NO316786B1 - Georadar med permanent, fikserte sender- og mottakerantenner i en produksjonsbronn for fjerndetektering av elektriske egenskaper - Google Patents

Description

Innledning

Denne oppfinnelsen gjelder en georadar med sender- og mottakeranordning for fjerndetektering av elektriske egenskaper i form av resistivitet og dielektrisitetskonstant, i en oljeførende geologisk formasjon via en brønn. Denne georadar-anordningen er særlig beregnet for bruk i produksjonshull for å detektere olje/vann-kontakten i en reservoarbergart.

Som det vil fremgå av det følgende omfatter oppfinnelsen bruk av en senderantenne for elektromagnetiske bølger som er innrettet til å anordnes fiksert ved et produksjonsrør inne i en geologisk formasjon, og mottakerantenner som også er innrettet til å plasseres ved produksjonsrøret. Denne georadar-anordningen er i stand til å detektere reflektorer som ut-gjøres av elektrisk ledende flater inne i reservoaret. En slik flate av særlig betydning er olje/vann-kontakten, hvor vannfronten i de aller fleste tilfeller utgjør en relativt skarp overgang mellom oljefylt sand med høy resistivitet, til vannfylt sand med lav resistivitet som derved utgjør en reflektor .

Teknikkens stand

Borehullsloggeverktøy som utnytter radar-prinsippet er kjent fra US. pat. 4 670 717, US. pat. 4 814 768, US. pat. 4 297 699, US. pat. 4 430 653 og GB 2 030 414. Noen av disse patentene benytter fremgangsmåter der det må anslås en bølge-hastighet for å kunne tolke radarsignalene.

Schlumbergers US-patent 5 530 359 "Borehole logging tools and methods using reflected electromagnetic signals" beskriver et loggeverktøy med pulsede radarsignaler som sendes ut fra en senderantenne i en separat vertikal seksjon. Loggeverktøyet henger fritt i borehullet i en kabel eller i en kveilerørsstreng. Det anvendes lineære antenneelementer anordnet parallellt med verktøyets langakse z. Det sendes ut elektromagnetiske pulser med en senterfrekvens på 40 MHz og en høyeste frekvenskomponent på 120 MHz. Denne pulsen stråles ut i alle retninger inn i formasjonen og reflekteres av strukturer i formasjonen tilbake til verktøyet i borehullet. Transittiden for pulsen ut til strukturen og tilbake til verktøyet brukes til å bestemme avstanden mellom den reflekterende strukturen og borehullet. Retningsinformasjon fås ved at det er anordnet mottakerantenner omkring hele verktøyets omkrets slik at man kan finne den reflekterende strukturens retning ved å ta differanser mellom de reflekterte signalene. Disse differansene kan beregnes ved hjelp av elektroniske kretser, eller subtraksjon kan foretas ved direkte diffe-ransekoblede mottakerantenner. En fremgangsmåte for å beregne de reflekterte signalers retninger er angitt. En ulempe med Schlumbergers patent 5 530 359 er at instrumentet anvender pulsede elektromagnetiske bølger. Dette medfører en spredning av frekvenskomponentene allerede i det utsendte signal, og dermed får den utsendte signalpulsen en kontinuerlig varierende gruppehastighet. Det reflekterte signalet blir smurt ut og man får et uklart bilde av de reflekterende strukturer. Nære reflekterende strukturer vil også dominere over fjernere reflekterende strukturer, slik at de fjernere strukturer svært vanskelig kan detekteres dersom de nærmere bergarter har relativt høy konduktivitet / lav resistivitet. En annen ulempe ved Schlumbergers instrument er at det ikke er fiksert anordnet ved den geologiske formasjonen, slik at det ikke foreligger muligheter for å følge endringer i elektriske parametre i formasjonen over en tidsperiode, for eksempel fra en dato til en annen. Instrumentet er heller ikke innrettet til anvendelse i produksjonsbrønner eller injeksjonsbrønner.

Et annet apparat er beskrevet i US. pat. 5 552 786: "Method and apparatus for logging underground formations using radar", (Schlumberger). US. pat. 5 552 786 beskriver et loggeverktøy som delvis løser problemet med den elektromagnetiske bølgehastigheten i formasjonene som skal logges. Apparatet sender en elektromagnetisk puls i nær kontakt med borehullsveggen, inn i formasjonen og mottar direktebølgen i en bestemt avstand langs borestrengen fra transmitteren. Dermed beregnes bølgehastigheten for "direktebølgen" gjennom de bergartene (som kan være invadert av boreslam), og re-flektorenes avstander fra sender/mottakersystemet kan beregnes mer nøyaktig enn om man bare hadde et estimat av bølgehastigheten.

US. pat. 4 504 833 "synthetic pulse radar system and method" omhandler en syntetisk pulset radar som genererer en mengde signaler av forskjellig frekvens samtidig. Responsen fra undergrunnen på disse forskjellige frekvensene simulerer deler av Fourier-spekteret som ville bli målt dersom man sendte ut en svært kort puls som ifølge den matematiske bakgrunn skulle være meget bred i frekvensspekteret. Systemet er imidlertid innrettet til blant annet å kunne benyttes ombord på kjøretøy fordi det ifølge dets krav 1 skal kunne generere alle komponentsignalene samtidig.

