NO334820B1

NO334820B1 - Fremgangsmåte og system for å overvåke et nivå for fluid i et område av en undergrunnsbrønn

Info

Publication number: NO334820B1
Application number: NO20040828A
Authority: NO
Inventors: Claude J Vercaemer
Original assignee: Schlumberger Technology Bv
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2014-06-10
Also published as: GB0404035D0; GB2398810B; GB2398810A; US7270177B2; US20040163807A1; US20060175056A1; US7040402B2; NO20040828L

Abstract

Det er beskrevet en teknikk som kan benyttes i forbindelse med en undergrunnsbrønn, som innbefatter å føre et fluid inn i et område av brønnen og overvåke et nivå for fluidet som er innført, via en brønnhullssensor. Innføringen blir regulert som reaksjon på overvåkningen.

Description

BAKGRUNN

Foreliggende oppfinnelse angår generelt en instrumentert pakning.

En oljefeltbrønn kan ha flere produksjonssoner. Disse soner er etablert ved hjelp av ett eller flere brønnhull (ut fra brønnen) som strekker seg gjennom én eller flere undergrunnsformasjoner. Forskjellige soner kan måtte behandles over brøn-nens levetid.

En brønnbehandling kan f.eks. være nødvendig for selektivt å blokkere eller forsegle produksjon fra en spesiell sone. På denne måten er produksjon fra hver sone ikke alltid den samme ettersom sammensetningene til de fluider som produseres av sonene, vanligvis varierer. Noen av sonene kan f.eks. produsere et uakseptabelt vannivå, og dermed kan det være ønskelig å forsegle disse sonene fra brønnen. Som et annet eksempel kan noen av sonene produsere uakseptable nivåer med forurensninger, og dermed kan det være ønskelig også å blokkere kommunikasjonen av fluider fra disse sonene. Kvaliteten på produksjonen fra en spesiell sone kan variere over brønnens levetid. Overtid kan f.eks. en sone gå over fra å produsere brønnfluid med en aksepterbar kvalitet til å produsere for meget vann eller produsere brønnfluid som har et uaksepterbart høyt nivå med forurensninger.

På et visst punkt, enten før den innledende installasjon av produksjonsutstyr eller på et senere tidspunkt, kan derfor korrigerende handlinger måtte utfø-res for å forsegle en spesiell sone i en brønn. Én type korrigerende handling innebærer en teknikk som på området kalles en "trykkoperasjon" (squeeze job). I en trykkoperasjon blir et eventuelt produksjonsrør som er i tilstede i brønnen, først fjernet fra den påvirkede sonen. Deretter blir sonen isolert ved å bruke midlertidige pakninger. Denne isolasjonen innebærer å forsegle området inne i foringsrør-strengen eller inne i brønnhullet, avhengig av om brønnen er foret eller ikke. En blanding kalt et sementslam blir så pumpet ned gjennom et rør inn i den isolerte sone og herder til en sement for å forsegle eller isolere sonen.

Under trykkoperasjonen kan sementslammet dirigeres inn i perforeringstunneler i sonen. I forbindelse med andre anvendelser kan sementen fylle sonens gruspakking. På denne måten blir gruspakkingen i noen brønner brukt til å filtrere sand i en ukonsolidert formasjon mens oljen tillates å strømme gjennom. Den tilsvarende produksjonssone kan imidlertid invaderes av saltvann og dermed kan det bli nødvendig å plugge gruspakkingen ved sementering gjennom grusen.

Brønnbehandlinger består også i å øke produksjonen fra en spesiell sone. For eksempel kan det være ønskelig å innføre syre i en sone i en operasjon kalt "syrebehandling". Den innførte syren øker sonens produktivitet. Under syrebehandling kan det imidlertid være nødvendig å isolere sonen der hvor syre blir innført, fordi hvis syren når en spesiell vannproduserende sone, kan vannproduk-sjon fra vedkommende sone økes på uønsket måte. For syrebehandlingsopera-sjonen er det derfor også ønskelig å isolere den sone hvor operasjonen blir utført.

I alle de ovenfor beskrevne operasjoner blir det vanligvis gjort et estimat av fluidvolumet (dvs. sementslammet, syrebehandlingsfluidet eller andre kjemikalier) som er nødvendig for å fullføre brønnbehandlingsoperasjonen. I en sementtrykkoperasjon blir det f.eks. gjort et estimat over det sementslamvolum som er nød-vendig for å isolere en spesiell sone. Imidlertid er det ofte vanskelig å fastslå vo-lumkapasiteten til den sone som fluidene skal innføres i, og denne vanskeligheten kan resultere i utfordringer når det gjelder å utføre operasjonen på en effektiv måte. Hvis f.eks. ikke nok sementslam blir brukt i en sementtrykkoperasjon, så blir målsonen kanskje ikke skikkelig isolert. Hvis imidlertid for meget sementslam blir ført inn i brønnen, kan produksjon fra en tilstøtende sone utilsiktet blokkeres. Hvis for meget syrebehandlingsfluid, som et annet eksempel, blir innført i målsonen, kan syrebehandlingsfluidet migrere inn i en tilstøtende vannproduserende sone og øke vannproduksjonen fra vedkommende sone.

US 5509474 A beskriver et apparat og fremgangsmåte for å påvise varie-rende strømningshastighet ved ulike punkter utenfor foringsrøret i en brønnboring. US 2220205 A beskriver en fremgangsmåte for å lokalisere påvisbar sement i en brønnboring.

Det er derfor fortsatt et behov for et arrangement og/eller en teknikk som tar hensyn til én eller flere av de problemer som er fastslått ovenfor, og som også tar hensyn til andre problemer som ikke er nevnt ovenfor.

OPPSUMMERING

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å overvåke et nivå for fluid i et område av en undergrunnsbrønn,

kjennetegnet ved:

å føre et fluid inn i et område av brønnen, hvor området er lokalisert mellom et foringsrør i brønnen og et brønnhull i brønnen;

å overvåke et nivå for det fluid som føres inn via en brønnhullssensor;

å regulere innføringen som reaksjon på overvåkningen; og

å innbefatte brønnhullssensoren i et brønnhullsverktøy, idet brønnhullsverk-tøyet omfatter en første pakning som innbefatter brønnhullssensoren og en annen pakning som innbefatter en annen sensor.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også et system for å overvåke et nivå for fluid i et område av en undergrunnsbrønn,

kjennetegnet ved :

en foringsrørstreng som frembringer et område utenfor foringsrørstrengen; og

en andre streng som omfatter en første pakning omfattende en første sensor for å indikere et nivå for fluid i dette området og en andre pakning omfattende en andre sensor,

hvor minst den første sensoren er innrettet for å indikere forekomst av et merkemiddel i fluidet.

Ytterligere utførelsesformer av fremgangsmåten og systemet i henhold til oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Det beskrives en teknikk som er brukbar med en undergrunnsbrønn som innbefatter å føre et fluid inn i et område av brønnen og overvåke nivået til det fluid som innføres via en brønnhullssensor. Innføringen eller kommunikasjonen blir regulert som reaksjon på overvåkningen.

Fordeler og andre trekk vil fremgå av den følgende beskrivelse, av tegningene og av patentkravene.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Fig. 1 er et flytskjema over en teknikk for å overvåke innføringen eller kommunikasjonen av et fluid inn i en sone, i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen. Fig. 2 og 4 er skjematiske diagrammer av systemer for å kommunisere et sementslam inn i en sone, i henhold til forskjellige utførelsesformer av oppfinnelsen. Fig. 3 og 5 er flytskjemaer som skisserer teknikker for å føre et sementslam inn i en brønn under en trykkoperasjon, i henhold til forskjellige utførelsesformer av oppfinnelsen. Fig. 6 er et skjematisk diagram over en brønnforingsstreng i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen. Fig. 7 er et skjematisk diagram av en produksjonsrørstreng i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen. Fig. 8, 19, 20, 22 og 23 er skjematiske diagrammer av undergrunnsbrønner i henhold til forskjellige utførelsesformer av oppfinnelsen. Fig. 9 og 10 er skjematiske diagrammer over en pakning i en ikke-aktivert tilstand i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen. Fig. 11 og 12 er skjematiske diagrammer over pakningen i en satt eller aktivert tilstand, i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen. Fig. 13 er et mer detaljert skjematisk diagram over en dorenhet for pakningen i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen. Fig. 14, 15, 16, 17 og 18 er skjematiske diagrammer over forskjellige rør-strenger i henhold til forskjellige utførelsesformer av oppfinnelsen. Fig. 21 er et skjematisk diagram over en pakning i henhold til en annen ut-førelsesform av oppfinnelsen. Fig. 24 er et skjematisk diagram over en resistivitetssonde i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen. Fig. 25 er et skjematisk diagram over en elektronikkmodul for resistivitets-sonden på fig. 24, i henhold til en utførelsesform av oppfinnelsen. Fig. 26 og 27 er skjematiske diagrammer som skisserer en pakning i henhold til en annen utførelsesform av oppfinnelsen.

