NO343358B1

NO343358B1 - Bestemmelse av fluid og/eller resevoarinformasjon ved bruk av instrumentert komplettering i brønner

Info

Publication number: NO343358B1
Application number: NO20080844A
Authority: NO
Inventors: Dinesh R Patel; Donald W Ross; John Lovell; Stephen Harrison
Original assignee: Schlumberger Technology Bv
Priority date: 2007-02-20
Filing date: 2008-02-19
Publication date: 2019-02-11
Also published as: US20080201080A1; NO20080844L; US7890273B2

Abstract

Å bestemme fluidstrømmingsinformasjon i forbindelse med en brønn, blir data fra mange diskrete temperatursensorer i soner uten radial fluidstrømming i brønnen, mottatt. Fluidstrømmingsinformasjonen i forbindelse med brønnen blir utledet ved å kombinere de mottatte dataene fra antallet diskrete temperatursensorer og reservoardata som er uavhengige av fluidstrømmingen. Denne informasjonen kan videre forbedres ved å overvåke endringene i temperaturdata over tid.

Description

TEKNISK OMRÅDE

[0001] Oppfinnelsen vedrører generelt bestemmelse av strømmings- og/eller reservoarinformasjon ved bruk av en brønnhullsavslutning som frembringer soner uten innkommende radial strømming, hvor diskrete temperatursensorer er plassert i sonene uten radial fluidstrømming.

TEKNISK BAKGRUNN

[0002] Strømmingsinformasjon slik som massestrømmingshastighet av fluider i et brønnhull, blir brukt til effektiv regulering av hydrokarbonproduserende brønner eller andre typer brønner. Strømmingshastighetsdata kan brukes til å justere eller forbedre strømmingshastigheter fra spesielle soner i brønnen, for å diagnostisere potensielle problemer eller for å utløse alarmer. I kombinasjon med strukturell reservoarinformasjon, kan sonemessige strømmingshastighetsdata brukes til å identifisere de reservoarmassene som utsettes for uttømming og hvilke masser kan trekke fordel i etterkant av injeksjon av fluid fra et separat brønnhull for å opprettholde reservoartrykk. I kombinasjon med geologiske målinger slik som relativ permeabilitet, kan strømmingsinformasjon brukes til å bestemme hvilke strømmingssoner som produserer hydrokarboner.

[0003] Strømmingshastighetssensorer slik som spinneranordninger kjørt på en kabel, blir konvensjonelt brukt til å måle strømmingshastigheter i en brønn. Bruk av en slik mekanisme til å måle strømmingshastigheter i en brønn innebærer typisk å stenge brønnen i en lengre tidsperiode under hvilken utstyr for å utføre målingen blir satt opp, spinneranordningen blir kjørt inn på en kabel i brønnen, og strømmingsmåledata blir tatt.

[0004] En annen teknikk for måling av strømmingshastigheter er å bruke en venturi-teknikk hvor et trykkfall over en spesiell åpning blir målt for å gjøre det mulig å beregne strømmingshastigheter. Åpningsbaserte anordninger har en tendens til å begrense en indre diameter av røret eller avslutningen hvor hydrokarboner eller annet fluid strømmer.

[0005] Nok en annen teknikk for å bestemme strømmingshastigheter er å utplassere en optisk fiber i brønnen, hvor den optiske fiberen kan brukes til å innhente temperaturdata og variasjoner på grunn av strømming. I visse scenarier kan imidlertid utplassering av optiske fibere ikke være verken praktisk eller ønskelig, og mer generelt er det vanskelig å plassere de optiske fibrene over bare visse seksjoner av en avslutning eller komplettering.

[0006] En teknikk beskrevet i US 452066 A er å anvende en målersonde for å måle temperaturer langs en brønn inkludert i soner med radial fluidstrømming. En annen teknikk beskrevet i US 6618677 B er å anvende en optisk fiber anordnet inne i eller ved siden av en brønnboring og koplet til overflateinstrumentering for å måle temperaturer.

OPPSUMMERING

[0007] I henhold til en utførelsesform er det generelt tilveiebrakt en fremgangsmåte for å bestemme fluidstrømming og/eller relaterte reservoaregenskaper i forbindelse med en brønn hvis avslutning eller komplettering har soner som hindrer innkommende radial fluidstrømming og hvor flere diskrete temperatursensorer er plassert i disse sonene uten radial strømming. Fluidstrømmingsinformasjonen langs brønnhullet og/eller relatert reservoaregenskaper blir utledet i henhold til de mottatte data fra de diskrete temperatursensorene. Mottakelse av dataene fra antallet diskrete temperatursensorer omfatter å innhente data fra flere diskrete temperatursensorer installert i en sandsikt-enhet gjennom en streng som har en induktiv koplingsdel for å gjøre det mulig å motta data fra antallet diskrete temperatursensorer ved å bruke den induktive koplingsdelen.

[0008] I henhold til en annen utførelsesform er det tilveiebrakt et system for å bestemme fluidstrømmingsinformasjon i forbindelse med en brønn omfattende en gruppe sensorer utplassert i et brønnhull. Gruppen med sensorer innbefatter diskrete temperatursensorer for posisjonering i soner uten radial fluidstrømming i brønnhullet. Systemet omfatter også en datamaskin for å utlede fluidstrømmingsinformasjon i forbindelse med brønnhullet i henhold til de mottatte data fra de diskrete temperatursensorene. Mottatte data fra antallet diskrete temperatursensorer omfatter innhentet data fra flere diskrete temperatursensorer installert i en sandsikt-enhet og en streng som har en induktiv koplingsdel som er senket for å gjøre det mulig å motta data fra antallet diskrete temperatursensorer ved å bruke den induktive koplingsdelen.

[0009] I henhold til en annen utførelsesform er det tilveiebrakt en artikkel omfattende minst ett lagringsmedium inneholdende instruksjoner som når de utføres får en datamaskin til å motta data fra flere diskrete temperatursensorer i soner uten radial fluidstrømming i en brønn. Videre får de datamaskinen til å utlede fluidstrømmingsinformasjon i forbindelse med brønnen i henhold til de mottatte data fra antallet diskrete temperatursensorer. Mottatte data fra antallet diskrete temperatursensorer omfatter innhentet data fra flere diskrete temperatursensorer installert i en sandsikt-enhet og en streng som har en induktiv koplingsdel som er senket for å gjøre det mulig å motta data fra antallet diskrete temperatursensorer ved å bruke den induktive koplingsdelen.

