NO339293B1 - Fremgangsmåte ved logging og modulært geostyringsverktøy til bruk ved utførelse av fremgangsmåten - Google Patents

Description

Innhenting av brønninformasjon er blitt gjort av oljeindustrien i mange år. Moderne operasjoner ved boring og produksjon av petroleum krever en stor mengde informasjon vedrørende parametere og betingelser nede i brønnen. Slik informasjon inkluderer typisk lokalisering og orientering av brønn og boreutstyr, jordformasjonsegenskaper og parametere relatert til boremiljøet i brønnen. Innhenting av informasjon som angår egenskaper og betingelser nede i brønnen er ofte omtalt som "logging" og kan bli utført under selve boreoperasjonen.

Forskjellige måleverktøyer eksisterer for bruk til kabeloverført logging og logging under boring. Ett slikt verktøy er resistivitetsverktøy som inkluderer én eller flere antenner for å overføre et elektromagnetisk signal inn i formasjonen og én eller flere antenner for å motta en formasjonsrespons. Når det opereres under lave frekvenser, kan resistivitetsverktøyet betegnes som et "induksjonsverktøy" og når det opereres ved høye frekvenser kan det kalles et verktøy for utbredelse av elektromagnetiske bølger. Skjønt de fysiske fenomen som dominerer målingene kan variere med frekvens, er driftsprinsippene for verktøyet konsistente. I enkelte tilfeller blir amplitude og/ eller fase av mottatte signaler sammenlignet med amplitude og/ eller fase av utsendte signaler for å måle formasjonsresistivitet. I andre tilfeller blir amplitude og/ eller fase av mottatte signaler sammenlignet med hverandre for å måle formasjonsresistivitet.

I visse situasjoner, så som når boring gjennom formasjoner i hvilke laggrenser ("bed boundaries") strekker seg vertikalt eller når det bores fra en offshore plattform, er det ønskelig å bore brønner med en vinkel i forhold til formasjonsgrensende i strataene. Dette blir ofte kalt "horisontal" boring. Når det bores horisontalt er det ønskelig å opprettholde brønnen i lønnsom (pay zone) sone (soner som inneholder hydrokarboner) så mye som mulig for å maksimere utvinningen. Dette kan være vanskelig siden formasjonen kan "stupe" eller være avledet. Således, mens man forsøker å bore og opprettholde brønnen i en gitt formasjon, kan borkronen nå en laggrense.

Idet den roterende borkronen når laggrensen, vil denne være på en side av borkronen, det vil si med en asimutvinkel i forhold til boreaksen. Konvensjonelle resistivitetsverktøyer er ikke asimutfølsomme og er derfor ikke i stand til å påvise og hindre boring gjennom laggrenser. Videre er konvensjonelle resistivitetsverktøyer fremstilt som en enkelt enhet og derfor kan de ikke enkelt bli tilpasset til nye teknikker for målinger eller grensepåvisning blir oppdaget og forbedret. I stedet må nye verktøyer bli utviklet ettersom forskjellige maskinvarekonfigurasjoner blir oppdaget å være anvendelige.

US 6181138 beskriver retningsmessige resistivitetsmålingerfor asimutal nærhetspåvisning av laggrenser. EP 0553908 beskriver en metode og apparat for å utføre målinger nær borkrone under boring.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en loggemetode som omfatter:

elektrisk kopling av en forlengningsmodul til en basismodul av et resistivitetsloggingsverktøy via en verktøybuss, for å danne en verktøysammenstilling som har minst én senderantenne og minst én mottakerantenne; og

operering av forlengningsmodulen og basismodulen av resistivitetsloggingsverktøyet samvirkende for minst én av: å påvise asimutvanasjoner i formasjonsresistivitet, og å styre; hvori, som del av nevnte operering, resistivitetsloggingsverktøyet kommuniserer en eller flere måleparametere til forlengningsmodulen via verktøybussen.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en geostyrings verktøysammenstilling som omfatter:

en basismodul av et resistivitetsloggingsverktøy; og

en forlengningsmodul som elektrisk koples til basismodulen via en verktøybuss for å danne en verktøysammenstilling som har minst én senderantenne og minst én mottakerantenne, hvori basismodulen av resistivitetsloggingsverktøyet kommuniserer en eller flere måleparametere til forlengningsmodulen via verktøybussen, og hvori basismodulen av resistivitetsloggingsverktøyet og forlengningsmodulen opererer for samvirkende å påvise asimutvariasjoner i formasjonsresistivitet for styring.

Ytterligere utførelsesformer av loggemetoden og geostyrings verktøysammenstillingen i henhold til oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Kort omtale av figurene

I den følgende detaljerte beskrivelse er det gjort henvisning til de vedlagte tegninger, idet

Figur 1 viser omgivelser for logging under boring.

Figur 2 viser en illustrativ basismodul i form av et verktøy for logging av resistivitet under boring (LWD).

Figur 3 viser koordinater for å definere orientering av en skråstilt antenne.

Figurene 4A 4E viser illustrative forlengningsmoduler for et modulært geostyringsverktøy.

Figur 5 viser en illustrativ sammenstilling av et modulært geostyringsverktøy.

Figur 6 viser en annen illustrativ sammenstilling av et modulært geostyringsverktøy.

Figur 7 viser en tredje modulær sammenstilling av et geostyringsverktøy med et annet verktøy plassert mellom modulene.

Figur 8 viser illustrativ elektronikk for basis- og forlengningsmoduler.

Figur 9 viser skjematikk for en illustrativ multi-"tapp" antenne.

Figur 10A viser et detaljriss av en sammenstilling av et modulært geostyringsverktøy under fremstilling. Figur 10B - 10D viser komponenter av en illustrativ utføreIsesform av en skråstilt antennemodul. Figur 11A - 11E viser komponenter av en andre illustrativ utførelsesform av en skråstilt antennemodul.

