NL194625C - Opnemersamenstel. - Google Patents

Description

1 194625

Opnemersamenstel

Deze uitvinding heeft betrekking op een opnemersamenstel voor gebruik als ontvanger bij akoestische boorgatmetingen, in het bijzonder voor geologische sturing, stratigrafische beeldvorming en het regelen 5 tijdens het boren van afbuigende en horizontale putten, waarbij de gevoeligheid van de opnemer is gericht in radiale richtingen loodrecht op de hartlijn van de boorreeks dichtbij de boorkop, twee afzonderlijke en dezelfde opnemerelementen die geschikt zijn om op dezelfde axiale positie langs die hartlijn van de boorreeks te worden geplaatst, waarbij de uitgangsaansluitpunten van die opnemerelementen onderling zijn verbonden met tegenovergestelde polariteit om een gecombineerde minimale responsie te hebben op 10 invallende akoestische golven en trillingen, die bij beide opnemerelementen identiek zijn.

Een dergelijk opnemersamenstel is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4.744.416, waarbij de vorm van de opnemerelementen echter cilindrisch is.

Er zijn uiteenlopende, voor en tijdens het boren bruikbare methodes, die informatie verschaffen die van belang is voor te nemen beslissingen en voor de regeling die wordt bewerkstelligd tijdens de booroperaties. 15 Beslissingen met betrekking tot doellocaties van olie en gasreservoirs en met betrekking tot putbanen zijn in hoofdzaak gebaseerd op 2- en 3-D seismisch onderzoek vanaf de oppervlakte gecombineerd met verzamelde putgegevens van nabijgelegen putten. Het is zeer nuttig om tijdens het boren de positie van de boorkop met betrekking tot het desbetreffende seismische gebied te weten. Echter een exacte overeenstemming van de verticale diepte tussen de geologische prognose uit seismische onderzoeken en de boorkop-20 positie is niet gemakkelijk te verkrijgen. Formatiesnelheidsprofielen worden gewoonlijk na het boren verschaft uit via draadleidingen bediende sonische verslagen en geofysische onderzoeken van het boorgat, dat wil zeggen verticale seismische weergave in profiel (Vertical Seismic Profiling (VSP)).

Voor alle via draadlijnen en boorpijpen overgebrachte diensten moet het boren worden gestopt en moet de boorkolom uit het gat worden getrokken voorafgaand aan het onderzoek. Seismisch boorgatonderzoek 25 van deze soort biedt bruikbare postboorinformatie over de structurele eigenschappen van de ondergrond en de putbaan ten opzichte daarvan. Echter de put kan al op de verkeerde plaats met betrekking tot de van belang zijnde geologische gebieden bevinden.

Bij de put aanwezige petrofysici, geologen en leidinggevende boorders gebruiken tegenwoordig formatie beoordelingsverslagen gebaseerd op meting tijdens boren (Measurement While Drilling (MWD)) en 30 verslagvorming tijdens boren (Logging While Drilling (LWD)) naast gerichte onderzoeken om de putlocatie te bepalen op de geologische kaart welke is voorspeld op basis van seismische data en nabijgelegen putten. MWD- en LWD-verslagen kunnen bevestigen of het doelgebied op de voorspelde diepte al dan niet is bereikt, daardoor de boorder een "real time” leidraad geven met betrekking tot de diepte en de richting om verder te gaan. Natuurlijke gammastraling en resistiviteitsinrichtingen vormen daarbij aanvullende middelen 35 voor het verkrijgen van nuttige informatie. Het grote probleem bij huidige petrofysische inrichtingen is de zeer geringe penetratiediepte, in hoofdzaak minder dan 1-2 meter, in de omringende formaties.

Om problemen met betrekking tot slechte positionering van de putbaan ten gevolge van onzekerheden in onderzoeksdata en seismische kaarten te overkomen, zijn MWD-boorgat sonar-methodes voorgesteld. Het hoofddoel van dergelijke methodes en inrichtingen is om zeer nauwkeurige waarneming en interpretatie 40 mogelijk te maken van rotsstrata en fluïdumcontacten aan de zijkant van en voor de boorkop.

