NO20130347A1 - Transiente elektromagnetiske målinger av undergrunnen langt foran en borkrone - Google Patents

Abstract

En sender på en bunnhullsenhet (BHA) blir anvendt for generering av et transient elektromagnetisk signal i en grunnformasjon. En prosessor estimerer avstanden til en resistivitetsgrense ved bruk av et signal generert av en mottaker på bunnhullsenheten. Mellomrommet eller avstanden mellom sender og mottaker kan være mindre enn 1 m. Estimeringen av avstanden blir utført i sanntid ved hjelp eller bruk av en tynn ledende plate-approksimasjon.

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Oppfinnelsens område

[0001] Oppfinnelsen vedrører elektromagnetisk induksjonslogging av brønner. Mer spesifikt er foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte og et apparat for å gjøre dype resistivitetsmålinger foran borkronen ved hjelp eller bruk av transiente elektromagnetiske signaler.

Beskrivelse av beslektet teknikk

[0002] I transiente elektromagnetiske (TEM) metoder bevirker spennings- eller strømpulser som blir eksitert i en sender forplantning av et elektromagnetisk signal i grunnformasjonen. Elektriske strømmer sprer seg utover fra senderen og inn i den omkringliggende formasjonen. Ved forskjellige tidspunkter ankommer informasjon til målesensoren hovedsakelig fra forskjellige undersøkelsesdyp. Spesielt, etter tilstrekkelig lang tid, er det transiente elektromagnetiske feltet følsomt hovedsakelig for fjerne formasjonssoner og avhenger kun i liten grad av resistivitetsfordelingen i nærheten av senderen.

[0003] Det er sterkt ønskelig å ha et MWD/LWD-system med korte innbyrdes avstander og færrest mulig følere for dype resistivitetsmålinger foran borkronen av forskjellige driftsmessige årsaker. Tradisjonelle lavfrekvente induksjonsmålinger er imidlertid kun i stand til å muliggjøre det økte undersøkelsesdypet ved å øke sender/mottaker-avstanden. Den åpenbare prisen for det økte undersøkelses-dypet er de betydelig svakere signalene som følge av den lavere frekvensen og større avstand. For måling foran borkronen er det en ytterligere ulempe knyttet til bruk av stor avstand - å flytte følerne vekk fra målet reduserer målingens følsomhet for målet foran borkronen.

[0004] Foreliggende oppfinnelse er rettet mot utførelse av dype (dypere enn 10 meter) transiente elektromagnetiske (DTEM) målinger med bruk av kort avstand mellom senderne og mottakerne som har funksjonalitet for tolkning i sann tid.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

[0005] En utførelsesform av oppfinnelsen er et apparat for evaluering av en grunnformasjon. Apparatet innbefatter en bærer innrettet for å bli fraktet i et borehull; en sender på bæreren innrettet for å generere et transient elektromagnetisk felt i grunnformasjonen; en mottaker på bæreren plassert i en første avstand fra senderen innrettet for å generere et første signal som reaksjon på en vekselvirkning av det elektromagnetiske feltet med grunnformasjonen, der det første signalet påvirkes av en resistivitetsgrense i en andre avstand fra senderen og den andre avstanden er minst fem ganger den første avstanden; og en prosessor innrettet for å estimere fra det første signalet en verdi for den andre avstanden.

[0007] En annen utførelsesform av oppfinnelsen er en fremgangsmåte for evaluering av en grunnformasjon. Fremgangsmåten omfatter å: anvende en

sender på en bærer i et borehull for å generere et transient elektromagnetisk felt i grunnformasjonen; anvende en mottaker på bæreren plassert i en første avstand fra senderen for å generere et første signal som reaksjon på en vekselvirkning av det elektromagnetiske feltet med grunnformasjonen, der det første signalet påvirkes av en resistivitetsgrense i en andre avstand fra senderen og den andre avstanden er minst fem ganger den første avstanden; og anvende en prosessor for å estimere fra det første signalet en verdi for den andre avstanden.

[0008] En annen utførelsesform av oppfinnelsen er et ikke-volatilt datamaskinlesbart mediumprodukt med lagrede instruksjoner som når de leses av en prosessor, bevirker prosessoren til å utføre en fremgangsmåte. Fremgangsmåten omfatter å: estimere en avstand til en resistivitetsgrense fra en bunnhullsenhet (BHA) i en grunnformasjon ved hjelp eller bruk av et transient elektromagnetisk (TEM) signal generert av en mottaker på bunnhullsenheten som reaksjon på et TEM-felt generert av en sender på en bærer i et borehull, hvor en avstand fra senderen til grensen er minst fem ganger avstanden fra senderen til mottakeren.

[0009] En annen utførelsesform av oppfinnelsen er et apparat for evaluering av en grunnformasjon. Apparatet innebefatter: en bærer innrettet for å bli fraktet i et borehull; en sender på bæreren innrettet for å generere et transient elektromagnetisk felt i grunnformasjonen; en mottaker på bæreren innrettet for å generere et signal som reaksjon på en vekselvirkning av det elektromagnetiske feltet med grunnformasjonen, der det genererte signalet påvirkes av minst ett lag i grunnformasjonen; og en prosessor innrettet for å estimere fra det genererte signalet en verdi for en avstand til en øvre overflate av det minst ene laget og en konduktivitet i det minst ene laget ved bruk eller hjelp av en tynn ledende plate-approksimasjon.

