JP2877942B2 - 鑿井圧力及び温度測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、遠隔及び劣悪環境において温度と圧力を監
視するための技術に関する。さらに詳細には、本発明
は、油、ガス又は地熱井の鑿井（ボア・ホール）内の降
下孔流体圧力及び温度を信頼性をもって測定することに
向けられる。本明細書において、降下孔流体は、油井、
ガス井、地熱井等の孔内に存在する任意の流体を意味
し、この流体は、降下孔部材から入り、あるいは地表等
から導入する海水、孔開けの際に生じる泥等の流体を意
味する。

本発明を要約すれば、表面から鑿井における所望の降
下孔検査位置に延びている単一小直径管を使用する鑿井
において温度と圧力を測定するためのシステムが設けら
れる。降下孔流体圧力は、小直径管を通して伝達され、
一方、管の流路に沿って延びているさや付き熱電対又は
光ファイバー線が、降下孔流体温度情報を表面に伝達す
るために使用される。圧力と温度の連続表面読み出し
は、こうして可能であり、そして温度読み出しは、降下
孔流体温度を監視し、かつ流体圧力測定システムの精度
を増大させるために使用される。

従来技術及びその課題 鑿井における降下孔流体圧力及び温度の正確な測定
は、油、ガス、及び／又は地熱エネルギーの生産におい
て重要であると長く認識されてきた。正確な圧力及び温
度測定は、一般に、油回収作業において共通に使用され
るポンピング井において多数の問題を示す。二次炭化水
素回収作業と地熱作業は、一般に、作業の成功を予測
し、かつ鑿井からエネルギーの最大回収を獲得する際に
有益であると考えられる多様な因子を決定するために、
圧力及び温度情報を必要とする。

二次炭化水素回収作業において、正確な鑿井圧力は、
坑井生産性潜在力の指示を明確に与え、そして油又はガ
スが累層から鑿井に押し出され、かつ表面に回収される
と期待される前に、累層を満たすために必要とされる流
体の量を操作者に予測させる。累層に延びている多様な
鑿井の各々からの坑井流体における圧力及び温度変化の
正確な測定は、流体前面が累層を掃射している効率と共
に、注入流体前面の位置を指示する。地熱井において、
正確な圧力及び温度情報は、再注入された流体が累層を
冷却するか、又は流体力学における変化が坑井孔の栓塞
を生じさせるならば、発生する潜在的な障害により効率
的な生産に決定的になる。

センサーを所望の時点において鑿井に下降させること
により、降下孔状態の周期的な測定を設けるための技術
が考案されたが、そのような周期的な測定技術は、計器
を鑿井に挿入するために通常必要とされる時間と費用に
より、不便であり、かつ高価である。そのような周期的
な測定技術は、特定時点における鑿井状態の表示のみを
設け、かつ一般に操作者によって望まれた実質的な時間
長で所望の情報を設けないことにおいて、制限される。
この形式のシステムの例は、米国特許第３、712、192号
において開示され、所望の周期的な圧力測定を設けるた
めに、管の底部から泡立つまで、開端部管をガスで充て
んすることを教える。

永久的な設置技術は、周期的な測定に関連した固有の
問題を克服する方法において、鑿井における圧力を連続
的に監視するために考案された。一つのそのような先行
技術は、降下孔圧力変換器と温度センサーを使用し、検
出された降下孔圧力と温度を導線において表面に伝達さ
れる電子データに変換するための電子走査能力を有す
る。導線は、通常、坑井孔における管の外側に取り付け
られ、そして変換器及び温度センサーは、都合の良いこ
とに、生産管の下方端部において取り付けられる。しか
し、このシステムは、部分的に、延ばされた時間期間で
劣悪な坑井孔環境において配置された電子装置のために
必要とされた出費と高保守のために、産業において広く
受け入れられなかった。坑井孔における高温度、圧力及
び／又は腐食性流体は、実質的に出費を増大させ、そし
て降下孔電子装置の信頼性を低減させる。表面への伝達
のための電子データを出力する降下孔圧力変換器と温度
センサーは、一般に、精密なシステムと考えられ、こう
して、通常降下坑井孔に伴う劣悪環境において好まれな
い。

米国特許第３、895、527号は、一方の端部を鑿井圧力
にさらし、そして他方の端部を表面における圧力ゲージ
又は他の検出器に連結させた小直径管を使用し、鑿井に
おける圧力を遠隔的に測定するためのシステムを開示す
る。そのような小直径管を使用するシステムにより降下
孔圧力を測定する概念はまた、米国特許第３、898、877
号において開示され、そしてそのようなシステムの改良
版が、米国特許第４、010、642号において開示される。
後者の特許の教えは、管の下方端部が、'642の特許にお
いて表現された関係を満足する少なくとも所望の容積を
有する室に延びているために、鑿井における圧力をより
信頼性をもって測定するために、この技術を特に十分に
適するものにした。

'642の特許において開示された技術は、エネルギー回
収産業において受け入れられたが、この特許の教えは、
鑿井内の所望の位置における降下孔温度及び圧力の検出
を可能にしない。一般に、操作者は、仮定された温度こ
う配データと表面において取られた温度測定値から外挿
するか、及び／又は以前に獲得された掘削データから鑿
井のための平均温度を推定することにより、降下孔流体
温度を推定する。この推定温度は、より正確に決定され
た降下孔圧力に適用される試験流体補正因子を決定する
ために使用される。しかし、技術における当業者は、正
確な温度情報が獲得されず、そしてそのような不正確な
温度推定値に基づいた圧力読み値の補正が、相応して、
小直径管を使用する技術によって獲得された圧力読み値
において誤差を生ずることを長い間認識してきた。