Verwezen wordt naar het stelsel beschreven in de internationale octrooiaanvrage met publicatienummer WO93/07514. Deze internationale octrooiaanvrage heeft betrekking op een stelsel en werkwijze voor het uitvoeren van seismische bodemexploratie en waarneming tijdens het boren van een put. Zowel akoestische als elektromagnetische energie wordt gebruikt. De energie kan worden verschaft door de booroperatie zelf, 45 of kan worden voortgebracht door een andere bron beneden in het gat. De gevoeligheidsrichting van gebruikte akoestische sensoren kan in radiale richting ten opzichte van de hartlijn van de boorkolom of het boorkolomgereedschap verlopen.

De onderhavige uitvinding is in het bijzonder gericht op toepassing tijdens het boren van zeer kromme afbuigende en horizontale putten. Zoals bij zojuist aangeduide bekende stelsels omvat deze uitvinding een 50 seismische bron en een ontvanger- of sensorgroepering opgenomen in de boorkolom dicht achter de boorkop. Er wordt een stratigrafisch beeld verkregen, dat reflecties van schuine en horizontale lagen boven en onder de putbaan toont. Er wordt een ononderbroken zijdelings onderzoeksbereik verschaft, waaruit afwijkingen in de formatiesnelheden, hellingshoek van de formatie en boorbaandiepte ten opzichte van geologische lagen van nabijgelegen boorputten kan worden afgeleid. Dit soort informatie van op afstand kan 55 gecombineerd met conventionele, gerichte MWD onderzoeksdata echte directe (real time) sturing van de boorbaan mogelijk maken bij het op doeltreffende wijze laten uitkomen van de put in het reservoir, waarbij een stratigrafische regeling wordt verschaft en waarbij de put in het reservoir wordt gehouden zodra deze 194625 2 hierin is binnengegaan. Een typisch bereik voor een dergelijk stelsel is 20-50 meter.

Huidige gegroepeerde sonische gereedschappen zijn in staat grenzen van lagen waar te nemen op een afstand van ongeveer 15 meter. Echter een aanzienlijke signaalverwerkingscapaciteit is nodig deze reflecties met kleine amplitude of van directe golven in het boorgatflui'dum en gebroken golven langs de 5 boorgatwand afkomstige gebeurtenissen te versterken en te scheiden. De gevoeligheid voor door de booroperatie opgewekte trillingsruis is in dit verband ook een ernstig probleem. Zoals hiervoor al opgemerkt, zijn gerichte akoestische ontvangers of sensoren nodig om dergelijke problemen op te lossen. Het benodigde is dus een opnemersamenstel met een minimale gevoeligheid in de axiale richting van de boorkolom waarin een dergelijk ontvanger/opnemer-samenstel is bevestigd.

10 Het opnemersamenstel van een in de aanhef genoemde soort wordt volgens de onderhavige uitvinding, gekenmerkt doordat die twee opnemerelementen elk een actief orgaan met een in hoofdzaak platte vorm, zoals een membraan of elementen van het bendertype, omvat en dat de twee organen met een in hoofdzaak platte vorm in een gemeenschappelijk vlak zijn geplaatst en de zijdelingse afstand tussen de middengedeeltes van die twee opnemerelementen gelijk is aan of minder is dan de halve golflengte van de 15 te ontvangen maximale akoestische frequentie.

De oplossing volgens de uitvinding verschuift een geavanceerd concept, dat een volgen van de boorkopplaats ten opzichte van de plaatselijke rotsstrata, bijvoorbeeld reservoir grenzen en gas/oliecontact tijdens het boren, op nauwkeurige wijze en met hoge resolutie mogelijk maakt. Deze informatie in combinatie met gerichte onderzoeksdata verschaft een gereedschap voor het volgen, voor de planning en voor het 20 bijstellen van de richting van de bron op een directe (real time) basis. Een MWD-gereedschap dat dit opnemersamenstel omvat, zal dus een waardevolle hulp zijn voor formatie-evaluatieverslagen en het verbeteren van de interpretatie van het seismische oppervlakteonderzoek.

