DE3127032A1

DE3127032A1 - Verfahren und einrichtung zur ueberwachung von zustaenden in einem druckmittelstroemungsweg

Info

Publication number: DE3127032A1
Application number: DE19813127032
Authority: DE
Inventors: Robert Carroll 73533 Duncan Ok. Gant (verstorben); John Everett 73533 Duncan Ok. Reeves
Original assignee: Halliburton Co
Current assignee: Halliburton Co
Priority date: 1980-07-14
Filing date: 1981-07-09
Publication date: 1982-03-11
Also published as: GB2080544B; US4326411A; GB2080544A; AU7274081A

Description

PATENTANWÄLTE - _

Dipl.-Phys. JÜRGEN WEISSE . Dipl.-Chem. Dr. RUt)OLF

BÖKENBUSCH41 · D 5620 VELBERT 11 - LANGENBERG Postfach 110386 ■ Telefon: (02127) 4019 · Telex: 8516895

Halliburton Company, Duncan, Oklahoma, USA

Verfahren und Einrichtung zur überwachung von Zuständeri in einem DruckmittelStrömungsweg

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur überwachung von Zuständen in einem Druckmittelströmungsweg, längs welches ein Druckmittel strömt»

Als eines |er gebräuchlichsten Verfahren zur förderung solcher Substanzen wie Öl aus einem Bohrloch gilt in der Ölindustrie das Einleiten von Gas in das Bohrloch. Dabei wird unter anderem Gas durch einen in die Bohrung ragenden Bohrstrang in das Bohrloch eingeleitet. Das Gas wird djabei durch eine Öffnung am unteren Ende des Rohres und/oder durch ein oder mehrere, über die gesamte La; ige des Rohres angebrachte Ventile in das Bohrloch geleitet. Beim Einleiten durch die Ventile wird die ijpi Bohrloch befindliche Substanz durch den Ringraum zwischen Rohrstrang und Bohrlochverrohrung gefördert.

einander ε leitet unc

Bei einer anderen Art Gasheber wird das Gas

abwärts dijjrch den Ringraum und durch im Abstand von-

ngeordnete Ventile in den Rohrstrang eingedie Substanz aufwärts durch den Rohrstrang

gefördert.

y S

Für den effektiven Einsatz und die 'Aufrechterhaltung des Gashebers ist es notwendig_r Aufschluß über die Bedingungen im Bohrloch zu gewinnen. Wenn die besonderen Bedingungen überwacht werden, können zum Beispiel die Gründe für einen Produktionsausfall einer vorher hinreichend fördernden Bohrung bestimmt werden. Darüber hinaus können Probleme mit einer Bohrung, deren Förderungsrate signifikant unter den anderen Bohrungen desselben Feldes liegt, durch Aufdeckung bestimmter Bedingungen in der anomalen Bohrung gelöst werden. Durch Analyse der jeweiligen Bedingungen im Bohrloch, die Aufschluß gibt über geeignete Ventilplazierung,-art und -betätigung zum Erreichen der größtmöglichen Förderungsrate durch ein optimales Gas/Ölverhältnis, das normaler- weise gerade unter dem kritischen Durchbruchpunkt liegt, kann die Förderung selbst offensichtlich zufriedenstellend fördernder Bohrungen erhöht werden. Ein Durchbruch findet statt, wenn ungelöstes Gas durch das hochgedrückte Öl entweicht. Kenntnisse über die jeweiligen Bedingungen im Bohrloch erleichtern auch die Bestimmung identifizierbarer Erscheinungen im 'Bohrloch wie der Plazierung von Ventilen und Kragen entlang des Rohrstrangs, der Möglichkeit von Gasströmung durch die Ventile in die Bohrung und der Menge des einströmenden Gases. Es ist also offensichtlich notwendig, zu bestimmen, welche der jeweiligen Bedingungen zu überwachen sind, und zur Überwachung der jeweiligen Bedingungen ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen,

mit denen Erscheinungen im Bohrloch qualitativ und on *_s

quantitativ analysiert werden können.

Ebenfalls ist es notwendig, Verfahren und Einrichtung so zu gestalten, daß bei ihrer Verwendung die Förderung aus dem Bohrloch nicht signifikant beeinträchtigt wird.

Das heißt, daß es wünschenswert ist, daß da ein Gasheber zur Förderung eingesetzt wird, dieser Gasheber und die

nachfolgende^ Förderung nicht signifikant beeinträchtigt werden, während die überwachung zur Effizienzsteigerung neben dieser Förderung stattfindet*

Schon früher ist versucht worden, zu bestimmen, welche bestimmten Bedingungen überwacht werden sollten, und Verfahren und Einrichtungen zu ihrer überwachung zu schaffen. Bei einem dieser Versuche sind akustische Untersuchungen unternommen worden, deren akustische Messungen dann versuchsweise mit Strukturen und Gäsfließ^· mustern im Bohrloch korreliert wurden. Bei einem anderen Versuch wurden Druckaufzeichnungen gemächt/ die versuchsweise mit Erscheinungen im Bohrloch korreliert wurden.

