IT201800004117A1 - METHOD AND APPARATUS FOR THE CONTINUOUS CHARACTERIZATION OF FORMATION FLUIDS DURING DRILLING - Google Patents

METHOD AND APPARATUS FOR THE CONTINUOUS CHARACTERIZATION OF FORMATION FLUIDS DURING DRILLING Download PDF

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IT201800004117A1
IT201800004117A1 IT102018000004117A IT201800004117A IT201800004117A1 IT 201800004117 A1 IT201800004117 A1 IT 201800004117A1 IT 102018000004117 A IT102018000004117 A IT 102018000004117A IT 201800004117 A IT201800004117 A IT 201800004117A IT 201800004117 A1 IT201800004117 A1 IT 201800004117A1
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IT
Italy
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fluid
sensor
optionally
detection apparatus
downhole detection
Prior art date
Application number
IT102018000004117A
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Italian (it)
Inventor
Riccardo Cerri
Federico Gusmini
Antonio Terribile
Fabio Todesco
Original Assignee
Eni Spa
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B49/00Testing the nature of borehole walls; Formation testing; Methods or apparatus for obtaining samples of soil or well fluids, specially adapted to earth drilling or wells
    • E21B49/005Testing the nature of borehole walls or the formation by using drilling mud or cutting data
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26Oils; viscous liquids; paints; inks
    • G01N33/28Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2823Oils, i.e. hydrocarbon liquids raw oil, drilling fluid or polyphasic mixtures

Description

La presente domanda riguarda un apparato e un metodo per l’uso a fondo pozzo di un pozzo di petrolio o di gas, e in particolare un apparato e un metodo per analizzare il contenuto di fanghi di perforazione e/o altri fluidi del fondo del foro mentre si effettuano trivellazioni o altre operazioni a fondo pozzo. The present application relates to an apparatus and a method for use at the bottom of an oil or gas well, and in particular an apparatus and a method for analyzing the content of drilling muds and / or other fluids of the bottom of the hole. while drilling or other downhole operations are being carried out.

STATO DELLA TECNICA DELL’INVENZIONE STATE OF THE INVENTION TECHNIQUE

Nei pozzi petroliferi, i fanghi di perforazione vengono utilizzati per diverse applicazioni tra cui la lubrificazione e il raffreddamento dello scalpello, la stabilità del pozzo e la sua pulizia attraverso il trasporto dei frammenti di roccia (cutting) sulla superficie. In un pozzo, il fango si muove attraverso un circuito del fango. In oil wells, drilling muds are used for various applications including lubrication and cooling of the bit, stability of the well and its cleaning through the transport of rock fragments (cutting) on the surface. In a well, mud moves through a mud loop.

Quando si effettua la perforazione in una roccia porosa, contenente fluidi di formazione come acqua, olio e/o gas, il fluido di formazione contenuto nella roccia viene rilasciato nel fango. Analizzando i fluidi di formazione contenuti nel fango in un dato momento, è possibile ottenere informazioni utili sul contenuto del fluido della formazione perforata. When drilling into a porous rock containing forming fluids such as water, oil and / or gas, the forming fluid contained in the rock is released into the mud. By analyzing the formation fluids contained in the sludge at a given time, it is possible to obtain useful information on the fluid content of the perforated formation.

L’acido solfidrico e l’anidride carbonica possono rappresentare un rischio significativo per la sicurezza dei lavoratori e anche per il danno che essi causano alle apparecchiature a fondo pozzo. Attualmente, i gas acidi vengono generalmente neutralizzati aggiungendo scavengers (per l’acido solfidrico), soda o altri alcali (per l’anidride carbonica), rimuovendo i gas dal fango. Per questa ragione, il rilevamento dei gas acidi durante la perforazione non è possibile. Sono frequentemente utilizzati dei sensori elettrochimici per rilevare la presenza di acido solfidrico sulla superficie. Tuttavia, il rilevamento può avvenire solo in casi estremi, quando l’acido solfidrico ha già superato la barriera ed è stato rilasciato in superficie. A questo punto, è troppo tardi per intervenire. Hydrogen sulphide and carbon dioxide can pose a significant risk to the safety of workers and also to the damage they cause to downhole equipment. Currently, acid gases are generally neutralized by adding scavengers (for hydrogen sulphide), soda or other alkalis (for carbon dioxide), removing the gases from the mud. For this reason, the detection of acid gases during drilling is not possible. Electrochemical sensors are frequently used to detect the presence of hydrogen sulphide on the surface. However, detection can only take place in extreme cases, when the hydrogen sulphide has already passed the barrier and has been released to the surface. At this point, it is too late to intervene.

Attualmente, il rilevamento degli idrocarburi viene eseguito solo in superficie (c.d. analisi Gas While Drilling/GWD), in cui i risultati dell’analisi sono correlati alla pertinente profondità nel pozzo. Il rilevamento e l’analisi del contenuto di idrocarburi presentano Currently, the detection of hydrocarbons is performed only on the surface (so-called Gas While Drilling / GWD analysis), in which the results of the analysis are related to the relevant depth in the well. The detection and analysis of the hydrocarbon content present

 

necessariamente un ritardo dipendente da profondità, volume e/o flusso; tale ritardo può essere di diverse ore e deve essere pertanto corretto (lag time). Un noto metodo di rilevamento di idrocarburi implica il campionamento del fluido utilizzando dei probe, che richiedono tuttavia l’interruzione della perforazione mentre i probe sono in posizione. necessarily a delay dependent on depth, volume and / or flow; this delay can be several hours and must therefore be corrected (lag time). A known method of detecting hydrocarbons involves sampling the fluid using probes, which however require interruption of the drilling while the probes are in place.

RIASSUNTO DELL’INVENZIONE SUMMARY OF THE INVENTION

Secondo un primo aspetto della presente invenzione viene descritto un apparecchio di rilevamento a fondo pozzo per l’uso in un pozzo di petrolio o gas, l’apparato comprendente un condotto adattato per il passaggio del fluido attraverso di esso, l’apparato comprendente inoltre una superficie interna che forma il foro, e una superficie esterna e almeno due sensori; According to a first aspect of the present invention, a downhole detection apparatus for use in an oil or gas well is described, the apparatus comprising a conduit adapted for the passage of fluid therethrough, the apparatus further comprising a inner surface forming the hole, and an outer surface and at least two sensors;

in cui il primo sensore è posizionato sopra o all’interno dell’apparato in modo tale che sia in comunicazione di fluido con il fluido nel foro, ed è adattato per analizzare detto fluido; e in cui il secondo sensore è posizionato sopra o all’interno dell’apparato in modo tale che sia in comunicazione di fluido con il fluido all’esterno dell’apparato, ed è adattato per analizzare detto fluido. in which the first sensor is positioned above or inside the apparatus in such a way that it is in fluid communication with the fluid in the hole, and is adapted to analyze said fluid; and in which the second sensor is positioned above or inside the apparatus in such a way that it is in fluid communication with the fluid outside the apparatus, and is adapted to analyze said fluid.

In genere, l’apparato comprende un alloggiamento e l’alloggiamento comprende preferibilmente detta superficie interna e preferibilmente la superficie esterna. In genere, il primo sensore è posizionato su o nella superficie interna dell’alloggiamento. In genere, il secondo sensore è posizionato su o nella superficie esterna dell’alloggiamento. Generally, the apparatus comprises a housing and the housing preferably comprises said internal surface and preferably the external surface. Typically, the first sensor is positioned on or in the internal surface of the housing. Generally, the second sensor is positioned on or in the external surface of the housing.

Opzionalmente l’apparato di rilevamento a fondo pozzo è uno strumento di registrazione durante la perforazione. In genere, il posizionamento dell’apparato a fondo foro all’interno del pozzo, crea un annulus tra la superficie della parete interna del pozzo e la superficie esterna dell’apparato. Preferibilmente, il secondo sensore è in comunicazione di fluido con il fluido nell’annulus. Optionally, the downhole detection apparatus is a recording tool during drilling. Generally, the positioning of the apparatus at the bottom of the hole inside the well creates an annulus between the surface of the internal wall of the well and the external surface of the apparatus. Preferably, the second sensor is in fluid communication with the fluid in the annulus.

Opzionalmente l'apparato è posizionato nel circuito del fango. Opzionalmente l’apparato è incorporato all’interno di una batteria di fondo. Optionally the apparatus is placed in the mud circuit. Optionally, the device is incorporated into a bottom battery.

 

Opzionalmente l’apparato comprende almeno un primo modulo, comprendente opzionalmente il primo e il secondo sensore. Opzionalmente il primo modulo è adattato per analizzare la parte fluida del fango di perforazione. Opzionalmente, il fluido nel foro è pompato dalla superficie. Opzionalmente, il fluido nell’annulus viene riportato verso la superficie. Opzionalmente il primo modulo è adattato per campionare, analizzare ed espellere in modo continuativo il fluido. Opzionalmente i sensori, e quindi il primo modulo, analizzano tal quali il fango o il fluido, opzionalmente fornendo in tal modo un flusso continuo di dati relativi alla composizione del fango o del fluido nella posizione di campionamento. Optionally, the apparatus includes at least a first module, optionally comprising the first and second sensors. Optionally the first module is adapted to analyze the fluid part of the drilling mud. Optionally, the fluid in the hole is pumped from the surface. Optionally, the fluid in the annulus is brought back to the surface. Optionally the first module is adapted to continuously sample, analyze and expel the fluid. Optionally, the sensors, and therefore the first module, analyze the sludge or fluid as such, optionally thus providing a continuous flow of data relating to the composition of the sludge or fluid in the sampling position.

Opzionalmente, i dati del primo sensore vengono confrontati con i dati del secondo sensore e i sensori sono opzionalmente calibrati in modo tale da isolare la differenza nei dati corrispondente agli analiti trasportati all’interno del fluido o del fango di perforazione dal punto in cui avviene la perforazione. Tale risultato può essere opzionalmente ottenuto sottraendo i dati rilevati dal primo sensore (relativi al fango meno contaminato iniettato nel pozzo) dai dati rilevati dal secondo sensore, che comprendono qualsiasi tutto ciò che può essere ricollegato al fluido di formazione (ad esempio idrocarburi pesanti o leggeri, CO2, H2S o acqua). Optionally, the data from the first sensor is compared with the data from the second sensor and the sensors are optionally calibrated to isolate the difference in the data corresponding to the analytes transported within the drilling fluid or mud from the point of drilling. . This result can optionally be obtained by subtracting the data detected by the first sensor (relating to the less contaminated sludge injected into the well) from the data detected by the second sensor, which includes anything that can be reconnected to the formation fluid (for example heavy or light hydrocarbons , CO2, H2S or water).

Opzionalmente il primo e/o il secondo sensore sono sensori polimerici con impronta molecolare (MIP, molecularly imprinted polymers). I sensori MIP sono dei polimeri ingegnerizzati in forma reticolata, che possono mostrare elevata affinità e selettività verso un particolare analita di interesse, per esempio un singolo composto, o una “selettività di classe” per una famiglia di composti correlati, con il sensore che agisce come un recettore chimico naturale per l’analita. Il sensore MIP è in grado di legarsi agli analiti anche quando gli analiti sono presenti in matrici complesse. Optionally, the first and / or second sensor are molecularly imprinted polymers (MIPs). MIP sensors are cross-linked engineered polymers, which can show high affinity and selectivity towards a particular analyte of interest, for example a single compound, or a "class selectivity" for a family of related compounds, with the sensor acting as a natural chemical receptor for the analyte. The MIP sensor is capable of binding to analytes even when the analytes are present in complex matrices.

I sensori MIP offrono il vantaggio di essere in grado di analizzare con precisione componenti specifici di un fluido complesso, come un fango di perforazione, poiché presentano bassi limiti di rilevabilità e alta selettività. Pertanto, possono essere collocati nel primo e nel secondo sensore, diversi sensori MIP, destinati a una moltitudine di analiti differenti, ad esempio sotto forma di un insieme eterogeneo di più sensori. Inoltre, l’analisi MIP sensors offer the advantage of being able to accurately analyze specific components of a complex fluid, such as a drilling mud, as they have low detection limits and high selectivity. Therefore, different MIP sensors can be placed in the first and second sensors, intended for a multitude of different analytes, for example in the form of a heterogeneous set of several sensors. Furthermore, the analysis

 

del fluido da parte di un sensore MIP non è influenzata dalla presenza di elementi solidi quali detriti o cutting. of the fluid by a MIP sensor is not affected by the presence of solid elements such as debris or cutting.

I sensori MIP possono essere impiegati per legare, ad esempio, anidride carbonica o acido solfidrico. L’analita si lega al sensore e forma dei legami con la superficie del polimero, che è posizionato su un substrato conduttivo. La variazione delle proprietà chimico-fisiche del sensore viene misurata e si riferisce alla quantità dell’analita correlato che viene catturata dal sensore. Il rilevamento precoce di queste sostanze consente interventi volti a mitigare il danno o il rilascio di componenti pericolosi nel fango di perforazione. MIP sensors can be used to bind, for example, carbon dioxide or hydrogen sulfide. The analyte binds to the sensor and forms bonds with the surface of the polymer, which is positioned on a conductive substrate. The change in the chemical-physical properties of the sensor is measured and refers to the amount of the related analyte that is captured by the sensor. The early detection of these substances allows interventions aimed at mitigating the damage or the release of dangerous components in the drilling mud.

Opzionalmente il primo e/o il secondo sensore sono sensori a riflettanza totale attenuata (ATR, attenuated total reflectance). Opzionalmente i sensori ATR possono essere utilizzati in aggiunta ai sensori MIP e posizionati in modo simile a questi ultimi, con un sensore ATR posto nella superficie interna dell’alloggiamento del primo modulo, rivolto verso il foro, e l’altro sensore ATR posto nella superficie esterna dell’alloggiamento del primo modulo, rivolto verso l’annulus. Il sensore ATR presenta una minore selettività rispetto al sensore MIP e fornisce un’indicazione più generale delle famiglie dei composti chimici presenti nel fango. Optionally, the first and / or second sensors are attenuated total reflectance (ATR) sensors. Optionally the ATR sensors can be used in addition to the MIP sensors and positioned similarly to the latter, with one ATR sensor placed in the inner surface of the housing of the first module, facing the hole, and the other ATR sensor placed in the surface outer housing of the first module, facing the annulus. The ATR sensor has less selectivity than the MIP sensor and provides a more general indication of the families of chemical compounds present in the sludge.

All’interno di un sensore ATR, viene posizionato un cristallo a base di germanio, silicio o seleniuro di zinco per formare uno strato lungo la base del sensore. Il campione da analizzare, mentre fluisce attraverso il sensore, forma uno strato sopra del cristallo. Un raggio infrarosso viene diretto attraverso il cristallo e viene riflesso da uno strato limite virtuale all’interno del campione, che ha una densità ottica inferiore rispetto al cristallo. L’onda deve riflettersi almeno una volta fuori da tale interfaccia virtuale, formando così un’onda evanescente che si estende parzialmente all’interno del campione. Gli analiti presenti all’interno del campione assorbono la luce a lunghezze d’onda caratteristiche e l’assorbanza è correlata alla concentrazione di analita presente all’interno del campione. I dati dei sensori producono picchi di assorbanza che possono essere rappresentati graficamente e forniscono un’indicazione delle sostanze chimiche presenti all’interno del fango di perforazione. Inside an ATR sensor, a germanium, silicon or zinc selenide-based crystal is placed to form a layer along the base of the sensor. The sample to be analyzed, as it flows through the sensor, forms a layer on top of the crystal. An infrared ray is directed through the crystal and is reflected by a virtual boundary layer inside the sample, which has a lower optical density than the crystal. The wave must be reflected at least once outside this virtual interface, thus forming an evanescent wave that partially extends inside the sample. The analytes present within the sample absorb light at characteristic wavelengths and the absorbance is related to the concentration of analyte present within the sample. The sensor data produce absorbance peaks that can be represented graphically and provide an indication of the chemicals present within the drilling mud.

 

Opzionalmente, il primo e il secondo sensore possono essere sensori 2D della famiglia che comprende nanotubi di carbonio, grafene e solfuro di molibdeno. Opzionalmente i sensori possono essere o includere lingue chimiche o elettroniche, o qualsiasi altro sensore idoneo che possa essere adattato per rilevare gli analiti di interesse, essendo al contempo resistente alle condizioni estreme presenti nell’ambiente del fondo del foro. Optionally, the first and second sensors can be 2D sensors of the family that includes carbon nanotubes, graphene and molybdenum sulfide. Optionally, the sensors can be or include chemical or electronic languages, or any other suitable sensor that can be adapted to detect the analytes of interest, while being resistant to the extreme conditions present in the environment of the bottom of the hole.

I sensori dovrebbero consentire un’analisi accurata e continua dei costituenti del fango o del fluido di perforazione, preferibilmente anche a concentrazioni molto basse in cui le sostanze chimiche sono state fortemente diluite all’interno del fango o del fluido. The sensors should allow an accurate and continuous analysis of the constituents of the mud or drilling fluid, preferably even at very low concentrations in which the chemicals have been strongly diluted within the mud or fluid.

