NO325276B1 - Anordning og fremgangsmate for isolering av en sensor fra et miljo i et borehull - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår fjernføleanordninger, og spesielt fiberoptiske sensorer og kommunikasjonskabler som brukes i slike føleanordninger, mer spesielt fremgangsmåter og anordninger for å beskytte slike sensorer, kommunikasjonskabler og ledninger som inneholder slike sensorer og kommunikasjonskabler, mot skade som følge av omgivelsesmiljøet på det fjerntliggende sted.

Sensorer for måling av trykk, temperatur og temperaturprofiler, akustiske trykkbølger og vibrasjoner, magnetfelter, elektriske felter og kjemiske sammen-setninger kan potensielt frembringe verdifull informasjon som kan brukes til å karakterisere olje- og gassreservoarer og for å styre kostnadseffektiv og sikker uttrekning av hydrokarbonreserver fra olje- og gassbrønner. Anbringelse av slike sensorer i passende posisjoner i olje- og gassbrønner ved bruk av konvensjonelle fremgangsmåter er vanskelig og kostbart. Det er vanlig praksis i oljeindustrien å bruke vaiere eller glattvaiere for å senke sensorer ned i fjerntliggende posisjoner nede i borehullet. Mens denne typen av utplassering gir verdifull informasjon, gjør prosedyrene bruk av kostbart utstyr og personell, og krever at normal produksjon blir avbrutt. Glattvaier- og vaierprosedyrer frembringer også bare tilfeldig informasjon.

Alternativt er det mulig å plassere sensorer nede i borehullet permanent, men de konvensjonelle fremgangsmåter for å gjøre dette gjør bruk av spesialiserte kabler som er permanent festet til produksjonsstrengen, og kompliserte mekaniske pakker så som sidelomme-dorer. Denne fremgangsmåten for å installere permanente sensorer er ekstremt kostbart, og høye feilrater er vanlig. Når en feil oppstår er det ikke mulig å rette den uten omfattende og ekstremt kostbar intervensjon. I alminnelighet er dette ansett som upraktisk. Reparasjoner kan da bare foretas når en brønn skal overhales av andre tvingende grunner. Selv under slike forhold er rettelsen av feilen kostbar. Det er vanlig erfaring at konvensjonelle trykksensorer, så som kvartsmålere og silisium-strekklapper, feiler etter forholdsvis korte perioder under høye brønnhulltemperaturer og trykk. F.eks. ved 135 °C eller høyere er den ventede levetid kort. Grunner til feil er ofte vanskelige eller umulige å bestemme, men bidrag til feil omfatter feil på selve transduseren, eller elektronikken i borehullet, nedbrytning av kabler og forurensning av koblinger.

Disse velkjente mangler ved konvensjonelle sensorer har ført til utvikling av nye typer sensorer som kan gjøre bruk av fiberoptisk teknologi. De fordeler som alltid forventes av denne teknologien omfatter eliminering av elektronikk i borehullet.

EP 0 774 565 A2 beskriver en innretning som omfatter overvåkingsinstru-menter som bæres av et rør som er opphengt i en henger som er opphengt i et produksjonsrør. Signaler fra overvåkingsinstrumentene overføres til overflaten ved hjelp av en instrumentkabel som strekker seg langs røret, gjennom hengeren og langs produksjonsrøret.

GB 2 305 724 A beskriver en optisk trykkmåler som pumpes med fluid gjennom en rørledning til et fjerntliggende sted i et borehull hvor trykk måles. En strømningshindrer, så som en ventil, en membran eller en skilleplate, begrenser fluid fra målestedet i å strømme inn i rørledningen.

US 5 570 437 og US 5 582 064 beskriver fremgangsmåter og anordninger for å utplassere sensorer i fjerne områder av oljebrønner, som kan frembringe permanent overvåkning og likevel tillate kostnadseffektive rettelser i tilfelle sensorene eller deres tilhørende kabler skulle feile. Disse teknikkene gjør bruk av hydrauliske styreledninger som en "hovedvei" for å levere sensorene til de fjerne steder. De hydrauliske styreledninger er robuste og gir effektiv beskyttelse for sensorene og deres kabler mot skade under installasjon. Hittil har bare sensorer som har vært i stand til å bruke denne form av utplassering, vært fiberoptiske sensorer. De kan være ekstremt små og fleksible, og kan nyte godt av like små og fleksible kabler. Dette tillater slike sensorer å føres langs hydrauliske styreledninger med liten diameter ved fluidmotstand, og å plasseres på fjerne steder i olje- og gassbrønner. Vann er det mest passende fluid for å utplassere slike fiberoptiske sensorer i hydrauliske styreledninger, siden det er lett tilgjengelig, har ypperlig lav viskositet for pumping, og kan tåle forhold med meget høye temperaturer ved høye trykk. Utstrakt laboratorietesting av assignataren for den foreliggende oppfinnelse har imidlertid påvist at når fiberoptiske sensorer eller fiberoptiske kabler blir utsatt for vann ved høyere temperatur enn 70 °C og samtidig for høyt trykk, f.eks. 140 kg/cm<2>, vil vannet forårsake skade på sensoren og også på kablene. Det har vært vist at vann som er i direkte kontakt med silisiumoksidfibere kan gå inn i og reagere med silisiumoksid for å skape sterkt belastede lag inne i de optiske fibere. Dette kan også forårsake feil på silisiumoksidet gjennom etsning. I fiberoptisk trykksensorer har vanninntrengning vært direkte forbundet med rask drift i nullpunktet for fiberoptiske trykksensorer. Ved 150 °C eller høyere kan nullpunktet for ubeskyttede fiberoptiske trykksensorer endre seg med mer enn 280 kg/cm<2> over forholdsvis korte tidsperioder. Lignende ekstrem oppførsel har vært vist å opptre når ubeskyttede fiberoptiske Bragg-gitre utsettes for vann under disse forhold. Optiske fibere har også vist seg å endre seg dramatisk i lengde som følge av forhold inne i brønnhullet. Endringer på mer enn 1% har vært målt.

I et forsøk på å omgå disse uønskede effekter, har vann vært erstattet med en rekke andre fluider, deriblant silikon eller perfluorkarbonfluider og andre, av hvilke noen er generelt ansett som meget inerte og stabile, selv ved temperaturer over 200 °C. Forsøk med disse fluidene viste at skaderatene kunne reduseres, men ingen av fluidene kunne eliminere skader i sin helhet.

Lignende prøver med belagte fibere viser noen forbedringer, men ikke i noe tilfelle kunne det finnes et belegg eller kombinasjon av belegg som lovte langtids overlevelse av optiske kabler, eller som reduserte nullpunkt-ustabiliteten av fiberoptiske trykksensorer til aksepterbare nivåer. Betydelige forbedringer ble funnet når optiske fibere ble belagt med karbon, fortrinnsvis fulgt av polyimid. Selv de mest lovende forbedringer var imidlertid utilstrekkelige til å gi en kommersielt attraktiv løsning. En spesiell begrensning som ble identifisert synes å være forbundet med nålehull i beleggene, hvilke er meget vanskelige å detektere og som virker som sentra for kjemiske angrep som kan føre til spredende skader.

Dette har ført til en utbredt søkning etter andre belegg som kan påføres på de fiberoptiske sensorer og på kabler for å hindre angrep av vann eller andre molekyler. Utbredt laboratorietesting av assignataren for den foreliggende oppfinnelse viste at et vidt område av metallbelegg ikke kunne beskytte sensorer eller kabler når de ble utsatt for vann ved høye temperaturer. Kobber, gull og andre metaller ble forsøkt. Ingen overlevde tester ved 250 °C i vann, over lang tid. Alle belegg ble funnet å påvirke temperaturfølsomheten av trykksensoren på en uønsket måte, og økte den uønskede temperaturfølsomhet av en trykksensor med mer enn én størrelsesorden. I hvert tilfelle ble ytterligere komplikasjoner forutsett i beskyttende fusjonsskjøter som uunngåelig eksponerer silisiumoksid for omgivelsene hvor optiske fibere er sammenføyd.

Det er blitt påvist at fiberoptiske sensorer kan bli effektivt beskyttet for å gi stabil respons ved høye temperaturer og trykk når sensorene er omgitt av silikonolje. Denne beskyttelsen kan utvides slik at sensorene kan utplasseres på fjerne steder, deriblant nede i borehull i olje- og gassbrønner, hvor brønnhullfluidene kan være meget korroderende.

