NO20110976A1

NO20110976A1 - Apparat og fremgangsmate for evaluering av nedhullsfluider

Info

Publication number: NO20110976A1
Application number: NO20110976A
Authority: NO
Inventors: Tobias Kischkat; Peter Schaefer
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2011-08-10
Also published as: US20100148785A1; US8269161B2; WO2010068870A3; GB2478681B; WO2010068870A2; GB2478681A; GB201111632D0; BRPI0923338A2

Abstract

En anordning for evaluering av brønnhullsfluider er beskrevet. Anordningen innbefatter: en optisk blokk med en justerbar åpning som mottar elektromagnetisk energi utsendt av en elektromagnetisk energikilde; en styringsenhet operativt tilknyttet den optiske blokken for justering av åpningens dimensjon, hvor åpningens dimensjon blir justert i det minste delvis basert på en eller flere estimerte brønnhulls-parametre; og en sensor som mottar den elektromagnetiske energien som er utsendt av den elektromagnetiske energikilden etter at den utsendte elektromagnetiske energien har vekselvirket med et brønnhullsfluid. En fremgangsmåte for evaluering av brønnhullsfluider er også beskrevet.

Description

BAKGRUNN

Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse angår generelt formasjonsevaluering, og spesielt fremgangsmåter og anordninger for evaluering av brønnhullsfluider.

Teknisk bakgrunn

Informasjon om undergrunnsformasjoner som gjennomtrenges av borehullet, kan fremskaffes ved hjelp av et stort antall teknikker. De teknikkene som brukes til å fremskaffe formasjonsinformasjon, innbefatter å fremskaffe én eller flere kjerne-prøver av undergrunnsformasjonene og fremskaffe fluidprøver produsert fra undergrunnsformasjonene. Disse prøvetakningene blir kollektivt referert til her som formasjonsprøvetakning. Kjerneprøver blir ofte hentet opp fra borehullet og testet på et riggsted eller i et fjerntliggende laboratorium for å bestemme egenskaper ved kjerneprøven, hvilke egenskaper blir brukt til å estimere formasjonsegenskaper. Moderne fluidprøvetakning innbefatter forskjellige brønnhullstester og noen ganger blir fluidprøver hentett opp for laboratorietesting på overflaten.

Et nyttig verktøy for evaluering av brønnhullsfluider er spektrometre, og det er noen ganger ønskelig å plassere noen av eller alle spektrometerkomponentene nede i hullet. Nåværende brønnhullsspektrometre lider ved tilstandene nede i brønnhullet, f.eks. omgivelsene med høy temperatur som på ugunstig måte påvirker spektro-meterets oppløsning.

OPPSUMMERING

Det følgende presenterer en generell oppsummering av flere aspekter ved oppfinnelsen for å gi en grunnleggende forståelse av i det minste noen aspekter ved oppfinnelsen. Denne oppsummeringen er ikke noen uttømmende oversikt over oppfinnelsen. Den er ikke ment å identifisere hovedtrekk eller kritiske elementer ved oppfinnelsen eller å avgrense omfanget av patentkravene. Den følgende oppsummering gir kun noen konsepter ved oppfinnelsen på en generell form som en innretning til den mer detaljerte beskrivelse som følger.

Det er beskrevet en anordning for evaluering av brønnhullsfluider. Anordningen innbefatter en optisk blokk som har en justerbar åpning som mottar elektromagnetisk energi utsendt fra en regulator operativt forbundet med den optiske blokken for justering av åpningsstørrelsen, hvor åpningsstørrelsen blir justert i det minste delvis basert på én eller flere estimerte brønnhullsparametre; og en sensor som mottar den elektromagnetiske energien som er utsendt fra den elektromagnetiske energikilden etter at den utsendte elektromagnetiske energien vekselvirker med et brønnhullsfluid.

Et eksempel på en fremgangsmåte for evaluering av brønnhullsfluider innbefatter: å utsende elektromagnetisk energi mot en optisk blokk som har en justerbar åpning; å estimere én eller flere brønnhullsparametre; å justere åpningsstørrelsen i det minste delvis basert på den ene eller de flere estimerte brønnhullsparameterne ved å bruke en regulator; og å motta elektromagnetisk energi utsendt av den elektromagnetiske energikilden med en sensor etter at den utsendte elektromagnetiske energien har vekselvirket med et brønnhullsfluid.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

For å få en detaljert forståelse av foreliggende oppfinnelse skal det vises til den følgende detaljerte beskrivelse av flere ikke-begrensende utførelsesformer tatt i forbindelse med de vedføyde tegningene, hvor like elementer er blitt gitt like henvisningstall, og hvor: Fig. 1 er et eksempel på et kabelsystem i henhold til flere utførelsesformer av

oppfinnelsen;

fig. 2 illustrerer et ikke-begrensende eksempel på et brønnhullsspektrometer

i henhold til flere utførelsesformer av oppfinnelsen;

fig. 3 illustrerer et annet ikke-begrensende eksempel på et brønnhulls-spektrometer i henhold til flere utførelsesformer av oppfinnelsen;

fig. 4 viser eksempler på intensitetskurver som en funksjon av bølgelengde

og slissbredde; og

fig. 5 er et flytskjema over en ikke-begrensende fremgangsmåte i henhold til et eksempel på foreliggende oppfinnelse.

