NO326755B1 - Anordning og fremgangsmate for formasjonsproving ved bruk av verktoy med aksielt- og spiralanordnede apninger - Google Patents

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Fagområdet for oppfinnelsen

Denne oppfinnelsen omhandler prøving av underjordiske formasjoner eller reservoarer og mer spesifikt omhandler bestemmelse av formasjonstrykk og permeabilitet til formasjonen.

Beskrivelse av kjent teknikk

For å utvinne hydrokarboner slik som olje og gass fra en underjordisk formasjon, blir borehull boret inn i formasjonen ved å rotere en borekrone festet på enden av en borestreng. Borehullet strekker seg inn i formasjonen for å gjennomløpe et eller flere reservoarer som inneholder hydrokarboner som typisk blir omtalte som formasjonsfluider.

Kommersiell utvikling av felt med hydrokarboner krever betydelig mengder av kapital. Før utviklingen av feltet begynner ønsker operatøren å sitte med så mye data som mulig for å kunne evaluere feltets kommersielle egnethet. Forskjellige tester blir foretatt på formasjonen og fluidet for evaluering, og testene kan bli foretatte på stedet. Prøver ved overflaten kan også bli gjennomført på formasjonen og fluidprøver blir tatt fra brønnen.

En type av formasjonsprøving involverer å produsere fluid fra brønnen, samle prøver, nedstenge brønnen og tillate at trykket bygger seg opp til et statisk nivå. Denne sekvensen kan bli gjentatt mange ganger ved mange forskjellige reservoarer inne i et gitt borehull. Denne typen prøve er kjent som en trykk-oppbygningsprøve eller nedtappingsprøve. Et av de viktige aspektene til dataene som blir samlet under en slik prøve er informasjon om trykkoppbyggingen etter senking av trykket, derav navnet nedtappingsprøve. Fra disse dataene kan informasjon vedrørende permeabilitet og størrelsen på reservoaret utledes.

Permeabiliteten til en jordformasjon som inneholder verdifulle ressurser slik som væsker eller gassaktige hydrokarboner er en parameterer av vesentlig betydning for økonomisk produksjon. Disse ressursene kan bli lokaliserte med borehullslogging for å måle parametere som motstand og porøsitet til formasjonen i utkanten av et borehull som gjennomløper formasjonen. Slike målinger setter porøse soner i stand til å bli identifisert og deres vannmetning (prosentandel av porevolum okkupert av vann) kan estimeres. En verdi på vannmetning som er betydelig lavere enn én blir ansett å indikere tilstedeværelsen av hydrokarboner, og kan også bli benyttet for å estimere deres kvantitet. Likevel er denne informa-sjonen alene ikke nødvendigvis tilstrekkelig for en avgjørelse med hensyn til om disse hydrokarbonene er økonomiske å produsere. Porevolumene som inneholder hydrokarboner kan være isolerte eller bare delvis forbundet, i hvilket tilfelle hydrokarbonene ikke vil være i stand til å strømme gjennom formasjonen til borehullet. Den lettheten fluidene kan strømme gjennom formasjonen, permeabiliteten, skal fortrinnsvis overskride en terskelverdi for å forsikre den økonomiske lønnsom-heten i å omdanne borehullet til en produserende brønn. Denne terskelverdien kan variere avhengig av noen karakteristikker, slik som fluides viskositet. For eksempel vil en olje med høy viskositet ikke strømme lett i forhold med lav permeabilitet, og dersom vanninjeksjon blir benyttet for å fremskynde produk-sjonen er det en risiko for tidlig gjennombrudd av vann i den produserende brønnen.

Permeabiliteten til en brønn er ikke nødvendigvis isotropisk. Spesielt er permeabiliteten til sedimentære fjell i en generell horisontal retning (parallell til lagdelte lag til fjellet) å være svært forskjellig fra, og typisk større enn, verdien for strømning i en generelt vertikal retning. Dette oppstår ofte fra vekslende horisontale lag som består av små og mindre dimensjonerte formasjonspartikler slik som forskjellige størrelse på sandkorn eller leire. Hvor permeabiliteten er svært anisotropisk, er bestemmelse av tilstedeværelsen og i hvilken grad av anisotropisk viktig for en økonomisk produksjon av hydrokarboner.

Et typisk verktøy for å måle permeabiliteten inkluderer et forseglende element som blir presset mot veggen til et borehull for å forsegle en del av veggen eller en seksjon til ringrommet fra det øvrige ringrommet til borehullet. I noen verktøy er en enkelt åpning eksponert til det forseglende ringrommet og en nedtappingsprøve som beskrevet ovenfor blir gjennomført. Verktøyet blir deretter flyttet for å forsegle og prøve en annen lokasjon i borehullet gjennom formasjonen. I andre verktøy finnes det flere åpninger på et enkelt verktøy. De flere åpningene blir benyttet samtidig for å prøve flere punkter på veggen til borehullet eller innenfor en eller flere forseglede ringromsseksjoner.

For eksempel, vedrører US 2 747 401 et formasjonstesteverktøy som omfatter to eller tre porter eller åpeninger. I verktøyet på figur 1, er avstanden spesifisert til 4 cm mellom de to åpningene. I forbindelse med de tre åpningene vist på figur 3 er avstanden mellom portene fortrinnsvis den samme.

Forholdet mellom formasjonstrykket og reaksjonen på en trykkforstyrrelse slik som en nedtappingsprøve er vanskelig å måle. På grunn av dette er ned-tappingsverktøy slik som de som er beskrevet ovenfor er ikke i stand til å måle nøyaktig effekten av formasjonstrykket forårsaket av nedtappingsprøven.

