NO342148B1 - Fremgangsmåte for signalforbedring av asimutal utbredelsesresistivitet under boring - Google Patents

Abstract

Krysskomponentmålinger tatt ved et antall verktøyflatevinkler blir behandlet for å fjerne forspenning. Amplituden til den resulterende sinusformen blir brukt til å estimere avstanden til en grenseflate i en grunnformasjon.

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

1. Teknisk område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å estimere en resistivitet i en grunnformasjon som gjennomtrenges av et borehull, og en anordning for evaluering av en grunnformasjon gjennomtrengt av et borehull. Det beskrives generelt boring av laterale brønner inn i grunnformasjoner, og mer spesielt å opprettholde brønnene i en ønsket posisjon i forhold til en grenseflate i et reservoar, ved å ta målinger under rotasjon av bunnhullsanordningen.

2. Beskrivelse av beslektet teknikk

For å fremskaffe hydrokarboner slik som olje og gass, blir brønnhull boret ved å rotere en borkrone festet ved enden av en borestreng. Borestrengen kan være et sammensatt roterbart rør eller et oppkveilingsrør. Borehull kan bores vertikalt, men retningsboringssystemer blir ofte brukt for boring av borehull som avviker fra vertikale og/eller horisontale borehull for å øke hydrokarbonproduksjonen.

Moderne retningsboresystemer anvender generelt en borestreng som har en bunnhullsanordning (BHA) og en borkrone ved en ende av denne, som blir rotert ved hjelp av en boremotor (slammotor) og/eller borestrengen. Et antall brønnhullsanordninger plassert i nærheten av borkronen måler visse driftsparametere nede i hullet i forbindelse med borestrengen. Slike anordninger innbefatter typisk sensorer for måling av brønnhullstemperatur og brønnhullstrykk, verktøyasimut, verktøyinklinasjon. Det blir også brukt måleanordninger slik som en resistivitetsmåleanordning for å bestemme forekomsten av hydrokarboner og vann. Ytterligere brønnhullsstrukturer, kjent som verktøy for måling under boring (MWD) eller logging under boring (LWD), er ofte festet til borestrengen for å bestemme formasjonsgeologi og formasjonsfluidtilstander under boringsoperasjonene.

US2004113626 beskriver fremgangsmåte og system for å estimere resistivitet av en formasjon som omgir et borehull, fra krysskomponentmålinger.

Borehull blir vanligvis boret langs forutbestemte baner og fortsetter gjennom forskjellige formasjoner. En boreoperatør regulerer typisk de overflatestyrte boreparametrene under boringsoperasjoner. Disse parametrene innbefatter vekt på borkronen, borefluidstrømning gjennom borerøret, rotasjonshastighet (RPM) for borestreng av overflatemotoren som er koblet til borerøret, og densiteten og viskositeten til borefluidet. Driftstilstandene nede i hullet endres kontinuerlig, og operatøren må reagere på slike endringer og justere de overflatestyrte parametrene for riktig styring av boringsoperasjonene. For boring av et borehull i et jomfruelig område, stoler operatøren typisk på seismiske undersøkelser som gir et makrobilde av undergrunnsformasjonene og en på forhånd planlagt borehullsbane. For boring av flere borehull i den samme formasjonen, kan operatøren også ha informasjon om tidligere borede hull i den samme formasjonen.

Ved utvikling av reservoarer er det vanlig å bore hull i en forutbestemt avstand fra fluidkontakter inne i reservoaret. Et eksempel på dette er vist på fig. 2 hvor en porøs formasjon betegnet med 105a, 105b har en olje/vannkontakt betegnet med 113. Den porøse formasjonen er typisk overdekket av en takbergart slik som 103, som er ugjennomtrengelig og videre kan ha et ikke-porøst intervall betegnet 109 under seg. Olje/vann-kontakten er betegnet med 113 med olje over kontakten og vann under kontakten; denne relative posisjonen inntreffer på grunn av det faktum at oljen har lavere densitet enn vann. I virkeligheten behøver det ikke å være noen skarp markering som definerer olje/vann-kontakten; i stedet kan det være en overgangssone med en endring fra høy oljemetning ved toppen til høy vannmetning ved bunnen. I andre situasjoner kan det være ønskelig å opprettholde en ønsket avstand fra en gass/olje-grenseflate. Dette er skissert ved 114 på fig. 1. Det skal også bemerkes at en grense slik som 114, i andre situasjoner kan være en gass/vann-kontakt.

