NO342561B1

NO342561B1 - Stedsbestemmelse av fôringsrør i sanntid og avstand fra tiltede antennemålinger

Info

Publication number: NO342561B1
Application number: NO20110865A
Authority: NO
Inventors: Michael S Bittar; Shanjun Li; Hsu-Hsiang Wu
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2018-06-18
Also published as: GB201109401D0; US20110308794A1; GB2481495B; AU2011202518B2; GB2481495A; NO20110865A1; US8749243B2; AU2011202518A1

Abstract

Fremgangsmåter og anordninger for å detektere nærliggende elektriske ledere, så som rør, brønnfôringer etc. fra inne i et borehull. En nærliggende fôringsrørstreng kan detekteres ved å sende ut et elektromagnetisk signal fra en første antenne på et nedihulls loggeverktøy og måle et responssignal med en andre antenne. Mens verktøyet roterer blir utsendingen og målingen gjentatt for å bestemme responssignalets asimutavhengighet. Asimutavhengigheten blir analysert for å bestemme en diagonalkomponent og en krysskomponent. Amplituden til diagonalkomponenten angir avstanden til det elektrisk ledende trekket. Retningen kan bestemmes basert på diagonalkomponenten alene eller i kombinasjon med krysskomponenten. Kurvetilpasning basert på sinusfunksjoner kan bli anvendt for å bedre nøyaktigheten til avstands- og retningsestimatene. Fortrinnsvis er minst én av antennene skråstilt. Måleresultater blir presentert for parallelle skråstilte og innbyrdes ortogonale skråstilte antenner. 1

Description

KRYSSREFERANSE TIL BESLEKTEDE SØKNADER

[0001] Denne søknaden tar prioritet fra den foreløpige US-søknaden 61/357,324 med tittelen ”Real time determination of casing location and distance with tilted antenna measurement”, innlevert 22. juni 2010 av M. Bittar, S. Li og H. Wu, som med dette inntas som referanse her.

BAKGRUNN

[0002] Verden er avhengig av hydrokarboner for å dekke mange av sine energibehov. Følgelig jobber oljefeltoperatører for å produsere og selge hydrokarboner så effektivt som mulig. Mye av den enkelt utvinnbare oljen har allerede blitt produsert, så nye metoder er under utvikling for å utvinne mindre tilgjengelige hydrokarboner. Disse metodene omfatter ofte boring av et borehull nær ved én eller flere eksisterende brønner. Én slik metode er SAGD (Steam-Assisted Gravity Drainage), som beskrevet i US-patentet 6,257,334 med tittelen ”Steam-Assisted Gravity Drainage Heavy Oil Recovery Process”. I SAGD anvendes et par av vertikalt atskilte, horisontale brønner som ligger mindre enn 10 meter fra hverandre, og nøye styring av avstanden er viktig for metodens effektivitet. Andre eksempler på retningsboring nær en eksisterende brønn omfatter brønnkryssing for utblåsningskontroll, flere brønner som bores fra en offshoreplattform samt tett plasserte brønner for geotermisk energigjenvinning.

[0003] Én måte å styre retningen til et borehull nær ved en eksisterende brønn er ”aktiv avstandsmåling”, der en elektromagnetisk kilde er anordnet i den eksisterende brønnen og overvåkes ved hjelp av følere på borestrengen. Til forskjell kalles metoder der både kilden og følerne er anordnet på borestrengen ofte ”passiv avstandsmåling”. Passiv avstandsmåling kan være å foretrekke fremfor aktiv avstandsmåling fordi denne metoden ikke krever at operasjoner på den eksisterende brønnen avbrytes. Eksisterende metoder for passiv avstandsmåling baserer seg på magnetiske ”hot spots” i foringsrøret i den eksisterende brønnen, noe som begrenser bruken av disse metodene til å identifisere områder hvor det er en betydelig og brå endring i fôringsrørets diameter eller hvor fôringsrøret utviser et avvikende magnetisk moment, enten som følge av prepolarisering av fôringsrøret før det blir satt inn i brønnhullet eller som en tilfeldig hendelse. Se f.eks. US 5,541,517, ”A method for drilling a borehole from one cased borehole to another cased borehole”. For å få til en slik polarisering uten å avbryte produksjonen har det vært ansett som nødvendig å polarisere fôringsrøret på et eller annet tidspunkt under konstruksjonen av brønnen. Denne løsningen kan ikke anvendes på brønner som allerede er i kommersiell drift uten avbryte denne driften.

