NO343448B1 - Anordning og fremgangsmåte for å evaluere en grunnformasjon - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen tilveiebringer et resistivitetsverktøy for bruk i et brønnhull, hvor minst to ortogonale antenner er lokalisert ved den samme eller hovedsakelig den samme posisjon på verktøyet. Et enkelt sett med vertikalt innrettede riller er tilveiebrakt for de minst to ortogonale antennene. Hver antenne kan være innrettet for å operere som en sender eller mottaker. Et verktøy med samlokaliserte antenner kan brukes til å tilveiebringe azimutalt sensitive målinger selv om verktøyet er ikke-roterende.

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Teknisk område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning og fremgangsmåte for å evaluere en grunnformasjon. Oppfinnelsen angår generelt det området som gjelder fremgangsmåter for elektrisk resistivitetsbrønnlogging. Mer spesielt vedrører oppfinnelsen en fremgangsmåte og en anordning for å tilveiebringe samlokaliserte spoler og magnetiske krysskomponentmålende felter i et resistivitetsverktøy i et brønnhull.

Beskrivelse av beslektet teknikk

Verktøy for elektromagnetisk induksjonslogging og bølgeforplantningslogging er vanlig brukt for bestemmelse av elektriske egenskaper ved formasjoner som omgir et borehull. Disse loggeverktøyene gir målinger av tilsynelatende resistivitet (eller konduktivitet) for formasjonen, som når den blir riktig tolket, på rimelig måte bestemmer de petrofysiske egenskapene til formasjonen og fluidene i denne.

De fysiske prinsippene for elektromagnetisk induksjonsresistivitetsbrønnlogging er f.eks. beskrevet i H.G. Doll, Introcution to Induction Logging and Application to Logging of Wells Drilled with Oil-Based Mud, Journal of Petroleum Technology, vol. 1, s.148, Society of Petroleum Engineers, Richardson, Texas (1949). Mange forbedringer og modifikasjoner av elektromagnetiske induksjonsresistivitetsinstrumenter er blitt utviklet siden publikasjonen av Doll-referansen ovenfor. Eksempler på slike modifikasjoner og forbedringer kan f.eks. finnes i US-patent nr.4,837,517; 5,157,605 utstedt til Chandler m.fl.; og US-patent nr.5,452,761 utstedt til Beard m.fl.

En begrensning til de instrumentene som er utviklet for elektromagnetisk induksjonsresistivitetsbrønnlogging som er kjent på området, er at de typisk innbefatter senderspoler og mottakerspoler viklet slik at de magnetiske momentene til disse spolene er hovedsakelig parallelle bare med aksen til instrumentet.

Virvelstrømmer blir indusert i grunnformasjonene fra det magnetiske feltet som genereres av senderspolen, og i induksjonsinstrumentene som er kjent på området. Disse virvelstrømmene har en tendens til å flyte i jordsløyfer som er hovedsakelig perpendikulære til instrumentets akse. Spenninger blir så indusert i mottakerspolene relatert til størrelsen av virvelstrømmene. Visse grunnformasjoner består imidlertid av tynne lag med elektrisk ledende materialer som er innført mellom tynne lag av hovedsakelig ikke-ledende materialer. Responsen til det typiske instrumentet for elektromagnetisk induksjonsresistivitetsbrønnlogging vil dermed stort sett være avhengig av konduktiviteten til de konduktive lagene når lagene er hovedsakelig parallelle med strømningsbanene til virvelstrømmene. De hovedsakelig ikkekonduktive lagene vil bare bidra i liten grad til den totale responsen til instrumentet og derfor vil nærværet av disse typisk bli maskert av nærværet av de konduktive lagene. De ikke-konduktive lagene er imidlertid de lagene som vanligvis er hydrokarbonførende og er av størst interesse for instrumentbrukeren. Visse grunnformasjoner som kan være av kommersiell interesse, kan derfor bli oversett ved tolkning av en brønnlogg tatt ved å bruke instrumentet for elektromagnetisk induksjonsresistivitetsbrønnlogging som er kjent på området.

US-patent nr.5,999,883 er utstedt til Gupta m.fl. ("Gupta-patentet"), beskriver en fremgangsmåte for å bestemme den horisontale og vertikale konduktiviteten til anisotrope grunnformasjoner. Målinger blir tatt av de elektromagnetiske induksjonssignalene som induseres av induksjonssendere orientert langs tre innbyrdes ortogonale akser. En av de innbyrdes ortogonale aksene er hovedsakelig parallell med aksen til et loggeinstrument. De elektromagnetiske induksjonssignalene blir målt ved å bruke første mottakere som hver har et magnetisk moment parallelt med én av de ortogonale aksene og bruk av andre mottakere som hver har et magnetisk moment perpendikulært til én av de ortogonale aksene som også er perpendikulært til instrumentaksen. En relativ rotasjonsvinkel for den perpendikulære av de ortogonale aksene blir beregnet fra de mottakersignalene som er målt perpendikulært til instrumentaksen. En mellomliggende måletensor blir beregnet ved å rotere størrelser av mottakersignalene gjennom en negativ av rotasjonsvinklene. En relativ inklinasjonsvinkel for én av de ortogonale aksene som er parallell med aksen til instrumentet, blir beregnet fra de roterte størrelsene i forhold til retningen av den vertikale konduktiviteten. De roterte størrelsene blir rotert gjennom en negativ av inklinasjonsvinkelen. Horisontal konduktivitet blir beregnet fra størrelsene av de mottatte signalene etter det andre rotasjonstrinnet. En anisotropiparameter blir beregnet fra mottakersignalets størrelser etter det andre rotasjonstrinnet. Vertikal konduktivitet blir beregnet fra den horisontale konduktiviteten og anisotropiparameteren.