DETALJERT BESKRIVELSE

Det vises til fig. 1 hvor en utførelsesform 3 av en teknikk i samsvar med oppfinnelsen er brukt i forbindelse med en brønnbehandling med det formål å overvåke den fluidmengde som kommuniseres inn i en spesiell sone i brønnen. Dette fluidet kan f.eks. være et sementslam som blir brukt til det formål å utføre en sementtrykkoperasjon og/eller brukt til det formål å plugge igjen en spesiell vannproduserende sone i brønnen. Som et annet eksempel kan dette fluidet være et kjemikalium som brukes til å plugge igjen en spesiell vannproduserende formasjon i brønnen. Alternativt kan fluidet være en syre som brukes til det formål å øke produksjonen fra en spesiell sone i brønnen. Uansett sammensetningene til fluidet, muliggjør de teknikker som er beskrevet her, slik som teknikken 3, nøyaktig over-våkning av nivået til det fluid som innføres i en spesiell sone.

Mer spesielt, det vises fortsatt til fig. 1, innbefatter teknikken 3 å merke

(blokk 5) et brønnbehandlingsfluid som skal innføres i brønnen. Denne merkingen innbefatter å innføre visse merkemidler (inn i fluidet) med karakteristikker som mu-liggjør deteksjon av merkemidlene og fluidet nede i hullet. Merkemidlene som inn-føres i fluidet, kan f.eks. være radioaktive partikler, salt eller ferromagnetiske partikler, nevnt bare som noen få eksempler. Disse merkemidlene har kjennetegn som kan detekteres av én eller flere brønnhullssensorer. Ved å detektere disse midlene nede i hullet, kan således forekomsten og nivået til merkefluidet over-våkes og reguleres nøyaktig slik at den riktige fluidmengde blir innført i brønnen.

Etter teknikken 3, etter at fluidet er merket, blir det merkede fluidet ført ned i hullet, som skissert i blokk 6. Mer spesielt blir fluidet innført i en isolert sone i henhold til visse utførelsesformer av oppfinnelsen. Mens fluidet blir innført, blir inn-føringen av fluidet overvåket via en brønnhullssensor, som skissert i blokk 7. Som beskrevet nedenfor er denne sensoren i visse utførelsesformer av oppfinnelsen lokalisert inne i den isolerte sone som fluidet skal innføres i. Under denne innførin-gen blir også nivået til fluidet bestemt (rombe 8), og hvis et spesielt forutbestemt fluidnivå ikke er blitt nådd, vender teknikken tilbake til blokk 6 for å fortsette innfø-ringen og overvåkningen av fluidet. Fig. 2 skisserer en mer spesifikk utførelsesform av oppfinnelsen hvor et sementslam blir innført i en brønn med det formål å utføre en sementtrykkoperasjon. Mer spesielt skisserer fig. 2 et system 10 som innbefatter en foringsrørstreng 12 som strekker seg ned i et brønnhull, som i sin tur strekker seg gjennom én eller flere undergrunnsformasjoner. Selv om bare ett brønnhull er skissert på fig. 2, vil man forstå at brønnen kan innbefatte ytterligere brønnhull. Fig. 2 skisserer også en spesiell produksjonssone 14, en sone som innbefatter perforeringstunneler 16 som strekker seg inn i den omgivende formasjon. Disse perforeringstunnelene 16 er utformet ved hjelp av perforeringsstråler (laget ved hjelp av detonerte formladninger) som trenger gjennom foringsrørstrengen 12. Selv om en produksjonssone 14 er skissert på fig. 2, vil man forstå at brønnen kan ha mange soner.

Det er mulig at et spesielt problem kan inntreffe med produksjonssonen 14 som dermed krever en korrigerende handling. For produksjonssonen 14 er det f.eks. mulig at et uønsket vannivå kan produseres fra sonen 14, et uønsket nivå med forurensninger kan produseres fra sonen 14, eller andre problemer kan finnes med sonen 14. Derfor kan det være ønskelig å isolere sonen 14 fra resten av brønnen 10. For å utføre denne isolasjonen, blir produksjonsutstyr fjernet fra brønnen 10 slik at en sementeringsrørstreng 24 kan kjøres ned i hullet inne i den sentrale passasjen i en foringsrørstreng 12. Sementeringsrørstrengen 24 tjener som en ledning for å innføre et sementslam inn i sonen 14.

Som skissert på fig. 2 innbefatter rørstrengen 24 i visse utførelsesformer av oppfinnelsen en øvre pakning 26 og en nedre pakning 30. Disse øvre 26 og nedre 30 pakningene ligger an mot den påvirkede sonen 14 for effektivt å isolere sonen under sementeringsoperasjonen. På denne måten blir strengen 24 i denne operasjonen innledningsvis senket ned på plass inntil sonen 14 befinner seg mellom den øvre 26 og den nedre 30 pakningen. Når den øvre 26 og den nedre 30 pakningen er i riktig posisjon, blir pakningene satt eller aktivert. For eksempel kan pakningene være hydraulisk eller mekanisk aktiverte pakninger.

Det skal bemerkes at den isolasjon som tilveiebringes av pakningene 26 og 30 ikke er en fullstendig isolasjon. I det arrangement som er skissert på fig. 2 kan f.eks. det innførte sementslam trenge på utsiden av foringsrørstrengen 12 og forbi pakningene 26 og 30 gjennom grusen 20. Pakningene 26 og 30 innbefatter imidlertid anordninger for å overvåke nivået til sementslammet for å regulere sementeringsoperasjonen, som nærmere beskrevet nedenfor.

Når den øvre 26 og den nedre 30 pakningen er aktivert, strekker elastomer-elementene til pakningene seg mellom utsiden av produksjonsrørstrengen 24 og den indre veggoverflaten til foringsrørstrengen 12 med det formål å skape en isolert sone mellom den øvre 26 og den nedre 30 pakningen. Når denne isolerte sonene er blitt frembrakt, kan et sementslam så innføres gjennom den sentrale passasjen i strengen 24. På denne måten strømmer sementslammet fra brønnoverfla-ten gjennom den sentrale passasje i rørstrengen 24 og inn i den isolerte sone via radial åpninger 25 i strengen 24. Når sementslammet kommer inn i det isolerte området, strømmer sementslammet inn i perforeringstunnelene 16.

Den brønnen som er skissert på fig. 2, benytter gruspakking som betyr at grus 20 forer utsiden av foringsrørstrengen 12 mellom formasjonen og foringsrør-strengen 12, og dermed omgir det isolerte område. Det er mulig at sementeringsoperasjonen blir brukt til effektivt å plugge igjen gruspakkingen 20, og at sement slammet i denne anvendelsen kommer inn i gruspakkingen mellom de øvre 26 og nedre 30 pakningene. Sementslammet kommer inn i perforeringstunnelene 16 og det ringformede område utenfor foringsrørstrengen. Det skal bemerkes at på kon-vensjonell måte blir mengden med sementslam som er nødvendig for å isolere sonen, som kan føre til eventuell innføring av for lite sementslam (for derved ikke effektivt å isolere sonen 14) eller innføring av for meget sementslam (og derved på uønsket måte utvide isolasjonen inn i en annen sone).

I motsetning til konvensjonelle systemer innbefatter imidlertid strengen 24 brønnhullsanordninger for å overvåke nivået til sementslammet som innføres i den isolerte sone. På denne måte innbefatter i visse utførelsesformer av oppfinnelsen, den øvre pakning 26 en sensor 32, og den nedre paktning 30 innbefatter en sensor 34. Sensorene 32 og 34 blir igjen brukt til å detektere forekomsten og mengden av sementslam som er tilstede i sonen. Deteksjon av nivået til sementslammet blir gjort mulig ved hjelp av merkemidler som er tilstede i sementslammet.

Som et mer spesielt eksempel kan i noen utførelsesformer av oppfinnelsen salt være innført som merkemiddel i sementslammet. Dette saltet påvirker igjen resistiviteten til sementslammet ettersom salt generelt i betydelig grad øker den elektriske konduktiviteten til sementslammet. For dette eksempelet kan derfor hver sensor 32, 34 være en del av et resitivitetsmålesystem nede i brønnhullet som utfører en resitivitetsmåling. Forekomsten av det saltmerkede sementslam minsker den målte resistansen etter hvert som mer sementslam blir innført i sonen.

