NO20131637A1 - Forbedret nedihulls målemetode - Google Patents

Description

Pulsbølge-ultralyd produksjonsbrønns-loggemetode og -verktøy Innledning

Den foreliggende oppfinnelsen er et kombinert ultralyd-avbildnings- og Doppler - wirelineloggesondeverktøy. Mer bestemt er den foreliggende oppfinnelsen et wireline-loggeapparat som tjener en todelt hensikt: Et første formål er ultralyd-caliper for produksjonsrørveggen i en petroleumsproduksjonsbrønn eller lignende. Et annet formål er å utføre Doppler-målinger av strømningshastigheter av fluider i brønnen, spesielt for å måle strømningshastigheter i annulus-fluidet som omgir produksjonsrøret. Loggesonden kan styres fra overflaten for å svitsje mellom de ovennevnte operasjonsmodi.

Bakgrunnsteknikk

En oversikt over ultrasoniske sondeoppsett er beskrevet i NASA foretrukne pålitelighetspraksiser, Practice NO. PT-TE-1422, "Ultrasonic testing of aerospace materials", pp. 1-3. Dokumentet presenterer

1) puls- ekko- metoden hvori den ultrasoniske transmitter og mottaker er kombinert og plassert på én side av gjenstanden som skal testes, 2) gjennomstrålingsmetoden hvori den ultrasoniske transmiter og den tilsvarende mottaker er plassert på motsatte sider av gjenstandsmaterialet som skal testes, og 3) pitch- catch- metoden hvori den ultrasoniske transmitteren og den tilsvarende mottakeren er plassert på samme overflate av materialet som skal testes, hvorved den ultrasoniske energien blir sendt utmed en vinkel og mottatt ved en vinkel. Ved disse tre transmitter - mottakeroppsettene kan interne feil finnes.

US4947683 Minear et al., "Pulsed ultrasonic Doppler borehole fluid measuring apparatus", publisert 14.08.1990, beskriver en loggesonde for bruk i en produksjonsbrønn, omfattende sentreringsenheterfor å sentrere sonden for å danne en annulær strømning rundt seg innenfor produksjonskanalen. Loggesonden omfatter en ultrasonisk transmitter / mottaker montert på den nedre delen av en sonde for å sende nedover og med en vinkel bort fra vertikalaksen av sonden og borehullet, vennligst se dets Fig. 2. Transmitter / mottaker- sammenstillingen roteres om den vertikale aksen av sonden for at transmitter / mottaker skal sveipe ut en konisk overflate gjennom den oppadstrømmende fluiden i borehullet. Material-inhomogeniteter så som gassbobler danner reflektive grenseflater i fluidstrømmen som sprer ultrasoniske pulser så en returpuls dannes. Transmitteren sender ut korte ultralyd-utbrudd ved en repetisjonsrate, og har flere tids-porter / tidsvinduer for å motta tilbakespredte refleksjoner fra gassbobler, sedimentpartikler eller dråper i den relevante avstandsområdet inne i produksjonsfluidstrømmen. Doppler-skift i returpulsene på grunn av inklusjonenes vertikale hastigheter måles, og således blir fluidstrøm-hastigheten funnet. Doppler-frekvensskift relateres til fluidhastigheten som

hvori f er den utsendte frekvensen, c er lydhastigheten i fluidet, Vt er verktøyhastigheten (som vanligvis er kjent på vaiertrommelen topside) og Vs er hastigheten av de spredende partiklene, begge parametere med fortegn.

EP0442188 publisert 21.08.1991, trukket tilbake 1995, "Downhole Doppler flowmeter"

er en innretning for å måle den oppadstrømmende strømningshastighet i et borehull. Det har en lignende skråttstilt sett av transmitter og mottaker som for US4947683 ovenfor, men med transmitter og mottaker anordnet ikke på den nedre enden men på den laterale siden av sonden, vennligst se dens Fig. 1, således målende den annulære strømmen forbi loggesonden. For å korrigere for den lokale borehullsdiameters effekt på annulærstrømmens hastighet forbi sonden som er i strømmen selv, og ikke i en annulus omkring noe rør, blir diametermålinger fra en caliper-loggeinnretning på sonden inkludert for å korrigere Dopplerskift-målt hastighet for å oppnå den aktuelle oppadstrømmende strømningshastigheten i borehullet.

US-patent US3603145 publisert07.09.1971 beskriver en metode for å monitorere fluider og strømning i et borehull, omfattende å bruke en wireline-loggesonde med en ultralydtranduser med forhåndsbestemt frekvens og med en nedstrøms og oppstrøms akustisk mottaker i kjente avstander ovenfor og nedenfor for å måle frekvensskift og derved detektere oppstrøms og nedstrøms akustiske (lyd-) hastigheter. Forskjellen mellom den oppstrøms og nedstrøms akustiske hastigheten giren fluidstrømningshastighet av fluidet forbi sonden. Den oppstrøms og nedstrøms lydhastigheten er relatert til fluidtetthet.

Ettersom den akustiske hastigheten avhenger av tetthet, og det i det siterte US-patentet kun er fluidstrømingshastighetene og fluid-akustiske hastigheter som søkes, må de akustiske signalene som forplanter seg gjennom borehullsveggen og gjennom bergartene diskrimineres. Således beskriver det dokumentet av kjent teknikk innretninger for å rette den akustiske energien primært gjennom fluidsøylen i borehullet. Videre beskriver dokumentet dempere for å redusere signaltransmisjonen gjennom borehullsveggen. De akustiske målesignalene passerer gjennom wireline til overflaten. På overflaten leses de akustiske målesignalene ut på en overflateutlesnings-enhet som leser målingene fra en signalovergang så som børster på wireline-trommelen. De akustiske målingene mottatt på overflateutlesnings-enheten korreleres med utlesninger fra en wireline-loggedybdeskive på overflaten, og registrert.

US-patent 5763773 beskriver et verktøy for evaluering av

sementtetningskvaliteten i en annulus mellom en casing og en brønnboring, omfattende:

- en verktøykropp med en longitudinalakse; - en første transduser montert på verktøykroppen og orientert vinkelrett på aksen; - andre og tredje transdusere montert på verktøykroppen og longitudinalt adskilt fra den første transduseren, hvor den andre og tredje transduseren har overflater som heller mot den første transduseren med mellom omtrent 8 og 27 grader med hensyn til verktøyaksen; - fjerde og femte transdusere montert på verktøykroppen og longitudinalt adskilt fra den første, andre og tredje transduseren, hvor den fjerde og femte transduseren har overflater som heller mot den første transduseren mellom omtrent 8 og 27 grader med hensyn til verktøyaksen; - en sjette transduser montert på verktøykroppen og orientert vinkelrett på aksen.

US-patent 5031467 til Ram bow beskriver et puls-ekko-apparat for å detektere fluidstrømning bak en akustisk reflekterende struktur. Dens sammendrag innledes med "En metode og apparat for detektering av fluidstrømning bak en akustisk reflekterende struktur (casing) ved bruk av puls-ekko-teknikker som ikke er avhengig av måling av en Dopplereffekt." Metoden som kreves i Rambow er en metode for detektering av fluidstrøm bak en akustisk reflekterende struktur ved bruk av pulsekkoteknikker, omfattende følgende trinn: (a) generering av en høyfrekvent stråle av akustisk energi i form av pulser og å rette strålen mot den akustisk reflektive strukturen fra en posisjon nær en første side av den akustisk reflektive strukturen; (b) detektering ved en posisjon nær den første posisjonen av akustiske refleksjoner av to av pulsene adskilt av et kort tidsintervall; (c) generering og lagring av et par av signaltraser plottet mot tid som er proporsjonale med de akustiske refleksjonene; (d) subtraksjon av paret av signaltrasene for å frembringe en resulterende signaldifferenstrase, hvorved i det vesentlige variasjoner av amplitude av signaldifferenstrasen indikerer tilstedeværelse av nærvær av fluidstrømning i nærheten til en andre side av den akustisk reflektive strukturen på motsatt side av den første siden; (e) bestemmelse av signaldifferenstrasen av nærværet av fluidstrømning i nærheten av den andre siden av den akustisk reflektive strukturen på motsatt side av den første siden.

Sammendrag av oppfinnelsen

Kortfattet er oppfinnelsen en puls-bølge ultralyd produksjonsbrønn-tubing wireline-loggemetode ved bruk av et loggeverktøy (0) som kommuniserer via en wireline til en overflate-utlesningsenhet,

- hvor loggeverktøyet er utstyrt med en ultralyd-transducer-bærestruktur (04) som omfatter en eller flere ultralyd-transducerelementer (041) for å transmittere ultralydsignaler, omfattende - at loggeverktøyet er innrettet for primært å operere i Doppler-måle prosesseringsmodus, og - å generere et digitalt signal hvor signalet representerer en eller flere ultralydstråler /ultralydbunter (A, B), å konvertere de digitale signalene til spenningssignaler, å forbinde spennings-driversignalene til ett eller flere transduserelementer (041), og å transmittere bølgepulser som en eller flere av nevnte ultralydstråler / ultralydbunter (A, B) til fluidet i tubingen; og

- for å motta ultralydsignaler,

- å motta returnerende signaler og konvertere til analoge spenningssignaler, forsterke spenningssignalene, konvertere dem til digitale signaler til en mottatt digitalisert ultralyd-signaltidsrekke for ultralydstrålen (A, B).

i Doppler-modus, å frembringe Doppler-målinger for punktet for for strålene (A, B), og endelig sende Doppler-målingene til overflate-utlesningsenheten.