[0010] En annen utførelsesform av oppfinnelsen er en fremgangsmåte for evaluering av en grunnformasjon. Fremgangsmåten omfatter å: anvende en sender på en bærer som fraktes i et brønnhull for å generere et transient elektromagnetisk felt i grunnformasjonen; anvende en mottaker på bæreren for å generere et signal som reaksjon på en vekselvirkning av det elektromagnetiske feltet med grunnformasjonen, der det genererte signalet påvirkes av minst ett lag i grunnformasjonen; og estimere fra det genererte signalet en verdi for en avstand til en øvre overflate av det minst ene laget og en konduktivitet i det minst ene laget ved anvendelse av en tynn ledende plate-approksimasjon.

[0011] En annen utførelsesform av oppfinnelsen er et ikke-volatilt datamaskinlesbart mediumprodukt med lagrede instruksjoner som når de leses av en prosessor, bevirker prosessoren til å utføre en fremgangsmåte. Fremgangsmåten omfatter å: estimere en avstand til en resistivitetsgrense fra en bunnhullsenhet (BHA) i en grunnformasjon ved hjelp eller bruk av et transient elektromagnetisk (TEM) signal generert av en mottaker på bunnhullsenheten som reaksjon på et TEM-felt generert av en sender på en bærer i et borehull; i det en tynn ledende plate-approksimasjon blir anvendt i estimeringen.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0012] Foreliggende oppfinnelse vil best forstås ved å henvise til de vedlagte figurene, der like henvisningstall henviser til like elementer og der: Figur 1 viser den overordnede oppbygningen til et måling-under-boring-system som innlemmer foreliggende oppfinnelse; Figur 2 viser en skjematisk tegning av et eksempel på et DTEM-verktøy og dets bevegelsesbane; Figur 3 viser en modell anvendt for å illustrere foreliggende oppfinnelse; Figur 4 viser oppløsningen til det transiente signalet med en R/T-avstand på 1m; Figur 5 viser følsomheten til det transiente signalet med en R/T-avstand på 1m; Figur 6 viser oppløsningen til frekvensdomenedata med en R/T-avstand på 1m; Figur 7 viser oppløsningen til frekvensdomenedata med en R/T-avstand på 4m; Figur 8 viser oppløsningen til frekvensdomenedata med en R/T-avstand på 25m; Figur 9 viser følsomheten til frekvensdomenedata med en R/T-avstand på 25m; Figur 10 viser usikkerheten i bestemmelsen av avstand til lag som funksjon av R/T-avstand for det fjerne laget 30 m foran borkronen; Figur 11 viser modellen med en tynn ledende plate; Figur 12 viser en formasjonsmodell med ett elektrisk ledende lag omgitt av en homogen formasjon; Figur 13 viser en formasjonsmodell med to elektrisk ledende lag omgitt av en homogen formasjon. Figur 14a viser tilsynelatende konduktivitet estimert fra målinger på modellen i figur 12 ved hjelp / bruk av en tynn ledende plate-approksimasjon; Figur 14b viser tilsynelatende dyp estimert fra målinger på modellen i figur 12 ved hjelp / bruk av en tynn ledende plate-approksimasjon; Figur 15a viser tilsynelatende konduktivitet estimert fra målinger på modellen i figur 13 ved hjelp / bruk av en tynn ledende plate-approksimasjon; Figur 15b viser tilsynelatende dyp estimert fra målinger på modellen i figur 13 ved hjelp / rbuk av en tynn ledende plate-approksimasjon; og Figur 16 viser et eksempel på reservoarnavigering hvor evnen til å "se" dypt forover er spesielt nyttig.

BESKRIVELSE AV KONKRETE UTFØRELSESFORMER

[0013] Figur 1 viser et skjematisk diagram av et boresystem 10 med en borestreng 20 som fører en boreenhet 90 (også omtalt som en bunnhullsenhet, eller "BHA") som fraktes i et "brønnhull" eller "borehull" 26 for å bore brønnhullet. Boresystemet

10 innbefatter et tradisjonelt boretårn 11 oppstilt på et gulv 12 som støtter et rotasjonsbord 14 som roteres av en kraftkilde, så som en elektrisk motor (ikke vist), med en ønsket rotasjonshastighet. Borestrengen 20 innbefatter en rørledning så som et borerør 22 eller et kveilrør som strekker seg nedover fra overflaten og inn i borehullet 26. Borestrengen 20 blir presset innover i brønnhullet 26 når et borerør 22 blir anvendt som rørledning. Ved kveilrøroperasjoner, derimot, blir en rørinjektor, så som en injektor (ikke vist), anvendt for å mate rørledningen fra en kilde for denne, så som en trommel (ikke vist), inn i brønnhullet 26. Borkronen 50 festet til enden av borestrengen maler opp de geologiske formasjonene når den roteres for å bore borehullet 26. Dersom et borerør 22 blir anvendt, er borestrengen 20 koblet til et heiseverk 30 via en rotasjonsrørforbindelse 21, en svivel 28 og en line 29 gjennom en trinse 23. Under boreoperasjoner blir helseverket 30 betjent for å styre borkronetrykket, som er en viktig parameter som påvirker bore-hastigheten. Virkemåten til heiseverket er velkjent for fagmannen og vil derfor ikke bli beskrevet i detalj her.