De opnemer is ontworpen om te werken wanneer het boren aan de gang is, en kan mogelijk de door de boorkop uitgezonden energie als een akoestisch bronsignaal gebruiken. Echter, een andere of actieve 25 geluidsbron zal in de werkelijke praktijk gewoonlijk de voorkeur hebben. Tijdens het actief boren overschrijden de trillings- en akoestische ruisniveaus bij de opnemers de niveaus van weerkaatste signalen aanzienlijk. Met het opnemersamenstel volgens de uitvinding wordt een aanzienlijk verbeterde signaal-ruis-verhouding verkregen. De meeste aspecten van dit nieuwe opnemerontwerp zijn zelfs van belang wanneer wordt geregistreerd wanneer het boren is gestopt, waarbij dan natuurlijk een aparte, actieve geluidsbron 30 wordt gebruikt.

J

In de volgende, naar de tekeningen verwijzende beschrijving zullen het opnemersamenstel volgens de uitvinding en ook aanvullende specifieke maatregelen en verdere voordelen daarvan gedetailleerder worden beschreven. In de tekeningen toont: 35 figuur 1 in vereenvoudigd aanzicht een stuk van een boorkraag waarin een uitvoeringsvorm van het opnemersamenstel is bevestigd, figuur 2 hetzelfde samenstel als figuur 1 in vooraanzicht, figuur 3 een dwarsdoorsnede langs de lijn A-A in figuur 2, figuur 4 het opnemersamentel uit figuren 1, 2 en 3 afzonderlijk in langsaanzicht, 40 figuur 5 hetzelfde opnemersamenstel in bovenaanzicht, figuur 6 hetzelfde samenstel als in figuren 4 en 5 in langsdoorsnede, figuur 7A schematisch een samenstel met twee opnemerelementen die parallel (anti-parallel) zijn geschakeld, figuur 7B een samenstel met twee opnemerelementen die in serie (met tegenovergestelde polariteiten) 45 zijn geschakeld, figuur 8 een grafiek die de richtingsgevoeligheid van een opnemersamenstel volgens de uitvinding toont, en figuur 9 een vereenvoudigde weergave van een boorstrenggereedschap omvattende een akoestische bron of zender en alternatieve opnemerconfiguraties gebaseerd op het samenstel volgens de uitvinding, 50 langs de boorstreng of het gereedschap.

Het onderhavige opnemersamenstel of de onderhavige MWD-sensor is geschikt om te passen binnen de vorm en de grootte van een zwaarstang 20 bijvoorbeeld met een diameter van 6, 5" (zie figuren 1-3). Teneinde onnodige verzwakking van de zwaarstang 20 te vermijden verlopen oliereservoirs en elektronica-55 houders in het samenstel meer in de lengterichting dan in de diepte van de zwaarstang. Aangezien de opnemer geschikt is om te werken in een vloeistofomgeving, dat wil zeggen boorfluïdum of slib, zal deze in de navolgende beschrijving ook worden aangeduid als ’’hydrofoon”.

3 194625

Zoals te zien in figuur 1 omvat de hydrofoon drie hoofddelen: het centrale hydrofoonhuis 1, het drukcompensatorhuis 2 en het elektronica-huis 3. Zoals in het bijzonder uit figuren 2 en 5 te zien is zijn er twee afzonderlijke opnemerelementen 4, 4' aangebracht, welke een membraan- of bender-type element kunnen zijn. De twee benders 4, 4' in het centrale huis 1 zijn bij een de voorkeur hebbende uitvoeringsvorm 5 gemaakt door twee piëzo-elektrische keramische schijven met een diameter van 20 mm en een dikte van 0,5 mm te lijmen op een 0,25 mm stalen schijf. De benders zijn door middel van een laser nauwkeurig gesneden tot 21 mm diameter bijvoorbeeld na het lijmen, en met een laser gelast aan stalen ringen die in het centrale huis 1 zijn geschroefd. De keramische schijven aan de buitenzijde van benderelementen 4, 4' zijn verbonden met leidingen binnen het huis 1 door middel van elektrische doorvoeren 5 (figuur 4).

10 Uitwendig soldeerwerk en uitwendige keramische delen zijn bedekt met een warmte en boorspoeling bestendige flexibele rubbercompound (niet getoond) om slijtage door door boorspoelingstroming of andere mechanische spanningen te verhinderen. Een dergelijke rubberen bedekking kan worden aangebracht om in meer of mindere mate een zijdelingse uitsparing IA, waarin de benderelementen 4, 4' zijn bevestigd, te vullen. Onder elke bender bevindt zich een holte 10 die is verbonden met de twee oliereservoirs 11 via een 15 axiale boring (zie in het bijzonder figuur 6). In figuur 6 zijn details weergegeven slechts met betrekking tot benderelement 4 (figuur 5) maar overeenkomstig details zijn ook te zien in samenhang met bender 4'.