OPPSUMMERING

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for å detektere et elektrisk ledende trekk fra inne i et borehull, der fremgangsmåten omfatter det å:

sende ut et elektromagnetisk signal fra en første antenne på et nedihulls loggeverktøy;

måle et responssignal forårsaket av nevnte elektrisk ledende trekk med en andre antenne på nevnte nedihulls loggeverktøy;

gjenta nevnte utsending og måling for forskjellige asimutvinkler for å bestemme et sett av asimutavhengige responssignaler;

bestemme en diagonalkomponent ved å beregne gjennomsnittet av asimutalt motsatte elementer av settet av asimutavhengige responssignaler; og anvende nevnte diagonalkomponent for å estimere en avstand til en fôringsrørstreng.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en fremgangsmåte for å detektere et elektrisk ledende trekk fra inne i et borehull, der fremgangsmåten omfatter det å:

måle et responssignal med en andre antenne på nevnte nedihulls loggeverktøy;

gjenta nevnte utsending og måling for å bestemme en asimutavhengighet i nevnte responssignal;

bestemme en diagonalkomponent av nevnte asimutavhengighet, der diagonalkomponenten i boks βier proporsjonal med

der V<T>

R( βi) representerer en midlere signalmåling for en asimutboks βiog

representerer en signalmåling for en boks som ligger 180° vekk

fra asimutboks βi; og

anvende nevnte diagonalkomponent for å estimere en avstand til en fôringsrørstreng.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer videre en fremgangsmåte for å detektere et elektrisk ledende trekk fra inne i et borehull, der fremgangsmåten omfatter det å:

måle et responssignal med en andre antenne på nevnte nedihulls loggeverktøy;

bestemme en diagonalkomponent av nevnte asimutavhengighet; og anvende nevnte diagonalkomponent for å estimere en avstand til en fôringsrørstreng;

bestemme en fôringsrørstreng-retning fra nevnte nedihulls loggeverktøy, der det å bestemme en fôringsrørstreng-retning omfatter det å tilpasse en sinuskurve til diagonalkomponenten,

der det å bestemme en fôringsrørstreng-retning videre omfatter det å bestemme en krysskomponent av nevnte asimutavhengighet,

der krysskomponenten i boks βier proporsjonal med

der V<T>

R( βi) representerer en midlere signalmåling for en asimutboks βiog

representerer en signalmåling for en boks som ligger 180° vekk

fra asimutboks βi.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer videre et nedihulls avstandsmålerverktøy som omfatter:

en rotasjonsposisjonsføler;

minst én senderantenne for å sende ut elektromagnetiske signaler inn i en omkringliggende formasjon;

minst én mottakerantenne for å motta responssignaler fra den omkringliggende formasjonen; og

minst én prosessor, som:

bestemmer midlere responssignaler for hver av flere rotasjonsposisjoner;

trekker ut en diagonalkomponent fra nevnte midlere responssignaler ved å beregne gjennomsnittet av asimutalt motsatte elementer av de midlere responssignaler; og

estimerer en avstand til en fôringsrørstreng basert i hvert fall delvis på nevnte diagonalkomponent.

en rotasjonsposisjonsføler;

minst én prosessor, som:

bestemmer midlere responssignaler for hver av flere rotasjonsposisjoner;

trekker ut en diagonalkomponent fra nevnte midlere responssignaler, der diagonalkomponenten i boks βier proporsjonal med

der V<T>

R( βi) representerer en midlere signalmåling for en asimutboks

representerer en signalmåling for en boks som ligger

180° vekk fra asimutboks βi; og

en rotasjonsposisjonsføler;

minst én prosessor, som:

bestemmer midlere responssignaler for hver av flere rotasjonsposisjoner;

trekker ut en diagonalkomponent fra nevnte midlere responssignaler; og

estimerer en avstand til en fôringsrørstreng basert i hvert fall delvis på nevnte diagonalkomponent,

der den minst ene prosessoren videre finner en retning til fôringsrørstrengen basert i hvert fall delvis på nevnte diagonalkomponent, der, som del av det å finne retningen til fôringsrørstrengen, den minst ene prosessoren trekker ut en krysskomponent fra nevnte midlere responssignaler, der krysskomponenten i boks βier proporsjonal med

der V<T>

R( βi) representerer en midlere signalmåling for en asimutboks βiog

representerer en signalmåling for en boks som ligger 180° vekk

fra asimutboks βi.

Ytterligere utførelsesformer av de nedihulls avstandsmålerverktøy og fremgangsmåter i henhold til oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

[0004] Det beskrives en fremgangsmåte for å detektere et elektrisk ledende trekk fra inne i et borehull, der fremgangsmåten omfatter det å: sende ut et elektromagnetisk signal fra en første antenne på et nedihulls loggeverktøy; måle et responssignal med en andre antenne på nevnte nedihulls loggeverktøy; gjenta nevnte utsending og måling for å bestemme en asimutavhengighet i nevnte responssignal; bestemme en diagonalkomponent av nevnte asimutavhengighet; og anvende nevnte diagonalkomponent for å estimere en avstand til en fôringsrørstreng.