Ein Nachteil dieser Versuche besteht in der Schwierigkeit, wenn nicht Unmöglichkeit, akustische oder Druckaufzeichnungen mit spezifisch identifizierbareri Unterwassererscheinungen- wie besondere Anordnung dar Ventile oder Menge des die Ventile durchströmenden Gases- zu korrelieren. Ein weiterer Nachteil diesör Versuche besteht in der Notwendigkeit oft ausgedehnter Unterbrechungen der Förderung durch lange. Auf stell-*, Ein-*

lauf- und Betriebszeiten.
25

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbessertes Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung von Zuständen in einem Druckmittelströmungsweg zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Verfahrenssehritte

(a) Messung der Geschwindigkeit des Druckmittels an einer Mehrzahl von Stellen bei der Strömung des Druck-

mittels längs des Druckmittelströmungswegs und

' (b) Aufzeichnen der an jeder der Mehrzahl von Stellen gemessenen Geschwindigkeiten, so daß die aufgezeichneten Geschwindigkeiten zur Zuordnung zu identifizierbaren Erscheinungen im Druckmittel-Strömungsweg erkennbar sind.

Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der ünteransprüche 2 bis 6.

Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist Gegenstand des Patentanspruchs 7.

Ausgestaltungen dieser Einrichtung sind Gegenstand

der Unteransprüche 8 bis 21.
15

Die vorliegende Erfindung überwindet die obengenannten und andere Nachteile bekannter Vorrichtungen, indem sie ein neues und verbessertes Verfahren und Einrichtungen zur Überwachung bestimmter Bedingungen längs des Druck- ^^υ mittelströmungsweges schafft, so daß. zur Bestimmung identifizierbarer Erscheinungen im Bohrloch geeignete qualitative und quantitative Analysen gemacht werden können. Darüber hinaus schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Einrichtung, die die Förderung aus

dem Bohrloch, in dem sie verwendet werden, nicht signifikant beeinträchtigen. Dies geschieht tatsächlich nur in dem Moment, wo die Einrichtung der vorliegenden Erfindung in das Bohrloch eingebracht oder aus ihm herausgezogen wird. Da die Aufzeichnungen, der bestimmten

Bedingungen im Bohrloch zugleich mit der Förderung gemacht werden, wirken sie sich nicht"beeinträchtigend aus.

Die vorliegende Erfindung sieht eine Aufzeichnung vor,

die der Geschwindigkeit des abwärts .in das Bohrloch strömenden Gases entspricht. Diese Aufzeichnung wird

zur qualitativen Offenbarung identifizierbarer fiischeinungen im Bohrloch verwendet; so z.B. der¹ Plazierung der Ventile und der Entscheidung darüber, ob die Ventile Gas durchströmen lassen. Darüber hinaus sieht diö vorliegende Erfindung Druck- und Temperaturaufzeichnungen vor, die zusammen mit den Geschwindigkeitsaufzeichnungen zur quantitativen Anzeige der eingeleiteten Gesamtgasmenge und des Prozentsatzes der Gesamtgasmenge, der durch die identifizierten Ventile strömt, verwendet werden. 10

Obwohl das vorstehend Erörterte sich auf das besondere Beispiel eines Gashebers zur ölgewinnung aus einem Bohrloch bezieht, ist die vorliegende Erfindung allge-¹ mein bei jedem geeigneten Druckmittel und Druckmittel-

^5 strömungsweg anwendbar; die vorliegende Erfindung schafft daher im weitesten Sinne eine Anordnung zur überwachung von Bedingungen längs eines Druckmittelströmungsweges. Diese überwachungsanordnung weist Geschwindigkeitsmessmittel zur Messung der Geschwindigkeit des Druckmitteis

^O an einer Mehrzahl von Stellen längs des Druckmittel-¹' Strömungsweges auf. Die vorliegende Erfindung weist ebenso Aufzeichnungsmittel zum Aufzeichnen der ah jeder dieser Mehrzahl von Stellen gemessenen Geschwindigkeit auf, so daß wesentliche Veränderungen der aufgezeichneten

^i<J Geschwindigkeiten zum Inbeziehungsetzeü mit identifizierbaren Erscheinungen im Druckmittelströmungsweg bemerkt werden können. Die vorliegende Erfindung weist weiterhin mit den Aufzeichnungsmitteln verknüpfte Druckmessmittel auf, die die an den Druckmittelströmungsweg

gefundenen Drücke bestimmen. Ebenso weist die vorliegende Erfindung mit den Aufzeichnuhgsmitteln verknüpfte Temperaturmeßmittel auf, die die an den Druckmittelströmungsweg gefundenen Temperaturen bestimmen. Die

AufZeichnungsmittel der vorliegenden Erfindung weisen 35

Mittel für einen Ausgang auf, der die von den jeweiligen Meßmitteln ermittelten Geschwindigkeiten, Drücke und Temperaturen in Beziehung setzt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen naher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines bevorzugten

Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines * bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem Bohrloch.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels

der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einem Bohrloch.

Fig. 4A ist eine schematische Darstellung einer Geschwindigkeitsaufzeichnung., die eine

erste Art von Verlauf zeigt.