I noen utførelsesformer av oppfinnelsen kan resistivitetssensorene være i kontakt med foringsrørstrengen 12. I et mer spesielt eksempel kan sensoren 34 i noen utførelsesformer av oppfinnelsen være en strømsender, og sensoren 32 kan være en strømmottaker. En indikasjon på resistansen (og dermed nivået til sementslammet) kan fastslås fra kjennskap til den strøm som blir utsendt av sensoren 34 og den strøm som blir mottatt sensoren 32. Når nivået til sementslammet øker, avtar derfor den resistans som måles via sensorene 32 og 34 slik at en indikasjon på nivået til sementslammet kan fremskaffes.

Avhengig av den spesielle utførelsesform av oppfinnelsen, kan forskjellige telemetriteknikker brukes for å kommunisere indikasjoner på målte parametere fra sensorene 32 og 34 til brønnoverflaten. I noen utførelsesformer av oppfinnelsen kan f.eks. sensorene 32 og 34 kommunisere gjennom rørstrengen 24 eller gjennom ledninger til en telemetrikrets 41 som er lokalisert på brønnoverflaten. Denne telemetrikretsen 41 kan tilveiebringe en rekke forskjellige funksjoner. I noen utfø-relsesformer av oppfinnelsen kan f.eks. telemetrikretsen 41 fremskaffe en synlig indikasjon til en operatør på overflaten av brønnen, som indikerer når det riktige slamnivå er blitt innført i sonen. Operatøren kan dermed manuelt betjene en ventil 40 for å regulere innføringen av slammet i brønnen som reaksjon på den visuelle indikasjon som tilveiebringes ved hjelp av telemetrikretsen 41. I noen utførelses-former av oppfinnelsen kan telemetrikretsen 41 direkte regulere ventilen 40, for å regulere å regulere når strømmen med sementslam ned i brønnen skal opphøre.

Andre merkemidler og tilsvarende sensorer kan brukes i andre utførelses-former av oppfinnelsen. I noen utførelsesformer av oppfinnelsen kan f.eks. merkemiddelet innbefatte radioaktive partikler, og sensorene 32 og 34 kan være gammastrålingsdetektorer. På denne måten kan sensorene 32 og 34 detektere fluidnivået ved å detektere forekomsten av radioaktive partikler. Som diskutert ovenfor kan sensorene 32 og 34 også kommunisere via forskjellige telemetriteknikker med telemetrikretsen 41.

Som nok et annet eksempel kan merkemiddelet som innføres i sementslammet, innbefatte magnetisk detekterbare partikler, slik som ferromagnetiske partikler. På denne måten kan disse ferromagnetiske partiklene i henhold til disse utførelsesformene av oppfinnelsen innføres i sementslammet, og sensorene 32 og 34 kan hver være en elektromagnetisk spole. Forekomsten av de ferromagnetiske partiklene i sementslammet påvirker den elektriske permeativiteten til spolen for derved å frembringe en indikasjon på nivået til slammet inne i sonen. Som diskutert ovenfor, kan sensorene 32 og 34 kommunisere med telemetrikretsen 41 via én av flere forskjellige telemetriteknikker.

Blant de andre trekk som er skissert på fig. 2, kan et sementslamreservoar 44 lagre sementslammet som inneholder merkemiddelet. Når ventilen 40 er åpen, kan en pumpe 42 pumpe sementslammet med merkemiddelet fra reservoaret 44 gjennom ventilen 40 og inn i den sentrale passasje i rørstrengen 24.

For å oppsummere, sementslam kan således innføres i en spesiell produksjonssone under en sementtrykkoperasjon som følger etter en teknikk 50 som er skissert på fig. 3. I denne teknikken 50 blir sementslammet merket (blokk 52). Strengen som inneholder midlertidige pakninger blir så kjørt ned i hullet, som skissert i blokk 54. Deretter blir pakningene på denne strengen aktivert (blokk 56) for å skape den isolerte sone. Sementslammet blir så innført (blokk 58) i sonen og indi kasjoner fra sensorene 32 og 34 blir overvåket (blokk 60) inntil sensorene indikerer at et passende volum av slammet er blitt innført, som skissert i rombe 62. Inntil dette volumet er nådd, fortsetter innføringen av sementslammet inn i sonen, som antydet i blokkene 58 og 60. Når de riktige grensene er nådd, opphører innførin-gen av sementslam i hullet.

Fig. 2 skisserer bare en spesiell utførelsesform for en sementtrykkoperasjon. Mange andre varianter kan benyttes. Fig. 4 skisserer f.eks. et system 70 hvor strengen 71 kan brukes til å anbringe strengen 24 (fig. 2) i en sementtrykkoperasjon. I motsetning til strengen 24, innbefatter strengen 71 en eneste pakning 72 som definerer den øvre grensen for den sone som skal sementeres. Pakningen 72 innbefatter en sensor 73 som kan brukes til å detektere forekomsten av sementslammet, i likhet med sensoren 32 på fig. 2. Sensoren 73 kan være en gammastrålingsdetektor, en resistivitetsensor eller en elektromagnetisk spole (som eksempler), avhengig av det spesielle merkemiddel som befinner seg i sementslammet. Strengen 71 innbefatter også radiale åpninger 74 som blir brukt til å inn-føre sementslammet i den isolerte sone. I motsetning til strengen 24 innbefatter imidlertid strengen 71 bare den ene pakningen 72. Bunnen av sonen er derimot forseglet ved hjelp av en broplugg 80.

Systemet som er skissert på fig. 2 etablerer dermed effektivt den samme isolerte sone som det system som er skissert på fig. 4, ved å benytte en annen teknikk. Denne teknikken er illustrert mer detaljert på fig. 5.

Det vises nå til fig. 5 hvor teknikken 84 innbefatter merking (blokk 86) av sementslammet. Bropluggen 80 blir kjørt inn og aktivert, som skissert i blokk 87. Deretter blir strengen 71 kjørt inn og pakningen blir aktivert, som skissert i blokk 88, for å frembringe den isolerte sone. Deretter begynner innføringen av sementslam.

På denne måten blir sementslammet injisert (blokk 89) og indikasjoner fra sensoren 32 blir overvåket (blokk 90) for å fastslå nivået til sementslammet i sonen. Når det bestemmes (rombe eller rute 92) at grensen er nådd, så avsluttes sementtrykkoperasjonen. Ellers fortsetter injeksjonen og overvåkningen av fluidet som skissert i blokkene 89 og 90.

Andre variasjoner er mulig. I noen utførelsesformer av oppfinnelsen behø-ver f.eks. bropluggen 80 ikke å bli brukt hvis den sone som skal isoleres, er den nederste sonen. På denne måten blir bropluggen 80 effektivt fjernet, og sement slammet blir innført under pakningen 72. Det skal bemerkes at hvis sonene under den sone som er sementert, skal brukes i ettertid, blir sementen boret ut av sonen 14 etter sementrykkoperasjonen.

Selv om en sementtrykkoperasjon er blitt beskrevet ovenfor, er dette bare et eksempel på innføringen og overvåkningen av et fluid som brukes i en brønn-behandlingsoperasjon. Fluidet kan f.eks. alternativt være et syrebehandlingsfluid, et fluid for å plugge igjen en spesiell sone eller en annen type fluid. Uansett type brønnbehandlingsfluid blir et merkemiddel tilsatt fluidet, og en brønnhullssensor blir brukt til å overvåke nivået til fluidet som innføres i brønnen.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen er sensoren ikke lokalisert i en pakning, men sensoren er i stedet lokalisert i en annen brønnhullskonstruksjon. Det vises f.eks. til fig. 6 hvor en spesiell foringsrørstreng 95 i noen utførelsesfor-mer av oppfinnelsen kan innbefatte én eller flere sensorer 96 for å overvåke innfø-ringen av fluid i brønnen. Sensorene 96 kan f.eks. installeres sammen med foringsrørstrengen 95 for fremtidig bruk til spesiell sementering, kjemikalieinjeksjon eller syrebehandlingsoperasjoner. Sensorene 96 kan derfor være installert sammen med foringsrørstrengen 95 for fremtidig bruk til regulering av hvilke fluider som innføres i brønnen på et senere tidspunkt.

Det vises til fig. 7 hvor sensorene for å overvåke fluidinnføringen i henhold til en annen utførelsesform av oppfinnelsen, kan være lokalisert i andre verktøy eller brønnhullskonstruksjoner. Fig. 7 skisserer f.eks. en rørstreng 97 hvor sensorer 100 er lokalisert i veggen til strengen 100.1 dette spesielle eksempelet er sensorene 100 plassert mellom en øvre 98 og en nedre 99 pakning som kan brukes til f.eks. å skape en isolasjonssone mellom disse pakningene 98 og 99. Andre ar-rangementer og variasjoner er mulig.