[0005] Det beskrives også et nedihulls avstandsmålerverktøy som omfatter: en rotasjonsposisjonsføler; minst én senderantenne for å sende ut elektromagnetiske signaler inn i en omkringliggende formasjon; minst én mottakerantenne for å motta responssignaler fra den omkringliggende formasjonen; og minst én prosessor, som: bestemmer midlere responssignaler for hver av flere rotasjonsposisjoner; trekker ut en diagonalkomponent fra nevnte midlere responssignaler; og estimerer en avstand til en fôringsrørstreng basert i hvert fall delvis på nevnte diagonalkomponent.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0006] En bedre forståelse av de forskjellige viste utførelsesformene vil oppnås når den følgende detaljerte beskrivelsen leses sammen med de vedlagte tegningene, der:

[0007] Figur 1 viser et eksempel på boremiljø der elektromagnetisk styrt boring kan bli anvendt;

[0008] Figur 2 viser et eksempel på utførelse av et avstandsmålerverktøy;

[0009] Figurene 3A-3B illustrerer variablene som anvendes ved analyse av verktøyets operasjon;

[0010] Figur 4 viser et koordinatsystem for å spesifisere retning og avstand til et nærliggende fôringsrør;

[0011] Figur 5 er et flytdiagram av et eksempel på fremgangsmåte ved avstandsmåling;

[0012] Figur 6 viser en alternativ utførelse av et avstandsmålerverktøy;

[0013] Figurene 7A-7D er grafer som viser målte responssignaler;

[0014] Figurene 8A-8D er grafer som viser en målt diagonalkomponent;

[0015] Figurene 9A-9D er grafer som viser en målt krysskomponent;

[0016] Figurene 10A-10B er grafer som viser en første modellert avstandsavhengighet;

[0017] Figurene 11A-11B er grafer som viser en andre modellert

avstandsavhengighet.

[0018] Selv om oppfinnelsen kan realiseres med forskjellige endringer og i alternative former, er konkrete utførelsesformer av denne vist som et eksempel i tegningene og vil bli beskrevet i detalj her. Det må imidlertid forstås at tegningene og den detaljerte beskrivelsen ikke er ment å begrense oppfinnelsen til disse konkrete utførelsesformene, men tvert imot er hensikten å dekke alle endringer, ekvivalenter og alternativer som faller innenfor rammen til de vedføyde kravene.

[0019] Problemene angitt i bakgrunnskapittelet er i hvert fall delvis løst av de viste fremgangsmåter og anordninger for å detektere nærliggende elektriske ledere, så som rør, brønnfôringer etc. fra inne i et borehull. I hvert fall i noen fremgangsmåteutførelser kan et elektrisk ledende trekk detekteres ved å sende ut et elektromagnetisk signal fra en første antenne på et nedihulls loggeverktøy og måle et responssignal med en andre antenne på nevnte nedihulls loggeverktøy. Mens verktøyet roterer blir utsendings- og måletrinnene gjentatt for å bestemme responssignalets asimutavhengighet. Asimutavhengigheten blir analysert for å bestemme en diagonalkomponent og eventuelt en krysskomponent. Amplituden til diagonalkomponenten angir avstand til det elektrisk ledende trekket. Retning kan bestemmes basert på diagonalkomponenten alene, eller, for å fjerne flertydighet, basert på diagonalkomponenten sammen med krysskomponenten.

Kurvetilpasning med sinusfunksjoner kan bli anvendt for å øke avstands- og retningsestimatenes nøyaktighet. Fortrinnsvis er minst én av antennene skråstilt. Måleresultater blir presentert for parallelle skråstilte og innbyrdes ortogonale skråstilte antenner.

[0020] De viste systemene og fremgangsmåtene vil best forstås i forbindelse med et passende brukseksempel. Figur 1 viser derfor et eksempel på geostyringsmiljø. En boreplattform 2 understøtter et boretårn 4 med en løpeblokk 6 for å heve og senke en borestreng 8. Et toppdrevet rotasjonssystem 10 holder og roterer borestrengen 8 mens den senkes gjennom brønnhodet 12. En borkrone 14 drives av en motor nede i hullet og/eller gjennom rotasjon av borestrengen 8. Når borkronen 14 roterer, skaper den et borehull 16 som passerer gjennom forskjellige formasjoner. En pumpe 20 sirkulerer borefluid gjennom et tilførselsrør 22 til det toppdrevne rotasjonssystemet 10, ned i hullet gjennom det indre av borestrengen 8, ut gjennom åpninger i borkronen 14, tilbake til overflaten gjennom ringrommet rundt borestrengen 8, og inn i en lagringstank 24. Borefluidet frakter borekaks fra borehullet inn i tanken 24 og bidrar til å bevare borehullets integritet.