Fig. 4B ist eine schematische Darstellung einer Geschwindigkeitsaufzeichnung, die eine zweite Art von Verlauf zeigt.

Im folgenden wird in Verbindung mit Fig. 1 bis 3 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen

Einrichtung zur Überwachung von Bedingungen in einem on

^OKJ Druckmittelströmungsweg, durch den ein Druckmittel fließt, beschrieben. Die in Fig. 1 mit 2 bezeichnete Einrichtung weist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel insbesondere eine Anordnung zur Überwachung von Bedingungen in einem Bohrloch 4 auf, in das durch Druckmitteleinlaß-

mittel ein Druckmittel (wie Erdgas, Kohlendioxid, Stickstoff oder ein anderes geeignetes Gas oder eine Flüssigkeit) eingeleitet wird. Fig. 2 und 3 ist eine schematische Darstellung eines bevorzugten ,Ausführungsbeispiels des

Druckmittelströmungsweges, der als Druckmitteleinlaßmittel des Bohrlochs 4 zusammen mit einem Gehäuse 6 dargestellt ist* Die Druckmitteleinlaßmittel des in Fig. 2 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiels sind bekannte Druckmitteleinlaßmittel oder eine Leitung 8. Die Leitung 8 hat an ihrem unteren Ende eine öffnung 10. Die Leitung 8 weist ebenfalls ein oder mehrere Ventile 12 auf, von denen im bevorzugten Ausführungsbeispiel jedes auf bekannte Weise durch Druckmittel oder Differentialdrück betätigt wird. Die Ventile können auf bekannte Weise durch geeignete Geräte an einer von der Oberfläche aus eingeführten Drahtleitung ersetzt werden. Zum Verbinden von Ceitungsabschnitten weist die Leitung 8 darüber hinaus ein oder mehrere (nicht gezeigte) Kragen oder andere geeignete Mittel auf.

Der durch die Leitung 8 bestimmte Druckmittelströmungsweg ist ein Mittel, durch dessen öffnung 1O oder Ventile 12 das Druckmittel in das Bohrloch 4 fließt. Beim Verlassen

der Leitung 8 fließt das Druckmittel in einen als Ringraum 14 definierten Bereich, der sich zwischen der Leitung 8 und dem Gehäuse 6 ersteckt. In den Ringraum 14 mündet ein Produktionsförderstrang 16, durch den die gewünschte Substanz aus dem Bohrloch 4 gefördert wird. Ebenfalls im ,

Ringraum 14 befindet sich ein bekannter Packer 18.

Diese Anordnung wird z.B. bei einer ersten Gashebeifart verwendet, böi der ein geeignetes Gas durch die Leitung _n in den Ringraum 14 eingeleitet wird, um das darin befindliehe öl in und durch den Produktionsförderstrang 16· zu heben. Zum Einleiten des Gases in die Leitung 8 enthält der Gasheber bekannte Einleitmittel 20 an der Oberflache. Die Einleitmittel 20 weisen im allgemeinen Mittel auf, die or das im Gasheber verwendete Druckmittel zu den Druckmitteleinlaßmitteln, d.h. der Leitung 8, hinleiten, so daß das Druckmittel in der Leitung 8 von der Oberfläche abwärts in das Bohrloch fließt.

Nachdem die Einleitmittel 20 das Gas in die Bohrung 4 gepreßt haben, löst es sich in der zu fördernden Substanz wie z.B. öl, worauf die Mischung von Gas und öl durch das durch die Ventile 12 in eine bekannte Forderanordnung 22, die allgemein zum Verteilen der geförderten Substanz an gewünschte Stellen eine Ventilanordnung aufweist, eingeleitete Gas, durch den Ringraum 14 und",in den Produktionsförderstrang 16 gehoben wird.

Es ist anzumerken, daß bei einer anderen Gasheberart das Gas durch den vorher so bezeichneten Produktionsförderstrang 16 eingeleitet und die geförderte Substanz durch die vorher so bezeichnete Leitung 8 gehoben wird. Die vorliegende Erfindung kann bei jeder der beiden Gasheberarten oder bei jeder anderen geeigneten Druckmittels trömungsanordnung verwendet werden.

Fig. 1 zeigt die entsprechend der vorliegenden Erfindung aufgebaute Überwachungseinrichtung 2, die Geschwindigkeitsmeßmittel 24, Druckmeßmittel· 26, Temperaturmeßmittel 28 und Aufzeichnungsmittel 30 aufweist.* Darüber hinaus weist die Überwachungseinrichtung 2 einen Packer 32 auf, der auf die Aufzeichnungsmittel 30 anspricht und die gemessenen Bedingungen elektronisch analysiert. Die

^iD Pfeile 34, 36 und 38 zeigen, daß jedes der Meßmittel 24 bis 28 einen jeweiligen Auslaß zu den Aufzeichnungsmitteln 30 aufweist. Die mit den selben Bezugszeichen 34, 36 und 38 versehenen Pfeile zeigen in Fig. 2 und 3, wo sich die entsprechenden Meßmitttel in bezug auf das

in diesen beiden Figuren dargestellte Bohrloch 4 befinden. In Fig. 2 befinden sich die Geschwindigkeitsmeßmittel 24 in einem Gehäuse 42, und die Druckmeßmittel 26 und die Temperaturmeßmittel· 28 sind zur Überwachung des Druckes und der Temperatur am oberen Ende der Leitung

8 mit dieser verbunden. Fig. 3 zeigt, daß a^e drei Meßmittel· 24 bis 28 ais in der Leitung 8 angeordnetes kombiniertes Gerät 43 eingesetzt sind.

