DE60121916T2

DE60121916T2 - Bohrloch-densitometer

Info

Publication number: DE60121916T2
Application number: DE60121916T
Authority: DE
Inventors: T. Michael Houston PELLETIER; A. Mark Missouri City PROETT; H. Bruce Houston STORM; Robert James Spring BIRCHAK; Edward Thomas Katy RITTER
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 2000-01-13
Filing date: 2001-01-10
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2021-01-11
Also published as: EP1254352A1; CA2397409C; CA2397409A1; NO334153B1; US6378364B1; EP1254352A4; WO2001051898A1; EP1254352B1; NO20023328L; US20020178803A1; NO20023328D0; US6543281B2; DE60121916D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Vorrichtungen und Verfahren zum Messen der Fluiddichte und anderer Fluidstromeigenschaften in einem fließenden Strom, wobei der Begriff Fluid dazu benutzt wird, alle Flüssigkeiten, Gase oder Gemische einschließlich solcher Gemische zu bezeichnen, die Feststoffe enthalten. Genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine äußerst genaue Dichte- und Viskositätsmessvorrichtung, die zur Verwendung in einer Umgebung mit hohen Temperaturen, hohen Drücken und großen Erschütterungen wie z.B. in einem Bohrloch geeignet ist.
In industriellen Verfahren und Steuerungen zur Handhabung strömender Fluide liegen viele Fälle vor, in denen die Dichte des sich bewegenden Fluids genau bestimmt werden muss. Eine spezifische Anwendung ist die Bestimmung von Lagerstättenfluiden, die in einem Bohrloch fließen. In einigen allgemeinen geologischen Formationen liegt neben dem Erdöl zusätzlich oft Wasser vor. Diesbezüglich werden häufig beide Substanzen durch ein Arbeitsölbohrloch nach oben gepumpt und das Wasser wird von dem Erdöl schließlich an einer stromabwärtigen Stelle getrennt. Es ist erwünscht, die Menge an Öl, welche in einem von einer Formation fließenden Öl-Wasser-Strom vorhanden ist, zu bestimmen. Für eine genaue Bestimmung der Erdölmenge, die aus einer Formation extrahiert wird, kann ein "Nettoölcomputer" dazu benutzt werden, die Menge an Erdöl zu ermitteln. Der "Nettoölcomputer" bestimmt die gesamte Volumendurchflussrate des fließenden Stroms und berechnet den Ölprozentsatz des fließenden Stroms (auf der Basis von Dichtemessungen), um die Nutzmenge an Öl zu bestimmen, das aus der Formation austritt. Hinsichtlich der üblicherweise beteiligten großen Erdölmengen können sich jegliche kleinen Ungenauigkeiten der Dichtemessung über ein relativ kurzes Zeitintervall hinweg nachteilhaft akkumulieren und bezüglich der gesamten volumetrischen Messung zu einem großen Fehler werden.
Eine weitere spezifische Anwendung der Dichtemessung besteht in der Bestimmung der Massenströmungsrate eines fluiden Mediums. Die Massenströmungsrate kann als das Produkt aus der Fluiddichte (die durch einen Dichtemesser bestimmt wird) und der Volumendurchflussrate des Fluids (durch einen volumetrischen Strömungsmesser gemessen) berechnet werden. Derzeit sind Massenströmungsmesser wie z.B. der Corioliskraft- oder Konvektionsmassenkraft-Massenströmungsmesser und die Wärmesonden-Massenströmungsmesser verfügbar. Diese Typen von Massenströmungsmessern funktionieren zwar bei der Massenströmungsmessung von Fluiden mit niedriger Viskosität ausgezeichnet, arbeiten jedoch bei der Messung von Strömen aus hochviskosen Fluiden schlecht. Die Viskosität des Fluids fügt der Datensammlung der Massenströmungsrate Fehler zu. Einer der viel versprechenden Ansätze für eine Messung der Massenströmungsrate besteht in einer Kombination aus einem genauen Dichtemesser und einem zuverlässigen volumetrischen Strömungsmesser mit positiver Verdrängung. Diese Kombination erweist sich bei der Messung der Massenströmungsraten von hoch viskosen Fluiden oder Gemischen aus Fluiden und Gasen als äußerst effektiv.
Coriolis-Massenströmungsmesser können zur Messung der Dichte eines unbekannten Verfahrensfluids verwendet werden. Allgemein kann wie beispielsweise in dem US-Patent Nr. 4 491 025 gezeigt ein Coriolis-Messgerät zwei parallele Leitungen aufweisen, die typischerweise jeweils ein U-förmiges Strömungsrohr sind. Jedes Strömungsrohr wird derart angetrieben, dass es um eine Achse oszilliert. Wenn das Verfahrensfluid durch jedes oszillierende Strömungsrohr fließt, erzeugt die Bewegung des Fluids Reaktions-Coriolis-Kräfte, die senkrecht zu der Ebene der Winkelgeschwindigkeit des Fluids in der Röhre ausgerichtet sind. Diese Reaktions-Coriolis-Kräfte bewirken es, dass sich jedes Rohr um eine Torsionsachse herum verdreht, die für U-förmige Strömungsrohre normal zu ihrer Biegungsachse verläuft. Der Endeffekt besteht in einer leichten Verformung und Ablenkung der Leitung proportional zu der Massenströmungsrate des Fluids. Diese Verformung wird normalerweise als eine kleine Differenz zwischen der Ablenkung an den Einlassenden der Leitungen im Vergleich zu der Ablenkung an den Auslassenden gemessen. Beide Rohre werden entgegengesetzt angetrieben, so dass sich jedes Rohr als eine einzelne Zinke einer Stimmgabel verhält, wodurch auf vorteilhafte Weise jegliche unerwünschten Vibrationen neutralisiert werden, die andernfalls die Corioliskräfte überdecken könnten. Die Resonanzfrequenz, mit der jedes Strömungsrohr oszilliert, hängt von seiner gesamten Masse ab, d.h. von der Masse des leeren Rohrs selbst plus der Masse des hindurch fließenden Fluids. Insofern die gesamte Masse variiert, wenn die Dichte des durch das Rohr fließenden Fluids variiert, variiert die Resonanzfrequenz in gleichem Maß mit jeglichen Veränderungen der Dichte.