I tilfellet med et verktøy med én enkelt åpning er tiden som er nødvendig for å endre posisjonen til åpningen lenger en tiden som er nødvendig for formasjonen å stabilisere seg. Derfor har ikke prøven ved et punkt nesten ingen effekt på en prøve ved et annet punkt som gjør korrelasjonsdata mellom de to punktene av liten verdi. I tillegg er avstanden mellom prøvepunktene er nå kjent å være kritisk under nøyaktig måling av permeabiliteten. Når et verktøy blir flyttet for å endre åpningens posisjon, er det vanskelig å håndtere avstanden mellom prøve-punktene med den presisjonen som er nødvendig for å gjøre en gyldig måling.

Et verktøy med flere åpninger er bedre en et verktøy med en enkelt åpning på den måten at flere åpninger bidrar til å redusere tiden som er nødvendig for å prøve mellom to eller flere punkter. Den fortsatte ulempen som er beskrevet ovenfor for verktøy med flere åpninger er at avstanden mellom åpningen er for stor for nøyaktige målinger.

Oppsummering av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse tar for seg de ulempene som er beskrevet ovenfor ved å skaffe til veie en anordning og fremgangsmåte som er i stand til å engasjere et borehull som gjennomløper en fluidbærende formasjon for å måle parametere til formasjonen og fluidene denne inneholder.

Det er tilveiebrakt en anordning for å bestemme en parameter av interesse slik som permeabiliteten til en underjordisk formasjon. Anordningen omfatter en arbeidsstreng for transport av et verktøy inn i et brønnhull, i det minste en selektivt utvidbar komponent som er anordnet på arbeidsstrengen. Når denne er utstrakt er den i det minste ene utvidbare komponenten i tettende inngrep med borehullets vegg og isolerer en del av det ringrommet som finnes mellom arbeidsstrengen og borehullet. I det minste to åpninger i arbeidsstrengen er eksponert for formasjonsfluidet i det isolerte ringrommet. Avstanden mellom åpningene er proporsjonal med radiusen til en kontrollåpning for å skaffe til veie en effektiv responsmåling. En sensor er operativt forbundet med hver åpning anordnet på arbeidsstrengen for å måle i det minste en karakteristikk slik som trykket til fluidet i den isolerte seksjonen.

I tillegg til det fremskaffede verktøyet, er det skaffet til veie en fremgangsmåte for å bestemme en parameter av interesse fra en underjordisk formasjon på stedet ved å transportere en arbeidsstreng inn i et brønnhull. Arbeidsstrengen og borehullet har et ringrom som strekker seg mellom borehullet og en vegg i borehullet. I det minste én selektivt utvidbar komponent er plassert på arbeidsstrengen for å isolere en del av ringrommet. I det minste to åpninger er eksponert til et fluid i det isolerte ringrommet, og i det minste to åpninger er adskilt fra hverandre med en forhåndsbestemt avstand som er proporsjonal med størrelsen til i det minste den ene av åpningene. En måleanordning blir benyttet for å bestemme i det minste en karakteristikk til fluidet i den isolerte delen som indikerer en parameter som er av interesse.

De nye trekkene med denne oppfinnelsen, i tillegg til selve oppfinnelsen, vil best kunne bli forstått fra de vedlagte tegningene, sett i sammenheng med i den etterfølgende beskrivelsen, i hvilken de samme referansebokstaver referer til like deler, og der;

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1 er et forhøyet snitt av et offshore boresystem ifølge en utførelses-form av foreliggende oppfinnelse. Figur 2 er en skjematisk representasjon av en anordning ifølge foreliggende oppfinnelse. Figur 3A viser en kunnskapsbasert graf av trykk forholdstall mot radius forholdstall for en nedtappingsprøve ved gitte parametere. Figur 3B viser en effekt av en forstyrrelse av formasjonstrykket slik som prøven i figur 3A. Figur 4A-4C viser tre separate utførelsesformer av åpningsseksjonen til en prøvestreng ifølge foreliggende oppfinnelse hvorved hver åpning til et flertall av åpninger er anordnet på en motsvarende selektivt utvidbar putekomponent. Figur 5A-5C viser tre alternative utførelsesformer til foreliggende oppfinnelse hvor flere åpninger er aksialt og spiralanordende fordelte og integrerte med en oppblåsbar pakker for å utføre vertikale og horisontale permeabilitets-prøver. Figur 6 viser en annen utførelsesform av et verktøy ifølge foreliggende oppfinnelse hvorved verktøyet er transportert på en wireline. Figur 7 er en alternativ wireline utførelse av foreliggende oppfinnelse hvorved et flertall av putekomponenter er anordnet slik at åpningene 216 er plasserte på putekomponentene er adskilte med en avstand som i all hovedsak er i samme planet til hverandre omkring omkretsen til verktøyet for å tillate bestemmelse av horisontal permeabilitet til formasjonen. Figur 8 er en annen wireline utførelsesform av foreliggende oppfinnelse hvorved flertallet av putekomponentene er spiralanordnet med en avstand omkring omkretsen til verktøyet for å tillate bestemmelse av komposisjonen til den horisontale permeabiliteten til formasjonen. Figur 9 er en annen utførelsesform ifølge foreliggende oppfinnelse hvorved prøveåpninger 216 er integrert i en pakker i et aksialt arrangement. Figur 10 er en annen utførelsesform ifølge foreliggende oppfinnelse hvorved et flertall av åpninger er arrangert i all hovedsak i det samme planet til hverandre omkring omkretsen til verktøyet for å tillate bestemmelse av den horisontale permeabiliteten til formasjonen. Figur 11 er en alternativ wireline utførelsesform ifølge foreliggende oppfinnelse hvorved et flertall av åpninger er arrangert spiralanordnet omkring omkretsen til verktøyet for å tillate og bestemme komposisjonen av horisontal permeabilitet og vertikal permeabilitet til formasjonen.

