NO335558B1 - Fremgangsmåte og anordning for bestemmelse av en optimal pumpehastighet - Google Patents

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Teknisk område

Oppfinnelsen vedrører spektrometri i et brønnhullsmiljø, og spesielt vedrører den en robust anordning og fremgangsmåte for å bestemme optimal pumpehastighet basert på duggpunkttrykk eller boblepunkttrykk i et brønnhull som enten er kjent eller blir bestemt ved å måle lysspekteret for elektromagnetisk absorbans for en formasjonsfluidprøve mens trykket på prøven som testes, avtar.

Oppsummering av beslektet teknikk

Grunnformasjonsfluider som er til stede i en hydrokarbon-produserende brønn omfatter typisk en blanding av olje, gass og vann. Trykket, temperaturen og volumet til formasjons-fluidene bestemmer faserelasjonen mellom disse bestanddelene.

I en undergrunnsformas jon blander høye brønnfluidtrykk ofte gasser inn i oljen over boblepunkttrykket. Når trykket reduseres, separeres de innfangede eller oppløste gassformige bestanddelene seg fra væskefaseprøven. Det nøyaktige mål på trykk, temperatur og formasjonsfluidsammensetning fra en spesiell brønn påvirker den kommersielle interessen for å produsere fluider som er tilgjengelige fra brønnen. Dataene gir også informasjon vedrørende prosedyrer for å maksimalisere avslutningen og produksjonen for det respektive hydrokarbonreservoaret.

Patentdokumentet GB 2377952A, tilhørende Schlumberger Holdings Ltd., omhandler deteksjon og analyse av prøver uten å fjerne prøven fra et prøvekammer og med et stempel for å holde trykket konstant og et varmeelement for å holde temperaturen konstant.

Patentdokumentet EP0461321A, tilhørende samme selskap, omhandler at målte spektra og bestemmelse av at gass er tilstede brukes til å styre trykket i forbindelsesledningen for å oppnå en representativ prøve av formasjonsfluidet. Det benyttes optiske teknikker for å sørge for at prøven holdes over boblepunkt-trykket for å styre flyten gjennom prøveapparatet og/eller prøven plasseres på en egnet dybde i brønnen.

Visse teknikker analyserer brønnfluidene nede i brønnhullet. US-patent nr. 6 467 544 til Brown m.fl., beskriver et prøvekammer som et glidbart anordnet stempel for å avgrense et prøvehulrom på en side av stempelet og et bufferhulrom på den andre siden av stempelet. US-patent nr. 5 361 839 til Griffith m.fl. (1993) beskriver en transduser for å generere en utgang som er representativ for fluidprøve-karakteristikker nede i et brønnhull. US-patent nr. 5 329 811 til Schultz m.fl. (1994) beskriver en anordning og en fremgangsmåte for å bedømme trykk- og volum-data for en brønnhullsfluidprøve.

Andre teknikker fanger inn en brønnfluidprøve for opphenting til overflaten. US-patent nr. 4 583 595 til Czenichow m.fl. (1986) beskriver en stempeldrevet mekanisme for innfangning av en brønnfluidprøve. US-patent nr. 4 721 157 til Berzin (1988) beskriver en skyveventilhylse for innfangning av en brønnfluidprøve i et kammer. US-patent nr. 4 766 955 til Petermann (1988) beskriver et stempel i inngrep med en styreventil for innfangning av en brønnfluidprøve, og US-patent nr. 4 903 765 til Zunkel (1990) beskriver en tidsforsinket brønnfluidprøvetaker. US-patent nr. 5 009 100 til Gruber m.fl. (1991) beskriver en kabelprøvetaker for innsamling av en brønnfluidprøve fra en valgt brønnhullsdybde, US-patent nr. 5 240 072 til Schultz m.fl. (1993) beskriver en trykkresponsmultippelprøveringrom-prøvetaker for å muliggjøre brønnfluidprøvetakning til forskjellige tider og med forskjellige dybdeintervaller, og US-patent nr. 5 322 120 til Be m.fl. (1994) beskriver et elektrisk drevet hydraulisk system for innsamling av brønnfluidprøver dypt nede i et brønnhull.

Temperaturer dypt nede i brønnhull overskrider ofte 200 °C (300 °F). Når en varm formasjonsfluidprøve ved 200 °C blir hentet opp til overflaten ved en temperatur på 21 °C (70 °F), får den resulterende temperaturminskningen formasjonsfluid-prøven til å trekke seg sammen. Hvis prøvens volum er uendret, reduserer en slik sammentrekning prøvetykket vesentlig. Et trykkfall kan resultere i endringer i formasjonsfluidparametrene på stedet og kan føre til faseseparasjon mellom væsker og gasser som er innblandet i formasjonsfluidprøven. Faseseparasjon endrer i betydelig grad formasjonsfluidkarakteristikkene og reduserer muligheten til å evaluere de aktuelle egenskapene til formasjonsfluidet.

For å overvinne denne begrensningen er det blitt utviklet forskjellige teknikker for å opprettholde trykket i formasjonsfluidprøven. US-patent nr. 5 337 822 til Massie m.fl. (1994) trykksatte en formasjonsfluidprøve med et hydraulisk drevet stempel energisert med en høytrykksgass. US-patent nr. 5 662 166 til Shammai (1997) benyttes likeledes en trykkgass til å lade formasjonsfluidprøven. US-patent nr. 5 303 775 (1994) og 5 377 755 (1995) til Michaels m.fl., beskrev en toveis positiv fordrivningspumpe for å øke formasjonsfluidprøvetrykket til over boblepunktet slik at etterfølgende avkjøling ikke reduserte fluidtrykket til under boblepunktet.

Eksisterende teknikker for å opprettholde prøve-formas jonstrykket er begrenset av mange faktorer. Forspennings- eller kompresjonsfjærer er ikke egnet fordi de nødvendige kompresjonskreftene krever uhyre store fjærer. Skjærmekanismene er infleksible og tillater ikke lett multippel prøveinnsamling på forskjellige steder i brønn-hullet. Gassladninger kan føre til eksplosiv dekompresjon av pakninger og prøveforurensning. Gasstrykksettingssystemer krever kompliserte systemer innbefattende tanker, ventiler og regulatorer som er kostbare, tar stor plass i de smale begrensningene i et brønnhull og krever vedlikehold og reparasjon. Elektriske eller hydrauliske pumper krever overflatestyring og har lignende begrensninger.

Hvis trykket under pumping av en prøve inn i en prøvetank, faller til under boblepunkttrykket eller dugg-punkttrykket, vil kjernedannelse av gassbobler, utfelling av faststoffer og hydrokarbontap endre den enfasede, vasskeformige råprøven til en tofaset eller trefaset tilstand bestående av væske og gass eller væske og faststoffer. Enkeltfaseprøver som representerer den naturlige tilstanden til formasjonsfluidet, blir søkt for analyse av formasjonen under brønnhullstilstander. Tofaseprøver er uønsket fordi det straks råoljeprøven er blitt separert i to faser, kan være vanskelig eller umulig å ta lang tid (uker), om noen gang, og returnere prøven til dens innledende, enfasede væsketilstand selv etter gjenoppvarming og/eller risting av prøven for å indusere retur av denne til en enfasetilstand.

På grunn av usikkerheten ved gjenopprettelsesprosessen er enhver trykk/volum/temperatur-laboratorieanalyse (PVT)-laboratorieanalyse som utføres på den gjenopprettede, enfasede råoljen av suspekt kvalitet og konsistens. Det er derfor behov for en prosess til å bestemme doggpunktet for en formasjonsprøve slik at en optimal pumpehastighet kan velges under prøvetakning for å sikre at trykket ikke faller under doggpunkt eller boblepunkt-trykket under prøvetakning og risikerer ødeleggelse av prøven.

Oppsummering av oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse angår ulempene ved den beslektede teknikk som er beskrevet ovenfor. Foreliggende oppfinnelse unngår utfelling av faststoffer og kjernedannelse av bobler under prøvetakning, for derved å opprettholde en enfaseprøve. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte og en anordning for å bestemme en optimal pumpehastighet slik at en prøve ikke gjennomgår et trykkfall under prøveinnsamling som vil senke prøvetrykket til under doggpunktet. Et brønnhullsspektrometer er tilveiebrakt for å bestemme doggpunkttrykk for å bestemme en optimal pumpehastighet under prøvetakning for å unngå faseendring i en formasjonsprøve. En hydrokarbonprøve (gass) blir innfanget ved formasjonstrykk i et kontrollert volum. Trykket i det kontrollerte volumet blir redusert. Innledningsvis synes formasjonsfluidprøven å være mørk ettersom den tillater mindre lysenergi å passere gjennom en prøve under test. Prøven under test blir imidlertid lysere og tillater og mer lysenergi å passere gjennom prøven etter hvert som trykket blir redusert og formasjonsfluidprøven blir tynnere eller mindre tett etter hvert som trykket avtar. Ved doggpunkttrykket begynner imidlertid prøven å mørkne og tillater mindre lysenergi å passere gjennom prøven etter hvert som asfaltener begynner å felles ut av prøven. Doggpunkttrykket er derfor det trykket hvor den høyeste lysenergien passerer gjennom prøven. Doggpunkttrykket blir plugget inn i en ligning for å bestemme den optimale pumpehastigheten for en kjent formasjonsfluidmobilitet. Den optimale pumpehastigheten under prøvetakning pumper fluidet så hurtig som mulig mens det unngås at pumpehastigheten eller formasjonsprøvetrykket faller ned til eller under doggpunkttrykket. Den optimale pumpehastigheten, valgt for å forbli over doggpunkttrykket, unngår dermed at dogg danner seg i prøven. En lignende prosess blir utført for sorte oljer for å velge en optimal pumpehastighet for å bestemme boblepunkttrykket og den optimale pumpehastigheten for å holde seg over boblepunkt-trykket og også for å unngå asfaltenutfellingstrykk ved reservoartemperatur. Doggpunktet og boblepunktet kan bestemmes i brønnhullet eller på andre kjente måter.

Kort beskrivelse av figurene

For å få en detaljert forståelse av foreliggende oppfinnelse vises det til den følgende detaljerte beskrivelse av utførelseseksempelet, tatt i forbindelse med de vedføyde tegningene, hvor like elementer er blitt gitt like henvisningstall, og hvor: Fig. 1 er et skjematisk jordsnitt som illustrerer drifts-miljøet for oppfinnelsen; Fig. 2 er et skjema over oppfinnelsen i operativ sammenstilling med samvirkende understøttelsesverktøy; Fig. 3 er et skjema over en representativ utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; Figurene 4-13 illustrerer en rekke doggpunktbestemmelseskurver som demonstrerer forholdet mellom lysmengde som passerer gjennom prøven som vist på y-aksen (effekt[watt]) og trykket til prøven i pund per kvadrattomme (PSI) på x-aksen. Når trykket avtar, øker wattmengden eller mengden med lys som detekteres å passere gjennom prøven, opp til doggpunktet hvor utfelling av asfaltener og andre faststoffer i prøven begynner å blokkere lys som passerer gjennom prøven og effekten blir redusert; Fig. 14 er en grafisk, kvalitativ representasjon av en formasjonstrykktest ved bruk av en spesiell tidligere kjent fremgangsmåte; Fig. 15 er et oppriss av et boresystem til sjøs i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse; Fig. 16 viser en del av en borestreng som innbefatter foreliggende oppfinnelse; Fig. 17 er et skjematisk system ifølge foreliggende oppfinnelse; Fig. 18 er et oppriss over en kabelutførelsesform i henhold til foreliggende oppfinnelse; Fig. 19 er en plottet kurve over trykk som funksjon av tid og pumpevolum som viser forutsagt nedtrekkingsoppførsel ved bruk av spesielle parametere for beregning; Fig. 20 er en plottet kurve over trykk som funksjon av tid som viser den tidlige delen av en trykkoppbyggingskurve for en formasjon med moderat lav permeabilitet; Fig. 21 er en plottet kurve over en fremgangsmåte som benytter iterative gjetninger til å bestemme formasjonstrykk; Fig. 22 er en plottet kurve over en fremgangsmåte for å finne formasjonstrykk ved å bruke ufullstendige trykkoppbyggings-data; Fig. 23 er en plottet kurve over trykk som funksjon av nedtrekkingshastighet som illustrerer en beregningsteknikk som brukes i en fremgangsmåte ifølge foreliggende oppfinnelse til å bestemme formasjonstrykk; Fig. 24 er en grafisk representasjon som illustrerer en fremgangsmåte ifølge foreliggende oppfinnelse; Fig. 25 er en illustrasjon av et kabelprøvetakningsverktøy for en formasjon utplassert i et brønnhull; Fig. 26 er en illustrasjon av en toveis formasjonsfluidpumpe for å pumpe formasjonsfluid inn i brønnhullet under pumping for å frigjøre prøven for filtrat og å pumpe formasjonsfluid inn i en prøvetank etter prøverensing; og Fig. 27 er en illustrasjon av et prøvetakningsverktøy hvor en kvalitetsprøve blir pumpet fra en formasjon under måling av mobilitet/permeabilitet som funksjon av tid for å sikre en enfaseprøve med lav filtratforurensning, idet prøven har de

samme fysiske karakteristikker som den hadde da den fantes i en formasjon.

