NO180057B - Brönn-sonde for bestemmelse av formasjonsegenskaper - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår brønnsonder, spesielt slike som er innrettet for bruk til å måle formasjonens permeabilitet og trykk, og å ta prøver av formasjonens fluida.

Tidligere har brønnsonder vært brukt til å ta prøver av formasjonens fluida. Disse fluida ble analysert ved å la dem flyte gjennom et resistivitets-testkammer. Syreholdigheten og temperaturen i fluidene ble også målt.

Brønn-samplingsverktøy ble hengt etter en trådlinje og senket ned i borehullet. Et par pakninger montert på verktøyet isolerte et intervall i borehullet når de ble utvidet til tettende kontakt ved borehullveggen. Fluidum ble fjernet fra det isolerte intervall mellom pakningene, gjennom en åpning i verktøyet, og resistiviteten ble målt. Resistivitets-målingen ble sendt til overflaten gjennom en trådlinje, og når resistiviteten ble konstant, hvilket indikerer at formasjonsfluidene ikke er forurenset av boreslamkomponenter, ble fluidum trukket inn i verktøyet, og de uttrukne fluida ble ført inn i et separat kammer hvor fluidenes redoks-potensial, syreholdighet og tempera-tur ble målt. Resultatene ble også sendt til overflaten gjennom trådlinje. Avhengig av test-resultatene, ble prøvene enten beholdt i et kammer eller pumpet tilbake i borehullet. Hvis prøven ble underkjent, ble pakningene tømt og verktøyet skiftet til en annen stilling i borehullet for videre sampling. Denne fremgangsmåten ble gjentatt til alle prøvekamrene i verktøyet var fylt med de ønskede prøver. Et slikt samplingsverktøy er illustrert i US patentnr. 4,535,843 med tittelen "Method and Apparatus for Obtaining Selected Samples of Formation Fluids". Siden prøveapparatet i 843-patentet bare var ment å ta ut formasjonsfluida for analyse, og ikke ble brukt for å måle formasjonens permeabilitet, var prøvens strømhastighet inne i apparatet uten betydning.

Tidligere ble fluidumprøver fra formasjonen tatt gjennom en sonde som strakte seg gjennom borehullveggen og var generelt omgitt av en tetningsdel laget av et materiale som var kompatibelt med brønnens fluida. Fluidumåpningen i sonden var typisk omgitt av en ringformet elastomer-tetningspute montert på en støtteplate som kunne beveges lateralt ved aktivatorer på verktøyet. På den motsatte side av verktøyet var en forankrings-del for verktøyet selektivt uttrekkbar for bruk i forbindelse med den bevegelige tetningspute for å plassere verktøyet på en slik måte at prøvepunktet var effektivt forseglet fra brønn-fluida.

Samplingsverktøyer som tidligere ble brukt inneholdt trykksensorer. Man var imidlertid fremdeles interessert i å være i stand til å detektere, under testoperasjonen, hvorvidt en prøve virkelig ble tatt, og hvis en prøve kom inn i verktøyet, hvor fort prøven ble sluppet inn i prøvekammeret.

Noen formasjons-testsonder benyttet en "vannpute-anordning" når det gjaldt å slippe formasjonsfluida inn i sonden. Som vist i US patent nr. 3,011,554, omfatter denne anordningen en stempeldel som er bevegelig anbrakt i et lukket prøvekammer, slik at det definerer et øvre og et nedre rom i kammeret, hvor inngangen til prøvekammeret er ovenfor stempelet, er det øvre rom opprinnelig ved atmosfærisk trykk og det nedre rom er fylt med et egnet, nær usammenpressbart fluidum så som vann. Et annet kammer eller væskereservoar som også opprinnelig er tomt og har et volum som er likt eller større enn det nedre rom, er i strømforbindelse med det nedre fylte vannrom gjennom en egnet strømbegrensning så som en liten åpning. Når formasjonsfluida kommer inn i den øvre del av prøvekammeret, blir stempelet progressivt beveget nedover fra sin opprinnelige høyre stilling for å forskyve vann fra den nedre del av prøvekammeret gjennom åpningen og inn i det opprinnelige tomme væskereservoar.

Man kan lett se i denne innretningen at strømkontrollen blir bestemt ved størrelsen på åpningen gjennom hvilken vannet fra det nedre rom blir forskjøvet inn i væskereservoaret nedstrøms fra åpningen. Denne anordningen gir ikke direkte kontroll av strøm-hastigheten for formasjonsfluidum inn i sonden. Avhengig av formasjonens permeabilitet og åpnings-størrelse og opprinnelig nedstrøms trykk fra åpningen, kan det oppstå en situasjon med et slikt verktøy at trykkfallet i prøvelinjen er stort nok til å forårsake gassdannelse når trykket faller under boblepunktet for formasjonsfluidet. Når slik gassdannelse forekommer, vil ikke sonden gi tolkbare resultater som kan bli brukt til å bestemme formasjonens permeabilitet, og ikke-representative fluidum-prøver blir trukket tilbake.