[0021] Borkronen 14 er kun én del av en bunnhullsenhet, som omfatter ett eller flere vektrør (tykkveggede stålrør) som gir økt vekt og stivhet for å lette boreoperasjonen. Noen av vektrørene omfatter loggeinstrumenter for å innhente målinger av forskjellige borerelaterte parametere, så som posisjon, orientering, borkronetrykk, borehullsdiameter osv. Verktøyorienteringen kan være uttrykt ved en oppside-("tool face")-vinkel (også kjent som rotasjons- eller asimutorientering), en hellingsvinkel (skråstillingen) og en kompassretning, som alle kan avledes fra målinger gjort av magnetometere, inklinometere og/eller akselerometre, selv om andre typer følere, så som gyroskoper, vil kunne anvendes i stedet. I én konkret utførelsesform omfatter verktøyet et treakset "fluxgate"-magnetometer og et treakset akselerometer. Som fagmannen vil vite muliggjør kombinasjonen av disse to følersystemene måling av oppsidevinkel, hellingsvinkel og kompassretning. I noen utførelsesformer blir oppsidevinkelen og hullinklinasjonsvinkelen beregnet fra utmatingen fra akselerometerføleren. Utmatingene fra magnetometerføleren blir anvendt for å beregne kompassretningen.

[0022] Bunnhullsenheten omfatter videre et avstandsmålerverktøy 26 for å indusere en strøm i nærliggende elektriske ledere, så som rør, fôringsrørstrenger og elektrisk ledende formasjoner, og for å innhente målinger av det resulterende feltet for å bestemme avstand og retning. Ved hjelp av disse målingene, sammen med verktøyorienteringsmålinger, kan boreoperatøren for eksempel styre borkronen 14 langs en ønsket bane 18 i forhold til den eksisterende brønnen 19 i formasjonen 46 med bruk av et hvilket som helst av en rekke forskjellige passende retningsboringssystemer, omfattende styrevinger, et "bøyd rørstykke" og et roterbart styrbart system. For presisjonsstyring kan styrevinger være den mest foretrukne retningsstyringsmekanisme. Retningsstyringsmekanismen kan alternativt være styrt nede i hullet av en nedihulls styringsenhet som er programmert til å følge det eksisterende borehullet 19 i en forbestemt avstand 48 og posisjon (f.eks. rett over eller under det eksisterende borehullet).

[0023] En telemetrikomponent 28 koblet til nedihullsverktøyene (omfattende avstandsmålerverktøyet 26) kan sende telemetridata til overflaten ved hjelp av slampulstelemetri. En sender i telemetrikomponenten 28 modulerer strømningsmotstanden for borefluid for å generere trykkpulser som forplanter seg langs fluidstrømmen til overflaten med lydhastigheten. Én eller flere trykkomsettere 30, 32 gjør om trykksignalet til ett eller flere elektriske signaler for en signaldigitaliseringsenhet 34. Merk at det finnes andre former for telemetri som kan bli anvendt for å kommunisere signaler fra nede i hullet til digitaliseringsenheten. Slik telemetri kan anvende akustisk telemetri, elektromagnetisk telemetri eller telemetri gjennom kablet borerør.

[0024] Digitaliseringsenheten 34 sender en digital form av telemetrisignalene over en kommunikasjonsforbindelse 36 til en datamaskin 38 eller en annen form for databehandlingsanordning. Datamaskinen 38 kjører under styring av programvare (som kan være lagret i informasjonslagringsmedier 40) og i henhold til brukerinnmating gjennom en innmatingsanordning 42 for å behandle og dekode de mottatte signalene. De resulterende telemetridataene kan bli ytterligere analysert og behandlet av datamaskinen 38 for å generere en fremvisning av nyttig informasjon på en dataskjerm 44 eller en annen form for fremvisningsanordning. For eksempel vil en boreoperatør kunne bruke dette systemet til å innhente og overvåke borerelaterte parametere, formasjonsparametere og borehullets bane i forhold til det eksisterende borehullet 19 og eventuelle oppdagede grenser i formasjonen. En nedkanal kan så bli anvendt for å sende retningsstyringskommandoer fra overflaten til bunnhullsenheten.

[0025] Figur 2 viser et eksempel på avstandsmålerverktøy 202 mer detaljert. Det omfatter en senderantennespole 204 innsatt i en fordypning 206 rundt verktøyets periferi. Den viste senderantennen 204 er anordnet med en skråstillingsvinkel på 45° for å skape en asimutisk asymmetri i det utsendte elektromagnetiske signalet. Verktøyet omfatter videre to skråstilte mottakerantennespoler 210, 212 i en andre fordypning rundt verktøyets periferi. Antennen 212 er parallell med senderantennen 204, mens antennen 210 står vinkelrett på senderantennen. Antennene 210 og 212 er vist anordnet på samme sted, men dette er ikke noe krav. Fremgangsmåtene ifølge oppfinnelsen kan bli anvendt med ett enkelt sender/mottaker-antennepar, som om ønsket kan være anordnet på samme sted, selv om det forventes at bruk av ytterligere paroppstillinger av sender/mottakerantenner vil gi en mer nøyaktig avstandsmåling. Som en vil forstå kan de innbyrdes avstandene og de relative skråstillingsvinklene varieres som ønsket, så lenge minst én av sender- eller mottakerantennene gir asimutsensitivitet. Et elektrisk isolerende fyllmateriale kan bli anvendt for å fylle fordypningene for å forsegle og beskytte antennespolene.

