NO324201B1

NO324201B1 - Dobbeltsender-strømningsmåler med multikapasitans

Info

Publication number: NO324201B1
Application number: NO20002063A
Authority: NO
Inventors: Richard J Kostelnicek; Peter W Reittinger
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 2000-04-18
Publication date: 2007-09-10
Also published as: GB0009916D0; NO20002063D0; CA2306059A1; US6272915B1; NO20002063L; GB2349227A; GB2349227B

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører nedhulls evaluering av formasjonsfluider som produseres i et borehull. Mer spesielt angår oppfinnelsen et apparat og en fremgangsmåte for evaluering i sann tid av flerfasestrømninger i borehull som skjelner mellom kapasitive og konduktive fluider ved å eksitere fluidene med forskjellige sendere.

Borehull blir boret ned i geologiske formasjoner for å produsere hydrokarbonfluider fra undergrunnsreservoarer. Formasjonsfluidene blir produsert ved vekslende strømnings-hastigheter og omfatter varierende blandinger av hydrokarboner og vann. Effektiv produksjon av hydrokarboner krever informasjon vedrørende produksjonsstrømningshastighetene fra spesielle steder i borehullet, og den vannmengde som produseres sammen med hydrokarbonfluidene. Produksjonslogge-anordninger måler den øyeblikkelige relative kvantitet (eng: "holdup", fyllingsmengde) og øyeblikkshastigheten til formasjonsfluidene i borehullet som en funksjon av tid og posisjon i borehullet.

Loggesonder er blitt brukt med kapasitanssensorer til å evaluere formasjonsfluider nede i borehull. En kapasitanssensor omfatter en senderelektrode og en detektorelektrode orientert i en valgt geometri. Kapasitanssensorer måler små endringer i materialer, som vanligvis er et resultat av uren-heter i materialene. Hvis to kapasitanssensorer er atskilt med en kjent avstand og sensorenes responser overfor for-styrrelser i et flytende medium kan korreleres, kan mediets hastighet beregnes. I tillegg er størrelsen av den elektriske strøm som flyter fra senderen til detektoren proporsjonal med den elektriske admittansen til det medium som opptar volumet mellom disse elektrodene. Fordi hydrokarboner i det vesent-lige er ikke-ledende og har en elektrisk permittivitet to ganger permittiviteten i luft, har hydrokarboner en meget lav admittans, som spesielt forverres ved lave målefrekvenser. Vann produsert i reservoaret er derimot minst moderat saltholdig og har en tilsvarende høy admittans.

Ved produksjonslogging av formasjonsfluider kan den elektriske admittansen til formasjonsfluidene variere mer enn seks størrelsesordener. Selv om det er blitt foreslått verk-tøy for å måle fluidhastigheter og fyllingsmengder med grupper av kapasitanssensorer, oppviser slike systemer ikke tilfredsstillende ytelse som produksjonsloggingsverktøy.

En fremgangsmåte og et apparat for måling av flerfase-egenskaper med en gruppe av kapasitanssensorer ble beskrevet i EP-søknad nr. 0 510 774 A2 søkt av DenBoer, hvor et antall kondensatorer ble anbrakt vertikalt i en rørledning ved å anbringe en enkelt elektrode på en side av fluidprøven, og en segmentert elektrode på den annen side av fluidet. Høyere anbrakte elektrodesegmenter identifiserte fluidnivået i rørledningen, og de lavest anbrakte elektrodesegmenter målte væskens impedans. Andelen av vann i den væskefylte del av rørledningen ble bestemt ved beregning av den effektive dielektrisitetskonstant for fluidet fra kondensatorimpedans-målingen, og ble basert på det teoretiske forhold mellom den effektive dielektrisitetskonstanten til en olje/vann-blanding og oljeandelen i vannet.

Dette systemet er ikke effektivt som produksjonslogge-verktøy fordi kåpasitanssensorene har en meget høy inngangsimpedans og er følsomme for strøkapasitans. Når et verktøy-legeme av metall og en kapasitanssensor er neddykket i et elektrisk ledende fluid vil det være strøkapasitans mellom sensoren og elektronikken til verktøyet. For et produksjons-loggeverktøy som må operere nede i et borehull, er det vanskelig å eliminere strøkapasitans mellom verktøyets elektronikk og metalliske verktøyhus.