BESKRIVELSE AV UTFØRELSESEKSEMPLER

Fig. 1 illustrerer skjematisk et ikke-begrensende eksempel på en kabel-anordning 100 i henhold til flere beskrevne utførelsesformer. I det viste eksemplet trenger et borehull 110 gjennom flere undergrunnsformasjoner 102. Borehullet 110 vil typisk være fylt eller i det minste delvis fylt med en fluidblanding som kan innbefatte forskjellige gasser, vann, borevæske og formasjonsfluider som er naturlig forekommende i undergrunnsformasjonene som gjennomtrenges av borehullet. Slike fluidblandinger blir her referert til som "brønnhullsfluider".

Et formasjonsevalueringsverktøy 120 blir transportert i brønnhullet 110 ved å bruke en kabelline 104. Kabelutplassering og opphenting kan utføres ved hjelp av en kraftdrevet vinsj som f.eks. bæres av et servicekjøretøy 108. Kabelen 104 er typisk en armert kabel som overfører data og inneholder kraftledere for å levere kraft til formasjonsevalueringsverktøyet 120 og for å sørge for toveis datakommunikasjon mellom en verktøyprosessor 112 og en styringsenhet 114 som kan bæres av servicekjøretøyet 108. Kabelen 104 blir typisk båret av en spole 116 over en skive 118 understøttet av et boretårn 122. Spolen 116 kan bæres av kjøretøyet 108 som vist for operasjoner på land, av en offshore-rigg for undervannsoperasjoner, eller av en hvilken som helst annen egnet bærekonstruksjon. Styringsenheten 114 kan innbefatte en prosessor 142 slik som i en datamaskin eller en mikroprosessor, datalagringsanordninger slik som faststofflagre og magnetbånd, periferiutstyr slik som datainnmatingsanordninger og visningsanordninger og andre kretser for styring og behandling av data mottatt fra verktøyet 120. Styringsenheten 114 på overflaten kan videre innbefatte én eller flere dataprogrammer innbakt i et datamaskinlesbart medium som er tilgjengelig for prosessoren 142 i styringsenheten 114 for å utføre instruksjoner som befinner seg i de datamaskinlesbare programmene for å utføre de forskjellige fremgangsmåtene og funksjonene i forbindelse med behandling av dataene fra verktøyet 120.

Eksemplet på kabelen på fig. 1 opererer som en bærer for formasjons-evalueringsverktøyet 120, men en hvilken som helst bærer kan brukes innenfor rammen av oppfinnelsen. Uttrykket "bærer" slik det brukes her, betyr en hvilken som helst anordning, anordningskomponent, kombinasjon av anordninger, media og/eller organ som kan brukes til å transportere, romme, understøtte eller på annen måte lette bruken av en annen anordning, anordningskomponent, kombinasjon av anordninger, media og/eller organ. Eksempler på ikke-begrensende bærere innbefatter borestrenger av oppkveilingsrørtypen, av skjøterørtypen og enhver kombinasjon eller del av slike. Andre bærereksempler innbefatter foringsrør, kabler, kabelsonder, glattkabelsonder, fallsonder, brønnhullsmoduler, bunnhullsanordninger, borestrenginnsatser, overganger, indre hus og substratdeler for slike.

Den nedre delen avformasjonsevalueringsverktøyet 120 kan innbefatte en enhet med flere verktøysegmenter som er sammenføyet ende-mot-ende ved hjelp av gjengede muffer eller innbyrdes kompresjonskoblinger 124. En sammenstilling av verktøysegmenter som er egnet for foreliggende oppfinnelse, kan innbefatte en hydraulisk, elektrisk eller elektromekanisk kraftenhet 126 og en formasjonsfluid-ekstraktor 128. Formasjonsfluidekstraktoren 128 kan innbefatte en utstrekkbar sugesonde 138 som blir motvirket av borehullsveggføtter 140. Både sugesonden 138 og de motvirkende føttene 140 kan være hydraulisk eller elektromekanisk utstrekkbare forfast kontakt med brønnhullsveggen. Konstruksjon og driftsmessige detaljer for et passende fluidekstraksjonsverktøy 128 er grundig beskrevet i US-patent nr. 5,303,775, beskrivelse herved inkorporeres ved referanse.

