spesifisert faseforskyvning og dempning dem imellom. Forskjellige skiller med varierende høyder og tykkelser kan så anvendes for å simulere virkningen av et område faseforskyvninger og dempninger som kan forventes fra forskjellige geologiske formasjoner.

Teknikken beskrevet ovenfor er virkningsfull for logge-verktøy så som EPT-verktøyet som har høy driftsfrekvens og korte avstander mellom senderen og mottakerene (i størrelsesorden tommer). Interferens i de utsendte elektromagnetiske feltene på grunn av metalliske objekter i nærheten kan unngås med verktøy som har kort avstand ganske enkelt ved å sikre at verktøy som blir kalibrert ikke er nærmere slike objekter enn noen få fot. Verktøyer som arbeider ved lavere frekvenser og med mye større avstand mellom sender og mottaker, har imidlertid langt større sannsynlighet for å bli utsatt for interferens når de befinner seg på gulvet til en borerigg på grunn av det metalliske utstyret i nærheten, slik som boretårnet eller selve gulvet som vil påvirke driften av verktøyet. I tillegg vil det som tidligere nevnt være ønskelig å ha en kalibreringsteknikk som kan utføres ved verdier som representerer verdiene i borehullet snarere enn verdier som er tilgjengelig ved en luftkalibrering som er utenfor området for verdiene i de geologiske formasjonene.

Den foreliggende oppfinnelse løser de foran nevnte problemer ved at det tilveiebringes en fremgangsmåte og et apparat for å teste og kalibrere elektromagnetiske loggesonder på brønnstedet. Den foretrukne utførelse omfatter metallkapslingen for hver antenne hvilken kapsling inneholder innretning for å detektere og/eller generere magnetiske felter inne i kapslingene, innretning for å konvertere de magnetiske feltene til elektriske signaler og omvendt, ytterligere innretning for å behandle de elektriske signalene med faseforskyvning og/eller demping av dem, og innretning for å påtrykke de behandlede signalene på mottakerne for å kunne teste/kalibrere den elektromagnetiske loggesonden eller verktøyet.

Det er derfor et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en ny fremgangsmåte og apparat for gjentagne kalibrering av et elektromagnetiske loggeverktøy.

Det er et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en ny fremgangsmåte og apparat for gjentagne testing av et elektormagnetisk loggeverktøy.

Et annet formål er å tilveiebringe en fremgangsmåte og apparat for kalibrering eller testing av en elektromagnetisk loggeinnretning på stedet for et felt eller en brønn.

Nok et formål er å tilveiebringe en fremgangsmåte og apparat for kalibrering eller testing av en elektromagnetisk loggeinnretning på stedet for et borefelt eller en brønn uten interferens fra eksterne elektromagnetiske kilder eller ut-strålinger.

Nok et annet formål er å tilveiebringe en fremgangsmåte og apparat for å kalibrere eller teste en elektromagnetiske loggeinnretning under forhold som er nær de som forventes under den virkelige underjordiske anvendelse av loggeinnretningen i et brønnhull.

Oppfinnelsen er kjenntegnet ved de i patentkravene angitte trekk.

Andre og ytterligere formål vil forklares i det etter-følgende og er spesielt angitt i de medfølgende patentkrav.

Oppfinnelsen skal nå beskrives med henvisning til den medfølgende tegning hvor: Fig. 1 er en grafisk representasjon av et elektromagnetisk loggeverktøy eller loggesonde utstyrt med en utførelse av den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 viser det elektriske skjemaet til en kretsutførelse for å anvende oppfinnelsen. Det refereres nå til figur 1 som viser et elektromagnetisk loggeverktøy 99 hvilket verktøy kan omfatte en kabelloggesonde eller et logge-under-boring-verktøy tilformet i et vektrør. Loggeverktøyet omfatter en øvre sender 101, en øvre mottaker 102, en nedre mottaker 103 og en nedre sender 104 anordnet langs lengden av en langstrakt sylinder 100. Tilleggs-sendere og mottakere kan være til stede, men for å forenkle figuren er de ikke vist. Under normal drift eller loggemodus vil senderne alt vekslende utsende elektromagnetiske bølger inn i formasjonen som omgir borehullet til en oljebrønn. De elektromagnetiske bølgene trenger inn i formasjonen og eksiterer ledningsstrømmer og forskyvningsstrømmer i formasjonen. Fasene og amplitudene til de elektromagnetiske feltene på stedene til mottakerne blir påvirket av disse induserte formasjonsstrømmer slik at fasene og/eller amplitudene til signalene som detekteres av mottakerne inneholder informasjon om de elektriske egenskapene til formasjonen, så som dens konduktivitet og relative permitivitet. For eksempel måler logge-innretningen beskrevet i US-patentene 4 209 747 og 4 511 843 faseforskyvningen og dempningen til de elektromagnetiske feltene mellom par av mottakere, som inventerer for å få frem konduktiviteten og den relative permitiviteten til formasjonen.

