NO152024B - Anordning for detektering og maaling paa stedet av et mineralavleiringsfluidum - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning for detektering og måling på stedet av et mineralavleiringsfluidum som angitt i innledningen til krav 1.

I løpet av operasjonen, som består av boring av

et borehull i en underjordisk formasjon ved hjelp av en roterende borekrone som får sin rotasjon ved hjelp av enten en overflate eller en brønndriveenhet, blir et boreslam av kjent sammensetning sirkulert gjennom borekronen. Slammet blir benyttet som kjølemiddel for borekronen og tjener også til fjerning av borekutt når det blir boret i formasjonen. Boreslammet sirkulerer således oppover fra bunnen av borehullet mot overflaten gjennom det ringformede mellomrommet dannet mellom boreenheten og borehullveggen.

Når et mineralavleiringsfluidum som fremkommer

fra den borede formasjonen trenger inn i borehullet,

blandes den med boreslammet. Problemet består i å detek-

tere tilstedeværelsen av mineralavleiringsfluidum i boreslammet .

Flere anordninger er blitt foreslått. Vanligvis blir et mineralavleiringsfluidum detektert ved at en venter til fluidumet strømmer opp til overflaten med sirkulerende boreslam. Denne metoden tillater imidlertid ikke nøyaktig lokalisering av punktet hvor inntrengningen av mineral-avleiringsf luidum i borehullet og/eller inn i boreslammet tar til. Metoden har en ytterligere ulempe med hensyn til boresikkerheten og forhindringen av blow-out.

En annen metode består i utsendelse av en rekke akustiske bølger inn i borehullet både oppstrøms og ned-strøms til borekronens ytre arbeidsområde, måling av forskjellen mellom den akustiske energien reflektert og spredt av boreslammet oppstrøms og nedstrøms til borekronens yttergrense, omforming av målingene i et differansesignal og sending av differansesignalet til overflaten. Denne borehulls-detekteringen arbeider imidlertid etter prinsippet med alle eller ingen, eller med andre ord detekterer kun tilstedeværelsen eller fraværet av en mineralavleiringsfluidum. Detekteringstersklene er dessuten for høye for brønner av vesentlig dybde. Til slutt skal bemerkes at denne metoden ikke tillater direkte måling av strømnings-hastigheten til en fluidum og spesielt til en gass i boreslammet .

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å overkomme ovenfor nevnte ulemper og å frembringe en anordning for måling og detektering på stedet av et mineral-avsetningsfluidum så snart som det tilsynekommer i måle-sonen. Denne metoden spiller også fremfor alt en betydelig del i oppnåelsen av øket operasjonssikkerhet i boreoperasjonen ved å forhindre enhver blow-out som ellers kan forekomme som et resultat av en innstrømning av gass.

Ovenfor nevnte tilveiebringes ifølge foreliggende oppfinnelse med en anordning av den innledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av underkravene.

Ytterligere fordeler og karakteristiske trekk

av oppfinnelsen vil bli beskrevet ved hjelp av foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen og henvisning til tegningene, hvor:

Fig. 1 viser et diagrammessig vertikalriss av

en anordning ifølge foreliggende oppfinnelse,

fig. 2 viser et riss langs linjen II-II på

fig. 1,

fig. 3 viser et blokkdiagram av anordningen

vist på fig. 1, idet det utsendes en kontinuerlig bølge,

fig. 4 viser amplitudedempningene av de mottatte signalene som en funksjon av volumkonsentrasjonen til en gass i boreslammet, og

fig. 5 viser mottatte signaler med hensyn til forskjellen i volumkonsentrasjonen til en gass i boreslammet, idet amplituden er koordinaten og sekvensen er absissen.

Et borehull 1 blir boret ned i en underjordisk formasjon 2 ved hjelp av en enhet som innbefatter et vektrør som avsluttes i en borekrone 3 av i og for seg kjent type. En kopling 4 er anordnet over borekronen 3 og forbundet ved skruing til en sender 5 som er anordnet ved den nedre enden av borekronen. Senderen 5 er av én egnet type og opererer særskilt på prinsippet med hydrauliske impulser eller ved hjelp av elektriske kabler som går ned gjennom borerørene.

