FR2880060A1 - Appareil et methode pour l'evaluation des formations dans un puits de forage - Google Patents
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Abstract
Un viscosimètre-densimètre (60a, b) pour un outil de fond (10a) positionnable dans un puits pénétrant une formation souterraine est décrit. La formation contient au moins un fluide. L'outil de fond (10a) est adapté pour transporter au moins une portion du fluide jusqu'au viscosimètre-densimètre. Le viscosimètre-densimètre (60a, b) comprend un ensemble capteur (250a, b) et au moins un aimant (64a, b). L'ensemble capteur (250a, b) est positionnable à l'intérieur de l'outil de fond (10a) et comprend au moins deux connecteurs disposés spatialement et un fil suspendu en tension entre les au moins deux connecteurs de manière à ce que le fil soit disponible pour interaction avec le fluide quand le viscosimètre-densimètre est placé à l'intérieur de l'outil de fond et que l'outil de fond est placé à l'intérieur de la formation souterraine et reçoit le fluide de la formation souterraine. Les connecteurs et le fil sont construits de manière à former un oscillateur.
Description
APPAREIL ET MÉTHODE POUR L'ÉVALUATION DES FORMATIONS
DANS UN PUITS DE FORAGE
ANTÉCÉDENTS DE L'INVENTION 1. Domaine de l'invention La présente invention concerne des techniques pour effectuer l'évaluation d'une formation souterraine au moyen d'un outil de fond placé dans un puits de forage pénétrant la formation souterraine. Plus particulièrement, mais sans en limiter l'application, la présente invention concerne des techniques pour déterminer des paramètres d'un fluide, tels que la viscosité et la densité du fluide de formation soutiré dans et/ou évalué par l'outil de fond.
2. Antécédents de l'art connexe Des puits sont forés pour déterminer l'emplacement des hydrocarbures et les produire. Un outil de forage de fond avec un trépan à une de ses extrémités est avancé dans le sol pour former un puits de forage. Au fur et à mesure que l'outil de forage est avancé, de la boue de forage est pompée à travers l'outil de forage et expulsée du trépan pour refroidir l'outil de forage et emporter les déblais. La boue de forage forme de plus un dépôt de boue qui recouvre le puits de forage.
Pendant l'opération de forage, il est souhaitable d'effectuer différentes évaluations de la formation pénétrée par le puits de forage. Dans certains cas, l'outil de forage peut être retiré et un outil au câble peut être déployé dans le puits de forage pour tester et/ou échantillonner la formation. Dans d'autres cas, l'outil de forage peut être équipé de dispositifs pour tester et/ou échantillonner la formation environnante et l'outil de forage peut être utilisé pour effectuer l'essai ou l'échantillonnage. Ces échantillons ou essais peuvent être utilisés, par exemple, pour déterminer l'emplacement de précieux hydrocarbures.
L'évaluation de la formation exige souvent que le fluide de la formation soit soutiré dans l'outil de fond pour essai et/ou échantillonnage. Différents dispositifs, telles des sondes, sont déployés à partir de l'outil de fond pour établir une communication fluidique avec la formation entourant le puits de forage et pour soutirer du fluide dans l'outil de fond. Une sonde typique est un élément circulaire déployé à partir de l'outil de fond et placé contre la paroi du puits de forage. Une garniture d'étanchéité en caoutchouc à l'extrémité de la sonde est utilisée pour créer un joint avec la paroi du puits de forage. Un autre dispositif utilisé pour former un joint avec la paroi latérale du puits de forage est dénommé garniture d'étanchéité double. Avec une garniture d'étanchéité double, deux bagues en élastomère sont déployées radialement autour de l'outil pour isoler une portion du puits de forage comprise entre les deux. Les bagues forment un joint avec la paroi du puits de forage et permettent que du fluide soit soutiré dans la portion isolée du puits de forage et dans une entrée de l'outil de fond.
Le dépôt de boue recouvrant le puits de forage est souvent utile pour aider la sonde et/ou les garnitures d'étanchéité doubles à assurer l'étanchéité avec la paroi du puits de forage. Une fois que l'étanchéité est assurée, du fluide de la foitnation est soutiré dans l'outil de fond à travers une entrée en réduisant la pression dans l'outil de fond. Des exemples de sondes et/ou de garnitures d'étanchéité utilisées dans des outils de fond sont décrits dans les brevets U.S. n 6.301.959, 4.860.581, 4.936.139, 6.585.045, 6.609.568 et 6.719.049 et la demande de brevet U.S. n 2004/0000433.
L'évaluation de la formation est typiquement effectuée sur des fluides soutirés dans l'outil de fond. Des techniques existent actuellement pour effectuer différents essais préliminaires, mesures et/ou collectes d'échantillons des fluides qui pénètrent dans l'outil de fond. Cependant, il a été découvert que lorsque le fluide de la formation passe dans l'outil de fond, différents contaminants, tels les fluides du puits de forage et/ou la boue de forage, peuvent pénétrer dans l'outil avec les fluides de la formation. Ces contaminants peuvent affecter la qualité des mesures et/ou des échantillons des fluides de la formation. De plus, la contamination peut entraîner des retards onéreux dans les opérations du puits de forage en exigeant des délais supplémentaires pour effectuer d'autres essais et/ou échantillonnages.
De plus, de tels problèmes peuvent aboutir à de faux résultats qui sont erronés et/ou inutilisables.
Il est par conséquent souhaitable que le fluide de la formation entrant dans l'outil de fond soit suffisamment propre ou vierge pour effectuer des essais valides. En d'autres mots, le fluide de la formation doit être peu ou pas contaminé. Des tentatives ont été faites pour empêcher les contaminants de pénétrer dans l'outil de fond avec le fluide de la formation. Par exemple, comme illustré dans le Brevet U.S. n 4.951.749, des filtres ont été placés dans les sondes pour bloquer les contaminants et les empêcher de pénétrer dans l'outil de fond avec le fluide de la formation. De plus, comme illustré dans le Brevet U.S. n 6. 301.959 délivré à Hrametz, une sonde est équipée d'une bague de garde pour détourner les fluides contaminés du fluide propre lorsqu'il pénètre dans la sonde. Le fluide pénétrant dans l'outil de fond traverse typiquement des canalisations et peut être capturé dans une chambre à échantillon ou rejeté dans le puits de forage. Divers compteurs, vannes, jauges et autres composants peuvent être incorporés sur les canalisations pour détourner, tester et/ou capturer le fluide lorsqu'il traverse l'outil de fond.
Le fluide traversant l'outil de fond peut être testé pour déterminer divers paramètres ou propriétés de fond. Les propriétés thermo- physiques des fluides des réservoirs d'hydrocarbures, telles que la viscosité, densité et comportement de phases du fluide aux conditions du réservoir, peuvent être utilisées pour évaluer les réserves potentielles, déterminer l'écoulement dans les milieux poreux et concevoir les systèmes de complétion, séparation, traitement, mesure, etc. Différentes techniques ont été mises au point pour déterminer la viscosité des fluides. Par exemple, des viscosimètres ayant un plomb suspendu entre les points de fixation d'un fil de torsion ont été proposés comme décrit, par exemple, dans les Brevets U.S. n 5 763 766 et 6 070 457. Des viscosimètres ont également été formés à partir d'objets vibrants. Un tel viscosimètre a été utilisé dans des applications de fond de trou pour mesurer la viscosité, densité et constante diélectrique du fluide de la formation ou filtrat dans un puits produisant des hydrocarbures. Par exemple, la Publication internationale n WO 02/093126 dévoile un résonateur à diapason à l'intérieur d'un tube pour fournir des estimations et des mesures directes en temps réel de la viscosité, densité et constante diélectrique du fluide de formation ou filtrat dans le puits produisant des hydrocarbures. Un autre viscosimètre, ayant un fil attaché entre deux entretoises a été utilisé dans un laboratoire comme décrit, par exemple, dans The Viscosity of Pressurized He above TI, Physica 76 (1974) 177-180; Vibrating Wire Viscometer, The Review of Scientific Instruments Vol. 35, No. 10 (octobre 1964) pg. 1345-1348.
Malgré l'existence de techniques pour mesurer la viscosité, il subsiste le besoin de fournir des mesures de viscosité précises en fond de trou, et de préférence quelque soit la position d'un capteur de fond par rapport au champ de gravitation. Il est souhaitable qu'un tel système soit capable d'assurer des vérifications de la précision et/ou de l'exactitude. Il est de plus souhaitable qu'un tel système ait une configuration simple adaptée pour utilisation dans un environnement de puits de forage difficile.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION Dans un aspect, la présente invention concerne un viscosimètre-densimètre pour un outil de fond positionnable dans un puits de forage pénétrant une formation souterraine. 25 L'outil de fond est adapté pour transporter au moins une portion d'un fluide dans la formation jusqu'au viscosimètre-densimètre. Le viscosimètre-densimètre comprend un ensemble capteur positionnable à l'intérieur de l'outil de fond. L'ensemble capteur comprend au moins deux connecteurs disposés spatialement, un fil et au moins un aimant. Le fil est suspendu en tension entre les au moins deux connecteurs de manière à ce que le fil soit disponible pour interaction avec le fluide quand le viscosimètredensimètre est placé à l'intérieur de l'outil de fond et que l'outil de fond est placé à l'intérieur de la formation souterraine et reçoit le fluide de la formation souterraine. Les connecteurs et le fil sont construits de manière à former un oscillateur. L'au moins un aimant émet un champ magnétique interagissant avec le fil.
to Les connecteurs et le fil peuvent être construits en matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique similaires de manière à former l'oscillateur. Par exemple, les connecteurs et le fil peuvent être construits en un seul type de matériau pour essentiellement éliminer les variations dans la fréquence de résonance du fil dues à la déformation thermique et élastique causée par les conditions de fond de trou. Le viscosimètre-densimètre peut également être équipé d'un tube d'écoulement dans lequel le fil est suspendu par les connecteurs et, dans ce cas, le tube d'écoulement, les connecteurs et le fil sont de préférence construits en des matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique similaires de manière à former l'oscillateur.
Dans un autre aspect, l'ensemble capteur est de plus équipé de moyens pour empêcher la rotation du fil par rapport aux connecteurs. Les moyens permettant d'empêcher la rotation du fil peut comprendre une bosse connectée au fil, la bosse ayant une section transversale non-circulaire.
Dans encore un autre aspect, le viscosimètre-densimètre est de plus équipé d'un circuit analytique recevant la rétroaction du fil pour calculer au moins deux paramètres (par ex., viscosité et densité) du fluide interagissant avec le fil.