Figur 12 er et flytskjema av en illustrativ loggemetode.

Mens foreliggende oppfinnelse kan være gjenstand for forskjellige modifikasjoner og alternative former, er det med henvisning til tegningene gitt spesifikke, detaljerte utførelsesformer av oppfinnelsen for eksemplifisering. Det skal forstås at tegningene og den detaljerte beskrivelse ikke er ment å begrense oppfinnelsen til de viste former, men tvert imot at oppfinnelsen skal dekke alle modifikasjoner, ekvivalente og alternativer som faller innenfor ånden og rammen til de etterfølgende patentkrav.

Notasjon og nomenklatur

Visse termer er brukt gjennomgående beskrivelse og patentkrav og henviser til spesielle systemkomponenter og konfigurasjoner. Som en person med fagkunnskap på området vil forstå, kan firmaer referere til en komponent med forskjellige navn. Dette dokumentet har ikke til formål å skille mellom komponenter som skiller seg ved navn men ikke i funksjon. I den følgende omtale og i patentkravene, er betegnelsene "inkludert" og "omfattende" benyttet på en åpen måte og skal forstås som "inkludert, men ikke begrenset til...". Videre menes med betegnelsen "kople" eller "koples" enten direkte eller indirekte elektrisk forbindelse. Således, hvis en første innretning koples til en andre innretning, kan disse bli brakt i direkte elektrisk kontakt med hverandre eller gjennom en elektrisk forbindelse via andre innretninger og forbindelser.

Detaljert beskrivelse

De temaer som er nevnt i bakgrunnen ovenfor er i det minste delvis ivaretatt gjennom de verktøysammenstillinger og fremgangsmåter som her er beskrevet. Ved enkelte fremgangsmåter og verktøysammenstillinger (-innretninger) er en forlengningsmodul (utvidelsesmodul) koplet direkte eller indirekte til en basismodul som i noen tilfeller kan ha en antennekonfigurasjon som et eksisterende, kommersielt verktøy (LWD) for resistivitetslogging under boring. Forlengningsmodulen virker sammen med basismodulen for å muliggjøre påvisning av asimutvariasjoner i formasjonsresistivitet. Geostyringssignaler kan bli avledet fra asimutvariasjoner for å muliggjøre styring relativt til laggrenser. Et sett av forskjellige typer av forlengningsmodul er gjort tilgjengelig for å muliggjøre skreddersydd konfigurasjon av verktøysammenstillingen. Andre verktøy eller rør kan være lokalisert mellom forlengningsmodulen og basismodulen, for derved å muliggjøre tilveiebringelse av dypmålingskonfigurasjoner uten uhensiktsmessig forlengelse av verktøystrengen.

Vi henleder oppmerksomheten mot figurene hvor figur 1 viser en brønn under boreoperasjoner. En boreplattform 2 er utstyrt med et boretårn 4 som støtter en vinsj 6. Boring av olje- og gassbrønner blir utført med en streng av borerør som forbindes med "verktøyskjøter" 7 for å danne en borestreng 8. Vinsjen 6 holder et drivrør 10 som senker en borestreng 8 gjennom et rotasjonsbord 12. En borkrone 14 er forbundet med nedre ende av borestrengen 8. Borkronen 14 blir rotert og boring bevirket gjennom rotasjon av borestrengen 8, ved hjelp av en brønnmotor nær borkronen eller ved begge disse metoder.

Borevæske, også betegnet "boreslam", blir pumpet med resirkuleringsutstyr 16 for boreslam gjennom tilførselsrør 18, gjennom boredrivrør 10 og ned gjennom borestreng 8 ved høye trykk og volumer for å presses ut gjennom åpninger eller dyser i borkronen 14. Boreslammet beveger seg deretter tilbake opp i brønnen via ringrommet som er dannet mellom utsiden av borestreng 8 og borehullets vegg 20 gjennom en utblåsningsforhindrer og inn i slamgrav 24 ved overflaten. På overflaten blir boreslammet renset og så resirkulert med resirkuleringsutstyr 16.

For logging under boring (LWD) er brønnsensorer 26 lokalisert i borestrengen 8 nær borkronen 14. Sensorer 26 inkluderer retningsinstrumentering og et modulært resistivitetsverktøy med skråstilte antenner for å påvise laggrenser.

Retningsinstrumenteringen måler helningsvinkel, horisontalvinkel og rota sjon svin kei (også betegnet "verktøyfrontens vinkel" "tool face angle") for LWD verktøyet. Slik det er vanlig å definere det innen faget, er helningsvinkelen lik avviket fra vertikal nedadrettet, horisontalvinkel er vinkel i horisontalplanet fra sann nordlig retning og verktøyfrontens vinkel er orienteringsvinkelen (rotasjon om verktøyaksen) fra den høye side av borehullet. I enkelte utførelsesformer blir retningsmålinger utført som følger: et treakse akselerometer måler jordens gravitasjonsfeltvektor relativt til verktøyaksen og et punkt på omkretsen av verktøyet kalt "verktøyfrontens risselinje" ("tool face scribe line"). (Verktøyfrontens risselinje trekkes på verktøyets overflate som en linje parallell med verktøyaksen). Fra denne målingen kan helningsvinkel og verktøyfrontens vinkel bestemmes. Videre måler et treakse magnetometer jordens magnetiske feltvektor på en tilsvarende måte. Fra de kombinerte magnetometer- og akselerometerdata, kan horisontalvinkelen av LWD verktøyet bli bestemt. I tillegg kan et gyroskop eller annen form for inertialsensor bli inkorporert for å utføre posisjonsmålinger og ytterligere raffinere orienteringsmålingene.

