NO841861L - Fremgangsmaate og system for aa utfoere gravimetrisk borehullsundersoekelse. - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte og system for gravimetrisk borehullsunder-søkelse hvor det anvendes et par med trykktransduktorer 20, 21 for nedsenkning i et borehull sammen med et gravimetrisk borehullsmeter 10. Trykktransduktoren 20, 21. er anbragt med avstand fra hverandre vertikalt inne i en trykksonde 22 for å frembringe en trykkdifferensialmåling av fludiumet i brønnboringen. En trykkdifferensialmåling og en gravimetrisk avlesning blir tatt for hver av et antall vertikale steder i borehullet når det gravimetriske borehullssystemet blir ført gjennom borehullet.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og et system

for utførelse av en gravimetrisk borehullsunderøkelse.

Borehullsgramitri har vist å seg å være et fornuftig og pålit-

lig verktøy ved oljebrønnlogging. Borehullsgravimetriske teknikker tilveiebringer en indikasjon på massetettheten til steinformasjonene som omgir borehullet som blir logget. Gravimetriske loggetjenester, nå kommersielt tilgjengelig, innbefatter den tilveiebragt av Exploration Data Consultants (EDCON) i Denver, Colorado som anvender et gravitimeter av den typen ut-viklet av LaCoste and Romberg. Dersom nøyaktige målinger av steinformasjons porøsitet er tilgjengelig, kan restoljemettingen bli beregnet ved en svært høy nøyaktighetsgrad.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for utgørelse av en gravimetrisk undersøkelse av underjordiske formasjoner som omgir et borehull og innbefatter trinnene:

a) gjennomføring av et borehull med et bcrehullsgravitetsmeter,

b) samtidig gjennomføring av borehullet med et par trykktransduktorer anbragt med en avstand langs aksen av borehullet og

i et fast aksialt forheld med borehullsgravitasjonsmeteret,

c) periodisk stopping av gjennomgangen av borehullet med gravimeteret og paret med trykktransduktorer for å utføre borehulls-graviti og borehullsfludiumstrykkmålinger ved flere målesteder i borehullet, og d) anvendelse av et par trykkmålinger ved et første av målestedene og et par trykkmålinger ved et andre av målestedene

for å bestemme avstanden langs borehullet mellom det første og andre målestedet.

Ved en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen innbefatter bore-hullsgravimetrisystemet:

a) en loggekabel,

b) et borehullsgravimeter festet til kabelen,

c) en første trykktransduktor festet til loggekabelen,

d) en andre trykktransduktor festet til loggekabelen i avstand i forhold til den første trykktransduktoren, og

e) innretning for å bevege loggekabelen gjennom borehullet og

å stoppe ved suksessive målesteder i borehullet for å tillate utførelsen av gravitets- og borehullsfludiumstrykkmålinger.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til teg-ningene, hvor: Fig. 1 viser et borehullsgravimetersystem av tidligere kjent art. Fig. 2 viser et borehullsgravitimeter egnet for anvendelse og utførelse av gravimetriske borehullsundersøkelser. Fig. 3 viser en del av et borehullsgravimetrisk system ifølge et eksempel av foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 viser en diagrammessig fremstilling av borehullsgravimetriske undersøkelser utført ved hjelp av det gravimetriske borehullsundersøkelsessystemet på fig. 3.

Med henvisning til fig. 1, blir ved tidligere kjente systemer

et gravimeter 10 av LaCoste and Romberg-typen ført ned i en brønn som strekker seg fra overflaten gjennom jordformasjoner av forskjellige typer inntil et område av interesse er nådd. Gravimeteret 10 blir senket ved hjelp av en kabel 11 som går over en trinse 12 til området som er av interesse. Gravimetriske målinger som gir signaler proporsjonalt med tettheten for den omgivende formasjonen, blir så tilveiebragt og ført ved hjelp av sleperinger 13 og børster 14 til en forsterker 15, et filter 16 og en opptegner 17 for å frembringe en logg av gravitetsmålinger som en funksjon av dybden. Denne loggen er en sann gravimåling over dybden på intervallene som er av interesse, i det slike dybdeintervaller blir målt ved hjelp av en bole 18 roterbar koblet med kabelen 11.

