NO166903B - Fremgangsmaate ved vertikal seismisk profilering (vsp). - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte ved vertikal seismisk profilering (VSP) av formasjoner ved en boreoperasjon hvor borkronen benyttes som seismisk energikilde. Oppfinnelsen tar sikte på gjennomføringen av. en slik vertikal seismisk profilering uten avbrudd i boreoperasjonen.

Vertikal seismisk profilering gjennomføres vanligvis ved å trekke borestrengen ut av borehullet, hvoretter en seismisk lytteinnretning (geofon) senkes ned i borehullet og det avlyt-tes eller registreres den akustiske energi som overføres fra en seismisk kilde på overflaten. Denne operasjon betyr en stans eller avbrudd i boreaktiviteten, noe som medfører økning av kostnadene for boreoperasjonen i vesentlig grad i tillegg til at man har omkostningene for gjennomføring av selve målearbei-det.

For å forenkle denne måleteknikk er det gjort forsøk på å tilveiebringe seismiske energikilder for anbringelse nede i borehullet, såvel av vibrasjonstypen som av den pulsutsendende type. I alle disse tilfeller har det vært en forutsetning at man har kjennskap til energikildens signatur for å kunne behandle eller prosessere dataene. Denne kjennskap til kildens signatur vil imidlertid kunne være upålitelig pga. forskjellige koblinger av kilden til borehullets vegger.

Det er tidligere foreslått forskjellige metoder for å unngå dette problem, innbefattende bruken av vilkårlige, ukjente, nedgravede kilder og overflateregistreringer. Som eksempel kan nevnes US patentene nr. 2 451 515 og nr. 3 739 871.

I US patent nr. 2 451 515 benyttes en registrering på jordover-flaten av støy som er dannet av borkronen for å kunne si noe om materialegenskapene for formasjonen som i øyeblikket knuses av kronen. Metoden i henhold til dette patent gir imidlertid kun denne informasjon og det er ikke sagt noe i patentet om hvordan man kan utvide denne teknikk eller bruke borkronen som energikilde på en slik måte at det blir mulig å analysere andre områder av formasjoner, dvs. man er ikke istand til å skille støy

fra forskjellige kilder.

I US patent nr. 3 739 871.er det også benyttet en nedgravet eller nedsenket kilde og registrering av støysignaler på overflaten. Den metode som er beskrevet i dette patent vil bare virke ved pulsformede kilder og de akustiske bølger dannes ved hydraulisk frakturering. Et område med geofoner er plassert på overflaten og de mottatte støysignaler benyttes for å bestemme et nøyaktig sted for frakturering og graden av frakturering. Det er således ikke tale om oppnåelsen av seismiske reflek-sjonsdata.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte med hvilken det kan foretas en vertikal seismisk profilering for å bestemme den lokale geologi som omgir et borehull. Det er videre en hensikt med oppfinnelsen å kunne foreta slike målinger uten avbrudd i boreoperasjonen og ved bruk av selve borkronen som seismisk energikilde, slik at fremgangsmåten kan gjennomføres på en økonomisk og driftsmessig sett mest mulig gunstig måte.

Denne hensikt oppnås ved en fremgangsmåte som er kjennetegnet ved det som fremgår av patentkravene.

Det er således beskrevet en fremgangsmåte hvor målingene (profileringen) foretas under selve boreoperasjonen, idet borkronens støy med refleksjoner av støyen i formasjonen registreres ved hjelp av en geometrisk utstrakt antenne som bygges opp av enkelte mottagerelementer som anordnes i en forhåndsbestemt matrisegruppe. De signaler som mottas analyseres etter i og for seg kjente prinsipper på basis av ankomsttidsforskjeller, hvormed borkronens støysignatur ved hvert ønsket sted under boringen kan bestemmes. De øvrige mottatte signalfrekvenser og amplituder analyseres i relasjon til deres tidsavvik eller frekvens-/bølgetallavvik, idet signalene grupperes etter for-skjeller som svarer til en fokusering til bestemte områder i formasjonen.

Ifølge et videre trekk ved oppfinnelsen innstilles antennens geometriske utstrekning i bredde/lengderetning i den samme størrelsesorden som den antatte, omtrentlige dybde for borkronen.

Det er også beskrevet en antenne for bruk ved fremgangsmåten bestående av enkeltmottagerelementer anordnet i en regelmessig matrisegruppe i et område på overflaten av formasjonen ved borestedet. Antennen er forbundet med en lagrings- henholdsvis analyseenhet for de mottatte signaler. Mottagerne kan være anordnet i et rektangulært mønster i rekker og kolonner. Antennens utstrekning i bredde/lengderetning kan være av samme stør-relsesorden som borkronens dybde.

Ved fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse er det ikke nødvendig med noen tidligere kjennskap til den seismiske kildes signatur, idet denne signatur utledes fra de data som registreres på overflaten, noe som muliggjør at metoden kan benyttes med en hvilken som helst vilkårlig støygenerator som kan plasseres på et ønsket sted.

De "i og for seg kjente" signalanalyseprinsipper vedrører i hovedsaken migrasjon og er f.eks. beskrevet i Claerboat,

J.F. Doherty, S.M., 1972 "Downward Continuation of Moreout Corrected Seismograms", Geophysics Vol. 37, pp. 741-768. Denne teknikk er i prinsippet en fokuseringsteknikk.

Oppfinnelsen er fundamentalt forskjellig fra de metoder som er beskrevet i de to ovennevnte US patenter og også en kombinasjon av disse metoder selv om man både bestemmer stedet for borkronen og utleder den signatur, i og med at man ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen benytter en tredimensjonal fokuseringsteknikk som er muliggjort ved bruken av en mottagermatrise som utstrekker seg over en større flate. Det er også bruken av denne matrise som tillater dannelsen av et seismisk reflek-sjonssnitt ved etter hverandre følgende, korrelasjon og utfol-ding av de registrerte data.

