DE102006019813A1

DE102006019813A1 - Fluidanalyseverfahren und -vorrichtung

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Publication number: DE102006019813A1
Application number: DE102006019813A
Authority: DE
Inventors: Darcy Devon Freemark; Craig Camrose Borman; Ahmed Edmonton Hammami; Moin Edmonton Muhammed; Scott Edmonton Jacobs; Jonathan W. Sugar Land Brown; Andrew L. Sugar Land Kurkjian; Chengli Sugar Land Dong; Brindesh Missouri Dhruva; Kenneth L. Houston Havlinek; Anthony R. H. Sugar land Goodwin
Original assignee: Schlumberger Technology BV
Current assignee: Schlumberger Technology BV
Priority date: 2005-04-29
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2006-11-02
Also published as: RU2006114647A; CN1912341A; CN1912341B; GB0608349D0; MXPA06004693A; CA2544866C; FR2885166A1; US7458252B2; NO342372B1; CA2544866A1; CN101189409A; GB2425794A; RU2391503C2; CN101189409B; GB2425794B; NO20061817L; US20060243033A1

Abstract

Fluidanalysebaueinheit (26) zum Analysieren eines Fluids, die eine Kammer (60), eine Fluidbewegungsvorrichtung (62), eine Druckbeaufschlagungsbaueinheit (64) und wenigstens einen Sensor (66) enthält. Die Kammer (60) definiert einen Bewertungshohlraum (68) zur Aufnahme des Fluids. Die Fluidbewegungsvorrichtung (62) weist ein Kraftmedium auf, das eine Kraft auf das Fluid ausübt, um zu veranlassen, dass sich das Fluid in dem Hohlraum (68) bewegt. Die Druckbeaufschlagungsbaueinheit (64) ändert kontinuierlich den Druck des Fluids. Der wenigstens eine Sensor (66) steht mit dem Fluid in Verbindung, um wenigstens einen Parameter des Fluids abzutasten, während sich der Druck des Fluids kontinuierlich ändert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fluidanalysebaueinheit zum Analysieren eines Fluids gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein Bohrungswerkzeug, das in einer Bohrung positionierbar ist, die eine Wand aufweist und eine unterirdische Formation durchdringt, die ein Fluid enthält, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9 bzw. 27, und ein Verfahren zum Messen eines Parameters eines unbekannten Fluids in einer Bohrung, die eine Formation durchdringt, die das Fluid enthält, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 21.

Bohrungen werden zum Auffinden und Fördern von Kohlenwasserstoffen gebohrt. Ein Bohrungsbohrwerkzeug mit einem Bohrmeißel an einem Ende wird in den Boden vorgeschoben, um eine Bohrung zu erzeugen. Während das Bohrwerkzeug vorgeschoben wird, wird Bohrschlamm durch das Bohrwerkzeug und aus dem Bohrmeißel gepumpt, um das Bohrwerkzeug abzukühlen und Bohrklein abzuführen. Der Bohrschlamm bildet außerdem einen Schlammkuchen, mit dem die Bohrung ausgekleidet wird.

Während der Bohroperation ist es erwünscht, verschiedene Bewertungen der von der Bohrung durchdrungenen Formationen auszuführen. In einigen Fällen kann das Bohrwerkzeug entnommen werden und ein Seilarbeitswerkzeug in die Bohrung eingesetzt werden, um die Formation zu prüfen und/oder abzutasten. In anderen Fällen kann das Bohrwerkzeug mit Vorrichtungen zum Prüfen und/oder Abtasten der umgebenden Formation versehen sein und dazu verwendet werden, die Prüfung oder Abtastung bzw. Probennahme auszuführen. Diese Abtastungen oder Prüfungen können z.B. dazu verwendet werden, wertvolle Kohlenwasserstoffe aufzufinden.

Die Formationsbewertung erfordert häufig, dass Fluid aus der Formation zur Prüfung und/oder Abtastung in das Bohrungswerkzeug angesaugt wird. Um eine Fluidverbindung mit der Formation herzustellen, die die Bohrung umgibt, und Fluid in das Bohrungswerkzeug anzusaugen, werden aus dem Bohrungswerkzeug verschiedene Vorrichtungen wie etwa Sonden ausgefahren. Eine typische Sonde ist ein kreisförmiges Element, das aus dem Bohrungswerkzeug ausgefahren und gegen die Seitenwand der Bohrung positioniert wird. Eine Gummidichtung am Ende der Sonde wird genutzt, um eine Dichtung mit der Wand der Bohrung zu erzeugen. Eine weitere Vorrichtung, die zum Bilden einer Dichtung mit der Bohrung verwendet wird, wird als Doppeldichtung bezeichnet. Bei einer Doppeldichtung verlaufen zwei Elastomerringe radial um das Werkzeug, um einen Abschnitt der Bohrung dazwischen abzutrennen. Die Ringe bilden mit der Bohrungswand eine Dichtung und ermöglichen, dass Fluid in den abgetrennten Abschnitt der Bohrung und in einen Einlass in dem Bohrungswerkzeug angesaugt wird.

Der Schlammkuchen, mit dem die Bohrung ausgekleidet ist, ist häufig nützlich als Hilfe für die Sonde und/oder für die Doppeldichtungen, um die Dichtung mit der Bohrungswand herzustellen. Wenn die Dichtung hergestellt worden ist, wird durch Absenken des Drucks in dem Bohrungswerkzeug Fluid aus der Formation durch einen Einlass in das Bohrungswerkzeug angesaugt. Beispiele für Sonden und/oder Dichtungen, die in Bohrungswerkzeugen verwendet werden, sind in US 6 301 959 , US 4 860 581 , US 4 936 139 , US 6 585 045 , US 6 609 568 und US 6 719 049 sowie in der US-Patentanmeldung 2004/0000433 beschrieben. Die Formationsbewertung wird typisch an Fluiden ausgeführt, die in das Bohrungswerkzeug angesaugt werden. Momentan gibt es Techniken zum Ausführen verschiedener Messungen bzw. Vorprüfungen und/oder zur Probennahme aus Fluiden, die in das Bohrungswerkzeug eintreten.

Das Fluid, das durch das Bohrungswerkzeug geht, kann geprüft werden, um verschiedene Bohrungsparameter oder -eigenschaften zu bestimmen. Verschiedene Eigenschaften von Kohlenwasserstofflagerstättenfluiden wie etwa Viskosität, Dichte und Phasenverhalten des Fluids unter Lagerstättenbedingungen können verwendet werden, um potentielle Reserven zu bewerten, die Strömung in porösen Medien, den Abschluss des Aufbaus, die Trennung, die Behandlung sowie Messsysteme u. a. zu bestimmen.

Außerdem können Proben des Fluids in dem Bohrungswerkzeug erhoben und an die Oberfläche zurückgeholt werden. Das Bohrungswerkzeug speichert das Formationsfluid in einer oder in mehreren Probenkammern oder -faschen und holt die Flaschen an die Oberfläche zurück, während das Formationsfluid unter Druck gehalten wird: Ein Beispiel dieses Abtastungs-/Probennahmetyps ist in US 6 688 390 beschrieben. Solche Proben werden gelegentlich als Live-Fluide bezeichnet. Diese Fluide können daraufhin zur weiteren Analyse an ein geeignetes Labor geschickt werden. Eine typische Fluidanalyse oder -charakterisierung kann z. B. eine Zusammensetzungsanalyse, Fluideigenschaften und das Phasenverhalten umfassen. In einigen Fällen kann diese Analyse auch unter Verwendung eines transportablen Laborsystems an der Oberfläche bei der Bohrstelle vorgenommen werden.

Es sind Techniken zum Ausführen von Oberflächenprüfungen der Live-Fluide entwickelt worden. Viele Fluidmessungen können größenordnungsmäßig eine Stunde oder länger dauern. Zum Beispiel beginnt das Fluid bei der Phasenverhaltensanalyse oder -bestimmung als eine einzelne Phase, d. h. als eine Flüssigkeit oder als ein Gas. Die Temperatur wird konstant gehalten. Das Volumen wird in einer Reihe kleiner Schritte vergrößert. Bevor der nächste Volumenschritt ausgeführt wird, muss sich der Druck stabilisiert haben. Um die zum Stabilisieren des Drucks benötigte Zeit zu verkürzen, wird das Fluid aktiv gemischt. Dieses Mischen umfasst das Rühren, das Aufwühlen, das Schieben, das Vibrierenlassen und/oder das sonstige Transportieren des Fluidvolumens. Während des Volumenvergrößerungsprozesses oder der Volumenvergrößerungsschritte werden optische Technologien verwendet, um die Anwesenheit einer getrennten Phase zu erfassen. Zum Beispiel kann eine Hochdruckkamera mit einer Auflösung von 2 μm verwendet werden, um über ein optisches Fenster Bilder aufzunehmen, während unter Verwendung des nahen Infrarot (NIR) eine Messung der Lichtextinktion vorgenommen werden kann.

