Mélyfúrási geofizika. Összeállította: dr. Pethő Gábor, dr. Vass Péter

Mélyfúrási geofizika Összeállította: dr. Pethő Gábor, dr. Vass Péter

Mélyfúrási geofizika A mélyfúrási geofizika (borehole geophysics) az alkalmazott geofizikának olyan ága, amely a mélyfúrásokban és kutakban végzett geofizikai szelvényezési módszerek fejlesztésével, a mérések kivitelezésének módszertanával, a mérési eredmények feldolgozásával és kiértékelésével foglalkozik. Mélyfúrási geofizikai szelvényezés (kútgeofizikai szelvényezés, well logging): egy fúrólyukban alkalmazott mérési és adatgyűjtési technika, ami különböző fizikai elveken alapuló ún. (mérő)szondák fúrólyukbeli mozgatása útján méri és rögzíti a kőzetformációk fizikai jellemzőinek változását a mélység és/vagy az idő függvényében. A mélyfúrási geofizikai szelvényezés kivitelezésére szolgáló technikai megoldások: kábeles szelvényezés (wireline logging) fúrás közbeni szelvényezés (logging while logging, MWD).

Kábeles szelvényezés http://www.frontier-cf252.com/oil-well-logging.html

Fúrás közbeni szelvényezés (LWD) http://www.aps-tech.com/products/lwd-systems

Szelvényezési műveletek csoportosítása A kábeles szelvényezési műveletek két fő csoportja a szelvényezett fúrólyukszakasz technikai állapota szerint: nyitott fúrólyukbeli szelvényezések (open hole logging), csövezett fúrólyuklyukbeli szelvényezések (cased hole logging). A csövezett fúrólyuklyukbeli szelvényezések további két csoportja: szűkebb értelembe vett csövezett fúrólyukbeli szelvényezések, termelésgeofizikai szelvényezések (production well logging, PWL).

Kábeles szelvényező rendszer főbb részei felszíni egység páncélkábel szonda, (lyukeszköz) Schlumberger 1989

Szonda Legalább egy érzékelő egységet tartalmaz. Az érzékelő egységek elnevezése függ az alkalmazott mérési módszer fizikai elvétől: mérési módszer elektromos elektromágneses radioaktív vagy nukleáris akusztikus vagy szónikus az érzékelő egység elnevezése mérőelektróda mérőtekercs detektor vevő

Szonda Egyes módszerek gerjesztő egységet, ill. egységeket is tartalmaznak, amivel fizikai tereket, jelenségeket hozhatunk létre mesterségesen a fúrólyukban. A cél a kőzetformációk hatásának mérése a létrehozott jelenségekre vonatkozóan. A gerjesztő egységek elnevezése szintén függ a mérési módszertől: mérési módszer fizikai jelenség gerjesztő egység elnevezése elektromos elektromos tér áram- vagy tápelektróda elektromágneses elektromágneses gerjesztőtekercs tér radioaktív vagy gammasugárzás gammasugár forrás nukleáris neutronsugárzás neutronsugár forrás akusztikus vagy rugalmas hullám adó szónikus

Szondák http://www.e-tyhoo.com/tyhoo/datatemplate/product/p00435.aspx

Ívrugós központosító Egyes szondák központosított helyzetet igényelnek a fúrólyukban. http://www.alsglobal.com/

Szonda papucsok Darwin V. Ellis, Julian M. Singer: Well logging for Earth Scientists

Hatkaros rétegdőlés szelvényező szonda (Hexapod Diplog Tool, HDT) http://www.bosondaoil.cn/epview.asp?id=12

Litho Density Logging Tool (LDLT) http://www.gowellpetro.com/product/litho-density-logging-tool-ldlt.html

Szonda vonatok http://www-odp.tamu.edu/publications/204_ir/chap_02/c2_f26.htm

Szonda vonatok Gyakran alkalmazott szondakombinációk: SP - DLL GR MLL - ML CAL SP - ATL GR CAL DVL AZL SP GR CNL CDL (ZDL) CAL SP: spontaneous potential, DLL: dual laterolog GR: natural gamma ray, MLL: micro laterolog ML: micro log (or mini log), CAL: borehole caliper ATL: acoustic travel-time log, DVL: deviation log AZL: azimuth log, CNL: compensated neutron log CDL: compensated density log, ZDL: Z density log (or lithodensity log)