Sensorgrupper nede i et borehull er blitt konstruert for å måle hastigheten og fyllingsgraden til fluidbestanddeler i et strømmende flerfasefluid, men en enkelt sensor tilveiebringer ikke stabile og nøyaktige resultater for både elektrisk ledende og ikke-ledende fluider. For en vekselstrøm ved en valgt frekvens er fluidets elektriske admittans en funksjon av konduktiviteten, permittiviteten og fluidets geometri. Admittans omfatter den resiproke verdi av impedans og blir målt som et forhold mellom strøm og spenning. Ved frekvenser lavere enn 10 megahertz (MHz) omfatter admittansen til moderat saltholdig vann hovedsakelig en konduktans og admittansen til olje og gass som hovedsakelig utgjør en kapasitans. Ved disse laveste frekvensene er den konduktive admittansen til vann som befinner seg i et borehull, vanligvis mange størrelsesordener større enn den kapasitive admittansen til olje og gass, og oljens kapasitans er bare to ganger admittansen til gass. Størrelsen av den strøm som detekteres av en sensor, vil være proporsjonal med størrelsen av fluidets elektriske admittans mellom en senderelektrode og sensoren. En enkelt sensor som overspenner admittansområdet i de fluider som er av interesse, vil følgelig ha en begrenset

oppløsning.

US-patent nr. 5,736,637, utstedt til Evans m.fl. (1998), beskriver et system for evaluering av f.lerfasestrøm nede i et borehull ved hjelp av et produksjonsloggeverktøy. En gruppe med kapasitanssensorer ble kombinert med en gruppe med konduktivitetssensorer, og de innbyrdes eksklusive utganger ble multiplekset. Dette konseptet fordobler det antall sensorer og det rom som er nødvendig for å romme måle-elektronikken. Konstruksjonen av et slikt system er vanskelig å utføre i loggeverktøy som er små nok til å bli ført gjennom et borehull. I tillegg skaper konstruksjonen av konduktans-sensorer i nærheten av kapasitanssensorer uunngåelig strø-kapasitanser som vil forringe kåpasitansmålingen.

US-patent nr. 5,095,758, utstedt til Cox m.fl. (1992), beskriver et system og en fremgangsmåte for overvåking av et flerfasefluidstrøm i et borehull for petroleumsproduksjon.

Det er derfor et behov for en forbedret nedhulls sensor som effektivt frembringer en stabil og nøyaktig flerfase-fluidevaluering i et borehull når fluidkonduktiviteten og strømningshastigheten forandrer seg. Systemet bør tilveiebringe målinger med høy oppløsning under gjennomkjøring mellom de smale begrensningene til et borehull, og bør motstå høye temperaturer og trykk i borehullet.

Oppfinnelsen tilveiebringer et apparat og en fremgangsmåte for evaluering av flerfasefluid nede i et borehull. Apparatet omfatter et hus som kan innføres i borehullet ved en ønsket posisjon i borehullet, en ohmsk senderelektrode i kontakt med fluidet og som har en lav utgangsadmittans, en kapasitiv senderelektrode i kontakt med fluidet og som har en høy utgangsadmittans, en detektorelektrode i kontakt med fluidet som har en høy inngangsimpedans. En generator er anordnet i forbindelse med huset og med den ohmske senderelektrode og med den kapasitive senderelektrode for selektivt å lade senderelektrodene med elektriske ladninger, og en styreanordning er forbundet med generatoren og med detektorelektroden for å bestemme de elektriske ladninger som sendes fra generatoren til den ohmske senderelektrode og til den kapasitive senderelektrode, for å bestemme de elektriske ladninger som detekteres av detektorelektroden, og for å evaluere flerfasefluidet basert på disse elektriske ladningene.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter de trinn å anbringe et hus i et borehull, å anbringe en ohmsk senderelektrode og en kapasitiv senderelektrode og en detektorelektrode i kontakt med fluidet, og sørge for at fluidet strømmer gjennom huskammeret, selektivt å tilveiebringe elektrisitet til den ohmske senderelektrode og til den kapasitive senderelektrode, å operere detektorelektroden til å detektere elektrisitet overført gjennom fluidet ved hjelp av senderelektrodene, og å operere en styreanordning for å bestemme den elektrisitet som overføres til fluidet av den ohmske senderelektrode og av den kapasitive senderelektrode, for å bestemme den elektrisitet som detekteres av detektorelektroden og for å evaluere flerfasefluidet. Styre-anordningen kan opereres for å bestemme fluidets strømnings-hastighet mellom elektrodene og for å bestemme fluidets sammensetning.

