NO343365B1 - Fluidresistivitetssensor - Google Patents

Abstract

Ulike utførelsesformer inkluderer apparat og metoder for å bestemme resisitivitet av fluid nede i en brønn. Apparat og metode kan inkludere bruk av en sensor som anvender en fokusert elektrisk dipol som transmitter og bruker en receiver til å måle elektrisk strømstyrke i fluid under måling påvirket av transmitter. Ytterligere apparat, system og metoder beskrives også.

Description

FLUIDRESISTIVITETSSENSOR

Teknisk felt

Oppfinnelsen vedrører generelt systemer med brønnloggingsfunksjon.

Bakgrunn

Ved brønnboring for leting etter olje og gass tilveiebringer kunnskap om strukturen og egenskapene til den geologiske formasjonen omkring et borehull informasjon som bistår ved slik leting. Miljøet som boreverktøyene opererer i, er imidlertid på betydelige avstander under overflaten, og målinger for å styre betjening av slikt utstyr foretas på disse beliggenhetene. Videre kan anvendeligheten av slike målinger være knyttet til presisjonen eller kvaliteten på informasjonen som utledes fra slike målinger.

US 2008/169817 A1 beskriver en metode for å gjennomføre en undersøkelse av en underjordisk struktur bak en undersjøisk overflate, der minst én sensormodul anordnet i et undersjøisk miljø, hvor den minst ene sensormodul omfatter minst én magnetfeltsensor. Måledata mottas fra magnetfeltsensoren, og et elektrisk felt langs en bestemt retning bestemmes basert på maledataene, for å gjennomføre undersøkelsen av den underjordiske struktur, hvor den bestemte retning generelt er ortogonal på den undersjøiske overflate.

US 2003/025639 A1 omhandler et elektromagnetisk telemetrisystem for et borehull tilveiebringer forbedret signal/støy-forhold. Adaptive filtre bruker støykanaler som referanser for å fjerne støy fra signalkanalen. Retningsdetektorer tilveiebringer en signalkanal med redusert støyinnhold og forbedrede støykanaler med redusert signalinnhold. Retningsdetektorer kan være magnetometre innrettet med magnetfeltet, eller antenner innrettet med det elektriske feltet til signal- eller støy-kildene.

US 2003/016020 A1 beskriver et loggeverktøy med sender og mottakerantenner for å måle formasjonsanisotropi. Disse antenner kan fortrinnsvis være kombinasjoner av toroidformede horisontale elektriske dipolantenner og horisontale magnetiske dipolantenner. I én viss utførelse benyttes verktøyet til (a) å indusere en strøm i den rørledning eller borestreng som forløper gjennom formasjonen i et borehull, (b) å måle en signaldifferanse mellom to mottakerantenner på borestrengen, (c) å bestemme en tilsynelatende konduktivitet for formasjonen ut i fra signaldifferansens resistive komponent, og (d) å bruke denne tilsynelatende konduktivitet til å beregne en anisotropikoeffisient ut i fra kjennskap til den horisontale konduktivitet.

Sammendrag

Oppfinnelsen tilveiebringer en anordning omfattende en sensor for å måle konduktivitet til et fluid, der sensoren inkluderer en elektrisk dipol-sender for å indusere en elektrisk strøm i fluidet. Den elektriske dipol-senderen inkluderer konisk elektroder i det vesentlige uten å være i fluidet, de koniske elektrodene er anordnet for å motta en spenning påført mellom de koniske elektrodene for å indusere den elektriske strømmen og én toroidmottaker for å detektere elektrisk strømstyrke i fluidet.

Det er beskrevet en fremgangsmåte måling av konduktivitet av et fluid ved hjelp av en sensor som har en elektrisk dipol-sender for å indusere en elektrisk strøm i fluidet, og en mottaker for å detektere elektrisk strømstyrke i fluidet som reaksjon på indusering av den elektriske strømmen, aktivering av elektrisk dipolsenderen ved å påføre spenningsforskjeller mellom to par med metallpar, der aktiveringen inkluderer påføring av en første spenningsforskjell mellom et første par av de to parene, der det første parets metallrør er atskilt av et første isolasjonsrør og påføring av en andre spenningsforskjell mellom et andre par av de to parene, der det andre parets metallrør er atskilt av et andre isolasjonsrør, der fluidet er inne i det første og andre paret og inne i det første og andre isolasjonsrøret, mottak av et første signal ved en første toroidmottaker med den første toroidmottakeren anordnet rundt det første isolasjonsrøret og mottak av et andre signal ved en andre toroidmottaker med den andre toroidmottakeren anordnet rundt det andre isolasjonsrøret.

Videre omfatter oppfinnelsen en fremgangsmåte omfattende danning av en sensor for å måle konduktivitet til et fluid, inkludert anordning av en elektrisk dipol-senderenhet for å indusere en elektrisk strøm i fluidet; og anordning av en elektrisk dipol-mottakerenhet for å detektere elektrisk strømstyrke i fluidet som reaksjon på indusering av den elektriske strømmen, hvor anordning av en elektrisk dipol-senderenhet inkluderer anordning av to par med metallrør, slik at ett av parenes metallrør atskilles fra hverandre av et første isolasjonsrør, og det andre parets metallrør atskilles fra hverandre av et andre isolasjonsrør, slik at fluidet kan ledes inn i de to parenes metallrør og inn i det første og andre isolasjonsrøret, og anordning av en mottakerenhet inkluderer anordning av en første toroid rundt det første isolasjonsrøret og en andre toroid rundt det andre isolasjonsrøret.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1 viser et blokkdiagram av et eksempel på en anordning som inkluderer en sensor for å måle konduktivitet til et fluid, ifølge forskjellige utførelsesformer.

