JPH07280749A - 井戸から産出する流体中のガス相の検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 多相流体を産出する井戸について用いられる
改良されたガスホールドアップ検出用の装置を提供す
る。 【構成】 低エネルギガンマ線が放射線源から流体に対
して照射され、検出用結晶によりカウントが測定され
る。金属ケーシングが、ガンマ線の地層による散乱をシ
ールドし、従って検出器は、井戸の内部を流れる混相流
体によって主に決定される。適宜較正を行うことによ
り、特定の直径を有するケーシングについての液体に対
するガスの比を求めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ケーシングを有する井
戸坑内に於いて多相液体中に於けるガスカット（ｇａｓ
ｃｕｔ）またはガスホールドアップ（ｇａｓ ｈｏｌ
ｄｕｐ）を測定する技術に関する。特に、本発明はケー
シングを有する石油またはガス井戸坑内の多相流体中に
存在するガスの体積を測定するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ケーシングを有する井戸坑について産出
ロギング（ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌｏｇｇｉｎｇ）を
行う技術分野に於いて、流体中の相即ち、固体、液体及
びガス相を分離し、これら多相流に於ける各相の量を測
定することが従来から問題となっていた。多相流に於け
る固体、液体及びガス相の各量を加えることにより全量
が与えられる。液体相は、オイルスラグ或いは固体粒子
が分散した水分を含み、ガス相も大小の泡をなす場合が
ある。また、井戸ケーシングが水平またはほぼ水平であ
ったり、ガス相が重力により液体及び固体相から分離し
てガス相を形成したような場合にいわゆる成層流が発生
する。

【０００３】云うまでもなく、井戸から産出する流体の
液体相、固体相及びガス相を測定することは、各相を別
個に測定する過程に分離することができる。本発明は、
ガス相が、液体中に溶解しているのではなく、大小のガ
スの泡や成層流をなしていることによりガス層が液体相
から分離しているような場合に於いて、ケーシングを有
する井戸坑から産出する流体に於けるガス相の量を測定
する装置に関する。本発明に基づく装置は、井戸坑から
産出するガスが液相中に溶解している場合には適用でき
ないと考えられる。しかしながら、後記するように、ケ
ーシングを有する井戸坑に於ける流れの中に於いて、広
い意味で、泡または成層流をなすようなガスのホールド
アップ或いは体積パーセントを測定するための技術を包
含するものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の
問題点に鑑み、本発明の主な目的は、ケーシングを有す
る石油またはガス井戸坑内の多相流体中に存在するガス
の体積を測定するための改良された装置を提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に基づく装置は、
低エネルギガンマ線源及び、シールド材料を介してガン
マ線源に近接して配置されたヨウ化ナトリウム検出器と
を用いる。ガンマ線源から放射された低エネルギガンマ
線は、ヨウ化ナトリウム結晶及びフォトマルチプライヤ
管を有する検出器に向けて、産出するべき流体により散
乱される。ガンマ線のカウントは、ケーシングを有する
井戸坑内に於けるガスの体積パーセント即ちガスホール
ドアップに反比例する。比較的低いエネルギのガンマ線
を用いることにより、井戸ケーシングの外側に於ける地
層の変化による影響を受け難くすることができる。ケー
シングは、低エネルギガンマ線に対してシールドの役割
を果たし、ガンマ線はたかだかケーシングを１回透過す
るのみで、それを通過した後は再びケーシングを透過し
てケーシング内に戻ることができない。従って、ケーシ
ングの外側の材料の組成に対して比較的鈍感であるよう
な、流体中のガスホールドアップ即ちガスの体積パーセ
ントを測定する装置が提供される。この装置は、ケーシ
ングの厚さの影響を比較的受けないが、ケーシングの直
径の影響を受けるため、そのための補償が提供される。

【０００６】

【作用】比較的低いエネルギのガンマ線を用い、しかも
好適に配置された検出器を用いることにより、測定結果
に対する、油、ブライン（塩水）、真水などの、井戸坑
内の液体の組成の変化による影響を減らすことができ
る。１００ｋｅＶ以下のエネルギ範囲に於いては、２つ
のガンマ線相互作用プロセスが優勢である。第１のもの
は、散乱媒体の密度に比例するような散乱であり、第２
のものは、媒体の原子数Ｚの関数に比例する光電吸収で
ある。石油、塩水或いは真水などの産出流体中に一般的
に存在する液体は、互いに散乱及び吸収の効果をキャン
セルする働きがあり、与えられた体積中に於ける液相
が、石油から真水または塩水に変化した場合でもカウン
ト数に於ける正味の変化が生じない。このような好都合
な事情は、石油から真水または塩水への変化が密度の増
加と共に原子数Ｚの増加を伴うものであることによるも
のである。密度の増加は、検出器に散乱により戻ってく
るエネルギの増大を引き起こし、その結果カウントが増
大する。原子数Ｚの増加は、光電吸収を増加させ、カウ
ントを減少させる。密度の増大に伴うカウントの増加
は、原子数の増大に伴うカウントの減少と極めて近いこ
とから、結果としてカウントに生ずる正味の変化が極め
て僅かであって、井戸坑内に於ける液体の組成に対して
ガスの体積或いはガスのホールドアップの測定値を比較
的鈍感にする。本発明の装置は、ガスが流体内にどのよ
うに分布しているかに関わらず、与えられたガスの割合
に対して同一のカウントを与える点に於いてガスの分布
状態に比較的鈍感である。