Wie spezifisch in dem US-Patent Nr. 4 491 009 gezeigt ist die Dichte eines unbekannten Fluids, das durch eine oszillierende Strömungsröhre fließt, proportional zu dem Quadrat der Periode, bei der die Röhre schwingt. Obgleich die in diesem Patent gezeigte Schaltung genaue Dichtemessungen bereitstellen kann, weist sie unglücklicherweise mehrere Nachteile auf. Erstens sind für bestimmte Anwendungen Dichtemessungen bis zu einer Genauigkeit von 1 : 10.000 notwendig. Eine Genauigkeit in dieser Größenordnung ist durch eine analoge Schaltung im allgemeinen solange nicht verfügbar, bis äußerst präzise analoge Komponenten verwendet werden. Derartige Komponenten sind ziemlich teuer. Zweitens kann die in diesem Patent offenbarte analoge Schaltung nicht unabhängig kalibriert werden, um sich verändernde Eigenschaften der elektronischen Komponenten wie z.B. Offset, Trift, Alterung und Ähnliches auszugleichen. Im Einzelnen wird diese Schaltung auf einer "konzentrierten" Basis kalibriert, d.h. indem zuerst ein bekanntes Fluid wie z.B. Wasser durch das Messgerät geleitet und die Schaltung anschließend eingestellt wird, um den geeigneten Dichteauslesewert bei seinem Ausgang bereitzustellen. Dieses Verfahren kompensiert jegliche Fehler, die zum Zeitpunkt der Kalibrierung auftreten und welche entweder auf physikalische Fehler bei der Messung der Dichte unter Verwendung eines Coriolis-Massenströmungsmessers oder auf Fehler zurückzuführen sind, die durch die sich verändernden Charakteristika der elektrischen Komponenten selbst erzeugt werden. Nachdem die Schaltung auf diese Weise kalibriert worden ist, verändern sich jedoch die Charakteristika der Komponenten unglücklicherweise über die Zeit hinweg und fügen den durch die Schaltung erzeugten Dichteauslesewerten Fehler zu. Dadurch wird wiederum schließlich eine gesamte Neukalibrierung erforderlich.
Sämtliche Densimeter werden im Allgemeinen unter Verwendung eines Kalibrierungsfluids mit einer bekannten Dichte kalibriert. Diese Dichte wird bei einer bestimmten Temperatur spezifiziert. Unglücklicherweise variiert die Dichte der meisten Fluide mit der Temperatur; wobei einige Fluide eine signifikante Variation und andere Fluide eine nur relativ geringe Variation aufweisen. Folglich erfordern es viele derzeit verfügbare Densimeter, dass die Temperatur des Kalibrierungsfluids sorgfältig kontrolliert werden muss, bevor das Fluid zur Kalibrierung in das Densimeter injiziert wird. Dies erfordert es, dass der das Fluid enthaltende Behälter für einen ausreichend langen Zeitraum in einem Bad mit einer bestimmten Temperatur angeordnet werden muss, damit sich das Fluid auf einem erwünschten Temperaturpegel stabilisiert. Weiterhin müssen Vorsorgungen getroffen werden, um sicherzustellen, dass sich die Temperatur des Fluids nicht verändert, wenn das Fluid durch das Messgerät gepumpt wird. Eine genaue Steuerung der Temperatur eines Fluids und die anschließende genaue Aufrechterhaltung dieser Temperatur, während das Fluid durch das Messgerät gepumpt wird, ist sowohl ein kostspieliges wie ein langwieriges Verfahren.
Anhand des oben Gesagten versteht sich, dass beim Stand der Technik ein Bedarf nach einem äußerst genauen Densimeter besteht, der unter den in einem Bohrloch auftretenden Bedingungen mit hohen Temperaturen, Drücken, Erschütterungen und Vibrationen betrieben werden kann; der relativ billige Komponenten verwendet, welche einen durch die sich verändernden Charakteristika jeder der elektronischen Komponenten bewirkten Fehler im Wesentlichen beseitigt und welche die mit den Temperatur- und Druckauswirkungen auf das System verbundenen Fehler auf effektive Weise eliminiert.
Eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff der beiliegenden unabhängigen Ansprüche sind in dem US-Patent Nr. 3 831 433 offenbart.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Bohrlochvorrichtung gemäß dem beiliegenden unabhängigen Anspruch 1 bereit. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den beiliegenden abhängigen Ansprüchen 2 bis 9 offenbart.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Verfahren gemäß dem beiliegenden unabhängigen Anspruch 10 bereit. Weitere Merkmale der Erfindung werden in den beiliegenden abhängigen Ansprüchen 11 bis 13 definiert.
Dementsprechend wird hier eine Messvorrichtung zur Bestimmung von Fluideigenschaften aus Vibrationsfrequenzen eines Proben- und eines Referenzhohlraums offenbart. In einer Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung eine Probenströmungsröhre, eine Referenzströmungsröhre, Vibrationsquellen und Detektoren, die an den Röhren angebracht sind, sowie ein Messmodul. Die Probenströmungsröhre nimmt zur Charakterisierung einen Strom an Probenfluid auf. Die Referenzströmungsröhre ist mit einem Referenzfluid mit wohlbestimmten Eigenschaften befüllt. Die Referenzströmungsröhre kann auf den gleichen Druck wie die Probe druckausgeglichen werden. Das Messmodul verwendet die Vibrationsquellen zur Erzeugung von Vibrationen in beiden Röhren. Das Messmodul kombiniert die Signale von den Vibrationsdetektoren an den Röhren zur Bestimmung der Eigenschaften des Probenfluids wie z.B. die Dichte, Viskosität, Kompressibilität, den Wasseranteil und die Blasengröße. Weiterhin kann das Messmodul bestimmte Strömungsmuster wie z.B. eine Schwallströmung erfassen.
Zur Bestimmung der Dichte des Probenfluids misst das Messmodul die Differenz zwischen den Resonanzfrequenzen der Proben- und der Referenzströnungsröhre. Danach kann die Dichte entsprechend einer Formel berechnet werden. Weitere Fluideigenschaften können aus der Resonanzpeakamplitude, Peakweite und/oder Peakform der Probenröhre bestimmt werden. Es kann eine Variation der Dichtemessungen zur Erfassung und Charakterisierung des mehrphasigen Fluidstroms verwendet werden. Es ist zu erwarten, dass die Verwendung einer Referenzröhre in der offenbarten Messvorrichtung die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messvorrichtung über einen Bereich von Temperaturen, Drücken und Erschütterungsbeschleunigungen, die z.B. in einem Bohrloch vorhanden sein können, in großem Ausmaß verbessert.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung sei auf die folgende ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Zusammenhang mit den folgenden Zeichnungen verwiesen, in welchen:
1A einen Densimeter gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
1B eine piezoelektrische Vibrationsquelle zeigt;
2 eine alternative Ausführungsform eines Densimeters gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 einen Graph eines exemplarischen Resonanzpeaks zeigt;
4 ein exemplarisches Messmodul darstellt;
5 ein Verfahren zum adaptiven Verfolgen einer Resonanzfrequenz zeigt;
6 ein Verfahren zum Messen der Resonanzpeakfrequenz, -amplitude und -weite darstellt; und
7 einen Graph einer gemessenen Dichte als eine Funktion der Zeit zeigt.