US. pat. 4 275 787 "Method for monitoring subsurface combustion and gasification processes in coal seams" beskriver en radar for detektering av en forbrenningsfront i en geologisk formasjon, for eksempel en kullholdig formasjon. Fordi resistiviteten generelt øker med temperaturen, vil en slik forbrenningsfront fremvise høy resistivitet og danne en svært stor kontrast i forhold til den kullholdige formasjonen som normalt vil fremvise lav resistivitet. Dempningen over-skrider 100 dB/bølgelende i forbrenningsfronten, og dempningen i "Pittsburgh coal" er 1 dB/bølgelengde, for "British coal" er dempningen 3 dB/bølgelengde. Søkeren nevner at en rekkevidde for detektering av forbrenningsfronten er 100 m, en utopisk avstand når man tar i betraktning forholdene i en oljebrønn hvor dempningen av signalet er mye høyere og hvor det er en svært vanskelig oppgave å detektere reflekterende flater bare én til to meter ut i reservoaret. Det sendes ut et sveipet signal som varierer kontinuerlig mellom en laveste og en høyeste frekvens. Ettersom forbrenningsfronten for-flytter seg vil man ved subtraksjon av de mottatte signaler kunne se en endring i differansesignalet mellom observa-sjonene. Imidlertid tar ikke det patentet hensyn til behovet for avstemning av senderantennene når senderantennene ligger svært nær, for eksempel noen få millimeter fra en metallisk røroverflate (for eksempel foringsrør eller kompletterings-rør) og frekvensen i utsendt signalet skal endres.

US-patent 4.994.747 kan også ansees å ha en viss interesse i sammenhengen, men er rettet mot ganske andre forhold og situasjoner enn foreliggende oppfinnelse. Patent-skriftet har overhodet ikke noe med radar å gjøre, og mot-takingsprinsippet baserer seg på magnetiske antenner, faseforskjeller og en faselåst sløyfe. I hovedsak dreier det seg om å detektere om det finnes noe nede i bakken som leder elektrisk strøm. En georadar virker på helt annen måte.

Problemstilling: Forventede elektriske egenskaper på bakgrunn av logger.

Oppfinnelsen er gjort delvis på bakgrunn av de forventede problemer som kan tenkes å oppstå i forbindelse med petroleumsproduksjon på Trollfeltet i Nordsjøen. Det vil nedenfor bli beskrevet hvorledes resistivitetene i de angjel-dende geologiske formasjoner er relativt lavere i forhold til de forhold som er beskrevet i den kjente teknikk, og hvor det derfor vil være upraktisk å foreta detektering ved hjelp av

elektromagnetiske bølger ved hjelp av den kjente teknikk.

Forventet resistivitet

Et kart over Trollfeltet som stort sett dekker kon-sesjonsblokkene 31/2, 31/3, 31/5 og 31/6 er vist i figur 3a. Resistivitetsdata foreligger fra fem brønner: 31/2-2

(fig. 3b), 31/2-4 (fig. 3c), 31/2-5 (fig. 3d), 31/2-6

(fig. 3e), og 31/2-7 (fig. 3f). Kurvene viser resistivitet i fim som en funksjon av loggedybde i hovedsakelig vertikale borehull gjennom reservoarbergarter. 01je-vannkontakten, her-etter kalt "OWC" er definert i brønnene ved dybdene som er markert på de respektive figurene. Fordelingene av resistivitet i forhold til dybde er markert forskjellig fra brønn til brønn. I 31/2-2 varierer resistiviteten R mellom ca. 3 Qm

og 13 fim over OWC mens R i brønn 31/2-4 avtar fra 100 fim til 1 fim over OWC. I brønn 31/2-5 varierer resistiviteten mellom 40 fim og 80 fim før den begynner å avta jevnt, ca. 1 meter over OWC. Ved OWC faller resistiviteten R ca 7 fim. Forløpet i brønn 31/2-6 er karakterisert ved en relativt sterk "ripple" mellom 8 fim og 14 fim, selv om resistivitets-fallet er tydelig ved OWC. Brønn 31/2-7 har en lav og relativt lite varierende R i området mellom 7 meter over OWC og ned til OWC, med et maksimum på 2 fim og er jevnt fall til 0,4 fim like før OWC.

Resistivitetskurvene viser at lokale variasjoner i R kan være mye større enn det fallet i R som skjer ved OWC. Ettersom konduktiviteten i formasjonene generelt skriver seg fra saltvann i porerommene eller ledende skifre, kan lokale variasjoner skyldes varierende reservoarkvalitet i form av en kombinasjon av leirmineralinnhold og porøsitet. Parametre som lokal litologi, tekstur, facies og overtrykk vil også virke inn på resistiviteten. Resistivitetsverktøy er generelt ganske nøyaktige og gir repeterbare målinger. Generelt er oppløsningen i dybden liten, ca. 10 cm per målepunkt, og loggene glattes til en viss grad av instrumentets kontaktsam-menstilling, så den lokale formasjonsresistivitet vil variere mer enn det loggene viser.