Dans encore un autre aspect, la présente invention concerne un outil de fond positionnable dans un puits de forage ayant une paroi et pénétrant une formation souterraine. La formation contient typiquement un fluide, tel que du gaz naturel ou de l'huile. L'outil de fond est équipé d'un boîtier, d'un dispositif de communication fluidique et d'un viscosimètre-densimètre. Le boîtier renferme au moins une cavité d'évaluation. Le dispositif de communication fluidique est extensible depuis le boîtier pour s'engager de manière étanche avec la paroi du puits de forage. Le dispositif de communication fluidique comporte au moins une entrée communiquant avec la cavité d'évaluation pour recevoir le fluide de la formation et déposer un tel fluide dans la cavité d'évaluation. Le viscosimètre-densimètre est équipé d'un ensemble capteur placé à l'intérieur de la cavité d'évaluation. L'ensemble capteur est équipé d'au moins deux connecteurs disposés spatialement, un fil et un aimant. Le fil est suspendu en tension entre les au moins deux connecteurs de manière à ce que le fil soit disponible pour interaction avec le fluide à l'intérieur de la cavité d'évaluation. Les connecteurs et le fil sont construits de manière à former un oscillateur. L'au moins un aimant émet un champ magnétique interagissant avec le fil. Le viscosimètre peut correspondre à l'une quelconque des versions discutées ci-dessus.
Dans encore un autre aspect, l'outil de fond peut être équipé d'une chambre de comparaison contenant un fluide ayant des propriétés connues, par ex., viscosité et densité.
Les conditions de fond de trou, par ex., pression et température, à l'intérieur de la chambre de comparaison sont similaires (et de préférence identiques) aux conditions de fond de trou à l'intérieur de la cavité d'évaluation. L'outil de fond est également équipé d'un ensemble capteur à l'intérieur de la chambre de comparaison de manière à ce que le fond de trou comprenne un ensemble capteur placé dans un fluide de paramètres inconnus à l'intérieur de la cavité d'évaluation et l'autre ensemble capteur placé dans un fluide de paramètres connus à l'intérieur de la chambre de comparaison. Un signal indicatif d'au moins deux des paramètres inconnus du fluide (par ex., viscosité et densité) à l'intérieur de la cavité d'évaluation est alors calculé.
Dans encore un autre aspect, la présente invention concerne une méthode pour mesurer au moins deux paramètres inconnus d'un fluide inconnu à l'intérieur un puits de forage pénétrant une formation contenant le fluide. Dans cette méthode, un dispositif de communication fluidique de l'outil de fond est placé de manière à s'engager de manière étanche avec une paroi du puits de forage. Le fluide est alors soutiré de la formation dans io une cavité d'évaluation à l'intérieur de l'outil de fond. Les données du fluide à l'intérieur de la cavité d'évaluation sont échantillonnées avec un viscosimètre-densimètre ayant un fil placé à l'intérieur de la cavité d'évaluation et suspendu entre deux connecteurs. Le fil et les connecteurs sont construits de manière à former un oscillateur.
Dans cet aspect, la cavité d'évaluation peut être une canalisation ou une chambre à échantillon. Avec les données échantillonnées par le viscosimètre-densimètre, au moins deux paramètres peuvent être calculés à l'aide des données échantillonnées à l'intérieur de la cavité d'évaluation. Les au moins deux paramètres comprennent la viscosité et la densité.
Dans encore un autre aspect, la méthode peut de plus comprendre l'étape d'échantillonnage de données pour un fluide connu à l'intérieur d'une chambre de comparaison ayant une température et pression reliées à la température et pression du fluide à l'intérieur de la cavité d'évaluation. Dans ce cas, la méthode comprend typiquement de plus l'étape de calcul d'au moins deux paramètres du fluide inconnu à l'intérieur de la cavité d'évaluation en utilisant les données échantillonnées dans la chambre de comparaison et les données échantillonnées dans la cavité d'évaluation.
Dans encore un autre aspect, la présente invention concerne un support lisible par un ordinateur qui peut être soit fourni à, ou compris dans un circuit analytique pour calculer au moins deux paramètres d'un fluide, tels que la viscosité et la densité du fluide. Dans ce cas, le support lisible par un ordinateur comprend la logique pour (1) recevoir une rétroaction d'au moins deux ensembles capteurs avec un ensemble capteur placé à l'intérieur d'un fluide de paramètres inconnus et l'autre ensemble capteur placé à l'intérieur d'un fluide de paramètres connus, et (2) calculer un signal indicatif d'au moins deux des paramètres inconnus du fluide dans lequel lun des ensembles capteurs est placé tout en éliminant essentiellement les variations des conditions du puits de forage entourant l'ensemble capteur à l'intérieur du fluide de paramètres inconnus. La logique de calcul du signal peut comprendre, par exemple, une logique pour effectuer une inversion jointe des données reçues des ensembles capteurs.
Dans chacun des aspects de la présente invention énoncés ci-dessus, les au moins deux paramètres du fluide sont de préférence calculés simultanément.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
De manière à comprendre en détail les caractéristiques et avantages de la présente invention exposés ci-dessus, l'invention, brièvement résumée ci-dessus, peut être décrite de manière plus spécifique par référence à ses modes de réalisation qui sont illustrés sur les dessins joints. Il convient toutefois de noter que les dessins joints n'illustrent que les modes de réalisation typiques de cette invention et ne doivent par conséquent pas être considérés comme limitant sa portée, car l'invention peut convenir à d'autres modes de réalisation tout aussi efficaces.
La Figure 1 est une vue schématique transversale partielle d'un outil au câble ayant un viscosimètre-densimètre interne avec l'outil au câble suspendu à partir d'un appareil de forage.
La Figure 2 est une vue schématique transversale partielle d'un outil de forage ayant un viscosimètre-densimètre interne avec l'outil de forage suspendu à partir d'un appareil de forage.
La Figure 3A est une représentation schématique d'une portion de l'outil de fond de la Figure 1 ayant une sonde appuyée contre une paroi latérale du puits de forage et un viscosimètre-densimètre placé à l'intérieur une canalisation d'évaluation à l'intérieur de l'outil de fond.
La Figure 3B est une représentation schématique d'une autre version de l'outil de fond de la Figure 1 ayant une canalisation de nettoyage utilisée de pair avec une garniture d'étanchéité double.
La Figure 4 est une vue de côté d'un viscosimètre-densimètre placé à l'intérieur d'une cavité d'évaluation.
La Figure 5 est une section transversale d'un ensemble capteur du viscosimètre-densimètre de la Figure 4 illustrant un fil suspendu.
La Figure 6 est une perspective en éclaté de l'ensemble capteur du viscosimètre-densimètre dépeint à la Figure 4.
La Figure 7a est un diagramme logique illustrant une méthode pour calculer 20 simultanément la viscosité et la densité.
La Figure 7b est un diagramme logique illustrant une autre méthode pour calculer simultanément la viscosité et la densité.
La Figure 8 est un graphe illustrant une surface de performance des chi carrés interceptée par un hyperplan à fo fixe représentant un minimum utilisé pour le calcul de la densité et de la viscosité.
La Figure 9 est une perspective en éclaté d'une autre ensemble capteur d'un viscosimètre-densimètre.
La Figure 10 est une vue du dessus de l'ensemble capteur dépeint à la Figure 9. La Figure 11 est une vue de côté d'une autre version d'un ensemble capteur.
La Figure 12 est une section transversale de l'ensemble capteur de la Figure 11 le long de la line 12-12 de la Figure 11.
La Figure 13 est une représentation schématique partielle d'une autre version d'un outil de fond ayant deux viscosimètres-densimètres ou plus avec l'un des viscosimètres-densimètres placé dans un fluide de viscosité et densité inconnues et un autre des viscosimètres-densimètres placé dans un fluide de viscosité et densité connues.
La Figure 14a est un diagramme logique illustrant une méthode pour calculer simultanément la viscosité et la densité en utilisant la disposition illustrée à la Figure 13.
La Figure 14b est un diagramme logique illustrant une autre méthode pour calculer simultanément la viscosité et la densité en utilisant la disposition illustrée à la Figure 13.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
Les réalisations préférées actuelles de l'invention sont illustrées aux figures indiquées ci-dessus et décrites en détail ci- dessous. En décrivant les réalisations préférées, des numéros de référence identiques ou similaires sont utilisés pour identifier des éléments communs ou similaires. Les figures ne sont pas nécessairement à l'échelle et certaines caractéristiques et certaines vues des figures peuvent être représentées à une échelle exagérée ou de manière schématique dans un but de clarté et de concision.
DÉFINITIONS Certains termes sont définis au cours de la présente description lors de leur première utilisation, tandis que d'autres termes utilisés dans la présente description sont définis ci-après: Espace annulaire signifie composé d'une, associé à une ou formant une bague, c'est-à-dire une ligne, une bande ou une disposition en forme de courbe fermée telle qu'un 10 cercle ou une ellipse.
Fluide contaminé signifie un fluide, par exemple un gaz ou un liquide, qui est généralement inacceptable pour l'échantillonnage et/ou l'évaluation des fluides hydrocarbonés parce que le fluide contient des contaminants, tel du filtrat provenant de la boue utilisée pour le forage du puits.
Outil de fond signifie des outils déployés dans le puits de forage par des moyens tels qu'une garniture de forage, un câble et un tube d'intervention enroulé, pour effectuer des opérations en fond de trou associées à l'évaluation, la production et/ou la gestion d'une ou plusieurs formations souterraines présentant un intérêt.
Connecté en fonctionnement signifie connecté directement ou indirectement pour 20 transmission ou transfert d'informations, de force, d'énergie ou de matière (y compris des fluides).
Fluide vierge signifie du fluide, par exemple un gaz ou un liquide, souterrain qui est suffisamment pur, parfait, fossile, non contaminé ou de toute autre manière considéré dans le domaine de l'échantillonnage et de l'analyse des fluides comme étant, de manière acceptable, représentatif d'une formation donnée pour l'échantillonnage et/ou l'évaluation valides des hydrocarbures.
Fluide signifie fluide vierge ou fluide contaminé .
Collier signifie un dispositif conçu pour lier, contraindre ou presser ensemble 5 deux parties ou plus de manière à les maintenir fermement.
Connecteur signifie n'importe quel dispositif ou assemblage, tel qu'un collier, pour joindre de manière rigide ou agripper une portion d'un fil.