Während der Abtastung bzw. Probennahme kann das Lagerstättenfluid eine Vielzahl von Phasenübergängen zeigen. Häufig sind diese Übergänge das Ergebnis einer Abkühlung, eines Druckabfalls und/oder von Zusammensetzungsänderungen, die stattfinden, während das Fluid in das Werkzeug angesaugt und/oder zur Oberfläche zurückgeholt wird. Die Charakterisierung des Fluidphasenverhaltens ist der Schlüssel zur Planung und Optimierung der Arbeitsbereichsentwicklung und Produktion. Änderungen der Temperatur (T) und des Drucks (P) des Formationsfluids führen häufig zur Mehrphasentrennung (z. B. flüssig-gasförmig, flüssig-fest, flüssig-flüssig, gasförmig-flüssig usw.) und zur Phasenrekombination. Ähnlich hat ein Einphasengas typisch eine als der Taupunkt bekannte Einhüllende, bei der sich eine flüssige Phase trennt. Diese Änderungen können die während der Formationsbewertungen erhobenen Messwerte beeinflussen. Darüber hinaus gibt es eine erhebliche Verzögerung zwischen der Abtastung und der Prüfung an der Oberfläche oder in Labors außerhalb des Geländes.

Somit ist es erwünscht, Techniken zu schaffen, die eine Formationsbewertung von Fluid ausführen können, das das Fluid in der Formation repräsentiert. Ferner ist es erwünscht, dass diese Techniken genaue Echtzeitmesswerte liefern. Diese Formationsbewertung unterliegt den Größen- und Zeitbeschränkungen der Bohrungsoperationen und wird vorzugsweise in der Bohrung ausgeführt. Die Erfindung ist auf eine Fluidanalysebaueinheit gerichtet, die diese Formationsbewertung ausführen kann.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Fluidanalysebaueinheit zum Analysieren eines Fluids, ein Bohrungswerkzeug, das in einer Bohrung positionierbar ist, und ein Verfahren zum Messen eines Parameters eines unbekannten Fluids in einer Bohrung, die eine Formation durchdringt, die das Fluid enthält, zu schaffen, mit denen eine Formationsbewertung von Fluid ausgeführt werden kann, das das Fluid in einer Formation repräsentiert.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 9, 21 und 24 gelöst.

In wenigstens einem Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Fluidanalysebaueinheit zum Analysieren eines Fluids. Die Fluidanalysebaueinheit enthält eine Kammer, eine Fluidbewegungsvorrichtung, eine Druckbeaufschlagungsbaueinheit und wenigstens einen Sensor. Die Kammer definiert einen Bewertungshohlraum zur Aufnahme des Fluids. Die Fluidbewegungsvorrichtung weist ein Kraftmedium auf, das auf das Fluid eine Kraft ausübt, um zu veranlassen, dass sich das Fluid in dem Hohlraum bewegt. Die Druckbeaufschlagungsbaueinheit ändert kontinuierlich den Druck des Fluids. Der wenigstens eine Sensor steht in Verbindung mit dem Fluid, um wenigstens einen Parameter des Fluids abzutasten, während sich der Druck des Fluids kontinuierlich ändert.

In einer Version ist die Kammer als eine Strömungsleitung wie etwa eine Umwälzschleife charakterisiert. In einer weiteren Version enthält die Kammer eine Strömungsleitung, eine Umgehungsschleife, die mit der Strömungsleitung in Verbindung steht und den Bewertungshohlraum definiert, und wenigstens ein Ventil, das zwischen der Strömungsleitung und dem Bewertungshohlraum der Umgehungsschleife positioniert ist, um wahlweise Fluid von der Strömungsleitung in den Bewertungshohlraum der Umgehungsschleife umzuleiten.

In einer abermals weiteren Version enthält die Fluidbewegungsvorrichtung eine Pumpe. Optional enthält die Fluidbewegungsvorrichtung ein Mischelement, das in dem Bewertungshohlraum positioniert ist und einen Wirbel in dem Fluid bildet. In dieser Version ist erwünscht, dass wenigstens einer der Sensoren in dem Wirbel positioniert ist.

In einer abermals weiteren Version sind die Fluidbewegungsvorrichtung und die Druckbeaufschlagungsbaueinheit einteilig ausgebildet, wobei sie zusammen ein erstes Gehäuse, ein zweites Gehäuse, einen ersten Kolben und einen zweiten Kolben umfassen. Das erste Gehäuse definiert einen ersten Hohlraum, der mit dem Bewertungshohlraum der Kammer in Verbindung steht. Das zweite Gehäuse definiert einen zweiten Hohlraum, der mit dem Bewertungshohlraum der Kammer in Verbindung steht. Die Querschnittsfläche des ersten Hohlraums ist größer als die des zweiten Hohlraums. Der erste Kolben ist in dem ersten Hohlraum positioniert und in ihm beweglich. Der zweite Kolben ist in dem zweiten Hohlraum positioniert und in ihm beweglich. Die Bewegungen des ersten und des zweiten Hohlraums sind so synchronisiert, dass gleichzeitig eine Bewegung des Fluids und eine Änderung des Drucks in der Kammer veranlasst werden.

In einer Version, die zum Erfassen von Phasenänderungen des Fluids bestimmt ist, ist erwünscht, dass der wenigstens eine Sensor einen Drucksensor, einen Temperatursensor und einen Blasenbildungspunktsensor enthält. Der Drucksensor gibt den Druck in dem Bewertungshohlraum der Kammer an. Der Temperatursensor gibt die Temperatur des Fluids in dem Bewertungshohlraum an. Der Blasenbildungspunktsensor erfasst die Bildung von Blasen in dem Fluid.

In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Bohrungswerkzeug, das in einer Bohrung, die eine Wand aufweist und eine unterirdische Formation durchdringt, positionierbar ist. Die Formation enthält ein Fluid. Das Bohrungswerkzeug enthält ein Gehäuse, eine Fluidverbindungsvorrichtung und eine Fluidanalysebaueinheit. Die Fluidverbindungsvorrichtung ist aus dem Gehäuse für einen dichtenden Eingriff mit der Wand der Bohrung ausfahrbar. Die Fluidverbindungsvorrichtung weist wenigstens einen Einlass zur Aufnahme des Fluids aus der Formation auf. Die Fluidanalysebaueinheit ist in dem Gehäuse zum Analysieren des Fluids positioniert. Die Fluidanalysebaueinheit enthält eine Kammer, eine Fluidbewegungsvorrichtung, eine Druckbeaufschlagungsbaueinheit und wenigstens einen Sensor. Die Kammer definiert einen Bewertungshohlraum zur Aufnahme des Fluids von der Fluidverbindungsvorrichtung. Die Fluid bewegungsvorrichtung weist ein Kraftmedium auf, das eine Kraft auf das Fluid ausübt, um zu veranlassen, dass sich das Fluid in dem Bewertungshohlraum bewegt. Die Druckbeaufschlagungsbaueinheit ändert den Druck des Fluids. Der wenigstens eine Sensor steht in Verbindung mit dem Fluid, um wenigstens einen Parameter des Fluids abzutasten. Die Fluidanalysebaueinheit kann irgendeine der oben beschriebenen Versionen einer Fluidanalysebaueinheit sein.

In einer Version enthält die Fluidverbindungsvorrichtung wenigstens zwei Einlässe, wovon einer unbeeinflusstes Fluid aus der Formation empfängt. In dieser Version umfasst das Bohrungswerkzeug ferner eine Strömungsleitung, die das unbeeinflusste Fluid von einem der Einlässe der Fluidverbindungsvorrichtung empfängt und in den Bewertungshohlraum befördert.

Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Messen eines Parameters eines unbekannten Fluids in einer Bohrung, die eine Formation durchdringt und ein Fluid enthält. In dem Verfahren wird eine Fluidverbindungsvorrichtung des Bohrungswerkzeugs in abdichtendem Eingriff mit einer Wand der Bohrung positioniert. Es wird Fluid aus der Formation in einen Bewertungshohlraum in dem Bohrungswerkzeug angesaugt. Das Fluid wird in dem Bewertungshohlraum bewegt und währenddessen werden Daten abgetastet.

In einer Version des Verfahrens wird der Druck in dem Bewertungshohlraum kontinuierlich geändert, während die Daten abgetastet werden.

In einer weiteren Version des Verfahrens wird anhand der abgetasteten Daten ein Blasenbildungspunkt des Fluids bestimmt.

In einer abermals weiteren Version des Verfahrens wird der Bewertungshohlraum ferner als eine Umgehungsschleife von einer Hauptströmungsleitung definiert, wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfasst: Umleiten von Fluid von der Hauptströmungsleitung in einen getrennten Bewertungshohlraum, Umwälzen des umgeleiteten Fluids in dem getrennten Bewertungshohlraum und Abtasten von Daten des umgeleiteten Fluids in dem getrennten Bewertungshohlraum, während das umgeleitete Fluid umgewälzt wird.