[0014] Under boreoperasjoner blir et passende borefluid 31 fra en slamtank (kilde) 32 sirkulert under trykk gjennom en kanal i borestrengen 20 av en slampumpe 34. Borefluidet går fra slampumpen 34 og inn i borestrengen 20 via en desurger (ikke vist), en fluidledning 28 og et rotasjonsrør 21. Borefluidet 31 føres ut i bunnen 51 av borehullet gjennom en åpning i borkronen 50. Borefluidet 31 sirkulerer oppihulls gjennom ringrommet 27 mellom borestrengen 20 og borehullet 26 og returnerer til slamtanken 32 via et returrør 35. Borefluidet tjener til å smøre borkronen 50 og til å føre borehullsfragmenter eller borekaks vekk fra borkronen 50. En føler Si kan være plassert i røret 38 og gi informasjon om fluidstrømningsmengden. En dreie-momentføler S2på overflaten og en føler S3tilknyttet borestrengen 20 gir informasjon henholdsvis om dreiemomentet på og rotasjonshastigheten til borestrengen. I tillegg blir en føler (ikke vist) tilknyttet linen 29 anvendt for å måle krok-lasten fra borestrengen 20.

[0015] I en utførelsesform av oppfinnelsen blir borkronen 50 rotert kun ved å rotere borerøret 22.1 en annen utførelsesform av oppfinnelsen er en nedihullsmotor 55 (slammotor) anordnet i boreenheten 90 for å rotere borkronen 50, og borerøret 22 blir rotert vanligvis kun for å supplere rotasjonskraften, dersom det er nødvendig, og for å bevirke endringer i boreretningen.

[0016] I en utførelsesform i figur 1 er slammotoren 55 koblet til borkronen 50 via en drivaksel (ikke vist) anbragt i en lagerenhet 57. Slammotoren roterer borkronen 50 når borefluidet 31 passerer gjennom slammotoren 55 under trykk. Lager enheten 57 støtter opp for de radiale og aksiale kreftene fra borkronen. En stabilisator 58 koblet til lagerenheten 57 tjener som en sentreringsmekanisme for den nederste delen av slammotorenheten.

[0017] I en utførelsesform av oppfinnelsen er en borefølermodul 59 plassert nær ved borkronen 50. Borefølermodulen inneholder følere, kretser og prosesserings-programvare og -algoritmer vedrørende de dynamiske boreparametrene. Slike parametere kan innbefatte borkronehopping, rykkvis gange av boreenheten, bakoverrotasjon, dreiemoment, slag, borehulls- og ringromstrykk, akselerasjons-målinger og andre målinger av borkronens tilstand. En passende telemetri- eller kommunikasjonskomponent 72, som for eksempel anvender toveistelemetri, er også tilveiebragt som illustrert i boreenheten 90. Borefølermodulen prosesserer følerinformasjonen og sender den til overflatestyringsenheten 40 via telemetri-systemet 72.

[0018] Kommunikasjonskomponenten 72, en kraftenhet 78 og et MWD-verktøy 79 er alle koblet etter hverandre i borestrengen 20. Bøyestykker, for eksempel, er anvendt for å tilkoble MWD-verktøyet 79 i boreenheten 90. Slike komponenter og verktøy danner bunnhullsboreenheten 90 mellom borestrengen 20 og borkronen 50. Boreenheten 90 gjør forskjellige målinger, herunder pulsede kjernemagnetisk resonansmålinger, mens borehullet 26 blir boret. Kommunikasjonskomponenten 72 innhenter signalene og målingene og sender signalene, for eksempel ved anvendelse av toveistelemetri, til behandling på overflaten. Alternativt kan signalene bli behandlet ved hjelp eller bruk av en nedihullsprosessor i boreenheten 90.

[0019] Styringsenheten eller prosessoren 40 på overflaten mottar også signaler fra andre nedihulls følere og anordninger og signaler fra følerne S1-S3og andre følere som anvendes i systemet 10, og behandler disse signalene i henhold til programmerte instruksjoner tilveiebragt til overflatestyringsenheten 40. Overflatestyringsenheten 40 viser ønskede boreparametre og annen informasjon på en fremvisningsanordning/monitor 42 som anvendes av en operatør for å styre bore-operasjonene. Overflatestyringsenheten 40 kan innbefatte en datamaskin eller et mikroprosessorbasert prosesseringssystem, minne for å lagre programmer eller modeller og data, en opptaker for registrering av data, og annet periferisk utstyr. Styreenheten kan være innrettet for å aktivere alarmer 44 når bestemte utrygge eller uønskede driftsforhold oppstår.

[0020] Figur 2 viser et eksempel på et DTEM-verktøy. En senderspole 201 og en mottakerspoleenhet er anordnet langs en dempeandel 200 av borerøret for å undertrykke en virvelstrøm. Lengdeaksen til boreverktøyet definerer Z-retning i et koordinatsystem. X-retning er definert slik at den er vinkelrett på boreverktøyets lengdeakse. Dempeandelen 200 av borerøret er lang nok til å avbryte en strømning av virvelstrømmer. Senderspolen 201 induserer et magnetisk moment. I illustrasjonen i figur 2, for eksempel, er senderspolen 201 orientert for å indusere et magnetisk moment langs Z-retning. Mottakerspoleenheten omfatter en gruppe av Z-orienterte 204 og X-orienterte 205 spoler med magnetiske momenter orientert slik at de detekterer induserte magnetiske momenter langs ortogonale retninger (dvs. Mx, Mz). Med et elektrisk ledende rør uten en dempeandel kan virvelstrømmer som genereres i transiente feltmålinger danne periferiske kretser som sammenfaller med rørets overflate. Virvelstrømmene generert fra en Z-sender kan leve i lang tid og har typisk den lengste mulige tilbakegangsraten av alle signaler. Langsgående innsnitt tvinger virvelstrømmene til å følge en bane med høy resistivitet i stedet for periferiske kretser, og bevirker med det en raskere tilbakegangsrate for virvelstrømmene. Hurtig tilbakegang av virvelstrømmene i røret muliggjør bedre målinger av de transiente elektromagnetiske komponentene. Slike forbedringer muliggjør bedre bestemmelse av informasjon, for eksempel om posisjoner til olje/vann-grenseflater og resistivitet i den omkringliggende formasjonen.