Oscillateur signifie que la fréquence de résonance d'un fil tendu dans le vide (dénommée aux présentes f, ) est prédictible si bien que des changements dans les conditions du puits de forage, par ex., température et pression, n'ont pas un effet substantiel sur la fréquence de résonance du fil tendu, et par conséquent les lectures obtenues du fil tendu dans des conditions variables du puits de forage sont représentatives de manière acceptable des caractéristiques du fluide interagissant avec le fil tendu.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
La Figure 1 dépeint un outil de fond 10 construit conformément à la présente invention suspendu à partir d'un appareil de forage 12 dans un puits de forage 14. L'outil de fond 10 peut être n'importe quel type d'outil capable d'effectuer l'évaluation de la formation, tel un outil de forage, un outil à tube d'intervention enroulé ou un autre outil de fond. L'outil de fond 10 de la Figure 1 est un outil au câble traditionnel déployé à partir de l'appareil de forage 12 dans le puits de forage 14 par l'intermédiaire d'un câble métallique 16 et placé adjacent à une formation F. L'outil de fond 10 est équipé d'une sonde 18 adaptée pour s'adapter de manière étanche avec une paroi 20 du puits de forage 14 (dénommée aux présentes paroi 20 ou paroi du puits de forage 20 ) et soutirer du fluide de la formation F dans l'outil de fond 10 comme indiqué par les flèches. Des pistons de renfort 22 et 24 aident à appuyer la sonde 18 de l'outil de fond 10 contre la paroi du puits de forage 20.
La Figure 2 dépeint un autre exemple d'un outil de fond 30 construit conformément à la présente invention. L'outil de fond 30 de la Figure 2 est un outil de forage, qui peut être transporté parmi un ou plus des outils suivants (ou peut-être seul) : un outil de mesure en cours de forage (MWD), un outil de diagraphie en cours de forage (LWD) ou un autre outil de forage qui est connu de ceux versés dans l'art. L'outil de fond 30 est fixé à une garniture 32 entraînée par l'appareil de forage 12 pour former le puits de forage 14. L'outil de fond 30 comprend la sonde 18 adaptée pour s'adapter de manière étanche avec la paroi 20 du puits de forage 14 pour soutirer du fluide de la formation F dans l'outil de fond 30 comme indiqué par les flèches. Les viscosimètres-densimètres ou les ensembles capteurs décrits ci-dessous peuvent être utilisés soit avec l'outil de fond 10, soit avec l'outil de fond 30.
La Figure 3A est un schéma d'une portion de l'outil de fond 10 de la Figure 1 illustrant un système d'écoulement de fluide 34. La sonde 18 est de préférence déployée depuis un boîtier 35 de l'outil de fond 10 pour engagement avec la paroi du puits de forage 20. La sonde 18 est équipée d'une garniture d'étanchéité 36 pour étanchéification avec la paroi du puits de forage 20. La garniture d'étanchéité 36 contacte la paroi du puits de forage 20 et forme un joint avec le dépôt de boue 40 recouvrant le puits de forage 14. Le dépôt de boue 40 suinte dans la paroi du puits de forage 20 et crée une zone envahie 42 aux alentours du puits de forage 14. La zone envahie 42 contient de la boue et d'autres fluides du puits de forage qui contaminent les formation avoisinantes, y compris la formation F et une portion du fluide vierge 44 qu'elle contient.
La sonde 18 est de préférence équipée d'une canalisation d'évaluation 46. Des exemples de dispositifs de communication fluidique, tels que des sondes et garnitures d'étanchéité doubles, utilisés pour soutirer du fluide dans une canalisation sont dépeints dans les Brevets US n 4 860 581 et 4 936 139.
La canalisation d'évaluation 46 est située dans l'outil de fond 10 et est utilisée pour faire passer du fluide, tel que du fluide vierge 44, dans l'outil de fond 10 pour essai et/ou échantillonnage. La canalisation d'évaluation 46 rejoint une chambre à échantillon 50 pour recueillir des échantillons du fluide vierge 44. Une pompe 52 peut être utilisée pour soutirer du fluide par la canalisation 46.
Bien que la Figure 3A représente un exemple de configuration d'un outil de fond utilisé pour soutirer du fluide d'une formation, il sera apprécié par ceux versés dans l'art qu'une variété de configurations de sondes, canalisations et outils de fond peuvent être utilisées et qu'elle n'est pas conçue pour limiter le domaine d'application de l'invention.
Par exemple, la Figure 3B est une vue schématique d'une portion d'une autre version de l'outil de fond 10 ayant une sonde modifiée 18a et un système d'écoulement de fluide 34a pour soutirer du fluide dans des canalisations séparées. De manière plus spécifique, le système d'écoulement de fluide 34a dépeint à la Figure 3B est similaire au système d'écoulement de fluide 34 dépeint à la Figure 3A, sauf que le système d'écoulement de fluide 34a comprend une canalisation de nettoyage 46a en plus de la canalisation d'évaluation 46 ainsi que des pompes 52a et 52b associées aux canalisations respectives 46 et 46a. La sonde 18a dépeinte à la Figure 3B est similaire à la sonde 18 dépeinte à la Figure 3A, sauf que la sonde 18a a deux cavités séparées 56a et 56b, la cavité 56a communiquant avec la canalisation 46 et la cavité 56b communiquant avec la canalisation 46a. La cavité 56b est située aux alentours de la cavité 56a de manière à ce que la cavité 56b soutire du fluide contaminé de la formation F pour permettre à la cavité 56a de soutirer du fluide vierge de la formation F. Le fluide contaminé est chassé de la canalisation de nettoyage 46a dans le puits de forage 14 par une sortie 57. Des exemples de dispositifs de communication fluidique, tels que des sondes et garnitures d'étanchéité doubles, utilisés pour soutirer du fluide dans des canalisations séparées sont illustrés dans le Brevet U. S. n 5 6 719 049 et la Demande US publiée n 20040000433, cédés au cessionnaire de la présente invention, et dans le Brevet U.S. n 6 301 959 cédé à Halliburton.
Conformément à la présente invention, un viscosimètre-densimètre 60 (a, b, c) est associé à une cavité d'évaluation à l'intérieur de l'outil de fond 10, de manière à ce que la canalisation d'évaluation 46, la canalisation de nettoyage 46a ou la chambre à échantillon 50 Io pour mesurer la viscosité du fluide à l'intérieur de la cavité d'évaluation. Dansl'exemple dépeint à la Figure 3B, le viscosimètre-densimètre 60 est repéré par les numéros de référence 60a, 60b et 60c dans un but de clarté. Le viscosimètre-densimètre 60 est illustré en plus amples détails aux Figures 4, 5 et 6.
L'outil de fond 30 peut également être équipé avec le boîtier, la sonde, le système d'écoulement de fluide, la garniture d'étanchéité, la canalisation d'évaluation, la canalisation de nettoyage, la chambre à échantillon, la ou les pompes, et le ou les viscosimètres-densimètres de manière similaire aux versions de l'outil de fond 10 dépeint aux Figures 3A et 3B.
En se référant maintenant aux Figures 4-6, le viscosimètre- densimètre 60 sera décrit en détails ci-dessous dans le cadre de la cavité d'évaluation située à l'intérieur de la canalisation d'évaluation 46. Cependant, il convient de noter que la description suivante est tout aussi applicable à la cavité d'évaluation située à l'intérieur de la canalisation de nettoyage 46a ou de la chambre à échantillon 50. Il convient également de noter que bien que le viscosimètre-densimètre 60 sera décrit de pair avec l'outil de fond 10, une telle description est tout aussi applicable à l'outil de fond 30. De plus, bien que le viscosimètre-densimètre 60 soit dépeint aux Figures 3A et 3B placé sur les canalisations 46 et 46a, le viscosimètre-densimètre 60 peut être placé en différents endroits de l'outil de fond 10 pour mesurer des paramètres de fond.
En général, le viscosimètre-densimètre 60 a un ensemble capteur 62, un ou plusieurs aimants 64(a, b), une unité de traitement des signaux 66 et un circuit analytique 68. Dans l'exemple illustré à la Figure 4, le viscosimètre-densimètre 60 est équipé de deux aimants qui sont désignés à la Figure 4 par les numéros de référence 64a et 64b. L'ensemble capteur 62 est équipé d'au moins deux connecteurs disposés spatialement 72 et d'un fil 74 (Figure 5) suspendu entre les au moins deux connecteurs 72 de manière à ce que le fil 74 soit disponible pour interaction avec le fluide quand l'ensemble capteur 62 du viscosimètre-densimètre 60 placé à l'intérieur de l'outil de fond 10 et que l'outil de fond 10 est placé à l'intérieur de la formation souterraine F et reçoit le fluide de la formation F. Les aimants 64a et 64b émettent un champ magnétique qui interagit avec le courant sinusoïdal traversant le fil 74. L'unité de traitement des signaux 66 communique électriquement avec le fil 74 par les chemins 75a et 75b. Les chemins 75a et 75b peuvent être des liens de communication par fil, par câble ou aérienne. L'unité de traitement des signaux 66 fournit une tension de commande formant un courant sinusoïdal au fil 74, ce qui fait typiquement vibrer ou résonner le fil 74 conformément au signal qui lui est fourni. Typiquement, le signal fourni au fil 74 par l'unité de traitement des signaux 66 peut être considéré comme un signal de courant constant à fréquences balayées dans lequel la fréquence du signal change de manière prédéterminée.
Le circuit analytique 68 reçoit une rétroaction du fil 74. Le courant sinusoïdal traverse le fil 74 et quand la fréquence est proche d'une fréquence de résonance, typiquement le mode d'ordre le plus faible, une force électromotrice ( fem ) motionnelle détectable est générée. C'est la tension de commande et la fem motionnelle qui sont mesurées en tant que fonction de la fréquence sur la résonance. Typiquement, le circuit analytique 68 reçoit une rétroaction du fil 74 indicative de la fréquence de résonance du fil 74. En fonction de la viscosité du fluide, la fréquence de résonance du fil 74 change de manière prédictible, ce qui permet de déterminer la viscosité du fluide. La manière selon laquelle la viscosité est déterminée à partir de la rétroaction du fil 74 sera discutée en plus amples détails ci-dessous. Le circuit analytique 68 peut être n'importe quel type de circuit capable de recevoir une rétroaction du fil 74 et de calculer la viscosité du fluide.