En motor/pumpe-enhet 130 med stort fortrengningsvolum kan være tilveie-brakt under ekstraktoren 128 for ledningsspyling. En lignende motor/pumpe-enhet 132 som har mindre fortrengningsvolum, kan være innbefattet i verktøyet på et passende sted, slik som under pumpen med stort fortrengningsvolum, for kvantitativ overvåkning av fluid som mottas av verktøyet 120. Én eller flere magasinseksjoner for prøvebeholdere (to er vist 134, 136) kan være innbefattet for å tilbakeholde fluidprøver fra pumpen 132 med det likke volumet. Hver magasinseksjon 134,136 kan ha flere fluidprøvebeholdere 106.

I flere utførelsesformer som skal beskrives mer detaljert senere, innbefatter verktøyet 120 et brønnhullsspektrometer eller et annet evalueringsverktøy for evaluering av brønnhullsfluider. I én utførelsesform innbefatter verktøyet 120 en anordning for å endre den optiske oppførselen til et spektrometer slik som et gitterspektrometer ved å bruke et lukket sløyfesystem som inneholder en drivanordning slik som en drivanordning med mikro-elektromekaniske systemer (MEMS) og et regulatorsystem. Et "brønnhullsfluid" slik uttrykket brukes her, innbefatter en hvilken som helst gass, væske, flytende faststoff og andre materialer som har en fluidegenskap. Et brønnhullsfluid kan være naturlig eller menneskelagt og kan være transportert ned i hullet eller kan være utvunnet fra en brønnhulls-formasjon. Ikke-begrensende eksempler på brønnhullsfluider kan innbefatte borevæsker, returfluider, formasjonsfluider, produksjonsfluider som inneholder én eller flere hydrokarboner, oljer og løsemidler som brukes i forbindelse med brønnhullsverktøy, vann, saltvann og kombinasjoner av disse.

Fig. 2 illustrerer et ikke-begrensende eksempel på et brønnhullsspektrometer 200 ifølge flere utførelsesformer av oppfinnelsen som kan være transportert i en brønn ved å bruke f.eks. en kabelbærer som beskrevet ovenfor og som vist på fig. 1. Fagkyndige på området kan på bakgrunn av foreliggende beskrivelse forstå at mange forskjellige bærere kan brukes til å transportere brønnhullsspektrometeret 200 i et brønnhull og vil forstå at en hvilken som helst annen egnet bærer er innenfor rammen av oppfinnelsen uten at det er nødvendig med noen ytterligere illustrasjon eller beskrivelse.

Brønnhullsspektrometeret 200 innbefatter f.eks. en elektromagnetisk energikilde 202 og en optisk blokk 204 som har en justerbar sliss 206 eller en annen åpning som regulerer energi som strømmer inn i spektrometeret 200. Et gitter 208 kan være anordnet i en optisk bane som fører fra den optiske blokken 204 og én eller flere sensorer 210 kan være plassert i en optisk bane som fører fra gitteret 208. I dette eksemplet kan en regulator 212 brukes til å justere størrelsen av slissen 206 basert i det minste delvis på én eller flere estimerte parametre. I én eller flere utførelsesformer kan regulatoren innbefatte en prosessor 214, et lager 216 og én eller flere programmer 218 som når det utføres av regulatoren eller styringsenheten 212 eller en annen behandlingsanordning, utfører fremgangsmåter i henhold til oppfinnelsen.

En fluidcelle 220 kan være anordnet mellom den elektromagnetiske energikilden 202 og den optiske blokken 204 for overføringsspektroskopi. Alternativt eller i tillegg kan refleksjonsspektroskopi benyttes hvor elektromagnetisk energi blir reflektert og/eller refraktert ved en fluid/sonde-grenseflate. Fagkyndige på området vil på bakgrunn av foreliggende beskrivelse forstå at disse andre utførelsesformene er innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse uten behov for nærmere illustrasjon eller beskrivelse. For korthets skyld, vil den foreliggende diskusjon med hensyn til utførelseseksemplet på fig. 2 forbli i forbindelse med transmisjonsspektroskopi.

I én eller flere utførelsesformer kan fluidcellen 220 være en sondeanordning som kan settes inn i en formasjon eller inn i en brønnhullsfluidbeholder. I én eller flere utførelsesformer kan fluidcellen 220 innbefatte et indre volum 222, et inngangsvindu 224 og et utgangsvindu 226. Vinduene 224, 226 kan være laget ved å bruke et hvilket som helst materiale som er egnet for brønnhullsbruk, f.eks. safir. Brønnhullsfluidet i fluidcellen 220 kan f.eks. være stasjonær, strømmende eller kan endres mellom stasjonær og strømmende. I én eller flere utførelsesformer kan fluidet i fluidcellen innbefatte enfasefluid eller flerfasefluid.