Beskrivelse av de fortrukne utførelsesformene

Figur 1 er en typisk borerigg 102 med et brønnborehull 104 som blir boret inn i den underjordiske formasjonen 118, som det er godt forstått av de som behersker teknikken. Boreriggen 102 har en arbeidsstreng 106 hvilken i den viste utførelsesformen er en borestreng. Borestrengen 106 haren bunnende sammen-stilling (BHA) 107, og festet til denne er det en borekrone 108 for boring av borehullet 104. Foreliggende oppfinnelse er også nyttig i andre borestrenger, og den er nyttig med sammenføyde rør så vel som kveilrør eller borestreng med liten diameter slik som et snubberør. Boreriggen 102 er vist posisjonert på et boreskip 122 med et stigerør 124 som strekker seg fra boreskipet 122 til vannspeilet 120.

Foreliggende oppfinnelse kan også bli tilpasset for å benyttes på landbaserte borerigger.

Dersom aktuelt kan borestrengen 106 ha en nedihulls boremotor 110 for å rotere borekronen 108. Innebygget i borestrengen 106 ovenfor borekronen 108 er det en typisk prøveenhet hvilken kan ha i det minste en sensor 144 for å avlese nedihulls karakteristikker til borehullet, borekronen og reservoaret. Typiske sensorer avleser karakteristikker slik som temperatur, trykk, hastigheten til borekronen, dybde, gravitasjon, orientering, asimut, fluidtetthet, dielektrisitet etc. BHA 107 inneholder også anordningen for formasjonsprøving 116 til foreliggende oppfinnelse hvilken skal bli beskrevet i ytterligere detalj heretter. Et telemetri-system 112 er plassert ved en passende lokasjon på borestrengen 106 slik som ovenfor prøveanordningen 116. Telemetrisystemet 112 benyttes for kommunikasjon av instrukser og data mellom overflaten og prøveanordningen 116.

Figur 2 er en skjematisk representasjon av en anordning ifølge foreliggende oppfinnelse. Systemet inkluderer overflatekomponenter og nedihulls komponenter for å utføre formasjonsprøving under boreoperasjoner (FTWD). Et borehull 104 er vist boret inn i en formasjon 118 som inneholder et formasjonsfluid 216. Plassert i borehullet 104 er det en borestreng 106. De nedihulls komponentene er transportert på borestrengen 106, og overflatekomponentene er plassert ved hensiktsmessige lokasjoner på overflaten. En typisk kontroller 202 ved overflaten inkluderer et kommunikasjonssystem 204, en prosessor 206 og en inngangs/- utgangsanordning 208. Inngangs/utgangsanordningen 208 kan være et hvilket som helst kjent grensesnitt slik som en personlig datamaskin, datamaskinterminal, pekeskjerm, tastatur eller posisjonspeker. En fremvisningsenhet slik som en

skjerm kan bli inkludert sanntid monitorering av brukeren. En skriver kan benyttes når det ønskes en hardkopi rapport, og med et lagringsmedium slik som CD, tape eller disk, kan data bli fremskaffet nedihulls bli lagret for levering til en kunde eller for fremtidige analyser. Prosessoren 206 blir benyttet for prosessering av instrukser som skal overføres nedihulls og for prosessering av data mottatt fra kommunikasjonssystemet nedihulls 204. Kommunikasjonssystemet på overflaten 204 inkluderer en mottager for mottagelse av data som er overførte fra nedihulls og overføring av dataene til prosessoren ved overflaten for evaluering og fremvisning. En transmitter er også inkludert med kommunikasjonssystemet 204 for å sende instrukser til de nedihulls komponentene. Telemetri er typisk slam-

pulset telemetri som er vel kjent i teknikken. Likevel, hvilket som helst telemetri-system som er hensiktsmessig for en spesifikk anvendelse kan bli benyttet. For eksempel ville wireline anvendelser fortrinnsvis benytte kabel telemetri.

En nedihulls to-veis kommunikasjonsenhet 212 og en energitilførsel 213 kjent i teknikken er plassert i borestrengen 106. Den to-veis kommunikasjonen 212 inkluderer en transmitter og en mottager for to-veis kommunikasjon med kontrolleren 202 på overflaten. Energitilførselen 213, typisk en slamturbin generator, skaffer til veie elektrisk energi for å drive de nedihulls komponentene. Energitilførselen kan også være et batteri eller hvilken som helst annen hensiktsmessig anordning.

En kontroller 214 er vist anordnet på borestrengen 106 under den to-veis kommunikasjonsenheten 212 og energitilførselen 213. En nedihulls prosessor (ikke vist separat) er foretrukket når det benyttes slampuls telemetri eller når prosesseringsinstrukser og data nedihulls er ønsket. Prosessoren er typisk integrert i kontrolleren 214 med kan også være lokalisert ved andre hensiktsmessige lokasjoner. Kontrolleren 214 benytter forhåndsprogrammerte fremgangsmåter, instrukser igangsatte fra overflaten eller en kombinasjon for å kontrollere nedihulls komponenter. Kontrolleren styrer utvidbare ankere, stabiliserende og forseglende elementer slikt som selektivt utvidbare gripeklør 210 og putekomponenter 220A-C.

Gripeklørne 210 er vist anordnet på borestrengen 106 generelt motsatt putekomponentene 220A-C. Gripeklørne kan også være plasserte i andre orienteringer i forhold til putekomponentene. Hver gripeklo 210 har en ru endeflate 211 for å engasjere veggen til borehullet til ankeret til borestrengen 106. Ankeret til borestrengen virker som beskyttelse for myke komponenter slik som en elastomerisk eller annet passende forseglende materiale plassert på enden til putekomponentene 220A-C fra skade på grunn av bevegelse av borestrengen. Gripeklørne 210 ville være svært ønskede i offshore systemer slik som en som er vist i figur 1, fordi bevegelsen som er forårsaket av hevinger kan forårsake for tidlig slitasje på de forseglende komponentene.

