NO20130261A1 - Fremgangsmate og apparat for estimering av en nedhulls fluidegenskap ved bruk av en ladet-partikkel-densitometer - Google Patents

Abstract

Et apparat, et system og en fremgangsmåte er vist for estimering av en egenskap ved et fluid nedihulls, der apparatet inkluderer, men ikke er begrenset til en bærer som kan fraktes i et borehull; en testcelle som føres av bæreren for å fange inn et fluid nedihulls; en fluidkanal nedsenket i fluidet nedihulls, der fluidkanalen har en første vegg og en andre vegg, hvor den første veggen vender mot den andre veggen; minst en ladet-partikkel-kilde plassert på et sted langs den første veggen i fluidkanalen; og minst en ladet-partikkel-detektor plassert på et sted langs den andre veggen i fluidkanalen, hvor den minst ene radioaktivitetsdetektoren er posisjonert slik at den står i partikkelkommunikasjon med den minst ene ladetpartikkel-kilden.

Description

[0001] Kryssreferanse til beslektede søknader

[0002] Ikke aktuelt

[0003] Bakgrunn

[0004] Teknisk område

[0005] Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt brønnhullsverktøy, og spesielt et apparat og fremgangsmåter for bruk av ladde partikler nedihulls for estimering av densiteten til brønnfluider.

[0006] Bakgrunnsinformasjon

[0007] Olje- og gassbrønner har blitt boret til dyp som varierer fra omkring tusen meter til så dypt som over 8 kilometer. Kabel- og boreverktøy innlemmer ofte forskjellige detektorer, instrumenter og styreanordninger for å utføre nedihullsoperasjoner. Disse operasjonene kan inkludere formasjonstesting, fluidanalyse og overvåkning og styring av verktøy. I olje- og gassbransjen har formasjonstestingsverktøy blitt anvendt for overvåkning av formasjonstrykk langs et brønnhull i en hydrokarbonførende formasjon eller et reservoar, innhenting av formasjonsfluidprøver fra brønnhullet og prediksjon av ytelsen til reservoarene rundt brønnhullet. Slike formasjonstestingsverktøy innbefatter typisk et langstrakt legeme med en elastomerisk pakning som blir presset til forsegling mot sonen av interesse i brønnhullet for å samle inn prøver av formasjonsfluid i lagringskamre anordnet i verktøyet.

[0008] Under boring av et brønnhull blir et borefluid ("slam") anvendt for å lette boreprosessen og for å opprettholde et trykk i brønnhullet som er større enn fluidtrykket i formasjonene rundt brønnhullet. Dette er spesielt viktig ved boring inn i formasjoner hvor trykket er unormalt høyt. Dersom fluidtrykket i borehullet faller til under formasjonstrykket, er det en risiko for en utblåsning fra brønnen. Som et resultat av denne trykkforskjellen trenger borefluidet seg inn i eller invaderer formasjonene til varierende radiale dyp (omtalt generelt som invaderte soner) avhengig av typen formasjon og borefluid som anvendes. Formasjonstestingsverktøyene trekker ut formasjonsfluider fra de ønskede formasjoner eller soner av interesse, tester de utrukkede fluidene for å sikre at det uttrukkede fluidet er tilnærmet fritt for slamfiltrater, og samler inn disse fluidene i én eller flere testceller tilknyttet verktøyet. De innsamlede fluidene blir bragt til overflaten og analysert for å bestemme egenskaper ved disse fluidene og for å bestemme tilstanden til sonene eller formasjonene disse fluidene ble hentet fra.

[0009] SAMMENFATNING

[0010] Det følgende gir en generell oppsummering av utvalgte aspekter ved oppfinnelsen for å gi en grunnleggende forståelse av i hvert fall noen aspekter ved oppfinnelsen. Denne oppsummeringen er ikke en utfyllende oversikt over oppfinnelsen. Den er ikke ment å identifisere viktige eller avgjørende elementer i oppfinnelsen eller å begrense kravenes ramme. Den følgende oppsummeringen viser kun noen idéer i oppfinnelsen i en generell form som en innledning til den mer detaljerte beskrivelsen som følger.

[0011] Et apparat, et system og en fremgangsmåte beskrives for å estimere en egenskap ved et fluid nedihulls, der apparatet innbefatter, men ikke er begrenset til en bærer som kan fraktes i et borehull; en testcelle som føres av bæreren for å innhente et fluid nedihulls; en fluidkanal nedsenket i fluidet nedihulls, der fluidkanalen har en første vegg og en andre vegg, hvor den første veggen vender mot den andre veggen; et antall ladet-partikkel-kilder plassert på steder langs den første veggen i fluidkanalen; og et antall ladet-partikkel-detektorer plassert på steder langs den andre veggen i fluidkanalen, hvor minst én av radioaktivitetsdetektorene er posisjonert slik at den står i partikkelkommunikasjon med minst én av ladet-partikkel-kildene.

[0012] KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0013] For en detaljert forståelse av foreliggende oppfinnelse henvises til den følgende detaljerte beskrivelsen av flere ikke-begrensende utførelsesformer, sett sammen med de vedlagte tegningene, der like elementer er gitt like henvisningstall.

[0014] Figur 1 er en skjematisk illustrasjon av et brønnloggingssystem som innbefatter et verktøy tilvirket i samsvar med én utførelsesform av oppfinnelsen, som anvender et ladet-partikkel-densitometer tilvirket i samsvar med én utførelsesform av oppfinnelsen, der loggeverktøyet er vist fraktet i et brønnhull for å estimere en egenskap ved fluidet innhentet fra en formasjon rundt brønnhullet;

[0015] Figur 2 er en skjematisk illustrasjon av et eksempel på et brønnboringsverktøy som anvender et ladet-partikkel-densitometer tilvirket i samsvar med én utførelsesform av oppfinnelsen, hvilket verktøy kan bli plassert på et valgt sted i brønnhullet for in-situ analyse av fluidet trukket ut fra formasjonen;

[0016] Figur 3 er en skjematisk illustrasjon av en konkret illustrerende utførelsesform av et ladet-partikkel-densitometer ifølge oppfinnelsen;

[0017] Figur 4 er en skjematisk illustrasjon av en annen konkret illustrerende utførelsesform av et ladet-partikkel-densitometer ifølge oppfinnelsen;

[0018] Figur 5 er en skjematisk illustrasjon av en annen konkret illustrerende utførelsesform av et ladet-partikkel-densitometer ifølge oppfinnelsen;

[0019] Figur 6 er en skjematisk illustrasjon av en annen konkret illustrerende utførelsesform av et ladet-partikkel-densitometer ifølge oppfinnelsen; og

[0020] Figur 7 viser et flytdiagram av operasjoner som utføres i et konkret utførelseseksempel.

[0021] DETALJERT BESKRIVELSE

[0022] Den foreliggende beskrivelsen anvender betegnelser hvis betydning vil lette forståelsen av det som beskrives her. Med høy temperatur menes her et område av temperaturer som typisk oppleves i oljeproduserende brønnhull. For formålet med foreliggende oppfinnelse inkluderer høy temperatur og nedihullstemperatur et område av temperaturer fra omtrent 70 grader C til omtrent 300 grader C.

[0023] Med en "bærer" menes her en hvilken som helst anordning, anordningskomponent, kombinasjon av anordninger, medier og/eller elementer som kan anvendes for å frakte, inneholde, støtte eller på annen måte lette bruk av andre anordninger, anordningskomponenter, kombinasjoner av anordninger, medier og/eller elementer. Ikke-begrensende eksempler på bærere inkluderer kabler og borestrenger av kveilrørtypen, av skjøterørtypen og en hvilken som helst kombinasjon eller andel av dette.

[0024] Et "brønnfluid" er her ment å inkludere hvilke som helst gasser, væsker, pumpbare faste stoffer og andre materialer med fluidegenskaper. Et brønnfluid kan være naturlig eller syntetisk og kan være fraktet ned i hullet eller kan være utvunnet fra et sted nede i hullet. Ikke-begrensende eksempler på brønnfluider inkluderer, men er ikke begrenset til borefluider, returfluider, formasjonsfluider, produksjonsfluider som inneholder én eller flere hydrokarboner, oljer og løsningsmidler som anvendes i forbindelse med nedihullsverktøy, vann, saltløsninger og kombinasjoner av dette.

[0025] Med en "prosessor" menes her en hvilken som helst anordning som sender ut, mottar, behandler, omregner, beregner, modulerer, omdanner, bærer, lagrer

eller på annen måte anvender brønninformasjon og elektromagnetisk informasjon, omtalt nedenfor. I flere ikke-begrensende aspekter ved oppfinnelsen inkluderer en prosessor, men er ikke begrenset til en datamaskin som eksekverer programmerte instruksjoner lagret på et håndgripelig, ikke-volatilt datamaskinlesbart medium for å utføre forskjellige fremgangsmåter.