Die Ausführungsformen können in verschiedenen Modifikationen und alternativen Formen vorliegen, wobei sie in den Zeichnungen lediglich beispielhaft dargestellt sind und im folgenden ausführlich beschrieben werden. Allerdings sollte sich verstehen, dass die Zeichnungen und die ausführliche Beschreibung die Erfindung nicht auf die spezifische offenbarte Form begrenzen, sondern dass es im Gegenteil beabsichtigt ist, dass die Erfindung sämtliche Modifikationen, Äquivalente und Alternativen einschließt, die in den durch die beiliegenden Ansprüche definierten Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen.
Nun auf 1A Bezug nehmend umfasst eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Messen der Dichte und Viskosität eines strömenden Fluids im allgemeinen ein starres Gehäuse 102, zwei Schotten 104, Verbindungselemente 106, Strömungsröhren 108, Vibrationsquellen 110, Vibrationsdetektoren 112, und ein (nicht dargestelltes) Messmodul. Das starre Gehäuse 102 umgibt und schützt ein Volumen, durch welches die Strömungsröhren 108 verlaufen, und es verringert das Ansprechen auf Vibrationen, die nicht mit spezifischen Modi der Strömungsröhren in Verbindung stehen. Die Schotten 104 dichten das Volumen ab und sichern die Strömungsröhren 108 innerhalb dieses Volumens. Die Verbindungselemente 106 sind zur Befestigung der Schotten 104 an dem starren Gehäuse 102 bereitgestellt. Das Volumen enthält vorzugsweise Luft, ein Vakuum oder ein relativ inertes Gas wie z.B. Stickstoff oder Argon. Bei der Verwendung von Gasen liegen diese vorzugsweise bei Atmosphärendruck vor, wenn sich die Vorrichtung bei Raumtemperatur befindet.
Das starre Gehäuse 102, die Schotten 104 und die Strömungsröhren 108 sind vorzugsweise aus Materialien gefertigt, die einem Druck von mehr als 20.000 psi (pound pro inch²) bei Temperaturen von 250°C oder höher widerstehen können. Zwei Beispiele geeigneter Materialien sind Titan und Hastaloy-HA276C. Die Strömungsröhren 108 können mit den Schotten 104 verschweißt werden, oder sie können (was nachstehend erläutert werden wird) mechanisch von den Schotten 104 isoliert werden.
Die Strömungsröhren 108 sind vorzugsweise gerade beschaffen, da dies jegliche Tendenzen zu einem Verstopfen und Erodieren durch Materialien, die die Strömungsröhren 108 durchqueren, verringert. Allerdings ist berücksichtigt, dass gekrümmte Röhren in verschiedenen Formen einschließlich "U"-förmiger Röhren höhere Messempfindlichkeiten bereitstellen können.
Die vorgesehenen Abmessungen für die Ausführungsform von 1A sind in der Tabelle 1 angegeben:
Tabelle 1
Allerdings sei darauf hingewiesen, dass auch andere Abmessungen verwendet werden können, ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen.
Die Vibrationsquellen 110 sind piezoelektrische Wandler wie z.B. die in 1B dargestellten Wandler. Sie umfassen eine Klemme 118 zum Befestigen der Vibrationsquelle mit der Strömungsröhre 108, eine Trägheits- oder "Grund"-Masse 114, sowie eine piezoelektrische Schicht 116, die zwischen der Klemme 118 und der Trägheitsmasse 114 eingeschoben ist. Wird eine Spannung an die piezoelektrische Schicht 116 angelegt, expandiert die Schicht, wodurch die Röhre 108 und die Masse 114 auseinander getrieben werden. Wenn nachfolgend die Spannung abgezogen oder umgekehrt wird, kontrahiert sich die Schicht, wodurch die Röhre und die Masse zusammengezogen werden. Die Anlegung einer oszillierenden Spannung an die piezoelektrische Schicht verleiht der Strömungsröhre eine vibrierende Bewegung.
Wie nachstehend ausführlicher erläutert weist die Strömungsröhre 108 eine Resonanzfrequenz auf, die von der Dichte des Fluids abhängt, das in der Röhre enthalten ist. Wenn die Vibratinnsquelle 110 die Strömungsröhre 108 mit einer Resonanzfrequenz antreibt, erreicht die Vibration der Röhre eine maximale Amplitude (Verlagerung), und die für das Antreiben der Vibration erforderliche Energie erreicht ein lokales Minimum.
Die in 1A dargestellten Vibrationsdetektoren 112 sind piezoelektrische Vorrichtungen, deren Struktur ähnlich wie diejenige der Vibrationsquellen 110 ist. Ein piezoelektrischer Wandler ist zwischen einer Klemme und einer Trägheitsmasse eingeschoben. Wenn der piezoelektrische Wandler komprimiert wird (z.B. durch eine Bewegung der Klemme zu der Trägheitsmasse hin), erzeugt er eine Spannung. Wird die Schicht nachfolgend wiederhergestellt oder expandiert (z.B. durch eine Bewegung der Klemme weg von der Trägheitsmasse), verringert sich die Spannung. Eine Vibration des Vibrationsdetektors 112 führt dazu, dass der Detektor ein elektrisches Signal erzeugt, das mit der Vibrationsfrequenz oszilliert. Die Amplitude des elektrischen Signals erhöht sich mit der Amplitude der Vibration.
Nun auf 4 Bezug nehmend umfasst eine Ausführungsform des Messmoduls allgemein einen digitalen Signalprozessor 402, zwei Spannungs-Frequenz-Umsetzer 404, zwei Stromantreiber 406, zwei Filter/Verstärker 408, zwei Amplitudendetektoren 410, und einen Nurlesespeicher (ROM) 412. Der digitale Signalprozessor 402 kann durch ein Systemsteuergerät 414 konfiguriert und gesteuert werden, das in Ansprechen auf Eingaben des Anwenders in die Anwenderschnittstelle 416 betrieben wird. Das System steuergerät 414 nimmt vorzugsweise ebenfalls Messungen von dem digitalen Signalprozessor 402 auf und stellt sie der Anwenderschnittstelle 416 bereit, um sie dem Anwender anzuzeigen.
Der digitale Signalprozessor 402 führt vorzugsweise einen Satz Softwarebefehle aus, die im ROM 412 gespeichert sind. Typischerweise werden die Konfigurationsparameter durch die Programmierer der Software bereitgestellt, sodass gewisse Aspekte des Betriebs des digitalen Signalprozessors von dem Anwender durch die Schnittstelle 416 und das Systemsteuergerät 414 kundenspezifisch angepasst werden können. Vorzugsweise bewirkt es der Satz Softwarebefehle, dass der digitale Signalprozessor 402 Dichtemessungen gemäß einem oder mehreren der Verfahren ausführt, die nachstehend ausführlicher beschrieben werden. Der digitale Signalprozessor umfasst vorzugsweise eine Digital-zu-Analog-(D/A)- und eine Analog-zu-Digital-(A/D)-Umwandlungsschaltung, um analoge Signale den nicht im Chip vorliegenden Komponenten bereitzustellen und von diesen aufzunehmen. Im Allgemeinen werden die meisten im Chip ablaufenden Vorgänge durch den digitalen Signalprozessor an digitalen Signalen durchgeführt.
