NO303947B1 - Loggeinstrument - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et loggeinstrument, og særlig for brønnlogging hvor det ønskes å fastlegge verdien av strømningshastigheten for et fluid og/eller sammensetningen av flere fluider som foreligger i borehullet i en brønn. Instrumentet i henhold til foreliggende oppfinnelse føres inn i og ut av borehullet og føres herunder gjerne av et kveilbart rør som rommer en kabel av flerleder-typen.

Det er ofte nødvendig å evaluere typen av et fluid og fluidhastigheten for en strøm som kommer inn i et borehull ved ulike intervaller, for derved å evaluere et reservoars yteevne. Publikasjonen: "Production Logging - The Key toOptimum Well Performance" av R.T. Wade med flere, i Journal of Petroleum Technology, februar 1965, utgitt av Society of Petroleum Engineers, Richardson, Texas; beskriver en kombinasjon av en oppblåsbar pakning og en strømningsmåler for å evaluere strømmen av fluider i et borehull ved valgte pro-duks jonsintervaller fra et reservoar. Denne type av brønn-loggingsutstyr gjør bruk av fluidet i borehullet for å blåse opp en ballong slik at en sone i borehullet avsteng-es, hvorved fluid strømmer derfra, og fluidtettheten måles av egnede instrumenter som er tilforordnet pakningen. En strømningsmåler av turbintypen eller rotasjonstypen benyttes på grunn av de store variasjoner av forholdet mellom væske og gass som foreligger i fluider i slike borehull, og også på grunn av forekomster av slipende materialer som føres med gjennom borehullet av fluidet.

Anvendelse av fluid som forekommer i borehullet for å blåse opp et avstengende pakningselement, kan være uheldig på grunn av mengden av forurensninger eller abrasive materialer som kommer inn sammen med fluidene og ofte også på grunn av sammensetningen av selve fluidet i borehullet. Videre kan det lett forekomme skader på en fullstendig ned-dykket strømningsmåler i et loggeinstrument i en produk-sjonsbrønn under innføring og fjerning av instrumentet i utboringen, eller dersom man mister styringen med strømmen av fluid i borehullet gjennom loggeinstrumentet.

Utviklingen av kveilbare rørstrenger hvori en flerleder eller kabel er anbragt og gjennom hvilke styrings-fluider kan pumpes, medfører visse fordeler ved drift av utstyr og instrumenter som befinner seg nede i borehullet. US-patent nr. 4.685.516 beskriver enkelte trekk ved et forbedret, kveilbart rørsystem for drift av verktøy nede i borehullet, slik som f.eks. loggeanordninger. US-patent nr. 4.787.446 beskriver en oppblåsbar pakning samt en styringsanordning for kontroll av fluidstrømmen, tilpasset for bruk sammen med kveilbare rørsystemer med gjennomløp-ende flerlederkabel. Foreliggende oppfinnelse tar i bruk visse trekk ved det forbedrede utstyr som er beskrevet i de ovennevnte patenter og tilveiebringer derved et unikt loggeinstrument for produksjon i kombinasjon med en pakning som betjenes av fluidet og styringssignaler som sendes gjennom et kveilet rør kombinert med en kabel, generelt på den måte som er beskrevet i US-patent nr. 4.685.516.

Foreliggende oppfinnelse angår et forbedret loggeinstrument, innrettet for innføring i et brønnhull ved enden av en langstrakt, fleksibel rørstreng for å lede et trykkfluid til loggeinstrumentet som omfatter et hus som innbefatter koblingsanordninger for å koble instrumentet til rørstrengen samt en første kanal i huset innrettet for mottaging av trykkfluid fra rørstrengen; en ekspanderbar pakning som er innrettet til å påvirkes av fluidtrykk og er montert på instrumentet, hvilken pakning omfatter en fleksibel hylse som danner et kammer, og andre kanaler i huset, innrettet for føring av brønnhullfluider fra et første hulrom i brønnhullet til et andre rom i brønnhullet, avgrenset av en sidevegg.

