CN102439486A - 用于进行在流体中振动的缆线的测量的方法、设备和制造物品 - Google Patents

Abstract

公开用于进行在流体中振动的缆线的测量的示例性的方法、设备和制造物品。公开的示例性设备包括井下组件和地表组件。井下组件300包括：传感器305，325，用于测量表征在井眼中在井下位置流体中振动的缆线的运动的波形；波形模型器332，用于从测量的波形计算模型参数；以及第一遥测模块340，用于传递计算的模型参数到地表位置。地表组件包括：第二遥测模块，用于从井下组件接收计算的模型参数；以及粘度分析器，用于从计算的模型参数估计流体的粘度。

Description

用于进行在流体中振动的缆线的测量的方法、设备和制造物品

相关申请

本专利要求于2009年3月18日提交的名称为“Two Step Processing ofVibrating Wire Sensor”的美国临时专利申请No.61/161,391的权益，该美国专利申请全文通过引用的方式结合于此。

技术领域

本专利总体上涉及在流体中振动的缆线，更特别地，涉及用于进行在流体中振动的缆线的测量的方法、设备和制造物品。

背景技术

钻井以例如定位和生产碳氢化合物。在钻探作业中，会期望执行穿过的地层和/或遭遇的地层流体的评估。在一些情形中，钻具被移除，缆线工具然后布置到井眼中以测试和/或取样地层和/或与地层相关的流体。在其它的情形中，钻具可以设置有用于测试和/或取样周围地层和/或地层流体的装置，而不需要从井眼移除钻具。这些样品或者测试可以用于例如表征从地层提取的碳氢化合物。

地层评估通常要求来自地层的流体被抽到井下工具中，用于测试、评估和/或取样。各种装置，例如探针，从井下工具延伸以建立与井眼周围的地层的流体连接，并将流体抽到井下工具中。当井下工具定位在原处即井眼中时，穿过井下工具和/或收集在井下工具中的流体可以被测试和/或分析以确定各种参数和/或属性。碳氢化合物储藏流体的各种属性，例如流体在储藏条件下的粘度、密度和相性能可以用于评估潜在的储藏，确定多孔介质中的流体并设计其中的完井、分离、处理和测量系统。

发明内容

公开进行流体中振动的缆线的测量的示例性的方法、设备和制造物品。公开的示例性设备包括井下组件和地表组件。井下组件包括：传感器，用于测量表征在井眼中在井下位置流体流动中振动的缆线的运动的波形；波形模拟器，用于从测量的波形计算模型参数；以及第一遥测模块，用于传递计算的模型参数到地表位置。地表组件包括：第二遥测模块，用于从井下组件接收计算的模型参数；以及粘度分析器，用于从计算的模型参数评估流体的粘度。

公开的示例性的方法包括：促动在流体内的缆线传感器；测量代表在流体内的缆线传感器的振动的波形；从测量的波形计算包括至少其中一个共振频率或者对数衰减阻尼因子的缆线振动模型参数；和从计算的模型参数估计流体的粘度。

公开的用于井眼的井下位置的示例性设备包括：致动器，其促动在井眼中的井下位置的流体内的缆线；测量器，其测量代表在流体内的缆线的振动的波形；变换器，其计算测量的波形的Hilbert变换并基于Hilbert变换和测量的波形计算目标波形；衰减拟合器，其选择线性模型的第一和第二系数以减小线性模型和计算的目标波形之间的差异并基于第一系数计算对数衰减阻尼因子；以及遥测模块，其发送计算的对数衰减阻尼因子到地表位置。

另一个公开的示例性的方法包括：促动在井眼中的井下位置的流体内的缆线；测量代表流体内的缆线的振动的波形；计算测量的波形的Hilbert变换；基于Hilbert变换和测量的波形计算目标波形；选择线性模型的第一和第二系数以减小线性模型和计算的目标波形之间的差异；基于第一系数计算对数衰减阻尼因子；和发送计算的对数衰减阻尼因子到地表位置。

又一公开的示例性的方法包括：在地表位置接收用于在井眼内在井下位置处在流体内振动的缆线的对数衰减阻尼因子；在地表位置从井下位置接收在井下位置在井眼内的流体内的振动缆线的共振频率；和基于接收到的对数衰减阻尼因子和接收到的共振频率估计流体的粘度。

附图说明

图1和2是具有井下流体粘度分析组件和地表流体粘度分析组件以进行在流体流中振动的缆线的测量的示例性的地层评估设备的示意性局部横截面视图。

图3示出实施图1和2的示例性的井下流体粘度分析组件的示例性的方式。

图4示出实施图1和2的示例性的地表流体粘度分析组件的示例性的方式。

图5示出可以执行以实施图1-3的示例性的井下流体粘度分析组件的示例性流程。

图6示出可以执行以实施图1-2和4的示例性地表流体粘度分析组件的示例性的流程。

图7是可以用于和/或编程以执行图5和6的示例性流程和/或实施在此公开的所有方法、设备和制造物品的示例性处理器平台的示意性说明。

某些例子在上面提及的附图中示出并在下面详细地进行描述。在描述的这些例子中，相似或者相同的附图标记可以用于表示共同的或者相似的元件。附图不一定是按比例的，附图的某些特征以及某些视图可以以放大比例示出，或者示意性地示出，以为了清楚和/或简洁。而且，尽管在此公开某些优选的实施例，但是还可以利用其它的实施例，可以进行结构变化而不脱离本发明的范围。

具体实施方式

在此公开的示例性的方法、设备和制造物品提供用于地层评估的某些优点。给定流体的密度ρ，流体的粘度η可以利用振动缆线传感器进行估计。传统地，缆线传感器的振动的测量数据从在井下位置的井下工具传输到地表位置，用于随后在地表上的处理以估计流体粘度η。但是，从井下位置传输测量数据到地表位置所需要的遥测传输带宽会超过可用带宽，其会阻碍在地层评估过程中流体粘度的实时确定。