[0010] Andre alternative trekk vil fremgå av den følgende beskrivelse, fra tegningene og fra patentkravene.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

[0011] Fig.1 illustrerer et kompletteringssystem hvor fluidstrømmingsinformasjon kan utledes ved å bruke måledata fra diskrete temperatursensorer i samsvar med en utførelsesform.

[0012] Fig.2-4 illustrerer fluidstrømminger i forskjellige deler av en brønn.

[0013] Fig.5 illustrerer en del av en sensorkabel i henhold til en utførelsesform.

[0014] Fig.6 illustrerer bruk av varmeflukssensorer i henhold til en utførelsesform.

[0015] Fig.7 illustrerer utplassering av en sensorkabel fra en spole i henhold til en utførelsesform.

[0016] Fig.8 illustrerer opptegning av relative permeabilitetskurver.

[0017] Fig.9A-9B illustrerer temperaturdata med relative permeabilitetskurver for å utlede strømming av individuelle fluidfaser i henhold til en utførelsesform.

DETALJERT BESKRIVELSE

[0018] I den følgende beskrivelse blir mange detaljer angitt for å tilveiebringe en forståelse av foreliggende oppfinnelse. Det vil imidlertid være klart for fagkyndige på området at foreliggende oppfinnelse kan praktiseres uten disse detaljene og at mange variasjoner eller modifikasjoner fra de som er beskrevet her, er mulige.

[0019] Uttrykket ”over” og ”under”; ”opp” og ”ned”; ”øvre” og ”nedre”; ”oppover” og ”nedover” og andre lignende uttrykk slik de brukes her, indikerer relative posisjoner over eller under et gitt punkt eller element, og blir i denne beskrivelsen brukt for tydeligere å beskrive visse utførelsesformer av oppfinnelsen. Anvendt på utstyr og fremgangsmåter for bruk i brønner som er avvikende eller horisontale, kan imidlertid slike uttrykk referere til en relasjon fra venstre til høyre, fra høyre til venstre, eller diagonalt slik det passer.

[0020] I samsvar med noen utførelsesformer er temperaturmålinger fra diskrete temperatursensorer (slik som permanente temperatursensorer innbakt i en sandflatekomplettering) brukt til å utlede strømmingsegenskaper (f.eks. strømmingshastigheter) i forbindelse med fluidstrømming i en brønn. Uttrykket ”fluidstrømming” behøver ikke å referere til strømmingen av et enkelt fluid, man kan også referere til strømmingen av flere fluider i brønnhullet, uansett om den er velblandet eller strømmer i individuelle lag.

[0021] Fluidtemperaturendring langs brønnhullet kan generelt påvirkes av fluidstrømming. I samsvar med visse utførelsesformer har brønnkompletteringen soner som ikke tillater innkommende (dvs. radial) fluidstrømming, og diskrete temperatursensorer er plassert i disse sonene. Temperatursensorene er i termisk kontakt med rørseksjoner i en kompletteringsstreng, i hvilken fluid strømmer. Kompletteringsrørledningen er dannet av termisk ledende materiale, slik som stål eller annet metall, slik at rørledningstverrsnittet effektivt midler ut temperaturen til fluid som strømmer gjennom rørtverrsnittet. Temperaturmålingen som tas av den tilsvarende temperatursensoren som er i termisk kontakt med rørseksjonen, utgjør dermed en gjennomsnitts-temperaturmåling for fluid som strømmer gjennom rørtverrsnittet.

[0022] De innsamlede måledataene blir kommunisert til en datamaskin på overflaten (eller en datamaskin i brønnhullet) som er i stand til å utlede fluidstrømmingsinformasjon i henhold til måledataene som er innsamlet av de diskrete temperatursensorene som er plassert i soner uten radial fluidstrømming. En ”datamaskin” refererer til en hvilken som helst elektronisk innretning som er i stand til å utføre én eller flere av de oppgavene som er beskrevet her. I noen implementeringer kan ytterligere sensorer, slik som varmeflukssensorer, trykksensorer, optiske temperatursensorer, osv., videre være tilveiebrakt for å måle andre data som blir kommunisert til en datamaskin for ytterligere å forbedre forståelsen av fluidstrømmingen i brønnen. Noen av disse sensorene kan være anordnet i soner hvor radial fluidstrømming er tilstede. Ytterligere reservoarinformasjon kan være tilgjengelig for datamaskinen, slik som den geotermiske temperaturgradienten over reservoaret, eller de relative permeabilitetene for ett fluid i forhold til et annet i hver sone.

[0023] Noen utførelsesformer understreker bruken av de mekaniske egenskapene til kompletteringen for å optimalisere funksjonaliteten til avfølingsmekanismen. Fordi kompletteringen har en forholdsvis høy termisk konduktivitet sammenlignet med den omgivende formasjonen, vil f.eks. meget tett koplede temperatursensorer til avslutningen sikre den aksiale variasjonen av temperaturen langs brønnhullet, som vil ha en lav nok rommessig frekvens langs brønnen til at den kan samples godt ved hjelp av en diskret gruppe med sensorer langs den samme brønnen. Nyquist-teoremet viser at nøyaktig rekonstruksjon av et tidskontinuerlig basisbåndsignal fra dets sampler er mulig hvis samplingsfrekvensen er større enn to ganger signalbåndbredden. For en tilstrekkelig termisk konduktiv komplettering, er det derved rimelig å begrense posisjonen til temperatursensorene til de områder hvor skjøter i kompletteringen er festet sammen, siden slike skjøter er naturlige soner uten radial strømming.

[0024] En alternativ fremgangsmåte for å oppnå slik lav rommessig frekvens i målt temperatur er å utplassere gruppen med sensorer inne i kompletteringen, f.eks. på en sentreringspinne. Dette kan være gunstig i anvendelser som benytter avslutningsskjøter som i selv kan utvide seg radialt (slik som ekspanderbare sandsikter).

