DE102006033265A1

DE102006033265A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Messen des spezifischen Fluidwiderstands

Info

Publication number: DE102006033265A1
Application number: DE102006033265A
Authority: DE
Inventors: Dean M. Sugar Land Homan; Andrew Hieu Houston Cao; Brian Suger Land Clark
Original assignee: Schlumberger Technology BV
Current assignee: Schlumberger Technology BV
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2006-07-18
Publication date: 2007-01-25
Also published as: GB2428483B; CN1900483B; RU2006126116A; FR2890410B1; CA2550945C; CA2550945A1; RU2398963C2; NO20063198L; FR2890410A1; NO339127B1; GB2428483A; MXPA06007454A; US20070018659A1; US7183778B2; GB0611387D0; CN1900483A

Abstract

Eine Vorrichtung (100) zum Messen des spezifischen Fluidwiderstands umfasst eine Strömungsleitung (102), die so beschaffen ist, dass sie mit Formationsfluiden in Fluidkommunikation steht, wobei die Strömungsleitung (102) einen ersten Abschnitt (104), der einen ersten leitenden Bereich bildet, einen zweiten Abschnitt (106), der einen zweiten leitenden Bereich bildet, und einen isolierenden Abschnitt (108), der zwischen dem ersten Abschnitt (104) und dem zweiten Abschnitt (106) angeordnet ist, um eine direkte elektrische Kommunikation zwischen diesen Abschnitten zu verhindern; einen ersten Toroiden (112) und einen zweiten Toroiden (110), die die Strömungsleitung (102) um den ersten Abschnitt (104) bzw. den zweiten Abschnitt (106) umgeben, wobei der erste Toroid (112) dazu vorgesehen ist, einen elektrischen Strom in einem Fluid in der Strömungsleitung (102) zu induzieren, und der zweite Toroid (110) dazu vorgesehen ist, den in dem Fluid in der Strömungsleitung (102) induzierten elektrischen Strom zu messen; und eine Elektronikbaugruppe (120) zum Steuern der Funktionen des ersten Toroiden (112) und des zweiten Toroiden (110).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren zum Messen von Bohrlochparametern und insbesondere auf solche zum Messen des spezifischen Fluidwiderstands.
Bohrlöcher werden in die Erdformation gebohrt, um Vorkommen von Kohlenwasserstoffen und anderen erwünschten Materialien, die in unterirdischen Formationen eingefangen sind, abzubauen. Üblicherweise wird ein Bohrloch durch Verbinden einer Bohrkrone mit dem unteren Ende einer als Bohrstrang bekannten Reihe gekoppelter Hohlrohrabschnitte gebohrt. Bohrfluide oder Schlämme werden durch eine zentrale Bohrung des Bohrstrangs hinab gepumpt und treten durch Öffnungen, die sich an der Bohrkrone befinden, aus. Die Bohrfluide dienen zum Schmieren und Kühlen der Bohrkrone, zum Befördern der Bohrabfälle zurück an die Oberfläche und zum Herstellen eines ausreichenden hydrostatischen "Kopfes", der verhindert, dass Formationsfluide, sobald sie erreicht werden, aus dem Bohrloch "eruptieren". Wenn das Bohrloch tief genug gebohrt und ein interessierender Punkt erreicht ist, werden Operationen zum Perforieren und Brechen der unterirdischen Formation ausgeführt, damit eventuell vorhandene Kohlenwasserstoffe aus der Formation in das neu gebohrte Bohrloch strömen können. Da der hydrostatische Druck der Bohrschlammsäule höher als der Speicherdruck der Kohlenwasserstoffe sein kann, können diese möglicherweise nicht von selbst aus der Formation in das Bohrloch strömen. Bevor in großem Maßstab Fördervorgänge begonnen werden, ziehen es die Bohrführer vor, die Formationsfluide zu prüfen, um sich vor der Fertigstellung des Bohrlochs zu vergewissern, ob der richtige Typ und die richtige Menge an Kohlenwasserstoffen in der Formation vorhanden sind. Sobald die Formationsfluide einwandfrei identifiziert sind, werden verschiedene Operationen unternommen, um die darin enthaltenen Kohlenwasserstoffe zu gewinnen.

Um die Fluide zu prüfen, wird im Allgemeinen ein Formationsprüfgerät in das Bohrloch hinab gefahren. Auf dem Fachgebiet sind verschiedene Formationsfluid-Prüfgeräte für Drahtleitungs- bzw. Seilarbeitsanwendung und Protokollierung während des Bohrens einschließlich des modularen dynamischen Prüfgeräts, das von Schlumberger Technology Corp. (Houston, TX) unter dem Handelsnamen MDT^TM vertrieben wird, bekannt. Eine ausführliche Beschreibung dieser Werkzeuge lässt sich in den US-Patenten Nr. 4,860,581 und Nr. 4,936,139, erteilt an Zimmermann u. a., und in der US-Patentanmeldung Nr. 2004/0104341 von Betancourt u. a. finden. Diese Patente und diese Patentanmeldung sind auf den Anmelder der vorliegenden Anmeldung übertragen und jeweils in ihrer Gesamtheit durch Verweis hier aufgenommen.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Formationsprüfgeräts 10, das am unteren Ende eines typischen Mehrleiterkabels 15, das in üblicher Weise an einer geeigneten Haspel (nicht gezeigt) an der Formationsoberfläche abgespult wird, in das Bohrloch 12 hinabhängt. Das Kabel 15 ist mit einem elektrischen Steuersystem 18 an der Formationsoberfläche elektrisch gekoppelt. Das Werkzeug 10 weist einen langgestreckten Körper 19 auf, der den Bohrlochteil des Werkzeugsteuersystems 16 umfasst. Der langgestreckte Körper 19 trägt auch eine wahlweise ausfahrbare Fluideinlass-Baueinheit 20 und ein wahlweise ausfahrbares Werkzeugverankerungselement 21, die jeweils an gegenüberliegenden Seiten des Werkzeugkörpers angeordnet sind. Die Fluideinlass-Baueinheit 20 ist für ein wahlweises Abquetschen oder Isolieren ausgewählter Abschnitte der Wand des Bohrlochs 12, um in dieser Weise eine Druck- oder Fluidkommunikation mit der benachbarten Erdformation 14 herzustellen, ausgerüstet. Zusammen mit dem Werkzeug 10 sind Mittel (nicht gezeigt) zum Bestimmen des Drucks und der Temperatur im Bohrloch und ein Fluidanalysemodul 25, durch das das Fluid strömt, enthalten. Das Fluid kann anschließend durch eine Öffnung (nicht gezeigt) ausgestoßen werden oder in eine oder mehrere Fluidsammelkammern 22 und 23 geschickt werden, die die aus der Formation erhaltenen Fluide aufnehmen und speichern können. Die Steuerung der Fluideinlass-Baueinheit, des Fluidanalyse-Teilsystems und der Strömungspfad zu den Sammelkammern wird durch die elektrischen Steuersysteme 16 und 18 versehen. Wie Fachleute wissen, können die elektrischen Steuersysteme einen oder mehrere Mikroprozessoren, einen zugeordneten Speicher und weitere Hardware und/oder Software zum Ausführen der Erfindung enthalten.