En patentsøknad fra SensorDynamics, GB 9827735.3, viser bruken av flytende metaller eller andre væsker i forbindelse med en silisiumoksid eller elastomer kapillar. Andre materialer kan også velges for kapillaren, f.eks. safir. Bruken av metaller eller andre materialer som er i flytende tilstand under de ventede operasjonsforhold innfører en rekke ønskelige trekk. Mange flytende metaller vil lett "væte", og dermed danne et tett grensesnitt med silisiumoksid. Noen flytende metaller, f.eks. indium, er rapportert å binde seg til silisiumoksid. Dette gjør det også mulig å danne en høyt reflekterende overflate ved en fiberkløvet endeflate når den er "vætet" av et flytende metall eller der hvor det flytende metall binder seg til silisiumoksidoverflaten. Væsker kan ikke understøtte skjærspenning, og vil derfor ikke forårsake at sensorer endrer sin oppførsel med vekslende temperatur. F.eks., polarimetriske trykksensorer vil ikke bli særlig følsomme for endringer i temperaturen. Flytende metaller kan også lett beskytte skjøtområder så vel som belagte områder av optiske fibere og speil. Flytende metaller kan påføres relativt lett på fibere og pumpes inn i kapillarer. Bruken av flytende grensesnitt mellom sensoroverflater og den omliggende kapillar vil videre tillate bruken av flere belegg på indre og ytre overflater av kapillaren uten å innføre temperaturfølsomhetsvirkninger i sensoren. I prinsippet kan kapillaren brukes til å øke beskyttelsen i kabler så vel som sensorer.

Når trykksensorer plasseres inne i hydrauliske styreledninger, kalt "sensor-hovedveier", er det nødvendig å sikre at trykket nede i brønnhullene kan overføres til det indre av sensorhovedveien hvor sensorene er plassert.

Det indre av sensorhovedveien kan være fylt med et fluid. Fluidet kan være i form av væske eller gass. En brukbar væske er en inert olje, så som silikonbasert olje, som kan være forholdsvis stabil ved vanlig borehullstemperaturer og trykk. Silikonbaserte fluider som er stabile ved 250 °C og høyere, kan oppnås kommersielt. Stabiliteten av disse fluidene varierer avhengig av deres renhet. Det kan være vanskelig å garantere renheten av slike fluider over lengre perioder hvis ikke fluidene er innelukket i et hermetisk forseglet miljø. Når hovedvei-fluidene er tillatt å være i direkte kontakt med brønnhullfluidene, kan diffusjon og konveksjon oppstå. Dette kan resultere i inntrengning av vannmolekyler og andre stoffer i hovedveien. Over lengre tid kan dette resultere i et uvennlig miljø som angriper selv omhyggelig pakkede sensorer.

Det er derfor av stor verdi å tenke ut midler for å etablere og opprettholde fluidet som omgir sensorene og kablene i en tilstand som minimaliserer endringer i sensorer og kabler.

Den foreliggende oppfinnelse beskriver fremgangsmåter og anordninger for å skape barrierer og segmenter i en sensorhovedvei som benytter fluider eller mekaniske innretninger, for hvilke som helst og alle av følgende formål: 1. Motvirkning eller hindring av inntrengning av eksterne fluider eller reservoarfluider inn i hovedveien (kommunikasjon/barriere-funksjonen), 2. Segmentering av hovedveien for å danne separate sensorområder (segmenteringsfunksjonen).

3. Maksimalisering av langtidsytelsen av sensorer i hovedveien.

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebrakt en anordning for å isolere en sensor fra et miljø på et fjerntliggende sted i et borehull hvor sensoren avføler en eller flere fysiske parametere, hvilken anordning er kjennetegnet ved de trekk som er angitt i den karakteriserende del av krav 1.

Ifølge oppfinnelsen er det også tilveiebrakt en fluidbarriere for å isolere en sensor som er plassert inne i en første styreledning, fra et miljø på et sted nær sensoren, hvor fluidbarrieren er kjennetegnet ved de trekk som er angitt i den karakteriserende del av krav 9.

Ifølge oppfinnelsen er det også tilveiebrakt en fremgangsmåte for kjemisk isolering av en føler fra et sted hvor en parameter skal måles av sensoren, idet stedet befinner seg i et fluidmiljø i et borehull, hvilken fremgangsmåte er kjennetegnet ved de trekk som er angitt i den karakteriserende del av krav 14.

Oppfinnelsen omfatter anordninger og fremgangsmåter for å avføle en eller flere fysiske parametere på et fjernt sted og samtidig minimere eller eliminere kontakt mellom reservoarfluider og lignende på det fjerne sted, og sensoren som brukes til å avføle de fysiske parametere. I én utførelse isolerer anordningen sensoren inne i et rør som inneholder sensoren. Spesielt omfatter anordningen et rør som inneholder en kommunikasjonskabel og en sensor i kommunikasjon med kabelen, hvor sensoren er plassert inne i røret i nærheten av det fjerne sted. En tetningsanordning er utformet for å tette en seksjon av røret som inneholder sensoren fra fluidstrøm inne i røret, hvor tetningsanordningen er utformet til å aktiveres mellom en tettende tilstand og en ikke tettende tilstand. Anordningen omfatter videre en kommunikasjonsanordning i fluidforbindelse med det fjerne sted og rørseksjonen som inneholder sensoren. En styreledning er i forbindelse med den tettende anordning og er utformet for å aktivere den tettende anordning mellom den tettende tilstand og den ikke tettende tilstand. I en andre utførelse er anordningen utformet for å danne en barriere av et fluid mellom sensoren og miljøet på det fjerntliggende sted. Spesielt omfatter den sistnevnte anordning et første rør inneholdende en kommunikasjonskabel og en sensor i kommunikasjon med kabelen, hvor sensoren er plassert inne i røret nær det fjerntliggende sted. Anordningen omfatter videre et andre rør som har en første ende i fluidforbindelse med det første rør nær sensoren. Et fluidbarriere-reservoar inneholdende et barrierefluid er også anordnet, hvor fluidbarrieren har en første åpning i fluidforbindelse med en andre ende av det andre rør, og en andre åpning i fluidforbindelse med det fjerntliggende sted.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor

figur IA viser et skjematisk sideriss av et borehull som inneholder en føleanordning ifølge én utførelse av oppfinnelsen,

figur IB viser et tverrsnitt av anordningen på figur IA etter linjen IB-IB,

figur 2 viser et skjematisk riss av et eksempel på en strømningsbegrenser som kan brukes i føleanordningen på figur 1,

figur 3 viser et skjematisk riss av en første barrierefluidenhet som kan brukes i føleanordningen ifølge oppfinnelsen,

figur 4 viser et skjematisk riss av en andre barrierefluidenhet som kan brukes i føleanordningen ifølge oppfinnelsen,

figur 5 viser et skjematisk riss av en anordning som frembringer en mekanisk isolasjon eller atskillelse av reservoarfluider fra hovedveifluider,

figur 6 viser et skjematisk sideriss av et borehull som inneholder en føleanordning ifølge en andre utførelse av oppfinnelsen, og

figur 7 viser et detaljert skjematisk riss av en føleanordning inne i et borehull ifølge en tredje utførelse av oppfinnelsen.

Når man innhenter trykkinformasjon i et borehull, bør trykkforbindelsen fra borehullet til sensoren inne i hovedveien fortrinnsvis være slik at lite vann eller borehullfluid kan komme inn i hovedveien. Det er viktig å minimere muligheten for at fremmede molekyler går inn i sensoren og dermed forårsaker drift. Vannmolekyler og OH-grupper er kjent for å være kjemisk meget aggressive ved høye temperaturer og trykk, og borehullfluider varierer i stor utstrekning i sammensetning, fra brønn til brønn og i tid. Disse fluidene kan være kjemisk ekstremt aggressive.

En metode ifølge tidligere teknikk som reduserer eller eliminerer inntrengning av molekyler fra brønnhull inn i det område hvor sensoren er plassert, er å legge mellom en membran. Denne metode bringer med seg et antall ulemper som kan føre til vanskeligheter med å innhente trykkinformasjon nøyaktig. F.eks. må membranen reagere på meget små endringer i trykk, og den direkte kontakt med brønnhullfluidene kan resultere i korrosjon eller i skjelldannelse som endrer responsen for membranen på trykkendringer. Det er også vanskelig å skape en mekanisk anordning som kan ha det dynamiske område som er nødvendig for å dekke de store trykkstigninger eller som kan oppløse de små trykkendringer som kan forekomme i olje- og gassbrønner.

Ifølge en første utførelse av den foreliggende oppfinnelse er en alternativ tilnærming for å redusere eller eliminere inntrengning av molekyler fra brønnhullet inn i det område hvor sensoren er plassert, å tillate en direkte forbindelse mellom brønnhullfluidet og det indre av sensorhovedveien, på en slik måte at brønnhullfluidet er hindret mest mulig fra å forårsake uønskede endringer i sensorene eller kablene og samtidig tillate at relevant informasjon innhentes av sensorene.

I ett eksempel på den første utførelse av oppfinnelsen kan brønnhulltrykket kommuniseres nøyaktig til sensoren gjennom en eller flere mellomliggende væsker. De mellomliggende væsker er valgt slik at langtidseksponering resulterer i minimale endringer i sensoren. Det er også å foretrekke at de mellomliggende væsker lett kan erstattes hvis forurensning eller nedbrytning skjer i spesielt uvennlige miljøer. Fortrinnsvis krever ikke dette fjerning av sensorene og kablene i hovedveien.