[0026] Figur 3A viser et eksempel på en verktøymodell med en lengdeakse som sammenfaller med en z-koordinatakse. En senderantennespole T1 er anordnet med en skråstillingsvinkel θT1i forhold til z-aksen, og en mottakerantennespole R er anordnet med en skråstilingsvinkel θRi forhold til z-aksen, normalt med sin normalvektor i planet definert av z-aksen og senderantennespolens normalvektor. Sender- og mottakerantennespolene er sentrert om z-aksen, med sine senterpunkter atskilt med en avstand d. x- og y-aksene er som vist i figur 3B. xaksen peker fra z-aksen mot den høye siden av borehullet. (For vertikale borehull anses ofte nord-siden av borehullet som den "høye" siden.) y-aksen er tegnet vertikalt på x- og z-aksen og følger høyrehåndsregelen. Asimutvinkelen β måles fra x-aksen med start i retning av y-aksen. Målingene som innhentes rundt periferien av borehullet blir ofte gruppert i asimutbokser. Som vist i figur 3B kan hver boks i ha en tilhørende asimutvinkel βi. Målingene kan naturligvis også bli delt inn i bokser langs z-aksen.

[0027] I de følgende likninger anvendes notasjonen V<T>

Rfor å representere signalet målt av en mottakerantennespole R som reaksjon på aktivering av en senderantennespole T. Dersom T er x, y eller z, angir V<T>

Ren hypotetisk senderantennespole rettet henholdsvis langs x-, y- eller z-aksen. Det samme gjelder dersom R er x, y eller z. Når normalvektorene til sender- og mottakerantennespolene ligger i samme plan, er mottakersignalet, som funksjon av asimutvinkel β, lik:

der matriseelementene V<J>

Ier komplekse verdier som representerer signalamplitude og faseskift målt av en hypotetisk mottaker med en dipolkomponent langs I-aksen som reaksjon på aktivering av en hypotetisk sender med en dipolkomponent langs J-aksen.

[0028] Likning (1) kan også skrives ut for å vise avhengigheten av asimutvinkel:

der:

Merk at koeffisientene aijer bestemt av utformingen av antennesystemet og miljøpåvirkninger, og de varierer ikke med asimutvinkelen. Ytterligere omskriving gir:

[0029]Typiske loggeanvendelser bruker oppdelingen i asimutvinkelbokser som beskrevet over, slik at alle forekomster av asimutvinkelen β i likning (3) må erstattes med den representative asimutboksvinkelen βi.

[0030] Venstresiden av figur 4 viser et standard x-y-z-koordinatsystem for verktøyet 402, med et eksisterende brønnfôringsrør 404 liggende parallelt med zaksen med en avstand L og en asimutvinkel φ. Likning (3) antar et vilkårlig koordinatsystem og vil således være gyldig. Dersom imidlertid standardkoordinatsystemet roteres som vist på høyre side i figur 4, dvs. slik at asimutvinkelen i forhold til fôringsrøret, φ, er lik 0, vil koeffisientene axy, ayx, ayzog azyi det roterte koordinatsystemet forventes å være null. Følgelig vil de målte spenningene forventes å ha en forenklet representasjon:

der a'IJer verktøykoeffisienten og β' er verktøyets asimutvinkel i det roterte koordinatsystemet.

[0031] For å oppnå forenklingen gitt i likning (4) kan en kurvetilpasningsfunksjon bli anvendt for å bestemme en passende koordinatrotasjonsvinkel φt, som også svarer til asimutvinkelen for retningsvektoren til fôringsrøret. Denne observasjonen er motivasjonen for avstandsmålingsmetodene representert ved flytdiagrammet i figur 5.

[0032] Med start i blokk 502 begynner verktøyet sin målesyklus ved å velge en første senderantenne. I blokk 504 sender verktøyet ut et elektromagnetisk signal med den valgte senderantennen og måler responsen til hver av mottakerantennene. Verktøyet bestemmer også sin posisjon og orientering på utsendingstidspunktet. I blokk 506 oppdaterer verktøyet de målte gjennomsnittsverdiene for boksen som svarer til denne verktøyposisjonen og -orienteringen. I blokk 508 bestemmer verktøyet om en målesyklus er fullført (dvs. om alle senderantennene har vært anvendt), og hvis ikke blir blokkene 504-508 gjentatt inntil målesyklusen er ferdig.

[0033] I blokk 510 blir målingenes asimutavhengighet analysert for å finne tre komponenter: diagonalkomponenten, Vdiag, krysskomponenten, Vcc, og den konstante komponenten, Vconst. Disse komponentene er definert som:

der N er antallet asimutbokser (fig 3B) og boks i±N/2 er boksen motsatt for boks i. Likning (7) svarer til det tredje leddet i likning (4), likning (6) svarer til det andre leddet i likning (4), og likning (5) svarer til summen av det første og tredje leddet i likning (4). Likningene (5)-(7) omfatter ikke rotasjonsvinkelen φ, men systemet bestemmer denne vinkelen i blokk 512 ved for eksempel å tilpasse sinuskurver til diagonalkomponenten og krysskomponenten. Kurvetilpasningene kan bli utført separat på hver komponent, eller, om ønsket, direkte på målingene.