Typiquement, le circuit analytique 68 comprendra un processeur informatique exploitant un logiciel stocké sur un support lisible par un ordinateur tel qu'une mémoire ou un disque, pour permettre au circuit analytique 68 de calculer la viscosité. Cependant, il convient de noter que dans certaines réalisations, le circuit analytique 68 pourrait être réalisé à l'aide de dispositifs analogiques ou autres. Par exemple, le circuit analytique 68 peut comprendre un convertisseur analogiquenumérique suivi d'un décodeur pour calculer la viscosité du fluide. Bien que le circuit analytique 68 et l'unité de traitement des signaux 66 aient été illustrés à la Figure 4 séparément, il convient de noter que le circuit analytique 68 et l'unité de traitement des signaux 66 peuvent être réalisés sous la forme d'un seul circuit ou réalisés sous la forme de circuits séparés. De plus, bien que le circuit analytique 68 et l'unité de traitement des signaux 66 soient illustrés à la Figure 4 comme étant à l'intérieur de l'outil de fond 10, il convient de noter que l'unité de traitement des signaux 66 et/ou le circuit analytique 68 pourraient être situés à l'extérieur de l'outil de fond 10. Par exemple, l'unité de traitement des signaux 66 pour générer le signal balayé peut être situé à l'intérieur de l'outil de fond 10, alors que le circuit analytique 68 est situé à l'extérieur du puits de forage 14 dans un centre de surveillance situé soit près du puits de forage 14, soit à distance du puits de forage 14.
L'ensemble capteur 62 du viscosimètre-densimètre 60 est également équipé d'un boîtier 76. Le boîtier 76 définit un canal 78 (Figures 5 et 6) , une entrée 80 communiquant avec le canal 78 et une sortie 82 communiquant avec le canal 78. Dans l'exemple dépeint à la Figure 4, le fluide s'écoule dans la direction 84 dans la canalisation d'évaluation 46. Par conséquent, quand le fluide atteint l'ensemble capteur 62, le fluide traverse l'entrée 80, pénètre dans le canal 78 et sort du boîtier 76 par la sortie 82. Quand le boîtier 76 est conçu avec une dimension extérieure plus petite que la dimension intérieure de la canalisation d'évaluation 46, une certaine quantité de fluide traversera également le boîtier 76 dans un canal 87 (Figure 4) formé entre une surface extérieure 88 du boîtier 76 et une surface intérieure 89 de la canalisation d'évaluation 46.
Le fil 74 est placé à l'intérieur du canal 78 de manière telle que le fluide viendra en contact avec essentiellement la totalité du fil 74 entre les connecteurs 72 lorsque le fluide traverse le boîtier 76. Ceci assure que le fluide s'écoule sur toute la longueur du fil 74 entre les connecteurs 72 pour faciliter le nettoyage du fil 74 entre les fluides. Le fil 74 est construit en un matériau conducteur capable de vibrer à une pluralité de fréquences de résonance fondamentales (ou harmoniques de ces dernières) en fonction de la tension du fil 74 et de la viscosité du fluide entourant le fil 74. Le fil 74 est de préférence construit en un matériau ayant une densité élevée car plus la différence entre la densité du fil 74 et celle du fluide est importante, plus la sensibilité est élevée. Le fil 74 doit également avoir un module d'élasticité élevé pour assurer une résonance stable alors que la densité assure la sensibilité au fluide l'entourant, par le biais du rapport entre la densité du fluide sur la densité du fil._ Une variété de matériaux peuvent être utilisés pour le fil 74. Par exemple, le fil 74 peut être construit en tungstène ou en Chromel. Quand le fil 74 est utilisé pour détecter un gaz, tel que du gaz naturel, il est préférable que le fil 74 ait une surface extérieure relativement lisse.
Dans ce cas, le Chromel est un matériau préféré pour construire le fil 74.
Comme illustré à la Figure 4, les aimants 64 sont de préférence placés à l'extérieur de la canalisation d'évaluation 46 et montés sur une surface extérieure de la canalisation d'évaluation 46. Les aimants 64 peut également être incorporés au boîtier 76.
Alternativement, le boîtier 76 peut être construit en un matériau magnétique.
Comme illustré aux Figures 5 et 6, le boîtier 76 peut être équipé d'un premier élément boîtier 90 et d'un second élément boîtier 92. Le premier élément boîtier 90 et le 9â second élément boîtier 92 coopèrent pour définir le canal 78. Le premier élément boîtier 90 et le second élément boîtier 92 sont de préférence construits en un matériau conducteur amagnétique de manière à ce que le champ magnétique généré par les aimants 64 puisse interagir avec le fil 74 sans interférence importante du boîtier 76. Par exemple, le premier élément boîtier 90 et le second élément boîtier 92 peuvent être construits en un matériau compatible avec les conditions de fond de trou, tel que le Monel K500, le tungstène ou un autre type de matériau amagnétique, par ex., l'acier inoxydable.
Le boîtier 76 est également équipé d'une couche isolante 96 (Figure 5) placée entre le premier élément boîtier 90 et le second élément boîtier 92 de manière à isoler électriquement le premier élément boîtier 90 du second élément boîtier 92. Le fil 74 s'étend entre les côtés opposés de la couche isolante 96 pour connecter électriquement le premier élément boîtier 90 au second élément boîtier 92. La couche isolante 96 peut être construite en un premier élément isolant 98 et un second élément isolant 100. Le fil 74 dispose d'une première extrémité 102 et d'une seconde extrémité 104. Le premier élément isolant 98 est placé adjacent à la première extrémité 102 du fil 74, et le second élément isolant 100 est placé adjacent à la seconde extrémité 104 du fil 74. Le fil 74 traverse le canal 78 et sert à connecter électriquement le premier élément boîtier 90 au second élément boîtier 92.
- 20 - Dans l'exemple de l'ensemble capteur 62 dépeint à la Figure 4, le premier élément boîtier 90 et le second élément boîtier 92 peuvent chacun être caractérisés comme ayant une première portion d'extrémité 108, une seconde portion d'extrémité 110 et une portion médiale 112 positionnée entre la première portion d'extrémité 108 et la seconde portion d'extrémité 110. La première portion d'extrémité 108 et la seconde portion d'extrémité 110 disposent d'une section transversale, ou diamètre, qui est inférieure à une section transversale, ou diamètre, de la portion médiale 112. Par conséquent, le premier élément boîtier 90 et le second élément boîtier 92 ont chacun un épaulement 114 séparant la première portion d'extrémité 108 et la seconde portion d'extrémité 110 de la portion médiale 112.
L'entrée 80 et la sortie 82 sont définies dans le premier élément boîtier 90 et le second élément boîtier 92 à proximité des épaulements 114 de manière à ce que le canal 78 traverse la portion médiale 112 du boîtier 76. Les épaulements 114 sont formés de manière à diriger le fluide dans l'entrée 80.
Pour connecter les chemins 75a et 75b à l'ensemble capteur 62, le viscosimètre- densimètre 60 est de plus équipé d'une première borne 116 couplée au premier élément boîtier 90 et d'une seconde borne 118 couplée au second élément boîtier 92. L'unité de traitement des signaux 66 et le circuit analytique 68 sont par conséquent en communication avec les première et seconde bornes 116 et 118 par l'intermédiaire des chemins 75a et 75b. Il convient de noter que les chemins 75a et 75b traversent typiquement la canalisation d'évaluation 46 par le biais d'un ou plus passe-fils 120. Les passe-fils 120 assurent un joint étanche aux fluides pour permettre aux chemins 75a et 75b de traverser la canalisation d'évaluation 46 tout en empêchant le fluide de s'écouler par l'ouverture formée dans la canalisation d'évaluation 46.
La première borne 116 et la seconde borne 118 peuvent avoir des constructions et fonctions identiques. Pour réaliser la première borne116 et la seconde borne 118, le premier élément boîtier 90 et le second élément boîtier 92 peuvent disposer de trous filetés 124 formés soit dans la première portion d'extrémité 108, soit dans la seconde portion d'extrémité 110 du premier élément boîtier 90 et du second élément boîtier 92. Dans l'exemple dépeint à la Figure 5, le premier élément boîtier 90 et le second élément boîtier 92 sont pourvus des trous filetés 124 formés à la fois dans la première portion d'extrémité 108 et la seconde portion d'extrémité 110 de ces derniers. Comme indiqué aux Figures 4-6, la première borne 116 et la seconde borne 118 sont également pourvues de dispositifs de fixation filetés 126 pour connecter chacun des chemins 75a et 75b au premier élément boîtier 90 et au second élément boîtier 92.
Le premier élément boîtier 90 et le second élément boîtier 92 sont connectés ensemble au moyen de n'importe quel assemblage mécanique ou chimique convenable. Comme indiqué à la Figure 6, le viscosimètredensimètre 60 est équipé d'une pluralité de dispositifs de fixation filetés 130 (Figure 6) pour fixer le premier élément boîtier 90 au second élément boîtier 92. Il convient de noter que les dispositifs de fixation filetés 130 sont typiquement construits en matériaux conducteurs, tels que l'acier ou l'aluminium. Pour empêcher les dispositifs de fixation filetés 130 de former des chemins électriques entre le premier élément boîtier 90 et le second élément boîtier 92, le viscosimètre-densimètre 60 est également pourvu d'une pluralité de passe-fils isolés électriquement 132 pour isoler électriquement chacun des dispositifs de fixation filetés 130 de l'un des premier élément boîtier 90 et second élément boîtier 92 correspondants.
L'ensemble capteur 62 du viscosimètre-densimètre 60 peut être ancré à l'intérieur de la canalisation d'évaluation 46 par n'importe quel assemblage convenable. Il convient de noter que l'ensemble capteur 62 doit être ancré pour empêcher tout mouvement longitudinal - 22 - à l'intérieur de la canalisation d'évaluation 46 et tout mouvement de rotation à l'intérieur de la canalisation d'évaluation 46. Les chemins 75a et 75b sont de préférence conçus avec une rigidité suffisante pour empêcher tout mouvement longitudinal et/ou de rotation de l'ensemble capteur 62 à l'intérieur de la canalisation d'évaluation 46. D'autres moyens d'ancrage peuvent également être utilisés pour empêcher tout mouvement de l'ensemble capteur 62 à l'intérieur de la canalisation d'évaluation 46. Par exemple, la canalisation d'évaluation 46 peut avoir une section étranglée en aval de l'ensemble capteur 62 de manière à empêcher tout mouvement longitudinal de l'ensemble capteur 62 à l'intérieur de la canalisation d'évaluation 46.