\ Das Gehäuse 42 oder das kombinierte Gerät 43 ist auf be*· kannte Weise aus geeignetem Material und zu seinem Anheben und Absenken in der Leitung 8 art eineitt geeigneten Hebezeug befestigt.

Die Geschwindigkeitsmeßmittel 24 messen die Geschwindigkeit des Druckmittels beim Durchfließen des Druckmittelströmungsweges. Bei dem in Fig. 2 und 3 dargestellten. Aus-führungsbeispiel messen die Geschwindigkeitsmeßmittel die Geschwindigkeit des Druckmittels wie des in einem Gasheber verwendeten Gases beim Durchfließen einer Strecke von einer Stelle oberhalb des Bohrlochs zu einer Stelle-im Bohrloch. Bei dem in Fig. 2 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Geschwindigkeitsmeßmittel in dem Gehäuse 42 oder dem kombinierten Gerät 4 3 eingeschlossen und messen so die Geschwindig·*- keit des Druckmittels an einer Mehrzahl von Stellen innerhalb der Druckmittel oi.nl ei I mi I Lc*] , wenn d.iK (lcliäUiH· 43 in Längsrichtung durch die Leitung 8 bewegt wird.

In den bevorzugten Ausführungsbeispieleh weisen die Geschwindigkeitsmeßmittel einen Geschwindigkeitsaufzeichner auf, wie ihn die Halliburton Services herstellen.

t.

Dieses Gerät weist ein mit einer elektromagnetischen Schaltung verbundenes Flügelrad auf, das, wenn das Druckmittel durch den DruckmittelStrömungsweg an ihm vorbeifließt, den elektromagnetischen Kreis ^magnetisch schließt und ein elektrisches Signal erzeugt, das proportional, der Geschwindigkeit des vorbeifließenden Druckmittels ist und auf die Aufzeichnungsmittel 3Ö übertragen wird. In den Figuren zeigt Pfeil 34 die Übertragung dieses elektrischen Signals auf die Aufzeichnungsmittel 30. Zur Geschwindigkeitsmessung des fließenden Druckmittels können auch andere geeignete Mittel verwendet werden.

Die Druckmeßmittel 26 weisen einen geeigneten Druckwandler auf, der den Druck am oberen Ende der Leitung 8 oder im Druckmittelströmungsweg, den das eingeleitete Druckmittel durchströmt, mißt. Der Druckwandler kann z.B. ein Gould Statham P 2000 oder P 1000 Reihenwandler sein. Andere geeignete Druckwandler können ebenfalls verwendet werden. Die bevorzugte Druckwandlerart wandelt den gemessenen Druck in ein proportionales elektrisches Signal um, das zur korrelierten Aufzeichnung mit der von den Geschwindigkeitsmeßmitteln gemessenen Geschwindigkeit auf die Aufzeichnungsmittel 3O übertragen wird.

1·- Wie in Fig. 2 dargestellt, befinden sich die Druck-

'5 meßmittel in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zum Messen des Druckes und zur Übertragung eines entsprechen den elektrischen Signals, wie Pfeil 36 zeigt, auf die Aufzeichnungsmittel 30 am oberen Ende der Leitung 8 in der Nähe der Stelle, an der das Gas in die Leitung 8

™ eingeleitet wird. Das in Fig. 3 dargestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel· zeigt, daß die Druckmeßmittel Teil des kombinierten Gerätes 43 sind und so, wie Pfeil 36 zeigt, ihr elektrisches Signal auf dia Aufzeichnungsmittel übertragen. Sind die Druckmeßmittel Teil des

^ kombinierten Gerätes 43, dann bestimmen sie den Druckmitteldruck an einer Mehrzahl von Stellen längs des Druckmittelströmungsweges.

Die Temperaturmeßmittel 28 sehen in dem Druckmittel-

strömungsweg einen Temperaturfühler vor. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel messen die Temperaturmeßmittel die Temperatur und wandeln sie in ein proportionales elektrisches Signal um, das zur gemeinsamen Aufzeichnung mit den gemessenen Geschwindigkeiten und Drücken auf die

Aufzeichnungsmittel 30 übertragen wird. Die Temperaturmeßmittel 28 können z.B. einen Temperaturfühler (Remco)

aufweisen, der, wie in Fig. 3 dargestellt, innerhalb des kombinierten Gerätes 43 angebracht ist, um so die Temperaturen an einer Mehrzahl von Stellen längs des Druckmittelströmungsweges zu messen. Bei dem in Fig.

dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel befinden sich die Temperaturmeßmittel 28 zur Messung der Temperatur des Einleitstranges am oberen Ende der Leitung 8.