In einer weiteren Version können in getrennten Bewertungshohlräumen eingeschlossene Fluide gemischt werden und das gemischte Fluid kann daraufhin umgewälzt werden. Daraufhin werden Daten des gemischten Fluids abgetastet, während das gemischte Fluid umgewälzt wird.

In einem Aspekt ist die Fluidverbindungsvorrichtung eine Doppeldichtung und das unbekannte Fluid ein unbeeinflusstes Fluid.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den beigefügten Abbildungen illustrierten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
1 ist eine schematische Teilquerschnittsansicht eines Bohrungsseilarbeitswerkzeugs mit einer internen Fluidanalysebaueinheit, das von einem Bohrturm aufgehängt ist.
2 ist eine schematische Teilquerschnittsansicht eines Bohrungsbohrwerkzeugs mit einer internen Fluidanalysebaueinheit, das von einem Bohrturm aufgehängt ist.
3 ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts des Bohrungswerkzeugs aus 1 mit einer Sonde, die gegen eine Seitenwand der Bohrung registriert ist, und mit einer Bewertungsströmungsleitung der Fluidanalysebaueinheit, die mit einer internen Strömungsleitung in Verbindung steht, die Formationsfluid von der Sonde transportiert.
4 ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer abermals weiteren Version des Bohrungswerkzeugs aus 1 mit einer Sonde, die gegen eine Seitenwand der Bohrung registriert ist, und mit einer Bewertungsströmungsleitung der Fluidanalysebaueinheit, die mit einer internen Strömungsleitung in Verbindung steht, die Formationsfluid von der Probe transportiert.
5A ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer weiteren Version des Bohrungswerkzeugs aus 1 mit einer Sonde, die gegen eine Seitenwand der Bohrung registriert ist, und mit einer Bewertungsströmungsleitung der Fluidanalysebaueinheit, die mit einer internen Strömungsleitung in Verbindung steht, die Formationsfluid von der Sonde transportiert.
5B ist eine schematische Darstellung des Bohrungswerkzeugs aus 5A, die die Hin- und Herbewegung des Formationsfluids in der Bewertungs strömungsleitung zeigt.
6 ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer weiteren Version des Bohrungswerkzeugs aus 1 mit einer Sonde, die gegen eine Seitenwand der Bohrung registriert ist, und mit einer Bewertungsströmungsleitung der Fluidanalysebaueinheit, die mit einer internen Strömungsleitung in Verbindung steht, die Formationsfluid von der Sonde transportiert.
7 ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer weiteren Version des Bohrungswerkzeugs aus 1 mit einer Doppelsonde, die gegen eine Seitenwand der Bohrung registriert ist, und mit einer Bewertungsströmungsleitung der Fluidanalysebaueinheit, die mit einer internen Strömungsleitung in Verbindung steht, die Formationsfluid von der Sonde transportiert.
Bestimmte Begriffe sind in dieser Beschreibung dort definiert, wo sie erstmals verwendet werden, während bestimmte andere Begriffe in dieser Beschreibung im Folgenden definiert sind: "Ringförmig" bedeutet in Bezug auf einen Ring oder einen Ring bildend, d. h. eine Linie, ein Band oder eine Anordnung in Form einer geschlossenen Kurve wie etwa eines Kreises oder einer Ellipse.
"Verunreinigtes Fluid" bedeutet Fluid, das allgemein für die Kohlenwasserstofffluidabtastung und/oder -bewertung ungeeignet ist, da es Verunreinigungen wie etwa Filtrat aus dem Bohrschlamm, der beim Bohren der Bohrung genutzt wird, enthält.
"Bohrungswerkzeug" bedeutet Werkzeuge, die etwa mittels eines Bohrstrangs, einer Seilarbeit und einer Rohrwendel ("coiled tubing") in die Bohrung eingesetzt werden, um Bohrungsoperationen auszuführen, die sich auf die Bewertung, auf die Förderung und/oder auf das Management einer oder mehrerer interessierender unterirdischer Formationen beziehen.
"Funktional verbunden" bedeutet direkt oder indirekt verbunden zum Übertragen oder Leiten von Information, Kraft, Energie oder Materie (einschließlich Fluiden).
"Unbeeinflusstes Fluid" bedeutet unterirdisches Fluid, das ausreichend rein, unberührt, fossil, unverunreinigt oder auf andere Weise im Gebiet der Fluid abtastung und -analyse als akzeptabel repräsentativ für eine gültige Kohlenwasserstoffabtastung und/oder -bewertung für eine gegebene Formation betrachtet wird.
"Fluid" bedeutet entweder "unbeeinflusstes Fluid" oder "verunreinigtes Fluid".
"Kontinuierlich" bedeutet einen Verlauf ohne Unterbrechungen in der Zeit, im Raum oder in der Abfolge.
In den oben genannten Figuren sind derzeit bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt, die im Folgenden ausführlich beschrieben werden. Bei der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen werden zur Bezeichnung gemeinsamer oder ähnlicher Elemente ähnliche oder gleiche Bezugszeichen verwendet. Die Figuren sind nicht notwendig maßstäblich und bestimmte Merkmale und Ansichten der Figuren können im Maßstab übertrieben oder im Interesse der Klarheit und Exaktheit schematisch gezeigt sein.
1 zeigt ein in Übereinstimmung mit der Erfindung konstruiertes Bohrungswerkzeug 10, das von einem Bohrturm 12 in eine Bohrung 14 aufgehängt ist. Das Bohrungswerkzeug 10 kann irgendein Werkzeugtyp, der zur Ausführung der Formationsbewertung geeignet ist, wie etwa ein Bohrwerkzeug, eine Bohrrohrwendel ("coiled tubing") oder ein anderes Bohrungswerkzeug sein. Das Bohrungswerkzeug 10 aus 1 ist ein herkömmliches Seilarbeitswerkzeug, das von dem Bohrturm 12 über ein Seilarbeitskabel 16 in die Bohrung 14 eingesetzt und angrenzend an eine Formation F positioniert wird. Ein Beispiel eines Seilarbeitswerkzeugs, das verwendet werden kann, ist in US 4 860 581 und in US 4 936 139 beschrieben.
Das Bohrungswerkzeug 10 ist mit einer Sonde 18 versehen, die mit einer Wand 20 der Bohrung 14 (im Folgenden als eine "Wand 20" oder als eine "Bohrungswand 20" bezeichnet) abdichten und, wie durch die Pfeile gezeigt ist, Fluid aus der Formation F in das Bohrungswerkzeug 10 ansaugen kann. Unterstützungskolben 22 und 24 helfen, die Sonde 18 des Bohrungswerkzeugs 10 gegen die Bohrungswand 20 zu schieben. Außerdem ist das Bohrungswerkzeug 10 mit einer in Übereinstimmung mit der Erfindung konstruierten Fluidanalyse baueinheit 26 versehen, um das Formationsfluid zu analysieren. Insbesondere kann die Fluidanalysebaueinheit 26 eine Formationsbewertung und/oder -analyse der Bohrungsfluide wie etwa der aus der Formation F erzeugten Formationsfluide ausführen. Die Fluidanalysebaueinheit 26 empfängt über eine Bewertungsströmungsleitung 46 das Formationsfluid von der Sonde 18.