Comme le comprendront ceux versés dans l'art, le premier élément boîtier 90 et le second élément boîtier 92, quand ils sont fixés ensemble au moyen des dispositifs de fixation filetés 130, coopèrent pour former les connecteurs 72. Le fil 74 est connecté et tendu de la manière suivante. Le fil 74 est connecté à une extrémité. L'autre extrémité est passée à travers le second connecteur 72 mais n'est pas attachée. Une masse (non représentée) est fixée à l'extrémité dépassant du connecteur desserré 72. L'importance de la masse, qui pend au bout du fil 74 dans le champ de gravitation terrestre, détermine la tension pour un diamètre de fil et par conséquent la fréquence de résonance; une fréquence de résonance d'environ 1 kHz peut être obtenue avec une masse de 500 g suspendue à un fil de 0,1 mm de diamètre. Le diamètre du fil 74 peut être modifié pour changer la plage de viscosités à mesurer. Après environ 24 heures, le fil 74 est fixé à la seconde extrémité et la masse est retirée. Cette procédure réduit la torsion à l'intérieur du fil 74. Le fil 74 est alors chauffé et refroidi de manière à produire un fil avec une fréquence de résonance qui est raisonnablement stable entre chaque cycle thermique; pour le viscosimètre-densimètre 60, la fréquence de résonance du fil 74 doit être stable pendant le temps nécessaire pour déterminer la tension complexe en fonction de la fréquence sur la résonance qui est de l'ordre de 60 s.
Pour calculer la viscosité, un courant sinusoïdal est appliqué au fil 74 en présence d'un champ magnétique. Le champ magnétique est perpendiculaire au fil 74 et, en présence du courant sinusoïdal, cause le déplacement du fil 74. La force électromotrice induite (fem motionnelle) ou tension complexe résultante est ajoutée à la tension de commande. La fem motionnelle peut être détectée par l'intermédiaire du circuit analytique 68 avec des unités de traitement des signaux qui comprennent des amplificateurs synchrone, où la tension de commande peut être décalée ou rendue nulle, ou des analyseurs de spectre. Quand ia fréquence du courant est proche de, ou égale à, la fréquence de résonance fondamentale, le fil 74 entre en résonance. La tension complexe est habituellement mesurée à des fréquences sur la résonance et les observations combinées avec les équations de travail, la densité et le rayon du fil, pour déterminer la viscosité pour un fluide de densité connue. L'amplitude du courant dépend de la viscosité du fluide et est modifiée de manière à obtenir un rapport signal-bruit acceptable avec le circuit de détection; des valeurs inférieures à 35 mA sont typiquement utilisées et la fem motionnelle complexe résultante de quelques microvolts. En plus de l'amplitude du courant, le diamètre du fil 74 détermine également la viscosité d'exploitation maximale; le fait d'augmenter le diamètre du fil augmente la viscosité d'exploitation maximale. Il existe d'autres moyens d'exciter et de détecter le mouvement du fil, mais aucun n'est aussi commode qu'un amplificateur synchrone.
Pour calculer la viscosité et la densité du fluide à partir de la rétroaction reçue du fil 74, le circuit analytique 68 fonctionne comme suit. Le fil 74 est placé dans un champ magnétique et forcé en oscillations transversales stables en y faisant passer un courant alternatif La tension V résultante apparaissant dans le fil est constituée de deux composantes: V = V, +V2. et (1) Le premier terme, V1, provient simplement de l'impédance électrique du fil stationnaire alors que le second, V2, provient du mouvement du fil en présence du champ magnétique.
V1 est représenté par =a+i(b+cf), (2) A l'équation (2),f est la fréquence à laquelle le fil 74 est alimenté en présence d'un champ magnétique, alors que a, b et c sont des paramètres ajustables qui sont déterminés par régression avec des résultats expérimentaux. Les paramètres a, b et c tiennent compte de l'impédance électrique du fil et absorbent également le décalage utilisé dans l'amplificateur synchrone pour assurer que le signal de tension est détecté dans la gamme la plus sensible possible. La seconde composante de V2 est donnée dans l'équation de travail de l'instrument par Z f-(1+fi)f2+(f'+2Ao) f2i. (3)
A l'équation (3), A est une amplitude, fo la fréquence de résonance du fil dans le vide, Ao l'amortissement interne du fil, fi la masse supplémentaire résultant du fluide 20 remplacé par le fil, et fi' l'amortissement dû à la viscosité du fluide.
La mécanique des fluides d'un fil vibrant qui a mis à jour la masse supplémentaire du fluide, 13, et le frottement visqueux, fi', peut être représentée par
AJI
(3=k p, et (4) Ps f3'=k', (5) Ps où k et k' sont donnés par k = -1 +23(A) , et (6) k' = 2R(A) . (7) Aux équations (6) et (7), A est une quantité complexe donnée par 2K1( S2i) 1+ 1S2iKo (,fi--i) où S2 = wpR2 A l'équation (8), Ko et K1 sont des fonctions de Bessel modifiées et 0 est associé au A=i (8) (9) - 26 nombre de Reynolds qui caractérise l'écoulement autour du fil cylindrique de rayon R. À l'équation (9), la viscosité et la densité du fluide sont données par i et p, respectivement. Par conséquent, la viscosité et la densité d'un fluide peuvent être déterminées en ajustant les valeurs de manière à ce que les tensions en phase et en quadrature prédites par les équations (1) à (9) soient cohérentes avec les valeurs déterminées expérimentalement sur une fonction de la fréquence. L'intervalle de fréquences sur laquelle les données sont recueillies est typiquement d'environ f + 5g où g est la demi-largeur de la courbe de résonance et f est la fréquence de résonance transversale fondamentale. Dans un appareil électriquement parfit dans lequel le rapport signal-bruit est important et la diaphonie électrique, qui augmente avec la fréquence, nulle, le choix de la largeur de bande ne revêt pas une importance critique. Cependant, ce choix est critique quand Q {= f1(2g)} tend vers l'unité, ce qui survient quand la largeur de bande augmente, ce qu'elle fait en cas d'augmentation de la viscosité, et, sauf si le courant de commande a augmenté, en cas de réduction correspondante du rapport signal-bruit; l'importance de la détermination de la largeur de bande sur laquelle sont effectuées les mesures deviendra apparente cidessous.
Les équations (4) à (9) sont obtenues en supposant ce qui suit: (1) le rayon du fil 74 est petit par rapport à la longueur du fil 74, (2) la compressibilité du fluide est négligeable, (3) le rayon du boîtier 76 contenant le fluide est important par rapport au rayon du fil de manière à ce que les effets de bord soient négligeables, et (4) l'amplitude de l'oscillation est faible. Dans les viscosimètres à fil vibrant reportés dans la littérature, la fréquence de résonance est sensible à la fois à la tension du fil et à la densité du fluide qui l'entoure; cette sensibilité à la densité augmente souvent en fixant le fil au sommet et en montant une masse à l'extrémité inférieure, invoquant ainsi le principe d'Archimède. Cependant, si la densité est déterminée à partir d'une autre source, par exemple, une équation d'état, seule la largeur - 27 - de la raie de résonance doit être stable.
En général, le viscosimètre à fil vibrant, tel que le viscosimètredensimètre 60, est un dispositif absolu qui, en théorie, ne nécessite la détermination d'aucune constante d'étalonnage. Cependant, en pratique, certaines propriétés physiques du fil 74, telles que la densité et le rayon, ne peuvent pas être déterminées avec suffisamment de précision par des méthodes indépendantes; par conséquent, ces propriétés sont habituellement déterminées par étalonnage. À cette fin, des mesures sont effectuées à la fois dans le vide et dans un fluide pour lequel la viscosité et la densité sont connues. Le premier donne do. Le rayon du fil, R, est la seule autre variable inconnue nécessaire pour effectuer les mesures de viscosité. Le rayon du fil peut être déterminé par une seule mesure, étant donné la viscosité et la densité du fluide d'étalonnage.
1. Modification des équations de travail Les tensions complexes V apparaissant dans le fil 74 consistent en V découlant de l'impédance électrique du fil 74 et V2 découlant du mouvement du fil 74 en présence du champ magnétique (Équation 1). En plus de la contribution de l'impédance électrique, V tient également compte du bruit de fond tel que la diaphonie électrique ou d'autres formes de couplage. Ces interférences donnent naissance à un fond relativement lisse sur l'intervalle de fréquences proche de la fréquence de résonance du fil vibrant 74. Afin de dupliquer de manière adéquate les tensions complexes mesurées en fonction de la fréquence, un paramètre dépendant de la fréquence supplémentaire est inclus dans l'Équation (2), c-à-d.
V, =a+bf+i(c+df). (10) Sans tenir compte du terme dépendant de la fréquence supplémentaire de l'Équation (10), les tensions complexes mesurées sont rarement bien ajustées aux équations de travail et par conséquent, des erreurs importantes affectent la densité et la viscosité du fluide. Ceci est particulièrement vrai pour les fluides à viscosité élevée.
2. Détermination de la densité et de la viscosité du fluide à partir du fil vibrant La détermination de la densité et de la viscosité du fluide demande l'ajustement des données aux équations de travail du fil vibrant 74. La méthode d'ajustement des moindres carrés repose sur l'idée que la caractérisation optimale d'un ensemble de données est celle qui minimise la somme des carrés de la déviation des données par rapport au modèle d'ajustement (ou équations de travail). La somme des carrés de la déviation est étroitement reliée à la variable aléatoire dénommée chi carré (ou x2) N 1D(f)-V(f xZ i =1 v où f est l'indice de fréquence, D(f) et V(f) sont les tensions complexes enregistrées et les équations de travail, respectivement, et v est le nombre de degrés de liberté pour ajuster les N points. Le critère des moindres carrés est formulé pour déterminer les paramètres inconnus, y compris la densité et la viscosité du fluide, qui minimisent le chi carré défini en (11), c-à-d. min z x
p,77, fo,A,a,b,c,d où p , rl , fo , A , a , b , c et d sont les paramètres inconnus. L'algorithme de Levenberg- Marquardt [14] donne une procédure de régression non-linéaire (12) pour résoudre ce problème de minimisation.