Aan één kant is het centrale huis 1 verbonden met het drukcompensatiehuis 22 door axiale schroeven (niet getoond). De verbinding wordt door met twee 0-ringen afgedichte geleidingspennen met fluïdum-doorgangen of smoorkleppen 8 doorgeleid. Via deze smoorkleppen, die geboorde doorgangen met een 20 diameter van 2 mm en 10 mm lang kunnen zijn, zijn de oliereservoirs 11 verbonden met een met olie gevulde drukcompensatieholte of reservoir 12. Een rubber diafragma is hier aangebracht als een druk-compensatiediafragma 9.

Aan de andere zijde is het centrale huis 1 verbonden met het elektronicahuis 3 door axiale schroeven (niet getoond). De verbinding wordt doorgeleid door twee met 0-ringen afgedichte geleidingspennen 6. In 25 het midden van elke geleidingspen bevindt zich een elektrische doorvoer 7 die de van de bender 4, 4' afkomstige leidingen verbindt met het elektronicahuis 3.

Figuren 1, 2 en 3 tonen een hydrofoon 1, 2, 3 die verzonken is bevestigd bij een zwaarstang 20 in een gefreesde groef 20A. Hydrofonen van dit type kunnen worden aangebracht in een aantal verschillende antennes en bronconfiguraties voor beneden in het gat; met groepen hydrofoons langs de boorstreng, 30 kunnen twee hydrofoons worden aangebracht aan elke zijde van de streng of met een kleinere hoek worden geroteerd, hydrofoons kunnen worden aangebracht aan beide zijden van de geluidsbron (zie figuur 9). De richting waarin de hydrofoon of antenne gericht is wordt bepaald door gereedschapsvlak-metingen op basis van magnetisme of gravitatie met behulp van gebruikelijke gerichte onderzoeksinstrumenten of met behulp van ingebouwde magnetometers en versnellingsmeters. Behalve door de hierboven genoemde rubber-55 compound kunnen de hydrofoons worden beschermd door een (niet getoonde) beschermingsring/cilinder, die is bevestigd aan de buitenzijde van de zwaarstang 20 die is voorzien van schermen om signaaldoorgilte mogelijk te maken.

Met betrekking tot de voorgaande beschrijving met verwijzing naar figuren 1-6 is het belangrijk op te merken dat de twee afzonderlijke opnemer- of bender-elementen 4,4' zijn geplaatst in hoofdzaak in 40 eenzelfde of gemeenschappelijk radiaal vlak, dat wil zeggen op dezelfde axiale plaats ten opzichte van de boorstreng-hartlijn door de zwaarstang 20. Zoals verderop zal worden toegelicht, is deze aanbrenging van de twee opnemerelementen essentieel voor de voordelige richtingsgevoeligheid, die wordt verkregen met het onderhavige opnemersamenstel. Bovendien moet de zijdelingse afstand 4D (figuur 5) tussen de twee ' opnemerelementen 4, 4' gemeten in het bijzonder tussen de middengedeeltes daarvan, gelijk zijn aan of 45 <1/2 golflengte van de te ontvangen maximale akoestische frequentie. Een verder aspect dat in de werkelijke praktijk van belang is, is dat de twee opnemerelementen worden gekozen uit een voorraad van dergelijke elementen door meting van relevante parameters om een optimale overeenstemming of vergelijkbaarheid tussen de twee elementen in elk paar of opnemersamenstel te verzekeren.

Tenslotte verwijzend in het bijzonder naar figuren 4 en 5, liggen de twee opnemer- of bender-elementen, 50 die elk een in hoofdzaak platte vorm hebben, op één lijn in een gemeenschappelijk vlak binnen de uitsparing 1A, die zich uitstrekt dwars op de axiale of langsrichting van het opnemerhuis 1, 2, 3 (als geheel) en van zwaarstang 20.

