NO20110503A1

NO20110503A1 - Distribuert maling av slamtemperatur

Info

Publication number: NO20110503A1
Application number: NO20110503A
Authority: NO
Inventors: John D Macpherson
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2011-05-02
Also published as: GB2476749A; US8543336B2; GB2476749B; WO2010048411A3; BRPI0920127A2; NO343253B1; US20100106421A1; GB201105037D0; WO2010048411A2

Abstract

En fremgangsmåte for estimering av en temperatur inne i undergrunns materialer gjennomskåret av en brønnboring inkluderer: fremskaffelse av temperaturdata fra en flerhet av målinger av temperatur tatt inne i brønnboringen; beregning av en samlet varmeoverførings-koeffisient fra måledataene; beregning av en geotermisk gradient fra den samlede varmeoverførings-koeffisient; og bruk av den geotermiske gradient til å estimere temperaturen inne i undergrunnsmaterialene. Et system og et datamaskin-programprodukt er tilveiebrakt.

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

1. Oppfinnelsens område

[0001]Den oppfinnelse som her offentliggjøres vedrører leting etter olje og gass, og særlig evaluering av temperaturprofiler nede i hullet.

2. Beskrivelse av den beslektede teknikk

[0002]I leting etter olje og gass er det nødvendig å bore et borehull inn i jorden. Selv om boring av borehullet tillater personer og selskaper å evaluere undergrunns materialer og utvinne ønskede hydrokarboner, møter man på mange problemer. Et slikt problem er det med forhøyede temperaturer nede i hullet.

[0003]Ikke bare presenterer forhøyede temperaturer et strengt miljø for utstyr nede i hullet, men de hevede temperaturer kan være betegnende for egenskaper til materialer nede i hullet.

[0004]Det som er nødvendig er derfor fremgangsmåter og apparater som sørger for måling av temperaturer nede i hullet. Fremgangsmåtene og apparatene tilveiebringer fortrinnsvis informasjon som er betegnende for formasjonens egenskaper.

KORT SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

[0005]En utførelse av oppfinnelsen inkluderer en fremgangsmåte for estimering av en temperatur inne i undergrunns materialer gjennomskåret av en brønnboring, idet fremgangsmåten inkluderer: fremskaffelse av temperaturdata fra en flerhet av målinger av temperatur tatt inne i brønnboringen; beregning av en samlet varmeoverføringskoeffisient fra måledataene; beregning av en geotermisk gradient fra den samlede varmeoverføringskoeffisient; og bruk av den geotermiske gradient til å estimere temperaturen inn i undergrunnsmaterialene.

[0006]En annen utførelse av oppfinnelsen inkluderer et system for bestemmelse av en temperatur i undergrunnsmaterialer, idet systemet inkluderer: en flerhet av temperatursensorer distribuert langs en borestreng, idet borestrengen tilveiebringer en brønnboring som gjennomskjærer undergrunnsmaterialene; og en prosessor for mottak av temperaturdata fra flerheten av temperatursensorer langs i det minste et parti av brønnboringen, og for implementering av maskinutførbare instruksjoner for beregning av en samlet varmeoverføringskoeffisient fra måle dataene. Beregning av en geotermisk gradient fra den samlede varmoverførings-koeffisient; og bruk av den geotermiske gradient til å estimere temperaturen inne i undergrunnsmaterialene.

[0007]Enda en annen utførelse av oppfinnelsen inkluderer et datamaskinprogram-produkt lagret på maskinlesbare media, og inkluderer maskinutførbare instruksjoner for estimerer av en temperatur i undergrunnsmaterialer, ved implementering av en fremgangsmåte som inkluderer: mottak av temperaturdata fra en flerhet av målinger av temperaturer tatt inne i en brønnboring gjennomskåret av et loggeinstrument; beregning av en samlet varmeoverføringskoeffisient fra måledataene; beregning av en geotermisk gradient fra den samlede varmeoverføringskoeffisient; bruk av den geotermiske gradient til å estimere temperaturen inne i undergrunns-materialene; og utmating av estimatet til en bruker.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0008] Den gjenstand som anses som oppfinnelsen blir særlig pekt på og uttrykkelig krevet beskyttelse for i kravene på slutten av dette patentskrift. De foregående og andre trekk og fordeler ved oppfinnelsen, fremgår klart av den følgende detaljerte beskrivelse sett sammen med de ledsagende tegninger, hvor: Fig. 1 viser aspekter av et boreapparat, og viser en strøm av borefluid inne i et borehull; Fig. 2 er et flytskjema som tilveiebringer en eksemplifiserende fremgangsmåte for estimering av temperaturer relatert til et borehull; Fig. 3 viser aspekter av en temperaturprofil inne i en borestreng og en brønnboring; Fig. 4 viser relasjoner for temperaturparametere som en funksjon av dybde; og Fig. 5 viser aspekter av å finne gjennomsnittet av temperatur.

DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN

[0009]Det offentliggjøres teknikker for estimering av fjernfelttemperatur i et nedihullsmiljø. Måling av rør- og borefluid-temperaturer langs en borestreng kan brukes til å trekke slutninger om formasjonens fjernfelt-temperaturgradient, som er påvirket av volumet av vann som der befinner seg, og følgelig poretrykk. Temperaturdataene kan brukes til sementeringsoperasjoner ved estimering av de nødvendige sementegenskaper, overvåking av størkningen av sementen, og for andre aspekter som anses passende. Kunnskap om fjernfelttemperaturen og temperaturgradienten er derfor viktig for forutsigelse av poretrykk, sementeringsoperasjoner og korreksjon av målinger foretatt blant annet av vaierledningsverktøy eller verktøy for måling-under-boring. Uttrykket "fjernfelt" ("far-field"), slik det her brukes, relaterer til å være borte fra påvirkning eller effekter av borehullet.

[0010]Teknikkene drar generelt fordel av strømningsrør-måledata, og antar betingelser med varmestrøm i stabil tilstand inne i borehullet. Det vil si at vann betrakter at varmestrøm over de forskjellige termiske motstander inne i borehullet er forholdsvis konstant, og derfor uavhengig av tid. Det innses at, generelt, under normale operasjonelle betingelser på brønnstedet, slike antakelser er mer pålitelige så snart brønnboringen har blitt sirkulert kontinuerlig i minst én sirkulasjon. Før drøftelse av oppfinnelsen i detalj, tilveiebringes noe kontekst.

[0011]Det vises nå til fig. 1, hvor aspekter av en borestreng er vist. På fig. 1 vises en eksemplifiserende utførelse av et apparat for gjennomføring av logging under boring. I dette eksempelet blir en seksjon av jord 1, som inkluderer minst én formasjon 2, penetrert av en borestreng 3. Borestrengen 3 driver en borkrone 4.1 dette eksempelet tilveiebringer borkronen 4 også en strøm av borefluid 5, så som boreslam. Det vil si at borefluidet 5 kan pumpes ned i hullet gjennom borerøret 8, og resulterer således i en strøm av borefluid 6 som tilveiebringes oppover inne i borehullet 7 (også referert til som en "brønnboring").

[0012]Borestrengen 3 kan inkludere en flerhet av seksjoner av borerøret 8. Borerøret 8 kan inkludere rør med ledning som forsyner brukere med en kommunikasjonskanal. Inne i borestrengen 3 kan det være inkludert minst ett loggeapparat 9. Eksemplifiserende loggeapparater inkluderer innretninger som implementerer resistivitet, nukleær magnetisk resonans, akustiske, seismiske og andre slike teknologier. Med loggeapparatet 9 er det generelt inkludert en pakke av nedihullselektronikk 10. Nedihullselektronikken 10 sørger generelt for innsamling og/eller kommunikasjon av nedihullsdata til en pakke av overflate-basert elektronikk 11.1 denne borestrengen 3 er det inkludert en flerhet av temperatursensorer 12. Borestrengen 3 kan også refereres til som en "borestang" og andre lignende uttrykk.

[0013]Loggeapparatet 9 og den tilknyttede elektronikk 10, 11, sørger kollektivt for slike oppgaver som avbilding av den minst ene formasjon 2.1 tillegg kan loggeapparatet 9 og den tilknyttede elektronikk 10,11 sørge for innsamling og/eller kommunikasjon av annen informasjon, så som temperatur, fra hver av temperatursensorene 12.

[0014]Hver av temperatursensorene 12 er generelt anordnet slik at den respektive temperatursensor 12 er funksjonsviktig for deteksjon av lokal temperatur, inkludert en temperatur i borefluidet 5. Hver av temperatursensorene 12 tilveiebringer et signal til minst én av elektronikkenhetene 10,11. Hver temperatursensor 12 kommuniserer generelt en identitet med sensorutgangen. Ved bruk av identitet og temperatur, forsynes elektronikkenhetene 10,11 med passende informasjon for bestemmelse av en temperaturgradient inne i borehullet 7.1 enkelte utførelser, og som her beskrevet, kan hver av elektronikkenheten(e) 10, 11, alene eller i kombinasjon, videre estimere en fjernfelttemperatur (dvs. en temperatur innenfor et parti av jorden 1 og/eller formasjonen 2).

[0015]Boringens temperatur og ringrommets temperatur måles generelt ved et utløp og et innløp (sugetank), og ved flere lokaliseringer langs borestrengen 3. Disse målinger, som kan gjøres i sanntid, brukes av en temperaturmodell til å forutsi fjernfelttemperaturen. Siden abnorme temperaturgradienter opptrer ovenfor og gjennom intervaller med abnormt poretrykk, kan forutsigelsene av fjernfelttemperatur brukes i sanntid, så som under boring. I enkelte utførelser krever modellering bruk av andre målinger, så som omdreininger pr. minutt (revolutions per minute, RPM), og formasjonsegenskaper (så som porøsitet). Følgelig, betrakt nå en viss inngangsinformasjon som er nyttig for modellering av fjernfelttemperatur.

[0016]Innmatinger som er nyttige for modellering av fjernfelttemperatur inkluderer geometri for borehullet 7 (også referert til som en "brønnboring"). Informasjonen kan f.eks. inkludere tilstedeværelse, antall, dimensjoner og/eller kvalitet av: foringsrørstrenger, hull, sementerte intervaller og annen slik informasjon. Slam-sammensetning kan brukes som en inngang og kan f.eks. ta i betraktning: partikkelegenskaper, bestanddels-identiteter og typer, prosentandel olje, varmekapasitet, og så videre. Temperaturen innen i borestrengen 3 og på utsiden av borestrengen 3 er også av interesse.