I henhold til et viktig trekk ved foreliggende oppfinnelse er loggeinstrumentet dessuten forsynt med en første ventil innrettet for styring av strømmen av trykkfluid inn i kammeret fra rørstrengen for å bevirke at pakningen danner en forsegling mellom det første hulrom og det andre hulrom i brønnhullet; en andre ventil for å lede trykkfluidet bort fra kammeret for derved å bevirke en sammentrekning av den ekspanderbare pakning bort fra forseglende inngrep med sideveggen; en stengeventil anbragt i de andre kanaler for styring av strømmen av brønnfluid gjennom instrumentet; en strømmåler for å måle strømnings-hastigheten av brønnfluid fra det første hulrom til det andre hulrom gjennom de andre kanaler og en måleanordning for å måle sammensetningen av fluidet som strømmer fra det første hulrom til det andre hulrom gjennom de andre kanaler.

Øvrige trekk ved oppfinnelsen fremgår av de nedenfor fremsatte krav.

De ovennevnte fordeler og ytterligere trekk ved foreliggende oppfinnelse sammen med andre trekk som inngår i oppfinnelsen, vil bli ytterligere forklart i nedenstående detaljerte beskrivelse og de ledsagende tegninger hvor: Fig. 1 på skjematisk måte viser systemet for foreliggende oppfinnelse omfattende en injiseringsenhet for et oppkveilet rør eller rørstreng, hvilken enhet arbeider sammen med en måleanordning for fluidstrømmen, eller et loggeinstrument for pro-duksjonen,

fig. 2 viser et oppriss av loggeinstrumentet i henhold til foreliggende oppfinnelse, delvis gjennom-skåret for å vise visse trekk ved anordningen, og fig. 3 viser et detaljert snitt av en modifikasjon av avstengningsventilen for strømmen i borehullet, samt en aktuator eller påvirkningsanordning for instrumentet i henhold til foreliggende oppfinnelse .

I beskrivelsen som følger er like deler angitt med samme referansenummer gjennom alle tegningene og beskrivelsen. Tegningene er vist i en noe skjematisk form av hensyn til klarhet og forståelse.

I figur 1 er det vist et borehull 10 som trenger gjennom en bergformasjon 12 og er utformet i overensstem-melse med konvensjonell praksis innen ojle- og gassindu-strien. Borehullet 10 innbefatter en foring 14 som strekker seg opp til et brønnhode 16 med en egnet utblåsnings-sikring (UBIS) (blow-out preventer) 18 samt en kabelkjør-ingssluse 2 0 anbragt derpå. Et kveilbart, metallisk rør eller rørstreng 22 strekker seg gjennom brønnhodet 16 ned i borehullet 10 og er koblet til et unikt, måle- eller loggeinstrument for fluidstrøm eller produksjon, med den gene-relle betegnelse 24. Rørstrengen 22 blir innført i og senere hentet opp fra borehullet 10 ved hjelp av en injek-tor 26 for det kveilede rør, og denne enheten som kan være av konvensjonell konstruksjon, er tilpasset for å tilføre en flerleder elektrisk kabel gjennom produksjonsrøret 22 som angitt i figur 2 og vist ved tallhenvisning 30.

Kabelen 30 kan på egnet måte forbindes med en styrings-og informasjonsmottager 32 ved hjelp av en leder 34under utnyttelse av strukturer tilknyttet injektoren for det kveilede rør nærmere beskrevet i US-patent nr. 4.685.516. På tilsvarende måte kan trykkfluid injiseres i produksjonsrøret 22 ved hjelp av et rør 3 6 som vist i figur1, hvilket rør er tilforordnet injektoren for det kveilede rør og det tilhørende opptakshjul 27 for røret. Struktur-elle detaljer for forbindelsen mellom lederen 36 og røret 22 er også beskrevet i US-patent nr. 4.685.516, som et eksempel. Her er det tilstrekkelig å påpeke at trykkfluid kan injiseres i røret 22 for drift av visse apparater tilforordnet instrumentet 24, mens styrings- og informa-sjonssignaler kan overføres gjennom kabelen 30 mellom mottageren 32 og instrumentet 24.