En multikomponentresistivitet gir informasjon for lokalisering av lagretninger, bestemmelse av avstander til lag, løsning av resistivitetsanisotropi og karakterisering av tredimensjonale geologiske egenskaper. I tidligere kjente MWD-verktøy er antennene av en slags spor skåret på den ytre overflaten av et verktøylegeme eller borerøret/vektrøret. Se f.eks. US-patent nr.5,138,263 til Towle. US-patent nr.

6,577,129 til Thompson m.fl., US-patent nr.7,268,556 til Fanini m.fl. og US-patent nr. 7,057,392 til Wang m.fl. En teknologisk utfordring for et multikomponent MWD-resistivitetsverktøy er konstruksjonen av flere antenner som peker i flere retninger. Det er enda vanskeligere å plassere flere antenner kompakt på en verktøystreng. US-patent nr.7,663,372 fra Signorelli, som har samme eier som foreliggende oppfinnelse, beskriver bruk av samlokaliserte antenner for multikomponentresistivitetsverktøy. Beskrivelsen i Signorelli spesifiserer forskjellige slisser for hver komponent. Et slikt arrangement kan være fullstendig tilfredsstillende for kabelanvendelser, men for MWD-anvendelser som har et stort antall slisser, vil svekke vektrøret. Foreliggende oppfinnelse beskriver flere samlokaliserte multiretningsantenner med et sterkt redusert antall slisser.

US5574374 beskriver et apparat for å evaluerer en jordformasjon omfattende langsgående verktøy, første og andre antenner, og minst ett par av langsgående slisser, og en første og andre leder over slissene. Publikasjonen beskriver ikke at retningen av de to antenner er forskjellig, eller at ledningene er over par av slisser.

US2006186888 beskriver et apparat for å evaluerer en jordformasjon omfattende et langsgående element, minst ett par av langsgående slisser, en antenne over et par av langsgående slisser. Publikasjonen beskriver ikke to antenner over samme par av slisser.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

I et første aspekt vedrører foreliggende oppfinnelse en anordning innrettet for å evaluere en grunnformasjon, kjennetegnet ved:

et langstrakt verktøyorgan;

en første antenne på det langstrakte verktøylegemet, som har en første orientering;

en andre antenne på det langstrakte verktøyorganet som har en andre orientering som er forskjellig fra den første orienteringen, hvor den andre antennen har et sentrum ved hovedsakelig samme posisjon som et sentrum for den første antennen;

minst et par med langsgående slisser i verktøyorganet;

en første leder over det minst ene paret med langsgående slisser som definerer den første antennen; og

en andre leder over det minst ene paret med langsgående slisser, som definerer den andre antennen.

Alternative utførelser er angitt i underkravene 2-9.

I et andre aspekt vedrører foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for evaluering av en grunnformasjon, kjennetegnet:

(i) å transportere et langstrakt verktøyorgan inn i et borehull, hvor det langstrakte verktøyorganet innbefatter en første antenne som har en første orientering; (ii) en andre antenne (802) på organet som har en andre orientering som er forskjellig fra den første orienteringen, idet den andre antennen (802) har et sentrum ved hovedsakelig den samme posisjon som et sentrum for den første antennen;

(iii) minst et par med langstrakte slisser;

(iv) en første leder over det minst ene paret med langsgående slisser for å definere den første antennen; og

(v) en andre leder over det minst ene paret med langsgående slisser som definerer den andre antennen;

ved å bruke det langstrakte verktøyorganet til å fremskaffe et signal som er en indikasjon på en egenskap av interesse;

å bruke signalet til å estimere en verdi av egenskapen av interesse; og å registrere den estimerte verdien av egenskapen av interesse på et egnet medium.

En utførelsesform av oppfinnelsen er en anordning for bruk i et borehull.