I et annet eksempel på den første utførelse av oppfinnelsen, når sammensetningen av brønnhullfluidet skal analyseres, står sammensetnings-sensorsonden i direkte kontakt med brønnhullfluidet. Det er å foretrekke at direkte kontakt mellom brønnhullfluidet og sensorsonden er begrenset til det tidspunkt da målingen finner sted og at sensorsonden ellers er i et miljø som ikke endrer eller degraderer sensoren eller kabelen. F.eks., når en fiberoptisk fluorescenssonde brukes til å fastsette aspekter ved den kjemiske sammensetning av brønnhullfluidet, bør enden av den fiberoptiske sonde være direkte neddykket i brønnhullfluidet. Hvis denne direkte kontakt opprettholdes permanent, er det sannsynlig at den optiske fiber vil lide skade. På den annen side blir den nyttige levetid av sonden forlenget hvis direkte kontakt bare er tilfeldig og hvis et inert fluid omgir sonden til alle andre tider. Det skal beskrives to eksempler på hvordan sensorer og kabler kan beskyttes mot skade når sensorene brukes i oljebrønner. Eksemplene er ment å være ikke-begrensende. Ett eksempel behandler tilfellet med en overtrykksbrønn, mens det andre behandler tilfellet med en undertrykksbrønn.

En overtrykksbrønn har et brønnhulltrykk som er høyere enn det trykket som utøves av en hovedvei som er helt fylt med fluid. Dvs., hvis hovedveien skulle åpnes til atmosfærisk trykk ved brønnhodet, ville fluidet bli tvunget til å strømme oppover gjennom hovedveien. Når hovedveien er tettet ved den øvre ende av hovedveien, vil fluidet ved det øverste punkt være ved et positivt trykk. Denne overtrykkstilstand gjelder typisk for oljebrønner under deres tidlige produksjonsfaser hvor hydrokarbonreservoarets trykk er på sitt høyeste. Hvis fluidet inne i hovedveien er et fluid som er omhyggelig avgasset, har denne søylen av fluid en høy massemodul, og komprimeres derfor meget lite under hydrostatisk trykk. Under disse forhold vil ikke en økning i trykket nede i borehullet, som kan oppstå når strømningsmengden i brønnen avtar eller stenges av, forårsake at noen vesentlig mengder av brønnhullfluid entrer hovedveien.

I dette tilfellet kan trykk fra brønnhullet kommuniseres ganske enkelt til sensoren inne i hovedveien ved hjelp av en lengde av rør som forbinder brønnhullet med hovedveien. Dette røret kan være fylt med (ett eller flere) flytende metaller eller andre fluider hvis sammensetning er slik at den forårsaker minst mulig endring i sensoren over lang tid. Alternativt kan en kombinasjon av fluider velges for å danne barrieren. Det flytende metall eller annet fluid bør fortrinnsvis ikke blandes lett eller reagere kjemisk med bestanddelene av brønnhullfluidet. Funksjonen av dette flytende metall eller annen væske er å danne en barriere mot molekyler fra brønnhullfluidet og å hindre at disse entrer hovedveien og når frem til sensoren.

Trykk-kommunikasjonsrøret som muliggjør direkte trykkommunikasjon mellom hydrokarbonreservoarfluidet og hovedveifluidet bør fortrinnsvis anordnes slik at brønnhullfluidet kommer i kontakt med det flytende metall ovenfra for å hindre at gass stiger opp fra brønnhullet, gjennom søylen av flytende metall eller annet fluid eller rekker av fluider. Dette kan oppnås ved å forme forbindelsesrøret til en albue, hvor brønnhullenden av søylen peker oppover.

Den foreliggende oppfinnelse omfatter således fremgangsmåter og anordninger for å skape barrierer og segmenter i en sensorhovedvei ved å benytte fluider eller mekaniske innretninger for hvilke som helst av eller alle de følgende formål: 1. Å motvirke eller hindre inntrengning av eksterne flluider eller reservoarfluider inn i hovedveien (kommunikasjon/barrierefunksjonen), 2. Segmentering av hovedveien for å danne separate sensorområder (segmenteringsfunksjonen), og

3. Maksimering av langtidsytelsen av sensorer i hovedveien.

Figur 6 illustrerer skjematisk et eksempel på hvordan disse målene kan nås, med spesiell henvisning til målinger av trykk ved mer enn ett punkt i en sensorhovedvei. En seksjon av en olje- eller gassbrønn er vist, omfattende et foringsrør 67, en produksjonsstreng 60, en pakning 61. Pakningen skiller ringrommet mellom foringsrøret og produksjonsstrengen i to områder - en seksjon over pakningen og en annen seksjon under pakningen. En sensorhovedvei 62 og en separat hydraulisk styreledning 63 er vist i ringrommet mellom foringsrøret og produksjonsrøret, og begge trenger gjennom pakningen. Sensorhovedveien 62 er vist som en kontinuerlig styreledning som vender om i et punkt under pakningen 61.1 dette riss er det også vist to anordninger for å måle trykk i et punkt over pakningen 61 og et annet punkt under pakningen. Hver anordning omfatter tetningsinnretninger 64, en trykksensor 65 og en trykkommunikasjonsanordning 66. Trykkommunikasjonsanordningen 66 omfatter fortrinnsvis en fasilitet som tillater at den kan stenges og åpnes fra overflaten. Trykkommunikasjonsanordningen 66 er forbundet med brønnhullfluidene inne i produksjonsstrengen 60, og kan fortrinnsvis omfatte en barrierefunksjon som hindrer eller minimerer inntrengning av brønnhullfluider inn i hovedveiområdet mellom de to tetningsanordninger 64. Tetningsanordningene er vist plassert over og under sensoren 65. Den separate styreledningen 63 kan aktivere tetningsanordningene 64. Det er foretrukket å skape isolasjonssoner som er kortest mulige for å minimere volumet av sonen, og dermed minimere forurensning som kan passere gjennom barrieren i anordningen 66. Et lite volum er dessuten fordelaktig fordi det maksimerer nøyaktigheten av den dynamiske respons av sensoren 65. Innføring av tetningsanordninger 64 eliminerer videre potensielle strømningsbaner når flere sensorsoner er ønsket. F.eks., hvis de to tetningsanordninger 64 som er vist mellom de to sensorer 65 fjernes, blir en potensiell strømningsbane dannet mellom de to trykommunikasjonsporter inn i produksjonsstrengen.