Brønnhullssensorene kan ta målinger med eller uten gjennomtrenging av foringsrørstrengen. På denne måten kan det være ønskelig, i noen utførelsesfor-mer av oppfinnelsen, å gjennomtrenge foringsrørstrengen for å øke målenøyakti-gheten. Begge sensortyper er beskrevet mer detaljert nedenfor.

Det vise til fig. 19 hvor en sensorenhet 710 i henhold til noen utførelsesfor-mer av oppfinnelsen, kan brukes til å utføre målinger utenfor brønnforingen 702 for å detektere merkede fluider uten å stikke hull på foringsrøret 702. I noen utførel-sesformer av oppfinnelsen kan f.eks. sensorenheten 710 innbefatte en resistivitetssensor, en elektromagnetisk spole eller en gammastrålingsdetektor, som ek sempler. Det blir nedenfor antatt at hver sensorenhet 710 utfører resistivitetsmålinger. Sensorenheten 710 kan således brukes til formål for å detektere et fluid som har salt som merkemiddel, ettersom forekomsten av salt f.eks. minsker den avfølte resistansen. Andre typer sensorenheter kan imidlertid brukes alternativt.

Flere sensorenheter 710 kan brukes, slik som enhetene 710a og 710b som er skissert på fig. 19. Noen av enhetene 710 kan brukes som sendere med det formål å utføre resistivitetsmålinger, og noen kan brukes som mottakere, slik fagkyn-dige på området vil forstå. Enheten 710a kan f.eks. sende en strøm til foringsrøret 702, og enheten 710b kan motta en strøm fra foringsrøret 702, en mottatt strøm som indikerer resistivitet. Enhetene 710 kan f.eks. være montert på en streng 704 (f.eks.) som strekker seg gjennom den sentrale passasje i foringsrøret 702.

Hver enhet 710 innbefatter buefjærer 708 som tjener som elektriske kontak-ter til foringsrøret 702 ved å bøye seg utover, som skissert på fig. 19, i kontakt med den indre veggen av foringsrøret 702. Disse kontaktene tillater i sin tur elek-tronikken 706 i hver enhet 710 å sende (hvis enheten 710 er en sender) eller motta (hvis enheten 710 er en mottaker) strøm til/fra kontaktpunktene med brønn-foringen 702. Det skal bemerkes at en betydelig mengde av den strøm som brukes til resistivitetsmålinger blir parallellkoplet gjennom det elektrisk ledende foringsrøret 702. Noe av denne strømmen flyter imidlertid gjennom formasjonen som omgir foringsrøret 702 og gjennom fluid som er til stede i foringsrørets nær-het. Det omgivende fluid påvirker således resistivitetsmålingene betydelig nok til å måle nivået til og detektere det merkede fluidet. Et system er beskrevet nedenfor for eventuelt å forbedre signal/støy-forholdet (SNR, signal-to-noise-ratio) til denne målingen.

Som skissert på fig. 19 innbefatter hver enhet 710 i noen utførelsesformer av oppfinnelsen elektrisk isolerende, øvre 712 og nedre 714 elastomerskraper som isolerer eventuelt fluid som omgir buefjærene 708 (spesielt for enheten 710) for å hindre strøm fra å bli kommunisert mellom de tilstøtende enheter 710 gjennom fluid inne i foringsrøret 702.

Som nevnt ovenfor blir en betydelig mengde av strømmen som brukes til resistivitetsmålinger, parallellkoplet gjennom det elektrisk ledende foringsrør 702. Denne parallellkoplede strømmen forringer i sin tid signal/støy-forholdet til resistivitetsmålingene. For det formål å forbedre signal/støy-forholdet til disse målingene, kan et system 715 som er skissert på fig. 20, benyttes. Systemet 715 er lik syste met 700 på fig. 13, bortsett fra at det elektrisk ledende stålforingsrør 702 i systemet 700 er blitt erstattet av et foringsrør 703. I motsetning til foringsrøret 702 er foringsrøret 703 laget av elektrisk ledende seksjoner 703b (f.eks. stålseksjoner) som veksler med elektrisk isolerende seksjoner 703a (komposittseksjoner f.eks.) i foringsrøret 703.

Hver enhet 710 er posisjonert i brønnen slik at dens buefjærer 708 er i kontakt med én av de elektrisk ledende seksjoner 703b i foringsrøret 703. Fordi den elektrisk ledende seksjon 703b er i kontakt med den omgivende formasjon, kan enheten 710 bruke dens kontakt med den elektrisk ledende seksjon 703b til å sende strøm eller motta strøm med det formål å utføre en resistivitetsmåling.

Systemet 715 tilveiebringer et betydelig høyere signal/støy-forhold (SNR) for resistivitetsmålinger på grunn av isolasjonen av hver elektrisk ledende seksjon 703 ved hjelp av de isolerende seksjoner 703a som befinner seg over og under den elektrisk ledende seksjon 703. På denne måten hindrer isolasjonen av den elektrisk ledende seksjon 703b (som er i kontakt med buefjærene 708 for en spesiell enhet 710) fra de andre elektrisk ledende seksjoner 703b, foringsrøret 703 fra å kortslutte et betydelig strømnivå mellom senderne og mottakerne. Signal/støy-forholdet til resistivitetsmålingene blir følgelig forbedret.

Fig. 21 skisserer en pakning 719 som kan brukes til å utplassere sensorer i brønnhull i samsvar med en utførelsesform av oppfinnelsen. Pakningen 719 kan innbefatte slike sensorer som en temperaturmåler 738 og/eller en resistivitets-måler 736, som bare noen få eksempler. På denne måten kan disse sensorene plasseres på en ytre overflate av et elastomerelement 734 på pakningen 719 slik at når elementet 734 utvides, blir sensorene presset mot innerveggen til brønn-foringen.

Blant de andre trekkene til pakningen 719, kan pakningen 719 være en del av en rørstreng 726 som innbefatter en isolerende rørseksjon 727 på hvilken pakningen 719 er montert. Den isolerende rørledningsseksjon 727 kan være forbundet med et rørledningspunkt 728 i produksjonsrørstrengen 728 og tjene til å hindre produksjonsrørstrengen 726 fra å kortslutte strømmer som kan overføres eller mottas av sensorene. Sensorene er koplet til en elektronikkmodul 739 (i pakningen 719) som styrer de målinger som utføres av sensorene og som kommuniserer med andre kretser i brønnhullet eller på brønnoverflaten, via en elektrisk kabel 740 som strekker seg gjennom en passasje i produksjonsrørstrengen 726.

Det vises nå til fig. 22 hvor sensorer 809 i noen utførelsesformer av oppfinnelsen kan være forbundet med punkter langs en elektrisk kabel 808 for å danne et sensornettverk. Dette nettverket kan utplasseres i hullet inne i en sentral passasje i en rørstreng 804, slik som f.eks. et oppkveilingsrør. De elektriske forbindelsene mellom sensorene 809 og kabelen 808 blir forseglet for å isolere fluidet inne i den sentrale passasje fra disse elektriske forbindelsene.

Det vises til fig. 23 hvor nok et annet eksempel på en mulig utførelsesform av oppfinnelsen, et system 820, innbefatter lommesensorer 826 som er festet til den ytre overflate av en rørstreng 824 som strekker seg ned gjennom hullet inne i en sentral passasje i et foringsrør 822. Andre varianter er mulig.

Som et mer spesielt eksempel på et resistivitetsverktøy i et brønnhull, skisserer fig. 24 en utførelsesform 900 av en resistivitetssonde. Denne sonden kan f.eks. være plassert mellom isolerende pakninger. Sonden 900 innbefatter en elektronikkmodul 902, en strøminjeksjonselektrode 904 som tjener som en sentre-ringsanordning for sonden 900, fire sett 908 med spenningselektroder og en strømreturelektrode 906 som tjener som sentreringsorgan for sonden 900.

Det vises til fig. 25, hvor settene 908 med spenningselektroder (elektrodene 908a, 908b, 908c og 908d, som eksempler) i noen utførelsesformer kan brukes til å måle to differensialspenninger kalt V1 og V2. Elektrodesettene 908 er jevnt fordelt langs sondens 900 langsgående akse, og hvert elektrodesett 908 kan være laget av flere puter som er forbundet med hverandre i parallell for å tilveiebringe redundans. Når sonden 900 er installert i en brønnforing 890, oppretter settene 908 med elektroder fysisk kontakt med den indre overflaten av brønnforingen 890 og oppretter elektriske forbindelser med brønnforingen 890 ved de fysiske kon-taktpunkter. Elektrodene 904 og 906 er også i kontakt med innsiden av brønn-foringsrøret 890.