Anordningen innbefatter et langsgående verktøyorgan, en første antenne som har en første orientering og en andre antenne som har en andre orientering, hvor den første antennen og den andre antennen er posisjonert ved en hovedsakelig felles posisjon på verktøyorganet, minst ett par med langsgående slisser i verktøyorganet, et magnetisk materiale med høy permeabilitet plassert i det minst ene paret med langsgående slisser, og en første leder og en andre leder over det minst ene paret med langsgående slisser innrettet for å definere den første antennen og en andre antenne. Den første orienteringen og den andre orienteringen kan svare til (i) en langsgående verktøyakse og en transversal verktøyakse, eller (ii) en første transversal akse for verktøyet og en andre transversal akse for verktøyet, eller (iii) en første retning og en andre retning som ikke er ortogonalt til den første retningen. Anordningen kan videre innbefatte en tredje antenne som har en orientering hvor den tredje orienteringen er ved en vinkel i forhold til første orienteringen og en andre orientering, eller hovedsakelig ortogonalt til den første orienteringen og den andre orienteringen. Den felles lokaliseringen kan være felles i forhold til en langsgående akse og et sentrum i et transversalt plan for verktøyorganet. Verktøyorganet kan være et vektrør i en boringsenhet, en metallhylse montert på en del av vektrøret i en boreenhet eller et hus i et kabelreistivitetsverktøy. Den første antennen og en andre antenne kan være del av en sender som er innrettet for å sende elektromagnetiske strålingssignaler inn i en grunnformasjon som omgir borehullet, eller en mottaker innrettet for å motta elektromagnetiske strålingssignaler fra en grunnformasjon. Den første antennen og den andre antennen kan være en del av en mottaker innrettet for å motta elektromagnetiske strålingssignaler fra en grunnformasjon, og anordningen kan videre innbefatte minst én prosessor innrettet for å behandle signalene som er mottatt av minst én av den første antennen og en andre antenne, og for å tilveiebringe et estimat av egenskapen av interesse. Egenskapen av interesse kan være en elektrisk egenskap ved formasjonen, en elektrisk egenskap ved fluidet i brønnhullet og/eller en avstand til en kommende laggrense i forhold til et element i anordningen. Det magnetiske materialet med høy permeabilitet kan være et mykt ferritmateriale, en elektrisk ledende, myk, amorf magnetisk legering, en elektrisk ledende nanokrystallinsk myk magnetisk legering, en stabel laget av en myk amorf magnetisk legering, en stabel laget av en nanokrystallinsk myk magnetisk legering, et mykt jernpulver som inneholder minst én av et organisk og et uorganisk bindestoff, et "sendust" som inneholder minst én av et organisk og et uorganisk bindemiddel, og/eller et pulver av en nikkel jernlegering som inneholder minst én av et organisk og et uorganisk bindemiddel. Den minst ene prosessoren kan videre være innrettet for å styre en boreretning ved å bruke estimatet av egenskapen av interesse.

En annen utførelsesform av oppfinnelsen er en fremgangsmåte for å estimere en egenskap av interesse ved å bruke et brønnhullsverktøy. Fremgangsmåten innbefatter å sende elektromagnetisk stråling fra en sender på et hovedsakelig ikkeroterende langstrakt verktøyorgan, å bruke en første antenne som har en første orientering for å frembringe et første signal som et resultat av vekselvirkning mellom det elektromagnetiske signalet og grunnformasjonen, å bruke en andre antenne som har en andre orientering innrettet for å produsere et annet signal som et resultat av vekselvirkning mellom EM-signalet og grunnformasjonen, hvor den første antennen og den andre antennen er posisjonert på hovedsakelig et felles sted på verktøyorganet; å bruke den første målingen, den andre målingen, en måling av den første orienteringen, en måling av den andre orienteringen og en måling av en orientering av verktøyorganet til å estimere en verdi av et signal som vil være et resultat av vekselvirkning mellom EM-signalet og grunnformasjonen ved et antall orienteringer av verktøyorganet; og å bruke den estimerte verdien av signalene ved antallet orienteringer til å estimere en verdi av en resistiv egenskap i grunnformasjonen. Fremgangsmåten kan videre innbefatte å tilveiebringe for i det minste én av den første antennen og en andre antenne, minst én sliss i verktøyorganet, et materiale med høy magnetisk permeabilitet plassert i den minst ene slissen, og en elektrisk leder over slissen for å danne en sløyfeantenne. Fremgangsmåten kan innbefatte å tilveiebringe for den første antennen og en andre antenne minst et par langsgående slisser i verktøyorganet, et materiale med høy magnetisk permeabilitet plassert i det minst ene paret med slisser, og en elektrisk leder over det minst ene paret med slisser for å danne en sløyfeantenne.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Foreliggende oppfinnelse vil best bli forstått under henvisning til de vedføyde figurene hvor like henvisningstall refererer til like elementer, og hvor:

Fig. 1 er en illustrasjon av en boringsenhet som er egnet for bruk i forbindelse med foreliggende oppfinnelse;

fig. 2 (kjent teknikk) viser sender- og mottakerkonfigurasjonen av et tidligere kjent multikomponentloggeverktøy;

fig. 3 (kjent teknikk) viser en konvensjonell antenne med en z-spole og vertikale slisser;

fig. 4 viser et antennearrangement med z- og x-spoler og to rektangulære slisser;

fig. 5 viser et antennearrangement med flere viklinger av z- og x-spoler og to rektangulære slisser;

fig. 6 viser et antennearrangement med z-, x- og y-spoler og fire rektangulære slisser;

fig. 7 viser et antennearrangement med multiple z-, x- og y-spoler og fire rektangulære slisser;

fig. 8 viser et verktøy som har et senderantennearrangement med z- og xspoler og fire rektangulære slisser atskilt fra et mottakerantennearrangement med z- og x-spoler og fire rektangulære slisser;

fig. 9 viser et verktøy som har et senderantennearrangement med z-, x- og yspoler og fire rektangulære slisser, atskilt fra et mottakerantennearrangement med z-, x- og y-spoler og fire rektangulære slisser;

fig. 10 viser et verktøy som har to par med senderantennegrupper symmetrisk anordnet omkring to par med mottakerantennegrupper;

fig. 11 (kjent teknikk) viser et loggeverktøy med to transversale mottakere og to aksiale mottakere brukt til å ta azimutalt sensitive målinger med et roterende verktøy;

fig. 12 viser en utførelsesform hvor azimutalt sensitive målinger kan tas uten rotasjon av verktøyet;

fig. 13 viser en simulert måling fremskaffet ved å bruke to faste spoler; fig. 14 (kjent teknikk) viser et alternativt spole- og slissearrangement for å oppnå simulert måling ved bruk av to faste spoler; og

fig. 15A-C viser andre arrangementer hvor ett eller flere sett med ortogonale,

transversale, samlokaliserte mottakerspoler kan brukes i kombinasjon med én eller flere aksialt orienterte senderspoler.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