Koplingen 4 er utført med et vertikalt spor 6 dannet i en sektor av den ytre konturen av koplingen.

Sporet 6 har profil som bidrag til effektiv strømning av boreslammet mellom transduktorene 7 og 8 plassert i motstående forhold inne i sporet. Transduktorene 7 og 8 er av ferroelektrisk kjeramisk type slik som de som er frem-stilt av "Qartz & Silice", beskrevet i brosjyre ref. CR 3A, og som tilsvarer betegnelsen Pl-60. Avstanden mellom senderen 7 og mottageren 8 er et par cm og fortrinnsvis 3 cm.

Transduktoren 7 er en akustisk bølgesender og blir tilført elektrisk kraft fra kilden 10 som danner en del av senderen 5, hvor kilden 10 er dreven av en turbin som ikke vist på tegningen og som blir aktivert av boreslammet. Den elektriske kraftkilden 10 tilfører strøm til en støygenerator 11 forbundet med en forsterker 12 som på

sin side er forbundet med den akustiske bølgegiveren 7 ved hjelp av i det minste en ledning 13.

Forbindelsesledningene 13 er anordnet inne i en lekkasjetett passasje 14 dannet i koplingen 4. Mottakeren 8 er forbundet med en forsterker 16 ved hjelp av ledningene 15 plassert inne i en lekkasjetett passasje som er lik passasjen 14 dannet i koplingen 4 .•

Utgangen til forsterkeren 16 er forbundet med et båndpassfilter 17, idet båndpasset kan være fra 0,6 til 2MHz, og idet dette frekvensområdet i virkeligheten er det mest følsomme for tilstedeværelsen av gassbobler.

Filterutgangene er forbundet med et effektiv-voltmeter 18 som måler den elektriske utgangsenergien til filteret.

Utgangssignalet til voltmeteret 18 blir tilført en koderingskrets 22 som danner sendedelen 5. Krets-en 22 koderer i digital form nivåene målt av voltmeteret 18. Sålenge som dempningen forblir under 80-85% vil utgangs-nivåene til filteret 17 bli målt av voltmeteret 18. I det tilfellet hvor dempningen overskrider 85%, blir et bryter-system (ikke vist, men velkjent for fagmannen på området) aktivert og gjør at voltmeteret 18 måler i utgangsnivået til et 0-0,6 MHz filter forbundet med filteret 17 og som således måler høye konsentrasjoner.

Generatoren 11, forsterkeren 12 og 16, filteret 17 og effektivvoltmeteret 18 blir tilført elektrisk effekt fra kilden 10 og er plassert inne i et ringformet rom 19 dannet i koplingen 4, idet det ringformede rommet er beskyttet mot slam som sirkulerer inne i passasjen 20

ved hjelp av et vegglag 21.

I løpet av boreoperasjonen blir boreslam injisert inn i passasjen 20 og strømmer opp mot over-

flaten gjennom det ringformede rommet 1. Komplekse akustiske bølger sendes ved hjelp av senderen 7. Akustiske bølger blir sendt ved alle frekvensene i om-

rådet fra 0 til 2MHz og går gjennom mediumet som fyl-

ler sporet 6 før de blir mottatt av mottakeren 8.

Under disse betingelsene og så lenge som sporet 6 er fylt kun med boreslam, tar mottakeren 8 opp en bølge som har et energinivå på A . Dette nivået A forblir

o o konstant så lenge som et mineralavleiringsfluidum ikke blir blandet med slam. Når et mineralavleiringsfluidum og spesielt en gass trenger inn i borehullet og blander seg med boreslammet vil energinivået til den mottatte akustiske bølgen anta en ny verdi A^. Målingen av energinivået A^

som er forskjellig fra A o viser tilstedeværelsen av et mine-ralavleiret fluidum og spesielt gass i boreslammet.

Målingen av påfølgende energinivåer A^, A2, A-, som er forskjellige fra A viser tilsvarende antall av

3 j ? 0

forskjellige strømningshastighetsverdier til gassen som trenger inn i borehullet.