I noen utførelsesformer av oppfinnelsen blir strømkilden 920, for å utføre en resistivitetsmåling, koplet via strøminjeksjonselektroden 904 for å levere strøm til brønnforingsrøret 890. En bryter 922 i elektronikkmodulen 902 er innstilt i en stilling for å kople strømkilden 920 til å motta returstrømmen fra strømreturelektroden 906. Som reaksjon på denne strøminjeksjonen, flyter noe av strømmen mellom elektrodene 904 og 906. Noe av strømmen flyter imidlertid i en formasjon 899 som omgir brønnforingen 890, som gir opphav til en lekkstrøm (kalt Al).

V1-spenningen blir målt mellom elektrodesettene 908a og 908b, og V2-spenningen blir målt mellom elektrodesettene 908c og 908d. Som vist på fig. 25 kan elektrodesettene 908b og 908c i noen utførelsesformer av oppfinnelsen være elektrisk forbundet med hverandre. For å måle V1- og V2-spenningene kan elektronikkmodulen 902 henholdsvis innbefatte forsterkere 932 og 934. På denne måten mottar inngangsklemmene til forsterkeren 932 V1-spenningen, og inngangsklemmene til forsterkeren 934 mottar V2-spenningen. Spenningsforskjellen mellom V1- og V2-spenningene blir indikert ved hjelp av en forsterker 940 (i elektronikkmodulen 902) som har inngangsklemmer som er koplet til utgangsklemmene fra forsterkerne 932 og 934. Mer spesielt indikerer utgangsklemmene 942 fra forsterkeren 940 resistiviteten (Rt), som definert på følgende måte: hvor K er en konstant, "Vo" er spenningen ved elektrodesettene 908b og 908c, og Al, lekkstrømmen, er bestemt på følgende måte:

hvor "Rc" er foringsrørresistansen og kan måles ved å betjene bryteren 922 for å forbinde strømkilden 920 med en overflateelektrode 930 (som befinner seg ved brønnoverflaten) isteden for til den aktuelle returelektrode 906 under en kalibrering av sonden 900. På denne måten indikerer utgangsklemmen til forsterkeren 940, under kalibreringsmodusen, Rc-resistansen ved denne utgangsklemmen 942.

I noen utførelsesformer av oppfinnelsen kan pakningen innbefatte en sensor som er anordnet på innsiden av rørledningen som strekker seg gjennom pakningen, for det formål å måle fluider inne i rørledningen. Én eller flere sensorer kan f.eks. være montert inne i pakningen for å måle en lekkstrøm i denne rørledning-en, og den målte lekkstrøm kan brukes som en indikator på fluidene inne i rørled-ningen.

Det vises nå til et mer spesielt eksempel på en sensorenhet 104 som gjen-nomtrenger et brønnforingsrør med det formål å utføre en måling. Fig. 8 skisserer en utførelsesform 116 av en pakning som innbefatter minst én dorenhet 126 som kan brukes til å gjennomhulle et foringsrør 114 i en undergrunnsbrønn 110 med det formål å opprette kommunikasjon med et valgt område 111 utenfor foringsrøret 114. Området 111 kan f.eks. innbefatte en formasjon som omgir foringsrøret 114, innbefattende eventuell sement som fester foringsrøret 114 til et brønnhull i brøn-nen 110. Ved å opprette kommunikasjon med området 111, kan én eller flere sensorer (ikke vist på fig. 8) i pakningen 116 utføre målinger i tilknytning til området 111. Én eller flere sensorer pakningen 116 kan f.eks. brukes til å utføre resistivitets-, gammastrålings- og magnetiske målinger (bare som noen få eksempler) avhengig av sensortypen eller sensortypene som befinner seg i pakningen 116.

Utplassert nede i et hull er pakningen 116 en del av en rørstreng 112 som strekker seg fra brønnoverflaten 110 og som blir brukt for å føre brønnfluid til brønnoverflaten. Foruten dorenheten 126 og dens tilhørende sensor eller sensorer, innbefatter pakningen 116 øvre 122 og nedre 124 ringformede tetningselementer som henholdsvis er anordnet over og under dorenheten 126. Når pakningen 116 er aktivert, gjennomhuller dorenheten 126 brønnforingsrøret 114, og hylser (beskrevet nedenfor) i pakningen 114 komprimerer de øvre 122 og nedre 124 pakningselementerfor å danne et ringrom over pakningen 116 så vel som å forsegle hullet som er dannet av dorenheten 126 fra en indre sentral passasje 109 i brønnforingsrøret 114.

I noen utførelsesformer av oppfinnelsen innbefatter pakningen 116 en sensor for å måle den inntrengningskraft som er nødvendig for å gjennomhulle foringsrøret, og den hastighet ved hvilken gjennomhullingen inntreffer. På denne måten kan disse parameterne analyseres for å forstå formasjonens styrke.

Det er mange måter å aktivere eller sette pakningen 116 på. Det vises nå til mer spesielle detaljer ved en mulig utførelsesform av pakningen 116, når pakningen 116 er aktivert, komprimerer øvre 132 og nedre 134 hylser det øvre tetningselement 122 (som befinner seg mellom hylsene 132 og 134), en øvre 136 og en nedre 138 hylse komprimerer det nedre tetningselement 124 (som befinner seg mellom hylsene 136 og 138). Når pakningen 116 blir aktivert, strekkes øvre 118 og nedre 120 ansatser eller skyvere radialt ut for inngrep med innerveggen til brønn-foringsrøret 114 for å feste pakningen 116 til foringsrøret 114. Den øvre skyveren 118 (én er skissert på fig. 8) kan være jevnt fordelt omkring en langsgående akse 160 for pakningen 116 og anordnet under det øvre pakningselementet 122. De nedre gliderne 120 (én er skissert på fig. 8) kan være jevnt fordelt omkring pak- ningens 116 langsgående akse 160 og plassert ovenfor det nedre tetningselement 124.

For å tilveiebringe den kraft som er nødvendig for å aktivere pakningen 116 (dvs. den kraft som er nødvendig for å komprimere tetningselementene 122 og 124; radialt strekke ut de øvre 118 og nedre 120 glidere; og strekke dorenheten 126 radialt ut for å gjennomhulle brønnforingsrøret 114), kan én av flere teknikker benyttes. Vekten av strengen 112 og eventuelt vekten av tilhørende vektrør på strengen 112, kan brukes til å utlede en kraft som er tilstrekkelig til å aktivere pakningen 116. Alternativt kan den sentrale passasjen 109 i strengen 112 fylles med fluid og trykksettes for å utlede den kraft som er nødvendig for å sette pakningen 116. Nok en annen teknikk for å sette pakningen 116, innbærer trykkfluid i det ringformede område mellom den ytre overflaten av strengen 112 og den indre veggen til brønnforingen 114. Den sistnevnte teknikk er beskrevet her, selv om man vil forstå at andre teknikker kan brukes til å sette pakningen 116.

Når pakningen 116 er i riktig dybdeposisjon til å bli satt, blir fluidet i ringromsområdet mellom strengen 112 og brønnforingen 114 trykksatt til det punkt hvor en mekanisk barriere, slik som en skjærbolt, kuttes for å tillate en stamme 140 å bevege seg i en oppadgående retning og sette pakningen 116, som beskrevet nedenfor. Stammen 140 kan deretter holdes i den øvre stilling ved hjelp av trykket i brønnhullsformasjonen. Stammen 140 omgir den langsgående aksen 160.

Som nærmere beskrevet nedenfor, når stammen 140 beveger seg i oppadgående retning, komprimerer stammen 140 elementene (i pakningen 116) som befinner seg mellom en øvre overflate 210 på stammen 140 og en nedre overflate 172 på en stasjonær, øvre hylse 130 i pakningen 116 mot hverandre. Denne sammentrykningen eller komprimeringen forårsaker igjen at de øvre 118 og nedre 120 gliderne kommer i kontakt med den indre veggen i brønnforingen 114, at tetningselementene 122 og 124 danner tetninger mot brønnforingen 118, og at dorenheten 126 gjennomhuller brønnforingen 114 som nærmere forklart nedenfor. Etter at dorenheten 126 gjennomhuller brønnforingen 114, kan de målinger som er tilknyttet området 111 tas.