En kollimerende linse 228 kan brukes til å kollimere elektromagnetisk energi før vekselvirkning med fluidcellen 220.1 andre utførelsesformer kan den kollimerende linsen 228 være valgfri avhengig av karakteristikkene til den elektromagnetiske energiutgangen fra kilden 202 og/eller av de optiske karakteristikkene til fluidcellen 220.1 én eller flere utførelsesformer kan linsen 228 være en fokuserende linse. En fokuserende linse 230 er vist i dette ikke-begrensende eksemplet, plassert på en motsatt side av fluidcellen 220 for å dirigere den elektromagnetiske energien som utsendes fra fluidcellen 220, mot slissen 206. Linsen 230 på motsatt side av fluidcellen 220 kan alternativt bære en kollimerende linse eller kan eventuelt utelates avhengig av de optiske karakteristikkene til den spesielle fluidcellen 220. Energi som passerer gjennom slissen 206 kan avbøyes slik at en annen linse 232 kan være anordnet mellom den optiske blokken 204 og gitteret 208 for å dirigere elektromagnetisk energi 234 mot gitteret 208. Linsen 232 kan være en fokuserende linse som vist i dette eksemplet, eller kan være en kollimerende linse avhengig av de spesielle spesifikasjonene og den spesielle anvendelsen av spektrometeret.

Den energien som utsendes fra den elektromagnetiske energikilden 202 kan moduleres i henhold til programmer 218 og ved hjelp av prosessoren 212 inne i den samme styringsenheten 212 som justerer slissen 206, eller av en annen styringsenhet, f.eks. en styringsenhet 114 på overflaten som beskrevet ovenfor og som vist på fig. 1.

I flere utførelsesformer kan den elektromagnetiske energikilden 202 innbefatte én eller flere bredbåndede lyskilder slik som en glødelampekilde sammen med et optisk filter for å tilveiebringe valgte bølgelengder. Den elektromagnetiske energikilden 202 kan i noen ikke-begrensende utførelsesformer innbefatte én eller flere lysemitterende dioder (LED). Den elektromagnetiske energikilden 202 kan også bruke én eller flere laserdioder. I andre utførelsesformer kan spektrometeret 200 innbefatte én eller flere elektromagnetiske energikilder 202 som innbefatter en kombinasjon av kildetyper. Den elektromagnetiske energikilden 202 kan i flere utførelsesformer avgi elektromagnetisk energi i et nær infrarødt bånd med bølge-lengder, i et infrarødt bånd med bølgelengder eller begge deler.

Den optiske blokken 204 kan være en hvilken som helst optisk blokk som er egnet for installasjon i et brønnhullsverktøy. I en utførelsesform inneholder den optiske blokken komponenter for å splitte lyset i mange bølgelengdeområder, slik som en speil/gitter-kombinasjon, en fabry-perot-resonator eller et antall enkelt-linjefiltre. Ikke-begrensende eksempler på en optisk blokk innbefatter MEMS-strukturer, mekaniske strukturer og kombinasjoner av disse. I én eller flere utførelsesformer kan den optiske MEMS-blokken 204 være elektrisk koblet til styringsenheten 212 slik at styresignaler utsendt av styringsenheten bevirker en justering av størrelsen til slissen 206.1 én eller flere utførelsesformer blir justeringen bevirket ved hjelp av en valgt spenning eller ladning som plasseres på en MEMS-styreelektrode. I ett eksempel er det nominelle området for en slissbredde i størrelsesorden omkring 50 pm. Slissbredden kan justeres i inkrementer på f.eks. 10 prosent eller 5 pm. I én eller flere utførelsesformer kan den optiske blokken 204 være mekanisk aktivert, hydraulisk aktivert, pneumatisk aktivert og kombinasjoner av disse som beskrevet nærmere nedenfor under henvisning til fig. 3.

Gitteret 208 kan være et hvilket som helst egnet gitter for et brønnhulls-spektrometer. Gitteret 208 kan være et hovedsakelig fast gitter eller gitteret kan være et avstembart gitter. Et ikke-begrensende eksempel på et avstembart gitter er beskrevet i US-publikasjon US2007/0159625 A1 fra DiFoggio på "Method and Apparatus for Estimating a Property of a Fluid Downhole", søknadsnr. 11/330,283 inngitt i USA 11. januar 2006, hvis innhold herved i sin helhet inkorporeres ved referanse. Gitteret 208 opererer på innfallende elektromagnetisk energi eller "lys" med å separere spektrene for energien og dirigere spektrene til sensoren 210.