Szonda vonatok A szondavonaton belüli szondák egymáshoz viszonyított elfordulását biztosító segédeszközök: knuckle joint (csukló), swivel (forgó). Baker Hughes: Wireline Services Catalog

Páncélkábel Feladata: mechanikai és elektromos kapcsolat biztosítása a felszíni egység és a szondavonat között. kétrétegű páncélzat sodrott, galvanizált, acél drótokból, szigetelt réz vezetőerek (teflon szigetelés), speciális kábelek közepén optikai kábel O. & L. Serra 2004: Well Logging Data Acquisition and Applications

Páncélkábel A kommunikáció a felszíni egység és a szondavonat között kétirányú (duplex). Nyitott fúrólyukbeli szelvényezésekhez általában héteres kábelt alkalmaznak (léteznek három- és négyeres változatok is). Csövezett fúrólyukbeli szelvényezésekhez egyeres kábelt használnak. http://www.slb.com/~/media/files/resources/oilfield_review/ors14/win14/2_cables.pdf

Kábelfej Feladata: mechanikai és elektromos kapcsolat biztosítása a kábel és a szondavonat között. A kábelfejen belül egy ún. gyengítési pontot képeznek ki. Nyitott fúrólyukbeli szelvényezéshez használt kábelfej (balra). Csövezett fúrólyukbeli szelvényezéshez használt kábelfej (jobbra). http://www.weatherford.com/en/standa rd-cable-head https://www.geoilandgas.com/oilfield/wirelinetechnology/wireline-cable-heads

Csörlőmű a kábeldobbal http://earthsky.org/earth/susan-hovorka-on-carbon-capture-and-storage http://ivyzhang918.en.made-in- china.com/product/sbjqjuceomwy/china-geophysical- Winch-Well-Logging-Winch-Wireline-Winch-Cable- Winch.html

Felszerelt szelvényezőrendszer http://www.tismanufacturing.com/products/wireline.php http://www-icdp.icdp-online.org/news/training/shimabara/kueck/1_log_%20basics.pdf

Felszíni egység Teherkocsira szerelt felszíni egység szárazföldi fúrások szelvényezéséhez (balra). Tengeri fúrások szelvényezéséhez alkalmazott felszíni egység (skid unit) (jobbra). http://www.kgs.ku.edu/prs/ozark/well_1_32.html https://wrightswell.files.wordpress.com/ 2013/12/wwwireline2re.jpg

Felszíni egység A csörlős térben gyakran két kábeldob található. A nagyobb dobra a héteres kábelt, a kisebbre pedig az egyeres kábelt csévélik fel. A szelvényező kabinban található a számítógépes mérő-adatgyűjtő rendszer. Log Interpretation Principles/Application, Schlumberger 1989

Felszíni egység Két különböző kábel tárolására szolgáló osztott dob. http://www.naftagas-nfs.rs/en/coiled-turbing-units/hydrarig-hr560

Szelvényező kabin (fülke) http://www.isys-group.com/iterra-lite-color/

Kábelterhelés mérése Rozsdamentes acél házban elhelyezett terhelésmérő cella (lent). Kábelterelő karra szerelhető terhelésmérő egység (fent). http://www-icdp.icdp-online.org/news/training/shimabara/kueck/1_log_%20basics.pdf http://www.stellartech.com/pdf/hl-wellloggingsystem.pdf

Mentő szerszám https://www.osha.gov/sltc/etools/oila ndgas/servicing/special_services.html Fúrólyukban maradt szondavonatok mentéséhez alkalmazott eszköz. Mentéskor a fúrószár segítségével mozgatva igyekeznek a szondavonat kábelfejének felső részére rászorítani. Majd a fúrócsövek egymás utáni kiépítésével húzzák fel a megfogott szondavonatot.