[0025] Fig.1 illustrerer et eksempel på et kompletteringssystem som har en nedre kompletteringsseksjon 102 anordnet i en brønn 100. I noen utførelsesformer kan brønnen 100 være fôret med fôringsrør (eller forlengelsesrør), eller brønnen 100 (eller i det minste en del av brønnen 100) er alternativt ufôret. Den nedre kompletteringsseksjonen 102 innbefatter styringsseksjoner 104, 106 og 108, som hver innbefatter en ytre kappe som omgir en sandsikt (eller en annen filterstruktur) for å filtrere partikler, slik som sand. Sandkontrollseksjonene 104, 106, 108 er utformet for å filtrere partikler, slik som sand, for å hindre at slike partikler strømmer fra et omgivende reservoar inn i brønnen 100. Legg merke til at sandkontrollseksjonene 104, 106, 108 kan være en del av en sandsiktenhet.

[0026] Pakninger 107, 109, 110, 112 og 114 er anordnet for å avgrense flere strømmingssoner 116, 118 og 120 i brønnen 100, som er isolert fra hverandre ved hjelp av pakningene. I hver strømmingssone strømmer fluider fra det omgivende reservoaret inn i brønnhullet og gjennom den tilsvarende sandkontrollseksjonen 104, 106 og 108 inn i en indre boring i den nedre kompletteringsseksjonen 102. Fluidene som strømmer inn i den nedre kompletteringsseksjonen 102, strømmer oppover til en rørstreng 122 i en øvre kompletteringsseksjon. Rørstrengen 122 strekker seg til jordoverflaten 124 slik at reservoarfluider (f.eks. hydrokarboner, ferskvann, osv.) kan føres til jordoverflaten. Generelt vil fluidet innbefatte en blanding av olje, gass og vann (eller saltvann). I en alternativ implementering kan fluider i stedet for og produsert fra reservoaret, bli injisert fra jordoverflaten og inn i det omgivende reservoaret.

[0027] Strømmingssonene 116, 118 og 120 er derfor forbundet med radial strømming av fluider (hvor fluidene strømmer i en radial retning i forhold til brønnhullet mellom reservoaret og den indre boringen i den nedre kompletteringsseksjonen 102). Den nedre kompletteringsseksjonen 102 innbefatter videre soner uten radial strømming, omfattende soner 126, 128 og 130. Slike soner uten radiale strømminger blir bestemt av respektive pakninger. Sonen 130 er f.eks. definert mellom pakningene 112 og 114. Sonen 128 er definert mellom pakningene 108 og 110, og sonen 126 er definert mellom pakning 106 og under en hovedpakning 132 i den nedre kompletteringsseksjonen 102. En sone uten radial strømming (eller ”ikkeradial strømmingssone ”) er en sone gjennom hvilken det ikke er noen direkte radial strømming mellom det omgivende reservoaret og brønnhullet.

[0028] I en annen implementering kan i stedet for å tilveiebringe to pakninger for å definere hver av de ikke-radiale strømmingssonene 126, 128, 130, en enkelt pakning brukes i stedet, i hvilket tilfelle minst noen av de ikke-radiale sonene 126, 128, 130 kan eksponeres for en viss mengde fluidstrømming i utkanten av røret, men den strømmingen vil ikke være radial, den vil tvert imot hovedsakelig være parallell med rørledningen.

[0029] I samsvar med noen utførelsesformer er diskrete temperatursensorer 134, 136 og 138 anordnet i respektiv ikke-radiale strømmingssoner 126, 128, 130 i forbindelse med blindrørseksjoner 135, 137, 139 for sandkontrollenheten. Sensorene 134, 136 og 138 er en del av en gruppe med sensorer. De diskrete sensorene 134, 136 og 138 er sammenkoplet ved hjelp av en kabel 140 til en første induktiv koplingsdel 142. Legg merke til at sensorene 134, 136, 138 kan være integrert i kabelen 140. En sammenpassende annen induktiv koplingsanordningsdel 144 er anordnet på en nedre del av rørstrengen 122 for å tillate den induktive koplingsdelen 142 og 144 (som kollektivt danner en induktiv koplingsanordning) å kommunisere data og kraft når rørstrengen 122 er posisjonert slik at den induktive koplingsanordningen 144 befinner seg ved siden av den induktive koplingsanordningen 142. Kabelen 140 og de diskrete sensorene 134, 136, 138 kan være del av en integrert sensorkabelstruktur (også referert til som et sensorkabelsett).

[0030] Den andre induktive koplingsdelen 144 er ved hjelp av en elektrisk kabel 146 forbundet med en overflatedatamaskin 148 som er anordnet ved jordoverflaten 124. Alternativt, i stedet for å bruke den elektriske kabelen 146, er en optisk eller optoelektrisk kabel tilveiebrakt for kommunikasjon. I andre alternative implementeringer kan trådløs signalering brukes til å kommunisere mellom brønnhullsutstyr og overflatedatamaskinen 148. I ytterligere andre alternative implementeringer kan trådløse signaleringssystemer brukes til å kommunisere over forskjellige seksjoner med brønnhullsutstyr. I det tilfelle at data blir kommunisert via trådløse optiske teknikker, så er en mekanisme for å energisere brønnhullssensorene også tilveiebrakt (slik som et batteri eller en brønnhullskraftanordning).

[0031] Måledata innsamlet ved hjelp av sensorene 134, 136 og 138 blir kommunisert over kabelen 140, gjennom den induktive koplingsanordningen og over kabelen 146 til overflatedatamaskinen 148 (eller en brønnhullsdatamaskin, ikke vist). I noen implementeringer kan en brønnhullsstyringsenhet være anordnet for å motta måledataene med brønnhullsstyringsenheten benyttet til å kommunisere måledataene til overflatedatamaskinen 148.

[0032] Basert på minst de temperaturmåledataene som er innsamlet ved hjelp av sensorene 134, 136 og 138 levert i ikke-radiale strømmingssoner 126, 128 og 130, er en overflatedatamaskin 148 (eller en brønnhullsdatamaskin) i stand til å utlede fluidstrømmingsinformasjon vedrørende strømmingen av fluider i kompletteringsstrengen.

[0033] Som diskutert nærmere nedenfor kan i noen implementeringer ytterligere sensorer være tilveiebrakt for å innhente måledata kommunisert til overflatedatamaskinen 148 for å gjøre overflatedatamaskinen 148 i stand til å utlede fluidstrømmingsinformasjonen.