Die Aufzeichnungsmittel 30 zeichnen die an jeder der Mehrzahl von Stellen längs des Druckmittelströmungsweges gemessene Geschwindigkeit auf, so daß relativ wesentliche Veränderungen der aufgezeichneten Geschwindigkeiten zum Inbeziehungsetzen mit identifizierbaren Er^ scheinungen im Druckmittelströmungsweg, wie z.B. den' Positionen und Einstellungen der Ventile 12 (ob z.B. bestimmte dieser Ventile von Gas durchströmt werden, und mit welcher Menge), bemerkt werden können. Die Aufzeichnungsmittel 30 sprechen auf die Geschwindigkeitsmeßmittel 24 an und erzeugen einen ersten Verlauf, der ™ die Lage eines identifizierbaren Bauteile, wie z.B. did eines Kragens im Bohrloch bezeichnet, und erzeugen einen zweiten Verlauf, der das Ausströmen des Druckmittels aus dem Druckmittelströmungsweg, wie z.B. durch einen

oder mehrere der Ventile 12, bezeichnet. 25

Weiterhin sehen die Aufzeichnungsmittel 30 einen Auslaß vor, der die gemessenen Drücke und Temperaturen mit den gemessenen Geschwindigkeiten in Beziehung Setzt. In den bevorzugtenίAusführungsbeispielen sehen die Aufzeichnungs-

mittel 30 einen Ausgang vor, der jede d'er aufgezeichneten Geschwindigkeiten nach Meßzeit und Meßteile mit einer jeweiligen Aufzeichnung jeder der anderen Meßparameter in Beziehung setzt.

In den bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die Aufzeichnungsmittel 30 Streifenschreiber wie ein WeIex Plotter Panel 6OO oder andere geeignete Einrichtungen; es

können jedoch andere geeignete Aufzeichnungsmittel verwendet werden. Durch Verwendung eines Streifenschreibers werden die gemessenen Parameter graphisch dargestellt. Das heißt, daß bei der Übertragung jeden elektrischen Signals von dem jeweiligen Meßmittel auf den Streifenschreiber ein jedes elektrisches Signal sichtbar manchender Schreibstreifen hergestellt wird. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel liefert der Streifenschreiber für jeden der gemessenen Parameter einen fortlaufenden Schreibstreifen, so daß für das in Fig. 2 und 3 dargestellte Ausführungsbeispiel drei Aufzeichnungen gemacht werden, von denen jeweils eine einem der gemessenen Parameter Geschwindigkeit, Druck und Temperatur entspricht. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 wird jede dieser Aufzeichnungen bei der Bewegung des kombinierten Gerätes 4 3 in Längsrichtung der Leitung 8 mit Zeit und Entfernung in Beziehung gesetzt. Fig. 4A-4B zeigen ein Beispiel für eine von den Aufzeichnungsmitteln 30, ansprechend auf die Geschwindigkeitsmeßmittel, erzeugte Aufzeichnung.

Der Rechner 32 weist eine geeignete Eingabeeinheit, eine Ausgabeeinheit und eine bekannte Recheneinheit auf, der die gemessenen Daten von Geschwindigkeit, Druck und Temperatur für eine gewünschte Analyse der Daten elektronisch aufnimmt und verarbeitet.

Im folgenden wird mit Bezug auf sämtliche Zeichnungen die Betriebsweise der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer einen Gasheber verwendenden Ölförderungsart beschrieben; doch kann die vorliegende Erfindung selbstverständlich in jedem geeigneten Druckmittelströmungssystem verwendet werden. Vorausgesetzt wird, daß der Gasheber Einleitmittel mit der Leitung 8 und außerdem Auslaßmittel mit dem Produktionsförderstrang 16 aufweist. Zur

Förderung des im Bohrloch 4 befindlichen Öls wird Gas abwärts durch die Leitung 8 und durch die Öffnung 10 am Ende der Leitung 8 und/oder durch eins der Ventile in Offenstellung nach Maßgabe des Ölspiegels in der

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1/

Bohrung und/oder des Drucks in der Leitung oder der Ölbohrung in den Ringraum 14 geleitet.

Mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 wird nachfolgend die Betriebsweise der überwachungseinrichtung der vorliegenden Erfindung während des Betriebs des Gas'-hebers beschrieben. Zu Beginn wird das kombinierte Gerat 43 durch geeignetes Hebezeug in die Leitung 8 hinabgelassen. Beim Einbringen des kombinierten Gerätes 4 3 in die Leitung 8 wird die Ölförderung kurzzeitig unterbrochen. Nach der Plazierung des kombinierten Gerätes 43 in der Leitung 8 wird die Förderung wiederaufgenommen und mit der Überwachung der Bedingungen längs des Druckmittelströmungsweges begonnen.