Fig. 1 viser et skjematisk diagram over et boresystem 110 som har en brønnhullsenhet som inneholder et akustisk sensorsystem, og overflateanordninger i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. Som vist innbefatter systemet 110 et konvensjonelt boretårn 111 reist på et tårndekk 112 som understøtter et rotasjonsbord 114 som blir rotert av en hovedmotor (ikke vist) med en ønsket rotasjonshastighet. En borestreng 120 som innbefatter en borerørseksjon 122, strekker seg nedover fra rotasjonsbordet 114 inn i et borehull 126. En borkrone 150 festet til borestrengen nede i hullet bryter opp de geologiske formasjonene når den blir rotert. Borestrengen 120 er koblet til heiseverk 130 via en drivrørskjøt 121, et svingledd 118 og en line 129 gjennom et system av trinser 127. Under boreoperasjoner blir heiseverket 130 operert for å regulere vekten på borkronen og inntrengningsdybden for borestrengen 120 i borehullet 126. Driften av heiseverket er velkjent på området og blir derfor ikke beskrevet i detalj her.

Under boreoperasjoner blir en passende borevæske (vanligvis referert til som "slam" på området) 131 fra en slamtank 132 sirkulert under trykk gjennom borestrengen 120 ved hjelp av en slampumpe 134. Borevæsken 131 passerer fra slampumpen 134 inn i borestrengen 120 via en trykkdemper 136, fluidledningen 138 og drivrørskjøten 121. Borefluidet strømmer ut ved bunnen 151 av borehullet gjennom en åpning i borkronen 150. Borevæsken sirkuleres oppover gjennom ringrommet 127 mellom borestrengen 120 og borehullet 126 og strømmer ut i slamtanken 132 via en returledning 135. En rekke sensorer (ikke vist) er på passende måte utplassert på overflaten i henhold til kjente fremgangsmåter på området for å tilveiebringe informasjon om forskjellige boringsrelaterte parametre slik som fluidstrømningsmengde, vekt på borkronen, kroklast, osv.

En reguleringsenhet 140 på overflaten mottar signaler fra brønnhullssensorene og anordninger i brønnhullet via en sensor 143 plassert i fluidledningen 138 og behandler slike signaler i henhold til programmerte instruksjoner levert til styringsenheten på overflaten. Styringsenheten på overflaten fremviser ønskede boreparametre og annen informasjon på en skjerm/monitor 142, hvilken informasjon blir benyttet av en operatør til å styre boreoperasjonene. Styringsenheten 140 på overflaten inneholder en datamaskin, et lager for lagring av data, en dataregistreringsanordning og annet periferiutstyr. Styringsenheten 140 på overflaten innbefatter også modeller og behandler data i henhold til programmerte instruksjoner og reagerer på brukerkommandoer innført ved hjelp av passende midler, slik som et tastatur. Styringsenheten 140 kan være innrettet for å aktivere alarmer 144 når visse utrygge eller uønskede driftsbetingelser inntreffer.

En boremotor eller slammotor 155 koblet til borkronen 150 via en drivaksel (ikke vist) anordnet i en lagerenhet 157 roterer borkronen 150 når borevæsken 131 blir ført gjennom slammotoren 155 under trykk. Lagerenheten 157 understøtter de radiale og aksiale krefter på borkronen, den nedadrettede skyvkraften til boremotoren og den reaktive, oppadrettede belastningen fra den påførte vekten på borkronen. En stabilisator 158 koblet til lagerenheten 157 virker som et sentreringsorgan for den nedre del av slammotorenheten. Bruk av en motor er for illustrerende formål og er ikke noen begrensning av omfanget til oppfinnelsen.

I en utførelsesform av systemet ifølge foreliggende oppfinnelse er brønnhullsdelen 159 (også referert til som bunnhullsanordningen eller "BHA") som inneholder de forskjellige sensorene og MWD-anordningene for å tilveiebringe informasjon om formasjonen og boreparameterne og slammotoren nede i brønnhullet, koblet mellom borkronen 150 og borerøret 122. Brønnhullsanordningen 159 kan ha en modulær konstruksjon, ved at de forskjellige anordningene er seksjonsvis sammenkoblet slik at de enkelte seksjonene kan erstattes etter ønske.

Det vises fremdeles til fig.1 hvor BHA også kan inneholde sensorer og anordninger i tillegg til de ovenfor beskrevne sensorene. Slike anordninger innbefatter en anordning for måling av formasjonsresistiviteten nær og/eller i front av borkronen, en gammastråleanordning for måling av formasjonens gammastråleintensitet og anordninger for å bestemme inklinasjonen og azimut-vinkelen for borestrengen. Anordningen 164 for måling av formasjonsresistivitet kan være koblet inn over det øvre nødutkoblingsleddet 162, som tilveiebringer signaler hvorfra resistiviteten i formasjonene nær borkronen 150 blir bestemt. En multippel forplantningsresistivitetsanordning ("MPR") som har én eller flere par med måleantenner 166a og 166b atskilt fra ett eller flere par med mottakerantenner 168a og 168b, blir brukt. Magnetiske dipoler blir benyttet som opererer i det midlere og nedre høyfrekvensspekteret. Under drift blir de utsendte elektromagnetiske bølgene forstyrret etter hvert som de forplanter seg gjennom formasjonen som omgir resistivitetsanordningen 164. Mottakerantennene 168a og 168b detekterer de forstyrrede bølgene. Formasjonsresistivitet blir utledet fra fasen og amplituden til de detekterte signalene. De detekterte signalene blir behandlet ved hjelp av en brønnhullskrets eller prosessor som kan være plassert i et hus 170 over slammotoren 155, og overført til overflatestyringsenheten 140 ved å bruke et passende telemetrisystem 172. I tillegg til eller i stedet for forplantningsresistivitetsanordningen, kan en egnet induksjonsloggeanordning brukes til å måle formasjonsresistivitet.