[0026] Deler av foreliggende oppfinnelse, den detaljerte beskrivelsen og kravene kan være presentert i form av logikk, programvare eller programvarerealiserte utførelseseksempler som er innkodet på en rekke forskjellige håndgripelige, ikke-volatile datamaskinlesbare lagringsmedier, inkludert, men ikke er begrenset til håndgripelige, ikke-volatile maskinlesbare medier, programlagringsmedier eller dataprogrammer. Slike medier kan bli behandlet, lest, avfølt og/eller tolket av en informasjonsprosesseringsanordning. Fagmannen vil forstå at slike medier kan foreligge i forskjellige former, så som kort, lagringsbånd, magnetiske platelagre (f.eks. disketter eller harddiskdrev) og optiske platelagre (f.eks. "CD-ROM" eller "DVD"). Enhver utførelsesform som beskrives her er utelukkende for illustrasjonsformål og er ikke ment å begrense rammen til oppfinnelsen eller kravene.

[0027] En konkret utførelsesform av et ladet-partikkel-densitometer vil bli beskrevet som kan bli anvendt for å bestemme densiteten til et fluid nedihulls i borehull med temperaturer som overstiger 200 grader Celcius. I en konkret utførelsesform tilveiebringer en radioaktiv kilde eller ladet-partikkel-kilde (betegnelsen "ladet partikkel" og "radioaktiv" brukes synonymt her) som sender ut ladde partikler i et borehull med temperaturer over 300 grader Celcius for å måle fluiddensiteten til et fluid nedihulls. En radioaktiv kilde er tilveiebragt sammen med en radioaktivitetsdetektor atskilt med en fast avstand. En fluidkanal fylt med brønnfluidet er plassert mellom den radioaktive kilden og detektoren. For en "tynn" radioaktiv kilde som sender ut ladde partikler med hovedsakelig én enkelt energi (monoenergiske partikler) måler detektoren gjennomsnittlig energitap. For en "tykk" radioaktiv kilde, som sender ut ladde partikler med mange forskjellige energinivåer, måler detektoren en tellerate over en gitt terskel. Detektorens respons er proporsjonal med produktet av fluiddensitet og separasjonsavstand.

[0028] Den radioaktive kilden er i én konkret utførelsesform en alfapartikkelkilde, så som Americium 241. Andre alfapartikkelkilder kan bli anvendt basert på det ønskede energinivået for de ladde partiklene, den forventede densiteten til brønnfluidet og bredden til en fluidkanal hvor brønnfluidet blir testet in situ og rekkevidden til ladde partikler i fluidet i fluidkanalen. I en annen konkret utførelsesform anvendes et flertall ladet-partikkel-densitometere, som hvert anvender forskjellig radioaktivt kildemateriale for å øke det dynamiske området av densitetmålinger nedihulls for forskjellige fluider. I en konkret utførelsesform er en diamantdetektor tilveiebragt for bruk til deteksjon av alfapartikler. Diamantdetektoren er en halvleder med bredt båndgap som fungerer godt over 300 grader Celcius.

[0029] Rekkevidden til en 5,5MeV alfapartikkel i luft er omtrent 4 cm ved

romtemperatur og 1 atmosfære, men er bare omtrent 40 mikroner i vann på grunn av vannets mye høyere massedensitet (1,0 g/cm<3>). I en konkret utførelsesform, for eksmepel for brønnfluider, er en fluidkanal etset inn i en substratflate. Fluidkanalen er i én utførelsesform omtrent 500 mikroner dyp og omtrent 40 mikroner bred. Den 40 mikroner brede fluidkanalen danner en første og en andre vegg som strekker

seg parallelt med hverandre langs fluidkanalens lengde. I en annen utførelsesform er fluidkanalen divergerende, i det den første og den andre veggen danner en spredningsvinkel i forhold til hverandre slik at den første og den andre veggen ikke er parallelle med hverandre, men danner en spredningsvinkel som skaper en fluidkanal som er bredere i den ene enden enn i den andre enden. I en annen konkret utførelsesform er fluidkanalen belagt med et heftefritt belegg, for eksempel et 4 nm tykt keramisk belegg, så som et oksyfluorid-belegg, som i en konkret utførelsesform er minst én av hydrofobt, lipofobt, hardt og kjemisk bestandig for løsningsmidler, syrer og baser.

[0030] Eksempler på nedbrytningstid og halveringstid for alfapartikler inkluderer, men er ikke begrenset til de i tabell 1.

[0031] Det er velkjent at rekkevidden (den maksimale lengden) en ladet partikkel kan bevege seg i et medium angir densiteten til dette mediet. Ved å måle denne lengden for en ladet partikkel som beveger seg i et medium, så som et fluid, har en et mål som angir densiteten til dette fluidet. Noen ganger er likninger for en mediumuavhengig "normalisert rekkevidde" gitt i referansetekster og den har dimensjon densitet multiplisert med lengde, eller g/cm<3>* cm = g/cm<2>, i hvilket tilfelle densiteten til fluidet blir beregnet som den normaliserte rekkevidden (g/cm<2>) dividert med den faktiske rekkevidden (cm). En ladet partikkel som beveger seg gjennom et nøytralt medium vil vekselvirke elektromagnetisk med både elektronene og kjernene i mediet. De elektromagnetiske vekselvirkningene med kjernene forårsaker spredning og sees som små og noen ganger små endringer i retning. Vekselvirkningene med elektronene er langt med hyppige og sees som et nokså jevnt tap av kinetisk energi. Densiteten til et fluid kan derfor estimeres ved å måle tilstedeværelse eller fravær av et signal langs en oppstilling av partikkeldetektorer nedsenket i fluidet og anordnet i forskjellige avstander fra deres tilhørende radioaktive kilder. Et eller annet sted langs denne oppstillingen av kilde-og detektorpar på motsatte vegger i en kileformet kanal som inneholder fluidet, blir banen gjennom fluidet for lang til at ladde partikler kommer seg gjennom. Da vet vi at partikkelrekkevidden må være større enn den største avstanden mellom et kilde-/detektorpar som detekterte noen partikler, men mindre enn den minste avstanden mellom et kilde-/detektorpar som ikke detekterte noe signal. Alternativt kan vi måle energien til de ladde partiklene som treffer hver detektor før og etter at kanalen fylles med fluid, og basert på fallet i detektert partikkelenergi med økende lengde av fluidstrømningsveien kan vi estimere fluidets densitet.

[0032] Den velkjente Bethe-formelen nedenfor relaterer energitap per enhet lengde til partikkelenergi, densiteten til mediet partikkelen beveger seg gjennom og forskjellige fysiske konstanter. Partikkelrekkevidden finnes ved å integrere dE /

(dE/dx) fra partikkelenergien til null.

hvor

e = ladningen på elektroner (Coulomb).

z = atomtallet til den vandrende partikkelen.

N = antallet atomer/enhet volum (meter 3).

me = elektronets masse (kg).

v = hastigheten til den vandrende partikkelen (m/s).

E = den kinetiske energien til den vandrende partikkelen (joule).

x = avstand tilbakelagt av partikkelen (meter).

£o = permittiviteten i åpent rom.

1/(4tt£0)<2>= 8,988x 10<9>NewtonmeterVCoulomb<2>.

B = Atombremsingstall (dimensjonsløst).

[0033] En enklere metode er å anvende forskjellige empiriske formler for normalisert rekkevidde, så som Katz og Penfold (Rev. Mod. Phys. 24, [1952], s.

28) sine formler for betapartikler.

Tilsvarende kan en anvende de empiriske formlene for alfapartikkelrekkevidde i luft gitt i Cember (Introduction to Health Physics, 3. utgave, McGraw-Hill, 1996, s. 132), nemlig:

For å estimere rekkevidden til alfapartikler i andre medier kan en anvende

Bragg-Kleeman-regelen (Philosophical Magazine 10, 358 [1905]) forforholdet mellom rekkeviddene i de to mediene, hvor pi ogP2er densitetene til det første og det andre mediet og Mi og M2er de effekive atommassene til de to mediene. For en forbindelse eller blanding kan den effektive atommassen beregnes fra atom-eller vektfraksjonene til bestanddelene som vist nedenfor.

Ri / R2= (p2 / pi) Sqrt (Mi / M2)

Sqrt(Meff) = li Yi Sqrt(Mi) hvor Yi er atomfraksjonen

1/Sqrt(Meff) = li [ oJi/ Sqrt(Mi) ] hvor uj, er vektfraksjonen

For råolje er forholdet mellom hydrogen og karbon omtrentlig 2:1, slik at Sqrt(Meff) er omtrent (2/3)Sqrt(1)+(1/3)Sqrt(12) = 5,75.