Opzionalmente il primo sensore è posto all’interno di una cavità o di una rientranza formata all’interno dell’alloggiamento del primo modulo, in cui viene deviata una parte del fango/fluido che fluisce all’interno del foro dell’apparato. Opzionalmente il secondo sensore è posto all’interno di una cavità o di una rientranza formata all’interno dell’alloggiamento del primo modulo, in cui viene deviata una parte del fango/fluido che scorre all’interno dell’annulus tra la superficie esterna dell’alloggiamento dell’apparato e la superficie interna del pozzo. Opzionalmente ogni cavità o rientranza è coperta con un filtro, ad esempio una rete o una griglia, opzionalmente una griglia metallica, che consente il passaggio del fluido nella cavità/rientranza, ma che al contempo impedisce l’ingresso nella cavità/rientranza di detriti o particelle che possono essere presenti all’interno del fluido. Ad esempio, all’interno dell’annulus, il filtro impedisce che i cutting di perforazione entrino nella cavità o rientranza contenente il secondo sensore, ma consente l’ingresso del fluido, ad esempio la parte fluida del fango di perforazione. Optionally, the first sensor is placed inside a cavity or recess formed inside the housing of the first module, into which a part of the mud / fluid flowing inside the hole of the apparatus is diverted. Optionally, the second sensor is placed inside a cavity or recess formed inside the housing of the first module, in which a part of the mud / fluid flowing inside the annulus is diverted between the external surface of the housing of the apparatus and the internal surface of the well. Optionally each cavity or recess is covered with a filter, for example a mesh or grid, optionally a metal grid, which allows the passage of fluid into the cavity / recess, but which at the same time prevents the entry into the cavity / recess of debris or particles that may be present within the fluid. For example, inside the annulus, the filter prevents the drilling cuttings from entering the cavity or recess containing the second sensor, but allows the entry of fluid, for example the fluid part of the drilling mud.

Opzionalmente, il primo modulo comprende un collare protettivo (ad esempio comprendente una lama rinforzata) volto a proteggere il secondo sensore da eventuali danni, quando l’apparato viene calato nel pozzo, consentendo al contempo l’ingresso del fluido. Opzionalmente il collare protettivo circonda almeno una porzione della superficie esterna dell’apparato, opzionalmente l’alloggiamento. Opzionalmente una rientranza viene ricavata o formata all’interno di una porzione del collare protettivo. Opzionalmente la rientranza consente la comunicazione del fluido tra il secondo sensore e l’annulus. Optionally, the first module includes a protective collar (for example including a reinforced blade) aimed at protecting the second sensor from damage when the apparatus is lowered into the well, while allowing the entry of fluid. Optionally, the protective collar surrounds at least a portion of the external surface of the apparatus, optionally the housing. Optionally, a recess is obtained or formed within a portion of the protective collar. Optionally, the recess allows fluid communication between the second sensor and the annulus.

 

Opzionalmente, la rientranza comprende un percorso di comunicazione per il fluido tra il secondo sensore e l’annulus, opzionalmente sotto forma di un condotto per il fluido, che si estende facoltativamente tra la cavità in cui è posto il secondo sensore e la superficie esterna dell’alloggiamento. Opzionalmente il percorso di comunicazione per il fluido si estende tra la cavità in cui si trova il secondo sensore e la rientranza. Opzionalmente, il percorso di comunicazione del fluido consente l’ingresso di fluido nella cavità in cui si trova il secondo sensore. Opzionalmente viene posto un filtro sopra il punto di ingresso del percorso di comunicazione del fluido, opzionalmente sull’apertura del condotto sulla superficie esterna dell’alloggiamento. Opzionalmente, il percorso di comunicazione del fluido consente la circolazione del fluido tra la cavità in cui si trova il secondo sensore e l’annulus, fornendo un continuo apporto di fango di perforazione per l’analisi da parte del secondo sensore. Diversamente dal campionamento discontinuo del fango, una circolazione o un flusso di fango che viene a contatto con il secondo sensore fornisce una rappresentazione in tempo reale del contenuto del fango di perforazione alla profondità dell’apparato, mentre il fango ritorna in superficie. Optionally, the recess includes a communication path for the fluid between the second sensor and the annulus, optionally in the form of a fluid conduit, which optionally extends between the cavity in which the second sensor is located and the outer surface of the 'housing. Optionally, the communication path for the fluid extends between the cavity in which the second sensor is located and the recess. Optionally, the fluid communication path allows fluid to enter the cavity where the second sensor is located. Optionally, a filter is placed above the entry point of the fluid communication path, optionally on the opening of the duct on the external surface of the housing. Optionally, the fluid communication path allows the circulation of fluid between the cavity in which the second sensor is located and the annulus, providing a continuous supply of drilling mud for analysis by the second sensor. Unlike the discontinuous sampling of the mud, a circulation or a flow of mud that comes into contact with the second sensor provides a real-time representation of the contents of the drilling mud at the depth of the apparatus, while the mud returns to the surface.

Preferibilmente non sono presenti componenti meccanici o mobili installati come parte del primo e/o del secondo sensore, il che riduce la probabilità di guasto di tali sensori. Ad esempio, non è necessario installare una pompa per far circolare il fluido attorno a detti sensori, poiché le pompe di fango superficiali garantiscono un flusso continuo di fango all’interno della batteria di perforazione. Data l’assenza di componenti meccanici, i suddetti sensori presentano una migliore resistenza alle alte temperature e agli urti. Preferably there are no mechanical or moving components installed as part of the first and / or second sensor, which reduces the probability of failure of such sensors. For example, it is not necessary to install a pump to circulate the fluid around these sensors, since the surface mud pumps ensure a continuous flow of mud inside the drill string. Given the absence of mechanical components, the aforementioned sensors have better resistance to high temperatures and shocks.

I dati emessi dal primo sensore e/o dal secondo sensore possono essere comunicati in superficie con ogni mezzo idoneo quali impulsi di fango, sistemi elettromagnetici, telemetria cablata all’interno della batteria di perforazione e qualsiasi altro sistema di comunicazione. The data emitted by the first sensor and / or the second sensor can be communicated on the surface by any suitable means such as impulses of mud, electromagnetic systems, wired telemetry inside the drill string and any other communication system.

Inoltre, secondo il primo aspetto dell’invenzione viene descritto un metodo per analizzare il profilo chimico del fluido in un pozzo di petrolio o gas, il metodo comprendendo le fasi seguenti: - Furthermore, according to the first aspect of the invention, a method is described for analyzing the chemical profile of the fluid in an oil or gas well, the method comprising the following steps: -

 

il posizionamento di un apparato di rilevamento a fondo pozzo comprendente un primo e un secondo sensore nel pozzo di petrolio o gas, l’apparato di rilevamento a fondo pozzo comprende un foro definito da una superficie interna dell’apparecchio; the positioning of a downhole detection apparatus comprising a first and a second sensor in the oil or gas well, the downhole detection apparatus includes a hole defined by an internal surface of the device;

l’analisi del fluido nel foro con il primo sensore, e the analysis of the fluid in the hole with the first sensor, e

l’analisi del fluido all’esterno dell’apparato usando il secondo sensore. the analysis of the fluid outside the apparatus using the second sensor.

Opzionalmente il metodo include le fasi di analisi del fluido all’interno del foro e quindi la determinazione di un primo profilo chimico di detto fluido; l’analisi del fluido all’esterno dell’apparato e quindi la determinazione di un secondo profilo chimico di detto fluido; e il confronto di tali profili chimici allo scopo di identificare le differenze tra il primo e il secondo profilo chimico. Optionally, the method includes the analysis phases of the fluid inside the hole and then the determination of a first chemical profile of said fluid; the analysis of the fluid outside the apparatus and then the determination of a second chemical profile of said fluid; and the comparison of these chemical profiles in order to identify the differences between the first and the second chemical profile.

Opzionalmente l’apparato è una parte della batteria di fondo. Opzionalmente il metodo include il pompaggio del fango di perforazione dalla superficie lungo il foro e il ritorno del fango di perforazione alla superficie attraverso un annulus formato tra la superficie interna del pozzo e la superficie esterna dell’apparato, opzionalmente una superficie esterna di un alloggiamento che fa parte dell’apparato. Opzionalmente, il metodo include l’analisi del fango di perforazione meno contaminato iniettato nel foro per determinare un profilo chimico di base. Opzionalmente, il metodo include il confronto del profilo chimico del fluido all’interno dell’annulus con il profilo chimico del fluido all’interno del foro per identificare le sostanze chimiche presenti nella formazione che si sta perforando. Optionally, the apparatus is a part of the bottom battery. Optionally the method includes pumping the drilling mud from the surface along the hole and returning the drilling mud to the surface through an annulus formed between the inner surface of the well and the outer surface of the apparatus, optionally an outer surface of a housing which it is part of the apparatus. Optionally, the method includes the analysis of the least contaminated drilling mud injected into the hole to determine a basic chemical profile. Optionally, the method includes the comparison of the chemical profile of the fluid inside the annulus with the chemical profile of the fluid inside the hole to identify the chemicals present in the formation that is being perforated.

Opzionalmente le sostanze chimiche presenti nella formazione sono identificate dal confronto del profilo chimico del fango di perforazione all’interno del foro dell’apparato, prima che il fango di perforazione entri in contatto con la formazione; e il profilo chimico del fango di perforazione all’esterno dell’apparato, dopo che il fango di perforazione è entrato in contatto con la formazione. Optionally, the chemicals present in the formation are identified by comparing the chemical profile of the drilling mud inside the bore of the apparatus, before the drilling mud comes into contact with the formation; and the chemical profile of the drilling mud outside the apparatus, after the drilling mud has come into contact with the formation.

In modo più vantaggioso, la perforazione può continuare mentre viene eseguita l’analisi del fluido, diversamente da quanto avviene con i sistemi attuali, ad esempio con il formation testing. More advantageously, drilling can continue while the fluid analysis is being performed, unlike what happens with current systems, for example with formation testing.

 

In base a un secondo aspetto della presente invenzione viene descritto un apparato di rilevamento a fondo pozzo per l’utilizzo in un pozzo di petrolio o gas, l’apparato comprende almeno un gruppo di campionamento e almeno un sensore; On the basis of a second aspect of the present invention, a downhole detection apparatus is described for use in an oil or gas well, the apparatus includes at least one sampling unit and at least one sensor;

in cui almeno un gruppo di campionamento è disposto sopra o all’interno dell’apparato ed è adattato per campionare del fluido da almeno una posizione di campionamento a fondo pozzo; in which at least one sampling group is arranged above or inside the apparatus and is adapted to sample fluid from at least one sampling position at the bottom of the well;

in cui almeno un gruppo di campionamento comprende una camera con almeno una valvola, in cui almeno una valvola è adattata per essere aperta al fine di consentire il flusso del fluido tra la posizione di campionamento e la camera, e chiusa per impedire un ulteriore flusso del fluido tra la posizione di campionamento e la camera; wherein at least one sampling assembly comprises a chamber with at least one valve, wherein at least one valve is adapted to be open in order to allow fluid flow between the sampling position and the chamber, and closed to prevent further flow of the fluid between the sampling location and the chamber;

in cui la camera è in grado di degasare mediante decompressione il fluido campionato in essa contenuto, creando così una porzione gassosa e una porzione liquida; e in which the chamber is capable of decompressing the sampled fluid contained therein, thus creating a gaseous portion and a liquid portion; And

in cui almeno un sensore è atto ad analizzare almeno una parte della porzione gassosa. in which at least one sensor is adapted to analyze at least a part of the gaseous portion.

Opzionalmente l’apparato comprende almeno un secondo modulo, in cui il secondo modulo comprende almeno un cilindro di espansione, facoltativamente all’interno del gruppo di campionamento. Opzionalmente il cilindro di espansione è collegato ad almeno un cilindro di analisi all’interno del gruppo di analisi. Opzionalmente almeno un cilindro di analisi comprende almeno un sensore. Di solito il cilindro di espansione e il cilindro (i cilindri) di analisi sono adiacenti l’uno all’altro. Opzionalmente i cilindri sono incorporati nelle pareti di uno strumento e disposti lungo la circonferenza. Opzionalmente i cilindri sono incorporati nelle pareti di un drill collar. Optionally, the apparatus includes at least a second module, in which the second module includes at least one expansion cylinder, optionally within the sampling group. Optionally, the expansion cylinder is connected to at least one analysis cylinder within the analysis group. Optionally, at least one analysis cylinder comprises at least one sensor. Usually the expansion cylinder and the analysis cylinder (s) are adjacent to each other. Optionally the cylinders are embedded in the walls of an instrument and arranged around the circumference. Optionally, cylinders are embedded in the walls of a drill collar.

Opzionalmente l’apparato di rilevamento a fondo pozzo è uno strumento di registrazione durante la perforazione. Opzionalmente il fluido che viene campionato è un fango di perforazione. Opzionalmente, il fango di perforazione viene pompato dalla superficie, opzionalmente attraverso un foro nell’apparato. Opzionalmente la superficie interna dell’apparato definisce il foro. Optionally, the downhole detection apparatus is a recording tool during drilling. Optionally, the fluid being sampled is a drilling mud. Optionally, the drilling mud is pumped from the surface, optionally through a hole in the apparatus. Optionally, the internal surface of the apparatus defines the hole.

 

In genere, il posizionamento dell’apparato, ad esempio all’interno del drill collar, a fondo pozzo crea all’interno del pozzo un annulus tra la parete della superficie interna del pozzo e la superficie esterna dell’apparato. Generally, the positioning of the apparatus, for example inside the drill collar, at the bottom of the well creates an annulus inside the well between the wall of the internal surface of the well and the external surface of the apparatus.

Il cilindro di espansione comprende almeno un pistone. Opzionalmente il pistone può comprendere un sistema ad attuatore lineare. Opzionalmente l’apparato può altresì comprendere uno o più sistemi di ingranaggi, un motore, un accoppiamento magnetico tra il sistema di ingranaggi e il motore, una fonte di energia e un modulo elettronico, eventualmente adattato per riconoscere i segnali inviati dal controllo di superficie, per esempio, il prelievo e l’analisi di un nuovo campione. Opzionalmente, il sistema dell’attuatore lineare guida il movimento di almeno un pistone all’interno del cilindro di espansione. The expansion cylinder comprises at least one piston. Optionally, the piston can comprise a linear actuator system. Optionally, the apparatus can also comprise one or more gear systems, a motor, a magnetic coupling between the gear system and the motor, an energy source and an electronic module, possibly adapted to recognize the signals sent by the surface control, for example, the taking and analysis of a new sample. Optionally, the linear actuator system guides the movement of at least one piston inside the expansion cylinder.

Opzionalmente la camera comprende un percorso di comunicazione fluida con l’annulus. Opzionalmente, la posizione di campionamento è una posizione sulla superficie esterna del secondo modulo dell’apparato. Opzionalmente il percorso di comunicazione del fluido comprende un condotto che si estende tra la superficie esterna, con un’apertura verso l’annulus, e la camera. Opzionalmente l’apertura verso l’annulus è almeno parzialmente coperta da un filtro, ad esempio una griglia metallica, per limitare l’ingresso di materiale particolato nella camera. Opzionalmente l’almeno una valvola si trova all’interno del percorso di comunicazione del fluido. Opzionalmente almeno una valvola è controllabile, opzionalmente in risposta a segnali (ad esempio impulsi di fango) inviati dalla superficie. Optionally, the chamber includes a fluid communication path with the annulus. Optionally, the sampling position is a position on the external surface of the second module of the apparatus. Optionally, the fluid communication path includes a duct that extends between the external surface, with an opening towards the annulus, and the chamber. Optionally, the opening towards the annulus is at least partially covered by a filter, for example a metal grid, to limit the entry of particulate material into the chamber. Optionally, the at least one valve is located within the fluid communication path. Optionally at least one valve is controllable, optionally in response to signals (e.g. mud pulses) sent from the surface.

In alternativa, il gruppo di campionamento può avere un percorso di comunicazione del fluido tra la camera e il foro. Opzionalmente il fango di perforazione che è stato pompato dalla superficie può essere campionato dal gruppo di campionamento. Alternatively, the sampling assembly may have a fluid communication path between the chamber and the bore. Optionally the drilling mud that has been pumped from the surface can be sampled by the sampling group.