[0021] Selv om figur 2 illustrerer én oppstilling av sender og mottaker, kan en rekke forskjellige sender/mottaker-oppstillinger bli anvendt i den foreliggende oppfinnelse. I en første utførelsesform av det transiente MWD-verktøyet kan en Z-rettet senderspole være posisjonert langs dempeandelen, og et par av mottaker-spoler omfattende en X-rettet og en Z-rettet mottakerspole er anbragt aksialt forskjøvet fra den Z-rettede senderspolen. Mottakerparet er typisk plassert i en avstand på fra Om til 10m fra senderen, også på dempeandelen. En sender/mottaker-avstand mindre enn omtrent 2m muliggjør også geostyring. Med geostyring menes styring av boreretningen til bunnhullsenheten basert på bestemte avstander fra en grense i grunnformasjonen. Ved geostyring ønsker en typisk å opprettholde boringen av borehullet ved et ønsket dyp under en fluidgrenseflate, så som en olje/vann-, gass/olje- eller gass/vann-grenseflate. Alternativt kan geostyring bli anvendt for å holde brønnhullet innenfor en reservoarbergart i en ønsket avstand fra takbergarten.

[0022] En modell anvendt for å illustrere en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er vist i figur, 3. En borestreng 305 er vist i en resistiv formasjon 301 som har en resistivitet på 10 Q-m. Bunnhullsenheten er utstyrt med en sender 309 og en mottaker 311. Avstanden mellom senderen og mottakeren er omkring 1m, som definerer et kort instrument. Borkronen 311 befinner seg typisk i en avstand på 15-30m, og definerer således en anordning med evne til å se dypt forover, fra toppen 313 av en elektrisk ledende formasjon 303 med en resistivitet på 1 Q-m. Senderen og mottakeren har begge aksialt orienterte (z-) spoler. For et kort verktøy er avstanden mellom senderen 309 og mottakeren 311 betydelig kortere (én femtedel, eller til og med en størrelsesorden kortere) enn avstanden til laget som identifiseres. For formålene med foreliggende oppfinnelse kan bunnhullsenheten omtales som en bærer.

[0023] Generelt, ved transiente elektromagnetiske målinger, avtar strømmen i senderspolen fra en initiell verdi til null og indusert transient signal blir målt i mottakeren. De induserte strømmene (virvelstrømmer) i formasjonen begynner å spre seg fra området nær ved senderspolen i alle retninger ut fra senderen. De induserte strømmene i formasjonen induserer det elektromagnetiske feltet som måles av mottakerspolen. Den tidlige fasen av det transiente signalet er relatert til de elektriske egenskapene til formasjonen nær ved senderen, mens den sene fasen er relatert til formasjonen lengre unna.

[0024] I beskrivelsen nedenfor vil vi vise at følsomheten til det korte transiente elektromagnetiske systemet overfor det foranbeliggende målet er større sammen-liknet med følsomheten til de tradisjonelle induksjonsmålingene. Videre vil det bli vist at for det transiente systemet, usikkerheten i avstanden til målet avtar med avstandsreduksjon.

[0025] For å tallfeste en følsomhetsverdi for det transiente signalet£(t) som funksjon av avstanden d anvendes normaliserte partieltderiverte av e(t) med hensyn til den normaliserte avstanden til grensen d: hvor Ae(t) er differansen mellom to signaler e(t) svarende til de to forskjellige posisjonene til grensen (for eksempel ved 15 og 30m) og Ad / d er den relative endringen i avstanden (for eksempel (30m-15m)/15m =1). Ved frekvens-målinger anvendes den samme formelen (1), men e(t) er erstattet med e(uj).

[0026] Figur 4 viser modelleringsresultater for signaler målt for et kort 1m transient system. To transiente kurver i figur 4 svarer til grenseposisjonene 15m 401 og 30m 405 foran. Som kan sees fra figur 4, ved tidligere tidspunkter før 10 us, når målesignalet£(t) hovedsakelig er følsomt for resistiviteten til det resistive laget, overlapper de to kurvene. Ved senere tidspunkter øker følsomheten for grensen foran borkronen, og den når sin maksimalverdi i tidsintervallet mellom 200 og 500 us (maksimalt avvik mellom de to kurvene). Den sene fasen av den transiente prosessen kjennetegnes ved redusert følsomhet for grenseposisjonen og økt følsomhet for resistiviteten i bunnlaget.

[0027] Variasjonen i følsomhet sees i figur 5, hvor følsomhetsfunksjonen ^(0501 beregnet i henhold til likn. (1) er vist. Som kan sees går maksimum av følsomhets-

funksjonen mot verdien 0,6. Denne verdien tyder på at den relative feilen

bestemmelsen av avstanden til grensen vil være 1,67 ganger større enn den relative feilen i måledataene,

Ganske riktig, så er:

Basert på oppløsnings- og følsomhetsanalysen er det således mulig å konstruere et DTEM-verktøy som opererer i et tidsintervall mellom 10 us og 10 ms med en sender/mottaker-avstand på 5m eller mindre og som er i stand til å estimere avstanden til en laggrense som er minst fem ganger sender/mottaker-avstanden. Et verktøy med en sender og en mottaker på samme sted og evne til å se minst 10m inn i formasjonen er også mulig.