推定温度は、不正確であり、これにより誤差のある坑
井孔圧力データを生ずるだけでなく、坑井内の実温度
が、坑井孔深さと、特定深さにおいて発生する蒸発、ガ
ス放出及び／又は“凍結”の如く条件の関数としてかな
り変化する。結果は、操作者が、多くの鑿井において坑
井孔温度又は圧力を信頼性をもってかつ経済的に測定す
ることができず、従って操作者は、鑿井からエネルギー
の回収を最大にすることができないことである。

先行技術の不都合は、本発明によって克服され、そし
て改良された方法と装置は、坑井の表面から所望の降下
孔検査位置に延びている単一の小直径管を使用する坑井
孔において、圧力と温度を信頼性をもって検出するため
に以後開示される。

課題を解決するための手段 本発明の圧力及び温度測定システムは、油、ガス及び
地熱井における使用のために特に十分に適する。小直径
管は、表面から所望の降下孔検査位置に延びており、そ
して降下孔温度測定値を正確に関係付けるために、表面
から降下孔位置に同様に延びているさや付き熱電対又は
光ファイバーを収容する。ハウジングは、検査位置まで
坑井において下降され、そして降下孔流体と管における
流路の両方に開いている室を含む。管と室の一部は、選
択された流体で満たされ、そして鑿井流体圧力変動が、
これにより、管の内径と熱電対又は光ファイバー線の間
の環状空間における流体を介して、表面に伝達される。
鑿井温度測定値は、読み出しのために表面に線を介して
伝達される熱電対での起電力を監視することにより、表
面において取られる。代替的に、坑井孔温度プロフィル
は、小直径管内で光ファイバー線を使用して、周期的、
例えば１メートルの間隔における温度測定値から獲得さ
れる。圧力と温度の監視及びプロット装置が、表面にお
いて設けられ、そして温度検出計器が、好ましくは、よ
り正確な降下孔圧力読み値を決定するために使用され
る。

表面から降下孔検査位置に延びている単一管と、管の
内部にある熱電対又は光ファイバー線を使用して、坑井
の表面に信頼性のある降下孔温度及び圧力情報を連続的
に設けることが、本発明の目的である。

表面から降下孔検査位置に延びている熱電対又は光フ
ァイバー線が、管における試験流体によって部分的に保
護され、この試験流体は、坑井孔における流体よりも腐
食性がないことが、発明のいっそうの目的である。

降下孔流体温度と圧力が、鑿井又は坑口のいづれにも
電気接合を使用することなしに、連続的に監視されるこ
とが、発明の特徴である。

信頼性のある坑井孔温度プロフィルが、表面から降下
孔位置に延びている小直径管内の単一光ファイバー・ル
ープを使用して獲得されることが、本発明の特徴であ
る。

変動する坑井流体圧力と温度の両方を信頼性をもって
監視するために、多重線が、表面から降下孔検査位置に
延びる必要がないことが、発明の利点である。

この発明のさらにいっそうの利点は、光ファイバー表
面装置が、自身の小直径圧力管内で各々保護され、かつ
好ましくは異なる坑井孔に延びている多重光ファイバー
・ループから信号を受信するために使用されることであ
る。

本発明のこれらといっそうの目的、特徴、及び利点
は、添付の図面における図を参照して、次の詳細な説明
から明らかになる。

実施例 本発明は、油、ガス又は地熱井における降下孔流体圧
力及び温度を信頼性をもって監視するための有用性を有
する。本発明の目的のために、監視される降下孔流体
は、少なくとも１、000フィートの坑井における深さに
あると推測され、そして一般に、表面よりも数千フィー
ト以下にある。監視される変動する降下孔流体圧力は、
一般に、標準静水圧よりも小さいが、降下孔流体圧力
は、流動、ポンピング、又は静止坑井において監視さ
れ、そして降下孔流体は、静水圧以上である。

第１図は、地下の累層に延びている典型的な坑井孔を
示す。第１図は、生産井を示し、こうして、従来の坑口
８を含む生産装置が、一般に表面において示される。ケ
ーシング11は、坑井孔において位置付けられ、そして累
層からケーシング11への流体の侵入を許容するために、
下方端部においてせん孔12を有する。生産管ストリング
13は、表面における坑口から鑿井における選択された深
さまで延びている。管ストリング13のせん孔部分14は、
ケーシング11における流体を生産管に侵入させ、それか
ら表面に流させる。カラー保護器15は、小直径連続管18
を管ストリング13に固定し、こうして、鑿井における小
直径管を保護する補助をするために、管ストリング13に
沿って設けられる。ハウジング19は、生産管13の下方端
部において設けられ、そして室16を含み、室とハウジン
グ19の外側の坑井孔における流体の間の流体連通を維持
するためのポートを有する。

本発明による小直径管18は、表面からハウジング19が
位置する検査位置に延びている。管18は、侵入ポート17
において生産管13の下方部分に侵入し、それからハウジ
ング19に下方に続き、その結果管18の下方端部は、室16
と流体連通にある。本発明による適切な小直径管は、0.
250“外径と、0.18"内径を有する。熱電対線は、管内に
設けられ、そして熱電対線は、一般に、管における流路
の断面積の約25％〜約50％の断面積を有する。続いて詳
細に議論される光ファイバー線は、熱電対線の代わりに
使用され、そしてこの場合温度測定線は、一般に、管に
おける流路の断面積の約10％〜約50％の断面積を有す
る。技術における当業者は、上記で指定された範囲の小
直径管が、一般に、微小管と呼ばれることを認める。

