NO302051B1 - Fremgangsmåte og verktöy for utförelse av målinger relatert til fluidström i et borehull - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår ,en fremgangsmåte og et verktøy for bruk i et borehull inneholdende fluid. Verktøyet er konstruert for utførelse av målinger som er relatert til nevnte fluid, såsom volumstrømmen og hastigheten. Nærmere bestemt angår oppfinnelsen den type loggeverktøy som kalles "paknings-strømningsmåler" ("packer flowmeter"), hvor fluidet ledes inn i et målerør som innbefatter en strømningsmåler-innretning-som har redusert tverrsnitt i forhold til forings-røret.

Som kjent innen loggeteknikk-faget blir en brønn som er funnet å være lovende for oljeproduksjon, forsynt med en metallforing, og sement injiseres mellom jordformasjonen og foringsrøret. Deretter utformes perforeringer gjennom forings-rør/sement og i den oljeholdige formasjon, slik at olje tillates å strømme opp til overflaten gjennom et produksjonsrør som på forhånd er anordnet i brønnen, koaksialt med foringsrøret. Blant annen nyttbar informasjon til brukeren, er mengden av olje som produseres. Foruten til ovennevnte produksjonsbrønner kan oppfinnelsen også brukes i de såkalte "injeksjonsbrønner" hvor et høytrykksfluid injiseres i en første brønn, for derved å bringe oljen til å bevege seg i jordformasjon mot en andre nabobrønn som vil bli den oljeproduserende brønn.

Med hensyn til de to ovennevnte brønn-kategorier, har det gjennom årene blitt utviklet forskjellige loggeverktøy og-teknikker for måling av bl.a. fluid-strømningshastighet og/eller volumstrøm. Disse kjente verktøy omfatter en kropp som er sentrert i borehullet og omfatter en strømningsmåler-innretning (så som en propell (spinner)). To familier av slike verktøy er for tiden tilgjengelige. I den første typen måles strømningen gjennom den fulle diameter av borehullveggen eller foringsrøret. I den andre typen, kalt "pakning-strømnings-måler" og vanligvis konstruert for lave strømningshastigheter, ledes strømmen inn i et målerør med redusert diameter ved hjelp av en konusformet pakningsinnretning som er konstruert til å avstenge ringrommet mellom diameteren til verktøyet og borehullveggen eller foringsrøret. Vanlig brukte pakninger er laget enten av en oppblåst stoffpose som er anordnet i en kurv laget av langsgående metallblader, eller av en metallkurv. Eksempler på slike kjente pakninger er beskrevet f. eks. i U.S. patenter 2,649,710; 2,706,406; 3,176,511; 4,552,076; 4,566,317; eller 4,800,752.

Det er viktig at alt fluidet som strømmer i foringsrøret blir ledet inn i målerøret, slik at målingene blir nøyaktige. Med andre ord er tetningene mellom foringsrøret og pakningens bunnendedel avgjørende.

I denne forbindelse er det, som vist i U.S 4.800.752, blitt foreslått å forsyne pakningen med en oppblåsbar slange anordnet ved pakningens bunnende. Slangen blåses opp ved innpumping av fluid, og danner derved en ring.

Fra US 4.441.3 61 er det videre kjent en fremgangsmåte og anordning for detektering og måling av flerfasefluider og bestemmelse av flerfasefluidets densitet, ved hjelp av en densitet-strømningsmåler. Formålene med fremgangsmåten og anordningen ifølge denne publikasjon er imidlertid helt forskjellige fra formålet med foreliggende oppfinnelse som neden-for omtalt, og de problemer foreliggende oppfinnelse tar sikte på å løse er overhodet ikke nevnt eller erkjent i sistnevnte publikasjon, og følgelig heller ikke løsningen.

Selv om ovennevnte kjente paknings-strømningsmålere har virket forholdsvis tilfredsstillende frem til nå, kan de forbedres.

For det første krever den ytterligere, oppblåsbare slangen ved innretningen ifølge US 4.800.752 en pumpe, hvilket gjør verktøyet mer komplisert.