[0017]Utgangen fra modeller som brukes til estimering av fjernfelttemperaturen inkluderer: en fjernfeltformasjons-temperaturgradient; en boret intervall-formasjonstemperaturgradient; en bunnhullssirkulerende temperatur; og en formasjonstemperatur.

[0018]Den lære som her fremsettes kan generelt reduseres til form av en algoritme, og beskrives i maskinutførbare instruksjoner lagret på maskinlesbare media (her generelt referert til som "programvare").

[0019]Som et eksempel på en modell for sirkulerende slamtemperaturer, under lineær varmeoverføring under stabil tilstand, er temperaturen i slammet i borestrengen (inne i borestrengen 3) gitt av ligning (1) (se Holmes C.S. og Swift S.C., 1970, Calculation of Circulating Mud Temperatures, JPT, juni 1970, sidene 670-674). og temperaturen i slammet i ringrommet (på utsiden av borestrengen 3 og i borehullet 7) er gitt av ligning (2):

hvor

Tp representerer temperatur i borestrengen ved dybde (x), i grader

fahrenheit (°F);

Ta representerer temperatur i ringrommet ved dybde (x), i grader

fahrenheit (°F);

G representerer den geotermiske gradient i grader fahrenheit

pr. fot (°F/ft);

Tsrepresenterer overflatetemperatur, i grader fahrenheit (°F);

x representerer en dybde av interesse, i fot (ft);

Ki, K2representerer integrasjonskonstanter, som definert nedenfor; og Citil C4er konstanter gitt av:

hvor

m representerer massestrømningsmengde, i Ib/hr;

Cp representerer slammets varmekapasitet, i Btu (lb-°F);

rporadius av borerør (utvendig diameter), i ft;

uposamlet varmeoverføringskoeffisient over borerøret, i Btu/(ft<2->°F-hr);

r representerer hullradius, i ft; og,

Uasamlet varmeoverførings-koeffisient over brønnboringens flate,

i Btu/(ft<2->°F-hr).

[0020] Forskjellige grensebetingelser kan anvendes på den forutgående serie av ligninger for å utlede en analytisk løsning for integrasjonskonstantene. Som et eksempel, gitt i den forutgående referanse, de følgende grensebetingelser kan anvendes:

hvor

H representerer total brønndybde (dvs. borkronens dybde), i ft;

Tpinrepresenterer slammets innløpstemperatur, i °F;

THp representerer borestrengens temperatur ved dybde H;

THa representerer ringrommets temperatur ved dybde H. Da,

[0021]Ved bruk av de ovenstående grensebetingelser er det derfor mulig å beregne temperaturen på enhver dybde nede i hullet under sirkulasjon av borefluidet 5. Dette krever imidlertid generelt forhåndseksisterende kunnskap om den geotermiske gradient i formasjonen (dvs. inkludering av uttrykket G i ligningene (6) og (7) ovenfor). Siden denne informasjon ikke er tilgjengelig, og beregningen av geotermiske gradienter er ett av formålene med modellen, kan løsing anvende en annen grensebetingelse, tilveiebrakt som ligning (B3):

hvor

Taoutrepresenterer strømningsrør-temperatur, i °F.

Dette fører til:

Ved bruk av ligning (6), kan dette uttrykkes som:

Til slutt, bruk av ligning (7) og løsing med hensyn på G (geotermisk gradient), gir ligning (8):

[0022]Med kunnskap om den geotermiske gradient ved dybde x = H, kan temperaturen i formasjonen 2 estimeres ved bruk av ligning (10):

[0023]Den forutgående utvikling er gitt som et eksempel. Hvis temperaturen inne i ringrommet eller røret er kjent fra andre målinger langs strengen, så er det mulig å løse denne modellen, eller én som ligner den, og komme frem til et estimat av fjernfelt-geotermisk gradient.

[0024]Etter så å ha innført visse modeller og relasjoner, skal det innses at flere konstanter er direkte relatert til både geometri av borehullet 7 og egenskaper ved borefluidet 5. Utledning av disse er her videre tilveiebrakt. Det er imidlertid nyttig å drøfte en fremgangsmåte og beregning av utgangsparametrene.

[0025]Nå med henvisning til fig. 2, betrakt en eksemplifiserende fremgangsmåte 20 for estimering av formasjonens temperatur. På fig. 2 inkluderer fremgangsmåten 20 seks trinn (21-26). I et første trinn 21, brukes geometri av borehullet 7 (sammen med kunnskap om aspekter ved en sammensetning av borefluidet 5) til å beregne varmeoverførings-koeffisienter for hver seksjon av borehullet 7.1 et annet trinn 22, finner man gjennomsnittet av varmeoverførings-koeffisientene, ved som en basis å bruke mengden av tid fluidet er i hver seksjon av hullet. I et tredje trinn 23, finner man gjennomsnittet av temperaturen inne i borestrengen 3 og temperaturen utenfor borestrengen 3. I et fjerde trinn 24, beregnes en geotermisk gradient ved en total dybde. Dette kan beregnes f.eks. ved bruk av ligningene (3, 4, 5 og 8). I et femte trinn 25, beregnes temperaturen i formasjonen ved den totale dybde. Dette kan beregnes f.eks. ved bruk av ligning (10). I et sjette trinn 26, beregnes en bunnhulls-sirkulerende temperatur (bottom hole circulating temperature (BHCT). Dette kan beregnes f.eks. ved bruk av ligningene (6, 7 og enten 1 eller 2).