为了克服这些困难，在此描述的例子分两个阶段进行缆线传感器振动的测量。在第一阶段，其可以利用在井下工具中的通常的和/或容易获得的处理和/或计算资源实施，表征和/或代表缆线传感器的振动的共振频率ω和对数衰减阻尼因子Δ从所述测量数据进行计算。计算的模型参数，即计算的共振频率ω和对数衰减阻尼因子Δ，仅利用发送测量数据自身到地表位置所需的遥测带宽的一部分从井下工具传输到地表位置。在第二阶段，在更多计算资源容易获得的地表位置，计算的模型参数ω和Δ与一个或多个校准参数组合以限定流体粘度模拟等式g()，其被迭代以估计和/或求解流体的粘度，其中缆线传感器的振动在该流体中进行测量。因为在井下工具和遥测带宽要求上的计算负担减少，在此描述的例子能够在进行地层评估时大致实时地确定地层流体粘度η。

图1示出示例性的地层评估设备100的示意性局部横截面视图。在图1的示例性例子中，图1的井下工具10从形成在地质地层G中的井眼14中的钻塔12悬挂。示例性的井下工具10可以实施任何类型的能够执行地层评估例如莹光性、地层流体分析、地层流体取样、井记录等的井下工具。图1的示例性的井下工具10是经由缆绳线缆16从钻塔12展开进入到井眼14中并定位为与地质地层G的特定部分F相邻的缆绳工具。

为了密封图1的示例性的井下工具10到井眼14的壁20(在此及后称为“壁20”或者“井眼壁20”)，示例性的井下工具10包括探针18。图1的示例的探针18抵靠着壁20形成密封并将流体从地层F抽到井下工具10中，如箭头所示的。支撑活塞22和24有助于推动井下工具10的示例性的探针18抵靠井眼壁20。

为了执行流体粘度分析，图1的示例性的地层评估设备100包括根据本公开的教导构造的井下流体粘度分析组件26和地表流体粘度分析组件27。示例性的井下组件26从探针18经由评估流线46接收地层流体。图1的示例性的井下流体粘度分析组件26测量电动势(emf)D(t)，其是由于当缆线在包含在流线46中和/或在流线46中流动的流体内振动时通过由缆线的位置、位移、运动和/或振动部分地限定的穿过环的磁通量的瞬变引起和/或产生的电压。示例性的井下组件26计算表征和/或代表测量的emf D(t)的共振频率ω和对数衰减阻尼因子Δ，并利用任何数量和/或类型的遥测和/或数据传输装置传输计算的模型参数ω和Δ到地表组件27。在一些例子中，井下组件26从计算的对数衰减Δ计算流体的粘度η的估计值和/或近似值以促进由井下工具10执行的其它的地层评估。例如，井下组件26可以估计粘度η为衰减Δ的平方的固定倍数。井下工具10可以比较粘度η的这样的估计值与阈值以例如确定用于地层评估测试的流体下抽(draw down)速率。实施图1的示例性的井下组件流体粘度分析26的示例性的方式在下面连同图3进行描述。

图1的示例性的地表流体粘度分析组件27从井下组件26接收计算的模型参数ω和Δ，并将它们与一个或多个校准参数组合以限定粘度模拟等式g()。地表组件27迭代地计算粘度模拟等式g()的输出以估计和/或求解流线46内的流体的粘度η。在一些例子中，示例性的地表流体粘度分析组件27可额外地或者替代地从井下组件26接收粘度η的估计值，该估计值可以如上所述地进行计算。从井下组件26接收的粘度η可以由示例性的地表组件27作为用于粘度模拟等式g()的迭代的初始起始点η0使用。实施图1的示例性的地表组件流体粘度分析27的示例性的方式在下面结合图4进行描述。

图2示出另一示例性地层评估设备200的示意性局部横截面视图。在图2的示例性例子中，井下工具30附连到钻绳32和由钻塔12驱动的钻头33和/或由泥浆流动驱动的泥浆马达(未示出)以形成在地质地层G中的井眼14。图2的示例性的井下工具30在测量同时钻探(MWD)工具、记录同时钻探(LWD)工具或者本领域技术人员知晓的其它类型的井下工具的一个或多个中传送(或者它自身可以是上述的井下工具)。

为了密封图2的示例性井下工具30密封到井眼14的壁20，井下工具30包括探针18a。图2的示例性探针18a抵靠着壁20形成密封以从地层F将流体抽到井下工具30中，如箭头所示的。支撑活塞22a和24a帮助推动井下工具30的示例性探针18a抵靠着井眼壁20。在探针18a接触壁20之前，钻削停止。

为了执行流体粘度分析，图2的示例性的地层评估设备200包括根据本公开的教导构造的井下流体粘度分析组件26a和地表流体粘度分析组件27a。示例性的井下组件26a从探针18a经由评估流线46a接收地层流体。图2的示例性的井下流体粘度分析组件26a测量emf D(t)，其是由于当缆线在包含在流线46a中和/或在流线46a中流动的流体内振动时通过部分地由缆线的位置、位移、运动和/或振动限定的穿过环的磁通量的瞬变引起和/或产生的电压。示例性的井下组件26a计算表征和/或代表测量的emf D(t)的共振频率ω和对数衰减阻尼因子Δ，并利用任何数量和/或类型的遥测和/或数据传输装置传输计算的模型参数ω和Δ到地表组件27a。在一些例子中，井下组件26a从计算的对数衰减Δ计算流体的粘度η的估计值和/或近似值以促进由井下工具30执行的其它的地层评估。例如，井下组件26a可以估计粘度η为衰减Δ的平方的固定倍数。井下工具30可以比较这样的粘度η的估计值与阈值以例如确定用于地层评估测试的流体下抽速率。实施图2的示例性的井下组件流体粘度分析26a的示例性的方式在下面连同图3进行描述。