Parmi tous les paramètres inconnus, l'amplitude de l'oscillation (c-à-d. A) et les constantes reliées à l'impédance électrique du fil stationnaire et autre interférence de fond (c-à-d. a, b, c et d) sont bien déterminées par la procédure de minimisation. Cependant, une incertitude fondamentale entre la densité, la viscosité et fo empêche l'ajustement lui-même de déterminer les valeurs correctes de la densité et de la viscosité. Afin d'éliminer cette incertitude fondamentale, des relations supplémentaires entre la densité, la viscosité et fo a sont utilisées comme contraintes dans la procédure d'ajustement. Mathématiquement, une relation entre ces variables peut être écrite sous une forme fonctionnelle générale G(p,rl, fo) = O. (13) Alternativement, la relation peut également comprendre des mesures supplémentaires telles que la demi-largeur de la résonance (g) et la fréquence de résonance (f) qui peuvent être obtenues à partir des données H(p,il,fo,g,f,) = 0. (14) Les équations (13)-(14) peuvent être établies expérimentalement par des procédures d'étalonnage ou empiriquement sur la base de données de chantier. Ici, notre réalisation préférée est un cas spécial des Équations (13)-(14); de manière spécifique, un hyperplan défini par une fo fixe. Comme discuté dans Retsina et al. (Retsina, T.; Richardson, S. M. ; Wakeham, W. A., Applied Scientific Research, 1987, 43, 325-346; et Retsina, T.; Richardson, S. M.; Wakeham, W. A., 1986, 43, 127-158) fo peut être désignée comme la fréquence de résonance du fil 74 dans le vide qui est directement reliée à la tension exercée sur le fil 74. Si fo est connue ou donnée, il est possible de restreindre la recherche du minimum sur l'hyperplan défini par la fo fixe.
- 30 La Figure 7a illustre un diagramme 134 pour le calcul simultané de la viscosité et de la densité comme discuté ci-dessus. Initialement, comme indiqué par le bloc 134a, b et c, les constantes pour le diamètre du fil, la densité du fil et le facteur d'amortissement interne; les estimations initiales de la densité, viscosité et fréquence de résonance f, du fluide; ainsi que les contraintes G (densité, viscosité et fréquence de résonance fo) sont entrées dans un bloc de calcul 134d. Une réponse initiale du fil est alors calculée comme représenté par le bloc 134d. La réponse initiale du fil peut être calculée en termes de tensions en phase et en quadrature. Les données d'entrée, telles que les tensions en phase et en quadrature en
tant que fonction de la fréquence sont alors reçues comme indiqué par un bloc 134e et les chi carrés sont alors calculés d'après la différence entre les données et la réponse calculée comme indiqué par un bloc 134f. Une mise à jour des estimations de la densité, viscosité et fréquence de résonance du fluide, lambda, a, b, c et d sont alors reçues. N'importe quelle analyse par régression non-linéaire peut être utilisée pour fournir les mises à jour comme indiqué par un bloc 134g. Le circuit analytique 68 applique alors un test de convergence (comme indiqué par un bloc 134h) sur la base des chi carrés et de la mise à jour des estimations. Si le test de convergence indique une convergence dans des limites prédéterminées ou acceptables, le processus passe à une étape 134i où la densité et la viscosité du fluide sont fournies. Cependant, si le test de convergence indique une convergence à l'extérieur de limites prédéterminées, le processus retourne à l'étape 134d où la réponse du fil est re-calculée sur la base de la densité, viscosité et fréquence de résonance mises à jour du fluide et les étapes 134d, 134e, 134f, 134g et 134h sont répétées jusqu'à ce que le test de convergence indique une convergence dans les limites prédéterminées La Figure 7b illustre un diagramme 136 pour le calcul simultané de la viscosité et de la densité, de manière exactement identique à celle décrite ci-dessus dans le cadre de la Figure 7a, avec les exceptions suivantes. Il convient de noter que les étapes de la Figure 7b qui sont identiques à celles de la Figure 7a ont été repérées par des numéros de référence identiques à des fins de clarté.
Dans le processus de calcul de la viscosité et de la densité représenté à la Figure 7b, l'ensemble capteur 62 est testé pour déterminer la fréquence de résonance fo. Pour étalonner l'ensemble capteur 62, l'ensemble capteur 62 est placé dans une chambre environnementale avec un fluide connu, puis la température et la pression sont modifiées de manière à fournir les données d'étalonnage. Les données d'étalonnage sont alors entrées dans le circuit analytique 68 comme indiqué par un bloc 136b et de telles données d'étalonnage sont utilisées pour calculer la fréquence de résonance fo comme indiqué par un bloc 136c.
La Figure 8 est un graphe illustrant la surface de performance des chi carrés interceptée par l'hyperplan à fo fixe, où il existe un minimum global. Le graphe comprend les axes F, D et V. L'axe F représente la fréquence de fo en Hz. L'axe D représente la densité du fluide entourant le fil 74 en kg/m3. L'axe V représente la viscosité du fluide entourant le fil 74 en cp. La signification de la zone ombrée est la valeur du chi carré les couleurs sombres indiquent une valeur inférieure du chi carré. L'emplacement d'un minimum 137 fournit les estimations de densité et de viscosité.
Si fo est stable et connue à 1 Hz, la densité du fluide peut être déterminée à 3-4 % pour une grande gamme de fluides. L'erreur est plus petite (1-2 %) pour les fluides à viscosité élevée. Si connue à 0, 5 Hz, l'erreur sur la densité tombe à environ 1-2 % pour une grande gamme de fluides. L'erreur sur la viscosité est généralement plus faible que l'erreur sur la densité (environ 3 %) si fo est connue à 1 Hz. De même, l'erreur sur la viscosité est plus faible pour les fluides à viscosité élevée. Pour estimer simultanément la densité et la viscosité du fluide, la réalisation préférée exige un ensemble capteur formant un oscillateur pour donner une fo stable et prédictible sur une large gamme de températures et - 32 de pressions différentes. Les gammes de température et de pression typiques dans un environnement de fond de trou vont de 50 à 200 degrés C et 2,07 à 172,4 MPa (300 à 25000 psi).
Une autre version d'un ensemble capteur 150 est illustrée à la Figure 9 pour utilisation avec le viscosimètre-densimètre 60. Comme il sera discuté en plus amples détails ci-dessous, l'ensemble capteur 150 est de construction et fonction similaires à celles de l'ensemble capteur 62 décrite ci-dessus, à l'exception que l'ensemble capteur 150 est équipé d'une paire de connecteurs conducteurs 152 séparés par un tube d'écoulement isolant 154, entourant un fil 156, plutôt qu'ayant le premier élément boîtier 90 et second élément boîtier 92 conducteurs séparés par une couche isolante parallèle 96. L'ensemble capteur 150 sera décrit en plus amples détails ci-dessous.
L'ensemble capteur 150 forme un oscillateur pour fournir une fo stable et prédictible de manière telle qu'au moins deux paramètres différents, tels que la densité et la viscosité du fluide dans lequel est immergé l'ensemble capteur 150 peuvent être calculés simultanément à partir des données générées par l'ensemble capteur 150.
Les connecteurs 152 sont désignés à la Figure 9 au moyen des numéros de référence 152a 152b à des fins de clarté. Les connecteurs 152 ont une construction et une fonction identiques. Par conséquent, seul le connecteur 152a sera décrit ci-dessous. Le connecteur 152a est équipé d'un élément collier 158, d'une plaque collier 160 et d'au moins un dispositif de fixation 162 pour connecter la plaque collier 160 à l'élément collier 158. L'élément collier 158 est connecté au tube d'écoulement 154 par le biais de n'importe quel assemblage d'accouplement convenable. Par exemple, comme illustré à la Figure 9, l'élément collier 158 est pourvu d'un support d'extrémité 166 qui correspond à une portion prédéterminée du tube d'écoulement 154 de manière à ce que le support d'extrémité 166 soit supporté par le tube d'écoulement 154. Dans la version dépeinte à la Figure 9, le tube d'écoulement 154 est pourvu d'une portion étranglée 168, et le support d'extrémité 166 définit un collier placé au-dessus de la portion étranglée 168. L'élément collier 158 est également pourvu d'une bride 170 connectée au support d'extrémité 166 et s'étendant à partir de celui-ci. Pour centrer le fil 156 sur la bride 170, au moins un ergot d'indexation 174 est prévu sur la bride 170. De préférence, l'élément collier 158 est équipé d'au moins deux ergots d'indexation espacés l'un de l'autre 174 de manière à ce que le fil 156 puisse être enfilé entre les ergots d'indexation 174 comme illustré à la Figure 9.
Les dispositifs de fixation 162 connectent la plaque collier 160 à l'élément collier 158 de manière à fixer le fil 156 sur ce dernier. Les dispositifs de fixation 162 peuvent être lo n'importe quel type de dispositif capable de connecter l'élément collier 158 à la plaque collier 160. Par exemple, le dispositif de fixation 162 peut être une vis.
Le tube d'écoulement 154 est de préférence construit en un matériau qui a un coefficient de dilatation thermique similaire à celui du fil 156. Quand le fil 156 est construit en tungstène, le tube d'écoulement 154 peut être construit en céramique, telle que le Shapal- M. Au moins une ouverture 180 est formée dans l'élément collier 158 pour permettre au fluide d'entrer ou de sortir du tube d'écoulement 154 par l'ouverture 180. Comme illustré à la Figure 9, l'élément collier 158 peut être conçu avec au moins deux ouvertures 180, chaque ouverture 180 ayant une forme semi-circulaire. Cependant, il convient de noter que la forme des ouvertures 180 peut varier en fonction des intentions du concepteur. De manière plus spécifique, il convient de noter que les ouvertures 180 peuvent avoir n'importe quelle forme asymétrique, symétrique ou inhabituelle.
Le fil 156 est construit de manière similaire au fil 74 discuté cidessus. Le fil 156 est supporté et tendu à l'intérieur du tube d'écoulement 154 de manière similaire à celle dont le fil 74 est supporté et tendu à l'intérieur du boîtier 76. Les chemins 75a et 75b provenant de l'unité de traitement des signaux 66 et du circuit analytique 68 sont connectés aux connecteurs 152 respectifs de n'importe quelle manière convenable, telle que des vis, des boulons, des bornes ou des dispositifs similaires.
Comme discuté ci-dessus, si fo, la résonance dans le vide de l'équation (1), de l'ensemble capteur 150 est stable, il est alors possible de déterminer à la fois la densité et la viscosité à partir des tensions complexes mesurées en fonction de la fréquence sur la résonance. Puisque l'ensemble capteur 150 comprend deux connecteurs métalliques 152 séparés par le tube d'écoulement 154 formé dans un matériau électriquement isolant; ces matériaux ont différentes propriétés élastiques et, dans certains cas, également thermiques.
Io Les connecteurs 152 et le tube d'écoulement 154 sont de préférence maintenus ensemble uniquement par la tension du fil 156.