Andre fluidum-inntakssystemer har vært brukt, hvor det ikke har vært brukt vannpute. I U.S. patent nr 3,653.436, ble formasjonsfluida trukket inn i et opprinnelig tomt prøvekammer. Sonden inneholdt en trykksensor for å føle trykket i strømlinjen. Strømlinje-trykket stiger ubemerket med en meget lav takt, og det er ikke før et prøvekammer er nesten fullt at det forekommer en vesentlig økning i det målte trykk. I denne type av konfigura-sjon er ikke fluidum-samplingstakten kontrollert.

En modifikasjon av vannpute-typen av samplingssystem finnes i U.S. patentnr. 3,859,850. I dette patent blir selektivt opererbare ventiler åpnet for å plasserer fluidinntaks-anordningen i forbindelse med en prøvesamlingsanordning bestående av et opprinnelig tomt førstekammer som er tilfeldig koplet til en tom tilgjengelig del av et annet prøvekammer som selv er delt av en stempeldel som er bevegelig anbrakt i kammeret og normalt forspent mot inngangen til det annet kammer ved en ladning av kompremert gass begrenset til en lukket del av det annet kammer. Når prøve-fluida kommer inn i prøvesamplingsanordningen, blir det første prøvekammer først fylt før tilstrekkelig trykk bygges opp i det første kammeret til å begynne å bevege stempeldelen slik at formasjonsfluida kan begynne å fylle de andre kammeret. Ved å observere tiden som kreves for å fylle det første kammeret, kan man anslå strømningshastigheten for formasjonsfluidum som entrer kammeret.

Når det første kammeret er fylt og trykket av formasjons-fluidum er lik trykket av komprimert gass, vil bevegelse av stempelet inn i den gassfylte del av det andre kammeret ytterligere komprimere gassladningen slik at det påføres et propor-sjonalt økende tilbaketrykk på formasjonsfluidene. Disse kan bli målt for å oppnå et annet mål som kan brukes til å anslå hastig-heten med hvilken formasjonsfluida, hvis det er noen, kommer inn i det andre prøvekammeret.

Enda flere samplingsanordninger som isolerer prøvepunktet fra brønn-fluidene ved et fast punkt i formasjonen ved å in-kludere en sonde som er omgitt av en elastisk pakning forsampling av formasjonsfluida er beskrevet i US patent nr. 3,934,468, og UK patentsøknader nr. GB2172630A og GB2172631A.

Tatt i betraktning de betydelige kostnader som er involvert i boring av olje- og gassbrønner, er det ønskelig å bestemme fluidum-trykket og permeabiliteten i formasjonene for å kunne beregne brønnens evne til å produsere før man binder ytterligere ressurser til brønnen og på overflaten. De fleste gjennom-trengelige formasjoner er hydraulisk anisotropiske, og det er

i derfor ønskelig å måle vertikalt og horisontal permeabilitet for en gitt formasjon. Dette blir i det typiske tilfellet gjort ved å skape en trykk-gradient i en sone inne i en valgt formasjon, og å bestemme fluidum-trykket ved ett eller flere punkter i denne sonen. Det statiske trykk i en formasjon bestemmes på et gitt punkt i formasjonen ved bruk av en sonde med en fluidum-forbindelseskanal mellom et punkt i formasjonen og en egnet trykkmåleanordning i borehullet som går gjennom formasjonen. Formasjonens trykk i nærheten av punktet blir endret før, under og etter den statiske trykkmåling for å skape gradientsonen rundt punktet ved å føre fluidum inn i eller å trekke fluidum ut av formasjonen. I US patent nr. 2,747,401 blir det illustrert en dobbelt sondeanordning hvor fluidum blir enten trukket ut eller pumpet inn i formasjonen på et punkt, og en trykkgradient blir målt på et annet punkt. Den målte trykk-gradient var representa-tiv for den virkelige og relative permeabilitet i formasjonen. Apparatet ifølge 401-patentet kunne brukes til å måle variable størrelser å tillate beregning av permeabflitetene for formasjonen i flere forskjellige retninger, og således gjøre kjent graden av hydraulisk anisotropi i formasjonen.

En verktøytype kjent som RFT har vært brukt til å måle permeabilitet, skjønt dette verktøyet finner bedre anvendelse som en trykk-måleanordning og en prøvetaker. Problemet med denne type verktøy er, at for lave permeabiliteter blir trykkfallet forårsaket av strømmen ved den produserende sonde, stor, og gassdannelse resulterete når trykket falt under boblepunktet for formasjons-fluidet. I slike tilfeller var testen utolkbar. I motsatt fall, i situasjoner med høy permeabilitet, var trykkfallet ofte for lite og trykk-oppbygningen for effektiv måling med tilgjengelige trykksensorer. Det har vært en del modifikasjoner på de fundamentale permeabilitets-måleverktøyer. I en slik modifikasjon er trykkreduksjonen for den produserende sonde forutinnstilt på overflaten med en konstant verdi for strømmens varighet. Denne verdien kan bli valgt slik at man reduserer gassformasjonsproblemene og makismaliserer trykkampli-tuden. Problemet er at det ikke er noen anordning for strøm-taktsmålinger, og heller ikke prøvestørrelsen er nøyaktig kjent. En av disse målingene er nødvendig for å komme frem til en rimelig tolkning av horisontal permeabilitet når formasjonen er isotropisk eller bare lett anisotropisk (d.v.s. "a" er mellom 1 og 100 når a = forholdet mellom horisontal og vertikal permeabilitet).