2 zeigt ein weiteres Beispiel eines Bohrungswerkzeugs 30, das in Übereinstimmung mit der Erfindung konstruiert ist. Das Bohrungswerkzeug 30 aus 2 ist ein Bohrwerkzeug, das durch ein Bohrwerkzeug zum Messen während des Bohrens (MWD-Bohrwerkzeug) und/oder durch ein Bohrwerkzeug zum Protokollieren während des Bohrens (LWD-Bohrwerkzeug) und/oder durch ein anderes Bohrwerkzeug, das dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist, befördert werden kann oder selbst eines oder mehrere davon sein kann. Das Bohrungswerkzeug 30 ist an einem Bohrstrang 32 befestigt, der durch den Bohrturm 12 angetrieben wird, um die Bohrung 14 zu erzeugen. Das Bohrungswerkzeug 30 enthält eine Sonde 18a, die mit der Wand 20 der Bohrung 14 abdichten und, wie durch die Pfeile gezeigt ist, Fluid aus der Formation F in das Bohrungswerkzeug 30 ansaugen kann. Außerdem ist das Bohrungswerkzeug 30 mit der Fluidanalysebaueinheit 26 zum Analysieren des in das Bohrungswerkzeug 30 angesaugten Formationsfluids versehen. Die Fluidanalysebaueinheit 26 empfängt über eine Strömungsleitung 46 das Formationsfluid von der Sonde 18a.
Obgleich die 1 und 2 die Fluidanalysebaueinheit 26 in einem Bohrungswerkzeug zeigen, ist klar, dass diese Baueinheit an der Bohrstelle oder an einer Einrichtung zum Ausführen von Fluidprüfungen außerhalb des Geländes vorgesehen sein kann. Dadurch, dass die Fluidanalysebaueinheit 26 in dem Bohrungswerkzeug positioniert wird, können Echtzeitdaten in Bezug auf die Bohrungsfluide erhoben werden. Allerdings kann es ebenfalls erwünscht und/oder notwendig sein, Fluide an der Oberfläche und an Orten außerhalb des Geländes zu prüfen. In diesen Fällen kann die Fluidanalysebaueinheit in einem Gehäuse positioniert sein, das an einen gewünschten Ort transportiert werden kann. Alternativ können Fluidproben an eine Oberfläche oder an einem Ort außerhalb des Geländes genommen werden und in einer Fluidanalysebaueinheit an diesem Ort geprüft werden. Die Daten und die Prüfergebnissen von verschiedenen Orten können analysiert und verglichen werden.
3 ist eine schematische Ansicht eines Abschnitts des Bohrungswerkzeugs 10 aus 1, die ein Fluidströmungssystem 34 zeigt. Die Sonde 18 wird vorzugsweise aus dem Gehäuse 35 des Bohrungswerkzeugs 10 für den Eingriff mit der Bohrungswand 20 ausgefahren. Die Sonde 18 ist mit einer Dichtung 36 zum Abdichten mit der Bohrungswand 20 versehen. Die Dichtung 36 berührt die Bohrungswand 20 und bildet mit einem Schlammkuchen 40, mit dem die Bohrungswand 14 ausgekleidet ist, eine Dichtung. Der Schlammkuchen 40 sickert in die Bohrungswand 20 ein und erzeugt eine Eindringzone 42 um die Bohrung 14. Die Eindringzone 42 enthält Schlamm und andere Bohrungsfluide, die die umgebenden Formationen einschließlich der Formation F und eines darin enthaltenen Anteils des unbeeinflussten Fluids 44 verunreinigen.
Das Fluidströmungssystem 34 enthält die Bewertungsströmungsleitung 46, die von einem Einlass in die Sonde 18 ausgeht. Obgleich eine Sonde zum Ansaugen von Fluid in das Bohrungswerkzeug gezeigt ist, können auch andere Fluidverbindungsvorrichtungen verwendet werden. Beispiele von Fluidverbindungsvorrichtungen wie etwa Sonden und Doppeldichtungen, die für das Ansaugen von Fluid in eine Strömungsleitung verwendet werden, sind in US 4 860 581 und in US 4 936 139 gezeigt.
Die Bewertungsströmungsleitung 46 erstreckt sich in das Bohrungswerkzeug 10 und wird zum Leiten von Fluid wie etwa unbeeinflusstem Fluid 44 in das Bohrungswerkzeug 10 für die Vorprüfung, für die Analyse und/oder für die Abtastung verwendet. Die Bewertungsströmungsleitung 46 verläuft in eine Probenkammer 50 zum Nehmen von Proben des unbeeinflussten Fluids 44. Außerdem kann das Fluidströmungssystem 34 eine Pumpe 52 enthalten, die zum Ansaugen von Fluid durch die Strömungsleitung 46 verwendet wird.
Obgleich 3 eine beispielhafte Konfiguration eines Bohrungswerkzeugs zeigt, das zum Ansaugen von Fluid aus einer Formation verwendet wird, ist für den Fachmann auf dem Gebiet klar, dass eine Vielzahl von Konfigurationen von Strömungsleitungen, Pumpen, Probenkammern, Ventilen und anderen Vorrichtungen verwendet werden können, wodurch der Umfang der Erfindung nicht beschränkt sein soll.
Wie oben diskutiert wurde, ist das Bohrungswerkzeug 10 mit der Fluidanalysebaueinheit 26 zum Analysieren des Formationsfluids versehen. Insbesondere kann die Fluidanalysebaueinheit 26 Bohrungsmessungen wie etwa Phasenmessungen, Viskositätsmessungen und/oder Dichtemessungen des Formationsfluids vornehmen. Im Allgemeinen ist die Fluidanalysebaueinheit 26 mit einer Kammer 60, mit einer Fluidbewegungsvorrichtung 62, mit einer Druckbeaufschlagungsbaueinheit 64 und mit einem oder mit mehreren Sensoren 66 versehen (wobei in den 4, 5A, 5B, 6 und 7 mehrere Sensoren gezeigt sind, die aus Klarheitsgründen mit den Bezugszeichen 66a–g nummeriert sind).
Die Kammer 60 definiert einen Bewertungshohlraum 68 zur Aufnahme des Formationsfluids. Selbstverständlich kann die Kammer 60 irgendeine Konfiguration aufweisen, die das Formationsfluid aufnehmen und die hier diskutierte Bewegung des Fluids, so dass die Messungen ausgeführt werden können, ermöglichen kann. Wie in 3 gezeigt ist, kann die Kammer 60z. B. als eine Umgehungsströmungsleitung realisiert sein, die mit der Bewertungsströmungsleitung 46 in der Weise in Verbindung steht, dass die Formationsfluide in der Umgehungsströmungsleitung positioniert oder in sie umgeleitet werden können. Außerdem kann die Fluidanalysebaueinheit 26 mit einem ersten Ventil 70, mit einem zweiten Ventil 72 und mit einem dritten Ventil 74 zum wahlweisen Umleiten des Formationsfluids in die und aus der Kammer 60 sowie zum Trennen der Kammer 60 von der Bewertungsströmungsleitung 46 versehen sein.
Um das Formationsfluid in die Kammer 60 umzuleiten, werden, wie gezeigt ist, das erste Ventil 70 und das zweite Ventil 72 geöffnet, während das dritte Ventil 74 geschlossen wird. Dadurch wird das Formationsfluid in die Kammer 60 umgeleitet, während die Pumpe 52 das Formationsfluid bewegt. Daraufhin werden das erste Ventil 70 und das zweite Ventil 72 geschlossen, um das Formationsfluid in der Kammer 60 abzutrennen oder einzuschließen. Auf Wunsch kann das dritte Ventil 74 geöffnet werden, um einen normalen oder anderen Betrieb des Bohrungswerkzeugs 10 zu ermöglichen. Zum Beispiel kann das Ventil 74 geöffnet werden, während die Ventile 70 und 72 geschlossen werden, während das Fluid in der Kammer 60 bewertet wird. Auf Wunsch können zusätzliche Ventile und Strömungsleitungen oder -kammern hinzugefügt werden, um die Strömung des Fluids zu erleichtern.
Die Fluidbewegungsvorrichtung 62 dient dazu, das Fluid in dem Bewertungshohlraum 68 zu bewegen und/oder zu mischen, um die Homogenität, die Kavitation und die Zirkulation des Fluids zu verbessern. Vorzugsweise wird das Fluid durch den Bewertungshohlraum 68 bewegt, um die Genauigkeit der durch den Sensor/die Sensoren 66 erhaltenen Messungen zu verbessern. Im Allgemeinen weist die Fiuidbewegungsvorrichtung 62 ein Kraftmedium auf, das eine Kraft auf das Formationsfluid ausübt, um zu veranlassen, dass das Formationsfluid in dem Bewertungshohlraum 68 umgewälzt wird.