Bei der Durchführung eines der nachstehend erläuterten Verfahren führt der digitale Signalprozessor 402 ein Spannungssignal dem Spannungs-Frequenz-Umsetzer 404 zu. Der Spannungs-Frequenz-Umsetzer 404 erzeugt ein Frequenzsignal mit einer Frequenz, die proportional zu der Eingangsspannung ist. Der Stromantreiber 406 empfängt dieses Frequenzsignal und verstärkt es, um die Vibrationsquelle 110 anzutreiben. Die Vibrationsquelle 110 verursacht ein Vibrieren der Strömungsröhre und die Vibrationen werden von dem Vibrationsdetektor 112 erfasst. Ein Filter/Verstärker 408 empfängt das Erfassungssignal von dem Vibrationsdetektor 112 und sorgt für eine gewisse Filterung und Verstärkung des Erfassungssignals, bevor dieses zu dem Amplitudendetektor 410 weitergeleitet wird. Der Filter/Verstärker 408 dient dazu, den Vibrationsdetektor 112 von dem Amplitudendetektor 410 zu isolieren, um zu verhindern, dass der Amplitudendetektor 410 den Vibrationsdetektor 112 elektrisch auflädt und dadurch die Nachweisempfindlichkeit nachteilig beeinflusst. Der Amplitudendetektor 410 erzeugt ein Spannungssignal, das die Amplitude des Erfassungssignals angibt. Der digitale Signalprozessor 402 misst dieses Spannungssignal und kann dadurch eine Vibrationsamplitude für die ausgewählte Vibrationsfrequenz bestimmen.
Das Messmodul verwendet die Vibrationsquellen 110 und die Vibrationsdetektoren 112 zur Ortung und Charakterisierung der Resonanzfrequenzen der Strömungsröhren 108. Hierbei sind verschiedene unterschiedliche Verfahren berücksichtigt. In einem ersten Verfahren bewirkt es das Messmodul, dass die Vibrationsquellen 110 eine Frequenz über den in Frage kommenden Bereich "abtasten", und es zeichnet die Amplitudenauslesewerte von den Vibrationsdetektoren 112 als eine Funktion der Frequenz auf. Wie in 3 dargestellt weist ein Auftrag der Vibrationsamplitude gegenüber der Frequenz einen Peak bei der Resonanzfrequenz f₀ auf. Die Resonanzfrequenz kann zu einer Dichtemessung umgewandelt werden und die Form des Peaks kann zusätzliche Informationen wie z.B. über die Viskosität und Mehrphasen-Informationen erbringen.
In einem zweiten Verfahren verfolgt das Messmodul die Resonanzfrequenz auf adaptive Weise, indem eine rückgekoppelte Steuerungstechnik benutzt wird. Eine Implementierung dieses Verfahrens ist in 5 dargestellt. Eine anfängliche Schrittgröße für eine Veränderung der Frequenz wird in einem Block 502 ausgewählt. Diese Schrittgröße kann positiv oder negativ sein, um die Frequenz jeweils zu erhöhen oder zu verringern. In einem Block 504 wird die Vibrationsquelle aktiviert und es erfolgt eine anfängliche Amplitudenmessung. In einem Block 506 wird die Vibrationsfrequenz mittels eines von der Schrittgröße bestimmten Ausmaßes eingestellt. In einem Block 508 erfolgt eine Messung der Amplitude bei der neuen Frequenz, und daraus kann eine Abschätzung der Ableitung erstellt werden. Die Ableitung kann abgeschätzt werden, indem die Veränderung der Amplitude durch die Frequenzänderung geteilt wird; allerdings umfasst die Abschätzung vorzugsweise eine gewisse Filterung, um die Auswirkungen des Messrauschens zu reduzieren. Aus dieser abgeschätzten Ableitung kann ein Abstand und die Richtung zu dem Resonanzpeak abgeschätzt werden. Wenn die Ableitung beispielsweise groß und positiv ist, dann wird es unter Bezugnahme auf 3 deutlich, dass die aktuelle Frequenz zwar kleiner als die Resonanzfrequenz ist, jedoch nahe an der Resonanzfrequenz liegt. Wenn sich bei kleinen Ableitungen das Vorzeichen der Ableitung regelmäßig ändert, liegt die aktuelle Frequenz sehr nahe an der Resonanzfrequenz. Bei kleinen negativen Ableitungen ohne jegliche Vorzeichenänderungen zwischen Iterationen ist die aktuelle Frequenz viel größer als die Resonanzfrequenz. Erneut auf 5 Bezug nehmend werden diese Informationen zur Einstellung der Schrittgröße in einem Block 510 benutzt und der digitale Signalprozessor 402 kehrt zu dem Block 506 zurück. Für die Bereitstellung einer raschen Messreaktion auf sich verändernde Fluiddichten kann sich dieses Verfahren als am geeignetsten erweisen.
In einem dritten Verfahren verwendet das Messmodul eine iterative Technik für die Suche nach der maximalen Amplitude, wenn die Frequenz diskret variiert wird. Dabei kann jeder der wohlbekannten Suchalgorithmen nach Minima oder Maxima benutzt werden. Nun wird ein illustratives Beispiel beschrieben, aber es versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf die beschriebenen Einzelheiten beschränkt. Im Wesentlichen verwendet das beispielhafte Suchverfahren ein Rückwärts-und-Vorwärts-Suchverfahren, bei welchem das Messmodul die Frequenz der Vibrationsquelle von einem Halbwertpunkt über den Peak zu dem anderen Halbwertpunkt und zurück abtastet. Eine Implementierung dieses Verfahrens ist in 6 dargestellt. In einem Block 602 wird eine Vibration bei einer anfänglichen (minimalen) Frequenz ausgelöst. In einem Block 604 wird die Vibrationsamplitude bei der derzeitigen Vibrationsfrequenz gemessen und als ein Schwellwert eingestellt. In einem Block 606 wird die Frequenz um ein vorbestimmtes Ausmaß erhöht und in einem Block 608 wird die Amplitude bei der neuen Frequenz gemessen. Ein Block 610 vergleicht die gemessene Amplitude mit dem Schwellwert, und wenn die Amplitude größer ist, wird der Schwellwert in einem Block 612 auf einen Wert gesetzt, welcher der gemessenen Amplitude entspricht. Die Blöcke 606–612 werden solange wiederholt, bis die gemessene Amplitude unter den Schwellwert fällt. An diesem Punkt gibt der Schwellwert die maximal gemessene Amplitude an, die an dem Resonanzpeak aufgetreten ist. Die Amplitude und die Frequenz werden in einem Block 614 aufgezeichnet. Die Frequenz nimmt zu und die Amplitudenmessungen werden in Blöcken 616 und 618 fortgeführt. Ein Block 620 vergleicht die Amplitudenmessungen mit der Hälfte der aufgezeichneten Resonanzfrequenz. Die Blöcke 616–620 werden solange wiederholt, bis die Amplitudenmessung unter die Hälfte der Resonanzpeakamplitude abfällt, wobei an diesem Punkt die Halbwertfrequenz in einem Block 622 aufgezeichnet wird. Die Blöcke 624–642 duplizieren die Operationen der entsprechenden Blöcke 602–622, jedoch mit der Ausnahme, dass die Frequenzabtastung über den Resonanzpeak hinweg in der entgegengesetzten Richtung auftritt. Für jeden Peakdurchgang zeichnet das Messmodul die Resonanzamplitude und die Frequenz und anschließend die nachfolgende Halbwertfrequenz auf. Anhand dieser Informationen können die Peakbreite und -asymmetrie bestimmt werden, und die Fluiddichte, die Viskosität sowie die Mehrphasen-Informationen können berechnet werden.