For det annet, ved flerfasestrømning, som er det vanlig-ste tilfellet i et oljeproduserende borehull, vil vannfasen ved utgangen av målerøret, p.g.a tyngdekraften adskilles fra oljefasen og falle ned i ringrummet liggende over pakningen. Følgelig vil pakningens overside (eller nedstrømsside) utsettes for et høyere trykk enn bunnsiden ( eller oppstrømssiden) av samme. Dette er skadelig ettersom det kan føre til at pakningen klapper ned, i det minste lokalt, og derved skaper en betydelig lekkasje i tetningen.

Videre er konstruksjonen av pakningens endedel i berøring med foringsrøret avgjørende. Ettersom pakningen er festet til støttemetallbladene ved denne siste avsluttende del, må den være sterk. Tetningen krever imidlertid at ene delen må være så myk som mulig for å kunne tilpasses foringsrørets form. Disse to motsatte krav fører til et utilfredstillende kompro-miss .

Ifølge ovennstående er det et behov for et logge-strøm-ningsmåleverktøy som er forsynt med en pålitelig tetning mellom pakningen og foringsrøret.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte og et verktøy for utførelse av målinger i forbindelse med strømningen i et borehull, med nøyaktighet, ved hjelp av en forbedret tetning mellom pakningen og borehullet eller foringsrørveggen.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved en fremgangsmåte og et loggeverktøy som angitt i de etterfølgende krav.

De karakteristiske trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå bedre av følgende beskrivelse, ett som ikke-begrensende eks., med henvisning til den medfølgende tegning hvor: Fig. 1 er et skjematisk sideriss av en utføringsform av oppfinnelsen i form av et loggeverktøy opphengt i-en brønn; Fig. 2 er et skjematisk tverrsnitt i større målestokk, av en detalj del ved en utføringsform av oppfinnelsen;

Fig. 3 er et perspektivriss av ventUstempelet

Fig. 4 er et sideriss av dukpose-pakningen med den ringformede tetningsseksjon; .Fig. 5 er en del av et sideriss, i større målestokk, av den ringformdé tetningsseksjon;

Fig. 6 viser en graf over propellens omdreiningishastig-heter i forhold til volumstrømmer.

I fig. 1 er det vist et brønnloggeverktøy 6 0 i samsvar med oppfinnelsen, anordnet i et borehull 61 som har et konven-sjonelt brønn-foringsrør 62 anordnet på innsiden av borehullet. Strømmende fluider,, så som hydrokarboner, er vist ved piler 63 inn og 63 ut, og strømmer gjennom brønnloggeverktøyet 60. Loggeverktøyet 60 omfatter: et hus 64, et målerør 65 innbefattende midler for måling av karakteristika ved fluid-strømmen, hvilket målerør 65 er beliggende innvendig i huset 64, en innretning for tetning av foringsrøret samt for å lede det strømmende fluid inn i huset 64 og nærmere bestemt inn i målerøret 65. Innretningen for tetning og for å lede fluid omfatter en anordning av pakningstype i form av en konusformet pose eller sekk 66 forsynt med en trang ende 66a som er festet til huset og en vid ende 6 6b som kommer til tetningsinngrep med borehullveggen. Pakningsposen 66 er anordnet i en kurv som dannes av et sett langsgående blad 67 som er radielt sammen-foldbar. Bladene 67 er ved begge ender festet til huset 64. Metallbladenes 67 bunnender 70 er festet på en første ring 55 som er forskyvbart montert på et sentralt rør 71. Bladenes 67 to ender 56 er festet på en andre ring 50 som er festet til huset 64. Ringens lengdeforskyvning gjør det mulig enten å åpne pakningspose/blad-settet utad (som vist på fig.l) eller å folde det ned langs verktøyet (f.eks. når verktøyet forskyves fra en målestasjon i borehullet til en annen). Nedstrøms av målerøret 65 omfatter husets 64 åpninger 72 for utstrømning (se piler 63ut) fra målerøret 65 inn i foringsrøret 62.

Måleinnretningen er kjent per se og kan omfatte strøm-ningsmåler, så som en propell, idet det karakteristikum som skal måles er fluidets volumstrøm. Som vanlig innen faget har foringsrøret et antall perforeringer (ikke vist) anordnet rundt sin omkrets og langs sin lengde, gjennom hvilke forma-sjonsfluider strømmer fra borehullet 61 inn i boringsrøret 62.

Flere detaljer vedrørende det generelle arrangement av verktøyet kan finnes i U.S. Patent 4,452,976, og U.S. Patent 4,8 00,752, som begge tilhører søkeren og som er opptatt i denne søknad ved henvisning.