Det vises til de vedføyde tegninger, hvor:

Fig. 1 illustrerer et blokkskjema over et verktøy for flerfaseevaluering med en ohmsk senderelektrode, en kapasitiv senderelektrode og en detektorelektrode; Fig. 2 illustrerer kvadratur-utganger i ikke-ledende fluider som en funksjon av fluidets dielektrisitets-kons tant; Fig. 3 illustrerer i-fase-utgangen i ikke-ledende fluider som en funksjon av fluidets dielektrisitetskonstant; Fig. 4 illustrerer i-fase-utgangen i ledende fluider som en funksjon av andelen av det sensorareal som dekkes med ledende vann; og Fig. 5 illustrerer en skjerm mellom en ohmsk elektrode og en detektorelektrode.

Oppfinnelsen tilveiebringer et system for måling av strømningshastighetene til et flerfasefluid i et borehull ved å evaluere den relative admittansen til et strømmende fluid. Oppfinnelsen løser problemet med begrenset oppløsning i de tidligere kjente sensorer ved å detektere elektriske ladninger fra to distinkte sendere som opererer gjennom forskjellige overføringsverdier. Forekomsten av hovedsakelig ikke-ledende hydrokarboner slik som olje og gass, blir hovedsakelig detektert ved hjelp av en kapasitiv elektrode i par med en detektorelektrode, og forekomsten av ledende vann blir hovedsakelig detektert fra en ohmsk senderelektrode i par med en detektorelektrode.

Fig. 1 illustrerer en skjematisk skisse av en utførel-ses form av oppfinnelsen. Huset 10 er elektrisk ledende og kan være utformet for å omslutte andre komponenter, som beskrevet nedenfor. Huset 10 er anbrakt i et foret eller uforet borehull i kontakt med formasjonsfluidet 12, og kan være anordnet inne i en vertikal, hellende, eller horisontal borehulls-seksjon. Jorden 14 representerer det elektriske potensialet til formasjonsfluidene 12, og dette potensial blir overført til huset 10 gjennom direkte kontakt med formasjonsfluidene 12. Huset 10 omslutter et forseglet, indre rom definert som et atmosfærisk hulrom 15 som kan inneholde forskjellig elektronikk ved atmosfæretrykk. Trykket til formasjonsfluidene 12 vil vanligvis overstige trykket i det atmosfæriske hulrom 15 med en betydelig størrelse.

Vekselstrømgeneratoren 18 (AC-generatoren) kan være anordnet i det atmosfæriske hulrom 15 for å tilveiebringe en elektrisk vekselstrøm med signaljord 20. Som vist på fig. 1 blir en del av AC-strømmen ledet direkte til en buffer-forsterker 22, og resten av strømmen blir forsinket med en fjerdedel av en periode, eller 90°, ved hjelp av en fase-forsinkelseskrets 24 før strømmen blir sendt til bufferforsterkeren 26. Utgangen fra forsterkeren 22 er veksel-strømskoblet til huset 10 gjennom en meget lav elektrisk impedans 28 og blir overført til den ohmske senderelektrode 30. Som representative eksempler kan frekvensen til veksel-strømmen omfatte 66,4 kHz, den lave impedansen 28 kan omfatte en kondensator på 2 mikrofarad, og størrelsen av veksel-strømssignalet kan omfatte omkring 1 volt. Den ohmske senderelektrode 30 er i kontakt med formasjonsfluidene 12 for å overføre den elektriske vekselstrømsladning til fluidene 12.

Den ohmske senderelektrode 30 omfatter et elektrisk ledende materiale i direkte kontakt med borehullsfluidene 12. Vekselstrømmen flyter mellom den ohmske senderelektrode 30 og detektorelektroden 32 som virtuelt holdes på signaljordnivå 20 ved hjelp av detektorforsterkeren 34. Detektorelektroden

32 er omsluttet av et elektrisk ikke-lende materiale 36 som gjør at den elektriske kobling mellom detektorelektroden 32 og borehullsfluidet 12 får en kapasitiv beskaffenhet. Den kapasitivt koblede detektorelektrode 32 er koblet til detektorforsterkeren 34 i en utforming som omfatter en ladningskoblet forsterker. Tykkelsen av det ikke-ledende materialet 3 6 er minimalisert for å maksimalisere følsomheten til detektorforsterkeren 34 for endringer i borehullsfluidet 12. Likeledes er den kapasitive senderelektrode 38 omsluttet av et ikke-ledende materiale 40. Den kapasitive senderelektrode 38 utgjør et elektrisk ledende materiale som er vekselstrømskoblet til borehullsfluidet 12 gjennom det ikke-ledende materialet 40. Tykkelsen av det ikke-ledende materialet 40 bør minimaliseres for å minimalisere impedansen mellom den kapasitive senderelektrode 3 8 og borehullsfluidene 12, denne tykkelsen er imidlertid mindre kritisk enn tykkelsen av det ikke-ledende materialet 3 6 som dekker detektorelektroden 32. Som representative eksempler kan de ikke-ledende materialer 3 6 og 40 omfatte en polyimidfilm med tykkelse mindre enn 0,005 tommer, og den kapasitive senderelektrode 38 og detektorelektroden 32 kan være laget som internt ledende lag på separate trykte kretskort .