Kurvetilpasningene gir parametrene A, B, C og φ i funksjonen:

En kurvetilpasning basert på en minste middelkvadratmetode er anvendt, men andre kurvetilpasningsmetoder kan også være egnet.

[0034] I et homogent medium er de tre komponentene over kun sensitive for et nærliggende fôringsrør, spesielt diagonalkomponenten Vdiag.

Diagonalkomponenten forventes å utvise bedre sensitivitet overfor et nærliggende fôringsrør og bedre støyufølsomhet, men vil som følge av sin doble periode (cos2(β- φ)) også ha en tvetydighet på 180° for måling av fôringsrørets asimutvinkel φ. Siden krysskomponenten Vcc kun har én periode (cos(β- φ)), kan denne anvendes for å løse denne tvetydigheten for å gi en entydig bestemmelse av asimutvinkelen φ. Avstander kan da bli estimert basert på komponentenes amplitude. Et eksempel på denne retnings- og bestemmelsesprosessen er beskrevet nærmere nedenfor.

[0035] Når systemet har gjort en måling av retningen og avstanden til fôringsrøret i blokk 512, kan den nye målingen bli brukt i blokk 514 til å oppdatere en fremvisning for boreoperatøren og/eller til automatisk å justere styringsretningen for boreenheten. I blokk 516 avgjør verktøyet om operasjonen er ferdig, og hvis ikke, gjentar prosessen.

[0036] Figur 6 viser en utførelse av et avstandsmålerverktøy som ble testet i en vanntank som inneholdt vann med en resistivitet på 1 Ω·m. Det testede verktøyet omfattet to sender/mottaker-antennepar, der det første paret var parallelle (Tup-Rx i fig.6) med begge skråstilt med en vinkel på -45°, og det andre paret var innbyrdes ortogonalt (Tdn-Rx i fig.6) med senderantennespolen skråstilt med en vinkel på 45° og mottakerantennespolen skråstilt med en vinkel på -45°. Den innbyrdes avstanden i det første sender/mottaker-antenneparet var d1 og den innbyrdes avstanden i det andre sender/mottaker-antenneparet var d2. Målinger ble gjort med d1=d2=121,92 cm (48") og en signalfrekvens på 125Hz. Fôringsrøret var anordnet parallelt med verktøyet som vist i figur 4.

[0037] De målte responssignalene er vist i grafer i figurene 7A-7D. Figurene 7A og 7B viser realdelen og imaginærdelen av responssignalet for det parallelle sender/mottaker-antenneparet, mens figurene 7C og 7D viser realdelen og imaginærdelen av responssignalet for det innbyrdes ortogonale sender/mottakerantenneparet. I alle de fire figurene kan en tydelig se en sterk asimutavhengighet.

[0038] Diagonalkomponenten Vdiag er beregnet for disse målingene og er vist i figurene 8A-8D. Som over viser figurene 8A og 8B realdelen og imaginærdelen av responssignalet for det parallelle paret, mens figurene 8C og 8D viser realdelen og imaginærdelen av responssignalet for det innbyrdes ortogonale paret. I tillegg er sinuskurvene som har blitt tilpasset til diagonalkomponentene vist med stiplede linjer, og fra disse kan parametrene φ (med en viss tvetydighet), A og C bestemmes.

[0039] Tilsvarende er krysskomponenten Vcc beregnet for disse målingene og er vist i figurene 9A-9D. Realdelen og imaginærdelen for de parallelle og innbyrdes ortogonale antenneparene er vist som over. De stiplede linjene representerer de sinuskurvene som sammenfaller best med disse komponentene, og gjør det dermed mulig å bestemme parameteren B og løse tvetydigheten i φ. Fra diagonalkomponenten kan en bestemme planet for den roterte x-aksen. Med et vilkårlig valg av x-aksens retning i dette planet kan krysskomponenten bli anvendt for å bestemme om x-aksens retning må reverseres eller ikke. Én måte å løse denne tvetydigheten på er ved å sammenlikne imaginærdelen og realdelen av B som bestemt av det parallelle sender/mottaker-antenneparet. Nærmere bestemt, dersom imaginærdelen av B er større enn realdelen, må x-aksens retning reverseres.