Inklinometeret 174 og gammastråleanordningen 176 er på passende måte plassert langs resistivitetsmåleanordningen 164 for henholdsvis å bestemme inklinasjonen til denne del av borestrengen nær borkronen 150 og formasjonens gammastrålingsintensitet. Et hvilket som helst egnet inklinometer og en hvilken som helst egnet gammastrålingsanordning kan imidlertid benyttes for formålet med denne oppfinnelsen. I tillegg kan en azimutanordning (ikke vist) slik som et magnetometer eller en gyroskopisk anordning, benyttes til å bestemme borestrengens azimut. Slike anordninger er kjent på området og blir følgelig ikke beskrevet i detalj her. I den ovenfor beskrevne konfigurasjonen overfører slammotoren 155 kraft til borkronen 150 via én eller flere hule aksler som løper gjennom resistivitetsmåleanordningen 164. Den hule akselen gjør det mulig for borevæske å passere fra slammotoren 155 til borkronen 150. I en alternativ utførelsesform av borestrengen 120, kan slammotoren 155 være koblet under resistivitetsmåleanordningen 164 eller på et hvilket som helst annet egnet sted.

Borestrengen inneholder en modulær sensorenhet, en motorenhet og nødutkoplingsoverganger. I en utførelsesform innbefatter sensorenheten en resistivitetsanordning, en gammastrålingsanordning og et inklinometer, der alle er i et felles hus mellom borkronen og slammotoren. Brønnhullsenheten ifølge foreliggende oppfinnelse kan innbefatte en MWD-seksjon 168 som inneholder en nukleær formasjonsporøsitetsmåleanordning, en nukleær densitetsanordning og et akustisk sensorsystem plassert, og et formasjonstestingssystem over slammotoren 164 i huset 178 for å tilveiebringe informasjon som er nyttig for evaluering og testing av undergrunnsformasjoner langs borehullet 126. En brønnhullsprosessor kan brukes til behandling av dataene.

Fig. 2 viser utformingen av senderspoler og mottakerspoler i en utførelsesform av induksjonsloggeinstrumentet 3Dexplorer (3DEX®) fra Baker Hughes Incorporated. Tre sendere 201, 203 og 205 som blir referert til som Tx-, Tz- og Tysendere, er plassert med sine normaler hovedsakelig ortogonalt til hverandre i den viste rekkefølge. De tre senderne induserer magnetiske felter i tre romlige retninger. Subindeksene (x, y, z) indikerer et ortogonalt system som hovedsakelig bestemmes av retningene til normalene til senderne. z-aksen er vist å være hovedsakelig parallell med den langsgående aksen til verktøyet, mens x-aksen og y-aksen er innbyrdes perpendikulære retninger som ligger i planet transversalt til den langsgående aksen. På verktøyet er også mottakere 207, 209 og 211 referert til som Rx-, Rz- og Ry-mottakere, innrettet langs det ortogonale systemet som defineres av sendernormalene. Rx, Rz og Ry er ansvarlige for måling av de tilsvarende magnetfeltene Hxx, Hzz og Hyy. I denne normaliseringen av magnetfeltene indikerer den første indeksen retningen av senderen og den andre indeksen indikerer retnignen av mottakeren.

Det vises nå til fig.3 hvor et tidligere kjent antennearrangement for en z-spole er illustrert. I vektrøret 300 er det et antall vertikale slisser eller slisser 302. z-spolen 304 er posisjonert i vektrøret ortogonalt til slissene som vist. Ferrit-innlegg (ikke vist) kan være tilveiebrakt i hver av slissene mellom den ledende antenneledningen og vektrøret. Ferriten tilveiebringer en magnetostatisk skjerm mellom antennetrådene og vektrøret og tjener til å redusere strømmer i vektrøret. Legg merke til at antennearrangementet som er vist på denne figuren og på resten av figurene, kan brukes som enten en sender eller en mottaker; eventuelle uttak vil bli nevnt.

Fig. 4 viser et arrangement hvor en x-spole 402 er posisjonert ortogonalt til zspolen. Selv om dette er et hensiktsmessig arrangement, skal det ikke oppfattes som en begrensning av oppfinnelsen. Minst to slisser eller slisser 404a, 404b kan brukes og posisjoneres på motsatte sider av vektrøret. Formen av slissen kan være kvadratisk, rektangulær, elliptisk og sirkulær. Et materiale med høy magnetisk permeabilitet kan være plassert i noen av eller alle slissene. Materialet med den høye magnetiske permeabiliteten kan være et mykt ferrit-materiale; en elektrisk ledende, bløt amorf magnetisk legering, en elektrisk ledende nanokrystallinsk, bløt magnetisk legering, en stabel laget av en bløt amorf, magnetisk legering, en stabel laget av en nanokrystallinsk, bløt magnetisk legering, et bløtt jernpulver som inneholder minst ett av et organisk og et uorganisk bindemiddel, et "sendust" som inneholder minst ett av et organisk og et uorganisk bindemiddel, og/eller et nikkeljernlegeringspulver som inneholder minst ett av et organisk og et uorganisk bindemiddel. Fig. 5 viser en variant av arrangementet på fig.4, hvor z-spolen omfatter flere viklinger 504a, 504b, 504c, og x-spolen omfatter flere viklinger 502a, 502b, 502c. Formålet med flere viklinger er å øke signalnivået. Sentrene til z- og xspolene er samlokalisert ved den samme langsgående posisjon på verktøyet og den samme posisjon i et transversalt plan for verktøyorganet.