Anordnet på borestrengen 106 i hovedsak motstående gripeklørne 210 er det i det minste to eller fortrinnsvis i det minste tre putekomponenter 220A-C for å komme i inngrep med veggen til borehullet. Et putestempel 222A-C er benyttet til å utvide hver pute 220A-C til veggen til borehullet, og hver enkelt pute 220A-C forsegler en del av ringrommet 228 fra det øvrige av ringrommet. Kanaler som ikke er viste kan bli benyttet for å lede trykksatt fluid for å utvide stemplene 222A-C hydraulisk, eller stemplene 222A-C kan bli utvidet ved å benytte en motor. En åpning 224A-C plassert på hver pute 220A-C har i all hovedsak et sirkulært tverrsnitt med en åpningsradius Rp. Fluidet 216 har en tendens til å gå inn i et forseglet ringrom når trykket ved en tilsvarende åpning 224A-C faller under trykket til den omliggende formasjonen 118. En nedtappingspumpe 238 anordnet på borestrengen 106 er forbundet til en eller flere av åpningene 224A-C. Pumpen 238 må være i stand til å kontrollere uavhengig et nedtappingstrykk i hver åpning til hvilken pumpen er i forbindelse med.

Pumpen 238 kan være en enkelt pumpe i stand til å kontrollere nedtappingstrykk ved en valgt åpning. Pumpen 238 kan i alternativet være et flertall av pumper med hver pumpe som kontrollerer trykket ved en valgt motsvarende åpning. Den foretrukne pumpen er en typisk positiv fortregningspumpe slik som en stempelpumpe. Pumpen 238 inkluderer en energikilde slik som en slamturbin eller elektrisk motor benyttet til å operere pumpen. En kontroller 214 er anordnet på borestrengen og er i forbindelse med pumpen 238. Kontrolleren styrer opera-sjonen til pumpen 238 som inkluderer å velge en åpning for nedtapping og kontroll av nedtappings parametere.

For prøveoperasjoner aktiverer kontrolleren 214 pumpen 238 for å redusere trykket i det minste den ene av åpningene 224A-C for hvilket med hensyn for denne søknaden skal benevnes kontrollåpning 224A. Det reduserte trykket forårsaker en trykkforstyrrelse i formasjonen som skal bli beskrevet her senere i større detalj. En trykksensor 226A er i fluid kommunikasjon med åpningen 224A måler trykket ved kontrollåpningen 224A. Trykksensorene 226B og 226C er i fluid kommunikasjon med de andre åpningene 224B og 224C (heretter omtalt som avleseråpninger) er benyttet til å måle trykket ved hver av de avlesende åpningene 224B og 224C. Føleåpningene 224B og 224C er aksialt, vertikalt eller spiralanordnet med en avstand fra kontrollåpningen 224A, og trykkmålingene ved avleseråpningene 224 og 224C er indikative til permeabiliteten til formasjonen som blir prøvet når den blir sammenlignet med trykket til kontrollåpningen 224A. For pålitelig og nøyaktig bestemmelse av formasjonens permeabilitet, må åpningene være adskilte med en avstand som er i forhold til størrelsen til hver åpning. Dette størrelsesavstandsforholdet vil bli diskutert med referanse til figur 3A og 3B.

Figur 3A viser en kunnskapsbasert graf av trykkforholdstallet mot radius-forholdstallet for en nedtappingsprøve ved gitte parametere. Parametrene som påvirker grafen og deres tilknyttede enheter er formasjonens permeabilitet (k) målt i milli-darcys (md), prøvens strømningshastighet (q) målt i kubikkcentimeter per sekund (cm<3>/s) og nedtappingstiden (td) målt i sekunder (s). Grafen til figur 3A er verdiene valgt er k = 1 md, q = 2 cm<3>/s og td = 600 s. I grafen er PD et dimensjons-løst forholdstall til trykket forbundet med en typisk nedtappingsprøve. Ligningen 1 kan beskrive dette forholdet som følger.

I ligning 1, er Pf = formasjonstrykket, Pmin = minimumstrykket ved åpningen under nedtappingsprøven, og P = trykket ved åpningen ved en hvilken som gitt tid. RD er et dimensjonsløst forholdstall til radius forbundet med et brønnborehull og en prøveanordning slik som anordningen i figur 2. Ligning 2 beskriver Rd.

I ligning 2, R = radiusen fra sentret til borehullet til et hvilket som helst gitt punkt inne i formasjonen. Rw = radiusen til borehullet, og Rp = den effektive radiusen til verktøyets probeåpning. Hvilken som helst dimensjon for avstand for avstanden er passende, og i dette tilfellet blir det benyttet centimeter.

En viktig observasjon skal gjøres i grafen til figur 3A. Grafen Pd ved observasjonsintervallene til t = 0.1s gjennom t = 344s. Pd blir også i all hovedsak konstant etter at Rd er større enn 6.5 for t = 0.1 s og også når Rd er større enn omtrent 12 for t >= 5.0s. Denne betyr at forandringer i formasjonstrykket basert på en forstyrrelse slik som nedtappingsprøven ved en åpningslokasjon er nesten ikke-eksisterende i formasjonen bortenfor omkring 12 x radiusen til åpningen (Rp) som danner forstyrrelsen.

Figur 3B viser effekten av en forstyrrelse i formasjonstrykket slik som prøven i figur 3A. Figur 3B viser en kontrollåpning 224A ved et gitt tidspunkt hvor trykket ved åpningen har blitt redusert og dermed forstyrrer formasjonstrykket Pf.