[0034] Legg merke til at i stedet for å bruke den induktive koplingsanordningen til å kommunisere data mellom temperatursensorene og overflatedatamaskinen 148, er en annen teknikk for å samle inn måledataene fra sensorene 134, 136 og 138 å senke en inngrepsanordning gjennom kompletteringssystemet, hvor inngrepsanordningen kan senkes på en glattkabel, en kabel, et oppkveilingsrør eller borerør. I tilfelle av glattkabel, kabel eller oppkveilingsrør kan dataene overføres til overflaten ved bruk av enten elektriske eller optiske kabler innbakt i glattkabelen, kabelen eller oppkveilingsrøret. I tilfelle av et borerør kan dataene overføres ved å bruke én av følgende: en elektrisk ledning pumpet ned gjennom røret, trådløs telemetri eller ledere innbakt i borerøret.

[0035] Temperatursensorene 134, 136 og 138 er termisk forbundet med respektive blindrørseksjoner 135, 137 og 139 i den nedre kompletteringsseksjonen 102 slik at den temperatur som måles av hver temperatursensor er temperaturen til den tilsvarende rørseksjon. Legg merke til at rørseksjonen som er laget av et termisk ledende materiale, har en temperatur som er nær gjennomsnittet av temperaturene til fluidene som strømmer gjennom rørseksjonen.

[0036] Fig.2 illustrerer en seksjon av kompletteringssystemet som er skissert på fig. 1. Den skisserte seksjonen innbefatter en radial strømmingssone 200 (svarende til én av 116, 118 og 120 på fig.1) og en ikke-radial strømmingssone 202 (svarende til én av 126, 128 og 130 på fig.1). I den radiale strømmingssonen 200 strømmer fluid fra et reservoar 204 inn i brønnen 100 (som indikert med en pil 206). Når det gjelder multifasestrømming, blir entalpiformuleringer brukt til å komplettere en energi-balanseligning ved hjelp av illustrasjon av utførelsesformer som beskrives her, er imidlertid tilfelle at brønnfluidet er en enkelt fase, i hvilket tilfelle energien til fluidet er proporsjonal med strømmingshastigheten og temperaturen. Energi blir tilføyd brønnhullet av strømmingen av fluider fra reservoaret 204 inn i brønnhullet 100, hvor denne tilførte energien blir representert som (Q2 - Q1) Tf, hvor Q2 representerer den utadgående aksiale strømmingen (208) som forlater strømmingssonen 200 inn i et område av brønnhullet 100 over strømmingssonen 200, og Q1 representerer den innkommende aksiale strømming som kommer inn (210) i strømmingssonen 200 fra undersiden i brønnhullet 100. Parameteren Tf representerer temperaturen til fluidet som strømmer fra reservoaret 204 inn i brønnhullet 100.

[0037] Legg merke til at det er et visst fluidtap som finnes i strømmingssonen 200 fra siden av brønnhullet 100, representert som 212 på fig.2. Fluidtapet som går ut fra siden (212) av brønnhullet 100, er forbundet med følgende energi:

E K( θ1 - Tr), hvor E representerer energitapet til friksjon, turbulens, ekspansjon, osv., og K( θ1 - Tr) representerer det stabile varmetapet over hele lengden av strømmingssonen 200 ut av brønnhullet inn i det omgivende reservoaret.

Temperaturen til det fluidet som kommer inn i (210) strømmingssonen 200, og Tr representerer temperaturen til reservoaret 204. Legg merke til at temperaturen til fluidet som strømmer inn i brønnhullet, kan være forskjellig fra temperaturen til bergarten i en viss avstand fra reservoaret på grunn av Joule-Thompson-effekten, det innkommende fluidet vil endre temperatur som et resultat av det radiale trykkfallet i nærheten av brønnhullet.

[0038] Reservoartemperaturen over en spesiell sone kan beregnes fra en kjent geotermisk gradient for vedkommende reservoar, eller den kan estimeres ved å ta en måling av den stabile temperaturen etter at all strømming har opphørt (f.eks. når brønnhullet er avstengt).

[0039] Parameteren K( θ1 - Tr) kan også skrives som k( θ1 - Tr)dZ, hvor dZ representerer en lengdeseksjon langs en komplettering, og k( θ1 - Tr) representerer det stabile varmetapet pr. lengdeenhet. Varmetapet langs kompletteringen er en funksjon av selve kompletteringen og det materiale som omgir denne kompletteringen (f.eks. om det er sement på plass, eller om det finnes en gruspakking). Over sonene med radial strømming vil den dominerende energioverføringen til/fra brønnhullet være energi boret av fluidet i bevegelse. Over sonene uten radial strømming vil den dominerende energioverføringen (pr. definisjon) bli styrt av temperaturdifferansen mellom kompletteringen og reservoartemperaturene.

[0040] Energien som kommer ut fra strømmingssonen 200 på grunn av aksial strømming 208 i brønnhullet 100, er representert som Q2 θ2, hvor Q2 er temperaturen til fluidet ved toppen av strømmingssonen 200 (når det forlater strømmingssonene 200). Legg merke til at en temperatursensor 214 anordnet i den ikke-radiale strømmingssonen 202 gjør det mulig for temperaturen θ2 å bli målt. Legg også merke til at temperaturen θ1 til den aksiale strømmingen 210, som kommer inn i strømmingssonen 200, blir målt ved hjelp av en tilsvarende sensor 214 i den ikke-radiale strømmingssonen under strømmingssonen 200 som er skissert på fig.2. Energien til fluidet som kommer inn i strømmingssonen 200 fra undersiden i brønnhullet 100 er representert som Q1 θ1.

[0041] I det tilfelle hvor det ikke er noen endring i fase (strømmingen av fluidet er bare væske eller bare gass), gir balansering av energien over strømmingssonen 200:

Q2 θ2 = Q1 θ1 (Q2 - Q1)Tf - K( θ1 - Tr)d - E. (Lign. 1)

[0042] Legg merke til at Q1 og Q2 er ukjente i ligning 1, og at K og E avhenger av kompletteringsegenskapene.