图2的示例性的地表流体粘度分析组件27a从井下组件26a接收计算的模型参数ω和Δ，并将它们与一个或多个校准参数组合以限定粘度模拟等式g()。地表组件27a迭代地计算粘度模拟等式g()的输出以估计和/或求解流线46a内的流体的粘度η。在一些例子中，示例性的地表流体粘度分析组件27a可额外地或者替代地从井下组件26a接收粘度η的估计值，该估计值可以如上所述地进行计算。从井下组件26a接收的粘度η可以由示例性的地表组件27a作为用于粘度模拟等式g()的迭代的初始起始点η0使用。实施图2的示例性的地表组件流体粘度分析27a的示例性的方式在下面连同图4进行描述。

图3示出实施图1和2的示例性井下流体粘度分析组件26和26a的示例性的方式。尽管示例性的井下流体粘度分析组件26和26a的任一个可以通过图3的例子实施，但是，为了易于讨论，图3所示的例子将称作井下流体粘度分析组件300，或者简单地称作井下组件300。

为了获得代表在流线315中流动的流体310的粘度η的测量数据，图3的示例性的井下组件300包括任何类型的振动缆线传感器305、任何类型的致动器320和任何类型的波形测量器325。图3的示例性的振动缆线传感器305包括在流线315内保持拉伸的缆线306。图3的示例性的致动器320包括作何数量和/或类型的电磁源和磁体以促动、激活和/或引起缆线306在缆线传感器305内的位移。图3的示例性的波形测量器325测量响应致动器320跨过缆线306产生的并取决于流体310的粘度η的感应电动势电压D(t)。尽管在实践中波形测量器325输出代表感应电动势电压D(t)的数字采样，但是为了易于讨论，波形测量器325的输出将在此称作D(t)。感应电动势电压D(t)示出表征和/或代表缆线306随着时间的运动的波形。

示例性的振动缆线传感器305、致动器320和波形测量器325描述在于2009年8月18日授权的名称为“Vibrating Wire Viscosity Sensor”的美国专利No.7,574,898；于2009年8月2日提交的名称为“Vibrating WireViscometers”的美国专利申请No.12/534,151；于2009年8月7日提交的名称为“Vibrating Wire Viscometers的美国专利申请No.12/537,257；于2007年3月27日授权的名称为“Apparatus and Method for Formation Evaluation”的美国专利No.7,194,902；以及于2007年3月29日授权的名称为“Apparatus andMethod for Formation Evaluation”的美国专利No.7,222,671中，它们全部转让给了本专利的受让人，并且它们全部的全文通过引用结合于此。处理感应电动势电压波形D(t)以估计流体310的粘度η的示例性的方法描述在出现在Fluid Phase Equilibra 276(2008)，pp99-107中的作者为Sullivan等人的文章“On the Nonlinear Interpretation of a Vibrating Wire Viscometer Operated at aLarge Amplitude”中，该文章至少部分地由本专利的发明人写作，并且该文章的全文通过引用结合于此。

在瞬时模式中，在存在流体310下跨过缆线306产生的感应电动势电压D(t)是符合简单阻尼谐模型的短时的振动，其可以被数学表示为：

V(t)＝Ae^-Δωtsin(ωt+φ)                        等式(1)

其中V(t)是测量的感应电动势电压D(t)的估计值，其中A是初始瞬时的振幅，Δ是控制运动阻尼的对数衰减阻尼因子，ω是缆线306的共振频率(单位弧度/秒)，t是时间指数，φ是未知的相角。

等式(1)的对数衰减Δ与流体310的属性和缆线306的属性相关。对数衰减Δ可以数学地表示为

$\mathrm{\Δ}=\frac{(\mathrm{\ρ}/{\mathrm{\ρ}}_s)k^{\′}+2{\mathrm{\Δ}}_0}{2[1+(\mathrm{\ρ}/{\mathrm{\ρ}}_s)k]}$ 等式(2)，

其中ρ和ρ_s分别是流体310和缆线306的密度，Δ₀是缆线306在真空中的内阻尼。等式(2)的量值k和k′由以下数学表达式限定

等式(3)

等式(4)

其中

表示取复值量的虚部，

代表取复值量的实部。在等式(3)和(4)中，复值量Λ限定为

$\mathrm{\Λ}=(i-\mathrm{\Δ})[1+\frac{2K_1\left[{\left((i-\mathrm{\Δ})\mathrm{\Ω}\right)}^{\frac{1}{2}}\right]}{{\left[(i-\mathrm{\Δ})\mathrm{\Ω}\right]}^{\frac{1}{2}}{K}_0\left[{\left((i-\mathrm{\Δ})\mathrm{\Ω}\right)}^{\frac{1}{2}}\right]}]$ 等式(5)，

其中

$\mathrm{\Ω}=\frac{\mathrm{\ω\ρ}{R}^2}{\mathrm{\η}}$ 等式(6)，

等式(5)和(6)的K₀和K₁是第二种类型的改进的Bessel函数，Ω是关于表征围绕半径R的圆柱缆线306的流的Reynolds数。在等式(6)中，流体310的流体粘度和密度分别由η和ρ给定。

在实践中，由于静止缆线306的电阻抗，未知的背景漂移(backgrounddrift)会存在于感应电动势电压D(t)中，其可以通过下面的数学表达式进行计算：

V(t)＝Ae^-Δωtsin(ωt+φ)+a+bt                   等式(7)，

其中a和b是表征由于未知的背景干扰所致的偏移和时间漂移的未知常数。

对于利用大的电压和/或在大的位移励磁缆线306，数学表达式等式(7)可以被改进以包括修正的第二指数项，如在下面的数学表达式中示出的：

V(t)＝Ae^-Δωtsin(ωt+φ)+A₃e^-3Δωtsin(ωt+φ₃)+a+bt  等式(8)。

等式(8)的数学模型在行业内作为“VEZA”模型是已知的。在此，等式(7)将称作单指数模型，等式(8)将称作双指数模型。尽管为了清楚的目的，等式(1)-(8)假定流体310是牛顿流体，在此描述的示例性的方法和设备可以额外地或者替代地用于通过利用适于非牛顿流体的数学模型确定非牛顿流体的粘度η。当缆线306振动具有比等式(1)和(7)可以精确表示的振幅更大的振幅时，等式(8)的双指数模型可以使用。这样的情形会发生在例如当驱动电流和/或磁场以及由此施加到缆线306的位移力对于由周围流体310提供的阻尼过度时。或者，过度的振幅可以被识别，并且施加到缆线306的交流电流减小，和/或如果传感器305包括电磁体，产生的磁场可通过减小在那里消耗的直流电而减小。当由流体310提供的阻尼增大时，感应电动势电压减小，并且，为了保持可接受的信噪比，或者增大的交流电流可以穿过缆线310和/或增大的磁场可被施加。