Som videre illustrert i figur 1 omfatter instrumentet 24 en pakning 38 med forseglingsorgan 4 0 som er påvirkbart av fluidtrykk og som omfatter en fleksibel hylse innrettet til å forsegle et hulrom 11 i borehullet 10 slik at fluid ikke kan sendes direkte oppover gjennom borehullet og inn i hulrommet 13. Pakningen 38 er innrettet til å føre en strøm fra borehullet fra hulrommet 11 gjennom instrumentet 24, før den kommer inn i produksjonsrommet 13 gjennom brønn-hodet og rørforbindelse 17, slik at strømningshastigheten til fluidet som kommer inn i borehullet fra visse soner av formasjonen 12 kan fastlegges, likevel som sammensetningen av fluidet som frembringes i borehullrommet 11 fra slike soner. For dette formål innbefatter instrumentet 24 ved seksjon 44 en strømningsmåler for fluid, som vil bli nærmere beskrevet, sammen med en seksjon 4 6 for analyse av visse karakteristika slik som sammensetningen av borehull-fluidet. Instrumentet 24 innbefatter videre en seksjon 48 som kan inneholde bestemte styrings- og informasjons-håndterende-enheter samt lagrings-enheter for drift av de ulike komponenter i instrumentet 24. En endeovergang 47 er utstyrt med en konvensjonell sentreringsmekanisme for sentrering av instrumentet 24 i borehullet 10. Fagfolk innenfor dette området vil verdsette at instrumentet 24 kan senkes ned i borehullet10 ved hjelp av kveilerøret 22 og anbringes ved flere valgte posisjoner i borehullet etter-fulgt av påvirkning av pakningen 3 8 for derved å oppnå forseglende inngrep med veggen 15 i borehullet, slik at stemningskarakteristikken og sammensetningen av fluidet kan måles ved valgte intervaller i formasjonen 12.

Det vises nå til figur 2 som angir flere detaljer ved instrumentet 24 med pakningen 38 vist i påvirket eller forseglende tilstand for forseglingsorganet 40. Instrumentet 24 innbefatter et øvre konnektorhode 50 som er forbundet med den nedre, mest fjerntliggende ende av røret 22 og er forsynt med fiskehalsform for opphenting av instrumentet 24 ved den usannsynlige handling at røret skal adskilles fra instrumentet nede i borehullet. Røret 22 avsluttes inne i hodet 50 og åpner seg inn i en innvendig passasje 52 som står i forbindelse med et rør eller en passasje 54 som strekker seg inn i instrumentet 24 gjennom seksjonen 48 til pakningen 38, og inne i pakningen til en styringsventil 56. Ventilen 56 kan fjernstyres for å føre trykkfluid fra røret 22 gjennom passasjene 52 og 54 til et kammer 58 som er tildannet mellom et hovedsakelig sylindrisk hus 60for pakningen 38 og det fleksible forseglingsorgan 40. Ved en foretrukken utførelse av foreliggende oppfinnelse, og i likhet med konstruksjonen som er vist for pakningen beskrevet i US-patent nr. 4.787.446, omfatter organet 40 en rørformet hylse av elastomert materiale anbragt rundt det ytre av huset 60 slik at den står i forbindelse med dette, og avgrenser kammeret 58 mellom seg selv og det ytre av huset 60. Den ene enden av hylsen 40 er sikret mot huset 60 ved hjelp av en egnet klemmeanordning 62, mens den andre enden av hylsen på egnet måte er festet til et glidende ring- eller et stempelorgan 64. En spiralfjær 66 er anbragt rundt huset 60 og kan betjenes for å tvinge stempelet 64 til å påvirke hylsen 4 0 slik at den trekker seg bort fra inngrep med veggoverflaten 15 for huset 14.