Forventet dielektrisitet

Det foreligger ikke dielektriske logger fra Troll-feltet. Her er det anvendt dielektriske data basert på estimat av de kjente dielektriske egenskapene i sandstein, olje og vann. Vi velger er0ck =7. Når 5 er 0,20 (20% porøsitet) er ero =5,82, som viser at ero= 6 er et fornuftig estimat den dielektriske konstant for oljemettet sandstein.

Den relative dielektriske konstant for sjøvann,ewater =80 (King & Smith, 1981) ved de frekvenser det er aktuelt å anvende i forbindelse med denne oppfinnelsen. Den dielektriske konstanten i vannmettet sandstein erw =13. Figur 4a, b, c, d og e viser estimerte fordelinger av relative dielektriske verdier basert på vannmetningen i en 5 meters overgangssone over OWC i de samme brønnene som for figurene 3b-f. Skalaen som angir den relative dielektriske konstant går fra ca. 6 til ca. 13.

Bølgeutbredelse i en ledende overgangssone

Figur 5a viser en dempningskurve av elektromagnetiske bølger i frekvensområdet mellom 1MHz og 200MHz. er =6 og resistiviteten Rue varieres i trinn på 5 fim fra 5 fim til 30 fim. Bergartene blir mer "gjennomskinnelig" for elektromagnetisk stråling jo høyere resistiviteten er. Figur 5b med samme frekvensområde viser kurver for konstant RDc =30 fim og hvor er varierer fra 6, 8, 10, 12, 14 til 16. Man ser at den dielektriske konstant har mindre innvirkning på dempningen enn resistiviteten. Figurene viser at dempningen er høyere enn 10 dB/m for 30 fim og frekvenser høyere enn ca. 12 Mhz. Over 10 dB/m dempning gir mer enn 100 dB dempning tur/retur for en reflektor ved en avstand på 5 meter. Figur 5c viser et utsnitt av frekvensområdet fra figur 5a, mellom 1 og 16 Mhz. Dempningen er fremdeles høy for resistiviteter lavere enn 10 fim selv i dette lave frekvensområdet. Figur 5d viser bølgenes fasehastigheter som funksjon av frekvens mellom 1 og 16 MHz. På bakgrunn av dempningen kan derfor frekvensene som anvendes i en foretrukket utførelse av oppfinnelsen ligge mellom 1 og 16MHz. Innenfor dette frekvensområdet varierer fasehastigheten sterkt med resistiviteten, noe som kan gi sterk dispersjon av et elektromagnetisk signal med et bredt frekvensinnhold.

Refleksjon, backscattering

Alle horisonter i brønnen med elektromagnetisk resisti-vitetskontrast vil føre til refleksjoner. Partikler med høyere ledningsevne, for eksempel metalloksyder, vil føre til spredning av de elektromagnetiske bølger. Nære horisonter vil detekteres sterkere enn fjerne horisonter dersom resistivitetskontrasten er den samme, på grunn av tilnærmet sfærisk geometrisk spredning. Dette betyr at refleksene fra resistivitetskontrasten ved OWC kan maskeres bak en stor mengde av sterke reflekser fra lokale resistivitetskontraster sandsteinen i oljesonen over OWC. For eksempel vil resistivitetskontrastene representert ved gradientene i R ved 1578 meter og ved 1580,5 meters dybde i Figur 3e gi sterke reflekser som ikke i utgangspunktet er forskjellige fra refleksen fra OWC.

Formålet med oppfinnelsen

Et formål med denne oppfinnelsen er å gjøre det mulig å måle dybden av olje/vannkontakten eller gass/vannkontakten i et petroleumsreservoar ved hjelp av elektromagnetiske bølger.

Et annet formål er å frembringe en georadar innrettet til å registrere og kartlegge fordelingen av resistivitet i petroleumsreservoaret omkring brønnen, for å anvende denne resistiviteten i geologiske tolkninger av reservoaret.

Definisjon av oppfinnelsen; referanse til patentkravene

De ovenfor nevnte problemer avhjelpes ved hjelp av foreliggende oppfinnelse i form av en georadar slik som nærmere angitt i patentkrav 1.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er gitt ved de underordnede krav.

Figurbeskrivelse

Oppfinnelsen skal i de kommende avsnitt beskrives i detalj med ikke-begrensende eksempler på foretrukne ut-førelser av oppfinnelsen, med henvisning til de medfølgende tegninger av de ikke-begrensende eksempler, hvor