为了计算代表和/或表征测量的电动势电压波形D(t)的一个或多个模型参数，图3的示例性的井下流体粘度分析组件300包括波形模拟器330。图3的示例性的波形模拟器330拟合测量的感应电动势电压D(t)(作为时间函数)到由数学表达式等式(7)限定的预期的V(t)，以确定、计算和/或否则求解一个或多个模型参数A，Δ，ω＝2πf，φ，a和b。如在下面更详细地描述的，初始化装置331计算和/或确定模型参数A，Δ，ω，φ，a，和b的初始估计值A⁰，Δ⁰，ω⁰，φ⁰，a⁰，和b⁰。

为了计算模型参数A，Δ，ω，φ，a，和b，示例性的波形模拟器330包括模拟器332。从由初始化装置331计算的初始估计值A⁰，Δ⁰，ω⁰，φ⁰，a⁰，和b⁰开始，并利用任何数量和/或类型的方法、等式和/或算法，模拟器330迭代模型参数A，Δ，ω，φ，a，和b以减小测量的电动势电压D(t)和等式(7)的示例性的V(t)之间的差异。在一些例子中，模拟的电动势电压V(t)到D(t)的拟合通过执行Levenberg-Marquardt迭代而实现以最小化和/或减小V(t)和D(t)之间的chi平方χ²，其可以数学地表示为

$\underset{A,\mathrm{\Δ},\mathrm{\ω},\mathrm{\φ},a,b}{\min }{\mathrm{\χ}}^2$ 等式(9)

其中

${\mathrm{\χ}}^2=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{|D\left(t_i\right)-V\left(t_i\right)|}^2}{v}$ 等式(10)，

t_i代表感应电动势电压D(t)的采样由波形测量器325测量的时间，N是处理的采样的数量，V是用于拟合N个数据点的自由度的数量。执行Levenberg-Marquardt迭代以求解数学表达式等式(9)和(10)的示例性的方法描述在Bevington等人的名称为“Data Reduction and Error Analysis for thePhysical Sciences”的书中，该书通过参考全文引入。额外地，和/或替代地，牛顿和/或类牛顿迭代可以执行以最小化预测的电动势电压V(t)和测量的电动势电压D(t)之间的差。

数学表达式等式(9)和(10)可以不用计算等式(2)-(6)的值进行求解。因此，模型参数A，Δ，ω，φ，a，和b可以通过波形模拟器330计算，而不必计算贝塞耳函数K₀和K₁的值，计算贝塞耳函数K₀和K₁的值对于井下工具10，30的处理器足够精度的计算是一种计算负担。

对于示例性的双指数模型等式(8)，图3的示例性的模拟器332通过例如对参数A₃，φ₃，A，Δ，ω，φ，a，和b实施等式(9)和(10)而减小和/或最小化测量的电动势电压波形D(t)和等式(8)的预期的波形V(t)之间的差异，其中A³和φ³的初始值分别为A₃ ⁰＝A⁰和φ₃ ⁰＝φ⁰。

为了输出计算的模型参数，图3的示例性的井下组件300包括任何数量和/或类型的输出接口，其中一个表示为附图标记335。图3的示例性的输出接口335经由任何类型的遥测和/或数据传输模块340发送一些或者全部的计算的模型参数(例如，Δ和ω)和/或测量的波形D(t)到地表流体粘度分析组件27，27a，和/或可以存储计算的模型参数和/或测量的波形D(t)在任何数量和/或类型的记忆器、记忆装置、存储器和/或存储装置345中。

在一些例子中，模型参数在每个遥测帧间隔期间计算，并在每个遥测帧中发送到地表流体粘度分析组件27，27a。为了研发和/或测试目的，测量的波形D(t)的周期的和/或非周期的部分可以分为多个部分并利用多个遥测帧传输到地表位置。

为了移除存在于测量的波形D(t)中的任何的偏差和/或偏移，图3的示例性的初始化装置331包括去偏器350。图3的示例性的去偏器350计算测量的电压D(t)的平均值a⁰，并从测量的D(t)减去平均值a⁰以形成零平均波形

其为

$\tilde{D}\left(t\right)=D\left(t\right)-a^0$ 等式(11)。

示例性的去偏器350设置b的初始估计值b⁰到零。

为了计算振动缆线36的共振频率ω的初始估计值ω⁰，图3的示例性的初始化装置331包括谱分析器355。图3的示例性的谱分析器355利用例如熟知的Welch方法计算零平均波形

的功率谱。示例性的谱分析器355识别和/或定位对应计算的功率谱的最大振幅的频率f_p，并计算共振频率

ω⁰＝2πf_p.。

为了计算对数衰减Δ的初始估计值Δ⁰，图3的示例性的初始化装置331包括变换器360和衰减拟合器365。图3的示例性的变换器360计算零平均波形的Hilbert变换示例性的变换器360基于Hilbert变换

和零平均波形计算目标波形

目标波形

利用以下的数学表达式计算

$\stackrel{\‾}{D}\left(t\right)=\ln \left(\sqrt{\tilde{D}{\left(t\right)}^2+\hat{D}{\left(t\right)}^2}\right)$ 等式(12)

，其中ln是自然对数，即是基数e的对数。

图3的示例性的衰减拟合器365通过拟合线性模型c-dt到计算的目标波形而计算、估计和/或否则求解对数衰减Δ的初始估计值Δ⁰。示例性的衰减拟合器365求解最小化线性模型和目标波形