Bevor Formationsproben in den Sammelkammern 22 und 23 gesammelt werden, sollte sicher sein, dass die Fluide aus der jungfräulichen Formation sind, d. h. nicht durch Bohrschlamm aus der angegriffenen Zone verunreinigt sind. Um sicherzustellen, dass jungfräuliche Formationsfluide gesammelt werden, wird ein Fluidanalysator 25 verwendet, um die Eigenschaften der Fluide, während sie angesaugt werden, zu überwachen. Das Fluidanalysemodul 25 kann ein optisches Modul, ein Drucksensormodul, ein Widerstands- bzw. Leitwertmodul oder dergleichen sein. Unter diesen ist das Leitwertmodul wegen seines weiten dynamischen Bereichs besonders nützlich. Ein typisches Leitwertmodul kann mehrere Elektroden aufweisen, die mit dem Fluid in Kontakt sind. Diese Elektroden werden verwendet, um Ströme in das Fluid einzuleiten und den Spannungsabfall über eine Strecke zu messen. Ein Beispiel eines solchen Moduls ist in 1 (Element 56) des an Zimmermann erteilten US-Patents Nr. 4,860,581 offenbart. 2 zeigt ein Beispiel eines solchen Moduls (Sensors).

Wie in 2 gezeigt ist, wird der spezifische Fluidwiderstand durch einen Vierelektroden-Sensor bestimmt, wobei die vier Elektroden kurze Metallrohre sind, die voneinander und von den Eintritts- und Austrittsströmungsleitungen durch kurze isolierende Rohre getrennt sind. Die beiden äußersten Elektroden leiten einen elektrischen Strom (I) in die Fluidprobe ein, wobei der Spannungsabfall (V) zwischen den beiden innersten Elektroden gemessen wird. Über einen bekannten Strom (I) und die gemessene Spannung (V) wird der spezifische elektrische Widerstand des Fluids erhalten.

Jedoch sind diese Elektrodenvorrichtungen den Fluiden in der Strömungsleitung und somit relativ hohen Drücken (von bis zu 30.000 psi, d.h. 2.068,44 bar) ausgesetzt. Daher sind gute Dichtungen (z. B. Schott, O-Ringe oder andere mechanische Dichtungen) erforderlich, um die elektronischen Teile, die sich außerhalb der Strömungsleitung und somit unter atmosphärischem Druck (von etwa 14 psi, d.h. 0,97 bar) befinden, zu schützen. Da in solche Tiefen gebohrte Bohrlöcher häufig den kleinsten Lehrendurchmesser aufweisen, besitzen die Messeinrichtung und der Dichtungsmechanismus (Schott und O-Ringe) zwangsläufig sehr kleine Abmessungen. In dem begrenzten Volumen, das für den Leitwertsensor verfügbar ist, ist es schwierig, Druckdichtungen zwischen sämtlichen Isolierrohren und Metallrohren zu erreichen. Für einen Sensor, wie er in 2 gezeigt ist, wären wenigstens acht Dichtungen erforderlich; zehn Dichtungen sind erforderlich, wenn sie die Dichtungen zwischen den äußersten Isolierrohren und den Eintritts- und Austrittsfluidleitungen umfassen. Stattdessen werden für die vier Drähte, die die Elektroden mit der Elektronik verbinden, vier elektrische Schottdurchführungen verwendet. Bei extremen Temperaturen und Drücken können auch die vier Schottdurchführungen unzuverlässig sein. Im Ergebnis ist das Herstellen eines zuverlässigen Leitwertsensors äußerst schwierig.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des spezifischen elektrischen Widerstands zu schalten, die in Formationsprüfgeräten oder ähnlichen Bohrlocheinrichtungen zuverlässig eingesetzt werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 10 bzw. ein Verfahren nach Anspruch 13. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben.

Ein Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen des spezifischen Fluidwiderstands. Eine Vorrichtung zum Messen des spezifischen Fluidwiderstands gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Strömungsleitung, die so beschaffen ist, dass sie mit Formationsfluiden in Fluidkommunikation steht, wobei die Strömungsleitung einen ersten Abschnitt, der einen ersten leitenden Bereich bildet, einen zweiten Abschnitt, der einen zweiten leitenden Bereich bildet, und einen isolierenden Abschnitt, der zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt angeordnet ist, um eine direkte elektrische Kommunikation zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt zu verhindern, umfasst, wobei der erste leitende Bereich und der zweite leitende Bereich für einen Kontakt mit einem in der Strömungsleitung enthaltenen Fluid vorgesehen sind, derart, dass zusammen mit einem leitenden Pfad, der außerhalb der Strömungsleitung angeordnet ist, eine Stromrückführschleife gebildet ist; einen ersten Toroiden und einen zweiten Toroiden, die die Strömungsleitung umgeben, wobei der erste Toroid dazu vorgesehen ist, einen elektrischen Strom in dem Fluid in der Strömungsleitung zu induzieren, und der zweite Toroid dazu vorgesehen ist, den in dem Fluid in der Strömungsleitung induzierten elektrischen Strom zu messen; und eine Elektronikbaugruppe zum Steuern der Funktionen des ersten Toroiden und des zweiten Toroiden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Vorrichtung zum Messen des spezifischen Fluidwiderstands. Eine Vorrichtung zum Messen des spezifischen Fluidwiderstands gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Strömungsleitung, die so beschaffen ist, dass sie mit Formationsfluiden in Fluidkommunikation steht, wobei die Strömungsleitung aus einem isolierenden Werkstoff gefertigt ist; einen ersten Toroiden und einen zweiten Toroiden, die die Strömungsleitung umgeben und längs dieser beabstandet sind, wobei der erste Toroid dazu vorgesehen ist, einen elektrischen Strom in einem in der Strömungsleitung enthaltenen Fluid zu induzieren, und der zweite Toroid dazu vorgesehen ist, den in dem Fluid induzierten elektrischen Strom zu messen; ein Metallgehäuse, das den ersten Toroiden, den zweiten Toroiden und einen Abschnitt der Strömungsleitung umgibt, wobei das Metallgehäuse dazu vorgesehen ist, einen zurückführenden Strompfad für den in dem Fluid induzierten elektrischen Strom zu schaffen; und eine Elektronikbaugruppe zum Steuern der Funktionen des ersten Toroiden und des zweiten Toroiden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Messen des spezifischen elektrischen Widerstands eines Formationsfluids in einem Bohrloch. Ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst:
Strömenlassen des Formationsfluids durch eine Strömungsleitung einer Widerstandsmessvorrichtung, wobei die Strömungsleitung einen isolierenden Abschnitt zwischen einem ersten leitenden Abschnitt und einem zweiten leitenden Abschnitt umfasst; Induzieren eines elektrischen Stroms in dem Formationsfluid in der Strömungsleitung durch einen ersten Toroiden; und Messen des in dem Formationsfluid induzierten elektrischen Stroms durch einen zweiten Toroiden.

Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung und der angehängten Ansprüche, die auf die folgenden Abbildungen Bezug nehmen.
1, die bereits erwähnt worden ist, zeigt eine schematische Darstellung eines Formationsprüfgeräts im Stand der Technik, das in einem Bohrloch angeordnet ist.
2, die bereits erwähnt worden ist, zeigt eine schematische Darstellung eines Leitwertsensors im Stand der Technik mit vier Elektroden.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Toroid-Leitwertsensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung zum Messen des spezifischen Fluidwiderstands gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die 5–10 zeigen schematische Querschnittsansichten von Fluid-Strömungsleitungen gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
11 zeigt ein Diagramm, das eine Kurve des spezifischen elektrischen Widerstands wiedergibt, die beim Bohren eines Bohrlochs mit einem auf Wasser basierenden Schlamm und beim Prüfen einer Öl enthaltenden Zone erwartet werden darf.
12 zeigt eine mechanisch schematische Abbildung einer Messvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
13 zeigt einen Ersatzschaltplan gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
14 zeigt eine Vorrichtung zum Messen des spezifischen Fluidwiderstands, die eine Kalibrierschleife oder Sekundärwicklungen auf den Toroiden für die Kalibrierung aufweist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf einen Leitwertsensor, der zur Verwendung in einem Formationsprüfgerät oder einer ähnlichen Einrichtung geeignet ist. Ein Leitwertsensor gemäß Ausführungsformen der Erfindung stützt sich nicht auf Elektroden, die für die Messung des spezifischen elektrischen Widerstands in direktem Kontakt mit den Fluiden sind. Stattdessen verwendet ein Leitwertsensor gemäß Ausführungsformen der Erfindung Toroide, um den spezifischen elektrischen Widerstand der Fluide in einer Strömungsleitung oder Fließleitung induktiv zu messen. Ein Leitwertsensor gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann in einem Fluidanalysator eines Formationsprüfgeräts (z. B. 25 in 1) verwendet werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Toroid-basierten Leitwertsensors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Wie in 3 gezeigt ist, umfasst der Leitwertsensor 30 eine Strömungsleitung 35, die aus einem isolierenden Segment 33 gebildet ist, das von zwei leitenden Segmenten 31, 32 flankiert ist. Es sei angemerkt, dass das gezeigte isolierende Segment 33 vollständig aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff (z. B. Keramik, Glas, PEEK usw.) gefertigt ist, während die leitenden Segmente 31, 32 vollständig aus einem leitenden Werkstoff (z. B. Metall) gefertigt sind. Jedoch weiß ein Fachmann, dass das isolierende Segment 33 auch einen leitenden Körper mit einer isolierenden Beschichtung auf seiner Innenfläche umfassen kann, vorausgesetzt, dass es keinen ununterbrochen leitenden Pfad über seine Länge gibt, der ein Fließen von Strömen zwischen den leitenden Segmenten 31 und 32 ermöglicht. Ebenso können die leitenden Segmente 31, 32 aus einem nicht leitenden Werkstoff gebildet sein, wenn ihre Innenflächen mit einer leitenden Beschichtung überzogen sind. Mit Bezug auf die 5–10 werden verschiedene Abwandlungen der Konstruktion einer Strömungsleitung gemäß Ausführungsformen der Erfindung gezeigt, wobei in einem späteren Abschnitt einige Beispiele angegeben werden.
Wie in 3 weiter gezeigt ist, sind um die leitenden Segmente 31, 32 zwei Toroide T1, T2 angeordnet (die diese umschreiben). Ein Fachmann weiß, dass ein Toroid einen ringförmigen Kern umfasst, der typischerweise aus einem ferritischen oder ferromagnetischen Werkstoff gefertigt ist und eine leitende Drahtbewicklung aufweist. Wenn Strom durch die leitende Drahtbewicklung geleitet wird, wird ein Magnetfeld induziert. Das induzierte Magnetfeld, das im Wesentlichen mit dem kreisförmigen Pfad des Kerns ausgerichtet ist, kann in einem leitenden Werkstoff, der von dem Kern umgeben ist, einen Strom induzieren. Der induzierte Strom fließt in einer zur Achse des Kerns parallelen Richtung.
Wenn der Toroid T1 gespeist wird, induziert er somit induktiv einen Strom in den Fluiden in der Strömungsleitung 35. Das Vorhandensein eines isolierenden Segments 33 verhindert, dass der induzierte elektrische Strom direkt vom ersten leitenden Segment 31 zum zweiten leitenden Segment 32 fließt, und zwingt den induzierten Strom dazu, durch die in dem isolierenden Segment 33 enthaltene Fluidsäule zu fließen (durch die gestrichelten Pfeile 39 angedeutet), um das zweite leitende Segment 32 zu erreichen. Ein Stromrückführpfad 38, der den Kreis schließt, ermöglicht dann das Rückkehren des Stroms zum leitenden Segment 31. Der in dem zweiten leitenden Segment 32 und dem darin enthaltenen Fluid induzierte Strom induziert seinerseits induktiv einen Strom (oder eine Spannung) in dem zweiten Toroid T2. Der in dem Toroiden T2 erfasste Strom oder die dort erfasste Spannung kann mit dem Strom (oder der Spannung), die dem Toroiden T1 aufgedrückt wird, verglichen werden, um einen Widerstand des Fluids (R_f) durch das isolierende Segment 33 zu berechnen. Dieser Widerstand (R_f) ist eine Funktion des spezifischen elektrischen Widerstands des Fluids (ρ_f), der Querschnittsfläche (A) der Strömungsleitung 35 und der Länge (l) des isolierenden Segments 33. Das heißt, dass R_f = K × ρ_f × I/A, wobei K eine Konstante ist, die von der Geometrie abhängt und einen Wert besitzt, der nahe bei 1 liegt. K kann aus einer einmaligen Kalibrierung, die ein Fluid mit einem bekannten spezifischen elektrischen Widerstand verwendet, bestimmt werden. Demgemäß kann der Widerstand (R_f) anhand der gemessenen Spannung bestimmt werden. Folglich kann der spezifische elektrische Widerstand (ρ_f) des Fluids anhand der bekannten Länge (l) des isolierenden Segments 33, der bekannten Querschnittsfläche (A) der Strömungsleitung 35 und des bekannten Faktors K erhalten werden. Nähere Ausführungen zu einer solchen Berechnung sind unter Bezugnahme auf 12 und 13 gemacht.