I enkelte utførelsesformer blir nedhulls sensorer 26 koplet til telemetrisender 28 som sender (overfører) telemetrisignaler ved å modulere motstand mot slamstrømning i borestreng 8. En telemetrimottaker 30 er koplet til drivrøret 10 for å motta sendte telemetrisignaler. Andre telemetri overføringsteknikker er velkjente og kan bli benyttet. Mottakeren 30 kommuniserer telemetrien til en overflateinstallasjon (ikke vist) som prosesserer og lagrer målingene. Overflateinstallasjonen inkluderer typisk et datasystem av en eller annen art, for eksempel en borddatamaskin som kan bli brukt til å informere boreoperatøren om de relative posisjoner og avstand mellom borkrone og nærliggende laggrenser.

Borkronen 14 er vist i ferd med å penetrere en formasjon med en rekke av leier 34 i sjikt som heller med en viss vinkel. Et første (x,y,z) koordinatsystem assosiert med sensorer 26 er vist, og et andre koordinatsystem (x",y", z") assosiert med leiene 32 er vist. Koordinatsystemet assosiert med leiene har en z" akse normalt på leieplanet, y"-aksen er i et horisontalplan og x" aksen peker "nedoverbakke". Vinkelen mellom z-aksene av de to koordinatsystemer er omtalt som "dipp" og er vist i figur 1 med vinkel B.

Det vises nå til figur 2 hvor en illustrativ basismodul 102 er vist i form av et resistivitetsverktøy. Basismodulen 102 er utstyrt med én eller flere regioner 106 med redusert diameter. En viklet spole 104 er plassert i region 106 og vekk fra overflaten 102 med en konstant avstand. For mekanisk å støtte og beskytte spolen 104, kan et ikke-konduktivt fyllmateriale (ikke vist) så som for eksempel epoksy, gummi, fiberglass eller keramisk materiale bli benyttet i regionene 106 av redusert diameter. Sende- og mottakerspoler kan omfatte så lite som én vikling av en leder, skjønt flere viklinger kan gi ytterligere signalstyrke. Avstanden mellom spolene og verktøyets overflate er fortrinnsvis i området fra omtrent 1,6 mm til 19 mm, men kan være større.

I utførelsesformene av verktøyet vist i figur 2, er spolene 104 og 108 sendespoler og spolene 110 og 112 er mottakerspoler. I drift sender sendespole 104 et identitetsspørrende elektromagnetisk signal som brer seg gjennom borehullet og inn i den omgivende formasjon. Signaler fra formasjonen når mottakerspoler 110,112, inkludert en signalspenning som blir påvist og målt for å bestemme amplitudedempning og faseskift mellom spolene 110 og 112. Målingene blir repetert med sender 108. Fra den målte dempning og faseskift kan resistiviteten i formasjonen bli bestemt ved hjelp av konvensjonelle teknikker.

Imidlertid mangler basismodulen 102 asimutfølsomhet, noe som gjør det vanskelig å bestemme retning av eventuelle nærliggende laggrenser. I henhold til dette er det ønskelig å skråstille en eller flere av antennene. Figur 3 viser en antenne som ligger i et plan som har en normal vektor med en vinkel på 9 i forhold til verktøyaksen og med en asimut på a i forhold til verktøyfrontens risselinje. Når 0 er lik null, kan antennen sies å være koaksial og når 9 er større enn null kan antennen sies å være skråstilt (tiltet).

Til tross for at den illustrative basismodul 102 ikke omfatter en skråstilt antenne, er andre konfigurasjoner av basismodul omfattet av foreliggende oppfinnelse. For eksempel kan basismodulen omfatte én eller flere skråstilte antenner for å tilveiebringe asimutfølsomhet. Den kan inkludere så lite som én antenne (for sending eller mottak) eller til det andre ekstreme, den kan være et fullt selvinneholdende geostyrings- og resistivitetsloggingsverktøy. Når en forlengningsmodul blir benyttet, er minst én antenne i basismodulen forventet å bli benyttet for å sende til en mottaker på forlengningsmodulen eller motta fra en sender på forlengningsmodulen. På denne måten utvider forlengningsmodulen funksjonaliteten til basismodulen.

Figurene 4A-4E illustrerer forskjellige forlengningsmoduler som kan bli tilsatt til en basismodul så som verktøy 102 (fig. 2) for å tilveiebringe et verktøy med asimutfølsomhet eller andre forbedringer så som dypere resistivitetsmålinger resistivitet. I enkelte alternative utførelsesformer kan disse moduler også tjene som basismoduler og tillate disse moduler å bli blandet og tilpasset for å danne fullstendig skreddersydde loggeverktøyer etter behov for nye loggeteknikker eller geostyringsteknikker som blir utviklet. Som ytterligere omtalt nedenfor kan disse moduler bli tilveiebrakt med elektronikk som tillater dem å operere hver antenne som en sender eller mottaker. I enkelte utførelsesformer er det tilveiebrakt en énleder kommunikasjonsbuss (med verktøykroppen fungerende som jord) for å muliggjøre kraftoverføring og digital kommunikasjon mellom moduler. I enkelte systemutførelser er en separat kraft- og reguleringsmodul (ikke vist) tilveiebrakt for å koordinere operasjon av de forskjellige verktøymoduler og for å samle (og kanskje prosessere) målingene fra disse moduler som opererer som mottakere.