Mélységmérés A kábel elmozdulásának megfelelő hosszat mérő eszköz. Főbb részei: a két mérőkerék és a kerekek elfordulását mérő számláló egység (encoder). Szelvényezés előtt a kábelterelő kar végére szerelik. http://www-icdp.icdponline.org/news/training/shimabara/kueck/1_log_% 20Basics.pdf http://www-icdp.icdp-online.org/news/training/shimabara/kueck/1_log_%20basics.pdf

Mélységmérés http://www.benchmarkwireline.com/pdf/184_am3k.manual.2014-08-20.pdf

Szelvényezési sebesség Javasolt szelvényezési sebesség néhány gyakoribb méréshez: mérés maximális szelvényezési sebesség (m/min) természetes potenciál (SP) 30 indukciós (IL) 25 akusztikus (ATL) 18 laterolog (LL) 15 microlaterolog (MLL) 10 microlog (ML) 10 lyukkompenzált neutron (CNL) 9 természetes gamma (GR) 6 lyukkompenzált sűrűség (CDL) 4.5 fúrólyukfal leképezés 4.5

Adatátviteli sebesség páncélkábelen Régebben analóg adatátvitel, maximális adatátviteli sebesség: ~80 kbit/s. 90-es évektől digitális adatátvitel, maximális adatátviteli sebesség héteres kábelen: ~660 kbit/s. Adattömörítési eljárások alkalmazásával elérhető maximális adatátviteli sebesség: ~5 Mbit/s. Optikai kábelt is tartalmazó páncélkábellel 10 Mbit/s is elérhető.

Szonda mozgatási technikák https://www.slb.com/~/media/files/resources/oilfield_review/ors04/aut04/04_advancing_downhole.pdf

Szonda mozgatási technikák hagyományos kábellel mozgatott szelvényezés, fúrószárral mozgatott szelvényezés (Pipe-Conveyed Logging PCL), dobra tekerhető fémcsővel mozgatott szelvényezés (Coiled Tubing CT), fúrólyuk traktorral mozgatott szelvényezés (Tractor-Conveyed Logging). Hagyományos kábellel mozgatott szelvényezés Előnyök: költségkímélő gyors Hátrányok: függ a nehézségi erőtől nagy dőlésszögű fúrásoknál és kutaknál ( > 65 a függőlegeshez képest) nem alkalmazható, a kábel korlátozott mértékben terhelhető

Szonda mozgatási technikák Fúrószárral mozgatott szelvényezés (PLC) Előnyök: nagyon eredményes nem függ a környezeti tényezőktől (mélység, fúrólyuk dőlés, szélsőséges fúrólyuk körülmények). Hátrányok: lassú, sokáig tart a művelet költséges, fúróberendezést és a hozzá tartozó személyzetet igényel. http://www.vinci-technologies.com/productsgeo.aspx?idr=82286&idm=753738

Szonda mozgatási technikák Dobra tekerhető fémcsővel mozgatott szelvényezés (CT) Előnyök: a művelet sikerességi aránya nagy (kevés a meghiúsult művelet) nagy dőlésszögű és vízszintes kutak esetében is alkalmazható, nem szükséges fúróberendezés a művelethez, a fém cső védi az előzőleg belehúzott páncélkábelt. Hátrányok: a dobra tekert fémcső szállításáról gondoskodni kell, a művelet kivitelezéséhez értő speciális személyzetre van szükség, alapvetően csövezett fúrólyuk szakaszokban alkalmazzák, a fémcső nyúlása miatt a mélységmérés kevésbé pontos. https://www.spec2000.net/08-coiledtubing.htm

Szonda mozgatási technikák Fúrólyuk traktorral mozgatott szelvényezés (Tractor-Conveyed Logging) Előnyök: gyors, kiterjedt vízszintes kútszakaszokon is alkalmazható, a kútszakasz dőlése a 90 is meghaladhatja, nem igényel speciális szaktudással bíró személyzetet. Hátrányok: alapvetően csövezett fúrólyuk szakaszok szelvényezésére alkalmazzák, nem minden kút esetében használható. https://www.youtube.com/ watch?v=wc21cf Ocw