I en utførelse av oppfinnelsen er instrumentet innrettet til å svitsje mellom en pulsbølge (PW) ekko tilbakesprednings(eng.: backscatter) -calipermodus og en Doppler-målingsmodus, hvor det i den nevnte PW tilbakesprednings-modus dannes ultralyd-caliperdata for strålene (A, B).

Oppfinnelsen er definert i settet av selvstendige og uavhengige krav vedlagt.

Figurforklaringer og detaljer av utførelser av oppfinnelsen

Hovedformålet med den foreliggende oppfinnelsen er å bruke ultralyd pulsbølge-Dopplermålinger for å detektere og måle strømning i en petroleumsbrønn slik som en produksjonsbrønn, injeksjonsbrønn, eller lignende, spesielt strømning i en rør-annulus eller casing annulus. Strømning i en rør-annulus eller casing annulus kan skyldes lekkasjer og er uønsket, og det foreliggende verktøyet er i stand til å detektere og måle slik strømning. Et annet formål er ultralyd-pulsbølge-calipermålinger av produksjonsrørveggen i petroleumsproduksjonsbrønnen, en injeksjonsbrønn, eller lignende. Verktøyet ifølge oppfinnelsen er for å utføre ultralyd-pulsbølge-Dopplermålinger for å detektere og måle strømning av fluider i annulus som omgir produksjonsrøret, og om mulig også fluidstrømhastigheter i videre annuli som for eksempel utenfor casingen. Dopplermålingene kan korrigeres for strømning innenfor røret / tubingen. Dopplermålingene kan også korrigeres for dutter på grunn av verktøyets egen bevegelse, vennligst se nedenfor. Produksjonsfluidet og annulus kan være olje, vann eller gass eller en blanding av disse, og kan inneholde partikler så som sand, eller inhomogeniteter. Produksjonsrør-annulus og videre annuli kan være tomme og således kun fluidfylte, og casing annulus, dersom en casing er til stede, kan være gravel (grus) -pakket, eller sementert, men fremdeles permeabel for fluider og gjenstand for uønskede lekkasjer. Med de ovennevnte egenskapene kan loggeverktøyet brukes for å svitsje mellom logging for å detektere uønskede lekkasjer i brønnen, for ultralyd-caliperlogging og andre målinger av produksjonsrørets indre overflate, veggtykkelse og ytre overflate for å detektere gropdannelse / gravrust, sprekker eller hull eller andre irregulariteter, og for å måle fluidstrømningshastigheter i produksjonsrør-annulus eller casing annulus. Dopplermålinger innenfor produksjonsrøret kan brukes for å korrigere Dopplermålinger i produksjonsannulus, men andre hastighetsmålinger inne i produksjonsrøret kan tjene samme hensikt.

Fig. 1 er en svært forenklet vertikalsnitt-illustrasjon av en del av en komplettert petroleumsbrønn med en sementert casing i et borehull gjennom overliggende formasjoner til en influks-sone i en reservoarformasjon. Et første fluid (F1) strømmer i produksjonstubingen og en andre fluid (F2) er til stede i annulusrommet (7). Man kan anta at de to strømmene har forskjellige hastigheter. Et ultralyd-loggeverktøy ifølge oppfinnelsen er anordnet inne i produksjonstubingen. Ultralyd-loggeverktøyet ifølge oppfinnelsen har en ultralyd-transducer-bærestruktur (04) med en eller flere enkle ultralyd-transduserelementer

(041). I en utførelse er den en eller flere transduserelementet (041) dekket av et ultralyd-transparent vindu (05). Transduser-bærestrukturen er anordnet i en nedre del (013) nær den nedre enden av et hovedhus (01). Bærestrukturen (04) kan holde en, to, fire, seks eller flere transduserelementer, hver med deres signalutsendende overflate hovedsakelig radielt utover, vennligst se Fig. 5a og Fig. 6a prototyp-utførelse denne ga muligheten til å velge en eller flere transduserelementer (041) som hver var for å sende ut en ultralydstrålebunt A (og med mulighet for dens motsatte strålebunt B) for loggeformål. I en utførelse av oppfinnelsen er den utsendende overflaten (042) av hver av de 288 transduserelementene (041) så bred relativt den utsendte bølgelengden at den vil sende i en strålelignende måte, vennligst se Fig. 7b, og ikke sfærisk. Hvert transduserelement (041) sin transduseroverflates (042) bredde er mer enn 1/2 av bølgelengden, som vil gi en tilnærmet strålelignende utsendelse.

I en utførelse av oppfinnelsen er den utsendte ultralydfrekvensen av pulsbølgen i området 1 til 5 MHz, fortrinnsvis omkring 3 MHz. Spesielt Dopplermålinger kan bruke ned til 1 MHz.

Sentraliserere kan anordnes nedenfor transduserarrayet og også lenger opp langs hovedhuset (01), vennligst se Fig. 1. Ultralyd verktøyet er innrettet for å operere på en felles verktøybuss med andre loggeverktøyer i en loggeverktøystreng, vennligst se Fig. 9, Fig. 10a og Fig. 10b. Ultralydverktøyet ifølge oppfinnelsen kan frembringe høytetthets-ultralyddata ved en høy bitrate, hvor den høye bitraten overstiger den globale bitraten på en ordinær verktøybuss som vanligvis forbinder alle verktøyseksjoner med en telemetri-server som er forbundet med en signalkabel til en overflate-utlesnings-enhet, og særlig telemetri-bitraten på signalkabelen i seg selv, som er den betydeligste begrensende bitratefaktoren. Ultralydverktøyet ifølge oppfinnelsen er i en foretrukket utførelse innrettet til å kobles til en tilegnet høykapasitets-minneverktøyseksjon (200) forbundet umiddelbart over hovedhuset (01). Ultralydverktøyet ifølge oppfinnelsen er innrettet for å være regulert fra overflaten og sende lavoppløsningsdata til overflaten via den felles telemetrilinjen og den ordinære verktøybussen mens logging, og i den foretrukne utførelsen for å bruke det tilegnede minneverktøyet som en buffer for de høyoppløsningsdataene som blir produsert. Det tilegnede minneverktøyet kan så utspørres fra overflate-utlesningsenheten for deler eller hele av høyoppløsningsdataene når det er tilgjengelig kapasitet på telemetrilinjen.

Fig. 2 er en sterkt forenklet illustrasjon av et vertikalsnitt gjennom den mekaniske strukturen av ultralyd-loggeverktøyet ifølge oppfinnelsen. I en øvre ende (013) av hovedhuset (01) er en konnektor til de ovenforliggende verktøyene i en verktøystreng. I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen har konnektoren, i tillegg til den felles kraftlinjen og den for verktøystrengen felles verktøybussen, også konnektorer for høyhastighets-databussen til det tilegnede minneverktøyet (200), vennligst se Fig. 7a. I den nedre delen (013) av hovedhuset (01) er der en transduserhus-hylse (03) med en transvers vegg (032) med en nedover stikkende sentral aksel (034). Den sentrale akselen (034) tjener to hensikter; den danner bæring for ultralyd-transduserbærestrukturen (04) og den bærer videre en påfølgende neseparti (06) under transduserarrayet (04). I en utførelse av oppfinnelsen omslutter et ultralyd-transparent vindushylse (05) transduser-støttestrukturen (04) og holdes på plass mellom den ytre partiet av transduserhushylsen (03) og nesepartiet (06), og låses til transduserhus-hylsen (03) av en øvre låsering (062) og til nesepartiet (06) av en nedre låsering (061). Låseringen (061) har en diameter som er litt større enn den største diameteren av ultralydvinduet (05) eller transduserbærestrukturen (04) (dersom den er uten vindu) i den hensikt å redusere mengden av mekanisk slitasje på det transparente vinduet eller transduserne. Videre er låseringen (061) avfaset radielt for ikke å blokkere ultralydvinduer som passerer radielt og omtrent 17 til 28 grader ned fra sensorens transversalplan. Inne i hovedhuset er elektronikken til ultralydverktøyet anbrakt.

Fig. 3 er et generalisert riss av elektronikken anordnet i en elektronikkstruktur-ramme (02) innenfor ultralydverktøyets mekaniske struktur. Fra bunn-enden er det illustrert at ultralydtransduser-bærestrukturen (04) med dens ultralydtransduser-elementer (041) er koblet via et antall kabler (0252). Kablene strekker seg gjennom en eller flere passasjer (0253) gjennom den transversale veggen (032) opp til en probe-grensesnittmodul (025). Probe-grensesnittmodulen (025) er forbundet videre til en svitsjemodul (024) som videre er koblet til en transmitter / mottaker-modul (023), som igjen er koblet til en prosesseringsmodul (022). En energimodul (021) forsyner modulene som krever energi. Når de elektroniske modulene, i en utførelse med modulene anordnet på hvert sitt kort, har blitt sammenstilt i elektronikk-strukturrammen (02), skyves strukturrammen (02) inn i hovedhuset (01) fra den nedre enden (013), hvor flexprintkablene er trædd gjennom passasjene (0341) i transversalveggen (032) og forbinder probe-grensesnittkortet (025) med transduserarrayet (04), og transduserhushylsen (03) blir skrudd inn i den nedre enden av hovedhuset (01). Verktøyet er lukket og trykktett når ultralydvinduet (05) og nesepartiet (06) blir montert på den sentrale akslingen (034) og låst av låseringene (061, 062). I en utførelse av oppfinnelsen er transduserarrayet som sådan konstruert med å ha en væsketett, trykktett konisk del som omfatter transduseroverflatene (042) og man kan unnvære det koniske ultralyd-transparente vinduet (05).