Fig. 2 viser skjematisk LaCoste og Romberg-gravimetret, selv

om det er klart at andre gravimetertyper kan bli anvendt her. Med henvisning til fig. 2, innbefatter gravimeteret en arm 28 som er dreiet mer eller mindre met forspenning av en fjær 30

i samsvar med vertikalkomponenten til jordens gravitet i dens umiddelbare nærhet. Denne måleren kan gi resultater sem er proporsjonale med formasjonens tetthet innenfor en radius på omkring 30,5 m av selve borehullet. En viser 32 er festet til enden av den dreibare armen 28 og angir et punkt på en skala 34.

Fjæren 30 er forbundet med en forbelastningskrue 36 som blir beveget for å bevirke at armviseren 32 når et forutbestemt punkt på skalaen 34. Mengden av justeringen av forbelastningen som er nødvendig for å forskyve viseren 32 er proporsjonal med den lokale variasjon av graviteten. Forbelstningsjusteringen er således dataen ført ut av gravimåleren 10. Måleren blir for-seglet inne i en innelukket beholder før den blir ført ned i borehullet.

Borehullsgravimeteret måler som navnet tilsier, den vertikale komponenten for jordens tyngdekraftsakselerasjon ved en ønsket dybde i borehullet. Ved hjelp av målinger ved to forskjellige dybder, kan det tilveiebringes den tyngdekraftmessige gradienten og således beregnet formasjonsmassetettheten p^ut fra ligningen:

hvor F er den frie luftgradienten,

Ag er gravitetsforskjellen mellom to avlesninger,

AZ er vertikal avstand mellom gravitetsmålingsstasjonene, og G er den universale gravitasjonskonstanten.

Som skrevet i enheten mikrogal (en gal - 1 cm/sek 2) for Ag, gm/cc for og fot (meter x 3,28) forAZ, fremkommer

Massetettheten p^er representativ for det horisontale platema-terialet som ligger innenforAZ. Det er den nøyaktige bestemmelsen av Ptø ved hjelp av gravimetriteknikken som gjør det mulig med en pålitlig restoljebestemmelse.

Som nevnt ovenfor er gravimetret på fig. 2 en en konvensjonell konstruksjon, hvis detaljer utgjør ingen del av foreliggende oppfinnelse. Driften vist skjematisk på fig. 1 generelt tilgjengelig fra loggekontraherere og utgjør ikke noen del av foreliggende oppfinnelse. Foreliggende oppfinnelse angår et dybde-referansesystem for mer nøyaktig bestemmelse av den vertikale avstanden AZ, mellom gravitetsmålestasjonene. Nøyaktigheten av bestemmelsen av massetettheten er svært følsom for nøyaktig-heten ved hvilken den vertikale avstanden mellom målingsstasjonene kan bli målt. Helt nøyaktige målinger av vertikalavstanden kan bli gjort ut fra landbaserte eller faste offshoreplattformer dersom brønnen fra slike steder er vertikal. I tilfelle av ikke en vertikal eller avbøyd brønn kan tilstrekkelige nøyaktige målinger av vertikalavstanden ikke være mulig. I tilfelle av brønner boret fra flytende borefartøyer, er dessuten tilstrekkelig nøyaktige målinger av vertikalavstanden generelt umulig p.g.a. ukontrollerbare vertikale bevegelser til slike borefar-tøyer. Selv om uønskete bevegelser av borehullsgravitetssonden p.g.a. slike fartøyers bevegelser kan bli forhindret ved å klemme sonden til borehullsveggen, er det fremdeles problemer ved nøy-aktige målinger av det vertikale stedet for sonden. Dybdereferansesystemet ved foreliggende oppfinnelse er rettet mot måling av vertikalavstanden nøyaktig under alle slike operasjonsbeting-elser.

Dybdereferansesystemet er vist på fig. 3 og anvender et par av transduktorer 20 og 21 anbragt i en trykksonde 22 og senket ned i borehullet ved hjelp av en kabel 11 sammen med borehullsgravimeteret 10. Trykksonden kan være anbragt enten over eller under borehullsgravimeteret. Når borehullsgravimeteret beveges en avstand Z, skulle trykksonden også beveges samme avstanden.