Som det videre er vist i figur 2 står kammeret 58 også i forbindelse med passasjen 70 som er tildannet i huset 60, hvilken passasje har innsatt i seg en fjernstyrt ventil 72 for kommunisering mellom kammeret 58 og hulrommet 13. Ventilene 56 og 72 kan på egnet måte være styrt av fjernt liggende, styrbare drivorganer, ikke vist på figuren, og disse kan ha en lignende konstruksjon og arbeidsmåte som aktuatorer vist for ventilen beskrevet i forbindelse med apparatet i US-patent nr. 4.787.446. Ventilene 56 og 72 kan være utformet som et ventilelement med flere posisjoner som omtalt i ovennevnte patent.

Strømningsmålerseksjonen 44 innbefatter, fortsatt under henvisning til figur 2, en strømningspassasje 82 som er tildannet i denne og som åpner seg inn i hulrommet11og står i kommunikasjon med en sentral passasje 84 utformet i måleseksjonen 46. Passasjen 84 står i sin tur i kommunikasjon med en sentral passasje 86 som er utformet i pakningen98og som åpner seg inn i en utløpspassasje 88 ved et ven-tilsete 90 til en avstengnings vent il som også kan være utformet i huset 60. Passasjen 88 åpner seg inn mot rommet13for å videresende borehullfluid fra hulrommet 11 ved hjelp av passasjene 82, 84 og 86. Under bestemte driftsfor-hold for instrumentet 24, er det ønskelig å stenge av strømmen av fluid gjennom passasjene 82, 84 og 86 ved å lukke en avstengningsventil 92 som er tilpasset for sam-virke med ventilsetet 90 og som kan betjenes slik at den beveges mellom en åpen og en lukket posisjon, av et egnet, fjernstyrt aktuator 94. Aktuatoren 94 kan være av en type som betjenes elektrisk eller av et trykkfluid, og en alternativ utførelse av aktuatoren 94 vil bli beskrevet i sam-band med figur 3.

Strømningsmålerseksjonen 44 er forsynt med en egnet

strømningsmåler som kan være av turbin- eller propelltypen og er vist ved henvisningstall 95, for måling av den totale strøm av den sammensatte fluidstrømmen som frembringes fra hulrommet 11. Strømningsmåleren 95 kan ha en konvensjonell utførelse i likhet med hva som er beskrevet i publikasjonen"Production Logging - The Key to Optimum Well Performance" som også er nevnt ovenfor. Etter at fluidet passerer gjennom strømmålerseksjonen 44, ankommer den til måleseksjonen 4 6 som kan være særpreget av et lederelement 98 som strekker seg gjennom passasjen 84 og omfatter en bølgeleder for transmisjon av mikrobølger hvorved transmisjonsevnen for mikrobølgeenergi gjennom måleseksjonen 46 kan være korre-lert med sammensetningen av fluidstrømmen. Alternativt kan

det være tilveiebragt en måler for å bestemme sammensetningen av et fluid eller en såkalt snittmåler for vann, av en type som måler dielektrisitetkonstanten for fluidet, idet dette flyter gjennom måleseksjonen 46.

Målesekjsonen 46 kan være oppbygget i likhet med enheten av samme navn i US-patent nr. 4.862.060 gitt 29. august 1989 (Bentley N. Scott med flere). Måleseksjonen 46 kan innbefatte ytterligere måleutstyr for å bestemme egenskaper ved fluidet, disse måleutstyr er imidlertid ikke vist, men kan innbefatte en tetthetsmåler av typen omtalt i ovennevnte publikasjon fra Society of Petroleum Engineers. Signaler som genereres av måleseksjonene 44 og 46 kan overføres til en egnet styringsmodul 49 anbragt i instrument seksjonen 48 for opptegning av informasjon som angår strømningskarakteristikker og egenskaper for fluidet som passerer gjennom passasjene 82, 84 og 86. Dessuten kan egnede signaler overføres fra modulen 49 til aktuatoren 94 for å betjene ventilen 92 på automatisk måte slik at den vil lukkes under ekstremt høye strømningsbetingelser. Ventilen 92 kan også betjenes direkte og på ønsket måte, av signaler overført fra styringsenhet 32.