[0026]I enkelte utførelser, istedenfor å finne gjennomsnittet, blir varmeoverførings-koeffisientene "kombinert". Det vil f.eks. si at varmeoveførings-koeffisientene kan tilpasses, så som ved bruk av en lineær tilpasning, logaritmisk tilpasning, eksponensialtilpasning, en tilpasning til en potensfunksjon, en vektet tilpasning eller en annen type av relasjon.

[0027]Betrakt nå, beregningen av konstanter til bruk i de ligninger som her er tilveiebrakt. Massestrømningsmengde (m) kan beregnes som:

[0028]

hvor:

Q representerer strømningsmengde i gal/min; og,

pm representerer tetthet av slam, i Ib/gal.

Varmekapasitet for slam, (Cp), kan beregnes ved bruk av vekten av volumet av de individuelle komponenter i slammet. Varmekapasitetene til de individuelle komponenter kan være gitt som: vann: Cpwer tilnærmet 1 Btu/(lb-°F);

NaCI: Cpn= 0,12569 + 0,0000245(1"), hvor T er i °K;

Faststoffer: Cps = 0,18 + 0,00006(T), hvor T er i °F; og

olje: Cpo= 0,388 + 0,00045(T))/S<1/2>hvor T er i °F og S

representerer egenvekt.

Med kunnskap om API-tettheten til den olje som brukes (hvor "API-tetthet" ("API gravity") refererer til et mål på hvor tung eller lett en petroleumvæske er sammenlignet med vann):

Varmekapasiteten til slammet kan derfor beregnes fra:

hvor y, z og i. er de prosentvise konsentrasjoner av de relative komponenter, og

x = y + z + t.

Omskriving avdisse ligninger tilveiebringer ligning (11):

Bemerk at effekten av temperaturuttrykket i de empiriske ligninger er minimal, og at, generelt, strømningsrør-temperaturen kan brukes.

[0028]Betrakt nå varmeoverføringsgradienter (Up0og Ua). Under betingelser med stabil tilstand, er raten av varmestrøm over brønnboringen (Q) proposjonal til temperaturdifferansen mellom fluidet og formasjonen, og tverrsnittsarealet perpendikulært på retningen av varmestrøm, som tilveiebrakt av ligning (12): Merk at i ligning (12) og andre steder her, som passende, refererer indeksen (j) til en overflate som beregningen er basert på. For eksempel, hvis arealet av den utvendige overflate av røret brukes som referanse, så:

hvor

Uporepresenterer samlet varmeoverførings-koeffisient;

Ajrepresenterer 27trp0<*>AL, eller overflatearealet, utvendig vegg borestreng; og

ATjrepresenterer (Tf - Tp) eller temperaturen i fluidet ved formasjonens og brønnboringens grenseflate - temperaturen i fluidet i røret.

Problemet er løsningen av to varmeoverføringskoeffisienter:

Upo= varmeoverførings-koeffisient, borestreng til ringrom; og

Ua= varmeoverførings-koeffisient, ringrom til formasjon.

For å illustrere den generelle løsningsmetode, tilveiebringes en eksemplifiserende beregning for varmeoverførings-koeffisienten over borerøret i detalj.

[0029]Betrakt nå en metode for estimering av den samlede varmeoverførings-koeffisient over borerøret. Merk først at systemet generelt kan deles i tre distinkte termiske motstander: strømmende fluid og innside rørvegg; rørvegg tykkelse; utside rørvegg og ringrom. Basert på varmestrømningsraten i ligning (12), kan disse motstander beskrives med ligning (13, 14 og 15):

1. Strømmende fluid og innside rørvegg

2. Over rørvegg 3. Utside rørvegg og strømmende ringromsfluid

hvor

rpirepresenterer radius, innvendig, borerør, ft

rp0representerer radius, utvendig, borerør, ft

hj representerer filmkoeffisient, innside vegg borerør, Btu/(hr-ft<2->°F) hj representerer filmkoeffisient, utside vegg borerør, Btu/(hr-ft<2->°F) Tp representerer temperatur i fluidet inne i røret, °F

Tpirepresenterer temperatur, innside rørvegg, °F

Kpiperepresenterer termisk konduktivitet, borerør, Btu/(hr-ft-°F)

Ta representerer ringromsfluid-temperatur, °F

Tp0representerer temperatur utside rørvegg, °F

AL representerer lengde av seksjon av interesse, ft

Det kan vises til fig. 3 for en grafisk visning av visse relasjoner mellom enkelte av disse parametere.

[0030]Ligning (14) kan omordnes som følger:

Omskriving av utledningen tilveiebringer ligning (16):

Under betingelser med stabil tilstand, er varmeoverføringsratene (Qi, 0.2, Q3) like, og ligningene, (13), (14) og (15) kan kombineres til å gi ligning (17):

[0031]Siden den samlede varmeoverføringsrate over disse elementer er gitt av ligning (12), slik at ligning (18) kan skrives: deretter, innsetting av ligning (17) i ligning (18) gir ligning (19): som tilveiebringer den samlede varmeoverførings-koeffisient, Upo, over borerøret, basert på den utvendige overflate av borerøret (rpo).