Detaljert beskrivelse av et utførelseseksempel

Baker Atlas leverer Reservoir Characterization Instrument™ (RCI™) for å evaluere prøver som er representative for et hydrokarbonreservoar. RCI™ blir brukt til å måle reservoartrykk så vel som innsamling av prøver fra reservoaret. Prøvene blir behandlet i trykk/volum/temperatur-laboratorier (PVT-laboratorier) for å bestemme de termo-dynamiske egenskapene og de relasjonene (PVT-data) som brukes til å utlede egenskapene til den formasjonen som en prøve er tatt fra. Kvaliteten til disse dataene er direkte avhengig av kvaliteten til den prøven som er innsamlet ved hjelp av RCI™. Noen av de prøvene som er vanskeligst å samle inn, er nær kritiske hydrokarboner, tilbakegående gass og våtgass. Doggpunktet til gassprøven er en meget viktig parameter når det gjelder prøvekvaliteten. Hvis prøven har falt til under doggpunktet, kan den miste betydelige mengder væskeformet hydrokarbon i reservoaret eller i verktøyet og dermed i alvorlig grad endre sin sammensetning. Et av de verktøy som blir kjørt inn i forbindelse med RCI™ er den Sample View™ som er utstyrt med en nær infrarød kilde og detektor. Sample View™-verktøy blir brukt til å teste prøver av formasjonsfluid fra reservoarfluid ved tilstander på stedet nede i brønnhullet. Sample View™ spektralavsøker ved en bølgelengde på 1500 nm eller andre bølgelengder av interesse med en samtidig volumekspansjon av prøven i en isolert seksjon av verktøyet for å tilveiebringe detaljer vedrørende faseendring slik som det trykk ved hvilket den første væskedråpen opptrer (doggpunkttrykk). En plotting av absorbans som funksjon av trykk avdekker et skarpt fall i absorbans ved doggpunkttrykket .

Denne teknologien som tilveiebringes ved hjelp av foreliggende oppfinnelse, forbedrer prøvetakningsevnen i gassreservoarene. For tiden er det ingen kjente teknologier tilgjengelige på oljefeittjenestemarkedet som leverer doggpunktdata ved tilstander på stedet. Under enhver prøvetakningsrutine i reservoaret blir reservoarfluidprøven fjernet fra sitt naturlige miljø, dvs. reservoaret, og plassert inne i et høytrykkskammer som befinner seg i et prøvetakningsverktøy i brønnhullet, slik som RCI™. Dette inntreffer ved å pumpe en prøve fra formasjonen ved å skape et trykkfall ved brønnhullsgrenseflaten mot formasjonen for å indusere strømning inn i RCI™-verktøyets prøvetakningskammer. Hvis pumpehastigheten er for hurtig, minsker dette trykkfallet ved prøvetakningspumpingen prøvetrykket til under doggpunkttrykket. Når prøvetakningspumpetrykket faller ned slik at doggpunktet blir nådd, kan en betydelig mengde med væskekondensat gå tapt fra reservoarprøven og derved i betydelig grad endre sammensetningen av prøven permanent. Det foreliggende utførelseseksempelet ifølge oppfinnelsen bestemmer doggpunktet på stedet som blir brukt til å fastsette en optimal pumpehastighet i RCI™. Denne optimale pumpehastigheten gjør det mulig for RCI™ å samle inn en prøve med best kvalitet på kortest mulig tid uten å nå doggpunkttrykket .

Enkeltfaseprøvetakning ble innført i oljeindustrien for å tilveiebringe en prøve med best mulig kvalitet til PVT-laboratoriene. PVT-dataene blir vanligvis brukt til å utføre den økonomiske evalueringen av reservoaret, og også til å utforme produksjonsanleggene. Denne teknologien viste seg å virke meget bra for den sorte oljen og den flyktige oljen som normalt finnes ved undermettede tilstander i reservoaret. Prøvetakning av tilbakegående gass og våt gass viste seg imidlertid å være en meget vanskeligere oppgave. For å samle inn disse tilbakegående og våte gassprøvene i en enkelt-fasetilstand, er det nyttig å kjenne doggpunktet. Kjennskap til doggpunktet er nyttig selv i reservoarer hvor ingen informasjon er tilgjengelig vedrørende sammensetningen av hydrokarbonene. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer for første gang de meget nødvendige doggpunktdataene på området under tilstander på stedet under prøvetakning i et gassreservoar. Ved å tilveiebringe et doggpunkttrykk på stedet nede i borehullet kan pumpehastigheten justeres for å unngå tofaseområde for faseomhyllingen, dvs. området under doggpunkttrykket. En virkelig uberørt prøve som er representativ for brønnhullstilstander kan samles inn på denne måten.

Fig. 1 representerer skjematisk et tverrsnitt gjennom jorden 10 langs lengden av en brønnhullsinntrengning 11. Vanligvis vil brønnhull være i det minste delvis fylt med en blanding av væsker som innbefatter vann, borefluid og formasjonsfluider som er opprinnelig hjemmehørende i de grunnformasjonene som gjennomtrenges av brønnhullet. Heretter blir slike fluidblandinger referert til som "brønnhulls-fluider". Uttrykket "formasjonsfluid" refererer i det etterfølgende til et spesielt formasjonsfluid uten noen betydelig blanding eller forurensning av fluider som ikke er naturlig til stede i den spesifiserte formasjonen.

Opphengt i brønnhullet 11 ved bunnenden av en kabel 12 er et formasjonsfluidprøvetakningsverktøy 20. Kabelen 12 blir ofte ført over en skive 13 understøttet av et boretårn 14. Kabelutplassering og opphenting blir utført ved hjelp av en drevet vinsj båret av en overflateanordning, slik som en tjenestelastebil 15.

Etter foreliggende oppfinnelse blir et utførelseseksempel av et prøvetakningsverktøy 20 som bruker foreliggende oppfinnelse, skjematisk illustrert på fig. 2. Slike prøvetakningsverktøy er fortrinnsvis en seriesammensetning av flere verktøysegmenter som er sammenkoplet ende mot ende ved hjelp av gjengede hylser med innbyrdes kompresjonsforbindelser 23. En sammenstilling av verktøysegmenter som passer for foreliggende oppfinnelse, kan innbefatte en hydraulisk kraftenhet 21 og en formasjonsfluidekstraktor 23. Under ekstraktoren 23 er en motor/pumpe-enhet 24 med stort fordrivningsvolum anordnet for ledningsspyling. Under pumpen med det store volumet er en lignende motor/pumpe-enhet 25 som har et mindre fordrivningsvolum som blir kvantitativt og kvalitativt overvåket med tilknyttet apparatur 300, som beskrevet mer inngående i forbindelse med fig. 3. Vanligvis er en eller flere prøvetankmagasinseksjoner 26 sammenstilt under pumpen med det lille volumet. Hver magasinseksjon 26 kan ha tre eller flere fluidprøvetanker 30.

Formasjonsfluidekstraktoren 22 omfatter en utstrekkbar sugesonde 27 som motvirkes av en boreveggsfot 28. Både sugesonden 27 og den motstående foten 28 er hydraulisk utstrekkbare for fast inngrep med brønnhullsveggene. Konstruksjons- og drifts-detaljer for fluidekstraherings-verktøyet 22 er nærmere beskrevet i US-patent nr. 5 303 775 hvis beskrivelse herved inkorporeres i sin helhet ved referanse.

Som vist på fig. 3 omfatter det foreliggende utførelseseksempel en tilknyttet anordning 300 med to safirvinduer, en infrarødkilde 301 fortrinnsvis ved 1500 nm, en søyledanner 303, en detektor 306 og en datastyrt pumpe 301 med en trykkmonitor. Et eksempel på en sekvens av testingen av tilstanden på stedet følger: 1. RCT™-pumpen blir igangsatt for å rense reservoarfluidet ved å pumpe formasjonsfluid fra formasjonen for hovedsakelig å fjerne filtratforurensning fra formasjonsfluider i nærheten av borehullsveggen. Formasjonsfluidet blir underkastet nær infrarød-analyse under kilde 301, detektor 306 og datamaskin 307. Denne prosessen fortsetter inntil den nær infrarøde (NIR) eller en annen bølgelengdeanalyse (dvs. Sample View™)-utgangen indikerer en minimal slamfiltratforurensnining basert på stabile eller asymptotiske NIR-egenskaper. 2. En del av formasjonsprøven 304 som er pumpet fra formasjonen i trinn 1, blir isolert ved hjelp av ventiler i verktøyet i et regulert volum mellom vinduene 305 og pumpen 302. 3. Prøven blir tillatt å stabilisere seg ved hvile uten pumping i 5 minutter. 4. For å sikre stabilisering blir trykket overvåket for å sikre at trykket ikke endrer seg mer enn 0,2 pund per kvadrattomme (PSI/min). 5. Absorbansen eller effektnivået gjennom hydrokarbonprøven blir kontrollert av detektoren 306 for å fastslå at systemgrunnlinjen er stabil. 6. Absorbans-NIR eller annen energi eller effektskala for annen bølgelengde blir nullet i detektoren 306 og/eller datamaskinen 307. 7. Den datastyrte pumpen blir aktivert for å utvide prøvevolumet med en hastighet på fra 3 til 14 cm<3>/minutt og derved redusere trykket på prøven i det kontrollerte volumet. 8. En plotting av absorbans eller effektgjennomgang (transmittans/absorbans) som funksjon av trykk blir konstruert av datamaskinen eller prosessoren 307 for å bestemme doggpunkt- eller boblepunkt-trykket.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte og en anordning for å bestemme et doggpunkttrykk ved hvilket hydrokarbonvæsker utfelles fra en formasjonsprøve. Doggpunkttrykket blir brukt som en referanseverdi for å bestemme en optimal pumpehastighet under prøvetakning for å unngå hydrokarbontap i prøven. Ligningene for bestemmelse av en optimal pumpehastighet basert på et ønsket minimumstrykk (over doggpunkttrykket eller boblepunkttrykket) og en kjent mobilitet, blir beskrevet nedenfor i avsnittet med tittel "Bestemmelse av en optimal pumpehastighet basert på et ønsket minimumstrykk".