Figur 2 illustrerer et eksempel på en sensor for å måle konduktivitet til et fluid ifølge forskjellige utførelsesformer.

Figur 3 illustrerer et eksempel på en rigid elektrisk dipol tettet med epoksy ifølge forskjellige utførelsesformer.

Figur 4 illustrerer et grunnriss av eksempelet på elektrisk dipol vist i figur 3 ifølge forskjellige utførelsesformer.

Figur 5 illustrerer et feltmønster i eksempelsensoren vist i figur 3 ifølge forskjellige utførelsesformer.

Figur 6 illustrerer fokusert dipolindusert strøm og dens sekundære magnetiske felt i eksempelsensoren vist i figur 3 ifølge forskjellige utførelsesformer.

Figur 7 viser mottatt spenning versus fluidresistivitet ved anvendelse av en eksempelsensor som ligner den i figur 3, ifølge forskjellige utførelsesformer.

Figur 8 viser et eksempel på en sensor som har et metallrør med en tykkere vegg, ifølge forskjellige utførelsesformer.

Figur 9A viser et eksempel på en sensor som har dobbeltmottakere, ifølge forskjellige utførelsesformer.

Figur 9B viser eksempelet på en sensor som har dobbeltmottakere som i figur 9A, med tykkere vegger, ifølge forskjellige utførelsesformer.

Figur 10 viser trekk ved en utførelsesform av en fremgangsmåte som inkluderer måling av konduktivitet til et fluid, ifølge forskjellige utførelsesformer.

Figur 11 fremstiller et blokkdiagram med trekk ved en utførelsesform av et system som har én eller flere sensorer for å måle fluidkonduktivitet, ifølge forskjellige utførelsesformer.

Figur 12 fremstiller en utførelsesform av et system ved en boreplass ifølge forskjellige utførelsesformer.

Detaljert beskrivelse

Følgende detaljerte beskrivelse henviser til de ledsagende tegningene som viser, ved illustrasjon, forskjellige eksempelutførelsesformer av oppfinnelsen. Disse utførelsesformene beskrives i tilstrekkelig detalj til å sette fagmenn i stand til å praktisere disse og andre utførelsesformer. Andre utførelsesformer kan benyttes, og strukturelle, logiske og elektriske endringer kan foretas i disse utførelsesformene. De forskjellige utførelsesformene er ikke nødvendigvis gjensidig utelukkende, ettersom noen utførelsesformer kan kombineres med én eller flere andre utførelsesformer for å danne nye utførelsesformer. Følgende detaljerte beskrivelse og ledsagende tegninger skal derfor ikke tolkes begrensende.

Figur 1 viser et blokkdiagram av et eksempel på en anordning 100 som inkluderer en sensor 105 for å måle konduktivitet til et fluid. Sensor 105 har en elektrisk dipol-sender 110 for å indusere en elektrisk strøm i fluidet og en mottaker 120 for å detektere elektrisk strømstyrke i fluidet som reaksjon på indusering av den elektriske strømmen. En elektrisk dipol-sender kan fremstilles som hjelpemiddel for å påføre en spenning over en avstand. Avstanden kan være en elektrisk isolert seksjon som atskiller to elektroder som er koblet til en spenningskilde. Den påførte spenningen kan være en lavfrekvensspenning. Den påførte spenningen kan for eksempel være et 12 kHz-signal med 1 V amplitude. Disse verdiene er eksempler på en påført spenning. Andre frekvenser og amplituder kan anvendes.

Elektrisk dipol-sender 110 kan struktureres som en fokusert elektrisk dipolsender. Den fokuserte elektriske dipolen kan benyttes for å indusere en lengderetningspolarisert strøm i fluidet. Elektrisk dipol-senderen kan fremstilles ved et par med metallrør. Metallrørene kan ha en rigid struktur. Slike rør kan ha forskjellige former. Betegnelsen “rør” henviser til en struktur som kan inneholde fluid og/eller tillate strømning av fluidet gjennom strukturen som definerer røret. Rørene kan monteres på et vektrør eller annen struktur som er koblet til vektrøret, eller på en kabeltråd (eng.: cable wire) eller annen struktur koblet til kabeltråden for anvendelse i boreoperasjoner.

Mottaker 120 kan fremstilles som en toroidmottaker for å detektere strømstyrken. En toroidmottaker er konstruert som en mottaker som har trådviklinger eller tilsvarende struktur over et ringrørformet kjernemateriale, i hvilket målingen av et signal er elektrodeløst. Mottaker 120 og sender 110 for sensor 105 kan anordnes slik at mottaker 120 mottar mindre direkte interferens fra sender 110, sammenlignet med en eksisterende sensor som anvender to toroider. Sensor 105 kan struktureres for implementering i borehullet til en brønn som et MWD-system (MWD: measurements-while-drilling), så som et LWD-system (LWD: loggingwhile-drilling) eller som et brønnkabelsystem (eng.: wireline system). Huset som inneholder sensorinnretning 105, kan inkludere strømningskontrollkomponenter, så som en pumpe, for å styre oppsamling av fluidet i sensor 105 for måling av fluidets konduktivitet.