For å maksimalisere mengden med utvunnet olje fra et slikt borehull blir borehullene vanligvis boret i en hovedsakelig horisontal retning i nær avstand til olje/vannkontakten, men fremdeles inne i oljesonen. US patent RE35386 til Wu m.fl., som har samme søker som foreliggende søknad og hvis innhold herved i sin helhet inkorporeres ved referanse, beskriver en fremgangsmåte for å detektere og avføle grensene i en formasjon under retningsboring slik at boreoperasjonen kan justeres for å holde borestrengen inne i et valgt lag. Fremgangsmåten omfatter innledende boring av en forskyvningsbrønn hvorfra resistiviteten i formasjonen med dybdene blir bestemt. Denne resistivitetsinformasjonen blir så modellert for å tilveiebringe en modellert logg som indikerer responsen til et resistivitetsverktøy inne i et valgt lag i en hovedsakelig horisontal retning. En retningsbrønn (f.eks. horisontal) blir deretter boret, hvori resistivitet blir logget i sann tid og sammenlignet med den for den modellerte horisontale resistiviteten for å bestemme posisjonen til borestrengen og derved borehullet i det hovedsakelig horisontale laget. Fra dette kan retningen av boringen korrigeres eller justeres slik at borehullet blir opprettholdt innenfor det ønskede laget. Resistivitetssensoren omfatter typisk en sender og et antall sensorer. Målinger kan tas med forplantningssensorer som opererer i området 400 kHz og høyere frekvenser.

En begrensning av fremgangsmåten og anordningen som brukes av Wu, er at resistivitetssensorer reagerer på olje/vann-kontakter over forholdsvis små avstander, typisk ikke mer enn 5 meter; ved større avstander reagerer konvensjonelle forplantningsverktøy ikke på resistivitetskontrasten mellom vann og olje. En løsning som kan brukes i et slikt tilfelle, er å bruke induksjonslogging som typisk opererer ved frekvenser mellom 10 kHz og 50 kHz. US-patent nr. 6 308 136 til Tabarovsky m.fl., som har samme søker som foreliggende søknad og hvis innhold herved i sin helhet inkorporeres ved referanse, beskriver en fremgangsmåte for tolkning av induksjonslogger i nesten horisontale borehull og for å bestemme avstander til grenser i nærheten av borehullet.

En alternativ løsning for bestemmelse av avstander til laggrenser er beskrevet i US-patentsøknad med serienr. 10/373 365 fra Merchant m.fl., og US-patent 6819 111 til Fanini m.fl. Antennekonfigurasjonen til multikomponentverktøyet i patentsøknaden og patentet til Fanini m.fl., er illustrert på fig. 3.

Fig. 3 (kjent teknikk) viser utformingen av sender- og mottakerspoler i det 3DExplorerTM (3DEX) induksjonsloggeinstrumentet fra Baker Hughes. Tre ortogonale sendere 201, 203 og 205 som blir referert til som Tx, Tzog Ty-sendere er plassert i den viste rekkefølge. De tre senderne induserer magnetfelter i tre rommessige retninger. Subindeksene (x, y, z) indikerer et ortogonalt system som hovedsakelig er definert ved hjelp av retningene for normalen til spolene i senderne. z-aksen er valgt å være langs den langsgående retningen til verktøyet, mens x-aksen og y-aksen er innbyrdes perpendikulære retninger som ligger i planet transversalt til aksen. Svarende til hver sender 201, 203 og 205 er tilhørende mottakere 211, 213 og 215, referert til som Rx-, Rz- og Ry-mottakerne, innrettet langs det ortogonale systemet som bestemmes av sendernormalene, plassert i den rekkefølge som er vist på fig. 1. Rx, Rzog Ryer ansvarlige for måling av de tilsvarende magnetfeltene Hxx, Hzzog Hyy. Innenfor dette systemet for navngivning av magnetfeltene, indikerer den første subindeksen retningen av senderen og den andre indeksen indikerer retningen av mottakeren. I tillegg måler mottakerne Ryog Rzto krysskomponenter, Hxyog Hxz, for det magnetfeltet som produseres av Tx-senderen (201). Denne utførelsesformen av oppfinnelsen kan operere i enkeltfrekvens- eller multippelfrekvens-modi. Det skal videre bemerkes at beskrivelsen her med de ortogonale spolene og en av aksene parallell med verktøyaksen, kun er for illustrerende formål. Ytterligere komponenter kan måles, og spesielt kan spolene være skråstilt ved en annen vinkel enn 0 º eller 90 º til verktøyaksen, og behøver videre ikke å være ortogonale så lenge målingene kan "roteres" eller "projiseres" på de tre ortogonale aksene kan den metodologien som beskrives her, anvendes. Målinger kan også foretas ved et antall frekvenser og/eller ved et antall sender-mottakeravstander. Beskrivelsene til Merchant og Fanini viser at 3DEXTM-målingene er meget nyttige når det gjelder å bestemme avstander til laggrenser (og ved reservoarnavigasjon).

Oppsummering av oppfinnelsen

I et første aspekt vedrører den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for å estimere en resistivitet i en grunnformasjon som gjennomtrenges av et borehull, kjennetegnet ved:

(a) å transportere et loggeverktøy til minst én dybde i borehullet;

(b) å fremskaffe prinsipale krysskomponentmålinger ved hver av et antall verktøyflatevinkler for loggeverktøyet ved den minste ene dybden i borehullet; og

(c) å estimere en virkning av en feilinnretting i minst en av målingene der estimeringen innbefatter en sinuskurvetilpasning av målingene; og

(e) å korrigere målingene for virkningen av feilinnrettingen for å estimere resistiviteten.