Når stammen 140 beveger seg i en oppadgående retning for å sette pakningen 116, blir mer spesielt de nedre gliderne 120 komprimert mellom den øvre overflate 210 (på stammen 140) som befinner seg under gliderne 220 og en nedre overflate 208 på hylsen 138 som befinner seg over gliderne 220. Selv om hylsen 138 beveger seg i en oppadgående retning som reaksjon på den oppadrettede kraften som utøves av stammen 140, minsker avstanden mellom overflatene 208 og 210 på grunn av ikke-bevegelsen til den øvre hylsen 130 for å presse gliderne 120 radialt utover for inngrep med innerveggen i brønnforingen 114, som forklart nærmere nedenfor.

Den oppadrettede bevegelse av hylsen 138 forårsaker i sin tur at en øvre overflate 203 på hylsen 138 utøver en kraft mot det nedre tetningselement 124. Det nedre tetningselement 124 utøver i sin tur en kraft på en nedre overflate 202 på hylsen 136. Selv om hylsen 136 beveger seg i en oppadgående retning som reaksjon på denne kraften, avtar avstanden mellom den øvre 203 og den nedre 202 overflaten på grunn av den stasjonære, øvre hylse 130, for å utøve en netto kompresjonskraft på det nedre tetningselement 124 for å presse det nedre tetningselement 124 slik at det utvider seg radialt mot innerveggen til brønnforings-røret 114.

Som reaksjon på den oppadgående bevegelse av stammen 140 beveges hylsen 136 også oppover slik at en øvre overflate 200 på hylsen 136 utøver en oppadrettet kraft mot dorenheten 126. Denne oppadrettede kraften får dorenheten 126 til å bevege seg oppover og utøve en kraft på en nedre overflate 180 av hylsen 134. Selv om hylsen 134 beveger seg i en oppadgående retning som reaksjon på denne kraften, minsker avstanden mellom de øvre 200 og nedre 180 overflatene for å drive dorenheten 126 inn i og gjennomhulle brønnforingen 114, som beskrevet nærmere nedenfor.

Den oppadgående bevegelsen til hylsen 134 forårsaker i sin tur at en øvre overflate 178 på hylsen 134 utøver en kraft mot det øvre tetningselement 122. Som reaksjon på denne kraften utøver det øvre tetningselement 122 en kraft på en nedre overflate 131 på hylsen 132. Selv om hylsen 132 beveger seg i en oppadgående retning som reaksjon på denne kraften, avtar avstanden mellom den øvre 178 og den nedre 131 overflaten for å utøve en netto kompresjonskraft på det øvre tetningselement 122 for å tvinge det øvre tetningselement 122 til å eks-pandere radialt mot den indre overflaten til brønnforingen 114.

Bevegelsen av stammen 140 forårsaker endelig at en øvre overflate 174 på hylsen 132 utøver oppadrettede krefter mot de øvre glidere 118, og som reaksjon på disse kreftene, utøver de øvre glidere 118 krefter mot en nedre overflate 172 på hylsen 130. I motsetning til andre hylser, er imidlertid hylsen 130 stasjonær og hindrer derved oppadgående bevegelse av hylsen 130 og forårsaker at gliderne 118 beveger seg radialt utover for inngrep med innerveggen i brønnforingen 114, som beskrevet mer detaljert nedenfor.

Fig. 9 og 10 skisserer mer detaljerte øvre 150 (se fig. 8) og nedre 152 (se

fig. 8) seksjoner av pakningen 116 i dens usatte tilstand, i henhold til noen utførel-sesformer av oppfinnelsen. Figurene 11 og 12 er skjematiske diagrammer over de øvre 150 og nedre 152 seksjoner av pakningen 116 i dens aktiverte tilstand, i henhold til noen utførelsesformer av oppfinnelsen. På fig. 9, 10, 11 og 12 er bare halvparten av tverrsnittet til pakningen 116 skissert, idet det manglende halve tverrsnittet kan utledes ved å rotere det skisserte tverrsnitt omkring den langsgående akse 160. Alternative utførelsesformer kan ha en eksentrisitet hvor brønn-hullet er eksentrisk i forhold til huset til pakningen 116.

Det vises til fig. 10 hvor stammen 140 i noen utførelsesformer av oppfinnelsen generelt omgir et rørformet, sylindrisk, indre hus 190 for pakningen 116, og innbefatter et stempelhode 250. Den indre passasjen i det indre huset 190 danner i det minste en del av den sentrale passasje 109, en passasje som forblir isolert (fra fluidkommunikasjon) fra det område som befinner seg mellom tetningselementene 122 og 124 og på utsiden av strengen 112. Den nedre overflaten til stempelhodet 250 er i kommunikasjon med et kammer 260 som mottar fluid via radiale åpninger 252 (én åpning 252 er skissert på fig. 10) fra det ringformede område mellom strengen 112 og brønnforingen 114; og den øvre overflate til stempelhodet 250 er i kommunikasjon med et kammer 240 som inneholder et fluid som utøver et betydelig lavere trykk enn det trykk som utøves av fluidet inne i kammeret 260. For eksempel kan kammeret 240 inneholde fluid som utøver omkring atmosfæretrykk mot den øvre overflate av stempelhodet 250. Kammeret 260 er dannet fra et ringformet hulrom som er skapt mellom den ytre sideveggen til stammen 240 og den indre sideveggen til et ytre sylindrisk hus 226 (for pakningen 116) som omgir stammen 140.

Den nedre ende av kammeret 160 er forseglet via en utvidelse 262 av det ytre huset 220, en utvidelse som rager radialt innover inn i stammen 140. Én eller flere O-ringer finnes mellom utvidelsen 262 og stammen 140, og befinner seg i én eller flere ringformede riller i utvidelsen 262. Den øvre ende av kammeret 260 er forseglet via stempelhodet 250 som innbefatter én eller flere ringformede riller for å holde én eller flere O-ringer for å danne denne pakningen. Den øvre ende av kammeret 240 er forseglet via en utvidelse 242 av det ytre huset 220, en utvidelse som strekker seg radialt innover inn i stammen 140. Én eller flere O-ringer finnes mellom utvidelsen 242 og stammen 140, og befinner seg i én eller flere ringformede riller på utvidelsen 242. Den nedre ende av kammeret 240 er forseglet via O-ringen eller ringene i stempelhodet 250.

Selv om pakningen 116 er kjørt ned i hullet, utøver trykkforskjellen mellom de to kamrene 240 og 260 en netto oppadrettet kraft på stammen 140, hvor bevegelsen til stammen 140 innledningsvis blir begrenset av en skjærbolt 264. Når derfor pakningen 116 skal settes, blir trykket til fluidet i ringrommet mellom strengen 112 og brønnforingen 114 øket (via en pumpe på brønnoverflaten) til et tilstrekkelig nivå til å kutte skjærbolten 264 for derved å tillate stammen 40 å bevege seg oppover for å sette pakningen 116. Setningsposisjonen til stammen 140 blir opp-rettholdt via formasjonstrykket nede i hullet.

Det vises til fig. 10, hvor stammen 140 generelt omgir det indre huset 190 og den langsgående aksen 160. Den øvre overflaten 210 til stammen 140 er en hellende, ringformet overflate som har en overflatenormal som peker i en øvre retning og bort fra den langsgående aksen 160. Den øvre overflaten 210 er i kontakt med komplementære, hellende, nedre overflater 207 på de nedre gliderne 120. Den nedre overflaten 208 til hylsen 138 er en hellende, ringformet overflate og har en overflatenormal som peker i en nedadgående retning og bort fra den langsgående aksen 160. Den nedre overflaten 208 er i kontakt med komplementære, hellende øvre overflater på de nedre glidere 120. På grunn av dette arrangementet, når stammen 140 beveges i en oppadgående retning, blir de nedre glidere 120 skjøvet utover inn i innerveggen til brønnforingen 114 slik at tannen 206 til de nedre gliderne 120 blir skjøvet mot brønnforingen 114 for å feste pakningen 116 til foringsrøret 114, som skissert på fig. 12.

Det vises til fig. 9 og 10 hvor hylsen 138 omgir det indre hus 190 og den

langsgående akse 160. Den øvre overflaten 203 til hylsen 138 er en skråstilt, ringformet overflate og har en overflatenormal som peker i en oppadgående retning og bort fra den langsgående aksen 160. Den øvre overflaten 203 er i kontakt med en komplementær, skrånende, ringformet flate 201 på det nedre tetningselement 124. Som vist innbefatter hylsen 138 en øvre, ringformet utvidelse 204 som er omgitt av det nedre tetningselement 124 slik at elementet 124 blir understøttet på dets indre

sideveggflate under sammentrykning av elementet 124 når pakningen 116 blir satt.