Fig. 4a er en grovskisse av en tverr-aksial snitt av ultralydtransduser-bærestrukturen (04) med noen av dens transduserelementer (041), Fig. 4b er en grovillustrasjon av et lengdesnitt av transduserhus-hylsen (03) med dens kabelpassasjer (0252) gjennom transversalveggen (032) som bærer den nedover stikkende sentrale akslingen (034) for å holde transduserbærestrukturen (04) og nesepartiet (06). Fig. 5a - d er en maskintegning av en foretrukket utførelse av loggeverktøyet ifølge oppfinnelsen, dvs. som viser den mekaniske strukturen av verktøyet i en viss detalj. Fig. 5a er et sideriss av et loggeverktøy ifølge oppfinnelsen, med fastnøkkelspor i hovedhuset (01) nær den øvre enden (011) og en beskyttende endehette, som kan fjernes, som dekker konnektorpluggen (012) som fortrinnsvis skal være forbundet med det tilegnede minneverktøyet (02). I den nedre enden (013) av hovedhuset (01) er transduserhushylsen (03) anordnet med det ultralydtransparente vinduet (05) og nesepartiet (06), alle låst med låseringen Hushylsen (03) og nesepartiet =06) er utstyrt med fastnøkkelspor for montering og demontering. En beskyttende endehylse som kan tas bort er også vist. Den beskyttende hylsen fjernes og verktøyet er utstyrt med en sentraliserer før nedføringen i brønnen for å holde verktøyet sentrisk i produksjonstubingen når man logger. Dette kan begrense de tidsvinduene som kreves og forenkle caliperlogging med ultralydvinduet, og også forenkle ultralydloggingen av tubing-veggmålinger og tubingveggtykkelse, og videre forenkle Dopplermålingene av partikkel- eller fluidhastighet gjennom veggen. Fig. 5b er et lengdesnitt tilsvarende risset i Fig. 5a. Fra bunnenden er det illustrert ultralydtransduserarray-bærestrukturen (04) med dens ultralydtransduser-elementer (041) forbundet via kabler (0252) som strekker seg gjennom passasjer

(0341) gjennom transversalveggen (032) opp til en probe-grensesnittmodul (025) i elektronikk-bærerammen (024, videre forbundet til en transmitter / mottakermodul

(023) som er digital - til - analog i transmitter-retningen og analog - til - digital i mottakerretningen. T/R AD/DA konvertermodulen (023) er videre forbundet med en prosesseringsmodul (022). En energimodul (021) forsyner modulene som krever energi, f.eks. ikke probe-grensesnittmodulen. Her er de elektroniske modulene i deres sammenstilte tilstand i elektronikkbærerammen (02) skjøvet inn på plass i hovedhuset (01) fra den nedre enden (013) og låst på plass av transduserhushylsen (03) som er skrudd inn i den nedre enden av hovedhuset (01). Verktøyet er lukket og trykktett med ultralydtransduservinduet (05) (eller med en tilsvarende lukket transduserbærestruktur (04)) og nesepartiet (06) er montert på den sentrale akslingen (034) og låst av låseringene (061, 062). En fordel med den foreliggende sammenstillingen er det faktum at det ultralyd-transparente vinduet (05) lett kan byttes ut av en operatør på stedet uten å forstyrre ultralydbærestrukturen (04). Videre er ultralydtransduser-bærestrukturen i seg selv lett tilgjengelig for utskiftning, med eller uten noe vindu (05). I den øvre enden av hovedhuset (01) er konnektorpluggen (021) vist som er til det ovenfor påfølgende verktøyet, fortrinnsvis det tilegnede minneverktøyet (200).

Fig. 5c viser et forstørret tverrsnitt indikert ved sirkelen i Fig. 5b, med detaljer av gjenger, O-ringer, og relative posisjoner av innovervendende og utovervendende gjenger i de gjengede komponentene i den nedre enden (013). Vennligst bemerk at den øvre låseringen (062) flukter med den ytre diameteren av hovedhuset (01) og den største diameteren av det ultralydtransparente vinduet (05) og den nedre låseringen (061).

Den sentrale bolten (034) er massiv i den illustrerte utførelsen. I en utførelse av oppfinnelsen hvor ultralyd-loggeverktøyet er anordnet til ikke å være anordnet som det nederste av loggeverktøyene i verktøystrengen. I en slik utførelse er nesepartiet erstattet med en konnektorhylse for gjennomgående elektriske

forbindelser som passerer fra gjennom den sentrale bolten (034).

Fig. 5d er et tverrsnittsriss gjennom linjen C-C i Fig. 5b, gjennom den sirkulære transversalveggen (032) like over transduserbærestrukturen. Snittet er vist slik at man ser nedover i retning mot den nedre enden (013) av hovedhuset. Fra senter o gut viser snittet den sentrale bolten (034) på den sirkulære transversalveggen

(032), med ett eller flere, her et antall av seks hull (0331) med et fjærarray (033) som holder pinner (0332) som strekker seg fra den indre, bakre delen av transduserbærestrukturen (04) som vist i Fig. 4b. I en utførelse av oppfinnelsen gir dette fjærarrayet etter oppover i den aksiale retningen når transduserbærestrukturen (04) beveges av det komprimerte ultralydvinduet (05) på grunn av deres felles grenseflate, når det er gjenstand for økende trykk i brønnen, noe som forhindrer deformasjon eller mekanisk skade på transduserne. Radielt utenfor fjærarray-hullene er de gjennomgående hullene (0341) gjennom den sirkulære transversalveggen (032) for kablene (0252). Radielt utenfor denne sirkulære transversalveggen fortsettes det inn i den sylindriske delen av transduserhuset (03), fulgt av et pakningsspor, den øvre delen av transduservinduet (05), og endelig den nedre delen av låseringen (062).

Fig. 6a er et vertikalsnitt gjennom en ultralydinnretning kun ifølge oppfinnelsen, i en tubing og casing i en brønn, med et første fluid (F1) som strømmer oppover i tubingen og med et andre fluid (F2) som strømmer i annulusrommet mellom brønncasingen og tubingen (3). Transduseroverflaten (042) er anordnet med en vinkel (V042) med verktøyaksen helst parallell med tubingaksen. Dette sikrer at man unngår et direkte reflektert ultralydsignal som ellers kunne mette mottaket når man er i mottakermodus, men utnytter tilbakespredte (eng.: backscattered) p-bølger som forplanter seg gjennom fluidet (F1). - Caliperlogging: På høyre siden av aksen vist i Fig. 6a er det vist puls-ekko-caliperlogging av den radielle avstanden til den indre tubingveggen. Caliperlogging kan utføres med diametralt motsatte par av transdusere 041A og 041B, som kan velges via det elektroniske svitsjekortet (024) regulert av beamformer/ svitsjekontrollkortet (0239), vennligst se Fig. 7a nedenfor, separat eller samtidig. - Logging av tubingens innervegg: Puls-ekko-målinger av den indre veggen blir utført i det samme signalmodus ved å velge det samme forplantingsmodus og tidsvinduing til å føle etter den første tilbakespredte (eng.: backscattered) longitudinalt forplantende ultralydbølgen som representerer tubingveggen. Logging av innerflaten av tubingveggen kan anvendes for å søke etter tubingkrager, ventiler, åpninger i tubingveggen, etc. Backscatterlogging kan også brukes til å søke etter uønskede avsetninger av tjære, scaling, gravrust, sprekker, hull, og potensielle lekkasjekilder. - Målinger på tubingveggens ytre overflate kan utføres på signaler som har forplantet seg gjennom tubingveggen som p- eller s-bølger og reflektert eller tilbakespredt gjennom tubingveggen og tilbake til transduserelementene (041). For å skille mellom de ønskede signalene fra den ytre overflaten fra de tilbakespredte og reflekterte signalene fra tubingveggens indre overflate kan tidsvindu-trunkering av de returnerende ultralydsignalene utføres i den hensikt at man ikke skal utføre unødvendig datainnsamling og prosessering. Denne teknikken er generelt anvendt i den foreliggende oppfinnelsen for å velge en hensiktsmessig undersøkelsesdybde, og kan styres av en operatør på overflate-utlesningsenheten. I illustrasjonen er det vist erosjonsmerker i den utovervendende tubingveggen.

