Die Erfindung betrifft ein Prospektionsverfahren vermittels
akustischer Wellen bzw. Schallwellen in durch unterirdische
Schichten gebohrte Bohrlöcher, die für die Produktion von
Abströmen ausgerüstet sind und hat auch eine Vorrichtung zur
Durchführung seines Verfahrens zum Gegenstand.
Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich anwenden
beispielsweise auf seismische Operationen, welche in
Bohrlöchern ausgeführt werden, die für die Produktion von
Erdölabströmen ausgerüstet sind.
Die Ausrüstung für solche Bohrlöcher besteht im allgemeinen
aus einem Ausbau bzw. einer Verrohrung (casing), die an den
Wandungen des Bohrlochs durch Einspritzen von Zement in den
Ringraum befestigt wird. Eine Produktionskolonne von einem
Querschnitt geringer als dem des Rohres wird in das Bohrloch
bis in die Produktionszone abgesenkt. Sie ist gegen ihre
Basis mit einem oder mehreren Verschlußorgangen versehen.
Durch Dilatation dieser Verschlußorgane verschließt man den
Ringraum zwischen der Kolonne und dem Schachtrohr. Die
Rohrkolonne dient dazu, die Erdölabströme gegen die
Oberfläche zu heben oder auch für verschiedenste
Eingriffsvorgänge wie beispielsweise das Einspritzen von
Substanzen in unterirdische Formationen zum Stimulieren der
Produktion.
Bei einem im Vorgang der Produktion befindlichen Bohrloch
ist es günstig, seismische Aufzeichnungen vorzunehmen, um
die Entwicklung der Sättigung der produzierenden Schichten
an Abströmen während ihrer Ausbeutung zu kennen, wobei diese
Aufzeichnungen in einer besonderen Region der Formation
lokalisiert sind. Möglich wird beispielsweise ein Verfahren
vom Typ PSV (seismisches vertikales Profil), welches den
Empfang der durch die geologischen Formationen
rückgeschickten Wellen oder die durch sie übertragenen
Wellen mittels mehrerer längs des Bohrlochs herabgelassener
Empfänger umfaßt, wobei diese Wellen durch einen
seismischen Generator ausgesandt wurden, der an der
Oberfläche oder in einem anderen Bohrloch angeordnet war.
Es ist manchmal auch wünschenswert, sie aus einem Bohrloch
herauszubekommen, dessen Möglichkeiten der Ausbeutung sich
unzureichend erweisen und sie in einem anderen Bohrloch zu
installieren. Es kann vorteilhaft sein, die
Produktionsunterbrechungen zu nutzen, die sich anläßlich der
Wartungsvorgänge beispielsweise einstellen, um diese
Bewegungen oder Verschiebung der Empfangsvorrichtung
durchzuführen.
Bekannt ist aus den US-Patent(anmeldungen) 47 75 009,
49 86 350 und ER 26 42 849 ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Installation einer seismischen
Empfängeranordnung außerhalb des Verrohrungsrohres eines
Schachtes. Das Verfahren besteht im wesentlichen darin,
Empfänger außerhalb des Verrohrungsrohres oder Futterrohres
vorzugsweise in hierzu vorgesehenen Lagern im Augenblick
ihrer Installation anzuordnen und sie in den Zement
einzubetten, den man in den Ringraum zwischen diesem und den
Wandungen des Bohrloch injiziert.
Dieses Verfahren bietet den Vorteil, die Kopplung der Geber
mit den Böden zu erleichtern. Dagegen muß auf den
irreversiblen Charakter der Installation hingewiesen werden,
da die Geber nicht rückgewinnbar sind. Störender ist ihre
definitive Immobilisierung. Man weiß, daß bei den
seismischen Verfahren insbesondere vom Typ PSV es nützlich
sein kann, die Position der Empfängeranordnung längs des
Bohrlochs zu modifizieren, um die Modifikation der
Lagerstätte während der auf die Produktion der Abströme
folgenden Zeit zu berücksichtigen. Das Studium einer
Lagerstätte durch Schallwellen während der Produktion
erfordert also ein bewegbares oder verschiebbares
seismisches Gerät.