I RFT-verktøy med enkelt sonde, er den permeabiliteten som bestemmes den sfæriske eller sylindriske permeabilitet. I homogene formasjoner og formasjoner med lav anisotropi er dette tilstrekkelig. I heterogene eller høyt anisotropiske formasjoner, er ytterligere observasjonssonder nødvendig for korrekt karakterisering av formasjonen.

Innretningene med en sonde har begrenset anvendelighet i bestemmelse av permeabilitet på grunn av at undersøkelsesdybden er meget grunn (noen tommer) under væskeuttrekning. Informasjon som samles ved denne type verktøy gjelder således bare forholdene meget nær prøvepunktet. Slike forhold kan også bli sterkt endret ved boring og senere væskeinvasjons-prosess.

Bruk av flere sonder utvider dybden for undersøkelsen til en mengde i størrelsesorden som sondeadskillelsen.

For å oppnå meningsfull permeabilitets-informasjon dypere

i formasjonen for dermed å unngå virkningen av boreskade og formasjons-invasjon, må sondeadskillelsen være betydelig større enn i kjente konstruksjoner så som US patent nr. 2,747,401. KJente konstruksjoner gjør sondeadskillelse i området 6 til 12 fot (2 til 4 meter) ubrukbare på grunn av at fluidum-fjerningstakten og derfor størrelsen av den forplantede trykkpuls, er begrenset på grunn av at et lite veggområde i borehullet avdekkes med slike verktøy.

En annen fremgangsmåte for å måle permeabilitet er å bruke en vertikal pulstest. I en foret og sementert brønn, isolerer foringspakningen et perforert intervall av foringsrør for å frembringe tilstrekkelig borehulls-område som er åpent for strøm. Dette tillater en trykkpuls som er stor nok til å måles med en trykkmåler. Denne typen av måling kan bare brukes etter at brønnen er foret og sementert. Kanaler bak foringsrøret kan endre den effektive vertikale adskillelse og derfor de målte resultater.

Apparatet ifølge den foreliggende oppfinnelse er konstruert for å tillate samling av permeabilitetsdata over større dybder i formasjonen enn hva som har vært mulig med tidligere verktøy. Apparatet benytter en dobbelt pakning som en komponent i verk-tøyet. Ved å tillate større overflateområder fra hvilket en prøve av formasjons-fluidum kan bli tatt, kan man benytte høyere strømningstakt, og meningsfulle permeabilitetsdata for en radius på omkring 50 til 80 fot, (15 til 24 meter) kan oppnås. Dessuten, ved at man kan trekke ut formasjons-fluidum ved trykk som er over boblepunktet på grunn av det utvidede overflateområdet mellom pakningene, blir avstanden mellom prøvepunktet og trykk-sonden effektivt øket til et område på 8 til 15 fot (3 til 5 meter) eller mer, og tillater således dataoppsamling om formasjonens permeabilitet for punkter som er fjernede fra verktøyet enn hva som var mulig med tidligere konstruksjoner, og gir dermed øket dybde for undersøkelsen. I tillegg, med bruk av den dobbelte pakning, kan en vertikal pulstest med stor nøyaktighet bli utført ved bruk av en pakning og en enkelt sonde.

Apparatet ifølge den foreliggende oppfinnelse benytter også et strømkontroll-trekk til å regulere strømhastigheten for formasjons-fluida inn i sonden, og frembringer dermed et konstant trykk eller konstant strømhastighets trykkforskjell på formasjonens overflate for å forsterke permeabilitets-bestemmelsen med flere sonder. Med prøve-strømkontroll kan man sikre at prøvene blir tatt over formasjonsfluidets boblepunkt. Prøver kan også bli tatt i ukonsoliderte soner. Prøvestrøm-hastigheten kan også bli øket for å bestemme den strømhastighet ved hvilken sand vil bli ført med fra formasjonen med formasjonsfluidene.

Apparatet ifølge den foreliggende oppfinnelse kan også konstrueres fleksibelt for utførelse av forskjellige typer tester ved å konstruere det i en modulær metode. Hver modul kan også konstrueres til å ha en gjennomgående strømlinje såvel som elektriske og hydrauliske strømkontroll-linjer som kan passeres på linje når en modul kobles til den neste. Et verktøy kan således settes sammen til å utføre et antall funksjoner samtidig som det beholder en slank profil. Slike moduler kan inneholde prøvekammere, fluidum-analyseutstyr, trykkmåleutstyr, et hydraulisk trykksystem for å operere forskjellige styringssystemer inne i de øvrige modulene, en pakningsmodul for å isolere en del av brønnhullet fra formasjons-prøvepunktet, sondemoduler for å måle trykkvariasjoner mens det tas prøver av formasjonsfluidum, og en utpumpingsmodul for å returnere prøver som er forurenset med slam til brønnen.

