NO812796L - Fremgangsmaate og apparat for maaling av karakteristika for grunnformasjoner i et borehull - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår generelt borehulls-logging og

er mer spesielt rettet mot et kommunikasjonssystem for måling av karakteristika ved grunnformas joner i et borehull under anvendelse av fiberoptiske loggekabler.

Når en oljebrønn bores blir vanligvis en sonde senket periodisk ned i borehullet for å måle karakteristika for de grunnformasjoner som gjennomtrenges. Strømforsyning, kommuni-kasjons- og kontrollinstruksjoner, samt data, blir da overført mellom sonden og instrumenterings- og kontrollutstyr på jord-overflaten, gjennom en loggekabel som bærer og beveger sonden i borehullet. Efter hvert som målingene og måleinstrumentene er blitt mer avanserte har datatransmisjonshastigheten gjennom kabelen øket til et slikt punkt hvor eksisterende kabler er blitt mettet.

Fiberoptisk teknologi kan øke datatransmisjonshastigheten med flere størrelsesordener, og det er blitt foreslått

fiberoptiske kabel-loggesystem for dette formål. Da kabelen vikles inn på og ut fra en roterende vinsjtrommel ved overflaten, når sonden blir hevetog senket i borehullet, har disse tidligere kjente innretninger koblet dét optiske signal gjennom optiske sleperinger til stasjonært signalbehandlingsutstyr på overflaten (nær brønnhodet) ..

Som følge av den ekstreme nøyaktighet som kreves for optiske sleperinger er slike systemer ikke ideelle for brønn-•loggingsanvendelse. De overordentlig tynne optiske fibre må holdes i nøyaktig innbyrdes innretning for å oppnå effektiv kobling av lysenergi. Imidlertid veier typisk vinsjtromlene og kablene flere tonn. Under transport fra en brønn til en annen må utstyret tåle påkjenninger ved hårdhendt behandling og vanskelig terreng over mange kilometer. Under loggeopera-sjonen kan vinsjtrommelen utøve en trykk-kraft på loggekabelen på flere tusen kilo. For å tilfredsstille disse krav,har lagrene for understøttelse av vinsj trommelen dimensjoner og konstruksjon som er fullstendig uegnet for den ekstreme nøy-aktighet som kreves for optiske sleperinger. Lagre som også kunne tilfredsstille disse optiske fordringer ville bli pro-hibitivt kostbare.

Det foreligger derfor et behov for et kommunikasjonssystem basert, på fiberoptikk for en logging, som på billig, effektiv og pålitelig måte kan koble optisk informasjon mellom en fiberoptisk kabel og kontroll- og informasjonsbehandlings-utstyr utenfor vinsjtrommelen ved toppen av borehullet.

Det er et generelt formål med denne oppfinnelse å tilveie-bringe en fremgangsmåte og et apparat for kobling av optiske signaler mellom en vinsjtrommel og utstyr utenfor, denne uten bruk av optiske sleperinger.

Dette og andre formål blir.i henhold til et aspekt ved denne oppfinnelse oppnådd med en kjenningsmåte for brønnlogging til måling av karakteristika for grunnformasjoner i et borehull omfattende: anbringelse av en brønnloggekabel inneholdende en fiberoptikk-anordning på en dreibar vinsjtrommel for senkning og heving av kabelen i og ut av borehullet i avhengighet av vinsjtrommelens rotasjon, sending av modulerte lyssignaler som representerer grunnformasjonenes karakteristika inn i enden av fiberoptikk-anordningen motsatt av trommelen, mottagning av de modulerte lyssignaler fra fiberoptikk- anordningen i en transduser montert på trommelen og innrettet til å omdanne disse på trommelen til elektriske signaler som repre^ senterer målingene av grunnformasjonene, og overføring av de elektriske signalene fra trommelen til en mottager montert utenfor trommelen for å føre den informasjon som bæres av de modulerte lyssignaler ut av den dreibare vinsjtrommelen uten anvendelse av optiske sleperinger.

Et annet aspekt ved oppfinnelsen består i et vinsjapparat for bruk ved måling av karakteristika for grunnformasjoner i et borehull omfattende: en dreibar vinsjtrommel innrettet til å bære en kommunikasjonskabel .inneholdende fiberoptikk, en elektro-optisk transduseranordning montert på trommelen for rotasjon sammen med denne, en koblingsanordning på transduseranordningen for kobling til i det minste en optisk fiber i kommunikasjonskabelen når denne oppvikles på trommelen, hvilken transduseranordning omfatter en innretning til å motta modulerte optiske signaler fra den nevnte optiske fiber og for å omdanne disse til elektriske signaler, og en anordning for overføring av disse elektriske signaler fra transduseranordningen ut av trommelen for å føre den informasjon som bæres av de modulerte lyssignaler ut av den dreibare vinsjtrommel uten anvendelse av optiske sleperinger.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningen, hvor: Fig. 1 er et skjematisk sideriss av et kommunikasjonssystem for brønnlogging ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 er et forstørret delvis bortskåret perspekt.ivriss av loggekabeltrommelen på fig. 1 og .Fig. 3 er et tverrsnitt av trommelen tatt etter linjen 3-3 på fig. 2.