Resistivitetsverktøymoduler har en festemekanisme som muliggjør at hver modul kan bli koplet til andre moduler. I enkelte utførelsesformer kan en festemekanisme være et gjengeparti som vist i figurene 4A-4E. I andre utførelsesformer av oppfinnelsen kan festemekanismen være en skrumekanisme, en press/ pasning ("press-fit") mekanisme, en sveis eller enkelte andre festemidler som tillater verktøysammenstillinger å bli festet til andre verktøysammenstillinger med kontrollerte asimutjusteringer. Figur 4A viser en forlengningsmodul 402 som har en koaksial antenne 404. Figur 4B viser en forlengningsmodul 406 med en vinklet utsparing 408 inneholdende en skråstilt antenne 410, som derved muliggjør asimutfølsomme resistivitetsmålinger. Skråstilt antenne 410 (og utsparingen 408) er fortrinnsvis satt med en vinkel 9 = 45°. Figur 4C viser en forlengningsmodul 412 som har to vinklede utsparinger 414 og 418 med respektive skråstilte antenner 416 og 420. Å tilveiebringe multiple antenner i en enkelt modul kan muliggjøre at krav til tettere romlig arrangement blir tilfredsstilt og kan tillate mer nøyaktige differensialmålinger å bli utført. Figur 4D viser en forlengningsmodul 422 med en utsparing 424 og skråstilt antenne 426 med en asimut 1800 vekk fra den av antennen i fig. 4B. Forlengningsmodul 422 kan være laget for å bli koplet til en annen modul på en måte som sikrer denne distinkte innretning av antenne 426 relativt til enhver annen antenne, så som antennene i henhold til figurene 4B-4C. Alternativt kan forlengningsmodulen være tilveiebrakt med en koplingsmekanisme som muliggjør antennen å bli festet med enhver ønskelig asimutinnretning, slik at modulene 406 og 422 derved blir ekvivalente. Ved nok et annet alternativ kan en multiaksial antennemodul 428 være tilveiebrakt som vist i fig. 4E for å muliggjøre virtuell styring av antenneinnretningen. Virtuell styring innebærer en kombinasjon av målinger gjort med eller av de forskjellige antenner 430, 432 og 434 for å konstruere målinger som ville ha blitt gjort med eller av en antenne orienter med en tilfeldig vinkel og asimut.

Som beskrevet ovenfor inkluderer hver verktøymodul en utsparing rundt den eksterne omkrets av sin rørform. En antenne er anordnet i utsparingen i det rørformede verktøy og etterlater ingen radiell profil som kan hindre plassering av verktøystrengen i et borehull. I enkelte alternative utførelsesformer kan antennen om så ønskes, være viklet på et segment som ikke har en utsparing, for eksempel mellom beskyttende slitasjebånd.

Figur 5 viser basismodul 102 fra figur 2 koplet til en forlengningsmodul 406 med en skråstilt antenne for å muliggjøre asimutfølsomme resistivitetsmålinger som kan bli benyttet for å oppnå geostyring med hensyn til nærliggende laggrenser. Detaljer av egnede metoder for å bestemme avstand og retning til nærliggende laggrenser er å finne blant annet i US patent nr. 7 019 528, "Electromagnetic wave resistivity tool håving tilted antenne for geosteering within a desired payzone", bevilget til Michael Bittar samt ikke avgjort US patentsøknad nr.

(fullmektig referanse nr. 1391-681.01) "Tool for Azimuthal Resistivity Measrurement and Bed Boundary Detection", også med Michael Bittar som oppfinner.

Figur 6 viser et modulært resistivitets/ geostyringsverktøy sammensatt av moduler fra figurene 4A til 4E. Som det lett vil bli oppfattet, muliggjør bruk av modulene en enkel konstruksjon av skreddersydde verktøyer som best kan ta i bruk nye logge- og geostyringsmetoder. Videre kan antenner eller elektronikk bli skadet, de individuelle moduler kan økonomisk bli reparert eller erstattet og slik forlenge den anvendbare levetiden til verktøyet.

Enda mer betydelig er muligheten til benytte mellomplasserte resistivitetsverktøymoduler med andre instrumenter eller rør, som vist i figur 7. I sammenstillingen vist i figur 7 er et

verktøy så som et geostyringsmekanisme eller annet loggeinstrument 702, plassert i mellom resistivitetsverktøymoduler. Sikt et arrangement muliggjør dype resistivitetsmålinger uten å kreve at resistivitetsverktøyet selv er svært langt. Videre kan denne evnen muliggjøre deler av resistivitetsverktøyet å være lokalisert mye nærmere borkronen, noe som muliggjør tidligere påvisning av laggrenser som måtte nærme seg.

I minst enkelte utførelsesformer er verktøyet 702 en stabilisator som har regulerbare blader i samsvar med beskrivelsene i US patent nr. 5318 137 og 5 318 138 av samme innehaver, og læren i disse inkorporeres herved gjennom henvisning. Som det beskrives i disse patenter kan helningsvinkelen til bunnhullssammenstillingen bli endret ved selektivt å variere forlengelsen av stabiliseringsbladene. Som en person med fagkunnskap på området umiddelbart vil forstå, kan retningen til borkronen også bli endret i samsvar med andre teknikker, så som ved selektivt å starte eller stanse en brønnmotor, regulere vinkelen på bend i en motorhus med bend eller endre vekten av borkronen ("weight on bit") i systemet.

I enkelte utførelsesformer kan det modulære resistivitetsverktøy bli sammensatt i feltet, for eksempel ved brønnen. Forskjellige verktøysammenstillinger kan bli sammensatt med forskjellige mengder rotasjon av hver verktøymodul i forhold til andre verktøy mod ule r om lengdeaksen. Evnen til å rekonfigurere en eksisterende verktøystreng tillater innhenting av flere data fra formasjonen som omgir borehullet. Således kan mer robuste og sofistikerte resistivitetsgrafer for styring av boreapparaturen i den ønskede retning bli bestemt. Bruk av verktøysammenstillinger beskrevet ovenfor for geostyringsverktøyer øker modularitet, pålitelighet og reduserer kostnadene ved fremstilling, vedlikehold, design, gjenbruk og utskiftning.