Det vises nå til fig.6 og det viste arrangementet av samlokaliserte z-, x- og yspoler (304, 402, 602) er vist. Det er også vist par av rektangulære slisser (610a, 610b) og (612a, 612b). Som i de utførelsesformene som er diskutert ovenfor, kan ferrit være anordnet mellom antenneledningen og legemet til vektrøret. En variant av fig. 6 er illustrert på fig.7, hvor z-, x- og y-spolene hver har flere viklinger.

Et felles trekk ved alle utførelsesformene som er diskutert ovenfor, er at et enkelt sett med slisser blir brukt for mer enn én antennekomponent. Dette er i kontrast til tidligere kjente fremgangsmåter, slik som de som er diskutert i US-patent nr. 7,057,392 til Wang m.fl., som har samme eier som foreliggende oppfinnelse, hvor hvert sett med slisser blir brukt for bare én antennekomponent. Med de foreliggende utførelsesformene kan dermed antennene for de forskjellige komponentene samlokaliseres. En av fordelene ved å ha et slikt arrangement er at verktøyet kan være kortere. Andre fordeler vil fremgå klart av de etterfølgende diskusjonene.

Fig. 8 viser et senderantennearrangement som omfatter en z-sender 812 og en x-sender 802 atskilt fra et mottakerantennearrangement som omfatter en zmottaker 814 og en x-mottaker 804. Det vil være klart at sender/mottaker-avstanden for zx- og zz-komponentene vil være like. Det samme gjelder for xz- og xxkomponentene. Dette er i motsetning til det tidligere kjente arrangementet på fig.2 hvor de samme sender/mottaker-avstandene ikke er like. Den foreliggende utformingen vil derfor ikke kreve noen korreksjon for differanser i sender/mottakeravstand.

Denne fordelen er også tydelig på fig.9 hvor senderantennearrangementet innbefatter, i tillegg til z- og x-antennene, en y-orientert antenne 922, og mottakerantennearrangementet innbefatter, i tillegg til z- og x-antennene, en y-orientert antenne 924. Igjen vil det være klart at med loggeverktøyet på fig.9, kan alle ni komponentene i magnetfeltet måles ved den samme sender/mottaker-avstanden. Dette er ikke tilfelle med det tidligere kjente arrangementet på fig.2. Det skal bemerkes at de eksemplene som er gitt ovenfor, viser ortogonale spoleorienteringer. Dette skal ikke oppfattes som en begrensning ettersom data innsamlet med to eller flere spoler som er skråstilt til hverandre, kan behandles ved å bruke velkjente kartetiske rotasjonsmetoder for å simulere målinger tatt med ortogonale spoler.

Fig. 10 viser en utførelsesform med seks grupper av antenner. De innbefatter to mottakergrupper 1011, 1013. To sendergrupper 1001, 1003 er posisjonert på en side av mottakergruppene, og to sendergrupper 1005, 1007 er posisjonert på siden av mottakergruppene på motsatt side av sendergruppene 1001, 1003. Hver av antennegruppene innbefatter en z-antenne, en x-antenne og eventuelt en y-antenne. y-antennen er ikke essensiell for mange av MWD-anvendelsene, men er ønskelig for visse kabelanvendelser.

Fagkyndige på området som har hatt fordelen ved å sette seg inn i den foreliggende beskrivelsen, vil innse at den aksiale lengden av arrangementet på fig.

10 er omtrent det samme som den aksiale lengden av arrangementet på fig.2.

Samlokaliserte antenner reduserer lengden av resistivitetsverktøyet og dermed bunnhullsanordningen 90, noe som også betyr at dybdeinterpolering ikke er nødvendig. Med arrangementet på fig.10 kan en meget mer sofistikert behandling utføres. Dette innbefatter resistivitetsbestemmelse fra amplitudedifferanser for signaler ved de to mottakerne såvel som resistivitetsbestemmelse fra fasedifferanser for signaler ved de to mottakerne. I tillegg, fra resiprositetsprinsippet, kan resistivitetsbestemmelser gjøres ved senderposisjonene ved å bruke amplitude- og fasedifferanser for signaler mottatt ved en felles mottaker. I tillegg kan målinger tatt ved hjelp av to mottakere kombineres basert på sine avstander fra en sender: dette er beskrevet i US-patent nr.7,483,793 fra Wang m.fl. som har samme eier som foreliggende oppfinnelse.

Fagkyndige på området som har hatt fordelen ved å sette seg inn i den foreliggende beskrivelsen, vil også innse at alle de utførelsesformene som er beskrevet ovenfor, kan brukes til bestemmelse av formasjonsresistivitet, formasjonsanisotropi, avstand til en laggrense og/eller reservoarnavigasjon ved å bruke fremgangsmåter som er kjent på området.