Figur 1 viser et skjematisk riss av en olje- eller gassbrønn, utstyrt med en hovedvei 100 for å utplassere og tilbakehente sensorer og å utføre permanente målinger nede i borehullet, omfattende målinger av trykk i borehullet. Figur 1 viser en produksjonsrørstreng 11, omgitt av en foringsrørstreng 12, og en perforert seksjon av foringsrøret 13, for å tillate innstrømning av hydrokarbonfluider 14 fra hydrokarbonreservoaret og inn i brønnen. Brønnen er komplettert med et brønnhode 15 som omfatter ventiler 16 for å stenge brønnen. En pakning 17 er plassert i borehullet i ringrommet som er dannet mellom foringsrøret 12 og produksjonsrøret 11 for å hindre at det øvre området av ringrommet blir direkte forbundet med borehulltrykket. Pakningen 17 er vist med en høytrykksgjennomtrenger 18 som tillater de hydrauliske styreledninger 19, som utgjør en del av sensorhovedveien 100, å passere gjennom pakningen. Typisk er styreledningene 1/4 tomme i diameter og laget av rustfritt stål. Det kan være hensiktsmessig å vikle styreledningene rundt produksjonsstrengen i ett eller flere områder langs strengen. Styreledningene kan festets til produksjonsstrengen med klemmer 110, som også tjener til å beskytte styreledningene mot skade under installasjon. Sensorhovedveien 100 er vist å komme ut av brønnhodet gjennom høyttrykkstetninger 111, forbi ventiler 112 som tjener som nød-trykktetning og så gjennom høytrykksgjennommatingsanordninger 113 hvor de fiberoptiske kabler kommer ut samtidig som det opprettholdes en trykktetning mellom omgivelsens overflatemiljø og det indre av sensorhovedveien. Sensorhovedveien 100 omfatter fiberoptiske kabler og sensorer. Sensorene kan omfatte f.eks. bare trykksensorer, fordelte temperatursensorer, akustiske sensorer, elektriske og magnetiske feltsensorer, sammensetningssensorer og andre typer sensorer. Sensorene eller deres tilhørende kabler trenger ikke nødvendigvis å være fiberoptiske typer. Selve kabelen trenger ikke å være forbundet med en sensor i det hele tatt, men kan isteden brukes til å kommunisere med en optisk bryter som brukes til å fjernstyre ventiler og maskineri nede i borehullet. Det er fordelaktig at kablene og sensorene bør kunne plasseres på de fjerntliggende steder ved fluidstrøm, og dermed nyte godt av at de kan hentes tilbake og erstattes. På figur 1 er det vist at sensorhovedveien 100 reverserer retninger i et punkt 124 under pakningen 17. Returstrekningen av hovedveien vist på figur 1 omfatter et strømningskontrollelement 115 som er plassert f.eks. bare over pakningen. Denne anordningen 115 er utformet for å ha to tilstander, av hvilke den ene kan hindre strømning av fluid i oppadgående retning eller redusere strømningen til en redusert og akseptabel mengde. Når anordningen er i den andre tilstand, kan fluid strømme fritt i begge retninger. Et strømningskontrollelement er fortrinnsvis brukt i begge strekningene av hovedveien. Nær vendepunktet 124 er det vist en forbindelse 116 til en annen seksjon av styreledningen som er vist å inneholde et strømningskontrollelement 117 og som fortsetter langs produksjonsstrengen 11. Sensorer som er utplassert ved bruk av hovedveien er generelt hindret fra å entre fortsettelsen av styreledningen forbi vendepunktområdet som fører til hydrokarbonreservoaret. En fordelt temperatursensor, f.eks. en som kan brukes i forbindelse med et fordelt temperaturfølesystem, så som en DTS 80, som er tilgjengelig fra York Sensors of Winchester, England, kan utplasseres i en enkelt-endet modus hvor enden av sensorkabelen vil være inne i hovedveien 100, eller i en dobbelt-endet modus, hvor sensoren entrer hovedveien i én strekning og kommer ut ved overflaten fra den andre strekning av hovedveien. Generelt kan andre sensorer, så som trykk, akustisk, elektrisk felt og sammensetningssensorer, virke i refleksjonsmodus og dermed entre den nedadgående strekning av hovedveien under utplassering, men bare komme ut fra den andre enden av hovedveien når de trenger å opphentes fra hovedveien. F.eks., en typisk polarimetrisk trykksensor, f.eks. en som er tilgjengelig fra SensorDynamics av Winchester, England, og dens tilhørende kabel ville entre hovedveien ved høytrykkstetningen, og føledelen av montasjen ville bli plassert nær vendepunktet av hovedveien, enten i ned-strekningen eller i opp-strekningen. Brønnhulltrykket på stedet 121 blir kommunisert langs væskebanen som begynner ved 121, er forbundet

med barriere-fluidreservoaret ved forbindelsen 123 og passerer gjennom barrierefluidene 121 og 122 inne i kammeret 118, kommer ut via forbindelsen 119 og fortsetter gjennom styreledningen via forbindelsen 116 med trykktransduseren 114. I alminnelighet er det å foretrekke å la enden av sensor- og kabelmontasjen passere vendepunktet 124. Dette har den fordel at hvis fluid entrer hovedveien fra hydrokarbonreservoarets side av hovedveien, vil ikke fluidstrømmen forårsake at trykksensoren endrer sin posisjon i vesentlig grad. Dette vil også være fordelaktig i det tilfelle at gass entrer hovedveien. I denne utformingen vil gass være ute av stand til å entre sensorkapillarpakningen og fluidbarrieren. En slik endring i posisjon kunne resultere i en endring i trykkavlesningen.

Det bør forstås at selv om hovedveien 100 for å utplassere sensorer på fig. 1 er vist som en retur-styreledning, plassert i ringrommet mellom produksjonsstrengen 11 og foringsrøret 12, bør dette anses bare som et eksempel. Assignataren for den foreliggende oppfinnelse har demonstrert i feltprøver eksempler på hovedveier som har vært plassert både inne i og utenfor foringsrøret. I visse situasjoner kan det være å foretrekke å plassere hovedveibanen inne i foringsrøret, i andre situasjoner kan det være hensiktsmessig eller nødvendig å plassere sensorer utenfor foringsrøret. F.eks., hvor akustisk informasjon fra reservoaret er gitt spesielt høy verdi, er det å foretrekke å installere hovedveien utenfor foringsrøret. I et annet eksempel kan sikkerhetsvurderinger favorisere plassering av hovedveien utenfor foringsrøret for å forbedre isolasjonen av ringrommet over en pakning fra sonen under pakningen. I enda et annet eksempel, hvor det er nødvendig eller ønskelig å overvåke tilstanden til en elektrisk neddykket pumpe, er hovedveien fortrinnsvis plassert inne i foringsrøret. I ytterligere andre situasjoner kan en blanding av begge baner være å foretrekke. F.eks. er det ønskelig å plassere hovedveien i seksjonen over pakningen utenfor foringsrøret for å ha bedre akustisk kopling for reservoar-avbildingsformål samtidig som man oppnår en bedre isolasjon for sikker operasjon, men fremdeles å ha hovedveien inne i foringsrøret for det formål å overvåke tilstanden til det perforerte produksjonsintervall. Det bør også forstås at veggen av foringsrøret 12 kan brukes til å danne en hovedvei-bane for sensorene og deres kabler. Likeledes kan hovedveibanen gjøre bruk av det indre av produksjonsstrengen 11 eller veggen av produksjonsstrengen for hele eller en del av hovedveikretsen.

Moderne bore- og kompletteringsteknikker innfører andre mulige konfigurasjoner for sensor-hovedveier for å innsamle informasjon fra fjerne steder i hydrokarbonreservoaret eller nærliggende formasjoner. Etter hvert som det utvikles teknikker for sanntids reservoarstyring, vil behovet for å ha mer direkte informasjon på steder inne i reservoaret øke. I en annen utførelse av den foreliggende oppfinnelse kan sensorhovedveien gjøre bruk av småkalibrede, viklede rørveier eller "lanser" inn i områdene av reservoaret, bort fra produksjons- eller injeksjonsbrønnene. Disse viklede rørlansene kan brukes til å innsamle et område av informasjon, deriblant reservoartrykk, upåvirket av borehullseffekter, akustisk informasjon, uten høynivå-forstyrrelse fra en produserende brønn, sammensetningsinformasjon utenfor brønnens produksjonssone og andre. Strømningskontrollelementene 115 og 117 som er vist på figur 1 er ikke nødvendigvis påkrevd når man behandler oljebrønner hvis trykk nede i brønnhullet overskrider trykket som utøves av en hovedvei som er helt fylt med et fluid. I eksempelet på en overtrykksbrønn er det meget lite overføring av fluid fra hydrokarbonreservoaret inn i hovedveien i tilfelle av en trykkøkning under en brønn-stengning. Derfor vil fluidene 121 og 122 forbli fullt effektive som en barriere mellom hovedveifluidet og hydrokarbonreservoarets fluid. I slike overtrykksbrønner kan bruken av barriere-fluidreservoaret også elimineres eller forenkles. F.eks. kan den erstattes med en seksjon av styreledninger som inneholder tilstrekkelig barrierefluid til å kompensere for ekspansjon av hovedveien under en brønnstengning.

Mens produksjonen av olje og gass fortsetter over en tidsperiode og brønnene når en tilstand hvor trykket nede i borehullet faller og blir mindre enn trykket fra en væskefylt hovedvei, blir styring av fluidoverføring til og fra hovedveien via kontrollelementene 115 og 117 viktig, og det blir også barriere-fluidreservoaret 118.

Under brønnstengningen, hvis det er en reduksjon i borehulltrykket, slik det hender når brønnstrømmen starter igjen, bør fluidstrømmen tillates å strømme fra hovedveien inn i barriere-fluidreservoaret 118 slik at sensoren måler borehulltrykket og ikke det trykket som utøves av søylen av fluid i hovedveien, hvilket vil være høyere enn borehulltrykket hvis fluidet ikke tillates å drenere fra hovedveien. Denne retur-strømningsmengde er fortrinnsvis høy nok slik at trykket ved sensoren forblir representativt for øyeblikkets borehulltrykk og ikke blir dominert at det trykk som forårsakes av vekten av en ubalansert kolonne av fluid i hovedveien over sensoren.

Et andre eksempel på den første utførelse av oppfinnelsen behandler tilfellet med en undertrykksbrønn. Etter hvert som fluider blir trukket ut fra hydrokarbonreservoaret, vil operasjonstrykket nede i brønnhullet avta, og høyden av fluidkolonnen som opprettholdes i hovedveien, vil også falle. Det må forventes at trykket nede i borehullet under normal produksjon vil nå et punkt hvor hovedveifluidet vil falle til et nivå under det øverste punkt på hovedveien, og etterlate en seksjon av hovedvei-styreledningen som ikke inneholder fluid. I tilfellet med at en brønn blir midlertidig stengt, vil den resulterende transient i borehulltrykket ha en tendens til å skyve fluid inn i hovedveien inntil vekten av kolonnen balanserer trykket i borehullet. Det er å foretrekke å minimere mengden av fluid som må overføres inn i hovedveien for å utligne trykket under stengning av brønnen. Dette minimerer det nødvendige volum av fluidreservoaret mellom hovedveien og brønnhullfluidet. Minimering av strømmen vil også minimere feilen i sensorens avlesning på grunn av trykkfall mellom sensoren og brønnhullet. I alminnelighet er det ønskelig å ha en fluidbane mellom hydrokarbonreservoaret og sensorstedet som har en lav impedans mot fluidstrøm. Derfor er forbindelser fra punktet 121 inn i barrierereservoaret 118 og mellom 119 og følestedet 114 fortrinnsvis så korte som det er hensiktsmessig, og med en boring så stor som det er praktisk.