第１図はまた、管18が、坑井の表面に延びており、そ
して管継ぎ手９において坑井の側面を出ることを示す。
多岐管20は、管の回りを密閉し、かつ熱電対又は光ファ
イバー線を多岐管から出させるために設けられる。表面
における熱電対又は光ファイバー線は、54として指定さ
れ、そして温度測定装置に続き、その出力は、温度読み
出し装置25に送られる。多岐管は、弁７への管の継続を
有効に設ける流体出口ポートを有し、弁７は、一方の管
路によって加圧流体源22に連結され、そして別の管路に
よって圧力測定装置26に連結され、その出力は、圧力読
み出し装置27に送られる。温度測定及び読み出し装置
は、圧力測定装置26と読み出し装置27とは別個に、又は
一部として設けられることが理解される。しかし、いづ
れの場合にも、温度測定装置24からの出力は、好ましく
は、続いて説明される如く、装置26に圧力補正値を設け
るコンピュータ23に入力される。

今第1A図を参照すると、ハウジング19の下方端部は、
室16と坑井孔の間の流体連通を確立する入り口ポート39
を有し、一方、室16の上方端部は、管18と流体連通にあ
る。熱電対又は光ファイバー線21は、管18の端部から室
16に延びており、そして好ましくは、試験流体の下の位
置において室において位置付けられ、こうして鑿井流体
と接触している。ろ過器組立体36は、多孔性金属材料又
は小メッシュ遮壁から製造され、そして固体が室16と管
18の間で連通するのを防止する。管18は、組立体28によ
って頂部プラグ管継ぎ手34に物理的に連結され、組立体
28はまた、管18と管継ぎ手34の間の防水シールを設け
る。第２又はバックアップ組立体29は、同様に、管継ぎ
手34の下方端部と管18の間の連結を設ける。熱電対又は
光ファイバー線21は、好ましくは、坑井流体との係合に
下方に延びているが、管18は、組立体29のすぐ下で終端
する。熱電対線が使用されるならば、熱電対接合部38
は、降下孔流体に直に入り、こうして変動する温度に応
答する。光ファイバー線が使用されるならば、規則的な
間隔、例えば、１メートル間隔における温度測定が、表
面から圧力検査ハウジング19への各検査位置において獲
得される。任意の位置において管18における流体の温度
が獲得され、かつその位置において光ファイバー線に作
用する温度が、その位置における鑿井の坑井流体の変化
する温度にほぼ一致するために、深さの関数としての坑
井孔の完全な温度プロフィルが、光ファイバー・システ
ムで生成される。それにも拘わらず、光ファイバー線の
最下端部は、好ましくは、坑井流体との係合に延びてお
り、その結果ハウジング19内の坑井流体温度のより正確
な測定が獲得される。このため、第１図と第1A図に示さ
れたシステムは、降下孔構成要素と管18が、生産管が表
面に戻されるまで生産管13に連結されたままであるため
に、半永久的な測定システムを特徴とする。

第２図は、生産管からよりも小直径連続管18から坑井
孔に下降される、圧力及び温度監視システムの下方部分
の代替的な実施態様を示す。この実施態様において、降
下孔装置は、こうして、小直径管18を収容するための頂
部側板33から成る。側板33は、管18を収容するために円
筒形内部通路を有する頂部プラグ管継ぎ手34との係合の
ための下方ねじ山を有する。管継ぎ手34は、ねじ山40に
よって、ハウジング19にねじ連結され、そしてこれらの
本体の間の密封係合が、適切なＯリング・シール42によ
って設けられる。

第２図は、管18と管継ぎ手34を機械的に連結するため
の組立体28を詳細に示す。部材46は、44において管継ぎ
手34にねじ連結され、そして管継ぎ手34における通路と
整列された円筒形内部通路を含む。頂部キャップ48は、
部材46にねじ込められ、そして46に関する48のトルク回
転は、フェルール45の円筒形内面に従来の方法において
管18を密閉して把持させる。類似の部材47は、第２又は
バックアップ組立体29に対して示され、そして47とのね
じ係合のための対応するキャップ49を含み、こうして同
様に管18を把持する。側板33は、上方組立体28を物理的
に保護し、そしてスリーブ状拡張部分35は、頂部プラグ
管継ぎ手34にねじ込められ、そして同様に、下方組立体
29のための保護ハウジングを形成する。上記のろ過器組
立体36は、スリーブ35の下方端部にねじ連結され、そし
て坑井流体における固体残がいが管18の内部に侵入する
のを防止する。熱電対又は光ファイバー線21は、好まし
くは、ろ過器36を通過して下方に延びている。熱電対線
が使用されるならば、熱電対測定接合部38は、こうして
降下孔井流体と流体連通にある。光ファイバー線が使用
されるならば、熱電対接合部は、必要とされず、そして
光ファイバー線自身は、温度の関数として伝達されたレ
ーザー・パルスにおいて変化を生じさせるために、降下
孔坑井流体にさらされる。

