Wellbore Instability Detection in Real Time Using Ultrasonic Measurements

Titel in Übersetzung: Echtzeit-Bohrloch-Instabilitätserkennung mit Hilfe von Ultraschallmessungen

Behzad Elahifar

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Die Tiefbohrtechnik entwickelt sich zunehmend in Bereiche welche komplexer Lösungen bedürfen. Dadurch gewinnt zum Beispiel die genaue Bestimmung von Bohrparametern in Echtzeit an Bedeutung um Risiken und Kosten zu minimieren. Ein rotierender Ultraschall Kaliber Sensor ist ein vielversprechender Weg um genaue Daten über die Bohrlochsgeometrie während MWD (measurement while drilling) und LWD (logging while drilling) zu erhalten. Die Echtzeitmessung der Bohrlochgeometrie ist ein Schlüssel zum Erfolg um Probleme wie Bohrlochinstabilität rechtzeitig erkennen zu können. Abnormale Bohrlochsgeometrien könne Rückschlüsse auf das Gebirgsspannungsfeld liefern. Ebenso kann durch Kenntnis von abnormalen Bohrlochgeometrien Messungen anderer LWD und MWD Sensoren besser interpretiert werden. Die Daten werden zur Oberfläche geleitet und können dazu verwendet werden bestimmte Logs bei MWD und LWD Messungen zu ersetzen. Zusätzlich können mit genauen Kaliber Echtzeitmessungen Bohrlochinstabilitäten entdeckt werden. Zum Beispiel kann ein elliptisch geformtes Bohrloch Aufschlüsse zu minimaler und maximaler Gebirgsspannungsrichtung geben. Bohrlocherweiterungen oder Auswaschungen könne auf eine zu schwere Spülung hinweisen oder auch auf eine Reaktionen zwischen Formation und Spülung. Bohrlochverengungen weisen auch auf abgenützte Meißel hin. Das Ziel dieser Arbeit ist es (1) ein Ultraschall Caliper Tool zur genauen Bestimmung der Bohrlochgeometrie sowie (2) einen Referenz Ultraschall Sensor zur Messung der Schallgeschwindigkeit in Bohrspülung zu entwickeln. Das Paket kann damit auch zur Echtzeitbestimmung von Gaszuflüssen in das Bohrloch verwendet werden. Die Arbeit beschreibt zunächst Bohrlochinstabilitäten sowie deren Gründe im Detail. Die Methodik zur Lösung des Stabilitätsproblems sowie eine Einführung in Verwendung von Ultraschall Kaliber zur Darstellung der Bohrlochgeometrie wird beleuchtet. Danach folgt eine detaillierte Beschreibung der neuen Ultraschall Sensor Entwicklung sowie die physikalischen Eigenschaften von Schall und Echo. Messprinzipien, das Prinzip der Schallerzeugung und Schallreflexionen entlang von Objekten, sowie die Bestimmung von Entfernungen werden erläutert. Ein weiteres Kapitel diskutiert die Genauigkeit der experimentellen Daten zur Bestimmung der Bohrlochsgeometrie über Ultraschallmessungen. Eine numerische Simulation der Ultraschallmessungen und ein Vergleich der simulierten Resultate mit aufgenommen Werten lässt Rückschlüsse auf die Genauigkeit zu, abhängig von der Position des Instruments im Bohrloch. Die Messungen wurden in künstlichen Bohrlöchern mit geometrischen Anomalien wie Auswaschungen und Verengungen durchgeführt. Es kann gezeigt werden, dass solche Anomalien mit genügender Genauigkeit bestimmt werden können, wenn Kreisapproximationsmethoden, wie die Kasa Methode, in Kombination mit einem robusten Fehlermodell verwendet werden. Mit der Entwicklung eines Referenz Ultraschall Sensors konnte die Schallgeschwindigkeit in verschiedenen Bohrspülungen bestimmt werden. Mit dieser Methode lassen sich Zuflüsse von Gas in das Bohrloch bestimmen.
Titel in ÜbersetzungEchtzeit-Bohrloch-Instabilitätserkennung mit Hilfe von Ultraschallmessungen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Galler, Robert, Beurteiler B (intern)
  • Thonhauser, Gerhard, Beurteiler A (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2013

Bibliographische Notiz

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