L'ensemble capteur 150 a de préférence une fo insensible aux propriétés et à la pression du fluide. Cette dernière peut avoir une petite contribution, quoique calculable, provenant de la compressibilité du matériau du fil. En plus, la réponse du fil 156 aux variations de température, qui comprennent la dilatation thermique différentielle résultant de l'utilisation de matériaux dissimilaires dans la construction du résonateur, devrait être soit mesurable, soit calculable. Le fil 156 est tendu et mis en mouvement transversal en le soumettant à un courant électrique en présence d'un champ magnétique perpendiculaire. Ces facteurs impliquent que l'ensemble capteur 150 pourrait être amélioré en éliminant le mouvement de rotation du fil 156 qui pourrait résulter si le fil 156 a une section transversale elliptique, et l'ensemble capteur 150 doit également isoler électriquement chaque extrémité du fil 156 pour permettre au courant de le traverser.
Le tungstène, malgré la rugosité de sa surface, est le matériau préféré pour le fil 156 pour des mesures impliquant un liquide car à la fois le module d'élasticité E (z- 411 GPa) et la densité ps ( 19 300 kgÉm- 3) sont élevés par rapport à d'autres matériaux. Quand le fil 156 - 35 est tendu, le premier contribue à assurer une résonance stable alors que le second assure une sensibilité au fluide l'entourant, par l'intermédiaire du rapport p/ps aux équations (4) et (5). L'effet de la rugosité de la surface est négligeable pourvu que l'amplitude de la vibration soit faible et que le nombre de Reynolds soit inférieur à 100. Pour mesurer la densité, il est souhaitable que la densité du fil tende vers la densité du fluide; obtenu à partir des concepts de la masse supplémentaire. Par conséquent, le tungstène peut être utilisé mais d'autres matériaux de plus faible densité sont également acceptables en fonction de la densité attendue du fluide à mesurer.
Pour minimiser l'effet de la dilatation thermique différentielle, ce choix du matériau du fil dicte le matériau à utiliser pour les connecteurs 152, le tube d'écoulement 154 et le mécanisme de tension. Il est souhaitable que les propriétés mécaniques du matériau électriquement isolant formant le tube d'écoulement 154 soient aussi proches que possible de celles des matériaux utilisés à la fois pour le fil 156 et les connecteurs 152. Par exemple, l'effet de la dilatation thermique différentielle sur la tension du fil, lorsque la température s'écarte de la température ambiante, pourrait être réduit en choisissant un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique linéaire équivalent à celui du tungstène; le Shapal-M, qui est une céramique usinable à conductivité thermique élevée avec une résistance à la compression de 1 GPa, a un coefficient de dilation thermique linéaire a = (1/L)dL/dT -- 5,2-10-6 K-1 à T= 298 K alors qu'a(W, 298 K) 4.5.10-6 K-1. D'autres matériaux pour le matériau isolant peuvent comprendre soit du nitrure d'aluminium ou du Macor, cependant, a pour ces matériaux n'est pas équivalent à W. Les critères décrits au paragraphe précédent ont été utilisés pour formuler une autre version d'un ensemble capteur 200 pour un viscosimètre- densimètre à fil vibrant 60 illustré aux Figures 11 et 12 pour réduire la variation de fo résultant de la température, de la pression et des propriétés du fluide. L'ensemble capteur 200 est de construction et fonction similaire à celles de l'ensemble capteur 150, à l'exception que les effets de la température et de la pression sont réduits en construisant l'ensemble capteur 200 principalement à partir d'un même matériau, tel que le tungstène, qui a les mêmes propriétés élastiques et de dilation thermique, tout en minimisant également la rotation d'un fil 156 pour réduire l'effet sur fo résultant des variations des propriétés du fluide. L'ensemble capteur 200, illustré à la Figure 11, comprend deux connecteurs 204 et 206, tous deux formés de tungstène et un tube d'écoulement 208 placé entre les connecteurs 204 et 206 à l'intérieur duquel est maintenu le fil 202. Le fil 202 est connecté rigidement à chaque connecteur 204 et 206. Par exemple, dans exemple illustré aux Figures 11 et 12, le fil 202 est soudé par un faisceau d'électrons (EBW) à chaque connecteur 204 et 206.
Le connecteur 204 comprend une bosse 212 et une pièce d'extrémité 214. La bosse 212 est connectée au fil 202 et est conçue pour empêcher la rotation du fil 202. Par exemple, la bosse 212 peut être conçue avec une section transversale non circulaire, par ex., carrée, pour empêcher la rotation du fil 202. La bosse 212 est placée à l'intérieur d'une cavité formée dans la pièce d'extrémité 214. La forme de la bosse 212 est conçue pour faciliter l'alignement avec le connecteur 206. La bosse 212 peut avoir n'importe quelle forme convenable pour faciliter l'alignement avec le connecteur 206. Par exemple, la bosse 212 peut comprendre une extrémité évasée ou conique pour faciliter l'alignement avec le connecteur 206. Le fil 202 peut être fixé à la bosse 212 de n'importe quelle manière convenable qui fixe rigidement le fil 202 à la bosse 212. Par exemple, le fil 202 peut être placé à l'intérieur d'une fente (non représentée) formée dans la bosse 212 et soudée par faisceau d'électrons comme décrit ci-dessus de manière à ce que la bosse 212 forme un collier autour du fil 202.
Le connecteur 206 est pourvu d'un support d'extrémité 216, d'une bosse 218, d'un isolateur 220 et d'un assemblage d'ajustement 222 pour régler les positions relatives de la bosse 218 et du support d'extrémité 216. La bosse 218 est connectée au fil 202 de la même manière que la bosse 212 est connectée au fil 202. La bosse 218 est conçue pour empêcher la rotation du fil. Par exemple, la bosse 218 peut être conçue avec une section transversale non circulaire, par ex., carrée, pour empêcher la rotation du fil 202. La bosse 218 est placée à l'intérieur d'une cavité 224 formée dans la pièce d'extrémité 216.
L'isolateur 220 assure l'isolation électrique entre la pièce d'extrémité 216 et la bosse 218. Dans la réalisation illustrée aux Figures 11 et 12, l'isolateur 220 est formé par çm manchon recouvrant la cavité 224 à l'intérieur de la pièce d'extrémité 216 et s'étendant sur une face 226 de la pièce d'extrémité 216. L'isolateur 220 peut être formé de n'importe quel matériau isolant capable de résister à un environnement de fond de trou. Par exemple, l'isolateur 220 peut être construit en un matériau céramique, tel que le Shapal-M.
L'assemblage d'ajustement 222 peut être n'importe quel dispositif capable d'ajuster les positions relatives entre la bosse 212 et la pièce d'extrémité 216 pour permettre le réglage de la tension du fil 202. Par exemple, l'assemblage d'ajustement 222 peut comprendre un écrou de tension du fil 230 qui est vissé sur la bosse 212. Naturellement, il existe de nombreuses autres dispositions qui pourraient être utilisées pour fixer le fil 202 au boîtier pour permettre la mise sous tension du fil 202. Par exemple, entre deux colliers ou connecteurs comme illustré, ou l'utilisation d'un ressort.
Comme discuté ci-dessus, il est souhaitable que le fil vibrant tendu 74, 156 ou 202 ait une fréquence de résonance stable par rapport à la température, à la pression et au fluide. Une fréquence de résonance stable se réduit essentiellement à l'exigence d'une tension constante sur le fil. Bien qu'il soit possible de construire un oscillateur stable uniquement à partir de considérations mécaniques, une autre solution est offerte par le concept des mesures relatives. La Figure 13 illustre une vue partielle d'une autre version d'un outil de fond de trou l0a qui est de construction et de fonction similaires à l'outil de fond de trou 10, discuté ci-dessus, sauf que l'outil de fond 10a a deux viscosimètres- densimètres 60 ou plus avec un des viscosimètres-densimètres 60 (désigné par 60a) placé à l'intérieur d'un fluide de viscosité et densité inconnues et un autre des viscosimètres-densimètres 60 (désigné par 60b) placé à l'intérieur d'un fluide de viscosité et densité connues. Chacun des viscosimètres-densimètres 60a et 60b est équipé d'aimants 64a, 64b. Dans cette approche, deux ensembles capteurs 250a et 250b similaires sont utilisés avec l'un immergée dans le fluide de propriétés, par ex., densité et viscosité, inconnues et l'autre dans le fluide de propriétés connues. Les ensembles capteurs 250a et 250b peuvent être construits de la manière décrite ci-dessus dans le cadre des ensembles capteurs 62, 150 ou 200 décrits ci-dessus.
L'ensemble capteur 250a est placé à l'intérieur d'une canalisation d'évaluation 252, qui peut être la canalisation d'évaluation 46, la canalisation de nettoyage 46a ou la chambre à échantillon 50 discutées cidessus. Dans l'outil de fond 10a, un coude ou joint 254 est prévu qui est en communication fluidique avec la canalisation 252. Le joint 254 définit une chambre de comparaison 255 dans laquelle sont placés le fluide connu et l'ensemble capteur 250b. L'outil de fond 10a est équipé d'un assemblage d'égalisation de pression 256 pour égaliser la pression à l'intérieur de la canalisation d'évaluation 252. En général, l'assemblage d'égalisation de pression 256 peut être n'importe quel dispositif capable d'égaliser la pression entre la canalisation d'évaluation 252 et la chambre de comparaison 255. Par exemple, comme illustré à la Figure 13, l'assemblage d'égalisation de pression 256 peut comprendre un piston alternatif 258 qui se déplace par rapport à la chambre de comparaison 255 pour égaliser la pression.
Les ensembles capteurs 250a et 250b sont connectés à une ou plusieurs unités de traitement des signaux 260 et circuit analytique 262 pour fournir la tension de commande et déterminer un ou plusieurs paramètres du fluide, tels que la viscosité et la densité, comme discuté ci-dessus. L'unité de traitement des signaux 260 et le circuit analytique 262 sont de construction et fonction similaires à celles de l'unité de traitement des signaux 66 et du circuit analytique 68 discutés ci-dessus.
Le rapport des résonances entre les ensembles capteurs 250a et 250b est déterminé comme illustré, par exemple, aux Figures 14a et 14b. La Figure 14a illustre un processus 170 pour calculer la densité et la viscosité du fluide en utilisant les viscosimètres-densimètres doubles 60a et 60b illustrés à la Figure 13. Le processus 170 comporte des étapes similaires à celles utilisées à la Figure 7a discutées ci-dessus. À des fins de clarté, les étapes similaires sont repérées par les mêmes numéros de référence 134a, 134b, 134d, 134e, 134f, 134g, 134h et 134i et ne seront pas décrites en détail à nouveau.