Hver halvsirkulære linje med trykkgradient er et tverrsnitt til den faktiske effekten, hvilken er en halvkuleaktig utbredelse av forstyrrelsen som har utgangspunkt ved sentret til kontrollåpningen 224A. Hver linje representerer forholdet til trykket i forhold til det initielle formasjonstrykket Pf til trykkforstyrrelsen ved en distanse Rf fra kontrollåpningen 224A. Avstanden til hver enkelt linje er et flertall av radiusene til åpningen Rp inn i formasjonen. Ved Rf = 5 X Rp er trykkforholdet Pd = 0.85. Med dette trykket menes trykket i formasjonen x det initielle trykket Pf ved en avstand av Rf = 5 x Rp borte fra sentrert til kontrollåpningen 224A. Ved 12 x Rp er formasjonstrykket i prinsippet ikke påvirket av trykkforstyrrelsen Pp ved kontrollåpningene 224A.

Som det er nevnt ovenfor, er forstyrrelsesmønstret i all hovedsak sfærisk og kommer opprinnelig fra sentret til kontrollåpningen 224A, og dermed definerer avstander på 5 x Rp og 12 x Rp også lokasjoner langs en borestreng 106 og omkring omkretsen til borestrengen 106 som huser kontrollåpningen 224A relativt til kontrollåpningen 224A. Derfor, ved å referere tilbake til figur 2, må avstanden D mellom kontrollåpningen 216A og hvilken som helst av de andre avleseråpningene 224B og 224C være valgt basert på størrelsen til åpningen mellom borehullet slik at Pd er maksimalisert. Den foretrukne avstanden mellom åpningene for foreliggende oppfinnelse ligger i et verdiområde mellom 1 og 12 ganger radiusen til kontrollåpningen 224A.

Permeabiliteten til en formasjon har vertikale og horisontale komponenter. Vertikal permeabilitet er permeabiliteten til en formasjon i en retning som hovedsaklig er vinkelrett til jordens overflate, og horisontal permeabilitet er permeabiliteten til en formasjon i en retning som er hovedsaklig parallell til overflaten og vinkelrett til den vertikale permeabilitetsretningen. Utførelsesformen som er vist i figur 2 er en måte å måle vertikal permeabilitet på. Utførelsesformene som følger er forskjellige konfigurasjoner ifølge foreliggende oppfinnelse for å måle vertikal permeabilitet, horisontal permeabilitet og kombinert vertikal og horisontal permeabilitet.

Figur 4A-C viser tre separate utførelsesformer til åpningsseksjonen til en prøvestreng ifølge foreliggende oppfinnelse hvorved hver åpning til et flertall av åpninger er anordnet på en motsvarende selektivt utvidbar putekomponent. Figur 4A viser selektivt utvidbare putekomponenter. Figur 4A viser selektivt utvidbare putekomponenter 220A-C anordnet i konfigurasjonen vist i figur 2. Gripeklør 210 er generelt anordnet motstående for putekomponentene for å ankre borestrengen og for å skaffe til veie en motsatt rettet kraft for å utvide puteelementene 220A-C. Den rette linjeavstanden D mellom kontrollåpningen 224A og en av avleseråpningene 224B eller 224C må samsvare med avstanden som er beregnet som beskrevet ovenfor.

Figur 4B viser et flertall av selektivt utvidbare putekomponenter som er plasserte omkring omkretsen til borestrengen 106. Avstanden D langs omkretsen mellom hver avleseråpning 224B og 224C og kontrollåpningen 224A er valgt basert på kriteriene som er definert ovenfor.

I denne konfigurasjonen kan horisontal permeabilitet bli målt i et vertikalt orientert borehull.

Figur 4C er et sett av selektivt utvidbare putekomponenter 220A-C spiralanordnet og plassert omkring omkretsen til en borestreng 106.1 denne konfigurasjonen kan det tas en avgjørelse vedrørende den sammensatte horisontale permeabiliteten og den vertikale permeabiliteten til formasjonen. Den heliske avstanden D mellom kontrollåpningen 224A og hvilken som helst av avleseråpningene 224A eller 224C må bli valgt som diskutert ovenfor.