Tidlige resistivitetssensorer inkluderte flere elektroder som anvendes for å injisere strøm i et fluid og for å detektere spenningsfallet over en viss avstand. Dette ble oppnådd ved å anvende fire elektroder i form av korte metallrør atskilt av korte isolasjonsrør. For å beskytte kretsløprommet under høytrykksfluidforhold bør imidlertid slike elektroder tettes godt. Sensorens pålitelighet kan bli redusert under høytrykksforhold ved anvendelse av tetninger, så som åtte tetninger med fire elektroder, som tilføyer ytterligere komponenter.

En annen tilnærming til måling av fluidkonduktivitet har vært å benytte to isolasjonsrør, der hvert er tilveiebrakt med både sender- og mottakertoroid. De to sendertoroidene er motsatt polet, slik at strømmen som induseres i to rør, bidrar til å danne en komplett sirkulasjonskrets. Siden to rør og to sett med toroidsendere og –mottakere benyttes, er sensorstørrelsen gjort relativt stor.

En annen utforming anvendte kun to toroider, den ene som en sender og den andre som en mottaker, installert på et rett rør. Det rette røret var sammensatt av to seksjoner av metallrør atskilt av et kort isolasjonsrør. Denne utformingen har mindre driveffekt sammenlignet med den ovennevnte utformingen med to sendertoroider. I tillegg har ikke denne utformingen en konfigurasjon som danner en lukket strømsløyfe i fluidet tilveiebrakt av den ovennevnte utformingen med to sendertoroider. På grunn av disse forskjellene med hensyn til utformingen med to sendertoroider anvendes to seksjoner av metallrør for å styre strømforløpet for å tilveiebringe målbar signalstyrke.

I den ovennevnte tradisjonelle utformingen med sensorer med to toroider er sender- og mottakertoroiden koaksiale, og feltpolariseringene er parallelle med hverandre. Det kan være uunngåelig at en slik struktur introduserer direkte kobling fra senderen til mottakeren, hvilket genererer interferens på det mottatte signalet og reduserer sensorens følsomhet.

Figur 2 illustrerer et eksempel på en anordning som inkluderer en sensor 205 for å måle konduktivitet til et fluid, ifølge forskjellige utførelsesformer av oppfinnelsen. Sensor 205 inkluderer to korte riflede metallrør 212 og 214 med riflede elektroder, henholdsvis 210-1 og 210-2, som er atskilt av et kort isolasjonsrør 213 i midten. Isolasjonsrør 213 danner en isolasjonsavstand. Riflene og isolasjonsavstanden mellom dem danner en fokusert elektrisk dipol. Avstanden kan være liten, for eksempel mindre enn en inch (tomme). For eksempel kan avstandslengden være i området fra cirka 0,10 inches (0,3 cm) til cirka 0,25 inches (0,6 cm). Andre avstandslengder kan anvendes, inkludert avstandslengder som er større enn 1 inch (2,5 cm). Isolasjonsområder 242 og 244 kan anvendes for å tilveiebringe den korte riflede strukturen til metallrørene, henholdsvis 212 og 214. Andre elektroder enn rigide elektroder kan anvendes som elektroder 210-1 og 210-2.

Som vist i figur 2 er elektroder 210-1 og 210-2 i realiteten koniske elektroder fra metallrørenes 212 og 214 legemer. Formen til koniske elektroder 210-1 og 210-2 kan fremstilles i en rekke former. For eksempel kan koniske elektroder 210-1 og 210-2 være brede, men korte som vist i figur 2. Alternativt kan koniske elektroder 210-1 og 210-2 være korte og strekke seg fra metallrørenes 212 og 214 legemer til en punktlignende ende eller avslutning og danne en spisslignende struktur. Formen kan velges for å forbedre betjening som en fokusert elektrisk dipol-sender. Slike koniske elektroder kan fremstilles i de forskjellige utførelsesformene, eller lignende utførelsesformer, av sensorer for å måle konduktivitet til et fluid som omtalt heri.

Et isolasjonsrør 240 på venstre side som vist i figur 2, kan anvendes for å hindre kortslutning av signalkilden og for å forbedre strømmen gjennom den elektriske dipolen. Den fokuserte elektriske dipolen induserer en relativt sterk elektrisk strøm i rørets langsgående retning over isolasjonsavstanden. Det sekundære magnetiske feltet som induseres av denne strømmen, er proporsjonalt med fluidkonduktiviteten og detekteres av toroidmottaker 220. Den fokuserte elektriske dipolen kan aktiveres av spenningskilde 250. Spenningskilde 250 kan integreres med sensor 205 eller atskilles fra sensor 205 koblet ved konduktive ledere (eng.: conductive leads) til sensor 205.

Sensor 205 anvender færre tetninger for betjening under høytrykksforhold sammenlignet med eksisterende elektrodesensorer, hvilket kan tilveiebringe økt pålitelighet for sensor 205 i forhold til tradisjonelle sensorer. Sensor 205 unngår også anvendelse av en toroidsender, hvilket kan redusere direkte kobling fra senderen til mottakeren. Den reduserte koblingen kan tilveiebringe et mottatt signal som er renere og enklere å behandle.