- Doppleravbilding

- Tubing-interne Dopplermålinger kan utføres for å måle fluidstrømning forbi transduserarrayet (04) i tubingen for å korrigere annulus-strømnings-Dopplermålinger. - Tubing-interne farge-Dopplermålinger kan utføres for å skille mellom partikler (sand, rust eller annet debris) eller dråper (av vann, olje eller gass i en av de motsatte frasene) som kommer inn i tubingen gjennom lekkasjer. - Annulus-strømning kan detekteres og til og med måles basert på ultralydsignaler som har fulgt følgende bane: p-bølger emittert i tubing-fluidet, passerer som s-bølger gjennom tubingveggen, forplanter seg som p-bølger gjennom annulus-fluidet, reflekteres og Dopplerfrekvens-endres av dråpen eller partikkelen, returnerer et akustisk signal som en s-bølge gjennom tubingveggen, og ankommer transduseren som en p-bølge. Forvann til stål er en optimal innfallsvinkel 17 grader, og for typiske olje til stål er en god innfallsvinkel mellom 13 og 21 grader (avhenger også av oljetetthet), vennligst se Fig. 11 b som er et diagram over transmisjonskoeffissient for en vann-til-stål-til-vann grenseflate. For S-bølger er der mer enn 1% transmisjon mellom 15 grader og 27 grader, med merr enn 2% transmisjon i området 15,5 til 26,5 grader. I en utførelse er den nåværende foretrukne vinkelen for den koniske transduservinkelen i det felles gode signaltransmisjonsområdet mellom 15,5 og 21 grader som vil være passende også for olje-stål-vann grenseflater. - Annulus-strømning kan også måles og avbildes ved å bruke såkalt ultralyd-fargeDoppler-avbildning, som måler hastighetsfeltet bak tubingveggen av individuelle volumelementer av annulusfluidet (F2), vennligst se Figurene 8a, b, c, d. Videre er det i Fig. 8e vist en spektral-Dopplerserie; over abscissen er det ankommende eller oppover-strømningsverdier opp til 24 cm/s, og under abscissen er der negative verdier fra -12 cm/s. Man kan se begynnelsen av strømning, her injiserte luftbobler i en oppadstrømmende vannstrøm. De detekterte verdiene for hvert øyeblikk spenner fra rundt 2 cm/s til over 15 cm/s, og også med noen negative hastighetsverdier. Fig. 6b er en oversikt over de forskjellige modi av ultralyd-puls-ekko petroleumsbrønn-tubinglogging. Det aktuelle loggemodus kan velges via hovedkontroller-kortet (0220) i loggeverktøyet, vennligst se Fig. 7a, styrt via telemetrien fra overflate-utlesningsenheten og loggeoperatøren. Fig. 7a er et blokkdiagram av sensoren, elektronikken, og kommunikasjons-hovedkomponentene av loggeverktøyet ifølge oppfinnelsen. Ettersom all regulering, kommunikasjon og datasignaler er digitale, og alle ultralydsignaler er akustiske og analoge, må transduservalg, signaltransmisjon og mottak, forsterkning og gransformering og prosessering bli utført på et passende trinn for å oppnå meningsfylte resultater. Fig. 7b er en illustrasjon av ultralydstråler A og B dannet av ultralydelementer

(041), og i en utførelse er de montert på en bærestruktur (04).

Før loggeoperasjonen starter blir ultralyd loggeverktøyet ifølge oppfinnelsen satt sammen til å danne en del av en loggeverktøystreng og forbundet med en kabel for energi og telemetri til overflateutlesningsenheten.

Med henvisning til Fig. 7 a blir operasjonen av verktøyet skissert her.

Modus- valg

- Operatøren på overflaten velger på en overflate-utlesningsenhet (SRO) hvilket operasjonsmodus som loggeverktøyet ifølge oppfinnelsen skal bruke, enten avbildning / caliper-loggemodus eller Doppler-loggemodus. Reguleringssignaler som blir sendt via verktøybussen til verktøybuss-styringskortet (02201) som sender kommandoen til hovedkontrollerkortet (0220).

Generell ultralydsignaltransmisjon og -innsamling ifølge oppfinnelsen

- Både for avbildning og Doppler-modi, velger signaldanner/ svitsjkontrollerkortet

(0239) hvilken av de ett eller flere transduserelementene (041) som skal sende ut ultralydstrålen (A) og strålen (B). Ett eller flere av ultralydelementene (041) blir valgt til å sende ut strålen (A), og (B, C, D,...) dersom flere elementer benyttes.

Elementene kan være 180 grader fra hverandre azimuthalt, eller mindre dersom flere elementer er implementert. - Signalformer / svitsjkontrollkortet (0239) sender to kommandoer for transmittering / utsendelse:

Transmittervalg

1) et styresignal ned til svitsjkortet for å forbinde den påkrevde

transmitterkanal for å koble til det analoge utmatingssignal, fra en transmitterdriver (0233) (beskrevet nedenfor) til de til enhver tid valgte ultralydtransduserelementene (041) for å danne strålen (A) (og også (B, C,

D, ...)).

I en utførelse av oppfinnelsen er ikke noen beamforming påkrevet dersom enkelt-transduserelementer blir benyttet. 2) et styresignal for å sende "Tx" beamformer-modulen (0235) som former de digitale signalene som lenger nede i prosessen skal konverteres til et ultralyd-akustisk felt som skal transmitteres fra ultralydtransduserelementet

(041), vennligst se Fig. 7c nedenfor.

På grunn av intern symmetri i hver utsendt stråle(bunt) (A) og også i stråle (B), er det bare påkrevet å danne én signalkurve for to eller flere transduserelementer

(041), og også å bruke de samme signalene for tilsvarende elementer i stråle (A) og stråle (B, C, ...). - Tx-signalformermodulen (0235) sender dens beregnede, digitale signal videre til en digital-til-analog-konverterer med forsterker i Tx driver/PA (0233). I en utførelse av oppfinnelsen genererer forsterkeren et analogt sendersignal for transduserelementet (041) i et område på 100 Volt.

Digitale signaler til analoge signaler

- De analoge signalene blir sendt fra den tilsvarende Tx driver / kraftforsterker

(0233) via transmitter / mottaker -kontrollsvitsjer (0232) til svitsjekortet (024) som forbinder de analoge signalene til de valgte transduserelementene (041). På grunn av stråleutsendelses-symmetri kan hver av de forsterkede analoge signalene i en utførelse bli sendt videre til to ultralyd-transduserelementer (041) med de samme relative posisjonene o senterlinjen som er valgt for hver stråle A og B. Det antas at akustiske signaler i strålene (A) og (B) ikke vil interferere.

Analoge signaler til transduserelementene (041)

- De analoge Tx-signalene sendes ut fra svitsjekortet (024) via probe-grensesnittkortet (025>) gjennom kablene (0252), hvor hver leder er forbundet med ett enkelt transduserelement (041), som konverterer det analoge spenningssignalet til et ultralydsignal. De returnerende signalene, enten de har blitt reflektert eller tilbakespredt, kommer da tilbake til en bølgefront til det samme transduserelementet (041) som returnerende stråler tilsvarende ståle[bunten] (A) og (B), dersom flere transmitterelementer (041) har blitt brukt.

Utsendelse av signaler.

- Ultralydsignalene fra A og kanskje B av valgte transduserelementer (041) forplanter seg som en akustisk front, og ligner på signaltogene illustrert i Fig. 7c, ut

gjennom det ultralyd-transparente vinduet (05), og danner en p-bølge inn i det omgivende første fluidet (F1), og er delvis reflektert eller tilbakespredt fra den indre overflaten av tubingen. En andel av den akustiske energien av det akustiske signalet blir transmittert gjennom stålveggen, avhengig av tettheter og innfallsvinkler. Som forklart ovenfor for en vann-stål-vann-transmisjonskoeffissient, vennligst se Fig. 11a, vil en verdi på 17 graders innfallsvinkel for p-bølgen forplante seg godt som en s-bølge-energi gjennom både vann-stål-vann- og olje-stål-vann -grenseflater. For innfallsvinkler under 14,5 og 12,3 grader respektive, vil veldig lite s-bølge-energi blir transmittert gjennom stålveggen.

Returnerende signaler

- Ultralydsignaler som har passert tubingveggen vil så forplante seg som p-s-p-bølger og bli reflektert fra inhomogeniteter i annulusvæsken og reflekteres tilbake ved hjelp av den samme p-s-p-mekanismen og komme tilbake som en liten andel av det opprinnelige signalet, som en p-bølgefront til den samme gruppen av 2x2<n>påfølgende transduserelementer (041).

Mottak av akustiske signaler

- Ved tidspunktet for mottak av de akustiske signalene ved gruppen av 2x2<n>påfølgende transduserelementer (041), må de settes i en mottaks - "Rx"-modus. De to gruppene A og B sender i unison, men de representerer ikke den samme målingen, så de to mottatte signalene (strålebuntene) A og B må prosesseres separat når de opererer i mottaker "Rx"-modus.

Det akustiske ultralydsignalet som mottas ved de to regningene (A) og (B) med transduserelementer (041) behøver ikke bli "mottaks - beamformet" for å fokusere på ett enkelt punkt på et trinn før de blir videre prosessert. I den foreliggende oppfinnelsen blir denne "beamforming" (eller bølgefrontutvelgelse) utført i Rx-beamformer-modulen (0237), vennligst se Fig. 7a.