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen skaper det ikke-ledende materialet 40 som dekker den kapasitive senderelektrode 38, en elektrisk impedans for strømmen som er større enn den lave utgangsimpedans 2 8 i serie med den ohmske senderelektrode 30. Likeledes skaper det ikke-ledende materialet 3 6 som dekker detektorelektroden 32, en høy elektrisk impedans for strømmen. Impedansen til elektrodene er i serie med formasjons fluidenes 12 admittans-, og. strøm vil f lyte gjennom en bane til signaljord som minimaliserer disse impe-dansene og maksimaliserer denne admittansen. Som et representativt eksempel kan den lave utgangsimpedansen 28 til den ohmske elektrode 30 omfatte en kapasitans på 2,0 mikrofarad, utgangsimpedansen til den kapasitive senderelektrode 3 8 er en kapasitans på 0,004 mikrofarad, og inngangsimpedansen for detektorelektroden 32 er en kapasitans på 50,0 pikofarad.

Den relative posisjonering av den ohmske senderelektrode 30, den kapasitive senderelektrode 38 og detektorelektroden 32 er viktig for riktig operasjon i henhold til oppfinnelsen. Den ohmske senderelektrode 30, den kapasitive senderelektrode 3 8 og detektorelektroden 32 er anbrakt i kontakt med formasjonsfluidene 12. Den relative posisjonering og dimensjonene til hvert elektrodepar er kvantitativt beskrevet med et enkelt uttrykk som her er definert som en "geometrisk faktor". Den geometriske faktor er direkte proporsjonal med elektrodenes areal og omvendt proporsjonal med den elektriske lengde mellom elektrodene. For et par med elektroder, ved en gitt frekvens i et medium som har gitte elektriske egenskaper slik som konduktivitet og permittivitet, er den elektriske admittans mellom elektrodene direkte proporsjonal med den geometriske faktoren til elektrodene. Dette forholdet er viktig fordi størrelsen av den strøm som utsendes blir bestemt av produktet av mediets konduktivitet eller permittivitet ganget med den geometriske faktor.

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er den geometriske faktoren til den kapasitive elektrode 38 med detektorelektroden 32 større enn den geometriske faktoren til den ohmske elektrode 30 med detektorelektroden 32. Likeledes er den geometriske faktoren til den kapasitive elektrode 38 med detektorelektroden 32 større enn den geometriske faktoren til den kapasitive elektrode 38 med den ohmske elektrode 30. Disse geometriske faktorene i kombinasjon med de elektrode-impedanser som er beskrevet ovenfor, har til virkning å endre strømflytmønsteret når admittansen til formasjonsfluidet 12 endres. I f.eks. olje og gass som har en forholdsvis liten kapasitiv admittans, vil mer strøm flyte til detektorelektroden 32 fra den kapasitive elektrode 38 enn fra den ohmske elektrode 3 0 på grunn av den begrensende geometriske faktoren til den ohmske elektrode 30 med detektorelektroden 32. I vann som har en forholdsvis stor konduktiv admittans, vil strøm flyte fra den kapasitive elektrode 38 til den ohmske elektrode 30 på grunn av den lave utgangsimpedansen 28, og den strøm som flyter til detektorelektroden 32 fra den ohmske elektrode 30, vil øke på grunn av vannets økte admittans. Som en følge av denne fremgangsmåten kan det dynamiske området til den strømmengde som måles av detektorelektroden 32, være betydelig mindre enn det dynamiske området til formasjons-fluidets 12 admittans uten å ofre oppløsning ved ytterkantene av admittansen.

I en utførelsesform av oppfinnelsen som er vist på fig. 1, danner den kapasitive senderelektrode 38 og detektorelektroden 32 en parallellplatekondensator. Den ohmske senderelektrode 30 omfatter en plate skjermet av en kapasitiv senderelektrode 38 i forhold til detektorelektroden 32. I denne posisjonen skjermer den kapasitive senderelektrode 38 detektorelektroden 32 fra den ohmske senderelektrode 30. Denne skjermingen har til virkning å øke den elektriske veien fra den ohmske elektrode 30 til detektorelektroden 32 for derved å minske den geometriske faktor for dette elektrode-paret. Likeledes er den elektriske lengden fra den kapasitive elektrodens 38 overflate som vender mot detektorelektroden 32, til detektoren 32 mindre enn den elektriske lengde fra nevnte overflate til den ohmske elektrode 30. I fluider slik som olje og gass som har en liten elektrisk admittans, er den vekselstrøm som måles av detektorforsterkeren 34, hovedsakelig fra den kapasitive senderelektrode 38. I fluider slik som vann som har en stor elektrisk admittans, er vekselstrømmen som måles av detektorforsterkeren 34 hovedsakelig fra den ohmske senderelektrode 30.