Die überwachung der Bedingungen im Bohrloch geschieht dadurch, daß das kombinierte Gerät 43 um ein bestimmtes Maß durch die Leitung 8 herabgelassen wird, die darin enthaltenen Meßmittel 24 bis 28 auf die jeweiligen Bedingungen im Bohrloch ansprechen und proportionale elektrische Signale auf die Aufzeichnungsmittel 30 übertragen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem der Halliburton Services Geschwindigkeitsäufzeichner einen Teil der Geschwindigkeitsmeßmittel bildet, strömt z.B. das Gas, das durch die Einleitmittel 20 in die Leitung gezwungen wird, abwärts und passiert das Flügelrad des GeschwindigkeitsaufZeichners. Das Gas strömt an dem Flügelrad vorbei, durch StrÖmüngsleiteinrichtungen im Gerät, aus dem unteren Teil des

° Gerätes heraus und zurück in die Leitung 8. Dieser Gasstrom treibt das Flügelrad an, so daß ein elektrisches Signal erzeugt und auf die Aufzeichnungsmittel 30 übertragen wird. Die Aufzeichungsmittel 30 sprechen auf die von den Meßijtitteln 24 empfangenen elektrischen Signalen an und liefern eine Aufzeichnung, die proportional zur Geschwindigkeit des Gases ist. Fig. 4A und 4B zeigen ein Beispiel einer solchen Aufzeichnung.

Anzumerken ist, daß der Halliburton Service Geschwindigkeitsaufzeichner in im Vergleich zu seiner normalen Betriebsweise umgekehrter Weise verwendet wird, bei der der Gasstrom beim Eintreten in die Leitung 8 durch die öffnung 10 und beim Durchströmen der Strömungsleiteinrichtung und dann des Flügelrades gemessen wird. Die Verwendung des Gerätes in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung, bei der das Gas von oben eintritt und das Flügelrad passiert, bevor es durch die Strömungsleiteinrichtung strömt, ist insofern vorteilhaft, als das Flügelrad auf durch Veränderungen im Durchschnittsbereich der Leitung 8 verursachte Geschwind!gkeitsVeränderungen anspricht, wie sie durch Kragen und Innenteil verursacht werden, und so die Position dieser Veränderungen trotz der wesentlich konstanten Fließgeschwindigkeit des Gases anzeigt.

Die Druckwandler innerhalb der Druckmeßmittel 26 und die Temperaturmeßmittel 28 wirken ebenfalls zur Messung der jeweiligen Parameter und zur Übertragung der entsprechenden elektrischen Signale auf die Aufzeichnungsmittel 30 zur Schaffung geeigneter Aufzeichnungen mit der Geschwindigkeit zusammen. Wie bereits erwähnt, sind in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel von Fig. 3 die von den Aufzeichnungsmitteln 30 erzeugten Aufzeichnungen für jedes der gemessenen Parameter nach Zeit und Tiefe in Beziehung gesetzt.

Es sollte angemerkt werden, daß die im, Ausführungsbei-^JW spiel von Fig. 3 erzeugten Signale 34,36 und 38 vorzugsweise codiert und durch eine gewöhnliche Drahtleitung von dem kombinierten Gerät 43 auf die Aufzeichnungsmittel 30 übertragen werden.

Wenn die Bedingungen im Bohrloch gemessen und aufgezeichnet worden sind, werden die verschiedenen Parameter bezüglich Zeit und Entfernung verglichen, um Erscheinungen

im Bohrloch qualitativ zu bestimmen. Mit Bezug auf die in Fig. 4A-4B dargestellte Geschwindigkeitsaufzeichnung wird nachfolgend ein solches Beispiel beschrieben. In Fig* 4A ist eine Aufzeichnung 44 der Gasgeschwindigkeit darge*- stellt, wie sie von den Geschwindigkeitsnießnii tte]n im Gehäuse 42 oder im kombinierten Gerät 43 gemessen wurde. Die Aufzeichnung zeigt, daß zwischen einer Tiefe von 700 m (2200 ft) und 800 m (2500 ft) die Geschwindigkeit des Gases relativ konstant war, da die Aufzeichnung 44 relativ geringe Veränderungen im Tiefenbereich während der Äüfzeichnungszeit zeigt. Demnach sind die impulsartigen Verläufe 45 wesentlich genug, um anzuzeigen, daß die Geschwindigkeitsmeßmittel 24 Bauteile, in diesem Fall Kuppelkragen, in der Leitung 8 passiert haben.

Die Aufzeichnung 44 zeigt weiter eine signifikante Veränderung in der Gasgeschwindigkeit in einer Tiefe von etwa 800 m (2500 ft). Diese Veränderung erscheint als spitzenartiger Verlauf 46, in dem eine rälativ große Größenveränderung in relativ kurzer Zeit und Distanz stattfindet. Dieser spitzenartige Verlauf ist ein weiterer Verlauf der Aufzeichnungsmittel 30 und steht für eine durch das Vorhandensein eines Ventils 12 in dieser Tiefe ausgelöste Veränderung der Gasgeschwindigkeit. Da

^zz> diese Geschwindigkeitsveränderung nur über sehr kurze Entfernung stattfindet, steht sie für eine identifizierbare Erscheinung im Bohrloch, wie z.B. ein Innenteil das die Veränderung der Gasgeschwindigkeit durch eine Vergrößerung des Durchschnittsbereichs für eine

entsprechend "kurze Distanz verursacht. Ein solcher Verlauf zeigt deshalb qualitativ das Vorhandensein eines geschlossenen Ventils in der Leitung am Innenteil 12 in einer Tiefe von 800 m (2500 ft) an.