Analoge til digitale signaler

- De analoge spenningssignalene fra transducerelementene (041) i hver gruppe A og B blir separat forbundet gjennom Tx / Rx svitsjen, analoge signalkanaler fra

stråle A, og analoge kanaler fra stråle B, og sendt til den analoge til digitale "Analog front end" forforsterkerkortet (0234) for å bli forsterket, vennligst se Fig. 7a, og så digitalisert. Forsterkningen er i en utførelse av oppfinnelsen en variabel gain forsterkning med forskjellig gain for før-rørvegg-tilbakespredningssignaler og etter-rørveggssignaler som mottas, vennligst se nedenfor.

Rx-digitalisering

- Signalene fra stråle A og stråle B blir så sendt videre til Rx-digitaliseringsmodulen (0237) for separat digitalisering. - Både for caliper - og Doppler-modi, velger beamformer / svitsj-styremodulen

(0239) hvilke r av transduserelementene (041) som skal brukes for stråle (A) og stråle (B).

Analog - til digitale signaler

- De analoge spenningssignalene fra transduserelementene (041) i stråle A og B forbindes gjennom Tx / Rx svitsjen, og sendes til analog-til-digital analog front-ende -forforsterkeren (0234) for å bli forsterket, vennligst se Fig. 7a, muligens med en variabel styrt forsterkning, og digitalisert.

For pulsbølge - Dopplermålinger blir både Tx og Rx gjentatt for den samme strålen A og / eller B for å gi et hastighetsestimat over et gitt tidsspenn.

Trinnene ovenfor blir gjentatt for hver undersøkelsesdybde, for ett dybdenivå i brønnen, for transduserelementene. Således blir en pixelhøyde av et vertikalt linjebildescann utført for en stråle A, og to eller flere stråler (B, C, D, ...) azimuthalt, dvs. omkring periferien rundt transduserbærestrukturen (04), avhengig av om antallet av transdusere er 1, 2, 4, 6, eller flere. Dette kan være et calipermål-scann, eller et Doppler-scann. Slike scannede "ringer" av to eller flere rette stråler (A, B,...) kan settes sammen til et grovt 2-D bilde av omgivelsene for hvert dybde. Denvertikale dimensjonen av loggen bestemmes av loggedybderegistreringene på overflateloggen eller en annen dybdeindikatorfor loggeverktøyet.

Signalprosessering, lagring og overføring

- De mottatte, beamformede signalene blir prosessert i

signalprosesseringsenheter (022) som demodulerer (0223) signalene, danner omhylningskurver (eng.: envelopes) (0225) av ultralydsignalene og kvantiserer

(0227) de demodulerte signalene og legger dem inn i en caliperlogg. De kvantiserte målingene blir så overført til hovedkontroller-kortet (0220) for å settes sammen til loggen, hvilke data så er i en foretrukket utførelse for å bli overført via et minnekontrollerkort (02202) til en høyhastighetsbuss, til et minneverktøy (200) beskrevet ovenfor.

Fig. 8a illustrerer et perspektivriss av et eksperimentelt oppsett i en vanntank, hvor et transduser-scannerhode er nedsenket i tanken i en liten avstand fra en stålplate og rettet med 17 graders innfallsvinkel mot platen, og hvori en langsom vannstrøm er satt opp bak stålplaten. Der er en andre stålplate anordnet bak den første.

Vannet og stålkroppene kan sammenlignes fra venstre mot høyre med tubing-internt fluid F1, her vann; tubingveggen; annulus-fluidet F2, her vann, og casingveggen. Figurtekst: Fig. 8a: Perspektivriss av laboratorieeksperimentelt oppsett av undervanns ultralydtransmisjon for Dopplermålinger av en strømning bak en stålplate.

Fig. 8b er et vertikalsnitt av det samme.

Figurtekst: Fig. 8b: Sideriss og perspektivriss av laboratorieeksperimentelt oppsett av Fig. 8a. Fig. 8c viser i et riss som tilsvarer Fig. 8b, en Dopplermåling som resulterer fra oppsettet i Figurene 8a og 8b, hvor bobler har blitt innført i vannstrømmen. Figurtekst: Fig. 8c: Topp-perspektivriss av laboratorieeksperimentelt oppsett av

Fig. 8a og b, oppover-strømning mellom stålplatene.

Fig. 8d viser, i et lignende topp-perspektiv sammenlignet med Fig. 8c og dreid 90 grader, et Dopplerbilde-måleoppsett av en oppoverstrømmende vannstrøm med bobler innført som illustrert i Figurene 8a, b, og c. En region av interesse, (eng. ROI) er indikert i retning av strålen (A) som strekker seg fra en front av ultralydtransduseren (041). Figurtekst: Fig. 8d farge-Doppler-riss som sett ovenfra, ref. Fig. 8c, bilde dreid 90 grader. Fig. 8e er en illustrasjon av en spektral Doppler-tidsrekke av samme eksperimentelle oppsett som illustrert i Fig. 8a og 8b. Over abscissen er møtende eller oppoverstrømmende verdier opp til 24 cm/s, og under abscissen er negative verdier fra -12 cm/s. Man kan klart se begynnelsen av strømning, her injiserte luftbobler i en oppoverstrømmende vannstrøm. De detekterte verdiene for hvert øyeblikk spenner fra omkring 2 cm/s til over 15 cm/s, og også noen negative hastighetsverdier. Figurtekst: Fig. 8e: Spektral-Doppler-tidsrekke under oppstart av strømning F2. Over abscissen: oppover-hastigheter. Under abscissen: nedover-hastigheter. Fig. 9 er et vertikalsnitt gjennom en tubing med et loggeverktøy ifølge oppfinnelsen med en høy databit-rate, sammenstilt i en loggeverktøystreng som omfatter andre loggeverktøy som ikke nødvendigvis frembringer data med en høy bitrate. Loggeverktøyet ifølge oppfinnelsen er kombinert med en tilegnet minneverktøy-seksjon (200) anordnet like over ultralyd verktøyets (0) øvre ende, med høydatabitrate-LVDS-bussen til høyhastighets -og høykapasitets-minneverktøyets

(200) minneseksjon, som også er forbundet med den ordinære verktøybussen (10) i verktøystrengen. I en utførelse er loggeverktøyet ifølge oppfinnelsen direkte forbundet med verktøybussen (10) og kommuniserer sine målinger direkte til overflate-utlesningsenheten dersom den produserte databitraten ikke overskrider telemetribitraten. Figurtekst: Fig. 9; Høyoppløsningsverktøy forbundet med en tilegnet minne/bufferverktøy og med telemetrikommunikasjon til overflaten. Fig. 10a og 10b viser i litt mer detalj trekkene fra Fig. 9 og indikerer grovt hovedkomponentene fra Fig. 7a, slik som en ultralydtransduser-bærestruktur (4) med ultralydtransdusere (041), et antall ledere til probegrensesnittmodulen (025), svitsjemodulen (024), Tx/Rx ADC-modulen (023), Tx/Rx-signalmodulen (0235, 0237), signalformer / svitsjkontrollkortet (0239) (som sender reguleringssignaler til svitsjemodulen (024), vennligst se Fig. 7a).

Figurtekster:

Fig. 10a: Nedre del av en utførelse som viser minneverktøyet og høyhastighets-ultralydverktøyet. Fig. 10b: Generalisert loggeverktøy med kommunikasjon til overflaten via signalkabelen og med en eller flere høy-datavolumproduserende verktøyer som (hver) er forbundet med et minneverktøy.

Utstyrets mekaniske struktur

Oppfinnelsen er et petroleumsproduksjonsbrønns ultralyd pulsbølge backscatterloggings- og Dopplermodus annulus fluidloggeverktøy (0), for bruk i en produksjonstubing (3) som leder en første tubingstrømning (30) av et første fluid (F1) og omsluttet av et tubing-annulusrom (7) med annulusfluider (F2) i en petroleumsproduksjonsbrønn (100). Loggesonden (0) ifølge oppfinnelsen omfatter: - et fluidtett sylindrisk hovedhus (01) med en akse (010) med en nedre ende (013) og en øvre ende (011) og utstyrt med en energi- og signalleder (012), - hvor hovedhuset (01) har elektronikkmodulene beskrevet ovenfor i en strukturell ramme (02), - Hvor den nedre enden (013) omfatter et transduserhus-hylse (03) med en sirkulær transversalvegg (032) med et aksielt rettet fjærarray (033) for å spenne transduserbærestrukturen (04), fortrinnsvis montert på en sentral aksling (034), mot den indre koniske overflaten av et ultralydvindu (05) som holdes av et neseparti (06). Fjærarrayet (033) vil tillate bevegelse av transduserbærestrukturen (04) når brønntrykket komprimerer det koniske vinduet (05) mens fjærarrayet (033) vil opprettholde kontakten med transduseroverflatene (042). Dette er viktig for å opprettholde den ønskede utsendte ultralydpulsformen og for å opprettholde den ønskede utsendte og mottatte energi.

Låseringer (061, 062) som er innvendig gjenget og anordnet fra nesepartiet (06) og transduserhusets (03) retninger respektive, sikrer den nedre og øvre aksielt rettede hylsledelene av det ultralyd-transparente vinduet (05). Den ytre diameteren av låseringene (061) og (062) tilsvarer den største diameteren for hovedhuset (01). Tverrsnittet av den nedre låseringen (062) er trekantformet og avfaset for ikke å blokkere utgående og innkommende ultralydbølger. En fordel ved den mekaniske strukturen er den lett erstattelige nesedelen (06) og det ultralydtransparente vinduet (05), og ultralydbærestrukturen (04) respektive, som er tilgjengelige i den rekkefølgen i den nedre delen (013) av verktøyet.