之间的平方差的未知的c和d。在一些例子中，衰减拟合器365使用最小平方标准，其可以数学表示为

$\underset{c,d}{\min }\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{|\stackrel{\‾}{D}\left(t_i\right)-c+{\mathrm{dt}}_i|}^2$ 等式(13)。

示例性的衰减拟合器365从对参数c和d的求解，计算初始估计的对数衰减Δ⁰和振幅A⁰。特别地，衰减拟合器365计算：

A⁰＝e^c                            等式(14)

Δ⁰＝d/ω⁰                        等式(15)，

其中e是自然对数的基数。

为了确定相φ的初始估计值φ⁰，示例性的初始化装置331包括相拟合器370。对于多个可能的相θ的每一个(例如选自集合(0，π/8，π/4，…，2π})，图3的示例性的相拟合器370计算波形其可以数学表示为

$\tilde{D}(t,\mathrm{\θ})=A^0{e}^{-{\mathrm{\Δ}}^0{\mathrm{\ω}}^{0}t}\sin ({\mathrm{\ω}}^{0}t+\mathrm{\θ}).$ 等式(16)。

示例性的相拟合器370计算每一计算的波形

和零平均测量的波形

之间的均方差，并选择φ⁰作为对应最小均方差的相θ。

尽管实施图1和2的示例性的井下流体粘度分析组件26和26a的示例性的方式已经在图3中示出，但是在图3中所示的元件、传感器、电路、模块、处理和/或装置的一个或多个可以合并、分开、再安置、省略、去除，其以递归的方式实施，和/或以任何其它方式实施。进一步地，示例性的振动缆线传感器305、示例性的致动器320、示例性的波形测量器325、示例性的波形模拟器330、示例性的初始化装置331、示例性的模拟器332、示例性的输出接口335、示例性的遥测模块340、示例性的存储器345、示例性的去偏器350、示例性的谱分析器355、示例性的变换器360、示例性的衰减拟合器365、示例性的相拟合器370和/或，更一般地，图3的示例性的井下组件300，可以通过硬件、软件、固件和/或任何硬件、软件和/或固件的组合实施。因此，例如，任何或者所有的示例性振动缆线传感器305，示例性致动器320，示例性波形测量器325，示例性波形模拟器330，示例性初始化装置331，示例性模拟器332，示例性的输出接口335、示例性的遥测模块340、示例性的存储器345、示例性的去偏器350、示例性的谱分析器355、示例性的变换器360、示例性的衰减拟合器365、示例性的相拟合器370和/或，更一般地，示例性的井下组件300，可以通过电路、可编程处理器、特定用途集成电路(ASIC)、可编程逻辑装置(PLD)、场可编程逻辑装置(FPLD)、场可编程门阵列(FPGA)等的一个或多个实施。更进一步地，井下组件300可包括替代或者除了图3所示的那些之外的元件、传感器、电路、模块、处理和/或装置，和/或可以包括超过其中一个的所示的元件、传感器、电路、模块、处理和/或装置的任何或者全部。例如，井下组件300可包括流体密度模块(未示出)以进行流体310的测量，从所述测量流体310的密度ρ可以通过流体密度模块和/或通过地表组件，例如示例性的地表组件27和27a，进行估计和/或计算。

图4示出实施图1和2的示例性的地表流体粘度分析组件27和27a的示例性的方式。尽管示例性的地表流体粘度分析组件27和27a的任一可以通过图4的例子实施，但是为了易于讨论，图4所示的例子将称作地表流体粘度分析组件400，或者简单称作地表组件400。

为了接收代表在流体流中振动的缆线的测量的振动的模型参数(例如，Δ和ω)，图4的示例性的井下组件400包括任何类型的遥测模块405，和作何数量和/或类型的输入接口，其中一个输入接口用附图标记410表示。当计算的模型参数在输入接口410经由示例性的遥测模块405接收时，图4的示例性的输入接口410存储接收的模型参数在作何数量和/或类型的记忆器、记忆装置、存储器和/或存储装置415中。如果测量的感应电压波形D(t)经由遥测模块405接收，波形V(t)同样地存储在存储器415中。

为了确定流体310的粘度η(图3)，图4的示例性的地表流体粘度分析组件400包括粘度分析器420。图4的示例性的粘度分析器420迭代地计算关于粘度η的不同估计值的非线性流体粘度模拟等式g()的输出以计算、估计和/或另外迭代地求解粘度η。由示例性的粘度分析器420迭代的非线性流体粘度模拟等式g()通过从井下组件26，26a，300计算和接收的模型参数Δ和ω、用于振动缆线传感器305的预计算和/或预测量的校准参数425、和流体310的测量的和/或计算的密度ρ限定。图4的流体310的密度ρ可以通过利用任何数量和/或类型的方法、装置和/或算法由井下工具模块和/或组件进行测量，并经由示例性的遥测模块405在地表组件400处接收。额外地，或者替代地，图4的地表组件400可包括基于由井下工具进行的测量而估计和/或计算流体密度ρ的密度分析器(未示出)。示例性的校准参数425在井下组件26，26a和/或300布置在井眼20内之前确定。示例性的校准参数425包括，但是不必限于，缆线306的半径R、缆线306的内部阻尼因子Δ₀和缆线306的密度ρ_s。

图4的示例性的粘度分析器420存储计算的和/或估计的粘度η在示例性的存储器415中，和/或经由作何数量和/或类型的输出装置输出计算的和/或估计的粘度η，输出装置的其中一个用附图标记440表示。示例性的输出装置440包括，但不限于，显示器、屏幕、打印机和/或终端。而且，示例性的输出装置440可用于提供确定的粘度η到指引地层评估的另一地表装置和/或组件(未示出)。

为了计算流体粘度模拟等式g()的值，图4的示例性的粘度分析器420包括模拟器430。图4的示例性的模拟器430计算由下面的数学表达式限定的非线性模拟等式g()的值：