En øvre flate 199 på det nedre tetningselement 124 ligger an mot den nedre overflate 202 for hylsen 136. Hylsen 136 omgir det indre hus 190 og den langsgående aksen 160. Den øvre overflaten 199 til tetningselementet 124 er en skråstilt, ringformet overflate og har en overflatenormal som peker i en oppadgående retning og bort fra den langsgående akse 160. Den øvre overflate 199 er i kontakt med den komplementære, skrånende, ringformede, nedre overflate 202 på hylsen 136. Som vist innbefatter hylsen 136 et indre, ringformet spor 205 som motta den øvre utvidelse 204 av hylsen 138 og gir rom for hylsen 138 til å bevege seg når pakningen 116 blir satt. På grunn av den øvre utvidelse 204 og overflatene 202 og 203, når pakningen 116 blir satt, avtar derfor avstanden mellom overflatene 202 og 203 for å presse tetningselementet 124 slik at det utvides mot brønnforingen 114, som skissert på fig. 11.

Det vises til fig. 9 hvor den øvre overflaten 200 til hylsen 136 er en skrånende, ringformet overflate og har en overflatenormal som peker i en oppadgående retning og bort fra den langsgående aksen 160. Den øvre overflaten 200 er i kontakt med en komplementær, skrånende overflate 183 på en dor 127 på dorenheten 126. En øvre overflate 181 på doren 127 er i kontakt med den komplementære, hellende, ringformede, nedre overflate 180 på hylsen 134. På grunn av dette arrangementet, når pakningen 116 blir satt, komprimerer den oppadgående bevegelse av stammen 140 avstanden mellom den nedre overflaten 180 til hylsen 134 og den øvre overflaten 200 til hylsen 136. Doren 127 blir følgelig presset inn i en radialt utadgående retning inn i den indre sideveggen til at brønnforingen 114 slik at en spiss 182 på doren 127 gjennomhuller brønnforingen 114, som skissert på fig. 11.

Hylsen 134 omgir det indre huset 190 og den langsgående aksen 160, som skissert på fig. 9. Et ringformet spor 190 er utformet i hylsen 134 for å motta en nedre utvidelse 135 av hylsen 132. Den øvre overflaten 178 til hylsen 134 er en skrånende, ringformet overflate og har en overflatenormal som peker i en oppadgående retning og mot den langsgående akse 160. Den øvre flaten 178 er i kontakt med en komplementær, skrånende, ringformet flate 177 på det øvre tetningselement 122. En øvre overflate 133 på det øvre tetningselement 122 er i sin tur en skråstilt, ringformet overflate og har en overflatenormal som peker i oppadgående retning og bort fra den langsgående akse 160. Den øvre overflaten 133 er i kontakt med den komplementære, skråstilte, ringformede, nedre overflate 131 på hylsen 132. På grunn av den nedre utvidelsen 135 til hylsen 132 og overflatene 131 og 178, avtar, når pakningen 116 settes, avstanden mellom overflaten 131 og 174 for å presse det øvre tetningselement 122 til å utvide seg mot den indre sideveggen til brønnforingen 114, som skissert på fig. 11.

Som vist på fig. 9 omgir hylsen 132 det indre huset 190 og den langsgående aksen 160. Hylsen 132 innbefatter den øvre overflaten 174, en overflate som er en skråstilt, ringformet overflate og som har en overflatenormal som peker i en oppadgående retning og bort fra den langsgående aksen 160. Den øvre overflaten 174 til hylsen 132 er i kontakt med tilsvarende komplementære, skråstilte overflater 171 på de øvre glidere 118. De øvre overflatene 173 til de øvre gliderne 118 er skråstilt og har overflatenormaler som hver peker i en oppadgående retning og bort fra den langsgående akse 160. De øvre overflatene 173 er i kontakt med den komplementære, ringformede, skråstilte, nedre overflaten 172 til den stasjonære hylsen 130, en hylse som f.eks. har en gjengeforbindelse 196 med det indre huset 190 for å hindre hylsen 130 fra å bevege seg i forhold til andre hylser. På grunn av dette arrangementet, når hylsen 132 beveger seg i en oppadgående retning når pakningen 116 blir satt, blir de øvre gliderne 118 skjøvet utover inn i den indre sideveggen til brønnforingen 114 slik at tenner 170 på de øvre gliderne 118 blir skjøvet mot den indre sideveggen til brønnforingen 114, som skissert på fig. 11.

I noen utførelsesformer av oppfinnelsen innbefatter dorenheten 126 kretser for å måle en karakteristikk ved området 111 som omgir foringsrøret 114 nær doren 127 når denne gjennomhuller brønnforingen 114. En kabel 184 kan brukes til å kommunisere de målte karakteristikker eller den målte karakteristikk fra dorenheten 127. På denne måte strekker kabelen 184 seg i noen utførelsesformer av oppfinnelsen, fra dorenheten 126 opp gjennom hullet og er lokalisert inne i en langsgående passasje 194 i det indre huset 190. Kabelen 184 kan være en lednings-kabel eller kan være en fiberoptisk kabel.

Kabelen 184 kan f.eks. strekke seg til brønnoverflaten og overføre et elektrisk signal som indikerer den eller de målte karakteristikker etter at pakningen 116 er blitt satt og etter at doren 127 har gjennomhullet brønnforingen 114.1 andre ut-førelsesformer av oppfinnelsen kan kabelen 184 alternativt strekke seg til et tele-metrigrensesnitt nede i brønnen som har en sender for å sende en indikasjon på den målte eller de målte karakteristikker opp gjennom hullet. Som et annet eksempel kan selve huset 190 brukes til å kommunisere denne indikasjonen (via akustisk telemetri f.eks.), eller en annen kabel kan brukes til å kommunisere denne indikasjonen opp gjennom hullet. Andre opphulls telemetrisystemer kan benyttes. Alternativt kan pakningen 116 innbefatte elektronikk for å lagre en indikasjon på den målte eller de målte karakteristikker i et halvlederminne slik at indikasjonen kan hentes opp når pakningen 116 blir hentet opp, eller pakningen 116 kan innbefatte en dataforbindelsesanordning, slik som en induktiv kopling. Andre variasjoner er mulige.

Det vises til fig. 13 hvor doren 127 i noen utførelsesformer av oppfinnelsen kan være laget at et metallegeme (et metallegeme laget av titan f.eks.) og innbefatte en konisk spiss 182 med tilstrekkelig liten konisk vinkel til å generere den kraft som er nødvendig for å gjennomhulle brønnforingsrøret 114. Doren 127 kan også innbefatte et hulrom 312 for å romme en sensor 306 i dorenheten 126. For eksempel kan sensoren 306 være en resistivitets-, trykk, gravitasjons/kraft-, gam-matrålings- eller kjernemagnetisk resonans-sensor, bare som noen få eksempler. Sensoren 306 kan også være en strekkmåler eller et akselerometer. For utførel-sesformer hvor sensoren 306 er en resistivitetsensor, kan sensoren 306 være koplet til en sonde 303 som strekker seg gjennom en passasje til en utgang nær spissen av punktet 182. Sonden 303 kan være elektrisk isolert fra det metallegeme som utgjør doren 127. Passasjen kan f.eks. inneholde en radialt ragende ledning 308 som strekker seg mot spissen av punktet 182, og en oppadgående kanal 302 som kommer ut i den koniske sideveggen til spissen 182 nær dens ytterpunkt. I andre utførelsesformer av oppfinnelsen behøver passasjen ikke å innbefatte sonden 303.1 stedet kan passasjen brukes til å kommunisere brønnfluid til sensoren 306. Andre varianter er mulige. En kanal, slik som passasjen 312, kan også være utformet i doren 127 med det formål å rute kabelen 184 fra sensoren 306 til et område utenfor dorenheten 126.

I noen utførelsesformer av oppfinnelsen kan sensoren 306 være en metall-sonde, og dermed kan sonden 306 utgjøre en elektrode for å måle f.eks. resistivitet. I disse utførelsesformene er kanalen 302 ikke nødvendig. I andre utførel-sesformer av oppfinnelsen kan sensoren 306 være laget av et ikke-ledende mate-riale for å minimalisere foringsrørkortslutning og maksimalere signal/støy-forholdet

(SNR).

Andre utførelsesformer er innenfor rammen av de etterfølgende patentkrav når det gjelder sensorenheten av gjennomhullingstypen. Flere dorenheter kan f.eks. brukes til å opprette en gruppe. Som et mer spesielt eksempel kan resistivi-tetssendere- og mottakere være lokalisert i forskjellige dorenheter som er atskilt i langsgående retning langs brønnforingen 114 for å opprette en resistivitetsgruppe. Hver sender utsender en strøm, og strømmene som mottas av mottakerne, kan brukes til å indikere resistivitetsmålinger for de omgivende formasjoner. I noen utførelsesformer av oppfinnelsen kan sensoren eller sensorene 306 måle trykk i ett eller flere gass-, olje- eller vann-områder i formasjonen.