Sensoren 210 kan være en hvilken som helst egnet lyssensitiv sensor for mottakelse av elektromagnetisk energi fra gitteret 208.1 én eller flere utførelses-former kan sensoren 210 innbefatte en fotodetektor. I én eller flere utførelsesformer kan sensoren 210 innbefatte en fotosensitiv gruppe med sensorer. I én eller flere utførelsesformer kan sensoren 210 frembringe et utgangssignal som er en indikasjon på den mottatte energien. Utgangssignalet kan behandles av styringsenheten 212 eller av en annen informasjonsprosessor på stedet eller på et sted på overflaten for å estimere én eller flere egenskaper ved brønnhullsfluidet i fluidcellen 220.1 én eller flere utførelsesformer kan utgangssignalet behandles for å estimere et signal/støy-forhold (SNR) for den detekterte energien. Som beskrevet nærmere nedenfor, kan utgangssignalet brukes i det minste delvis til å styre den justerbare slissen 206. Styringsenheten 212 kan være programmert for selvstendig styring av slissbredden eller driftsstørrelsen. I denne driftsmåten kan styringsenheten 212 motta utgangs-signalerfra sensoren 210 og programmene som er laget i lageret 216 kan brukes til å estimere en korrigerende handling. I én eller flere utførelsesformer innbefatter den korrektive handlingen en ny åpningsstørrelse som blir overført ved hjelp av styringsenheten til den optiske blokken.

Det vises nå til fig. 3 hvor et brønnhullsspektrometer 300 kan innbefatte flere elementer hovedsakelig som beskrevet ovenfor og som vist på fig. 2. Spektrometeret 300 kan innbefatte en elektromagnetisk energikilde 202 og en optisk blokk 304 som har en justerbar åpning slik som en sliss 306 som regulerer energi som kommer inn i spektrometeret 300. Et gitter 208 kan være anordnet i en optisk bane som fører fra den optiske blokken 304 og én eller flere sensorer 210 kan være plassert i en optisk bane som fører fra gitteret 208.1 dette eksemplet kan en styringsenhet 312 brukes til å justere slissens 206 åpning basert i det minste delvis på én eller flere estimerte parametre. Styringsenheten 312 kan innbefatte en prosessor 214, et lager 216 og programmer 218 i likhet med prosessoren, lageret og programmene som er beskrevet ovenfor. Styringsenheten 312 i denne ikke-begrensende utførelsesformen kan videre motta informasjon og estimere andre parametre som diskutert mer detaljert nedenfor.

En fluidcelle 220 kan være anordnet mellom den elektromagnetiske energikilden 202 og den optiske blokken 304 for transmisjonsspektroskopi. Alternativt eller i tillegg kan reflektansspektroskopi utføres hvor elektromagnetisk energi blir reflektert og/eller refraktert ved en fluid/sonde-grenseflate. Fagkyndige på området som har hatt fordelen ved å sette seg inn i foreliggende oppfinnelse, vil forstå at disse andre utførelsesformene er innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse uten at det er nødvendig med ytterligere beskrivelse eller illustrasjon av disse. For korthets skyld vil derfor den foreliggende beskrivelsen under henvisning til utførelseseksemplet på fig. 3 forbli på transmisjonsspektroskopi.

Eksemplet på et spektrometer 300 kan videre innbefatte kollimerende og fokuserende linser 228, 230, 232 som beskrevet ovenfor og som vist på fig. 2. Og den energien som utsendes fra den elektromagnetiske energikilden 202 kan være fiksert eller modulert som beskrevet ovenfor, og kan være en hvilken som helst egnet kildetype som beskrevet ovenfor. I én eller flere utførelsesformer kan gitteret 208 være et hvilket som helst egnet gitter for et brønnhullsspektrometer og kan være fiksert eller avstembart hovedsakelig som beskrevet ovenfor og som vist på fig. 2.

Sensoren 210 kan være en hvilken som helst passende lysfølsom sensor for å motta elektromagnetisk energi fra gitteret 208. Sensoren som er vist i eksemplet på fig. 3, innbefatter en fotofølsom gruppe som kan detektere de flere spektrene med energi fra gitteret 208.1 én eller flere utførelsesformer kan sensoren 210 innbefatte en fotodiode.

Fig. 3 illustrerer et eksempel på en utførelsesform som innbefatter en

drivanordning 302 koblet til den optiske blokken 304 for justering av slissen 306.1 én eller flere utførelsesformer kan drivanordningen 302 innbefatte et ledd 308 med den optiske blokken 304.1 én eller flere utførelsesformer kan leddet 308 være mekanisk, elektromekanisk eller en kombinasjon av disse. Drivanordningen 302 i det ikke-begrensende utførelseseksemplet på fig. 3 innbefatter en lineær drivanordning slik som en piezoelektrisk motor som kan reguleres via styringsenheten 312.1 én eller flere utførelsesformer kan slissen innbefatte en bevegelig kant. Kanten kan beveges ved hjelp av drivanordningen 302 eller som i eksemplet på fig. 2, ved hjelp av varierende elektrisk ladning på en MEMS-anordning.