Fig. 4 er en dataoppsummering for et doggpunkt-eksperiment for de kurvene som er vist på figurene 5-13. Det vises nå til fig. 5-13 hvor en rekke doggpunktbestemmelseskurver 400 er illustrert for å demonstrere den lysmengden som passerer gjennom prøven på y-aksen (effekt[watt]) 410 og trykk i PSI på x-aksen 420. Legg merke til at på figurene 5-13 blir etter hvert som trykket avtar, wattverdien eller mengden med detektert lys som passerer gjennom prøven, øket opp til doggpunktet hvor utfelling av væskeformet hydrokarbon i prøven begynner å blokkere lys som passerer gjennom prøven, og effekten blir redusert. Det trykk hvor effekten begynner å redusere seg, er igjen doggpunkttrykket 440.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et brønnhulls-spektrometer for bestemmelse av doggpunkttrykk for å bestemme en optimal pumpehastighet under prøvetakning for å unngå utfelling av asfaltener i en formasjonsprøve. En prøve blir innfanget ved formasjonstrykk i et regulert volum. Trykket i det regulerte volumet blir redusert. Innledningsvis synes formasjonsfluidprøven å være mørk og tillater mindre lysenergi å passere gjennom en prøve under test. Prøven under test blir imidlertid lysere og tillater mer lysenergi å passere gjennom prøven etter hvert som trykket blir redusert og formasjonsfluidprøven blir tynnere eller mindre tett under det reduserte trykket. Ved doggpunkttrykket begynner imidlertid prøven å bli mørkere og tillater mindre lysenergi å passere gjennom etter hvert som væskeformet hydrokarbon begynner å felles ut fra prøven. Doggpunket er derfor det trykk der den høyeste lysenergien passerer gjennom prøven. Doggpunkttrykket blir satt inn i en ligning for å bestemme den optimale pumpehastigheten for en kjent mobilitet, under prøvetakning for å unngå at trykket faller ned til doggpunkttrykket, for å unngå hydrokarbontap i prøven.

Bestemmelse av en optimal pumpehastighet basert på et ønsket minimumstrykk.

Fig. 15 er en boreanordning i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. En typisk borerigg 202 med et borehull 204 som strekker seg fra denne, er illustrert slik som vanlig fagkyndige på området vil forstå. Boreriggen 202 har en arbeidsstreng 206 som i den viste utførelsesformen er en borestreng. Borestrengen 206 er tilfestet en borkrone 208 for boring av borehullet 204. Foreliggende oppfinnelse er også nyttig i forbindelse med andre typer arbeidsstrenger, og den er nyttig med kabel (som vist på fig. 13), en skjøterørledning, et oppkveilingsrør eller andre arbeidsstrenger med liten diameter, slik som utjevningsrør. Boreriggen 202 er vist posisjonert på et boreskip 222 med et stigerør 224 som strekker seg fra boreskipet 222 til havbunnen 220. Enhver boreriggutforming slik som en landbasert rigg, kan imidlertid tilpasses for å implementere foreliggende oppfinnelse.

Eventuelt kan borestrengen 206 ha en brønnhullsboremotor 210. Inkorporert i borestrengen 206 over borkronen 208 er en typisk testingsenhet som kan ha minst en sensor 214 for å avføle brønnhullskarakteristikker ved borehullet, borkronen og reservoaret, idet slike sensorer er velkjente på området. En nyttig anvendelse av sensoren 214 er å bestemme retning, asimut og orientering av borestrengen 206 ved å bruke et akselerometer eller en lignende sensor. Bunnhullsanordningen

(BHA) omfatter også en tilknyttet formasjonstestanordning 300 ifølge det foreliggende eksempelet på oppfinnelsen som vist på fig. 3. Et telemetrisystem 212 er plassert i en egnet posisjon på arbeidsstrengen 206, slik som over testanordningen 216. Telemetrisystemet 212 blir brukt til kommando- og data-kommunikasjon mellom overflaten og testapparatet 216.

Fig. 16 er et snitt gjennom en borestreng 206. Verktøyseksjonen er fortrinnsvis plassert i en BHA nær borkronen (ikke vist). Verktøyet innbefatter en kommunika-sjonsenhet og en kraftforsyning 320 for toveis kommunikasjon med overflaten og for å levere kraft til brønnhulls-komponentene. I utførelseseksempelet krever verktøyet et signal fra overflaten bare for testinnledning. En brønn-hullsstyringsenhet og prosessor (ikke vist) utfører alle etterfølgende styring. Kraftforsyningen kan være en generator drevet av en slammotor (ikke vist) eller den kan være en hvilken som helst annen egnet kraftkilde. Innbefattet er også flere stabilisatorer 308 og 310 for å stabilisere verktøy-seksjonen i borestrengen 206 og pakninger 304 og 306 for å forsegle en del av ringrommet. En sirkulasjonsventil anordnet fortrinnsvis over den øvre pakningen 304, blir brukt til å muliggjøre fortsatt sirkulasjon av boreslam over pakningene 304 og 306 mens rotasjon av borkronen er stanset. En separat ventilerings- eller utjevningsventil (ikke vist) blir brukt til å ventilere fluid fra testvolumet mellom pakningene 304 og 306 til det øvre ringrommet. Denne ventileringen reduserer testvolumtrykket, noe som er nødvendig for en nedtrekkings-test. Det er også tenkt at trykket mellom pakningene 304 og 306 kan reduseres ved å trekke fluid inn i systemet eller ventilere fluid til det nedre ringrommet, men i alle fall vil en fremgangsmåte til å øke volumet av det mellomliggende ringrommet for å minske trykket, være nødvendig.

I en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er et utstrekkbart, putetetningselement 302 for inngrep med brønnveggen 17 (fig. 14) anordnet mellom pakningene 304 og 306 på testanordningen 216. Putetetningselementet 302 kan brukes uten pakningene 304 og 306 fordi en tilstrekkelig tetning med brønnveggen kan opprettholdes med puten 302 alene. Hvis pakningene 304 og 306 ikke blir brukt, blir en motkraft nødvendig slik at puten 302 kan opprettholde tetningsinngrep med veggen i borehullet 202. Tetningen skaper et testvolum ved putepakningen og strekker seg bare inn i verktøyet til pumpen istedenfor også å bruke volumet mellom pakningselementene. Anordningen 300 befinner seg også i verktøyet som vist på fig. 16 .

En måte å sikre at tetningen blir opprettholdt, er å sikre større stabilitet av borestrengen 206. Selektivt utstrekkbare gripeelementer 302 og 314 kan være inkorporert i borestrengen 206 for å forankre borestrengen 206 under testen. Gripeanordningene 312 og 314 er vist inkorporert i stabilisatorene 308 og 310 i denne utførelsesformen. Gripeanordningene 312 og 314 som vil ha en ru endeoverflate for kontakt med brønnveggen, vil beskytte myke komponenter slik som putetetningselementet 302 og pakningene 304 og 306 fra skade på grunn av verktøybevegelse. Gripeanordningene 312 vil være spesielt ønskelige i systemer til sjøs, slik som det som er vist på fig. 15, på grunn av bevegelse forårsaket av hiv som kan frembringe for tidlig slitasje av tetnings-komponenter.

Fig. 17 viser verktøyet på fig. 16 skjematisk med interne brønnhulls- og overflate-komponenter. Selektivt utstrekkbare gripeelementer 312 er i kontakt med borehullsveggen 204 for å forankre borestrengen 206. Pakningselementer 304 og 306 som er velkjente på området, strekkes ut for inngrep med borehullsveggen 204. De utstrakte pakningene deler brønnringrommet i tre seksjoner, et øvre ringrom 402, et mellomliggende ringrom 404 og et nedre ringrom 406. Den forseglede ringromsseksjonen (eller ganske enkelt den forseglede seksjonen) 404 befinner seg ved en formasjon 218. Montert på borestrenge 206 og utstrekkbar inn i den forseglede seksjonen 404, er det selektivt utstrekkbare

putetningselementet 302. En fluidledning tilveiebringer fluidkommunikasjon mellom det uberørte formasjonsfluidet 408 og verktøysensorer slik som trykksensoren 424, er vist å strekke seg gjennom puteorganet 302 for å tilveiebringe en åpning 420 i det forseglede ringrommet 404. Den foretrukne konfigurasjonen for å sikre at uberørt fluid blir testet eller tatt prøve av, er å ha pakninger 304 og 306 tettende presset mot veggen 204, og å ha et forseglet forhold mellom veggen og det utstrekkbare elementet 302. Reduksjon av trykket i den forseglede seksjonen 404 forut for inngrep med puten 302, vil innlede fluidstrømning fra formasjonen inn i den forseglede seksjonen 404. Med formasjonsstrømning når det utstrekkbare elementet 302 er i inngrep med veggen, vil den åpningen 420 som strekker seg gjennom puten 320, bli eksponert for uberørt fluid 408. Styring av orienteringen til det utstrekkbare elementet 302 er meget ønskelig når det bores retningsbrønner eller horisontale brønner. Orienteringseksempelet er mot en øvre del av borehullsveggen. En sensor 214, slik som et akselerometer, kan brukes til å avføle orienteringen av det utstrekkbare elementet 302. Det ustrekkbare elementet kan så orienteres til den ønskede retningen ved å bruke fremgangsmåter og ikke viste komponenter som er velkjente på området, slik som retningsboring med en bennmodul. Boreanordningen kan f.eks. innbefatte en borestreng 206 rotert ved hjelp av en rotasjonsdrivanordning på overflaten (ikke vist). En brønnhullsslammotor (se fig. 15 ved 210) kan brukes til å rotere borkronen uavhengig. Borestrengen kan således

roteres inntil det utstrekkbare elementet er orientert i den ønskede retning, som antydet ved sensoren 214. Rotasjonsdriv-anordningen på overflaten blir stanset for å stoppe rotasjon av borestrengen 206 under en test, mens rotasjon av borkronen kan fortsette ved å bruke slammotoren.

En brønnhullsstyringsenhet 418 styrer fortrinnsvis testen. Styringsenheten 418 er forbundet med minst en systemvolumstyreanordning (pumpe) 426 og tilknyttet apparatur 300. Pumpen 426 er fortrinnsvis et lite stempel drevet av en kuleskrue og en trinnmotor eller en annen variabel motor, på grunn av evnen til iterativ endring av systemets volum. Pumpen 426 kan også være en progressiv hulromspumpe. Ved bruk av andre pumpetyper bør en strømningsmåler også være innbefattet. En ventil 430 for regulering av fluidstrømning til pumpen 426, er anordnet i fluidledningen 422 mellom en trykksensor 424 og pumpen 426. Et testvolum 405 er volumet under tilbaketrekningsstempelet i pumpen 426 og innbefatter fluidledningen 422. Trykksensoren blir brukt til å avføle trykket i testvolumet 404. Det kan bemerkes her at testen kan være like verdifull om den utføres med puteorganet 302 i en tilbaketrukket stilling. I dette tilfellet innbefatter testvolumet volumet av det mellomliggende ringrommet 404. Dette gir mulighet for en "hurtigtest", noe som betyr at det ikke vil være nødvendig å bruke tid på puteutstrekning og tilbaketrekning. Sensoren 424 er forbundet med styringsenheten 418 for å levere de tilbakemeldingsdataene som er nødvendige for et lukket sløyfestyringssystem. Tilbakekoplingen blir brukt til å justere parameterinnstillinger slik som en trykkgrense for etterfølgende volumendringer. Brønnhullsstyringsenheten innbefatter en prosessor (ikke vist separat) for ytterligere å redusere testtiden, og et eventuelt database- og lagringssystem kan være innbefattet for å lagre data for fremtidig analyse og for å tilveiebringe normalinnstillinger.