Opzionalmente all’interno del secondo modulo può esserci più di un gruppo di campionamento. Opzionalmente, il secondo modulo comprende un primo gruppo di campionamento configurato per campionare dal foro del secondo modulo, e facoltativamente un secondo complesso di campionamento configurato per campionare il fluido dall’annulus del pozzo. Opzionalmente ciascun gruppo di campionamento Optionally, there can be more than one sampling group within the second module. Optionally, the second module includes a first sampling group configured to sample from the hole of the second module, and optionally a second sampling complex configured to sample the fluid from the annulus of the well. Optionally each sampling group

 

comprende almeno una camera e almeno una valvola. Opzionalmente, il gruppo di campionamento, o ciascun gruppo di campionamento, può includere un sensore. Opzionalmente, i dati raccolti dal gruppo di analisi, o da ciascun gruppo di analisi, relativi al fango di perforazione nel foro, possono essere confrontati con i dati raccolti dal fango di perforazione che ritorna in superficie nell’annulus. Opzionalmente, i campioni prelevati dal foro sono analizzati da un primo gruppo di analisi, e i campioni prelevati dall’annulus vengono analizzati da un secondo gruppo di analisi, facilitando così l’identificazione della posizione dalla quale sono stati prelevati i campioni e semplificando il confronto dei dati. Opzionalmente, il confronto può fornire informazioni riguardanti eventuali sostanze chimiche ulteriori che possono essere presenti nel fango all’interno dell’annulus, ossia fluidi e/o gas raccolti dal fango di perforazione quando il medesimo entra in contatto con la formazione. comprises at least one chamber and at least one valve. Optionally, the sampling group, or each sampling group, can include a sensor. Optionally, the data collected by the analysis group, or by each analysis group, relating to the drilling mud in the hole, can be compared with the data collected by the drilling mud that returns to the surface in the annulus. Optionally, the samples taken from the hole are analyzed by a first analysis group, and the samples taken from the annulus are analyzed by a second analysis group, thus facilitating the identification of the location from which the samples were taken and simplifying the comparison of the data. Optionally, the comparison can provide information regarding any additional chemical substances that may be present in the mud inside the annulus, ie fluids and / or gases collected from the drilling mud when it comes into contact with the formation.

Opzionalmente il secondo modulo comprende almeno un gruppo di campionamento e una camera. Opzionalmente, la camera comprende almeno due percorsi di comunicazione del fluido, dove facoltativamente un percorso di comunicazione del fluido si estende tra la camera e il foro e facoltativamente un altro percorso di comunicazione del fluido si estende tra la camera e l’annulus del pozzo. Opzionalmente, ciascun percorso di comunicazione del fluido comprende almeno una valvola controllabile. Opzionalmente le valvole sono configurate per aprire e chiudere i percorsi di comunicazione del fluido come richiesto, opzionalmente in risposta ai segnali di un operatore. Opzionalmente le valvole sono azionabili in modo indipendente. Optionally, the second module comprises at least one sampling group and one chamber. Optionally, the chamber includes at least two fluid communication paths, where optionally a fluid communication path extends between the chamber and the hole and optionally another fluid communication path extends between the chamber and the annulus of the well. Optionally, each fluid communication path comprises at least one controllable valve. Optionally the valves are configured to open and close fluid communication paths as required, optionally in response to signals from an operator. Optionally the valves can be operated independently.

Opzionalmente l’apparato viene calato nel pozzo, opzionalmente su una batteria di perforazione, con il pistone di espansione completamente inserito e opzionalmente con la valvola chiusa. Quando il pistone è completamente inserito, non vi è alcun volume libero disponibile all’interno della camera per ospitare qualsiasi fluido. Opzionalmente, la valvola viene aperta, consentendo al fluido di entrare nella camera del gruppo sensore fino a quando viene accumulato un volume di fluido opzionalmente predeterminato all’interno della camera. Opzionalmente la valvola viene chiusa dopo che è stato accumulato il volume di fluido all’interno della camera. Opzionalmente il pistone estratto in tutto o in parte. Optionally, the apparatus is lowered into the well, optionally on a drill string, with the expansion piston fully inserted and optionally with the valve closed. When the piston is fully inserted, there is no free volume available inside the chamber to accommodate any fluid. Optionally, the valve is opened, allowing the fluid to enter the chamber of the sensor unit until an optionally predetermined volume of fluid is accumulated inside the chamber. Optionally, the valve is closed after the volume of fluid inside the chamber has been accumulated. Optionally the piston extracted in whole or in part.

 

Opzionalmente l’ulteriore corsa del pistone determina l’aumento del volume all’interno della camera e quindi corrispondentemente la diminuzione della pressione del fluido. Opzionalmente, la pressione viene inizialmente ridotta a un valore al quale il campione di fluido va in ebollizione, prendendo in considerazione i parametri dell’ambiente di fondo foro: ad esempio la temperatura e la pressione. Optionally, the further stroke of the piston determines the increase in the volume inside the chamber and therefore correspondingly the decrease in the pressure of the fluid. Optionally, the pressure is initially reduced to a value at which the fluid sample boils, taking into account the parameters of the downhole environment: for example, temperature and pressure.

Opzionalmente quando il campione di fluido va in ebollizione, si verifica la vaporizzazione di almeno una porzione del campione di fluido, opzionalmente di almeno alcune parti costitutive del campione di fluido, e il campione di fluido viene quindi, almeno parzialmente, degasato quando la parte vaporizzata subisce il suo cambiamento di fase nella sua fase gassosa. Opzionalmente, dopo che la pressione è stata ridotta a sufficienza, la camera (e il campione di fluido) viene quindi mantenuta a un valore e a una temperatura costante per facilitare la degasazione. Opzionalmente, il gruppo di campionamento comprende almeno un dispositivo di riscaldamento atto a riscaldare la camera, e opzionalmente il campione di fluido e/o gas in essa contenuto. Opzionalmente il dispositivo di riscaldamento può essere utilizzato per mantenere un profilo di temperatura costante o facoltativamente per regolare il profilo di temperatura durante il processo di degasazione. Optionally when the fluid sample boils, the vaporization of at least a portion of the fluid sample occurs, optionally of at least some constituent parts of the fluid sample, and the fluid sample is then, at least partially, degassed when the vaporized part undergoes its phase change in its gaseous phase. Optionally, after the pressure has been reduced sufficiently, the chamber (and the fluid sample) is then held at a constant value and temperature to facilitate degassing. Optionally, the sampling assembly comprises at least one heating device adapted to heat the chamber, and optionally the sample of fluid and / or gas contained therein. Optionally the heater can be used to maintain a constant temperature profile or optionally to adjust the temperature profile during the degassing process.

Opzionalmente, la camera o ciascuna camera contiene un sensore, eventualmente adattato per rilevare la temperatura e/o la pressione all’interno della camera o di ciascuna camera, opzionalmente posizionato al di sopra del livello del campione di fluido all’interno della camera. Opzionalmente il sensore analizza almeno una parte del gas o della porzione gassosa che viene rilasciata dal fluido, ad esempio il sensore può misurare la temperatura e/o la pressione all’interno della camera al fine di determinare le caratteristiche del gas o della parte gassosa che viene rilasciata dal liquido. Optionally, the chamber or each chamber contains a sensor, possibly adapted to detect the temperature and / or pressure inside the chamber or each chamber, optionally positioned above the level of the fluid sample inside the chamber. Optionally, the sensor analyzes at least a part of the gas or gaseous portion that is released from the fluid, for example the sensor can measure the temperature and / or pressure inside the chamber in order to determine the characteristics of the gas or the gaseous portion that is released from the liquid.

Opzionalmente, il gruppo di campionamento comprende un condotto per ill fluido, opzionalmente configurato per consentire il trasferimento del gas estratto dal campione di fluido tra la camera e il gruppo di analisi o ciascun di essi. Opzionalmente il gruppo di analisi, o ciascuno di essi, comprende una camera, in cui la camera comprende apparecchiature di rilevamento per analizzare i componenti del gas. Optionally, the sampling assembly includes a duct for the fluid, optionally configured to allow the transfer of the gas extracted from the fluid sample between the chamber and the analysis assembly or each of them. Optionally, the analysis assembly, or each of them, comprises a chamber, in which the chamber comprises detection equipment for analyzing the components of the gas.

 

Opzionalmente almeno un sensore all’interno del gruppo di analisi è un gascromatografo (GC), opzionalmente un micro gascromatografo (μGC). Opzionalmente il sensore è un micro gascromatografo basato su MEMS (μGC), ad esempio sotto forma di un dispositivo “lab-on-a-chip”. I sensori basati sulla gascromatografia sono vantaggiosi in quanto sono altamente selettivi e possono rilevare diversi idrocarburi lineari e differenziarli tra loro. Almeno una parte del campione vaporizzato viene iniettata in un flusso di carrier gas, come azoto, argon o elio, all’interno di almeno una camera di analisi, che si muove attraverso una colonna (formando la “fase mobile”). Il campione è separato nei suoi componenti. L’analisi della fase gassosa da parte del sensore è un’analisi discontinua che fornisce analisi puntiformi della composizione dei fluidi di formazione (ad esempio idrocarburi leggeri) contenuti nel fango di perforazione in un dato momento. Inoltre, i sensori sono robusti e in grado di funzionare nelle condizioni estreme presenti a fondo pozzo. I sensori μGC basati su MEMS eseguono analisi rapide e sensibili di un campione con basso consumo del carrier gas. Optionally at least one sensor within the analysis group is a gas chromatograph (GC), optionally a micro gas chromatograph (μGC). The sensor is optionally a MEMS-based micro gas chromatograph (μGC), for example in the form of a “lab-on-a-chip” device. Gas chromatography based sensors are advantageous in that they are highly selective and can detect several linear hydrocarbons and differentiate them from each other. At least part of the vaporized sample is injected into a carrier gas flow, such as nitrogen, argon or helium, inside at least one analysis chamber, which moves through a column (forming the "mobile phase"). The sample is separated into its components. The gas phase analysis by the sensor is a discontinuous analysis that provides point-like analysis of the composition of the formation fluids (for example light hydrocarbons) contained in the drilling mud at a given time. In addition, the sensors are robust and capable of operating in the extreme conditions found at the downhole. MEMS-based μGC sensors perform fast and sensitive analysis of a sample with low carrier gas consumption.

Opzionalmente ulteriori sensori, ad esempio sensori ottici o simili, possono essere aggiunti al gruppo di analisi per rilevare altri gas, come il biossido di carbonio, o per fungere da sensori alternativi per la fase gassosa estratta dal campione di fluido. L’aggiunta di ulteriori sensori aumenta l’accuratezza dei dati forniti. Optionally further sensors, for example optical sensors or the like, can be added to the analysis group to detect other gases, such as carbon dioxide, or to act as alternative sensors for the gas phase extracted from the fluid sample. The addition of additional sensors increases the accuracy of the data provided.

Inoltre, in base al secondo aspetto dell’invenzione, viene descritto un metodo di campionamento e analisi del fluido che scorre all’interno di un pozzo di petrolio o gas, compreso il campionamento del fluido utilizzando un gruppo di campionamento disposto all’interno di un apparato di rilevamento a fondo pozzo, detto gruppo di campionamento comprende almeno una camera e almeno una valvola; e l’analisi del profilo chimico del fluido campionato usando un sensore disposto all’interno di detto apparato di rilevamento a fondo pozzo; il metodo include le seguenti fasi:-il campionamento di una porzione del fluido mediante apertura della valvola, consentendo così la comunicazione del fluido tra la posizione di campionamento e la camera; Furthermore, according to the second aspect of the invention, a method of sampling and analyzing the fluid flowing inside an oil or gas well is described, including sampling the fluid using a sampling assembly arranged inside a downhole detection apparatus, said sampling assembly comprises at least one chamber and at least one valve; and the analysis of the chemical profile of the sampled fluid using a sensor placed inside said downhole detection apparatus; the method includes the following steps: - sampling a portion of the fluid by opening the valve, thus allowing communication of the fluid between the sampling position and the chamber;

 

la chiusura della valvola per impedire un’ulteriore comunicazione del fluido tra la posizione di campionamento e la camera; closing the valve to prevent further communication of the fluid between the sampling position and the chamber;

la degasazione di detta porzione del fluido campionato all’interno della camera, creando così una fase gassosa e una fase liquida; e the degassing of said portion of the sampled fluid inside the chamber, thus creating a gas phase and a liquid phase; And

l’analisi di almeno una parte della fase gassosa. the analysis of at least part of the gas phase.

Opzionalmente, l’apparato comprende una superficie interna che definisce un foro adattato per il passaggio del fluido attraverso di esso e una superficie esterna. In genere, l’apparato comprende un alloggiamento avente una superficie interna che definisce un foro adattato per il passaggio del fluido attraverso di esso e una superficie esterna. Opzionalmente l’apparato è incorporato all’interno delle pareti di uno strumento, ad esempio un collare di perforazione, e opzionalmente lo strumento definisce le superfici interne ed esterne dell’apparato. Optionally, the apparatus includes an internal surface that defines a hole adapted for the passage of fluid through it and an external surface. Generally, the apparatus comprises a housing having an internal surface that defines a hole adapted for the passage of fluid through it and an external surface. Optionally, the apparatus is incorporated within the walls of an instrument, for example a drilling collar, and optionally the instrument defines the internal and external surfaces of the apparatus.

Opzionalmente il metodo include il campionamento di un fluido quale il fango proveniente dall’annulus del pozzo, la degasazione e l’analisi della parte gassosa del campione. Opzionalmente il metodo include la comunicazione dei dati di analisi verso la superficie. Optionally, the method includes the sampling of a fluid such as the mud coming from the annulus of the well, degassing and analysis of the gaseous part of the sample. Optionally the method includes the communication of the analysis data to the surface.

Opzionalmente il metodo include il campionamento di un fluido da una posizione di campionamento situata sulla superficie interna dell’alloggiamento dell’apparato, e il campionamento di un fluido da una posizione di campionamento situata sulla superficie esterna dell’alloggiamento dell’apparato, e il confronto dei profili chimici ottenuti mediante analisi dei rispettivi campioni. La comparazione dei campioni di fluido fornisce un’indicazione su ogni differenza presente nei costituenti chimici dei due campioni. Ad esempio, quando il fango di perforazione viene pompato a fondo pozzo attraverso il foro e riportato in superficie attraverso l’annulus, qualsiasi analita riciclato può essere identificato confrontando il profilo dei campioni di fango. Optionally the method includes sampling a fluid from a sampling location located on the inner surface of the apparatus housing, and sampling a fluid from a sampling location located on the outer surface of the apparatus housing, and comparing of the chemical profiles obtained by analyzing the respective samples. The comparison of the fluid samples provides an indication of any difference present in the chemical constituents of the two samples. For example, when the drilling mud is pumped down the well through the hole and brought back to the surface through the annulus, any recycled analyte can be identified by comparing the profile of the mud samples.

Opzionalmente l’apparato comprende diverse porzioni tubolari collegabili tra loro che possono formare moduli dell’apparato. Opzionalmente, il primo (primo e secondo sensore disposti sulle superfici interna ed esterna dell’alloggiamento del primo modulo) e il secondo (sistema di rilevazione comprendente una camera, una valvola e almeno un Optionally, the apparatus includes several tubular portions that can be connected to each other that can form modules of the apparatus. Optionally, the first (first and second sensors arranged on the internal and external surfaces of the housing of the first module) and the second (detection system comprising a chamber, a valve and at least one

 

sensore) aspetto dell’invenzione, come descritti sopra, possono essere disposti in un primo e un secondo modulo che possono essere montati su una batteria di fondo e lavorare congiuntamente. Opzionalmente i moduli possono essere usati separatamente. Opzionalmente, il primo aspetto dell’invenzione può essere impiegato indipendentemente dal secondo aspetto dell’invenzione. La disposizione modulare del primo e del secondo aspetto dell’invenzione consente una migliore accessibilità per la manutenzione o per la sostituzione dei componenti dell’apparato da parte di un operatore. sensor) aspect of the invention, as described above, can be arranged in a first and a second module that can be mounted on a bottom battery and work together. Optionally the modules can be used separately. Optionally, the first aspect of the invention can be used independently of the second aspect of the invention. The modular arrangement of the first and second aspects of the invention allows better accessibility for maintenance or for the replacement of the components of the apparatus by an operator.

I vari aspetti della presente invenzione possono essere impiegati da soli o in combinazione con uno o più degli altri aspetti, come sarà apprezzato dagli esperti nelle arti pertinenti. I vari aspetti dell’invenzione possono essere opzionalmente forniti in combinazione con una o più caratteristiche opzionali degli altri aspetti dell’invenzione. Inoltre, le caratteristiche opzionali descritte in relazione a un aspetto possono tipicamente essere combinate da sole o insieme ad altre caratteristiche in diversi aspetti dell’invenzione. Qualsiasi oggetto trattato in questa specifica può essere combinato con qualsiasi altro oggetto della specifica per formare una nuova combinazione. The various aspects of the present invention may be employed alone or in combination with one or more of the other aspects, as will be appreciated by those skilled in the relevant arts. The various aspects of the invention can optionally be provided in combination with one or more optional features of the other aspects of the invention. Furthermore, the optional features described in relation to one aspect can typically be combined alone or together with other features in different aspects of the invention. Any object covered in this specification can be combined with any other object in the specification to form a new combination.