[0028] En tilsvarende analyse kan bli utført for induksjonsverktøy som jobber i frekvensdomenet. Resultater fra en oppløsningsanalyse for et frekvensdomene er vist i figur 6. Vist der er magnetiske induksjonsdata B(uj) (imaginærdel) som funksjon av frekvens når mottakerspolen igjen er plassert i en avstand L=1 m fra senderen. Som kan sees er kurvene svarende til 15m 601 og 30m 603 avstand til grenseposisjonen praktisk talt sammenfallende, noe som tyder på ingen følsomhet for grensen foran ved disse dype avstandene.

[0029] Situasjonen bedrer seg ikke mye når sender/mottaker-avstanden økes til 4m (se figur 7), selv om en viss oppløsning ved frekvenser under 100 Hz observeres mellom 701 for 15m avstand og 703 for 30m avstand. Ved å øke avstanden til 25 m (figur 8) øker vi følsomheten for grensen ytterligere og ser et visst avvik mellom mellom 15m avstand 801 og 30m avstand 805. Ikke desto mindre er det umulig å matche oppløsningen til det transiente systemet med kort avstand vist i figur 4.

[0030] Ved å anvende likn. (1) på frekvensdataene er følsomheten til anordningen med 25 m avstand beregnet, og resultatene er presentert i figur 9. Som kan sees fra 901 i figur 9 observeres den beste følsomheten for denne frekvensdomene-målingen ved 100 Hz, og er omtrent 0,2. Dette er mindre enn én tredjedel av den motsvarende følsomheten til det transiente signalet med den korte (sender/mottaker-)avstanden. For målinger ved 2 kHz er følsomheten til frekvens-domeneverktøyet omkring 5% av følsomheten til det transiente systemet med kort sender/mottaker-avstand.

[0031] I det følgende vil det bli gjort en sammenlikning mellom usikkerheter i lag-avstand for transiente anordninger med kort og lang sender/mottaker-avstand. For å estimere usikkerheten i bestemmelsen av lag-avstand anvendes en lineær oppløsningsanalyse. For den gitte formasjonsmodellen og et spesifikt nivå av målestøy (i dette eksempelet 2% av det målte signalet pluss en tillagt verdi, som ikke avhenger av avstanden), kan usikkerhetene i laggrenseposisjonen beregnes. Henvisningstall 1001 i figur 10 illustrerer usikkerheten i grenseposisjonen som funksjon av avstanden mellom sender og mottaker for en grense beliggende 30m foran. Registreringsperioden er fra 0,1 til 1000 ps. Som vi ser fra figur 10 har anordningen med kort avstand en merkbar fordel fremfor den med lang avstand. Ved en avstand på 1m er feilen til laggrensen 25% av feilen ved 30m RTT-avstand.

[0032] Den lineære oppløsningsanalysen foreslår ikke i seg selv noen tolkings-metode for å bestemme formasjonsparametere foran borkronen. Den gjør det bare mulig å estimere usikkerhet i disse parametrene, forutsatt at inversjon blir utført på best mulig måte. Samtidig representerer utførelse av inversjon av transiente data en stor utfordring og kan typisk bare gjøres i sann tid i veldig begrensede tilfeller, for eksempel med bruk av en homogen formasjonsmodell.

[0033] En utførelsesform av foreliggende oppfinnelse anvender en tolkings-metode basert på approksimasjon av signalet E(t) fra en lagdelt formasjon med en tynn elektrisk ledende plate med variabel aksial konduktans og dybde. Siden en formasjonsmodell basert på en tynn plate beskrives av kun to parametere (aksial konduktivitet S og vertikal avstand H fra senderen til platen), kan de to signalene E(ti), E(t2) målt ved tiden ti og t2henholdsvis bli konvertert til tilsynelatende parametere S(t) og H(t), som er representative for oppbygningen til den lagdelte formasjonen. Disse tilsynelatende parametrene gjør det mulig, i sann tid, å identifisere tilstedeværelsen av den geoelektriske grensen foran borkronen. I tillegg kan, ved visse gunstige forhold, også flere grenser beliggende foran borkronen bli identifisert.

[0034] Fremgangsmåten vil best forstås ved å analysere uttrykk for de elektromagnetiske komponentene indusert av en magnetisk dipol i den tynne platen. I analysen er det antatt at senderdipolen er plassert i sentrum av det sylindriske koordinatsystemet T(0,0) og at den tynne platen befinner seg ved dypet H fra senderen (figur 11). Koordinatene til mottakeren er R(r, z).

[0035] Momentet til senderdipolen endrer seg momentant fra MT til 0 og et transient signal blir målt ved mottakeren R(r, z). Uttrykket for det induserte asimutale elektriske feltet i Z-spolen har følgende form:

Fra likn. (3) kan den elektromotoriske kraften i z-spolen utledes som:

hvor Mr = ur2 er mottakerens moment.

[0036] I alle brønnloggingsanvendelser er mottakerens størrelse r betydelig mindre enn undersøkelsesdypet H, dvs. r« | 2t / u0S + 2H - z|. Dette gir:

For målinger innhentet ved to tidspunkter ti og t2gir dette:

hvor e( t) = e( t) l( MTMr) - et normalisert signal. Verdien til tidsifferansen At = t2- ti er ikke avgjørende. En differanse på 5% er vanlig, og generelt bør differansen være mindre enn 10%.

