NO325094B1 - Nedihulls maleverktoy for a bestemme innstromningsforhold til en fluidproduserende bronn - Google Patents

Abstract

Loggeverktøy (2) for å bestemme innstramning til en brønn fra fluidproduserende formasjonssoner. Et sett pakninger (15, 21, 27, 30) tetter mot brannveggen og danner sammen med et indre rør (12) i verktøyet og brannveggen ett eller flere perifere kamre. Et antall sensorer (17, 19) for registrering av fluidfase og strømningshastighet er plassert i kamrene som mottar formasjonsfluid fra en aktuell sone. Det indre røret (12) leder formasjonsfluid fra oppstrøms soner gjennom verktøyet forbi sensorene (17, 19) uten å påvirke disse.

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår et måleutstyr for å frembringe informasjon om innstrømningsforhold til en brønn fra fluidproduserende soner i en formasjon, i en produserende brønn og anvendelse av dette utstyret.

Et av oljeselskapenes viktigste satsningsområder i dag er å tilegne seg mest mulig informasjon om hvordan tilstanden er nede i oljereservoaret og hvordan den endres over tid. For å vite mer om tilstanden i produksjonssonen i brønnen leier oljeselskapene inn brønnservice operatører som utfører en logging på vei nedover i brønnen og videre gjennom hele produksjonssonen. Noen av målingene som utføres er målinger av temperatur og trykktilstand på formasjonsvæsken. I tillegg utføres også målinger som angir de tilstedeværende mengdeforholdene av fasene av olje, gass og vann.

Disse måleoperasj onene utføres i dag med en metode som på fagspråket kalles for wirelineoperasjoner. Det brukes da en traktor 1 som kjøres nedover i brønnen med måleverktøyet 2 som er montert i forkant av traktoren se fig 1. Det finnes en del forskjellige operatører på markedet som produserer slike enheter. De forskjellige produsentene kan ha sine egne varianter for utformingen av selve traktoren som kjører måleutstyret fremover i brønnen.

Det som er et fellestrekk for de forskjellige produsentene er at de bruker flerfase mikrofølere 3, fig 2, og stålbøyler 4, fig 2, som er fordelt i en vispeform. Bøylene 4 er fjærbelastede og beveger seg langsetter på innsiden av rørveggen. På denne måten er måleverktøyets sensorer 3 hele tiden sentrerte i produksjonsrøret. Som vist på fig 2 ligger sensorer 3 plassert like bakenfor bøylens høyeste toppunkt 5 . Samtidig med at sensorene ikke skades er de nært plassert til de perforerte hullene i produksjonsrøret hvor de tre fasene olje, gass eller vann strømmer inn i produksjonsrøret. Dette beskriver hvorledes måleverktøyet er utformet og hvordan det beveger seg i målesonen.

Fig 3 viser at måleverktøy 2 er kommet ned til begynnelsen av produksjonssonen. En slik produksjonssone varierer i lengde alt etter hvilken brønn det er. I dette eksempelet sier vi for enkelhetsskyld at den totale lengden av produksjonssonen er 2500 m lang. Hver av de fem sonene som er vist i eksempelet, gir hvert sitt bidrag til den totale strømmen som går ut av sonen og opp til plattformen. Det vil si at vi har en netto utstrømning opp til

plattformen som er lik summen av samtlige av de sonene som strømmer inn i produksjonsrøret. På bakgrunn av dette kan vi slå fast at strømningshastigheten i væskestrømmen i rørets lengderetning vil være lik i punktet merket (A) og ved utløpet oppe på plattformen. Videre kan vi også slå fast at hastigheten til væskestrømmen vil minke suksessivt etter hvert som vi beveger oss fra punktet A og innover forbi de forskjellige sonene. Dette vil være naturlig på grunn av de blir færre perforeringshull som bidrar til væskestrømmens retning mot plattformen. Væskestrømmen vil være minkende for hver meter vi beveger oss innover i røret og i slutten av sone 5 vil væskestrømmen langsetter røret være veldig lav. Det kan allikevel strømme fra perforeringshullene i produksjonsrøret. På grunn av disse fakta vil det virke en ejektoreffekt fra

væskestrømmens hastighet i de sonene som ligger nærmest plattformen. Sone 1 i eksempelet vil ha den største ejektoreffekten siden hastigheten til væsken er størst her og det strømmer derfor lettere gjennom de perforerte hullene.