Fig. 4 viser diagrammessig paret med trykktransduktorer adskilt med avstanden D og anbragt ved vertikalposisjonens Zq og Z^inn i borehullet. Ved disse to vertikale posisjonene blir brønnbore-fludiumtrykkmålinger PQ og P^, gjort sammen med borehullsgravi-målinger og sendt til overflaten. Neste borehullgravimeter og trykksonde blir beveget oppover gjennom borehullet med avstandenAZ og stoppet ved et punkt hvor paret med trykktransduktorer er anordnet ved de vertikale posisjonene 1^og Z^. Brønnborefludiums-trykkavlesningen P2og P^blir nå utført og sendt til overflaten sammen med borehullsgravimålingen for dette borehullstedet.

Det ovennevnte blir gjentatt for så mange dybdesteder som ønske-lig innenfor borehullet.

Disse brønnborefludiumstrykkmålingene blir anvendt for nøyaktig å bestemme den vertikale avstanden A z mellom to gravimetriske målestasjoner. Trykkforskjellen AP mellom to punkter i fludium-fylt borehull adskilt av en vertikal avstand<4>Z er gitt av følgende ligning:

hvor<p>£er fludiumstettheten, og

g er gravitasjonsakselerasjonen.

Den vertikale avstanden kan således bli fremstilt som følgende:

Ved bruk av en svært trykkfølsom måler slik som en kvarts-krystallanordning, kan tilstrekkelig nøyaktig måling av AP bli gjort når fludiumstettheten er kjent. Ved hjelp av to slike følsomme trykkmålere kan en nøyaktig bestemmelse av fludiumstettheten bli gjort. VEd en foretrukken utførelsesform blir et par Hewlett Packard HP-2813 trykkmålere montert i trykksonden med vertikal adskillelse på omkring 2 fot (0,6 m) også klemt til borehullsveggen ved hjelp av en klemme R 1462 markedsført av Geosystems Div.-Geosource, Ing., Fort Worth, Texas, i løpet av borehullsfludiumstrykkmålingene. Forskjellige andre innret-ninger har blitt anvendt i den senere tid for å klemme borehulls-verktøy til borehullsveggen slik som buespringklemmer kjent fra U.S. patent 4.180.727, fjærforspente klemmer kjent fra U.S. patent nr. 3.340.953, og hydrauliske klemmeinnretninger kjent fra U.S. patent nr. 3.978.939.

Beregningen av vertikalavstanden<A>Z ut fra de fire trykkavlesninger Pq, P^, P2og P^er vist på fig. 4 og vil nå bli beskrevet.

For en statisk fludiumssøyle, tilfredsstiller trykket som en funksjon av avstanden Z differensialligningen

Over den relativt korte avstanden mellom målestasjonene i borehullsgravimetriske logging kan det generelt bli antatt at det varierer liniært med Z.

Liniærheten til .:■ med Z gir at

En mer bekvem form for ligningen (6) blir tilveiebragt ved å skri vp

og Z representerer nå avstanden over Zq.

Settes ligningen (8) inn i ligningen (5) og integreres fremkommer

hvor C er en integrasjonskonstant. For det nederste punktet ZQ, er P lik PQ slik at

Ved anvendelse av ligningen (11), kan et sett med ligninger bli frembragt for p^og Pq.

Trykkforskjellen mellom punkter, altså et slikt produkt av gjennomsnittstettheten mellom punkter og den negative avstanden mellom punktene.