Løsning av likn. (6) gir den aksiale konduktansen S og dypet H:

[0037] En utførelsesform av foreliggende oppfinnelse anvender likn. (7) og (8) for å transformere det opprinnelige signalet£(t) til tilsynelatende konduktans S og tilsynelatende dyp H. Siden en tynn plate kun er en approksimasjon av den mer kompliserte lagdelte modellen, er parametrene S(t) og H(i) varierende i tid og har betydningen tilsynelatende parametere. Samtidig finnes det noen tidsintervaller hvor S(t) og H(i) varierer langsomt og nesten ikke avhenger av tid. Disse intervallene svarer til tidspunktene der virvelstrømmer, som vandrer fra senderspolen og inn i formasjonen, kommer frem til et elektrisk ledende objekt som befinner seg en avstand H fra senderen - den ekvivalente tynne platen befinner seg ved dypet H(t) og forblir ved dette dypet en tidsperiode dersom ikke virvel-strømmene trenger gjennom det elektrisk ledende objektet og dypere inn i formasjonen.

[0038] For å illustrere effektiviteten til en tolkningsmetode basert på tynnplate-approksimasjonen er tilsynelatende parametere S(t) og H(t) presentert for de to modellene med ett (figur 12) og to (figur 13) elektrisk ledende lag omgitt av en homogen formasjon med en resistivitet på 100 Q-m. Modellen i figur 12 har lag 1201, 1203, 1205 med respektive resistiviteter 100 Q-m, 1 Q-m og 100 Q-m. Modellen i figur 13 har lag 1301, 1303,1305, 1307 og 1309 med respektive resistiviteter 100 Q-m, 1 Q-m, 100 Q-m, 1 Q-m og 100 Q-m. Tykkelsen til hvert elektrisk ledende lag er 2m. Avstanden fra sender til den øvre grensen til det første laget er 5m, mens avstanden til grensen til det andre laget er 12 m. Sender/mottaker-avstanden er 1m.

[0039] For den første modellen (figur 12) oppviser den tilsynelatende konduktiviteten 1403 i figur 14a tydelig et tidsintervall 1405 innenfor hvilket den estimerte konduktiviteten holder seg hovedsakelig konstant. For formålet med det foreliggende patentskriftet, tatt i betraktning den logaritmiske skalaen til konduktiviteten, kan betegnelsen "hovedsakelig konstant" anses å være en faktor 1,5 mellom maksimumverdien og minimumsverdien over intervallet. Den estimerte konduktiviteten sammenfaller også rimelig godt med den faktiske konduktiviteten, svarende til posisjonen til den ekvivalente tynne platen i det første laget (figur 14a). Det er et godt sammenfall med den sanne konduktiviteten til det enkel-stående, tynne laget 1401. Kurven for tilsynelatende dybde 1453 har også et tidsintervall 1455 hvor den estimerte avstanden til det elektrisk ledende laget har en tilnærmet konstant verdi. Differansen mellom det sanne dypet 1451 og det tilsynelatende dypet 1453 overstiger ikke 10% over området med tilnærmet konstant verdi.

[0040] Tilsvarende resultater er vist i figurene 15a-15b, som svarer til tilfellet med to elektrisk ledende lag i modellen i figur 11. Den tilsynelatende konduktansen 1501 oppviser to intervaller med tilnærmet konstant verdi. Det første intervallet 1503 svarer til den effektive konduktiviteten

1303 i figur 13 og svarer til et tidsintervall innnefor hvilket laget 1303 responderer til den transiente pulsen generert av senderen. Det andre intervallet med tilnærmet konstant verdi for tilsynelatende konduktans 1505 viser totalkonduktansen til to elektrisk ledende lag

Kurven for

tilsynelatende dyp 1553 har den første tilnærmet konstante verdien veldig nær den øvre grensen 1551 til det første elektrisk ledende laget («Sm), mens den andre tilnærmet konstante verdien er nær ved beliggenheten 1555 til det andre elektrisk ledende laget (« 11 m). Feilen i de detekterte grensene overstiger ikke 10%.

[0041] Fremgangsmåtene beskrevet over er spesielt nyttige ved reservoarnavigering. Med "reservoarnavigering" menes her evnen til å bore inn i grunn-formasjoner samtidig som det opprettholdes en ønsket avstand fra en gitt grense. Grensen kan være en laggrense med en resistivitetskontrast eller den kan være en fluidgrenseflate med en resistivitetskontrast. Figur 16 viser et eksempel hvor det dype foroversynet omtalt over er spesielt fordelaktig.

[0042] Vist i figur 16 er et brønnhull 1601 som bores av en borkrone 1605 på en borestreng 1603. Det er ønsket å bore brønnhullet slik at det endrer seg fra en nær vertikal orientering til en nær horisontal orientering parallelt med en grense 1615. Med det dype fremoversynet omtalt over, når beliggenheten til grensen 1615 er bestemt med borkronen i en posisjon så som 1607, er det mulig å bøye av brønnhullet langs banen 1611 som angitt og nå den ønskede horisontale orienteringen over grensen 1615.

[0043] I fravær av evnen til å se dypt forover kan ikke beliggenheten til grensen 1615 fastslås før borkronen befinner seg ved et nærmere sted, så som 1609. Fra dette stedet, som følge av begrensninger i evnen til å bore avbøyende borehull, ville brønnhullet følge en bane som for eksempel 1613 og ikke være i stand til å oppnå den ønskede orienteringen over grensen 1615.

[0044] Vellykket reservoarnavigering krever således to forutsetninger. Den ene er er evnen til å se dypt foran borkronen. Det korte DTEM-verktøyet beskrevet over har denne evnen. Den andre er evne til å anvende målingene for å stedsbestemme grensen. Tynnplate-approksimasjonen beskrevet over gjør det mulig å stedsbestemme grensen i sann tid. Med "sann tid" menes her at dataene kan bli behandlet raskt nok til at de kan gi relevant innmating for styring av retnings-boringsprosessen.