In einer in Fig. 4B dargestellten Aufzeichnung 48 ist ein anderer Verlauf der Aufzeichnungsmittel 30 beim Aufzeichnen der von den Geschwindigkeitsmeßmitteln empfangenen

elektrischen Signale dargestellt. Die Aufzeichnung 48 enthüllt, daß in einer Tiefe von 1000 m (3 300 ft) und 1200 m (3500 ft) die Geschwindigkeit des Gases relativ konstant war, daß sich aber bei 1200 m (3500 ft) die Geschwindigkeit schrittartig veränderte, wie die Aufzeichnung 44 mit dem schrittartigen Abschnitt 50 anzeigt. Da sich die Größenveränderung, verglichen mit den Verläufen mit kürzeren Impulsen, über relativ lange Distanz und Zeit forsetzt, zeigt dieser dritte Verlauf an, daß bei einer Tiefe von 1200 m ( 3500 ft ) eine große Gasmenge aus der Leitung strömt. Der Verlauf 50 zeigt daher qualitativ an, daß sich in einer Tiefe von 1200 m (3500 ft) ein defektes Ventil oder eine Öffnung befindet, die das Ausströmen übermäßiger Mengen von Gas gestattet.

Fig. 4b zeigt darüber hinaus einen spitzenartigen Verlauf 52 bei einer Tiefe von 1500 m (4500 ft). Wie bei dem in Fig. 4A dargestellten Verlauf handelt 'es sich auch bei diesem spitzenartigen Verlauf 52 um die Anzeige eines geschlossenen Ventils in einer Tiefe von 1500 m (4500 ft).

Auf diese Weise kann aus den von den Aufzeichnungsmitteln 30 hergestellten, auf die elektrischen Signale der Geschwindigkeitsmeßmxttel ansprechenden Aufzeichnungen eine qualitative Analyse dessen, was sich im Bohrloch befindet oder strömt, angefertigt werden. Im einzelnen zeigt ein kleiner, impulsartiger Verlauf eine Veränderung des Innendurchmessers der Leitung an, der von einem Kragen oder einem anderen identifizierbaren Bauteil herrührt, und zeigt ein spitzenartiger Verlauf ein größeres identifizierbares Bauteil, wie z.B. ein Innenteil, an, während ein stufenartiger Aufzeichnungsabschnitt für einen unkontrollierten Druckmittelveflust steht. Auf diese Weise kann durch Verwendung der Geschwindigkeits-

^OJ meßmittel und der Aufzeichnungsmittel eine direkte Beziehung zwischen Veränderungen in der gemessenen Geschwindigkeit und identifizierbaren Erscheinungen im Bohrloch hergestellt werden.

Zusätzliche Aufzeichnungen werden von den Aufzeichnungsmitteln 30 für die von den Druckmitteln 26 und den Temperaturmeßmitteln 28 gemessenen Drücke bzw. Temperarturen erzeugt. Die Aufzeichnungen werden vorzugsweise nach Zeit und Entfernung (Tiefe) mit der Geschwindigkeitsaufzeichnung verknüpft, so daß volumetrische Gasströme berechnet werden können. Diese Strome basieren auf der Gleichung von Lage, Normaltemperatur und Druckberechnungen. Mit anderen Worten, der volumetrische Gesamtstrom und •0 prozentuale Anteile, wie sie bei offenen oder defekten Ventilen längs der Leitung auftreten, können bestimmt werden. Diese Berechnungen werden im allgemeinen unter Verwendung der Zustandsgieichung

angestellt, wobei

V₁ = Volumen bei Gerätebedingungen im Bohrloch, wie es von der Aufzeichnung bestimmt ist, die durch das von den Geschwindigkeitsmeßmitteln übertragene elektrische Signal erzeugt wird;

V2 ⁼ Volumen zu Normaltemperatur und -druck;

P₁ = Druck bei Gerätebedingungen im Bohrloch, wie er von der Druckaufzeichnung bestimmt wird;

ρ = Atmosphärischer Druck in Meereshöhe (Normaldruck) ;

T₁ = Temperatur bei Gerätebedingungen im Bohrloch in Grad Kelvin, wie sie von der Temperaturaufzeichnung bestimmt ist, und

, ■ T„ =■ Temperatur in Grad Kelvin bei Normaltemperatur

' Beim Einsetzen der entsprechenden Werte in obige Gleichung können die volumetrischen Berechnungen gemacht werden.