Das Messmodul ist eine elektronische Schaltung, die tmperatur-, druck- und altersabhängigen Variationen unterliegen kann. Ebenfalls kann die Struktur des Densimeters als Ganzes diesen Variationen ausgesetzt sein. Da zu erwarten ist, dass das Densimeter über die Lebensdauer der Vorrichtung hinweg Temperatur- und Druckextremwerten ausgesetzt wird, ist es nicht realistisch davon auszugehen, dass die Vorrichtung einen vorgegebenen Satz von Kalibrierungseinstellwerten beibehalten kann. Für eine Umgehung des Bedarfs nach häufigen Rekalibrierungen wird eine der Strömungsröhren 108 als ein "Vibrationsstandard" vorgegeben, der eine gut bestimmte Resonanzfrequenz aufweist, und die Resonanzfrequenz der anderen Strömungsröhre (die im folgenden als die Probenströmungsröhre bezeichnet wird) wird relativ zu der Standard- oder Referenzströmungsröhre gemessen. Die Probenströmungsröhre nimmt einen Durchfluss des Probenfluids auf, dessen Dichte an einem Ende gemessen werden soll, und sie lässt den Durchfluss von dem anderen Ende austreten.
Da die Eigenschaften von Wasser äußerst gut bekannt sind, ist es bevorzugt, dass die Referenzströmungsröhre mit Wasser gefüllt ist. Alternativ dazu kann die Referenzströmungsröhre mit einem Vakuum, einem Gas oder einer anderen Substanz mit wohlbekannten Dichteeigenschaften befüllt werden (z.B. mit einem Referenzfeststoff). Für die vorliegenden Zwecke wird davon ausgegangen, dass die Referenzröhre ein Vakuum enthält, wenn bei Raumtemperatur der interne Druck weniger als 0,05 Atmosphären beträgt. Jegliches Fluid in der Referenzströmungsröhre wird vorzugsweise dem Druck und der Temperatur der Probenfluidumgebung ausgesetzt. Vorzugsweise werden Thermometer und Druckmesser bereitgestellt, um diese Temperatur- und Druckpegel zu bestimmen.
Das Messmodul benutzt vorzugsweise eine Vibrationsquelle 110 und einen Vibrationsdetektor 132, um die Resonanzfrequenz der Referenzströmungsröhre 108 adaptiv zu verfolgen. Anschließend misst das Messmodul die Frequenz des Vibrationssignals von der Probenröhre relativ zu dem Resonanzfrequenzsignal von der Referenzröhre. In einer Ausführungsform addiert das Messmodul die beiden Signale, um ein Signal zu erhalten, das eine Schwebungsfrequenz aufweist. Die Frequenz der Schwebungen ist gleich zu der (vorzeichenlosen) Differenz zwischen der Resonanzfrequenz und der Frequenz des Vibrationssignals. Das Vorzeichen der Differenz kann auf unterschiedliche Weise bestimmt werden. Ein Verfahren besteht in der Verwendung eines Fluids in der Referenzröhre, die außerhalb des zu erwartenden Dichtebereichs der Probe liegt (d.h. entweder leichter oder schwerer ist). Eine zweite unterschiedliche Referenzröhre könnte zur Bestimmung einer zweiten Schwebungsfrequenz benutzt werden. Ein weiteres Verfahren besteht im Verstimmen der Frequenz der Probenröhre von ihrer Resonanzfrequenz und in der Beobachtung der Veränderung der gemessenen Frequenzdifferenz. Wenn beispielsweise eine Erhöhung in der Antriebsfrequenz zu einer Erhöhung der Frequenzdifferenz führt, ist die Resonanzfrequenz der Probe größer als diejenige der Referenz. Alternativ dazu könnte die Antriebsfrequenz der Referenzröhre mit ähnlichen Ergebnissen verstimmt werden. Aus der mit Vorzeichen versehenen Differenz kann die Dichte des unbekannten Fluids bestimmt werden. Ein Verfahren zur Bestimmung der Dichte des unbekannten Fluids wird nachstehend angeführt werden.
Nun auf 2 Bezug nehmend ist eine zweite Ausführungsform dargestellt. In 2 sind die Strömungsröhren mechanisch von der Befestigungsstruktur durch elastomere Dichtungen 202 isoliert. Dies ermöglicht ein Vibrieren der Enden, da die Dichtungen weich beschaffen sind und die Ablenkungen klein ausfallen, jedoch ist es wahrscheinlich noch wichtiger, dass diese Konfiguration den größten Teil des Fremdvibrationsrauschens von den Strömungsröhren beseitigt. Die für diese Ausführungsform dargestellten Vibrationsquellen sind Induktionsspulen 204. Elektrische Ströme, welche die Induktionsspulen durchlaufen, erzeugen ein Magnetfeld, das einen Permanentmagnet anzieht oder abstößt. Indem die Stromrichtung bei einer erwünschten Vibrationsfrequenz abgewechselt wird, kann der Magnet dazu angetrieben werden, die Strömungsröhren bei dieser Frequenz zu vibrieren.
Die Position des Magneten kann durch die "Rück-EMF" (elektromotorische Kraft), welche die Spule erzeugt, gemessen werden, sodass die Induktionsspulen auch als die Vibrationssensoren verwendet werden können. Alternativ dazu kann eine getrennte Induktionsspule als ein Vibrationssensor fungieren, wie dies auch für eine Vielzahl anderer Positionssensoren einschließlich piezoelektrischer Vorrichtungen, Halleffekt-Sensoren, Interferometer, Dehnungsmessgeräte, Kapazitätsmesser, Beschleunigungsmesser, usw. zutrifft.
Es sei darauf hingewiesen, dass in beiden Ausführungsformen die Vibrationsquellen und Vibrationsdetektoren vorzugsweise nahe bei einem Wellenbauch (die Stelle maximaler Verlagerung von der Gleichgewichtsstellung) derjenigen Vibrationsmodi angeordnet werden, die durch sie angeregt und überwacht werden sollten. Berücksichtigt ist, dass mehr als ein Vibrationsmodus verwendet werden kann (z.B. kann die Vibrationsquelle zwischen multiplen Frequenzen hin- und herschalten, um Informationen aus höheren Resonanzoberschwingungsfrequenzen zu erhalten). Die Vibrationsquellen und -detektoren werden vorzugsweise so angeordnet, dass sie in der Nähe der Wellenbäuche für jede der infrage kommenden Vibrationsmodi liegen.
Die Positionen der Knotenpunkte (Stellen mit einer Null betragenden Vibrationsamplitude) und Wellenbäuche werden durch die Wellenlänge des Vibrationsmodus bestimmt. Die Frequenz f und Wellenlänge λ beziehen sich auf die Schallgeschwindigkeit ν in dem Material durch die Gleichung ν = fλ.
Die folgende Notation wird für die Resonanzfrequenzableitung verwendet:
A. Vibrationssystemkonstante (22,4 feste Enden; 22,4 freie Enden; 3,52, an einem Ende freitragend)