Figur 1 viser en del av en produksjonsbrønn med produksjonsrør i en geologisk produksjonssone for petroleumsfluider, med olje eller gass øverst i produksjonssonen og vann nederst. Figur 2 viser en skjematisk skisse hvor en utførelse av oppfinnelsen er anordnet ved et produksjonsrør. Figur 3a viser et kart over konsesjonsblokker på Troll-feltet i Nordsjøen, og figurene 3b,c,d,e og f viser logger over resistivitet som funksjon av dybde i fem vertikale borehull på Troll-feltet. Figur 4a, b, c, d og e viser estimerte fordelinger av relative dielektriske verdier basert på vannmetning i en 5 meters overgangssone over OWC i de samme brønnene som figurene 3b-f. Skalaene har 13 som største verdi, som indikerer full vannmetning i en 20% porøs bergart. Figur 5a viser teoretiske kurver over elektromagnetiske bølgers dempning som funksjon av frekvenser mellom 1MHz og 200MHz, for bergarter med varierende konduktivitet eller resistivitet. Figur 5b viser teoretiske kurver over elektromagnetiske bølgers dempning som funksjon av frekvenser mellom 1MHz og 200MHz, for bergarter med varierende dielektrisk konstant. Figur 5c viser det samme som figur 5a, men innsnevret til et frekvensområde mellom 1 og 16MHz. Figur 5d viser teoretiske kurver over fasehastighet som funksjon av frekvenser mellom 1 og 16MHz. Figur 6a viser et snitt av en foretrukket utførelse av oppfinnelsen i form av en en modul omfattende sender- og mottakerantenner og som kan inngå som en ordinær gjenget del av kompletteringen i produksjonssonen. Figur 6b viser i perspektivisk oppriss modulen i figur 6a, med ytre koniske gjenger i toppen og tilsvarende indre koniske gjenger i den nedre enden. Figur 7 er et skjema over de komponentene som kan inngå i en elektronikkpakke anordnet ved hver enkelt modul, innrettet til blant annet energiforsyning, styring av sender- og mottakerantenner, signalbehandling og kommunikasjon. Figur 8 viser anvendelse av en foretrukket utførelse av oppfinnelsen for detektering av forandring i avstanden mellom radaren og flere seksjoner av en olje/vann-kontakt OWC. Figur 9 er en større perspektivskisse av en brønn med tilhørende overflateinnretning, hvor brønnen omfatter sender-og mottakerantenner i en horisontal produksjonssone med varierende avstand til olje/vannkontakten OWC.

Detaljert beskrivelse

Brønnen

Figur 1 viser en produksjonsbrønn eller et borehull 1 i en geologisk formasjon, som kan befinne seg på land eller gjerne under havbunnen. Vanligvis vil det være satt ned en stålforing i flere seksjoner i det borede hullet fra havbunnen og ned til toppen av den formasjon som produserer petroleumsfluider i form av olje eller naturgass. Den produserende formasjon kan være uten foringsrør, en såkalt åpen komplettering, eller ha et foringsrør i kompositt-materiale som er transparent for elektromagnetiske bølger. I en foretrukket utførelse av denne oppfinnelsen vil det ikke settes foringsrør i produksjonssonen, men foretas en inn-støping av et produksjonsrør i brønnen 1. Den geologiske formasjonen omfatter i denne sammenheng en reservoarbergart, for eksempel en porøs, permeabel sandsteinsformasjon 9. Borehullet 1 kan være mer eller mindre avviksboret og er i figuren vist som et nær horisontalt borehull 1 selv om oppfinnelsen kan anvendes i borehull med alle deviasjons-vinkler fra vertikalretningen nedover mellom 0 og 180 grader. Et produksjonsrør 4 er anordnet for komplettering av produksjonsbrønnen eller borehullet. Produksjonsrørets 4 diameter kan være 7" i et 8 1/2" borehull 1. Et foringsrør (ikke vist) er vanligvis anordnet utenfor produksjonsrøret 4. Foringsrøret kan være sementert og perforert, eller bestå av et finmasket gitter som holder tilbake sand og slipper igjennom olje, gass og vann. En foretrukket utførelse av oppfinnelsen vil anvendes i en tilnærmet horisontalt boret produksjonsbrønn 1 i en sandsteinsformasjon 9. En olje-vannkontakt OWC utgjør grensen mellom i det vesentlige oljemettet sandstein 5 og vannmettet sandstein 7. Denne oppfinnelsen kan også anvendes i en injeksjonsbrønn eller i en observasjonsbrønn.

Anordningen ifølge oppfinnelsen

Minst én senderantenne 2 for utsendelse av elektromagnetiske bølger er fiksert anordnet ved rørstrengen 4. Senderantennen 4 er innrettet for fiksert montering i forhold til den geologiske formasjonen. En eller flere mottakerantenner 8 for elektromagnetiske bølger, er også anordnet ved rørstren-gen 4. Mottakerantennene 8 er også er innrettet for fiksert montering i forhold til den geologiske formasjonen. Hensikten med den fikserte anordningen i produksjonssonen er at målinger kan foretas med en tids mellomrom dersom det er vanskelig å detektere horisonter ved hjelp av pulsede radar-målinger. Dersom OWC har forflyttet seg i tiden mellom målingene kan man ved hjelp av subtraksjon av målingene detektere denne endringen, og anslå posisjonen av OWC.

Figur 2 viser en prinsippskisse av en mulig utførelse av oppfinnelsen, med senderantenner 2 og mottakerantenner 8 anordnet ved et produksjonsrør 4. Dersom produksjonsrøret 4 er metallisk og elektrisk ledende, noe som er den aktuelle situasjon, må antennene 2 og 8 anordnes i ringrommet mellom produksjonsrøret 4 og den geologiske formasjonen 9. I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen vil antennene 2 og 8 være støpt inn i ringrommet i produksjonssonen i formasjonen 9, slik at de er absolutt fiksert i posisjon og stilling. Denne absolutte fikseringen av posisjon og stilling medfører måle- og analysefordeler som ikke foreligger i den kjente teknikk.