Ved trykkreduksjon i den forseglede seksjonen 404, blir fluid ventilert til det øvre ringrommet 402 via en utjevningsventil 419. En ledning 429 som forbinder pumpen 426 med utjevningsventilen 419, innbefatter en velgbar indre ventil 432. Hvis fluidprøvetakning er ønsket, kan fluidet avledes til valgfrie prøvereservoarer 428 ved å bruke de indre ventilene 432, 433a og 433b istedenfor å ventilere gjennom utjevningsventilen 419. For typisk fluidprøvetakning blir fluidet som befinner seg i reservoarene 428, hentet opp fra brønnen for analyse.

Et utførelseseksempel for testing av formasjoner med lav mobilitet (tette formasjoner) innbefatter minst en pumpe (ikke vist separat) i tillegg til den viste pumpen 426. Den andre pumpen bør ha et indre volum som er meget mindre enn det indre volumet til den primære pumpen 426. Et antydet volum for den andre pumpen er 1/100 av volumet til den primære pumpen. En typisk T-koblingsanordning som har ventilvalg styrt av brønnhullsstyringsenheten 418 kan brukes til å forbinde de to pumpene med fluidledningen 422.

I en tett formasjon blir den primære pumpen brukt til den innledende trykkreduksjonen. Styringsenheten kobler om til den andre pumpen for operasjoner under formasjonstrykket. En fordel ved den andre pumpen med lite indre volum, er at oppbyggingstider er hurtigere enn med en pumpe som har et større volum.

Resultater av data som er behandlet i brønnhullet, kan sendes til overflaten for å levere brønnhullstilstander til en boreoperatør eller til å validere testresultater. Styringsenheten videresender behandlede data til et toveis datakommunikasjonssystem 416 anordnet i brønnhullet. Brønnhullssystemet 416 overfører et datasignal til et overflatekommunikasjonssystem 412. Det er flere fremgangsmåter og anordninger kjent på området som er egnet for overføring av data. Ethvert egnet system vil være tilstrekkelige for formålet med foreliggende oppfinnelse. Når signalet blir mottatt på overflaten, omformer og overfører en overflatestyringsenhet og prosessor 410 dataene til en passende utgangs- eller lagrings-anordning 414. Som beskrevet tidligere blir overflatestyringsenheten 410 og overflate-kommunikasjonssystemet 412 også brukt til å sende test-innledningskommandoen.

Fig. 18 er en kabelutførelse i samsvar med foreliggende oppfinnelse som inneholder en anordning 300. En brønn 502 er vist gjennom en formasjon 504 som inneholder et reservoar som har et gasslag 506, et oljelag 508 og et vannlag 510. Et kabelverktøy 512 understøttet av en armert kabel 514, er anordnet i brønnen 502 ved formasjonen 504. Fra verktøyet 512 strekker det seg valgfrie gripeanordninger 312 for å stabilisere verktøyet 512. To ekspanderbare pakninger 304 og 306 er anordnet på verktøyet 512 og er i stand til å atskille ringrommet i borehullet 502 i et øvre ringrom 402, et forseglet mellomliggende ringrom 404 og et nedre ringrom 406. Et selektivt utstrekkbart puteorgan 302 er anordnet på verktøyet 512. Gripeanordningene 312, pakningene 304 og 306 og det utstrekkbare puteelementet 302 er hovedsakelig de samme som de som er beskrevet på figurene 16 og 17, og derfor blir den detaljerte beskrivelsen ikke gjentatt her.

Telemetri for kabelutførelsesformen er en toveis brønnhullskommunikasjonsenhet 516 som er koblet til en toveis overflatekommunikasjonsenhet 518 ved hjelp av en eller flere ledere 520 i den armerte kabelen 514. Overflatekommunikasjons-enheten 518 er rommet i en overflatestyringsenhet som innbefatter en prosessor 412 og en utmatningsanordning 414 som beskrevet på fig. 17. En typisk kabelskive 522 blir brukt til å føre den armerte kabelen 514 inn i borehullet 502. Verktøyet 512 innbefatter en brønnhullsprosessor 418 for styring av formasjonstester i samsvar med fremgangsmåter som vil bli beskrevet detaljert nedenfor.

Den utførelsesformen som er vist på fig. 18, er ønsket for å bestemme kontaktpunkter 538 og 540 mellom gassen 506 og oljen 508 og mellom oljen 508 og vannet 510. For å illustrere denne anvendelsen er en plotting 542 av trykk som funksjon av dybde vist overlagret på formasjonen 504. Brønnhullsverktøyet 512 innbefatter en pumpe 426, et antall sensorer 424, en tilhørende anordning 300, tilknyttede ventiler 430, 432 og eventuelle prøvetanker 428 som beskrevet ovenfor for den utførelsesformen som er vist på fig. 17. Disse komponentene blir brukt til å måle formasjonstrykk ved varierende dybder i borehullet 502. Trykkene plottet som vist, indikerer fluid-eller gass-densitet som varierer tydelig fra et fluid til det neste. Det å ha flere trykkmålinger Mi-Mntilveiebringer derfor data som er nødvendig for å bestemme kontaktpunktene 538 og 540 .

Målestrategier og beregningsprosedyrer for å bestemme effektiv mobilitet (k/u) i et reservoar i henhold til foreliggende oppfinnelse, blir beskrevet nedenfor. Måletidene er ganske korte, og beregningene er robuste for et stort område med mobilitetsverdier. Den innledende trykkreduksjonen benytter en meget lavere pumpetilbaketrekningshastighet, 0,1 til 0,2 cm<3>/s, enn hastigheter som typisk brukes nå for tiden. Ved å bruke lavere hastigheter, reduseres sannsynligheten for formasjonsskade på grunn av migrasjon av fine stoffer, reduserer temperaturendringer vedrørende fluidekspansjon, reduserer treghetsstrømningsmotstand som kan være betydelig i sondepermeabilitetsmålinger, og tillater hurtig oppnåelse av stabil strømning inn i sonden for alle, bortsett fra meget lave mobiliteter.

Stabil strømning er ikke nødvendig for lave mobilitetsverdier (mindre enn omkring 2 md/cp). For disse målingene blir fluidkompressibilitet bestemt fra den innledende delen av trykkreduksjonen når trykket i sonden er større enn formasjonstrykket. Effektivt mobilitet og fjernformasjons-trykk, p<*>, blir bestemt fra den tidlige delen av trykkoppbygningen, ved hjelp av fremgangsmåter som angis her, for derved å eliminere behovet for den langvarige sluttdelen av oppbygningen hvor trykket gradvis når en konstant verdi.

For høyere mobiliteter hvor stabil strømning blir nådd ganske hurtig under trykkreduksjonen, blir pumpen stoppet for å innlede den hurtige trykkoppbygningen. For en mobilitet på 10 md/cp og de tilstandene som brukes for prøveberegningene som blir beskrevet nedenfor (innbefattende en pumpehastighet på 0,2 cm<3>/s), inntreffer stabil strømning ved en reduksjon på omkring 54 psi under formasjonstrykket. Den etterfølgende oppbygningen (til innenfor 0,01 psi av formasjonstrykk), krever bare omkring 6 sekunder. Trykkreduksjonen blir mindre og oppbygningstiden blir kortere (begge omvendt proporsjonale) for høyere mobiliteter. Mobilitet kan beregnes fra den stabile strømningshastigheten og forskjellen mellom formasjons- og reduksjons-trykkene. Forskjellige pumpehastigheter kan brukes til å kontrollere med hensyn på treghetsstrømningsmotstand. Instrumentmodifikasjoner kan være nødvendige for å romme de laveste pumpehastigheten og de minste trykkforskjellene.

Det vises til fig. 17 hvor pumpen 426 etter at pakningene 304 og 306 er satt og pumpestempelet er i sin innledende stilling med et fullstendig tilbaketrekningsslag tilbake, blir startet fortrinnsvis ved å bruke en konstant hastighet (qpUmp) • Sonden og forbindelsesledningene til trykkmåleren og pumpen omfatter "systemvolumet", Vsyssom antas å være fylt med et uniformt fluid, f.eks. boreslam. Så lenge trykk i sonden er større enn formasjonstrykket og formasjonsflaten ved omkretsen av borehullet er forseglet ved hjelp av en slamkake, skal ikke noe fluid strømme inn i sonden. Hvis det antas at det ikke lekker noe forbi pakningen og at ingen arbeidsrelatert utvidelsestemperatur minsker, blir trykket i "systemet" ved nullinjen til trykkmåleren, styrt av fluidekspansjon som er lik pumpetilbaketrekningsvolumet. Når Ap er tverrsnittsarealet til et pumpestempel, x er forplantningsavstanden til stempelet, C er fluidkompressibilitet og p er systemtrykk, er trykkminskningshastigheten avhengig av den volumetriske ekspansjonshastigheten som vist i ligning 1:

Ligning 2 viser systemvolumøkningene når pumpestempelet blir trukket tilbake: og differensiering av ligning 2 viser at:

Innsetting av resultatene i ligning 3 i ligning 1 og omordning gir derfor:

For konstant kompressibilitet kan ligning 4 integreres for å gi trykket i sonden som en funksjon av systemvolumet:

Trykk i sonden kan relateres til tid ved å beregne systemvolumet som en funksjon av tid fra ligning 2. Hvis derimot kompressibiliteten ikke er konstant, er dens gjennomsnittsverdi mellom to systemvolumer:

hvor subindekser 1 og 2 ikke er begrenset til å være påfølgende avlesningspar. Legg merke til at hvis temperaturen avtar under trykkreduksjonen, vil tilsynelatende kompressibilitet bli for lav. En plutselig økning i kompressibiliteten kan indikere et pumpeproblem slik som sandstrømning, utvikling av gass eller en lekkasje forbi pakningen på tetningen mellom sondeflaten og borehullsveggen. Beregningen av kompressibilitet er under enhver omstendighet ugyldig når trykket i sonden er mindre enn formasjonstrykket når fluid kan strømme inn i sonden for å gi inntrykk av en markert økning i kompressibiliteten. Legg imidlertid merke til at kompressibiliteten til virkelige fluider nesten alltid øker litt med avtagende trykk. Fig. 19 viser et eksempel på trykkreduksjon fra et innledende, hydrostatisk borehullstrykk på 5000 psia til (og under) et reservoartrykk (p<*>) 608 på 4626,168 psia beregnet ved å bruke de følgende betingelser som et eksempel: Effektiv sonderadius, ri, på 1,27 cm;

Dimensjonsløs geometrisk faktor, G0, på 4,30;

Innledende systemvolum, V0, på 267,0 cm<3>;

Konstant, volumetrisk pumpetilbaketrekkingshastighet qpump på 0, 2 cm<3>/s; og

Konstant kompressibilitet, C, lik 1 x 10~<5>psi-<1>.

Beregningen forutsetter at det ikke er noen temperaturendring og ingen lekkasje inn i sonden. Trykkreduksjonen er vist som en funksjon av tid eller som en funksjon av pumpetilbaketrekkingsvolum, vist ved henholdsvis bunnen og toppen av fig. 19. Den innledende delen 610 av trykkreduksjonen (over p<*>) er beregnet fra ligning 5 ved å bruke Vsysberegnet fra ligning 2. Fortsatt trykkreduksjon til under reservoartrykket for null strømning inn i sonden, er vist som "0"-mobilitetskurven 612. Legg merke til at hele trykkreduksjonen ved "ingen strømning" er svakt buet på grunn av det progressivt økende systemvolumet.