Aus der französischen Patentanmeldung 26 56 034
(US SN 6 31 253) ist eine Sonde bekannt, die so ausgelegt
ist, daß sie in ein Bohrloch abgesenkt werden kann, das zur
Produktion mit einer Produktionskolonne (tubing) ausgerüstet
ist. Diese Sonde umfaßt einen Zwischenschuh, der mit einem
Mittendurchlaß versehen ist, der breiter als die Kolonne ist
und zwischen zwei Schuhen angeordnet ist, die exzentrisch
außerhalb hiervon angeordnet sind. Der Zwischenschuh umfaßt
eine bewegliche Ausrüstung, die beweglich bzw. verschiebbar
zwischen einer Rückzugsstellung und einer Kopplungsstellung
mit der Wand des Bohrlochs unter der Wirkung von Federn ist
und in dieser beweglichen Ausrüstung ist ein Gehäuse für
Aufnehmer und hydraulische Auslösemittel vorgesehen. Die
Vorrichtung ist so ausgebildet, damit in Funktionsstellung
das Gehäuse gegen die Wandung der Bohrlochverrohrung gepreßt
werden kann und der Zwischenschuh mechanisch von der Kolonne
gelöst werden kann.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht es,
Untersuchungsvorgänge mittels akustischer Wellen in einem
Bohrloch vorzunehmen, welches geologische Formationen
durchsetzt und für die Produktion von Abströmen ausgerüstet
ist, wobei diese Ausrüstung ein Verrohrungsrohr und eine
Produktionskolonne von einem Querschnitt geringer als dem
des Rohres umfaßt. Sie zeichnet sich dadurch aus, daß sie
umfaßt:
- - Die Kopplung mit den zu explorierenden Formationen einer
Quelle für akustische Wellen;
- - Die Zuordnung zu dieser Produktionskolonne einer
seismischen Aufnehmervorrichtung mit einer Vielzahl von
Empfängereinheiten, die an dieser Kolonne unter bezüglich
einander festgelegten Intervallen verbunden sind, wobei
diese Empfängereinheiten gegen die Innenwand des
Verrohrungsrohres gepreßt werden können und mit einer
Steuer- und Aufzeichnungsanordnung für die empfangenen
Signale verbunden sind;
- - Das Absenken dieser Produktionskolonne in das Bohrloch,
um die Empfängervorrichtung bis auf eine optimale Tiefe
zu führen, die kompatibel mit der der Untersuchung
ausgesetzten Lagerstättenzone ist;
- - Die Kopplung der verschiedenen Empfangseinheiten mit der
Wandung der Bohrlochverrohrung;
- - Die Realisierung von Sendeempfangszyklen mit einer
Auslösung dieser Quelle für akustische Wellen, dem
Empfang durch verschiedene Einheiten der
Empfangsvorrichtung der Wellen, die aus der Lagerstätte
anschließend an die Auslösung dieser Quelle und die
Übertragung an diese Steueranordnung und Aufzeichnung der
Signale stammen, welche durch die Empfangseinheiten
empfangen wurden; und
- - Bewegung oder Verschiebung der Empfangsvorrichtung durch
Translation dieser Kolonne längs des Bohrlochs.
Das Verfahren nach der Erfindung ist vorteilhaft, da es die
Bewegung der Empfangsvorrichtung und die eventuelle
Rückgewinnung ermöglicht, indem beispielsweise
Unterbrechungen der Produktion ausgenutzt werden, die durch
die verschiedenen Wartungsvorgänge auftreten.
Da das Führen der Empfangseinheiten vermittels eines steifen
Organs wie einer Produktionskolonne durchgeführt wird, kann
das Verfahren gemäß der Erfindung auch beispielsweise dazu
dienen, Untersuchungen durch akustische Wellen in
abgelenkten Bohrlöchern vorzunehmen, wo sich die Verwendung
von Bohrlochsonden, die durch ihr Eigengewicht
fortschreiten, als schwierig erweist.
Das Verfahren umfaßt beispielsweise die Verwendung von
Empfangseinheiten, die mechanisch von der Produktionskolonne
abgekoppelt werden können.
Das Verfahren kann auch die Verwendung einer Vielzahl von
Empfängereinheiten umfassen, die je ein Gehäuse für
wenigstens einen Empfänger für akustische Wellen umfaßt,
wobei Elemente der beweglichen Verbindung an der
Produktionskolonne befestigt sind und Mittel vorgesehen
sind, um jede Empfangseinheit gegen die Wandung des Rohres
durch Verschieben der Verbindungselemente zu pressen.
Man verwendet Verbindungselemente, die beispielsweise Arme
umfassen, welche bezüglich der Produktionskolonne
verschwenken können.