[0045] Et tredje aspekt ved reservoarutvikling trenger ikke skje i sann tid. Dette involverer behandling av målingene gjort av DTEM-verktøyet for å frembringe et nøyaktig estimat av beliggenheten til laggrensene og konduktivitetene. For dette formål kan kjent teknikk bli anvendt. Denne kjente teknikken involverer typisk inversjon av målingene ved hjelp eller bruk av en modell av undergrunnen. Fagmannen som leser den foreliggende beskrivelsen vil vite at et godt utgangs-estimat for verdier i modellen kan gjøre inversjonsprosessen betydelig raskere, og kan også fjerne problemer som møtes ved ikke-lineær inversjon hvor den iterative inversjonen konvergerer mot feil løsning. I denne henseende gir tynn ledende plate-approksimasjonen et godt utgangspunkt for en inversjonsprosedyre. Inversjonen kan bli utført med bruk av en prosessor på overflaten på data som registreres nedihulls og hentes ut etter at bunnhullsenheten er trukket opp til overflaten. Overflateprosessoren kan omtales som en tilleggsprosessor. Det skal bemerkes at i denne beskrivelsen, når det henvises til en resistivitetsgrense, betegnelsen er ment å innbefatte en konduktivitetsgrense, og omvendt.

[0046] Det skal bemerkes at tynnplate-approksimasjonen ikke er avhengig av den spesifikke verktøyutførelsen som anvendes i DTEM-verktøyet beskrevet over og har generell anvendelighet for estimering i sann tid av avstander til en resistivitetsgrense i grunnformasjonen ved anvendelse av andre TEM-verktøy.

[0047] Noe av eller all prosessingen kan bli utført av en prosessor nede i hullet, en prosessor på overflaten, eller en prosessor på et fjernt sted. Implisitt i styringen og prosesseringen av dataene er bruk av et dataprogram på et passende maskin-lesbart medium som setter prosessoren i stand til å utføre styringen og prosesseringen. Det maskinlesbare mediet kan omfatte ROM, EPROM, EEPROM, flashminner og optiske platelagre. Oppfinnelsen kan også realiseres i forbindelse med et måling-under-boring-system der flerkomponent- og flergruppemålingene blir utført med bruk av en passende anordning på en bunnhullsenhet som fraktes på et borerør, så som en borestreng.

Claims (33)

1. Apparat for evaluering av en grunnformasjon, omfattende: en bærer innrettet for å bli fraktet i et borehull; en sender på bæreren innrettet for generering av et transient elektromagnetisk felt i grunnformasjonen; en mottaker på bæreren anordnet i en første avstand fra senderen innrettet for generering av et første signal som reaksjon på en vekselvirkning av det elektromagnetiske feltet med grunnformasjonen, der det første signalet påvirkes av en resistivitetsgrense i en andre avstand som er minst fem ganger den første avstanden fra senderen; og en prosessor innrettet for å estimere fra det første signalet en verdi for den andre avstanden.

2. Apparat ifølge krav 1, hvor den første avstanden er mindre enn 5 m.

3. Apparat ifølge krav 1, hvor prosessoren videre er innrettet for å anvende et tidsintervall som ligger mellom 10 us og 10 ms for å estimere verdien til den andre avstanden.

4. Apparat ifølge krav 1, hvor senderen videre omfatter en aksialt rettet spole, og mottakeren videre omfatter en aksialt rettet spole.

5. Apparat ifølge krav 1, hvor prosessoren videre er innrettet for å estimere verdien til den andre avstanden i sann tid.

6. Apparat ifølge krav 1, hvor prosessoren videre er innrettet for å estimere verdien til den andre avstanden ved bruk av en tynn ledende plate-approksimasjon av grunnformasjonen.

7. Apparat ifølge krav 1, hvor prosessoren videre er innrettet for å styre en boreretning for en borkrone på en bunnhullsenhet ved hjelp av den estimerte verdien for den andre avstanden.

8. Apparat ifølge krav 1, videre omfattende en anordning for å lagre på en minneanordning signalet generert av mottakeren, og hvor minst én av: (i) prosessoren og (ii) en tilleggsprosessor blir anvendt for å estimere en beliggenhet av et lag og en verdi for en konduktivitet i laget i grunnformasjonen etter at minneanordningen er trippet ut av brønnhullet.

9. Apparat ifølge krav 2, videre omfattende et borerør innrettet for å frakte bæreren inn i borehullet.

10. Fremgangsmåte for evaluering av en grunnformasjon, omfattende trinnene med å: anvende en sender på en bærer i et borehull for å generere et transient elektromagnetisk felt i grunnformasjonen; anvende en mottaker på bæreren plassert med en første avstand fra senderen for å generere et første signal som reaksjon på en vekselvirkning av det elektromagnetiske feltet med grunnformasjonen, der det første signalet påvirkes av en resistivitetsgrense med en andre avstand som er minst fem ganger den første avstanden fra senderen; og anvende en prosessor for å estimere fra det første signalet en verdi for den andre avstanden.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, videre omfattende trinnet med å posisjonere senderen mindre enn 5 m fra mottakeren.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 10, videre omfattende trinnet med å anvende et tidsintervall innenfor 10 us og 10 ms for å estimere verdien til den andre avstanden.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 10, videre omfattende trinn med å anvende, som senderen, en sender med en aksialt rettet spole, og å anvende, som mottakeren, en mottaker med en aksialt rettet spole.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 10, videre omfattende trinnet med å estimere verdien til den andre avstanden i sann tid.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 10, videre omfattende trinnet med å estimere verdien til den andre avstanden ved bruk av en tynn ledende plate-approksimasjon av grunnformasjonen.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 10, hvor prosessoren videre er innrettet for å styre en boreretning for en borkrone på en bunnhullsenhet ved hjelp av den estimerte verdien for den andre avstanden.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 10, videre omfattende trinnene med å: lagre på en minneanordning signalet generert av mottakeren; og anvende minst én av: (i) prosessoren og (ii) en tilleggsprosessor for å estimere en beliggenhet av et lag og en verdi for en konduktivitet i laget i grunnformasjonen etter at minneanordningen er trippet ut av brønnhullet.