[0040] Merk at amplituden til krysskomponentsignalet er betydelig mindre enn den til diagonalkomponenten. Som følge av dette er diagonalkomponenten foretrukket som grunnlag for å estimere avstanden til et fôringsrør. Spesifikt kan parameteren A eller forholdet A/C bli anvendt. Figurene 10A-10B er grafer av logaritmen til A/C som funksjon av fôringsrøravstand henholdsvis for det parallelle og det innbyrdes ortogonale sender/mottaker-antenneparet. Figurene 11A-11B er grafer av logaritmen til A som funksjon av fôringsrøravstand henholdsvis for det parallelle og det innbyrdes ortogonale sender/mottaker-antenneparet. En kan tydelig se en klar avhengighet, noe som muliggjør enkel estimering av avstanden til fôringsrør basert på verktøyets målinger.

[0041] Det forventes at systemets rekkevidde og ytelse kan bedres med bruk av flere mottakerantennestasjoner og/eller flere senderantennestasjoner. I mange tilfeller kan det være unødvendig å utføre eksplisitte avstands- og retningsberegninger. For eksempel kan signalkomponentene bli trukket ut og gjort om til pikselfarger og vist som funksjon av verktøyets posisjon og asimut. Forutsatt at fôringsrørstrengen er innenfor deteksjonsrekkevidde vil det vises som et lyst (eller, om foretrukket, mørkt) bånd i bildet. Fargen eller lysheten til båndet angir avstanden til fôringsrøret, og båndets posisjon angir retningen til fôringsrørstrengen. Ved å betrakte et slikt bilde kan således en boreoperatør på en veldig intuitiv måte avgjøre om det nye borehullet fjerner seg fra den ønskede kursen, og han eller hun kan raskt iverksette korrigerende tiltak. Dersom for eksempel båndet blir mørkere, kan boreoperatøren styre mot fôringsrørstrengen. I motsatt fall, dersom båndet blir lysere, kan boreoperatøren styre vekk fra fôringsrørstrengen. Dersom båndet avviker fra sin ønskede posisjon rett over eller rett under fôringsrørstrengen, kan boreoperatøren styre sideveis for å gjenopprette den ønskede retningsrelasjonen mellom borehullene.

[0042] En rekke andre variasjoner og modifikasjoner vil sees av fagmannen når beskrivelsen over er fullt forstått. For eksempel har beskrivelsen over fokusert på en LWD-(Logging-While-Drilling)-utførelse, men teknikkene ifølge foreliggende oppfinnelse vil også være egnet for utførelser basert på kabelverktøy.

Beskrivelsen viser rotasjon av verktøyet (og dets antenner), men antennemålinger med flere komponenter kan anvendes for å frembringe virtuelt styrte antennemålinger uten å kreve rotasjon av verktøyet eller antennene.

Claims

P A T E N T K R A V 1. Fremgangsmåte for å detektere et elektrisk ledende trekk fra inne i et borehull, der fremgangsmåten omfatter det å: sende ut et elektromagnetisk signal fra en første antenne på et nedihulls loggeverktøy; måle et responssignal forårsaket av nevnte elektrisk ledende trekk med en andre antenne på nevnte nedihulls loggeverktøy; gjenta nevnte utsending og måling for forskjellige asimutvinkler for å bestemme et sett av asimutavhengige responssignaler; bestemme en diagonalkomponent ved å beregne gjennomsnittet av asimutalt motsatte elementer av settet av asimutavhengige responssignaler; og anvende nevnte diagonalkomponent for å estimere en avstand til en fôringsrørstreng.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende det å bestemme en fôringsrørstreng-retning fra nevnte nedihulls loggeverktøy.
3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, der det å bestemme en fôringsrørstrengretning omfatter det å tilpasse en sinuskurve til diagonalkomponenten.
4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, der det å bestemme en fôringsrørstrengretning videre omfatter det å bestemme en krysskomponent, hvori krysskomponenten er proposjonal med en forskjell mellom asimutalt motsatte elementer av settet av asimutavhengige responssignaler.
5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, der det å bestemme en fôringsrørstrengretning enda videre omfatter det å tilpasse en sinuskurve til krysskomponenten.
6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, der nevnte sinuskurvetilpasning til krysskomponenten har en kompleks amplitude, og der det å bestemme en fôringsrørstreng-retning omfatter det å sammenlikne en reell del av nevnte amplitude med en kompleks del av nevnte amplitude.
7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der både den første og den andre antennen er skråstilt i forhold til en verktøyakse.
8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, der den første og den andre antennen er parallelle.
9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der den første og den andre antennen er innbyrdes ortogonale.
10. Fremgangsmåte for å detektere et elektrisk ledende trekk fra inne i et borehull, der fremgangsmåten omfatter det å: sende ut et elektromagnetisk signal fra en første antenne på et nedihulls loggeverktøy; måle et responssignal med en andre antenne på nevnte nedihulls loggeverktøy; gjenta nevnte utsending og måling for å bestemme en asimutavhengighet i nevnte responssignal; bestemme en diagonalkomponent av nevnte asimutavhengighet, der diagonalkomponenten i boks βier proporsjonal med