[0032]Betrakt nå samlet varmeoverførings-koeffisient over brønnboringens flate. Basert på metoden tidligere beskrevet, kan varmeoverførings-koeffisienten for det generelle tilfelle skrives som: hvor h J" representerer en filmkoeffisient for ringrommets vegg. For et åpent borehull, la r2/r1= 10, og:

hvor

n representerer radien i det åpne borehullet, ft (= rh);

\ z representerer radien til temperaturpunkt i formasjonen (= 10<*>rh); og kfmnrepresenterer termisk konduktivitet, formasjon, Btu/(hr-ft-°F).

[0033]Fra det ovenstående, kan den samlede varmeoverføringskoeffisient evalueres basert på filmkoeffisienter og de termiske konduktiviteter for de "massive" brønnborings-geometrielementer. De termiske konduktiviteter for forskjellige materialer er opplistet nedenfor; en generell metode for evaluering av filmkoeffisienter gis her senere.

[0034]Nå, med hensyn på beregning av termiske konduktiviteter (Ki), kan det følgende anvendes:

hvor

Kc representerer konduktivitet, kontinuerlig fase;

Kd representerer termisk kontinuitet, diskontinuerlig fase;

Od representerer volumfraksjon av den diskontinuerlige fase; og

hvor

G> representerer porøsitet, fraksjonert;

Kfmnrepresenterer formasjonens termiske konduktivitet, Btu/(hr-ft-°F);

Kmtxrepresenterer matriks-termisk konduktivitet, Btu/(hr-ft-°F);

O<=>Kpores/Kmatrix! Og

<=>Kwater/<K>matrixi

Kqtz= 1,06, Btu/(hr-ft-°F); og

K,ime=1,3, Btu/hr-ft-°F).

[0035]Nå, med hensyn på estimering av filmkoeffisienter, tilveiebringes det følgende. Forskjellige grupper av dimensjonsløse koeffisienter har blitt brukt innen literaturen, og er generelt på den følgende form:

og

h representerer en filmkoeffisitent, Btu^hr-T-ft<2>);

D representerer strømningsdiameter, ft;

k representerer fluidets termiske konduktivitet Btu/(hr-°F-ft);

representerer tetthet, lb/ft<3>;

o representerer fluidets viskositet, lb/(ft-hr); og

Cpmrepresenterer slammets spesifikke varmer, Btu/(lb-°F).

[0036]Koeffisientene a, b og c avhenger generelt av strømningsregimet (laminær, overgang, turbulent), definert som følger: 1. laminær, NRE < 2100;

2. overgang, 2100 < NRE< 10.000, og

3. turbulent, 10.000 < NRE.

[0037]I tilfellene med laminære og turbulente strømningsregimer, er koeffisientene nokså velkjent. For laminær strømning, NRE< 2100):

hvor L = lengde av seksjon, ft.

I tilfellet med turbulent strømning, (10.000 < NRE)

[0038] Med kjente strømningsbetingelser og slamegenskaper kan film-koeffisientene fordisse strømningsregimer enkelt løses. Imidlertid, for overgangsstrøm, er løsningen litt mer komplisert. Det vil si, for overgangsstrøm (2100 < 10.000), er en generell form av ligningen gitt som:

a, b og c er koeffisienter

Når NRE= 2100 eller 10.000, bør den ovenstående ligning være i overens-stemmelse med løsningene for laminær, henholdsvis turbulent strømning.

[0039]En løsning for filmkoeffisienten i overgangs-strømningsregimet kan videre approksimeres med den følgende ligning:

[0040]Betrakt nå en effekt av rørrotasjon på filmkoeffisienten. Når røret roteres i brønnboringen, er fluidet i direkte kontakt med røret (utside borestrengens vegg) sannsynligvis i et litt mer turbulent strømningsregime i resten av ringrommet. En effekt av slik turbulens er følgelig å heve filmkoeffisienten for den utvendige diameter av borerøret, som vist ovenfor, ved at en økning i turbulensen innebærer en økning i Reynolds-tallet. Fra ligning (19) forårsaker dette i sin tur en samlet økning i varmeoverførings-koeffisienten over borerøret.

[0041]Under slike betingelser kan det forventes at strømningsrør-temperaturen vil øke på brønnstedet når rpm minker på grunn av det mer laminære strømnings-regime ved lave (til null) rotasjonshastigheter, hvilket resulterer i "isolering" av ringromsfluidene fra det kjøligere slam i borestrengen (dvs. lavere filmkoef fisienter). Dette har faktisk blitt dokumentert for forskjellige brønnsteder, hvor, f.eks. under sirkulering bunnen opp, ved reduserte rotasjonshastigheter, strømningsrør-temperaturen ofte viser abnorme økninger. For å inkludere denne observasjon i modellen gjøres følgende estimat av Reynolds-tallet for utsideveggen av borerøret. Addering av disse gir

hvor

Nr = RPM<*>60

NreP0representerer Reynolds-tallet, utside vegg, borestreng.

(hvis Nr=0, så er (NRE)P0<=>NRE)

Følgelig, enkelte utførelser tar videre hensyn til minst én operasjonell faktor, slik som en RPM av borestrengen 3, lengde av interesse, radius, strømningsmengde, volum (så som av boreslam inn i borestrengen 3, eller totalt volum inne i brønn-boringen) og andre.