Ytterligere utførelser er angitt i kravene 2-7.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører i et andre aspekt en anordning for evaluering av en grunnformasjon gjennomtrengt av et borehull, kjennetegnet ved at anordningen omfatter:

(a) minst én sender og minst én mottaker på et loggeverktøy som transporteres til minst én dybde i borehullet; og (b) en prosessor konfigurert til å estimere en resistivitet for formasjonen fra minst én prinsipal krysskomponentmåling oppnådd fra den minst ene senderen og den minst ene mottakeren ved hver av et antall verktøyflatevinkler for loggeverktøyet ved den minst ene dybden i borehullet, hvor estimatet inkluderer å estimere for en feilinnretting i minst en av målingene, der estimatet i det minste delvis er basert på en sinuskurvetilpasning av målingene, og korrigere for den minst ene av målingene for virkningen av feilinnrettingen.

Ytterligere utførelser er angitt i kravene 9-17.

I et tredje aspekt vedrører foreliggende oppfinnelse et datamaskinlesbart medium for bruk med en anordning til å bestemme en resistivitet i en grunnformasjon som gjennomtrenges av et borehull, hvor apparatet omfatter: (a) minst én sender og minst én mottaker på et loggeverktøy konfigurert til å transporteres til minst én dybde i borehullet;

hvor mediet omfatter instruksjoner som gjør det mulig for en prosessor:

(b) å estimere resistiviteten fra minst én prinsipal krysskomponentmåling tatt av den minst ene senderen og den minst ene mottakeren ved hver av et antall verktøyflatevinkler for loggeverktøyet ved den minst ene dybden i borehullet, idet estimatet inkluderer estimering av en virkning av en feilinnretting i minst en av målingene der estimeringen i det minste delvis er basert på en sinuskurvetilpasning og korrigere for den minst ene av målingene for virkningen av feilinnrettingen.

En ytterligere utførelse er angitt i krav 19.

Kort beskrivelse av tegningene

For å få en detaljert forståelse av foreliggende oppfinnesle vises det til den følgende detaljerte beskrivelse av den foretrukne utførelsesformen, tatt i forbindelse med de vedføyde tegningene, hvor like elementer er blitt gitt like henvisningstall, og hvor:

Fig. 1 viser et skjematisk diagram over et boresystem som har en borestreng som innbefatter et sensorsystem i henhold til foreliggende oppfinnelse;

fig. 2 er en illustrasjon av et hovedsakelig horisontalt borehull i nærheten av en olje/vann-kontakt i et reservoar; fig. 3 (kjent teknikk) illustrerer 3DEXTM-multikomponentinduksjonsverktøyet fra Baker Hughes Incorporated;

fig. 4 viser et diagram over en typisk seksnivå anisotrop turbiditetssekvens sammen med responser for de fem komponentene på det påtrykte magnetiske RF-feltet ved 20 kHz; fig. 5 viser femkomponentresponsene til det påtrykte magnetiske RF-feltet på 20 kHz etter hvert som verktøyet roterer gjennom 180 º inne i et horisontalt borehull i det andre laget på fig. 4;

fig. 6 illustrerer sender- og mottakerkonfigurasjonen til et induksjonsresistivitetsverktøy egnet for bruk med fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse;

figurene 7a, 7b viser eksempler på responser for en modell i hvilket et lag med resistivitet 2 Ωm er plassert mellom to lag med resistivitet 20 Ωm;

figurene 7c, 7d viser fase- og kvadraturfasekomponentresponsen for to sendere posisjonert på motsatte sider av en mottaker;

figurene 8a, 8b viser effekten av anisotropi på en enkelt senderrespons i et retningsborehull;

figurene 8c, 8d viser effekten av anisotropi på responsen til en enkelt sender posisjonert på den motsatte side av senderen på figurene 7a, 7b i et retningsborehull;

fig. 9 viser et eksempel på forspenningsfjerning og sinuskurvetilpasning av hovedkrysskomponentmålinger ved et antall verktøyflatevinkler; og