第２図において示された如く、装置は、相応して、単
に管18から坑井孔においてつるされるために適合され
る。従って、この実施態様は、生産管が一般に使用され
ない地熱井において、降下孔管温度及び圧力を測定する
ために特に十分に適する。しかし、技術における当業者
は、第1A図に一般に示された如く、降下孔組立体が、生
産管の下方端部から固定され、この場合、小直径管18
は、設けられた適切なポート17において生産ストリング
の内部に通過する如く、第２図に示された装置の上方部
分が、容易に変更されることを認識する。

本発明により、室16の容積は、坑井孔において予期さ
れた最小及び最大圧力を収容するために十分に大きくな
ければならない。この室の必要容積は、部分的に、管に
おける流路の容積に基づき、こうして、管18の内部断面
積、管18の長さ、及び管路21の断面積を考慮に入れる。

降下孔室16は、こうして、米国特許第４、010、642号
において述べられた如く、少なくとも予備選択された容
積を有する。この最小室容積は、管における試験流体の
容積に基づき、そして室容積は、管内の管路21の包含に
よってかなり縮小される。従って、本発明による最小室
容積は、管自身の内部断面積よりも、管の内径と管にお
ける熱電対又は光ファイバー線の外径の間の環体の断面
積に基づく。室16の最小容積に関するいっそうの詳細
は、参照により明細書に組み込まれた米国特許第４、01
0、642号において開示される。

動作において、熱電対又は光ファイバー線を配置した
小直径管18は、第1A図又は第２図に示された如く、ハウ
ジング19に固定される。それから、ハウジング19と管18
は、坑井孔における所望の検査位置に下降され、そして
弁７は、管18が表面における源22からの所望の試験流体
で満たされる如く操作される。いったん室16内の所望の
試験流体／降下孔流体界面が、獲得されたならば、弁７
は、試験流体源22を遮断するために操作され、同時に、
管18の表面における試験流体圧力に圧力測定装置26を応
答させる。流体温度及び圧力は、第１図又は第1A図に示
された如く、半永久的設備装置の同一深さにおいてとど
まる降下孔装置により連続的に維持されるか、あるい
は、第２図に示された如く、降下孔装置が鑿井を通って
上昇又は下降される時間期間で多様な選択深さにおいて
監視される。

流体の熱圧縮特性が既知であるならば、多様な形式の
試験流体が、管18の内部と室16の部分を満たすために使
用される。窒素とヘリウムの両方が、部分的に、これら
に流体の各々に対して“Ｚ因子”と時々呼ばれる圧縮性
因子が、一般に見られる降下孔流体圧力と温度の範囲に
おいて非常に公知であるために、試験流体として特に適
切であると見いだされた。

技術における当業者は、熱電対線が管18内に置かれ、
かつ管が上記の如く使用されたならば、鑿井の所望の検
査位置における坑井流体の温度は、熱電対接合部によっ
て生成された起電力を測定する表面装置によって容易に
かつ信頼性をもって監視されることを認識する。熱電対
線は、こうして、坑井流体と接触した熱電対接合部38か
ら表面における測定装置24に温度の指示を伝達する。所
望ならば、これらの温度読み値は、都合の良いことに、
25において出力され、そして任意の数の適切な記録手段
において維持される。

代替的に、光ファイバー線は、管18内に置かれ、そし
て管が、使用される。この場合、管内の流体の温度と、
こうして管の外側の坑井流体の近似的な温度は、完全な
坑井孔温度プロフィルが獲得される如く、規則的な間隔
において測定される。光ファイバー・システムは、ファ
イバー心の局所的な光散乱力が、ファイバー温度による
という概念に信頼性を置き、そしてこの関係は、光ファ
イバー温度測定システムにおける当業者に十分に理解さ
れる。本発明のための適切な光ファイバー・システム
は、カリフォルニア州、バーバンクのYork V.S.U.P.Sal
esによって分配されたDTS System IIである。レーザー
・パルスは、センサー・ファイバーに発射され、そして
一定速度においてファイバーに沿って移動する。ファイ
バーに沿って移動する時、パルスは、シリカ及びドーパ
ント・マトリックスと相互作用し、エネルギーをすべて
の方向において散乱させる。光の幾らかは、有効に反射
され、そして表面における源の方に戻り、この場合それ
は、光ファイバー・カプラーによって検出器に迂回され
る。源からファイバーに沿った反射位置への距離が、一
定レーザー・パルスの速度と時間の直接の関数であるた
めに、特定時点における検出器へのパワー量が、特定深
さにおけるファイバーの温度を決定するために測定され
る。この場合、表面における温度測定装置24は、光フロ
ントエンド、タイマー、A/Dコンバータ、増幅器とマイ
クロプロセッサーを含む、Yorkから商業的に入手可能な
センサー・システムである。

１メートル間隔毎に温度を測定し、かつ1000メートル
の深さまで延びることができる光システムが、１℃より
も小さな精度を可能とする。所望ならば、光システム表
面装置24と25は、近くの井に位置する異なる流体管内に
各々延びている多重光路のために使用される。容易に獲
得される温度プロフィルは、以後十分に説明される如
く、より正確な坑井孔圧力測定値を獲得するために使用
されるだけでなく、重大な温度関連坑井孔状態を指示す
る。例えば、地熱において、光システム温度プロフィル
は、過熱された水が蒸発する深さを指示し、これにより
井を変化させるスケールが形成される初期指示を設け
る。油井において、生成された温度プロフィルは、井の
性能に影響を与えるガスが溶液から発出する位置を指示
する。天然ガス井において、この温度プロフィルは、
“凍結”が発生しやすく、修正されないならば生産を停
止させる深さを指示する。