[0034] Figur 1 er en skjematisk representasjon av et kabelført formasjonstestingssystem 100 for å estimere en egenskap ved et brønnfluid. Figur 1 viser et brønnhull 111 boret i en formasjon 110. Brønnhullet 111 er vist fylt med et borefluid 116, som også omtales som "slam" eller "brønnfluid." Med "fossilt fluid" eller "naturlig fluid" menes her fluidet som forefinnes naturlig i formasjonen, uten noen som helst forurensning av fluider som ikke forefinnes naturlig i formasjonen, så som borefluidet. Inn i brønnhullet 111 på den nedre enden av en kabel 112 blir det fraktet et formasjonsevalueringsverktøy 120, som inkluderer, men ikke er begrenset til en analysemodul 150 og et ladet-partikkel-densitometer 121 tilvirket i samsvar med én eller flere utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse for in-situ estimering av en egenskap ved fluidet trukket ut fra formasjonen. Formasjonsevalueringsverktøyet 120 tjener som en bærer for ladet-partikkel-densitometeret 121 og en testcelle 122. Eksempler på utførelser av forskjellige formasjonsevalueringsverktøy vil bli beskrevet nærmere med støtte i figurene 3-7.

[0035] Kabelen 112 er typisk en armert kabel som inneholder data- og kraftledere for å forsyne kraft til verktøyet 120 og en toveis datakommunikasjonsforbindelse mellom en verktøyprosessor i analysemodulen 150 og en overflatestyringsenhet 140 plassert i en enhet på overflaten, som kan være en mobil enhet 111, så som en loggevogn 131. Overflatestyringsenheten og analysemodulen 150 innlemmer begge, men er ikke begrenset til en prosessor 130, et datagrensesnitt 132 og ikke-volatile datamaskinlesbare medier 134.

[0036] Kabelen 112 blir typisk matet ut fra en spole 115 over en trinse 113 understøttet av et boretårn 114. Styringsenheten 140 og analysemodulen 150 er i ett aspekt begge et datamaskinbasert system, som kan inkludere én eller flere prosessorer, så som en mikroprosessor, som kan inkludere, men ikke er begrenset til én eller flere ikke-volatile datalagringsanordninger, så som halvlederbaserte minneanordninger, harddiskdrev, magnetiske lagringsbånd etc; eksternt utstyr, så som datainnmatingsanordninger og fremvisningsanordninger; og andre kretser for forvaltning og behandling av data mottatt fra verktøyet 120. Overflatestyringsenheten 140 og analysemodulen 150 kan også inkludere, men er ikke begrenset til ett eller flere dataprogrammer, algoritmer og datamaskinmodeller, som kan være innlagt i det ikke-volatile datamaskinlesbare mediet som er tilgjengelig for prosessoren for eksekvering av instruksjoner og informasjon inneholdt i dette for å utføre én eller flere funksjoner eller fremgangsmåter i tilknytning til driften av formasjonsevalueringsverktøyet 120.

[0037] Testcellen 122 kan inkludere, men er ikke begrenset til en brønnfluidprøvetank og et strømningsrør 211 som lar brønnfluid strømme inn i prøvetanken. I det minste en andel av ladet-partikkel-densitometeret 121 er nedsenket i brønnfluidet i testcellen 122 og blir anvendt for in situ-analyse eller overflateanalyse av brønnfluidet, inkludert, men ikke begrenset til estimering av viskositeten og densiteten til brønnfluidet. Testcellen kan være en hvilken som helst passende brønnfluid-testcelle i samsvar med oppfinnelsen. Ikke-begrensende eksempler på en testcelle inkluderer, men er ikke begrenset til et brønnfluidprøvekammer og et brønnfluidstrømningsrør. Ytterligere nedihulls testanordninger for å estimere en egenskap ved brønnfluidet kan være innlemmet i formasjonsevalueringsverktøyet 120, en hvilken som helst testanordning kan innlemmes i samsvar med oppfinnslen, inkludert, men ikke begrenset til kjernmagnetisk resonans-(NMR)-spektrometere, trykkfølere, temperaturfølere og elektromekaniske resonatorer, så som elektrisk drevne piezoelektriske resonatorer.

[0038] Figur 2 viser et ikke-begrensende eksempel på et boresystem 200 i en måling-under-boring-(MWD)-anordning ifølge én utførelsesform av oppfinnelsen. Et boretårn 202 støtter en borestreng 204, som kan være et kveilrør eller borerør. Borestrengen 204 kan innlemme en bunnhullsenhet (BHA) 220 og en borkrone 206 ved en nedre ende av borestrengen 204 for å bore et borehull 210 gjennom grunnformasjoner. Boreoperasjoner i samsvar med flere utførelsesformer kan inkludere pumping av borefluid eller "slam" fra en slamtank 222, og bruk av et sirkuleringssystem 224, som sirkulerer slammet gjennom en indre boring i borestrengen 204. Slammet forlater borestrengen 204 ved borkronen 206 og returnerer til overflaten gjennom et ringrom mellom borestrengen 204 og den innvendige veggen i borehullet 210.

[0039] I den ikke-begrensende utførelsesformen i figur 2 kan BHA 220 innbefatte et formasjonsevalueringsverktøy 120, en kraftenhet 226, en verktøyprosessor 212 og en overflatestyringsenhet 140. En hvilken som helst passende kraftenhet kan bli anvendt i oppfinnelsen. Ikke-begrensende eksempler på passende kraftenheter inkluderer, men er ikke begrenset til hydrauliske, elektriske eller elektromekaniske samt kombinasjoner av dette. Verktøyet 120 kan føre en fluiduttrekker 228 som innbefatter en sonde 238 og motstående føtter 240. I flere utførelsesformer som vil bli beskrevet nærmere nedenfor innbefatter verktøyet 120, men er ikke begrenset til et nedihulls ladet-partikkel-densitometer 121. Et strømningsrør 211 kobler fluiduttrekkeren 228 til testcellen 122 og ladet-partikkel-densitometeret 121. Ladet-partikkel-densitometeret kan bli anvendt enten i under-boring-utførelsesformer eller i kabelførte utførelsesformer for estimering in situ eller på overflaten av en egenskap ved brønnfluidet.

[0040] Fagmannen som leser den foreliggende beskrivelsen vil vite at utførelsesformene som vises kan bli anvendt med et anlegg for produksjon av formasjonfluid uten at ytterligere forklaring er nødvendig. Eksemplene som beskrives nedenfor og er vist i figur 3-7 kan realiseres med bruk av et kabelsystem som beskrevet over og vist i figur 1, kan realiseres med bruk av et under-boring-system som beskrevet over og vist i figur 2, eller kan realiseres i et produksjonsanlegg for å overvåke produksjonsfluider.

[0041] I en konkret utførelsesform er et flertall radioaktive kilder og radioaktivitetsdetektorer anordnet langs en divergerende fluidkanal slik at flere rekkeviddemålinger av ladde partikler blir gjort for et fluid i fluidkanalen med varierende avstand. I en annen utførelsesform er minst én av detektorene og én av kildene bevegelige i forhold til hverandre slik at avstanden mellom dem varierer og bredden til en fluidkanal mellom dem varierer. I en konkret utførelsesform blir en minste kvadratbasert tilpasning av de flere rekkeviddemålingene av ladde partikler anvendt på formelen for å beregne densitet fra rekkevidden til en ladet partikkel, noe som bedrer fluiddensitetsberegningens nøyaktighet. I en annen utførelsesform er hver kilde en vertikal oppstilling av kilder og hver detektor er en vertikal oppstilling av detektorer fordelt langs den horisontale fluidstrømningsveien. Bruk av flere kilder og detektorer gjør det ikke bare mulig å bedre fluiddensitetsberegningenes nøyaktighet, men det bidrar også til å redusere falske målinger forårsaket av at en partikkel fortrenger eller sperrer for fluid i fluidkanalen mellom et gitt radioaktiv kilde og radioaktivitetsdetektorpar.