Der hvor et antall sensorkabler opptar rom inne i hovedveien, kan det vise seg vanskelig å oppnå en perfekt tetning rundt de mange kabler. Forutsatt at strømningsmengden gjennom denne tetningen er tilstrekkelig lav slik at høyden av væskekolonnen ikke i vesentlig grad degraderer målingen av brønnhulltrykket, kan en slik lekkasje være akseptabel. På figur 2 er det som et ikke-begrensende eksempel vist en konfigurasjon av strømningsbegrenseren (115 på figur 1) som fortrinnsvis omfatter et reservoar i rommet over tetnings- eller strupingselementet for å minimere endringen i nivå inne i hovedveien 100 under en negativ trykkbølge i brønnhullet på grunn av dårlig tetning rundt sensorene eller sensorkablene inne i hovedveien. Dvs., når strømningen i brønnen starter igjen etter en periode med avstengning, eller når brønnstrømmen ganske enkelt økes, vil trykket i brønnhullet avta, og vil til slutt forårsake at nivået av væske inne i hovedveien avtar.

I sin enkleste form kan styring av sensor-hovedveien ifølge den foreliggende oppfinnelse, og dermed styring av sensormiljøet, oppnås ved å benytte bare fluider med forskjellig tetthet og viskositet nede i borehullet. Hovedgrunnene til å ønske å opprettholde styring av sensorhovedveien er (1) å maksimere sensorytelse og minimere målings-usikkerhet, (2) å styre og eliminere utvendige fluider inn i hovedveisystemet, (3) eliminering av potensielle interne hovedvei-strømningsbaner, (4) å tillate "klaring" av eventuelle små segmenter av hovedveisystemet som kan være forurenset av ytre materiale over tid, og å gjenopprette full sensormålekvalitet, og (5) å lette utskifting av individuelle sensorer i tilfelle av mange sensorer i den samme hovedvei. Figur 7 viser et skjematisk riss av en olje- eller gassbrønn, utstyrt med en hovedvei 700 for å utplassere og gjeninnhente sensorer og å utføre permanente målinger nede i borehullet, omfattende måling av borehulltrykk. Figur 7 viser en produksjonsrørstreng 79 omgitt av en foringsrørstreng 77, og en perforert seksjon av foringsrøret 710, for å tillate innstrømning av reservoarfluider fra reservoaret inn i brønnen. Brønnen er komplettert med et brønnhode (ikke vist) som omfatter hoved-avstengningsventiler (heller ikke vist) for å stenge av brønnen. Pakningene 74 er installert for å hindre at de forskjellige områder av ringrommet mellom produksjonsrøret 79 og foringsrøret 77 blir direkte forbundet med de forskjellige reservoarsoner. Pakningene 74 er vist med høytrykksgjennomtrengere 75 som tillater de hydrauliske styreledninger 78, som utgjør en del av sensorhovedveien 700, å passere gjennom pakningen. Styreledningene er typisk 1/4 tomme i diameter, og er typisk laget av rustfritt stål. De aktuelle styreledninger for enhver spesiell brønn må imidlertid konstrueres for å oppfylle eller overskride de metallurgiske krav til brønn-kompletteringskonstruksjonen. Det kan være hensiktsmesssig å vikle styreledningene rundt produksjonsstrengen i ett eller flere områder langs strengen. Styreledningene kan være festet for produksjonsstrengen med klemmer 714, som også vil tjene til å beskytte styreledningene mot skade under installasjon. Sensorhovedveien kommer ut av brønnhodet gjennom høytrykkstetninger (ikke vist), forbi ventiler (heller ikke vist) som tjener som nødtrykktetninger, og deretter gjennom høytrykksgjennomførings-anordninger (ikke vist) hvor de fiberoptiske kabler kommer ut samtidig som man opprettholder en trykktetning mellom omgivelsens overflatemiljø og det indre av sensorhovedveisystemet. Sensorhovedveisystemet omfatter også "Y"-grener 76, stikksegmenter 72 til spesifikke følesteder, og forbindelser til det indre av produksjonsstrengen 79 gjennom forbindelsesporten på sidelommedoren 73. Sensorhovedveisystemet 700 inneholder fiberoptiske kabler (ikke vist) og sensorer (ikke vist). Sensorene kan omfatte f.eks. bare trykksensorer, fordelte temperatursensorer, akustiske sensorer, elektriske og magnetiske feltsensorer, sammensetningssensorer og andre typer sensorer. Sensorene eller deres tilhørende kabler trenger ikke nødvendigvis å være fiberoptiske typer. Selve kabelen vil ikke nødvendigvis være forbundet med en sensor i det hele tatt, men kan isteden brukes til å kommunisere til en optisk bryter som benyttes til å fjernstyre ventiler og maskineri nede i borehullet. Det er mest fordelaktig at kablene og/eller sensorene er i stand til å bli beveget til de fjerne steder ved fluidstrøm, og derfor nyte godt av at de er opphentbare og utskiftbare. Det er videre ment at fluidsegmentering og sensorisolasjon inne i hovedveien skal oppnås ved tidskontrollert fluidpumping for å plassere de forskjellige fluider presis der hvor de er ønsket. Plasseringen av fluidseksjonene som gir isolasjons- eller segmenteringsfunksjoner kan bestemmes ved å overvåke volumet av driv-fluidet. Dette oppnås ved å benytte hovedvei-styringsventilene på overflaten i forbindelse med strømningskontrollventilene 716 nede i borehullet, plassert i sidelommedoren 73. Det kan være gunstig (men ikke nødvendig) hvis strømningskontrollventilene i forskjellige dorer 73 er utformet for å endre tilstand ved forskjellige strømningsmengder og differensialtrykk. Sensorene eller kablene kan pumpes på plass til en posisjon under der hvor gelpluggen 71 er ment å bli satt ved å manipulere strømningsmengden i forbindelse med overflatekontrollventilen (ikke vist) og strømningskontrollventilene 716 som er plassert i sidelommedoren 73. Kommersielt tilgjengelige geldannende materialer kan brukes. Hydrofile organiske polymerer, så som hydratiserbare polysakkarider og hydratiserbare syntetiske polymerer, f.eks. polyakrylamid, kan brukes for å danne vannholdige geler. Tallrike faste metalliske tverrforbindelses- eller kompliseringsmidler kan benyttes for å komplisere de hydratiserte geleringsmidler. De metalliske kompliseringsmidler kan omfatte antimonsalter, aluminiumsalter, krom-salter, og visse organiske titanater. Den eksakte plassering av sensorene i hovedveisegmentet 72 er typisk avhengig av typen av sensor som blir brukt. Fluidbarrierene 717 og gelpluggen 71 kan så pumpes på plass ved å isolere overflate-returledningen og styre strømningsbanen gjennom hvilket som helst av hovedvei-segmentene 72 via strømning-styreventilene 716 som er plassert i sidelommedoren 73. Barrierefluider og gelpluggkonstruksjon tar fortrinnsvis i betraktning typen av forurensningsstoffer og reservoarfluider som forventes og det maksimale differensialtrykk som må opprettholdes mellom segmentene og hovedlegemet av hovedveien. Ytterligere isolasjon og segmentbeskyttelse kan oppnås ved å plassere "fibervennlige" ventiler (dvs. ventiler som kan danne en ikke skadelig tetning rundt en eller flere fibere inne i hovedveien) i hovedvei-stikksegmentene 72 over der hvor gelpluggene 71 er plassert.

Et operasjonseksempel kan omfatte en polarimetrisk trykksensor som er tilgjengelig fra SensorDynamics, Winchester, England. Sensoren og dens tilknyttede fiberoptiske kabel kan entre hovedveien 700 ved høytrykkstetningen ved brønnhodet. Føledelen av montasjen kan plasseres under plasseringen av hovedveiens "Y" 76 og under det sted hvor gelpluggen 71 er satt inne i hovedveisegmentet 72. Trykket blir kommunisert til sensoren via en kontinuerlig fluidbane som begynner i reservoaret og entrer foringsrøret og produksjonsstrengen og går gjennom den åpne brønnhullventilen 716 i sidelommedoren 73 og forbindes med barrierefluidet i hovedveisegmentet 72 via porten 715. I det tilfellet at ytelsen av sensoren trekkes i tvil eller dersom sensoren eller kabelen har feilet, kan barrierepluggen 717 og gel- eller segmenteringspluggen 71 tvinges inn i produksjonsstrengen. Kabelen og sensoren kan så pumpes tilbake til overflaten og en erstatningssensor og kabel kan gjeninstalleres sammen med et nytt barrierefluid 717 og en gel eller segmenteringsplugg 71.