Den fikserte monteringen kan utføres på flere måter: Antennen kan være fast anordnet på utsiden av rørstrengen 4, og støpes fast i formasjonen ved hjelp av sement. I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen vist i figur 6b er senderantenner 2 og mottakerantenner 8 anordet i enhetlige rør-strengsantennemoduler 4' som kan skrues sammen og som virker som ordinære komponenter i en rørstreng 4 i en produksj onsbrønnkomplettering.

En foretrukket utførelse ifølge denne oppfinnelsen vil anvendes i en tilnærmet horisontal brønn 1 i en geologisk formasjon 9 som vist i figur 1. Figur 2 viser en anordning for detektering av elektriske egenskaper omfattende minst én senderantenne 2 for utsendelse av elektromagnetiske bølger 26, montert ved en rørstreng 4, hvor senderantennen 2 er innrettet for fiksert montering i forhold til den geologiske formasjonen 9, minst én, fortrinnsvis flere mottakerantenner 8 for de reflekterte elektromagnetiske bølger 26, ved fortrinnsvis den samme rørstrengen 4, hvor mottakerantennene 8 er innrettet for fiksert montering i forhold til den geologiske formasjonen 9. Mottakerantennene 8 må anordnes så nær senderantennene 2 at de under de rådende omgivende resistiviteter kan motta reflekterte elektromagnetiske bølger.

En retningsfølsom antennegruppe 8' omfattende tre eller flere mottakerantenner 8 er i en foretrukket utførelse anordnet omkring rørstrengens 4 akse og i det vesentlige ved den samme posisjon langs rørstrengen 4, innrettet til å detektere de reflekterte elektromagnetiske bølgers 26 og deres reflektorers retning i forhold til rørstrengens 4 akse. Slike retningsfølsomme antennegrupper 8 er vist ved to grupper av dipolantenner 8, med en antennegruppe 8' anordnet på hver side av den viste senderantennen 2. På denne måten kan reflekterte elektromagnetiske bølger mottatt ved flere mottakerantenner 8 ved hver enkelt antennegruppe 8<1> kombi-neres for å beregne en retning a for reflektoren i planet P som ligger normalt på rørstrengens 4 akse gjennom antenne-gruppen 8'. Dette er skissert i figur 2. Kombinasjonen av signalene kan skje via fysisk sammenkobling av antenne-signaler for å oppnå differanser, eller kombinasjoner kan foretas digitalt etter registring av bølgene. Faseforskjeller mellom de innkommende signaler kan også utnyttes for å finne vinkelen a. En vinkel p i forhold til normalplanet P kan beregnes ved å kombinere reflekterte elektromagnetiske signaler mottatt ved minst to mottakerantenner 8 anordnet ved hver sin avstand fra senderantennen, regnet langs rørstrengen 4, og fortrinnsvis på hver sin side av senderantennen 2. Vinklene a og p bestemmer entydig en reflektors retning. En reflektors avstand kan bestemmes ved å estimere toveis gangtid for en elektromagnetisk puls. På denne måten kan en reflektors posisjon beregnes i forhold til rørstrengen 4 og dens senderantenner 2 og mottakerantenner 8.

På samme måte er det fordelaktig med en utførelse med en senderantennegruppe 2<1> omfattende to eller flere senderantenner 2 anordnet omkring rørstrengens 4 akse og i det vesentlige ved den samme posisjon langs rørstrengen 4, innrettet til å sende ut elektromagnetiske bølger hovedsakelig i en valgt retning i forhold til rørstrengens 4 akse.

Figur 6a og 6b viser en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er senderantenner 2 og mottakerantenner 8 kombinert i én rørstrengsantennemodul 4' omfattende en senderantennegruppe 2<1> med minst to senderantenner 2 anordnet ved en første posisjon langs rørstrengsantennemodulen 4', og minst en retningsfølsom gruppe 8' med minst tre mottakerantenner 8 anordnet ved en andre posisjon langs rørstrengsantennemodulen 4'. I den mest foretrukne utførelse av rørstrengsantennemodulen 4' omfatter den en senderantennegruppe 2' med fortrinnsvis to dipol-senderantenner 2 anordnet på hver sin side av rørstrengen 4 ved en første posisjon langs rørstrengsantennemodulen 4',

en første retningsfølsom gruppe 8<1> med fortrinnsvis fire dipol-mottakerantenner 8 anordnet med jevn vinkelavstand omkring rørstrengen 4 ved en andre posisjon langs rørstrengs-antennemodulen 4', og en andre retningsfølsom gruppe 8' med fortrinnsvis fire dipol-mottakerantenner 8 anordnet på samme måte ved en tredje posisjon langs rørstrengsantennemodulen 4<1>, fortrinnsvis på motsatt side av senderantennegruppen 2' i forhold til den første retningsfølsomme gruppe 8'.