fig. 10 skisser forbedringen i nøyaktighet av distanser til laggrenser ved bruk av fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Fig. 1 viser et skjematisk diagram over et boresystem 10 med en borestreng 20 som bærer en boringsanordning 90 (også referert til som bunnhullsanordningen eller BHA) transportert i et "brønnhull" eller et "borehull" 26 for boring av brønnhullet. Boresystem 10 innbefatter et konvensjonelt boretårn 11 reist på et dekk 12 som bærer et rotasjonsbor 14 som roteres ved hjelp av en drivmotor, slik som en elektrisk motor (ikke vist) ved en ønsket rotasjonshastighet. Borestrengen 20 innbefatter en rørledning slik som et borerør 22 eller et oppkveilingsrør som strekker seg nedover fra overflaten og inn i borehullet 26. Borestrengen 20 blir skjøvet inn i brønnhullet 26 når et borerør 22 blir brukt som rørledning. For oppkveilingsrøranvendelser blir en rørledningsinjektor, slik som en injektor (ikke vist) imidlertid brukt til å bevege rørledningen fra en kilde slik som en spole (ikke vist) til brønnhullet 26. Som kjent for fagkyndige på området blir et rotasjonsbor ikke brukt i forbindelse med oppkveilingsrør. Borkronen 50 som er festet til enden av borestrengen bryter opp de geologiske formasjonene når den blir rotert for å bore borehullet 26. Hvis et borerør 22 blir brukt, er borestrengen 20 koblet til heiseverk 30 via en drivrørskjøt 21, en svivel 28 og en ledning 29 gjennom en talje 23. Under boringsoperasjoner blir heisverket 30 operert for å regulere vekten på borkronen, som er en viktig parameter som påvirker inntrengningshastigheten. Virkemåten til heiseverket er velkjent på området og blir derfor ikke beskrevet i detalj her.

Under boreoperasjoner blir et passende borefluid 31 fra en slamgrop (kilde) 32 sirkulert under trykk gjennom en kanal i borestrengen 20 ved hjelp av en slampumpe 34. Borefluidet passerer fra slampumpen 34 inn i borestrengen 20 via en trykkutjevner (ikke vist), en fluidledning 38 og en drivrørskjøt 21. Borefluidet 31 strømmer ut ved bunnen 51 av borehullet gjennom en åpning i borkronen 50. Borefluidet 31 sirkuleres oppover gjennom ringrommet 27 mellom borestrengen 20 og borehullet 26 og returnerer til slamgropen 32 via en returledning 35. Borefluidet virker til å smøre borkronen 50 og til å føre borkaks eller rester bort fra borkronen 50. En sensor S1som typisk er plassert i ledningen 38, tilveiebringer informasjon om fluidstrømningshastigheten. En dreiemomentsensor S2på overflaten og en sensor S3i forbindelse med borestrengen 20, tilveiebringer henholdsvis informasjon om dreiemomentet og rotasjonshastigheten til borestrengen. En sensor (ikke vist) i forbindelse med ledningen 29 blir i tillegg brukt til å tilveiebringe kroklast av borestrengen 20.

I en utførelsesform av oppfinnelsen blir borkrone 50 rotert ved bare å rotere borestrengen 22. I en annen utførelsesform av oppfinnelsen blir en brønnhullsmotor 55 (slammotor) anordnet i borestrenganordningen 90 for å rotere borkronen 50 og borerøret 22 blir vanligvis bare rotert for å supplere rotasjonskraften, om nødvendig, og for å bevirke endringer i boreretningen.

I et utførelseseksempel på fig. 1 er slammotoren 55 koblet til borkronen 50 via en drivaksel (ikke vist) anordnet i en lagerenhet 57. Slammotoren roterer borkronen 50 når borefluidet 31 passerer gjennom slammotoren 55 under trykk. Lagerenheten 57 understøtter de radiale og aksiale kreftene på borkronen. En stabilisator 58 koblet til lagerenheten 57 virker som en sentreringsanordning for den nedre delen av slammotorenheten.

I en utførelsesform av oppfinnelsen er en boresensormodul 59 plassert nær borkronen 50. Boresensormodulen inneholder sensorer, kretser og databehandlingsprogramvare og algoritmer vedrørende de dynamiske boreparametrene. Slike parametere innbefatter typisk borkronestøt, lugging av boringsenheten, bakoverrotasjon, dreiemoment, støt, borehulls- og ringromstrykk, akselerasjonsmålinger og andre målinger av borkroneforholdene. En passende telemetrikommunikasjonsmodul 72 som f.eks. bruker toveis telemetri, er også tilveiebrakt som vist i boringsenheten 90. Boresensormodulen behandler sensorinformasjonen og overfører den til overflatestyringsenheten 40 via telemetrisystemet 72.

Kommunikasjonsmodulen 72, en kraftenhet 78 og et MWD-verktøy 79 er alle koblet i tandem med borestrengen 20.

Fleksible skjøterør blir f.eks. brukt for å forbinde MWD-verktøyet 79 i boringsenheten 90. Slike skjøterør og verktøy danner bunnhullsanordningen 90 mellom borestrengen 20 og borkronen 50. Boringsanordningen 90 tar forskjellige målinger innbefattende de pulsede kjernemagnetiske resonansmålingene mens borehullet 26 blir boret. Kommunikasjonsmodulen 72 mottar signalene og målingene og overfører signalene ved bruk av toveis telemetri, f.eks., for å bli behandlet på overflaten. Alternativt kan signalene behandles ved å bruke en brønnhullsprosessor i boringsanordningen 90.