[0042]Ytterligere aspekter blir nå tilveiebrakt. Disse ytterligere aspekter inkluderer en teknikk for å finne gjennomsnittet av varmeoverføringskoeffisienter; og finne gjennomsnittet av temperatur inne i og på utsiden av borestrengen.

[0043]Betrakt det følgende med hensyn på å finne gjennomsnittet av varmeoverførings-koeffisienter. En tidsforskjøvet slampakke vil passere gjennom flere distinkte brønnborings-geometriseksjoner; hver av disse seksjoner vil ha distinkte samlede varmeoverførings-koeffisienter (Up0og Ua) på grunn av de fysiske elementer (eksempelvis foringsrør, åpent hull, osv.) og forskjellige strømningsregimer.

[0044]Man kan således finne gjennomsnittet av de individuelle varmeoverførings-koeffisienter basert på den tid slampakken er i hver seksjon. For å estimere dette, la Upoi, Uaivære det i-te borerør og brønnborings-varmeoverføringskoeffisient. I dette tilfelle:

[0045]Hvor Atier tiden, i minutter, som slampakken er i enhver distinkt brønnboringsseksjon som har en konstant Up0eller Ua. Atikan beregnes fra: hvor dhrepresenterer en hulldiameter, (generelt i tommer); og dp representerer borestrengens utvendige diameter, (også generelt i tommer); og Q representerer en gjennomsnittlig strømningsmengde for slampakken, gal/min. En gjennomsnittlig strømningsmengde kan følgelig gis av: hvor Q representerer avlest strømningsmengde for slam , gpm og Atrrepresenterer slamprøveintervall, tid (sekunder eller minutter).

[0046]Betrakt nå teknikker for å finne gjennomsnittet av temperatur inne i og på

utsiden av borestrengen. Ulikt andre tidsforskjøvne størrelser (f.eks. total gass), er temperaturen i en slampakke ikke isolert fra effektene av slammet i borestrengen, eller effektene av brønnboringens vegg når det sirkuleres til overflaten. Tempera-

turen ut avhenger direkte av temperaturen i slammet som blir sirkulert ned borestrengen (generelt en varmemottaker) og temperaturen i brønnboringens flate (på dybde, en varmekilde; nær overflaten, en varmemottaker). Beregning av både temperaturen ut og temperaturen inn for en viss dybde krever derfor spesiell håndtering.

[0047]Betrakt et eksempel. I dette eksempelet, la Ad være et dybdeinkrement. Betrakt at en bruker ønsker å kjenne formasjonens temperatur på dybde D + Ad. Formasjonens temperatur er representert som den gjennomsnittlige temperatur over intervallet Ad. Dette er noenlunde nøyaktig hvis At er liten i forhold til D. Referer til fig. 4.

[0048]På fig. 4, antar modellen en lineær geotermisk gradient og slampakken må passere over en lengde av formasjon (brønnboringens vegg) lik D + Ad. Gjennomsnittlig slamtemperatur ut for et dybdeinkrement Ad er simpelthen den tids-forskjøvne slamtemperatur for dybden, eller D + Ad.

hvor ASirepresenterer en basis for å finne gjennomsnittet. Finningen av gjennomsnittet blir utløst "på" når returdybden er D, og utløst "av" når returdybden er D + Ad.

[0049] Den gjennomsnittlige temperatur inn er, imidlertid ikke så endrefrem. Når slampakkken blir sirkulert til overflaten, blir den påvirket av temperaturen i borestrengen, som er styrt av temperaturen inn over sirkulasjonsperioden. På starten av det borede intervall, inneholder imidlertid borestrengen slam som kom inn i røret mens det forutgående intervall ble boret. "Temperaturen inn", som påvirker temperaturen ut, kan derfor representeres som å være gjennomsnittet av: 1. gjennomsnittlig slamtemperatur inn for et volum ekvivalent til volumet av borestrengen på dybde D; 2. gjennomsnittlig slamtemperatur inn under det borede intervall AD; og 3. gjennomsnittlig slamtemperatur inn mens slampakken for dybde D + AD blir sirkulert ut.

[0050]Punkt 1 krever forutsigelse av dybde D for å finne gjennomsnittet on-line (med mindre rådata er lagret i oppstillinger). Dets bidrag til det samlede gjennom-snitt er imidlertid liten, og det kan ignoreres. Den gjennomsnittlige slamtemperatur inn er derfor:

hvor ASirepresenterer en basis for å finne gjennomsnittet. Gjennomsnittfinningen blir utløst "på" når borkronen er ved dybde D og utløst "av" når returdybden er D + AD. Dette er vist skjematisk på fig. 5. Det bør imidlertid tas ad notam at det vil være overlapping i gjennomsnittstemperaturen inn for sekvensielle dybde-inkrementer, og monitoren vil inneholde N verdier for gjennomsnittstemperatur inn (blir oppdatert "samtidig" for N slampakker i brønnboringens ringrom.