Verranno ora descritti in dettaglio vari aspetti dell’invenzione con riferimento alle figure allegate. Ulteriori aspetti, caratteristiche e vantaggi della presente invenzione sono facilmente evidenti dall’intera descrizione ivi contenuta, comprese le figure, che illustrano diversi aspetti e implementazioni esemplificativi. L’invenzione è anche implementabile secondo altri e diversi esempi e aspetti, e i suoi numerosi dettagli possono essere modificati in vari aspetti, il tutto senza allontanarsi dall’ambito della presente invenzione. Di conseguenza, ciascun esempio nel presente documento dovrebbe essere inteso come capace di un’ampia applicazione, e avente lo scopo di illustrare un possibile modo di attuazione dell’invenzione, senza voler indicare che l’ambito di questa descrizione, incluse le rivendicazioni, sia limitato a quell’esempio. Inoltre, la terminologia e le frasi utilizzate nel presente documento sono utilizzate esclusivamente a fini descrittivi e non devono essere interpretate come limitative in relazione all’ambito applicativo della presente invenzione. Termini come “includendo”, “comprendente”, “avendo”, “contenente” o “coinvolgendo” e le loro varianti, sono da intendersi in senso ampio e comprendono l’oggetto elencato in seguito, gli equivalenti e l’oggetto aggiuntivo non descritto, e non intendono escludere altri Various aspects of the invention will now be described in detail with reference to the attached figures. Further aspects, features and advantages of the present invention are easily evident from the entire description contained therein, including the figures, which illustrate various aspects and exemplary implementations. The invention can also be implemented according to other and different examples and aspects, and its numerous details can be modified in various aspects, all without departing from the scope of the present invention. Consequently, each example herein should be understood as capable of broad application, and having the purpose of illustrating a possible embodiment of the invention, without wishing to indicate that the scope of this description, including the claims, is limited to that example. Furthermore, the terminology and phrases used in this document are used exclusively for descriptive purposes and should not be construed as limiting in relation to the scope of the present invention. Terms such as "including", "comprising", "having", "containing" or "involving" and their variants, are to be understood in a broad sense and include the object listed below, the equivalents and the additional object not described , and they do not intend to exclude others

 

additivi, componenti, numeri interi o passaggi. Allo stesso modo, il termine “comprendente” è considerato sinonimo dei termini “incluso” o “contenente” per le pertinenti finalità legali. Pertanto, nelle specifiche e nelle rivendicazioni, a meno che il contesto non richieda diversamente, la parola “comprendere” o le varianti di essa quali “comprende” o “comprendente” sarà intesa come implicante l’inclusione di un intero o del gruppo di interi dichiarati ma non l’esclusione di qualsiasi altro intero o gruppo di interi. additives, components, whole numbers or steps. Likewise, the term “comprising” is considered to be synonymous with the terms “including” or “containing” for the relevant legal purposes. Therefore, in the specifications and claims, unless the context requires otherwise, the word "comprise" or variants thereof such as "comprise" or "comprising" will be understood as implying the inclusion of an integer or group of integers declared but not the exclusion of any other integer or group of integers.

Qualsiasi discussione di documenti, atti, materiali, dispositivi, articoli e simili è inclusa nelle specifiche al solo scopo di fornire un contesto per la presente invenzione. Non è suggerito o dichiarato che alcuni o tutti questi oggetti facessero parte della base della tecnica nota precedente o che fossero qualificabili come conoscenza generale comune nel campo relativo alla presente invenzione. Any discussion of documents, records, materials, devices, articles and the like is included in the specifications for the sole purpose of providing context for the present invention. It is not suggested or stated that some or all of these objects formed part of the basis of the prior art or that they were qualifiable as common general knowledge in the field relating to the present invention.

In questa descrizione, ogni volta che una composizione, un elemento o un gruppo di elementi è preceduta dal termine “comprendente”, si intende come contemplata anche la stessa composizione, elemento o gruppo di elementi con frasi quali “consistenti essenzialmente di”, “consistente”, “selezionato dal gruppo di”, “composto da”, “compreso”, o “è” che precede la descrizione della composizione, elemento o gruppo di elementi e viceversa. In questa descrizione, le parole “tipicamente” o “opzionalmente” devono intendersi come indicative di caratteristiche opzionali o non essenziali dell’invenzione che sono presenti in alcuni esempi ma che possono essere omesse in altri esempi senza che ci si allontani dall’ambito di applicazione dell’invenzione. In this description, whenever a composition, element or group of elements is preceded by the term "comprising", the same composition, element or group of elements with phrases such as "essentially consisting of", "consisting of "," Selected from the group of "," composed of "," included ", or" is "preceding the description of the composition, element or group of elements and vice versa. In this description, the words "typically" or "optionally" must be understood as indicative of optional or non-essential features of the invention which are present in some examples but which can be omitted in other examples without departing from the scope of the invention.

Tutti i valori numerici presenti in questa descrizione sono intesi come modificati dal termine “circa”. Tutte le forme singolari di elementi, o di qualsiasi altro componente qui descritto, comprendono l’inclusione di forme plurali e viceversa. I riferimenti a descrizioni direzionali e posizionali come “superiore” e “inferiore” e le direzioni per esempio “su”, “giù”, ecc., devono essere interpretati da un soggetto esperto nel contesto degli esempi descritti per fare riferimento all’orientamento delle caratteristiche mostrate nei disegni e non devono essere interpretati come limitanti l'invenzione all'interpretazione letterale del termine, ma invece dovrebbe essere interpretati nel senso a essi attribuito da un soggetto esperto. In particolare, i riferimenti posizionali relativi al pozzo come “su” e termini simili All numerical values in this description are intended as modified by the term "about". All singular forms of elements, or any other component described here, include the inclusion of plural forms and vice versa. References to directional and positional descriptions such as "upper" and "lower" and directions for example "up", "down", etc., should be interpreted by an expert in the context of the examples described to refer to the orientation of the characteristics shown in the drawings and should not be interpreted as limiting the invention to the literal interpretation of the term, but should instead be interpreted in the sense attributed to them by an expert. In particular, the positional references relating to the well such as "su" and similar terms

 

saranno interpretati per riferirsi a una direzione verso il punto di ingresso del pozzo nel terreno o sul fondo marino, e “in basso” e termini simili saranno interpretati per riferirsi a una direzione distante dal punto di ingresso, se il pozzo cui ci si riferisce è un pozzo verticale convenzionale o un pozzo deviato. will be interpreted to refer to a direction towards the well's entry point into the ground or seabed, and "down" and similar terms will be interpreted to refer to a direction away from the entry point, if the well being referred to is a conventional vertical well or a diverted well.

DESCRIZIONE SINTETICA DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Nei disegni allegati: In the attached drawings:

la figura 1a mostra una vista prospettica di un esempio del primo modulo, in accordo con il primo aspetto della presente invenzione, situato all’interno di una batteria di perforazione esemplificativa; Figure 1a shows a perspective view of an example of the first module, in accordance with the first aspect of the present invention, located inside an exemplary drill string;

la figura 1b mostra una vista ravvicinata di una rientranza e di un punto di entrata del fluido di un primo modulo come mostrato nella figura 1a; Figure 1b shows a close-up view of a recess and a fluid entry point of a first module as shown in Figure 1a;

la figura 1c mostra una vista ravvicinata della rientranza di figura 1b, con un filtro posto sopra l’apertura della rientranza; Figure 1c shows a close-up view of the recess in Figure 1b, with a filter placed over the opening of the recess;

la figura 1d mostra una vista parziale in sezione del primo modulo di figura 1a con la rientranza di figura 1b, in cui è collocato il sensore, illustrato; Figure 1d shows a partial sectional view of the first module of Figure 1a with the recess of Figure 1b, in which the illustrated sensor is located;

la figura 2a mostra una vista in sezione trasversale del primo modulo di figura 1a che mostra la rientranza in cui si trova il primo sensore; figure 2a shows a cross-sectional view of the first module of figure 1a showing the recess in which the first sensor is located;

la figura 2b mostra una vista in pianta del primo modulo di figura 1a che mostra la rientranza in cui si trova il primo sensore; figure 2b shows a plan view of the first module of figure 1a showing the recess in which the first sensor is located;

la figura 3a mostra una vista in sezione trasversale del primo modulo di figura 1a che mostra il secondo sensore; figure 3a shows a cross-sectional view of the first module of figure 1a showing the second sensor;

la figura 3b mostra una vista in pianta del primo modulo di figura 1a che mostra il secondo sensore; figure 3b shows a plan view of the first module of figure 1a showing the second sensor;

la figura 4a mostra una vista prospettica di un esempio del secondo modulo in base al primo aspetto della presente invenzione, situato all’interno di una batteria di perforazione esemplificativa; Figure 4a shows a perspective view of an example of the second module based on the first aspect of the present invention, located inside an exemplary drill string;

la figura 4b mostra una vista esplosa delle parti componenti del secondo modulo della figura 4a, che consiste in un cilindro di espansione e due cilindri di analisi; Figure 4b shows an exploded view of the component parts of the second module of Figure 4a, which consists of an expansion cylinder and two analysis cylinders;

la figura 5 mostra una sezione trasversale del cilindro di espansione del secondo modulo della figura 4a; figure 5 shows a cross section of the expansion cylinder of the second module of figure 4a;

 

la figura 6 mostra una vista schematica semplificata del cilindro di espansione del secondo modulo della figura 4a; figure 6 shows a simplified schematic view of the expansion cylinder of the second module of figure 4a;

le figure 7a-7l mostrano delle viste in sezione trasversale del cilindro di espansione del secondo modulo della figura 4a, e le fasi di apertura della valvola nel percorso del fluido verso l’annulus, il campionamento del fango, la chiusura della valvola e la degasazione del campione di fango; Figures 7a-7l show cross-sectional views of the expansion cylinder of the second module of Figure 4a, and the steps of opening the valve in the fluid path to the annulus, sampling the sludge, closing the valve and degassing of the mud sample;

la figura 8a mostra la composizione iniziale del campione di fango quando è compresso dal pistone di espansione, prima della degasazione; Figure 8a shows the initial composition of the sludge sample when it is compressed by the expansion piston, prior to degassing;

la figura 8b mostra la composizione successiva del campione di fango quando il pistone di espansione viene retratto; Figure 8b shows the subsequent composition of the sludge sample when the expansion piston is retracted;

la figura 9a mostra una vista ravvicinata del condotto del gas in una configurazione chiusa; la figura 9b mostra una vista ravvicinata del condotto del gas in una configurazione aperta; la figura 10 mostra la via di trasferimento del gas dal cilindro di espansione al cilindro di analisi; Figure 9a shows a close-up view of the gas conduit in a closed configuration; Figure 9b shows a close-up view of the gas duct in an open configuration; Figure 10 shows the gas transfer path from the expansion cylinder to the analysis cylinder;

la figura 11 mostra una vista laterale di una sezione del secondo modulo, in particolare i componenti del cilindro di analisi; Figure 11 shows a side view of a section of the second module, in particular the components of the analysis cylinder;

le figure 12a-c mostrano l’inizializzazione del sistema di analisi durante la fase di ingresso; la figura 13 mostra una vista schematica del sistema di analisi, indicando in particolare il percorso che il gas assume durante la fase di ingresso; Figures 12a-c show the initialization of the analysis system during the entry phase; figure 13 shows a schematic view of the analysis system, indicating in particular the path that the gas takes during the inlet phase;

le figure 14 a-c mostrano il sistema di analisi durante la fase di compressione; figures 14 a-c show the analysis system during the compression phase;

la figura 15 mostra una vista schematica del sistema di analisi, indicando in particolare la porzione iniziale del percorso del gas durante la fase di compressione; figure 15 shows a schematic view of the analysis system, indicating in particular the initial portion of the gas path during the compression phase;

la figura 16 mostra un’ulteriore vista schematica della via percorsa dal gas durante la fase di compressione; Figure 16 shows a further schematic view of the path traveled by the gas during the compression phase;

le figure 17a-d mostrano viste schematiche della sequenza del micro gascromatografo che si riempie di gas da analizzare e l’iniezione del gas di trasporto per analisi; Figures 17a-d show schematic views of the sequence of the micro gas chromatograph that fills with the gas to be analyzed and the injection of the carrier gas for analysis;

la figura 18 mostra un esempio di una batteria di fondo comprendente sia il primo modulo della figura 1a sia il secondo modulo della figura 4a in base al primo e al secondo aspetto della presente invenzione; Figure 18 shows an example of a bottom battery comprising both the first module of Figure 1a and the second module of Figure 4a based on the first and second aspects of the present invention;

la figura 19a mostra lo strumento con un taglio in sezione trasversale indicato verso l’estremità superiore del secondo modulo; Figure 19a shows the tool with a cut in cross section indicated towards the upper end of the second module;

 

la figura 19b mostra una sezione trasversale del secondo modulo, che illustra il posizionamento dei cilindri di analisi e del cilindro di espansione attorno allo strumento; e la figura 20 mostra una sezione trasversale di un cilindro di analisi del secondo modulo della figura 4a; Figure 19b shows a cross section of the second module, illustrating the positioning of the analysis cylinders and the expansion cylinder around the instrument; and Figure 20 shows a cross section of an analysis cylinder of the second module of Figure 4a;

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DEGLI ESEMPI DELL’INVENZIONE DETAILED DESCRIPTION OF THE EXAMPLES OF THE INVENTION

In riferimento alle figure 1a-3b, viene mostrato un esempio di uno strumento di registrazione durante la perforazione (LWD, logging while drilling) a fondo pozzo 2 per l’uso in un pozzo di petrolio o gas in conformità con un primo aspetto della presente invenzione come incluso in una batteria di fondo 200 che comprende inoltre uno stabilizzatore 5, in questo esempio stabilizzatori con lame a spirale; un collare di perforazione 4; e un primo modulo 1. Lo strumento 2 ha un foro centrale 22 (meglio visibile nelle figure 2a-3b) adattato per il passaggio del fluido attraverso di esso. In particolare, il foro 22 è idoneo per il passaggio del fango di perforazione pompato dalla superficie alla punta dello scalpello (che si trova all’estremità più bassa o all’estremità anteriore della batteria di perforazione) e poi verso l’annulus 6 del pozzo, dove l’annulus 6 è lo spazio tra la superficie interna del pozzo e la superficie esterna della batteria di perforazione. Il primo modulo 1 comprende un alloggiamento 28 avente una superficie interna 29 che definisce il foro 22, e una superficie esterna 11 che definisce il diametro interno dell'annulus 6 nel pozzo. Il primo modulo 1 comprende almeno due sensori 15, 20, un primo sensore 20 posizionato all’interno di una cavità 25 formata nella superficie interna 29 dell’alloggiamento 28, e un secondo sensore 15 posizionato all’interno di una cavità 12 formata nella superficie esterna 11 dell’alloggiamento 28 come mostrato nella figura 3b. Referring to FIGS. 1a-3b, an example of a downhole logging while drilling (LWD) tool 2 is shown for use in an oil or gas well in accordance with a first aspect of this letter. invention as included in a bottom battery 200 which further comprises a stabilizer 5, in this example spiral blade stabilizers; a drilling collar 4; and a first module 1. The instrument 2 has a central hole 22 (better visible in Figures 2a-3b) adapted for the passage of fluid through it. In particular, the hole 22 is suitable for the passage of the drilling mud pumped from the surface to the tip of the bit (which is located at the lower end or at the front end of the drill string) and then towards the annulus 6 of the well. , where annulus 6 is the space between the internal surface of the well and the external surface of the drill string. The first module 1 comprises a housing 28 having an inner surface 29 which defines the hole 22, and an outer surface 11 which defines the inner diameter of the annulus 6 in the well. The first module 1 comprises at least two sensors 15, 20, a first sensor 20 positioned inside a cavity 25 formed in the internal surface 29 of the housing 28, and a second sensor 15 positioned inside a cavity 12 formed in the surface 11 of the housing 28 as shown in Figure 3b.

Il primo e il secondo sensore 20, 15, sono in comunicazione di fluido con il fango di perforazione mentre esso viene pompato rispettivamente da e verso la superficie. Una parte del fango di perforazione che scorre attraverso il foro 22 o l’annulus 6 viene deviato nelle rispettive cavità 25, 12 per l’analisi da parte dei rispettivi sensori 20, 15. The first and second sensors 20, 15 are in fluid communication with the drilling mud as it is pumped to and from the surface, respectively. A part of the drilling mud that flows through the hole 22 or the annulus 6 is diverted into the respective cavities 25, 12 for analysis by the respective sensors 20, 15.