$g(\mathrm{\ω},\mathrm{\Δ},R,{\mathrm{\Δ}}_0,{\mathrm{\ρ}}_s,\mathrm{\ρ},\mathrm{\η})=\mathrm{\Δ}-\frac{(\mathrm{\ρ}/{\mathrm{\ρ}}_s)k^{\′}+2{\mathrm{\Δ}}_0}{2[1+(\mathrm{\ρ}/{\mathrm{\ρ}}_s)k]}$ 等式(17)，

其中k和k′由数学表达式(3)-(6)限定。

为了求解粘度η，图4的示例性的粘度分析器420包括迭代器435。图4的示例性的迭代器435计算、迭代和/或另外求解粘度值η以使得等式(17)的值尽可能接近0。在一些例子中，示例性的迭代器435使用Newton-Raphson迭代以求解粘度η。给定粘度η的当前估计值η_n，迭代器435利用下面的表达式计算粘度的更新的估计值η_n+1：

${\mathrm{\η}}_{n+1}={\mathrm{\η}}_n-\frac{g(\mathrm{\ω},\mathrm{\Δ},R,{\mathrm{\Δ}}_0,{\mathrm{\ρ}}_s,\mathrm{\ρ},{\mathrm{\η}}_n)}{g^{\′}(\mathrm{\ω},\mathrm{\Δ},R,{\mathrm{\Δ}}_0,{\mathrm{\ρ}}_s,{\mathrm{\η}}_n)}$ 等式(18)

其中，

$g^{\′}(\mathrm{\ω},\mathrm{\Δ},R,{\mathrm{\Δ}}_0,{\mathrm{\ρ}}_s,\mathrm{\ρ},{\mathrm{\η}}_n)=\frac{\∂}{\∂\mathrm{\η}}g(\mathrm{\ω},\mathrm{\Δ},R,{\mathrm{\Δ}}_0,{\mathrm{\ρ}}_s,\mathrm{\ρ},\mathrm{\η}){|}_{\mathrm{\η}={\mathrm{\η}}_n}.$ 等式(19)

因为示例性的非线性函数g(ω，Δ，R，Δ₀，ρ_s，ρ，η)关于η的良好的表现(也就是，它具有单一的零穿越)，迭代可以开始于1厘泊(cP)的初始估计粘度η₀。或者，可以将粘度η近似为衰减Δ的平方的固定倍数，并将其用作用于粘度模拟等式g()的迭代的初始起始点η₀。由等式(18)和(19)表示的示例性的迭代的收敛将典型地发生在小于10次迭代。

尽管实施图1和2的示例性的地表流体粘度分析组件27和27a的示例性的方式已经在图4中示出，但是，图4中所示的元件、传感器、电路、模块、处理和/或装置的一个或多个可以组合、分开、再安置、省略、去除，其以递归方法实施，和/或以其它任何方法实施。进一步，图4的示例性的遥测模块405、示例性的输入接口410、示例性的存储器415、示例性的粘度分析器420、示例性的模拟器430、示例性的迭代器435、示例性的输出装置440和/或更一般地，示例性的地表组件400可通过硬件、软件、固件和/或硬件、软件和/或固件的任何组合实施。这样，例如，示例性的遥测模块405、示例性的输入接口410、示例性的存储器415、示例性的粘度分析器420、示例性的模拟器430、示例性的迭代器435、示例性的输出装置440和/或更一般地示例性的地表组件400的任何或者全部可以通过一个或多个电路、可编程处理器、ASIC、PLD、FPLD、FPGA等实施。更进一步，地表组件400可包括替代和/或除了图4所示的那些之外的元件、传感器、电路、模块、处理和/或装置，和/或可以包括超过其中一个的所示元件、传感器、电路、模块、处理和/或装置的任何或者全部。

图5是表示可以进行以实施图1-3的示例性的井下流体粘度分析组件26，26a和300的示例性的流程的流程图。图6是表示可以进行以实施图1、2和4的示例性的地表流体粘度分析组件27，27a和400的示例性的流程的流程图。图5和6的示例性的流程可以通过处理器、控制器和/或任何其它适当的处理装置进行。例如，图5和6的示例性的流程可以实施为存储在制造物品例如任何有形的计算机可读和/或计算机可访问介质上的编码指令。示例性的有形的计算机可读介质包括，但不限于，闪存、光盘(CD)、数字化通用光盘(DVD)、软盘、只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)可编程ROM(PROM)、电子可编程ROM(EPROM)和/或电子可擦除PROM(EEPROM)、光学存储盘、光学存储装置、磁存储盘、磁存储装置和/或任何其它的可用于以设备可访问和/或设备可读指令或者数据结构的形式存储和/或承载程序编码和/或指令并可以由处理器、通用目的或者特定目的的计算机或者其它具有处理器的设备(例如，在下面关于图7讨论的示例性的处理器平台P100)访问的有形介质。以上的组合也包括在计算机可读介质范围内。设备可读指令包括，例如，使得处理器、通用目的计算机、特定目的计算机或者特定目的处理设备实施一个或多个特定流程的指令和/或数据。或者，图5和6的示例性的流程的一些或者全部可以利用ASIC、PLD、FPLD、FPGA、离散逻辑、硬件、固件等的任何组合实施。再者，图5和6的示例性的流程的一些或者全部可以替代地手动实施或作为前述技术的任何组合，例如固件、软件、离散逻辑和/或硬件的任何组合。进一步，实施图5和6的示例性的操作的许多其它的方法可以被采用。例如，块的执行顺序可以变化，和/或一个或多个描述的块可以变化、去除、再分开或者组合。此外，图5和6的示例性的流程的任何或者全部可以通过例如分开的处理线程、处理器、装置、离散逻辑、电路等顺次地进行和/或并行地进行。

图5的示例性的流程开始于示例性的致动器320促动和/或致使缆线306偏斜(块505)，并且示例性的波形测量器325随着时间测量通过流体310内的缆线的振动跨过缆线306引起的电压波形D(t)(块510)。示例性的去偏器350计算测量的波形D(t)的初始估计平均值a⁰，并从测量的波形D(t)减去平均值a⁰以形成如等式(11)所示的零平均波形