Én eller flere fluidsensorer 310 kan være tilordnet brønnhullsfluidet som er under evaluering, og én eller flere omgivelsessensorer 314 kan være tilordnet brønnhullsmiljøet. I én eller flere utførelsesformer er fluidsensorene 310 innrettet for

å frembringe ett eller flere utgangssignaler som er en indikasjon på en avfølt fluidparameter. I én eller flere utførelsesformer er omgivelsessensorene 314 operative for å frembringe én eller flere utgangssignaler som indikerer en avfølt omgivelsesparameter. Fluidparameterne kan innbefatte, men er ikke begrenset til, trykk, temperatur, fase, strømningsmengde, innhold, renhet og enhver kombinasjon av disse. Omgivelsesparameterne kan innbefatte, men er ikke begrenset til, temperatur, trykk, vibrasjon, akselerasjon, posisjon og enhver kombinasjon av disse. Sensorene 210, 310 og 314 kan være plassert i kommunikasjon med styringsenheten 312 ved hjelp av elektriske ledere, optiske fibre, trådløs kobling eller ved hjelp av eventuelle andre eller kombinasjon av koblinger for å muliggjøre overføring av informasjon fra den valgte sensoren 210, 310, 314 til styringsenheten 312. Som nevnt tidligere, kan styringsenheten 312 være nede i hullet, kan være anordnet på et sted på overflaten eller kan være distribuert blant flere steder innbefattende nede i hullet og på overflaten. Styringsenheten 312 kan være programmert for autonom styring av slissens 306 størrelse. I denne driftsmåten mottar styringsenheten 312 sensorutgangssignaler fra den fotosensitive gruppen 210, fra fluidsensorene 310, fra omgivelsessensorene 314 eller kombinasjoner av disse sensorene. Programmer lagret i lageret 216 kan brukes til å estimere en korrigerende handling. I én eller flere utførelsesformer innbefatter den korrigerende handlingen en ny sliss-størrelse som blir overført ved hjelp av styringsenheten til den optiske blokken eller til drivanordningen 302.

Etter å ha beskrevet de flere utførelsesformene og varianter av disse, vil fagkyndige på området på bakgrunn av den følgende beskrivelse forstå de følgende operative utførelsesformene og fremgangsmåtene. Elektromagnetisk energi utsendt fra kilden 202 passerer gjennom den kollimerende linsen 228 når den brukes, og gjennom en brønnhullsfluidprøve i et visst volum 222 som inneholder brønnhulls-fluidet. Den energien som passerer gjennom fluidet, blir dirigert til en optisk blokk 204, 304 som har en justerbar åpning 206, 306 som kan være i form av en sliss. Åpningen genererer sammen med det diffraktive elementet slik som gitteret 208, en projeksjon av det innkommende lyset på sensorgruppen 210. Bølgelengdene til den innkommende energien blir sortert fra korteste til lengste bølgelengder ved hjelp av innvirkningen av gitteret 208, og den spektrale oppløsningen er en funksjon av åpningens (f.eks. slissens) dimensjon.

Det vises nå til fig. 4 hvor en avtagende slissbredde i prinsippet forårsaker en økende spektral oppløsning. På den annen side vil intensiteten av belysningen på sensorgruppen 210 bli minsket ved å minske slissbredden. Signal/støy-forholdet (SNR) vil følgelig bli forverret, det vil si at det vil bli et lavere signal/støy-forhold. For å maksimalisere SNR vil man så måle mellom en høyere spektral oppløsning ved lavere belysningsintensitet eller lavere spektral oppløsning og høyere belysningsintensitet som vist på fig. 2. Figuren er en plotting 400 for å vise forholdet mellom intensitet og bølgelengde under varierte slissdimensjoner. Kurven 402 kan f.eks. betraktes som en referanse hvor slissen har en første dimensjon. Minskning av en slissdimensjon slik som en slissbredde, vil resultere i en kurve maken til den prikkede kurven 404. På den annen side vil økning av slissbredden resultere i en kurve som har høyere intensitet med glattede topper som illustrert ved hjelp av kurven 406. Som vist her resulterer en smalere sliss i at mindre lys treffer sensoren og resulterer i skarpere linjer med høyere dynamisk område mellom mørke og topper. En bredere eller videre sliss tillater mer lys å passere til sensoren, med mindre detaljerte topper og økt dynamisk område mellom topper og mørket.

Fremgangsmåter i henhold til foreliggende oppfinnelse sørger for justering av den spektrale oppløsningen og belysningsintensiteten under flere brønnhulls-betingelser for å optimalisere spektral oppløsning for et optimalt SNR. SNR-verdien som vil bli ugunstig påvirket under innvirkningen av en økning av temperaturen nede i hullet, kan brukes som en indikator på en ufordelaktig slissbredde. En fordel ved de flere utførelsesformene som er beskrevet her, er at dårlig SNR kan korrigeres i hovedsakelig sann tid under fluidevalueringer ved å endre slissdimensjonene under brønnhullsforhold, f.eks. basert på metantoppen.