Apparatet ifølge den foreliggende oppfinnelse angår en brønnsonde som er i stand til å gjøre trykkmålinger som er nyttige for beregning av formasjonens permeabilitet. Verktøyet omfatter en dobbelt pakning for å tillate at prøver av formasjonsfluidum blir tatt med store strømhastigheter uten å senke trykket under formasjonsfluidets boblepunkt. Brukt sammen med en trykksonde blir verktøyet brukt til å oppnå mer meningsfulle permeabilitetsmålinger, og ved større undersøkelsesdybder enn hva som er tillatt med kjente konstruksjoner. Apparatet ifølge oppfinnelsen tillater dessuten strømkontroll under oppbygging av en trykkpuls som forbedrer permeabilitets-bestemmelsen. Apparatet kan være konstruert i moduler, slik at man ved en enkel nedsenkning av verktøyet, kan utføre en trykkprofil for den interessante sone, en fluidum-analyse kan utføres for hver stasjon, flere uforurensede fluidumprøver kan blir trukket ut ved trykk over boblepunktet, lokale vertikale og horisontale permeabilitetsmålinger kan utføres ved hver stasjon, en pakningsmodul kan bli satt på et sted som er bestemt ved tidligere målinger, og en større trykk-oppbygningstest kan bli utført.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 er en skjematisk representasjon av apparatet ifølge den foreliggende oppfinnelse, og illustrerer noen av de modulære komponenter som kan utgjøre en del av apparatet ; Fig. 2 er en skjematisk representasjon av ytterligere moduler som kan utgjøre en del av apparatet.

Apparatet A er fortrinnsvis av modulær konstruksjon, skjønt et enhetlig verktøy er innenfor oppfinnelsens omfang. Apparatet

A er et brønnverktøy som kan senkes ned i brønnhullet (ikke vist) ved en trådlinje (ikke vist) for å utføre tester av formasjonens egenskaper. Trådlinjens forbindelser til verktøy, såvel som kraftforsyning og kommunikasjons-elektronikk er ikke illustrert for enkelthets skyld. Krafttilførsel og kommunikasjonslinjer strekker seg gjennom hele sondens lengde, og er vist som hen-visningstall 8. Disse kraftforsynings- og kommunikasjons-komponenter er kjent blant fagfolk på området, og har vært i kommersiell bruk tidligere. Denne typen kontrollutstyr ville normalt være installert i den øverste del av verktøyet, nær trådlinje-forbindelsene til verktøyet, med elektriske linjer løpende gjennom verktøyet til de forskjellige komponenter.

Som vist på figur 1 har apparatet A ifølge den foreliggende oppfinnelse en hydraulisk modul C, en pakningsmodul P og en sondemodul E. Sondemodulen E er vist med en sondeenhet 10 som brukes for isotropiske permeabilitetstester. Når man bruker verktøyet for å bestemme anisotropisk permeabilitet og den vertikale reservoar-struktur, kan en flersonde-modul F bli tilkoblet sondemodulen E. Flersonde-modulen F har en horisontal sondeenhet 12 og en synke-sondeenhet 14.

Den hydrauliske kraftmodul C omfatter en pumpe 16, reservoar 18 og en motor 20 for å styre pumpens drift. En lav oljesvitsj 22 danner også en del av styringssystemet, og blir brukt for å regulere driften av pumpen 16. Det skal bemerkes at driften av pumpen kan styres ved pneumatiske eller hydrauliske midler uten å avvike fra oppfinnelsens ånd.

En hydraulisk fluidum-linje 24 er forbundet med utløpet fra pumpen 16, og løper gjennom den hydrauliske kraftmodul C og inn i nærliggende moduler for bruk som en hydraulisk kraftkilde. I utførelsen vist på figur 1, hvor den hydrauliske linjen 24 gjennom hydraulisk kraftseksjon C inn i pakningsmodulen P og sondemodulen E eller F, avhengig av hvilken som blir brukt. Sløyfen blir sluttet ved hjelp av den hydrauliske fluidumlinje 26, som på figur 1 strekker seg fra sondemodulen E tilbake til hydraulisk kraftmodul C hvor den ender i et reservoar 18.

Utpumpingsmodulen M kan blir brukt til å kvitte seg med uønskede prøver ved å pumpe strømlinjen 54 inn i borehullet, eller kan bli brukt til å pumpe fluida fra borehullet og inn i strømlinjen 54 for å fylle dobbeltpakningene 28 og 30. Pumpen 92 kan innrettes til å trekke fra strømlinjen 54, og tømmer uønskede prøver gjennom strømlinjen 95 som vist på figur 2, og kan innrettes til å pumpe fluidum fra borehullet (via strømlinjen 95) til strømlinjen 54. Utpumpningsmodulen M har de nødvendige styringsinnretninger til å regulere pumpen 92 og å innrette fluidumslinjen 54 med fluidumlinjen 95 for å gjennomføre ut-pumpningsprosedyren. Det skal bemerkes at prøver som er lagret i prøvekammermodulen S også kan pumpes ut av apparatet A ved bruk av pumpemodulen M.

Alternativt kan dobbeltpakningene 28 og 30 fylles og tømmes med hydraulisk fluidum fra pumpen 16 uten å avvike fra oppfinnelsens ånd. Som man lett kan se, kan selektiv aktivering av utpumpingsmodulen 5 for å aktivere pumpen 92, kombinert med selektiv operasjon av kontrollventilen 96 og fylle- og tømme-anordningen I, resultere i selektiv fylling og tømming av pakningene 28 og 30. Pakningene 28 og 30 er montert til den ytre periferi 32 av apparatet A. Pakningene 28 og 30 er fortrinnsvis konstruert av et elastisk materiale som er kompatibelt med brønnhullets fluida og temperaturer. Pakningene 28 og 3 0 har et hulrom i dem. Når pumpen 92 virker, og fyllingsanordningene I er korrekt innstilt, strømmer fluidum fra strømlinjen 54 gjennom fyllings/tømmings-anordningen I, og gjennom strømlinjen 38 til pakningene 28 og 30.