Figur 3 illustrerer et eksempel på en utførelsesform av en rigid elektrisk dipol tettet med epoksy 325. Epoksy 325 tilveiebringer et beskyttende dekke rundt metallrør 312 og 314, isolasjonsområde 313 og toroid 320 som danner sensor 305.

Figur 4 illustrerer et grunnriss av eksempelet på elektrisk dipol vist i figur 3. Fluid som skal måles, introduseres i åpningen av rørene som danner den rigide elektriske dipolen.

Figur 5 illustrerer et feltmønster i eksempelsensor 305 vist i figur 3. Det magnetiske feltet detekteres av toroid 320 vist i figur 3, fra strøm indusert i fluid i rørenes åpning, av en elektrisk dipolsender. Den fokuserte dipolinduserte strømmen og dens sekundære magnetiske felt i eksempelsensor 305 illustreres ytterligere i figur 6.

Figur 7 viser mottatt spenning versus fluidresistivitet ved å anvende en eksempelsensor som ligner på den i figur 3. Som vist i figur 7 induserer den fokuserte elektriske dipolen langsgåendeorientert elektrisk strøm i fluidet som rommes i sensorens rør. Det strøminduserte magnetiske feltet er upertubert og forstyrres ikke av interferens fra senderen. Dette fraværet av interferens fører til et relativt høyt signal/støy-forhold i målingen og forbedrer sensorens følsomhet.

Figur 8 viser et eksempel på en sensor 405 som har et metallrør med en tykkere vegg enn den til sensor 205 i figur 2. Sensor 405 inkluderer to korte riflede metallrør 412 og 414 med riflede elektroder, henholdsvis 410-1 og 410-2, som er atskilt av et kort isolasjonsrør 413 i midten. Riflene og isolasjonsavstanden mellom dem danner en fokusert elektrisk dipol. Den fokuserte elektriske dipolen kan aktiveres av spenningskilde 450. Spenningskilde 450 kan integreres med sensor 405 eller atskilles fra sensor 405 koblet ved konduktive ledere. Isolasjonsområder 442 og 444 kan anvendes for å tilveiebringe den korte riflede strukturen til metallrørene, henholdsvis 412 og 414.

Veggen i metallrør 412 og 414 kan gjøres tykkere for å danne en utsparing 415 som delvis pakker inn toroidmottakeren 420, slik at det sekundære magnetiske feltet ytterligere kan forsterkes rundt mottaker 420. I en utførelsesform kan toroid 420 anordnes effektivt i metallrørenes 412 og 414 ytterflate. Som vist i figur 8 kan en eksempelsensor 405 ha et isolasjonsrør 413 med et senter og toroid 420 med en ytterflate på en radial avstand fra senteret til isolasjonsrør 413, slik at den radiale avstanden for toroid 420 er mindre enn eller lik en effektiv radial avstand til en ytterflate til metallrørene 412, 414 i forhold til isolasjonsrørets 413 senter. Veggtykkelsen til metallrør 412, 414 kan varieres avhengig av anvendelsen. Utsparing 415 tilveiebringer også beskyttelse og en installasjonsramme for toroid 420.

Figur 9A viser et eksempel på en utførelsesform av en sensor 505 med dobbeltmottakere 520 og 525. Sensor 505 inkluderer to elektrisk dipol-sendere. Sensor 505 inkluderer to korte riflede metallrør 512 og 514 med riflede elektroder, henholdsvis 510-1 og 510-2, som er atskilt av et kort isolasjonsrør 513 som atskiller metallrør 512 og 514 fra hverandre. Sensor 505 inkluderer også to korte riflede metallrør 516 og 518 med riflede elektroder, henholdsvis 510-3 og 510-4, som er atskilt av et kort isolasjonsrør 517, som atskiller metallrør 516 og 518 fra hverandre. Som vist i figur 9 kan metallrør 514 og 516 være samme rør. Riflene og isolasjonsavstanden mellom dem for hver elektrisk dipol-sender danner en fokusert elektrisk dipol. De fokuserte elektrisk dipol-senderne kan aktiveres av spenningskilde 550. Spenningskilde 550 kan integreres med sensor 505 eller atskilles fra sensor 505 koblet ved konduktive ledere. Isolasjonsområder 542 og 544 kan anvendes for å tilveiebringe den korte riflede strukturen til metallrørene, henholdsvis 512 og 514, og isolasjonsområder 544 og 546 kan anvendes for å tilveiebringe den korte riflede strukturen til metallrørene, henholdsvis 516 og 518.

Dobbeltmottakere 520 og 525 kan være toroidmottakere. De to toroidale mottakerne 520 og 522 kan installeres for å øke sensoryteevnen, skjønt dette kan medføre økt sensorstørrelse. Med de to toroidene motsatt viklet kan utgangskanalene deres kombineres for å øke signal/støy-forholdet.

I forskjellige utførelsesformer kan anordningen med to toroidmottakere i figur 9A struktureres med tykkere vegger, slik at én eller begge toroidmottakere 520, 522 er anordnet i en utsparing på lignende måte som i anordningen vist i figur 8. Figur 9B viser en eksempelsensor 506 strukturert som sensor 505 med dobbeltmottakere fra figur 9A med tykkere vegger. En sensor for å måle konduktivitet til et fluid kan også struktureres med mer enn to toroidmottakere og mer enn to elektrisk dipol-sendere. Antallet toroidmottakere kan være likt antallet elektrisk dipol-sendere. Antallet elektrisk dipol-sendere kan være likt antallet par med metallrør som er atskilt fra hverandre ved et isolasjonsrør.