En général, la densité et la viscosité du fluide qui sera dans la chambre de comparaison 255 sont déterminées par des méthodes connues, telles que l'utilisation de tables du United States National Institute of Standards and Technology (NIST) comme indiqué par les étapes 172 et 174. Le circuit analytique 262 reçoit des signaux de l'ensemble capteur 250b comme indiqué par une étape 176, puis calcule la fréquence de résonance en fonction de la densité et viscosité connues du fluide à l'intérieur de la chambre de comparaison 255 comme indiqué par une étape 178. Le circuit analytique 262 calcule alors la viscosité et la densité de la manière décrite ci-dessus dans le cadre de la Figure 7A.
La Figure 14B illustre un autre processus 180 pour calculer la densité et la viscosité du fluide inconnu à l'intérieur de la canalisation 252. Dans le processus 180, des estimations initiales de la densité et viscosité du fluide et lambda a, b, c, et d sont entrées dans le circuit analytique 262 comme indiqué par les blocs 182 et 183. Des constantes, telles que le diamètre du fil, la densité du fil et le facteur d'amortissement interne sont entrés dans le circuit analytique 262 comme indiqué par un bloc 184. D'autres entrées, telles que la température et la pression auxquelles est exposé l'ensemble capteur 250a dans la - 40 canalisation 252 sont entrées dans le circuit analytique 262 comme indiqué par un bloc 186. Les input données, telles que les données en phase et en quadrature, sont alors lues des ensembles capteurs 250a et 250b comme représenté par les blocs 188 et 190 et une inversion jointe des données du capteur 250a et 250b est calculée comme indiqué par le bloc 183. Le circuit analytique 262 fournit alors la densité et la viscosité du fluide entourant l'ensemble capteur 250a comme indiqué par un bloc 192.
Bien que les deux méthodes précédentes de calcul de la viscosité et de la densité aient été décrites ci-dessus, il convient de noter que n'importe quelle manière pourrait être utilisée, telle qu'une mesure du rapport des sorties générées par les deux ensembles capteurs 250a et 250b.
En supposant que les fils à l'intérieur des ensembles capteurs 250a et 250b sont de construction similaire (de préférence de construction identique) et exposés aux mêmes température et pression, toutes les instabilités découlant de ces variables sont éliminées et des données indicatives d'un oscillateur stable sont obtenues. Si les deux concepts sont combinés, c'est-à-dire une comparaison ou mesure du rapport et une géométrie stable comme énoncé ci-dessus par rapport aux ensembles capteurs 150 et 200, il est alors possible que le résonateur soit stable et soit capable de fournir à la fois la densité et la viscosité. Il est entendu d'après la description précédente que diverses modifications et changements peuvent être apportés aux réalisations préférées et autres de la présente invention sans s'écarter de son caractère vrai. Les dispositifs inclus aux présentes peuvent être activés manuellement et/ou automatiquement pour effectuer l'opération souhaitée. L'activation peut être effectuée selon les besoins et/ou basée sur les données générées, les conditions détectées et/ou l'analyse des résultats des opérations de fond.
Cette description n'est donnée qu'à des fins d'illustration et ne doit pas être 25 interprétée dans un sens limitatif. La portée de la présente invention ne doit être déterminée -41 -- que par le texte des revendications qui suivent. Le terme comprenant dans les revendications est entendu signifier comprenant au moins de telle sorte que la liste d'éléments indiquée dans une revendication constitue un groupe ouvert.
Un , une et les autres termes au singulier sont entendus inclure leurs formes au pluriel, sauf exclusion expresse. 15
Claims (24)
1. Un viscosimètre-densimètre (60) pour un outil de fond (10a) positionnable dans un puits de forage pénétrant une formation souterraine, l'outil de fond (l0a) étant adapté pour transporter au moins une portion d'un fluide dans la formation jusqu'au viscosimètre-densimètre, le viscosimètre-densimètre comprenant: un ensemble capteur (250a, b) positionnable à l'intérieur de l'outil de fond, l'ensemble capteur comprenant: au moins deux connecteurs disposés spatialement (204, 206) ; un fil suspendu (202) en tension entre les au moins deux connecteurs de manière à ce que le fil soit disponible pour interaction avec le fluide quand le viscosimètre-densimètre est placé à l'intérieur de l'outil de fond et que l'outil de fond est placé à l'intérieur de la formation souterraine et reçoit le fluide de la formation souterraine, les connecteurs et le fil construits de manière à former un oscillateur; et au moins un aimant (64a, 64b) émettant un champ magnétique interagissant avec le
2. Le viscosimètre-densimètre de la revendication 1, dans lequel les connecteurs et le fil sont construits en un type de matériau unique.
3. Le viscosimètre-densimètre de la revendication 1, comprenant de plus des moyens pour empêcher la rotation du fil par rapport aux connecteurs.
4. Le viscosimètre-densimètre de la revendication 3, dans lequel les moyens permettant d'empêcher la rotation du fil comprennent de plus une bosse (212) connectée au fil, la bosse - 43 - ayant une section transversale non-circulaire.
5. Le viscosimètre-densimètre de la revendication 1, comprenant de plus un circuit analytique (262) recevant une rétroaction du fil pour calculer au moins deux paramètres du fluide interagissant avec le fil.
6. Le viscosimètre-densimètre de la revendication 5, dans lequel les deux paramètres sont la viscosité et la densité.
7. Le viscosimètre-densimètre de la revendication 1, dans lequel les connecteurs et le fil sont construits en matériaux ayant des coefficients de dilation thermique similaires de manière à former l'oscillateur.
8. Le viscosimètre-densimètre de la revendication 1, comprenant de plus un tube d'écoulement (208) dans lequel le fil est suspendu par les connecteurs; et dans lequel le tube d'écoulement, les connecteurs et le fil sont construits en des matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique similaires de manière à former l'oscillateur.
9. Un outil de fond (10a) positionnable dans un puits de forage ayant une paroi et pénétrant une formation souterraine, la formation contenant un fluide, l'outil de fond comprenant: un boîtier (76) renfermant au moins une cavité d'évaluation; un dispositif de communication fluidique extensible depuis le boîtier pour s'engager de manière étanche avec la paroi du puits de forage, le dispositif de communication fluidique ayant au moins une entrée communiquant avec la cavité d'évaluation pour recevoir le fluide de la formation et déposer un tel fluide dans la cavité d'évaluation; et - 44 - un viscosimètre- densimètre (60) comprenant: un ensemble capteur (250a, b) placé à l'intérieur de la cavité d'évaluation, l'ensemble capteur comprenant: au moins deux connecteurs disposés spatialement (204, 206) ; et un fil (202) suspendu en tension entre les au moins deux connecteurs de manière à ce que le fil soit disponible pour interaction avec le fluide à l'intérieur de la cavité d'évaluation, les connecteurs et le fil étant construits de manière à former un oscillateur; et au moins un aimant (64a, b) émettant un champ magnétique interagissant 10 avec le fil.
10. L'outil de fond de la revendication 9, dans lequel les connecteurs et le fil sont construits en un type de matériau unique.
11. L'outil de fond de la revendication 9, comprenant de plus des moyens (212) pour empêcher la rotation du fil par rapport aux connecteurs.
12. L'outil de fond de la revendication 11, dans lequel les moyens permettant d'empêcher la rotation du fil comprennent de plus une bosse connectée au fil, la bosse ayant une section transversale non- circulaire.
13. L'outil de fond de la revendication 9, comprenant de plus un circuit analytique (262) recevant une rétroaction du fil pour calculer au moins deux paramètres du 20 fluide interagissant avec le fil.
14. L'outil de fond de la revendication 13, dans lequel les deux paramètres sont la viscosité et la densité.
- 45 -
15. L'outil de fond de la revendication 9, dans lequel les connecteurs et le fil sont construits en matériaux ayant des coefficients de dilation thermique similaires de manière à former l'oscillateur.
16. L'outil de fond de la revendication 9, comprenant de plus un tube d'écoulement (208) dans lequel le fil est suspendu par les connecteurs; et dans lequel le tube d'écoulement, les connecteurs et le fil sont construits en des matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique similaires de manière à former l'oscillateur.
17. L'outil de fond de la revendication 9, comprenant de plus une chambre de comparaison (225) contenant un fluide de propriétés connues, les conditions de fond de trou à l'intérieur de la chambre de comparaison étant similaires aux conditions de fond de trou à l'intérieur de la cavité d'évaluation; et dans lequel l'outil de fond est également équipé d'un ensemble capteur à l'intérieur de la chambre de comparaison de manière à ce que l'outil de fond de trou comprenne un ensemble capteur placé à l'intérieur d'un fluide de paramètres inconnus à l'intérieur de la cavité d'évaluation et l'autre ensemble capteur placé avec un fluide de paramètres connus à l'intérieur de la chambre de comparaison.
18. Une méthode pour mesurer au moins deux paramètres inconnus d'un fluide inconnu à l'intérieur d'un puits pénétrant une formation contenant le fluide, comprenant les étapes suivantes: positionnement d'un dispositif de communication fluidique de l'outil de fond de manière à s'engager de manière étanche dans une paroi du puits de forage; soutirage de fluide de la formation dans une cavité d'évaluation à l'intérieur de l'outil de fond; et - 46 - échantillonnage de données du fluide à l'intérieur de la cavité d'évaluation avec un viscosimètre-densimètre (60) ayant un fil (202) placé à l'intérieur de la cavité d'évaluation et suspendu entre deux connecteurs (204, 206), le fil et les connecteurs étant construits de manière à former un oscillateur.
19. La méthode de la revendication 18 selon laquelle la cavité d'évaluation est une canalisation.
20. La méthode de la revendication 18 selon laquelle la cavité d'évaluation est une chambre à échantillon.
21. La méthode de la revendication 18, comprenant de plus l'étape de calcul d'au moins deux paramètres en utilisant les données échantillonnées à l'intérieur de la cavité d'évaluation.
22. La méthode de la revendication 21, selon laquelle les au moins deux paramètres comprennent la viscosité et la densité.
23. La méthode de la revendication 18, comprenant de plus l'étape d'échantillonnage de données par rapport à un fluide connu à l'intérieur d'une chambre de comparaison ayant une température et pression reliées à la température et pression du fluide à l'intérieur de la cavité d'évaluation.
24. La méthode de la revendication 23, comprenant de plus l'étape de calcul d'au moins deux paramètres du fluide inconnu à l'intérieur de la cavité d'évaluation en utilisant les données échantillonnées dans la chambre de comparaison et les données échantillonnées dans la cavité d'évaluation.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20160831 |