Det antas at instrumentet 24 og driften av denne forstås av fagfolk innenfor dette området ved hjelp av foregående beskrivelse. Kort forklart vil imidlertid, når det er ønskelig å måle strømningskarakteristikkene og/eller visse egenskaper for fluidene som produseres inne i borehullet 10, instrumentet 24 innføres i borehullet og for-flyttes til et ønsket sted mens den er forbundet med røret 22 når dette avspoles fra og påny spoles opp på injektoren

2 6 på kjent måte. Når instrumentet 24 sendes gjennom for-ingsrøret 14, befinner pakningshylsen 4 0 seg i en tilbaketrukket posisjon hvori den er trukket bort fra overflaten 15 til veggen i borehullet, slik at det tillates en fri bevegelse av anordningen i borehullet. Under bevegelse av instrumentet 24 er det vanligvis ønskelig å hindre at fluid flyter gjennom passasjene 82, 84 og 86, og følgelig kan avstengningsventilen 92 være påvirket slik at den befinner seg i en lukket tilstand i inngrep med ventilsetet 90. Kammeret 58 tømmes ved åpning av ventilen 72slik at det tillates at fluid strømmer ut fra kammeret58til borehull et når det ønskes å trekke forseglingsorganet 40 bort fra veggen til foringsrøret. Forseglingsorganet 40 befinner seg i utgangspunktet i en tilbaketrukket posisjon når instrumentet 24 føres inn i borehullet.

Når instrumentet 24 er beveget til en ønsket posisjon i borehullet, lukkes ventilen 72 og ventilen 56 åpnes mens trykkfluid pumpes gjennom produksjonsrøret 22 for å bevirke utspenning eller oppblåsing av pakningen 40, slik at det trer i effektivt, forseglende inngrep med veggen til for-ingsrøret, hvorved rommet 11 i borehullet hindres fra direkte kommunikasjon med rommet 13, mens fluidstrømmen gjennom borehull 10 fra det ønskede intervall i formasjonen12som skal måles, nødvendigvis må passere gjennom passasjene 82, 84 og 86 såsnart ventilen 92 er blitt åpnet. Når det er ønskelig å bevege instrumentet 24, blir ventilen 56 lukket og ventil 72 åpnet for å tillate utstrømning av fluid fra kammeret 58 og tilbaketrekning av pakningen 40 under trykkpåvirkning fra fjæren 66. Takket være tilførsel av fluid fra røret 22 kan trykket i kammeret 58 enkelt kontrolleres og en ren, uforurenset væske eller gass kan benyttes for styring av driften av pakningen 38. Dessuten kan signalene som genereres av strømningsmålerseksjonen 44 og måleseksjonen 46 overføres til modulen 49 eller videre-sendes direkte til lederene i kabelen 3 0 for overføring til styrings- og informasjonsmottågeren 32 ved jordoverflaten.

Det vises nå til figur 3 hvor en alternativ utførelse av et påvirkningsarrangement for avstengningsventilen92er vist. I utførelsen i figur 3 er huset 60 for pakningen 38 modifisert slik at det tilveiebringes et drivorgan 100 som omfatter et stempel 102 som befinner seg i et kammer 104 og er forbundet med en påvirkningsstang 106 for lukningsorgan 92. En modifisert passasje 54 er koblet til et grenrør 55 som munner ut i kammeret 104. Styringsventilen 56 er plas-sert innvendig i passasjen 54 mellom avgreningen 55 og kammeret 52 (fig. 2), hvorfra den mottar trykkfluid fra røret 22.