[0043] I en brønn med flere strømmingssoner, som skissert på fig.3, er det ytterligere strømmingsparametere, innbefattende Q1, Q2, Q3, Q4, osv. Som skissert på fig. 3, er det dermed vist et system av ligninger for multippelstrømmingssoner 200, 220 og 222. Tilsvarende sensorer 202A, 202B og 202C er tilveiebrakt for å muliggjøre måling av temperaturene i ikke-radiale strømmingssoner, hvilke temperaturer er representert som θ1, θ2, θ3 og θ4 på fig.3. Hvis flere strømmingssoner er tilstede, så blir ytterligere ligninger tilveiebrakt.

[0044] Hvis det antas at strømmingssonene 222 er ved den øvre sonen i forbindelse med reservoaret, så blir strømmingshastigheten Q4 (strømming som kommer ut ved den øvre sonen 222 inn i brønnhullet 100) utledet fra en målt strømmingshastighet Q5 som kan være strømmingshastigheten ved brønnhodet 300 (lokalisert ved jordoverflaten). Strømmingshastigheten Q5 kan måles med en strømmingshastighetssensor 302 ved brønnhodet 300. Fra Q5 kan strømmingshastigheten Q4 beregnes. Q4 og Q5 kan være forskjellige på grunn av ulike faktorer, slik som fluidekspansjon, faseendring, osv. Det finnes imidlertid standardteknikker for å beregne Q4 (strømmingshastigheten ved bunnen av rørstrengen (f.eks. 122 i den øvre kompletteringsseksjonen) fra Q5.

[0045] Siden Q4 er kjent, kan systemet av tre ligninger på fig.3 brukes til å løse med hensyn på de tre ukjente strømmingshastighetene θ1, θ2 og θ3. Denne algoritmen kan utvide til et vilkårlig antall strømmingssoner.

[0046] Fig.4 viser en brønn som har et uendelig antall soner i hvilke et system av forskjellige ligninger kan defineres. Det kan vises at

δQ δ θ → 0

når δz → 0 (Lign. 2) slik at δQ( θ - Tf) δ θQ (k(F - Tr) E) δz = 0

som gir en differensialligning som relaterer dQ/dz med d θ/dz. Analyse av disse differensialligningene viser at en optimal posisjon for måling av θ er der hvor δQ er liten (f.eks. i en sone som ikke har noen radial strømming). Dette har viktige konsekvenser i utformingen av kompletteringen. Spesielt kan det bli mulig å sette sammen kompletteringen uttrykt ved komponenter som muliggjør radial strømming og komponenter som ikke gjør det (f.eks. der hvor det er seksjoner med basisrør, gjenger, krysskoplingsanordninger, osv.). Den matematiske analysen viser at disse seksjonene er optimale for plassering av temperatursensorer. I en virkelig anvendelser vil fysikken til fluidstrømmingen være mye mer komplisert enn beskrevet ovenfor (turbulens, friksjonstap, ikke-Newtonske virkninger på fluidet, osv.), men konklusjonen er den samme: hvis kompletteringen kan utformes for å ha intervaller med ikke-radial strømming, så vil disse sonene være den optimale posisjon for måling av temperatur, hvis denne temperaturen skal brukes i etterkant til å utlede strømming langs rørledningen.

[0047] Når varmetapet til formasjonen, K, er betydelig, så vil fluidet avkjøles mens det strømmer til overflaten, og denne temperaturendringen bør tas i betraktning ved bestemmelse av strømming. Passende ligninger er kjent på området, slik som detaljbeskrevet i f.eks. US-patent nr.6,618,677, med tittel ”Method and apparatus for determining flow rates”, av G. Brown.

[0048] Det skal bemerkes at løsningen på systemet av differensialligninger kan løses analytisk eller nummerisk. Siden det ikke er et uendelig antall sensorer for det teoretisk uendelige antall soner på fig.4, kan målinger fra diskrete sensorer langs brønnen interpoleres for å forbedre temperaturmålingene for det formål å løse systemet av ligninger i henhold til det ovenstående. Alternativt skal det også bemerkes at varmeflukssensorer (diskutert nærmere nedenfor) kan tilveiebringe δ θ ved diskrete posisjoner som et alternativ til måling av differansen mellom to temperatursensorer.

[0049] Generelt, kan man bestemme at det vil være et større antall strømmingssoner enn sensorer. I et slikt tilfelle bør ytterligere informasjon tilveiebringes for å oppnå en løsning. THERMA-programvarepakken fra Schlumberger gjør f.eks. dette ved å anta at strømmingsfordelingen er nær en strømmingsfordeling som vil komme fra en teoretisk forovermodell for en viss kombinasjon av reservoartrykk, permeabiliteter, osv. Denne forovermodellen blir så iterert statistisk over en lang rekke inngangsparametere inntil den teoretiske temperaturfordelingen er nær den målte temperaturen. Slike statistiske teknikker er f.eks. beskrevet i

WO 2006/010875, med tittel ”Well Characterisation Method”, av S. Kimminau, mfl. På denne måten, er det klart at temperaturmåling kan gi indikasjoner på ikke bare fluidstrømming, men også om reservoaregenskaper.

[0050] Andre teknikker for å løse det underbestemte problemet kan også brukes. For eksempel er det mulig å tilføye en veiing basert på endringshastigheten til strømmingen, og inverteringen vil så minimalisere ikke bare differansen mellom den teoretiske temperaturen og den målte temperaturen, men også minimalisere eventuell krysstrømming. I et spesielt eksempel for en gitt avstand mellom temperaturmålinger A og B, ville det teoretisk være mulig for en viss mengde varmt fluid å komme inn fra en liten sone mellom A og B, og at i en kort avstand høyere opp strømmer den samme mengden med fluid tilbake ut av borehullet gjennom en separat sone uten at dette viser noen effekt på temperaturene på A og B. En robust minimiseringsteknikk ville komme opp med den løsningen som hadde de minste krysstrømmingene.