(块515)。

示例性的谱分析器355计算零平均波形

的功率谱(块520)并识别对应计算的功率谱的峰值的频率f_p(块525)。初始的共振频率估计值ω⁰被计算为ω⁰＝2πf_p。

示例性的变换器360计算零平均波形

的Hibert变换(块530)。变换器360利用例如等式(12)计算目标波形并且示例性的衰减拟合器365选择线性模型的未知参数c和d以减小线性模型和目标波形之间的差异，例如如等式(13)所示(块535)。衰减拟合器365从分别如等式(14)和(15)所示的参数c和d计算初始的估计的对数衰减Δ⁰和振幅A⁰(块540)。

示例性的相拟合器370求解初始估计相φ⁰，如例如上面关于等式(16)描述的(块545)。开始于初始估计模型参数A⁰，a⁰，b⁰，Δ⁰，φ⁰和ω⁰(用于双指数模型的A₃ ⁰和f₃ ⁰)，示例性的模拟器332计算、确定、更新和/或迭代模型参数A，a，b，Δ，φ，和ω(用于双指数模型的A₃和φ₃)以最小化测量的D(t)和预期的V(t)之间的差异(块550)。

波形模拟器330存储测量的波形D(t)和计算的模型参数在存储器345中(块555)，输出接口335经由遥测模块340至少发送计算的模型参数Δ和ω到地表位置(块560)。然后控制从图5的示例性的流程退出。

图6的示例性的流程开始于示例性的遥测模块405(图4)从井下工具接收计算的模型参数Δ和ω(块605)。示例性的模拟器430从存储器425调用校准参数R，Δ₀和ρ_s(块610)。示例性的遥测模块405从相同或者不同的井下工具接收流体密度ρ(块612)。额外地，或者替代地，流体密度ρ可以通过基于由井下工具进行的测量计算和/或估计密度ρ而获得。示例性的迭代器435选择流体310的粘度η的初始估计值η₀(块615)。

基于从井下工具接收到的接收的参数Δ和ω、调用的校准参数和粘度η的初始估计值，示例性的模拟器430计算由等式(17)限定的非线性流体粘度模拟等式g()的输出(块620)。基于由模拟器430计算的流体粘度模拟等式g()的输出，示例性的迭代器435利用例如等式(18)和(19)计算粘度η的更新的估计值η_n+1(块625)。

如果粘度η的估计值没有收敛(块630)，控制返回到块620以计算流体粘度模拟等式g()的另一输出。如果粘度η的估计值已经收敛(块630)，粘度分析器420存储估计的粘度η在存储器415中和/或经由输出装置440输出估计的粘度η(块635)。控制然后从图6的示例性的流程退出。

图7是可以使用和/或编程以实施在此描述的示例性的流体粘度分析组件26，26a，27，27a，300和400的示例性的处理器平台P100的示意图。例如，处理器平台P100可以通过一个或多个通用目的的处理器、处理器芯片、微控制器等实施。

图7的例子的处理器平台P100包括至少一个通用目的的可编程处理器105。处理器P105执行存在于处理器P105的主存储器(例如，在RAMP115和/或ROMP120内)中的编码指令P110和/或P112。处理器P105可以为任何类型的处理单元，例如处理器芯片、处理器和/或微控制器。处理器P105可执行，在其它的事情中，图5和6的示例性的流程以实施在这里描述的示例性的方法、设备和制造物品。

处理器P105经由总线P125与主存储器(包括ROMP120和/或RAMP115)连通。RAMP115可以通过动态随机访问存储器(DRAM)、同步动态随机访问存储器(SDRAM)和/或任何其它类型的RAM装置实施，ROM可以通过闪存和/或任何其它期望类型的记忆装置实施。对存储器P115和存储器P120的访问可以通过存储控制器(未示出)控制。存储器P115，P120可以用于实施示例性的存储器345和440。

处理器平台P100还包括接口电路P130。接口电路P130可以通过任何类型的接口标准例如外部存储器接口、串行端口、通用目的的输入/输出等实施。一个或多个输入装置P135和一个或多个输出装置P140连接到接口电路P130。示例性的输出装置P140可以用于例如实施示例性的遥测模块340。示例性的输入装置P135可以用于例如实施示例性的遥测模块405。

虽然某些示例性的方法、设备和制造物品已经在这里描述，但是本专利的覆盖范围并不限于此。相反，本专利覆盖以文字相同或者等同原则完全落在所附权利要求的范围中的所有方法、设备和制造物品。

Claims (32)

1.一种设备，包括：

井下组件，其包括：

传感器，其测量表征在井眼中在井下位置的流体中振动的缆线的运动的波形；

波形模拟器，其从所述测量的波形计算模型参数；和

第一遥测模块，其传递所述计算的模型参数到地表位置；和

地表组件，其包括：

第二遥测模块，其从所述井下组件接收所述计算的模型参数；和

粘度分析器，其从所述计算的模型参数估计所述流体的粘度。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述波形模拟器通过求解第一最小化问题计算所述模型参数，所述粘度分析器通过求解第二最小化问题估计所述粘度。

3.如权利要求1所述的设备，其中，所述计算的模型参数包括振动缆线的对数衰减阻尼因子或者共振频率的至少其中一个。

4.如权利要求1所述的设备，其中，所述波形模拟器包括：

变换器，其计算测量的波形的Hilbert变换和基于所述Hilbert变换和测量的波形计算目标波形；和

衰减过滤器，其选择线性模型的第一和第二系数以减小所述线性模型和所述计算的目标波形之间的差异，并从所述第一系数计算所述模型参数。

5.如权利要求1所述的设备，其中，所述波形模拟器包括谱分析器以计算所述测量的波形的功率谱并识别所述计算的功率谱的峰值，其中所述模型参数代表所述计算的功率谱的所述峰值。