I en utforming som anvender en fokusert elektrisk dipol-sender med en toroidmottaker, unngås den direkte koblingen mellom senderen og mottakeren som kan forekomme i eksisterende toroidale sensorer. En fokusert elektrisk dipolsender tilveiebringer mottakeren med et rent signal. Simulerte resultater viser at de mottatte signalamplitudene (både de reelle og fingerte delene) kun korrelerer med fluidresistivitet og kildeutgangsspenningen, som forenkler utformingen av sensorens elektriske strømkrets betydelig. I tillegg anvender denne utformingen færre tetninger sammenlignet med eksisterende elektrodesensorer og har evne til å oppnå bedre pålitelighet.

Figur 10 viser trekk ifølge en utførelsesform av en fremgangsmåte som inkluderer måling av konduktivitet til et fluid ved å anvende en sensor med en elektrisk dipolsender for å indusere en elektrisk strøm i fluidet, og med en mottaker for å detektere elektrisk strømstyrke i fluidet som reaksjon på indusering av den elektriske strømmen. Ved 610 anvendes en sensor med en elektrisk dipol-sender for å indusere en elektrisk strøm i et fluid. Elektrisk dipol-senderen kan aktiveres ved å påføre en spenningsforskjell mellom et par med metallrør, der metallrørene er atskilt fra hverandre av et isolasjonsrør. Fluidet som måles, rommes i eller strømmer gjennom eller inne i metallrørene og isolasjonsrøret. I en annen utførelsesform kan elektrisk dipol-senderen aktiveres ved å påføre spenningsforskjeller mellom to par med metallpar. Aktiveringen kan inkludere påføring av en første spenningsforskjell mellom et første par av de to parene, der det første parets metallrør er atskilt av et første isolasjonsrør, og påføring av en andre spenningsforskjell mellom et andre par av de to parene, der det andre parets metallrør er atskilt av et andre isolasjonsrør. Fluidet rommes inne i eller strømmer gjennom det første og andre paret og inne i eller strømmer gjennom det første og andre isolasjonsrøret. Spenningsforskjeller kan påføres mellom to par med metallpar, der ett av det første parets metallrør er ett av det andre parets metallrør. I andre utførelsesformer kan mer enn to par med metallrør anvendes for å indusere elektrisk strøm i et fluid i rørene.

Ved 620 anvendes en mottaker for sensoren for å detektere elektrisk strømstyrke i fluidet som reaksjon på indusering av den elektriske strømmen. Når elektrisk dipol-senderen som anvendes for å indusere en elektrisk strøm i fluidet, er strukturert med ett par med metallrør som er atskilt av et isolasjonsrør, kan én enkelt toroid anvendes for å motta et signal som reaksjon på induseringen av den elektriske strømmen. Toroidmottakeren kan anordnes rundt isolasjonsrøret. Når elektrisk dipol-senderen som anvendes for å indusere en elektrisk strøm i fluidet, er strukturert med to par med metallrør, der hver av de to parene er atskilt av et isolasjonsrør, kan to toroider anvendes for å motta signaler som reaksjon på induseringen av den elektriske strømmen. Den første toroidmottakeren kan anordnes rundt isolasjonsrøret som atskiller metallrørene til ett par. Den andre toroidmottakeren kan anordnes rundt isolasjonsrøret som atskiller det andre parets metallrør.

Ved 630 måles konduktivitet til fluidet ved å anvende sensoren. Anvendelse av sensoren kan være basert på et valgt signal/støy-forhold for betjening av sensoren. I en sensoranordning med et mangfold metallrørpar kan sensoren eller en innretning som er koblet til sensoren, inkludere en kombinator som er koblet til en utgangskanal, fra hver av toroidmottakerne. Antallet toroidmottakere som anvendes, kan være likt antallet par med metallrør som anvendes. Kombinatoren kan anordnes i forhold til utgangskanalene basert på et valgt signal/støy-forhold for betjening av sensoren.

I forskjellige utførelsesformer kan en sensor for måling av konduktivitet til et fluid dannes som en relativt enkel struktur som har evne til å oppnå høy pålitelighet og følsomhet. Fremgangsmåten for å danne sensoren kan inkludere anordning av en elektrisk dipol-senderenhet for å indusere en elektrisk strøm i fluidet, og anordning av en mottakerenhet i forhold til elektrisk dipol-senderenheten for å detektere elektrisk strømstyrke i fluidet som reaksjon på indusering av den elektriske strømmen. Sensoren kan dannes for anvendelse nede i brønnhullet.

Elektrisk dipol-senderenheten kan struktureres ved å anordne et par med metallrør med metallrørene som er atskilt fra hverandre av et isolasjonsrør, slik at strømmen av fluidet som skal måles, kan ledes gjennom metallrørene og isolasjonsrøret. Sensorens mottakerenhet kan struktureres ved å anordne en toroid rundt isolasjonsrøret som atskiller metallrørene. Alternativt kan elektrisk dipol-senderenheten struktureres ved å anordne to par med metallrør, slik at ett av parenes metallrør er atskilt fra hverandre av et første isolasjonsrør, og det andre parets metallrør er atskilt fra hverandre av et andre isolasjonsrør, slik at fluidet kan ledes inn i de to parenes metallrør og inn i det første og andre isolasjonsrøret. Sensorens mottakerenhet kan struktureres ved å anordne en første toroid rundt det første isolasjonsrøret og en andre toroid rundt det andre isolasjonsrøret.