【０００７】従って、本発明に基づく装置は、ガスが液
相から分離し成層流をなすような場合や、ガスが液体中
に泡として均一に混入しているが、溶解はしていないよ
うな垂直井戸などを含むさまざまな形式の井戸について
等しく適用可能である。

【０００８】

【実施例】ウェルロギング（ｗｅｌｌ ｌｏｇｇｉｎ
ｇ）は石油或いはガス井戸に於いて各成分の体積割合を
評価するためにしばしば行われる。流体の流速の測定と
ともにこれらのデータは、井戸内に於ける各領域からの
産出量を決定するために用いられる。従って、井戸に於
いて、石油、ガス、水或いはそれらの混合物を産出する
時間を特定することができる。これらのデータは、石油
或いはガスの生産効率を向上する上で重要であって、水
の産出や、埋蔵量を管理する上で有用である。

【０００９】本発明に基づく装置は、産出流体中のガス
の体積割合を測定するための装置に関するもので、ガス
ホールドアップは、地表に於ける産出液体に対するガス
の総体積パーセントで表されるガスカットとは区別され
る。ガス対液体の比は、井戸の圧力の関数に従って変化
する。ガスは比較的圧縮可能であることから、井戸の深
い部分に於けるガスのホールドアップは、そのような深
い領域に於いては、地表に於けるガスカットよりもかな
り小さくなる。

【００１０】図１に示されるように、ウェルロギングゾ
ンデ（センサ）１８が、従来形式の装甲多導体型ウェル
ロギングケーブル１１を介して、ケーシングを有する井
戸坑１０内に投入される。地表に於けるリグ１６が、ロ
ギングケーブル１１を従来の要領をもってガイドする滑
車１９を支持する。図示されないウィンチが、井戸坑１
０内にてウェルロギングゾンデ１８を上げ下げするため
に地表に設けられている。井戸坑１０は、鋼鉄製のケー
シング２０によりケーシングされ、該ケーシングは、井
戸坑１０が貫通する多数の地層１７間に於ける流体の流
通を防止するために、またケーシング２０を固定するた
めに、セメントシース２１により包囲されている。セメ
ントシース２１及びケーシング２０は、複数の孔２２を
介して産出領域に連通しており、産出液体及びガスは産
出孔２２から井戸坑１０内に導入される。産出流体は、
図１に示されるような井戸からの流体１５内に於いて泡
として示されるようなガスホールドアップを含む場合が
ある。

【００１１】図２は、本発明に基づくガスホールドアッ
プセンサ１８を図１よりも詳細に示している。ウェルロ
ギングケーブル１１が、従来から知られている要領をも
ってロギングセンサ１８の上端に連結されている。ブル
プラグ４１が、センサを井戸坑２０から出し入れする際
にセンサの下端を損傷しないように保護している。比較
的低いエネルギのガンマ線を放射する放射線源３７が、
ロギングセンサ１８の下端にてブルプラグ４１に隣接し
て配置されている。この放射線源３７は、１２２ｋｅＶ
のフォトピークエネルギを有する放射性コバルト５７か
らなるものであってよい。この放射線源３７は主に１２
２ｋｅＶのガンマ線を放射し、ガンマ線はケーシング３
３の内部の流体に向けて放射され、その様子が、図２に
於いて破線により示されている。放射線源３７は、それ
に近接して配置された検出結晶３５に対して鉛のシール
ド３６により区分されている。検出結晶３５は、放射線
源３７からのガンマ線により直接照射されないように十
分な厚さを有する鉛のシールド３６により保護されてい
る。

【００１２】ケーシング内部で放射された散乱ガンマ線
は、検出用結晶３５により検出される。この検出用結晶
３５は、１インチのフォトマルチプライヤ管（ＰＭＴ）
３４に光学的に結合された１インチの直径及び２インチ
の長さを有するヨウ化ナトリウム結晶からなるものであ
ってよい。１２２ｋｅＶの比較的低いエネルギを有する
ガンマ線は、それを包囲する井戸のケーシング３３の２
倍の厚さを貫通することができない。従って、一旦ケー
シング外に出たガンマ線は井戸のケーシング３３を包囲
する地層１７により再び検出用結晶３５に向けて散乱さ
れることがない。図２に於けるセンサ１８の外側ハウジ
ングは、１−１１／１６インチの直径を有する薄肉の鋼
鉄管を含むが、アルミニウムなどの他の金属を含むもの
であってよい。