Die Fluidbewegungsvorrichtung 62 kann irgendein Typ einer Vorrichtung sein, die eine Kraft auf das Formationsfluid ausüben kann, um zu veranlassen, dass das Formationsfluid in dem Bewertungshohlraum 68 umgewälzt und optional gemischt wird. Die Fluidbewegungsvorrichtung 62 wälzt das Formationsfluid in der Kammer 60 über den Sensor/die Sensoren 66 um. Die Fluidbewegungsvorrichtung 62 kann irgendein Typ einer Pumpe oder Vorrichtung sein, die das Formationsfluid in der Kammer 60 umwälzen kann. Zum Beispiel kann die Fluidbewegungsvorrichtung 62 eine Verdrängerpumpe wie etwa eine Zahnradpumpe, eine Drehkolbenpumpe, eine Schraubenpumpe, eine Flügelzellenpumpe, eine Schlauchquetschpumpe oder eine Kolben-Exzenterschneckenpumpe sein.
Wenn die Fluidbewegungsvorrichtung 62 das Fluid mischt, kann einer der Sensoren 66 (der typisch als ein Lichtabsorptionssensor gekennzeichnet ist) unmittelbar angrenzend an eine Ausstoßseite der Fluidbewegungsvorrichtung 62 positioniert sein, so dass er in einem durch die Fluidbewegungsvorrichtung 62 gebildeten Wirbel ist. Der Sensor 66 kann irgendein Typ eines Sensors, der Fluidparameter messen kann, wie etwa ein Sensor oder eine Vorrichtung, der/die Lichtextinktionsmessung ausführt, sein.
Vorzugsweise ändert die Druckbeaufschlagungsbaueinheit 64 kontinuierlich den Druck des Formationsfluids in der Kammer 60. Die Druckbeauf schlagungsbaueinheit 64 kann irgendein Typ einer Baueinheit oder Vorrichtung sein, die mit der Kammer 60 in Verbindung stehen kann und das Volumen oder den Druck des Formationsfluids in der Kammer 60 kontinuierlich (und/oder schrittweise) ändern kann. In dem in 3 gezeigten Beispiel ist die Druckbeaufschlagungsbaueinheit 64 mit einer Dekompressionskammer 82, einem Gehäuse 84, einem Kolben 86 und einer Kolbenbewegungs-Steuervorrichtung 88 versehen. Der Kolben 86 ist mit einer Außenfläche 90 versehen, die mit dem Gehäuse 84 zusammenwirkt, um die Dekompressionskammer 82 zu definieren. Die Kolbenbewegungs-Steuervorrichtung 88 steuert den Ort des Kolbens 86 in dem Gehäuse 84, um effektiv das Volumen der Dekompressionskammer 82 zu ändern.
Während sich das Volumen der Dekompressionskammer 82 ändert, ändert sich das Volumen oder der Druck in der Kammer 60 ebenfalls. Somit wird der Druck in der Kammer 60 verringert, während die Dekompressionskammer 82 größer wird. Gleichfalls wird der Druck in der Kammer 60 erhöht, wenn die Dekompressionskammer 82 kleiner wird. Die Kolbenbewegungs-Steuervorrichtung 88 kann irgendein Typ einer elektronischen und/oder mechanischen Vorrichtung sein, die Änderungen der Position des Kolbens 86 bewirken kann. Zum Beispiel kann die Kolbenbewegungs-Steuervorrichtung 88 eine Pumpe sein, die auf ein Fluid an dem Kolben 86 einwirkt, oder ein Motor sein, der über eine mechanische Verbindung wie etwa einen Ständer, einen Flansch oder eine Schraube funktional mit dem Kolben 86 verbunden ist.
Der Sensor 66 kann irgendein Typ einer Vorrichtung sein, die Informationen abtasten kann, die hilfreich bei der Bestimmung einer Fluideigenschaft wie etwa des Phasenverhaltens des Formationsfluids sind. Obgleich in 3 nur ein Sensor 66 gezeigt ist, kann die Fluidanalysebaueinheit 26, wie z. B. in den 6 und 7 gezeigt ist, mit mehr als einem Sensor 66 versehen sein. Die Sensoren 66 können z. B. ein Drucksensor, ein Temperatursensor, ein Dichtesensor, ein Viskositätssensor, eine Kamera, eine Sichtzelle, ein NIR-Messgerät oder dergleichen sein. Vorzugsweise wird wenigstens einer der Sensoren 66 für eine Lichtextinktionsmessung verwendet. In diesem Fall kann der Sensor 66 angrenzend an ein Fenster (nicht gezeigt) positioniert sein, so dass er eine Phasenänderung des Formationsfluids betrachten oder bestimmen kann. Zum Beispiel kann der Sensor 66 eine Videokamera sein, die entweder ermöglicht, dass eine Person das Formationsfluid betrachtet, oder die Bilder des Formationsfluids aufnimmt, während es durch das Fenster geht, so dass diese Bilder auf die Anwesenheit von Blasen oder andere Anzeichen einer Änderung des Phasenzustands der Formation hin analysiert werden können.
Außerdem ist die Fluidanalysebaueinheit 26 mit einem Signalprozessor 94 versehen, der mit der Fluidbewegungsvorrichtung 62, mit dem Sensor/den Sensoren 66 und mit der Kolbenbewegungs-Steuervorrichtung 88 in Verbindung steht. Der Signalprozessor 94 steuert vorzugsweise die Kolbenbewegungs-Steuervorrichtung 88 und die Fluidbewegungsvorrichtung 62, um eine Bewegung des Formationsfluids in der Kammer 60 zu bewirken. Außerdem kann der Prozessor kontinuierlich den Druck des Formationsfluids auf vorgegebene Weise ändern. Obgleich der Signalprozessor 94 hier in der Weise beschrieben ist, dass er nur den Druck in der Kammer 60 kontinuierlich ändert, kann er selbstverständlich den Druck in der Kammer 60 auf irgendeine vorgegebene Weise ändern. Zum Beispiel kann der Signalprozessor 94 die Kolbenbewegungs-Steuervorrichtung 88 kontinuierlich, abgestuft oder in Kombinationen davon steuern. Außerdem dient der Signalprozessor 94 zum Erheben und/oder zum Manipulieren von durch den Sensor/die Sensoren 66 erzeugten Daten.
Der Signalprozessor 94 kann mit der Fluidbewegungsvorrichtung 62, mit dem Sensor/den Sensoren 66 und/oder mit der Kolbenbewegungs-Steuervorrichtung 88 über irgendeine geeignete Kommunikationsverbindung wie etwa ein Kabel oder eine Drahtkommunikationsverbindung, eine Luftwegskommunikationsverbindung, eine Infrarotkommunikationsverbindung, eine Mikrowellenkommunikationsverbindung oder dergleichen in Verbindung stehen. Obgleich der Signalprozessor 94 in dem Gehäuse 35 des Bohrungswerkzeugs 10 veranschaulicht ist, kann er selbstverständlich fern von dem Bohrungswerkzeug 10 vorgesehen sein. Zum Beispiel kann sich der Signalprozessor 94 bei einer Überwachungsstation befinden, die sich bei der Bohrstelle oder fern von der Bohrstelle befindet. Der Signalprozessor 94 enthält eine oder mehrere elektronische oder optische Vorrichtungen, die die Logik zum Ausführen der Steuerung der Fluidbewegungsvorrichtung 62 und der Kolbenbewegungs-Steuervorrichtung 88 sowie zum Erheben der Informationen von dem hier beschriebenen Sensor/den hier beschriebenen Sensoren 66 ausführen kann/können. Außerdem kann der Signalprozessor 94 mit dem ersten Ventil 70, mit dem zweiten Ventil 72 und mit dem dritten Ventil 74 in Verbindung stehen und sie so steuern, dass wie oben diskutiert wahlweise Fluid in den und aus dem Bewertungshohlraum 68 umgeleitet wird. Aus Klarheitsgründen sind die Leitungen, die die Kommunikation zwischen dem Signalprozessor 94 und dem ersten Ventil 70, dem zweiten Ventil 72 und dem dritten Ventil 74 zeigen, in 3 weggelassen.