上記の温度読み値はまた、正確な降下孔流体圧力をよ
り信頼性をもって決定するために使用される。技術にお
ける当業者は、実際の降下孔流体圧力が、表面において
測定された圧力と、表面から降下孔検査位置に流れる試
験流体の静水圧の関数であることを認識する。試験流体
の静水頭は、表面から降下孔検査位置への垂直深さと、
試験流体のガスこう配の関数である。試験流体の静水圧
を決定するための真の垂直深さは、一般に、既知であ
り、あるいは従来の方法によって容易に決定される。試
験流体のガスこう配は、次の公式によって決定される。

上記の公式は、こうして、試験流体の平均温度が既知
であることを必要とし、そして本発明の技術は、試験流
体の降下孔温度を監視するために容易に使用され、これ
により試験流体の平均温度をより正確に決定し、かつ正
しいガスこう配を決定する。Ｚ因子と共に、試験流体の
比重は、未補正又は近似試験流体圧力読み値と試験流体
温度読み値から十分な精度で決定される。小直径管内の
熱電対線の付加は、降下孔流体の正確な温度測定と、こ
うしてより正確な平均試験流体温度決定を許容する。小
直径管内の光ファイバー線の使用は、ハウジング19の位
置における降下孔流体と、坑井孔の各増分深さにおける
坑井孔流体の両方の正確な温度測定を許容する。光ファ
イバー温度測定システムの重大な利点は、光ファイバー
線での単一小直径管が、完全な坑井孔温度プロフィルを
生成するために使用されることである。この温度プロフ
ィルにより、高度に正確な平均試験流体温度決定が行わ
れ、これにより、より正確な降下孔圧力測定を生ずる。
重大なことに、坑井流体のより正確かつ連続な圧力測定
値が、こうして、本発明により実時間において決定され
る。

第３図は、熱電対又は光ファイバー線と加圧試験流体
を分離するために、坑口から離れた表面において都合良
く位置する適切な多岐管を示す。Ｔ形状本体は、管18と
熱電対又は光ファイバー線内部を収容するための入力ポ
ートと、圧力読み値を測定装置26に伝達するために管と
流体連通する出力ポートと、本体56内で試験流体を密閉
しながら、熱電対又は光ファイバー線を温度測定装置24
に伝達するための出力ポートとを設けられる。

３つの同一端部キャップ58が、ポートの各々において
設けられる。端部キャップ58は、フェルール60を管18の
外側円筒形表面52との把持及び密閉係合に押しやるよう
に、入力ポートにおいて本体56にねじ込められる。同様
に、端部キャップ58は、試験流体を多岐管20の外側に、
かつ測定装置26に伝達させるために、多岐管20の圧力出
力ポートにおいて設けられる。構造的に管18に類似する
スリーブ形状部分66を有する管継ぎ手64は、端部キャッ
プ58によって本体56に連結される。本体56の外側の管継
ぎ手64の端部は、温度測定装置24に延びている熱電対又
は光ファイバー線54の外径を密接に近似する円筒形通路
を有する。線54は、別の端部キャップ62とフェルール68
によって管継ぎ手64に密閉される。多岐管20の設計と構
造は本発明に重要ではないが、多岐管が坑口８から分離
した位置において表面に位置することは、本発明の重大
な特徴である。

本発明による小直径管18は、好ましくは、約0.21イン
チよりも小さな内径を有する。熱電対線を収容するため
に、この内径は、約0.10インチよりも大きい。管の有効
容積と、こうして断面領域は、米国特許第４、010、642
号において述べられた指針に従う。使用されたならば、
熱電対線は、熱電対線を取り囲む管18における試験流体
によって生成された環境によって与えられた保護と、第
４図に示された構造によって与えられた物理的な保護と
の組み合わせにより、高信頼性を有する２つの異種の金
属導体を含む。この物理的な構造は、この熱電対線が本
発明により置かれた環境のために、鑿井に延びている熱
電対線に比較して、比較的安価である。２つの異種金属
導体は、降下孔流体と係合されることによるか、又は降
下孔流体のすぐ上の試験流体に位置付けられることによ
り、降下孔流体温度を測定するために、ハウジング19の
室内に位置する熱電対接合部を形成するために結合され
る。後者の状況は、こうして変動する降下孔流体温度を
検出するために、低速の応答時間となる。

光ファイバー線の実施態様において、線における２つ
の光ファイバーは、単一光ファイバー・ループの半部で
あり、ループの両方の端部は、表面にあり、そしてルー
プの中央部分は、ハウジング19内にある。再び、光ファ
イバー・ループに対する高信頼性と縮小された被覆費用
は、光ファイバー線を取り囲む管18における試験流体に
よって生成された環境の結果として獲得される。多重温
度点が測定されるが、フィート当たりの光ファイバー・
システムの費用は、熱電対システムの費用にほぼ等し
い。管18は、光ファイバー線上に適用された被覆の費用
を縮小するだけでなく、光ファイバー線自身が、一般に
非常に軽くかつ柔軟であるために、動的坑井における流
速に耐えることができないという点において、そのよう
な管によって保護されないならば坑井孔における光ファ
イバー温度測定システムが受ける重大な制限を克服す
る。光ファイバー線は、多分この困難を最小にするよう
に検量されるが、増大された重量は、深い坑井において
使用されたならば、光ファイバー線の推奨強度を超過す
る。管18において光ファイバー線を閉鎖することによ
り、線は、この発明の坑井孔圧力測定概念を犠牲にす
る、本質的に静的な環境において保護される。