【００１３】検出用結晶３５に於いて発生したフラッシ
ュ即ち閃光はフォトマルチプライヤ管３４により電気信
号に変換され、該信号は増幅された後ダウンホールセン
サ１８の電子回路４０に供給される。ＰＭＴ３４により
得られたパルスはカウントされ、センサの電子回路４０
に於けるメモリバンクに記憶される。パルスは、メモリ
バンクから所定の速度をもってゾンデの上端に設けられ
たテレメータシステム３９に転送される。テレメータシ
ステムからの信号は、後記の要領をもって装甲された多
導体ウェルロギングケーブル１１内の導体により供給さ
れる。

【００１４】ダウンホールセンサ１８内のテレメータシ
ステム３９からの信号は、地表のコンピュータ１２によ
り検出され、地表コンピュータは、図１に於ける井戸坑
の近傍に於ける地層から産出されるガスの体積即ちガス
ホールドアップの関数としてダウンホールセンサに於け
るカウントを、図３、４及び５に示されたグラフにより
与えられるような所定の関係を以て作動するようにプロ
グラムされている。

【００１５】図３に示されるように、カウントは、検出
器の位置に於ける流体の流れ中に存在するガスホールド
アップに反比例する。図４に於いては、検出器の近傍に
於ける非均一な或いは均一なガス分布についてのガスの
体積の分布状態ついての関係が示されている。ガスが均
一に分布している場合には、ガスは流体の液相内に均一
に分布した泡をなしており、井戸坑内の装置の周りに対
称に分布している。図４に示されるように、成層部即ち
流体相が相をなして分離しているような非均一な分布の
場合でも、この流体に対するセンサ１８の応答がほぼ同
様であることを示している。従って、本発明に基づく装
置は、井戸坑が概ね水平方向に延在するような深さに於
いて流体が水平な層をなしているような、図１に示され
るような極めて屈曲した井戸坑について用いるのに適し
ている。

【００１６】図５は、流体により満たされた井戸坑内に
於ける、真水及び塩水の両者についてガスホールドアッ
プの関数として検出器に於けるカウントをグラフにより
示している。このグラフによれば、産出流体が真水であ
っても塩水であっても応答は概ね線形であることを示し
ている。通常の石油、軽質油及び重質油の何れからも同
様な応答が得られることは、ガスが井戸から産出する流
体中に溶解していないあらゆる場合に於いてセンサの応
答を線形に維持することができることを示している。標
準的な装置を用いて研究室で得られた較性結果により図
３〜５に示されたグラフを確認した。同様な研究室に於
ける測定結果によれば、本発明に基づく装置は、ケーシ
ングの厚さの影響はそれほど受けず、ケーシングの直径
に対して敏感であるが、地表コンピュータ１２のメモリ
に於いて特定の直径のケーシングについての構成結果を
予め設定して於けば、直径による測定結果の変化を容易
に補正することができる。

【００１７】図２に示されるような装置を用いた実験に
よれば、この装置によるガスホールドアップの測定値
は、高い精度を有し、しかも液相の組成が石油、塩水ま
たは真水の何れであるかについて比較的鈍感であり、ケ
ーシングのシールド効果によりケーシングの外側の物性
の変化に鈍感であることが確かめられた。センサの測定
値は、ケーシングの直径には敏感であるがケーシングの
厚さに対しては鈍感であって、また井戸内の流体中のガ
スホールドアップの分布状態に対しても鈍感である。こ
の最後に述べた特徴により、ガスが液相から分離してい
るような極めて屈曲した井戸や、ガスが液体中に泡とし
て均一に分布しているような垂直井戸などにも等しく適
用可能であることを示している。

【００１８】図１に示されたレコーダ１３から得られた
記録によれば、ガスホールドアップの曲線は、ダウンホ
ールゾンデ１８の井戸坑内の深さの関数である。この情
報は、井戸坑内の異なる深さに於ける圧力の変化に対し
てガスのエントリーポイントまたはガス及び液相の分離
に応じて評価することができ、産出井戸の状態を評価す
る上で有用な情報を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】極めて屈曲した井戸坑に用いられた本発明に基
づく装置を示す模式的断面図である。