Vi forsetter med eksempelet som vist over og forstørrer selve produksjonssonen, se fig 4. Pilen i punktet B viser den totale strømningsmengden som produseres av samtlige av de fem sonene. Den totale mengden som passerer verktøyet 2 slik det står plassert, på fig 4 vil være lik 50+50+40+30+20=190 l/min med en blanding bestående av olje, gass og vann.

Måleverktøyet måler hele tiden på det totale strømningsbildet av de blandede faser fra de forskjellige sonene som passerer sensorene på verktøyhodet. Vi kan i dette eksempelet anta en noenlunde jevnt fordelt innstrømning i de forskjellige sonene. Dette er absolutt ingen nødvendig forutsetning, fordi verktøyet måler allikevel den totale summen av det som passerer sensorene.

I punktet (C) sier vi derfor for enkelhetsskyld at oljestrømmen forbi sensorene vil være en total strømningsmengde på 190-40= 150 l/min. Vi lar en stykk innstrømnings pil tilsvare en innstrømningsmengde på 10 l/min. Dette vil måleverktøyet registrere fordi de kapasitive sensorene får endret sitt dielektrikum mellom platene i sensorene. På softwaren til verktøyet blir dette registrert og programvaren vil da kontinuerlig rekne ut at fasene har endret seg og at det er 40 l/min mindre av olje i den blandingen som passerer verktøyet. På denne måten vil verktøyet meter for meter se endringene i den totale blandingen, og man kan danne seg et tendensbilde av økning eller reduksjon av de spesifikke fasene som er i brønnen.

I tillegg til at man danner seg et tendensbilde vil man i tillegg kunne registrere hvilke faser som strømmer hvor i røret. Dette lar seg ordne ved at traktoren har plassert en innvendig eksentrisk vekt 8 fig 5. Da vil jordgravitasjonen automatisk sørge for eksentervekten henger nederst og når sensorene er nummererte er det lett å fastslå hva som oppe og hva som er nede i røret. Eksentervekten er positiv da den også hindrer at kabelen til verktøyet får snurr.

På fig 6 og fig 7 viser jeg et typisk bilde på to forskjellige målesteder som kan plottes ut fra måledataene, (a) viser gassmengde og plasseringen, (b) viser oljen og (c) viser vannet i røret. Det er vanlig at disse måleplottene er i forskjellige farger. På dette måleutstyret får man altså et tredimensjonalt bilde av fasene og man kan også få et fargevariert trendbilde av de forskjellige fasene langsetter brønnens produksjonssone.

Disse dataene kan jo fortelle en hel del om brønnens tilstand, men de kjente verktøyene har allikevel en del svakheter.

For det første vil strømningshastigheten i begynnelsen av produksjonssonen være meget stor på grunn av de sonene som er foran verktøyet, det vil være redusert produksjon mens loggingen foregår.

Med henvisning til et eksempel fra en brønn med noen virkelige tall, en brønn som produserer 3000 fat i døgnet som ikke er noe uvanlig. Ved tre tusen fat i døgnet vil det strømme 3000x159 = 447000 liter olje, dividert med 24 som er 18625 liter per time dividert med 60x60 gir 5,7 liter i sekundet. Dersom produksjonsrøret er 7 tommer har det et innvendig areal på ca 1,5 kvadrat desimeter. Det vil da strømme med en hastighet på 34,5 m i sekundet ut gjennom røret. Ut fra disse dataene ser vi at vi har en veldig turbulent strømning normalt i røret og at produksjonen må reduseres mye for å i hele tatt kunne utføre disse målingene.

Uavhengig om det produseres redusert eller ikke, vil det eksisterende måleverktøyet derfor fa mest usikre målinger i begynnelsen av produksjonssonen fordi hastigheten alltid vil være størst der og fordi at alle sonene må passere dette punktet. Det at det blir usikre målinger her skyldes at man ønsker å måle det som kommer ut av perforeringshullene og ikke på tvers av perforeringene som kommer fra strømningen langsetter røret. Videre kan vi slå fast at verktøyet vil gi bedre målinger etter hvert som det går videre innover i sonene fordi strømningshastigheten langsetter røret da reduseres gradvis. Man kan kanskje si at denne usikkerheten ikke trenger å bety så veldig mye.