Al fine di proteggere il secondo sensore esterno 15 da danni, ad esempio durante l’utilizzo dello strumento, oppure a causa di impatti tra lo strumento e il foro, il sensore 15 e la In order to protect the second external sensor 15 from damage, for example during the use of the instrument, or due to impacts between the instrument and the hole, the sensor 15 and the

 

cavità 12 sono protetti da un collare di protezione 8 che circonda almeno una porzione della superficie esterna 11 dell’alloggiamento 28. Per mantenere il percorso di comunicazione del fluido verso il sensore 15, il collare di protezione 8 ha una rientranza 10 lavorata al suo interno al fine di consentire l’ingresso del fluido nel sensore 15 attraverso il percorso di comunicazione del fluido 14. Il percorso di comunicazione del fluido 14 può facoltativamente essere costituito da un condotto del fluido 14 che si estende tra la cavità 12 e l’annulus 6 e/o la rientranza 10, e consente l’ingresso del fluido nella cavità 12. Opzionalmente, il condotto del fluido 14 consente la circolazione del fluido tra la cavità 12 e la rientranza 10 in modo che vi sia un rifornimento continuo di fango di perforazione per l’analisi da parte del sensore 15, fornendo un’analisi più accurata in tempo reale del contenuto del fango di perforazione mentre esso ritorna in superficie. cavities 12 are protected by a protective collar 8 which surrounds at least a portion of the outer surface 11 of the housing 28. To maintain the fluid communication path to the sensor 15, the protective collar 8 has a recess 10 machined into it in order to allow fluid to enter the sensor 15 through the fluid communication path 14. The fluid communication path 14 may optionally consist of a fluid conduit 14 extending between the cavity 12 and the annulus 6 and / or the recess 10, and allows fluid to enter the cavity 12. Optionally, the fluid conduit 14 allows fluid circulation between the cavity 12 and the recess 10 so that there is a continuous supply of drilling mud. for analysis by the sensor 15, providing a more accurate real-time analysis of the drilling mud content as it returns to the surface.

Come mostrato nella figura 1c, un filtro 18 può essere posizionato sopra l’apertura alla rientranza 10. In alternativa, e in base alla configurazione del primo modulo 1, il filtro può essere posizionato direttamente sopra l’apertura del condotto del fluido 14. Il filtro 18 può consistere, ad esempio, in una griglia metallica. Il filtro 18 agisce in modo da impedire che dei detriti entrino nella cavità 12 e potenzialmente danneggino il sensore 15. Il primo modulo 1 può analizzare la porzione fluida del fango di perforazione e rilevare, ad esempio, anidride carbonica o acido solfidrico disciolti nel fango. As shown in Figure 1c, a filter 18 can be placed over the opening at the recess 10. Alternatively, and depending on the configuration of the first module 1, the filter can be positioned directly over the opening of the fluid conduit 14. The filter 18 can consist, for example, of a metal grid. The filter 18 acts to prevent debris from entering the cavity 12 and potentially damaging the sensor 15. The first module 1 can analyze the fluid portion of the drilling mud and detect, for example, carbon dioxide or hydrogen sulphide dissolved in the mud.

In virtù del posizionamento del primo sensore 20 e del secondo sensore 15, i dati dal primo sensore 20 possono essere confrontati con i dati dal secondo sensore 15 e usati per calibrare il secondo sensore 15. Il primo sensore 20 campiona e analizza il fango mentre viene pompato dalla superficie, prima che entri in contatto con la formazione. Ciò fornisce una base di riferimento rispetto alla quale possono essere confrontati i dati prodotti dal secondo sensore 15. Il secondo sensore 15 campiona e analizza il fango dopo che esso è entrato in contatto con la formazione, e pertanto il fango campionato dal secondo sensore 15 può contenere analiti di interesse per gli operatori. La misurazione di base del fango “pulito” effettuata dal primo sensore 20 (contenente, ad esempio, idrocarburi riciclati, anidride carbonica) può essere rimossa dal set di dati prodotto dal secondo sensore 15, lasciando solo gli analiti raccolti dal fango dalla formazione (ad esempio idrocarburi, anidride carbonica, acido solfidrico, acqua). By virtue of the positioning of the first sensor 20 and the second sensor 15, the data from the first sensor 20 can be compared with the data from the second sensor 15 and used to calibrate the second sensor 15. The first sensor 20 samples and analyzes the sludge as it is being pumped from the surface, before it comes into contact with the formation. This provides a baseline against which the data produced by the second sensor 15 can be compared. The second sensor 15 samples and analyzes the sludge after it has come into contact with the formation, and therefore the sludge sampled by the second sensor 15 can contain analytes of interest to operators. The basic measurement of "clean" sludge made by the first sensor 20 (containing, for example, recycled hydrocarbons, carbon dioxide) can be removed from the data set produced by the second sensor 15, leaving only the analytes collected from the sludge by the formation (for example e.g. hydrocarbons, carbon dioxide, hydrogen sulphide, water).

 

Il primo modulo è adattato per campionare, analizzare ed espellere continuamente il fluido dalle cavità 12, 25. Opzionalmente i sensori 15, 20, e quindi il primo modulo 1, analizzano il fango tal quale e forniscono un flusso continuo di dati relativi alla composizione del fango presente alla profondità in cui si trova lo strumento. The first module is adapted to sample, analyze and continuously expel the fluid from the cavities 12, 25. Optionally the sensors 15, 20, and therefore the first module 1, analyze the sludge as it is and provide a continuous flow of data relating to the composition of the mud present at the depth where the instrument is located.

Il primo sensore 20 e il secondo sensore 15 possono essere sensori polimerici con impronta molecolare (MIP, molecularly imprinted polymer). I sensori MIP sono dei polimeri reticolati ingegnerizzati che possono mostrare elevata affinità e selettività verso un particolare analita di interesse, per esempio un singolo composto, o una “selettività di classe” per una famiglia di composti correlati. Il sensore agisce come un recettore chimico naturale per l’analita. Il sensore MIP è in grado di associare gli analiti anche quando gli analiti sono presenti in matrici complesse. I sensori MIP offrono il vantaggio di essere in grado di analizzare con precisione componenti specifici di un fluido complesso, quali i fanghi di perforazione, poiché presentano bassi limiti di rilevamento e alta selettività. Pertanto, diversi sensori MIP, destinati a una moltitudine di analiti differenti, possono essere collocati nel primo e nel secondo sensore, ad esempio sotto forma di un array eterogeneo di sensori. Inoltre, l’analisi del fluido da parte di un sensore MIP non è influenzata dalla presenza di elementi solidi quali detriti o frammenti. The first sensor 20 and the second sensor 15 may be molecularly imprinted polymer (MIP) sensors. MIP sensors are engineered crosslinked polymers that can show high affinity and selectivity towards a particular analyte of interest, for example a single compound, or a “class selectivity” for a family of related compounds. The sensor acts as a natural chemical receptor for the analyte. The MIP sensor is able to bind analytes even when the analytes are present in complex matrices. MIP sensors offer the advantage of being able to accurately analyze specific components of a complex fluid, such as drilling muds, as they have low detection limits and high selectivity. Therefore, several MIP sensors, intended for a multitude of different analytes, can be placed in the first and second sensors, for example in the form of a heterogeneous array of sensors. Furthermore, the analysis of the fluid by a MIP sensor is not affected by the presence of solid elements such as debris or fragments.

Possono essere impiegati dei sensori MIP per fissarsi, ad esempio, ad anidride carbonica o acido solfidrico. L’analita si lega al sensore e forma dei collegamenti incrociati con il modello polimerico, che si trova su un substrato conduttivo. La variazione delle proprietà chimico-fisiche del sensore viene misurata e si riferisce alla quantità dell’analita connesso che viene catturata dal sensore. Il rilevamento precoce di queste sostanze riveste un’importanza particolare in quanto consente interventi volti a mitigare il danno o il rilascio di componenti pericolosi nel fango di perforazione. MIP sensors can be used to attach themselves to, for example, carbon dioxide or hydrogen sulphide. The analyte binds to the sensor and forms cross-links with the polymer model, which is located on a conductive substrate. The change in the chemical-physical properties of the sensor is measured and refers to the quantity of the connected analyte that is captured by the sensor. The early detection of these substances is of particular importance as it allows interventions aimed at mitigating the damage or the release of dangerous components in the drilling mud.

In alternativa il primo sensore 20 e il secondo sensore 15 possono essere sensori a riflettanza totale attenuata (ATR, attenuated total reflectance). I sensori ATR possono anche essere utilizzati in aggiunta ai sensori MIP e posizionati in modo simile, con un sensore ATR posto nella superficie interna 29 dell’alloggiamento 28 del primo modulo 1, rivolto verso il foro 22, e l’altro sensore ATR posto nella superficie esterna 11 Alternatively, the first sensor 20 and the second sensor 15 can be attenuated total reflectance (ATR) sensors. The ATR sensors can also be used in addition to the MIP sensors and similarly positioned, with one ATR sensor placed in the inner surface 29 of the housing 28 of the first module 1, facing the hole 22, and the other ATR sensor placed in the external surface 11

 

dell’alloggiamento 28, rivolto verso l’annulus 6. Il sensore ATR presenta una selettività inferiore rispetto al sensore MIP e fornisce un’indicazione più generale delle famiglie dei composti chimici presenti nel fango. of housing 28, facing the annulus 6. The ATR sensor has a lower selectivity than the MIP sensor and provides a more general indication of the families of chemical compounds present in the mud.

All’interno di un sensore ATR, viene posizionato un cristallo a base di germanio, silicio o seleniuro di zinco per formare uno strato lungo la base del sensore. Il campione da analizzare, in questo caso il fango di perforazione mentre esso scorre lungo il sensore, forma uno strato sopra il cristallo. Un raggio infrarosso viene diretto attraverso il cristallo e viene riflesso da uno strato limite virtuale all’interno del campione, che ha una densità ottica inferiore rispetto al cristallo. L’onda deve riflettersi almeno una volta fuori da tale interfaccia virtuale, formando così un’onda evanescente che si estende parzialmente all’interno del campione. Gli analiti nel campione assorbono la luce a lunghezze d’onda caratteristiche e l’assorbanza è correlata alla concentrazione dell’analita presente all’interno del campione. I dati dei sensori producono picchi di assorbanza che possono essere rappresentati graficamente e forniscono un’indicazione delle sostanze chimiche presenti nel fango di perforazione. I sensori ATR possono essere sensibili alla presenza di particelle, ed è quindi particolarmente utile coprire la cavità 12 (e facoltativamente anche la cavità 25) quando vengono utilizzati dei sensori ATR. Inside an ATR sensor, a germanium, silicon or zinc selenide-based crystal is placed to form a layer along the base of the sensor. The sample to be analyzed, in this case the drilling mud as it flows along the sensor, forms a layer over the crystal. An infrared ray is directed through the crystal and is reflected by a virtual boundary layer inside the sample, which has a lower optical density than the crystal. The wave must be reflected at least once outside this virtual interface, thus forming an evanescent wave that partially extends inside the sample. The analytes in the sample absorb light at characteristic wavelengths and the absorbance is related to the concentration of the analyte present within the sample. The sensor data produce absorbance peaks that can be represented graphically and provide an indication of the chemicals present in the drilling mud. ATR sensors can be sensitive to the presence of particles, and it is therefore particularly useful to cover cavity 12 (and optionally also cavity 25) when ATR sensors are used.

Opzionalmente, il primo sensore 20 e il secondo sensore 25 possono essere sensori 2D della famiglia che comprende nanotubi di carbonio, grafene e solfuro di molibdeno. Opzionalmente i sensori 15, 20, possono essere o includere lingue chimiche o elettroniche, o qualsiasi altro sensore idoneo che possa essere adattato per rilevare gli analiti di interesse, essendo al contempo resistente alle condizioni estreme presenti nell’ambiente di fondo pozzo. I sensori 15, 20, dovrebbero consentire un’analisi accurata e continua dei costituenti del fango di perforazione, preferibilmente anche a concentrazioni molto basse in cui le sostanze chimiche sono state fortemente diluite all’interno del fango. Optionally, the first sensor 20 and the second sensor 25 can be 2D sensors of the family that includes carbon nanotubes, graphene and molybdenum sulphide. Optionally, the sensors 15, 20, can be or include chemical or electronic languages, or any other suitable sensor that can be adapted to detect the analytes of interest, while being resistant to the extreme conditions present in the downhole environment. The sensors 15, 20, should allow an accurate and continuous analysis of the constituents of the drilling mud, preferably even at very low concentrations in which the chemicals have been strongly diluted within the mud.

Preferibilmente non sono presenti componenti meccanici o mobili installati come parte del primo modulo 1 e/o dei sensori 15, 20, il che riduce la probabilità di guasto dei sensori 15, 20. Ad esempio, non è necessario installare una pompa per far circolare il fluido attorno a detti sensori, poiché le pompe di fango superficiali garantiscono un flusso continuo di Preferably there are no mechanical or moving components installed as part of the first module 1 and / or the sensors 15, 20, which reduces the likelihood of failure of the sensors 15, 20. For example, it is not necessary to install a pump to circulate the fluid around said sensors, since the surface mud pumps guarantee a continuous flow of

 

fango all’interno del circuito del fango attraverso e intorno alla batteria di perforazione. Data l’assenza di componenti meccanici, i sensori 15,20, presentano una migliore resistenza alle alte temperature e agli urti. mud within the mud circuit through and around the drill string. Given the absence of mechanical components, the 15.20 sensors have better resistance to high temperatures and shocks.

I dati emessi dai sensori vengono trasmessi verso la superficie per fornire agli operatori ivi presenti informazioni sulla formazione. I dati possono essere trasmessi utilizzando metodi di telemetria noti, ad esempio in modalità wireless. The data emitted by the sensors is transmitted to the surface to provide the operators present there with training information. Data can be transmitted using known telemetry methods, such as wirelessly.

Facendo ora riferimento alle figure 4a-6, viene mostrato un esempio di uno strumento per la registrazione durante la perforazione 2 (LWD) per l’uso in un pozzo di petrolio o gas in base a un secondo aspetto della presente invenzione, comprendente un secondo modulo 100. Il secondo modulo 100 comprende un cilindro di espansione 110, un primo cilindro di analisi 120 e un secondo cilindro di analisi 130. I cilindri 110, 120, 130 sono disposti all’interno della parete dello strumento 2 in una disposizione ad anello attorno al foro 122 dello strumento 2, come si può vedere meglio nella figura 19b. Opzionalmente i cilindri 110, 120, 130 sono incorporati, a titolo esemplificativo, nelle pareti di un collare di perforazione. Referring now to Figures 4a-6, there is shown an example of an instrument for recording during drilling 2 (LWD) for use in an oil or gas well according to a second aspect of the present invention, comprising a second module 100. The second module 100 comprises an expansion cylinder 110, a first analysis cylinder 120 and a second analysis cylinder 130. The cylinders 110, 120, 130 are arranged inside the wall of the instrument 2 in a ring arrangement around the hole 122 of the tool 2, as can be better seen in Figure 19b. Optionally, the cylinders 110, 120, 130 are incorporated, by way of example, into the walls of a drilling collar.

La camera di campionamento 141 comprende un percorso di comunicazione del fluido 148 tra l’annulus 106 e la camera 141. Il percorso di comunicazione del fluido 148 comprende un condotto 148 che si estende tra la superficie più esterna del modulo 100, con un’apertura verso l’annulus 106, e il condotto 148 ha almeno una valvola controllabile 142 che è adattata per essere aperta e chiusa al fine di consentire e impedire il flusso del fluido nella, o dalla, camera 141 come richiesto. Può inoltre essere collocato un filtro sopra l’ingresso del condotto 148 o vicino ad esso, per limitare l’ingresso di detriti nella camera 141. The sampling chamber 141 includes a fluid communication path 148 between the annulus 106 and chamber 141. The fluid communication path 148 includes a conduit 148 extending between the outermost surface of the module 100, with an opening towards annulus 106, and conduit 148 has at least one controllable valve 142 which is adapted to be opened and closed in order to allow and prevent the flow of fluid into or from chamber 141 as required. A filter can also be placed above the inlet of duct 148 or close to it, to limit the entry of debris into chamber 141.

Il condotto 148 in alternativa può essere posizionato per campionare il fluido proveniente dal foro 122. Inoltre, in alternativa, può essere fornito un condotto addizionale (non mostrato) con una valvola separata (non mostrata) per prelevare il fluido dal foro 122, in aggiunta al condotto 148. Facoltativamente, può essere presente più di un gruppo di sensori all’interno del secondo modulo 100, e un primo gruppo di sensori può essere configurato per effettuare il campionamento dal foro 122 mentre un secondo gruppo di The conduit 148 can alternatively be positioned to sample fluid from port 122. Also, alternatively, an additional conduit (not shown) with a separate valve (not shown) can be provided to draw fluid from port 122, in addition to conduit 148. Optionally, more than one group of sensors can be present inside the second module 100, and a first group of sensors can be configured to sample from hole 122 while a second group of sensors

 

sensori può essere configurato per effettuare il campionamento dall’annulus 106. Analogamente al primo modulo 1, questa disposizione può fornire un mezzo per calibrare il secondo gruppo di sensori confrontando le misurazioni di base del primo gruppo di sensori con i dati prodotti dal secondo gruppo di sensori e isolando così gli analiti prelevati dal fango dalla formazione. sensors can be configured to sample from annulus 106. Similarly to the first module 1, this arrangement can provide a means to calibrate the second group of sensors by comparing the basic measurements of the first group of sensors with the data produced by the second group of sensors. sensors and thus isolating the analytes taken from the mud from the formation.