der V<T> R( βi) representerer en midlere signalmåling for en asimutboks βiog representerer en signalmåling for en boks som ligger 180° vekk fra asimutboks βi; og anvende nevnte diagonalkomponent for å estimere en avstand til en fôringsrørstreng.
11. Fremgangsmåte for å detektere et elektrisk ledende trekk fra inne i et borehull, der fremgangsmåten omfatter det å: sende ut et elektromagnetisk signal fra en første antenne på et nedihulls loggeverktøy; måle et responssignal med en andre antenne på nevnte nedihulls loggeverktøy; gjenta nevnte utsending og måling for å bestemme en asimutavhengighet i nevnte responssignal; bestemme en diagonalkomponent av nevnte asimutavhengighet; og anvende nevnte diagonalkomponent for å estimere en avstand til en fôringsrørstreng; bestemme en fôringsrørstreng-retning fra nevnte nedihulls loggeverktøy, der det å bestemme en fôringsrørstreng-retning omfatter det å tilpasse en sinuskurve til diagonalkomponenten, der det å bestemme en fôringsrørstreng-retning videre omfatter det å bestemme en krysskomponent av nevnte asimutavhengighet, der krysskomponenten i boks βier proporsjonal med

der V<T> R( βi) representerer en midlere signalmåling for en asimutboks βiog representerer en signalmåling for en boks som ligger 180° vekk fra asimutboks βi.
12. Nedihulls avstandsmålerverktøy som omfatter: en rotasjonsposisjonsføler; minst én senderantenne for å sende ut elektromagnetiske signaler inn i en omkringliggende formasjon; minst én mottakerantenne for å motta responssignaler fra den omkringliggende formasjonen; og minst én prosessor, som: bestemmer midlere responssignaler for hver av flere rotasjonsposisjoner; trekker ut en diagonalkomponent fra nevnte midlere responssignaler ved å beregne gjennomsnittet av asimutalt motsatte elementer av de midlere responssignaler; og estimerer en avstand til en fôringsrørstreng basert i hvert fall delvis på nevnte diagonalkomponent.
13. Verktøy ifølge krav 12, der den minst ene prosessoren videre finner en retning til fôringsrørstrengen basert i hvert fall delvis på nevnte diagonalkomponent.
14. Verktøy ifølge krav 13, der, som del av det å finne retningen til fôringsrørstrengen, den minst ene prosessoren trekker ut en krysskomponent fra nevnte midlere responssignaler, hvori krysskomponenten er proposjonal med en forskjell mellom asimutalt motsatte elementer av de midlere responssignaler.
15. Verktøy ifølge krav 14, der, som del av det å finne retningen, den minst ene prosessoren tilpasser en kompleks sinusfunksjon til krysskomponenten og sammenlikner realdelen av amplituden til den komplekse sinusfunksjonen med imaginærdelen.
16. Fremgangsmåte ifølge krav 12, der minst én av sender- og mottakerantennene er skråstilt i forhold til en verktøyakse.
17. Fremgangsmåte ifølge krav 16, der sender- og mottakerantennene er parallelle.
18. Fremgangsmåte ifølge krav 16, der sender- og mottakerantennene er innbyrdes ortogonale.
19. Nedihulls avstandsmålerverktøy som omfatter: en rotasjonsposisjonsføler; minst én senderantenne for å sende ut elektromagnetiske signaler inn i en omkringliggende formasjon; minst én mottakerantenne for å motta responssignaler fra den omkringliggende formasjonen; og minst én prosessor, som: bestemmer midlere responssignaler for hver av flere rotasjonsposisjoner; trekker ut en diagonalkomponent fra nevnte midlere responssignaler, der diagonalkomponenten i boks βier proporsjonal med

der V<T> R( βi) representerer en midlere signalmåling for en asimutboks representerer en signalmåling for en boks som ligger 180° vekk fra asimutboks βi; og estimerer en avstand til en fôringsrørstreng basert i hvert fall delvis på nevnte diagonalkomponent.
20. Nedihulls avstandsmålerverktøy som omfatter: en rotasjonsposisjonsføler; minst én senderantenne for å sende ut elektromagnetiske signaler inn i en omkringliggende formasjon; minst én mottakerantenne for å motta responssignaler fra den omkringliggende formasjonen; og minst én prosessor, som: bestemmer midlere responssignaler for hver av flere rotasjonsposisjoner; trekker ut en diagonalkomponent fra nevnte midlere responssignaler; og estimerer en avstand til en fôringsrørstreng basert i hvert fall delvis på nevnte diagonalkomponent, der den minst ene prosessoren videre finner en retning til fôringsrørstrengen basert i hvert fall delvis på nevnte diagonalkomponent, der, som del av det å finne retningen til fôringsrørstrengen, den minst ene prosessoren trekker ut en krysskomponent fra nevnte midlere responssignaler, der krysskomponenten i boks βier proporsjonal med

der V<T> R( βi) representerer en midlere signalmåling for en asimutboks βiog representerer en signalmåling for en boks som ligger 180° vekk fra asimutboks βi.