For å kunne kalibrere eller teste slike elektromagnetiske loggeinnretninger er det foreslått å påtrykke elektromagnetiske felter på mottakerne, hvilken felter er representative for de realistiske forhold nede i brønnhullet. For å kunne sikre konsistente tester og kalibreringer fra gang til gang må de påtrykte elektromagnetiske feltene være høyst reproduserbare.

Disse formål oppnås delvis ved at det er tilveiebrakt metallkapslinger 201, 202, 203 og 204 som er montert over senderne og mottakerne. Disse metallkapslinger er for klarhetens skyld vist delvis bortskåret. Disse metallkapslinger avgrenser elektromagntiske felter innenfor kapslingene og forhindrer ethvert elektromagnetisk felt produsert av senderne i direkte å nå stedet for mottakerne uten å passere gjennom kalibrerings-kretsen vist til høyre for verktøyet 99. I den foretrukne utførelse er disse kapslingene metallsylindere som er lukket i sin ende. Den langstrakte sylinderen som danner verktøylegemet

(100) er fortrinnsvis et metall slik at kapslingene har metall til metallkontakt med loggeverktøyet 99. Dette sikrer at de elektromagnetiske feltene generert av senderen 101 eller 104 ikke kan nå mottakerne 102 eller 103. I praksis kan kapslingene 201, 202, 203 og 204 være utført av halvsylinderstykker med hengsler og klinker for å forenkle monteringen over verktøyet 99.

Hver kapsling inneholder en sekundærantenne 211, 212, 213 og 214 som mottar eller sender elektromagnetiske felter. I den viste utførelse er antennene 101, 102, 103 og 104 spoler som er sekundærantennene 211, 212, 213 og 214. I drift genererer loggeverktøyets øvre sender 101 et magnetisk felt 111. Dette magnetiske feltet er avgrenset innenfor metallkapslingen 201. Sekundærantennen 211 er en spole som er plassert for å avskjære det magnetiske feltet inne i kapslingen og en spenning blir frembrakt i sekundærspolen hvilken spenning er proporsjonal med den magnetiske feltstyrken 111. På tilsvarende måte drives sekundærspolene 212 og 213 av elektriske strømmer og frembringer sekundære magnetiske felter 112 og 113 på stedene for mottakerne 102 og 103. Disse sekundære magnetiske felter blir på tilsvarende måte avgrenset innenfor de respektive kapslinger ved mottakerne 2 02 og 2 03.

De samme forhold gjelder for loggeverktøyets nedre sender 104. På figur 1 er ikke loggeverktøyets nedre sender vist i sendetilstand. Dette passer for en situasjon hvor den øvre og nedre sender aktiveres vekslende og målte faseforskyvninger og dempninger som måles mellom de to sendere blir gjennomsnitts-beregnet for å få frem en borehullkompensert måling.

Når loggeverktøyets øvre sender blir aktivert, induserer det magnetiske feltet 111 en oscillerende spenning i sekundærspolen 211 og således et elektrisk signal, som blir overført av tilpasningsnettverket 3 01 for å tilveiebringe en belastning som er tilpasset impedansen til resten av kretsen (for eksempel 50 ohm). Utgangssignalet fra tilpasningsnettverket 301 er et elektrisk signal som er proporsjonalt med magnetfeltet 111. En inngangsdemper 305 er forbundet til utgangen til tilpasningsnettverket 301 og denne demper 305 reduserer signalnivået slik at det passer med bestemte loggetilstander. Eksempelvis vil ved en test eller kalibrering som er representativ for en formasjon med høye resistiviteter inngangsdemperen ha en liten dempningsverdi. For en test eller kalibrering som er representativ for en formasjon med lave resistiviteter har inngangsdemperen en stor dempningsverdi. Den resulterende signaldemping simulerer totaltapene som vil opptre i en formasjon som et resultat av formasjonens resistivitet.

Signalet fra inngangsdemperen 305 entrer så en effektdeler 307 som sender deler av signalet til den øvre sekundærspolen 212 via tilpasningsnettverket 302, og sender deler av signalet til faseforskyver og dempekrets 309. Faseforskyver og dempekretsen innfører spesifiserte faseforskyvninger og dempninger som er representative for forskjellige formasjoner. En høy-resistivitetsformasjon tilsvarer en liten faseforskyvning og en liten dempning, mens en lavresistivitetsformasjon tilsvarer en stor faseforskyvning og en stor dempning.