In uso, e facendo riferimento all’esempio schematico di figura 6, il secondo modulo 100 viene utilizzato su una batteria di fondo 200 inclusa in una una batteria di perforazione, con il pistone 143 completamente accostato in modo che non vi sia alcun volume libero disponibile per il fluido all’interno della camera 141, e la valvola 142 chiusa per impedire l’ingresso del fluido. Quando devono iniziare il campionamento e l’analisi, la valvola 142 viene aperta e il pistone 143 viene parzialmente estratto. Ciò crea un volume all’interno della camera 141 in cui il fluido può entrare dall’annulus 106. Il pistone 143 può essere estratto per creare un volume predeterminato da riempire con il fango di perforazione. Una volta che il volume desiderato di fango di perforazione 144 è entrato nella camera 141, la valvola 142 viene chiusa. In use, and referring to the schematic example of figure 6, the second module 100 is used on a bottom battery 200 included in a drill string, with the piston 143 completely approached so that there is no free volume available. for fluid inside chamber 141, and valve 142 closed to prevent fluid from entering. When sampling and analysis must begin, valve 142 is opened and piston 143 is partially extracted. This creates a volume inside the chamber 141 into which the fluid can enter from the annulus 106. The piston 143 can be extracted to create a predetermined volume to be filled with the drilling mud. Once the desired volume of drilling mud 144 has entered the chamber 141, the valve 142 is closed.

Il pistone 143 viene quindi ulteriormente estratto, opzionalmente viene completamente estratto. Il movimento del pistone 143 aumenta il volume libero all’interno della camera 141, ed essendo la valvola 142 chiusa, diminuendo corrispondentemente la pressione del fluido. Opzionalmente, la pressione del fluido viene inizialmente ridotta a un valore al quale il campione di fluido 144 va in ebollizione, tenendo conto dei parametri di temperatura e pressione presenti all’interno dell’ambiente di fondo pozzo. The piston 143 is then further extracted, optionally it is completely extracted. The movement of the piston 143 increases the free volume inside the chamber 141, and since the valve 142 is closed, correspondingly decreasing the pressure of the fluid. Optionally, the fluid pressure is initially reduced to a value at which the fluid sample 144 boils, taking into account the temperature and pressure parameters present within the downhole environment.

Dopo che la pressione è stata ridotta a sufficienza, la camera (e il campione di fluido) viene quindi mantenuta a un valore di pressione e di temperatura costante per facilitare la degasazione. Quando il campione di fluido 144 bolle, si verifica la vaporizzazione di almeno alcune parti costitutive del campione di fluido 144 e il campione di fluido 144 viene quindi almeno parzialmente degasato quando le parti costituenti evaporate subiscono un cambiamento di stato nella loro fase gassosa. Opzionalmente, il cilindro di espansione 110 include almeno un dispositivo di riscaldamento 147 atto a riscaldare la camera 141, e opzionalmente il campione di fluido 144 e/o il gas 146 in essa contenuti. Il dispositivo di After the pressure has been reduced sufficiently, the chamber (and the fluid sample) is then maintained at a constant pressure and temperature to facilitate degassing. When the fluid sample 144 boils, vaporization of at least some constituent parts of the fluid sample 144 occurs and the fluid sample 144 is then at least partially degassed as the evaporated constituent parts undergo a change of state in their gas phase. Optionally, the expansion cylinder 110 includes at least one heating device 147 adapted to heat the chamber 141, and optionally the fluid sample 144 and / or the gas 146 contained therein. The device of

 

riscaldamento 147 può essere utilizzato per mantenere un profilo di temperatura costante o facoltativamente per regolare il profilo di temperatura durante il processo di degasazione. heating 147 can be used to maintain a constant temperature profile or optionally to adjust the temperature profile during the degassing process.

Il processo di espansione è particolarmente vantaggioso in quanto, durante la perforazione, potrebbe essere rilasciata nel fango una concentrazione minima (da decine a migliaia di ppm) dei fluidi di formazione. La caratterizzazione in tempo reale dei fluidi di formazione presenti nel fango a livello della batteria di fondo è problematica, tuttavia, mediante espansione (preferibilmente espansione isotermica) dei campioni di fango, gli analiti di interesse vengono effettivamente separati dal fango e caratterizzati più facilmente. The expansion process is particularly advantageous as, during drilling, a minimum concentration (from tens to thousands of ppm) of the formation fluids could be released into the mud. The real-time characterization of the formation fluids present in the sludge at the bottom battery level is problematic, however, by expansion (preferably isothermal expansion) of the sludge samples, the analytes of interest are effectively separated from the sludge and characterized more easily.

La camera 141 può essere collegata a un condotto per il gas 150 che è predisposto per trasferire il campione di gas 146 ad almeno un cilindro di analisi. I cilindri di analisi possono comprendere ciascuno un’apparecchiatura di rilevamento atta ad analizzare i componenti del campione di gas 146, opzionalmente diverse apparecchiature di rilevamento in ogni cilindro di analisi per misurare sostanze diverse, o opzionalmente la stessa apparecchiatura di rilevamento in ciascun cilindro di analisi per consentire il confronto delle misurazioni del campione gas. The chamber 141 can be connected to a gas conduit 150 which is arranged to transfer the gas sample 146 to at least one analysis cylinder. The analysis cylinders may each comprise a detection apparatus adapted to analyze the components of the gas sample 146, optionally different detection equipment in each analysis cylinder to measure different substances, or optionally the same detection apparatus in each analysis cylinder. to allow comparison of gas sample measurements.

Opzionalmente uno o più dei sensori è un gascromatografo (GC), opzionalmente un micro gascromatografo (μGC). Opzionalmente almeno un sensore all’interno del secondo modulo 100 è un micro gascromatografo basato su MEMS (μGC), ad esempio sotto forma di un dispositivo “lab-on-a-chip”. I sensori basati sulla gascromatografia sono vantaggiosi in quanto sono altamente selettivi e possono rilevare diversi idrocarburi lineari e differenziarli tra loro. Almeno una parte del campione vaporizzato 146 viene iniettata in un flusso di gas di trasporto, come azoto, argon o elio, all’interno di almeno uno dei cilindri di analisi 120, 130 che si muove attraverso una colonna (formando la “fase mobile”). La colonna contiene anche una fase stazionaria sotto forma di strato liquido o solido, in cui il composto e/o il liquido che forma lo strato può essere selezionato in base all’analita da rilevare. Il campione 146 è separato nei suoi componenti. L’analisi della fase gassosa da parte del sensore è un’analisi discontinua e puntiforme, che fornisce istantanee della composizione dei fluidi di formazione (ad esempio idrocarburi leggeri) contenuti nel fango di perforazione in un dato momento. Inoltre, i sensori sono robusti e in grado di funzionare Optionally one or more of the sensors is a gas chromatograph (GC), optionally a micro gas chromatograph (μGC). Optionally, at least one sensor inside the second module 100 is a MEMS-based micro gas chromatograph (μGC), for example in the form of a "lab-on-a-chip" device. Gas chromatography based sensors are advantageous in that they are highly selective and can detect several linear hydrocarbons and differentiate them from each other. At least part of the vaporized sample 146 is injected into a carrier gas stream, such as nitrogen, argon or helium, inside at least one of the analysis cylinders 120, 130 which moves through a column (forming the "mobile phase" ). The column also contains a stationary phase in the form of a liquid or solid layer, in which the compound and / or liquid that forms the layer can be selected based on the analyte to be detected. Sample 146 is separated into its components. The analysis of the gas phase by the sensor is a discontinuous and point-like analysis, which provides snapshots of the composition of the formation fluids (for example light hydrocarbons) contained in the drilling mud at a given time. In addition, the sensors are robust and able to function

 

nelle condizioni estreme presenti a fondo pozzo. I sensori μGC basati su MEMS eseguono analisi rapide e sensibili di un campione con basso consumo del gas di trasporto. in the extreme conditions present at the bottom of the well. MEMS-based μGC sensors perform fast and sensitive analysis of a sample with low carrier gas consumption.

Opzionalmente ulteriori sensori, ad esempio sensori ottici o simili, possono essere posizionati all’interno di una o più parti del gruppo di sensori per rilevare altri gas, come il biossido di carbonio, o per fungere da sensori alternativi per il campione di gas 146 estratto dal fluido 144. L’aggiunta di ulteriori sensori migliora la precisione dei dati forniti. Optionally further sensors, for example optical sensors or the like, can be positioned within one or more parts of the sensor group to detect other gases, such as carbon dioxide, or to act as alternative sensors for the extracted gas sample 146 from the 144 fluid. The addition of additional sensors improves the accuracy of the data provided.

Il cilindro di espansione 110 comprende inoltre un sistema a cilindro 152 attraverso il quale si muove il corpo del pistone 143 mentre viene inserito o estratto. The expansion cylinder 110 further includes a cylinder system 152 through which the piston body 143 moves as it is inserted or withdrawn.

In un esempio più dettagliato come mostrato nelle figure 7a-7l, il cilindro di espansione 110 comprende una camera di campionamento 141. La camera di campionamento 141 comprende una valvola del fango 142a, controllata da un sistema a pistone che comprende un primo pistone 149a e un secondo pistone 149b. Il secondo pistone 149b comprende un foro centrale, nel quale il primo pistone 149a si ritrae quando il primo pistone 149a viene estratto. Il primo pistone 149a e il secondo pistone 149b sono spostati verso una configurazione chiusa della valvola del fango 142a mediante due dispositivi elastici, in questo esempio le molle interne ed esterne 140a, 140b. La molla esterna 140a è posizionata attorno alla circonferenza esterna del secondo pistone 149b e la molla interna 140b è posizionata entro la circonferenza interna che definisce il foro centrale del secondo pistone 149b. La molla esterna 140a agisce sul secondo pistone 149b e la molla interna 140b agisce sul primo pistone 149a. In a more detailed example as shown in Figures 7a-7l, the expansion cylinder 110 comprises a sampling chamber 141. The sampling chamber 141 comprises a mud valve 142a, controlled by a piston system which includes a first piston 149a and a second piston 149b. The second piston 149b comprises a central hole, into which the first piston 149a retracts when the first piston 149a is withdrawn. The first piston 149a and the second piston 149b are moved towards a closed configuration of the mud valve 142a by two elastic devices, in this example the internal and external springs 140a, 140b. The outer spring 140a is positioned around the outer circumference of the second piston 149b and the inner spring 140b is positioned within the inner circumference defining the central hole of the second piston 149b. The outer spring 140a acts on the second piston 149b and the inner spring 140b acts on the first piston 149a.

La camera di campionamento 141 comprende inoltre una valvola per il gas 142b la quale è controllata dall’interazione del primo pistone 149a con un pistone di espansione 143. Il primo pistone 149a comprende, alla sua estremità opposta alla valvola del fango 142a, una sporgenza adattata a fare tenuta all’interno di un foro 150 del pistone di espansione 143. La corsa del primo pistone 149a nel foro 150 del pistone di espansione 143 è limitata da una sporgenza circolare 149as sul primo pistone 149a. Quando il primo pistone 149a e il pistone di espansione 143 fanno tenuta, nessun gas può entrare nel foro 150. Quando il The sampling chamber 141 further comprises a gas valve 142b which is controlled by the interaction of the first piston 149a with an expansion piston 143. The first piston 149a comprises, at its end opposite the sludge valve 142a, an adapted projection to seal inside a hole 150 of the expansion piston 143. The stroke of the first piston 149a in the hole 150 of the expansion piston 143 is limited by a circular projection 149as on the first piston 149a. When the first piston 149a and the expansion piston 143 seal, no gas can enter the bore 150. When the

 

primo pistone 149a e il pistone di espansione 143 si separano, il gas può entrare nel foro 150, che funge quindi da condotto del gas 150. first piston 149a and the expansion piston 143 separate, the gas can enter the hole 150, which then acts as the gas conduit 150.

La valvola del fango 142a è costituita da una estremità rastremata del secondo pistone 149b che forma una tenuta salda con un’apertura corrispondentemente rastremata all’interno della camera di campionamento 141. Il fango scorre dall’annulus attraverso il percorso per il fluido 148 nella camera di campionamento 141 quando la valvola del fango 142a viene aperta. The mud valve 142a consists of a tapered end of the second piston 149b which forms a tight seal with a correspondingly tapered opening within the sampling chamber 141. The mud flows from the annulus through the fluid path 148 into the chamber sampling valve 141 when the sludge valve 142a is opened.

Il movimento del pistone di espansione 143 è azionato da un sistema di attuazione lineare 143 (figura 5), in cui il sistema di attuazione è azionato da un cambio accoppiato 154 e da un motore elettrico 153. Opzionalmente è presente un accoppiamento magnetico 155 tra il cambio 154 e il motore elettrico 153. The movement of the expansion piston 143 is driven by a linear actuation system 143 (figure 5), in which the actuation system is driven by a coupled gearbox 154 and by an electric motor 153. Optionally there is a magnetic coupling 155 between the gearbox 154 and electric motor 153.

Il cilindro di espansione 110 comprende inoltre un modulo elettronico 156, un modulo batteria 157 e un accumulatore 151 (visibile meglio in figura 5) che agiscono congiuntamente per alimentare e controllare il movimento del pistone di espansione 143. Ad esempio, il modulo elettronico 156 può essere anticipatamente programmato per rilevare i segnali inviati dalla superficie e rispondere ad essi, controllando il secondo modulo 100 al fine di prelevare un nuovo campione di fango dall’annulus 106, su cui il modulo elettronico 156 aziona il pistone di espansione 143 per aprire la valvola del fango 142a. L’accumulatore 151 si trova a una pressione uguale a quella di fondo pozzo, la quale mantiene il corpo del pistone di espansione 143 in uno stato di trazione, riducendo la probabilità di danneggiamento del pistone 143 durante l’inserimento (fase di eiezione/compressione). The expansion cylinder 110 further comprises an electronic module 156, a battery module 157 and an accumulator 151 (better visible in Figure 5) which act jointly to power and control the movement of the expansion piston 143. For example, the electronic module 156 can be programmed in advance to detect the signals sent from the surface and respond to them, controlling the second module 100 in order to take a new sample of mud from the annulus 106, on which the electronic module 156 operates the expansion piston 143 to open the valve of mud 142a. The accumulator 151 is at a pressure equal to the downhole pressure, which keeps the body of the expansion piston 143 in a state of tension, reducing the probability of damage to the piston 143 during insertion (ejection / compression phase ).

La figura 7a mostra il primo passo nella procedura di campionamento. La pressione all’interno della camera di campionamento 141 è relativamente bassa, pari a circa 3-4 bar (300-400 kPa), di solito circa 3,7 bar (370 kPa), e tale pressione dipende dalla temperatura dell’ambiente del fondo del foro; ad esempio, se il fango campionato contenente gli analiti di interesse è a una temperatura di 60-70°C, la pressione finale sarà di circa 0,2-0,3 bar (20-30 kPa). In questo esempio, opzionalmente, la temperatura della Figure 7a shows the first step in the sampling procedure. The pressure inside the sampling chamber 141 is relatively low, equal to about 3-4 bar (300-400 kPa), usually about 3.7 bar (370 kPa), and this pressure depends on the ambient temperature of the bottom of the hole; for example, if the sampled sludge containing the analytes of interest is at a temperature of 60-70 ° C, the final pressure will be approximately 0.2-0.3 bar (20-30 kPa). In this example, optionally, the temperature of the

 

camera di campionamento 141 viene assunta come costante a 140°C, sebbene la temperatura sia regolabile in base alle condizioni presenti a fondo pozzo. La valvola del fango 142a è in una configurazione chiusa, mentre la valvola del gas 142b è in una configurazione aperta, e il condotto del gas 150 è anch’esso aperto e completamente allineato. Il primo pistone 149a e il secondo pistone 149b non sono in movimento. Il pistone di espansione 143 inizia a essere inserito nella camera di campionamento 141. sampling chamber 141 is assumed to be constant at 140 ° C, although the temperature is adjustable according to the conditions present at the bottom of the well. The mud valve 142a is in a closed configuration, while the gas valve 142b is in an open configuration, and the gas conduit 150 is also open and fully aligned. The first piston 149a and the second piston 149b are not moving. The expansion piston 143 begins to be inserted into the sampling chamber 141.

Nella figura 7b, il pistone di espansione 143 è spostato e si inserisce nell’estremità del primo pistone 149a. La valvola del gas 142b è quindi in una configurazione chiusa e il condotto del gas 150 è interrotto. Inoltre, il movimento del pistone di espansione 143 ha spostato il condotto del gas 150 fuori dall’allineamento, come mostrato nella parte destra della figura 7b. La valvola del fango 142a rimane chiusa e la pressione interna della camera di campionamento 141 rimane, ad esempio, a circa 3,7 bar (370 kPa) a una temperatura a fondo pozzo di circa 140°C. In figure 7b, the expansion piston 143 is displaced and fits into the end of the first piston 149a. The gas valve 142b is therefore in a closed configuration and the gas conduit 150 is interrupted. Furthermore, the movement of the expansion piston 143 has moved the gas duct 150 out of alignment, as shown in the right part of figure 7b. The mud valve 142a remains closed and the internal pressure of the sampling chamber 141 remains, for example, at about 3.7 bar (370 kPa) at a downhole temperature of about 140 ° C.