[0051]Sammenfattende, de foregående ligninger representerer, i detalj, en endefrem metode for beregning av formasjonstemperaturer, og sirkulerende temperaturer både for ringrommet og borestrengen. Merk at den tilveiebrakte metode er illustrativ. Det kan f.eks. brukes endelig-differanse-metoder eller endelig-element-metoder. Metoden tilveiebringer generelt resultater som er innenfor noen få grader. Videre, merk at temperaturmålinger, foretatt i lokaliseringer langs borestrengen 3 kan brukes til å spesifisere andre grensebetingelser, og at modellen kan modifiseres, eller en annen modell utvikles for å inkludere dem.

[0052]De følgende tolkninger og kvalifikasjoner bør tas ad notam vedrørende den oppfinnelse som her er beskrevet. Som her brukt, "formasjoner" kan referere til de forskjellige trekk og materialer man kan treffe på i et undergrunns miljø. Det skal følgelig tas i betraktning at selv om uttrykket "formasjon" generert refererer til geologiske formasjoner av interesse, at uttrykket "formasjoner" slik det her brukes i enkelte tilfeller kan inkludere alle geologiske punkter eller volumer av interesse (så som et undersøkelsesområde). Uttrykkene formasjon, formasjoner og andre slike uttrykk er generelt som referanse til ethvert volum av undergrunns materialer som kan være av interesse.

[0053]Én med fagkunnskap innen teknikken vil innse at aspekter av den lære som her fremsettes, kan gjennomføres på andre måter. For eksempel er det ikke nødvendig å begrense læren til de utførelser som involverer en borestreng. Det vil si at et loggeinstrument (så som et instrument som anvendes i vaierlednings-logging i en brønnboring - eller av en borestreng) kan gjøre bruk av den teknologi som her er tilveiebrakt.

[0054]Som her brukt, generering av data i "sanntid" skal bety generering av data ved en hastighet som er nyttig eller passende for å foreta beslutninger under eller samtidig med prosesser så som produksjon, eksperimentering, verifikasjon og andre typer av undersøkelser eller bruk som kan velges av en bruker eller operatør. Som et ikke-begrensende eksempel, sanntids målinger og beregninger kan forsyne brukere med informasjon som er nødvendig for å foreta ønskede justeringer under boreprosessen. I en utførelse, gjøres justeringer mulig på en kontinuerlig basis (ved borehastigheten), mens i en annen utførelse kan justeringer kreve periodiske avbrudd av boringen for vurdering av data. Slike justeringer kan også være nyttige ved geostyrings-applikasjoner. Det skal følgelig innses at "sanntid" skal tas i den kontekst det står, og ikke nødvendigvis angir den øyeblikkelige bestemmelse av data, eller gir eventuelle andre forslag om den tidsmessige frekvens av datainnsamling og -bestemmelse.

[0055]Til støtte for den lære som her fremsettes, kan det brukes forskjellige analysekomponenter, inkludert digitale og/eller analoge systemer. Systemet kan ha komponenter så som en prosessor, lagringsmedia, minne, inngang, utgang, kommunikasjonslink (ledningsført, trådløs, pulset slam, optisk eller andre), brukergrensesnitt, dataprogrammer, signalprosessorer (digitale eller analoge) og andre slike komponenter (så som motstander, kondensatorer, induktorer og andre) for å sørge for operasjon og analyser av det apparat og de fremgangsmåter som her er offentliggjort på enhver av flere måter som er godt anerkjent innen teknikken. Man tar i betraktning at denne lære kan implementeres, men ikke trenger å implementeres, i forbindelse med et sett av datamaskin-utførebare instruksjoner lagret på et datamaskinlesbart medium, inkludert minne (ROM'er, RAM-er), optisk (CD-ROM), eller magnetisk (disker, harddisk-stasjoner), eller enhver annen type som, når det utføres, forårsaker at en datamaskin implementerer fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse. Disse instruksjoner kan sørge for utstyrets operasjon, styring, datainnsamling og analyse og andre funksjoner som anes relevante for en systemdesigner, eier, bruker eller annet slikt personell, i tillegg til de funksjoner som er beskrevet i denne offentliggjøring.

[0056]Selv om visse utførelser er beskrevet som uttrykt i visse målesystemer (generelt engelsk), kan andre målesystemer brukes. For eksempel, kan System Internasjonal (Sl), det metriske system og andre målesystemer anvendes. Visse aspekter av den lære som her fremsettes, kan omarbeides slik det er passende, slik at i det minste noen av størrelsene er enhetsløse.

[0057]Videre, kan forskjellige andre komponenter inkluderes og påkalles for å sørge for aspekter av den lære som her fremsettes. For eksempel, kan en prøve-ledning, prøvelager, prøvekammer, prøveutløp, pumpe, stempel, strømforsyning (eksempelvis i det minste det ene av en generator, en fjernforsyning og et batteri), vakuum-forsyning, trykkforsyning, en enhet eller forsyning for kuldeteknisk behandling (dvs. kjøling), oppvarmingskomponent, drivende kraft (så som en translasjonskraft, fremdriftskraft eller en rotasjonskraft), magnet, elektromagnet, sensor, elektrode, sender, mottaker, tranceiver, antenne, kontroller, optisk enhet, elektrisk enhet eller elektromekanisk enhet være inkludert til støtte for de forskjellige aspekter som her er omtalt eller til støtte for andre funksjoner som går ut over denne offentliggjøring.