[0042] Den divergerende fluidkanalen øker det dynamiske området slik at når densiteten til et fluid i fluidkanalen endrer seg og rekkevidden til partikler i fluidet endrer seg, den varierende avstanden i den divergerende fluidkanalen bidrar til å imøtekomme endringen i rekkevidde ved å tilveiebringe et varierende område av målinger langs den divergerende fluidkanalen. I en annen utførelsesform er en justerbar fluidkanalbredde tilveiebragt mellom bevegelige vegger i fluidkanalen. I en annen utførelsesform er en divergerende kalibreringskanal tilveiebragt for å detektere ladde partikler gjennom et kjent medium nedihulls. Kalibreringskanalen kan også være en breddejusterbar kalibreringskanal dannet mellom bevegelige vegger anordnet på én eller flere posisjonerere. Kalibreringsmålingene kan bli anvendt for overvåkning av nedbrytning av ladet-partikkel-kilder for kilder med forholdsvis korte halveringstider, for eksempel 5 år, noe som fjerner behovet for å ta ut verktøyet for slike målinger. I en konkret utførelsesform er kalibreringskanalen fylt med et kalibreringsmedium, så som silisium. I en annen konkret utførelsesform er fluidkanalen etset inn i en silisiumblokk. Kalibreringsdataene angir hvor mange ladde partikler som sendes ut av kilden og vandrer gjennom en kilde med en kjent rekkevidde for den aktuelle alfapartikkelkilden.

[0043] I en annen utførelsesform kan det dynamiske området til den divergerende fluidkanalen og den divergerende kalibreringskanalen bli anvendt for suksessiv utfiltrering av ladet-partikkel-målinger for de ladde partiklene med forskjellige energier i en radioaktiv kilde med stort båndgap, hvor de ladde partiklene med forskjellige energier har forskjellige rekkevidder i fluidet i den divergerende fluidstrømningsveien og i den divergerende kalibreringsveien fylt med et kalibreringsmedium. De flere breddene til den divergerende kanalen muliggjør måling og oppbygging av en fordeling for ladde partikler med forskjellig energi i ladet partikkel-kilden med stort båndgap.

[0044] Fagmannen som leser den foreliggende beskrivelsen vil vite at de flere utførelsesformene vist kan bli anvendt med et formasjonsfluidproduksjonsanlegg uten behov for nærmere forklaring. Eksemplene beskrevet nedenfor og vist i figurene 3-7 kan realiseres med bruk av et kabelsystem som beskrevet over og vist i figur 1, kan realiseres med bruk av et under-boring-system som beskrevet over og vist i figur 2 eller kan realiseres i et produksjonsanlegg for å overvåke produksjonsfluider.

[0045] Figurene 3A og 3B viser et skjematisk diagram av en modul i ladet-partikkel-densitometeret 121 for bruk i et nedihullsverktøy, så som verktøyet 120. Det er vist å innbefatte bestemte elementer eller komponenter fra ladet-partikkel-densitometeret 121 tilvirket i samsvar med ett utførelseseksempel. Ladet-partikkel-densitometeret 121 kan bli anvendt i et kabelverktøy, så som vist i figur 1, eller i en boreenhet som anvendes for å bore et brønnhull, som vist i figur 2. En andel 431 av brønnfluidet 288 blir ført inn i eller gjennom en testcelle 122 som et fluid nedihulls. Testcellen 122 kan holde på brønnfluidet eller kan la det passere derigjennom.

[0046] Figur 3A viser en illustrerende utførelsesform av et nedihullsdensitometer. Som vist i figur 3 fører bæreren en testcelle 122 for å innhente et fluid nedihulls; en fluidkanal 107 med divergerende bredde etset inn i et substrat 132 og nedsenket i brønnfluidet 288 nedihulls slik at brønnfluidet fyller den breddedivergerende fluidkanalen, der den breddedivergerende fluidkanalen har en første vegg 102 og en andre vegg 104, hvor den første veggen vender mot den andre veggen og er anordnet med en spredningsvinkel 109 i forhold til den andre veggen; et antall N radioaktive alfapartikkelkilder 106 plassert på aksiale steder 1 til N langs den første veggen i fluidkanalen; et antall N alfapartikkeldetektorer 108 plassert på aksiale steder 1 til N langs den andre veggen i fluidkanalen, hvor hver av radioaktivitetsdetektorene 1 til N er posisjonert slik at den står i partikkelkommunikasjon med en tilhørende N-te av de radioaktive kildene 1 til N; og en prosessor 110 i datakommunikasjon med et ikke-volatilt datamaskinlesbart medium 112 innrettet for å estimere densiteten til fluidet i fluidkanalen basert på et antall alfapartikler som passerer gjennom fluidet i fluidkanalen på minst ett av stedene 1 til N. I en annen utførelsesform er antallet kilder forskjellig fra antallet detektorer. I en annen utførelsesform står minst én av radioaktivitetsdetektorene i partikkelkommunikasjon med minst én av de radioaktive kildene.

[0047] I en annen utførelsesform er antallet kilder forskjellig fra antallet detektorer. Prosessoren og det datamaskinlesbare mediet kjøles av en Dewar-flaske 114 eller av et annet kjølesystem kjent for fagmannen. I en annen utførelsesform er veggene 102 og 104 belagt med et heftefritt belegg 111 klassifisert for 300 grader Celcius. I en annen utførelsesform er den radioaktive kilden, detektoren og belegget klassifisert for opptil 250 grader Celcius. Figur 3B viser et sideriss av densitometeret vist i figur 3A.

[0048] I en annen illustrerende utførelsesform 400, som vist i figur 4, er en kalibreringskanal tilveiebragt. I en konkret utførelsesform er kalibreringskanalen identisk med fluidkanalen i figur 3, inkludert alfapartikkelkildene 106 og - detektorene 108, men kalibreringskanalen er imidlertid fylt med et kalibreringsmedium 402. Kalibreringsmediet kan være silisium eller et hvilket som helst medium som tillater gjennomgang av de ladde partiklene gjennom kalibreringsmediet over i hvert fall en del av den divergerende kalibreringskanalen. Kalibreringskanalen muliggjør deteksjon av ladde partikler gjennom et kjent kalibreringsmedium ved en kjent avstand i kalibreringskanalen. Bredden til den divergerende kanalen er kjent for hver kilde og hver detektor. En kjenner derfor avstanden en ladet partikkel har tilbakelagt over den divergerende kalibreringskanalen eller den divergerende fluidkanalen når den ladde partikkelen blir detektert ved en gitt detektor langs en vegg i den divergerende kalibreringskanalen eller den divergerende fluidkanalen.

[0049] I en annen konkret utførelsesform, som vist i figur 5A, har fluidkanalen en konstant dybde D 501, hvor en første andel 504 av fluidkanalen har en dybde 503 og er fylt med et kalibreringsmedium og en andre andel 506 som har et dyp 502 i fluidkanalen fylles med brønnfluidet, hvor hver av de N alfapartikkelkildene 106 videre omfatter en vertikal oppstilling 507 av M alfapartikkelkilder, hvor minst én av de M alfapartikkelkildene i en N-te vertikal oppstilling av alfapartikkelkilder er posisjonert for å sende ut alfapartikler inn i kalibreringsmediet på det N-te aksiale stedet i fluidkanalen og en annen av de M alfapartikkelkildene i den N-te vertikale oppstillingen er posisjonert for å sende ut alfapartikler inn i fluidkanalen på det Ni-te aksiale stedet i fluidkanalen, og hvor hver av de N alfapartikkeldetektorene videre omfatter en vertikal oppstilling 509 av M alfapartikkeldetektorer, hvor minst én av de M alfapartikkeldetektorene i en N-te vertikal oppstilling av alfapartikkeldetektorer er posisjonert for å detektere alfapartiklene som vandrer gjennom kalibreringsmediet i fluidkanalen på det N-te aksiale stedet og en annen av de M alfapartikkeldetektorene i den N-te vertikale oppstillingen er posisjonert for å detektere alfapartikler som vandrer gjennom fluidkanalen på det N-te aksiale stedet i fluidkanalen.

[0050] Kalibreringskanalen kan bli anvendt for å bestemme hva en avlesning av utsendte partikler vil være når det ikke er fluid i fluidkanalen. De flere kildene og detektorene kan bli anvendt for å gi ytterligere dynamisk område for fluider som kan ha en rekkevidde mellom den første spalten og den andre spalten. For eksempel, for en radioaktiv partikkel med en rekkevidde på 40 mikroner i et gitt fluid, vil fluidkanalen med en bredde fra 5 til 50 mikroner gjøre det mulig å måle de ladde partiklene som vandrer gjennom fluidet på aksiale steder langs den divergerende fluidstrømningsveien, for eksempel ved 5,10, 15, 20, 25, 30, 35, 40 og 50 mikroner. En parallell fluidspalte på 50 mikroner ville registrere null ladde partikler for kilden i et fluid med en rekkevidde på 40 mikroner. Likeså gjør de flere posisjonene langs den divergerende fluidstrømningsveien at densitometeret kan måle en rekke forskjellige fluider med partikkelrekkevidder fra den første, smale enden av fluidkanalen til den andre, brede enden av fluidkanalen. Spaltedimensjonene ved den første, smale enden og den andre, brede enden til fluidkanalen kan tilpasses den forventede rekkevidden til den valgte radioaktive kilden i det fluidet som forventes å skulle måles.