Figur 2 beskriver et ikke begrensende eksempel på strømningskon-trollelementet 115 på figur 1. Det skulle være klart at et slikt strømningskontrollelement kan installeres i den ene eller begge delstrekninger av hovedveien og også at den presise beliggenhet langs hovedveien kan omfatte plasseringer over pakningen så vel som under pakningen. På figur 2 er en eller flere fibersensorer eller kabler 21 vist plassert inne i hovedveien 22. Hovedvei-styreledningen fortsetter inn i en beholder 23. Inne i denne beholderen er hovedveistyreledningen vist å være perforert slik at fluid lett kan entre hovedvolumet av beholderen 23 og samtidig bidra til at sensorene og deres kabler blir ført langs hovedveien. Beholderen 23 er vist å inneholde hovedveifluid 25 i den nedre del av beholderen. Dette nivå er fortrinnsvis etablert ved kontroll fra overflaten, før strømningen fra brønnen er gjenetablert. Hensikten med beholderen er å redusere endringen i fluidnivå i hovedveien for en gitt strømningsmengde forbi tetnings- eller strupeelementet og dermed minimere feil i trykket som måles ved følepunktet. Mens nivået av fluid er inne i volumet 25, vil en liten lekkasje forbi tetningen eller struperen forårsake en meget redusert endring i kolonnetrykket.

Det skal bemerkes at trykket ved følepunktet i brønnhullet er på sitt høyeste når brønnen er stoppet. På dette stadium kan hovedveifluidet tvinges ned til et nivå som er nær bunnen av beholderen 23 ved å benytte f.eks. nitrogengass under trykk fra overflaten. Tetningen eller struperen blir deretter lukket, og nitrogengasstrykket blir utløst. Bruken av uttrykket struper i denne sammenheng er ment å indikere en betydelig reduksjon i strømning forbi anordningen. Kolonnen av væske i hovedveien vil da være under positivt trykk fra brønnhullet. Dvs., hvis strupeelementet skulle bli åpnet, ville brønnhullstrykket forårsake at væsken flyter i oppadgående retning og når et nivå over strupeelementet før det trykk som utøves av fluidkolonnen, balanserer brønnhullstrykket. For det formål å overvåke dynamikken av brønnhullstrykket nøyaktig er det å foretrekke å ha strupeelementet lukket, og der hvor et fluidreservoar 23 er inkludert, å ha reservoaret i det minste delvis fylt med hovedveifluid. Sensoren avleser brønnhullstrykket under disse forhold. Når strømmen blir gjennoppstartet i brønnen, vil trykket i brønnhullet falle, men vil forbli større enn trykket fra fluidet i hovedveien forutsatt at tetningen eller struperen er plassert lavt nok i hovedveien. Hovedveistyreledningen 26 er vist å være forbundet med tetnings- eller strupeanordningen 27 som inneholder en fjernstyrbar pakning eller struper 28, og å fortsette som seksjon 210. Ledningen 29 indikerer fjernstyring av struperen. Forskjellige metoder kan benyttes til å utøve styring. Én metode er å ha en uavhengig hydraulisk styreledning som leder fra brønnhodet til tetnings- eller strupeanordningen 27. Andre metoder kan benyttes, som f.eks. når kostnaden for den uavhengige styreledning er for høy. En slik annen metode er å ha en mateforbindelse fremover fra et punkt over pakningen eller struperen til styreinngangen 29. På denne måte kan pakningen eller struperen innstilles fra overflaten uten en uavhengig styreledning.

Anordningen som er vist på figur 2, tjener til å minimere eller redusere mengden av fluid som strømmer opp gjennom hovedveien i tilfelle av en positiv trykktransient i brønnhullet, og også å eliminere eller redusere til en akseptabel verdi de feil som kan oppstå ved sensoren i tilfelle av en negativ trykkbølge i brønnhullet.

En alternativ tilnærming til strømningskontrollanordningen på fig. 2 er å eliminere reservoaret 24, men beholde tetningsanordningen 27 og gjøre bruk av barrierefluidreservoaret 118 på figur 1. Under normal drift er tetnings- eller strupeelementene satt lukket. I tilfelle brønnen er stengt, vil brønnhullstrykket øke. Tetningsanordningen 27 vil hindre bevegelse av fluid inn i hovedveien. Etter at den positive trykktransientinformasjon er innhentet, kan fluidet i en strekning av hovedveien bli utstøtt til overflaten ved anvendelse av nitrogen eller en annen gass under overtrykk på én av strekningene av hovedveien mens man åpner det andre inngangspunkt ved overflaten. Overflate-inngangspunktene lukkes. Væsken vil da synke ned til de nedre seksjoner av de to hovedveistrekningene. På dette tidspunkt kan tetningene eller struperne 27 stenges. En alternativ fremgangsmåte som kan benyttes til å fortrenge utplasseringsfluidet inne i hovedveien er å benytte en annen væske som har den egenskap at den går over til gassfase ved brønnhullstemperaturen. Under disse forhold vil barrierefluid bli sugd oppover inn i hovedveien hvis hovedveien er åpnet til omgivelsestrykket ved brønnhodet. Denne fremgangsmåte er å foretrekke der hvor det er ønskelig å omgi sensoren og sensorkabelen med barrierefluid, for å minimere degradering av sensorer og kabler i høytemperaturområder. Gassen i området over barrierefluidet er fortrinnsvis valgt å være en inertgass, så som f.eks. nitrogen. Gassen i hovedveien over tetningen blir så tillatt å komme til omgivende atmosfæretrykk midlertidig for å tillate at gasstrykket blir tilnærmet utjevnet. På dette stadium er brønnhullstrykket på sitt høyeste, og vil være høyere enn trykket som utøves av fluidkolonnen i hovedveien. Fluidstrømmen kan nå startes igjen, og vil forårsake at brønnhullstrykket avtar. Sensoren nede i borehullet ved posisjon 114 på figur 1 vil registrere denne reduksjon nøyaktig, så lenge brønnhullstrykket overskrider det trykk som utøves av vekten av væskekolonnen i hovedveien. Denne tilstand er sikret ved passende valg av nivå for strømningskontrollanordningen 115 på figur 1 eller anordningen 27 på figur 2. Imidlertid, for en lavtrykksbrønn eller en meget utarmet brønn hvor trykket har falt til et lavt nivå på f.eks. 70 kg/cm , kan valget av nivå for strømningskontrollanordningen være meget dypt nede i oljebrønnen nær produksjon. F.eks., maksimumshøyden h av fluid med tetthet p, mellom struperen og punktet for brønnproduksjon (32 på figur 1), som tillates slik at brønntrykket er høyere enn det som skyldes kolonnen av fluid (lik pgh , hvor g er gravitasjonskonstanten), kan i virkeligheten være ganske liten (av størrelsesorden noen få hundre meter). Videre vil dette nivå avhenge meget av tettheten av det valgte hovedveifluid som kan være vesentlig hvis flytende metall blir benyttet. Den dype plassering av strømningsanordningen vil påvirke operasjonsspesifikasjonene vesentlig da temperaturen og trykket (i de tidlige dager av brønnproduksjon) begge kan være ekstreme (temperaturer opp til 350 °C i noen dampstimuleringsbrønner). En dypt plassert strømningsanordning vil også kreve en dyptrekkende hydraulisk, ytterligere styreledning hvis dette skulle være den valgte fremgangsmåte for strømningsan-ordningskontroll. Bemerk imidlertid at hvis disse ekstreme forhold ikke viser seg å være et problem, kan plasseringen av strømningsanordningene så nær som mulig (men fremdeles over) til sensorområdene av fiberen være gunstig. Dette gjør det mulig å operere med størstedelen av hovedveien tom, eller spylt med tørr nitrogengass, for å minimere det området av hovedveien som må fylles med inert fluid med lavt vanninnhold (f.eks. en silikonolje eller et flytende metall). Størstedelen av nedføringskabelen kan være utsatt for høye temperaturer, men i tørr nitrogengass, et miljø som har liten innvirkning på kabelen. Denne konstruksjon reduserer de nødvendige volumer av barrierefluid i hovedveien.

Da olje- og gassbrønner må funksjonere over lange perioder, er det også ønskelig at slike anordninger har like lang levetid, eller at de kan bli enkelt opphentet og utskiftet, uten å kreve stenging av normal brønnproduksjon. Utplasserbare ventiler som er i stand til å tette rundt fiberkabler og som kan pumpes langs hovedveien og anbringes i passende lokaliteter, er vist i US 6 006 828.