本発明によって測定される降下孔流体は、表面よりも
１、000フィート以下であるために、管が製造された
後、小直径管に熱電対又は光ファイバーを挿入すること
は、不可能ではないとしても、困難である。そのような
挿入は大直径管に対して可能であるが、管18の小直径
と、関連した低費用と低容積は、発明の重大な特徴であ
る。従って、熱電対又は光ファイバー線21は、好ましく
は、管が製造される時、管18に挿入される。第４図は、
管状部材を形成するために、適切な押出ダイ（図示され
ていない）によって曲げられた、管を形成するために使
用された平たんシート金属ストック17を示す。管は、連
続溶接72によって隣接端面を密封することにより完成さ
れる。熱電対又は光ファイバー線21は、好ましくは、シ
ート金属70に対して置かれ、かつ溶接プロセス中溶接72
から離れて保持され、その結果管18は、線の回りに有効
に形成され、かつ溶接72からの熱は、線21に損傷を与え
ない。第４図は、比較的低費用の外側ステンレス鋼さや
74を具備する線21を示す。熱電対線に対して、導線76と
78は、さや内に位置付けられ、かつ絶縁材料80によって
相互にかつさやから電気的に隔離される。光ファイバー
線に対して、光ファイバーは、さや内に位置付けられ、
すなわち、相互に又はさや74から絶縁される又はされな
い。光ファイバー・システムにおいて、さや74は、適切
な被覆又は包装で置き換えられる。多様な熱電対線と熱
電対接合部が、本発明により使用されるが、適切な熱電
対線は、酸化マグネシウム絶縁材料で製造され、そして
接合部を保護しかつ漂遊起電力信号を最小にするさや端
部から電気的に隔離された非接地測定接合部を使用す
る。適切な光ファイバー線は、好ましくは、第４図に示
された方法において、管18内に置かれる前に、さやに入
れる又は被覆される。適切な被覆は、管18内の予期温度
により、そして被覆は、特に線が非腐食性流体によって
保護されるために、−100℃〜＋600℃以上の条件に耐え
るために利用可能である。組立体29とハウジング19内の
線の最後の数メートルは管18によって保護されないため
に、所望ならば、新種かつ高価な被覆が、（設置された
光ファイバー線の最下方部分である）光ファイバー・ル
ープの中央部分に適用される。

第５図は、本発明による光ファイバー圧力及び温度シ
ステムを示す。組立体29における降下孔構成要素は、光
システムの多重温度点測定特性により、いっそうの柔軟
性が許容されることを除いて、前述されたものに類似す
る。第５図に示された実施態様において、光ファイバー
線82は、管18内に収容され、かつ坑井流体16と係合した
位置において、検査ハウジング19内で終端するために、
管継ぎ手34を通って延びている。しかし、光ファイバー
・システムは多重点温度測定値を許容するために、光フ
ァイバー線82が坑井流体に係合しないとしても、信頼性
のある坑井孔温度プロフィルと正確な坑井孔圧力補償信
号が生成される。補償用の補正信号の合理的な精度のた
めに、光ファイバー線は、組立体29に合理的に接近した
位置に延びており、そして好ましくは、ハウジング19の
頂部から検査ハウジング19の長さの２倍内の深さに延び
ている。従って、光ファイバー線82は、組立体29のすぐ
上の管18内に完全に設けられ（この場合特殊な被覆は線
の下方部分に対して必要とされない）、坑井流体との係
合に延びており、あるいはある位置で終端する。

第５図は、前述の管継ぎ手９を介して、坑口８を出る
管18を示す。多岐管20、弁７、試験流体源22、圧力測定
装置26と圧力読み出し装置27は、各々、表面において位
置し、そして前述されている。光ファイバー線82は、管
18によって保護されない多岐管20から出て、そして光フ
ァイバーは相互に隔離される必要はないが、適切な層88
によって構造的に包装又は被覆された光ファイバー84と
86を具備して示される。また、第５図は、温度測定装置
24に延びている付加的な光ファイバー線82Aと82Bを示
し、そしてこれらの線の各々は、隣接する坑井孔に延び
ている類似の管18内の線に対応する。一つの実施態様に
おいて、装置24は、光フロントエンド装置90、レーザー
・パルサー91、タイマー92、電子回路パッケージ93、マ
イクロプロセッサー94と検出器95を具備する。タイマー
92は、光フロントエンド装置90を通過するレーザー・バ
ーストを断続的に生成するために、パルサー91を制御す
る。各検査地点において、このレーザー・パルスの部分
は、表面に反射され、そして検出器95によって測定され
る。タイマー92、電子回路93とマイクロプロセッサー94
は、検出器から出力を受信するために協同し、かつ前述
の如く、検査地点の各々における温度を決定する。精度
の増大のために線82においてファイバー84と86を含む光
ファイバー・ループを有することが好ましいが、単一光
ファイバーが、装置24から組立体29に隣接する降下孔位
置に延びている線82において使用される。また、熱電対
線又は光ファイバー線以外の管18内の温度検出線が、多
分、本発明により降下孔温度を測定するために使用され
る。

