DK174301B1 - Fremgangsmåde til geofysisk prospektering - Google Patents

Description

DK 174301 B1

Opfindelsen omhandler en fremgangsmåde til geofysisk prospektering, hvor en akustisk kilde udbredes i et borehul, og hvor de fra den akustiske kilde stammende signaler bearbejdes på en særlig måde.

5 Det er kendt at anbringe en referencesensor på boreplatformen, og hvor seismiske vibrationer fra boreskæret transmitteres mekanisk gennem bore-ringene og borerøret til toppen af kelly'en og ind i svirvelen. Det på boreriggen registrerede referencesignal svarer til det af boreskæret frembragte signal modificeret af overføringsfunktionen mellem boreskæret og reference-10 sensoren. Det af referencesensoren detekterede signal krydskorreleres med de af feltsensorerne detekterede signaler til bestemmelse af forplantningstiden for de signaler, der transmitteres gennem jorden og reflekteres fra underoverfladiske grænselag. Et eksempel på et sådant system er beskrevet i FR-A-2564980.

15

Det er kendt at udflade kilde spektret og, derfra krydskorrelationens funktions spektrer ved fremstilling af et filter baseret på reference signalet og konvolve-ring af filter tilbagemeldingen med krydskorrelationen af referencen og feltsignalet eller med reference signalet før krydskorrelation. Reference dekon-20 volution bevirker at den resulterende wavelet bliver tydeligere, hvilket forbedrer rumlig og tidsbestemt opløsning.En opløsning af referencesignalet vil dæmpe de flervejssignaler, der optræder i referencesignalet og kaldes borestangsmultipla. Disse er signaler, der er blevet reflekteret fra punkter i borestangen, og som derfor har forplantet sig langs i det mindste ét parti af bo-25 restangen et større antal gange. Imidlertid forefindes der stadig borestangsmultipla i feltsignalerne og dermed også i krydskorrelationsfunktionen mellem feltsignalet og referencesignalet. De i feltsignalet optrædende borestangsmultipla stammer primært fra signaler, der er blevet reflekteret fra toppen af borestangen og derefter vandret ned igen langs borestangen og 30 udbredes fra dennes nederste ende ind i jorden, og signaler, som er blevet reflekteret nedad fra grænsefladen mellem boreringene og borerøret og der- 2 DK 174301 B1 efter forplantes i jorden. Det er kendt at fjerne de langperiodiske borestangsmultipla (de fra toppen af borestangen reflekterede signaler) ved anvendelse af en række krydskorrelationsfunktioner mellem feltsignalerne og referencesignaierne i forskellige borehulsdybder og at anvende et flersporet 5 tilbagekastningsfilter omkring en apparent hastighed lig med halvdelen af forplantningshastigheden i borestangen. De kortperiodiske multipla (de signaler, der reflekteres nedad fra grænsefladen mellem borerøret og boreringene) forekommer dog stadig i feltsignalet.

10 Det er opfindelsens formål at anvise en fremgangsmåde til geofysisk prospektering, ved hvilken energi frembringes ved den nederste ende af en borestang anvendt til boring af et borehul i jorden, hvilken energi sendes ind i jorden som seismisk bølgeenergi fra borestangens nederste ende og sendes opad som en akustisk bølgeenergi gennem borestangen, hvor den nævnte 15 akustiske bølgeenergi detekteres i det væsentlige ved den øverste ende af eller over den nævnte borestang for af frembringe et pilotsignal og hvor den nævnte seismiske bølge energi detekteres ved i det mindste åt sted i feltet beliggende i det væsentlige ved jordoverfladen til frembringelse af et feltsignal, kendetegnet ved anvendelse af det detekterede pilotsignal til dannelse 20 af en operator, der påføres feltsignalet til formindskelse af amplituden af et borehulsmultipielt feltsignal, der følger af energi, der er nedadrettet reflekteret fra et første sted under borestangens top og sendt ind i jorden som seismisk bølgeenergi fra borestangens nederste ende.

25 I en foretrukken udførelsesform frembringes signalet ved rotationen af boreskæret, og der udvikles en operator til at formindske de borestrengsmultipla, der resulterer fra refleksioner mellem grænsefladen mellem boreringene og borerøret og den nederste ende af borestangen.

3 DK 174301 B1 GB 2138136 beskriver brugen af autokorrelation på en nedadgående bølge til frembringelse af en omvendt operator, der er påført refleksioner for at flerne spidser.

5 På samme måde beskriver US 3622966 en algoritme der involverer dannelse af en operator, hvormed der konvolveres og dermed behandles et spor.