I en utførelsesform kan elektrisk dipol-senderenheten struktureres ved å anordne hvert av et par med metallrør med en tykkelse og med en utsparing tilstøtende et isolasjonsrør, som atskiller metallrørene fra hverandre, slik at en toroidmottaker er anordnet inne i en utsparingsstruktur dannet av isolasjonsrøret og metallrørenes utsparinger. Alternativt kan elektrisk dipol-senderenheten struktureres ved å anordne hvert av to par med metallrør med en tykkelse og med en utsparing tilstøtende et assosiert isolasjonsrør, som atskiller det assosierte parets metallrør fra hverandre, slik at en første toroidmottaker er anordnet inne i en utsparingsstruktur dannet av et isolasjonsrør og utsparingene til dens assosierte metallrør, og en andre toroidmottaker er anordnet inne i en utsparingsstruktur dannet av et annet isolasjonsrør og utsparingene til dens assosierte metallrør.

I forskjellige utførelsesformer har en sensor beskrevet heri en enklere struktur sammenlignet med eksisterende sensorer. Den enklere strukturen kan anvende en fokusert elektrisk dipol-kilde for effektivt å indusere en elektrisk strøm i fluidet som er fritt for senderinterferens og enkelt kan måles av toroidmottakere. Denne utformingen kan tilveiebringe evnen til å oppnå høy pålitelighet og følsomhet.

Figur 11 fremstiller et blokkdiagram av trekk ifølge en utførelsesform til et system 700 med en sensor 705. Sensor 705 kan fremstilles som en sensor for å måle konduktivitet i et fluid. Sensor 705 kan gjøres robust for å måle fluidet nede i et brønnhull eller ved en overflate med fluidet pumpet under trykk til overflaten. Sensor 705 kan struktureres og fabrikkeres ifølge forskjellige utførelsesformer som vist heri.

System 700 kan også inkludere en styreenhet 702, et minne 725, en elektronisk anordning 735 og en kommunikasjonsenhet 755. Forskjellige kombinasjoner av styreenhet 702, minne 725 og kommunikasjonsenhet 755 kan anordnes for å operere som en prosessorenhet for sensor 705. En slik prosessorenhet kan behandle et signal fra sensoren. Signalet kan konverteres fra en fremstilling av et magnetisk felt til en konduktivitet til fluidet og/eller fra en fremstilling av en målt elektrisk motstand av fluidet til konduktivitet til fluidet. Deler av eller hele styreenhet 702, minne 725 og kommunikasjonsenhet 755 kan struktureres for å operere plassert nede i brønnhullet. Kommunikasjonsenhet 755 kan inkludere brønnkommunikasjon i en boreoperasjon. Slik brønnkommunikasjon kan inkludere et telemetrisystem. Kommunikasjonsenhet 755 kan kobles til en kommunikasjonslinje for å tilveiebringe måleresultater til overflaten av en brønn når sensor 705 er nede i brønnhullet.

System 700 kan også inkludere en buss 707, der buss 707 tilveiebringer elektrisk konduktivitet mellom komponentene i system 700. Buss 707 kan inkludere en adressebuss, en databuss og en styrebuss, hver konfigurert hver for seg. Buss 707 kan også anvende felles konduktive linjer for å tilveiebringe én eller flere av adresser, data eller kontroller, hvis anvendelse er regulert av styreenhet 702. Buss 707 kan konfigureres på en slik måte at komponentene i system 700 distribueres. Slik distribusjon kan anordnes mellom komponenter nede i brønnhullet, så som én eller flere sensorer 705, og overflatekomponenter, så som en prosessorenhet anordnet som én eller flere komponenter i system 700. Alternativt kan komponentene samplasseres, så som på én eller flere mansjetter til en borestreng eller på en brønnkabelstruktur.

I forskjellige utførelsesformer inkluderer perifere innretninger 745 displayer, ytterligere lagringsminne og/eller andre styreinnretninger som kan operere i forbindelse med styreenhet 702 og/eller minne 725. I en utførelsesform er styreenhet 702 en prosessor. En perifer innretning anordnet som et display kan anvendes med instruksjoner lagret i minne 725 for å implementere et brukergrensesnitt for å styre betjeningen av en sensor 705 i system 700 og/eller komponenter distribuert i system 700.

Figur 12 fremstiller en utførelsesform av et system 800 ved en boreplass, der system 800 inkluderer en sensor 805 og elektronikk for å bestemme konduktivitet til et fluid i en brønn. Sensor 805 kan inkludere en elektrisk dipol-sender for å indusere en elektrisk strøm i fluidet og en mottaker for å detektere elektrisk strømstyrke i fluidet som reaksjon på indusering av den elektriske strømmen. Elektrisk dipol-senderen kan struktureres som en fokusert elektrisk dipol-sender. Mottakeren kan fremstilles ved å anvende en toroidmottaker. Sensor 805 kan struktureres og fabrikkeres ifølge forskjellige utførelsesformer som vist heri.