En annen velkjent komponent i forbindelse med formasjonsprøving er en pakker. En pakker er typisk en oppblåsbar komponent som er plassert på en borestreng og benyttet for å forsegle (eller stenge inn) et borehull. Pakkeren er typisk blåst opp ved å pumpe boreslam fra borestrengen inn i pakkeren. Figur 5A-5C viser tre alternative utførelsesformer til foreliggende oppfinnelse hvorved et flertall av åpninger er aksialt og spiralanordnet og er integrert i en oppblåsbar pakker for utførelse av vertikale og horisontale permeabilitetsprøver. Figur 5A viser en selektiv utvidbar pakker 502 som er plassert på en borestreng 106. Integrert i pakkeren 502 er det aksialt avstandfordelte åpninger 224A-224C. Når pakkeren er oppblåst forsegler pakkeren mot veggen til et borehull. De aksialt avstandssatte åpningene er dermed presset mot veggen. Den rette linjeavstanden D mellom kontrollåpningen 224A og enten åpningen 224B eller 224C er valgt i samsvar med de kravene som er diskutert ovenfor. Figur 5B viser en selektiv utvidbar pakker 502 som er plassert på en borestreng 106. Åpningene 224A-C er plassert omkring omkretsen til pakkeren 502. For denne konfigurasjonen, skal det planet som skjærer et senter til åpningene være hovedsaklig vinkelrett til aksen 504 til borestrengen. Avstanden D langs omkretsen mellom kontrollåpningene 224A og en av avleseråpningene 224B og 224C er valgt basert på kriteriene som er definert ovenfor. I denne konfigurasjonen kan horisontal permeabilitet bli målt i en vertikal orientert borehull. Figur 5C viser en selektiv utvidbar pakker 502 som er plassert på en borestreng 106. Åpningene 224A-C er integrerte med og spiralanordnet omkring omkretsen til den utvidbare pakkeren 502.1 denne konfigurasjonen kan det gjøres en bestemmelse vedrørende den sammensatte horisontale permeabiliteten og den vertikale permeabiliteten til en formasjon. For en spiralkonfigurasjon, er åpningene 224A-C plasserte horisontalt og aksialt fra hverandre omkring omkretsen til pakkeren 502. Den heliske avstanden D mellom kontrollåpningen 224A og hvilken som helst av de avleseråpningene 224B eller 224C er beskrevet ovenfor. Figur 6 viser en annen utførelsesform til et verktøy ifølge foreliggende oppfinnelse hvor verktøyet blir transportert på en wireline. En brønn 602 er vist når den gjennomtrenger en formasjon 604 som inneholder formasjonsfluid 606. Brønnen 602 har en foring 608 som er plassert på veggen til et borehull 610 fra overflaten 612 til et punkt 614 ovenfor bunnen til brønnen 616. Et wireline verktøy 618 som er støttet av en armert kabel 620 er plassert i brønnen 602 tilstøtende den fluidbærende formasjonen 604. Fra verktøyet 618 strekker det seg gripeklør 622 og putekomponenter 624A-C. Gripeklørne og putekomponentene 624 er som beskrevet i utførelsesformene vist i figur 2. Hver putekomponent 624 har en åpning 628A-C, og åpningene 628A-C er vertikalt adskilte ifølge kravene for avstand som er beskrevet med hensyn til figur 3A og 3B. En kontrollenhet ved overflaten 626 kontrollerer det nedihulls verktøyet 618 via den armerte kabelen 620 hvilken også er en leder for å lede energi til og signaler til og fra verktøyet 618. En kabelskive 627 er benyttet for å lede den armerte kabelen 620 inn i brønnen 602.

Det nedihulls verktøyet 618 inkluderer en pumpe, et flertall av målere, kontrollenhet, og et to-veis kommunikasjonssystem som det er beskrevet ovenfor for den utførelsesformen som er vist i figur 2. Derfor er disse komponentene ikke vist separat i figur 6.

Figur 7 er en alternativ wireline utførelsesform til foreliggende oppfinnelse. I denne utførelsesformen, med unntak av gripeklørne 622 (figur 6) er alle komponentene til en wireline anordning som beskrevet ovenfor med hensyn til figur 6 er til stede i utførelsesformen i figur 7. Forskjellen mellom utførelsesformene i figur 7 og den utførelsesformen i figur 6 er flertallet med putekomponent i figur 7 er arrangert slik at åpningene 628A-C plassert på putekomponentene 624A-C er avstandsfordelte hovedsaklig i det samme planet til en annen omkring omkretsen til verktøyet 618 for å tillate å bestemme den horisontale permeabiliteten til formasjonen 604.

Figur 8 er en annen wireline utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. I denne utførelsesformen er alle komponentene på en wireline anordning beskrevet som ovenfor med hensyn til figur 6 til stede. Forskjellen mellom den utførelses-formen i figur 8 og den utførelsesformen i figur 6 er at flertallet av putekomponenter 624A-C i figur 8 er arrangert med en avstand spiralanordnet omkring omkretsen til verktøyet 618 for å tillate bestemmelse av den sammensatte horisontale og vertikale permeabiliteten til formasjonen 604. Figur 9 er enda en alternativ wireline utførelsesform til foreliggende oppfinnelse hvorved prøveåpningene 628A-C er integrerte inn i en pakker 502 i et aksialt arrangement som det er beskrevet ovenfor med hensyn til figur 5A. I denne utførelsesformen er en wireline anordning beskrevet med hensyn til figur 6 med unntak av putekomponentene 624A-C og gripeklørne 622.1 stedet for utvidbare putekomponenter 624A-C, inkluderer en oppblåsbar pakker 502 slik som en pakker som er beskrevet med hensyn til figur 5A-C i det minste to og fortrinnsvis i det minste tre prøveåpninger 628A-C. En prøveåpning er kontrollåpningen 628A og de andre åpningene er avleseråpningene 628B og 628C for å avlese virkingen på formasjonstrykket ved lokasjonen til prøveåpningen forårsaket av reduksjonen av trykket ved kontrollåpningen 628A. Åpningene i figur 9 er viste med en aksiell avstand, som i figur 5A, for bestemmelse av den vertikale permeabiliteten til formasjonen 604 når brønnen 602 i hovedsak er vertikal. Figur 10 er en alternativ wireline utførelsesform til foreliggende oppfinnelse. I denne utførelsesformen er alle komponentene til en wireline anordning som beskrevet ovenfor med hensyn til figur 9 til stede. Forskjellen mellom utførelses-formen i figur 10 og utførelsesformen i figur 9 er at flertallet av åpninger 628A-C i figur 10 er arrangert med en avstand i all hovedsak er i samme planet til hverandre omkring omkretsen til verktøyet 618 som i figur 5B for å tillate bestemmelse av en horisontal permeabilitet til formasjonen 604.

Verktøyet til figur 10 kan bli benyttet under boring av et horisontalt borehull. I dette tilfellet, kan det benyttes en anordning som avleser orienteringen slik som en akselerasjonsmåler for å bestemme orienteringen til hver enkelt av åpningene 628A-C. Kontrolleren (se figur 2 ved 214) kan bli benyttet for å velge en åpning på oversiden av verktøyet for å foreta målingene som beskrevet ovenfor.