Er is voor gebruik in een boorstreng en op aanzienlijke boorgatdieptes een aantal strikte eisen aan een opnemersamenstel of hydrofoon. De opnemerelementen 4, 4' moeten statische drukken tot aan 100 MpA 55 (1000 bar) verdragen zonder dat de belangrijke parameters buiten het bereik van goed functioneren komen. Dit vereiste maakt het gebruik van luchtondersteuning van de opnemerelementen onmogelijk. De stijfheid van een luchtondersteuning neemt lineair met de statische druk toe. Wanneer luchtondersteuning een deel 194625 4 van de totale stijfheid is, zal de resonantiefrequentie drastisch met de statische druk toenemen. Een deze druk weerstaande opnemer zal een zeer lage gevoeligheid hebben.

De opnemer moet derhalve voor druk gecompenseerd worden, zoals hierboven al is beschreven. De statische druk moet toegang hebben tot beide zijden van het opnemermembraan. Bij lage frequentie moet 5 de opnemer van het drukgradienttype zijn.

Op basis van het spectrum van uitgezonden geluid en op basis van overbrengingsverliezen, zal het waarschijnlijke frequentiebereik voor bedrijf 1000-4000 Hz zijn. De drukcompensatie, of het mechanische hoog-doorlaatfilter, kan derhalve worden gebruikt tot aan een frequentie van 1000 Hz. De uitwendige druk moet tot de achterkant van de bender- of membraan-elementen 4, 4' toegang hebben via een akoestisch 10 laag-doorlaatfilter met een frequentielimiet iets lager dan 1000 Hz. De hierboven met verwijzing naar figuur 6 beschreven smoorkleppen 8 hebben het effect van een dergelijk laag-doorlaatfilter. Het drukgradient-principe kan worden gebruikt zelfs in het actieve frequentiebereik, wanneer de richtingsgevoeligheid daarvan wordt aanvaard. De drukcompensatie introduceert een vermindering van gevoeligheid van 12 dB/octaaf vanaf de grensfrequentie (hoog-doorlaat).

15 Het probleem van mechanische trillingen van de boorstreng is zeer belangrijk in verband met deze uitvinding. Veerkrachtige bevestiging en verminderde massa voorkomen geen ruis afkomstig van mechanische trillingen, welke is gekoppeld met de opnemer door de vloeistofondersteuning of de vloeistofbelasting aan de voorkant van het membraan. Een gebalanceerd opnemersamenstel, zoals beschreven, zal de uitwijking van het membraan en de behoefte aan de bijbehorende voorversterker verminderen. Ten gevolge 20 van de lange golflengte van het belangrijke frequentiegebied voor mechanische trillingen, kunnen twee identieke opnemerelementen met tegenovergestelde fase de trillingen van de streng neutraliseren. Het paar elementen zal werken als een drukgradientstelsel voor akoestische excitatie. Tegenovergestelde fase betekent hier dat de uitgangsaansluitpunten van de twee elementen onderling zijn verbonden met tegenovergestelde polariteit, hetzij door directe vaste bedrading hetzij via afzonderlijke voorversterkers. Dit wordt 25 hierna verder toegelicht, in het bijzonder met verwijzing naar figuur 7A en 7B.

De richtingsgevoeligheid van het opnemersamenstel zal de ruis en de invloed van overbrengingsbanen langs de hartlijn van de boorstreng, die geen reflecties van gesteentestrata of vloeistofcontact representeren, verminderen. Het is dus van groot voordeel om een opnemersamenstel met een lage gevoeligheid in de axiale richting van de boorstreng te gebruiken.

30 Een paar opnemers of benderelementen 4, 4' aangebracht op de zwaarstang 20, bij voorkeur gekeerd in dezelfde richting zoals getoond in figuren 1-6, zullen de richtingsgevoeligheidsgrafiek van ’’figuur 8” vertonen en een knooppunt van geen gevoeligheid langs de boorstreng vertonen. De combinatie zal een knooppunt hebben zelfs in de richtingen van mogelijk gereflecteerde signalen. Echter metingen genomen tijdens rotatie zullen alle mogelijke invalshoeken aftasten. Met stuurbare boorsamenstellen, moet de hoek 35 van het gereedschapsbak worden veranderd in discrete stappen of er kan een configuratie van twee paar een orthogonaal hartlijnenstelsel vormende opnemers worden gebruikt, die alle mogelijke invalshoeken zal bestrijken.