Generelt vil "nedstrøms" og "oppstrøms" være knyttet til det oppadstrømmende fluid i det stort sett vertikale borehull. Videre vil "bunn" og "nedre" på den ene side, og "øvre" og "topp" på den annen side, angi et respektivt sted i forhold til den stort sett vertikale retning i borehullet. Endelig vil "langsgående" betegne borehullets aksiale retning, og " "radielt" vil betegne retningen på tvers av borehullaksen.

Fig. 2 er en del av et tverrsnitt i større målestokk gjennom verktøyet på fig. 1. For klarhetens skyld er metallbladene 67 ikke vist. Det sentrale rør 71 omfatter, i seksjo-nen beliggende innvendig i dukpose-pakningen 66, hull 73 som tillater fluidet (se piler 63inn) å strømme i det sentrale rør 71 som er innrettet på linje med og stær i fluidforbindelse med målerøret 65. En måleanordning såsom en propell 68 som er velkjent innen faget, er anordnet i målerøret 65. Hull 72 er anordnet nedstrøms av propellen 68 i huset 64 for å tillate

fluidet å strømme ut fra målerøret 65, som antydet ved pilene 63ut. Pakningens 66 smale ende 66a er stort sett rundtløpende og er festet ved øvre ende 71a av det sentrale rør 71. Husets 64 ende 64a er i sin tur i inngrep med den øvre ende 71a av det sentrale rør 71.

Ved utgangen av pakningsposen 66 i fluidets strømnings-bane, er det anordnet en hindring i form av en ventil som er konstruert til på kontrollert måte å øke trykket i pakningsposen 66 i forhold til trykket på pakningens utside, d.v.s trykket i fluidet som befinner seg over pakningen. Ventilen er anordnet i nivå med pakningsposens 66 topp, og nedstrøms av målerøret 65. Ventilen omfatter et ventilstempel 80 som er i det vesentlige rundtløpende og forskyvbart montert på en langsgående stang 81. Stangen 81 er festet og sentrert innvendig i målerøret 65 ved hjelp av et boss 82. Bosset 82 er fast festet til målerørets 65 vegg og er slik konstruert at det kan gjennomstrømmes av fluidet. Ventilstempelet 80 har slik form og dimensjoner at det kan samvirke med et ventilsete 83 som er utformet ved øvre ende 71a av det sentrale rør 71. Når stempelet 80 hviler mot ventilsetet 83, stenger det fluidbanen. Ventilsetet 83 kan f. eks. dannes av kanten og enden 71a av det sentrale rør. Nevnte kant av stempelet kan være avfaset mot innsiden. Oppstrømsenden av stempelet 80 utsettes for fluidtrykket i det sentrale røret 71, og dets nedstrømsende utsettes for en forbrenningskaraft fra en trykkfjær 84 som er koaksialt montert i forhold til stangen 81. Fjæren 84 hviler ved sin øvre ende (motsatt stempelet) mot bosset 82.

Som eks. og for å anskueliggjøre oppfinnelsen, kan måle-rørets 65 innvendige diameter være ca. 3,5 cm og ventilstempe-lets 80 diameter kan være ca. 2,8cm.