Når trykket faller til under p<*>og permeabiliteten er større enn null, begynner normalt fluid fra formasjonen å strømme inn i sonden. Når p = p<*>er strømningshastigheten lik null, men øker gradvis etter hvert som p avtar. I virkelig praksis kan en endelig differanse være nødvendig før slamkaken begynner å falle av den delen av borehullsoverflaten som er under den indre radiusen til sondepakningstetningen. I dette tilfellet vil en diskontinuitet bli observert i tid/trykk-kurven istedenfor det glatte avviket fra kurven for "ingen strømning" som vist på fig. 19. Så lenge hastigheten for systemvolumøkningen (fra pumpetilbaketrekkingshastigheten) overskrider fluidstrømningshastigheten inn i sonden, vil trykket i sonden fortsette å minske. Fluid som befinner seg i Vsysekspanderer for å fylle strømningshastighetsmangelen. Så lenge strømning fra formasjonen skjer etter Darcys lov, vil den fortsette å øke proporsjonalt med (p<*->p). Til slutt blir strømningen fra formasjonen lik pumpehastigheten, og trykket i sonden forblir deretter konstant. Dette er kjent som "stabil" strømning. Den ligningen som styrer stabil strømning, er:

For de tilstander som er gitt for fig. 19, er den stabile trykkreduksjonsdifferansen, p*-pSs/ lik 0,5384 psi for k/u = 1000 md/cp, 5,384 psi for 100 md/cp, 53,84 psi for 10 md/cp, osv. For en pumpehastighet lik 0,1 cm<3>/s, vil disse trykkdifferansene bli halvert; og de vil bli doblet for en pumpehastighet lik 0,4 cm<3>/s, osv.

Som vist senere har disse reduksjonene ved høy mobilitet meget hurtig trykkoppbygning etter at pumpestempelets tilbaketrekning er stoppet. Verdien av p<*>kan finnes fra det stabiliserte oppbygningstrykket etter noen få sekunder. I tilfelle av høye mobiliteter (k/u > 50 md/cp), kan pumpehastigheten måtte økes ved etterfølgende trykkreduksjoner for å oppnå en tilstrekkelig trykkreduksjonsdifferanse (p<*->p). For lavere mobiliteter bør den reduseres for å sikre at treghetsstrømningsmotstand (ikke-Darcy-strømning) ikke er betydelig. En total av tre forskjellige pumpehastigheter vil være ønskelig i disse tilfellene.

Beregninger for stabil tilstand er meget ønskelige for de høyeste mobilitetene fordi kompressibiliteten faller ut av beregningen, og mobilitetsberegningene er enkle. Instrument-kravene er imidlertid høye: 1) pumpehastighetene bør være konstante og lette å endre, og 2) trykkdifferansene (p<*->pss) er små. Det vil være ønskelig å ha et lite stempel drevet av en kuleskrue og en skrittmotor for å regulere trykkminskningen under tilnærmelsen til stabil strømning for lave mobiliteter.

Fig. 19 viser at innenfor den illustrerte tidsperioden, nådde trykkreduksjonen for 1,0 md/cp kurven 614 og lavere mobiliteter ikke en stabil tilstand. Avvikene fra 0-mobilitetskurven for 0,1 md/cp 616 og under, er videre så vidt observerbar. Ved en total tid på 10 sekunder, er trykkreduksjonsdifferansen for 0,01 md/cp f.eks. bare 1,286 psi mindre enn den for ingen strømning. Meget større trykkforstyrrelser enn dette som skyldes ikke-isotermiske tilstander eller små endringer i fluidkompressibilitet, er forventet. Trykkreduksjon større enn 200-400 psi under p<*>er ikke å anbefale: betydelig treghetsstrømningsmotstand (ikke Darcy-strømning) er nesten garantert, formasjonsskade på grunn av finstoffmigrasjon er sannsynlig, termiske forstyrrelser er nesten uunngåelige, gassutvikling er sannsynlig og kravene til pumpeeffekten øker.

Under den periode hvor p<p<*>og før stabil strømning blir oppnådd, er tre hastigheter operative: 1) pumpehastigheten som øker systemvolumet med tiden, 2) fluidstrømningshastigheten fra formasjonen inn i sonden og 3) fluidekspansjonshastigheten i systemvolumet som er lik differansen mellom de første hastighetene. Hvis det antas isotermiske tilstander, Darcy-strømning i formasjonen, ingen permeabilitetsskade nær sondeflaten og konstant viskositet, blir trykkreduksjonskurver for 10, 1 og 0,1 md/cp mobiliteter 618, 614 og 616, vist på fig. 19, beregnet fra en ligning basert på forholdet mellom disse tre hastighetene som diskutert ovenfor: hvor strømningshastigheten inn i sonden fra formasjonen ved tidstrinn n, blir beregnet fra:

Fordi pner nødvendig for beregningen av qf i ligning 9, som er nødvendig for løsning av ligning 8, ble det benyttet en iterativ prosedyre. For de laveste mobilitetene ble konvergens oppnådd hurtig ved bruk av pn_isom den første gjetning for p. For kurven for 10 md/cp var imidlertid mange flere iterasjoner nødvendig for hvert tidstrinn, og denne prosedyren ble utstabil for 100 md/cp og høyere mobilitetstilfeller. Mindre tidstrinn og/eller meget høyere dempning (eller en løsningsteknikk istedenfor en iterativ prosedyre) er nødvendig.

Pumpestempelet blir stoppet (eller bremset) for å innlede trykkoppbyggingen. Når stempelet er stoppet, forblir systemvolumet konstant og strømning inn i sonden fra formasjonen forårsaker kompresjon av fluid som befinner seg i systemvolumet og følgelig trykkstigning. For høymobilitets-målinger hvor bare beregninger for stabil tilstand blir utført, er bestemmelse av fluidkompressibilitet ikke nødvendig. Oppbygningen blir bare brukt til å bestemme p<*>slik at pumpen blir fullstendig stoppet for oppbygning. For de betingelser som er gitt i forbindelse med fig. 19, er oppbygningstiden for å nå innenfor 0,01 psi av p<*>omkring 6, 0,6 og 0,06 sekunder for mobiliteter på henholdsvis 10, 100 og 1000 md/cp 618, 620 og 622.

For lave mobilitetsmålinger hvor den stabile tilstanden ikke ble nådd under trykkreduksjonstiden, blir oppbygningen brukt til å bestemme både p<*>og k/u. Det er imidlertid ikke nødvendig å måle hele oppbyggingen. Dette tar urimelig lang tid fordi drivkraften ved enden av oppbyningskurven for å nå p<*>nærmer seg null.

Ligningen som styrer trykkoppbyggingen, under antagelse av konstant temperatur, permeabilitet, viskositet og kompressibilitet, er:

Omordning og integrering gir:

hvor to og po er henholdsvis tiden og trykket i sonden ved start av oppbygningen, eller ved et hvilket som helst tilfeldig punkt i oppbygningskurven.

Fig. 20 er en plotting av den tidlige delen av en oppbygningskurve 630 for en mobilitet lik 1 md/cp som begynner ved 4200 psia, og hvis den kjøres til fullføring, vil slutte ved et p<*>på 4600. Dette er beregnet fra ligning 11. I tillegg til de andre parametrene som er vist på denne figuren, er po = 4200 psia.

Bestemmelse av p<*>fra den ufullstendige oppbygningskurven kan beskrives ved hjelp av et eksempel. Tabell 2 representerer hypotetiske forsøksdata. Utfordringen er å bestemme nøyaktig verdien av p<*>som ellers ikke vil være tilgjengelig. For å oppnå p<*>eksperimentelt vil ha tatt minst 60 s istedenfor de viste 15 s. Den eneste informasjon som er kjent i hypotesen, er systemverdiene for fig. 19 og Vsyspå 269,0 cm<3>. Kompressibiliteten, C, blir bestemt fra de innledende trykkreduksjonsdataene som begynner ved det hydrostatiske borehullstrykket, ved å bruke ligning 6.

Den første gruppen på høyre side av ligning 11 og foran den logaritmiske gruppen, kan betraktes som tidskonstanten, X, for trykkoppbygningen. Bruk av denne definisjonen og omordning av ligning 11, gir derfor:

En plotting av venstre side av ligning 12 som funksjon av (t-to) er en rett linje med helning lik (l/T) og skjæring lik null. Fig. 21 er en plotting av data fra tabell 2 ved bruk av ligning 12 med forskjellige gjetninger for verdien av p* . Vi kan se at bare den korrekte verdien, 4600 psia, gir den nødvendige rette linjen 640. For gjetninger som er lavere enn det korrekte p<*>, er videre helningen av den tidlige delen av en kurve 646 mindre enn helningen ved senere tidspunkter. For gjetninger som er for høye er derimot den tidlige helningen større enn de senere helningene for kurvene 642 og 644.

Disse observasjonene kan brukes til å konstruere en hurtig fremgangsmåte til å finne det korrekte p<*>. Beregn først gjennomsnittshelningen fra en vilkårlig tidlig del av de data som er vist i tabell 2. Denne helningsberegningen begynner ved ti og pi, og slutter ved t2og p2. Beregn deretter den gjennomsnittlige helningen ved sen tid fra en senere del av tabellen. Subindeksene for begynnelsen og slutten av denne beregningen vil være henholdsvis 3 og 4. Divider deretter den tidlige helningen med den sene helningen for et forhold R:

Anta at vi velger det andre settet med datapunkter fra tabell 2: 2,0825 s og 4300 psia for begynnelsen av den tidligere helningen. Anta videre at vi velger data fra settene 5, 9 og 11 som slutten av den tidlige helningen og begynnelsen og slutten av den sene helningen med tilsvarende subindekser 2, 3 og 4. Hvis vi nå gjetter at p<*>er 4700 psia, og så setter disse tallene inn i ligning 13, blir den beregnede verdien av R lik 1,5270. Fordi dette er større enn 1, var gjetningen for høy. Resultater av denne og andre gjetninger for p<*>under bruk av de samme data som ovenfor, er vist som en kurveplotting 650 på fig. 22. Den korrekte verdien for p<*>, 4600 psia, inntreffer ved R = 1. Disse beregningene kan lett inkorporeres i en løsningsrutine som konvergerer hurtig mot det korrekte p<*>uten plottinger. Mobilitet blir etter å ha funnet det korrekte p<*>, beregnet ved hjelp av en omordning av ligning 11 ved å bruke den kompressibiliteten som er fremskaffet fra den innledende, hydrostatiske trykkreduksjonen.

For virkelige data skal generelt den meget tidlige delen av oppbygningsdataene unngås for beregningene av p<*>, så liten k/u. Denne hurtigste delen av oppbygningen med høye trykkdifferanser, har den største termiske forvrengning på grunn av kompressiv oppvarming og har den høyeste sannsynligheten for ikke-Darcy-strømning. Etter at p<*>er blitt bestemt som beskrevet ovenfor, bør hele datasettet plottes som på fig. 20. Når den innledende del av plottingen viser en økende helning med økende tid fullt av en stadig mer lineær kurve, kan dette være en sterk indikasjon på ikke-Darcy-strømning ved de høyeste trykkdifferansene.

En annen fremgangsmåte i henhold til foreliggende oppfinnelse kan beskrives under henvisning til fig. 23. Fig.

23 viser en relasjon mellom verktøytrykk 602 og formasjons-strømningshastighet qf604 sammen med effekten av hastigheter under og over visse grenser. Darcys lov lærer at trykk er direkte proporsjonalt med fluidstrømningshastighet i formasjonen. Plotting av trykk som funksjon av treknings-hastigheten til et trykkreduksjonsstempel vil danne en rett linje når trykket i verktøyet er konstant mens stempelet beveger seg med en gitt hastighet. Plottingen av strømnings-hastigheter og stabiliserte trykk vil likeledes danne en rett linje, typisk med negativ helning (m) 606, mellom en nedre og en øvre hastighetsgrense. Helningen blir brukt til å bestemme mobiliteten (k/u) for fluidet i formasjonen. Ligning 8 kan omordnes med hensyn på formasjonsstrømningshastigheten:

Ligning 14 er gyldig for ikke-stabile tilstandsbetingelser så vel som stabile tilstandsbetingelser. Formasjonsstrømningshastigheten qfkan beregnes ved å bruke ligning 14 for ikke-stabile tilstander for C er kjent med rimelig nøyaktighet, for å bestemme punkter langs plottingen på fig. 23.