I en utførelsesform av oppfinnelsen som er vist på fig. 1, utgjør signalbehandlingselektronikken 42 i-fase- og kvadratur-deteksjon på utgangen fra detektorforsterkeren 34. Som et resultat av det ikke-ledende materialet 3 6 som omgir detektorelektroden 32, vil faseforsinkelsen fra en senderelektrode til detektorforsterkeren 34 for enhver spesiell vekselstrøm være hovedsakelig den samme for konduktivt og kapasitivt formasjonsfluid 12. I ikke-ledende, formasjonsfluider 12 vil den elektriske strøm være forsinket av kapasitansen til formasjonsfluidet 12. I konduktivt formasjonsfluid 12 vil strømflyten bli forsinket av kapasitansen til det ikke-ledende materialet 36. Vekselstrømmen ved den kapasitive senderelektroden 3 8 blir forsinket med 90° i forhold til vekselstrømmen ved den ohmske senderelektrode 3 0 på grunn av faseforsinkelseskretsen 24. I-fase- og kvadratur-deteksjon ved hjelp av signalbehandlingselektronikken 42 diskriminerer mellom størrelsen av vekselstrømmen fra den ohmske senderelektrode 3 0 og størrelsen av vekselstrømmen fra den kapasitive senderelektrode 38. De behandlede signaler blir omformet til et passende format og ledet til overflateelektronikk 44 hvor alle data blir arkivert og fremvist.

I et borehull er formasjonsfluidene 12 ved et trykk som er høyere enn atmosfæretrykket. Sender- og detektorelektro-dene blir eksponert for trykket til formasjonsfluidet 12 mens elektronikken i atmosfæriske hulrom 15 blir opprettholdt ved atmosfæretrykk. En leder 46 for å føre data fra signalbehandlingselektronikken 42 til overflateelektronikken 44 er også eksponert for formasjonsfluidenes 12 trykk. En elektrisk høytrykksgjennomføring 49 gjør det mulig å føre elektriske signaler gjennom huset 10 med elektrisk isolasjon fra huset 10. Følgelig finnes det strøkapasitans 50 mellom huset 10 og signaljord 20 så vel som mellom huset 10 og inngangen til detektoren 34. For å minimalisere disse strøkapasitansene 50 slik at den forholdsvis lave kapasitansen til olje og gass-fluider kan måles, kan detektorforsterkeren 34 være montert direkte på et trykt kretskort der detektorelektroden 32 er konstruert som et indre ledende lag. Detektorforsterkeren 3 4 er anbrakt i et trykkompensert hulrom 52 fylt med et elektrisk og kjemisk inert fluid 54. Et passende fluid som er forholdsvis inkompressibelt, er Dow Corning 200 silicon fluid. Trykkompenseringsmekanismen 56 opprettholder en trykk-forskjell som er mindre enn flere psi mellom formasjonsfluidet 12 og det trykkompenserte hulrom 52. O-ring-tetninger 58 mellom huset 10 og det indre av hulrommet 52 er tilstrekkelig til å holde kjemisk reaktive og elektrisk ledende formasjonsfluider 12 ute av det trykkompenserte hulrom 52. Høytrykksgjennomføringen 48 gjør det mulig å overføre elektriske signaler mellom det atmosfæriske hulrom 15 og det trykkompenserte hulrom 52.