[0058]Én med fagkunnskap innen teknikken vil innse at de forskjellige komponenter eller teknologier kan tilveiebringe visse nødvendige eller fordelaktige funksjonaliteter eller trekk. Det innses følgelig at disse funksjoner og trekk, i den grad de er nødvendige for å støtte de vedføyde krav og variasjoner av disse, er iboende inkludert som en del av den lære som her fremsettes og en del av den offentliggjorte oppfinnelse.

[0059]Selv om oppfinnelsen har blitt beskrevet med henvisning til eksemplifiserende utførelser, vil det av de som har fagkunnskap innen teknikken forstås at det kan gjøres forskjellige forandringer, og at ekvivalenter kan erstatte elementer i denne uten å avvike fra oppfinnelsens omfang. I tillegg vil de som har fagkunnskap innen teknikken forstå at mange modifikasjoner vil være for å tilpasse et bestemt instrument, situasjon eller materiale til oppfinnelsens lære uten å avvike fra dens essensielle omfang. Det er derfor meningen at oppfinnelsen ikke skal være begrenset til den bestemte utførelse som er offentliggjort som den best tenkelige modus for utførelse av denne oppfinnelse, men at oppfinnelsen vil inkludere alle utførelser som faller innenfor omfanget av de vedføyde krav.

Claims

1. Fremgangsmåte for estimering av en temperatur inne i undergrunnsmaterialer gjennomskåret av en brønnboring, hvilken fremgangsmåte omfatter: (a) fremskaffelse av temperaturdata fra en flerhet av målinger av temperatur tatt inne i brønnboringen; (b) beregning av en samlet varmeoverførings-koeffisient fra måledataene; (c) beregning av en geotermisk gradient fra den samlede varmeoverførings-koeffisient; og (d) bruk av den geotermiske gradient til å estimere temperaturen inne i undergrunns-materialene.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvor hver av varmeoverførings-koeffisientene vedrører en seksjon av brønnboringen.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, videre omfattende: kombinering av en flerhet av varmeoverførings-koeffisienter for å tilveiebringe den samlede varme-overføringskoeffisient.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, hvor kombinering omfatter gjennomføring av i det minste det ene av: å finne gjennomsnittet, en lineær tilpasning, en logaritmisk tilpasning, en eksponensiell tilpasning, en tilpasning til en potensfunksjon, en vektet tilpasning og en minste kvadraters tilpasning.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvor temperaturdataene omfatter målinger tatt på en flerhet av dybder inne i brønnboringen.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, hvor temperaturdataene omfatter temperatur tatt på i det minste det ene av inne i en borestreng og utenfor en borestreng.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, videre omfattende estimering av den samlede varmeoverførings-koeffisient ved estimering av en termisk motstand for i det minste det ene av: borefluid inne i en borestreng; borefluid som krysser en vegg av en borestreng; og borefluid utenfor en borestreng og inne i brønn-boringen.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, videre omfattende estimering av i det minste det ene av: en temperatur på en total dybde i brønnboringen og en temperatur inne i formasjonen i en gitt radius fra et senter i brønnboringen.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, videre omfattende å ta hånd om minst én operasjonell faktor i beregningen av en geotermisk gradient.

10. System for bestemmelse av en temperatur i undergrunnsmaterialer, hvilket system omfatter: (a) en flerhet av temperatursensorer distribuert langs en borestreng, idet borestrengen tilveiebringer en brønnboring som skjærer gjennom undergrunns-materialene; og (b) en prosessor for mottak av temperaturdata fra flerheten av temperatursensorer langs i det minste et parti av brønnboringen og for implementering av maskinutførbare instruksjoner for beregning av en samlet varme-overføringskoeffisient fra måledataene; beregning av en geotermisk gradient fra den samlede varmeoverførings-koeffisient; og bruk av den geotermiske gradient til å estimere temperaturen inne i undergrunns-materialene.

11. System som angitt i krav 10, hvor prosessoren er utstyrt til å implementere de maskinutførbare instruksjoner i sanntid.

12. System som angitt i krav 10, videre omfattende en inngang for mottak av i det minste én parameter for operasjonelle data.

13. System som angitt i krav 12, hvor prosessoren videre omfatter instruksjoner for bruk av de operasjonelle data til å estimere temperaturen inne i undergrunns-materialene.

14. System som angitt i krav 10, hvor parameteren for operasjonelle data omfatter i det minste det ene av radius, strømningsmengde, omdreininger pr. minutt og volum.

15. System som angitt i krav 10, hvor flerheten av temperatursensorer er distribuert i det minste i det ene av innvendig og utvendig langs borestrengen.

16. Datamaskin-programprodukt lagret på maskinlesbare media og omfattende maskinutførbare instruksjoner for estimering av en temperatur i undergrunnsmaterialer, ved implementering av en fremgangsmåte omfattende: (a) mottak av temperaturdata fra en flerhet av målinger av temperatur tatt inne i en brønnboring gjennomskåret av et loggeinstrument; (b) beregning av en samlet varmeoverføringskoeffisient fra måledataene; (c) beregning av en geotermisk gradient fra den samlede varmeoverførings-koeffisient; (d) bruk av den geotermiske gradient til å estimere temperaturen inne i undergrunnsmaterialene; og (e) utmating av estimatet til en bruker.

17. Datamaskin-programprodukt som angitt i krav 16, videre omfattende en inngang for mottak av en valgt dybde inne i undergrunnsmaterialene.