Bei der Verwendung kann der Signalprozessor 94 wie oben diskutiert dazu genutzt werden, wahlweise die Ventile 70, 72 und/oder 74 zu betätigen, um das Formationsfluid in die Kammer 60 umzuleiten. Der Signalprozessor 94 kann die Ventile 70 und 72 schließen, um das Formationsfluid in der Kammer 60 abzutrennen oder einzuschließen. Daraufhin kann der Signalprozessor 94 die Fluidbewegungsvorrichtung 62 betätigen, um das Formationsfluid in der Kammer 60 so zu bewegen, dass es umgewälzt wird. Wie in 3 gezeigt ist, erfolgt dieses Umwälzen in einer Schleife, die durch die Druckbeaufschlagungsbaueinheit 64, durch den Sensor 66 und durch die Fluidbewegungsvorrichtung 62 geht. Diese Schleife ist aus einer Reihe von Strömungsleitungen gebildet, die in Fluidverbindung stehen, so dass sie eine Strömungsschleife bilden. In engen Räumen wie etwa in dem Bohrungswerkzeug läuft Fluid typisch durch enge Strömungsleitungen. Das Mischen in diesen engen Strömungsleitungen ist häufig schwierig. Somit wird das Fluid in einer Schleife umgewälzt, um das Mischen des Fluids zu verbessern, während es durch die engen Strömungsleitungen geht. Diese Schleifenmischung kann auch in anderen Anwendungen erwünscht sein, die keine engen Strömungsleitungen umfassen.
Der Signalprozessor 94 betätigt die Kolbenbewegungs-Steuervorrichtung 88, um damit zu beginnen, den Druck in der Kammer 60 auf vorgegebene Weise zu ändern. In einem Beispiel betätigt der Signalprozessor 94 die Kolben bewegungs-Steuervorrichtung 88, um das Formationsfluid in der Kammer 60 mit einer Rate zu druckentlasten, die geeignet ist, die Phasenmessungen in kurzer Zeit, gelegentlich weniger als 15 Minuten, auszuführen. Während die Kammer 60 kontinuierlich druckentlastet wird, erhebt bzw. ermittelt der Signalprozessor 94 Daten von dem Sensor/den Sensoren 66, um vorzugsweise eine Lichtextinktionsmessung (d. h. Streuung) auszuführen, während außerdem der Druck in der Kammer 60 überwacht wird, um eine genaue Messung des Phasenverhaltens des Formationsfluids zu liefern.
Außerdem ist das Bohrungswerkzeug 10 mit einem vierten Ventil 96 versehen, um das Formationsfluid wahlweise in die Probenkammer 50 oder über eine Rückleitung 98 in die Bohrung 14 umzuleiten. Außerdem kann das Bohrungswerkzeug 10 mit einer Austrittsöffnung 99 versehen sein, die von einer Rückseite der Probenkammer 50 ausgeht.
Selbstverständlich kann die Fluidanalysebaueinheit 26 auf verschiedene Weise in den Bohrungswerkzeugen 10 und 30 genutzt werden. Die obige Beschreibung hinsichtlich der Integration der Fluidanalysebaueinheit 26 in das Bohrungswerkzeug 10 ist gleichfalls auf das Bohrungswerkzeug 30 anwendbar. Ferner werden durch die Erfindung verschiedene Änderungen an den Bohrungswerkzeugen 10 und 30 hinsichtlich der Fluidanalysebaueinheit 26 betrachtet. Eine Vielzahl dieser Änderungen wird im Folgenden in Bezug auf das Bohrungswerkzeug 10 beschrieben. Allerdings sind diese Änderungen selbstverständlich gleichfalls auf das Bohrungswerkzeug 30 anwendbar.
Selbstverständlich sind Messungen des Phasenverhaltens nicht die einzigen Messungen, die vorgenommen werden können, und während plausibel ist, dass Phasengrenzenbestimmungen empfindlicher gegen Bewegung sind, ist sie außerdem z. B. für Präzisionsmessungen der Dichte in einem Mehrkomponentengemisch und auch der Viskosität erwünscht. Tatsächlich können die Messungen entweder mit einer kontinuierlichen oder mit einer schrittweisen Druckentlastung erfolgen. Falls sie mit einer schrittweisen Druckentlastung erfolgen, wird eine zusätzliche Betriebsart möglich, indem die Druckentlastung zu der Phasengrenze entweder mit derselben Probe oder vorzugsweise mit einer frischen Probe von Fluid aus der Strömungsleitung zweimal ausgeführt wird. Falls dies mit diskreten Druckschritten angewendet wird, führt die erste Druckentlastung bei konstanter Druckentlastung zu einem groben Schätzwert des Phasengrenzendrucks. Der grobe Schätzwert kann in einem zweiten Druckentlastungszyklus mit logarithmisch abnehmenden Schrittweiten verwendet werden, der mit verringertem Druck verwendet wird: Zum Beispiel nimmt die Größe des Druckdekrements logarithmisch (oder in irgendeiner anderen mathematischen Weise, so dass die Druckdekremente abnehmen) mit abnehmenden Druck ab, während der Druck gegen den Schätzwert tendiert, der aus der ersten Messung erhalten wurde. Bei Drücken unter diesem Schätzwert nimmt die Druckschrittweite mit abnehmendem Druck zu. Diese Prozedur kann eine genauere Antwort liefern.
Die Temperatur und in weit geringerem Umfang auch der Druck in dem Bohrungswerkzeug 10 oder 30 können sich von der/dem der Lagerstätte F unterscheiden. Um aus den in dem Zustand des Bohrungswerkzeugs 10 oder 30 gemessenen Werten Schätzwerte in dem geforderten Zustand zu erhalten, ist erwünscht, sowohl einen Schätzwert der Lagerstättentemperatur und des Lagerstättendrucks als auch die Änderung der Eigenschaften mit der Temperatur und dem Druck zu erhalten und diese Werte mit einem Modell zu kombinieren, das von einem Satz von Temperaturen und Drücken zu einem anderen extrapolieren kann. Somit ist es erwünscht, dass die Messungen in dieser Zone und während der Änderung zu einer anderen Zone oder während des Zurückziehens des Bohrungswerkzeugs 10 oder 30 ausgeführt werden, so dass die geforderten Ableitungen gemessen und daraufhin mit einer Zustandsgleichung kombiniert werden können.
Es werden nun die 4–7 diskutiert. Um die 4–7 zu vereinfachen, sind der Signalprozessor 94 und die zugeordneten Kommunikationsverbindungen nicht gezeigt.
In 4 ist ein Bohrungswerkzeug 10a gezeigt, das abgesehen davon, dass es mit zwei Fluidanalysebaueinheiten 26 versehen ist, eine ähnliche Konstruktion und Funktion wie das oben anhand von 3 beschriebene Bohrungswerkzeug 10 aufweist. Der Vorteil des Vorhandenseins mehrerer Fluid analysebaueinheiten 26 ist, dass das Bohrungswerkzeug 10a dadurch mehr als eine Probe des Formationsfluids zurückholen und die Proben entweder gleichzeitig oder periodisch prüfen kann. Dies ermöglicht Vergleiche der Ergebnisse der Proben, um eine bessere Angabe der Genauigkeit der Bohrungsmessungen zu liefern. Obgleich in 4 nur zwei Fluidanalysebaueinheiten 26 gezeigt sind, könnte das Bohrungswerkzeug 10a selbstverständlich mit irgendeiner Anzahl von Fluidanalysebaueinheiten 26 an verschiedenen Orten in dem Bohrungswerkzeug versehen sein. In dem in 4 gezeigten Beispiel steht wahlweise jede der Fluidanalysebaueinheiten 26 mit der Bewertungsströmungsleitung 46 in Verbindung. Außerdem können die Fluidanalysebaueinheiten 26 selbstverständlich unabhängig und/oder an unabhängigen Strömungsleitungen betrieben werden.
In den 5A und 5B ist ein Bohrungswerkzeug 10b gezeigt, das abgesehen davon, dass es eine Pumpenbaueinheit 180 enthält, die die Funktionalitäten der Fluidbewegungsvorrichtung 62 und der Druckbeaufschlagungsbaueinheit 64 aus 3 kombiniert, eine ähnliche Konstruktion und Funktion wie das oben anhand von 3 beschriebene Bohrungswerkzeug 10 aufweist. 5A zeigt das Bohrungswerkzeug 10b mit der Pumpenbaueinheit in der Aufwärtshubposition, während 5B das Bohrungswerkzeug 10b mit der Pumpenbaueinheit in der Abwärtshubposition zeigt. Die Pumpenbaueinheit 180 ist mit einem ersten Gefäß 182, mit einem zweiten Gefäß 184, mit einer Kolbenbaueinheit 186 und mit einer Bewegungskraftquelle 188 versehen.