Il pistone di espansione 143 continua la sua corsa attraverso la camera di campionamento 141 verso la valvola del fango 142a (figura 7c). Mentre il pistone di espansione 143 continua a essere inserito, e mentre fa tenuta con il primo pistone 149a, a sua volta agisce contro la molla 149b che sposta il primo pistone 149a verso la camera di campionamento 141. Il pistone di espansione 143 comprende una guarnizione circolare 143r avente un diametro maggiore rispetto al resto del pistone di espansione 143, che è sigillata contro il diametro interno della camera di campionamento 141. Quando il pistone di espansione 143 si sposta verso la valvola del fango 142a, la valvola del fango 142a rimane chiusa, almeno inizialmente, e quindi il volume della camera di campionamento 141 si riduce. La pressione all’interno della camera di campionamento 141 inizia ad aumentare. The expansion piston 143 continues its travel through the sampling chamber 141 to the sludge valve 142a (FIG. 7c). While the expansion piston 143 continues to be inserted, and while sealing with the first piston 149a, it in turn acts against the spring 149b which moves the first piston 149a towards the sampling chamber 141. The expansion piston 143 includes a gasket circular 143r having a larger diameter than the rest of the expansion piston 143, which is sealed against the inside diameter of the sampling chamber 141. As the expansion piston 143 moves towards the mud valve 142a, the mud valve 142a remains closed , at least initially, and therefore the volume of the sampling chamber 141 is reduced. The pressure inside the sampling chamber 141 begins to increase.

La figura 7d mostra la testata 149as del primo pistone 149a che si inserisce nella porzione rastremata del secondo pistone 149b. Il pistone di espansione 143 continua a muoversi e spinge il primo pistone 149a contro la forza di spinta della molla 140b, e a questo punto, il pistone di espansione 143 inizia ad agire anche contro la forza di spinta della molla esterna 140a. La figura 7e mostra la valvola del fango 142a che inizia ad aprirsi, consentendo così l’espulsione del fluido contenuto all’interno della camera di Figure 7d shows the head 149as of the first piston 149a which fits into the tapered portion of the second piston 149b. The expansion piston 143 continues to move and pushes the first piston 149a against the thrust force of the spring 140b, and at this point, the expansion piston 143 also begins to act against the thrust force of the outer spring 140a. Figure 7e shows the mud valve 142a which begins to open, thus allowing the expulsion of the fluid contained within the chamber

 

campionamento 141. In questa fase, la guarnizione 143r del cilindro di espansione 143 si avvicina all’apertura della valvola del fango 142a e il volume della camera di campionamento 141 viene ora notevolmente ridotto. La pressione all’interno della porzione della camera di campionamento tra la nervatura 143r e la valvola del fango 142a è ora approssimativamente uguale alla pressione esterna nell’annulus del pozzo; in un esempio estremo la pressione all’interno della camera di campionamento 141 può aumentare fino a 700 bar (70 MPa). sampling 141. In this phase, the gasket 143r of the expansion cylinder 143 approaches the opening of the mud valve 142a and the volume of the sampling chamber 141 is now significantly reduced. The pressure inside the portion of the sampling chamber between the rib 143r and the mud valve 142a is now approximately equal to the external pressure in the annulus of the well; in an extreme example, the pressure inside the sampling chamber 141 can increase up to 700 bar (70 MPa).

La figura 7f mostra la valvola del fango 142a completamente aperta. Il fango che in precedenza era presente all’interno della camera di campionamento 141 viene espulso, e del fango fresco fluisce dall’annulus del pozzo attraverso il percorso per il fluido 148, il quale comprende un’apertura verso l’annulus che conduce alla valvola del fango 142a. Dopo aver aperto la valvola del fango 142a, il pistone di espansione 143 inizia a scorrere, catturando un campione di fango entro il volume ristretto della camera di campionamento 141, mentre la valvola del fango 142a si chiude con il movimento del secondo pistone 149b per effetto della forza di spinta della molla esterna 140a. Questa disposizione, in cui la valvola del fango 142a è almeno parzialmente aperta e il pistone di espansione 143 è leggermente distanziato dalla valvola del fango 142a, può essere mantenuta per un periodo di tempo in modo da consentire il rinnovo del fango entro lo spazio risultante nella camera di campionamento 141. La pressione interna del campione nella camera di campionamento 141 è nuovamente uguale alla pressione esterna presente nell’annulus in corrispondenza di questo punto. Figure 7f shows the mud valve 142a fully open. The sludge that was previously present within the sampling chamber 141 is expelled, and fresh sludge flows from the well annulus through the fluid path 148, which includes an opening to the annulus leading to the valve. of mud 142a. After opening the mud valve 142a, the expansion piston 143 begins to flow, capturing a sample of mud within the restricted volume of the sampling chamber 141, while the mud valve 142a closes with the movement of the second piston 149b by effect of the thrust force of the outer spring 140a. This arrangement, in which the mud valve 142a is at least partially open and the expansion piston 143 is slightly spaced from the mud valve 142a, can be maintained for a period of time to allow renewal of the mud within the resulting space in the sampling chamber 141. The internal pressure of the sample in the sampling chamber 141 is again equal to the external pressure present in the annulus at this point.

Al fine di estrarre un campione di gas per l’analisi, il pistone di espansione 143 viene estratto e il primo pistone 149a viene spostato (inserito) insieme al pistone di espansione 143 per effetto della forza di spinta della molla interna 140b, mantenendo una tenuta salda tra i pistoni 143, 149a, e mantenendo così chiusa la valvola del gas 142b. Man mano che il pistone di espansione 143 viene estratto, la pressione all’interno della camera di campionamento 141 diminuisce fino a raggiungere circa 3-4 bar (300-400 kPa), preferibilmente circa 3,7 bar (370 kPa) (figure 7g-7k), quando la temperatura a fondo pozzo è di circa 140°C. Il campione di fango all’interno della camera di campionamento 141 ora conterrà una miscela di liquido e circa il 10% di vapore acqueo sul volume. In order to extract a gas sample for analysis, the expansion piston 143 is withdrawn and the first piston 149a is moved (inserted) together with the expansion piston 143 due to the thrust force of the internal spring 140b, maintaining a seal welds between the pistons 143, 149a, and thus keeping the gas valve 142b closed. As the expansion piston 143 is extracted, the pressure inside the sampling chamber 141 decreases until it reaches about 3-4 bar (300-400 kPa), preferably about 3.7 bar (370 kPa) (figures 7g -7k), when the temperature at the bottom of the well is about 140 ° C. The mud sample inside the sampling chamber 141 will now contain a mixture of liquid and about 10% of water vapor by volume.

 

La riduzione della pressione del fluido all’interno della camera di campionamento 141 determina la parziale vaporizzazione e degasazione del campione di fango. Un elemento riscaldante può essere incluso quale parte della camera di campionamento 141, ad esempio circondando la camera di campionamento 141, al fine di migliorare il degasaggio del campione di fango creando un ambiente isotermico all'interno della camera di campionamento 141. La figura 7l mostra il pistone di espansione 143 estratto e separato dal primo pistone 149a per aprire la valvola del gas 142b. Una visuale più ravvicinata della configurazione chiusa e aperta della valvola del gas 142b è mostrata nelle figure 9a e 9b. Le porzioni gassose del campione di fango possono ora essere estratte attraverso il condotto del gas 150 per effettuare l’analisi. The reduction of the fluid pressure inside the sampling chamber 141 determines the partial vaporization and degassing of the sludge sample. A heating element can be included as part of the sampling chamber 141, for example by surrounding the sampling chamber 141, in order to improve the degassing of the sludge sample by creating an isothermal environment inside the sampling chamber 141. Figure 7l shows the expansion piston 143 extracted and separated from the first piston 149a to open the gas valve 142b. A closer view of the closed and open configuration of the gas valve 142b is shown in Figures 9a and 9b. The gaseous portions of the mud sample can now be extracted through the gas conduit 150 to carry out the analysis.

Le figure 8a e 8b mostrano un’illustrazione schematica del cambiamento nella composizione del campione quando il pistone di espansione 143 passa dalla completa compressione del campione a circa 700 bar (70 MPa) per espandersi completamente in un volume pari, ad esempio, a 100cm<3 >con una pressione di circa 3,7 bar (370 kPa). Inizialmente, il campione consiste in una miscela in stato supercritico di fango, acqua e fluidi di formazione. Dopo l’espansione, almeno una parte dei fluidi di formazione viene vaporizzata con circa il 10% di vapore acqueo in volume. L’espansione del campione fino un rapporto tra gas e liquido pari al 10% in volume della vaporizzazione totale del campione migliora la rilevabilità degli analiti da parte dei sensori nei cilindri di analisi 120, 130, in quanto meno vapore acqueo viene miscelato con i fluidi/analiti della formazione. All’interno della camera 141 rimane una miscela liquida di fango e acqua. La rimanente porzione liquida del campione lasciata dopo il degasazione, la quale è costituita principalmente da acqua, crea una pellicola molto sottile lungo la superficie interna della camera 141. Questa pellicola può formarsi anche in pozzi molto deviati. Figures 8a and 8b show a schematic illustration of the change in sample composition as the expansion piston 143 goes from full sample compression at approximately 700 bar (70 MPa) to fully expand into a volume of, for example, 100cm < 3> with a pressure of about 3.7 bar (370 kPa). Initially, the sample consists of a supercritical mixture of mud, water and forming fluids. After expansion, at least part of the formation fluids is vaporized with about 10% of water vapor by volume. Expansion of the sample to a gas-to-liquid ratio of 10% by volume of total sample vaporization improves the detectability of the analytes by the sensors in the analysis cylinders 120, 130, as less water vapor is mixed with the fluids / training analytes. Inside chamber 141 a liquid mixture of mud and water remains. The remaining liquid portion of the sample left after degassing, which consists mainly of water, creates a very thin film along the inner surface of chamber 141. This film can also form in very deviated wells.

La figura 10 mostra il percorso che il gas effettua dalla camera di campionamento 141 nel primo cilindro di analisi 120. Il gas entra nel condotto del gas attraverso la valvola del gas aperta 142b e scorre nel condotto 150 (che è contenuto nelle pareti esterne dello strumento 2). Il gas entra inizialmente in una valvola a solenoide 160 contenuta all’interno Figure 10 shows the path that the gas travels from the sampling chamber 141 into the first analysis cylinder 120. The gas enters the gas conduit through the open gas valve 142b and flows into the conduit 150 (which is contained in the external walls of the instrument 2). The gas initially enters a solenoid valve 160 contained inside

 

del cilindro di analisi 120 che quindi consente lo spostamento del gas verso il micro gascromatografo (μGC). of the analysis cylinder 120 which therefore allows the movement of the gas towards the micro gas chromatograph (μGC).

La figura 11 mostra un’ulteriore vista del primo cilindro di analisi 120 con il condotto del gas 150 allineato tra il primo cilindro di analisi 120 e il cilindro di espansione 110. Il cilindro di analisi 120 comprende inoltre un compensatore di pressione 164, un serbatoio di elio 165 e un pistone di trattamento del gas 162 che comprende tre valvole di controllo 163a-c. Figure 11 shows a further view of the first analysis cylinder 120 with the gas conduit 150 aligned between the first analysis cylinder 120 and the expansion cylinder 110. The analysis cylinder 120 further comprises a pressure compensator 164, a tank of helium 165 and a gas treatment piston 162 which includes three control valves 163a-c.

Al fine di inizializzare il sistema di analisi del gas, il pistone di trattamento del gas 160 viene ripetutamente inserito ed estratto per alternare le fasi di aspirazione e compressione del gas. La figura 12a-c mostra la fase di aspirazione del gas quando il pistone 160 viene espulso. La figura 13 mostra il percorso del gas durante l’aspirazione. Il gas dapprima scorre attraverso il condotto del gas 150 nella valvola a solenoide 160, e quindi in una precamera, o camera di ingresso 161i del micro gascromatografo 161. La camera di ingresso 161i inizia così ad accumulare del gas appena campionato con analiti “nuovi”. Qualsiasi vecchio gas rimanente nella camera di ingresso 161i sarà espulso lungo il percorso 167a verso il pistone di trattamento del gas 162. Nello stesso momento in cui il gas “fresco” sta entrando nella camera di ingresso 161i, il gas dell’analisi precedente, mantenuto nella misurazione del micro gascromatografo μGC o nella camera di uscita 161o, viene espulso dal micro gascromatografo μGC 161 nel compensatore di pressione 164. Una piccola porzione del vecchio gas sarà anche forzata dal compensatore di pressione 164 e lungo la via del gas 167b verso il pistone di trattamento del gas 162. Le valvole di ritegno 163b e 163c sono entrambe aperte e il gas che viene espulso dalla camera di ingresso 161i nel compensatore di pressione 164 passa attraverso le valvole di ritegno 163b, 163c e nel pistone di trattamento del gas 162. In order to initialize the gas analysis system, the gas treatment piston 160 is repeatedly inserted and withdrawn to alternate the phases of aspiration and compression of the gas. Figure 12a-c shows the gas suction phase when the piston 160 is ejected. Figure 13 shows the path of the gas during aspiration. The gas first flows through the gas duct 150 into the solenoid valve 160, and then into a pre-chamber, or inlet chamber 161i of the micro gas chromatograph 161. The inlet chamber 161i thus begins to accumulate the gas just sampled with "new" analytes . Any old gas remaining in the inlet chamber 161i will be expelled along the path 167a to the gas handling piston 162. At the same time that the "fresh" gas is entering the inlet chamber 161i, the gas from the previous analysis, kept in the measurement of the micro gas chromatograph μGC or in the outlet chamber 161o, it is expelled from the micro gas chromatograph μGC 161 into the pressure compensator 164. A small portion of the old gas will also be forced by the pressure compensator 164 and along the gas path 167b towards the piston The check valves 163b and 163c are both open and the gas that is expelled from the inlet chamber 161i into the pressure compensator 164 passes through the check valves 163b, 163c and into the gas treatment piston 162.

Il pistone di trattamento del gas 162 viene quindi sottoposto a una fase di compressione come mostrato nella figura 14, in cui le valvole di ritegno 163b e 163c si chiudono e la valvola 163a si apre e il pistone 162 viene inserito. Il gas all’interno del pistone di trattamento del gas 162 viene espulso e attraversa una via di scarico 167c (figura 15), che porta a un serbatoio del gas di scarico 168 come mostrato nella figura 16. L’uso di un serbatoio del gas di scarico 168 consente l’espulsione del gas misurato nell’analisi The gas treatment piston 162 is then subjected to a compression step as shown in FIG. 14, in which the check valves 163b and 163c close and the valve 163a opens and the piston 162 is inserted. The gas inside the gas treatment piston 162 is expelled and passes through an exhaust port 167c (figure 15), which leads to an exhaust gas tank 168 as shown in figure 16. The use of a gas tank 168 allows the expulsion of the gas measured in the analysis

 

immediatamente precedente dal sistema di analisi del gas prima di procedere a qualsiasi nuova misurazione. In questo modo si riduce la contaminazione dell’analisi corrente da parte di “vecchi” analiti. immediately preceding the gas analysis system before proceeding with any new measurements. This reduces the contamination of the current analysis by "old" analytes.

Le figure 17a-17d mostrano il processo di accumulo del gas nella camera di ingresso 161i. Nella figura 17a la camera di ingresso 161i è vuota e il gas viene introdotto nel sistema attraverso la valvola a solenoide 160. Inizia il ciclo di aspirazione e compressione del pistone di trattamento del gas 162 e il gas si sposta lungo il percorso del gas 167a quando la camera di ingresso 161i si riempie. Nella figura 17b, la camera 161i è ora piena di nuovo gas contenente gli analiti e può iniziare il processo di analisi. Nella figura 17c, la valvola 171 del sistema di alimentazione del gas di trasporto, in questo esempio elio, è chiusa e l’elio non può spostarsi dal serbatoio di elio 165. Nella figura 17d, la valvola 171 viene aperta e l’elio fluisce dal serbatoio 165 attraverso il percorso 166 verso la camera di ingresso 161i. Ciò crea una circolazione di elio la quale produce un flusso di gas tra la camera di ingresso 161i e la camera di uscita 161o attraverso il percorso del flusso 161p tra le camere 161i, 161o. Figures 17a-17d show the gas accumulation process in the inlet chamber 161i. In Figure 17a the inlet chamber 161i is empty and gas is introduced into the system through the solenoid valve 160. The suction and compression cycle of the gas handling piston 162 begins and the gas moves along the gas path 167a when the inlet chamber 161i fills up. In Figure 17b, chamber 161i is now filled with new gas containing the analytes and the analysis process can begin. In Figure 17c, valve 171 of the carrier gas supply system, helium in this example, is closed and helium cannot move out of the helium reservoir 165. In Figure 17d, valve 171 is opened and helium flows. from tank 165 through path 166 to inlet chamber 161i. This creates a helium circulation which produces a flow of gas between the inlet chamber 161i and the outlet chamber 161o through the flow path 161p between the chambers 161i, 161o.