Figur 8 viser et blokkdiagram av en illustrativ utførelsesform av elektronikk for basis- og forlengningsmoduler. Når de er montert sammen er de forskjellige moduler koplet via en énleder verktøybuss 802. I enkelte utførelsesformer er en kabel ført gjennom hulrommet av verktøyene og manuelt festet til terminalblokker inne i verktøymodulene når modulene blir satt sammen. I enkelte alternative utførelsesformer passerer verktøybusskabelen gjennom en åpen eller lukket kanal i verktøyet og er festet til kontakter eller induktive kopiere ved hver ende av modulen. Etter hvert som modulene blir koplet sammen blir disse kontakter eller induktive kopiere plassert i elektrisk kommunikasjon som følge av geometrien av forbindelsen. For eksempel, i et gjenget "box-and-pin" koplingsarrangement, kan koplingen inkludere en ledende hannplugg holdt på plass på den sentrale akse med én eller flere støtter fra modulens indre vegg. En tilsvarende hunnplugg kan tilsvarende bli holdt på plass på den sentrale akse av leddforbindelsen og posisjonert til å danne elektrisk kontakt med hannpluggen når den gjengede forbindelse er skrudd sammen. Et O-ring arrangement kan være tilveiebrakt for å holde den elektriske forbindelse tørr under boreoperasjoner. I systemer som krever et åpent hulrom kan den elektriske kopling bli modifisert til å være en ringformet forbindelse i hvilken et sirkulærsymmetrisk blad støter mot en sirkulær fatning, igjen med et O-ring arrangement for å holde den elektriske kopling tørr. Andre egnede elektriske og mekaniske koplinger er kjente og kan bli benyttet.

I utføreIsesformen illustrert ved figur 8 er verktøybuss 802 induktivt koplet til modulelektronikken via en transformator 804. En krafttilførsel 806 trekker vekselstrøm (AC) fra verktøybussen og tilpasser kraften til bruk av andre deler av elektronikken. Toveis kommunikasjon med andre moduler blir utført med et modem 808 under kontroll av regulator 810. Regulatoren 810 opererer i samsvar med programvare (firmware og software) lagret i hukommelse 812 for å koordinere operasjoner med andre moduler og for å regulere en sender 814 og mottaker 816 for hver antenne 818. Når det sendes et elektromagnetisk signal inn i formasjonen, tilveiebringer regulatoren et synkroniseringssignal via verktøybussen til de andre moduler. Når en mottaker blir operert, mottar regulatoren synkroniseringspulsen og begynner å digitalisere og lagre det eller de mottatte signal(er) i hukommelse for senere kommunikasjon til kraft- og regulatormodulen. Figur 9 viser illustrativt og skjematisk antenne 818. Antenne 818 inkluderer multiple spoler med ledning som omgir en sentral kjerne 905. Ledere 910, 915, 920 og 925 er festet til forskjellige spoler for å muliggjøre sender- eller mottakerelektronikken å endre antallet av effektive viklinger i spolen. Når en vekselstrøm blir tilført spolen 818 blir et elektromagnetisk felt dannet. Motsatt induserer et alternerende magnetisk felt i nærheten av antennen 818 en spenning i lederne. På denne måten kan antennen 818 bli brukt til å sende eller motta elektromagnetiske bølger. Figur 10A viser et detaljert riss av to delvis sammensatte moduler 402 og 412. En luke 1008 for sender/mottakerelektronikken av antenne 406 i modul 402 kan sees, men antennen selv kan ikke bli sett siden den er beskyttet av et sjikt av mellomliggende bånd 1010 og 1012. Båndene 1012 er slitasjebånd av stålstaver for å beskytte antennen fra skade. For å hindre at slitasjebåndet av stålstaver skal undertrykke antennesignaler, er de orientert vinkelrett på planet av antennen og med mellomrom av bånd med isolerende materiale 1010.

Antenner 416 og 420 av modul 412 er vist støttet i deres respektive utsparinger 414 og 418 med støtteblokker 1002 og 1004. Rommet rundt antenne vil bli fylt med et støttemateriale og en beskyttende struktur vil bli plassert over antennene for å tilveiebringe slitasjemotstand. Luker 1006 for sender/ mottakerelektronikk for antennene 416 og 420 er også synlig.

Fig. 10B viser en første utførelsesform av en beskyttende struktur som skal plasseres over de skråstilte antenner. Den beskyttende struktur er en hylse 1013 bestående av et rørformet legeme 1014 som har et mønster av vinduer 1016 anordnet for å bli innrettet med én eller flere skråstilte antenner. I enkelte utførelsesformer er vinduene hovedsakelig rektangulære med kantene nærmest antennen orientert generelt vinkelrett på antenneplanet. Monteringshull 1018 kan være tilveiebrakt som et middel for å sikre hylsen til verktøylegemet. Deksel 1013 er laget av et materiale som virker som et stivt skall for å beskytte antennene. Det rørformede legeme 1014 kan være laget av ledende eller ikke-ledende materiale og i minst enkelte utførelsesformer består det rørformede legeme av ikke-magnetisk stål. Det rørformede legeme 1014 kan være belagt med for eksempel wolframkarbid. Det rørformede legeme 1014 har åpne ender slik at det kan skyves på og av modullegemet mens det tillater at modulen blir festet til andre moduler ved vilkårlig ende. Form, tykkelse, diameter og lengde av det rørformede legeme 1014 kan variere fra en applikasjon til den neste. Antallet vinduer kan variere fra én applikasjon til den neste og dimensjonene, mellomrommet og andre karakteristikker for hvert vindu eller sett av vinduer, kan variere fra en applikasjon til den neste.