Ved utførelsen vist i figur 3 er avstengsningsventil92på egnet måte forspent til sin lukkede posisjon ved hjelp av f.eks. en fjær 107 som virker på stempelet 102, og stempelet reagerer på innføring av trykkfluid i kammeret 104 med å bevirke en bevegelse av ventilen 92 til dens åpne posisjon som svar på introduksjon av trykkfluid i kammeret 58. Følgelig blir, med det modifiserte arrangement i henhold til figur 3, avstengningsventilen 92 automatisk påvirket til å gå til sin åpne tilstand som svar på aktivi-sering av forseglingsorganet 40 for å danne en fluidtett forsegling i borehullet, og ventilen lukkes når pakningen 38 trekkes tilbake. Ventilen 92 kan også være fluidbetjent og styrt uavhengig, f.eks. ved plassering av en styringsventil i avgreningen 55.

Et brønnloggingsinstrument for en produksjonsbrønn kan i henhold til foreliggende oppfinnelse bli konstruert ved bruk av flere komponenter som allerede er kommersielt til-gjengelige og ved bruk av konstruksjonsmaterialer som normalt benyttes for brønnloggingsutstyr.

Claims (3)

1. Loggeinstrument (24) innrettet for innføring i et brønnhull (10) ved enden av en langstrakt, fleksibel rør-streng (22) for å lede et trykkfluid til loggeinstrumentet (24) som omfatter: et hus (60) som innbefatter koblingsanordninger for å koble instrumentet (24) til rørstrengen (22) samt en første kanal (70) i huset (60) innrettet for mottaging av trykkfluid fra rørstrengen (22) ; en ekspanderbar pakning (38) som er innrettet til å påvirkes av fluidtrykk og er montert på instrumentet (24), hvilken pakning (38) omfatter en fleksibel hylse (40) som danner et kammer (58) , og andre kanaler (82,84,86) i huset (60), innrettet for føring av brønnhullfluider fra et første hulrom (11) i brønnhullet (10) til et andre rom (13) i brønnhullet (10), avgrenset av en sidevegg (15) ;karakterisert vedat instrumentet (24) dessuten omfatter: en første ventil (56) innrettet for styring av strøm-men av trykkfluid inn i kammeret (58) fra rørstrengen (22) for å bevirke at pakningen (38) danner en forsegling mellom det første hulrom (11) og det andre hulrom (13) i brønn-hullet (10) ; en andre ventil (72) for å lede trykkfluidet bort fra kammeret (58) for derved å bevirke en sammentrekning av den ekspanderbare pakning (3 8) bort fra forseglende inngrep med sideveggen (15); en stengeventil (92) anbragt i de andre kanaler (82,84,86) for styring av strømmen av brønnfluid gjennom instrumentet (24) ; en strømmåler (95) for å måle strømningshastigheten av brønnfluid fra det første hulrom (11) til det andre hulrom (13) gjennom de andre kanaler (82,84,86), og en måleanordning (46) for å måle sammensetningen av fluidet som strømmer fra det første hulrom (11) til det andre hulrom (13) gjennom de andre kanaler (82,84,86).

2. Loggeinstrument ifølge krav l,karakterisert vedat det omfatter: en aktuator (100) innbefattet drivorganer (102,104,106) som reagerer på tilførsel av trykkfluid fra rørstrengen (22) til kammeret (58) med å bevege stenge-ventilen (92) fra en første lukket posisjon til en andre åpen posisjon for å tillate strøm av brønnfluid gjennom de andre kanaler (82,84,86).

3. Instrument ifølge krav 1, karakterisert vedat: den fleksible hylse (40) er anbragt omkring huset (60) og sammen med dette utgjør det nevnte kammer (58), idet hylsen (40) er innrettet til å reagere på innføringen av trykkfluid i kammeret (58) med å ekspandere radielt henimot veggen (15) til brønnhullet (10) for derved å danne en praktisk talt tett forsegling i brønnhullet (10) mellom det første (11) og det andre hulrommet (13).