System 800 kan inkludere en borerigg 802 plassert ved en overflate 804 til en brønn 806 og en streng av borerør, det vil si borestreng 808, koblet sammen for å danne en borestreng som senkes gjennom et rotasjonsbord 807 ned i et brønnhull eller borehull 812. Boreriggen 802 kan tilveiebringe støtte for borestreng 808. Borestrengen 808 kan operere for å trenge gjennom rotasjonsbord 807 for å bore et borehull 812 gjennom undergrunnsformasjoner 814. Borestrengen 808 kan inkludere borerør 818 og en nedre del av borestrengen 820 plassert ved den nedre delen av borerøret 818.

Den nedre delen av borestrengen 820 kan inkludere vektrør 815, sensor 805 festet til vektrør 815, og en borkrone 826. Borkronen 826 kan operere for å danne et borehull 812 ved å trenge gjennom overflaten 804 og undergrunnsformasjoner 814. Sensor 805 kan struktureres for en implementering i borehullet til en brønn som et MWD-system, så som et LWD-system. Huset som inneholder sensor 805, kan inkludere strømningskontrollkomponenter, så som en pumpe, for å styre oppsamling av fluidet i sensor 805 for måling av fluidets konduktivitet. Huset som inneholder sensor 805, kan inkludere elektronikk for å aktivere sensor 805 og samle inn reaksjoner fra sensor 805. Slik elektronikk kan inkludere en prosessorenhet for å analysere signaler som registreres av sensor 805, og tilveiebringe måleresultater til overflaten gjennom standard kommunikasjonsmekanisme for betjening av en brønn. Alternativt kan elektronikk inkludere et kommunikasjonsgrensesnitt for å tilveiebringe signaler registrert av sensor 805 til overflaten gjennom standard kommunikasjonsmekanisme for betjening av en brønn, der disse registrerte signalene analyseres i en prosessorenhet ved overflaten. I en annen teknikk kan fluidet pumpes til overflaten for måling av fluidets konduktivitet. Det kan implementeres forskjellige kombinasjoner av disse teknikkene for å generere fluidets målte konduktivitet.

I forskjellige utførelsesformer kan sensor 805 være inkludert i et verktøylegeme 870 koblet til en loggingskabel (eng.: logging cable) 874, så som for eksempel ved brønnkabelanvendelse. Sensoren 805 på verktøylegemets 870 hus kan inkludere strømningskontrollkomponenter, så som en pumpe, for å styre oppsamling av fluid inne i sensor 805 for måling av fluidets konduktivitet. Verktøylegeme 870 omfattende sensor 805 kan inkludere elektronikk for å aktivere sensor 805 og samle inn reaksjoner fra sensor 805. Slik elektronikk kan inkludere en prosessorenhet for å analysere signaler registrert av sensor 805, og tilveiebringe måleresultater til overflaten gjennom standard kommunikasjonsmekanisme for betjening av en brønn. Alternativt kan elektronikk inkludere et kommunikasjonsgrensesnitt for å tilveiebringe signaler registrert av sensor 805 til overflaten gjennom standard kommunikasjonsmekanisme for betjening av en brønn, der disse registrerte signalene analyseres i en prosessorenhet ved overflaten. Loggingskabel 874 kan fremstilles som en brønnkabel (flere kraft- og kommunikasjonslinjer), en monokabel (én enkelt leder), og/eller en glatt vaier (eng.: slick-line) (ingen ledere for kraft eller kommunikasjon), eller annen behørig struktur for anvendelse i borehull 812.

Under boreoperasjoner kan borestrengen 808 roteres av rotasjonsbordet 807. I tillegg eller alternativt kan også nedre del av borestrengen 820 roteres av en motor (f.eks. en borkronemotor) som er plassert nede i brønnhullet. Vektrørene 815 kan anvendes for å legge vekt til borkronen 826. Vektrørene 815 kan også avstive nedre del av borestrengen 820, slik at nedre del av borestrengen 820 kan overføre tilleggsvekten til borkronen 826 og deretter bistå borkronen 826 med å trenge gjennom overflaten 804 og undergrunnsformasjonene 814.

Under boreoperasjoner kan en slampumpe 832 pumpe borefluid (iblant kjent som "boreslam" blant fagmenn) fra en slamtank 834 gjennom en slange 836 inn i borerøret 818 og ned til borkronen 826. Borefluidet kan strømme ut fra borkronen 826 og returneres til overflaten 804 gjennom et ringformet område 840 mellom borerøret 818 og borehullets 812 sider. Borefluidet kan deretter returneres til slamtanken 834, der slikt fluid filtreres. I noen utførelsesformer kan borefluidet anvendes for å kjøle borkronen 826, samt for å tilveiebringe smøring for borkronen 826 under boreoperasjoner. Borefluidet kan dessuten anvendes for å fjerne undergrunnsformasjonens 814 borekaks som dannes ved betjening av borkronen 826.

Selv om spesifikke utførelsesformer er illustrert og beskrevet heri, skal det forstås av fagmenn at enhver anordning som beregnes å oppnå det samme formålet, kan erstattes med de spesifikke utførelsesformene som vises. Forskjellige utførelsesformer anvender permuteringer og/eller kombinasjoner av utførelsesformer beskrevet heri. Det skal forstås at beskrivelsen ovenfor er ment som forklarende, og ikke innskrenkende, og at fraseologien eller terminologien som benyttes heri, er av beskrivelseshensyn. Kombinasjoner av de ovennevnte utførelsesformene og andre utførelsesformer vil være tydelig for fagmenn som leser den ovennevnte beskrivelsen.