En annen usikkerhet med kjente verktøy er at det hele tiden måler en suksessiv faseendring av det som skjer foran sensorene på verktøyhodet. Det vil i praksis si at verktøyet ikke kan fastslå eksakt hvor de forskjellige sonene inntreffer og hvor hen de slutter. Ved å se på fig 4 kan vi se at verktøyet ikke kan sette noen eksakt grense for hvor sone 1 og sone 2 har en grenset overgang, og det kommer av den enkle grunnen at det hele tiden måler de små endringer av totalen, og fordi deler av sone 2, og hele sone 3, sone 4 og sone 5 hele tiden blander seg inn med sine bidrag til totalbildet. Nå kan vi imidlertid fastslå at verktøyet vil kunne registrere starten og slutten på den siste sonen korrekt som vil være sone 5 i dette eksempelet.

For at oljeselskapene skal kunne øke utvinningsgraden i sine reservoarer betraktelig vil det derfor være meget nyttig tilleggsinformasjon om man også kan fastslå nøyaktig hvor hen de forskjellige sonene ligger plassert i reservoaret. Som en opplysning ligger utvinningsgraden på reservoarene på ca 50% og dersom man vet nøyaktig hvorledes brønnen ser ut vil man kunne bore seg nøyaktig inn i de lommene i reservoaret som gir mer produksjon til plattformen.

Kjente måleverktøy er eksempelvis beskrevet i US 5831156, US 3103812, US 3113455, US 5337821 og US 5804714. Det er også beskrevet anordninger for å måle innstrørnningen i en brønn i publikasjonene US 2564,198US 2945,952 og US 3187567. En hensikt med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe et alternativt verktøy for å kunne logge innstrømmingen fra en sone i en produserende brønn.

Denne hensikt er oppnådd med et måleutstyr og anvendelse som angitt i de etterfølgende kravene.

Oppfinnelsen skal nå forklares med ikke begrensende utførelseseksempler med henvisning til de vedføyde figurene hvor;

Fig. 1 viser tidligere kjent traktor og verktøyenhet,

Fig. 2 viser tidligere kjent verktøy plassert i et rør

Fig. 3 viser tidligere kjent verktøy plasser i forbindelse med en brønnformasjon,

Fig 4 viser detaljer av fig. 3,

Fig. 5 viser et mulig tverrsnittsbilde av en traktorenhet.

Fig. 6-7 viser tverrsnittsbilder av mulige strømningsforhold til en brønn,

Fig. 8a viser en perspektivskisse av en første utførelse av et verktøy i henhold til oppfinnelse,

Fig. 8b viser en andre utførelse et verktøy i henhold til oppfinnelsen,

Fig. 8c viser et tverrsnittsbilde langs linjen I-l på fig. 8b,

Fig. 9 viser verktøyet på fig. 8a kobler til en traktorenhet,

Fig. 10 viser et tverrsnitt av verktøyet på fig. 8a,

Fig. 11 viser en tredje utførelse av et verktøy i henhold til oppfinnelse,

Fig. 12 viser en fjerde utførelse av et verktøy i henhold til oppfinnelsen,

Fig. 13 viser et tverrsnittsbilde av et mulig strømningsmønster målt med et verktøy i henhold til oppfinnelse, og Fig. 14 viser et snitt av produksjonsrøret og en mulig formasjon I denne oppfinnelsen består verktøyet av en festeplate 10 fig 8a som brukes for å montere verktøyet til den traktoren som skal kjøre verktøyet fremover. I tillegg har verktøyet 5 stykker propeller 16 som er monterte på hver sin rotasjonssensor 17. Det er fire stykk propeller 16 bakerst på verktøyet og en stykk propell 16 foran på verktøyet. Videre er det utstyrt med flere stykker av kapasitive minisensorer 19 slike som det også finnes på andre måleverktøy. Ledningene til sensorene 19 går på innsiden av røret 18 som holder sensorene 19 på plass. Ledningene vil komme ut av de rørene som går gjennom festeplaten 10. Dette er vanlig måte å gjøre det på for å beskytte ledningene som går til de enkelte sensorene på best mulig måte. Fremst på verktøyet sitter det en sentreringsenhet 25 som er der for å sentrere verktøyet idet det skal passere tubing-hengeren i brønnen. Det er i tillegg også en sensor 26 som blir trykket inn og stopper fremdriften til verktøyet når det har kommet helt til bunns i den siste produksjonssonen se fig 4. Sentreringsenheten er festet til en avrundet hul kon 23 som skal gi minst mulig innstrømningsmotstand til væskestrømmen og som videre er montert til det indre røret 12 i verktøyet. Verktøyet har også tre stykker pakninger; to 24,21 foran på verktøyet og en stykk pakning 15 bakerst på verktøyet.