Man kann auch Verbindungselemente mit Zentriermitteln mit
Federn verwenden, um diese Kolonne in dem Futter- oder
Verrohrungsrohr zu zentrieren.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der
Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß sie in Kombination
eine Quelle für akustische Wellen umfaßt, ein Empfangsgerät,
das aus einer Vielzahl von Empfängereinheiten gebildet ist,
die mit der Produktionskolonne unter bezüglich einander
bestimmte Intervallen verbunden sind, wobei jede hiervon ein
Gehäuse für wenigstens einen Empfänger für akustische Wellen
sowie Mittel umfaßt, um dieses Gehäuse gegen die
Innenwandung des Verrohrungsrohres zu koppeln, weiter eine
Steuer- und Aufzeichnungsanordnung, Mittel zur elektrischen
Verbindung, um die unterschiedlichen Empfangseinheiten mit
dieser Anordnung zu verbinden und Betätigungsmittel, um die
Empfangsvorrichtung längs des Bohrlochs durch Verschieben
dieser Produktionskolonne zu bewegen oder zu verschieben.
Diese Mittel zum Koppeln jedes Gehäuses zwischen der Wandung
des Rohres umfassen beispielsweise Federmitteln zugeordnete
bewegliche Arme.
Diese Mittel zum Koppeln jedes Gehäuses zwischen der Wandung
des Rohres können auch Zentrierelemente mit Federn umfassen.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun
mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert
werden; diese zeigen in:
Fig. 1 das Prinzipschema eines Prospektionssystems
vermittels akustischer Wellen für Bohrlöcher mit
einem Empfangsgerät, das in geeigneter Weise
bezüglich eines Senders angeordnet ist, um die
akustischen Signale zu empfangen, die aus einer
geologischen Formation aufgrund eines Ausstrahlens
akustischer Wellen in dieser stammen;
Fig. 2 eine erste Ausführungsform zur Verbindung jeder
Empfangseinheit mit der Kolonne, die ihre Kopplung
mit dem Futter- oder Verrohrungsrohr erlaubt;
Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Verbindung jeder
Empfangseinheit, und
Fig. 4 eine Empfangseinheit, die mechanisch von der
Bohrkolonne abgekoppelt werden kann.
In Fig. 1 erkennt man ein Bohrloch 1, das bis auf eine
unterirdische Produktionszone P gebohrt ist. Das Bohrloch
ist zur Produktion von Erdölabströmen ausgerüstet. Es ist
mit einem Futter- oder Verkleidungsrohr 2, im folgenden
"Verrohrungs-" oder Futterrohr genannt ausgestattet, das,
nachdem es einmal eingesetzt ist, mit den umgebenden Böden
durch eine Zementeinführung zwischen es und das Bohrloch
gekoppelt wird. In das verrohrte Bohrloch wird eine
Produktionskolonne 3 abgesenkt, die durch die gegenseitige
Verbindung einer Aufeinanderfolge röhrenförmiger Abschnitte
aufgebaut ist. Diese Kolonne ist gegen ihre Basis hin mit
einem expansiblen Verschlußorgan 4 vom Packertyp
ausgestattet. Durch Schließen dieses expansiblen Organs
isoliert man den Ringraum zwischen Kolonne und Rohr. Längs
dieser Kolonne kanalisiert man die durch die unterirdische
Lagerstätte erzeugten Abströme. Pumpmittel (nicht
dargestellt) und Schieber 5 ermöglichen die kontrollierte
Aktivierung der Produktion.
Das Verfahren gemäß der Erfindung umfaßt die Zuordnung zu
einer Kolonne eines Empfangsgeräts für akustische Wellen,
bestehend aus einer Vielzahl von Empfangseinheiten für
akustische Wellen R1, R2, . . . Rn, die mit der Innenwandung
des Futterrohres 2 gekoppelt werden können. Diese Einheiten
sind auf bezüglich einander bestimmten Intervallen längs der
röhrenförmigen Kolonne verteilt. Ein Vielleiterkabel 6
ermöglicht die Verbindung der Empfangseinheiten R1 bis Rn
mit einer zentralen Steuer- und Aufzeichnungsstation 7 an
der Oberfläche.
Man ordnet eine Quelle für akustische Wellen S an der
Oberfläche in einem anderen Bohrloch oder gegebenenfalls im
gleichen an. Die Empfangsvorrichtung wird im Bohrloch auf
einer gewählten Tiefe positioniert, um den guten Empfang der
Wellen zu begünstigen, die aus einer Lagerstättenzone
stammen, die einer akustischen Untersuchung ausgesetzt sind,
anschließend an die Abgabe von akustischen Wellen in dieser
Zone. Die Tiefe der optimalen Anordnung des Empfangsgeräts
zur in Betracht gezogenen Exploration vermittels akustischer
Wellen erhält man, indem man die röhrenförmigen Querschnitte
der Kolonne wählt, denen die Empfangseinheiten zugeordnet
sind.