18. Ikke-volatilt datamaskinlesbart mediumprodukt med lagrede instruksjoner som når de leses av en prosessor, bevirker prosessoren til å utføre en fremgangsmåte, fremgangsmåten omfattende trinn med å: estimere en avstand til en resistivitetsgrense fra en bunnhullsenhet (BHA) i en grunnformasjon ved bruk av et transient elektromagnetisk (TEM) signal generert av en mottaker på bunnhullsenheten som reaksjon på et TEM-felt generert av en sender plassert mindre enn 5 m fra mottakeren på en bærer i et borehull.

19. ikke-volatilt datamaskinlesbart mediumprodukt ifølge krav 18, videre omfattende minst én av: (i) et ROM, (ii) et EPROM, (iii) et EEPROM, (iv) et flashminne, eller (v) et optisk platelager.

20. Apparat for evaluering av en grunnformasjon, omfattende: en bærer innrettet for å bli fraktet i et borehull; en sender på bæreren innrettet for generering av et transient elektromagnetisk felt i grunnformasjonen; en mottaker på bæreren innrettet for generering av et signal som reaksjon på en vekselvirkning av det elektromagnetiske feltet med grunnformasjonen, der det genererte signalet påvirkes av minst ett lag i grunnformasjonen; og en prosessor innrettet for å estimere fra det genererte signalet en verdi for en avstand til en øvre overflate av det minst ene laget og en konduktivitet i det minst ene laget ved bruk av en tynn ledende plate-approksimasjon.

21. Apparat ifølge krav 20, hvor det minst ene laget videre omfatter minst to lag.

22. Apparat ifølge krav 20, hvor det å anvende tynn ledende plate-approksimasjonen videre omfatter trinnet med å anvende en likning på formen:

hvor e(^)er det normaliserte signalet ved tiden ti, S er konduktansen til den tynne ledende platen, z er en avstand mellom senderen og mottakeren, H er en avstand til toppen av den tynne ledende platen, og uoer permeabiliteten i fritt rom.

23. Apparat ifølge krav 22, videre omfattende trinnet med å identifisere minst én av: (i) en estimert konduktans som har en tilnærmet konstant verdi over et tidsintervall, og (ii) en estimert avstand til toppen av den elektrisk ledende platen som har en tilnærmet konstant verdi over et tidsintervall.

24. Apparat ifølge krav 20, videre omfattende et borerør innrettet for å frakte bæreren inn i borehullet.

25. Apparat ifølge krav 20, hvor prosessoren videre er innrettet for å styre en boreretning for en bunnhullsenhet på hvilken bæreren er anbragt.

26. Fremgangsmåte for evaluering av en grunnformasjon, omfattende trinnene med å: anvende en sender på en bærer som fraktes i et brønnhull for å generere et transient elektromagnetisk felt i grunnformasjonen; anvende en mottaker på bæreren for å generere et signal som reaksjon på en vekselvirkning av det elektromagnetiske feltet med grunnformasjonen, der det genererte signalet påvirkes av minst ett lag i grunnformasjonen; og estimere fra det genererte signalet en verdi for en avstand til en øvre overflate av det minst ene laget og en konduktivitet i det minst ene laget ved bruk av en tynn ledende plate-approksimasjon.

27. Fremgangsmåte ifølge krav 26, hvor det minst ene laget videre omfatter minst to lag.

28. Fremgangsmåte ifølge krav 26, hvor trinnet med å anvende en tynn ledende plate-approksimasjon videre omfatter trinnet med å anvende en likning på formen:

hvor e(^)er det normaliserte signalet ved tiden ti, S er konduktansen til den tynne ledende platen, z er en avstand mellom senderen og mottakeren, H er en avstand til toppen av den tynne ledende platen, og u0er permeabiliteten i fritt rom.

29. Fremgangsmåte ifølge krav 28, videre omfattende trinnet med å identifisere minst én av: (i) en estimert konduktans som har en tilnærmelsesvis konstant verdi over et tidsintervall, og (ii) en estimert avstand til toppen av den ledende platen som har en tilnærmet konstant verdi over et tidsintervall.

30. Fremgangsmåte ifølge krav 26, videre omfattende trinnet med å frakte bæreren inn i borehullet på et borerør.

31. Fremgangsmåte ifølge krav 26, videre omfattende trinnet med å styre en boreretning for en bunnhullsenhet ved hjelp av den estimerte avstanden.

32. Ikke-volatilt datamaskinlesbart mediumprodukt med lagrede instruksjoner som når de leses av en prosessor, bevirker prosessoren til å utføre en fremgangsmåte, fremgangsmåten omfattende trinn med å: estimere en avstand til en resistivitetsgrense fra en bunnhullsenhet (BHA) i en grunnformasjon ved hjelp av et transient elektromagnetisk (TEM) signal generert av en mottaker på bunnhullsenheten som reaksjon på et TEM-felt generert av en sender på en bærer i et borehull; hvor en tynn ledende plate-approksimasjon blir anvendt i estimeringen.

33. Ikke-volatilt datamaskinlesbart mediumprodukt ifølge krav 32, videre omfattende minst én av: (i) et ROM, (ii) et EPROM, (iii) et EEPROM, (iv) et flashminne, eller (v) et optisk platelager.