Fig 9 viser oppfinnelsen montert på en traktor 1 når verktøyet er ferdigkoblet til bruk for logging i brønnen.

Tilsvarende som vist i fig 2 for de måleverktøy som anvendes i dag, vises et forstørret bilde av oppfinnelsen i fig 10 når denne utfører en logging i produksjonssonen. Sentreringsenheten er bare fjernet for enkelhet skyld da denne ikke er har noen praktisk betydning for selve virkemåten til oppfinnelsen.

Som vi kan se av oppfinnelsen så er måleverktøyet utformet på slik måte at målesensorene 19 fig 10, ikke blir påvirket av strømningen som kommer fra de sonene som ligger i forkant av verktøyet. Dette er fordi innløpskon 23 leder væskestrømmen fra de forskjellige sonene gjennom utstyret ved å la væsken passere i det indre røret 12 og uten å påvirke målesensorene 19.

Dersom vi plasserer oppfinnelsen inn som et måleverktøy i fig 4 vist i eksemplet ovenfor, i stedet for det utstyret som anvendes i dag, så ser vi at oppfinnelsen vil kunne registrere hvor grensene mellom de forskjellige sonene er plassert. Mens det utstyret som anvendes i dag måler på totalbildet av de fasesammensetningene som er foran målehodet så vil denne oppfinnelsen i stedet registrere hva det er som kommer ut av de perforeringene som er mellom pakningene 15,21 fig 10 og eksakt i det området der hvor måleverktøyet befinner seg. Det vil si at verktøyet kan registrere med en nøyaktighetsgrad som tilvarer distansen mellom pakningene 15,21. Dette kan sies å være en rimelig god nøyaktighetsgrad, sett i sammenheng i en produksjonssone med lengde på to til tre tusen meter. I tillegg til å kunne registrere noenlunde nøyaktig hvor grensene mellom de forskjellige sonene er plassert, vil også oppfinnelsen kunne berekne hvor mye formasjonsvæske som strømmer ut av de perforeringshullene som befinner seg mellom pakningene 15,21 fig 10, fordi den registrerer dette på de fire stykk propell sensorene 16,17 fig 10 som sitter i den bakre pakningsskiven, og på denne måten bruker softwaren til å rekne om til en gitt mengde. For at dette skal være nøyaktige målinger blir slippfaktoren på hver propell kalibrert og justert i softwaren før verktøyet sendes ut til plattformen.

Den ene propellen 16 fig 8, fig 10 som sitter foran på verktøyet vil registrere en eventuell lekkasjefaktor i pakningene og automatisk justere for dette avviket i softwaren slik at den mengden som skal trekkes fra innstrømningsmengden, blir korrekt angitt ifra perforeringshuUene mellom de to bakerste pakningene 15,21. Oppfinnelsen vil kunne måle en spesifikk innstrømningsmengde ifra de forskjellige sonene i en gitt plassering i brønnen.

Slike måledata kan ikke dagens utstyr gi oss, men det kan si noe om hvordan de totale fasebildet endres over en gitt lengde. På dette grunnlag kan vi si at oppfinnelsen gir oss et detaljert bilde av hele brønnen, mens dagen utstyr kun kan gi et trendbilde av brønnen.

En annen vesentlig forskjell på oppfinnelsen, og dagens måleutstyr er softwaren til dagens måleutstyr starter med en total måling av samtlige faser og trekker fra etter hvert som det beveger seg innover i produksjonssonen, så gjør oppfinnelsen på det motsatt ved at den legger til i softwaren etter hvert og vil her først ha det totale bildet når den er kommet i enden av brønnen. Nå er det i virkeligheten ikke så veldig interessant å vite den totale strømningsmengden heller, siden vi allikevel måler denne oppe i prosessen til plattformen. Men den grei å vite i alle tilfelle, dersom man bør korrigere på software. Dette er fasiten som man skal forholde seg til, uavhengig av hvilket måleutstyr som skal brukes i loggingen.