Det skulle også være åpenbart at en uavhengig trykksensor kan plasseres i hovedveien for å avføle posisjonen av væsken i hovedveien. Fortrinnsvis ligger denne trykksensor langt fra den posisjon 114 som er valgt for å overvåke brønnhullstrykket. Det optimale punkt for dette er umiddelbart under det laveste likevektsvæskenivå som kan forventes under levetiden til hydrokarbonreservoaret. I en undertrykksbrønn vil denne sensor registrere trykket på grunn av kolonnen av væske over sensoren. Denne informasjon kan benyttes til å modellere effekten av fluidstrøm i hovedveien og å forbedre dataene som innhentes av den primære trykksensor som er plassert nær brønnhullet i posisjon 114 på figur 1.

Anordningen 117 som styrer strømmen av fluid mellom barrierefluidreservoaret og sensorhovedveistyreledningene 19 på figur 1, omfatter fortrinnsvis følgende trekk: Mens sensorene er i ferd med å bli utplassert, blir fluidstrømmen fra hovedveien inn i barrierefluidreservoaret holdt på en lav mengde, slik at strømmen i begge strekninger av hovedveien er tilstrekkelig til å bevege sensorene og kablene. Én løsning, som er gitt bare som et ikke-begrensende eksempel, er å ha en ventil som tillater nedadgående strøm fra hovedveien opp til en kritisk strømningsmengde, ved hvilket tidspunkt ventilen lukker for å redusere eller stoppe strømmen. Dette kan oppnås ved overtrykk fra overflaten ved begynnelsen av hvilken som helst utplasseringsoperasjon.

Når den strømmende brønn er avstengt og brønntrykket stiger, er impedansen for fluidoverføring fra fluidbarrierereservoaret inn i hovedveien fortrinnsvis lav i området mellom barrierefluidreservoaret og posisjonen av trykksensoren, slik at trykket ved sensoren er representativt for brønnhullstrykket, og ikke blir dominert av trykkfall mellom trykk-kommuniseringspunktet 121 og sensorstedet 114. Valg av størst mulig boring for fluidbanen reduserer impedansen. Stømningskontrollenheten 117 kan fortrinnsvis utskiftes hvis den blir klebrig eller skadet. Én metode for å utføre dette er vist US 6 006 828.

Med henvisning til figur 3 er det vist et ikke-begrensende eksempel på en barrierefluidmontasje 300. Hovedveien som inneholder trykksensoren 31 (og muligens andre sensorer) er forbundet med en første barrierefluidreservoarseksjon 320 ved en forbindelse 33. Dette reservoaret er vist å inneholde et første barrierefluid 34 og et andre barrierefluid 35. Forbindelsen kan inneholde en strømningskontrollanordning 32. Den første barrierefluidreservoarseksjon 320 er forbundet med en andre barrierefluidreservoarseksjon 330 ved en forbindelse 38. Det andre barrierefluidreservoar inneholder det andre barrierefluid 35 og kan også inneholde fluid 37 som er det samme hydrokarbonfluid som brønnhullsfluidet 37. Barrierefluidet 34 har lavere tetthet enn barrierefluidet 35, og de to fluidene er fortrinnsvis ikke blandbare. Fluidet 35 kan velges å være et fluid, så som en indiumbasert legering, som er i flytende tilstand ved borehullstemperaturen og som har en lav tilbøyelighet til å reagere kjemisk med hydrokarbon-borehullsfluidene. Fortrinnsvis vil fluidet 35 også minimere diffusjon av molekylære stoffer av brønnhullsfluidet. Det skal bemerkes at et eneste barrierefluid kan være tilstrekkelig i brønner hvor borehullsfluidet er tilstrekkelig gunstig kjemisk. Likeledes er det mulig å realisere en konstruksjon som omfatter en eneste reservoarbeholder, selv om to barrierefluider eller mer blir benyttet, forutsatt at de relative tettheter er slik at ordning av fluidene i henhold til tetthetene oppnår formålene.

Det skal også bemerkes at dersom enten barrierefluidet 34 eller fluidet 35 blir forurenset eller degradert, vil det være mulig å forskyve disse inn i brønnhullet og erstatte fluidene med nye fluider uten å kreve at brønnen stenges av. Dette kan oppnås f.eks. ved å injisere fluider 34 eller 35 ved brønnhodet gjennom den hydrauliske styreledning. Hvis omgivelsens brønnoverflatetetemperatur er lavere enn smeltepunktene for disse fluider, kan disse materialer injiseres i form av små kuler. Disse kuler vil gå over til væske ved en dybde hvor brønntemperaturen overskrider smeltepunktet for kulematerialet.

Barrierefluidet 34 er fortrinnsvis et flytende metall så som gallim eller et annet metall som er i flytende tilstand ved brønnhullstemperaturen, og som har lavere tetthet enn fluidet 35 og som ikke har en tendens til å blande seg med fluidet 35. Dette fluid 34 kan også være et ikke-metallisk fluid som er inert i forhold til fluidet 35 og i forhold til trykksensoren eller dennes pakke. Det første barrierefluid 34 er også fortrinnsvis valgt å ha en lav viskositet, slik at det kan strømme med lav motstand inne i hovedvei-styreledningen 31 og dermed minimere feil i målingene ved trykksensoren på grunn av strømningsinduserte trykkgradienter mellom trykkommunikasjonspunktet 31 og posisjonen for trykksensoren.

En konfigurasjon med flere barrierefluider på figur 3 kan også oppnås med et ringformet kar i likhet med det som er vist i den separate grunnrissdetalj på figur 1. Valget av den ene eller den andre konfigurasjon avhenger av lettheten ved fremstilling og inkludering i en spesiell brønn.

Figur 4 viser styreledningshovedveien 41 som inneholder en eller flere sensorer som er koplet til et barrierefluidreservoar 43 via en styreledningsseksjon som kan omfatte en strømningskontrollanordning 42. Hydrokarbonreservoarfluidet 45 er tillatt direkte adkomst til det indre av barrierefluidreservoaret ved et punkt 46, og kan entre kammeret 43.1 barrierefluidbeholderen 43 er det vist et fluid 44 som virker som en fluidbarriere mellom brønnhullsfluidet 45 og sensoren og dennes pakke. Det må forstås at et ytterligere fluid kan befinne seg i hovedveien i området hvor sensoren er plassert eller over denne. Det er vist et mekanisk stempel 47 som skiller fluidene 44 og 45. Dette stempel kan inneholde en småkalibret forbindelse 48 som kan fylles med fluid 44. Stempelmontasjen kommuniserer borehullstrykket til det indre av hovedveien. Når forholdene er slik at en stor bevegelse av væske er nødvendig for å beveges inn i eller ut av hovedveien, vil stempelets posisjon bli justert som respons på den eksisterende trykkforskjell. Små feil kan innføres ved statisk friksjon i stempelet, men disse vil utgjøre en liten del av den totale endring. Når meget små endringer i trykk oppstår, er det å foretrekke å ha en direkte fluid til fluid-kontakt, siden statisk friksjon i det mekaniske stempel kan skjule slike små endringer eller innføre feil som er store i forhold til de endringer som skal måles. Slike små trykkforandringer oppstår vanligvis i brønntester etter den første store transient. Disse signaler inneholder viktig informasjon om hydrokarbonreservoaret, og er av stor interesse for reservoar-ingeniører. Fluid til fluid-kontakten vil omgå denne mangel, og tillater derfor at meget små trykkendringer i brønnhullet kan måles nøyaktig av sensoren i hovedveien. På den annen side vil den småkalibrede fluidforbindelse 48 i seg selv ikke være i stand til å reagere på store trykkendringer uten å forårsake at betydelige feil oppstår over en periode som er nødvendig for at fluidoverføringen skal finne sted.

Det mekaniske stempel kan konstrueres slik at det kan erstattes av en vaier-eller glattvaierintervensjon eller ved bruk av en robotfarkost.

Det vil også være klart for fagfolk i teknikken at det kan uttenkes alternative utforminger som oppnår formålene med anordningen på fig. 3 i hvilken mekaniske anordninger kan benyttes.