Monteringshull 1018 kan bli brukt til å feste deksel 1013 til modullegemet. Som sådan kan tilpassede monteringshull være dannet i modulen og skruer eller andre kjente midler kan bli brukt til å feste deksel 1013 til modullegemet. Slike midler kan komme i tillegg til presspasning, sveising eller andre supplerende metoder for å holde deksel 1013 på plass. Figurene 10C til 10D viser to skisser av beskyttende deksel 1013 på plass på modul 412. For formål av illustrasjon er dekslet 1013 vist som et delvis gjennomsiktig materiale for å muliggjøre visualisering av forholdet mellom antennene 416,420 og vinduene 1016 utskåret i beskyttelsesdeksel 1102 (1013). Det er forventet at dekslet 1013 vil omfatte stål eller noe annet elektrisk ledende metall. I henhold til dette er vinduene 1016 skåret med kanter vinkelrett på antennene 416,420 for å hindre induserte strømmer i det beskyttende deksel 1013 fra å undertrykke antennesignalet. Figur 10C viser et sideriss av det beskyttende deksel 1013 på plass på modul 412. Skråstilte utsparinger 414,418 og antennene 416,420 ligger under mønstret av vinduer 1016. Når de er hensiktsmessig tilpasset, er vinduene 1016 innrettet over og vinkelrett på antennene 416, 418 rundt omkretsen av modul 412. Figur 10C viser videre at i enkelte utførelsesformer er antennene 416,420 skråstilt 45 grader fra verktøyaksen.

Figur 10D viser et bunnriss av det beskyttende deksel 1013 på plass på modul 412. Bunnrisset viser en ytterligere skisse av skråstilte utsparinger, skråstilt antenne og vinduer anordnet vinkelrett på antennene 416, 420 rundt omkretsen av modul 412. I figurene 10C og 10D er det vist luker 1006 i verktøymodul 412. En hermetisk tettet kavitet under hver luke inneholder elektronikk for å sende og motta signaler via de tilhørende antenner 416, 420. Volumet av utsparingene 414, 418 og vinduene 1016 og andre områder kan være fylt og tettet for å hindre inntrengning av borevæske og andre materialer. Egnede metoder kan inkludere de som er beskrevet i US patent nr. 5 563 512. Imidlertid er det foretrukket at tetningsmidlet ikke vesentlig reduserer vinduenes 1016 evne til å sende utstrålt og reflektert energi.

Som et alternativ til å beskytte hylse 1013 kan de skråstilte antenner være beskyttet ved bruk av mellomliggende slitasjebånd 1012 som vist i figur 10A. Figur 11A viser et resistivitetsverktøy 500 som har en modul 505 med en skråstilt utsparing 510 omfattende en skråstilt antenne 515. Utsparingen har skuldre 525 for å støtte den mellomliggende båndstruktur 550 vist i figur 11B, Strukturen omfatter et isolerende materiale 555 inneholdende stålslitasjestaver 560 orientert generelt tvers over strukturens bredde. Det isolerende materiale 555 hindrer strømning av elektriske strømmer som kunne undertrykke antennesignalet.

Figur 11C viser et sideriss av et annet alternativt deksel 572 som har et mønster av vinduer som er innrettet etter den skråstilte antenne. Dekslet 572 omfatter et bånd 574 som har vinduer 576. Deksel 572 er støttet av skuldre 525 og eventuelt ytterligere enhver

antennestøtte. Lik vinduene 1016 er vinduene 576 fortrinnsvis innrettet etter og vinkelrette i forhold til en antenne, i dette tilfelle antenne 515. Materialene benyttet til å danne dekslet 572 og dimensjonene av dekslet og vinduene kan variere fra én implementering til en annen som tidligere bemerket under omtale av deksel 1013 og vindu 1016. Tilsvarende kan vinduene 576 og andre områder være tettet for å hindre inntrengning av borevæske og andre materialer ved enhver kjent metode. Deksel 572 kan være festet til segment 500 med

enhver kjent festemetode, for eksempel skruer, kompresjon, klemmer. En pakning kan bli festet til deksel 572 eller skuldrene 525. Figur 11D viser et frontriss av deksel 572. Dekslet 572 kan være skåret fra en flat stålplate og formet til en (skråstilt) sylindrisk form. Etter at det har blitt tilpasset i utsparingen, kan en sveis bli gjort langs søm 582 for å holde dekslet på plass. Tapper 578 kan være tilveiebrakt for å hindre rotasjon av dekslet og utsparinger 580 kan være tilveiebrakt for å for å passe rundt tilgangsdeksler, festeinnretninger eller andre verktøyelementer. Bemerk av vindusformene ikke trenger være enhetlige i form eller størrelse som indikert ved vindu 584. Figur 11E viser deksel 572 på plass på et delvis sammensatt loggeverktøy for å illustrere sammenhengen mellom antenne 515 og vinduene. Innenfor en maskinert utsparing 588 er en kavitet 590 for elektronikk og forskjellige gjengede hull tillater luken å bli festet (under deksel 572) tvers av bredden av antenneutsparingen, og tilveiebringe en ledningsvei mellom antennen og elektronikken om så ønskes. I praksis vil antennen ikke være synlig som en elliptisk utsparing og vinduene i dekslet vil være fylt med noe isolerende materiale for å støtte og beskytte antennen.

Når det er sammensatt og ført inn i borehullet og med strøm påslått, vil resistivitets-/ geostyringsverktøyet tenne sine forskjellige sendere i rekkefølge og samle målinger fra hver mottaker. I enkelte utførelsesformer omfatter basismodulen orienterings- og posisjoneringssporende maskinvare, mens i andre utførelsesformer har basismodulen tilgang til orienterings- og posisjoneringsinformasjon som skaffes av andre moduler. I nok andre utførelsesformer sender basismodulen relevante målinger til et annet verktøy som har tilgang til posisjons- og orienteringsinformasjon. Skjønt den følgende beskrivelse av figur 12 gjør den antakelse at basismodulen utfører de beskrevne aksjoner, kan disse aksjoner alternativt bli utført med en annen komponent av systemet.

I blokk 1202 er ekspansjonsmodulen koplet til basismodulen. I enkelt utførelsesformer er ekspansjonsmodulene ganske enkelt gjenget i bunnhullssammenstillingen eller verktøystreng med basismodulen og elektriske kontakter i koplingene etablerer verktøybussforbindelsen. Andre egnede kommunikasjonsteknikker er kjente og kan bli brukt.