Som også vist på figur 1, har sondemodulen E en sondeenhet 10 som er selektivt bevegelig i forhold til apparatet A. Bevegelse av sondeenheten 10 blir igangsatt ved at man betjener sondeaktivatoren 40. Sondeaktivatoren 40 innretter strømlinjene 24 og 26 med strømlinjene 42 og 44. Som man kan se på figur 1 er sonden 46 montert på en ramme 48. Rammen 48 er bevegelig i forhold til apparatet A og sonden 4 6 er bevegelig i forhold til rammen 48. Disse relative bevegelse blir iverksatt ved kontrollanordningen 40 ved å dirigere fluidum fra strømlinjene 24 og 26 selektivt inn i strømlinjene 42 og 44, og resultatet blir at rammen 48 først blir forskjøvet utover til kontakt med borehullets vegg. Utvidelsen av rammen 48 hjelper til å holde verktøyet støtt under bruk, og bringer sonden 4 6 nær borehullets vegg. Siden formålet er å oppnå en nøyaktig avlesning av trykkbølge-forplantningen inne i formasjonens fluida, er det ønskelig videre å sette inn sonde 46 inn i formasjonen og gjennom den oppbygde slamkake. Innretning av strømlinjen 24 med strøm-linjen 44 resulterer således i relativ forskyvning av sonden 4 6 inn i formasjonen på grunn av den relative bevegelse i forhold til rammen 48. Drift av sondene 12 og 14 foregår på lignende måte.

Permeabilitetsmålinger kan utføres med en flerprobe-modul

F som senker apparatet A ned i borehullet og fyller pakningene

2 8 og 30. Det skal bemerkes at slike målinger kan bli gjennom-ført ved bruk av sondemodulene E eller E og F uten paknings-modulen P, uten å avvike fra oppfinnelsens ånd. Sonden 46 blir så satt inn i formasjonen som beskrevet ovenfor. Det skal bemerkes at en lignende fremgangsmåte blir fulgt når man bruker flersonde-modulen F og sondemodulen E som inneholder den vertikale sonde 46, den horisontal sonde 12 og synkesonden 14.

Etter at man har fylt pakningene 28 og 3 0 og/eller stilt opp sonden 46 og/eller sondene 46, 12 og 14, kan testing av formasjonen begynne. En prøve-strømlinje 54 strekker seg fra den ytre periferi 32 ved et punkt mellom pakningene 28 og 30, gjennom i nærliggende moduler og inn i prøvemodulen S. Vertikal sonde 46

og synkesonde 14 tillater innføring av formasjons-fluida inn i prøve-strømlinjen 54 via en resistivitets-målecelle, en trykk-måleranordning og en fortest-mekanisme. Horisontal sonde 12 tillater innføring av formasjons-fluida inn i en trykkmåler-anordning og en fortest-mekanisme. Når man benytter modulene E eller E og S, er en isolasjonsventil 62 montert nedstrøms fra resistivitets-føleren 56. I den lukkede stilling begrenser isolasjonsventilen 62 det indre strømlinjevolum, og forbedrer nøyaktigheten av de dynamiske målinger utført ved trykkmåleren 58. Etter at de første trykktester er utført, kan isolasjonsventilen 62 åpnes og tillate strøm inn i andre moduler. Når man tar de første prøver, er det stor mulighet for at det første fluidum man får er forurenset med slamkake og filtrat. Det er ønskelig å fjerne slike forurensninger fra prøven som skal tas. Følgelig blir utpumpingsmodulen n først brukt til å rengjøre apparatet A prøver av formasjonsfluidum som er tatt gjennom

innløpet 64 eller vertikalsonden 46 eller synkesonden 14 til strømlinjen 54. Etter at forurensninger er vasket ut av apparatet A, kan formasjonsfluidum fortsette å strømme gjennom prøve-strømlinjen 54 som strekker seg gjennom tilstøtende moduler så som presisjons-trykkmodul B, fluidum-analysemodul L, utpumpingsmodul M (figur 2), strømkontroll-modul N og ethvert antall prøvekammer-moduler S som kan være tilkoblet. Ved at man har prøve-strømlinjen 54 løpende langs lengden av forskjellige moduler, kan man ha flere prøvekammermoduler S uten nødvendigvis å øke verktøyets totale diameter. Verktøyet kan ta så mange flere prøver før det må trekkes til overflaten, og kan benyttes i mindre hull.