Når man gjør slike oppfinnelser er man opptatt av virkemåte og utformingen av måleverktøyet. Virkemåten er at man utelukker de strømmende sonene som ligger foran hodet. En utforming av verktøyet er vist i fig 10.

Andre utforminger av måleverktøyet for å ivareta virkemåten til det, kan være som vist i figur 11, hvor sensorene 19 fig 11, ligger innenfor halvformede langsgående rør 29 med tetninger 27inn mot perforeringssonene, og på den måten stenger denne utformingen ute de uønskede påvirkningene som kommer fra de ulike sonene. Denne vil også kunne fastslå hvor de forskjellige sonene har sine grenser, men har en svakhet i forhold til fig 10, da den ikke kan gi en eksakt strømningsmengde fra perforeringshuUene. Da den måler i sektorer på noen av perforeringshuUene kan den imidlertid stipulere mengden gjennom å legge til faktorer for det totale sektorantall på sirkelen i røret gjennom multiplikasjon som ligger i software programmeringen.

Andre utforminger av måleverktøyet for å ivareta virkemåten til det, kan også være som vist i figur 12, hvor sensorene 19 ligger upåvirket av strømningen fra de andre sonene ved at de ligger beskyttet i halvformede rør 29 med tetninger 30 inn mot produksjonsrøret, og som går radielt i rørets strømningsretning. En svakhet med dette måleverktøyet kan være at det kan litt for liten flate å måle på, og at det derfor kan gi mer usikre mengdemålinger også her. Denne vil imidlertid også kunne oppdage soneforskjeller, som dagens måleutstyr ikke gjør, og er derfor også innbefattet i oppfinnelsen.

Oppfinnelsen vil prosessere et bilde som vist i fig 13 , sammenlignet med det bildet som lages av eksisterende måleutstyr som vist i fig 6 og fig 7.

Som vist er oppfinnelsen i stand til å vise helt rene faser av det mediet som strømmer inn fra perforeringene i fig 13.1 dette tilfellet er det fire stykk rør som har monterte sensorer, og derfor deles bildet her i fire like sektorer. Oppfinnelsen kan også vise blandingsinnstrømninger som vist i den sektoren helt til venstre i fig 13 og som har fatt inn en blanding av (x) gass øverst, (y) olje i midten og (z) vann nederst. Dette kan oppfinnelsen gjøre fordi den jo som bevist av utformingen dens kan måle lokalt over et bestemt areal av perforeringshuUene. Dette betyr at oppfinnelsen kan fortelle radielt i forhold til produksjonsrøret om det strømmer inn olje fra siden eller fra øverste del av røret. Fordi at eksisterende måleutstyr lar det strømme fritt imot seg med en blanding av faser kan eksisterende måleverktøy ikke kunne definere hvilken retning oljen strømmer inn i røret. Dette kan derimot oppfinnelsen gjøre, og det vil være en betydelig gevinst for oljeselskapene. Fig 14 viser en tenkt situasjon nede i reservoaret, vi ser produksjonsrøret 6 i lengde retningen og en større oljelomme (o) som ligger nede til høyre for produksjonsrøret. Ved hjelp av oppfinnelsen kan nå oljeselskapet kunne registrere at det er en mindre eller større oljelomme i denne posisjonen. Størrelsen på oljelommen kan de først fastslå etter erfaringsdata over en viss tid.

Det kan de gjøre fordi oppfinnelsen forteller nøyaktig hvor oljen ligger, og oppfinnelsen kan også fortelle hvor hurtig oljen strømmer inn, og i hvilken lengde innstrømningen fordeler seg. På grunn av at oppfinnelsen ikke har eksistert tidligere, vil man måtte bruke tid til å oppbygge seg erfaringsdata, og dermed kunne fastslå nokså nøyaktig hvor stort dette reservoaret vil være i omfang. Først når erfaringsdataene er opparbeidet vil man derfor kunne fastslå nøyaktig hvor man skal bore, og for dermed i neste omgang øke utvinningsgraden av olje og gassreservoarene. Dette er en nyttig nyvinning, da man tross alt har med en ikke gjenvinnbar naturressurs å gjøre.