Detektorforsterkeren 34 måler eventuelle uekte veksel-strømmer på huset 10 gjennom strøkapasitansen 50 til detek-torens 34 inngang. Denne strøkapasitansen kan minimaliseres. Når imidlertid formasjonsfluidet 12 er elektrisk ledende vil eventuelle falske signaler på huset 10 bli målt gjennom den større kapasitansen til detektorelektroden 32. Det å drive huset 10 med et vekselstrømsignal gjennom den lave utgangsimpedansen til bufferforsterkeren 22 vil effektivt shunte eventuelle falske vekselstrømmer til signaljord. I konduktive formasjonsfluider 12 vil likeledes vekselstrømmen fra den kapasitive senderelektrode 38 bli shuntet til signaljord 20 av huset 10 og også av den ohmske senderelektrode 30. Det ferskeste vannet nede i et borehull er tilstrekkelig salt til å frembringe den konduktivitet som er nødvendig for oppfinnelsens virkemåte. I vann vil den vekselstrøm som måles av detektorforsterkeren 34, ha stammet fra bufferforsterkeren 22 og vil ikke være blitt forsinket av faseforsinkelseskretsen 24. I elektrisk ikke-ledende formasjonsfluider slik som olje og gass, vil en del av vekselstrømmen fra den kapasitive senderelektrode 38 bli målt av detektorforsterkeren 34. Hvis detektorelektroden 32 er tilstrekkelig skjermet fra den ohmske senderelektrode 3 0 ved hjelp av den kapasitive senderelektrode 38, vil den geometriske faktoren til dette elektro-deparet være liten, og det vil være liten eller ingen strøm fra den ohmske senderelektrode 3 0 målt av detektorforsterkeren 34 i olje og gass. Vekselstrømmen fra den kapasitive senderelektrode 38 stammer fra bufferforsterkeren 26 og er tidsforsinket med en kvart periode i forhold til vekselstrømmen fra den ohmske senderelektrode 30. Signalbehandlingselektronikken 42 omformer utgangen fra detektorforsterkeren 34 til to separate utganger, omfattende en i-fase-utgang og en kvadratur-utgang. Denne signalbehandlingen kan utnytte ortogonaliteten til vekselstrømmene fra de to senderelektrodene slik at størrelsen av strømmen i olje og gass blir kvadratur-utgangen, og størrelsen av strømmen i vann blir målt som i-fase-utgangen.

Hvis kapasitansen til et ikke-ledende formasjonsfluid 12 er liten sammenlignet med kapasitansen til de ikke-ledende materialer 3 6 og 40, så vil den strøm som måles av detektorforsterkeren 34, være direkte proporsjonal med dielektrisitetskonstanten eller den relative permittiviteten til fluidet 12. Fig. 2 illustrerer kvadratur-utgangene fra en utførelses-form av oppfinnelsen når dielektrisitetskonstanten til et ikke-ledende fluid øker fra 1,0 i luft eller gass til området 2,1-2,5 som typisk måles for oljer. Kvadratur-utgangen øker som en lineær funksjon av dielektrisitetskonstanten til fluidet 12. Dette forholdet gjør det mulig å beregne olje- og gassfyllingsmengdene som skal beregnes fra kvadratur-utgangen, noe som indikerer dielektrisitetskonstanten til et parallell epiped-volum mellom den kapasitive senderelektrode 38 og detektorelektroden 32. I et representativt eksempel er detektorelektroden 32 og den kapasitive senderelektrode omkring 0,5 kvadrattommer og er dekket med en polyimidfilm mindre enn 0,005 tommer tykk. Den ohmske senderelektrode 30 er anbrakt mellom den kapasitive senderelektrode 38 og gapet mellom den kapasitive senderelektrode 38 og detektorelektroden 32 er tilnærmet lik 0,4 tommer. For et apparat med disse dimensjonene er kvadratur-utgangen en lineær funksjon av dielektrisitetskonstanten i området fra 1,0 til 2,5. Derfor kan kvadratur-utgangen kalibreres i dielektrisitetskonstant-enheter med to målinger i fluidet som har kjente og forskjellige dielektrisitetskonstanter innenfor dette området. Fig. 3 illustrerer i-fase-utgangen når sensorene er neddykket i et ikke-ledende fluid når dielektrisitetskonstanten til fluidet øker fra 1,0 til 2,5. Strøm fra den ohmske elektrode 30 er for liten til å bli detektert på grunn av den lille geometriske faktoren mellom denne elektroden og detektorelektroden 32 og den lave admittansen til det ikke-ledende fluidet.

Fig. 4 illustrerer i-fase-utgangen når senderelektrodene 3 0 og 38 og detektorelektroden 32 er neddykket i vann med en konduktivitet større enn 1,0 Siemens/meter. Forholdet mellom det vanndekkede arealet av detektorelektroden 32 og detektor-elektrodens 32 totale areal omfatter den vannandel som er illustrert. Denne i-fase-utgangen er en lineær funksjon av denne vannandelen, og skalaen for i-fase-utgangen er utledet fra to målinger (1) når detektorelektroden 32 er i luft, og (2) når detektorelektroden 32 er neddykket i vann.