[0051] På fig.1, er hver ikke-radial strømmingssone 126, 128 og 130 fullstendig isolert fra strømming av fluider ved å bruke par med pakninger. I noen utførelsesformer kan imidlertid i det minste noen av temperatursensorene 134, 136 og 138 i virkeligheten være eksponert for fluider, slik som når noen av pakningene på fig.1 blir fjernet. I slike scenarier, for å redusere effekten av eksponering for fluider på temperaturavlesningen tatt av hver av sensorene 134, 136 og 138, kan temperatursensorene 134, 136 og 138 være dekket med en termisk isolator (f.eks. et termisk isolerende lag) slik at sensorene 134, 136 og 138 er termisk i kontakt med respektive rørseksjoner 135, 137 og 139, men er termisk isolert fra de omgivende brønnhullsfluidene. Legg merke til at kabelen 140, som forbinder temperatursensorene 134, 136 og 138, også kan være innhyllet i en termisk isolator.

[0052] I en utførelsesform, kan sensorene 134, 136 og 138 være resistanstemperatur-detektorer (RTD-er) som måler temperatur basert på kjente korrelasjoner mellom elektrisk resistans for elektrisk ledende materialer og temperaturendringer. I mange tilfeller er RTD-er utformet for å bruke en tynnfilm av platina som trekker fordel av platinas lineære resistans/temperatur-relasjon og dets resistans mot oksidasjonseffekter (som ellers kan endre resistans/ temperaturrelasjonen) for å lage en robust måling av temperatur. RTD-er laget av andre materialer kan imidlertid også brukes.

[0053] Fig.5 skisserer et eksempel på RTD-er 400 og 402. RDT-ene 400, 402 er del av en styreledning 406 som kan være en stålstyreledning eller lignende. Hver RTD 400, 402 innbefatter et RTD-trådfilament 404, 406 (f.eks. platinafilament) som har en resistans som varierer med temperatur. Hvert filament 404, 406 er elektrisk forbundet med en tilsvarende elektroniske brikke 408, 410 for å detektere resistansen til RTD-trådfilamentet 404, 406 for å muliggjøre temperaturdeteksjon. I et eksempel kan den elektroniske brikken 408, 410 være en multibrikkemodul (MCM, multi-chip-module) som kan ha en analog/digital-omformer og en digital sender innbakt på den samme brikken slik at utgangen kan være digitale data langs tråder 412 som forbinder RTD-ene 408, 410.

[0054] Lengre RTD-filamenter kan alternativt brukes, hvor de lengre RTD-filamentene sørger for enda bedre gjennomsnittsdannelse av temperaturene omkring RTD-en. Det skal imidlertid bemerkes at sammenlignet med reservoaret eller fluidene vil selve kompletteringen ha en meget høyere termisk konduktivitet slik at den selv vil ha en virkning for å utjevne temperaturen. I denne forbindelse fjerner god termisk kopling mellom RTD-en og basisrøret behovet for lange RTD-filamenter.

[0055] I tillegg til å bruke temperatursensorer som skissert på fig.1, skal det bemerkes at ytterligere sensorer kan være tilveiebrakt. Et slikt eksempel innbefatter varmeflukssensorer som kan tilføyes gruppen med sensorer for å måle temperaturendringer over et spesielt intervall i motsetning til beregning av endringen i temperatur over et spesielt intervall.

[0056] Varmeflukssensorene kan være plassert i respektive strømmingssoner, slik som varmeflukssensorene (502, 504, 506 på fig.5). Varmeflukssensorer tilveiebringer målinger som kan brukes til å løse følgende ligning:

hvor dW representerer strømmingen fra reservoaret inn i brønnen i hver strømmingssone, og dZ representerer lengden av intervallet for strømmingssonen.

Parameteren er den minste fluksen som kan måles direkte ved hjelp av en

tilsvarende varmeflukssensor. Parameteren W representerer en strømming som kommer inn i en strømmingssone fra undersiden i brønnhullet.

[0057] Uttrykt ved lign.1 er dW lik Q2 - Q1, og W er lik Q1. Q2 er dermed lik W+dW. Måledataene fra de forskjellige flukssensorene 502, 504 og 506 i respektive strømmingssoner gir dermed et system med ligninger i henhold til ligning 2, slik at en numerisk analyse kan utføres for å løse med hensyn på W i hver tilsvarende strømmingssone.

[0058] Med arrangementet på fig.5 innbefatter dermed gruppen av sensorer en varmeflukssensor posisjonert i hver sone som har radial strømming, mens temperatursensorer (som skissert på fig.1) er anordnet i ikke-radiale strømmingssoner.

[0059] En annen type sensor som kan anordnes i gruppen, er en strømmingshastighetssensor, slik som en sensor av venturi-typen som måler et trykkfall over en åpning eller en munning. Trykkfallet blir uttrykt som ΔP. Legg merke til at som diskutert ovenfor, er temperaturen Tf til det innkommende fluidet (som kommer fra reservoaret) forskjellig fra reservoartemperaturen Tr (på grunn av Joule-Thompson-effekten). Når fluidet ser et trykkfall, faller temperaturen til fluidet også. I dette tilfelle, hvis ΔP er kjent (hvor trykkfallet er fra reservoaret til brønnhullet), så kan Tf uttrykkes ved Tr slik at løsning med hensyn på ligningene (ligningene 1 eller 2) for å utlede fluidstrømmingsinformasjon, blir gjort enklere.

[0060] Reservoartemperatur kan utledes fra temperaturmålinger tatt under boring av brønnen, eller fra målinger tatt fra loggesonder som er senket ned i brønnen etter at boringen er ferdig. Reservoartemperatur for en spesiell sone kan også utledes ved å kombinere målinger fra individuelle brønnhull til en strukturell modell av hele reservoaret.

[0061] I stedet for å måle fluidstrømming ved bruk av sensorer av venturi-typen, kan andre typer strømmingsmålingssensorer, innbefattende RTD-er konfigurert som strømmingssensorer, brukes. Slike sensorer er basert på et virkningsprinsipp som fastslår at hastigheten for varmeabsorbert av en strøm er direkte proporsjonal med dens massestrømming. Når molekyler i et bevegelig fluid kommer i kontakt med en varmekilde, absorberer de varme og avkjøler dermed kilden. Ved økte strømmingshastigheter kommer flere molekyler i kontakt med varmekilden og absorberer enda mer varme. Den varmemengden som spres fra varmekilden på denne måten avhenger av antallet molekyler i et spesielt fluid, de termiske karakteristikken til fluidet og dets strømmingskarakteristikker. To balanserte platina-RTD-er er nødvendig. Én virker som temperatursensor-referanse, den andre er den aktive oppvarmede sensoren. Varmetap frembrakt av det strømmende fluidet, har en tendens til å bringe den oppvarmede strømmingssensoren i ubalanse, og den blir tvunget tilbake i balanse ved hjelp av elektronikken.