Man har dog ikke i nogen af skrifterne fremdraget eller foreslået brugen af energi genereret ved den nedre ende af en borestang og at bruge et pilotsig-10 nal genereret heraf til at frembringe en operator for at reducere effekten på et feltsignal af nedadrettede refleksioner af energi fra en placering under toppen af stangen.

Opfindelsen forklares nærmere nedenfor i forbindelse med tegningen, hvor: 15 fig. 1 viser en boreoperation under anvendelse af en foretrukken udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen, og fig. 2 viser forplantningslinierne for de seismiske signaler, der frembringes af 20 et boreskær ved bunden af et borehul.

Fig. 1 viser et borehul 10, der bores i jorden ud fra en boreplatform 12, der omfatter en konventionel kranopbygning 14, en gulvflade 16, løftegrejer 18, en krog 20, en svirvel 22, en kelly 24, et roterbart bord 26 og en borestang 28 25 bestående af et borerør 30, der er fastgjort til den nederste ende af kelly'en 24 og til den øverste ende af en sektion af boreringe 32, som. bærer et boreskær 34. Borevæske strømmer fra en slambrønd 36 gennem en slampumpe 38 og en slamtilgangsledning 41 og ind i svirvelen 22. Boreslammet strømmer ned gennem kelly'en 24, borestangen 30 28 og boreringene og gennem (ikke viste) dyser i den underste overflade af boreskæret 34. Boreslammet strømmer tilbage opad gennem et ringformet 4 DK 174301 B1 rum 42 mellem borestangens yderflade og borehullets inderflade op til jordoverfladen, hvor det føres tilbage til slambrønden 36 gennem en slamretur-ledning 43.

5 En referencesensor 7 er monteret på det øverste parti af borestangen 28. I en særlig foretrukken udførelsesform er sensoren 7 monteret på svirvelen 22. Normalt anbringes der et antal feltsensorer, såsom geophoner 8 og 9, påjor-doverfladen 2 på passende steder. Sensoren 7 og geophonerne 8 og 9 er indbyrdes forbundne via ledere 53-55 eller ved fjernmålingsforanstaltninger til 10 en forstærker 50, der er forbundet med et registreringsapparat 52. I en foretrukken udførelsesform kan sensoren 7 være et accelerometer.

Boreskærets 34 stødpåvirkninger på klippematerialet ved bunden af borehullet 10 frembringer elastiske bølger, der forplanter sig lodret opad gennem 15 borestangen 28 og radialt udad i jordlagene. Borestangen udøver kun en lille dæmpning af den akustiske energi som følge af stangens stålmateriale, og derfor repræsenterer det af sensoren 7 modtagne signal de af boreskæret 34 i jordlagene udsendte vibrationer. De i jorden udsendte signaler vil forplante sig opad til feltsensorerne og vil også blive reflekteret fra underoverfladiske 20 grænselag, eksempelvis et grænselag 60 under boreskæret 34, og tilbage til feltsensorerne. Normalt bestemmes transmissionstiden for den seismiske energi fra boreskæret til feltsensorerne ved krydskorrelation af det af sensoren 7 detekterede signal med de af feltsensorerne detekterede signaler.

25 Da i det mindste ét parti af det akustiske signal vil blive reflekteret fra diskontinuiteter i borestangen og fra steder, hvor borestangens diameter ændres (primært ved grænsefladen mellem boreringene og borerøret), vil det ved toppen af borestangen detekterede signal ikke blot omfatte det fra boreskæret udsend-30 te primære signal, men også borestangsmultipla, der resulterer fra refleksioner af det primære signal fra borering/borerør-grænsefladen og toppen og 5 DK 174301 B1 bunden af borestangen. Akustisk energi, der stammer fra sådanne borestangsmultipla, udsendes også fra boreskæret ind i jorden. Den reflekterede energi forplantes til feltsensoren fra boreskæret sammen med det fra boreskæret udsendte primære signal.

5

Fig. 2 viser refleksionerne af akustisk energi fra toppen og bunden af bore-stangen 28 og fra grænsefladen 62 mellem boreringene 32 og borerøret 30.

Fig. 2 viser også mulige forplantningsbaner for den seismiske energi fra boreskæret 34 til en feltgeophon 8.