Flere detektorelektroder 32 kan være anbrakt i grupper som beskrevet i US-patent nr. 5,736,637, som herved inntas som referanse, med det formål å måle fyllingsgrader og hastigheter over et borehulls dimensjoner.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen kan signalene for senderelektrodene 3 0 og 3 8 omfatte ortogonale, kontinuerlige bølgesignaler. En enkelt detektorelektrode 32 måler de kombinerte signaler, og utgangen fra detektorelektroden 32 blir behandlet av elektronikk som er i stand til å diskriminere mellom de to utsendte signaler.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen kan signalene for de to senderelektrodene være vekselstrømsignaler som har to forskjellige frekvenser. En enkelt detektorelektrode 32 måler de kombinerte signaler, og utgangen fra detektorelektroden 32 vil bli behandlet av elektronikk som er i stand til å diskriminere mellom de to detektorutgangsfrekvensene.

Fig. 5 illustrerer en annen utførelsesform av oppfinnelsen hvor den ohmske elektrode 30 er anbrakt på et annet sted i forhold til detektorelektroden 32. En skjerm 55 er anbrakt mellom den ohmske elektrode 30 og detektorelektroden for å modifisere konduktansen mellom disse. Størrelsen og effekti-viteten til skjermen 55 kan modifiseres, og avstanden mellom detektorelektroden 32 og den ohmske elektrode 3 0 kan varieres for å tilveiebringe det ønskede resultat.

Utgangen fra den kapasitive sender kan økes for å for-bedre oppløsningen mellom olje og gass uten å påvirke senso-rens respons i vann i ugunstig retning. Den ohmske elektrode shunter til jord strømmer fra den kapasitive elektrode og ellers, for derved å gjøre sensoren mindre følsom for strø-kapasitanser og falske signaler. En gruppe sensorer med dobbelte sendere er i stand til å skjelne mellom olje, gass og vann med tilstrekkelig oppløsning til å foreta de fyllingsmengde- og hastighetsmålinger som er nødvendige for å beregne bestanddelenes strømningshastigheter i et trefase-formasjonsfluid.

Oppfinnelsen er spesielt egnet for loggeverktøy og er spesielt nyttig i retningsbrønner eller horisontale borehull hvor formasjonsfluider finnes i flerfasetilstander i det samme borehull. Oppfinnelsen kan midlertidig kjøres inn i borehullet som et loggeverktøy, eller kan være anbrakt nede i et borehull for å evaluere formasjonsfluidene over en lang tidsperiode. Bruk av oppfinnelsen reduserer i betydelig grad den negative innvirkningen av strøkapasitanser på detekter-bare målinger.

Driften av overflateelektronikken 44 kan utføres på

overflaten eller nede i borehullet. Likeledes kan generatoren 18 være anbrakt nede i hullet inne i huset 10, eller kan være anbrakt på overflaten med forbindelse til huset 10 gjennom en elektrisk leder (ikke vist). Den ohmske elektrode 30 kan være anbrakt i forskjellige posisjoner i forhold til detektorelektroden 32, og det inverse forhold vedrørende den avstand som er valgt mellom disse elektrodene, kan korreleres med karakteristikkene til formasjonsfluidene 12.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet uttrykt ved visse foretrukne utførelsesformer, vil det være klart for fagfolk på området at modifikasjoner og forbedringer kan foretas uten å avvike fra oppfinnelsens ramme. De utførelses-former som er vist her er bare illustrerende for oppfinnel-seskonseptene og skal ikke tolkes til å begrense oppfinnelsens ramme.

Claims

1. Apparat for evaluering av flerfasefluid nede i et borehull, omfattende et hus som kan settes inn i borehullet ved en ønsket posisjon, og videre karakterisert ved en ohmsk senderelektrode i kontakt med fluidet og som har en lav utgangsadmittans; en kapasitiv senderelektrode i kontakt med fluidet og som har en høy utgangsimpedans; en detektorelektrode i kontakt med fluidet og med en høy inngangsimpedans; en generator i kontakt med huset og forbundet med den ohmske senderelektrode og med den kapasitive senderelektrode for selektivt å lade senderelektrodene med elektriske ladninger; og en styreenhet i kontakt med generatoren og med detektor elektroden for bestemmelse av de elektriske ladninger som overføres fra generatoren til den ohmske senderelektrode og til den kapasitive senderelektrode, for bestemmelse av de elektriske ladninger som detekteres av detektorelektroden, og for evaluering av flerfasefluidet basert på disse elektriske ladningene.

2. Apparat ifølge krav 1, der den geometriske faktor for den kapasitive senderelektrode i forhold til detektorelektroden er større enn den geometriske faktor mellom den ohmske senderelektrode og detektorelektroden.