Ved tilføring av fluidtrykk i det sentrale rør 71, forskyves stempelet 80 i forhold til ventilsetet 83, slik at fluid tillates å strømme fra det sentrale rør 71 mot målerøret 65. Ventilens nærver i fluidbanen fører til en økning av trykket innvendig i pakningen 66. Eksempelvis er trykkøkingen (bare p.g.a. ventilen) i området mellom en brøkdel av psi til noen få psi, f.eks. fra 0,2 til 2 psi (ca 0,014 til 0,14 Kg/cm2) . For en gitt konstruksjon av verktøyet ifølge oppfinnelsen vil trykkøkingen avhenge av volumstrømmen. Fig. 3 er et perspektivriss av ventilstempelet 80 som er laget av et rundtløpende elemnet omfattende et sentrert hull 89 som samvirker med stangen 81. Stempelet 80 har en uthulet del 85 i sitt oppstrømsparti. Med andre ord har den mot strøm-men vendte oppstrømsdel av stempelet en konkav form. Den uthulte del 85 danner en rundtløpende vegg 86 med en kant 87 som er konstruert til samvirke med ventilsetet 83. Denne spesielle konstruksjon av stempelarealet som vender mot strøm-men, i stedet for rund eller plan har til oppgave i størst mulig grad å begrense arealet av stempelet i berøring med strømmen (i dette tilfellet kanten 87) med sikte på å elimine-re eller i det minste å minske, den venturieffekt som ville ha ført til en trykk-kraft på ventilstempelet i en retning motsatt strømmen, d.v.s mot ventilsetet og således hindre strøm-men . Fig.4 og fig. 5 viser et annet rekk ved oppfinnelsen som gir en forbedret tetning mellom pakningen 66 og borehullveggen eller foringsrøret. Pakningsposen 66 må være stort sett ikke-forlengbar i lengderetningen, for motstå trykket på begge sider av denne. Posen er fortrinnsvis laget av en syntetisk duk så som nylon eller polyester. Pakningsposens nederste bunnende (d.v.s. den vide ende 66b) omfatter hull 90 som er konstruert til å samvirke med festemidler (ikke vist) som er anordnet på metallbladene 67. For å oppnå en forbedret tetning mellom pakningsposen 67 og foringsrøret, er det ifølge oppfin nelsen, se fig. 5, på posens 66 bunnendedel 66b anordnet en oppblåsbar ringformet tetningsinnretning som kan blåses opp ved hjelp av fluidet og utelukkende under fluidvirkning. Ved en foretrukket utføringsform er ringtetningen laget ved å feste et rundtløpende dukstykke 91 på pakningsposen 66, fortrinnsvis ved å sy stykkets 91 henholdesvis øvre og nedre omkretser 94, 95 til pakningen. Stykket 91 er fortrinnsvis anordnet på pakningsveggens ytterside, d.v.s. på den side som vender mot borehullveggen. Veggen til posen 6 6 og nevnte stykke 91 danner et rørformet kammer 92 som kommuniserer med fluidet i pakningsposen 66 gjennom åpninger 93 som er utformet i det parti av pakningsposeveggen som er anordnet med hensyn til stykket 91. For at det indre kammer 92 skal kunne ekspandere og således tilpasses foringsrørveggens form, er det rundtløpende stykket 91 konstruert til å ekspandere radielt. I en utføringsform er stykket 91 laget av en duk lik duken til pakningsposen 66 og er festet på samme på en noe foldet måte . Med andre ord har det rundtløpende stykket 91 en diameter som er større en diameteren til posens bunnende (vide ende). Ved tilføring av fluidtrykk vil således fluidet fylle det ringformede kammer 92 gjennom åpningene 93 og kammeret kan ekspandere. Dette trekk gjør at pakningsposen 66 blir i stand til å tilfredstille to motsatte forhold, d.v.s. være motstandsdyktig i lengderetningen og være forholdsvis myk (i det minste i endedelen som er bestemt for berøring med foringsrørveggen) for best mulig å tilpasses foringsrøreveggens form.

Fig. 6 viser grafer over propellhastighet (i omdreininger i sekund) i forhold til fluid-volumstrøm "Q" (i fat per dag; 100 fat er omtrent lik 15,9m3) . Alle de tre viste grafer utgjøres av rette linjer som hver svarer til den samme propell-strømningsmåler 68 utsatt for forskjellige forhold. Hver linje er f.eks. en minste kvadraters linje relatert til et sett punkter som skriver seg fra et gitt forsøk. Linje 1 er propellens referansereaksjon; m.a.o. representerer linje 1 det teoretiske forhold mellom propellhastighet og volumstrøm, dersom propellen tilknyttes en teoretisk perfekt pakning som gir en perfekt tetning (d.v.s uten en hver fluid lekkasje) mellom pakningen og foringsrøret. Jo nærmere referanselinjen linjen som representerer hvor virkelige pakning befinner seg, jo bedre er således tetningen mellom denne pakningen og fo-ringsrøret. Linje 2 svarer til reaksjonen til propellen 68 tilknyttet en kjent pakningstype, f.eks. den som omhandles i U.S. Patent 4,800,752. Linje 3 svarer til reaksjonen til propellen tilknyttet pakningen ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 6 viser markert at pakningen ifølge foreliggende oppfinnelse (i) gir vesentlig bedre tetning enn de kjent pakninger, og (ii) er meget nær referansereaksjonen d.v.s. ingen lekkasje.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for utførelse av målinger relatert til et fluid i et borehull, hvor et loggeverktøy (60) omfattende et hus (64) som innbefatter et målerør utstyrt med måleorganer anbringes i borehullet og fluid avledes til målerøret (65) ved anvendelse av en pakningsinnretning (66),karakterisert vedat den omfatter: avtetting av ringrommet mellom borehullveggen og pakningsinnretningen (66) og ringrommet mellom huset (64) og pakningsinnretningen (66), og øking, ved fluidstrøm-virkning, av trykket i fluidet som befinner seg stort sett oppstrøms for pakningsinnretningen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat pakningsinnretningen (66) forsynes med en traktformet innretning omfattende en vid ende (66b) og en trang ende (66a), og at en hindringsinnretning (80) anordnes i banen til det strømmende fluid, ved, eller nedstrøms for, pakningsinnretningens (66) trange ende (66a) .