Figur 5 viser et ikke-begrensende eksempel på en anordning som frembringer en mekanisk isolasjon eller atskillelse av reservoarfluider fra hovedveifluider. En membran 52 er vist i et ringformet rom 50 rundt en produksjonsstreng 51. Membranen deler ringrommet i to områder. På den ene side av membranen er det et rom som inneholder et fluid 54. På den andre side av membranen er det et rom som inneholder fluid 55. Fluidet 55 er reservoarfluid, også vist som 56. Reservoarfluidet 56 kan entre det tilstøtende ringrom ved en eller flere porter 53. Fluidet 54 kan være det samme fluid som det som benyttes i hovedveien 57 som er forbundet med det ytre ringrom ved en port 59. Hvis trykket inne i produksjonsstrengen endres, blir denne endring i trykk kommunisert til fluidet inne i hovedveien. Membranen justerer sin posisjon som respons på trykkendringer. Det er viktig å justere den første posisjon av membranen ved å anvende trykk på hovedveien ved overflaten. Den foretrukne statiske posisjon av membranen når brønnen er stengt og hvor brønnhullets trykk derfor er på sitt høyeste, bør være nær den ytre vegg av ringrommet. Når brønnen strømmer med maksimal mengde, vil brønnhullstrykket generelt være på sitt laveste. Overgang fra avstengt brønn til strømmende brønn kan forårsake fluidoverføring fra hovedveien inn i det ringformede svingekammer. Størrelsen av det totale ringrom er valgt å være tilstrekkelig for de spesielle brønnforhold. Når store endringer i trykk er forutsett, må lengden av det ringformede svingekammer være større enn i brønner hvor forholdsvis små endringer er ventet. Når strømningsbegrensere 510 er bygget inn i hovedveien over posisjonen av trykksensoren, er størrelsen av det nødvendige kammer redusert. I alminnelighet er den foretrukne posisjon av trykksensoren inne i hovedveien nær forbindelsen med det ringformede svingekammer (vist som 511 på figur 5).

Claims (16)

1. Anordning for å isolere en sensor fra et miljø på et fjerntliggende sted i et borehull hvor sensoren (31, 65) avføler en eller flere fysiske parametere, karakterisert ved at den omfatter en første styreledning (19, 22, 57, 62, 78) som inneholder en kommunikasjonskabel og en sensor (31, 65) i forbindelse med denne, hvor sensoren (31, 65) er plassert inne i den første styreledning (19, 22, 57, 62, 78) nær det fjerntliggende sted, en andre styreledning som har en første ende (116) i fluidforbindelse med den første styreledning (19, 22, 57, 62, 78) nær sensoren (31, 65), og en andre ende (119), og et fluidbarrierereservoar (118, 23, 320, 330, 43) som inneholder et barrierefluid (122, 34, 717), hvor fluidbarrieren har en første åpning i fluidforbindelse med den andre ende (119) av den andre styreledning, og en andre åpning (123) i fluidforbindelse med det fjerntliggende sted.

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter et første strømningskontrollelement som er plassert inne i den andre styreledning mellom den første styreledning og fluidbarrierereservoaret, idet det første strømnings-kontrollelement er utformet for å aktiveres mellom en første tilstand som tillater fluidstrømning i den andre styreledning i hvilken som helst retning, og en andre tilstand som begrenser fluidstrømning i den andre styreledning fra barrierefluidreservoaret til den første styreledning.

3. Anordning ifølge krav 2, karakterisert ved at den videre omfatter et andre strømningskontrollelement som er plassert inne i den første styreledning, idet det andre strømningskontrollelement er utformet for å aktiveres mellom en første tilstand som tillater en fluidstrømning i den første styreledning i hvilken som helst retning, og en andre tilstand som begrenser fluidstrømning fra den første styreledning.

4. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter en gelplugg som er plassert inne i den andre styreledning mellom den første styreledning og barrierefluidreservoaret, idet gelpluggen omfatter et volum som inneholder en gel som er valgt for å isolere barrierefluidet kjemisk fra fluider inne i den første styreledning.

5. Anordning ifølge krav 4, karakterisert ved at den videre omfatter en rør-ledning som har en første ende i fluidforbindelse med barrierefluidreservoaret, og en andre ende i fluidforbindelse med det fjerntliggende sted, og videre omfatter en fluidaktivert kontrollventil som er plassert inne i rørledningen, idet den fluidaktiverte kontrollventilen reagerer for å åpne når fluid pumpes gjennom rørledningen og de første og andre styreledninger.

6. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter en fluidbevegende anordning for å føre fluid inn i de første og andre styreledninger, og en fluidvolum-måleanordning som er utformet for å måle volumet av fluid som føres inn i de første og andre styreledninger av den fluidbevegende anordning.

7. Anordning ifølge krav 1 for å avføle en eller flere fysiske parametere på fjerntliggende steder, karakterisert ved at den omfatter et antall sensorer i forbindelse med kommunikasjonskabelen, idet hver sensor er plassert inne i den første styreledning nær et respektivt fjerntliggende sted, og et antall fluidbarrierefølende seksjoner, hvor hver fluidbarrierefølende seksjon omfatter en andre styreledning som har en første ende i fluidforbindelse med den første styreledning nær en av sensorene, og en andre ende, og et fluidbarrierereservoar som inneholder et barrierefluid, idet fluidbarrieren har en første åpning i fluidforbindelse med den andre ende av den tilhørende andre styreledning, og en andre åpning i fluidforbindelse med det tilhørende fjerntliggende sted.

8. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at kommunikasjonskabelen er en fiberoptisk kabel.

9. Fluidbarriere (122, 34, 717) for å isolere en sensor (31, 65) som er plassert inne i en første styreledning (19, 22, 57, 62, 78), fra et miljø på et sted nær sensoren (31, 65), karakterisert ved at den omfatter en fluidledning som har en første ende (116) i fluidforbindelse med den første styreledning (19, 22, 57, 62, 78) nær sensoren (31, 65), og en andre ende (119), og et første fluidbarrierereservoar (118, 23, 320, 330, 43) som har en første åpning i fluidforbindelse med det fjerntliggende sted, og en andre åpning i fluidforbindelse med den andre ende av fluidledningen (119), idet den første åpning er distal fra den andre åpning, idet det første fluidbarrierereservoar (118, 23, 320, 330, 43) inneholder et første fluid som har en første spesifikk vekt.

10. Fluidbarriere ifølge krav 9, karakterisert ved at den videre omfatter et andre fluidbarrierereservoar som er plassert inne i fluidledningen mellom det første fluidbarrierereservoar og den første styreledning, idet det andre fluidreservoar har første og andre åpninger for forbindelse med fluidledningen, idet den første åpning er distal fra den andre åpning, idet det andre fluidbarrierereservoar inneholder et andre fluid som har en andre spesifikk vekt som er forskjellig fra den første spesifikke vekt.

11. Fluidbarriere ifølge krav 10, karakterisert ved at det andre fluidbarrierereservoar er plassert elevasjonsmessig høyere enn det første fluidbarriere-reservoar, og at den første spesifikke vekt er større enn den andre spesifikke vekt.

12. Fluidbarriere ifølge krav 11, karakterisert ved at den videre omfatter en fluidaktivert kontrollventil som er plassert inne i den første fluidledning mellom det andre fluidbarrierereservoar og den første styreledning, idet den fluidaktiverte kontrollventil reagerer for å åpne når fluid pumpes gjennom fluidledningen mot de andre og første fluidbarrierereservoarer.

13. Fluidbarriere ifølge krav 10, karakterisert ved at de første og andre fluider er i hovedsak ikke blandbare med hverandre, og at det første fluid er valgt for å være i det vesentlige kjemisk inaktivt med et miljø på det fjerntliggende sted.

14. Fremgangsmåte for kjemisk isolering av en sensor (31, 65) fra et sted hvor en parameter skal måles av sensoren (31, 65), idet stedet befinner seg i et fluidmiljø iet et borehull, karakterisert ved at den omfatter plassering inne i en styreledning (19, 22, 57, 62, 78) av en sensor i signalforbindelse med en kommunikasjonskabel (21), idet sensoren (31, 65) er beliggende i et avsnitt av styreledningen (19, 22, 57, 62, 78) nær det sted på hvilket parameteren skal måles, plassering av et fluidreservoar (118, 23, 320, 330, 43) i fluidforbindelse med det avsnitt av styreledningen (19, 22, 57, 62, 78) som inneholder sensoren (31, 65), idet fluidreservoaret (118, 23, 320330, 43) videre er plassert i fluidforbindelse med fluidmiljøet, isolering av styreledningen (19, 22, 57, 62, 78) for å hindre passering av fluid inn i styreledningen (19, 22, 57, 62, 78) fra fluidmiljøet, og føring av et første fluid inn i styreledningen (19, 22, 57, 62, 78) for å forårsake at det første fluid strømmer inn i fluidreservoaret (118, 23, 320, 330, 43).

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, karakterisert ved at den videre omfatter måling av volumet av det første fluid som føres ned gjennom styreledningen og inn i fluidreservoaret, og stopping av strømning av det første fluid inn i styreledningen når et tilstrekkelig volum av det første fluid er blitt ført ned gjennom styreledningen for å fylle i det minste en del av fluidreservoaret.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 14, karakterisert ved at den videre omfatter plassering av et andre fluidreservoar i gjennomstrømmende fluidforbindelse med det avsnitt av styreledningen som inneholder sensoren og fluidreservoaret, og føring av et andre fluid inn i styreledningen for å forårsake at det andre fluid strømmer inn i det andre fluidreservoar.