Overflatestyringsenheten eller prosessoren 40 mottar også signaler fra andre brønnhullssensorer og anordninger samt signaler fra sensorene S1-S3og andre sensorer som brukes i systemet 10, og behandler disse signalene i henhold til programmerte instruksjoner levert til overflatestyringsenheten 40. Overflatestyringsenheten 40 fremviser ønskede boreparametere og annen informasjon på en visningsanordning/monitor 42 som benyttes av en operatør til å styre boringsoperasjonene. Overflatestyringsenheten 40 innbefatter typisk en datamaskin eller et mikroprosessorbasert databehandlingssystem, et lager for lagring av programmer eller modeller og data, en registreringsanordning for registrering av data og andre periferienheter. Styringsenheten 40 er typisk innrettet for å aktivere alarmer 44 når visse utrygge eller uønskede driftsforhold inntreffer.

Bunnhullsanordningen (BHA) i foreliggende oppfinnelse innbefatter et forplantningsresistivitetsverktøy (diskutert i det følgende) og en prosessor som behandler de dataene som er innsamlet ved hjelp av forplantningsresistivitetsverktøyet og kan styre boreretningen basert på resultatene fra behandlingen.

Fig. 4 viser et tilfelle med en typisk turbiditetslagsekvens. Litologisekvensen fra topp til bunn for modellen er skifer, tykksand, fulgt av en overgang til lavere resistivitet og elektrisk anisotrope sand/skifer-sekvenser. Resistivitetene til disse lagstrukturene er ført opp i tabell 1.

Det skal bemerkes at på fig. 4 er responsene ikke vist etter hvert som et verktøy blir beveget langs brønnhullet: på hver av figurene er borehullet horisontalt. Det som er vist, er responsen til verktøyet i en fast posisjon i et horisontalt (eller meget avvikende) borehull plassert ved en variabel avstand med hensyn til den øvre resistivitetslaggrenseflaten beskrevet ved hjelp av kurven "lag". Sekvensen inneholder totalt seks sedimentære lag, idet resistiviteten til alle lagene er isotrop bortsett fra for det femte laget. Verktøyet opererer ved flere frekvenser. Bare responsen ved 20 kHz er vist her. I tykke lag, når grensene er mer enn 5 fot fra verktøyet, er Hxz-responsen lik null (401). Hxz-responsen starter og viser sensitivitet for en laggrense når denne laggrensen er innenfor 1,5 meter (5 fot) fra verktøyet. Hvis verktøyet beveger seg fra et område med lav resistivitet til et område med høy resistivitet, har Hxzen negativ respons (403). Likeledes, når verktøyet er i bevegelse fra et område med høy resistivitet til et område med lav resistivitet, er Hxz-responsen positiv (405 og 407). Hzzoppviser en positiv avbøyning i det isotrope (femte) sedimentære laget (410).

Fig. 5 viser diagrammer med responskurver for et horisontalt borehull sentrert ved midtpunktet (dybden på 1,5 meter (5 fot)) av det andre laget på fig. 4. I den horisontale posisjonen har laget ovenfor forskjellige resistiviteter i forhold til laget nedenfor, noe som har konsekvenser for de magnetiske responsene. Dybden av verktøyet er fast, og verktøyet blir rotert omkring sin langsgående akse over en variasjon på 180 º av verktøyflatevinkelen. Verktøyet blir operert ved 200 kHz. Siden verktøyet er horisontalt, er Hzz-komponenten (501) konstant med rotasjonen. Hyy-komponenten (503) og Hxx-komponenten (505) viser en variasjon med verktøyflatevinkelen og skifter sine verdier omkring en middelverdi etter hvert som verktøyet roterer. Det kan vises at gjennomsnittet av Hxxog Hyyer konstant uavhengig av rotasjonen. Verktøyfallretningen, posisjonen og formasjonstypen påvirker imidlertid verdiene til responsene. Vinkelperioden med sinusformet variasjon i forhold til den relative asimutale vinkelorienteringen for Hxxog Hyyer imidlertid halvparten av en rotasjon (180 º).

Likeledes oscillerer også Hxz(507) og Hyz(509), men har en periode på en per fullstendig rotasjon (360 º).

Som det kan ses fra fig. 4, er de forskjellige flerekomponentmålingene følsomme for posisjonen av laggrensen i forhold til borehullet. Det kan imidlertid ses at komponentene Hyzog Hxztypisk er meget mindre enn komponentene Hxxog Hyy. Fanini-patentet beskriver en fremgangsmåte hvor kurvetilpasning blir gjort til et antall av flerkomponentmålingene for bruk i reservoarnavigasjon. I den foreliggende oppfinnelsen blir oppmerksomheten rettet mot Hzx-målingen. Denne er ikke vist på fig. 3, men ut fra resiprositeten vil Hzx-målingen oppvise en lignende variasjon med verktøyrotasjon som Hzx-målingene gjør.