Figur 11 er en alternativ wireline utførelsesform til foreliggende oppfinnelse. I denne utførelsesformen er alle komponentene til en wireline anordning som beskrevet ovenfor med hensyn til figur 9 til stede. Forskjellen mellom utførelses-formen i figur 11 og utførelsesform i figur 9 er at flertallet av åpninger 628A-C i figur 10 er arrangert spiralt omkring omkretsen til verktøyet 618 som i figur 5C for å tillate bestemmelse av en kombinert horisontal permeabilitet og en vertikal permeabilitet til formasjonen 604.

Andre utførelsesformer og mindre variasjoner er antatt å være innenfor formålet med denne oppfinnelsen. For eksempel kan åpningene 216A-216C inneha en annen form en den med det hovedsaklige sirkulære tverrsnittet. Åpningene kan være avlange, firkantede eller en hvilken som helst annen hensiktsmessig form. Uansett hvilken form som blir benyttet, må Rp være avstanden fra sentret til åpningen til en kant nærmest sentret til kontrollåpningen. Kanten til kontrollåpningen og en tilstøtende avleseråpning må være med en avstand som diskutert ovenfor med hensyn til figur 3A og figur 3B.

Nå når system utførelsesformer av oppfinnelsen har blitt beskrevet, vil det bli beskrevet en fremgangsmåte for prøving av formasjonens permeabilitet ved anvendelse av anordningen i figur 1 og 2. Ved først å referere til figur 1 og 2, er det transportert et verktøy ifølge foreliggende oppfinnelse inn i en brønn 104 på en borestreng 106, brønnen 104 gjennomtrenger en formasjon 118 som inneholder formasjonsfluid. Borestrengen 106 er ankret til veggen til borehullet ved å strekke ut et flertall av gripeklør 210. I det minste to eller fortrinnsvis tre putekomponenter 220A-C er strakt ut inntil hver av dem er brakt i forseglende kontakt med veggen 244 til borehullet. En kontrollåpning 224A er eksponert til den forseglende seksjonen slik at kontrollåpningen er i fluidkommunikasjon med formasjonsfluidet i formasjonen 118. Ved å anvende en pumpe, blir fluidtrykket ved kontrollåpningen 224A redusert for å forstyrre formasjonstrykket i formasjonen 118. Det nivået til hvilket trykk ved kontrollåpningen 224A blir redusert blir avlest ved å benytte en sensor 226A. Trykkforstyrrelsen forplanter seg gjennom formasjonen og virkningen av forstyrrelsen er dempet basert på permeabiliteten til formasjonen. Den dempede trykkforstyrrelsen er avlest ved sensoråpningene av sensorene 226B og 226C plassert i fluid kommunikasjon med sensoråpningene 224B og 224C. I det minste en parameter av interesse slik som formasjonstrykket, temperatur, fluid dielektrisk konstant eller motstand er avlest med sensorene 224A-C, og den nedihulls kontrolleren/prosessoren 214 er benyttet til å bestemme formasjonstrykket og permeabiliteten eller hvilken som helst annen ønsket parameter til fluidet eller formasjonen.

Prosesserte data blir så overførte til overflaten ved å benytte en to-veis kommunikasjonsenhet 212 plassert nedihulls på borestrengen 106. Ved å benytte en kommunikasjonsenhet 204 ved overflaten, blir de prosesserte dataene mottatt og sendt videre til prosessoren 206 ved overflaten. Fremgangsmåten omfatter videre prosessering av data ved overflaten for avgivelse til en fremvisingsenhet, skriver eller lagringsenhet.

Alternative fremgangsmåter er ikke begrenset til den fremgangsmåten som er beskrevet ovenfor. Verktøyet kan bli transportert på en wireline. Også, hvorvidt den er transportert på en wireline eller en borestreng, kan åpningene 224A-C bli konfigurert aksialt, horisontalt eller spiralmessig med hensyn til en senterakse til verktøyet. Åpningene 224A-C kan også bli utvidet ved å benytte en utvidbar putekomponent som diskutert ved å anvende en utvidbar pakker.

Mens den spesifikke oppfinnelsen som den er vist og beskrevet her i detalj er fullt i stand til å oppnå de formålene og oppnå de fordelene som er nevnte før her, skal det være forstått at denne beskrivelsen kun er av illustrativ art for den foreliggende oppfinnelses foretrukne utførelsesformer og at ingen begrensninger er tiltenkte andre enn de som er beskrevne i de vedlagte krav.

Claims (17)

1. Anordning for bestemmelse in situ av en parameter av interesse av en undergrunnsformasjon (118), som omfatter: en arbeidsstreng (106) for føring av et verktøy (107) inn i et borehull (104), idet borehullet og verktøyet har et ringrom (228) som strekker seg mellom verktøyet og veggen i borehullet; minst én selektivt utvidbar komponent (220A-C, 624A-C) montert på verktøyet (618), som er i stand til å isolere en andel av ringrommet; og minst to åpninger (224A-224C) i verktøyet (618), der åpningene kan blottstilles for et formasjonsfluid i det isolerte ringrommet (228), idet anordningen er karakterisert ved: at en avstand (D) mellom de i det minste to åpningene (224A-224C) er basert på størrelsen av én av de minst to åpningene (224A-224C) og størrelsen på borehullet (104) slik at et trykkforhold (P) basert på et formasjonstrykk og et trykk relatert til en av de minst to portene er hovedsakelig maksimum; og en måleanordning for bestemmelse av minst én fluidegenskap i den isolerte seksjonen, der egenskapen er indikerende for parameteren av interesse.

2. Anordning ifølge krav 1, hvorved arbeidsstrengen (106) er valgt fra en gruppe bestående av (i) et sammenføyd rør; (ii) et kveilrør; og (iii) en wireline.