[0051] Figur 5B fremstiller en illustrerende utførelsesform sett forfra av hver vegg i de divergerende fluidkanalene, og viser oppstillingene av emittere 507 og oppstillingene av detektorer 509. De radioaktive kildene kan være valgt for å sende ut alfastråler fra en kilde, så som Americium. Alfapartikler blir vanligvis sendt ut av alle de større radioaktive kjernene, så som uran, thorium, actinium og radium, så vel som de transurane grunnstoffene.

[0052] I et konkret utførelseseksempel blir en halvleder-silisiumdetektor anvendt for å måle energi i alfapartikler som har vandret gjennom fra en Am-kilde. Lufttrykket kan bli variert slik at alfapartikkelen. De flere kildene i variable avstander langs den divergerende fluidkanalen muliggjør omvendt tilpasning av målinger, med bruk av en teknikk så som en minste kvadratbasert tilpasning, til Bethe-formelen for å bedre densitetsestimatenes nøyaktighet med bruk av en illustrerende utførelse av ladet-partikkel-densitometeret.

[0053] Figur 6 viser en illustrerende utførelsesform av et nedihullsdensitometer med en breddejusterbar fluidkanal 607. Som vist i figur, 6, i en annen ikke-begrensende utførelsesform, danner en første vegg 102 og en andre vegg 104 en breddejusterbar fluidkanal for brønnfluidet. Den første veggen kan være dannet ved å etse inn veggen i en første del av et medium, så som en silisiumskive, som inneholder et flertall redioaktive emittere E1-En 106. Den første veggen av emittere står i fysisk kontakt med en første posisjonerer 602. Den andre veggen er etset inn i en andre del av et medium, så som en silisiumskive, som inneholder et flertall detektorer D1-Dn. Det andre mediet som inneholder den andre veggen av kilder S1-Sn står i fysisk kontakt med en andre posisjonerer 601. Den andre posisjonereren 601 styres av en prosessor 110 og blir aktivert til å bevege den andre veggen 104 en lengde 603 nærmere eller lengre vekk fra den første veggen 104.

[0050] Avstanden 603 mellom den første veggen og den andre veggen bestemmer bredden til den breddejusterbare fluidkanalen. Den første posisjonereren alene, den andre posisjonereren alene eller den første og den andre posisjonereren sammen, kan bli aktivert til å endre bredden til fluidkanalen. Posisjonererene 601 og 602 kan være hvilke som helst mekaniske eller elektromekaniskee anordninger egnet til å justere bredden til den breddejusterbare fluidkanalen innenfor et variasjonsområde på omtrent 5-100 mikroner. Bredere separasjoner kan bli anvendt for densitometere som anvendes for gasser i fluidkanalen. Den divergerende fluidkanalen eller den bereddejusterbare fluidkanalen kan således ha fluidkanalbredder større enn 100 mikroner. Ikke-begrensende eksempler på passende posisjonerere inkluderer, men er ikke begrenset til en piezoelektrisk anordning, en piezoelektrisk stabelanordning og en skruedrevet mikroposisjonerer, dvs. en posisjonerer som kan bevege i lengder med en romlig oppløsning på omtrent mikronnivå.

[0051] Piezoelektriske aktuatorer omdanner elektrisk energi direkte til mekanisk energi. De muliggjør bevegelse innenfor det "subnanometriske" området. Det er ingen bevegelige deler i kontakt med hverandre som begrenser oppløsningen. De kan dekke vandringslengder på flere 100 um med subnanometrisk oppløsning. Piezoaktuatorer kan utføre subnanometrisk bevegelse ved høye frekvenser siden de avleder sin bevegelse fra fasttilstand, krystallinske effekter. De har ingen roterende eller glidende deler som forårsaker friksjon. Stablede piezoelektriske aktuatorer er mest vanlig og er i stand til å generere størst kraft. Enheter med vandringslengder på opptil 500 um er tilgjengelig. For å beskytte et piezoelektrisk element mot ødeleggende ytre forhold er de ofte forsynt med en metallkledning og en integrert forbelastningsfjær for å ta opp for strekkrefter. Piezorøraktuatorer utnytter den radiale sammentrekningsretningen, og anvendes ofte i rastermikroskoper og mikropumper.

[0052] I en annen utførelsesform oppnår piezoelektriske bøynings- og bimorfaktuatorer vandringslengder i millimeterområdet (til tross for sin kompakte størrelse), men med forholdsvis lav kraftgenerering (noen få Newton). Skjærelementer anvender den inverse piezoeffekt-skjærkomponenten og oppnår lang vandring og høy kraft. Ledede piezoaktuatorer (1 til 6 akser) er avanserte nanoposisjonerere med integrerte piezodrivere og fasttilstand, friksjonsfrie forbindelsesledd (bøyeledd). De blir anvendt når krav som for eksempel de følgende må oppfylles: Ekstrem rett og flat bevegelse, eller flerakset bevegelse med nøyaktighetskrav i subnanometer- eller submikroradian-området. I en annen utførelsesform resulterer hevarm-forsterkning på opptil 20 ganger forskyvningen av piezoelementer i en vandringslengde på flere hundre um. Piezomotorer kan bli anvendt dersom enda lengre vandringslengder er nødvendig. Piezomotorer kan deles inn i to hovedkategorier. Bevegelsen til ultrasoniske piezomotorer er basert på friksjon mellom deler som oscillerer med mikroskopiske amplituder. Lineære ultrasoniske motorer er veldig kompakte og kan oppnå høye hastigheter kombinert med oppløsninger på 0,1 um eller høyere. Roterende motorer oppviser høye dreiemomenter selv ved lavt turtall. Piezoelektriske posisjonerere på mikron- og nanometerskala som innbefatter servomotorer for å styre og bestemme posisjonen til den piezoelektriske posisjonereren er kommersielt tilgjengelig fra Pl (Physik Instrumente) L.P., 16 Albert Street, Auburn, MA 01501. Andre, ikke-begrensende eksempler på posisjonerere er skruedrevne posisjonerere og manuelle posisjonerere, som også kan fåes fra Pl.

[0053] En testcelle 122 som føres av bæreren fanger inn brønnfluid. Brønnfluidet befinner seg i den breddejusterbare fluidkanalen mellom veggene 102 og 104. Den breddejusterbare fluidkanalen er nedsenket i fluidet 288 nedihulls slik at brønnfluidet fyller den breddejusterbare fluidkanalen. Som i eksemplene over har den breddejusterbare fluidkanalen en første vegg 102 og en andre vegg 104, hvor den første veggen vender mot den andre veggen og står med en justerbar avstand 603 i forhold til den andre veggen. Et antall radioaktive alfapartikkelkilder 106 er plassert på linje langs den første veggen i fluidkanalen; et antall alfapartikkel-radioaktivitetsdetektorer 108 er plassert på steder langs den andre veggen i fluidkanalen, hvor hver av radioaktivitetsdetektorene er posisjonert slik at den står i partikkelkommunikasjon med minst én tilhørende av de radioaktive kildene. En prosessor 110 i datakommunikasjon med et ikke-volatilt datamaskinlesbart medium 112 er innrettet for å estimere densiteten til fluidet i fluidkanalen basert på antall alfapartikler som passerer gjennom fluidet i fluidkanalen på minst ett av stedene. Posisjonererene, prosessoren og det datamaskinlesbare mediet kjøles av en Dewar-flaske 114 eller et annet kjølesystem kjent for fagmannen. I en annen utførelsesform er veggene 104 og 109 belagt med et heftefritt belegg 111 klassifisert for 300 grader Celcius. Veggene blir beveget inntil en innbyrdes avstand hvor ikke noe signal blir detektert er bestemt. I en annen utførelsesform er den radioaktive kilden, detektoren og belegget klassifisert for opptil 250 grader Celcius. Avstanden mellom den første veggen og den andre veggen blir justert av posisjonererene 601 og/eller 602. En styringsenhet 112, som inkluderer, men ikke er begrenset til et ikke-volatilt datamaskinlesbart datalagringsmedium 112 og en prosessor 110, formidler et styresignal til posisjonereren for å endre avstanden mellom den første veggen og den andre veggen. Ikke-begrensende eksempler på posisjonerere inkluderer, men er ikke begrenset til en piezoelektrisk anordning, en piezoelektrisk stabel og en skrueposisjonerer.