Fig. 6 viser en asimutal resistivitetsverktøykonfigurasjon egnet for bruk med fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse. Det skal bemerkes at fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse også kan brukes i forbindelse med ethvert flerkomponentverktøy, innbefattende det 3DEX-verktøyet som er diskutert ovenfor. Verktøyet som er illustrert på fig. 6, er en modifikasjon av det grunnleggende 3DEX-verktøyet på fig. 3 og omfatter to sendere 651, 651' hvis dipolmomenter er parallelle med verktøyakseretningen og to mottakere 653, 653' som er perpendikulære til senderretningen. I en utførelsesform av oppfinnelsen opererer verktøyet ved en frekvens på 400 kHz. Når den første senderen aktiveres, måler de to mottakerne de magnetfelt som frembringes av den induserte strømmen i formasjonen. Dette blir gjentatt for den andre senderen. Signalene blir kombinert på følgende måte:

(1)

Her er H1og H2målingene fra henholdsvis de første og andre mottakerne, og avstandene d1og d2er antydet på fig. 6.

Verktøyet roterer med bunnhullsanordningen og i et eksempel på en driftsmodus tas det målinger ved seksten vinkelmessige orienteringer 22,5 º fra hverandre. Målepunktet er ved midten av to mottakere. I en uniform, isotrop formasjon vil ikke noe signal bli detektert ved hver av de to mottakerne.

Oppfinnelsen gjør bruk av krysskomponentmålinger, kalt hovedkrysskomponenter, fremskaffet fra minst én sender og en mottaker, innbefattende to sendere anordnet på hver side av den minst ene mottakeren. Det skal videre bemerkes at bruk av velkjent rotasjon av koordinatene, virker foreliggende oppfinnelsen med forskjellige kombinasjoner av målinger så lenge de kan roteres for å gi hovedkrysskomponentene.

Figurene 7a, 7b viser eksempler på responser på en modell i hvilken et lag med resistivitet 2 Ωm befinner seg mellom to lag med resistivitet på 20 Ωm. Laggrensene er 6 meter (20 fot) fra hverandre og er indikert ved 711, 713 på fig. 5a og ved 711', 713' på fig. 5b. 701, 703 er amplituden til T1- og T2-responsene (gitt ved ligning 1) når mottakerne er orientert vertikalt, mens 705, 707 er fasene til T1- og T2-responsene. Igjen skal det understrekes at responsene svarer til målinger tatt med verktøyet parallelt med laggrensene. Dette er i overensstemmelse med resultatene fra Merchant (som var for en enkelt transversal mottaker). Fig. 7c gir fase- og kvadraturkomponentene for T1, og fig. 7d gir fase- og kvadraturkomponentene for T2-responsen.

Det vises nå til figurene 8a, 8b hvor fasekomponenten 801 og kvadraturkomponenten 803 for T1-responsen er vist for et borehull med en helning på 60 º til laggrensen. På fig. 8a er anisotropifaktoren lik 1,0, mens anisotropifaktoren på fig. 8b er lik 2,0. Fase- og kvadraturkomponentene er vist ved henholdsvis 805, 807. Flere observasjoner kan gjøres på figurene 8a, 8b.

"Hornene" på kurvene er for det første ikke ved laggrensen. På fig. 8a er det mer viktig at fase- og kvadraturkomponentene begge er hovedsakelig lik null i en viss avstand fra laggrensen. Siden fig. 8a er for en isotrop modell, viser dette at krysskomponentresponsen til verktøyet for en isotrop grunnformasjon kan brukes som en avstandsindikator for reservoarnavigasjon. Det samme er ikke tilfelle for fig. 8b (anisotrop grunnformasjon), selv i en viss avstand fra laggrensene er det verdier forskjellig fra null for fase- og kvadraturkomponentene. Dette betyr at i et retningsborehull avhenger responsen både av avstanden til laggrensen så vel som anisotropifaktoren. Basislinjen er forskjellig fra null og forårsakes av anisotropi. Lignende konklusjoner følger fra figurene 8c, 8d som er responsene på T2-senderen, svarende til figurene 8a, 8b. Her er 811, 813 fase- og kvadraturkomponentene for isotrope formasjoner, mens 815, 817 er henholdsvis fase- og kvadraturkomponentene for isotrope formasjoner, mens 815, 817 er henholdsvis fase- og kvadraturkomponentene for den anisotrope formasjonen. Ytterligere sammenligning av figurene 8a med 8c og av 8b med 8d viser at forskyvningen fra "hornene" fra laggrensene er i motsatte retninger for de to sendersignalene, noe som kan forventes ettersom det horisontale målepunktet er midtveis mellom de to mottakerne. I tillegg skal det bemerkes at basislinjeresponsen for de to senderne har samme fortegn.

Et av de problemene som påtreffes ved bruk av flerkomponentloggeverktøy er et resultat av feilinnretting av spolene. Hvis spolene er i et uendelig, homogent isotropisk medium, skal x-signalkomponenten som er et resultat fra eksitering av en z-spole (Hzx-signalet) teoretisk være lik null. Dette krever nøyaktig innretting av spolene til ortogonalitet. Ved fravær av nøyaktig innretting vil det være et prinsipalt krysskomponentfeilsignal som vil forurense det ønskede prinsipale krysskomponentsignalet som indikerer avstand til laggrensen. Ved nærvær av feilsignalet er det vanskelig å få et nøyaktig estimat av avstanden til laggrensen ved å bruke den fremgangsmåten som er diskutert ovenfor.