3. Anordning ifølge krav 1, hvorved parameteren av interesse er valgt fra en gruppe bestående av (i) vertikal permeabilitet; og (ii) horisontal permeabilitet; og (iii) en kombinert vertikal permeabilitet og horisontal permeabilitet.

4. Anordning ifølge krav 1, hvor den i det minste ene selektivt valgte utvidbare komponenten i det minste er to selektivt to utvidbare komponenter (220A-C, 624A-C).

5. Anordning ifølge krav 4, hvorved de i det minste to selektivt valgte utvidbare komponentene (220A-C, 624A-C) er operativt i forbindelse med en motsvarende ene av de i det minste to åpningene (224A-224C).

6. Anordning ifølge krav 1, hvor de i det minste to åpningene (224A-224C) er plasserte i arbeidsstrengen (106) i et arrangement valgt fra en gruppe omfattende av (i) et aksielt arrangement; et horisontalt arrangement; og (iii) spiralarrangement.

7. Anordning ifølge krav 1, hvorved måleanordningen inkluderer i det minste en trykksensor (226A-C).

8. Anordning ifølge krav 7, hvorved den i det minste ene trykksensoren (226A-C) i det minste er to trykksensorer (226A-C).

9. Anordning ifølge krav 8, hvorved hver av de i det minste to åpningene (224A-224C) er i fluid kommunikasjon med en motsvarende en av i de i det minste to trykksensorene (226A-C).

10. Anordning ifølge krav 1, hvorved måleanordningen omfatter: (i) i det minste en trykksensoren (226A-C) (ii) en prosessor (206, 214) for prosessering av et utgangssignal til i det minste en trykksensoren (226A-C); og (iii) en nedihulls to-veis kommunikasjonsenhet (212) for overføring av et første signal som indikerer en parameter av interesse til en lokasjon ved overflaten.

11. Anordning ifølge krav 10, videre omfattende: (A) en to-veis kommunikasjonsenhet (204) ved overflaten for overføring av et andre signal til den to-veis nedihulls kommunikasjonsenheten (212) og for å motta det første signalet; (B) en prosessor (206) ved overflaten i forbindelse til det to-veis kommunikasjonssystemet (204) ved overflaten, prosessoren (206) for prosessering av det første signalet og for det andre signalet til den to-veis kommunikasjonenhet (204) ved overflaten; og (C)en anordning for inngang/utgang i forbindelse med prosessoren (206) ved overflaten til et brukergrensesnitt.

12. Fremgangsmåte for bestemmelse av en parameter av interesse til en underjordisk formasjon på stedet, omfattende: (a) transportering av et verktøy på en arbeidsstreng inn i et borehull, verktøyet og borehullet har et ringrom som strekker seg mellom verktøyet og veggen til borehullet; (b) utstrekking av i det minste en selektiv utvidbar komponent for isolering av en del av ringrommet mellom verktøyet og veggen til borehullet; karakterisert ved: (c) eksponering av i det minste to åpninger (224A-224C) for et formasjonsfluid i den isolerte regionen, hvori avstanden mellom de to åpningene (224A-224C) er basert på størrelsen av én av de minst to åpningene (224A-224C) og størrelsen på borehullet (104) slik at et trykkforhold som relateres til nedtrekk av formasjonsfluidet av en av de to portene er hovedsakelig maksimum; (d) anvendelse av en måleanordning for å bestemme i det minste en karakteristikk for fluidet i den isolerte seksjonen som indikerer en parameter av interesse.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, hvorved transport av et verktøy (618) på en arbeidsstreng (106) benytter en arbeidsstreng valgt fra en gruppe bestående av (i) et borerør; (ii) et kveilrør; og (iii) en wireline.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12, hvorved bestemmelse av en parameter av interesse er bestemmelse av permeabiliteten til formasjonen (118, 604).

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, hvorved bestemmelse av permeabiliteten er bestemmelse av permeabiliteten valgt fra en gruppe bestående av (i) vertikal permeabilitet; og (ii) horisontal permeabilitet; og (iii) en kombinert vertikal permeabilitet og horisontal permeabilitet.

16. Fremgangsmåte for bestemmelse av permeabiliteten til en underjordisk formasjon på stedet, omfattende (a) transport av et verktøy (618) på en arbeidsstreng inn i et borehull, verktøyet (618) og borehullet har et ringrom som strekker seg mellom verktøyet (618) og veggen i borehullet; (b) utvidelse av i det minste en selektivt utvidbar komponent for å isolere en del av ringrommet mellom verktøyet (618) og veggen til borehullet; (c) eksponering av en styringsåpning til fluidet i det isolerte ringrommet; karakterisert ved: (d) eksponering av i det minste to åpninger (224A-224C) for et formasjonsfluid i den isolerte regionen, hvori avstanden mellom de to åpningene (224A-224C) er basert på størrelsen av én av de minst to åpningene (224A-224C) og størrelsen på borehullet (104) slik at et trykkforhold basert på formasjonstrykk og et trykk relatert til en av de minst to portene er hovedsakelig maksimum; (e) reduksjon av trykket ved styringsåpningen for å forstyrre formasjonstrykket ved et første grensesnitt mellom styringsåpningen og formasjonen (118, 604); (f) avlesing av trykket ved styringsåpningen med en første trykksensoren (226A-C); (g) avlesing av trykket ved et andre grensesnitt mellom den første i det minste ene sensoråpningen (224B) og formasjonen (118, 604); og (h) anvendelse av en nedihulls prosessor (214) for å bestemme permeabiliteten til formasjonen (118, 604) fra trykket ved sensoråpningen (224B) og styringsåpningen.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16, videre omfattende overføringer av et signal som indikerer permeabiliteten til en lokasjon ved overflaten.