A

Kalibrierungskonstante (lbf/(in³-s²)

B

Kalibrierungskonstante (lbf/in³)

f_n

Eigenfrequenz (Hz)

p

Periode der Eigenfrequenz (s)

ρ

Fluiddichte (lbf/in³)

ρ_t

Dichte des Röhrenmaterials (lbf/in³)

μ

Systemmasse pro Einheit Länge (lbf-s²/in²)

μ_f

Fluidmasse pro Einheit Länge (lbf-s²/in²)

μ_l

Röhrenmasse pro Einheit Länge (lbf-s²/in²)

d₀

Röhrenaußendurchmesser (in)

d_i

Röhreninnendurchmesser (in)

l

Röhrenlänge (in)

E

Röhrenelastizitätsmodul (psi)

I

Flächenträgheitsmoment des Röhrenquerschnitts (in⁴)

g

Gravitationskonstante (386,4 in/s²)

Die Eigenfrequenz der Röhre kann folgendermaßen berechnet werden (siehe Shock and Vibration Handbook, McGraw Hill, NY, 1976, S. I-14):
A wird durch die Geometrie des Systems bestimmt und beträgt für den ersten Vibrationsmodus in einer Röhre mit festen Enden oder freien Enden 22,4. Das Flächenträgheitsmoment einer Röhre (I) ist gegeben durch:
Die Masse pro Einheit Länge, μ, besteht aus dem Gewicht der Röhre und des Fluids geteilt durch die Länge der Röhre und die Gravitationskonstante (g = 386,4 in/s²):
Das Einsetzen der Gleichungen 2 und 5 in die Gleichung 1 ergibt eine Abschätzung der Eigenfrequenz:
Die Auflösung der Gleichung 6 hinsichtlich der Dichte ergibt:
Die Gleichung 7 kann in den Begriffen der konstanten Koeffizienten A & B ausgedrückt werden als: ρ = A/f2n – B (8)
Tabelle 2
Wobei die Koeffizienten A & B durch die Materialeigenschaften und die Geometrie der Röhre bestimmt werden:
In der Praxis können die Konstanten A & B mittels Anpassen an eine Kalibrierungskurve abgeschätzt werden.
Die Tabelle 2 ist eine beispielhafte Berechnung der Eigenfrequenzen für verschiedene Konfigurationen und Materialien. Die Frequenzen werden als eine Funktion der fluidspezifischen Schwerkraft (ρ-sg) in einem Bereich von nahezu 0 (Luft) zu 2 (schwerer Schlamm) berechnet. Die Empfindlichkeit der Vorrichtung kann als die Veränderung der Frequenz von Luft zu einem schweren Schlamm geteilt durch eine Mittenfrequenz definiert werden, die mit Wasser (spezifische Schwerkraft = 1) in der Röhre bestimmt worden ist. Die freitragende Vorrichtung weist eine Empfindlichkeit von 10,87% auf und die 16 inch lange gerade Röhre mit festen Enden hat eine Empfindlichkeit, die etwas höher als 10,89% ist. Eine 6 inch lange gerade Röhre mit festen Enden ergibt eine erhöhte Frequenz mit Wasser (sg = 1) auf 1659 Hz. Es sei darauf hingewiesen, dass trotz erhöhter Frequenz die Empfindlichkeit unverändert blieb (10,89%). Die Empfindlichkeitsverhältnisse können auf 19% erhöht werden, indem Titan verwendet wird, das ein verbessertes Verhältnis von Steifheit zu Gewicht aufweist. Wenn das Gehäuse aus Stahl gefertigt ist, verfügt es über eine viel höhere Eigenfrequenz als die Röhren (5960 Hz). Somit verkoppelt es sich nicht mit den Röhrenmodi.
Die überlagerte Eigenfrequenz der Röhren wird durch das Röhrenmaterial und seine Eigenschaften bestimmt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Länge der Röhre den signifikantesten Einfluss auf die Eigenfrequenz hat. Die Auflösung (Empfindlichkeit) des Messgeräts kann hinsichtlich der Frequenzveränderung gegenüber der Dichte erhöht werden, indem das Gewicht oder die Dichte der Röhre verringert wird.
Unter Verwendung der Gleichung 8 kann ρ_s (die Dichte des Probenfluids in der Probenröhre) als ρ_r (die Dichte des Referenzfluids in der Referenzröhre) und Δf (die gemessene Differenz in Frequenzen) ausgedrückt werden:
Es ist zu erwarten, dass die Genauigkeit dieser Berechnung durch die Kalibrierungsgenauigkeit für A und B und die Frequenzauflösung begrenzt werden kann.
7 zeigt ein Beispiel von Dichtemessungen, die gemäß dem offenbarten Verfahren als eine Funktion der Zeit erstellt worden sind. Anfänglich ist die Probenströmungsröhre mit Öl befüllt und die Dichtemessung konvergiert rasch zu einer spezifischen Schwerkraft von 0,80. Wenn ein mischbares Gas in den fließenden Strom injiziert wird, nimmt die Probenröhre einen mehrphasigen fließenden Strom auf und die Dichtemessung ergibt eine signifikante Variation in der Messung. Wenn der fließende Strom hauptsächlich zu Gas wird, bildet das Öl einen graduell dünner werdenden Überzug auf der Wand der Röhre aus und die Dichtemessung konvergiert sanft auf einen Wert von 0,33. Zu beachten ist, dass in dem mehrphasigen Strömungsbereich die Dichtemessung eine Varianz erbringt, die für die Ermittlung des Vorliegens multipler Phasen verwendet werden kann.
Luft oder Gas, das in dem strömenden Fluid vorhanden ist, beeinflusst die Densimetermessungen. Gas, das mit der Flüssigkeit gut vermischt ist oder von ihr mitgerissen wird, kann einfach etwas mehr Antriebsenergie erforderlich machen, um die Röhre vibrierend zu halten. Ausbrechendes Gas, das Hohlräume in der Flüssigkeit ausbildet, verringert die Amplitude der Vibrationen aufgrund einer Dämpfung der vibrierenden Röhre. Kleine Hohlraumanteile führen aufgrund der örtlichen Variierung der Systemdichte zu Variationen der Signale und zu einer Energiedissipation in dem Fluid. Das Ergebnis besteht in einem variablen Signal, dessen Hüllenkurve den Dichten der einzelnen Phasen entspricht. In energiebegrenzten Systemen können größere Hohlraumanteile dazu führen, dass die Röhre völlig aufhört zu vibrieren, wenn die von dem Fluid absorbierte Energie die verfügbare Energie übertrifft. Nichtsdestotrotz können in vielen Fällen Schwallströmungszustände durch die Elektronik des Strömungsmessers erfasst werden, da sie sich selbst als periodische Veränderungen der Messcharakteristika wie z.B. der Antriebsenergie, der gemessenen Dichte oder Amplitude manifestieren. Aufgrund der Fähigkeit zu einer Erfassung von Blasen kann das offenbarte Densimeter für eine Bestimmung des Blasenpunktdrucks benutzt werden. Wenn der Druck auf das Probenfluid variiert wird, bilden sich Blasen bei dem Blasenpunktdruck aus und sie werden durch die offenbarte Vorrichtung erfasst.