Die Kolbenbaueinheit 186 enthält einen ersten Körper 192, der gleitfähig in dem ersten Gefäß 182 positionierbar ist und eine erste Kammer 193 definiert, die mit dem Bewertungshohlraum 68 in Verbindung steht. Außerdem enthält die Kolbenbaueinheit 186 einen zweiten Körper 194, der gleitfähig in dem zweiten Gefäß 184 positionierbar ist und eine zweite Kammer 196 definiert, die mit dem Bewertungshohlraum 68 in Verbindung steht. Die 5A und 5B veranschaulichen die Bewegung des ersten und des zweiten Körpers 192 und 194.
Die Bewegungskraftquelle 188 bewegt den ersten und den zweiten Körper 192 und 194 der Kolbenbaueinheit 186 in der Weise, dass das in der Kammer 60 eingeschlossene Formationsfluid über die Sensoren 66a–e und zwischen der ersten und der zweiten Kammer 193 und 196 umgeleitet wird, während die relativen Positionen des ersten und des zweiten Körpers 192 und 194 geändert werden. Um eine Änderung des Drucks zu veranlassen, während der erste und der zweite Körper 192 und 194 bewegt werden, hat die erste Kammer 193 einen Durchmesser A, während die zweite Kammer 196 einen Durchmesser B hat. Vorzugsweise ist der Durchmesser B kleiner als der Durchmesser A. Da die erste und die zweite Kammer 193 und 196 verschiedene Durchmesser haben, ändert sich das gemeinsame Volumen der ersten Kammer 193, der zweiten Kammer 196 und des Bewertungshohlraums 68, während sich der erste und der zweite Körper 192 und 194 bewegen.
Wie in 5B gezeigt ist, bewegt die Bewegungskraftquelle 188 den ersten und den zweiten Körper 192 und 194 gleichzeitig in einer ersten Richtung 200, um zu veranlassen, dass sich das Formationsfluid F aus der zweiten Kammer 196 über die Sensoren 66a–e in die erste Kammer 193 bewegt, während der Bewertungshohlraum 68 druckentlastet wird. Falls z. B. während einer Bewegung über die Strecke ds der erste Körper 192 in der ersten Kammer 193 etwa 5 cm³ Fluid ansaugt und der zweite Körper 194 in der zweiten Kammer 196 etwa 4,8 cm³ Fluid ausstößt, gibt es eine Gesamtzunahme von etwa 0,2 cm³, während sich etwa 4,8 cm³ Formationsfluid F über die Sensoren 66a–e bewegen.
Die Bewegungskraftquelle 188 kann irgendeine Vorrichtung oder können irgendwelche Vorrichtungen sein, die den ersten Körper 192 und den zweiten Körper 194 bewegen kann/können. Zum Beispiel kann die Kolbenbaueinheit 186 eine Antriebsschraube 202 enthalten, die mit dem ersten Körper 192 und mit dem zweiten Körper 194 verbunden ist. Die Antriebskraftquelle 188 kann die Antriebsschraube 202 mit einem Motor 204 antreiben, der funktional mit einer Antriebsmutter 206 verbunden ist, die auf der Antriebsschraube 202 positioniert ist. Alternativ kann eine Hydraulikpumpe die Position der Kolbenbaueinheit 186 zurücksetzen oder steuern.
In 6 ist ein Bohrungswerkzeug 10c gezeigt, das abgesehen davon, dass es ferner mit einem oder mit mehreren Trennventilen 220 und 222 versehen ist, eine ähnliche Konstruktion und Funktion wie das oben anhand von 4 beschriebene Bohrungswerkzeug 10a aufweist. Das Bohrungswerkzeug 10c ist mit zwei oder mehr Fluidanalysebaueinheiten 26 versehen. Wie oben anhand von 4 diskutiert wurde, ist der Vorteil mehrerer Fluidanalysebaueinheiten 26, dass das Bohrungswerkzeug 10a oder 10c mehr als eine Probe des Formationsfluids zurückholen und die Proben entweder gleichzeitig oder periodisch prüfen kann. Dies ermöglicht, dass Vergleiche der Ergebnisse der Proben eine bessere Angabe der Genauigkeit der Bohrungsmessungen liefern.
Mit der Hinzufügung der Trennventile 220 und 222, die die Kammer 60 einer der Fluidanalysebaueinheiten 26 mit der Kammer 60 einer weiteren Fluidanalysebaueinheit 26 verbinden, ermöglicht das Bohrungswerkzeug 10c, dass die Trennventile 220 und 222 geöffnet werden, um die getrennt durch die zwei Fluidanalysebaueinheiten 26 eingeschlossenen Proben zu mischen. Daraufhin können die Trennventile 220 und 222 geschlossen werden und die gemischten Formationsfluide getrennt durch die Fluidanalysebaueinheiten 26 geprüft werden.
In 7 ist ein Bohrungswerkzeug 10d gezeigt, das abgesehen davon, dass es außer mit der Bewertungsströmungsleitung 46 ferner mit einer Sonde 230 mit einer Reinigungsströmungsleitung 232 versehen ist und dass eine der Fluidanalysebaueinheiten 26 mit der Reinigungsströmungsleitung 232 verbunden ist, eine ähnliche Konstruktion und Funktion wie das oben anhand von 4 beschriebene Bohrungswerkzeug 10a aufweist. Außerdem ist das Bohrungswerkzeug 10d mit einer Pumpe 234 versehen, die mit der Reinigungsströmungsleitung 232 verbunden ist, um verunreinigtes Fluid aus der Formation anzusaugen und das verunreinigte Fluid in die Fluidanalysebaueinheit 26 umzuleiten.
Die Fluidanalysebaueinheiten 26 können verwendet werden, um das Fluid in den Bewertungs- und Reinigungsströmungsleitungen 46 und 232 zu analysieren. Die von den Fluidanalysebaueinheiten 26 gewonnenen Informationen können dazu verwendet werden, diese Informationen als Verunreinigungsgrade zu bestimmen. Wie gezeigt ist, ist die Bewertungsströmungsleitung 46 mit der Probenkammer 50 verbunden, so dass Fluide abgetastet werden können. Diese Abtastung geschieht typisch, wenn die Verunreinigungsgrade unter einen akzeptierten Grad fallen. Die Reinigungsströmungsleitung 232 ist mit der Bohrung 14 verbunden gezeigt, um das Fluid aus dem Werkzeug 10d zu entleeren. Optional können verschiedene Ventile vorgesehen sein, um auf Wunsch wahlweise Fluid aus einer von mehreren Strömungsleitungen in die Probenkammern oder in die Bohrung umzuleiten.
Obgleich die hier gezeigten Bohrungswerkzeuge Sonden zum Ansaugen von Fluid in das Bohrungswerkzeug besitzen, ist für den Fachmann auf dem Gebiet klar, dass andere Vorrichtungen zum Ansaugen von Fluid in das Bohrungswerkzeug verwendet werden können. Zum Beispiel können radial um den Einlass einer oder mehrerer Strömungsleitungen Doppeldichtungen ausgefahren werden, um einen Abschnitt der Bohrung 14 dazwischen abzutrennen um Fluid in das Bohrungswerkzeug anzusaugen.
Obgleich die Fluidanalysebaueinheit 26 hier gemeinsam in Verwendung mit den Bohrungswerkzeugen 10, 10a, 10b, 10c, 10d und 30 gezeigt und beschrieben wurde, kann sie selbstverständlich ferner in anderen Umgebungen wie etwa in einer tragbaren oder feststehenden Laborumgebung genutzt werden.
Aus der vorstehenden Beschreibung ist klar, dass an den bevorzugten und alternativen Ausführungsformen der Erfindung selbstverständlich verschiedene Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne von ihrem Erfindungsgedanken abzuweichen.
Diese Beschreibung soll lediglich zur Veranschaulichung dienen und nicht beschränkend verstanden werden. Der Umfang der Erfindung ist lediglich durch die folgenden Ansprüche beschränkt. Der Begriff "umfassend" soll in den Ansprüchen "wenigstens enthaltend" bedeuten, so dass die angegebene Aufführung von Elementen in einem Anspruch eine offene Gruppe bildet. Soweit dies nicht besonders ausgeschlossen ist, sollen "ein", "eine" und andere Singularbegriffe deren Pluralformen einschließen.