6.如权利要求1所述的设备，其中，所述波形模拟器包括用于更新所述计算的模型参数的模拟器以减小所述测量的波形和预期的波形之间的差异。

7.如权利要求1所述的设备，其中，所述粘度分析器包括：

模拟器，其计算表征所述振动的缆线的非线性函数的输出值，所述非线性函数由所述计算的模型参数和至少一个校准参数限定；和

迭代器，其通过基于所述计算的输出值识别所述非线性函数的零点估计粘度。

8.如权利要求7所述的设备，其中，所述迭代器是通过以下来识别所述零点：

选择粘度的第一估计值；和

从第一估计的粘度值利用Newton-Raphson迭代计算粘度的第二估计值。

9.一种方法，包括：

促动在流体内的缆线传感器；

测量代表在所述流体内的所述缆线传感器的振动的波形；

从所述测量的波形计算包括共振频率或者对数衰减阻尼因子的至少一个的缆线振动模型参数；和

从所述计算的模型参数估计所述流体的粘度。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述缆线振动模型参数通过求解第一最小化问题计算，流体的粘度通过求解第二最小化问题而进行估计。

11.如权利要求9所述的方法，进一步包括：

计算所述测量的波形的Hilbert变换；

基于所述Hilbert变换和所述测量的波形计算目标波形；

选择线性模型的第一和第二系数以减小所述线性模型和所述计算的目标波形之间的差异；和

基于所述第一系数计算所述模型参数。

12.如权利要求9所述的方法，进一步包括：

计算所述测量的波形的功率谱；以及

识别所述计算的功率谱的峰值，其中所述模型参数代表所述计算的功率谱的所述峰值。

13.如权利要求9所述的方法，进一步包括：通过识别由所述计算的模型参数和至少一个校准参数限定的非线性函数的零点估计所述流体的粘度。

14.如权利要求9所述的方法，进一步包括：

选择粘度的第一估计值；以及

执行Newton-Raphson迭代以形成粘度的第二估计值。

15.一种用于井眼的井下位置的设备，包括：

致动器，其促动在所述井眼的井下位置的流体内的缆线；

测量器，其测量代表在所述流体内的所述缆线的振动的波形；

变换器，其计算所述测量的波形的Hilbert变换并基于所述Hilbert变换和所述测量的波形计算目标波形；

衰减拟合器，其选择线性模型的第一和第二系数以减小所述线性模型和所述计算的目标波形之间的差异并基于所述第一系数计算对数衰减阻尼因子；以及

遥测模块，其发送计算的对数衰减阻尼因子到地表位置。

16.如权利要求15所述的设备，其中，计算对数衰减阻尼因子包括计算流体内的所述缆线的所述第一系数和共振频率的比率。

17.如权利要求15所述的设备，进一步包括：

谱分析器，其计算所述测量的波形的功率谱并识别在所述流体内的所述缆线的共振频率下计算的功率谱的峰值，其中所述遥测模块用于发送所述共振频率到所述地表位置。

18.如权利要求15所述的设备，进一步包括去偏器以计算所述测量的波形的平均值并从所述测量的波形减去该平均值以形成零平均值测量波形，其中所述变换器用于计算所述零平均值测量波形的所述Hilbert变换。

19.如权利要求15所述的设备，进一步包括模拟器以更新计算的对数衰减阻尼因子以减小所述测量的波形和预期的波形之间的差异。

20.一种方法，包括：

促动在井眼中的井下位置的流体内的缆线；

测量代表所述流体内的所述缆线的振动的波形；

计算所述测量的波形的Hilbert变换；

基于所述Hilbert变换和所述测量的波形计算目标波形；

选择线性模型的第一和第二系数以减小所述线性模型和所述计算的目标波形之间的差异；

基于所述第一系数计算对数衰减阻尼因子；和

发送计算的对数衰减阻尼因子到地表位置。

21.如权利要求20所述的方法，其中，计算对数衰减阻尼因子包括计算在所述流体内的所述缆线的共振频率下所述第一系数的比率。

22.如权利要求20所述的方法，进一步包括：

计算所述测量的波形的功率谱；

识别在所述流体内的所述缆线的共振频率下计算的功率谱的峰值；以及

发送所述共振频率到所述地表位置。

23.如权利要求20所述的方法，进一步包括：

计算所述测量的波形的平均值；以及

从所述测量的波形减去该平均值以形成零平均值测量波形，其中所述Hilbert变换是在所述零平均值测量波形上计算的。

24.如权利要求20所述的方法，进一步包括更新计算的对数衰减阻尼因子以减小所述测量的波形和预期的波形之间的差异。

25.如权利要求24所述的方法，其中，更新计算的对数衰减阻尼因子以减小所述测量的波形和所述预期的波形之间的差异包括Levenberg-Marquardt迭代。

26.如权利要求20所述的方法，进一步包括：

基于计算的对数衰减阻尼因子估计所述流体的粘度；以及

基于估计的粘度确定地层评估测试的参数。

27.如权利要求26所述的方法，其中，估计粘度包括：

计算所述计算的对数衰减阻尼因子的平方值；以及

计算该平方值和一常数的乘积。

28.如权利要求26所述的方法，其中，地层评估测试的参数包括下抽速率。

29.一种方法，包括：

在地表位置接收用于在井眼内在井下位置处在流体内振动的缆线的对数衰减阻尼因子；

在地表位置从所述井下位置接收在所述井下位置在所述井眼内的所述流体内的所述振动缆线的共振频率；和

基于接收的对数衰减阻尼因子和接收的共振频率估计所述流体的粘度。

30.如权利要求29所述的方法，其中，估计所述流体的粘度包括识别由粘度、接收的对数衰减阻尼因子、接收的共振频率和校准参数限定的非线性函数的零点。

31.如权利要求30所述的方法，其中，所述非线性函数包括接收的对数衰减阻尼因子和利用粘度、接收的共振频率和校准参数计算的模拟的对数衰减阻尼因子之间的差异。

32.如权利要求29所述的方法，其中，估计所述流体的粘度包括：

选择粘度的第一估计值；和

执行Newton-Raphson迭代以计算粘度的第二估计值。

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