本発明の利点の一つは、一本の線が坑井孔において設
置される必要があるが、降下孔流体の温度及び圧力読み
値が、表面において容易に獲得されることである。光フ
ァイバー・システムにより、多重鑿井温度測定値が、管
18の直径は多重熱電対線を収容するために増大される必
要なしに、獲得され、これにより、費用の大きな増大な
しにシステムの融通性と精度を増大させる。２つの線よ
りも１つの線の使用は、鑿井に下降された時、２つ以上
の線の長い長さに通常関連したねじれ問題が回避される
ために、本発明によるシステムの信頼性を実質的に増大
させる。システムの修理に関連した遅れと費用と共に、
多重線を使用するシステムの問題の信頼性は、単一線が
圧力と温度を信頼性をもって測定するために使用される
ことから、本発明によって回避される。

熱電対又は光ファイバー線が、小直径管における不活
性試験流体によって実質的に保護されることが、本発明
のいっそうの利点である。熱電対又は光ファイバー線
は、好ましくは、ワイヤ又は光ファイバーが試験流体に
さらされない如く、全長でさやに入れられるが、熱電対
又は光ファイバー線自身は、一般に腐食性の鑿井環境に
さらされない。試験流体は、坑口の外側にある多岐管の
位置において密閉され、その結果電気接合部は、坑口又
は鑿井のいづれにも必要でない。熱電対又は光ファイバ
ー線は、選択された試験流体によって実質的に保護され
るために、線21の金属さやは、腐食性鑿井流体から熱電
対ワイヤ又は光ファイバーを保護するために必要な新種
材料よりも、実質的に安価なステンレス鋼又は他の材料
から製造される。

本発明の特定の実施態様が示されかつ記載されたが、
いっそうの変更と修正が、発明の精神と範囲を逸脱する
ことなしに行われることは明らかである。このため、特
許請求の範囲は、そのような変更と修正を包含すること
が意図される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、生産用炭化水素回収井の坑井孔における本発
明による圧力及び温度監視システムの部分的に断面の絵
画図。 第1A図は、第１図に示された圧力及び温度監視システム
の一部の部分的に断面の簡略絵画図。 第２図は、小直径管から坑井孔においてつるされた圧力
及び温度監視システムの適切な降下孔部分の詳細な断面
図。 第３図は、圧力と温度が適切な表面装置によって監視さ
れる如く、加圧試験流体と熱電対又は光ファイバー線を
分離するための適切な表面多岐管の詳細な断面図。 第４図は、本発明による検査管において熱電対又は光フ
ァイバー線を設置するための適切な技術の簡略絵画図。 第５図は、降下孔圧力及び温度を正確に決定するため
に、この発明による光ファイバー・システムの表面構成
要素の簡略絵画及びブロック図。 ７……弁 11……ケーシング 13……ストリング 16……室 18……連続管 19……ハウジング 20……多岐管 21……フアイバー線 26……圧力測定装置 27……圧力読み出し装置 39……入り口ポート