[0054] En hvilken som helst posisjonerer kan bli anvendt i denne oppfinnelsen. I en konkret utførelsesform er den første veggen stasjonær og posisjonereren for den andre veggen styres av prosessoren 110 til å bevege den andre veggen nærmere eller lengre vekk fra den første veggen for å justere bredden til den breddejusterbare fluidkanalen. Bredden til den breddejusterbare fluidkanalen økes inntil ladde partikler fra emitterene på den første veggen i den breddejusterbare fluidkanalen ikke lenger detekteres av detektorene på den andre veggen i den breddejusterbare fluidkanalen. Denne bredden blir så anvendt for å estimere densiteten til brønnfluidet i den breddejusterbare fluidkanalen.

[0055] I en annen konkret utførelsesform er den andre veggen stasjonær og posisjonereren for den første veggen styres av prosessoren 110 til å bevege den første veggen nærmere eller lengre vekk fra den andre veggen for å justere bredden til den breddejusterbare fluidkanalen. Bredden til den breddejusterbare fluidkanalen økes inntil ladde partikler fra emitterene på den første veggen i den breddejusterbare fluidkanalen ikke lenger detekteres av detektorene på den andre veggen i den breddejusterbare fluidkanalen. Denne bredden blir så anvendt for å estimere densiteten til brønnfluidet i den breddejusterbare fluidkanalen.

[0056] I en annen konkret utførelsesform styres den første veggen og den andre veggen av prosessoren 110 for å bevege den andre veggen nærmere eller lengre vekk fra den første veggen for å justere bredden til den breddejusterbare fluidkanalen. Bredden til den breddejusterbare fluidkanalen økes inntil ladde partikler fra emitterene på den første veggen i den breddejusterbare fluidkanalen ikke lenger detekteres av detektorene på den andre veggen i den breddejusterbare fluidkanalen. Denne bredden blir så anvendt for å estimere densiteten til brønnfluidet i den breddejusterbare fluidkanalen.

[0057] Figur 7 viser et flytdiagram av operasjoner som utføres i et konkret utførelseseksempel. Flytdiagrammet er ikke-begrensende i at flere eller færre operasjoner enn de vist i figur 7 kan bli utført og at operasjoner mer eller mindre kan bli utført i en annen rekkefølge enn den vist i figur 7. Som vist i figur 7, i et konkret utførelseseksempel, som vist i trinn 702, inkluderer operasjonene, men er ikke begrenset til å frakte en testcelle som føres av bæreren for å innhente et fluid nedihulls; sende ut ladde partikler inn i fluidet nedihulls i en fluidkanal nedsenket i fluidet nedihulls, der fluidkanalen har en første vegg og en andre vegg, hvor den første veggen vender mot den andre veggen, hvor de ladde partiklene blir utsendt fra et antall radioaktive ladet-partikkel-kilder plassert på steder langs den første veggen i fluidkanalen. Som vist i trinn 704 inkluderer operasjonene videre, men er ikke begrenset til deteksjon av de ladde partiklene som passerer gjennom fluidet i den divergerende fluidstrømningsveien med bruk av et antall ladet-partikkel-radioaktivitetsdetektorer plassert på steder langs den andre veggen i fluidkanalen, hvor minst én av radioaktivitetsdetektorene er posisjonert slik at den står i partikkelkommunikasjon med minst én av de radioaktive kildene. Som vist i trinn 706 inkluderer operasjonene videre, men er ikke begrenset til estimering av densiteten til fluidet i fluidkanalen basert på antall ladde partikler som passerer gjennom fluidet i fluidkanalen på minst ett av stedene.

[0058] I andre illustrerende utførelsesformer kan et verktøy, så som ladet-partikkel-densitometeret beskrevet over, bli anvendt for permanent brønnovervåkning. I disse utførelsesformene kan ladet-partikkel-densitometeret, eller i hvert fall en del av ladet-partikkel-densitometeret, bli installert inne i en produserende brønn for å overvåke produksjonsfluider. I noen tilfeller kan produksjonsbrønner produsere skadelige forbindelser og/eller gasser som kan forårsake skade på utstyr eller utgjøre en risiko på brønnstedet. I ett eksempel inkluderer fremgangsmåten overvåkning av en produserende brønn for å estimere egenskaper ved produksjonsfluid. Fluidegenskapene kan inkludere forekomst av skadelige forbindelser så som hydrogensulfid, karbonylsulfid, cyanid, hydrogencyanid, svoveldioksid og saltløsning.

[0059] I minst én utførelsesform kan én eller flere ladet-partikkel-densitometere, eller i hvert fall deler av ladet-partikkel-densitometrene, som beskrevet og omtalt over, bli anvendt for periodisk eller kontinuerlig overvåkning av produksjonsfluider. For eksempel kan én eller flere avlesninger bli gjort med minst ett ladet-partikkel-densitometer hvert 30. sekund, hvert minutt, hvert annet minutt, hvert 5. minutt, hver halvtime, hver time, hver annen time eller med et hvilket som helst ønsket periodisk intervall. I et annet eksempel kan minst ett ladet-partikkel-densitometer hele tiden innhente data som kan bli behandlet i sann tid eller lagret og, om ønsket, bli analysert senere for å muliggjøre kontinuerlig overvåkning av produksjonsfluidet etter hvert som det blir utvunnet.

[0060] I en konkret utførelsesform beskrives et apparat for å estimere en egenskap ved et brønnfluid, der apparatet inkluderer, men ikke er begrenset til en bærer som kan fraktes i et borehull; en testcelle som føres av bæreren for å fange inn brønnfluidet; en fluidkanal nedsenket i brønnfluidet, der fluidkanalen haren første vegg og en andre vegg, hvor den første veggen vender mot den andre veggen; et antall ladet-partikkel-kilder plassert på steder langs den første veggen i fluidkanalen; og et antall ladet-partikkel-detektorer plassert på steder langs den andre veggen i fluidkanalen, hvor hver av radioaktivitetsdetektorene er posisjonert slik at den står i partikkelkommunikasjon med minst én av ladet-partikkel-kildene.

[0061] I en annen utførelsesform av apparatet innbefatter apparatet videre, men er ikke begrenset til en posisjonerer i fysisk kommunikasjon med minst én av den første veggen og den andre veggen; og en prosessor innrettet for å aktivere posisjonereren til å endre en avstand mellom den første veggen og den andre veggen for å estimere densiteten til fluidet i fluidkanalen basert på antallet ladde partikler detektert å passere gjennom brønnfluidet i fluidkanalen for avstanden mellom den første veggen og den andre veggen. I en annen utførelsesform av apparatet er ladet-partikkel-kildene alfapartikkelkilder og detektorene er diamant-alfapartikkeldetektorer. I en annen utførelsesform av apparatet er ladet-partikkel-kildene valgt fra gruppen bestående av monoenergiske partikkelkilder og partikkelkilder med stort båndgap.

[0062] I en annen utførelsesform av apparatet innbefatter apparatet videre, men er ikke begrenset til et heftefritt belegg klassifisert for 300 grader Celcius på den første veggen og på den andre veggen i fluidkanalen for å redusere heftelse av partikler i fluidkanalen. I en annen utførelsesform av apparatet har fluidkanalen en første ende som danner et første mellomrom mellom den første veggen og den andre veggen som er omtrent 5 mikroner bredt og en andre ende som danner et andre mellomrom mellom den første veggen og den andre veggen som er omtrent 50 mikroner bredt. I en annen utførelsesform av apparatet innbefatter apparatet videre, men er ikke begrenset til en kalibreringskanal, som har de samme dimensjoner som fluidkanalen, hvor kalibreringskanalen er fylt med et kalibreringsmedium.

[0063] I en annen utførelsesform av apparatet omfatter fluidkanalen videre en fluidkanal med en konstant dybde D, hvor en første andel av dybden D til fluidkanalen er fylt med et kalibreringsmedium og en andre andel av dybden D til fluidkanalen er fylt med fluidet, hvor hver av et flertall ladet-partikkel-kilder videre omfatter en vertikal oppstilling av ladet-partikkel-kilder, hvor minst én av ladet-partikkel-kildene i en vertikal oppstilling av ladet-partikkel-kilder er posisjonert for å sende ut ladde partikler inn i kalibreringsmediet på et sted i fluidkanalen og en annen av ladet-partikkel-kildene i en annen vertikal oppstilling er posisjonert for å sende ut ladde partikler inn i fluidet på et annet sted i fluidkanalen, og hvor hver av ladet-partikkel-detektorene videre omfatter en vertikal oppstilling av ladet-partikkel-detektorer, hvor minst én av ladet-partikkel-detektorene i en vertikal oppstilling av ladet-partikkel-detektorer er posisjonert for å detektere ladde partikler som passerer gjennom kalibreringsmediet i fluidkanalen på et første sted og en annen av ladet-partikkel-detektorene i den vertikale oppstillingen er posisjonert for å detektere ladde partikler som passerer gjennom fluidet på et annet sted i fluidkanalen.