Stabile tilstandsbetingelser vil forenkle ligning 14 fordi (pn-i-Pn)=0. Under stabile tilstandsbetingelser kan kjente parametere og målte verdier brukes til å bestemme punkter langs det rette linjeområdet på fig. 23. I dette området kan pumpehastigheten qpump erstattes. Ved så å bruke qpump i ligning 9, fås:

I ligning 15 er m= (p*-pss)/qpump. Enhetene for k/u er i md/cp, pnog p<*>er i PSIA, ri er i cm, qf^er i cm<3>/s, Vpump og Voer i cm3, C er i psi-1 og t er i s. Hvert trykk på den rette linjen er et stabilt tilstandstrykk ved den gitte strømningshastigheten (eller trekkingshastigheten).

I praksis kan et avvik fra en rett linje nær null formasjonsstrømningshastighet (filtrat) være en indikator på boreslamlekkasje inn i verktøyet (strømningshastighet tilnærmet lik null). Avviket ved høye strømningshastigheter er typisk en ikke-Darcy-effekt. Formasjonstrykket kan imidlertid bestemmes ved å forlenge den rette linjen til en skjæring med null trekkingshastighet. Det beregnede formasjonstrykket p<*>skal være lik et målt formasjonstrykk innenfor en neglisjerbar feilmargin.

Formålet med en trykktest er å bestemme trykket i reservoaret og bestemme mobiliteten til fluid i reservoaret. En prosedyre som justerer stempeltrekkingshastigheten inntil trykkavlesningen er konstant (null helning) gir informasjon for å bestemme trykket og mobiliteten uavhengig av en "stabil" trykkoppbygging ved å bruke et konstant volum.

Noen fordeler ved denne prosedyren er kvalitetssikring ved selvvalidering av en test hvor et stabilt oppbygningstrykk blir observert, og kvalitetssikring ved sammenligning av trykkreduksjonsmobilitet med oppbygningsmobilitet. Når en oppbygningsdel av en test heller ikke er tilgjengelig (i tilfelle med tapt sondetetning eller for lag oppbygningstid), gir p<*>formasjonstrykket.

Fig. 2 4 er et eksempel på en plotting av verktøytrykk som funksjon av tid ved å bruke en annen fremgangsmåte i henhold til foreliggende oppfinnelse. Plottingen illustrerer en fremgangsmåte som innebærer å endre trykkreduksjons-stempelets trekkhastighet basert på helningen av trykk/tid-kurven. Sensordata som er nødvendige ved et hvilket som helst punkt, kan brukes med ligning 14 til å utvikle en plotting som på fig. 23 eller brukt i automatiske løsningsrutiner styrt av en datamaskin. Datapunkter som definerer stabile trykk ved forskjellige strømningshastigheter kan brukes til å validere tester.

Prosedyren begynner ved å bruke et MWD-verktøy som beskrevet på fig. 17 eller et kabelverktøy som vist på fig.

22. En verktøysonde 420 blir innledningsvis forseglet mot borehullet, og testvolumet 405 inneholder hovedsakelig bare borefluid ved det hydrostatiske trykket i ringrommet. Fase I 702 i testen blir innledet ved hjelp av en kommando sendt fra overflaten. En brønnhullsstyringsenhet 418 styrer fortrinnsvis de etterfølgende handlingene. Bruk av styringsenheten til å styre en trykkreduksjonspumpe 426 som innbefatter et trykkreduksjonsstempel, blir trykket i testvolumet minsket med en konstant hastighet ved å sette trekkhastigheten til trykkreduksjonsstempelet til en forutbestemt hastighet. Sensorer 424 blir brukt til å måle i det minste trykket til fluidet i verktøyet ved forutbestemte tidsmellomrom. De forutbestemte tidsmellomrommene blir justert for å sikre at minst to målinger kan tas i løpet av hver fase i prosedyren. Ytterligere fordeler blir oppnådd ved å måle systemvolumet, temperaturen og/eller hastigheten av systemvolumendringen med passende sensorer. Kompressibiliteten til fluidet i verktøyet blir bestemt under fase 1 ve då bruke de beregningene som er diskutert ovenfor.

Fase II i testen 704 begynner når verktøytrykket faller under formasjonstrykket p* . Helningen av trykkurven endres på grunn av at formasjonsfluid begynner å komme inn i testvolumet. Helningsendringen blir bestemt ved å bruke en brønnhullsprosessor til å beregne en helning fra de målinger som er tatt ved to tidsintervaller i fasen. Hvis trekkhastigheten ble holdt konstant, vil verktøytrykket ha en tendens til å stabilisere seg ved et trykk under p<*>.

Trekkhastigheten blir økt ved et forutbestemt tidspunkt 706 for å begynne fase 3 av testen. Den økte trekkhastigheten reduserer trykket i verktøyet. Når trykket avtar, øker strømningshastigheten til formasjonsfluid inn i verktøyet. Verktøytrykket vil ha en tendens til å stabilisere seg ved et verktøytrykk lavere enn det trykket som oppvises under fase II, fordi trekkhastigheten er større i fase III enn i fase II. Trekkhastigheten blir minsket igjen ved et tidspunkt 708 som påbegynner fase IV av testen når intervallmålingene indikerer at trykk i verktøyet nærmer seg stabilisering.

Trekkhastigheten kan så minskes eller stoppes slik at trykk i verktøyet begynner å bygge seg opp. Kurvehelningen endrer fortegn når trykket begynner å øke, og endringen innleder fase V 710 hvor trekkhastigheten så blir øket for å stabilisere trykket. Det stabiliserte trykket blir indikert når trykkmålinger gir null helning. Trykkreduksjons-stempelhastigheten blir så minsket for fase VI 712 for å muliggjøre oppbygning inntil trykket igjen stabiliseres. Når trykket er stabilisert, blir trykkreduksjonsstempelet stoppet ved fase VII 714, og trykket i verktøyet blir tillatt å bygge seg opp inntil verktøytrykket stabiliseres ved formasjonstrykket Pf. Testen er da fullført og styringsenheten utligner testvolumet 716 til det hydrostatiske trykket i ringrommet. Verktøyet kan så trekkes tilbake og flyttes til en ny posisjon eller fjernes fra borehullet.

Stabiliserte trykk bestemt i løpet av fase V 710 og fase VI 712 sammen med de tilsvarende stempelhastighetene, blir brukt i nedhullsprosessoren til å bestemme en kurve som på fig. 10. Prosessoren beregner formasjonstrykk p<*>fra de målte datapunktene. Den beregnede verdien p<*>blir så sammenlignet med det målte formasjonstrykket Pf fremskaffet av verktøyet i løpet av fase VII 714 i testen. Sammenligningen tjener til å validere det målte formasjonstrykket Pf for derved å eliminere behovet for å utføre en separat valideringstest.

Andre utførelsesformer som benytter et eller flere av fremgangsmåteelementene som er diskutert ovenfor, skal også anses å være innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse. Det vises fremdeles til fig. 11 hvor en annen utførelsesform innbefatter fase I til fase IV og så fase VII. Denne fremgangsmåten er ønskelig med moderat permeable formasjoner når det er ønskelig å måle formasjonstrykk. Det vil typisk være en liten variasjon i profilen for fase IV i denne utførelsesformen. Fase VII vil bli innledet når målingene viser en hovedsakelig null helning på trykkurven 709. Utjevningsprosedyren 716 vil også være nødvendig før verktøyet blir flyttet.

En annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse innbefatter fase I 702, fase II 704, fase IV 712, fase VII 714 og utjevningsprosedyren 716. Denne fremgangsmåten blir brukt i formasjoner med meget lav permeabilitet eller når sondetetningen går tapt. Fase II vil ikke være et så distinkt avvik som vist slik at den rette linjedelen 703 i fase I vil synes å strekke seg godt under formasjonstrykket pf. Fig. 25 er en illustrasjon av et kabelformasjons-testingsverktøy utplassert i et brønnhull uten pakninger. Det vises nå til fig. 25 hvor det er vist en annen utførelsesform av foreliggende oppfinnelse som befinner seg i et formasjonstestingsinstrument. Fig. 25 er en illustrasjon av et formasjonstestingsinstrument tatt fra Michaels med fleres US-patent nr. 5 303 775 som herved i sin helhet inkorporeres ved referanse. Michaels '775-patent beskriver en fremgangsmåte og en anordning for bruk i forbindelse med et formasjonstestingsinstrument i et brønnhull for innsamling av en faseintakt prøve av formasjonsfluid for levering via en trykkopprettholdende prøvetank til et laboratorieanlegg. En eller flere fluidprøvetanker som befinner seg i instrumentet, blir trykkbalansert med hensyn til borehullet ved formasjonsnivå og blir fylt med en fossil formasjonsfluidprøve på en slik måte at under fylling av prøvetankene blir fluidets trykk opprettholdt innenfor det forutbestemte området over boblepunktet til fluidprøven. Prøvetanken innbefatter et indre, frittflytende stempel som deler prøvetanken i prøveoppbevarings- og trykkbalanserings-kamre med trykkbalanseringskamre i kommunikasjon med borehullstrykket. Prøvetanken er forsynt med en sperreventil som gjør det mulig å opprettholde trykket til fluidprøven etter at formasjonstestingsinstrumentet er blitt hentet opp fra brønnhullet for transport til et laboratorieanlegg. For å kompensere for trykkminskning ved avkjøling av prøvetanken og dens innhold, har stempelpumpemekanismen i instrumentet evne til å øke trykket til prøven tilstrekkelig over boblepunktet til prøven slik at en trykkreduksjon som inntreffer ved kjøling ikke vil minske trykket til fluidprøven til under dens boblepunkt. Fig. 25 er en billedmessig illustrasjon som innbefatter et blokkskjema som illustrerer et formasjonstestingsinstrument konstruert i samsvar med foreliggende oppfinnelse, som er posisjonert ved formasjonsnivå i et borehull med sin prøvesonde i kommunikasjon med formasjonen med det formål å utføre tester og samle inn en eller flere formasjonsfluid-prøver. Som vist på fig. 25, er en seksjon av et borehull 10 som gjennomtrenger en del av grunnformasjonen 11, vist i vertikalsnitt. Anordnet inne i borehullet 10 ved hjelp av en kabel 25 er et prøvetaknings- og måle-instrument 13. Prøvetaknings- og måle-instrumentet er sammensatt av et hydraulisk kraftsystem 14, en fluidprøvelagringsseksjon 15 og en prøvetakningsmekanismeseksjon 16. Prøvetaknings-mekanismeseksjonen 16 innbefatter et selektivt utstrekkbart veggkontaktputeorgan 17, et selektivt utstrekkbart fluidorgan 18 for prøvetakning og et toveis pumpeorgan 19. Pumpeorganet 19 kan også være lokalisert over prøvetakningssondeorganet 18 om ønsket.

I drift blir prøve- og måle-instrumentet 13 posisjonert inne i borehullet 10 ved hjelp av oppvikling eller avvikling av kabelen 12 fra en heiseanordning 19, omkring hvilken kabelen 12 er spolet. Dybdeinformasjon fra en dybdeindikator 20 blir koblet til en signalprosessor 21 og en registrerings-anordning 22 når instrumentet 13 er anordnet ved siden av en grunnformasjon av interesse. Elektriske styresignaler fra styrekretser 23 som innbefatter en prosessor (ikke vist), blir sendt gjennom elektriske ledere som befinner seg i kabelen 12, til instrumentet 13.