Ein Leitwertsensor (oder eine Leitwertvorrichtung), wie er in 3 gezeigt ist, kann in verschiedene Bohrlochwerkzeuge integriert sein, um den spezifischen Fluidwiderstand in einer Strömungsleitung zu messen. Ein Beispiel, das in der folgenden Beschreibung erläutert wird, ist die Integration eines solchen Leitwertsensors in ein Fluidanalysemodul (als 25 in 1 gezeigt) eines Formationsprüfgeräts (z. B. des MDT^TM).
4 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Messen des spezifischen Fluidwiderstands gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Widerstandsmessvorrichtung 100 ist vorzugsweise so konstruiert, dass der spezifische elektrische Widerstand von Fluiden, die durch eine Strömungsleitung 102 fließen, induktiv gemessen werden kann. Die gezeigte Strömungsleitung 102 umfasst einen Einlassabschnitt 104 und einen Austrittsabschnitt 106 (die den leitenden Segmenten in 3 entsprechen), die durch einen isolierenden Abschnitt 108 getrennt sind. Der isolierende Abschnitt 108 verhindert, dass elektrische Ströme direkt vom Einlassabschnitt 104 zum Austrittsabschnitt 106 wandern. Die Einlass- und Austrittsabschnitte 104, 106 sind vorzugsweise aus einem hochfesten Werkstoff wie etwa Metall, PEEK, Keramik usw. gefertigt. Wie oben angemerkt worden ist, sind diese Segmente aus nicht leitenden Werkstoffen (z. B. PEEK oder Keramik) gefertigt, wobei die Innenflächen der Abschnitte mit einem leitenden Werkstoff beschichtet sein können, um elektrische Kontakte mit dem Fluid herzustellen. Diese Kontakte bilden den Teil der Schleife (als 38 in 3 gezeigt), der für die Stromrückkehr sorgt. Es sei angemerkt, dass die Fluideintritts- und Fluidaustrittsleitungen, wenn sie aus Metall gefertigt sind, elektrische Kontakte mit dem Fluid herstellen können.
Die Widerstandsmessvorrichtung 100 weist ebenso ein Paar von Toroiden 110 und 112, die die Strömungsleitung 102 umgeben, auf. Die Toroide 110 und 112 sind axial durch einen Zwischenraum 114 getrennt. Endkappen 116, 118 halten die Toroide 110, 112 in der Widerstandsmessvorrichtung 100. Der erste Toroid 112 kann so wirken, dass er einen Strom in dem durch die Strömungsleitung 102 strömenden Fluid induziert, während der zweite Toroid 110 jenen Strom (oder die induzierte Spannung) erfassen kann, oder umgekehrt. Da die Toroide 110, 112 die Ströme in den Fluiden indirekt, ohne mit dem Fluid in Kontakt zu sein, messen, können sie ihre Funktion von außerhalb der Hochdruck-Strömungsleitung ausüben. Die Widerstandsmessvorrichtung 100 umfasst eine Elektronikbaugruppe 120, die den Toroiden 110 oder 112 ansteuert und Widerstandsmessungen oder -berechnungen vornimmt. Da die Elektronikbaugruppe 120, die Toroide 110, 112 und sämtliche Drähte und Zuleitungen dazwischen den hohen Drücken in der Strömungsleitung 102 nicht ausgesetzt sind, sind keine komplexen Mechanismen zur Abdichtung und hydraulischen Isolation erforderlich. Daher ist die Widerstandsmessvorrichtung 100, insofern, dass die Gefahr eines katastrophalen Versagens einer Hydraulikdichtung zum Schutz von Elektronik und Sensoren gering ist, im Betrieb viel zuverlässiger.
In diesem besonderen Beispiel sind alle Komponenten der Widerstandsmessvorrichtung 100 in einem Gehäuse 122 eingeschlossen, das so beschaffen ist, dass es in eine Mess- und Prüfvorrichtung (z. B. ein MDT^TM) passt, um zu einem Bohrlochort transportiert zu werden. Für solche Anwendungen ist die Widerstandsmessvorrichtung 100 vorzugsweise so dimensioniert, dass sie in ein vorhandenes Werkzeug passt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Gehäuse 122 beispielsweise ein zylindrisches Gehäuse mit einem 2,0-Zoll-Durchmesser (5,08 cm) sein, das in ein MDT^TM-Werkzeug passt. Eine Mess- und Prüfvorrichtung dieser Größe bedeutet zwangsläufig einen kleinen Durchmesser der Strömungsleitung 102 (z. B. von weniger als 0,250 Zoll (0,6 cm)). Wenn eine herkömmliche Elektrodenvorrichtung verwendet würde, besäßen die zum Abdichten um die Elektroden erforderlichen Hydraulikdichtungen zwangsläufig sehr kleine Abmessungen und würden Drücke, die 30.000 psi (2.068,44 bar) überschreiten, und Temperaturen von bis zu 200 °C kaum aushalten. Dadurch dass Toroide verwendet werden, ist es möglich, die gesamte Elektronik vor hohen Drücken zu bewahren, weshalb keine Hydraulikdichtungen erforderlich sind.
Wie oben angemerkt worden ist, sind verschiedene Konfigurationen möglich, um eine Strömungsleitung mit einem zwischen den zwei leitenden Segmenten angeordneten isolierenden Segment zu konstruieren. In einer Ausführungsform kann eine Strömungsleitung einen isolierenden Abschnitt 108 umfassen, der aus Glas (oder anderen isolierenden Werkstoffen wie etwa Keramik oder PEEK (Polyetheretherketon)) gefertigt ist und an dessen beiden Enden leitende Abschnitte (z. B. die Abschnitte 104 und 106 in 4), die aus Metall gefertigt sind, angefügt sind. Glas-Metall-Verbindungen sind bei Bohrlochwerkzeugen erfolgreich verwendet worden. Glas kann die Isolation verschaffen und gleichzeitig einem relativ hohen Druck widerstehen. Es können weitere Werkstoffe, die Hochtemperatur-Kunststoffe (z. B. PEEK) und Keramiken umfassen, jedoch nicht darauf begrenzt sind, verwendet werden.