Figuren 7A en 7B tonen schematisch twee verschillende voorbeelden van elektrische verbindingen rond een samenstel van twee opnemers- of bender-elementen, dat wil zeggen het paar elementen 21 en 22 uit 40 figuur 7A en het paar elementen 25 en 26 uit figuur 7B. Deze twee paar elementen komen natuurlijk overeen met de twee opnemerelementen 4 en 4', getoond in figuren 1-6. Een trilling van de boorstreng brengt een signaal voort bij de opnemerelementen van de paren. Idealiter zijn deze twee trillingssignalen gelijk van amplitude, fase en richting. Het is ten zeerste gewenst om het trillingsignaal te verwijderen, terwijl het geluidsignaal nog wordt behouden. Aangezien zowel het trillings- als geluidssignaal zich voordoen in 45 dezelfde frequentieband, is het niet gemakkelijk om dit door frequentiefiltering te bereiken. Overeenkomstig de uitvinding is de oplossing het aftrekken van het ene opnemersignaal van het andere. Indien de geïdealiseerde aanname met betrekking tot de fase, amplitude en richting juist is, dan zal het verschil-signaal, ”diff’ in figuur 7A en 7B geen trillingscomponent ten gevolge van de boorstreng hebben. Geluidstril-lingen kunnen echter het opnemersamenstel onder een andere hoek treffen, hetgeen afhankelijk van de 50 frequentie, een faseverschil in de geluidscomponenten bij de twee opnemerelementen, bijvoorbeeld elementen 21 en 22 in figuur 7A, geeft. Dit faseverschil veroorzaakt dat een geluidscomponent zich voordoet met ”diff’, dat wil zeggen de ingang naar de versterker 23.

Het dynamische bereid van het gemengde geluids/trillings-signaal in samenhang met booroperaties van de hier beschouwde soort, wordt verondersteld groter dan 100 dB te zijn. Dit is niet gemakkelijk te 55 behandelen met in de praktijk toegepaste actieve elektronicacomponenten. Het is dus een voordeel om een passieve aftrekking te maken door de twee opnemerelementen eenvoudig op een differentiaal manier te bedraden (zie figuur 7A en 7B). Het verschilsignaal wordt dan versterkt door een actief netwerk 23 5 194625 respectievelijk 27. Aannemend dat de trilling van beide opnemerelementen 21/22 respectievelijk 25/26 identiek is (zie hierboven), wordt de dynamica van het ”diff”-signaal aanzienlijk verminderd.

De constructie van elk opnemer- of bender-element kan bijvoorbeeld worden gezien in figuur 7A, element 21. Dit is het onderdeel dat geluidsdruk omzet in spanning. Het omvat een metalen of stalen plaat 21A met 5 aan beide zijden keramische schijven 21B en 21C van piëzo-elektrisch materiaal. De geluidsdruk (of trillingen) buigt de metalen plaat 21A. Dit geeft een volumeverandering in de keramische schuif-”opnemer” en aldus elektrische spanning daarover. Aldus wordt een spanning opgewekt over het benderelement 21.

De twee keramische schijven 21B en 21C bij element 21 zijn bevestigd met tegenovergestelde polariteit, zodat een buiging van het element een totale benderpolariteit geeft, zoals gemarkeerd (+) in figuur 7A. Om 10 een gradienthydrofoon of opnemersamenstel volgens deze uitvinding te vormen, zijn twee benderelementen, zoals getoond in figuur 7A respectievelijk 7B, nodig. Dit maakt in de praktijk dus de twee verschillende configuraties van figuur 7A en 7B mogelijk.

De twee opnemerelementen 21 en 22 in figuur 7A zijn parallel geschakeld of liever anti-parallel geschakeld, hetgeen een de voorkeur hebbende uitvoeringsvorm is. Dit resultaat in een bronimpedantie van 15 1/jwCc, waarbij Cc de capaciteit van één keramische schijf is. Elk benderelement 21, 22 kan worden geaard, zoals aangegeven in figuur 7A, hetgeen een ingangsverschilversterker 23 vereist.