3. Apparat ifølge krav 1, der detektorelektroden er skjermet fra den ohmske senderelektrode.

4. Apparat ifølge krav 3, der den kapasitive sender er posisjonert inne i fluidet for å skjerme detektorelektroden fra den ohmske senderelektrode.

5. Apparat ifølge krav 1, der generatoren sender ut forskjellige frekvenser til den ohmske senderelektrode og til den kapasitive senderelektrode, og ved at styreenheten er i stand til å skjelne mellom de forskjellige frekvenser som måles av detektorelektroden.

6. Apparat ifølge krav 1, der generatoren alternativt sender elektriske ladninger til den ohmske senderelektrode og til den kapasitive senderelektrode ved forskjellige tids-punkter, og at styreenheten er i stand til å korrelere utgangen fra detektorelektroden til den aktive senderelektrode .

7. Apparat ifølge krav 1, der generatoren sender ortogonale, kontinuerlige elektriske bølgesignaler til den ohmske senderelektrode og til den kapasitive senderelektrode, og ved at styreenheten er i stand til å skjelne mellom de ortogonale elektriske signaler.

8. Apparat ifølge krav 1, der generatoren er anbrakt i avstand fra huset og er i kontakt med huset over en elektrisk leder.

9. Apparat ifølge krav 1, der minst to detektorelektroder anbrakt i forskjellige høyder i borehullet for å skjelne mellom forskjellige fluidnivåer i borehullet.

10. Apparat for evaluering av flerfasefluid i et borehull, omfattende et hus som kan føres ned i borehullet til en ønsket posisjon, og videre karakterisert ved en ohmsk senderelektrode i kontakt med fluidet og med lav utgangsimpedans; en kapasitiv senderelektrode i kontakt med fluidet og med høy utgangsimpedans; en detektorelektrode i kontakt med fluidet og med høy inngangsimpedans; en generator i forbindelse med huset og forbundet med den ohmske senderelektrode og med den kapasitive senderelektrode for selektivt å lade senderelektrodene med elektriske ladninger, hvor generatoren omfatter en fase-forsinkelseskrets for å forsinke de elektriske ladninger som overføres til den kapasitive senderelektrode; og en styreenhet i forbindelse med generatoren og med detektorelektroden for å bestemme de elektriske ladninger som overføres fra generatoren til den ohmske senderelektrode og til den kapasitive senderelektrode for å bestemme de elektriske ladninger som detekteres av detektorelektroden, og for å evaluere disse elektriske ladningene for å bestemme sammensetningen av vann og hydrokarboner i fluidet.

11. Apparat ifølge krav 10, der den geometriske faktor mellom den kapasitive senderelektrode og detektorelektroden er større enn den geometriske faktor mellom den ohmske senderelektrode og detektorelektroden.

12. Apparat ifølge krav 10, der styreenheten er anbrakt inne i et forseglet, indre rom i huset og er elektrisk jordet til huset.

13. Apparat ifølge krav 10, der generatoren er anbrakt inne i et forseglet indre rom i huset og er elektrisk jordet til huset.

14. Apparat ifølge krav 10, der minst to detektorelektroder anbrakt i forskjellige høyder i borehullet for å skjelne forskjellige fluidnivåer i'borehullet.

15. Fremgangsmåte for evaluering av flerfasefluid nede i et borehull, karakterisert ved følgende trinn: å anbringe et hus i et borehull slik at en ohmsk sender elektrode, en kapasitiv senderelektrode og en detektorelektrode er i kontakt med fluidet; å få fluidet til å strømme omkring elektrodene; selektivt å tilveiebringe elektrisitet til den ohmske senderelektrode og til den kapasitive senderelektrode; å drive detektorelektroden for å detektere elektrisitet sendt gjennom fluidet av senderelektrodene; og å drive en styreenhet for å bestemme den elektrisitet som er sendt til fluidet av den ohmske senderelektrode og av den kapasitive senderelektrode, å bestemme elektrisiteten som er detektert av detektorelektroden, og å evaluere flerfasefluidet.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, omfattende trinnet med å drive styreenheten for å bestemme strømningshastigheten til fluidet omkring elektrodene.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 15, omfattende trinnet med å drive styreenheten for å bestemme sammensetningen av fluidet.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 15, omfattende trinnet med å ortogonalisere den elektrisitet som leveres til den ohmske senderelektrode og til den kapasitive senderelektrode.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 15, omfattende trinnet med å levere elektrisitet ved forskjellige frekvenser til den ohmske senderelektrode og til den kapasitive senderelektrode.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 15, der det dynamiske området til den strøm som måles ved drift av detektorelektroden, er mindre enn det dynamiske området til borehullsfluidets admittans.