I blokk 1204 identifiserer basismodulen hver av forlengningsmodulene som den er komplet til. Hver forleningsmodul inneholder fortrinnsvis en forprogrammert unik identifikator sammen med en eller annen indikasjon på modultype (for eksempel sender, mottaker, antenneorientering samt enkel- eller differensialkonfigurasjon) samt versjonsnummer for å muliggjøre denne identifikasjonsprosess å bli utført automatisk av basismodulen. Imidlertid kan særskilt tilpasning eller programmering av en feltingeniør også bli benyttet for å sette opp verktøyet.

Så snart basismodulen har fullført identifikasjonsprosessen, initierer den en klokkesynkroniseringsprosedyre i blokk 1206. For å sikre nøyaktighet i målinger kan synkroniseringsprosessen bli repetert eller raffinert før hver måling. I enkelte utførelsesformer har hver modul sin egen nøyaktige klokke og basismodulen bestemmer bare de relative avvik for hver modul ved bruk av en spør/ svar prosess. For ytterligere raffinering kan basismodulen også bestemme og spore endringsraten av hvert klokkeavvik.

I blokk 1208 etablerer basismodulen måleparametere og kommuniserer dem til de relevante ekspansjonsmoduler. For eksempel kan måleparametrene spesifisere sendeantennen, den ønskede frekvens og kraftinnstilling og den ønskede tid for start. (Den ønskede starttid kan bli spesifisert ved bruk av et spesielt triggersignal på bussen. Når pulssignaler benyttes, kan også formen på og varigheten av pulsen bli spesifisert.

I blokk 1210 sender senderen og mottakeren måler fase og dempning. Disse målinger gjøres relativt til en hvilken som helst av flere mulige referanser. Fasen kan bli målt relativt til individuelle klokker, relativt til fase av sendesignalet eller relativt til fase av mottatt signal fra en annen antenne. Tilsvarende kan dempning bli målt relativt til en kalibreringsverdi, relativt til den spesifiserte, innstilte sendekraft eller relativt til amplituden av et mottatt signal fra en annen antenne. Basismodulen kommuniserer med hver av forlengningsmodulene for å samle mottakermålinger. Når en forlengningsmodul sendte signalet, kan også et aktuelt tidspunkt for sending bli samlet hvis den modulen målte det.

I blokk 1212 bestemmer basismodulen verktøyorientering og prosesserer fase og dempningsmålinger i henhold til dette. I enkelte utførelsesformer roterer verktøyet og samler målinger. Målingene blir sortert i azimut bins og blir kombinert med andre målinger fra samme bin. Målefeil kan bli redusert ved å kombinere målinger på denne måten. Basismodulen behandler målinger for å bestemme azimut og radial avhengighet av målingene og kan videre generere geostyringssignaler ved å ta forskjellen mellom målinger i med motsatt orienteringer eller mellom målinger for en gitt bin og gjennomsnittet av alle "bins".

I blokk 1214 komprimerer eventuelt basismodulen dataene før de blir lagret i intern hukommelse og/ eller tilveiebringer data til telemetrisender som skal kommuniseres til overflaten. I blokk 1216 bestemmer basismodulen om loggingen skal fortsette og i så fall gjentas operasjonene begynnende med blokk 1206.

Skjønt beskrivelsen ovenfor er fokusert på bruk av asimutfølsomme motstandsmålinger for å muliggjøre geostyring relativt til laggrenser, kan slike målinger også benyttes til tilveiebringe ytterligere borehull generelt parallelle med en eller flere eksisterende borehull. De eksisterende borehull kan bli fylt med et fluid som en resistivitet vesentlig forskjellig fra den omgivende formasjon. Når et nytt borehull blir boret, vil det asimutfølsomme resistivitetsverktøy muliggjøre påvisning av retning og avstand fra eksisterende borehull. Den nøyaktige plassering av generelt parallelle borehull muliggjør bruk av slike teknikker som dampassistert gravitasjonsdrenering (SAGD) hvor damp blir pumpet fra et første borehull inn i formasjonen for å varme formasjonen og derved øke flytbarheten til hydrokarboner. Et andre borehull drenerer så disse hydrokarboner fra reservoaret og forbedrer vesentlig reservoarutbyttet.

Foreliggende oppfinnelse er blitt beskrevet med hensyn til et begrenset antall utførelsesformer, men personer med fagkunnskap på området vil forstå at mange modifikasjoner og variasjoner kan gjøres i forhold til disse. For eksempel er det forventet at den beskrevne verktøy konstruksjon og metode kan bli benyttet på verktøy festet til vaiere så vel som logging mens borehull blir boret, ved logging under boring kan borestrengen være et wiret eller ikke-wiret borerør eller kveilrør. De vedlagte patentkrav er ment å dekke alle slike modifikasjoner og variasjoner som faller innenfor ånden og rammen av foreliggende oppfinnelse.

Claims (24)

1. Loggemetode som omfatter: elektrisk kopling av en forlengningsmodul (402) til en basismodul av et resistivitetsloggingsverktøy (102) via en verktøybuss, for å danne en verktøysammenstilling som har minst én senderantenne (104,108) og minst én mottakerantenne (110,112); og operering av forlengningsmodulen (402) og basismodulen av resistivitetsloggingsverktøyet (102) samvirkende for minst én av: å påvise asimutvariasjoner i formasjonsresistivitet, og å styre; hvori, som del av nevnte operering, resistivitetsloggingsverktøyet (102) kommuniserer en eller flere måleparametere til forlengningsmodulen (402) via verktøybussen.

2. Loggemetode i samsvar med krav 1, hvori den en eller flere måleparametere omfatter minst én av: en valgt senderantenne (104,108), en valgt sen de rf re kvens, en valgt sendt effektinnstilling, en valgt senderstarttid, en valgt sendepulsform, og en valgt sendepulsvarighet.

3. Loggemetode i samsvar med krav 1 eller krav 2, hvori forlengningsmodulen (402) omfatter en tiltet mottakerantenne (110,112) som anvendes for å gjøre asimutsensitive målinger som respons på operering av senderantennen (104,108).