Det vises nå til fig. 5 hvor et ikke-begrensende eksempel på en fremgangsmåte 500 for evaluering av et brønnhullsfluid innbefatter å utsende elektromagnetisk energi mot en optisk blokk som har en justerbar åpning 502, å estimere én eller flere brønnhullsparametre 504, og å justere åpningsdimensjonen i det minste delvis basert på den ene eller de flere estimerte brønnhullsparameterne 506. Fremgangsmåten kan videre innbefatte å motta med en sensor, elektromagnetisk energi utsendt av den elektromagnetiske energikilden etter at den utsendte elektromagnetiske energien har vekselvirket med et brønnhullsfluid 508.

I én eller flere utførelsesformer kan fremgangsmåten som er vist på fig. 5, innbefatte å estimere én eller flere brønnhullsparametre ved å bruke et utgangssignal fra sensoren 210 som beskrevet ovenfor, ved å benytte et utgangssignal fra én eller flere fluidegenskapssensorer 310, ved å bruke et utgangssignal fra én eller flere omgivelsessensorer 314 eller ved å bruke en hvilken som helst kombinasjon av disse eller andre sensorer. I flere utførelsesformer kan de estimerte parameterne innbefatte en intensitet detektert ved hjelp av den fotosensitive gruppen 210, et signal/støy-forhold, en temperatur, et fluidinnhold eller en hvilken som helst kombinasjon av disse. I én eller flere utførelsesformer kan de flere parameterne estimeres i hovedsakelig sann tid. For formålet med foreliggende oppfinnelse innbefatter hovedsakelig sann tid å ta estimeringene under brønnhullsfluid-evalueringen forut for begynnelsen av evalueringen av brønnhullsfluidet eller etter evalueringen og forut for etterfølgende fluidevaluering i brønnhullet uten å kjøre ut verktøyet. Disse evalueringene i hovedsakelig sann tid kan brukes i forbindelse med styringsenheten 212, 312,114 til å utføre justering av åpningsdimensjonen under hovedsakelig autonom styring av styringsenheten. I noen utførelsesformer kan justering av åpningsdimensjonen utføres ved å bruke en piezoelektrisk motor, en mekanisk drivanordning, en elektromekanisk drivanordning eller en kombinasjon av disse. Disse anordningene kan være koblet til eller på annen måte i kommunikasjon med styringsenheten som beskrevet ovenfor.

En fremgangsmåte i henhold til én eller flere utførelsesformer kan innbefatte å sende ut elektromagnetisk energi ved å bruke en bredbåndet kilde, en smalbåndet kilde, en laserdiode, en LED eller kombinasjoner av disse. Utsendelse av elektromagnetisk energi kan også innbefatte bruk av en nær infrarød lyskilde. I en utførelsesform er lyskilden en bredbåndet kilde brukt i forbindelse med væsker eller andre materialer som skal undersøkes, som absorberer forskjellige "linjer" fra energien i forskjellige spektrale områder.

Lyskilden må derfor dekke alle bølgelengdeområder av interesse uten begrensninger. En LED eller en laserdiode har en bølgelengde med skarpe grenser slik at en smalbåndet kilde ikke har noen mening.

Når et gitter 208 blir brukt, kan en fremgangsmåte innbefatte å motta elektromagnetisk energi fra den justerbare åpningen med gitteret og separere den mottatte elektromagnetiske energien i et antall spektre ved å bruke gitteret. Gitteret 208 kan være justerbart eller avstembart som beskrevet ovenfor.

Foreliggende beskrivelse skal tas som illustrerende i stedet for som begrensende for omfanget eller beskaffenheten til de etterfølgende patentkrav. Mange modifikasjoner og variasjoner vil være opplagte for fagkyndige på området etter å ha studert beskrivelsen, innbefattende bruk av ekvivalente funksjonelle og/eller strukturelle erstatninger for elementer som er beskrevet her, bruk av ekvivalente funksjonelle koblinger i stedet for koblinger som er beskrevet her, og/eller bruk av ekvivalente funksjonelle handlinger i stedet for handlinger som er beskrevet her. Slike uvesentlige variasjoner skal anses å være innenfor rammen av de etterfølgende patentkrav.

Claims

1. Anordning for evaluering av brønnhullsfluider, omfattende: en optisk blokk med en justerbar åpning som mottar elektromagnetisk energi utsendt av en elektromagnetisk energikilde; en styringsenhet operativt forbundet med den optiske blokken for justering av åpningens dimensjon, hvor åpningens dimensjon blir justert i det minste delvis basert på én eller flere estimerte brønnhullsparametre; og en sensor som mottar den elektromagnetiske energien som er utsendt av den elektromagnetiske energikilden etter at den utsendte elektromagnetiske energien har vekselvirket med et brønnhullsfluid.