Oversikt over oppfinnelsen:

For å oppsummere, kan apparatet ifølge oppfinnelsen brukes for to hovedformål:

I) Pulsbølge (PW) Dopplermålinger av strømningshastigheter for fluider i annulus i en brønn, i tubing annulus, og muligens i videre annuli, som for eksempel i liner annulus eller casing annulus.

II) Ultralyd-pulsbølgelogging av en indre vegg av en tubing (eller liner) i en petroleumsbrønn.

Pulsbølge-tilbakesprednings (eng.: backscatter)-scann og Pulsbølge (PW)-Dopplermålinger er koblet til wirelinedybde-enkodermålinger og kan sammenstilles til tilsvarende logger. En operatør kan måle en perforert produksjonsdel av en brønn for å danne en logg av lokasjonen og geometrien av de perforeringene som er utført. Dernest kan operatøren stile om apparatet til å kjøre i PW Dopplermodus for å måle strømningshastigheter i perforeringenes område som er detektert og avbildet. De to operasjonene kan utføres vekselvis om hverandre. Den kombinerte avbildningen og målingene kan gi verdifull informasjon om produksjonsforholdene i den perforerte delen av brønnen.

Avbildningen er utført i vertikale scann med strålene A og B av kombinerte transmitter / mottaker-sekvenser som beskrevet ovenfor. Tidsvinduene blir valgt for å samle inn en utvalgt probe-dybde.

Dopplermålinger

Pulsbølge (PW)-Dopplermålingene av fluidet kan nå utføres i en utvalgt del av brønnen, i produksjonsrøret seg selv for korrigering av hastigheter, men spesielt i en annulus, og avhenger av tidsvinduet som er valgt av operatøren. Transduservinkelen ((V042) tillater å utnytte transmisjonskoeffissienten i det valgte vinkelområdet som gir god s-bølge-transmisjon, som igjen tillater detektering av Dopplerskift på grunn av partikkel- eller boble-hastigheter i annulus, f.eks. bak tubingveggen.

En pulsbølge (PW)-Doppler-datainnsamling kan kreve et antall påfølgende pulsutsendelser i den samme retningen for å detektere bevegelse, f.eks. et antall av 16 pulsutsendelser. En PW-Dopplermåling og en PW-tilbakesprednings (eng.: backscatter) - måling kan sendes ordre om av hovedkontrollermodulen for å tillate bobler eller partikler i en asimutal retning å bevege seg over en signifikant avstand under de f.eks. 16 transmisjons- og mottakssyklene, i den hensikt å måle hastighetene deres, og at boblene over det hele undersøkelsesområdet (eng.: range of interest eller ROI) blir kartlagt i de ønskede dybdeområdene. Hovedkontrollermodulen (0239) kan også sende ordre om stråle-overlapping mens den skifter frem og tilbake mellom PW tilbakespredningsmodus og PW Dopplermodus for å kunne bygge opp en såkalt backscatterlogg av det indre av tubingen som er overlappet av annulus-fluidhastighetsestimater. Transducervinkelen som brukes i den foreliggende oppfinnelsen er ikke bare for å tillate signaltransmisjon gjennom tubingveggen for å utføre målinger i tubingens annulus, men også for fordelaktig å unngå direkte refleksjon fra rørveggen, ettersom direkte reflekterte signaler inneholder langt mer energi enn tilbakespredte [signaler] (eng.: backscattering). Direkte refleksjoner ville ha mettet de mottakende transduseres forsterkere dersom de var satt til å detektere post-tubing-signaler. I en utførelse av oppfinnelsen kan man for å unngå metning, anvende en algoritme i Rx-analog-frontende-forforsterkerene (0234) bruke en pre- og post-tubing gainfunksjon hvor skillet mellom pre- og post-tubing toveis gangtider kan utledes under avbildningsmodus mens man utfører backscatteravbildning av tubingveggen, eller bruke pulsmålinger under PW-Dopplermålinger.

En PW-dopplerprosessering utføres i Doppler-prosesseringsenheten 022D, vennligst se Fig. 7a. PW-Dopplerprosesseringen krever vesentlig flere data for å utføre et annulus-hastighetsestimat enn puls-ekko-avbildning av tubingveggen. Dette er fordi hver puls må forplante seg hele veien fra transduseroverflaten til samplingvolumet i den ønskede avstand og tilbake før en ny stråle kan sendes. Dersom det tar for lang tid mellom hver gang en stråle sendes i en bestemt retning vil såkalt "aliasing" forekomme.

De målte fluidhastighetene bør korrigeres for den vertikale hastigheten av verktøyet selv. Irregulære bevegelser av verktøyet kan danne refleksjoner som kan dempes ved bruk av et såkalt clutter-filter, vennligst se nedenfor. Clutterfilteret er et høypassfilter som illustrert i Fig. 12b. Et antall forskjellige clutterfiltere med forskjellige cutoff-frekvenser kan implementeres i Dopplerprosesserings-enheten (022D) og kunne velges fra en filterbank avhengig av den detekterte instrumenthastigheten i forhold til tubingveggen blant andre parametere.

Strømningsfarge

Strømningsfargeavbildniing utføres ved bruk av et multi-område pulsbølge (PW)-Doppler; multiple samplingvolumer per region utsatt for målinger, per område som undersøkes (eng.: region of interest, ROI) i annulus, for hver stråle. Gjennomsnittsfrekvensene kan fargekodes for retning, hastighet, båndbredde og signaleffekt. Effekt og gjennomsnittsfrekvens blir estimert via autokorrelasjon av I-fase og kvadratur (Q)-signal:

hvor k er Doppler-samplenummer og N er antall av sampler i estimatet, dvs. >= 16 for farge-Doppler = pakkestørrelse. For multi-område Doppler blir z(k, I) anvendt hvor k er pulsen og I er sampelen i pulsen.

Hastighetsestimater kan dannes fra en gjennomsnittsfrekvens-estimator:

hvor RN er autokorrelasjonsfunksjonen dannet med et skift på Rn (1), av den kompleks-modulerte puls nummer N, dvs. en vektor med alle sampler fra regionen av interesse / samplingvolumet og<g>>in er en gjennomsnittsfrekvens i radianer, hvor gjennomsnittsfrekvensen er. Antallet sampler brukt i korrelasjonen (N) er lik antallet samples som skal midles overfør estimeringen av en gjennomsnitts-vinkelfrekvens.

Signaleffekt-estimatet kan gjøres fra en gjennomsnitts-signaleffektestimator som ovenfor.

For strømningsfargens pakkestørrelse bør antallet pulser for å danne en hastighetsvektor holdes lavt for å oppnå en akseptabel tidsoppløsning. For PW-Dopper er dette ikke kritisk ettersom kun en stråleretning anvendes og flere sampler kan brukes for filtrering. For PW-Doppler blir et Doppler-frekvensspektrum estimert og ikke bare gjennomsnittsfrekvensen som er tilfellet for strømningsfarge.

Adaptiv clutterfiltrering

Når man beveger et loggeverktøy i konstant hastighet i brønnen, eller dersom loggeverktøyet er gjenstand for en eller annen restbevegelse på grunn av bølger i bærekabelen, vil tilbakespredningen (eng.: bacscattering) fra rørveggen ha et sterkt, lavfrekvent bidrag til Dopplerspekteret på grunn av bevegelsen. Fordi rørvegg-backscattersignalet er relativt sterkt sammenlignet med fluidstrømningen vil det maskere strømningssignalene. I Doppler-prosesseringsmodulen (022D) kan man i en utførelse være implementert med en overvåkningsalgoritme som fortløpende (som er spesielt viktig dersom verktøyets bevegelse er ujevn i forhold til tubingveggen) med justerbart utjevningsvindu og en oppdateringsrate for gjennomsnittsfrekvens-estimater som utfører den følgende clutterfiltrering: Ned-miksing av Dopplersignalet med gjennomsnittsfrekvensen æ/w som kan estimeres fra ligningen ovenfor, vennlisgst se Fig. 12a, hvor senterfrekvensen for tubingvegg-backscatter dermed vil bringes til nær 0 Hz, vennligst se "nedmikset spektrum" i Fig. 12b. Dopplersignalet fra tubingveggen blir dermed maksimalt dempet ved et høypass-clutterfilter, vennligst se "filtrert nedmikset spektrum". Etter filtreringen kan Dopplersignalet mikses tilbake til dets opprinnelige frekvens, som vist i Fig. 12b, vennligst se "opp-mikset resulterende spektrum". Det opp-miksede signalet er langt mindre dominert av den lavfrekvens-bevegelsesinduserte dutter. Anvendelse av denne prosedyren vil tillate å oppnå et Dopplersignal av de svake refleksjonene som har passert gjennom tubingveggen som representerer bobler, partikler eller inhomogeniteter som beveger seg i tubingens annulus.