4. Loggemetode i samsvar med krav 3, hvori de asimutsensitive målinger omfatter minst én av faseskift og dempning mellom den tiltede mottakerantenne (110,112) og et referansesignal.

5. Loggemetode i samsvar med krav 4, hvori referansesignalet er et sendesignal eller et mottakssignal fra en annen mottakerantenne (110,112).

6. Loggemetode i samsvar med et hvilket som helst av kravene 3-5, hvori asimutvariasjonene benyttes til å bestemme et geostyringssignal.

7. Loggemetode i samsvar med et hvilket som helst av kravene 1-6, hvori forlengningsmodulen (402) opererer under kontroll av basismodulen av resistivitetsloggingsverktøyet (102).

8. Loggemetode i samsvar med krav 7, hvori resistivitetsloggingsverktøyet (102) automatisk påviser og kontrollerer forlengningsmodulen (402) når kraft blir tilført.

9. Geostyrings verktøysammenstilling som omfatter: en basismodul av et resistivitetsloggingsverktøy (102); og en forlengningsmodul (402) som elektrisk koples til basismodulen via en verktøybuss for å danne en verktøysammenstilling som har minst én senderantenne (104,108) og minst én mottakerantenne (110,112), hvori basismodulen av resistivitetsloggingsverktøyet (102) kommuniserer en eller flere måleparametere til forlengningsmodulen (402) via verktøybussen, og hvori basismodulen av resistivitetsloggingsverktøyet (102) og forlengningsmodulen (402) opererer for samvirkende å påvise asimutvariasjoner i formasjonsresistivitet for styring.

10. Geostyrings verktøysammenstilling i samsvar med krav 9, hvori forlengningsmodulen (402) videre omfatter: en gjenget konnektor som mekanisk koples til resistivitetsloggingsverktøyet (102), hvori den gjengede konnektoren etablerer verktøybussen som koples med basismodulen av resistivitetsloggingsverktøyet (102); og elektronikk som opererer samvirkende med basismodulen av resistivitetsloggingsverktøyet (102) for minst én av: å påvise asimutvariasjoner i formasjonsresistivitet, og styre, hvori som del av nevnte operering, elektronikken tilfører en eller flere måleparametere mottatt via verktøybusskoplingen fra basismodulen av resistivitetsloggingsverktøyet (102).

11. Geostyrings verktøysammenstilling i samsvar med krav 9 eller krav 10, hvori en eller flere måleparametere omfatter minst én av: en valgt senderantenne (104,108), en valgt sen de rf re kvens, en valgt sendt effektinnstilling, en valgt senderstarttid, en valgt sendepulsform, og en valgt sendepulsvarighet.

12. Geostyrings verktøysammenstilling i samsvar med et hvilket som helst av kravene 9-11, hvori forlengningsmodulen (402) omfatter en tiltet mottakerantenne (110,112) for å gjøre asimutsensitive målinger som respons på operering av senderantennen (104,108).

13. Geostyrings verktøysammenstilling i samsvar med krav 12, hvori de asimutsensitive målinger omfatter minst én av faseskift og dempning mellom den tiltede mottakerantenne (110,112) og et referansesignal.

14. Geostyrings verktøysammenstilling i samsvar med krav 13, hvori referansesignalet er et sendesignal eller et mottakssignal fra en annen mottakerantenne (110,112).

15. Geostyrings verktøysammenstilling i samsvar med et hvilket som helst av kravene 9-14, hvori asimutvariasjonene benyttes til å bestemme etgeostyringssignal.

16. Geostyrings verktøysammenstilling i samsvar med et hvilket som helst av kravene 9-15, hvori forlengningsmodulen (402) opererer under kontroll av basismodulen av resistivitetsloggingsverktøyet (102).

17. Geostyrings verktøysammenstilling i samsvar med krav 16, hvori basismodulen av resistivitetsloggingsverktøyet (102) automatisk påviser og kontrollerer forlengningsmodulen (402) når kraft blir tilført.

18. Geostyrings verktøysammenstilling i samsvar med et hvilket som helst av kravene 9-17, hvori nevnte verktøybusskopling tilveiebringer kommunikasjon via minst ett mellomliggende rør.

19. Geostyrings verktøysammenstilling i samsvar med krav 9, som videre omfatter en andre forlengningsmodul (402) som elektrisk koples til basismodulen av resistivitetsloggingsverktøyet (102), hvori den andre forlengningsmodul (402) opererer under kontroll av basismodulen av resistivitetsloggingsverktøyet (102).

20. Geostyrings verktøysammenstilling i samsvar med et hvilket som helst av kravene 9-19, hvori forlengningsmodulen (402) er fra et sett av utskiftbare forlengningsmoduler (402,406, 412, 422, 428) som kan opereres til å tilveiebringe forskjellige målinger når koplet til basismodulen.

21. Geostyrings verktøysammenstilling i samsvar med krav 20, hvori settet av utskiftbare forlengningsmoduler (402, 406,412, 422, 428) inkluderer moduler med forskjellig antall av antenner.

22. Geostyrings verktøysammenstilling i samsvar med et hvilket som helst av kravene 20-21, hvori settet av utskiftbare forlengningsmoduler (402, 406, 412, 422,428) inkluderer moduler som har antenner med forskjellige orienteringer.

23. Geostyrings verktøysammenstilling i samsvar med et hvilket som helst av kravene 20-22, hvori settet av utskiftbare forlengningsmoduler (402, 406, 412, 422,428) inkluderer sendermoduler med forskjellige sendeeffekter.

24. Geostyrings verktøysammenstilling i samsvar med et hvilket som helst av kravene 20-23, hvori settet av utskiftbare forlengningsmoduler (402, 406, 412, 422,428) inkluderer mottakermoduler med forskjellige følsomheter.