【図２】ケーシングを有する井戸坑内に用いられた本発
明に基づくウェルロギング装置を示す模式的断面図であ
る。

【図３】異なるガスホールドアップ即ちガス体積分布及
び異なる液体について本発明に基づくセンサの応答を示
すグラフである。

【図４】装置の周囲のガスの分布が均一な場合及び非均
一（成層流）な場合の両者に於ける本発明に基づく装置
の応答を示すグラフである。

【図５】本発明に基づく装置が、水の中の塩分の量に対
して鈍感であることを示すグラフである。

【符号の説明】

１０ 井戸坑 １１ ケーブル １２ 地表コンピュータ １３ レコーダ １４ 記録媒体液体 １６ リグ １７ 地層 １８ ゾンデ（センサ） １９ 滑車 ２０ ケーシング ２１ セメントシース ２２ 産出井戸坑 ３３ ケーシング ３５ 検出用結晶 ３６ シールド ３７ 放射線源 ４１ ブルプラグ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリストファー・エイ・スクヌーア アメリカ合衆国テキサス州78756・オース ティン・ラムゼイ 4601

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属ケーシングを有する井戸坑から産
   出し、該ケーシング内を上向きに流れる流体中のガス相
   を検出するための装置であって、 前記金属ケーシングを貫通して、該ケーシングの外側の
   材料により散乱される確率が小さいような比較的低いエ
   ネルギをもってガンマ線を照射するためのガンマ線源
   と、 前記ガンマ線源から照射され、前記金属ケーシングの外
   部の材料により散乱されたガンマ線を検出し得るよう
   に、前記ガンマ線源の近傍に、前記ガンマ線源によるガ
   ンマ線の直接の照射を避け得るように配置された、シー
   ルド手段を備えるガンマ線シンチレーション検出器と、 前記検出器により検出されたガンマ線をカウントし、該
   カウントを示すカウント信号を記憶する手段と、 前記ガンマ線源の近傍に於ける井戸坑から産出される流
   体のガスホールドアップ相を示す測定値を得るように所
   定の関係をもって前記カウント信号を処理するための手
   段とを有することを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 前記した井戸坑から産出する液体が流
   れる前記金属ケーシングの内部にて前記ガンマ線源及び
   前記検出器を収容するためのハウジング手段を更に備え
   ることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 前記ハウジング手段が、前記ガンマ線
   源、前記検出器及び前記ガンマ線カウント手段をその内
   部に収容しており、かつ前記ハウジングが、ケーブルに
   より支持されて前記したケーシングを有する井戸坑内を
   移動し得るようにしたことを特徴とする請求項２に記載
   の装置。
4. 【請求項４】 前記シールド手段が、前記シンチレー
   ション検出器と同様の断面形状及び面積を有する少なく
   とも約２分の１インチの厚さを有する鉛の板を有し、前
   記シールド手段が前記検出器の一部を含む円筒形をなす
   ヨウ化ナトリウム結晶の一端に設けられ、パルスカウン
   ト信号を発生するために、フォトマルチプライヤ管が、
   該結晶の他端に光学的に結合されていることを特徴とす
   る請求項３に記載の装置。
5. 【請求項５】 前記ハウジング手段から地表にテレメ
   ータ信号を送るように、前記ケーブルを介して前記カウ
   ント信号を伝達するためのテレメータ手段が、前記ハウ
   ジング内に設けられていることを特徴とする請求項３に
   記載の装置。
6. 【請求項６】 ガスホールドアップ量を示す測定値を
   得るために、前記ケーシングの直径の関数として与えら
   れた所定の関係に基づき、前記地表にて得られた前記テ
   レメータ信号を処理するためのコンピュータ手段と、前
   記信号を前記井戸坑の深さの関数として表示するための
   手段とを有することを特徴とする請求項５に記載の装
   置。
7. 【請求項７】 前記ケーシングの直径の関数である前
   記所定の関係が、前記コンピュータ手段のメモリに記憶
   された、異なる複数の直径を有するケーシングについて
   較性された複数の関係を含むことを特徴とする請求項６
   に記載の装置。
8. 【請求項８】 前記ガンマ線源が、１２２ｋｅＶのフ
   ォトピークエネルギを有するガンマ線を供給するための
   放射性コバルト５７同位元素源、８８ｋｅＶのフォトピ
   ークエネルギを有するガンマ線を供給するための放射性
   カドミウム１０９同位元素源または同様の低エネルギ源
   からなることを特徴とする請求項１に記載の装置。
9. 【請求項９】 前記した井戸坑から産出する液体が地
   表に向けて流れる前記ケーシング内に配置された、閉じ
   られたハウジング部材内に前記ガンマ線源及び検出器が
   収容されていることを特徴とする請求項８に記載の装
   置。
10. 【請求項１０】 前記検出器手段が、フォトマルチプ
    ライヤ管に光学的に結合された概ね円筒形をなすヨウ化
    ナトリウム結晶を含むことを特徴とする請求項９に記載
    の装置。