Claims (10)

1. Måleutstyr til å frembringe informasjon om innstrømningsforhold til en brønn fra fluidproduserende soner i en formasjon, omfattende et legeme som kan nedføres gjennom brønnen til sonene, og hvor legemet omfatter sensorer (17, 19) til å registrere de ulike fluider og strømningshastigheter og andre relaterte strømningsparametre, hvor legemet omfatter tetningsanordninger (15,21, 27, 30) som er slik konfigurert og innrettet at de under bruk av måleutstyret frembringer tetning mot en brønnvegg (6), slik at minst et perifert kammer dannes av tetningsanordningene (15,21), legemet (12,13,20) og brønnveggen (6), hvilket kammer er innrettet til å motta fluid som strømmer ut fra en aktuell sone i formasjonen og er atskilt fra andre strømninger i brønnen, karakterisert ved at legemet (12,13,20) omfatter minst et indre rør (12) innrettet til å passere produksjonsfluid fra oppstrøms for legemet til forbi legemet og minst et nedstrøms utløp (14) fra det dannede kammeret ut av legemet (12,13,20) anordnet slik at det danner en strømning fra utløpet (14) hovedsakelig parallell med en utløpsstrøm fra det indre røret (12) og hvor nevnte sensorer (17,19) er anordnet i det dannede kammeret for å registrere aktuelle innstrømmende fluider i det dannede kammeret.

2. Måleutstyr i henhold med krav 1, karakterisert ved at tetningsanordningene omfatter minst to rundt omkretsen anordnede tetningselementer (15,21) med innbyrdes avstand, slik at kammeret som dannes under bruk har en ringform rundt hele legemets omkrets.

3. Måleutstyr i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at tetningsanordningene omfatter i forhold til legemet minst to langsgående tetningselementer (27), slik at kammeret som dannes er inndelt i et antall innbyrdes avdelte sektorer ved hjelp av langsgående tetninger (27).

4. Måleutstyr i henhold til krav 3, karakterisert ved at de langsgående tetningselementer er dannet i flaten av halvformede rør (29), slik at en avdelt sektor av kammeret som dannes under bruk er formet av det indre hulrom av det halvformede røret (29).

5. Måleutstyr i henhold til et av kravene 1-3, karakterisert ved at kanalen er dannet av et hult rør (12) med et avrundet, delvis konisk formet innløpsparti (23) for å lede et fluid i brønnen fra oppstrøms legemet og gjennom legemet.

6. Måleutstyr i henhold til krav 5, karakterisert ved at en radielt ytre kant av innløpsparti et (23) omfatter et ringformet tetningslegeme (24) for tettende anlegg mot en brønnvegg (6) under bruk.

7. Måleutstyr i henhold til et av kravene 5 eller 6, karakterisert ved at en yttervegg av røret (12) som danner kanalen definerer en vegg av kammer som dannes under bruk.

8. Måleutstyr i henhold til et av kravene 1-7, karakterisert ved at ved utløpet fra det dannede kammeret under bruk er anordnet en sensor (17) innrettet til å registrere strømningsmengden mot/gjennom utløpet (14).

9. Måleutstyr i henhold til krav 6, karakterisert ved at det ringformede tetningselementet (24) ved det radielt ytre punkt av innløpspartiet (23) er anordnet i avstand fra tetningsanordninger (15,21)hvilke under bruk medvirker til dannelse av kammer, slik at det under bruk dannes et andre kammer oppstrøms det første kammer, hvor det i legemet er formet minst et andre utløp (22) fra dette andre kammer og at det ved dette andre utløp (22) er anordnet en målesensor (17) som kan registrerer en eventuell lekkasje inn i det andre kammeret.

10. Anvendelse av måleutstyr som beskrevet i et av de foregående krav ved innføring i et rør, som et produksjonsrør i en brønn, for å frembringe et detaljert bilde av innstrømningsforholdene i en produserende olje og gassbrønn, hvilket frembringer at de registrerende målesensorer blir upåvirket fra de innstrømningsforholdene fra de forskjellige sonene i brønnen beliggende oppstrøms verktøyet ved de aktuelle målepunkt.