[0062] Slike sensorer er vidt utbredt ved strømmingsmåling, spesielt gassstrømmingsmåling, men har stort sett blitt unngått for permanent brønnhullsovervåkning på grunn av ønske om ikke å ha noen sensorer i brønnhullspassasjen. Ved å plassere RTD-er implementert som strømmingssensorer i de radiale åpningene i en sandsikt, kan de imidlertid i en direkte måling av strømmingshastigheter uten å hindre etterfølgende passasje av et kabelverktøy. Fra slike strømmingshastigheter kan trykkfall utledes, slik at Tf kan utrykkes ved hjelp av Tr for å forenkle løsningen av ligningene som er diskutert ovenfor.

[0063] For en annen utførelsesform kan optiske temperaturmålinger brukes for å spenne over intervallet mellom RTD-ene. De optiske temperaturmålingene kan gi informasjon over de seksjonene med radial strømming. I dette scenariet kan det være optimalt å ha meget svakt termisk kopling mellom den optiske temperaturanordningen og kompletteringen, slik at den utjevnende effekten av kompletteringen blir fjernet. Derimot kan det være optimalt å ha meget god termisk kopling mellom temperaturavfølingen og ringromsfluidet. I en utførelsesform kan denne optiske målingen utføres ved å inkorporere en optisk fiber i en kabel som i sin tur er beskyttet av et termisk ledende innkapslingsmateriale. Den optiske temperaturmålingen kan være beheftet med hydrogenion-indusert driveffekt, slik at de diskrete temperaturmålingene fra RTD-en også kan brukes til å kalibrere de optisk distribuerte temperaturmålings-anordningene.

[0064] Fig.6 viser en sensorkabel 600 som er utplassert på en spole 602.

Sensorkabelen 600 innbefatter flere diskrete sensorer 604 som er anordnet langs lengden av sensorkabelen 600. For å utplassere sensorkabelen 600 med siktanordningen for den nedre kompletteringsseksjonen 102, blir sensorkabelen 600 viklet av fra spolen 602 og festet til siktenheten 102. Når den ønskede lengde med sensorkabel 600 er viklet av fra spolen 602, kan sensorkabelen 600 kuttes for utplassering i brønnhullet.

[0065] Som diskutert ovenfor, innebærer utledning av fluidstrømming fra de diskrete temperaturmålingene, et estimat av reservoartemperaturen. Annen reservoarformasjon kan brukes for ytterligere å forfine forståelsen av strømming. Fig.8 viser f.eks. den relative permeabiliteten til to forskjellige fluider i en produserende sone (i dette tilfelle olje og vann). Grovt sagt vil gass ha en høyere relativ permeabilitet enn vann, mens den relative permeabiliteten til olje i forhold til vann avhenger av om bergarten er naturlig oljefuktet eller vannfuktet. Den relative permeabiliteten til en fluidkomponent blir definert som permeabiliteten til vedkommende komponent dividert med den totale permeabiliteten.

[0066] På grunn av differansen i relativ permeabilitet, hvis ett fluid blir erstattet av et annet under produksjon, så blir den relative permeabiliteten (representert ved stiplet kurve 600) sett av vedkommende fluidendringer som vil endre strømmingsfordelingen fra denne sonen, og dermed endre temperaturfordelingen, detektert. Ved å arbeide seg tilbake på denne måten kan en algoritme utvikles som benytter de diskrete målingene og deres endring og tid til å utlede endringen i strømming fra én fluidtype til en annen.

[0067] Algoritmen fortsetter som vist på figurene 9A-9B. På fig.9A, gir den geotermiske gradient den innledende temperaturen (700) til brønnhullsfluidet (før brønnen ble boret) som en funksjon av dybde. Fig.9A viser også reservoartemperaturen 702 som en funksjon av dybde. Når brønnen er avsluttet eller komplettert og tillatt å strømme, så registrerer temperatursensorene, som skissert på fig.9B, kompletteringstemperaturen (704) og fra differansen kan et strømmingsestimat utledes ved å bruke de formlene som er diskutert ovenfor. Denne temperaturfordelingen blir overvåket over tid. I det scenariet som er vist, kommer etter en viss tid vann inn i sonen og øker den totale strømmingshastigheten, slik at lavere temperatur sett fra sensorene blir et resultat. Endringen i strømmingshastighet kan sammenlignes med den relative permeabilitetskurven og dermed den estimerte vannmetningen. Legg merke til at denne figuren er en forenkling for å demonstrere utførelsesformen. I praksis ville man måtte ta hensyn til endringen av Joule-Thompson-effekten ved overgang fra olje til olje/vann-blanding og ville også måtte ta hensyn til eventuell endring i trykk mens reservoaret ble tømt.

[0068] En nøkkel til vellykketheten av de ovennevnte algoritmene, i henhold til noen implementeringer, er vekselvirkningen mellom kompletteringsutformingen og sensorvalg og plassering. Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet i forbindelse med et begrenset antall utførelsesformer, vil fagkyndige på området som har hatt fordelen ved å sette seg inn i denne beskrivelsen, forstå at mange modifikasjoner og varianter er mulig. Det er ment at de vedføyde patentkrav skal dekke slike modifikasjoner og varianter som faller innefor oppfinnelsens ramme.