10

Det akustiske signal forplantes opad fra boreskæret til borering/borerør-grænsefladen, hvor en del af energien reflekteres og en del transmitteres og forplantes til toppen af borestangen. Når den reflekterede del når bunden af borestangen, vil en del af den reflekterede energi udsendes i jordlagene og 15 en del reflekteres opad. Når den reflekterede energi igen når op til grænsefladen mellem boreringene og borerøret, vil en del igen tilbagereflekteres osv., så at der fra bunden af borestangen udsendes kortperiodiske borestangsmultipla med en periode svarende til forplantningstiden mellem boreskæret og borering/borerør-grænsefladen. Da en del af det kortperiodiske 20 multiplum transmitteres gennem borering/borerør-grænsefladen, kan den detekteres ved toppen af borestangen.

Følgende ligning repræsenterer i Z transformationsnotation de kortperiodiske signalrækker, der udsendes fra den nederste ende af boreskæret, og som 25 detekteres af feltgeophonen: GEO(Z) = KILDE(Z) [p + (1-p)rpZ2BHA + ...]JORD(Z), hvor p = den brøkdel af energi ved bunden af borestangen, der udstråles i 30 jorden, 6 DK 174301 B1 r = den brøkdel af opad vandrende energi, der reflekteres nedad ved borerør/borering-grænsefladen, og BHA = envejsforplantningstiden mellem bunden af borestangen og bo-5 rering/borerør-grænsefladen.

Den imellem de skarpe parenteser anførte multiplumsekvens kan repræsenteres som BHAMULT(Z), så at geophonsignalet kan skrives som konvolutionen af et kildesignal med impulssvaret fra borehullets bundopbygning og im-10 pulssvaret fra jorden, eller i Z transformationsnotation: GEO(Z) = KILDE(Z) BHAMULT(Z) JORD(Z).

Det af sensoren 7 ved toppen af borestangen detekterede signal benævnes 15 pilotsignalet (eller referencesignalet). Tidsrækken for den kortperiodiske energi, der når op til toppen af borestangen, kan i Z transformationsnotation skrives: PILOT(Z) = K!LDE(Z)[(1-p)(1-r)ZBHA + (1-p)(1-r)(1-p)rZ3BHA+...]DRØR(Z), 20 hvor som før p = den brøkdel af energi ved bunden af borestangen, der udstråles i jorden, 25 r= den brøkdel af opad vandrende energi, der reflekteres nedad ved borerør/borering-grænsefladen, og 30 BHA = envejsforplantningstiden mellem bunden af borestangen og borering/borerør-grænsefladen.

7 DK 174301 B1

Det bemærkes, at bortset fra en amplitudefaktor og en forsinkelsesfaktor ZBHA er udtrykket inden for de skarpe parenteser nøjagtig ækvivalent med udtrykket i parentes for geophonsignalet. Derfor kan pilotsignalet anvendes til 5 at udlede en operator til at dæmpe det kortperiodiske borestangsmultiplum i feltsignalet

Tidsrækken kan også repræsenteres af konvolutionen: 10 · PILOT(Z) = KILDE(Z) BHAMULT(Z) DRØR(Z).

Foruden de kortperiodiske multipla vil der også i pilotsignalet og i felt-geophonsignalet forekomme langperiodiske multipla, der stammer fra refleksioner ved toppen af borestangen. Ved den nederste ende af borestangen 15 udsendes en del af den reflekterede energi ind i jorden og et parti tilbagereflekteres (enten fra bunden af borestangen eller fra borerør/borering-grænsefladen) og vandrer tilbage til toppen af borestangen. Imidlertid vil de ved feltgeophonerne detekterede langperiodiske multipla have andre karakteristikker end de i pilotsignalet ved toppen af borestangen detekterede lang-20 periodiske multipla. Disse karakteristikker gør det ikke muligt at anvende pilotsignalet til at udlede en dekonvolutionsoperator for de langperiodiske multipla i feltgeophonsignalet.

Udelukkes den langperiodiske multiplumenergi i pilotsignalet, er udtrykket 25 DRØR(Z) et rent forsinkelsesfilter, og pilotsignalkonvolutionsligningen kan skrives: PILOT(Z) = Z_KILDE(Z) BHAMULT(Z), 30 8 DK 174301 B1 hvor _ = energiens forplantningstid til vandring fra bunden af borerøret til pilotsensoren ved toppen af borestangen.

Autokorrelationen af pilotsignalet kan i Z transformationsnotation skrives 5 som: PILOT (1/Z) PILOT(Z).

Autokorrelationsfunktionen for den kortperiodiske multiplumenergi kan også 10 skrives: Z-_ KILDE (1/Z) BHAMULT(1/Z) Z_ KILDE(Z) BHAMULT(Z), hvilket reduceres til: 15 KILDE(1/Z) BHAMULT(1/Z) KILDE(Z) BHAMULT(Z).