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所望の深さにおいて鑿井における降下孔流
   体の変動する圧力と温度を連続的に測定するための装置
   において、 鑿井内に配置され、かつ表面から所望の深さに連続的に
   延びている流路を有する管と、 管から所望の深さにおいて鑿井においてつるされたハウ
   ジングであり、降下孔流体と管における流路と流体連通
   にある室を規定するハウジングと、 選択された流体と室内の降下孔流体の界面を形成するた
   めに、選択された流体で、管における流路とハウジング
   における室の部分を初期的に加圧するための表面におけ
   る加圧試験流体源と、 管と加圧試験流体源の間の流体連通を選択的に隔離する
   ための弁と、 管の流路内に配置され、かつハウジングに隣接した降下
   孔流体温度を検出するために、表面から降下孔における
   ハウジングに隣接した位置に延びている光ファイバー線
   と、 流路内の選択された流体を密閉するための表面における
   多岐管であり、管と光ファイバー線を密閉して収容する
   ための入力ポートと、多岐管内の選択された流体を密閉
   しながら、多岐管から熱電対線を向けるための光ファイ
   バー出口ポートと、多岐管から加圧選択流体を向けるた
   めの流体出口ポートとを有する多岐管と、 所望の深さにおける降下孔流体圧力を決定するために、
   選択された流体の流体圧力を測定するために、多岐管の
   流体出口ポートと流体連通にある表面における圧力測定
   装置と、 多岐管から延びている光ファイバー線を収容し、かつ所
   望の深さにおいて降下孔流体の温度を測定するために表
   面における温度測定装置とを具備する装置。
2. 【請求項２】管とハウジングを相互連結するために、各
   々物理的に管と防水係合にある第１及び第２の軸方向に
   間隔をあけたコネクタをさらに具備する請求項１の装
   置。
3. 【請求項３】温度測定装置から温度信号を受信し、かつ
   降下孔流体の測定温度の値関数として流体圧力を決定す
   るために補正値を出力するための表面における計算手段
   をさらに具備する請求項１の装置。
4. 【請求項４】光ファイバー線が、室内に位置付けられ、
   かつ降下孔流体と係合される請求項１の装置。
5. 【請求項５】選択された流体が、窒素とヘリウムから成
   るグループから選択される請求項１の装置。
6. 【請求項６】降下孔流体における固体が管に通過するの
   を防止するためにハウジング内に位置付けられたろ過器
   であり、光ファイバー線を収容するための通路と、光フ
   ァイバー線をろ過器の外側にかつ降下孔流体との係合に
   通過させるための出口ポートとを有するろ過器をさらに
   具備する請求項１の装置。
7. 【請求項７】温度測定装置に応答して、降下孔流体温度
   の指示を出力するための温度読み出し装置をさらに具備
   する請求項１の装置。
8. 【請求項８】所望の深さにおいて鑿井における降下孔流
   体の変動する圧力と温度を監視するための装置におい
   て、 鑿井内に配置され、かつ表面から鑿井における所望の深
   さに連続的に延びている流路を有する管と、 鑿井においてつるされ、かつ降下孔流体と管における流
   路と流体連通にある室を規定するハウジングと、 選択された流体と室内の降下孔流体の界面を形成するた
   めに、選択された流体で、管における流路とハウジング
   における室の部分とを初期的に加圧するための表面にお
   ける加圧試験流体源と、 管の流路内に位置付けられ、かつ表面から鑿井における
   ハウジングの方に延びている温度検出線と、 流路内に選択された流体を密閉するための表面における
   多岐管であり、管と温度検出線を密閉して収容するため
   の入力ポートと、多岐管内で選択された流体を密閉しな
   がら、多岐管から温度検出線を向けるための温度検出線
   出口ポートと、多岐管から加圧選択流体を向けるための
   流体出口ポートとを有する多岐管と、 表面における圧力監視装置であり、所望の深さにおいて
   降下孔流体圧力を決定するために、選択された流体の流
   体圧力を監視するための多岐管の流体出口ポートと流体
   連通にある圧力監視装置と、 多岐管から延びている温度検出線を収容し、かつ降下孔
   流体の温度を監視するための表面における温度監視装置
   とを具備することを特徴とする装置。
9. 【請求項９】温度検出線が、その端部が表面にある光フ
   ァイバー・ループを有する光ファイバー線であり、光フ
   ァイバー線が、鑿井におけるハウジングに隣接した少な
   くとも深さまで管内の降下孔に延びている請求項８の装
   置。
10. 【請求項１０】光ファイバー線である温度検出線と、 光ファイバー線により降下孔に光パルスを断続的に生成
    しかつ伝達するための表面におけるレーザー・パルサー
    と、 表面に降下孔反射されたレーザー・パルスを受信し、か
    つ降下孔流体温度を指示する信号を出力するための表面
    における検出器とを具備する請求項８の装置。
11. 【請求項１１】ハウジングが、表面から所望の深さに延
    びており、かつ表面と鑿井の間に流体を伝達するための
    流路を有する生産管から鑿井においてつるされる請求項
    ８の装置。
12. 【請求項１２】温度監視装置から温度信号を受信し、か
    つ降下孔流体の監視温度の関数として流体圧力を決定す
    るために補正値を出力するための表面における計算手段
    をさらに具備する請求項８の装置。
13. 【請求項１３】圧力監視装置に応答して降下孔流体圧力
    の指示と、計算手段からの補正値を出力するための圧力
    読み出し装置をさらに具備する請求項12の装置。
14. 【請求項１４】所望の深さにおいて鑿井における降下孔
    流体の変動する圧力と温度を監視する方法において、 鑿井へ温度検出線を有する管を下降させ、管は、表面か
    ら所望の深さに連続的に延びている流路を有し、そして
    温度検出線は、表面から所望の深さの隣接まで延びてい
    ることと、 ハウジングを鑿井における所望の深さに下降させ、ハウ
    ジングは、鑿井における降下孔流体と管における流路と
    に流体連通にある室を規定することと、 選択された流体と、ハウジングにおける室内の降下孔流
    体との界面を形成するために、選択された流体で、管に
    おける流路とハウジングにおける室の部分とを加圧する
    ことと、 表面において、管から温度検出線を出力しながら流路内
    の選択された流体を密閉することと、 所望の深さにおける降下孔流体の流体圧力を決定するた
    めに、表面において管における選択された流体の圧力を
    監視することと、 所望の深さにおいて降下孔流体の温度を決定するため
    に、表面において温度検出線を監視すること とを含むことを特徴とする方法。
15. 【請求項１５】表面から所望の深さに延びている生産管
    から鑿井における所望の深さにおいてハウジングをつる
    すことと、 生産管の管外部を位置付けることと、 生産管の外部からハウジングにおける室に管を通過させ
    るために、生産管を通ってポートを形成することとをさ
    らに含む請求項14の方法。
16. 【請求項１６】温度検出線が、光ファイバー線であるこ
    とと、 光ファイバー線を通って降下孔に光パルスを断続的に伝
    達することと、 表面に降下孔反射された光パルスを検出し、かつそれに
    応答して降下孔流体温度を指示する信号を出力すること
    とをさらに含む請求項14の方法。
17. 【請求項１７】降下孔流体の決定された温度の関数とし
    て、降下孔流体の流体圧力を計算することをさらに含む
    請求項14の方法。
18. 【請求項１８】管からハウジングをつるすことと、 管とハウジングを鑿井における所望の深さに同時に下降
    することとをさらに含む請求項14の方法。
19. 【請求項１９】降下孔流体圧力が、管とつるされたハウ
    ジングが鑿井内で下降された時、鑿井における多様な選
    択された深さにおいて監視される請求項18の方法。
20. 【請求項２０】所望の深さに延びている管の重量と、ハ
    ウジングの重量の関数として、一様な材料強度と一様な
    断面領域を有する管を選択することをさらに含む請求項
    18の方法。