Ved overflaten viser og opptegner et egnet apparat de kodede verdiene av energinivåene AQ, A-^, A£ / A^, som således gjør det mulig i sann tid å følge tilsynekomsten og den progressive variasjonen av gass-strømmen inn i bore-

slammet ved måling av dempningen

Prøver utført på en simuleringsgren under brønnbunn har blitt utført opp til et trykk på 600 bar. Anordningen ifølge foreliggende oppfinnelse har gjort det mulig å tegne opp kurvene vist på figur 4 under følgende betingelser:

FCL slam (ferrokromlignosulfat-slam)

Sump viskositet : 5 0

Slam strømningshastighet: 40 0 l/min.

Slam tetthet : 1.1

Borehull dioameter: 152.14 mm

Trykk ved brønnbunnen: 200 bar Filterfrekvens: 0,4 til 1 MHz

Av kurven på figur 4 fremgår det at den for-nuftige detekteringsterskelen korresponderer med en kon-sentrasjon 6 som er lik tilnærmet 1 per 10 000 volumdeler (kurve 40) ved brønnbunnen, nemlig 2% ved overflaten, som således resulterer i en dempning som er i det vesentlige lik 30% mens derimot innstrømning av gass til 5% 10 000 volumdeler ved brønnbunnen (kurve 41), nemlig 10% ved overflaten, resulterer i en dempning i størrelsesorden på 74%. De andre kurvene viser dempningsverdien som en funksjon av forskjellige gasskonsentrasjoner (3 i boreslammet.

Skulle detektoren være nødvendig for å måle svært store innstrømningsvolumdeler korresponderende med f.eks. verdier i størrelsesorden av 100% av overflaten kan en elektronisk port bli anordnet for måling ved lavere sek-venser så snart en total dempning av signalet som har fre-kvenser over 0,4 MHz har blitt oppnådd, for således å gjøre det mulig å oppnå forskjellige måleskalaer.

Figur 5 viser tre signaler mottatt i forhold til forskjellige konsentrasjoner 3 og ved en temperatur på 66° C. Det skal bemerkes at kurven 50 er oppnådd når ingen gass er tilstede i boreslammet (6 =0). Over 0,4 MHz adskiller kurven 50 seg klart fra kurvene 51 og 52 som korresponderer -4 -3 henholdsvis til konsentrasjonene g= 5 x 10 og 6 =1 x 10 På den andre siden er de tre kurvene 50 til 52 praktisk talt sammenfallende under 0,4 MHz.

Claims (8)

1. Anordning for detektering og måling på stedet av et mineralavleiringsfluidum, innbefattende en akustisk bølgesender og en akustisk bølgemottager anordnet på en kopling for festing av i hovedsaken i nærheten av en borekrone, karakterisert ved at en signal-frembringelsesinnretning på i og for seg kjent måte er forbundet med senderen og i stand til å frembringe i det minste en akustisk bølge, at en signalbehandlingsinnretning er forbundet på i og for seg kjent måte med mottageren og i stand til å behandle signalene mottatt av mottageren, og at senderen og mottageren er plassert i motstående forhold ved en kort avstand fra hverandre i et ytre spor 1 koplingen.

2 Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at sporet er dannet i en ytre del av koplingen, og har profil som sikrer i løpet av operasjonen en jevn strøm av borefluidum inne i sporet.

3. Anordning ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at koplingen i hvilken senderen og mottageren er anordnet er plassert mellom borekronen og den andre enden av vektrøret.

4. Anordning ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at mottageren er forbundet med et båndpassfilter over en forsterker idet utgangen til filteret er forbundet med et effektiv-voltmeter.

5. Anordning ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at signalbehandlingsinnretningen er delvis montert på koplingen og delvis montert fjerntliggende fra koplingen.

6. Anordning ifølge kravene 1 til 5, karakterisert ved at den ytre utsparingen er gitt en langsgående bueformet konkav form.

7. Anordning ifølge enten krav 1 til 5 eller 6, karakterisert ved at den innbefatter en sendeinnretning mellom koplingselementet og borestrengen.

8. Anordning ifølge hvilket som helst av kravene 1-5, 7 eller 8,karakterisert ved at signalbehandlingsinnretningen innbefatter en fjerntliggende innretning ved overflaten.