Mer spesielt er det på figur 6a illustert at det indre mål i den foretrukne utførelsen vil være 4,9" og det metalliske røret 15 vil ha en diameter på 7". Keramiske isolatorer 6 er anordnet utenpå den metalliske overflaten av røret 15. De keramiske isolatorene 6 danner underlag for henholdsvis senderantenner 2 og mottakerantenner 8. Se fig. 6b. I en foretrukket utførelse kan isolatorene være nedfelt i et sylinderformet spor i det metalliske røret 15. Hele side-flaten av rørstrengantennemodulen 8<1> er dekket av en ikke-ledende kappe for å DC-isolere det elektriske utstyret fra brønnen og den geologiske formasjonen. Sentraliseringsutstyr 71,72 er også anordnet utenpå hver enkelt rørstrengsantenne-modul 4'. I en foretrukket utførelse er den ytre diameter for hver sentraliserer 9". Dette utelukker ikke andre mål på rør-strengsantennemodulen 4'. Elektriske ledninger 7 (fig. 7) er anordnet for energiforsyning og kommunikasjon langs rørstrengsantennemodulen 8', med midler for elektrisk sammenkobling mellom to eller flere rørstrengsantennemoduler 8' innbyrdes og også utstyr annetsteds, for eksempel ved overflaten.

Rørstrengsantennemodulen 4' vil vanligvis utgjøre en del av en rekke like moduler 4', sammen med andre modulære deler av et produksjonsrør i en brønnkompletteringsstreng. Rør-strengsantennemodulen er innrettet til å fortrinnsvis støpes fast i brønnen. Modulen 4' og.de elektriske ledningene 7 må merkes, f.eks. magnetisk, slik at de ikke skytes i stykker under perforeringen av produksjonsrøret.

En elektronikksammenstilling 20 som omfatter nødvendig utstyr for å drive radaren består av en signalgenerator 22 for generering av elektromagnetiske signaler 25 til senderantennen 2, innretninger 80 for mottakelse av signaler (85i, 852,.., 85n) indusert i hver av mottakerantennene {81,82,.., 8n) , signalbehandlingsinnretninger 82 for behandling av de mottatte signaler (85i, 852,.., 85n), og kommunikasjons- og styringsinnretninger 100 for utsendelse av signaler 105 som representerer de elektriske signaler (85i, 852,.., 85n), og for mottakelse av styresignaler 205. Styresignalene 105 og energiforsyning kan i en foretrukket utførelse skje fra en kommunikasjonsinnretning 200 ved overflaten, via de elektriske ledningene 7.

I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen befinner elektronikksammenstillingen 20 seg i umiddelbar nærhet av antennene 2, 8. I en ytterligere foretrukket utførelse skissert ved diagrammet i figur 7 omfatter rørstrengs-antennemodulen 4' elektronikksammenstillingen 20, og elektronikksammenstillingen 20 omfatter en også en adresse-enhet 55, en akkumulator- og ladeenhet 56, et minne 54 og en hvilemodus-enhet 57. Signalbehandlingsinnretningene 82 kan være innrettet til nedihulls prosessering av måledata. I den foretrukne utførelsen vil hver rørstrengsantennemodul 4<1> være adresserbar og selektivt aktiverbar fra kommunikasjonsinnret-ningen 200. Akkumulator- og ladeenheten 56 kan samle energi nok til at tilstrekkelig energi kan sendes ut i de geologiske formasjonene fra senderantennene 2 slik at mottakerantennene 8 kan registrere signaler fra reflektorer. På grunn av effektbegrensninger på energi- og kommunikasjonsledningene 7 anvendes hvilemodus-enheten 57 til å aktivisere forskjellige adresserbare elektronikksammenstillinger 20 med tilhørende antenner 2,8 til hver sin tid, både med hensyn til lading, utsendelse og prosessering.

I en foretrukket utførelse vil signalgeneratoren 22 for generering av elektriske signaler 25 til senderantennen 2 være innrettet til genererering av koherente kontinuerlige elektromagnetiske bølger 26 fra senderantennen 2. Dermed kan man unngå dispersjon av utsendte elektromagnetiske signal på grunn av varierende gruppehastighet som funksjon av frekvensen. I en ytterligere foretrukket utførelse er signalgeneratoren 22 er innrettet til generering av elektriske signaler 25 til senderantennen 2 for utsendelse av koherente kontinuerlige elektromagnetiske bølger ved et antall i forskjellige frekvenser fi, f2, ..., fi fra senderantennen 2.

Det er nødvendig med en impedansreguleringsinnretning 23 (ikke vist) innrettet til å tilpasse senderantennens 2 impedans til maksimal energiutsendelse til den geologiske formasjonen 9 ved hver av de enkelte diskrete utsendte frekvenser fi, f2, ..., fi. Denne impedansreguleringsinnretningen 23 kan være elektroniske svitsjer i selve dipolantennene 2. De elektroniske svitsjer justerer dipolantennenes 2 fysiske lengde. Alternativt, eller som et supplement til svitsjer på antennene kan det foretas tuning av resonanskretsenes kapasi-tans ved tilbakekobling.

På tilsvarende måte er det i den foretrukne utførelse anordnet en impedansreguleringsinnretning 83 (ikke vist) innrettet til å tilpasse mottakerantennens 8 impedans til hver av de enkelte diskrete utsendte frekvenser fi, f2, ..., f i. Således har senderantennene 2 og mottakerantennene med til-hørende impedansreguleringsinnretning 23, 83 svært lik opp-bygning.