Ut fra ligningen (8), kan det ses at

eller uttrykt som trykk, Fra ligningene (13) og (16) følger at

I noen tilfelle er den samme trykkverdien ikke en opptegnet av trykktransduktorene p.g.a. feil0^. I stedet, blir ved hvert målested en verdi , som er bragt i forhold til den sanne verdien P^, opptegnet hvor:

En fornuftig antagelse er at feilen^er uregelmessig fordelt med null gjennomsnitlig, og har en felles varians og er uavhengig fra en måling til den neste. For å redusere en hver slik feil i trykkmålingene kan flere trykkmålinger bli gjort ved hver trykktransduktor ved et gitt vertikalsted i borehullet. Ved en fore-trukket operasjonsmodus bli to trykksett målt ved hvert slik sted. Det første settet blir tatt fra paret med trykktransduktorer før borehullsgravimetriske målinger blir gjort og det andre settet blir tatt fra paret med trykktransduktorer som følger borehullsgravimetriske målinger og før trykksonden og borehullsgravimetret blir ført gjennom borehullet til neste målested. Fire trykkavlesninger blir således tatt for hver gravimetrisk borehulls-måling. Når det således er antatt at det er et betydelig avvik ved trykkmålingsavlesningene IVL fra den sanne verdien P^ og ytterligere nøyaktighet ved bestemmelsen av AZ er nødvendig i forhold til den tilveiebringbar ved hjelp av løsningen av ligningen 17 ovenfor, blir flere trykkmålinger tatt og behandlet som de er fra null til tre, i det j er fra en til to, og NLj rotasjonen er den j trykkmålingen ved vertikalstedet i. Disse trykkmålinger kan bli anvendt for å omskrive ligningen 17 for den vertikale avstanden Z som følgende:

Ved en noe mer detaljert utførelse blir ligningen (19) utvidet til å gi en ytterligere beregning for den vertikale avstanden Z som følgende:

Utledningen av ligningen (20) er beskrevet i det følgende vedlegget med Z identifisert i vedlegget som Z^.

TILLEGG

beregninger

Bestemmelsen av Z^og dens tilknyttete varianter krever inn-føringen av noen nye betegnelser. For dette formål, deffineres

tilstandsvektoren X. til å være

i

Trykkmålingene skal bli beskrevet som hvor

Hensikten er å nytte kunnskapen om tilstandsligningen for å

vurdere tilstanden X^ gitt som vurdering av tilstanden Vurderingen X^ blir så dannet ved behandling av målingene M . ^

for å gi en bedre vurdering av X^. X^ settes til å være vurderingen basert på en en vurdering av X^_^ og X* settes til å være den forfinete vurderingen dannet ut fra X^ og Ytterligere def fi-nert tilstandsvurderingsfeil X^og X<*>med

Neste begrensende oppmerksomhet til liniær vurdering er ønske-lig for å bestemme en K. og H• slik at

Med feil forbundet med X+ mindre enn X. i en middelkvadrat

i i

henseende. Dette problemet er nøyaktig det for hvilket optisk liniær filtreringsligninger tilveiebringer løsningen. Valet av og EL blir utledet ved et hvert antall tekster og fremstilt her uten bevis nedenfor.

hvor I er identitetsmatrise, og hvor I, Tbetegner transponeringen dersom 1^og P^(-) er deffinert av For å starte prosessen, vurderes X^ hvor hvor gpQ-[_ er tilveiebragt ved å anvende først settet med trykkmålinger ved dybder Zq og Z-^. Således at Fra hvilke P,(-) er beregnet for å være

Ved å anvende ligningene (A.6) og (A.7) fremkommer

eller Tilstandsligningen for den neste del av beregningen er slik at P2skal være hvor (9Pq]_)+ blir tilveiebragt ut fra ligningen (A.18) og (gp2^) blir beregnet til å bli og Z blir vurdert som Z tilveiebragt fra wirelinjeodometret i tilfelle av flytende rigger og fra odometret og en vurdering av avviket ved avbøyde brønner. Beregningen Z blir antatt å tilfredsstille

og a 2 er i typisk størrelsesorden av en fot.

Tilstandsvurderingen Z2blir gitt ved hjelp av uttrykket

hvor ligning (A.20) (gp-^) er ment å være som følge av bruken av ligningen (15). Ved ligningen (A.26), er implisit deffinert av egenskapene Ved anvendelse av ligningen (A.26) og (A.22), blir feilmatrisen

Ut fra ligningen (A.8) fremgår det at kun den første spalten med

P2(-) er nødvendig. Ved utførelse av operasjonen nød- ■. vendig for å bestemme den første spalten,fremkommer følgende resultat: Således,

•Tilnærmingen av ligningen (A.30) følger ut fra det faktum at 2-2

a (gpn_) dominerer alle andre nevneuttrykkene for x på 0,01

±z^ p

eller mindre. Ved å anvende denne tilnærmingen X0 blir

Det skal bemerkes at ved ligningen (A.31) er verdien gP12nødvendig, men denne størrelsen er naturligvis ukjent. Følgelig må verdien (gp-^) bli anvendt istedenfor som medfører

slik at Ved anvendelse av P-^<+>i ligningen (A. 18) og (gp^) i ligningen (A.26) sammen med ligningen (A.33) fremkommer

som er ligning (20).