Strømkontroll-modulen N omfatter en strømsensor 66, en strømkontrollenhet 58 og en selektivt justerbar restriksjons-innretning, typisk en ventil 70. En forut bestemt prøvestørrelse kan bli tatt ved en spesiell strømhastighet ved bruk av utstyret som beskrevet ovenfor i forbindelse med reservoarene 72 og 74. Når man har tatt en prøve kan prøvekammer-modulen S blir brukt til å lagre prøven som er tatt i strømkontroll-modulen N. For å oppnå dette åpner man en ventil 80 mens ventilene 62, 62A og 62B er holdt lukket, og dirigerer således prøven som nettopp er tatt inn i kammeret 84 i prøvekammermodulen S. Verktøyet kan så bli flyttet til et annet sted, og prosessen gjentatt. Ytterligere prøver som blir tatt kan lagres i hvilket som helst antall ytterligere prøvekammermoduler S som kan tilkobles ved en passende innretning av ventiler. For eksempel, som vist på figur 2, er det illustrert to prøvekammere S. Etter å ha fylt det øvre kammeret ved å betjene ventilen 80, kan den neste prøven bli lagret i den nedre prøvekammer-modul S ved å åpne ventilen 88 forbundet med kammeret 90. Det skal bemerkes at hver prøve-kammermodul har sin egen styringsenhet, vist på figur 2 som 9 2 og 94. Hvilket som helst antall prøvekammermoduler S eller ingen prøvekammermodul kan bli brukt i en spesiell utførelse av verktøyet, avhengig av typen av test som skal utføres. Alle slike utførelser ligger innenfor oppfinnelsens område.

Som vist på figur 2 når prøve-strømlinjen 54 også gjennom en presisjons-trykkmodul B og en fluidum-analysemodul D.

Måleren 98 skal fortrinnsvis monteres nær sondene 12 og 14

eller 46 for å redusere mengden av innvendige rør, som på grunn av fluidets kompressibilitet kan påvirke trykkmålingenes følsomhet. Presisjonsmåleren 98 er mer følsom enn strekk-måleren 58 for mer nøyaktige trykkmålinger over en tid.

Måleren 98 kan være en kvarts typer trykkmåler som har høyere statisk nøyaktighet eller oppløsning enn en strekkmåler-type trykktransduser. Egnede ventilanordninger og styringsmekanismer kan også benyttes til å forskyve operasjonen av måleren 98 og måleren 58 for å dra fordel av deres forskjell i følsomhet og evne til å tåle trykk-forskjeller.

Forskjellige utførelser av apparatet A kan benyttes, avhengig av målet som skal nås. For fundamental prøvetaking kan; den hydrauliske kraftmodul C bli brukt i kombinasjon med den elektriske kraftmodul L, sondemodul E og flere prøvekammermoduler S. For bestemmelse av reservoartrykk kan den hydrauliske kraftmodul C blir brukt sammen med den elektriske kraftmodul L, sondemodul E og presisjons-trykkmodul B. For uforurenset prøvetaking under reservoarforhold, kan den hydrauliske kraftmodul E også bli brukt sammen med elektrisk kraftmodul D, sondemodul E i forbindelse med fluidum-analysemodul L, utpumpingsmodul M og flere prøvekammer-moduler S. For å måle isotropisk permeabilitet kan den hydrauliske kraftmodul C bli brukt i kombinasjon med den elektrisk kraftmodul L, sondemodul E, presisjons-trykkmodul B, strømkontroll-modul N og flere prøve-kammermoduler S. For anisotropisk permeabilitetsmåling kan den hydrauliske kraftmodul C bli brukt sammen med sondemodul E, flersonde-modul F, elektrisk kraftmodul L, presisjonstrykkmodul B, strømkontrollmodul N og flere prøvekammermoduler S. En simulert DST-test kan bli kjørt ved å kombinere den elektriske kraftmodul L ved pakningsmodulen P og presisjons-trykkmodulen B og prøvekammermoduler S. Andre utførelser er også mulig uten å avvike fra oppfinnelsens ånd, og sammensetningen av slike utførelser avhenger også av de mål som skal nås med verktøyet. Verktøyet kan være av enhetlig konstruksjon såvel som modulær, men den modulære konstruksjon tillater imidlertid større fleksi-bilitet og lavere kostnader for brukere som ikke trenger alle funksjoner.

De individuelle moduler kan konstrueres slik at de raskt kan kobles til hverandre. I den foretrukne utførelse benyttes glatte forbindelser mellom modulene istedenfor han/hun-forbindelser for å unngå punkter hvor forurensninger, som er vanlig i enhver brønn, kan bli fanget.

Det skal bemerkes at strømkontrollmodulen også er innrettet til å styre trykket mens en prøve blir tatt.

Bruk av paknings-modulen P tillater at en prøve blir tatt gjennom innløpet 64 ved å trekke formasjons-fluidum fra en seksjon av brønnhullet mellom pakningene 28 og 30. Dette økede brønn-overflateområdet tillater bruk av større strømhastighet uten risiko for å trekke ned trykket til formasjonsfluidets boblepunkt, og således skape uønsket gass som påvirker resultatene av permeabilitets-testen.

Dessuten, som beskrevet ovenfor, tillater bruken av apparatet bruk av flere sonder med en avstand som er betydelig større enn noen få centimeter som vist i US patent nr. 2,747,401. For å bestemme formasjonens permeabilitet, upåvirket av boreskade og formasjons-invasjon, er det nødvendig med sonde-adskillelse i området 6 til 12 fot (2 til 4 meter). Kjente trådlinje-sonder gir vanskeligheter med sondeadskillelse på de nevnte størrelser på grunn av fluidum-fjerningshastigheten, og derfor er størrelsen av trykkpulsen begrenset på grunn av at et lite område av borehullveggen er avdekket.