For å unngå direktekobling mellom senderantennen 2 og

mottakerantennen 8 kan det anordnes kanselleringsinnretninger 28 innrettet for kansellering av direktebølger eller direktekoblede signal mellom senderantennen 2 og mottakerantennen 8. Differensialkobling mellom mottakerantenner 8, eventuelt en dempet differensialkobling mellom en del av spenningssignalet 25 til senderantennen 2 og mottakerantennen 8 er en mulig løsning for å kansellere det utsendte signal fra mottakerantennen 8, spesielt ved utsendelse av koherente kontinuerlige elektromagnetiske bølger 26. 20. Ved utsendelse av pulsede signaler kan kansellering av direktebølger eller direktekoblede signal foretas ved hjelp av utsatt sampling ved mottakerantennen 8 inntil direktebølgen har passert.

Styringsinnretningen 200 kan befinne seg fortrinnsvis ved havbunnen eller jordens overflate, eller ved et hvilket som helst annet sted.

Signalbehandlingsinnretningene 82 for behandling av de mottatte signalene (85i, 852,.., 85n), omfatter kretser eller midler innrettet til å danne minst ett diskret Fourierfrekvensspektrum av minst to av parametrene amplitude A(<d), fase f (eo), amplitude av realdelen Re (ro), amplitude av imaginærdelen Im(ro), hvor ro omfatter i det vesentlige de frekvenser (fi, f2, ..., f±) som ble utsendt fra senderantennen 2.

I en alternativ utførelse kan signalgeneratoren 22 være innrettet til generering av pulsede elektriske signaler 25 til senderantennen 2 slik som i den kjente teknikk.

Radaren skal anvendes til å detektere gradienten i resistivitet representert ved OWC som befinner seg under den tilnærmet horisontale brønnen. På grunn av sedimentologiske prosesser er de kjemiske og fysiske parametre (mineralsam-mensetning, tetthet, resistivitet, permeabilitet) langs avsatte lag mer konstante enn på tvers av lagene. Derfor representerer resistivitetsloggene vist i figur 5 fra de vertikale brønnene typiske resistivitetsvariasjoner som kan eksistere mellom den horisontale brønnen og OWC under brønnen.

I en produserende vertikal brønn vil OWC på grunn av trykk- og strømningsforholdene kunne danne en tilnærmet vertikal konformet flate omkring produksjonsbrønnen.

Vann i slike dype formasjoner er som regel sterkere elektrisk ledende, med resistivitet under 1 Qm.

Foreliggende oppfinnelse anvendes i en foretrukket ut-førelse inne i oljesonen i reservoarbergarten. Resistiviteten i oljesonen kan være mellom 150 og 1000 firn. Senderantennene og mottakerantennene for radarbølgene plasseres utenpå den metalliske borehullsstrengen, som i en foretrukket utførelse utgjøres av et produksjonsrør, men som i en alternativ ut-førelse utgjøres av et foringsrør, vanligvis av metall. Det er også mulig å anordne sender- og mottakerantennene inne i foringsrør eller produksjonsrør dersom disse rørene er utført i ikke-ledende materialer, for eksempel komposittmaterialer.

Rørstrengen 4 kan omfatte et produksjonsrør eller et foringsrør (eng.:"casing") eller tilsvarende. Mottakerantennene 8 og senderantennen 2 befinner seg utenfor overflaten av de metalliske deler av rørstrengen 4. Dersom rør-strengen 4 er laget av komposittmaterialer som ikke omfatter metall eller andre elektrisk ledende materialer, kan antennene 8 og 2 befinne seg inne i eller inne i veggen av rørstrengen 4.

Det er også mulig å fiksere antennene 2 og 8 på andre måter enn ved innstøping. For eksempel kan borehullsradaren med antennene 2 og 8 være tilbaketrekkbar og utstyrt med styrespor / ledefjær slik at den kan reinsettes i nøyaktig samme posisjon og stilling i produksjonssonen ved et senere tidspunkt etter den første radardetektering.

Claims (17)

1. Georadar med sender- og mottakeranordning for fjerndetektering av elektriske egenskaper i form av resistivitet og dielektrisitetskonstant, i en oljeførende geologisk formasjon (9) via en brønn (1), karakterisert ved(a) minst én elektrisk dipol-senderantenne (2) for utsendelse av elektromagnetiske bølger (26) montert ved en rør-streng (4) i brønnen (1), for eksempel et produksjonsrør eller foringsrør, hvor senderantennen(e) (2) er innrettet til fiksert, permanent anbringelse, og elektromagnetisk sett i det vesentlige uskjermet i forhold til den geologiske formasjonen (9), kombinert med (b) minst én, fortrinnsvis flere elektriske dipol-mottakerantenner (8) for reflekterte elektromagnetiske bølger (26) ved den samme rørstrengen (4) som senderantennen(e), hvor mottakerantennen(e) (8) er innrettet til fiksert, permanent anbringelse i det vesentlige elektromagnetisk uskjermet i forhold til den geologiske formasjonen (9), og c) at en signalgenerator (22) er innrettet til påtrykning av elektriske signaler (25) på senderantennen (2) for utsendelse av koherente kontinuerlige elektromagnetiske bølger (26) suksessivt ved et antall i forskjellige frekvenser (fi, f2, ..., fi ) innenfor frekvensområdet 1-16 MHz.