Til frembringelse af den autokorrelationsfunktion, der udelukker den langperiodiske akustiske energi, vinduesprofileres pilotsignalet til at udelukke forsin-20 kelser lig med eller større end den dobbelte forplantningstid mellem toppen af borestangen og borerør/borering-grænsefladen.

Ud fra denne vinduesprofilerede autokorrelationsfunktion frembringes der en operator, som ved konvolvering med feltgeophonsignalet dæmper den kort-25 periodiske multiplumrefleksion i feltgeophonsignalet. Operatoren, der kan være pilotsignalets minimumfaseinversion, kan udledes véd anvendelse af konventionel bølgekompressionsteknik.

9 DK 174301 B1

Denne operator Kan udtrykkes som: 5 1 OP(Z) =_.

KILDE(Z) BHAMULT(Z).

10 Når denne operator påtrykkes geophonsignalet til JORD(Z)-svaret fås: KILDE(Z) BHAMULT(Z) JORD(Z) OP(Z) GEO(Z) =_ KILDE(Z) BHAMULT(Z) 15 = JORD(Z).

Ved konvolvering af den udledte operator med geophonsignalet dæmpes amplituden af de kortperiodiske multipla i geophonsignalet.

20 Når boreskæret anvendes som energikilde, krydskorreleres feltsignalet normalt med pilotsignalet. Typisk vil denne krydskorrelering foretages, hvorefter operatoren konvolveres med krydskorrelationsfunktionen. Operatoren kan imidlertid konvolveres med feltsignalet forud for feltsignalets krydskorrelation 25 med pilotsignalet.

Selv om opfindelsen er blevet beskrevet med anvendelse af energi udsendt fra boreskæret som den seismiske kilde, forstås det, at der også kan anvendes andre kilder placeret ved den nederste ende af borestangen, eksempel-30 vis organer til frembringelse af vibrationer, impulser, implosioner, explosioner eller pludselige fludiumstød imod borehulsvæggene.

Claims (9)

10 DK 174301 B1

1. Fremgangsmåde til geofysisk prospektering, ved hvilken energi frembrin-5 gesved den nederste ende af en borestang (28) anvendt til boring af et bore-hul(10) i jorden, hvilken energi sendes ind i jorden som seismisk bølgeenergi fra borestangens (28) nederste ende og sendes opad som en akustisk bølgeenergi gennem borestangen, hvor den nævnte akustiske bølgeenergi de-tekteres i det væsentlige ved den øverste ende af eller over den nævnte bo-10 restang for af frembringe et pilotsignal og hvor den nævnte seismiske bølge energi detekteres ved i det mindste ét sted i feltet beliggende i det væsentlige ved jordoverfladen til frembringelse af et feltsignal, kendetegnet ved anvendelse af det detekterede pilotsignal til dannelse af en operator, der påføres feltsignalet til formindskelse af amplituden af et borehulsmultipielt feltsignal, 15 der følger af energi, der er nedadrettet reflekteret fra et første sted under borestangens top og sendt ind i jorden som seismisk bølgeenergi fra borestangens nederste ende.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1 ved hvilken borestangen omfatter et bo reskær (34) ved den nederste ende af borestangen, i det mindst én borering (21) beliggende oven over boreskæret samt et borerør (30), der strækker sig fra den mindst ene borering til i det væsentlige jordoverfladen og det første sted i grænsefladen mellem borerøret og den mindst ene borering. 25

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at den ved den nederste ende af borestangen frembragte energi frembringes af boreskæret (34). DK 174301 B1 11

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, 2 eller 3, kendetegnet ved, at operatoren omfatter pilotsignalets minimumfaser inversion, der udledes fra pilotsignalets autokorrelationsfunktion.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved, at operatoren kon- volveres med feltsignalet.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 5, kendetegnet ved, at pilotsignalet krydskorreleres med feltsignalet forud for konvolveringen af operatoren. 10

7. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved, at pilotsignalet og feltsignalet hver omfatter et kortperiodisk borestangsmultiplum, der resulterer fra refleksioner mellem det første sted og den nederste ende af borestangen, og langperiodiske borestangsmultipla, samt at autokorrelationsfunktionen 15 vinduesprofileres til udelukkelse af de langperiodiske borestangsmultipla fra operatoren.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kendetegnet ved, at frembringelsen af operatoren omfatter en vinduesprofilering af autokorrelationsfunktionen til 20 udelukkelse af borestangsmultipla, der resulterer fra refleksioner mellem i det væsentlige den øverste ende af borestangen og grænsefladen mellem borerøret og boreringen.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 8, kendetegnet ved, at operatoren kon-25 volveres med feltsignalet.