Strømkontroll for prøven tillater også at forskjellige strømhastigheter blir brukt for å bestemme den strømhastighet hvilken sand blir fjernet fra formasjonen sammen med formasjons-fluida. Denne informasjon er nytting i forskjellige fremgangs-måter for assistert utvinning. Strømkontroll er også nyttig for å få meningsfulle prøver av formasjons-fluidum så raskt som mulig for å minimalisere muligheten for å binde trådlinjen og/eller verktøyet på grunn av at boreslam tyter inn i formasjonen i situasjoner med høy permeabilitet. I situasjoner med lav permeabilitet, er strømkontroll nyttig for å hindre at man trekker trykket i formasjonsfluidum-prøven under dens boblepunkt.

I sammendrag, den hydrauliske kraftmodul C leverer den fundamentale hydrauliske kraft til apparatet A. Tatt i betraktning de vanskelige forhold man møter nede i brønnen, kan en børstefri likestrømsmotor bli brukt til å drive pumpen 16. Den børstefrie motor kan bli innkapslet i et flytende medium og omfatter en detektor for bruk til å svitsje motorens felt.

Sondemodulen E og flersondemodulen F omfatter en resistivitets-måleanordning 56 som i vannbaserte boreslam, skjelner mellom filtrat og formasjonsfluidum når fluidum-analysemodulen L ikke er inkludert i apparatet A. Ventilen 62 minimaliserer etter strøm når det utføres permeabilitetsbe-stemmelser. Fluidum-analysemodulen D er konstruert til å skjelne mellom olje, gass og vann. På grunn av dens evne til å detektere gass, kan fluidum-analysemodulen D også bli brukt i forbindelse med utpumpingsmodulen M for å bestemme formasjonens boblepunkt.

Strømkontroll-modulen N omfatter videre en anordning for å detektere den stempel-stilling som er nyttig i soner med lav permeabilitet, hvor strømhastigheten kan være utilstrekkelig til å fylle hele modulen. Strømhastigheten kan være så lav at den kan være vanskelig å måle, og deteksjon av stempel-posisjonen gjør det mulig å ta prøve av en kjent volum-mengde.

Skjønt spesielle utførelser av oppfinnelsen er beskrevet

her, må man forstå at oppfinnelsen ikke er begrenset til disse, da modifikasjoner kan utføres. Det er derfor meningen at kravene skal dekke slike modifikasjoner som faller innenfor oppfinnelsens ånd og omfang.

Claims (19)

1. Et flerformåls brønnverktøy for innhenting av data ved-rørende formasjonsfluider, omfattende en pakningsanordning (P) innrettet for å bli plassert i et borehull i en ønsket dybde hvor prøver kan tas, for å avtette et segment av borehullet fra brønnfluider som befinner seg over og under pakningsanordningen; en strømnings-styreanordning (N) for selektivt å skape en transient trykkpuls i en sone tilstøtende segmentet av borehullet og verktøyets indre; og en trykk-føleanordning (E) for å detektere en trykkpuls frembrakt i sonen, karakterisert ved at strømnings-styreanordningen er i stand til å variere strømningshastigheten for fluider som går inn i verktøyet og har et innløp plassert for å tilveiebringe fluidums-forbindelse mellom formasjonsfluidene og verktøyets indre for selektivt å skape en transient trykkpuls i sonen.

2. Verktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at pakningsanordningen omfatter et par (28, 30) forskjøvne, elastiske deler som hver ligger rundt verktøyets ytre overflate, hvilke elastiske deler har et hulrom i seg, og en anordning (I) for selektivt å fylle og tømme de elastiske delene.

3. Verktøy ifølge krav 2 , karakterisert ved at anordningen for fylling og tømming videre omfatter en pumpe (16), minst én strømningslinje (54) som forbinder pumpen (16) med hulrommene i de elastiske deler (28, 30), og en styreanordning (I) i strømningslinjen (54) for selektivt å regulere strømningen til hulrommene for fylling og tømming av de elastiske delene (28, 30) .

4. Verktøy ifølge krav 3, karakterisert ved at pumpen (16) og en del av strømningslinjen (54) er i en utpumpingsmodul (M) som utgjør en del av verktøyet, og at styreanordningen, de elastiske deler og en annen del av strømningslinjen er anbrakt i en pakningsmodul som utgjør en del av verktøyet.

5. Verktøy ifølge krav 1, karakterisert ved at strømnings-styreanordningen videre omfatter en pulsanordning for formasjonsfluidum, innrettet for selektivt å skape en transient trykkpuls i formasjonsfluidum-sonen.

6. Verktøy ifølge krav 1 eller 5, karakterisert ved at strømnings-styreanordningen omfatter en strømningslinje (54), et strømfølings-element (66) , en selektivt justerbar restriksjonsanordning montert i strømningslinjen (70), og en strømnings-styreanordning (68) for selektivt å justere restriksj onsanordningen.

7. Verktøy ifølge krav 6, karakterisert ved at strømningslinjen, strøm-følingselementet, den justerbare restriksjonsanordningen og strømnings-styreanordningen er i en modulær strømnings-kontrollmodul (M) i verktøyet, og at strømningslinjen (54) strekker seg gjennom hele lengden av strømnings-kontrollmodulen (M) .

8. Verktøy ifølge krav 7, karakterisert ved at pulsanordningen for formasjonsfluidum omfatter et første strømningslinje-forlengelsesrør som er i fluidumsforbindelse med strømnings-linjen i strømnings-styreseksjonen, idet strømningslinje-forlengelsesrøret strekker seg til verktøyets ytre overflate.