Fordeler ved oppfinnelsen

En vesentlig fordel ved apparatet ifølge oppfinnelsen er at man kan oppnå fokuserte Dopplermålinger gjennom tubingveggen, av fluidbevegelser. Doppler-annulusmålingene kan clutterfiltreres for å korrigere for verktøymålinger. Man kan skifte mellom backscatter-avbildningsmodus og Dopplermodus, som både utføres og reguleres av programvare i verktøyet selv, ved bruk av styringsprogramvare fra overflaten. Apparatet er materielt det samme for de to modi. Dette innebærer at man kan kjøre mange pass i avbildnings- og Doppler-modus uten å måtte trekke opp verktøyet fra brønnen mellom de to modi. Det vil også tillate å kombinere de to modi i et felles bruker-grensesnitt på overflaten. Verktøyet ifølge oppfinnelsen kan anvendes for Doppler-målinger av fluidstrømmer gjennom tubingveggen i tillegg til å redusere direkte refleksjoner fra den indre overflaten av tubingen, noe som ellers ville drukne Dopplersignalet. Dopplerprosessering og filtrering bidrar til å forbedre de svake Dopplersignalene for å tillate annulus-hastighetsmålinger.

Claims (1)

1. En pulsbølge- ultralyd produksjonsbrønn- wireline-rørloggemetode omfattende - anordne et loggeverktøy (0) i røret, hvor loggeverktøyet (0) kommuniserer over en verktøybuss (10) og en nedihulls telemetrimodem via en wireline til en overflate-utlesings-enhet, hvor loggeverktøyet er utstyrt med en, to eller flere radielt rettede ultralyd-transducer-elementer (041) med transducer-overflater (042) som haren skrånende transmitter-overflate (043) som sender ut med en vinkel relativt til instrumentaksen for å ha en innfallsvinkel på rørveggen, - at loggeverktøyet, for å operere i en Doppler-målemodus, for en serie av pulsbølge-ultralyd-utsendelse og mottak mot et fokusert punkt ved hjelp av en eller flere ultralyd-transducer-elementer (041), - utsendelse av ultralyd-bølgepulser som en ultralyd-stråle (A, B, C,...) i en eller flere retninger, hvor retningen er ortogonal på den hellende overflaten (043) og som forplanter seg til et omgivende brønnfluid i røret, - mottak, og analog til digital konvertering av returnerende ultralydsignaler som representerer strålen (A) og som her to-veis gangtider som representerer signaler som har passert gjennom veggen av røret, og dannelse av en signal-omhylningskurve av en således demodulert, digitalisert signaltidsserie for stråle (A), - mens i nevnte Doppler-modus, bruk av en serie av de demodulerte digitaliserte signal - tidsrekkene for å danne Doppler-måledata for den nevnte strålen (A, B, C,...) og - å beregne, basert på nevnte Doppler- måledata, annulus-fluidhastigheter for to-veis gangtider som representerer signaler som har passert gjennom veggen i røret, - å sende alle eller deler av de slik dannede Doppler-data eller -hastigheter på verktøybussen (10) over wirelinen til overflate-utlesningsenheten, - hvor man under utførelsen av Doppler-målinger beregner en gjennomsnittlig, relativt lav hastighet av Doppler-data som representerer en relativt lav verktøy-hastighet, og bruker den gjennomsnittlige, lave hastigheten for å utføre clutter-filtrering for å fjerne Doppler-data som representerer den relativt lave verktøy-hastigheten, og prosessere de filtrerte Doppler-dataene for å oppnå Doppler-data som har sin årsak i fluidstrømningen.

2. Metoden ifølge krav 1, - for å sende ut ultralyd-bølger, - generering av digitale signaler, for å representere ultralydstrålen (A, B, C, ..), - konvertere de digitale signalene til spennings-driversignaler, - forbinde spennings-driversignalene til de nevnte transducer-elementene (041), - å transmittere ultralyd-bølgepulser som ultralyd-strålen (A, B, C, ...) i nevnte en eller flere retninger, hvor hver stråle er ortogonal til nevnte transmitterende overflate (043), til den omgivende brønnfluidet i røret.

3. Fremgangsmåten ifølge krav 1 eller 2, - for mottak av ultralydbølger, - å motta og konvertere returnerende ultralyd-signaler til analoge spennings-signaler i transducer-elementet som representerer den nevnte strålen (A), - å forsterke de nevnte analoge spenningssignalene, - å konvertere de mottatte analoge spenningssignalene til mottatte digitale signaler til en mottatt digitalisert ultralyd-signal-tidsserie for den nevnte ultralydstrålen (A), - demodulere den nevnte mottatte digitaliserte signal-tidsserien for strålen (A), - dannelse av en signal-omhylningskurve av den nevnte digitaliserte signal-tidsserien for strålen (A).

4. Metoden ifølge kravene 1, 2 eller 3, hvor den nevnte en eller flere ultralydtransduserelementene (041) med sine transducer-overflater (042) har en hellende transmitterende / mottakende overflate (043) med en inklinasjonsvinkel på mellom 12 og 28 grader med verktøyets akse.

5. Fremgangsmåten ifølge kravene 1 - 4, med overføring av alle de nevnte ultralyd-dannede Doppler-dataene via en høyhastighets-minne-bussfor midlertidig lagring til et tilegnet nedihulls minne-verktøy (200) koblet til loggeverktøyet.

6. Fremgangsmåten ifølge kravene 1 - 5, hvor Doppler-målingene omfatter fluidhastighet, fluid-strømningsretning, signaleffekt, eller strømnings-hastighets-spektral-informasjon.

7. Metoden ifølge hvilket som helst av kravene 1 - 6, hvor det utføres tidsstyrt forsterkning av antallet (n) av signaler i kanalene i nevnte mottaker-analog-front-ende forsterker (0234) for to-veis gangtider som representerer før og etter back-scattering fra en indre vegg av røret.

8. Metoden ifølge et hvilket som helst av kravene 1 - 7, ved bruk av en hovedkontroller-modul (0220) med en signaldanner/ svitsj-kontroll-modul (0239), styre en transmitter-signal-danner-modul (0235) og en transduser-svitsj-modul (024), for å styre og svitsje mellom transmittering og mottaking av ultralyd-signaler, og for å overføre, styrende en signalgenerator i den nevnte transmitter-signal-danner-modulen (0235) til å generere de nevnte digitale signalene som representerer den pulsede ultralyd-strålen (A), og konvertere de digitale signalene til en analog transmitter - driver-forsterker i en transmitter- driver-modul (0233) for å danne spennings-driver-signalene, overføre de nevnte spennings-driver-signalene via transmitter/mottaker-svitsjer (0232) til den nevnte transduser-svitsj-modulen (023), hvor transducer-svitsj-modulen

(024) forbinder spennings-driver-signal-kanaler til transduser-element (041).

9. Metoden ifølge krav 8, for svitsjing og kobling, å bruke transduser-svitsj-modulen (024), de nevnte transduser-elementene (041) en mottaker-analog-front-ende-forsterker (0234) som representerer den nevnte individuelle strålen (A) for å forsterke de nevnte mottatte analoge spennings-signalene, å sende de forsterkede signalene for digital konvertering til en ultralyd-signal-tidsserie for den nevnte ultralydstrålen (A), for strålen (A), ved å bruke en signal-prosesserings-enhet (022) for in-fase og kvadratur-demodulerings-modul (0221) for å demodulere den nevnte signal-tidsserien.

10. Metoden ifølge krav 1 - 9, med bruk av hoved-kontroller-modulen (0220) å svitsje mellom en PW (pulsbølge) - backscatter-avbildnings-prosesserings-modus i signalprosesseringsmodulen (022) og en Doppler-målings-prosesserings-modus i en Doppler-prosesserings-modul (022D).

11. Metoden ifølge krav 1-10, hvor i den nevnte prosesserings-modulen (022) omfatter en signal-omhylningskurve-danner-modul (0225) for å danne en signal-omhylnings-kurve for de nevnte In-kvadratur-demodulerte data, og en kvantiserer (0227) innrettet til å sende kvantiserte ultralyd-data til hoved-kontroll-modulen (0220).

12. Metoden ifølge krav 18, [13] hvor man midlertidig lagrer demodulerte digitale signal-serier i en Doppler-buffer i Doppler-prosesserings-modulen (022D) og utfører Doppler-prosessering i en PW (pulsbølge) prosesserings-modul.

13. Metoden ifølge et hvilket som helst av kravene 1-12, hvor man i prosessen med clutter-fiItrering utfører en ned-sampling av de nevnte Doppler-dataene med den gjennomsnittlige, relativt lave hastigheten, slik at man bringer et frekvensspektrum av de ned-samplede data til nær null frekvens, og høy-pass-filtrerer dataene for å fjerne bidraget av Doppler-data som representerer relativt lav hastighet.

14. Metoden ifølge et hvilket som helst av kravene 1 -13, omfattende å utføre Doppler-prosessering for tidsspenn som representerer to-veis gangtider for transmisjoner fra transducer-overflaten (042), gjennom fluidet i røret ved den valgte vinkel, somskjærbølger gjennom rør-veggen, og gjennom annulus-fluidet til inhomogeniteter i annulus-fluidet, for derved å oppnå Doppler-måledata for annulus-fluidet.

15. Metoden ifølge et hvilket som helst av kravene 1-14, omfattende å forsinke, mellom påfølgende puls-utsendelser for å tillate at det skal skje en tilstrekkelig bevegelse av en inhomogenitet i fluidet i røret eller i den nevnte rør-annulus mellom påfølgende ultralyd-pulser som returnerer fra den antatt samme inhomogeniteten.