Il nuovo gas proveniente dal cilindro di espansione 110 viene così forzato a entrare e a riempire la camera di ingresso 161i del micro gascromatografo μGC 161 prima di essere trasportato dal gas di trasporto, in questo esempio consistente in elio, dalla camera di ingresso 161i nella colonna del micro gascromatografo μGC all’interno della camera di uscita 161o per l’analisi. I dati raccolti dal sensore o dai sensori del micro gascromatografo μGC possono quindi essere comunicati in superficie ad esempio mediante impulsi di fango, sistemi elettromagnetici, telemetria cablata per condotti di perforazione o qualsiasi altro mezzo di comunicazione adatto. The new gas from the expansion cylinder 110 is thus forced to enter and fill the inlet chamber 161i of the micro gas chromatograph μGC 161 before being transported by the carrier gas, in this example consisting of helium, from the inlet chamber 161i into the column of the μGC micro gas chromatograph inside the 161o outlet chamber for analysis. The data collected by the sensor (s) of the μGC micro gas chromatograph can then be communicated at the surface, for example by means of mud pulses, electromagnetic systems, wired telemetry for boreholes or any other suitable means of communication.

Come mostrato nella figura 20, il cilindro di analisi 120 può inoltre comprendere un gruppo elettronico del sensore 175 atto a registrare e trasmettere i dati ricevuti dai sensori del micro gascromatografo 161; un gruppo elettronico generale 173 che può reagire a segnali dalla superficie, controllare i componenti del cilindro di analisi 120 e/o trasmettere dati verso la superficie; opzionalmente un attuatore lineare 172 collegato al pistone di trattamento del gas 162, e facoltativamente un gruppo motore e cambio 174, in cui il As shown in Figure 20, the analysis cylinder 120 can further comprise an electronic unit of the sensor 175 adapted to record and transmit the data received from the sensors of the micro gas chromatograph 161; a general electronic assembly 173 which can react to signals from the surface, control the components of the test cylinder 120 and / or transmit data to the surface; optionally a linear actuator 172 connected to the gas treatment piston 162, and optionally a motor and gearbox assembly 174, in which the

 

gruppo motore e cambio 174 è facoltativamente adattato in modo da azionare l’attuatore lineare 172, e facoltativamente il movimento del pistone di trattamento del gas 162. motor and gearbox unit 174 is optionally adapted to operate the linear actuator 172, and optionally the movement of the gas treatment piston 162.

Opzionalmente, lo strumento LWD 2 comprende diverse porzioni tubolari collegabili che possono formare moduli dello strumento 2, ad esempio gli stabilizzatori 5, il collare di perforazione 4, il primo modulo 1, il secondo modulo 100, come illustrato nelle figure. Come illustrato nella figura 18, il primo (primo e secondo sensore 20, 15 disposti sulle superfici interna ed esterna 29, 11 dell’alloggiamento dello strumento 28) e il secondo (gruppo del sensore comprendente almeno un cilindro di espansione 110 e i cilindri di analisi 120, 130) aspetto dell’invenzione come descritti sopra possono essere disposti in un primo modulo 1 e un secondo modulo 100 che possono essere montati su una batteria di fondo 200 e lavorare congiuntamente. Opzionalmente i moduli 1, 100 possono essere usati separatamente. Opzionalmente, il primo aspetto dell’invenzione, relativo al primo modulo 1, può essere utilizzato indipendentemente dal secondo aspetto dell’invenzione, relativo al secondo modulo 100. Optionally, the LWD instrument 2 comprises several connectable tubular portions which can form modules of the instrument 2, for example the stabilizers 5, the drilling collar 4, the first module 1, the second module 100, as illustrated in the figures. As shown in Figure 18, the first (first and second sensors 20, 15 arranged on the inner and outer surfaces 29, 11 of the instrument housing 28) and the second (sensor assembly comprising at least one expansion cylinder 110 and the analysis cylinders 120, 130) aspect of the invention as described above can be arranged in a first module 1 and a second module 100 which can be mounted on a bottom battery 200 and work together. Optionally, modules 1, 100 can be used separately. Optionally, the first aspect of the invention, relating to the first module 1, can be used independently of the second aspect of the invention, relating to the second module 100.

Modifiche e miglioramenti possono essere apportati alle forme di realizzazione qui descritte senza allontanarsi dall’ambito di applicazione dell’invenzione. Changes and improvements can be made to the embodiments described here without departing from the scope of the invention.

 

Claims (25)

RIVENDICAZIONI 1. Un apparato di rilevamento a fondo pozzo per l’uso in un pozzo di petrolio o gas, l’apparato comprendente un condotto adattato per il passaggio del fluido attraverso di esso, l’apparato comprendente inoltre una superficie interna che forma il foro, una superficie esterna e almeno due sensori; in cui il primo sensore è posizionato sopra o all’interno dell’apparato in modo tale che sia in comunicazione di fluido con il fluido nel foro, ed è adattato per analizzare detto fluido; e in cui il secondo sensore è posizionato sopra o all’interno dell’apparato in modo tale che sia in comunicazione di fluido con il fluido all’esterno dell’apparato, ed è adattato per analizzare detto fluido. CLAIMS 1. A downhole sensing apparatus for use in an oil or gas well, the apparatus comprising a conduit adapted for passage of fluid therethrough, the apparatus further comprising an inner surface forming the hole, an outer surface and at least two sensors; in which the first sensor is positioned above or inside the apparatus in such a way that it is in fluid communication with the fluid in the hole, and is adapted to analyze said fluid; And in which the second sensor is positioned above or inside the apparatus in such a way that it is in fluid communication with the fluid outside the apparatus, and is adapted to analyze said fluid. 2. Un apparato di rilevamento a fondo pozzo secondo la rivendicazione 1, in cui l’apparato è incorporato all’interno di una batteria di fondo. 2. A downhole detection apparatus according to claim 1, in which the apparatus is incorporated within a bottom battery. 3. Un apparato di rilevamento a fondo pozzo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l’apparato è uno strumento di registrazione durante la perforazione. 3. A downhole detection apparatus according to claim 1 or 2, in which the apparatus is a recording instrument during drilling. 4. Un apparato di rilevamento a fondo pozzo secondo le rivendicazioni 1-3, in cui l’apparato di rilevamento a fondo pozzo è posizionato all’interno del pozzo in modo tale da creare un annulus tra la parete della superficie interna del pozzo e la superficie esterna dell’apparato; e in cui il secondo sensore è in comunicazione di fluido con il fluido presente nell’annulus. A downhole detection apparatus according to claims 1-3, wherein the downhole detection apparatus is positioned inside the well in such a way as to create an annulus between the wall of the internal surface of the well and the external surface of the apparatus; and in which the second sensor is in fluid communication with the fluid present in the annulus. 5. Un apparato di rilevamento a fondo pozzo secondo le rivendicazioni 1-4, in cui l’apparato comprende almeno un primo modulo, in cui detto modulo comprende il primo e il secondo sensore; e in cui il primo modulo è adattato per campionare, analizzare ed espellere continuamente il fluido che scorre attraverso almeno uno dei fori e/o l’esterno dell’apparato.   5. A downhole detection apparatus according to claims 1-4, in which the apparatus comprises at least a first module, in which said module comprises the first and the second sensor; and in which the first module is adapted to sample, analyze and continuously expel the fluid flowing through at least one of the holes and / or the outside of the apparatus. 6. Un apparato di rilevamento a fondo pozzo secondo le rivendicazioni 1-5, in cui i dati provenienti dal primo sensore vengono confrontati con i dati provenienti dal secondo sensore e i sensori sono opzionalmente calibrati in modo tale da isolare qualsiasi differenza nei dati. A downhole detection apparatus according to claims 1-5, wherein the data from the first sensor is compared with the data from the second sensor and the sensors are optionally calibrated to isolate any differences in the data. 7. Un apparato di rilevamento a fondo pozzo secondo le rivendicazioni 1-6, in cui il primo e/o il secondo sensore comprendono sensori polimerici con impronta molecolare (MIP). A downhole detection apparatus according to claims 1-6, wherein the first and / or second sensor comprise polymer molecular imprint (MIP) sensors. 8. Un apparato di rilevamento a fondo pozzo secondo le rivendicazioni 1-7, in cui il primo e/o il secondo sensore comprendono diversi sensori MIP, in cui almeno uno dei sensori MIP è configurato per rilevare un analita diverso da un altro dei sensori MIP. A downhole detection apparatus according to claims 1-7, wherein the first and / or second sensor comprise several MIP sensors, wherein at least one of the MIP sensors is configured to detect a different analyte from another of the sensors MIP. 9. Un apparato di rilevamento a fondo pozzo secondo le rivendicazioni 1-6, in cui il primo e/o il secondo sensore comprendono sensori a riflettanza totale attenuata (ATR). A downhole detection apparatus according to claims 1-6, wherein the first and / or second sensor comprise attenuated total reflectance (ATR) sensors. 10. Un apparato di rilevamento a fondo pozzo secondo le rivendicazioni 1-9, in cui il primo sensore è situato all’interno di una cavità formata all’interno dell’apparato, e in cui una parte del fluido che scorre all’interno del foro dell’apparato viene deviata in detta cavità. 10. A downhole detection apparatus according to claims 1-9, in which the first sensor is located inside a cavity formed inside the apparatus, and in which a part of the fluid flowing inside the hole of the apparatus is diverted into said cavity. 11. Un apparato di rilevamento a fondo pozzo secondo le rivendicazioni 1-10, in cui il secondo sensore è situato all’interno di una cavità formata all’interno dell’apparato, e in cui una parte del fluido che scorre all’esterno dell’apparato viene deviata in detta cavità. A downhole detection apparatus according to claims 1-10, wherein the second sensor is located inside a cavity formed inside the apparatus, and in which a part of the fluid flowing outside the The apparatus is diverted into said cavity. 12. Un apparato di rilevamento a fondo pozzo secondo le rivendicazioni 10 o 11, in cui almeno una cavità è coperta con un filtro configurato in modo da limitare l’ingresso di materiale particolato nella cavità. 12. A downhole detection apparatus according to claims 10 or 11, in which at least one cavity is covered with a filter configured so as to limit the entry of particulate material into the cavity. 13. Un apparato di rilevamento a fondo pozzo secondo le rivendicazioni 1-12, in cui l’apparato comprende un collare protettivo che circonda almeno una porzione della superficie esterna dell’apparato.   13. A downhole detection apparatus according to claims 1-12, in which the apparatus comprises a protective collar that surrounds at least a portion of the external surface of the apparatus. 14. Un apparato di rilevamento a fondo pozzo secondo la rivendicazione 13, in cui il collare protettivo comprende una rientranza, in cui la rientranza è configurata per consentire la comunicazione di fluido tra il secondo sensore e l’esterno dell’apparato. 14. A downhole detection apparatus according to claim 13, in which the protective collar comprises a recess, in which the recess is configured to allow fluid communication between the second sensor and the outside of the apparatus. 15. Un apparato di rilevamento a fondo pozzo secondo la rivendicazione 14, in cui la rientranza comprende un percorso di comunicazione del fluido tra il secondo sensore e l’esterno dell’apparato. 15. A downhole detection apparatus according to claim 14, in which the recess comprises a fluid communication path between the second sensor and the outside of the apparatus. 16. Un apparato di rilevamento a fondo pozzo secondo la rivendicazione 15, in cui il percorso di comunicazione del fluido comprende in filtro configurato in modo da limitare l’ingresso di materiale particolato consentendo, al contempo, il passaggio del fluido. 16. A downhole detection apparatus according to claim 15, in which the fluid communication path comprises a filter configured so as to limit the entry of particulate material while allowing, at the same time, the passage of the fluid. 17. Un apparato di rilevamento a fondo pozzo secondo le rivendicazioni 14-16, in cui il percorso di comunicazione del fluido consente la circolazione del fluido tra la cavità in cui è posizionato il secondo sensore e l’esterno dell’apparato. 17. A downhole detection apparatus according to claims 14-16, in which the fluid communication path allows the circulation of the fluid between the cavity in which the second sensor is positioned and the outside of the apparatus. 18. Un apparato di rilevamento a fondo pozzo secondo le rivendicazioni 1-17, in cui l’apparato comprende un alloggiamento, detto alloggiamento comprendente la superficie interna e la superficie esterna. 18. A downhole detection apparatus according to claims 1-17, in which the apparatus comprises a housing, said housing comprising the internal surface and the external surface. 19. Un apparato di rilevamento a fondo pozzo secondo la rivendicazione 18, in cui il primo sensore è posizionato sulla superficie interna dell’alloggiamento o nella medesima. 19. A downhole detection apparatus according to claim 18, in which the first sensor is positioned on the internal surface of the housing or in the same. 20. Un apparato di rilevamento a fondo pozzo secondo la rivendicazione 18 o 19, in cui il secondo sensore è posizionato sulla superficie esterna dell’alloggiamento o nella medesima. 20. A downhole detection apparatus according to claim 18 or 19, in which the second sensor is positioned on the external surface of the housing or in the same. 21. Un apparato di rilevamento a fondo pozzo secondo le rivendicazioni 5-20, in cui l’apparato comprende inoltre almeno un secondo modulo, detto secondo modulo comprendente almeno un gruppo del sensore;   in cui almeno un gruppo del sensore è disposto sopra o all’interno dell’apparato ed è adattato per campionare del fluido da almeno una posizione di campionamento del fondo del foro; in cui almeno un gruppo del sensore comprende una camera con almeno un sensore e almeno una valvola, in cui almeno una valvola è adattata per essere aperta al fine di consentire il flusso del fluido tra la posizione di campionamento e la camera, e chiusa per impedire un ulteriore flusso del fluido tra la posizione di campionamento e la camera; in cui la camera è in grado di degasare il fluido oggetto di campionamento in essa contenuto, creando così una porzione gassosa e una porzione liquida; e in cui il sensore è adattato in modo da analizzare almeno una parte della porzione gassosa. 21. A downhole detection apparatus according to claims 5-20, wherein the apparatus also comprises at least a second module, said second module comprising at least one sensor group; in which at least one group of the sensor is arranged above or inside the apparatus and is adapted to sample fluid from at least one sampling position of the bottom of the hole; wherein at least one sensor assembly comprises a chamber with at least one sensor and at least one valve, wherein at least one valve is adapted to be open in order to allow fluid flow between the sampling position and the chamber, and closed to prevent further fluid flow between the sampling location and the chamber; in which the chamber is capable of degassing the sampled fluid contained therein, thus creating a gaseous portion and a liquid portion; And in which the sensor is adapted so as to analyze at least a part of the gaseous portion. 22. Un metodo per l’analisi del profilo chimico del fluido in un pozzo di petrolio o gas, il metodo comprendente le fasi seguenti: -il posizionamento di un apparato di rilevamento a fondo pozzo comprendente un primo e un secondo sensore nel pozzo di petrolio o gas, l’apparato di rilevamento a fondo pozzo comprendente un foro; l’analisi del fluido nel foro con il primo sensore, e l’analisi del fluido all’esterno dell’apparato usando il secondo sensore. 22. A method for analyzing the chemical profile of the fluid in an oil or gas well, the method comprising the following steps: - the placement of a downhole detection apparatus comprising a first and a second sensor in the oil well or gas, the downhole detection apparatus comprising a hole; the analysis of the fluid in the hole with the first sensor, e the analysis of the fluid outside the apparatus using the second sensor. 23. Un metodo secondo la rivendicazione 22, comprendente le fasi di analisi del fluido all’interno del foro e quindi la determinazione di un primo profilo chimico di detto fluido; l’analisi del fluido all’esterno dell’apparato e quindi la determinazione di un secondo profilo chimico di detto fluido; e il confronto di tali profili chimici allo scopo di identificare le differenze tra il primo e il secondo profilo chimico. 23. A method according to claim 22, comprising the steps of analyzing the fluid inside the hole and then determining a first chemical profile of said fluid; the analysis of the fluid outside the apparatus and then the determination of a second chemical profile of said fluid; and the comparison of these chemical profiles in order to identify the differences between the first and the second chemical profile. 24. Un metodo secondo la rivendicazione 22 o 23, comprendente il posizionamento dell’apparato su una batteria di fondo. 24. A method according to claim 22 or 23, comprising positioning the apparatus on a bottom battery. 25. Un metodo secondo la rivendicazione 24, in cui il fluido da analizzare è un fango di perforazione, e in cui le sostanze chimiche presenti nella formazione sono identificate dal   confronto del profilo chimico del fango di perforazione all’interno del foro dell’apparato, prima che il fango di perforazione entri in contatto con la formazione; e il profilo chimico del fango di perforazione all’esterno dell’apparato, dopo che il fango di perforazione è entrato in contatto con la formazione.   25. A method according to claim 24, in which the fluid to be analyzed is a drilling mud, and in which the chemicals present in the formation are identified by comparison of the chemical profile of the drilling mud inside the bore of the apparatus, before the drilling mud comes into contact with the formation; and the chemical profile of the drilling mud outside the apparatus, after the drilling mud has come into contact with the formation.
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