De twee opnemer- of benderelementen 25 en 26 in figuur 7B vormen een serieschakeling. Dit resulteert in een bronimpendatie van 4/jwCc. Deze schakeltechniek vereist isolatie van de benderschijven 25B, 25C en 25b en 26C ten opzichte van de aarde, maar de ingangsversterker 27 kan enkelzijdig zijn (zoals aangege-20 ven in de figuur). De techniek van het isoleren van de benderschijven ten opzichte van de signaalaarde introduceert enkele mechanische problemen, zodat het anti-parallelsamenstel van figuur 7A op het moment de voorkeur heeft.

Zoals hierboven beschreven, kunnen twee identieke, afzonderlijke opnemerelementen in een gebalanceerde dipoolconfiguratie (tegenovergestelde fase) een aantal voordelen hebben, wanneer symmetrie en 25 drukcompensatie op juiste wijze wordt benut. Terugkerend naar figuren 1-6 zijn twee ronde piêzo- elektrische benderelementen 4, 4' dus bevestigd aan het oppervlak van de boorstreng 20, met de middelpunten bijvoorbeeld 6 cm uit elkaar. De met olie gevulde steunholte 10,11,12 is ondiep en heeft zijn grootste afmeting in de richting langs de hartlijn van de boorstreng. De holte 10-11 is zo ondiep als mogelijk gemaakt, daar wordt gemeend dat dit de traagheidskrachten van de olie achter de benderelementen 4, 4' 30 vermindert. Dit is gedaan om grote uitwijkingen van de benderelementen ten gevolge van transversale trillingen van de streng en kraag 20 te vermijden.

Wanneer, zoals beschreven, de opnemerelementen met tegengestelde fase zijn verbonden, neutraliseert de configuratie signalen van longitudinale en torsietrillingen. Signalen afkomstig van dwarstrilling worden gedeeltelijk geneutraliseerd. Zowel ruis als actieve signalen, die direct vanaf de boorkop zijn overgebracht, 35 worden ook geneutraliseerd.

Er wordt nu verwezen naar figuur 8.

Gebruikmakend van gemeten frequentieresponsiedata, kan het richtingsgevoeligheidspatroon voor een MWD opnemer- of sensorprototype (niet bevestigd op een boorkraag) worden berekend zoals getoond in het bovenste deel van figuur 8. Ten gevolge van het faseverschil tussen de twee bij 750 Hz en 1,6 kHz 40 gebruikte benderelementen doet zich een schuin richtingsgevoeligheidspatroon voor, zoals getoond met krommen 31A respectievelijk 32A. Bij 4 kHz is het faseverschil zeer klein, hetgeen een bijna perfecte richtingsgevoeligheidsfunctie 33A oplevert. De voor identieke benderelementen berekende, overeenkomstige theoretische krommen 31B, 32B, 33B worden getoond in het onderste deel van figuur 8. Om een goede richtingsgevoeligheidsfunctie bij alle frequenties te bereiken moet een selectiemethode worden gebruikt 45 teneinde goed bij elkaar passende paren benderelementen te selecteren voorafgaand aan het assembleren van het volledige sensor-opnemersamenstel.

Overeenkomstig de bovenstaande beschrijving wordt de oplossing voor de in het inleidende deel besproken problemen hier gepresenteerd in de vorm van paren ontvanger/opnemerelementen in een dipoolconfiguratie, waardoor het opnemersamenstel de richtingsgevoeligheid zal verkrijgen die gewenst is.

50 Nu tenslotte verwijzend naar figuur 9 wordt van dit opnemersamenstel een praktische uitvoeringsvorm getoond, die wordt gebruikt tijdens een booroperatie. Boorgat 40 wordt geboord door een formatie 42 met grenslagen 43A en 43B met andere formaties 41. Bij het ondereind van een boorstreng is een zwaarstang 44 voorzien, aan het uiteinde waarvan een stuurbare boorkop 45 is bevestigd. Dicht achter de boorkop wordt een akoestische bron 47 getoond, die met 49 aangegeven geluidsgolven ultzendt, welke worden 55 gereflecteerd vanaf grenslagen 43A en 43B, en worden waargenomen door een antenne configuratie, die in dit geval bestaat uit twee diametraal bevestigde opnemerparen, aangegeven met 48. Elk paar in deze antenne groepering is een opnemersamenstel bestaande uit een paar benderelementen, zoals hiervoor

Claims (6)