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for å utføre en gravimetrisk undersøkelse ved underjordiske formasjoner som omgir et borehull, karakterisert ved å innbefatte a) gjennomgang av et borehull med et borehullsgravimeter, b) samtidig gjennomgang av borehullet med et par trykktransduktorer anbragt med avstand fra hverandre langs borehullsaksen og et fast aksialt forhold med borehullsgravimeteret, c) periodisk stopping av gjennomgangen av borehullet med gravimeteret og paret med trykktransduktorer for å foreta borehullsgravimetriske- og borehullsfludiumstrykkmålinger ved flere målesteder i borehullet, og d) anvendelse av et par trykkmålere ved et første av målestedene og et par trykkmålinger ved et andre av målestedene for å bestemme avstanden langs borehullet mellom det første og andre målestedet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes et par med trykkmålinger tatt ved hvert målested for å bestemme avstanden langs borehullet mellom målestedene, utføres i samsvar med følgende uttrykk:

hvor AZ = avstanden mellom målestedene, D = avstanden mellom paret med trykktransduktorer, Pq og P^ = trykkmålinger fra paret med trykktransduktorer ved et første målested, og P2 og P^ = trykkmålinger fra paret med trykktransduktorer ved et andre målested.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det innbefatter trinnet med å klemme trykktransduktorene ved borehullsveggen i løpet av utførelsen av borehullsfludiumstrykkmålingene .

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 3, karakterisert ved at det innbefatter trinnene med å utføre en andre bore-hullsf ludiumstrykkmåling ved hver av målestedene med trykktrans-duktorparene.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at det anvendes et par med trykkmålinger tatt ved hvert målested for å bestemme avstanden langs borehullet mellom målestedene og dette utføres i samsvar med følgende uttrykk:

hvor, AZ = avstanden mellom målestedene, D = avstanden mellom paret med trykktransduktorer, og M^j = er den jedde trykkavlesningen ved vertikalposisjonen i, f.eks. M-^2 er den andre trykkmålingen ved vertikalposisjonen 1.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at det anvendes par med trykkmålinger tatt ved hvert måle sted for å bestemme avstanden langs borehullet mellom målestedene, utføres i samsvar med følgende uttrykk:

hvor, A Z = avstanden mellom målestedene, D = avstanden mellom parene med trykktransduktorer, og M^_j = den jedde trykkavlesningen ved vertikalposisjonen i, f.eks. er den andre trykkmålingen ved vertikalposisjonen 1.

7. Fremgangsmåte ifølge et hvert av de foregående krav, karakterisert ved at det innbefatter trinnet med å bestemme massetettheten for formasjonen som omgir borehullet ut fra flere kravimetriske målinger og avstanden gjennomgått av det gravimetriske loggeverktøyet mellom utførelsen av de suksessive gravimetriske målingene.

8. Borehullsgravimetrisystem, karakterisert ved at det innbefatter: a) en loggekabel, b) et gravimetrisk borehullsmeter festet til kabelen, c) en første trykktransduktor festet til loggekabelen, d) en andre trykktransduktor festet til loggekabelen i avstand i forhold til den første trykktransduktoren, og e) innretning for å bevege loggekabelen gjennom borehullet og stoppe den ved suksessive målesteder inne i borehullet for å tillate utførelsen av gravimetriske målinger og borehullsfludiumstrykkmålinger.

9. System ifølge krav 8, karakterisert ved å innbefatte innretning for å klemme den første og andre trykktransduktoren til borehullsveggen i løpet av utførelsen av borehullsfludiumstrykkmålingene.