[0064] I en annen utførelsesform vises en fremgangsmåte for å estimere en egenskap ved et fluid nedihulls, der fremgangsmåten inkluderer, men ikke er begrenset til å frakte en testcelle som føres av bæreren for å fange inn et fluid nedihulls; sende ut ladde partikler inn i fluidet nedihulls i en fluidkanal nedsenket i fluidet nedihulls, der fluidkanalen har en første vegg og en andre vegg, hvor den første veggen vender mot den andre veggen og hvor de ladde partiklene blir utsendt fra minst én ladet-partikkel-kilde plassert på et sted langs den første veggen i fluidkanalen; og detektere de ladde partiklene som passerer gjennom fluidet i fluidstrømningsveien ved hjelp av et antall ladet-partikkel-detektorer plassert på steder langs den andre veggen i fluidkanalen, hvor minst én av ladet-partikkel-detektorene er posisjonert slik at den står i partikkelkommunikasjon med minst én av ladet-partikkel-kildene. I en annen utførelsesform av fremgangsmåten er ladet-partikkel-kildene er alfapartikkelkilder og ladet-partikkel-detektorene diamantdetektorer, og fremgangsmåten inkluderer videre, men er ikke begrenset til å bevege minst én av den første veggen og den andre veggen for å endre en bredde for fluidkanalen; og estimere densiteten til fluidet i fluidkanalen basert på antall ladde partikler som passerer gjennom fluidet i fluidkanalen for en bestemt bredde for fluidkanalen.

[0065] I en annen utførelsesform av apparatet inkluderer fremgangsmåten videre, men er ikke begrenset til å utføre en minste kvadratbasert tilpasning av ladet-partikkel-detektormålinger for å bestemme fluiddensiteten. I en annen utførelsesform av apparatet blir ladet-partikkel-kildene valgt fra gruppen bestående av monoenergiske partikkelkilder og partikkelkilder med stort båndgap. I en annen utførelsesform av apparatet inkluderer fluidkanalen videre, men er ikke begrenset til en fluidkanal med divergerende bredde, og fremgangsmåten inkluderer videre, men er ikke begrenset til å sende ut ladde partikler inn i den breddedivergerende kalibreringskanalen nedihulls, der den breddedivergerende kalibreringskanalen har tilnærmet de samme dimensjoner som en divergerende fluidkanal, kalibreringskanalen har en første vegg og en andre vegg, hvor den første veggen vender mot den andre veggen og er anordnet med en spredningsvinkel i forhold til den andre veggen, hvor de ladde partiklene sendes ut fra et antall ladet-partikkel-kilder plassert på steder langs den første veggen i kalibreringskanalen; detektere de ladde partiklene som passerer gjennom kalibreringsmediet i den divergerende kalibreringskanalen ved hjelp av et antall ladet-partikkel-detektorer plassert på aksiale steder langs den andre veggen i kalibreringskanalen, hvor minst én av ladet-partikkel-detektorene er posisjonert slik at den står i partikkelkommunikasjon med minst én av ladet-partikkel-kildene; og estimere densiteten til fluidet i fluidkanalen basert på antall ladde partikler som passerer gjennom fluidet i fluidkanalen og kalibreringsmediet i den divergerende kalibreringskanalen på minst ett av stedene.

[0066] I en annen utførelsesform av fremgangsmåten er ladet-partikkel-kilden en radioaktiv kilde med stort båndgap, og fremgangsmåten inkluderer videre, men er ikke begrenset til å bygge opp en fordeling av energinivådeteksjoner ved anvendelse av flere deteksjonsmålinger langs den divergerende fluidkanalen og den divergerende kalibreringskanalen. I en annen utførelsesform beskrives en fremgangsmåte for å estimere en egenskap ved et fluid nedihulls, der fremgangsmåten inkluderer, men ikke er begrenset til å sende ut ladde partikler inn i fluidet nedihulls i en fluidkanal nedsenket i fluidet nedihulls, der fluidkanalen har en første vegg og en andre vegg, hvor den første veggen vender mot den andre veggen, hvor de ladde partiklene sendes ut fra et antall ladet-partikkel-kilder plassert på steder langs den første veggen i fluidkanalen; og detektere de ladde partiklene som passerer gjennom fluidet i den divergerende fluidstrømningsveien ved hjelp av et antall ladet-partikkel-detektorer plassert på steder langs den andre veggen i fluidkanalen, hvor hver av ladet-partikkel-detektorene er posisjonert slik at den står i partikkelkommunikasjon med minst én av ladet-partikkel-kildene. I en annen utførelsesform av fremgangsmåten inkluderer fremgangsmåten videre, men er ikke begrenset til å bevege minst én av den første veggen og den andre veggen for å endre en bredde for fluidkanalen; og estimere densiteten til fluidet i fluidkanalen basert på antall ladde partikler som passerer gjennom fluidet i fluidkanalen ved en bredde for fluidkanalen.

[0067] I en annen utførelsesform av fremgangsmåten inkluderer fremgangsmåten videre, men er ikke begrenset til utførelse av en minste kvadratbasert tilpasning av et flertall ladet-partikkel-detektormålinger for å bestemme fluiddensiteten. I en annen utførelsesform av fremgangsmåten velges ladet-partikkel-kildene fra gruppen bestående av monoenergiske partikkelkilder og partikkelkilder med stort båndgap. I en annen utførelsesform av fremgangsmåten inkluderer fremgangsmåten videre, men er ikke begrenset til å sende ut ladde partikler inn i en kalibreringskanal med divergerende bredde nedihulls, der den breddedivergerende kalibreringskanalen har tilnærmet de samme dimensjoner som den divergerende fluidkanalen, kalibreringskanalen har en første vegg og en andre vegg, hvor den første veggen vender mot den andre veggen og er anordnet med en spredningsvinkel i forhold til den andre veggen, hvor de ladde partiklene sendes ut fra et antall N ladet-partikkel-kilder plassert på steder 1 til N langs den første veggen i kalibreringskanalen; detektere de ladde partiklene som passerer gjennom kalibreringsmediet i den divergerende kalibreringskanalen ved anvendelse av et antall N ladet-partikkel-detektorer plassert på steder 1 til N langs den andre veggen i kalibreringskanalen, hvor hver av ladet-partikkel-detektorene 1 til N er posisjonert slik at den står i partikkelkommunikasjon med en tilhørende Ni-te av ladet-partikkel-kildene 1 til N; og estimere densiteten til fluidet i fluidkanalen basert på antall ladde partikler som passerer gjennom fluidet i fluidkanalen og kalibreringsmediet i den divergerende kalibreringskanalen på minst ett av stedene 1 til N.

[0068] På grunnlag av de flere aspektene ved oppfinnelsen beskrevet over vil fagmannen se flere konkrete utførelsesformer nyttige for å bestemme en egenskap ved en undergrunnsstruktur ved hjelp av et nedihulls ladet-partikkel-densitometer. Den foreliggende beskrivelsen skal forstås å illustrere heller enn å begrense rammen eller omfanget til kravene som følger. En rekke modifikasjoner og variasjoner vil fremkomme for fagmannen etter lesning av beskrivelsen, inkludert bruk av ekvivalente funksjonelle og/eller strukturelle erstatninger i stedet for elementer beskrevet her, bruk av ekvivalente funksjonelle koblinger i stedet for koblinger beskrevet her, og/eller bruk av ekvivalente funksjonelle handlinger i stedet for handlinger beskrevet her. Slike uvesentlige variasjoner er å anse som innenfor rammen til kravene nedenfor.

[0069] Gitt beskrivelsen over av generelle idéer og konkrete utførelsesformer

defineres omfanget av beskyttelse av de vedføyde kravene. De innleverte kravene skal ikke forstås som en begrensning av søkerens rettighet til å kreve beskyttelse for innhold som er redegjort for, men foreløpig ikke eksplisitt er krevet beskyttelse for, gjennom én eller flere ytterligere søknader, herunder de innlevert i samsvar med gjeldende lov i USA og/eller internasjonale traktater.

Claims (19)

1. Apparat for å estimere en egenskap ved et brønnfluid, apparatet omfattende: en bærer som kan fraktes i et borehull; en testcelle som føres av bæreren for å fange inn brønnfluidet; en fluidkanal nedsenket i brønnfluidet, der fluidkanalen har en første vegg og en andre vegg, hvor den første veggen vender mot den andre veggen; et antall ladet-partikkel-kilder plassert på steder langs den første veggen i fluidkanalen; og et antall ladet-partikkel-detektorer plassert på steder langs den andre veggen i fluidkanalen, hvor hver av radioaktivitetsdetektorene er posisjonert slik at den står i partikkelkommunikasjon med minst én av ladet-partikkel-kildene.