US-patent nr.7,414,407 til Wang m.fl., beskriver en MWD- eller LWD-metode og -anordning for å bestemme azimut for et fjerntliggende formasjonslag i nærheten av et resistivitetsverktøy nede i brønnhullet. Et magnetisk krysskomponentfelt med hovedsakelig ortogonale sender- og mottakerspoler er tilveiebrakt. Spoleplanene er enten hovedsakelig ortogonale (koaksiale spoler) eller parallelle (transversale spoler) med hensyn til verktøylegemets langsgående akse. Spolene er plassert på verktøylegemet som har en ytre overflate og et antall slisser er skåret inn i den ytre overflaten av verktøylegemet og orientert hovedsakelig horisontalt i forhold til verktøylegemets horisontale akse for spolene og orientert vertikalt i forhold til den langsgående aksen for verktøylegemet for de koaksiale spolene. En transversal spole og en koaksial spole er plassert i slissene for utsendelse eller mottakelse av et transversalt magnetisk tverraksefelt. Materialer med høy magnetisk permeabilitet kan være innsatt i slissene mellom spoleledningen og bunnen av slissene. Flere mottakere, sendere og frekvenser kan brukes for å fremskaffe det maksimalt mulige signal/støy-forholdet. I-fase- eller kvadraturdelen av et magnetfelt eller en kombinasjon av de to, eller alternativt amplituden og/eller fasen til det magnetiske tverrkomponentfeltet kan måles og behandles for å indikere azimut-verdien for en fjerntliggende laggrense forutsatt at laggrensen er innenfor undersøkelsesdybden til verktøyet. Målinger kan også tas ved kontinuerlige eller multiple verktøyazimutverdier. Den foreliggende oppfinnelsen har evne til å foreta hovedsakelig alt det som er beskrevet i Wang, med den ytterligere fordel å ha samlokaliserte spoler og et redusert sett med slisser.

Et eksempel på en spolekonfigurasjon ifølge Wang er illustrert på fig.11. Verktøyet innbefatter to aksialt orienterte sendere 1101, 1103 og to transversalt orienterte mottakere 1111, 1113. Et slikt verktøy kan brukes til å ta azimutalt sensitive resistivitetsmålinger under rotasjon av verktøyet.

Det vises nå til fig.12 hvor en spesiell kombinasjon av sender- og mottakerspoler fra fig.9 er vist, som kan brukes til å ta azimutalt sensitive målinger uten rotasjon av verktøyet. Fra arrangementet på fig.9, blir spesielt én enkelt z-sender brukt sammen med en x-mottaker og en y-mottaker. Disse er betegnet med 1201, 1211, 1213. Med en slik konfigurasjon kan de signalene som er målt ved hjelp av de to mottakerne representeres ved hjelp av sinusfunksjoner:

S1=Asin(θ1+ θ0)

S2=Asin(θ2+ θ0) (1),

hvor A er maksimumssignalet, θ0 er en innledende fasevinkel for sinusbølgen, θ1 og θ2 er gjeldende fasevinkler for de to mottakerne, og S1 og S2 er de signalene som er målt ved hjelp av de to mottakerne. Verktøyflatevinklene kan måles ved å bruke en orienteringsanordning slik som et magnetometer. Ved å ha målinger i to ortogonale mottakere (eller to mottakere som er skråstilt i forhold til hverandre), blir det derved mulig å syntetisere verktøyresponsen ved enhver vilkårlig rotasjonsvinkel. En slik sinusmessig tilpasning er illustrert på fig.13.

Selv om bruken av samlokaliserte antenner er nødvendig for å oppnå simulerte målinger med et ikke-roterende verktøy, kan tidligere kjente anordninger som har samlokaliserte antenner brukes. Dette er illustrert i eksemplet på fig.14. På figuren er to sett med slisser 1401, 1403 for mottakerspolene vist.

Fig. 15A-C illustrerer andre konfigurasjoner som kan brukes for et azimutalt følsomt verktøy. På 15A er det to par med transversale, samlokaliserte mottakere og en aksial sender. På 15B er det et par med transversalt, samlokaliserte mottakere og to aksialt orienterte sendere. På 15C er det to par med transversalt samlokaliserte mottakere og to aksialt orienterte sendere.

En hvilken som helst av de konfigurasjonene som er diskutert ovenfor, kan brukes for å oppnå azimutalt sensitive målinger med et ikke-roterende verktøy. Dette kan f.eks. gjøres med kabellogging. Det kan også gjøres ved utkjøring av hullet med sensorene på bunnhullsanordningen.

Virkemåten til senderne og mottakerne og styringen av boreretningen kan styres av brønnhullsprosessoren og/eller prosessoren på overflaten. Implisitt i styringen og behandlingen av dataene, er bruken av et datamaskinprogram på et passende maskinlesbart medium som gjør det mulig for prosessoren å utføre styringen og behandlingen. Det maskinlesbare mediet kan innbefatte ROM, EPROM, EAROM, flash-lagre og optiske plater. Uttrykket "prosessor" slik det er brukt her, er ment å innbefatte feltprogrammerbare portgrupper (FPGA, Field Programmable Gate Arrays).

Selv om den foregående beskrivelsen er rettet mot spesielle utførelsesformer av oppfinnelsen, vil forskjellige modifikasjoner være opplagte for fagkyndige på området. Det er ment at alle slike variasjoner innenfor rammen av de vedføyde patentkrav, skal være innbefattet i den foregående beskrivelsen.