Foreliggende oppfinnelse erkjenner det faktum at effekten av en feilinnretting er en konstant verdi til den prinsipale krysskomponenten i et homogent isotropisk medium. Ved å bruke dette faktum og det faktum at størrelsen av den prinsipale krysskomponenten i en lagdelt grunnformasjon varierer systematisk med verktøyflatevinkelen, reduserer en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse i betydelig grad effekten av feilinnrettingen.

Som bemerket ovenfor er variasjonen av signalene med verktøyflatevinkel for et flerkomponent induksjonsloggeverktøy sinusformet av natur. US 6819 111 til Fanini m.fl., beskriver denne sinusformede variasjonen og bruken av kurvetilpasning for målinger gruppert etter verktøyflatevinkler. Den sinusformede variasjonen er blitt diskutert ovenfor under henvisning til fig. 3. Det som ikke er erkjent i Fanini-patentet var effekten av feilinnrettingen, spesielt på de prinsipale krysskomponentene, og i tillegg erkjente ikke Fanini viktigheten av forspenningsleddet i kurvetilpasningen.

I den foreliggende oppfinnelse blir en kurvetilpasning utført for de målte verdien av Hzx-signalet som en funksjon av verktøyflatevinkel. Verktøyflatevinkelen blir målt ved å bruke en passende orienteringsanordning slik som et magnetometer eller et akselerometer. I en utførelsesform av oppfinnelsen blir målinger tatt seksten ganger over en enkelt rotasjon av verktøyet, dvs. over 360 º rotasjon. Ved å betegne det målte signalet ved verktøyflatevinkel θimed fi, blir følgende størrelser beregnet:

Størrelsen A er amplituden til det sinusformede signalet og er det som brukes i foreliggende oppfinnelse som en avstandsindikator til en laggrense. Størrelsen Φ er en

<indikasjon på retningen til laggrensen. Uttrykket> på

høyre side av ligning (6) er forspenningen i målingene.

Fagkyndige på området vil innse at i tillegg til spolefeilinnretting kan forspenningen også skyldes driv i forsterkerverdier og annen systematisk elektronisk støy. I tillegg til forspenningen kan målingene også ødelegges av tilfeldig støy som er ukorrelert, fra en måling til den neste. Utløsningsprosedyren som er beskrevet ovenfor, glatter effekten av tilfeldig støy og reduserer i sterk grad effekten av forspenningen. Det skal videre bemerkes at forspenningsfjerningen/sinuskurve-tilpasningen kan brukes i forbindelse med målinger tatt med enten en enkelt sender eller det dobbelte senderarrangementet, og med fase- eller kvadratursignalkomponentene. For utførelsen med dobbelt sender på fig.

6 hvor det kombinerte signalet gitt ved ligning (1) blir brukt, skal forspenningsfjerningen utføres før bruk av ligning (1). Det skal videre bemerkes at fremgangsmåten for fjerning av forspenning og sinusformet kurvetilpasning ikke er begrenset til de prinsipale krysskomponentmålingene og kan brukes i forbindelse med andre komponenter slik som xx- og yy-komponentene.

I en utførelsesform av oppfinnelsen blir målingene gruppert for å akkumulere målingene over et antall rotasjoner av verktøyet. Gruppeinndelingsprosedyren er f.eks. beskrevet i patentet til Fanini. Dette gjør det mulig å forbedre kvaliteten av tilpasningen som målt ved kjente statiske mål på godhet av tilpasningen. Ved å bruke kjente statistiske teknikker blir det også mulig å identifisere og forkaste deler av dataene med dårlig kvalitet. I en utførelsesform av oppfinnelsen blir korreksjon foretatt for ujevn rotasjonshastighet av verktøyet ved å bruke den fremgangsmåten som er beskrevet i US-patentsøknad med serienummer 10/71675 fra Estes m.fl., som har samme søker som foreliggende oppfinnelse og hvis innhold herved inkorporeres ved referanse.

Det vises nå til fig. 9 hvor resultatet av bruk av forspenningsestimeringsprosedyren er vist. Abscissen er verktøyflatevinkelen og koordinaten er et eksempel på et prinsipalt krysskomponentsignal målt under rotasjon av loggeverktøyet i en grunnformasjon. Kurven 951 er rådataene, mens kurven 953 er de korrigerte data gitt ved ligning (6). I dette spesielle eksempelet er forspenningen i størrelsesorden 300 nV. Som det kan ses fra de eksemplene som er vist ovenfor på figurene 7-8, kan en forspenning på 300 nV frembringe en betydelig feil i den estimerte avstanden til en grenseflate. Den tilfeldige støyen i kurvetilpasningen er forholdsvis liten (i størrelsesorden 10 nV).