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert ved at fluidet avledes til målerøret (65) ved bruk av en pakningsinnretning (66) omfattende en vid ende (6 6b) konstruert til å avtette borehullveggen, og at ringrommet mellom borehullveggen og pakningsinnretningen avtettes ved oppblå-sing, gjennom fluidvirkningen, av en oppblåsbar, ringrom-tetningsinnretning anordnet ved pakningsinnretningens (66) vide ende (66b).

4. Loggeverktøy (60) for utførelse av målinger i en brønn relatert til fluidet i denne, omfattende et hus (64) innbefattende et målerør (65) utstyrt med måleorganer, samt en pakningsinnretning (66) konstruert til å avlede hele fluidstrøm-men inn i målerøret (65),karakterisert vedat det omfatter: en innretning (80) for ved fluidstrøm-virkningen å øke trykket av fluidet som befinner seg stort sett oppstrøms for pakningsinnretningen (66).

5. Verktøy ifølge krav 4,karakterisertved at pakningsinnretningen (66) omfatter en traktinnret-ning omfattende en vid ende (66b) og en trang ende (66a), og at midlene for trykkøkning omfatter en hindringsinnretning (80) som er anordnet på fluidstrømningsbanen, ved, eller nedstrøms for, pakningsinnretningens (66) trange ende (66a).

6. Verktøy ifølge krav 5,karakterisertved et bevegelig element som omfatter et ventilsete (83) og et ventUstempel (80) som er forskyvbart montert langs en fast langsgående stang (81) hvilket ventilstempel er uthult i sitt parti som vender mot ventilsetet.

7. Loggeverktøy (60) for utførelse av målinger i et borehull relatert til fluidet i dette, med et målerør (65) utstyrt med en måleinnretning (65),karakterisert vedat den omfatter: en pakningsinnretning (66) som er konstruert til å avlede hele fluidstrømmen inn i målerøret (65) og hvilken pakningsinnretning omfatter en vid ende (66b) innrettet til å avtette mot borehullveggen, og en ringrom-tetningsinnretning som er innrettet til å oppblåses under fluidvirkningen og anordnet ved den brede ende for derved å forbedre tetningen av ringrommet .

8. Verktøy ifølge krav 7,karakterisertved at pakningsinnretningen (66) omfatter en konusformet pose, og at den oppblåsbare, ringformede tetningsinnretning omfatter to rundtløpende deler, som vender mot hverandre, og som er festet langs sine øvre og nedre omkretser (94, 95) slik at de danner et rørformet kammer (92) som står i forbindelse med fluidstrømmen og er innrettet til å ekspandere radielt ved tilføring av fluidtrykk og samtidig er stort sett utforlengbar i lengderetningen.

9. Verktøy ifølge krav 7,karakterisertved at pakningsinnretningen (66) er laget av et fleksibelt, men i lengderetningen stort sett uforlengbart materiale, såsom duk, og at den ringformede tetningsinnretning omfatter et rundtløpende stykke som er festet på posens endeparti ved dens øvre og nedre omkretser, og innrettet til å ekspandere ved tilføring av fluidtrykk stort sett i radial retning.

10. Verktøy ifølge krav 9,karakterisertved at det rundtløpende stykke er laget av et fleksibelt, men i lengderetningen stort sett uforlengbart materiale, og er løst festet på posen for å tillate radiell ekspansjon.