Fúrási geofizikai szelvény és szelvénygörbe Szelvénygörbe: valamilyen szondával a mélység függvényében mért fizikai mennyiség nyomtatott, vagy képernyőn megjelenített formája. Egyszerű (skalár típusú) szelvénygörbe: egy mélységponthoz egy mért érték tartozik. Vektor típusú szelvénygörbe: egy mélységponthoz a mért mennyiségnek egy adatsora tartozik (pl. teljes hullámképes akusztikus mérés). Mátrix típusú szelvénygörbe: egy mélységponthoz a mért mennyiségnek egy adatmátrixa tartozik (pl. fúrólyukfal leképezési mérések). Szelvény szelvénygörbéknek és a szelvényezési művelethez kapcsolódó információknak a megfelelő módon megszerkesztett, nyomtatott vagy képernyőn megjeleníthető formája.

Szelvény fájl Szelvény fájl: a szelvény adatok tárolásának és továbbításának alapvető egysége. A leggyakoribb szelvény fájl formátumok: Log ASCII Standard (LAS) formátum (http://www.cwls.org/las/), Digital Log Interchange Standard (DLIS) formátum, WellLogML formátum.

LAS fájl http://www.cwls.org/las/

A mélyfúrási geofizikai munkafolyamat egységei (példa) Fúrás neve: Kút 1 1. szelvényezett szakasz: 0-500 m Job 1 Run 1: DLL-DVL-AZL-GR-SP-MLL-CAL (fajlagos ellenállás szondavonat) Trip 1: Pass 1: (450-500 m) ismétlés Pass 2: (0-500 m) fő mérés 2. szelvényezett szakasz: 450 1400 m Job 2 Run 2: DLL-DVL-AZL-GR-SP-MLL-CAL (fajlagos ellenállás szondavonat) Trip 1: Pass 1: (1350-1400 m) ismétlés Pass 2: (450-1400 m) fő mérés Run 1: CDL-CNL-CAL-GR (radioaktív szondavonat) Trip 1: Pass 1: (1350-1400 m) szonda meghibásodás Trip 2: Pass 1: (1350-1400 m) ismétlés Pass 2: (450-1400 m) fő mérés

Nyomtatott fúrási geofizikai szelvény szerkezete A szelvény legfontosabb részei: fedlap (header) a szondavonat szerkezeti rajza (tool string configuration) felső skála (upper scale) a fő mérés (main pass) szelvénygörbéit tartalmazó rész (log section) kis méretarányban (ált. 1:1000) alsó skála (lower scale) egyéb adatok, információk (miscellaneous) a fő mérés (main pass) szelvénygörbéit tartalmazó rész (log section) nagyobb méretarányban (ált. 1:200) az ismétlő mérés (repeat pass) szelvénygörbéit tartalmazó rész (log section) nagyobb méretarányban (ált. 1:200) szelvény vége (trailer) https://wiki.ppdm.org/well_logs_reference_guide#definitions

Nyomtatott szelvényeknél alkalmazott méretarányok Angolszász mértékegységrendszer szerint 1 : 1200 1" = 100 ft 1 : 600 1" = 50 ft 1 : 240 1" = 12 ft 1 : 120 1 = 10 ft 1 : 48 1" = 4 ft 1 : 24 1" = 2 ft SI mértékegységrendszer szerinti 1:2000 1 cm = 20 m 1:1000 1 cm = 10 m korrelációhoz és áttekintéshez 1:500 1 cm = 5 m 1:200 1 cm = 2 m részletesebb elemzéshez 1:100 1 cm = 1 m 1:50 1 cm = 50 cm

Szelvény fedlap Malcolm Rider: The Geological Interpretation of Well Logs

Szelvénysávok Malcolm Rider: The Geological Interpretation of Well Logs

Szelvénysávok Darwin V. Ellis, Julian M. Singer: Well logging for Earth Scientists

Szelvénysávok Darwin V. Ellis, Julian M. Singer: Well logging for Earth Scientists

Szelvénysávok Darwin V. Ellis, Julian M. Singer: Well logging for Earth Scientists