Wenn eine Probe im Falle einer Bohrloch-Probenahme kontinuierlich durch die Röhre strömt, verändern sich die Fluide von Bohrlochschlamm zu Schlammfiltrat und Krustenfragmenten, zu hauptsächlichem Filtrat und schließlich zu Fluiden in der Lagerstätte (Gas, Öl oder Wasser). Wenn getrennte multiple Phasen durch die Röhre strömen, oszilliert die Sensorausgabe in einem von den Einzelphasendichten begrenzten Bereich. Wenn das System fein homogenisiert ist, nähert sich die registrierte Dichte an die Mengendichte des Fluids an. Für eine verbesserte Erfassung der Dichten von Mengenfluid können die offenbarten Messvorrichtungen dahingehend konfiguriert werden, höhere Durchflussraten durch die Röhre zu verwenden, um eine statistisch signifikantere Probendichte zu bewerkstelligen. Somit kann die Durchflussrate der Probe durch die Vorrichtung gesteuert werden, um die Erfassung multipler Phasen (mittels einer Verringerung der Durchflussrate) oder die Bestimmungen der Mengendichte (mittels einer Erhöhung der Durchflussrate) zu verbessern. Bei einer Manipulierung der Durchflussbedingungen zur Ermöglichung einer Phasenablagerung und -agglomeration (zeitweise Strömung oder Nachströmung mit geringen Durchflussraten) kann das vibrierende Röhrensystem anschließend konfiguriert werden, um multiple Phasen bei unterschiedlichen Drücken und Temperaturen genau zu erfassen. Die Fluidprobe kann in der Probenkammer stillstehend gehalten oder sie kann durch die Probenkammer geströmt werden.
Peakformen in dem Frequenzspektrum können Signaturen bereitstellen, welche die Erfassung von Gasblasen, Öl/Wasser-Gemischen und Schlammfiltratteilchen ermöglichen. Diese Signaturen können unter Verwendung von Techniken der "Modellübereinstimmung" mittels neutralen Netzwerken identifiziert werden, oder es kann eine parametrische Kurvenermittlung bevorzugt werden. Unter Verwendung dieser Techniken ist die Bestimmung eines Wasseranteils von diesen Peakformen möglich. Die Peakformen können auch andere Fluideigenschaften wie z.B. die Kompressibilität und Viskosität anzeigen. Die zur Aufrechterhaltung der Vibration erforderliche Energie kann ebenfalls als ein Indikator für bestimmte Fluideigenschaften dienen.
Zusätzlich kann die Resonanzfrequenz (oder Frequenzdifferenz) mit der gemessenen Amplitude des Vibrationssignals kombiniert werden, um die Viskosität des Probenfluids zu berechnen. Ebenfalls können die Dichte und eine zweite Fluideigenschaft (z.B. die Viskosität) aus der Resonanzfrequenz und aus einer oder beiden der Halbwertfrequenzen berechnet werden. Schließlich kann die Vibrationsfrequenz der Probenröhre zur Bestimmung der Peakform des Frequenzverhaltens der Probenröhre variiert und die Peakform kann zur Bestimmung der Eigenschaften des Probenfluids verwendet werden.
Das offenbarte Instrument kann dazu konfiguriert werden, Fluidtypen (z.B. durch die Dichte charakterisierte Fluide), multiple Phasen, Phasenveränderungen und zusätzliche Fluideigenschaften wie z.B. die Viskosität und Kompressibilität zu erfassen. Die Röhre kann dahingehend konfiguriert werden, für Veränderungen der Probendichte und Phasen äußerst empfindlich zu sein. Beispielsweise können die Strömungsröhren in jeder beliebigen gekrümmten Konfiguration ausgeformt werden, um eine erhöhte Empfindlichkeit auf Verlagerungen und Frequenzen bereitzustellen. Es können auch andere Anregungsquellen verwendet werden. Statt der Benutzung einer Vibrationsquelle mit variabler Frequenz können die Röhren gestoßen oder gerüttelt werden, um eine Vibration zu bewirken. Die Frequenzen und Hüllkurve der abklingenden Vibrationen ergeben ähnliche Fluidinformationen und können zusätzliche Informationen relativ zu der der derzeit bevorzugten Vibrationsquelle mit variabler Frequenz bereitstellen.
Die offenbarten Vorrichtungen können auf rasche und genaue Weise Messungen der Bohrlochdichte- und -druckgradienten bereitstellen. Es ist zu erwarten, dass sich die Gradienteninformationen bei der Bestimmung von Lagerstättenbedingungen an Orten, die von der unmittelbaren Nachbarschaft zu dem Bohrloch entfernt sind, als wertvoll erweisen. Im einzelnen können die Gradienteninformationen für eine Identifikation von in der Lagerstätte vorliegenden Fluiden und des/der Ortes/Orte der Fluidkontakte verwendet werden. Die Tabelle 3 stellt exemplarische Gradienten dar, die sich aus Lagerstättenfluiden in einer Formation ergeben.
Bei der Technik in Lagerstätten ist die Bestimmung der Fluidkontakte (Gas/Öl und Öl/Wasser) von primärer Wichtigkeit. Eine kontinuierliche vertikale Säule kann Zonen von Gas, Öl und Wasser aufweisen. Die derzeitigen Verfahren erfordern eine wiederholte Probenahme der Drücke der Lagerstätte als eine Funktion der wirklichen vertikalen Tiefe, um den Druckgradienten (üblicherweise in psi/Fuß) in jeder Zone berechnen zu können. Ein Fluidkontakt wird durch den Schnittpunkt von Gradienten aus zwei benachbarten Zonen (als eine Funktion der Tiefe) angezeigt. Traditioneller Weise sind zwei oder mehrere Proben innerhalb einer Zone erforderlich, um den Druckgradienten zu definieren.
Der Druckgradient (Δp/Δh) steht mit der Dichte des Fluids in einer bestimmten Zone in Beziehung. Dies ergibt sich aus dem Ausdruck für den Druck, der durch eine hydrostatische Säule mit einer Höhe h ausgeübt wird. P = ρ·g·h (12)
Tabelle 3
Wobei P den Druck, ρ die Dichte, g die Schwerebeschleunigung und h die Höhe angibt.
In einer bestimmten Zone, in der ein Decklagendruck vorliegt, der sich von demjenigen einer kontinuierlichen Fluidsäule unterscheidet, kann die Dichte des Fluids dadurch bestimmt werden, dass der Druck an zwei oder mehreren Tiefen in der Zone gemessen und der Druckgradient berechnet wird:
Allerdings bestimmt das Bohrloch-Densimeter die Dichte des Fluids direkt. Dies ermöglicht eine Einschätzung des Kontakts mit lediglich einem Probenpunkt pro Zone. Wenn mehrere Proben innerhalb einer Zone erhoben werden, wird dadurch die Datenqualität verbessert. Dann kann die Gradientenbestimmung hinsichtlich auftretender Fehler gegenkontrolliert werden. Ein hohes Maß an Sicherheit wird erreicht, wenn sowohl das Densimeter wie der auf klassische Weise bestimmte Gradient übereinstimmen.
Ist der Gradient für jede Fluidzone bestimmt worden, werden die Gradientenschnittpunkte benachbarter Zonen bestimmt. Die Kontakttiefe wird als der Gradientenschnittpunkt bei der wirklichen vertikalen Tiefe berechnet.
Für den Fachmann ergeben sich aus der obigen Beschreibung zahlreiche Variationen und Modifikationen. So können beispielsweise die Strömungsröhren durch beliebige steife Probenkammern ersetzt werden. Es ist beabsichtigt, dass die folgenden Ansprüche so verstanden werden sollen, dass sie sämtliche derartigen Variationen und Modifikationen einschließen.
Es sei darauf hingewiesen, dass wenn die offenbarte Vorrichtung ein Referenzfluid in der Referenzröhre verwendet, das Referenzfluid vorzugsweise im Wesentlichen dem gleichen Druck und der gleichen Temperatur wie das Probenfluid ausgesetzt wird. Wenn die Referenzröhre eine Anregungsquelle aufweist, die zur Erzeugung von Vibrationen der Referenzröhre an der Röhre befestigt ist, können die Vibrationen der Referenzröhre auch Vibrationen der Probenröhre umfassen.