In 5 ist schematisch eine Anordnung der Strömungsleitung 102 gezeigt, die jener von 4 gleicht. Zwischen den Abschnitten 104 und 106 ist eine Glas-Metall-Dichtung ausgebildet, derart, dass der Glasabschnitt der Dichtung als isolierender Abschnitt 108 wirkt, wobei zwischen den Abschnitten 104 und 106 ein isolierter Zwischenraum 130 vorhanden ist. Zwischen dem Abschnitt 104 und dem Abschnitt 106 fließt in dem Fluid durch die Strömungsleitung 102 ein durch den Toroiden 112 induzierter elektrischer Strom (durch die Linien 132 angedeutet). In dem in 5 gezeigten Beispiel ist die Länge des Stromflusses 132 etwa gleich der Größe des axialen Zwischenraums zwischen den Abschnitten 104 und 106. Da der Glasabschnitt 108 eine viel kleinere Zug- und Scherfestigkeit als die Metallabschnitte 104 und 106 besitzt, ist die Glasspannweite gegen radiale Spannungen und Bruch, wenn mit hohem Druck beaufschlagte Fluide durch die Strömungsleitung 102 strömen, entsprechend empfindlicher. Dies gilt auch für einen isolierenden Kunststoffabschnitt. Daher sollte die axiale Spannweite des Glasabschnitts (oder Kunststoffabschnitts) reduziert werden.
In 6 ist nun eine weitere Strömungsleitung 402 schematisch gezeigt. Die Strömungsleitung 402 umfasst leitende Abschnitte 404 und 406, die axial näher beieinander liegen als jene von 4. Bei einem kleineren axialen Zwischenraum zwischen den Abschnitten 404 und 406 sind die radialen Spannungen in dem isolierenden Abschnitt 408 stark verringert. Wenn der axiale Zwischenraum kleiner ist, kann jedoch der Widerstandsmesswert nicht genau sein, da er eine Funktion des isolierenden Segments (l) ist. Daher kann der isolierende Abschnitt 408 zur Kompensation für die verkleinerte axiale Spannweite auf eine Länge 430 an der Innenfläche der Strömungsleitung 402 erweitert sein. Der Teil des isolierenden Abschnitts 408 innerhalb der Bohrung der Strömungsleitung 402 kann relativ dünn, beispielsweise eine Leichtbeschichtung, sein. Der Stromfluss 432 wandert im Wesentlichen über dieselbe Strecke wie der Stromfluss 132 in 5, jedoch ist die Spannweite von schwachem Glas (oder einem anderen Werkstoff) innerhalb des isolierenden Abschnitts 408 wesentlich kleiner. Daher ist der isolierende Abschnitt 408 unter hohen Drucklasten viel weniger fehleranfällig als der isolierende Abschnitt 108 von 5.
7 zeigt eine Strömungsleitung 502 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. In 7 ist die Strömungsleitung 502 hauptsächlich aus einem ersten Abschnitt 504 und einem zweiten Abschnitt 506 gebildet, die in einem Gewindeeingriff zusammengefügt sind, wobei an den Gewinden 534 eine Isolierschicht vorhanden ist. Der erste Abschnitt 504 und der zweite Abschnitt 506 können aus Metall gefertigt sein. Die Isolierschicht an den Gewinden 534 verhindert wirksam eine elektrische Kommunikation zwischen den Abschnitten 504 und 506 und erzwingt, dass der Strom 532 durch das Fluid in der Strömungsleitung 502 fließt. Um die axiale Länge, die der Strom 532 durchwandern muss, zu vergrößern, ist ein isolierender Abschnitt 508 der Länge 530 an der Innenfläche der Strömungsleitung 502 beschichtet. Der isolierende Abschnitt 508 kann aus irgendeinem isolierenden Werkstoff wie etwa Glas, Keramik, Gummi, PEEK usw. sein. Da der isolierende Abschnitt 508 durch die Metallabschnitte 504 und 506 hinterlegt ist, sollte er einer großen radialen Spannung infolge des Hochdruckfluids in der Strömungsleitung 502 widerstehen können. Die Möglichkeit eines Fehlers ist minimiert.
Einem Fachmann ist klar, dass Abwandlungen der in 7 gezeigten Ausführungsform möglich sind. 8 zeigt beispielsweise eine Ausführungsform, die eine Schraubverbindung aufweist, wobei eines oder beide der Gewindeenden mit einem isolierenden Werkstoff 834 (z. B. Keramik) beschichtet sind, um eine elektrische Kommunikation zwischen der Fluideinlass- bzw. Fluidauslassleitungen 804 und 806 zu verhindern. Die Keramikbeschichtung ist typischerweise 0,010 bis 0,020 Zoll (0,25 bis 0,48 cm) dick. Keramikbeschichtungen sind von Lieferanten wie beispielsweise Praxair Inc. erhältlich. Die mechanische Last infolge des Innendrucks wird durch die Metallrohre aufgefangen, so dass dieser Entwurf sehr robust ist. Der isolierende Bereich zwischen den zwei Metallrohren wird durch Hinzufügen einer isolierenden Schicht 831 erhalten, die eine Keramikbeschichtung, eine auf die Metallrohre gegossene Gummischicht oder ein Kunststoff-, Glas- oder PEEK-Einsatz sein kann. Die isolierende Schicht 831 mit einer Länge 830 zwingt den Strom dazu, durch die Fluidsäule in diesem Abschnitt zu wandern.
9 zeigt eine ähnliche Ausführungsform, die jedoch keine Schraubverbindung aufweist. Wie in 9 gezeigt ist, sind der Fluideinlass 904 und der Fluidauslass 906 durch einen Dehnpassungs- oder Schrumpfsitzmechanismus gekoppelt. Beim Zusammenfügen der beiden Rohre wird das äußere Metallrohr erwärmt, so dass es sich ausdehnt, wodurch es über das innere Rohr geschoben werden kann. Wenn das äußere Rohr auf die Temperatur des inneren Rohrs abgekühlt ist, sind die beiden Rohre zusammengepresst und bilden eine Druckdichtung. Der Kopplungsbereich (an dem inneren Rohr, dem äußeren Rohr oder beiden Rohren) ist mit einem isolierenden Werkstoff 934 wie etwa Keramik (typischerweise mit einer Dicke von 0,010 bis 0,020 Zoll (0,25 bis 0,49 cm)) beschichtet, um eine direkte Kommunikation zwischen den Einlass- bzw. Auslassleitungen 904 und 906 zu verhindern. Die Innenseite des Rohrs ist mit einer isolierenden Schicht 931 beschichtet, um das isolierende Segment zu bilden. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von O-Ring-Dichtungen in dem Kopplungsbereich anstelle einer Wärmeschrumpfpassung, um eine Druckbarriere zu schaffen (nicht gezeigt).