9. Verktøy ifølge krav 8, karakterisert ved at det videre omfatter minst ett prøvekammer (84) anbrakt i en modulær prøve-kammermodul (S) i verktøyet, og et andre strømningslinje-forlengelsesrør som strekker seg langsgående gjennom lengden av prøvekammermodulen (S) og er i selektiv fluidumsforbindelse med strømningslinjen og den første strømningslinje-forlengelsen.

10. Verktøy ifølge krav 9, karakterisert ved at det videre omfatter en fluidum-analyseanordning (modul D) for måling av fysiske egenskaper ved formasjonsfluidet, en presisjons-trykkmåleanordning (58) for nøyaktig måling av formasjonsfluidets trykk, et tredje strømningslinje-forlengelsesrør som i hovedsak er på linje med og er i fluidumsforbindelse med det andre strømningslinje-forlengelsesrør og strekker seg til fluidum-analyseanordningen og presisjons-trykkmåleanordningen, og en utpumpingsanordning (modul M) i fluidumsforbindelse med alle de nevnte strømningslinjer og verktøyets ytre overflate for selektivt å pumpe fluider i alle strømningslinjer inn i og ut av verktøyet.

11. Verktøy ifølge krav l, karakterisert ved at trykk-føleanordningen (modul E) er anbrakt på en del av verktøyet som er plassert utenfor borehull-segmentet som er isolert ved hjelp av pakningsanordningen, og at trykk-føleanordningen videre omfatter en sonde (10) med en gjennomgående strømningslinje som er i selektiv strømningsforbindelse med formasjonsfluidene i en posisjon som er verktikalt forskjøvet fra det nevnte borehull-segment.

12. Fremgangsmåte for å innhente data vedrørende posisjoner for fluider i undergrunnsformasjoner som gjennomskjæres av et borehull, ved hjelp av et flerformåls brønnverktøy, omfattende de følgende trinn: et segment av borehullet avtettes fra borehulls-fluider; et innløp tilveiebringes for fluidumsforbindelse mellom formasjonsfluidene i en sone tilstøtende segmentet og verktøy-ets indre; formasjonsfluidums-strømningen styres ved hjelp av en anordning (modul C) med et innløp plassert slik at fluidums-forbindelse tilveiebringes mellom formasjonsfluidene og verk-tøyets indre; fluidums-strømningshastigheten mellom formasjonsfluidet og verktøyet reguleres på en slik måte at reduksjon av trykk for formasjonsfluidum som strømmer inn i verktøyet, forhindres ; og et formasjonstrykk for formasjonsfluidet som strømmer inn i verktøyet detekteres, karakterisert ved at styring og justering av strømningen av formasjonsfluidum som går inn i verktøyet, tilveiebringer selektiv frembringelse av transiente trykk-pulser i formasjonsfluidum-sonen.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at styringstrinnet videre omfatter pulsing av formasjonsfluidum ved hjelp av en anordning for selektiv frembringelse av en transient trykkpuls i formasjonsfluidum-sonen.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12 eller 13, karakterisert ved at strømnings-reguleringstrinnet videre omfatter etablering av en strømningslinje mellom formasjonen og verktøyet, innbefattende et strømnings-føleelement og en selektivt justerbar restriksjonsanordning montert i strøm-ningslinjen, og selektiv justering av restriksjonsanordningen for å regulere fluidums-strømningshastigheten.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at pulsingstrinnet for formasjonsfluidum videre omfatter etablering av en første fluidumsforbindelse med strøm-ningslinjen, og forlengelse til verktøyets ytre overflate, og etablering av en andre fluidumsforbindelse som strekker seg langsgående gjennom lengden av en prøvekammermodul og er i selektiv fluidumsforbindelse med strømningslinjen og den første fluidumsforbindelse.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, karakterisert ved at den videre omfatter måling av fysiske egenskaper for formasjonsfluidet ved hjelp av en fluidum-analyseanordning, måling av formasjonsfluidets trykk ved hjelp av en trykk-måleanordning, etablering av en tredje fluidumsforbindelse mellom den andre fluidumsforbindelse med fluidum-analyseanordningen og presisjons-trykkmåleanordningen, og selektiv pumping av fluidum i alle de nevnte strømnings-linjer inn i og ut av verktøyet.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at reguleringstrinnet videre omfatter regulering av fluidums-strømningshastigheten mellom formasjonsfluidet og verktøyet på en slik måte at reduksjon av formasjonsfluidets trykk mens det strømmer inn i innløpet, ned under dets boblepunkt, forhindres.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17, karakterisert ved at reguleringstrinnet for fluidums-strømning videre omfatter etablering av en strømningslinje mellom formasjonen og verktøyet, innbefattende et strømnings-føleelement og en selektivt justerbar restriksjonsanordning montert i strøm-ningslinjen, og selektiv justering av restriksjonsanordningen for å regulere fluidums-strømningshastigheten.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 14 eller 17, karakterisert ved at den videre omfatter de følgende trinn: måling av de fysiske egenskaper ved formasjonsfluidet, måling av formasjonsfluidets trykk, og selektiv pumping av fluidum ut av verktøyets indre.