Et eksempel på forbedringen i avstandsbestemmelse er skissert på fig. 10. På fig. 10 er det vist en linje 1071 som representerer omkring 300 nV, forspenningen i målingene på fig. 9. Skjæringen mellom 1071 og responskurven ved dybden 103 indikerer at med en forspenning på 300 nV, kan avstanden til laggrensen bare bestemmes når verktøyet er innenfor 0,9 meter (3 fot). Hvis forspenningen blir fjernet og bare støyen i størrelsesorden 10 nV er til stede, kan bestemmelsen lett gjøres omkring to ganger denne avstanden, dvs. ved 1,8 meter (6 fot).

Oppfinnelsen er blitt beskrevet ovenfor under henvisning til en boringsenhet transportert på en borestreng. Fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen kan imidlertid også brukes i forbindelse med en boringsenhet transportert på et oppkveilingsrør. Når målingene blir tatt med en sensorenhet montert på en BHA under boringsoperasjoner, kan den bestemte avstanden brukes av en brønnhullsprosessor til å endre retningen av boringen av borehullet. Alternativt eller i tillegg kan avstandsinformasjon fjernoverføres til overflaten hvor en overflateprosessor eller en boreoperatør kan styre boreretningen. Fremgangsmåten kan også brukes ved kabelanvendelser til å bestemme avstander til laggrenser fra borehullet. Dette kan være nyttig ved brønnavslutning, f.eks. ved konstruksjon av fraktureringsoperasjoner for å unngå forplantning av sprekker eller frakturer forbi en spesiell avstand. For både oppkveilingsrør og kabeloperasjoner vil det være nødvendig å rotere loggeverktøyet. Dette kan gjøres ved å bruke en brønnhullsmotor med oppkveilingsrør, eller en motor med en beskyttende kappe for kabeloperasjoner.

Det skal videre bemerkes at selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet med en dobbeltsender/dobbeltmottakerkonfigurasjon, kan fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen like godt anvendes med en dobbeltsender med en enkelt mottaker. I en slik situasjon kan råsignalene i den ene mottakeren brukes (i stedet for differansesignalet gitt ved ligning 1).

Behandlingen av dataene kan gjøres av en brønnhullsprosessor for å gi korrekte målinger hovedsakelig i sann tid. Alternativt kan målingene registreres nede i hullet, hentes opp når borestrengen blir kjørt ut, og behandlet ved å bruke en overflateprosessor. Implisitt i styringen og behandlingen av dataene, er bruken av et dataprogram på et egnet maskinlesbart medium som gjør det mulig for prosessoren å utføre styringen og behandlingen. Det maskinlesbare mediet kan innbefatte ROM, EAROM, EPROM, EEPROM, flash-lagere og optiske plater.

Den foregående beskrivelsen er rettet mot spesielle utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse med det formål å illustrere, og forklaringen av denne vil være opplagt, imidlertid vil fagkyndige på området kunne finne modifikasjoner og endringer av utførelsesformene som er angitt ovenfor, som er mulige uten å avvike fra oppfinnelsens ramme. Det er derfor ment at de følgende patentkrav skal tolkes for å omfatte alle slike modifikasjoner og endringer.

Omfanget av oppfinnelsen kan forstås bedre under henvisning til de følgende definisjoner:

anisotrop (eller anisotropisk): oppviser egenskaper med forskjellige verdier målt i forskjellige retninger;

spole: en eller flere viklinger, eventuelt sirkulære eller sylindriske, av en strømførende leder som er i stand til å frembringe et magnetfelt:

EAROM: elektrisk foranderlig ROM;

EEPROM: EEPROM er en spesiell type PROM som kan slettes ved å eksponere den for en elektrisk ladning;

EPROM: slettbar programmerbar ROM;

flash-lager: et ikke-flyktig lager som kan skrives på nytt; horisontal resistivitet: resistivitet i en retning som er normal til en anisotropiakse, vanligvis i en retning parallell med et lagdelingsplan i en grunnformasjon; induksjon: induksjon av en elektromagnetisk kraft i en krets som varierer den magnetiske fluksen forbundet med kretsen; maskinlesbart medium: noe som informasjon kan lagres på i en form som kan forstås av en datamaskin eller en prosessor; optisk plate: et skiveformet medium på hvilket optiske metoder blir brukt til lagring og innhenting av informasjon; prinsipal krysskomponent: et signal fremskaffet i en transversal mottakerspole ved eksitering av en langsgående senderspole, i en langsgående mottakerspole ved eksitering av en transversal senderspole;

kvadratur: 90 º ute av fase;

ROM: leselager;

verktøyflatevinkel: orienteringsvinkelen til det bøyde huset eller skjøterøret i borehullet med hensyn til en referanse slik som den øvre siden av borehullet;

vertikal resistivitet: resistivitet i en retning parallell med en anisotropiakse, vanligvis i en retning normal til et lagdelingsplan for en grunnformasjon.