10 zeigt eine Strömungsleitung 702 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Wie in 10 gezeigt ist, ist die Strömungsleitung 702 hauptsächlich aus einem isolierenden Rohr 703, das zwei Abschnitte mit leitenden Beschichtungen 704, 706 aufweist, gebildet. Die Abschnitte mit leitenden Beschichtungen 704, 706 sind durch einen unbeschichteten Abschnitt 730 getrennt. Die leitenden Beschichtungen 704, 706 sind außen durch einen Draht oder durch das Metallgehäuse, das den Sensor umgibt, verbunden. Zwischen den zwei leitenden Beschichtungen fließt ein Strom 732.
Die 5–10 zeigen mehrere Strömungsleitungen gemäß Ausführungsformen der Erfindung. Diese Beispiele dienen lediglich zur Veranschaulichung. Einem Fachmann ist klar, dass weitere Abänderungen möglich sind, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. 12 zeigt beispielsweise einen Leitwertsensor gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, der eine Strömungsleitung 602, die aus einem nicht leitenden Werkstoff (z. B. PEEK oder Keramik) gefertigt ist, und ein Metallgehäuse 640 umfasst, das die beiden Toroide 610, 612 umgibt. Bei dieser Ausführungsform bildet das Metallgehäuse Stromrückführpfade an Punkten, an denen die Strömungsleitung 602 das Metallgehäuse 640 verlässt. An diesen Stellen kommt das Fluid mit den Metall-Fluideintritts- und -austrittsströmungsleitungen in Kontakt.
Eine Widerstandsmessvorrichtung gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann verwendet werden, um Änderungen des spezifischen elektrischen Widerstands beispielsweise zu überwachen, während die Formationsfluide in ein Formationsprüfgerät angesaugt werden. Wenn der spezifische elektrische Widerstand Stetigkeit bzw. einen stationären Zustand erreicht, darf angenommen werden, dass die in das Formationsprüfgerät angesaugten Fluide jungfräuliche Formationsfluide, d. h. solche, die im Wesentlichen frei von eingedrungenem Bohrfluid sind, repräsentieren. 11 zeigt eine schematische Darstellung, die eine Kurve des spezifischen elektrischen Widerstands wiedergibt, die beim Bohren eines Bohrlochs mit einem auf Wasser basierenden Schlamm und beim Prüfen einer Öl enthaltenden Zone erwartet werden darf. Wie gezeigt ist, ist der anfängliche spezifische elektrische Widerstand der Fluide durch die leitenden Bohrfluide, die aus der Formation eingedrungen sind, stark beeinflusst. Wenn weiterhin Fluide in das Formationsprüfgerät angesaugt werden, nimmt der Anteil an eingedrungenen Bohrfluiden ab, während der Anteil an widerstandsbehaftetem jungfräulichem Bohrfluid zunimmt. Eventuell darf erwartet werden, dass sich der in der Strömungsleitung erfasst spezifische elektrische Widerstand jenem der jungfräulichen Formationsfluide, d. h. einem stetigen Zustand, annähert. Somit kann ein Leitwertsensor der Erfindung verwendet werden, um zu überwachen, wann die in ein Formationsprüfgerät angesaugten Fluide jungfräuliche Fluide repräsentieren und daher geeignet sind, für eine spätere Analyse gesammelt zu werden.
Neben "qualitativen" Anwendungen, wie sie oben mit Bezug auf 11 beschrieben worden sind, kann eine Widerstandsmessvorrichtung gemäß Ausführungsformen der Erfindung auch dazu verwendet werden, die spezifischen elektrischen Widerstände der Fluide zu bestimmen (quantitative Anwendungen).
Mit Bezug auf die 12 und 13 wird die Physik, die hinter der indirekten Messung des spezifischen Fluidwiderstands mit zwei Toroiden steckt, beschrieben. 12 zeigt eine Fluidwiderstandszelle 600 mit zwei Toroiden 610, 612 zum Messen des spezifischen elektrischen Widerstands von Fluiden in einer Strömungsleitung 602 durch induktive Kopplung. Wie oben mit Bezug auf 4 beschrieben worden ist, induziert der erste Toroid 612 einen Strom in der Strömungsleitung 602, während der zweite Toroid 610 den induzierten Strom misst. Die in 12 gezeigte Strömungsleitung 602 ist aus einem elektrisch nicht leitenden Rohr mit einem Innenradius a und einer Länge l konstruiert. Die Fluidwiderstandszelle 600 in 12 ist in einem zylindrischen, metallischen Gehäuse 640 eingeschlossen und weist einen inneren Hohlraum 642 auf, der mit einem nicht leitenden Werkstoff mit einer nominellen magnetischen Permeabilität μ₀, der Luft unter Umgebungsdruck oder einen isolierenden polymeren Werkstoff (z. B. Epoxidharz, Gummi, Glasfaser, Kunststoff, PTFE oder PEEK) umfasst, befüllt ist oder ein Vakuum enthält.
Die Stärke des in der Strömungsleitung 602 induzierten Stroms hängt von dem spezifischen elektrischen Widerstand (ρ_f) des Fluids, das durch die elektrisch nicht leitende Leitung 602 fließt, und verschiedenen Parametern der Toroide 610, 612 ab. Jeder Toroid 610, 612 besitzt einen Innenradius b, einen Außenradius c, eine Dicke h, eine Anzahl N von darum gewickelten Drahtwindungen und eine Permeabilität μ'. Vorzugsweise haben die Toroide 610, 612 eine hohe magnetische Permeabilität μ' und können aus Ferrit, Eisenpulver, Mu-Metall, Superlegierung oder einem anderen für die Betriebsfrequenz geeigneten Werkstoff hergestellt sein. Die Betriebsfrequenz kann irgendeine Frequenz, beispielsweise im Bereich zwischen 5 kHz und 200 MHz, vorzugsweise zwischen 20 kHz und 10 MHz und stärker bevorzugt zwischen 20 kHz und 2 MHz, sein, die einen Strom in den Fluiden in der Strömungsleitung induzieren kann. Ferner kann jeder Toroid 610, 612 eine elektrostatische Abschirmung aufweisen, um jegliche kapazitive Kopplung oder direkte gegenseitige induktive Kopplung zwischen den Toroiden 610, 612 zu beseitigen oder zu verringern.