194625 6 beschreven. Met 44D is de zijdelingse tussenafstand tussen de twee elementen in elk paar aangegeven. Verscheidene opnemerparen kunnen bij de zwaarstang 44 zijn aangebracht. Bij een werkelijke operatie wordt de afstand tot de reflecterende grenslaag 43 vanaf de hartlijn van het boorgat bepaald door het meten van de voortplantingstijd en uit kennis met betrekking tot de seismische 5 snelheid in de formatie 42. Met het boven beschreven opnemersamenstel is het mogelijk om de gereflecteerde signalen waar te nemen zonder dat deze worden gemaskeerd door ongewenste signalen, die zich voortplanten langs en in het boorgat 40 alsook door de boorstreng zelf. Deze akoestische afstandsmetingen zullen ook worden gecombineerd met hellings-, azimut- en gereedschapsvlak-metingen om stratrigrafische inclinatiehoeken te bepalen en de plaatselijke rotsstrata te koppelen aan geometrische posities. 10 In de bovenstaande beschrijving is het opnemersamenstel ook aangeduid als gradiënt hydrofoon of dipoolopnemer, maar het zal duidelijk zijn dat de basisprincipes achter deze uitvinding hetzelfde zijn ondanks de enigszins variërende, gebruikte terminologie. 15 Conclusies

1. Opnemersamenstel voor gebruik als ontvanger bij akoestische boorgatmetingen, in het bijzonder voor geologische sturing, stratigrafische beeldvorming en het regelen tijdens het boren van afbuigende en horizontale putten, waarbij de gevoeligheid van de opnemer is gericht in radiale richtingen loodrecht op de 20 hartlijn van de boorreeks dichtbij de boorkop, twee afzonderlijke en dezelfde opnemerelementen die geschikt zijn om op dezelfde axiale positie langs die hartlijn van de boorreeks te worden geplaatst waarbij de uitgangsaansluitpunten van die opnemerelementen onderling zijn verbonden met tegenovergestelde polariteit om een gecombineerde minimale responsie te hebben op invallende akoestische golven en trillingen, die bij beide opnemerelementen identiek zijn, met het kenmerk, dat die twee opnemerelementen 25 (4, 4') elk een actief orgaan met een in hoofdzaak platte vorm, zoals een membraan of elementen van het bendertype, omvat en dat de twee organen met een in hoofdzaak platte vorm in een gemeenschappelijk vlak zijn geplaatst en de zijdelingse afstand (4D, 44D) tussen de middengedeeltes van die twee opnemerelementen (4, 4', 48) gelijk is aan of minder is dan de halve golflengte van de te ontvangen maximale akoestische frequentie.

2. Opnemersamenstel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een centraal uitgespaard deel (1A) voor het opnemen van de twee opnemerelementen een langwerpige vorm heeft, waarvan de langshartlijn overkomt met de axiale richting van de boorkraag of dat boordeel (20).

3. Opnemersamenstel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat dat uitgespaarde deel (1A) is voorzien in een centraal huissegment (1) van dat opnemerhuis, dat een elektronica opnemend segment (3) is voorzien 35 aan één zijde van dat centrale huissegment (1) en dat een drukcompensatiesegment (2) is voorzien aan de andere zijde van dat centrale huissegment (1), waarbij die segmenten (1, 2, 3) zijn aangebracht langs die langshartlijn van dat opnemerhuis.

4. Opnemersamenstel volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat achter elk opnemerelement (4) in dat centrale huissegment (1) een met vloeistof gevulde holte (10) is voorzien, die via afzonderlijke doorgangen 40 (8) is verbonden met een gemeenschappelijk reservoir (12), en dat dat gemeenschappelijke reservoir diafragma (9) heeft dat is gekeerd naar de omgevende omgeving.

5. Opnemersamenstel volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat elke afzonderlijke doorgang een smoorklep vormt voor het instellen van de stromingsdwarsdoorsnede tussen die holte (10) en dat gemeenschappelijke reservoir (12) en om werkzaam te zijn als een akoestische laag doorlaatfilter.

6. Opnemersamenstel volgens één van de conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de uitgangsaansluitingen van die twee opnemerelementen (21, 22) anti-parallel met elkaar zijn verbonden. Hierbij 4 bladen tekening