2. Apparat ifølge krav 1, apparatet videre omfattende: en posisjonerer i fysisk kommunikasjon med minst én av den første veggen og den andre veggen; og en prosessor innrettet for å aktivere posisjonereren til å endre en avstand mellom den første veggen og den andre veggen for å estimere densiteten til fluidet i fluidkanalen basert på antallet ladde partikler detektert å passere gjennom brønnfluidet i fluidkanalen ved avstanden mellom den første veggen og den andre veggen.

3. Apparat ifølge krav 2, hvor ladet-partikkel-kildene er alfapartikkelkilder og detektorene er diamant-alfapartikkeldetektorer.

4. Apparat ifølge krav 1, hvor ladet-partikkel-kildene er valgt fra gruppen bestående av monoenergiske partikkelkilder og partikkelkilder med stort båndgap.

5. Apparat ifølge krav 1, apparatet videre omfattende: et heftefritt belegg klassifisert for 300 grader Celcius på den første veggen og på den andre veggen i fluidkanalen for å redusere heftelse av partikler i fluidkanalen.

6. Apparat ifølge krav 1, hvor fluidkanalen har en første ende som danner et første mellomrom mellom den første veggen og den andre veggen som er omtrent 5 mikroner bredt, og en andre ende som danner et andre mellomrom mellom den første veggen og den andre veggen som er omtrent 50 mikroner bredt.

7. Apparat ifølge krav 1, apparatet videre omfattende: en kalibreringskanal som harde samme dimensjoner som fluidkanalen, hvor kalibreringskanalen er fylt med et kalibreringsmedium.

8. Apparat ifølge krav 6, hvor fluidkanalen videre omfatter en fluidkanal med en konstant dybde D, hvor en første andel av dybden D til fluidkanalen er fylt med et kalibreringsmedium og en andre andel av dybden D til fluidkanalen er fylt med fluidet, hvor hver av et flertall ladet-partikkel-kilder videre omfatter en vertikal oppstilling av ladet-partikkel-kilder, hvor minst én av ladet-partikkel-kildene i en vertikal oppstilling av ladet-partikkel-kilder er posisjonert for å sende ut ladde partikler inn i kalibreringsmediet på et sted i fluidkanalen og en annen av ladet-partikkel-kildene i en annen vertikal oppstilling er posisjonert for å sende ut ladde partikler inn i fluidet på et annet sted i fluidkanalen, og hvor hver av ladet-partikkel-detektorene videre omfatter en vertikal oppstilling av ladet-partikkel-detektorer, hvor minst én av ladet-partikkel-detektorene i en vertikal oppstilling av ladet-partikkel-detektorer er posisjonert for å detektere ladde partikler som passerer gjennom kalibreringsmediet i fluidkanalen på et første sted og en annen av ladet-partikkel-detektorene i den vertikale oppstillingen er posisjonert for å detektere ladde partikler som passerer gjennom fluidet på et annet sted i fluidkanalen.

9. Fremgangsmåte for estimering av en egenskap ved et fluid nedihulls, fremgangsmåten omfattende å: frakte en testcelle som føres av bæreren for å fange inn et fluid nedihulls; sende ut ladde partikler inn i fluidet nedihulls i en fluidkanal nedsenket i fluidet nedihulls, der fluidkanalen har en første vegg og en andre vegg, hvor den første veggen vender mot den andre veggen og hvor de ladde partiklene sendes ut fra minst én ladet-partikkel-kilde plassert på et sted langs den første veggen i fluidkanalen; og detektere de ladde partiklene som passerer gjennom fluidet i fluidstrømningsveien ved hjelp av et antall ladet-partikkel-detektorer plassert på steder langs den andre veggen i fluidkanalen, hvor minst én av ladet-partikkel-detektorene er posisjonert slik at den står i partikkelkommunikasjon med minst én av ladet-partikkel-kildene.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor ladet-partikkel-kildene er alfapartikkelkilder og ladet-partikkel-detektorene er diamantdetektorer, fremgangsmåten videre omfattende å: bevege minst én av den første veggen og den andre veggen for å endre en bredde for fluidkanalen; og estimere densiteten til fluidet i fluidkanalen basert på antall ladde partikler som passerer gjennom fluidet i fluidkanalen for en bestemt bredde for fluidkanalen.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9, fremgangsmåten videre omfattende å: utføre en minste kvadratbasert tilpasning av ladet-partikkel-detektormålinger for å bestemme fluiddensiteten.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor ladet-partikkel-kildene velges fra gruppen bestående av monoenergiske partikkelkilder og partikkelkilder med stort båndgap.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor fluidkanalen videre omfatter en fluidkanal med divergerende bredde, fremgangsmåten videre omfattende å: sende ut ladde partikler inn i den breddedivergerende kalibreringskanalen nedihulls, der den breddedivergerende kalibreringskanalen har tilnærmet de samme dimensjoner som en divergerende fluidkanal, kalibreringskanalen har en første vegg og en andre vegg, hvor den første veggen vender mot den andre veggen og er anordnet med en spredningsvinkel i forhold til den andre veggen, hvor de ladde partiklene sendes ut fra et antall ladet-partikkel-kilder plassert på steder langs den første veggen i kalibreringskanalen; detektere de ladde partiklene som passerer gjennom kalibreringsmediet i den divergerende kalibreringskanalen ved anvendelse av et antall ladet-partikkel-detektorer plassert på aksiale steder langs den andre veggen i kalibreringskanalen, hvor minst én av ladet-partikkel-detektorene er posisjonert slik at den står i partikkelkommunikasjon med minst én av ladet-partikkel-kildene; og estimere densiteten til fluidet i fluidkanalen basert på antall ladde partikler som passerer gjennom fluidet i fluidkanalen og kalibreringsmediet i den divergerende kalibreringskanalen på minst ett av stedene.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor ladet-partikkel-kilden er en radioaktiv kilde med stort båndgap, fremgangsmåten videre omfattende å: bygge opp en fordeling av energinivådeteksjoner med bruk av flere deteksjonsmålinger langs den divergerende fluidkanalen og den divergerende kalibreringskanalen.

15. Fremgangsmåte for å estimere en egenskap ved et fluid nedihulls, fremgangsmåten omfattende å: sende ut ladde partikler inn i fluidet nedihulls i en fluidkanal nedsenket i fluidet nedihulls, der fluidkanalen har en første vegg og en andre vegg, hvor den første veggen vender mot den andre veggen, hvor de ladde partiklene sendes ut fra et antall ladet-partikkel-kilder plassert på steder langs den første veggen i fluidkanalen; og detektere de ladde partiklene som passerer gjennom fluidet i den divergerende fluidstrømningsveien ved hjelp av et antall ladet-partikkel-detektorer plassert på steder langs den andre veggen i fluidkanalen, hvor hver av ladet-partikkel-detektorene er posisjonert slik at den står i partikkelkommunikasjon med minst én av ladet-partikkel-kildene.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, fremgangsmåten videre omfattende å: bevege den minst ene av den første veggen og den andre veggen for å endre en bredde for fluidkanalen; og estimere densiteten til fluidet i fluidkanalen basert på antall ladde partikler som passerer gjennom fluidet i fluidkanalen for en bredde for fluidkanalen.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 15, fremgangsmåten videre omfattende å: utføre en minste kvadratfeilbasert tilpasning av et flertall ladet-partikkel-detektormålinger for å bestemme fluiddensiteten.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 15, hvor ladet-partikkel-kildene velges fra gruppen bestående av monoenergiske partikkelkilder og partikkelkilder med stort båndgap.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 15, fremgangsmåten videre omfattende å: sende ut ladde partikler inn i en kalibreringskanal med divergerende bredde nedihulls, der den breddedivergerende kalibreringskanalen har tilnærmet de samme dimensjoner som den divergerende fluidkanalen, kalibreringskanalen har en første vegg og en andre vegg, hvor den første veggen vender mot den andre veggen og er anordnet med en spredningsvinkel i forhold til den andre veggen, hvor de ladde partiklene sendes ut fra et antall N ladet-partikkel-kilder plassert på steder 1 til N langs den første veggen i kalibreringskanalen; detektere de ladde partiklene som passerer gjennom kalibreringsmediet i den divergerende kalibreringskanalen ved anvendelse av et antall N ladet-partikkel-detektorer plassert på steder 1 til N langs den andre veggen i kalibreringskanalen, hvor hver av ladet-partikkel-detektorene 1 til N er posisjonert slik at den står i partikkelkommunikasjon med en tilhørende N-te av ladet-partikkel-kildene 1 til N; og estimere densiteten til fluidet i fluidkanalen basert på antall ladde partikler som passerer gjennom fluidet i fluidkanalen og kalibreringsmediet i den divergerende kalibreringskanalen på minst ett av stedene 1 til N.