Die Selbstinduktivität von Toroiden 610, 612, wie sie in 12 gezeigt sind, kann durch
charakterisiert werden, wobei μ₀ = 4π·10^–7 Henry/m. Die gegenseitige Induktivität zwischen einem Toroid 610, 612 und dem Fluid in der Strömungsleitung 602 kann dann beschrieben werden durch:
Die Selbstinduktivität einer Hälfte der mit Fluid gefüllten Strömungsleitung 602 beträgt
wobei der erste Ausdruck dominiert, weil μ' » 1. Es sei angemerkt, dass d der Innenradius des metallischen Gehäuses 640 ist. Wie oben angemerkt worden ist, ist der Widerstand der Fluide in der Strömungsleitung 602 eine Funktion des spezifischen elektrischen Widerstands des Fluids (ρ_f), der Länge des Fluidpfades (I) und der Querschnittfläche des Rohrs (A = π a²):
In 13 speist ein bekannter Strom I₁ (aus einer Quelle mit einer Spannung V₁) den ersten Toroiden 612, wodurch ein Strom I' in der Fluidleitung 602 induziert wird, der durch die Metallstirnflächen und das Metallgehäuse zurückkehrt (siehe 12). Dieser induzierte Strom I' erzeugt einen Strom I₂ (oder eine Spannung V₂) in dem zweiten Toroiden 610. Der Ausgang des zweiten Toroiden 610 ist an einem Operationsverstärker (nicht gezeigt), der vorzugsweise eine hohe Eingangsimpedanz besitzt, angeschlossen.
Das in 13 gezeigte Schaltungsmodell kann zur Veranschaulichung des Prozesses, der am Auflösen nach R_f und folglich nach ρ_f beteiligt ist, verwendet werden. Für den ersten Toroiden 612 gelten: V1=jωLI1 – jωMI' (Gl.5) V'' = –jωLfI' + jωMI1. (Gl.6)
Für den zweiten Toroiden 612 gelten V' = jωLfI' + jMI2 (Gl.7) V2 = jωLI2 + jωMI'. (Gl.8)
Für die Fluidleitung 602 gilt V'' = Y' + I'Rf. (Gl.9)
Das Auflösen nach V₂ ergibt
wobei beide Ausdrücke Verlust und Blindwiderstand haben. Wenn V₂ mit einem Operationsverstärker mit einer hinreichend hohen Impedanz gemessen wird, darf angenommen werden, dass I₂ null ist, weshalb sich die obige Gleichung reduziert auf
Das Substituieren der Selbstinduktivitäten in die obige Gleichung ergibt die Beziehung zwischen den gemessenen Größen für V₂ und I₁ und der gewünschten Größe R_f wie folgt:
Diese Gleichung kann nun invertiert und mit der Gleichung 4 kombiniert werden, um R_f und, ρ_f zu finden. Es sei angemerkt, dass die relative magnetische Permeabilität (μ') ein quadratischer Ausdruck im Zähler von Gleichung 12 ist und außerdem als Komponente von L_f im Nenner erscheint (siehe Gleichung 3).
Die relative magnetische Permeabilität μ' der Toroide 610, 612 kann temperaturabhängig sein und muss über den Betriebstemperaturbereich kalibriert werden. Wenn die Temperaturschwankung von μ' klein und vorhersagbar ist, kann der Messwert, falls erforderlich, einer temperaturabhängigen Korrektur unterzogen werden. Ein Lösungsweg ist das Messen der Permeabilität μ' der Toroide bei verschiedenen Temperaturen vor ihrem Einsatz im Bohrloch. Ein Sensor in der Fluidwiderstandszelle 600 kann, sobald er sich an Ort und Stelle befindet, die Temperatur messen und einen Korrekturfaktor aus einer Verweistabelle in die Rechnung einbringen.
Falls die Temperaturschwankung von μ' groß oder nicht vorhersagbar ist, kann es erforderlich sein, eine Kalibrierungsfunktion in das System aufzunehmen. Ein Lösungsweg besteht darin, jedem Toroiden 610, 612 zusätzliche Wicklungen (S1, S2 in 14) hinzuzufügen, damit diese Toroiden durch Einleiten eines bekannten Stroms kalibriert werden können, und die dadurch induzierte Spannung zu messen. Sekundärwicklungen (z. B. S1) können auch verwendet werden, um eine angelegte Spannung (z. B. V₁) zu überwachen. Ein weiterer Lösungsweg wäre, parallel zur Fluidleitung 602 einen Leiter (z. B. einen Leiterdraht oder eine Kalibrierschleife (CL in 14)) durch beide Toroiden 610, 612 zu führen. Die Kalibrierschleife (CL) ist mit einem bekannten Widerstand R_C und einem Schalter zum Öffnen und Schließen des Kreises in Reihe geschaltet. Die Spannung V₂ könnte sowohl bei geöffneter als auch bei geschlossener Kalibrierschleife gemessen werden. In diesem Fall ist der Messwert bei geöffneter Schleife: X = –kμ'2(G) (Gl.13)und der Messwert bei geschlossener Schleife: Y = kμ'2(G + S), (Gl.14)wobei
X und Y sind gemessene Größen, S ist bekannt, und G und μ' sind unbekannt.
Das Lösen der obigen Gleichungen 13–16 führt zu:
Es sei angemerkt, dass der Widerstand des Gesamtsystems (siehe 13) nicht nur von dem spezifischen Fluidwiderstand (R_f) in der Strömungsleitung, sondern auch von dem Wirkungsgrad der induktiven Kopplung zwischen dem Fluid und den Toroiden abhängt. Der Wirkungsgrad der induktiven Kopplung hängt von der Frequenz (ω) und der Induktivität des Fluids (L_f) ab. Damit sich ein zuverlässiger Messwert des spezifischen Fluidwiderstands (ρ_f) ergibt, werden der Systementwurf und die Betriebsfrequenz vorzugsweise so gewählt, dass R_f ≥ ωL_f. Beim Entwerten eines Systems sollte daran gedacht werden, dass sich ρ_f und R_f um viele Größenordnungen verändern können. Dieser Punkt ist besonders wichtig, wenn Fluide mit einem niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand wie etwa auf Wasser basierender Schlamm oder Formationswasser gemessen werden.
In der Praxis könnte die Toroid-Fluidwiderstandszelle mit einer idealen Spannungsansteuerung für V₁ und einem idealen Strommesswert von 12 betrieben werden, wobei in diesem Fall der Ausdruck
geschrieben werden kann, wobei
Hierbei ist C der Kalibrierungsfaktor, der durch Messen der Antwort einer durch die zwei Toroide verlaufenden Drahtschleife mit einem bekannten Widerstand R_cal gefunden wird. Der Kalibrierwiderstand wird als Präzisionswiderstand mit einer Temperaturstabilität von 5 ppm/C angenommen.
Die obige Beschreibung verwendet ein Formationsprüfgerät, um Ausführungsformen der Erfindung zu veranschaulichen. Einem Fachmann ist klar, dass Ausführungsformen der Erfindung auch bei anderen Anwendungen wie etwa Drahtleitungswerkzeugen an einem unverrohrten Bohrloch, Drahtleitungswerkzeugen an einem verrohrten Bohrloch (z. B. dem Cased Hole Dynamic Tester, CHDT^TM, einem Handelsnamen von Schlumberger Technology Corp. (Houston, TX), Werkzeugen zum Messen während des Bohrens und der permanenten Überwachung (sowohl einer Bohrlocheinrichtung als auch einer Oberflächeneinrichtung) sowie in anderen Strömungsleitungen (insbesondere solchen, die hohen Drücken unterliegen) verwendet werden können.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist einem Fachmann, der diese Offenbarung nutzt, klar, dass weitere Ausführungsformen ersonnen werden können, die vom Umfang der hier offenbarten Erfindung nicht abweichen. Daher soll der Umfang der Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche begrenzt sein.