Claims (14)

Patentkrav

1. Anordning innrettet for å evaluere en grunnformasjon,

k a r a k t e r i s e r t v e d:

et langstrakt verktøyorgan (300);

en første antenne (812) på det langstrakte verktøylegemet, som har en første orientering;

en andre antenne (802) på det langstrakte verktøyorganet som har en andre orientering som er forskjellig fra den første orienteringen, hvor den andre antennen (802) har et sentrum ved hovedsakelig samme posisjon som et sentrum for den første antennen (812);

minst et par med langsgående slisser (610 a, 610 b, 612 a, 612 b) i verktøyorganet;

en første leder (304) over det minst ene paret med langsgående slisser som definerer den første antennen (812); og

en andre leder over det minst ene paret med langsgående slisser, som definerer den andre antennen (802).

2. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende et materiale med høy magnetisk permeabilitet plassert i det minst ene paret med langsgående slisser.

3. Anordning ifølge krav 2, hvor materialet med høy magnetisk permeabilitet er valgt fra: (i) et bløtt ferrit-materiale, (ii) en elektrisk ledende, bløt amorf magnetisk legering, (iii) en elektrisk ledende nanokrystallinsk, bløt magnetisk legering, (iv) en stabel laget av en amorf, bløt magnetisk legering, (v) en stabel laget av en nanokrystallinsk bløt magnetisk legering, (vi) et bløtt jernpulver som inneholder minst ett av et organisk og et uorganisk bindemiddel, (vii) et "sendust" som inneholder minst én av et organisk og et uorganisk bindemiddel, og (viii) et nikkel-jernlegeringspulver som inneholder minst ett av et organisk og et uorganisk bindemiddel.

4. Anordning ifølge krav 1, hvor den første orienteringen er valgt fra: (i) en langsgående verktøyakse for det langstrakte loggeverktøyet, (ii) en transversal akse for det langstrakte verktøyorganet.

5. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende en tredje antenne som har et sentrum ved hovedsakelig den samme posisjon som posisjonen for senteret til den første antennen, hvor den tredje antennen har en orientering hovedsakelig ortogonal til orienteringen av den første antennen og den andre antennen.

6. Anordning ifølge krav 1, hvor verktøyorganet er valgt fra: (i) et vektrør i en boringsenhet, (ii) en metallisk hylse montert på en del av vektrøret for en boringsenhet, og (iii) et hus for et kabelresistivitetsverktøy.

7. Anordning ifølge krav 1, hvor den første antennen og den andre antennen er valgt fra: (i) en senderantenne, og (ii) en mottakerantenne.

8. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende en prosessor innrettet for å bruke et signal fremskaffet ved hjelp av det langstrakte verktøylegemet for å estimere en egenskap av interesse.

9. Anordning ifølge krav 8, hvor prosessoren videre er innrettet for å estimere en verdi av en egenskap valgt fra: (i) en elektrisk egenskap for formasjonen, (ii) en elektrisk egenskap ved fluidet nede i hullet, og (iii) en avstand til en kommende laggrense i forhold til et element i anordningen.

10. Fremgangsmåte for evaluering av en grunnformasjon,

k a r a k t e r i s e r t v e d:

(i) å transportere et langstrakt verktøyorgan inn i et borehull, hvor det langstrakte verktøyorganet innbefatter en første antenne (812) som har en første orientering;

(ii) en andre antenne (802) på organet som har en andre orientering som er forskjellig fra den første orienteringen, idet den andre antennen (802) har et sentrum ved hovedsakelig den samme posisjon som et sentrum for den første antennen (812);

(iii) minst et par med langstrakte slisser (610 a, 610 b, 612 a, 612 b);

(iv) en første leder over det minst ene paret med langsgående slisser (610 a, 610 b, 612 a, 612 b) for å definere den første antennen (812); og

(v) en andre leder over det minst ene paret med langsgående slisser (610 a, 610 b, 612 a, 612 b) som definerer den andre antennen (802);

ved å bruke det langstrakte verktøyorganet til å fremskaffe et signal som er en indikasjon på en egenskap av interesse;

å bruke signalet til å estimere en verdi av egenskapen av interesse; og å registrere den estimerte verdien av egenskapen av interesse på et egnet medium.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, videre omfattende å anbringe et materiale med høy magnetisk permeabilitet i minst et par med langsgående slisser.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, videre omfattende å bruke, som materiale med høy magnetisk permeabilitet, et materiale valgt fra: (i) et bløtt ferrit-materiale, (ii) en elektrisk ledende, amorf bløt magnetisk legering, (iii) en elektrisk ledende nanokrystallinsk bløt magnetisk legering, (iv) en stabel laget av en nanokrystallinsk bløt magnetisk legering, (v) en stabel laget av et nanokrystallinsk bløtt magnetisk materiale, (vi) et bløtt jernpulver som inneholder minst ett av et organisk og et uorganisk bindemiddel, (vii) et "sendust" som inneholder minst ett av et organisk og et uorganisk bindemiddel, og (viii) et nikkel-jernlegeringspulver som inneholder minst ett av et organisk og et uorganisk bindemiddel.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 10, videre omfattende å velge verktøyorganet fra: (i) et vektrør for en boringsenhet, (ii) en metallhylse montert på en del av vektrøret for en boringsenhet, og (iii) et hus for et kabelresistivitetsverktøy.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 11, videre omfattende å velge egenskapen fra: (i) en elektrisk egenskap ved formasjonen, (ii) en elektrisk egenskap ved fluidet i brønnhullet og (iii) en avstand til en kommende laggrense i forhold til et element i anordningen.