Det resulterende faseforskjøvne og dempede signalet entrer en andre effektdeler 308. Deler av dette signalet entrer tilpasningsnettverket 303 til den nedre sekundærspolen 213, og deler av signalet entrer den nedre inngangsdemperen 306. Derfor har signalene som leveres på de øvre og nedre sekundærspoler 212 og 213 endelige og forut bestemte faser og amplituder i forhold til hverandre og i forhold til loggeverktøyets senderfelt 111. Loggeverktøyets målinger av disse feltene 112 og 113 blir sammenlignet med referanse eller kalibreringsverdiene. Dersom målingene faller innenfor aksepterte toleranser, er logge-verktøyet klar for loggejobben. Dersom målingene ligger utenfor de aksepterte toleransene, må loggeverktøyet kalibreres for å bringes i samsvar med den kjente faseforskyvning og dempning, idet dataene som frembringes fra loggekjøringen korrigeres i samsvar med det forut bestemte avvik mellom de målte verdiene og den kjente faseforskyvning og dempning, eller det testede verktøyet blir ikke brukt.

Det henvises nå til figur 2 hvor en mulig utførelse av kretsen til testapparatet på figur 1 er vist. Som det kan sees, er hver av demperene 305 og 306, og faseforskyveren og demperen 309 utstyrt med en alternativ gren som kan svitsjes inn eller ut av kretsen ved hjelp av brytere S. Denne egenskap gjør det mulig å anvende den samme testfikstur for å teste/kalibrere med faseforskyvninger og dempninger ved begge ekstremverdier som kan forventes i formasjonene når borehullet bores. Alternativt ville det være mulig å konstruere kretsene på figur 2 med variable komponenter slik at deres justering ville tillate testing/- kalibrering av loggeverktøyet ved et antall faseforskyvninger og dempningsverdier.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for testing av et elektromagnetisk logge-verktøy som har en sende-antenne for elektromagnetisk energi og minst en i langsgående retning adskilt elektromagnetisk energi-mottakende antenne, omfattende de følgende trinn: driving av nevnte verktøy for å frembringe et primært magnetfelt på nevnte sendeantenne; detektering av magnetfeltet frembrakt av nevnte sendeantenne på dennes lokaliseringssted og generering av et elektrisk signal som er proporsjonalt med feltet; karakterisert vedmodifisering av nevnte elektriske signal i kjent grad for å simulere virkningene av forplantning av elektromagnetisk energi gjennom en geologisk formasjon for å frembringe et modifisert elektrisk signal; generering av et sekundært magnetisk felt ved mottaksantennen som respons på nevnte modifiserte elektriske signal; detektering av nevnte sekundære magnetiske felt av nevnte mottaksantenne til nevnte verktøy; og sammenligning av resultatene av detekteringen av nevnte sekundære magnetiske felt av nevnte verktøy med den kjente modifikasj onen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den innbefatter trinnet å kalibrere nevnte verktøy som respons på en sammenligning mellom resultatene av detekteringen av nevnte sekundære magnetiske felt og nevnte kjente modifikasjon.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at den innbefatter trinnene å forhindre ethvert magnetisk felt unntatt nevnte sekundære magnetiske felt i å nå nevnte mottaksantenne og å forhindre ethvert magnetisk felt unntatt nevnte primære magnetiske felt fra å bli detektert på stedet for nevnte sendeantenne.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte modifiserings-trinn simulerer fasemodifikasjon til et sendt elektromagnetisk signal som forplanter seg gjennom en geologisk formasjon.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte modifiserings-trinn simulerer dempningsmodifikasjon til et sendt elektromagnetisk signal som forplanter seg gjennom en geologisk formasjon.

6. Apparat for testing av et elektromagnetisk loggeverktøy som har en antenne som sender ut et elektromagnetisk felt og minst en i langsgående retning adskilt mottaks-antenne for elektromagnetisk felt, karakterisert ved at apparatet omfatter: a. en detektor som befinner seg i nærheten av nevnte sendeantenne for å detektere et primært magnetisk felt generert av nevnte sendeantenne; b. et system som reagerer på nevnte detektor for å frembringe i nærheten av nevnte mottaksantenne et sekundært magnetisk felt som simulerer det sendte elektromagnetiske feltet etter at dette har forplantet seg gjennom en geologisk formasjon med kjente egenskaper.

7. Apparat som angitt i krav 6, karakterisert ved at nevnte detektor for å detektere det magnetiske feltet generert av nevnte sendeantenne omfatter en sløyfeantenne som er følsom for det magnetiske feltet frembrakt av sendeantennen.

8. Apparat som angitt i krav 6, karakterisert ved at nevnte system som reagerer på detektoren innbefatter en sløyfeantenne for å sende nevnte sekundære magnetiske signal til nevnte mottaks-antenne.

9. Apparat som angitt i krav 6, karakterisert ved at det innbefatter første skjermer for å forhindre at magnetiske felter generert av nevnte sendeantenne direkte når nevnte mottaksantenne, og andre skjermer for å forhindre at andre magnetiske felter enn nevnte sekundære magnetiske felt skal nå nevnte mottaksantenne.