Claims

Vorrichtung (30; 100) zum Messen des spezifischen Fluidwiderstands, gekennzeichnet durch eine Strömungsleitung (35; 102; 402; 502; 702), die so beschaffen ist, dass sie mit Formationsfluiden in Fluidkommunikation steht, wobei die Strömungsleitung (35; 102; 402; 502; 702) einen ersten Abschnitt (31; 104; 404; 504; 704; 804), der einen ersten leitenden Bereich bildet, einen zweiten Abschnitt (32; 106; 406; 506; 706; 806), der einen zweiten leitenden Bereich bildet, und einen isolierenden Abschnitt (33; 108; 408; 508; 708; 808), der zwischen dem ersten Abschnitt (31; 104; 404; 504; 704; 804) und dem zweiten Abschnitt (32; 106; 406; 506; 706; 806) angeordnet ist, um eine direkte elektrische Kommunikation zwischen diesen Abschnitten zu verhindern, umfasst, wobei der erste leitende Bereich und der zweite leitende Bereich für einen Kontakt mit einem in der Strömungsleitung (35; 102; 402; 502; 702) enthaltenen Fluid vorgesehen sind, derart, dass zusammen mit einem leitenden Pfad, der außerhalb der Strömungsleitung angeordnet ist, eine Stromrückführschleife (38) gebildet ist; einen ersten Toroiden (T1; 112) und einen zweiten Toroiden (T2; 110), die die Strömungsleitung (35; 102) umgeben, wobei der erste Toroid (T1; 112) dazu vorgesehen ist, einen elektrischen Strom in dem Fluid in der Strömungsleitung (35; 102) zu induzieren, und der zweite Toroid (T2; 110) dazu vorgesehen ist, den in dem Fluid in der Strömungsleitung (35; 102) induzierten elektrischen Strom zu messen; und eine Elektronikbaugruppe (120) zum Steuern der Funktionen des ersten Toroiden (112) und des zweiten Toroiden (110).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt der Strömungsleitung jeweils ein metallisches Rohr umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der isolierende Abschnitt aus einem Werkstoff gefertigt ist, der unter Glas, Keramik und PEEK ausgewählt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt der Strömungsleitung durch einen Gewindeeingriff zusammengefügt sind und dass an einem Gewindebereich des ersten Abschnitts, einem Gewindebereich des zweiten Abschnitts oder den Gewindebereichen beider Abschnitte eine isolierende Beschichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt der Strömungsleitung durch Wärmeschrumpfsitz oder Festsitz zusammengefügt sind und dass an einem Kopplungsbereich des ersten Abschnitts, einem Kopplungsbereich des zweiten Abschnitts oder den Kopplungsbereichen beider Abschnitte eine isolierende Beschichtung angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt, der zweite Abschnitt und der isolierende Abschnitt der Strömungsleitung ein kontinuierliches Rohr umfassen, das aus einem isolierenden Werkstoff gefertigt ist, und dass der erste leitende Bereich des ersten Abschnitts und der zweite leitende Bereich des zweiten Abschnitts an einer Innenfläche der Strömungsleitung jeweils eine Beschichtung aus einem leitenden Werkstoff aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine längs der Strömungsleitung angeordnete Kalibrierschleife (CL) zur Kalibrierung des ersten Toroiden und des zweiten Toroiden, wobei die Kalibrierschleife (CL) an und abgeschaltet werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Toroid und der zweite Toroid Kalibrierwicklungen (S1, S2) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einem Formationsprüfgerät (10) angeordnet ist.
Vorrichtung (100; 600) zum Messen des spezifischen Fluidwiderstandes, gekennzeichnet durch eine Strömungsleitung (102; 602), die so beschaffen ist, dass sie mit Formationsfluiden in Fluidkommunikation steht, wobei die Strömungsleitung (102; 602) aus einem isolierenden Werkstoff gebildet ist; einen ersten Toroiden (112; 612) und einen zweiten Toroiden (110; 612), die die Strömungsleitung (102; 602) umgeben und längs dieser beabstandet sind, wobei der erste Toroid (112; 612) dazu vorgesehen ist, einen elektrischen Strom in einem in der Strömungsleitung enthaltenen Fluid zu induzieren, und der zweite Toroid (110; 610) dazu vorgesehen ist, den in dem Fluid induzierten elektrischen Strom zu messen; ein Metallgehäuse (122; 640), das den ersten Toroiden (112; 612), den zweiten Toroiden (110; 610) und einen Abschnitt der Strömungsleitung (102; 602) umgibt, wobei das Metallgehäuse (122; 640) dazu vorgesehen ist, einen zurückführenden Strompfad für den in dem Fluid induzierten elektrischen Strom zu schaffen; und eine Elektronikbaugruppe (120) zum Steuern der Funktionen des ersten Toroiden (112) und des zweiten Toroiden (110).
Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine längs der Strömungsleitung angeordnete Kalibrierschleife (CL).
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Toroid und der zweite Toroid Kalibrierwicklungen (S1, S2) aufweisen.
Verfahren zum Messen des spezifischen elektrischen Widerstands eines Formationsfluids in einem Bohrloch, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Strömenlassen von Formationsfluid durch eine Strömungsleitung (35; 102) einer Widerstandsmessvorrichtung (30; 100), wobei die Strömungsleitung (35; 102) einen isolierenden Abschnitt (33; 108) zwischen einem ersten Abschnitt (31; 104) und einem zweiten Abschnitt (32; 106) umfasst; Induzieren eines elektrischen Stroms in dem Formationsfluid in der Strömungsleitung (35; 102) durch einen ersten Toroiden (T1; 112); und Messen des in dem Formationsfluid induzierten elektrischen Stroms durch einen zweiten Toroiden (T2; 110).
Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Bestimmen des spezifischen elektrischen Widerstands des Formationsfluids anhand der durch den zweiten Toroiden (T2; 110) durchgeführten Messung.
Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Kalibrieren des ersten Toroiden (T1; 112) und des zweiten Toroiden (T2; 110) über eine längs der Strömungsleitung (102) angeordneten Kalibrierschleife (CL).
Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Kalibrieren des ersten Toroiden (T1; 112) und des zweiten Toroiden (T2; 110) mittels Kalibrierwicklungen (S1, S2), die in den beiden Toroiden enthalten sind.