Disse elektriske styresignalene aktiverer en hydraulisk pumpe i det hydrauliske kraftsystemet 14 som er vist, som leverer hydraulisk kraft for instrumentdrift og som tilveiebringer hydraulisk kraft som får brønnkontaktputeorganet 17 og fluidinnføringsorganet 18 til å bevege seg sideveis fra instrumentet 13 inn i kontakt med grunnformasjonen 11 og det toveis pumpeorganet 19. Fluidinnføringsorganet eller prøvetakningssonden 18 kan så plasseres i fluidkommunikasjon med grunnformasjonen 11 ved hjelp av elektrisk styrte signaler fra styrekretsene 23 som selektivt aktiverer magnetventiler i instrumentet 13 for å ta en prøve av eventuelle produserbare formasjonsfluider som befinner seg i grunnformasjonen av interesse. Anordningen 300 befinner seg i verktøyet.

Fig. 26 er en illustrasjon av en toveis formasjonsfluidpumpe for å pumpe formasjonsfluid inn i brønnhullet under pumping for å fri prøven for filtrat og pumpe formasjonsfluid inn i en prøvetank etter en prøverensing. Fig. 26 viser en del av et formasjonsmultitesterinstrument i et brønnhull som er konstruert i samsvar med foreliggende oppfinnelse og som illustrerer skjematisk en stempelpumpe og et par prøvetanker i instrumentet. Figurene 25 og 26 er tatt fra Michaels med fleres '775-patent og er der beskrevet i detalj. Som illustrert i den delvis gjennomskårne og skjematiske skissen på fig. 26, er formasjonstestingsinstrumentet 13 på fig. 12 vist å innbefatte en toveis stempelpumpemekanisme som er vist generelt ved 24 og som er illustrert skjematisk på fig. 26. Inne i instrumentlegemet 13 er det også anordnet minst en og fortrinnsvis et par prøvetanker som er vist generelt ved 26 og 28 og som kan være av identisk konstruksjon om ønsket. Stempelpumpemekanismen 24 definerer et par motstående pumpekamre 62 og 64 som er anordnet i fluidkommunikasjon med de respektive prøvetankene via forsyningsledninger 3 4 og 36. Tømming fra de respektive pumpekamrene til forsyningsledningen for en valgt prøvetank 26 eller 28 blir styrt ved hjelp av elektrisk energiserte treveis ventiler 27 og 29 eller et hvilket som helst egnet styreventilarrangement som muliggjør selektiv fylling av prøvetankene. De respektive pumpekamrene er også vist å ha mulighet til fluid kommunikasjon med undergrunnsformasjonen av interesse via

pumpekammerforsyningspassasjer 38 og 40 som defineres ved hjelp av prøvesonden 18 på fig. 25 og som blir styrt ved hjelp av passende ventiler. Forsyningspassasjene 38 og 40 kan være forsynt med tilbakeslagsventiler 39 og 41 for å muliggjøre overtrykk i det fluidet som pumpes fra kamrene 62 og 6 4 om ønsket. LMP 47 sporer posisjonen og hastigheten til stemplene 58 og 60 hvorfra pumpevolum, over tid, for en kjent stempelsylinderstørrelse kan bestemmes.

Det foreliggende eksempelet på oppfinnelsen løper FRA ved enden av hvert pumpestempelstrøk på sugesiden av pumpen, mens formasjonen bygger opp til å bestemme mobilitet, kompressibilitet og korrelasjonskoeffisient. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en plotting av mobilitet som funksjon av tid som kan leveres til en prøvetakningsklient som en indikasjon på konfidensen til prøvens integritet. FRA plotter trykk som funksjon av formasjonsstrømningshastighet. Jo nærmere plottingen er en rett linje, jo høyere er korrelasjonskoeffisienten. En korrelasjonskoeffisient på over 0, 8 indikerer at pumpehastigheten stemmer godt overens med formasjonens evne til å produsere formasjonsfluid.

Plottingen av trykk som en funksjon av tid, gir formasjonstrykket P<*>som et resultat av å løse ligning P(t)=P<*->[resiprok mobilitet]x[formasjonsstrømningshastighet]. Helningen til denne plottingen er negativ, og y-skjæringen er P<*>med P på den vertikale aksen. Den resiproke verdien av plottingen er mobiliteten. Korrelasjonskoeffisienten er i hvilken grad plottingen stemmer overens med en rett linje. Når korrelasjonskoeffisienten faller under 0,8, blir et problem indikert. Foreliggende oppfinnelse vil gi en oppadrettet pilindikasjon til operatøren for å øke pumpehastigheten når formasjonen er i stand til å levere enkeltfaseformasjonsfluid ved en raskere pumpehastighet og en nedadrettet pil for å minske pumpehastigheten når pumpehastigheten overskrider formasjonens evne til å levere enkeltfaseformasjonsfluid ved den eksisterende pumpehastigheten.

Pumpevolumene til kamrene 62 og 64 er kjent, og posisjonen og bevegelseshastigheten til stemplene 58 og 60 er kjent fra LMP 47, slik at FRA blir utført på toveispumpen ved slutten av hvert pumpeslag. Når trykkreduksjonshastigheten og pumpevolumene er kjent ved hjelp av posisjonen til stempelet og endringshastigheten for posisjonen og dimensjonene til kammeret 62 og 64, blir trykkreduksjonsvolumet også kjent eller kan beregnes.

Psaturation-P*=- (1/niobi li t et) (f orma s j on sha s t i ghe t) . Psaturation-P<*>representerer prøvens toleransevindu før den går inn i to faser. Ved å bruke FRA blir formasjonsfluid-mobiliteten bestemt slik at formasjonsstrømningshastigheten blir beregnet og passende pumpehastighet qddi ligning 16 blir beregnet for å passe til formasjonsstrømningshastigheten som diskutert nedenfor. Styringsenheten i verktøyet justerer pumpehastigheten automatisk ved å sende tilbakekoblings-signaler til den hydrauliske styringsventilen ved pumpen eller sender et signal til operatøren om å justere pumpehastigheten for å oppnå optimal pumpehastighet som tilpasning til formasjonens mobilitet.

Under pumping, når toveispumpestempelet 58, 60 når enden av et pumpeslag, blir FRA anvendt på sugesiden av pumpen. Før pumpestempelet 58, 60 beveges, benytter FRA

formasjonsoppbygging ved enden av hvert pumpeslag til å bestemme kompressibilitet, mobilitet og korrelasjons-koef f isienten for det formasjonsfluidet som pumpes. FRA under pumping tilveiebrakt ved hjelp av foreliggende oppfinnelse, muliggjør derfor fremskaffelse av et korrekt trykkreduksjons-volum og trykkreduksjonshastighet under enkeltfaseprøvetakning ved bruk av LMP-data og pumpedimensjoner. FRA-data for

mobilitet, kompressibilitet og FRA, trykkplottingsgradienter validerer prøvetakningsdataene og trykktestdataene. FRA under pumping sikrer derfor at den riktige nedtrekkingshastigheten blir brukt for å utføre en nøyaktig trykktest og oppnå en enkeltfaseprøve som er representativ for formasjonen.

I samsvar med foreliggende utførelseseksempel tilveiebringer foreliggende oppfinnelse en anordning og en fremgangsmåte for overvåkning av pumpingen av formasjonsfluid fra en hydrokarbonførende formasjon og tilveiebringer kvalitetskontroll for pumpingen ved bruk av FRA-teknikkene som er beskrevet ovenfor anvendt etter hvert pumpeslag. FRA blir anvendt på sugesiden av pumpen, mens overvåkning av formasjonsoppbygning ved bruk av FRA for å beregne mobilitet, kompressibilitet, korrelasjonskoeffisient og P<*>som funksjon av tid i samsvar med foreliggende oppfinnelse. Foreliggende utførelsesform er en fremgangsmåte som analyserer måledata fra en kabelformasjonstester med hensyn på formasjonstrykk og formasjonsfluidmobilitet ved å anvende de FRA-teknikkene som er beskrevet ovenfor, ved slutten av hvert pumpeslag for toveispumpen som er vist på fig. 26. Formasjonstestingsverktøy utfører typisk utpumping eller gjennompumping av formasjonsfluid fra formasjonen inn i brønnhullet for å rense slamfiltratet forut for formasjonsfluidprøvetakning. Pumpingen kan vare i flere timer i et forsøk på å fremskaffe formasjonsfluid som er fritt for filtrat (renset). Opprettholdelse av pumpehastigheten på den mest effektive måten uten å møte problemer slik som verktøyplugging, pakningslekkasje, sandinntrengning eller formasjonssvikt er dessuten en kritisk oppgave. Foreliggende oppfinnelse anvender FRA på pumpedata ved å bruke det kjente pumpevolumet til toveispumpekamre 62 eller 64. I et utførelseseksempel informerer den prosessoren som er anordnet i brønnhulls-verktøyet, operatøren med hensyn til ønskede pumpehastigheter uansett om disse skal øke eller minske pumpehastigheten, ved å vise en oppadrettet eller nedadrettet pil for operatøren på overflaten og stopping eller automatisk justering av pumpehastigheten .

FRA-korrelasjonskoeffisienten for en rekke kontinuerlige pumpeslag vil være forholdsvis høy, dvs. over 0,8-0,9 når pumpeaktivitetene er problemfrie, men FRA-korrelas jonskoef f isienten vil bli ødelagt og bli lav igjen når problemet blir påtruffet i pumpeprosessen. FRA-kompressibiliteten blir brukt som en indikator på fluidtypeendring under pumping. Med kontinuerlig overvåkning av formasjonsfluikompressibilitet, blir en endring i den type fluid som pumpes fra formasjonen, hurtig detektert. Når det derfor er en signifikant forskjell mellom slamfiltrat-kompressibilitet og formasjonsfluidkompressibilitet, er det forholdsvis enkelt å overvåke formasjonsrensing når kompressibiliteten endres fra en verdi som indikerer slamfiltrat, til en verdi som indikerer formasjonsfluid. Overvåkning av nær infrarøde, optiske spektraldensitets-målinger blir kombinert med FRA-kompressibilitet til å bestemme formasjonsprøverensing.

Foreliggende oppfinnelse benytter FRA på et kjent pumpevolum for toveispumpekamrene 62 og 64 eller et enveispumpekammer. FRA-teknikken kan anvendes på et enkelt pumpeslag eller flere pumpeslag sammen, og mobiliteten, kompressibiliteten og korrelasjonskoeffisienten vil bli beregnet for slaget eller slagene. Ved å bruke den FRA-bestemte formasjonsmobiliteten beregner oppfinnelsen den optimale pumpehastigheten for å opprettholde strømningstrykket over metningstrykket og varslet verktøyteknikeren hvis en endring i pumpeparametere er nødvendig for å oppnå det optimale trykket eller justerer automatisk pumpehastigheten for å oppnå det optimale trykket når pumpehastighetstrykket blir tilpasset formasjonens evne til å produsere. Foreliggende oppfinnelse overvåker kontinuerlig FRA-mobiliteten, kompressibiliteten og korrelasjonskoeffisienten under pumpeprosessen for å observere betydelige endringer i FRA-mobiliteten, kompressibiliteten og korrelasjonskoeffisienten for å bestemme formasjonens evne til å produsere eller detektere problemer under pumping.

FRA-teknikken muliggjør beregninger av formasjonshastigheten for analyse. Følgende ligning (16) er grunnlaget for analysen:

Hele leddet, CsysVsys(dp (t) /dt) + qdd, i den andre parentesen på høyre side av ligningen, er den

formasjonshastigheten som blir beregnet ved å korrigere stempelhastigheten (qdd) for verktøylagringsef f ekt. Csyser kompressibiliteten til fluidet i verktøystrømningsledningen og Vsyser volumet av strømningsledningen. Go er den geometriske faktoren og ri er sondens radius.