2. Georadar ifølge krav 1, karakterisert ved en impedansreguleringsinnretning (23) for tilpasning av senderantennens (2) impedans til hver av de enkelte forskjellige frekvenser (fi, f2, ..., fi ), for maksimal effektutsen-delse til den geologiske formasjonen (9) ved hver av frekvensene.

3. Georadar ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved en retningsfølsom antennegruppe (8') omfattende tre eller flere mottakerantenner (8) anordnet omkring rørstrengens (4) akse og i det vesentlige ved den samme posisjon langs rørstrengen (4), innrettet til å detektere de reflekterte elektromagnetiske bølgers (26) og deres reflektorers retning i forhold til rørstrengens (4) akse,

3. Georadar ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved en senderantennegruppe (2') omfattende to eller flere senderantenner (2) anordnet omkring rørstrengens (4) akse og i det vesentlige ved den samme posisjon langs rørstrengen (4), innrettet til å sende ut elektromagnetiske bølger hovedsakelig i en valgt retning i forhold til rørstrengens (4) akse.

4. Georadar ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved en rørstrengsantennemodul (4') omfattende en senderantennegruppe (2') med minst to senderantenner (2) anordnet ved en første posisjon langs rørstrengsantenne-modulen (4'), og minst en retningsfølsom gruppe (8') med minst tre mottakerantenner (8) anordnet ved en andre posisjon langs rørstrengsantennemodulen (4').

5. Georadar ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at rørstrengsantenne-modulen (4') omfatter en senderantennegruppe (2') med fortrinnsvis to dipol-senderantenner (2) anordnet hver på sin side av rørstrengs-antennemodulen {4') ved en første posisjon langs rørstrengs-antennemodulen (4 ') , en første retningsfølsom gruppe {8') med fortrinnsvis fire dipol-mottakerantenner (8) anordnet med jevn vinkelavstand omkring rørstrengsantennemodulen (4') ved en andre posisjon langs rørstrengsantennemodulen (4')/ en andre retningsfølsom gruppe (8') med fortrinnsvis fire dipol-mottakerantenner (8) anordnet med jevn vinkelavstand omkring rørstrengsantennemodulen (4') ved en tredje posisjon langs rørstrengsantennemodulen (4'), fortrinnsvis på motsatt side av senderantennegruppen (2<1>) i forhold til den første retningsfølsomme gruppen (8')-

6. Georadar ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved en elektronikksammenstilling (20) som omfatter: signalgeneratoren (22) for generering av elektromagnetiske signaler (25) til senderantennen (2), innretninger (80) for mottakelse av signaler (85i,852,.., 85n) indusert i hver av mottakerantennene (81,82,.., 8n), signalbehandlingsinnretninger (82) for behandling av de mottatte signaler (85i, 852,.., 85n), kommunikasjonsinnretninger (100) for utsendelse av signaler (105) som representerer de elektriske signaler (85i, 852,.., 85n) , og for mottakelse av styresignaler (205).

7. Georadar ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved en impedansreguleringsinnretning (83) innrettet til å tilpasse mottakerantennens (8) impedans til hver av de enkelte diskrete utsendte frekvenser fi, f2, fi.

8. Georadar ifølge krav 1, karakterisert ved kanselleringsinnretninger (28) innrettet til kansellering av direktebølger eller direktekoblede signal mellom senderantennen (2) og mottakerantennen (8) .

9. Georadar ifølge krav 8, karakterisert ved differensialkobling mellom mottakerantenner (8), eventuelt differensialkobling mellom senderantennen (2) og mottakerantennen (8).

10. Georadar ifølge krav 6, karakterisert ved at elektronikksammenstillingen (20) befinner seg i umiddelbar nærhet av antennene (2, 8).

11. Georadar ifølge krav 4 og 10, karakterisert ved at rørstrengsantenne-modulen (4') omfatter elektronikksammenstillingen (20).

12. Georadar ifølge krav 10 eller 11, karakterisert ved at elektronikksammenstillingen (20) ytterligere omfatter en adresse-enhet (55), en akkumulator- og ladeenhet (56), et minne (54) og en hvilemodus-enhet (57).

13. Georadar ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved en fortrinnsvis elektrisk energiforsynings- og kommunikasjonslinje (7) anordnet mellom kommunikasjonsenheten (100) i elektronikksammenstillingen (20) og styringsinnretning (200).

14. Georadar ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at styringsinnretningen (200) befinner seg ved havbunnen eller jordens overflate.

15. Georadar ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at signalbehandlingsinnretningene (82) for behandling av de mottatte signalene (85i, 852,.., 85n) , er innrettet til å danne minst ett diskret Fourierfrekvensspektrum av minst to av parametrene amplitude A (co), fase f (co), amplitude av realdelen Re (co), amplitude av imaginærdelen Im (co), hvor co omfatter i det vesentlige de frekvenser (fif f2, ..., fi) som ble utsendt fra senderantennen (2) .

16. Georadar ifølge krav 5, karakterisert ved at signalgeneratoren (22) også er innrettet til å generere pulsede elektriske signaler (25) til senderantennen (2).

17. Georadar ifølge krav 9 og 15, karakterisert ved kansellering av direkte-bølger eller direktekoblede signal mellom senderantennen (2) ved hjelp av utsatt sampling ved mottakerantennen (8).