Claims

PATENTKRAV

1. Fremgangsmåte for å bestemme fluidstrømmingsinformasjon i forbindelse med en brønn (100),

k a r a k t e r i s e r t v e d :

å motta data fra flere diskrete temperatursensorer (134, 136, 138) i soner uten radial fluidstrømming (126, 128, 130) i brønnen (100); og

å utlede fluidstrømmingsinformasjonen i forbindelse med brønnen (100) i henhold til de mottatte data fra antallet diskrete temperatursensorer (134, 136, 138),

hvor mottakelse av dataene fra antallet diskrete temperatursensorer (134, 136, 138) omfatter å innhente data fra flere diskrete temperatursensorer (134, 136, 138) installert i en sandsikt-enhet gjennom en streng som har en induktiv koplingsdel (142) for å gjøre det mulig å motta data fra antallet diskrete temperatursensorer (134, 136, 138) ved å bruke den induktive koplingsdelen (142).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor mottakelse av dataene omfatter å motta dataene fra temperatursensorene som er i termisk kontakt med tilsvarende rørseksjoner.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, videre omfattende å dekke antallet diskrete temperatursensorer med respektive termiske isolatorer for termisk å isolere temperatursensorene fra reservoarfluider.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende å tilveiebringe en kabel festet til antallet diskrete temperatursensorer, hvor kabelen også er dekket med en termisk isolator.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 2, hvor mottakelse av dataene fra antallet diskrete temperatursensorer gjør det mulig for hver av de diskrete temperatursensorene å innhente en temperatur som er et gjennomsnitt av fluidtemperaturene i den tilsvarende rørseksjonen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende å tilveiebringe en kabel som forbinder antallet diskrete temperatursensorer med hverandre.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, hvor tilveiebringelse av kabelen omfatter å tilveiebringe en kabel i hvilken de diskrete temperatursensorene er integrert.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor mottakelse av data fra de diskrete temperatursensorene omfatter å motta data fra resistans-temperaturdetektorer.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende å motta data fra ytterligere sensorer plassert i soner som inneholder radiale fluidstrømminger,

hvor utledning av fluidstrømmingsinformasjon videre er basert på de mottatte data fra sensorene som er plassert i soner som inneholder de radiale fluidstrømmingene.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor mottakelse av dataene fra de ytterligere sensorene omfatter å motta dataene fra varmeflukssensorer.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor mottakelse av dataene fra de ytterligere sensorene omfatter å motta data fra strømmingshastighetssensorer.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor mottakelse av dataene fra strømmingshastighetssensorene omfatter å motta data fra trykksensorer.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor mottakelse av dataen fra strømmingshastighetssensorene omfatter å motta dataene fra resistans-temperaturdetektorer utformet som strømmingshastighetssensorer.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor mottakelse av data fra antallet diskrete temperatursensorer installert i sandsikt-enheten, omfatter å motta data fra antallet diskrete temperatursensorer som er installert på utsiden av blindseksjoner for sandsikt-enheten.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor utledning av fluidstrømmingsinformasjon omfatter å løse et system av ligninger basert på de mottatte data fra antallet diskrete temperatursensorer.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor fluidet innbefatter minst to komponenter, hvor fremgangsmåten videre omfatter å kombinere temperaturdata fra temperatursensorer med et estimat av relativ permeabilitet for komponentene, for å bestemme fluidstrømmings-informasjon for hver komponent.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor mottakelse av dataene omfatter å motta data over en tidsperiode og motta dataene ved en etterfølgende tidsperiode.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende å utlede reservoaregenskaper fra de mottatte dataene fra antallet diskrete temperatursensorer.

19. System for å bestemme fluidstrømmingsinformasjon i forbindelse med en brønn (100) omfattende:

en gruppe sensorer utplassert i et brønnhull (100),

k a r a k t e r i s e r t v e d a t gruppen med sensorer innbefatter diskrete temperatursensorer (134, 136, 138) for posisjonering i soner uten radial fluidstrømming (126, 128, 130) i brønnhullet (100); og

en datamaskin for å utlede fluidstrømmingsinformasjon i forbindelse med brønnhullet (100) i henhold til de mottatte data fra de diskrete temperatursensorene (134, 136, 138),

hvor mottatte data fra antallet diskrete temperatursensorer (134, 136, 138) omfatter innhentet data fra flere diskrete temperatursensorer (134, 136, 138) installert i en sandsikt-enhet og en streng som har en induktiv koplingsdel (142) som er senket for å gjøre det mulig å motta data fra antallet diskrete temperatursensorer (134, 136, 138) ved å bruke den induktive koplingsdelen (142).

20. System ifølge krav 19, videre omfattende en sandsiktanordning som har blindseksjoner, hvor de diskrete temperatursensorene er termisk i kontakt med blindseksjonene i sandskjermanordningen.

21. System ifølge krav 19, videre omfattende en induktiv koplingsanordning for å kommunisere måledata fra de diskrete temperatursensorene til datamaskinen.

22. System ifølge krav 19, hvor de diskrete temperatursensorene omfatter resistans-temperaturdetektorer.

23. System ifølge krav 19, hvor gruppen med sensorer videre omfatter varmefluktsensorer.

24. System ifølge krav 23, hvor varmeflukssensorene er innrettet for måling av varmefluks i soner med radial fluidstrømming.

25. System ifølge krav 19, hvor gruppen med sensorer videre omfatter strømmingshastighetssensorer.

26. Artikkel omfattende minst ett lagringsmedium inneholdende instruksjoner k a r a k t e r i s e r t v e d a t når de utføres, får en datamaskin til:

å motta data fra flere diskrete temperatursensorer (134, 136, 138) i soner uten radial fluidstrømming (126, 128, 130) i en brønn (100); og

å utlede fluidstrømmingsinformasjon i forbindelse med brønnen (100) i henhold til de mottatte data fra antallet diskrete temperatursensorer (134, 136, 138), hvor mottatte data fra antallet diskrete temperatursensorer (134, 136, 138) omfatter innhentet data fra flere diskrete temperatursensorer (134, 136, 138) installert i en sandsikt-enhet og en streng som har en induktiv koplingsdel (142) som er senket for å gjøre det mulig å motta data fra antallet diskrete temperatursensorer (134, 136, 138) ved å bruke den induktive koplingsdelen (142).

27. Artikkel ifølge krav 26, hvor instruksjonene, når de utføres, får datamaskinen til videre å motta data fra varmeflukssensorer, og hvor utledning av fluidstrømmingsinformasjonen i forbindelse med brønnen, videre er basert på data fra varmeflukssensorer.

28. Artikkel ifølge krav 26, hvor instruksjonene, når de utføres, får datamaskinen til videre å motta data fra strømmingssensorer, hvor utledning av fluidstrømmingsinformasjonen i forbindelse med brønnen, videre er basert på data fra strømmingshastighetssensorer.