Borkronen vil kontinuerlig danne akustisk støy ved knusing av materiale som omgir kronen. Den akustiske energi vil bli utsatt for den samme refleksjon og refraksjon ved forskjellige akustiske forhold i geologien som energi, som er blitt sendt ut fra en spesialbygget seismisk kilde.

En matrise av mottagerelementer eller lytteelementer på overflaten vil registrere den energi som overføres direkte fra borkronen til overflaten såvel som energi som reflekteres av akustiske inhomogeniteter i geologien eller formasjonen. Energien som sendes ut fra borkronen ved et hvert gitt punkt med hensyn til tid vil ankomme ved de forskjellige mottagerelementer i matrisen til forskjellige tidspunkter og de relative forsinkel-ser gitt av forskjellen i forplantningsvei og den seismiske hastighet i overføringsmediet. Ved å utøve tidsforsinkelser på dataene som registreres av de enkelte mottagerelementer i matrisen vil man være istand til å fokusere antennen som er dannet av disse elementer på hvilket som helst volumelement i formasjonen og å registrere støyen som dannes i dette volumelement. Ved fokusering av antennen på borkronen vil den på forhånd ikke kjente akustiske signatur for borkronen kunne utledes. Når man så kjenner denne signatur kan dataene behandles ved bruk av standardkorrelasjon og utfoldingsteknikk slik det benyttes ved data som er registrert under anvendelse av seismiske vibrato-rer.

Fokuseringen av antennen kan istedet for ved anvendelse av tidsforsinkelser også gjøres ved faseforskyvning etter at dataene er transformert til frekvens og bølgetall fra tid og rom. Disse to teknikker er matematisk ekvivalente-.

Den geometriske matrise eller antennen som består av et antall mottagerelementer må ha relativ stor utstrekning i alle flate-retninger og utformes hensiktsmessig i samme størrelsesorden i bredde/lengderetning som størrelsesorden for den antatte, omtrentlige dybde for borkronen. i denne antenne er de enkelte mottagerelementer fortrinnsvis anordnet i et regelmessig møns-ter eller matrise og anbringes fortrinnsvis på overflaten av formasjonen i nærheten av borestedet. Antennen, dvs. de enkelte mottagerelementer er forbundet enten med en lagringsenhet for de utledete data henholdsvis en analyseenhet. Hvis målingene foretas til havs vil antennen bli lagt ut på havbunnen. Mottagerelementene er fortrinnsvis anordnet i et rektangulært mønster i rekker og kolonner.

For å indikere størrelsesorden for en slik matrise eller antenne skal det anføres følgende. Mottagerelementene bør dekke et så stort område at man har en innfallsvinkel på minst 45°. Ved mindre vinkler enn dette vil oppløsningen avta. Dette betyr en spredning på rundt 1500 m ved en borehulldybde på 1500 m. Mottagerelementene kan f.eks. anbringes ved dypere borehull i en 5 km lang linje som er lagt ut rundt boreringen med elemen-tene i avstander på 25 m, noe som betyr ca. 200 mottagerkana-ler. En ekstra, parallell linje med tilsvarende fordeling kan anbringes ved siden av den første. Registreringer bør gjennom-føres med regelmessige mellomrom under boringen.

De registrerte data analyseres ved hjelp av kjente anlegg, hvor som nevnt borkronens signatur utledes. Analysesystemer som kan benyttes til dette formål er som nevnt ovenfor f.eks. beskrevet i Claerboat, J.F. Doherty, S.M., 1972 "Downward Continuation of Moreout Corrected Seismograms", Geophysics Vol. 37, pp. 741-768.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte ved vertikal seismisk profilering (VSP) av formasjoner ved boreoperasjon, hvor borkronen benyttes som seismisk energikilde og hvor målingene (profileringen) foretas under selve boreoperasjonen, idet borkronens støy med refleksjoner av støyen i formasjonen registreres ved hjelp av geometrisk utstrakt antenne som bygges opp av enkelte mottagerelementer, karakterisert ved at mottagerelementene anordnes i en forhåndsbestemt matrisegruppe, at de signaler som mottas analyseres etter i og for seg kjente prinsipper på basis av ankomsstidsforskjeller, hvormed borkronens støysignatur ved hvert ønsket sted under boringen kan bestemmes, og at de øvrige mottatte signalfrekvenser og amplituder analyseres i relasjon til deres tidsawik eller frekvens-/bølgetallawik, idet signalene grupperes etter tidsforskjeller som svarer til en fokusering til bestemte områder i formasjonen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at antennens geometriske utstrekning i bredde/lengde-retning innstilles i den samme størrelsesorden som den antatte, omtrentlige dybde for borkronen.

3. Antenne for bruk ved vertikal seismisk profilering (VSP) av formasjoner ved boreoperasjon, hvor borkronén benyttes som seismisk energikilde og hvor målingene (profileringen) foretas under selve boreoperasjonen, idet borkronens støy med refleksjoner av støyen i formasjonen registreres ved hjelp av geometrisk utstrakt antenne som bygges opp av enkelte mottagerelementer som er anordnet i en regelmessig matrisegruppe i et område på overflaten av formasjonen ved borestedet, og hvor antennen er forbundet med en lagrings- henholdsvis analyseenhet for de mottatte signaler, karakterisert ved at antennens utstrekning i bredde/lengderetning er av samme størrelsesorden som borkronens dybde under overflaten.