På tegningen viser fig. 1 et brønnloggesystem 10 som omfatter et borehullverktøy eller -redskap 11 forbundet med den nedre ende av en kommunikasjonskabel 12 i et borehull 14, for måling av karakteristika ved forskjellige grunnformasjoner 15a, b og c, som gjennomtrenges av borehullet. Forrådet av kabel 12 er oppviklet på. en dreibar vinsjtrommel 17 ved jordover-flaten nær den øvre ende av borehullet 14. Trommelen 17 bærer kabelen 12 for senkning og heving av denne og redskapet 11 inn i, henholdsvis ut av, borehullet 14 når trommelen dreies. Som det fremgår av tegningen utgjør vinsjtrommelen 17 en del av et mobilt brønnloggeutstyr 19 som i dette tilfellet omfatter et loggekjøretøy inneholdende en kontroll/behandlingsenhet 20 for styring av operasjonen av vinsjen 17 og redskapet 11, og for å motta og behandle måleinformasjonen sendt fra.redskapet 11 gjennom kabelen 12.

Kabelen 12 inneholder en fiberoptikk-anordning bestående av en eller flere optiske fibre 25 (fig. 2). for fremføring av lyssignaler gjennom kabelen 12. Redskapet 11 er koblet til den nedre enden 27 av dé optiske fibre 25 på den ende av kabelen 12 som befinner.seg i borehullet 14. En sonde 30 i redskapet 11 måler karakteristika for grunnformasjonene 15a,b, og c i borehullet 14, og en elektronikk-enhet 31 omdanner målingene til modulerte lyssignaler og sender de modulerte lyssignaler inn i en av de optiske fibre 25. Da det er kjent mange forskjellige egnede innretninger for måling av karakteristika ved grunnformasjoner, med sikte på å representere disse i form' av elektriske signaler, omdannelse av elektriske sig^-naler til modulerte lyssignaler og sending av modulerte lyssignaler inn i optiske fibre, er det ikke nødvendig med ytter-

ligere detaljer vedrørende redskapet 11.

Vinsjtrommelen 17 som roterer i lageret 33 har en elektro-optisk transduser eller håndsetter 35 montert på denne. Transduseren 35 som således beveger seg og roterer med vinsjtrommelen 17 har et koblingsorgan 37 . (fig. 3) som gir kobling til den øvre ende 2 8 av de optiske fibre 35 motsatt av den nedre ende 27. I den foretrukne utførelse er transduseren 35 på vinsjtrommelen toveis virkende: den mottar de modulerte lyssignaler sendt fra redskapet 11 og omdanner signalene til elektriske signaler som representerer målingene av grunnformasjonen, og den mottar andre elektriske signaler (såsom kom-mando/kon troll-signaler for redskapet 11), omdanner disse til modulerte lyssignaler og sender disse inn i kabelen for over-føring ned i borehullet til redskapet. De forskjellige elektriske signaler blir ført inn i og ut av trommelen 17 gjennom elektriske sleperinger 40 for høyfrekvens forbundet med en sender/mottager 42 i kontroll/behandlingsenheten 20. De elektriske sleperinger 40 og transduseren 35 på vinsjtrommelen sørger derved for overføring av elektriske signaler mellom transduseren 35 og sende r-mo'tt age ren 42, hvilke elektriske signaler inneholder den informasjon som i kabelen 12 ble båret av de modulerte lyssignaler. Informasjonen blir derved ført inn i og ut av den dreibare vinsjtrommel 17 uten bruk av optiske sleperinger.