Die Verbindung der Empfangseinheiten mit der Zentralstation
kann direkt über Übertragungsleitungen im Kabel 6 erfolgen.
Man bevorzugt jedoch in gewissen Fällen, sie mit der
Zentralstation vermittels einer elektronischen Anordnung zu
verbinden, welche die Multiplexierung der durch die
verschiedenen Empfangseinheiten empfangenen Signale sowie
deren kodierte Übertragung sicherstellen, wie beispielsweise
in den US PS 48 62 425 und 49 01 289 beschrieben.
Nach der Ausführungsform der Fig. 2 können die
Empfangseinheiten in Schuhen 8 eingeschlossen sein, welche
gegen die Innenwandung des Futterrohres gepreßt werden. Die
Schuhe sind beispielsweise mit Armen 9 verbunden, die
bezüglich einer Muffe 10 verschwenken können, die auf der
Bohrkolonne zentriert ist und die in Spreizstellung durch
Blattfedern 11 gehalten werden. Federn 12 halten die Muffe
10 zwischen zwei festen Anschlägen 13.
Nach der Ausführungsform der Fig. 3 kann jede
Empfangseinheit R in einem Gehäuse 14 eingeschlossen sein,
welches an flexible Blattfedern 15 eines Blattexzenters 16
befestigt ist, der um einen Abschnitt der Kolonne 3
befestigt ist.
Nach der Ausführungsform der Fig. 4 kann man auch eine
Empfangsvorrichtung verwenden, die aus einer Vielzahl von
Sonden gebildet ist, wie sie beispielsweise in der
US PS 49 86 350 beschrieben ist. Jede Sonde umfaßt einen
Zwischenschuh 17 zwischen zwei Exzenterschuhen 18, 19, die
um die Kolonne 3 auf einer gewissen Entfernung zueinander
befestigt sind. Die Exzenterschuhe sind je mit Blattfedern
20 versehen, die in identischer Weise derart angeordnet
sind, daß sie sie gegen die Schachtwandung 2 entsprechend
ein und der gleichen Radialebene pressen. Der Zwischenschuh
17 umschließt ebenfalls die Kolonne 3. Ein mittiger Durchlaß
21 ist vorgesehen, dessen Querschnitt größer als der der
Kolonne 3 ist. Der Zwischenschuh 17 umfaßt eine bewegliche
Ausrüstung 22, die mit Lagern für Aufnehmermittel 23 wie
beispielsweise triaxiale Geophone versehen ist. Nicht
dargestellte Federn sind derart angeordnet, daß sie die
bewegliche Ausrüstung gegen ihre Kopplungsposition mit dem
Rohr des Schachtausbaus drücken. Hydraulische Mittel
einschließlich eines Stellzylinders 24 ermöglichen es, ihre
Verschiebung gegen die ausgefahrene Stellung zu steuern. Ein
Verbindungselement 25 wird während des Absenkens der Kolonne
verwendet, um den Zwischenschuh mit zwei anderen zu
verbinden. Die Anordnung ist so ausgelegt, damit in
Eingriffsstellung die bewegliche Ausrüstung in Kontakt mit
dem Schachtrohr kommt und der Zwischenschuh wird mechanisch
von der Kolonne abgekoppelt. Die Aufnehmermittel sind über
Leiter 26 mit einem elektronischen Erfassungs- und
Übertragungsgehäuse 27 verbunden, welches mit einem
Mehrleiterkabel 28 verbunden ist, welches die Verbindung mit
der Zentralstation 7 an der Oberfläche (Fig. 1)
sicherstellt.
Jede der Sonden ist auf einem Abschnitt der Kolonne
installiert. Die so ausgerüsteten Abschnitte der Kolonne
sind beispielsweise auf der Kolonne an Stellen im Ausmaß
ihres Absenkens in das Bohrloch zwischengeschaltet, um die
gewünschte Konfiguration der Empfangsvorrichtung zu
erhalten.
Ist die Empfangsvorrichtung einmal auf die erwünschte Tiefe
(Fig. 1) gelangt, so nimmt man eine oder mehrere
Sendeempfangszyklen unter Aussenden von Wellen in den
Erdboden durch Quelle S an der Oberfläche oder in einem
anderen Bohrloch, Empfang der durch die Diskontinuitäten
rückgeschickten Wellen und Übertragen der empfangenen
Signale an der Zentralstation 7 für deren Aufzeichnung vor.
Die Verschiebung oder Bewegung der Empfangsvorrichtung von
einer Tiefe auf eine andere oder ihr Anheben an die
Oberfläche wird durch Bewegen der Kolonne vermittels eines
Betätigungssystems 29 an der Oberfläche erhalten.