Claims (11)

Patentkrav

1. Anordning omfattende:

en sensor (105, 205, 305) for å måle konduktivitet til et fluid, der sensoren (105, 205, 305) inkluderer:

en elektrisk dipol-sender (110) for å indusere en elektrisk strøm i fluidet, Karakterisertved atden elektriske dipol-senderen (110) inkluderer konisk elektroder (210-1, 210-2) i det vesentlige uten å være i fluidet, de koniske elektrodene (210-1, 210-2) er anordnet for å motta en spenning påført mellom de koniske elektrodene (210-1, 210-2) for å indusere den elektriske strømmen; og

én toroidmottaker (120) for å detektere elektrisk strømstyrke i fluidet.

2. Anordningen ifølge krav 1, videre omfattende en ytterligere toroidmottaker for å detektere den elektriske strømstyrken, der den ytterligere toroidmottakeren er motsatt viklet i forhold til den ene toroidmottakeren.

3. Anordningen ifølge krav 2, hvor elektrisk dipol-senderen (110) inkluderer: et første par med metallrør (212, 214, 312, 314, 412, 414, 512, 514), der metallrørene er atskilt fra hverandre av et første isolasjonsrør (213, 313, 413, 513), slik at strømmen av fluidet kan ledes gjennom det første paret med metallrør og det første isolasjonsrøret, hvert metallrør i det første par inkluderer en konisk elektrode av de koniske elektroder; og

et andre par med metallrør, der metallrørene er atskilt fra hverandre av et andre isolasjonsrør, slik at strømmen av fluidet kan ledes gjennom det andre paret med metallrør og andre isolasjonsrør, hvert metallrør i det andre par inkluderer en konisk elektrode av de koniske elektroder.

4. Anordningen ifølge krav 3, hvor ett av det første parets metallrør er ett av det andre parets metallrør.

5. Anordningen ifølge krav 3, hvor hvert av det første parets metallrør har en tykkelse og en utsparing tilstøtende det første isolasjonsrøret, slik at den ene toroiden er anordnet inne i en utsparingsstruktur som er dannet av det første isolasjonsrøret og utsparingene til det første parets metallrør.

6. Anordningen ifølge krav 2, hvor anordningen inkluderer en kombinator som er koblet til en utgangskanal fra den ene toroidmottakeren, og koblet til en utgangskanal fra den ytterligere toroidmottakeren, der kombinatoren er anordnet i forhold til utgangskanalen basert på et valgt signal/støy-forhold for betjening av sensoren.

7. Fremgangsmåte omfattende:

måling av konduktivitet av et fluid ved hjelp av en sensor (105, 205, 305, 705, 805) som har en elektrisk dipol-sender (110) for å indusere en elektrisk strøm i fluidet, og en mottaker (120) for å detektere elektrisk strømstyrke i fluidet som reaksjon på indusering av den elektriske strømmen;

aktivering av elektrisk dipol-senderen (110) ved å påføre spenningsforskjeller mellom to par med metallpar, der aktiveringen inkluderer:

påføring av en første spenningsforskjell mellom et første par av de to parene, der det første parets metallrør er atskilt av et første isolasjonsrør; og påføring av en andre spenningsforskjell mellom et andre par av de to parene, der det andre parets metallrør er atskilt av et andre isolasjonsrør, der fluidet er inne i det første og andre paret og inne i det første og andre isolasjonsrøret; mottak av et første signal ved en første toroidmottaker med den første toroidmottakeren anordnet rundt det første isolasjonsrøret; og

mottak av et andre signal ved en andre toroidmottaker med den andre toroidmottakeren anordnet rundt det andre isolasjonsrøret.

8. Fremgangsmåten ifølge krav 7, hvor påføring av spenningsforskjeller mellom to par med metallpar inkluderer påføring av spenningsforskjellene, der ett av det første parets metallrør er ett av det andre parets metallrør.

9. Fremgangsmåten ifølge krav 7, hvor måling av konduktivitet til et fluid ved hjelp av en sensor inkluderer anvendelse av en sensor basert på et valgt signal/støy-forhold for betjening av sensoren.

10. Fremgangsmåte omfattende:

danning av en sensor 105, 205, 305, 705, 805) for å måle konduktivitet til et fluid, inkludert:

anordning av en elektrisk dipol-senderenhet (110) for å indusere en elektrisk strøm i fluidet; og anordning av en elektrisk dipol-mottakerenhet (120) for å detektere elektrisk strømstyrke i fluidet som reaksjon på indusering av den elektriske strømmen, hvor anordning av en elektrisk dipol-senderenhet (110) inkluderer anordning av to par med metallrør (212, 214, 312, 314, 412, 414, 512, 514), slik at ett av parenes metallrør atskilles fra hverandre av et første isolasjonsrør, og det andre parets metallrør atskilles fra hverandre av et andre isolasjonsrør, slik at fluidet kan ledes inn i de to parenes metallrør og inn i det første og andre isolasjonsrøret, og anordning av en mottakerenhet inkluderer anordning av en første toroid rundt det første isolasjonsrøret og en andre toroid rundt det andre isolasjonsrøret.

11. Fremgangsmåten ifølge krav 10, hvor fremgangsmåten inkluderer anordning av den første toroiden i en utsparing dannet av det første isolasjonsrøret og dets tilhørende metallrør.