Det vil av dette fremgå at foreliggende oppfinnelse inne-bærer mange fordeler. I første rekke tilveiebringer den et fiberoptisk kommunikasjonssystem for brønnlogging hvor det ikke er behov for optiske sleperinger. Således blir vinsjtrommelen 17 opptatt i lågere 33 som er optimalisert med sikte på å understøtte belastning og trenger ikke å opprettholde nøyaktig innretning for optiske sleperinger. Den nøyaktige plassering av transduseren 35 på trommelen 15 er naturligvis et spørsmål"om praktiske hensyn og konstruksjonsmessig valg. Plasseringen kan være "i" trommelen, "på" trommelen ved den ene ende eller den annen, fordelt i flere adskilte pakninger på denne, osv. Det kan være anordnet et flertall sleperinger på den ene ende eller på den annen eller på begge. I foreliggende forbindelse er derfor disse angivelser ment å være ekvivalente. Selv om de aktuelle datahastigheter vanligvis ikke ligger over 2-5 MHz, kan videre - dersom det kreves høyere datahastigheter - transduseren 35 kommunisere med sender-mottageren 42 gjennom andre eller ytterligere elektriske sleperinger, radio-forbindelser, etc, slik det måtte være hen-siktsmessig. Selv om transduseren 35 i den foretrukne ut-førelse omfatter midler til å omdanne andre elektriske signaler til lyssignaler og sending av disse inn i de optiske fibre 35 for. overføring til redskapet 11 (f.eks. kommando-signaler for styring av operasjonen), kan det også brukes en enkel mottager istedenfor en sender-mottager 42, og i så fall kan kommandosignalene sendes ned i borehullet på elektrisk måte.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte ved brønnlogging for måling av karakteristika ved grunnformasjoner i et borehull, karakterisert ved : a) anbringelse av en brønnloggekabel inneholdende en fiberoptikk-anordning på en dreibar vinsjtrommel for senkning og heving av kabelen ned i,henholdsvis ut av,borehullet i avhengighet av vinsjtrommelens rotasjon, b) sending av modulerte lyssignaler som representerer grunnformas jonenes karakteristika inn i enden av fiberoptikk-anordningen motsatt av trommelen, c) mottagning av.de modulerte lyssignaler fra fiberoptikk-anordningen i en transduser montert på trommelen og omdannelse av disse på trommelen til elektriske signaler som representer rer målingene av grunnformasjonen, og d) overføring av de elektriske signaler fra trommelen til en mottager montert utenfor denne for å føre den informasjon som bæres av de modulerte lyssignaler ut av den dreibare vinsjtrommelen uten bruk av optiske sleperinger.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den nevnte overføring av de elektriske signaler skjer gjennom elektriske sleperinger.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved omdannelse av andre elektriske signaler til lyssignaler på trommelen og sending av disse lyssignaler inn i fiberoptikk-anordningen for. overføring til den.ende av denne som er motsatt av trommelen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at overføringen av de elektriske signaler skjer gjennom de nevnte elektriske sleperinger mellom trommelen og en sender-mottager montert utenfor trommelen for å føre den informasjon som bæres av lyssignalene inn i og ut av den dreibare vinsjtrommel uten bruk av optiske sleperinger.

5. Viasjapparat for bruk ved måling av karakteristika for grunnformasjoner i ét borehull, karakterisert ved': a) en dreibar vinsjtrommel til å bære en kommunikasjonskabel inneholdende fiberoptikk, b) en elektro-optisk transduseranordning montert på trommelen for rotasjon sammen med denne, c) en koblingsanordning på transduseranordningen for kobling til i det minste én optisk fiber i kommunikasjonskabelen når den er oppviklet på trommelen, d) hvilken transduseranordning omfatter en innretning til å motta modulerte optiske signaler fra den optiske fiber og omdannelse av disse til elektriske signaler, og e) en anordning for overføring av de elektriske signaler fra transduseranordningen ut av trommelen for å føre den informasjon som bæres av disse modulerte lyssignaler ut av vinsjtrommelen uten bruk av optiske sleperinger.

6. Apparat ifølge krav 5 for bruk som brønnloggesystem for måling av karakteristika ved grunnformasjoner i et borehull, karakterisert ved : et redskap omfattende en sonde forbundet ved én ende av kabelen, en anordning i redskapet for måling av karakteristika ved grunnformasjoner i borehullet, omdannelse av målingene til modulerte lyssignaler og sending av de modulerte lyssignaler inn i fiberoptikk-anordningen i kabelen, en mottager montert utenfor trommelen, hvilken overføringsanordning overfører de elektriske signaler fra transduseranordningen til mottageren for å føre den informasjon som bæres av de modulerte lyssignaler ut av den dreibare vinsjtrommel uten bruk av optiske sleperinger.

7. Apparat ifølge krav 5 eller 6,. karakterisert ved at anordningen for overføring av elektriske signaler omfatter elektriske sleperinger.

8. Apparat ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at mottageren videre omfatter en sender-mottager og at transduseranordningen videre omfatter en innretning til å danne andre elektriske signaler til modulerte lyssignaler og til å sende lyssignalene inn i fiberoptikk-anordningen i kabelen for overføring til redskapet.

9. Apparat ifølge et av kravene 5-8, karakterisert ved at transduseranordningen er montert i trommelen.