Som et eksempel på en slik gruppe skisserer fig. 17 en streng 490 som innbefatter flere pakninger 506, som hver innbefatter en dorenhet 500. På denne måten kan hver pakning 506 innbefatte øvre 502 og nedre 506 tetningselementer 502 henholdsvis over og under den tilhørende dorenhet 500. Mer enn én dorenhet 500 kan være anordnet i én av pakningene 506. Fig. 18 skisserer en streng 600 som danner en gruppe med flere dorenheter 604 som er lokalisert og atskilt fra hverandre mellom en øvre pakning 602 og en nedre pakning 606. Andre varianter er mulige.

Som et eksempel på en annen utførelsesform av oppfinnelsen, kan sensoren 306 være lokalisert bak dorenheten 126, et arrangement som holder kabelen 184 fra å bevege seg med dorenheten 126.

Fig. 14 skisserer en utførelsesform av oppfinnelsen som innbefatter en streng 410 med to pakninger 402 og 406 som danner et isolert område mellom seg for å utføre målinger. På denne måten kan en dorheten 414 være lokalisert mellom de pakningene 402 og 406 og brukes til å gjennomhulle brønnforingen 114 når hylsene 410 og 412 (f.eks.) presser dorenheten 414 inn i foringen 114. Som skissert på fig. 11 kan dorenheten 414 således være en del av en sonde som er atskilt fra pakningene 402 og 406. Denne sonden kan også innbefatte en sensor for å utføre en brønnhullsmåling når brønnforingen 114 er gjennomhullet.

I noen utførelsesformer av oppfinnelsen kan doren være erstattet med en annen gjennomhullingsanordning, slik som en formladning f.eks. På denne måten, under henvisning til fig. 15, innbefatter en streng 420, én eller flere formladninger 422 som er lokalisert mellom pakninger 422 og 424 i strengen 420. På denne måten gjennomhuller formladningene brønnforingen 114 for å muliggjøre kommunikasjon mellom sensorer og utsiden av brønnforingen 114. Det skal bemerkes at gjennomhullingen av brønnforingen 114 ved hjelp av formladningene 427 ikke oppretter fluidkommunikasjon mellom utsiden av foringsrøret 114 og en sentral passasje 423 i strengen 420. Et ringformet, forseglet område mellom pakningene 422 og 424 blir dermed opprettet for å utføre målinger.

Fig. 16 skisserer nok en annen utførelsesform i form av en streng 450 som innbefatter en pakning 454 som benytter én eller flere formladninger 462 mellom sine øvre 458 og nedre 464 tetningselementer til å gjennomhulle brønnforingen 114. Pakningen 454 har dermed en utforming i likhet med pakningen 116, med dorenheten 126 for pakningen 116 erstattet av én eller flere formladninger 462. Pakningen 454 innbefatter også en sensor for å måle en egenskap tilknyttet området utenfor brønnforingen 114 hvor formladningene 462 gjennomhuller brønn-foringen 114.

De forskjelllige rørstrenger som er beskrevet ovenfor, oppretter således en øvre og nedre tetning med innerveggen til brønnforingsrøret nær et område i brønnen hvor målinger skal tas. Tetningene skaper et forseglet ringformet rom inne i brønnforingen, og dette ringformede rom er i kommunikasjon med området på grunn av gjennomhullingen av brønnforingsrøret via en gjennomhullingsanordning i strengen. En sensor i strengen kan så ta målinger på grunn av denne kommunikasjonen.

Andre utførelsesformer er innenfor rammen av de etterfølgende patentkrav. De vises f.eks. til fig. 24 hvor et arrangement 950 i henhold til noen utførelsesfor-mer av oppfinnelsen, f.eks. kan brukes som en brønnhullssensor. I dette arrangementet 950 innbefatter en pakning 952 en prosjektilutplasseringsanordning 960 for å gjennomhulle en brønnforing 956. På denne måten kan pakningen 952 være en del av en streng 954 som er senket ned i et brønnhull som er foret med forings-røret 956. På grunn av denne teknikken kan foringsrøret 956 gjennomtrenges ved hjelp av et prosjektil som blir avfyrt av prosjektilutplasseringsanordningen 960 med det formål å utføre brønnhullsmålinger uten bruk av dorenheten som er beskrevet ovenfor.

Det vises også til fig. 27, hvor prosjektilutplasseringsmekanismen 960 når den innledningsvis utplasseres i hullet, innbefatter en kule som er orientert i radial retning mot foringsrøret 956. Når pakningen 952 er i riktig posisjon nede i hullet, kan et stempel aktiveres ved hjelp av en rekke teknikker for å forårsake avfyring av kulen. Avfyringen av kulen tilveiebringer i sin tur et prosjektil 974 sin danner en perforering 972 i foringsrøret 956 og som strekker seg inn i den omgivende formasjon, som skissert på fig. 27. Avhengig av den spesielle utførelsesform av oppfinnelsen, er prosjektilet 974 i kommunikasjon med en mottaker 955 via enten en trådløs forbindelse eller en ledningsforbindelse. Uansett de fysiske og elektriske forbindelser mellom prosjektilet 974 og mottakeren 955, innbefatter prosjektilet 974 en sensor (slik som én av de mange sensorer som er beskrevet her f.eks.) som kommuniserer formasjonskarakteristikker tilbake til mottakeren 955. En rekke telemetriteknikker kan brukes til å opprette kommunikasjon mellom mottakeren 955 og overflateelektronikken. Andre varianter er mulige.

Prosjektilet 974 og sensoren kan innledningsvis være en del av en patron som beskrevet nærmere i US-patent nr. 6,234,257, med tittel "DEPLOYABLE SENSOR APPARATUS AND METHOD," meddelt 22. mai 2001.

I den foregående beskrivelse er retnings- og orienterings-relaterte uttrykk slik som oppadgående, øvre, nedre, osv., brukt til å beskrive rørstrengene og de-res tilhørende trekk. Slike retninger og orienteringer er imidlertid ikke nødvendig for å praktisere oppfinnelsen ettersom oppfinnelsens rekkevidde er definert i de vedføyde patentkrav.

Claims

1. Fremgangsmåte for å overvåke et nivå for fluid i et område av en under-grunnsbrønn, karakterisert ved: å føre et fluid inn i et område av brønnen, hvor området er lokalisert mellom et foringsrør i brønnen og et brønnhull i brønnen; å overvåke et nivå for det fluid som føres inn via en brønnhullssensor; å regulere innføringen som reaksjon på overvåkningen; og å innbefatte brønnhullssensoren i et brønnhullsverktøy, idet brønnhullsverk-tøyet omfatter en første pakning som innbefatter brønnhullssensoren og en annen pakning som innbefatter en annen sensor.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende på innføre et merkemiddel i fluidet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, hvor merkemiddelet omfatter minst én av følgende: ferromagnetiske partikler, salt og radioaktive partikler.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor overvåkningen omfatter å detektere et merkemiddel.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor overvåkningen omfatter å detektere forekomsten av minst én av følgende: ferromagnetiske partikler, salt og radioaktive partikler.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, hvor brønnhullssensoren omfatter minst én av følgende: en gammastrålingsdetektor; en spole og en resistivitetssensor.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende: å kjøre brønnhullsverktøyet ned i brønnen i forbindelse med innføringen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor sensoren indikerer et fluidnivå.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor innføringen av fluidet omfatter å føre inn minst én av følgende: sement og et syrebehandlingsfluid.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor innføringen av fluidet er en del av en sementtrykkoperasjon.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor innføringen av fluidet er en del av en syrebehandlingsoperasjon.

12. System (10) for å overvåke et nivå for fluid i et område av en undergrunns-brønn (110), karakterisert ved: en foringsrørstreng (12, 95) som frembringer et område utenfor foringsrør-strengen (12, 95); og en andre streng som omfatter en første pakning omfattende en første sensor for å indikere et nivå for fluid i dette området og en andre pakning omfattende en andre sensor, hvor minst den første sensoren er innrettet for å indikere forekomst av et merkemiddel i fluidet.

13. System ifølge krav 12, hvor sensoren er en del av et brønnhullsverktøy som er koplet til en rørstreng som strekker seg inn i brønnen.

14. System ifølge krav 12, hvor sensoren er lokalisert i det nevnte område.

15. System ifølge krav 12, hvor sensoren er innbakt i en foringsrørstreng.