16. Metoden ifølge kravene 1-15, omfattende at man i Doppler-modus overfører beregnede Doppler-måledata til hoved-kontroll-modulen (0220).

17. Fremgangsmåten ifølge et hvilket som helst av kravene 1-16, hvori en Doppler-måling avfluid-strømning i rørets annulus er korrigert for en hastighets-måling inne i røret selv, slik som en Doppler-måling.

18. Metoden ifølge et hvilket som helst av kravene 1-17, omfattende å utføre puls-bølge-backscatter-avbildnings-prosessering for tidsspenn som representerer to-veis gangtider for transmisjoner fra transduser-overflaten (042), gjennom fluidet i røret ved den ønskede vinkelen, som skjærbølger gjennom rør-veggen, og til objekter eller trekk på den ytre overflaten av rør-veggen eller gjennom annulus-fluidet til objekter utenfor rør-veggen, for derved å oppnå bildepunkt-målinger av de nevnte objektene.

19. Metoden ifølge et hvilket som helst av kravene 7-18, omfattende at for å unngå metning finnes en auto-gain-algoritme i mottaker-analog-front-ende-forforsterkerene (0234) som anvender en før-rør[vegg] og en etter-rør[vegg]-gain-funksjon.

20. Metoden ifølge krav 19, hvor skillet mellom før- og etter-rør[vegg] to-veis gangtid er basert på en automatisk rørvegg-detekterings-algoritme, hvor den to-veis gangtiden kan deduseres under avbildningsmodus mens man utfører backscatteravbildning av rørveggen, eller å bruke puls-målinger under PW (pulsbølge) Doppler-målingene.

21. En puls-bølge-ultralyd-produksjonsbrønn-rør wireline loggeverktøy omfattende: - et sylindrisk trykktett hovedhus (01) med en konnektor i dets øvre ende (011) for å kommunisere over en verktøybuss (10) og et nedihulls telemetri-modem via en wireline til en overflate-utlesings-enhet, karakterisert ved- at det trykktette hovedhuset (01) er utstyrt med - en ultralyd-transduser-hus-hylse (03) -del med en ultralyd-transduserbærestruktur (04) omfattende et antall (m) av radielt rettede ultralyd-transduser-elementer (041) med sine transduser-overflater (042) for å transmittere ultralyd-energi til et omgivende brønnfluid i røret, med en skrå innfallsvinkel med rørveggen, - en hoved-kontroller-modul (0220) innrettet for selektiv svitsjing mellom en PW ekko-backscatter-avbildnings-prosesserings-modus i en signalprosesserings-modul (022) og en for en serie av pulsede ultralyd - transmisjon og mottakelse for ultralyd-transduser elementene (041), - for transmittering av ultralyd-bølge-pulser som en eller flere ultralyd-stråler (A, B, C,...) i retninger vinkelrett på de skrådde overflatene (042A, 042B, ...) til et omgivende brønnfluid i røret, og - for mottak, en analog- til -digital konverterings[enhet] som returnerer ultralyd-signaler som representerer de en eller flere strålene (A, B,...), og innrettet til å danne en signal-omhylningskurve av de demodulerte, digitaliserte signal-tids-rekker for hver av strålene (A) og (B), - hvor signalprosesserings-enheten (022) er innrettet for at in-fase og kvadratur-demodulerings-modulen (0221) for å demodulere nevnte signal-tids-serie, - hvor hoved-kontroller-modulen (0220) er innrettet for å overføre Doppler-data på verktøybuss-kontroller-modulen (02201) til verktøybussen (10) for kommunisering til overflate-utlesings-enheten. - hvor det i en Doppler-prosesserings-modulen (022D) er en monitorerings-algoritme innrettet til å under utførelsen av Doppler-målinger å beregner en gjennomsnittlig, relativt lav hastighet av Doppler-data som representerer en relativt lav verktøy-hastighet, og bruker den gjennomsnittlige, lave hastigheten for å utføre clutter-filtrering for å fjerne Doppler-data som representerer den relativt lave verktøy-hastigheten, og prosessere de filtrerte Doppler-dataene for å oppnå Doppler-data som har sin årsak i fluidstrømningen.

22. Loggeverktøyet ifølge krav 21, omfattende en verktøybuss-kontrollermodul (02201) forbundet til verktøybussen (10) og til en hovedkontroller-modul (0220) som har en signaldanner / svitsjkontroll-modul (0239) som regulerer en transmitter-signalgenerator-modul (0235) og en transduser-svitsjmodul (024).

23. Loggeverktøyet ifølge krav 22, hvortransmitter-signalgenerator-modulen (0235) for sending har en signalgeneratorfor å generere de digitale signalene og for å representere en pulset ultralydstråle (A, B, C,..), og sende de digitale signalene til den analoge transmitter-driverforsterkeren i en transmitter-drivermodul (0233) for å danne et spennings-driversignal for å sende det via transmitter / mottaker -svitsjer (0232) til transduser-svitsjemodulen (024), hvor transduser-svitsjemodulen (024) kobler spenningsdriversignalene til en eller flere transduser-elementer (041) for utsendelse av de en eller flere ultralydstrålene (A) og (B).

24. Loggeverktøyet ifølge krav 22 eller 23, hvor transdusersvitsjemodulen (024) for mottak svitsjer de valgte transduserelementene (041) til separate mottaker-analog-front-endeforsterkere (0234) som representerer strålene (A, B, ...) som sender de forsterkede signalene til parallelle analog-til-digital-konvertere og danner en ultralydsignal-tidsserie for hver ultralydstråle (A, B,..).

25. Loggeverktøyet ifølge ethvert av kravene 21 - 24, hvor prosesseringsmodulen (022) omfatteren signal-omhylnings-dannende modul (0225) forde IQ demodulerte data og en kvantiserer (0227) innrettet for å sende kvantiserte ultralyddata til en logg-dannende modul i hovedkontroller-modulen (0220), hvor Doppler-prosesseringsmodulen (022D) omfatter en Doppler-buffer og en PW (pulsbølge-) Dopplerprosesserings-modul, for å sende Doppler-måledata til hovedkontroller-modulen (0220).

27. Loggeverktøyet ifølge ethvert av kravene 21 - 26, hvor hovedkontroller-modulen (0220) er innrettet til å sende høyoppløsnings-backscatter-bilder eller Doppler-data via en høyoppløsnings-minnekontroller-modul (02202) på en høyhastighets minnebuss (02203) til et sådan tilegnet minneverktøy (200).

28. Loggeverktøyet ifølge ethvert av kravene 21 - 27, hvor den koniske vinkelen er mellom 12 og 28 grader.

29. Loggeverktøyet ifølge ethvert av kravene 21 - 28, hvor frontende-forsterkerens (0234) kanaler er innrettet til tidsstyrt forsterkning "gain" i kanalene.

30. Wireline-ultralydverktøyet ifølge ethvert av kravene 21 - 29, hvor transduser-bærestrukturen (04) er anordnet på en nedre sentral aksial bolt (0234) på en nedre tverrstilt vegg (032) på transduserhus-hylsen (03), og omfatter en nesedel (06) på den sentrale aksiale bolten (034) som dekker den nedre enden av transduser-bærestrukturen (04).

31. Wireline-ultralydloggeverktøyet ifølge krav 29, omfattende et ultralyd-transparent vindu (05) som dekker ultralyd-transduserene (041) på transduser-bærestrukturen (04), hvor ultralydvinduet (05) holdes på plass mellom den nedre ytre delen av transduserhus-hylsen (03) og nesedelen (06).

32. Wireline-ultralydloggeverktøyet ifølge krav 31, hvor ultralydvinduet (05) er låst til transduserhus-hylsen (03) av en øvre låsering (062) og til nesedelen (06) av en nedre låsering (061).

33. Wireline-ultralydloggeverktøyet ifølge krav 32, hvor låseringen (061) er avfaset radielt med rundt 17 til 28 grader ned fra det transverse planet.

34. Wireline-ultralydloggeverktøyet ifølge ethvert av kravene 21 - 33, hvor det dedikerte minneverktøyet (200) er innrettet for å lagre caliper-data og / eller Doppler-data og for senere opplasting av bildet og / eller Doppler-dataene på verktøybussen (10) og wirelinen til overflate-utlesningsenheten når telemetri-kapasiteten tillater så.

35. Wireline-ultralydloggeverktøyet ifølge ethvert av kravene 21 - 26, hvor antallet (m) av ultralyd-transduserelementer (041) er mellom 1 og 12, fortrinnsvis 2 til 8.

36. Wireline-ultralyd-loggeverktøyet ifølge ethvert av kravene 21 - 35, hvor de elektroniske modulene er anordnet i en elektronikk-bæreramme (02) inne i huset, hvor elektronikkmodulene omfatter, bortsett fra ultralydtransducer-bærestrukturen (04), et antall flexprint-kabler (0242) som strekker seg i par gjennom passasjer (0253) gjennom den tverrstilte veggen (032) opp til et probe-grensesnittmodul (025) forbundet med en svitsjmodul (024), videre forbundet med en sender / mottaker - modul (023), videre forbundet til en prosesseringsmodul (022).