Claims

Bohrlochvorrichtung zum Bestimmen einer Eigenschaft eines Probenfluids, versehen mit: einer Probenröhre (108) mit einer Bohrung zur Aufnahme einer Fluidprobe, wobei die Röhre mit einer für eine oder mehrere Eigenschaften der Fluidprobe charakteristischen Frequenz vibriert; einem Vibrationssensor (112), der Vibrationen der Probenröhre (108) in ein Messsignal umwandelt; und einem Referenzstandard, der ein Referenzfrequenzsignal liefert; und einem Messmodul, welches das Messsignal und das Referenzfrequenzsignal empfängt, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmodul eine Resonanzpeakform des Messsignals bestimmt und anhand der Peakform Fluideigenschaften bestimmt.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei welcher der Referenzstandard eine Referenzröhre (108) mit einer Bohrung umfasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei welcher die Bohrung der Referenzröhre (108) ein Vakuum enthält.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei welcher die Bohrung der Referenzröhre (108) einen Referenzfeststoff enthält.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei welcher die Bohrung der Referenzröhre (108) ein Referenzfluid enthält, welches im Wesentlichen dem gleichen Druck und der gleichen Temperatur wie das Probenfluid ausgesetzt ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 2, ferner versehen mit: einer zweiten Referenzröhre mit einer Bohrung mit einem unterschiedlichen Inhalt als die erste Referenzröhre, wobei die zweite Referenzröhre ausgelegt ist, ein zweites Referenzsignal an das Messmodul zu liefern.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei welcher das Messmodul aus dem Mess- und dem Referenzsignal eine Schwebungsfrequenz bestimmt, um eine Eigenschaft des Probenfluids zu bestimmen.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Viskosität der Fluidprobe bestimmt wird.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher die Eigenschaft der Fluidprobe Dichte ist.
Verfahren zum Messen einer Eigenschaft eines Fluids, bei welchem: ein Probenfluid in einem Probenhohlraum (108) aufgenommen wird; der Probenhohlraum (108) vibriert wird, um ein Vibrationssignal zu erhalten, welches eine Proben hohlraum-Vibrationsfrequenz aufweist; aus einem Vibrationsstandard ein Resonanzsignal erzeugt wird, das eine Resonanzfrequenz aufweist; und eine Frequenzdifferenz zwischen der Resonanzfrequenz und der Probenhohlraum-Vibrationsfrequenz bestimmt wird; wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die Schritte des Variierens der Probenhohlraum-Vibrationsfrequenz, um eine Peakform der Probenhohlraumresonanz zu bestimmen; und Bestimmen von Fluideigenschaften aus der Peakform.
Verfahren gemäß Anspruch 10, bei welchem das Bestimmen einer Frequenzdifferenz umfasst: Kombinieren des Vibrationssignals mit dem Resonanzsignal, um ein Schwebungsfrequenzsignal zu erzeugen; und Messen einer Schwebungsfrequenz in dem Schwebungsfrequenzsignal.
Verfahren gemäß Anspruch 10 oder 11, bei welchem die Viskosität des Probenfluids bestimmt wird.
Verfahren zur Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verfahren ein Verfahren zum Messen einer Fluideigenschaft gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12 umfasst.