Claims

Fluidanalysebaueinheit (26) zum Analysieren eines Fluids, gekennzeichnet durch eine Kammer (60), die einen Bewertungshohlraum (68) zur Aufnahme des Fluids definiert; eine Fluidbewegungsvorrichtung (62) mit einem Kraftmedium, das eine Kraft auf das Fluid ausübt, um zu veranlassen, dass sich das Fluid in dem Hohlraum (68) bewegt; eine Druckbeaufschlagungsbaueinheit (64), die den Druck des Fluids kontinuierlich ändert; und wenigstens einen Sensor (66), der mit dem Fluid in Verbindung steht, um wenigstens einen Parameter des Fluids abzutasten, während sich der Druck des Fluids kontinuierlich ändert.
Fluidanalysebaueinheit (26) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (60) eine Strömungsleitung (46) ist.
Fluidanalysebaueinheit (26) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewertungshohlraum (68) der Strömungsleitung (46) als eine Umwälzschleife konfiguriert ist.
Fluidanalysebaueinheit (26) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (60) umfasst: eine Strömungsleitung (46); eine Umgehungsschleife, die mit der Strömungsleitung (46) in Verbindung steht und den Bewertungshohlraum (68) definiert; und wenigstens ein Ventil (70, 72, 74), das zwischen der Strömungsleitung (46) und dem Bewertungshohlraum (68) der Umgehungsschleife positioniert ist, um Fluid von der Strömungsleitung (46) wahlweise in den Bewertungshohlraum (68) der Umgehungsschleife umzuleiten.
Fluidanalysebaueinheit (26) nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidbewegungsvorrichtung (62) eine Pumpe enthält.
Fluidanalysebaueinheit (26) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidbewegungsvorrichtung (62) ein Mischelement enthält, das in dem Bewertungshohlraum (68) positioniert ist und einen Wirbel in dem Fluid bildet, und der Sensor (66) in dem Wirbel positioniert ist.
Fluidanalysebaueinheit (26) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidbewegungsvorrichtung (62) und die Druckbeaufschlagungsbaueinheit (64) einteilig ausgebildet sind und gemeinsam umfassen: ein erstes Gehäuse (182), das einen ersten Hohlraum (193) definiert, der mit dem Bewertungshohlraum (68) der Kammer (60) in Verbindung steht; ein zweites Gehäuse (184), das einen zweiten Hohlraum (196) definiert, der mit dem Bewertungshohlraum (68) der Kammer (60) in Verbindung steht, wobei der erste Hohlraum (193) eine größere Querschnittsfläche als der zweite Hohlraum (196) aufweist; einen ersten Kolben (192), der in dem ersten Hohlraum (193) positioniert ist und darin beweglich ist; und einen zweiten Kolben (194), der in dem zweiten Hohlraum (196) positioniert ist und darin beweglich ist, wobei die Bewegungen des ersten Kolbens (192) und des zweiten Kolbens (194) in der Weise synchronisiert sind, dass gleichzeitig eine Bewegung des Fluids und eine Änderung des Drucks in der Kammer (60) veranlasst werden.
Fluidanalysebaueinheit (26) nach einem vorangehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor (66) enthält: einen Drucksensor zum Angeben des Drucks in dem Bewertungshohlraum (68) der Kammer (60); einen Temperatursensor zum Angeben der Temperatur des Fluids in dem Bewertungshohlraum (68); und einen Blasenbildungspunktsensor zum Erfassen der Bildung von Blasen in dem Fluid.
Bohrungswerkzeug (10; 10a; 10b; 10c; 10d; 30), das in einer Bohrung (14) positionierbar ist, die eine Wand (20) aufweist und eine unterirdische Formation (F) durchdringt, die ein Fluid enthält, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (35); eine Fluidverbindungsvorrichtung (18; 18a), die für den abdichtenden Eingriff mit der Wand (20) der Bohrung (14) aus dem Gehäuse (35) ausfahrbar ist und wenigstens einen Einlass zur Aufnahme des Fluids aus der Formation (F) aufweist; eine Fluidanalysebaueinheit (26), die in dem Gehäuse (35) positioniert ist, um das Fluid zu analysieren, und die umfasst: eine Kammer (60), die einen Bewertungshohlraum (68) zur Aufnahme des Fluids aus der Fluidverbindungsvorrichtung (18; 18a) definiert; eine Fluidbewegungsvorrichtung (62) mit einem Kraftmedium, das eine Kraft auf das Fluid ausübt, um zu veranlassen, dass sich das Fluid in dem Bewertungshohlraum (68) bewegt; eine Druckbeaufschlagungsbaueinheit (64), die den Druck des Fluids ändert; und wenigstens einen Sensor (66), der mit dem Fluid in Verbindung steht, um wenigstens einen Parameter des Fluids abzutasten.
Bohrungswerkzeug (10; 10a; 10b; 10c; 10d; 30) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagungsbaueinheit (64) den Druck des Fluids kontinuierlich ändert, und der wenigstens eine Sensor (66) wenigstens einen Parameter des Fluids abtastet, während sich der Druck des Fluids kontinuierlich ändert.
Bohrungswerkzeug (10; 10a; 10b; 10c; 10d; 30) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (60) eine Strömungsleitung (46) ist.
Bohrungswerkzeug (10; 10a; 10b; 10c; 10d; 30) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewertungshohlraum (68) der Strömungsleitung (46) als eine Umwälzschleife konfiguriert ist.
Bohrungswerkzeug (10; 10a; 10b; 10c; 10d; 30) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (60) umfasst: eine Strömungsleitung (46); eine erste Umgehungsschleife, die mit der Strömungsleitung (46) in Verbindung steht und den Bewertungshohlraum (68) definiert; und wenigstens ein Ventil (70, 72, 74), das zwischen der Strömungsleitung (46) und dem Bewertungshohlraum (68) der ersten Umgehungsschleife positioniert ist, um wahlweise Fluid von der Strömungsleitung (46) in den Bewertungshohlraum (68) der Umgehungsschleife umzuleiten.
Bohrungswerkzeug (10; 10a; 10b; 10c; 10d; 30) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (60) eine zweite Umgehungsschleife umfasst, die mit der Strömungsleitung (46) in Verbindung steht und einen getrennten Bewertungshohlraum bildet.
Bohrungswerkzeug (10; 10a; 10b; 10c; 10d; 30) nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch Mittel zum Mischen des Fluids von den durch die erste und durch die zweite Umgehungsschleife definierten Bewertungshohlräumen.
Bohrungswerkzeug (10; 10a; 10b; 10c; 10d; 30) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidbewegungsvorrichtung (62) eine Pumpe enthält.
Bohrungswerkzeug (10; 10a; 10b; 10c; 10d; 30) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidbewegungsvorrichtung (62) ein Mischelement enthält, das in dem Bewertungshohlraum positioniert ist und einen Wirbel in dem Fluid bildet, und der Sensor (66) in dem Wirbel positioniert ist.
Bohrungswerkzeug (10; 10a; 10b; 10c; 10d; 30) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidbewegungsvorrichtung (62) und die Druckbeaufschlagungsbaueinheit (64) einteilig ausgebildet sind und gemeinsam umfassen: ein erstes Gehäuse (182), das einen ersten Hohlraum (193) definiert, der mit dem Bewertungshohlraum (68) der Kammer (60) in Verbindung steht; ein zweites Gehäuse (184), das einen zweiten Hohlraum (196) definiert, der mit dem Bewertungshohlraum (68) der Kammer (60) in Verbindung steht, wobei die Querschnittsfläche des ersten Hohlraums (193) größer als die des zweiten Hohlraums (196) ist; einen ersten Kolben (192), der in dem ersten Hohlraum (193) positioniert ist und darin beweglich ist; und einen zweiten Kolben (194), der in dem zweiten Hohlraum (196) positioniert ist und darin beweglich ist, wobei die Bewegungen des ersten Kolbens (192) und des zweiten Kolbens (194) in der Weise synchronisiert sind, dass gleichzeitig eine Bewegung des Fluids und eine Änderung des Drucks in der Kammer (60) veranlasst werden.
Bohrungswerkzeug (10; 10a; 10b; 10c; 10d; 30) nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor (66) enthält: einen Drucksensor zum Angeben des Drucks in dem Bewertungshohlraum (68) der Kammer (60); einen Temperatursensor zum Angeben der Temperatur des Fluids in dem Bewertungshohlraum (68); und einen Blasenbildungspunktsensor zum Erfassen der Bildung von Blasen in dem Fluid.
Bohrungswerkzeug (10; 10a; 10b; 10c; 10d; 30) nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidverbindungsvorrichtung (18; 18a) wenigstens zwei Einlässe enthält, wovon einer unbeeinflusstes Fluid aus der Formation (F) empfängt, und das Bohrungswerkzeug (10; 10a; 10b; 10c; 10d; 30) eine Strömungsleitung (46) umfasst, die das unbeeinflusste Fluid von einem der Einlässe der Fluidverbindungsvorrichtung (18; 18a) empfängt und in den Bewertungshohlraum (68) befördert.
Verfahren zum Messen eines Parameters eines unbekannten Fluids in einer Bohrung (14), die eine Formation (F) durchdringt, die das Fluid enthält, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Positionieren einer Fluidverbindungsvorrichtung (18; 18a) des Bohrungswerkzeugs (10; 10a; 10b; 10c; 10d; 30) in abdichtendem Eingriff mit einer Wand (20) der Bohrung (14); Ansaugen von Fluid aus der Formation (F) und in einen Bewertungshohlraum (68) in dem Bohrungswerkzeug (10; 10a; 10b; 10c; 10d; 30); Bewegen des Fluids in dem Bewertungshohlraum (68); und Abtasten von Daten des Fluids, während es in dem Bewertungshohlraum (68) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch den Schritt des kontinuierlichen Änderns des Drucks in dem Bewertungshohlraum (68), während die Daten abgetastet werden.
Verfahren nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch den Schritt des Bestimmens eines Blasenbildungspunkts des Fluids anhand der abgetasteten Daten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewertungshohlraum (68) als eine Umgehungsschleife von einer Hauptströmungsleitung (46) definiert ist, und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Umleiten von Fluid von der Hauptströmungsleitung (46) in einen getrennten Bewertungshohlraum; Umwälzen des umgeleiteten Fluids in dem getrennten Bewertungshohlraum; und Abtasten von Daten des umgeleiteten Fluids in dem getrennten Bewertungshohlraum, während das umgeleitete Fluid umgewälzt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Mischen der Fluide in dem Bewertungshohlraum (68) und in dem getrennten Bewertungshohlraum; Umwälzen des gemischten Fluids; und Abtasten von Daten des gemischten Fluids, während das gemischte Fluid umgewälzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidverbindungsvorrichtung (18; 18a) eine Doppeldichtung ist, und das unbekannte Fluid ein unbeeinflusstes Fluid ist.
Bohrungswerkzeug (10; 10a; 10b; 10c; 10d; 30), das in einer Bohrung (14) positionierbar ist, die eine Wand (20) aufweist und eine unterirdische Formation (F) durchdringt, die ein Fluid enthält, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (35); eine Fluidverbindungsvorrichtung (18; 18a), die für den abdichtenden Eingriff mit der Wand (20) der Bohrung (14) aus dem Gehäuse (35) ausfahrbar ist und wenigstens einen Einlass zur Aufnahme des Fluids aus der Formation (F) aufweist; eine Fluidanalysebaueinheit (26), die in dem Gehäuse (35) positioniert ist, um das Fluid zu analysieren, und die umfasst: eine Kammer (60), die einen Bewertungshohlraum (68) definiert, der als eine Umwälzschleife zur Aufnahme des Fluids von der Fluidverbindungsvorrichtung (18; 18a) konfiguriert ist; eine Fluidbewegungsvorrichtung (62) mit einem Kraftmedium, das eine Kraft auf das Fluid ausübt, um zu veranlassen, dass das Fluid in der Umwälzschleife umgewälzt wird; eine Druckbeaufschlagungsbaueinheit (64), die den Druck des Fluids ändert; und wenigstens einen Sensor (66), der mit dem Fluid in Verbindung steht, um wenigstens einen Parameter des Fluids abzutasten.