2. Anordning ifølge krav 1, hvor åpningen er en sliss, og åpningens dimensjon er en slissbredde.

3. Anordning ifølge krav 1, hvor den estimerte brønnhullsparameteren i det minste innbefatter én av en intensitet detektert ved hjelp av sensoren og et signal/støy-forhold.

4. Anordning ifølge krav 1, hvor den estimerte brønnhullsparameteren innbefatter en temperatur.

5. Anordning ifølge krav 1, hvor den estimerte brønnhullsparameteren innbefatter trykk, temperatur, fase, strømningsmengde, innhold, renhet, vibrasjon, akselerasjon, posisjon og en hvilken som helst kombinasjon av disse.

6. Anordning ifølge krav 1, hvor styringsenheten er anordnet ved et sted på overflaten, ved et sted nede i hullet eller er distribuert blant et antall steder.

7. Anordning ifølge krav 1, hvor de estimerte parameterne innbefatter parametre som er estimert i hovedsakelig sann tid.

8. Anordning ifølge krav 1, hvor styringsenheten tilveiebringer hovedsakelig autonom styring av justeringen av åpningens dimensjon.

9. Anordning ifølge krav 1, hvor den optiske blokken innbefatter en MEMS-struktur hvor den justerbare åpningen kan justeres ved regulering av MEMS-strukturen.

10. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende en drivanordning operativt tilknyttet den optiske blokken og styringsenheten, hvor drivanordningen justerer åpningsdimensjonen som reaksjon på et signal fra styringsenheten.

11. Anordning ifølge krav 10, hvor drivanordningen innbefatter en piezoelektrisk motor, en mekanisk drivanordning, en elektromekanisk drivanordning eller en kombinasjon av disse.

12. Anordning ifølge krav 1, hvor den elektromagnetiske energikilden innbefatter én av en bredbåndet kilde, en smalbåndet kilde, en laserdiode og en LED.

13. Anordning ifølge krav 1, hvor den elektromagnetiske energikilden innbefatter en nær infrarød lyskilde.

14. Anordning ifølge krav 1, hvor sensoren innbefatter én eller flere av en fotodetektor og en fotosensitiv gruppe.

15. Anordning ifølge krav 1, hvor sensoren innbefatter en fluidsensor, en omgivelsessensor eller en kombinasjon av disse.

16. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende et gitter som mottar elektromagnetisk energi fra den justerbare åpningen, hvor gitteret er operativt for å separere den mottatte elektromagnetiske energien i et antall spektre.

17. Anordning ifølge krav 16, hvor gitteret omfatter et avstembart gitter.

18. Fremgangsmåte for evaluering av brønnhullsfluider, omfattende: å utsende elektromagnetisk energi mot en optisk blokk som har en justerbar åpning; å estimere én eller flere brønnhullsparametre; å justere åpningens dimensjon i det minste delvis basert på den ene eller de flere estimerte brønnhullsparameterne ved å bruke en styringsenhet; og å motta elektromagnetisk energi utsendt av den elektromagnetiske energikilden ved hjelp av en sensor etter at den utsendte elektromagnetiske energien har vekselvirket med et brønnhullsfluid.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 18, hvor estimering av én eller flere brønnhullsparametre innbefatter å bruke et utgangssignal fra sensoren, å bruke et utgangssignal fra én eller flere fluidegenskapssensorer, å bruke et utgangssignal fra én eller flere omgivelsessensorer eller en hvilken som helst kombinasjon av slike.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 18, hvor estimering av én eller flere brønnhullsparametre innbefatter å estimere en intensitet detektert ved hjelp av sensoren, å estimere et signal/støy-forhold, å estimere en temperatur, å estimere et fluidinnhold eller en hvilken som helst kombinasjon av disse.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 18, hvor estimering av den ene eller de flere parameterne innbefatter å estimere parameterne i hovedsakelig sann tid.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 18, hvor justering av åpningsdimensjonen omfatter hovedsakelig autonom styring ved hjelp av styringsenheten.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 18, hvor justering av åpningsdimensjonen innbefatter bruk av en piezoelektrisk motor, en mekanisk drivanordning, en elektromekanisk drivanordning eller en kombinasjon avdisse.

24. Fremgangsmåte ifølge krav 18, hvor utsendelse av elektromagnetisk energi innbefatter å bruke en bredbåndet kilde, en smalbåndet kilde, en laserdiode, en LED eller en kombinasjon av disse.

25. Fremgangsmåte ifølge krav 18, hvor utsendelse av elektromagnetisk energi innbefatter å bruke en nær infrarød lyskilde.

26. Fremgangsmåte ifølge krav 18, videre omfattende å motta elektromagnetisk energi fra den justerbare åpningen med et gitter og separere den mottatte elektromagnetiske energien i et antall spektre.

27. Fremgangsmåte ifølge krav 26, hvor gitteret omfatter et avstembart gitter.