LMP-potensiometeret 47 som er pumpestempelposisjons-indikatoren, er vist på fig. 26. LMP er nyttig ved sporing av både stempelposisjon og stempelbevegelseshastighet og en kurve for lineær volumforskyvning for pumpestempelet eller prøvekammerstempelet for å bestemme pumpevolum. Trykkreduksjonsvolumet (DDV) og pumpevolumet (PTV) blir beregnet fra denne kurven ved å bruke pumpestempelets tverrsnittsareal i cm; (PTV-BB)-pumpevolumkurven er i cm<3>. FRA kan anvendes på pumping med pumpen med det lille volumet 56 cm<3>når pumpevolumet blir rapportert i pumpevolum-kurven (PTV-kurven).

Mobilitet og kompressibilitet endres for hvert pumpeslag, men er meget nære. Mobiliteten øker bare svakt. FRA for tre pumpeslag som er kombinert, genererer et slags de facto gjennomsnitt over tre pumpeslag for kompressibilitet og mobilitet. Eksempelet ovenfor indikerer at FRA kan anvendes med hell på pumpedata når 56 cm<3->pumpen (BB) i reservasjons-karakteriseringsinstrumentet (RCI) blir brukt og pumpevolum-kurvene (PTV-kurvene) er slått på. FRA blir anvendt på hvert slag eller kan anvendes på flere slag sammen for å spare beregningstid.

Metningstrykk til formasjonsfluidet eller blandingen av formasjonsfluid og filtrat kan estimeres ved brønnhulls-ekspansjonstester, eller det kan estimeres fra kjente databasedata over korrelerte verdier. Når formasjonsmobiliteten blir fremskaffet fra FRA, blir den maksimale pumpehastigheten som fremdeles kan opprettholde strømnings-trykket over metningstrykket, beregnet ved bruk av FRA. En eventuell signifikant forandring, f.eks. en halv størrelsesorden i FRA-kompressibilitet, innebærer også endring i den fluidtypen som strømmer inn i verktøyet, som vil være en indikator på formasjonsrensing.

Foreliggende oppfinnelse velger en del av de totale nedtrekkingspumpeslagene og bygger opp FRA-data basert på den beregnede nedtrekkingshastigheten. Med pumpedataene blir det valgt et analyseintervall basert på antallet pumpeslag istedenfor nedtrekkingshastigheten. Foreliggende oppfinnelse benytter et variabelt antall slag over pumpingen, idet det velges et lite antall pumpeslag ved begynnelsen, f.eks. to eller tre pumpeslag, og disse øker progressivt antall pumpeslag opp til en velgbar, fast maksimumsgrense, f.eks. 10 slag, eller som i det foreliggende eksempelet, omkring 500 cm<3>pumpet fluid.

Det vises nå til fig. 27 hvor en illustrasjon av et prøvetakningsverktøy er presentert. Foreliggende oppfinnelse muliggjør FRA under pumping av en prøve fra en formasjon. FRA muliggjør beregning av kompressibilitet, permeabilitet og mobilitet som funksjon av tid. Overvåkningen av permeabiliteten som funksjon av tid, muliggjør et estimat eller en bestemmelse av graden av filtratforurensning i prøven. Når kompressibiliteten til formasjonsfluidet er større enn kompressibiliteten til filtratet, avtar derfor kompressibiliteten stadig og flater ut asymptotisk til en stabil tilstandsverdi når formasjonsprøven blir renset opp og kvitter seg med filtrat under pumping av formasjonsfluidprøven fra formasjonen.

Som vist på fig. 27 pumper pumpen 2018 formasjonsfluid fra formasjonen 2010. Formasjonsfluidet fra formasjonen 2010 blir dirigert enten til borehullsutgangen 2012 under prøverensing eller til en enkeltfaseprøvetank 2020 og innfanget som en prøve 2021 straks det blir bestemt at formasjonsprøven er renset. Foreliggende oppfinnelse muliggjør overvåkning av kompressibilitet, permeabilitet og mobilitet som funksjon av tid i sann tid for å muliggjøre kvalitetskontroll av prøven slik at prøven forblir i samme tilstand som den var i da den befant seg i formasjonen.

Sugesiden 2014 av pumpen 2018 faller til under formasjonstrykk for å muliggjøre strømning av formasjonsfluid fra formasjonen inn i pumpen 2018. Størrelsen på trykkfallet til under formasjonstrykk på sugesiden av pumpen, blir fastsatt ved hjelp av foreliggende oppfinnelse. Størrelsen på trykkfallet blir fastsatt slik at prøvetrykket ikke går under boblepunkttrykket eller doggpunktet. Størrelsen på trykkfallet på sugesiden blir også fastsatt slik at trykket ikke faller under det trykk hvor asfaltener ikke utfelles fra prøven, for å sikre at prøven forblir i den flytende formen som den var i da den var i formasjonen. Et første trykkfall blir dermed fastsatt slik at trykkfallet under pumping ikke går under boblepunkttrykket og gassbobler blir dannet. Et annet trykkfall blir fastsatt slik at trykkfallet under pumping ikke går under det trykk ved hvilket faststoffer slik som asfaltener utfelles fra formasjonsfluidet. Tilveiebringelsen av de første og andre trykkfallene sikrer derfor levering av en formasjonsfluidprøve uten endring i tilstand for ytterligere gass eller faststoff. De første og andre trykkfallverdiene blir bestemt ved hjelp av boblepunkttrykket og faststoffutfellingstrykket som tilveiebringes ved modellering eller forutgående dataanalyse av formasjonen. Overvåkningen av prøvefiltratrensingen sikrer at formasjonsfluidprøven ikke inneholder filtrat, eller inneholder en minste mengde med filtrat slik at sammensetningen av formasjonsfluidprøven er representativ for sammensetningen av formasjonsfluidet slik det eksisterer i formasjonen.

I en annen utførelsesform blir fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse implementert som et sett med datamaskinutførbare instruksjoner på et datamaskinlesbart medium, omfattende ROM, RAM, CD ROM, Flash eller ethvert annet datamaskinlesbart medium som nå er kjent eller ukjent og som når de utføres, får en datamaskin til å implementere fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse.

Selv om den foregående beskrivelse er rettet mot utførelseseksempler på oppfinnelsen, vil forskjellige modifikasjoner være opplagte for fagkyndige på området. Det er ment at alle variasjoner innenfor rammen av de vedføyde patentkrav, skal være omfattet av den foregående beskrivelse. Eksempler på de viktigste trekkene ved oppfinnelsen er blitt oppsummert ganske generelt slik at den detaljerte beskrivelsen av disse som følger, bedre kan forstås, og slik at bidragene til teknikkens stand kan forstås. Det er selvsagt ytterligere trekk ved oppfinnelsen som vil bli beskrevet i det etterfølgende og som vil utgjøre innholdet av de vedføyde patentkravene.

Claims (18)

1. Apparat for pumping av en formasjonsfluidprøve (304), der anordningen omfatter: en fluidkanal; en pumpe (302) i fluidkommunikasjon med fluidkanalen; og en trykkmåleinnretning (424) i fluidkommunikasjon med prøven (30 4); der apparatet erkarakterisert ved: en optisk analysator (306) i optisk kommunikasjon med prøven, og der pumpen (302) er innrettet til å redusere trykket i prøven for å bestemme trykket der en ekstremverdi inntreffer i lysmengden som passerer gjennom prøven (304).

2. Apparat ifølge krav 1, viderekarakterisertav: en prosessor (307) som er innrettet til å bestemme en optimal pumpehastighet basert på trykket ved ekstremverdien for å pumpe prøven (304) så hurtig som mulig uten at prøvetrykket faller til under et trykk der trykket faller under minst et av det sett som består av et doggpunkttrykk og et boblepunkttrykk.

3. Apparat ifølge krav 1, viderekarakterisertav: en prosessor (307) som er innrettet til å bestemmer et doggpunkttrykk for formasjonsfluidprøven (304).

4. Apparat ifølge krav 3, viderekarakterisertav at prosessoren (307) er innrettet til å bestemme en optimal pumpehastighet basert på doggpunkttrykket.

5. Apparat ifølge krav 1, viderekarakterisertav: en prosessor (307) som er innrettet til å bestemme et boblepunkttrykk for formasjonsfluidprøven (304).

6. Apparat ifølge krav 5,karakterisertav at prosessoren (307) er innrettet til å bestemme en optimal pumpehastighet basert på boblepunkttrykket.

7. Apparat ifølge krav 1, viderekarakterisertav: en prosessor (307) som bestemmer et asfaltenutfellingstrykk for formasjonsfluidprøven (304).

8. Apparat ifølge krav 7, hvor prosessoren (307) er innrettet til å bestemme en optimal pumpehastighet basert på asfaltenutfellingstrykket.

9. System for å bestemme en optimal pumpehastighet for en formasjons-fluidprøve (304), der systemet omfatter et prøvetakningsverktøy (20) i borehullet som har en fluidkanal som inneholder formasjonsfluidprøven (304) ; en innretning for å pumpe formasjonsfluid inn i fluidkanalen; en trykkmålingsanordning (424) for å måle trykk i formasjonsfluidprøven (304) inne i fluidkanalen; og et utvidbart volum tilknyttet fluidkanalen for å redusere trykket på formasjonsfluidprøven (304) i fluidkanalen for å redusere trykke på formasjonsfluidprøven (304) i fluidkanalen, der systemet erkarakterisert ved: en optisk analyseanordning (306) for å analysere formasjonsfluidprøven (304) for å bestemme det trykk ved hvilken en toppeffekt inntreffer tilknyttet elektromagnetisk energi som passerer gjennom formasjonsfluidprøven (304).

10. System ifølge krav 9, viderekarakterisertav: en prosessor (307) innrettet til å bestemme en optimal pumpehastighet basert på trykket hvor ekstremverdien for å pumpe prøven så hurtig som mulig uten at prøvetrykket faller under et trykk hvor et trykk der trykket faller under minst et i det sett som består av et doggpunkttrykk og et boblepunkttrykk.

11. Fremgangsmåte for å bestemme en pumpehastighet for en formasjonsfluidprøve (304), omfattende å pumpe formasjonsfluidprøven inn i et kammer; å måle trykket på formasjonsfluidprøven (304) inne i kammeret; og å øke et volum i kammeret; der fremgangsmåten erkarakterisertav: å analysere formasjonsfluidprøven (304) for å bestemme det trykk der en ekstremverdi for elektromagnetisk energi som passerer gjennom formasjonsfluidprøven, inntreffer.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, videre erkarakterisertav: å sette en pumpehastighet for å opprettholde en trykkreduksjon basert på trykket ved ekstremverdien for å pumpe prøven så hurtig som mulig uten at prøvetrykket faller under et trykk der trykket faller under minst et av det sett som består av et doggpunkttrykk og et boblepunkttrykk.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 11, viderekarakterisertav: å bestemme et doggpunkttrykk for formasjonsfluidprøven.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, viderekarakterisertav: å bestemme en optimal pumpehastighet basert på doggpunkttrykket.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 11, viderekarakterisertav: å bestemme et boblepunkttrykk for formasjonsfluidprøven.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, viderekarakterisertav: å bestemme en optimal pumpehastighet basert på boblepunkttrykket.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 11, viderekarakterisertav: å bestemme et asfaltenutfellingstrykk for formasjonsfluidprøven.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17, viderekarakterisertav: å bestemme en optimal pumpehastighet basert på asfaltenutfellingstrykket.