Das in Fig. 2 offengelegte Ausführungsbeispiel arbeitet ähnlich wie das in Fig. 3 offengelegte. Es ergeben sich jedoch Unterschiede im Aufstellen der Berechnungen mit der Zustandsgieichung. Im einzelnen werden im Ausführungsbeispiel von Fig. 2 Druck und Temperatur am oberen Ende der Leitung 8 aufgezeichnet, wodurch die Parameter des • Gases, das die Leitung 8 durchfließt/ an Stellen, die denen entsprechen, an denen die Geschwindigkeitsmeßmittel die Geschwindigkeit des Gases messen, nicht gemessen werden. Demnach können Temperaturen und Druck an diesen Stellen unter Verwendung der Drücke und Tempe-'** raturen am oberen Ende der Leitung 8 berechnet werden. P wird z.B. bestimmt durch Addition von am oberen Ende der Leitung 8 gemessenem Druck und atmosphärischem Druck und Multiplikation dieser Summe mit einem bekannten Druckfaktor für eben die Tiefe, bei der die entsprechende

Geschwindigkeit aufgezeichnet worden ist. In ähnlicher Weise Wird die Temperatur am oberen Ende der Leitung 8 zur Bestimmung von T₁ verwendet, indem bekannte Temperaturgradienten einbezogen werden.

Aus obigem geht hervor, daß die Geschwindigkeitsaufzeichnung zur qualitativen Analyse von Zusammensetzung und Arbeitsweise der Einrichtungen im Bohrloch verwendet wird, durch die das Druckmittel fließt, und daß die drei Aufzeichnungen von Geschwindigkeit, Druck und Temperatur

verwendet werden, um Normaltemperatur- und Normaldruckberechnungen anzustellen und volumetrische Druckmittelströme durch den Druckmittelströmungsweg zu bestimmen.

Während die offenbarten bevorzugten Ausführungsbeispiele die Verwendung der vorliegenden Erfindung in Gasheberbohrungen, in die durch Rohre wie Leitung 8, Gas eingeleitet wird, erläutern, ist sie ebenso anwendbar bei einer Anordnung in der Gas durch den Ringraum der Bohrung

1 eingeleitet und öl durch das Rohr gefördert wird. In diesem Fall könnten jedoch die Meßmittel und die zu überwachenden Parameter eher im Ringraum als im Rohr angeordnet sdim

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur überwachung von Zuständen in einem Druckmittelströmungsweg, längs welches ein Druckmittel strömt, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte

(a) Messung der Geschwindigkeit des Druckmittels an_f einer Mehrzahl von Stellen bei der Strömung des Druckmittels längs des Druck"·

mittelströmungswegs und

(b) Aufzeichnen der an jeder der Mehrzahl von Steuert gemessenen Geschwindigkeiten, so daß die aufgezeichneten Geschwindigkeiten zur

Zuordnung zu identifizierbaren Erscheinungen im Druckmittelströmungsweg erkennbar sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der Druck in dem Druckmittelströmungsweg bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die Temperatur in dem Druckmittelströmungsweg bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Druckmittels an einer Mehrzahl von Stellen längs des Druckmittelströmungswegs

I

gemessen wird.

I ²/

Messung der Temperatur in dem DruckmittelstrÖmungsweg. *

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß diel Aufzeichnungsmittel (30) Mittel enthalten zum Verknüpfen der Geschwindigkeiten, Drücke und Temperaturen, die von den Geschwindigkeitsmeß-' mitteln (24), den Druckmeßmitteln (26) und den Temper^turmeßmitteln (28) gemessen werden.

ίο j

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch^gekennzeichnet, daß f

(a) die Geschwindigkeitsmeßmittel (24) ein elektrisches Signal erzeugen, das proportional

der gemessenen Geschwindigkeit ist,

(b) die Druckmeßmittel (26) ein elektrisches Signal erzeugen, das proportional dem gemes-' senen Druck ist,

(c) die Temperaturmeßmittel (28) ein elektrisches Signal erzeugen, das proportional der gemessenen Temperatur ist, und

(d) die Aufzeichnungsmittel (30) Mittel enthalten zur Verarbeitung der von den Meßmitteln erzeugten elektrischen Signale und zur Erzeugung

eines Ausgangs, der die gemessenen Geschwindig-

keiten, Drücke und Temperaturen miteinander

verknüpft.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 _t dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßmittel (26)

den Druck des Druckmittels an einer Mehrzahl Von

Stellen längs des DrückmittelStrömungswegs (8) bestimmen.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Druckmittels an einer Mehrzahl von Stellen längs des Druckmittelströmungswegs gemessen wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3 oder 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Aufzeichnens die Erzeugung eines Ausgangs einschließt, der die gemessenen Drücke und Temperaturen mit den gemessenen Geschwindigkeiten verknüpft.

7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

(a) Geschwindigkeitsmeßmittel (24) zur Messung der Geschwindigkeit des Druckmittels an einer Mehrzahl von Steilen längs des Druckmittelströmungswegs bei der Strömung des Druckmittels längs desselben und

(b) Aufzeichnungsmittel (30) zum Aufzeichnen der an jeder der besagten Mehrzahl von Stellen gemessenen Geschwindigkeit, so daß wesent-

*5 liehe Änderungen der aufgezeichneten Geschwin

digkeiten zur Zuordnung zu identifizierbaren Erscheinungen im Druckmittelströmungsweg erkennbar sind.

8- Einrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Druckmessmittel (26), die mit den Aufzeichnungsmitteln (30) zusammenwirken, zur Bestimmung des Drucks in dem Druckmittelströmungsweg=

9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch Temperaturmeßmittel (28), die mit den Aufzeichnungsmitteln (30) zusammenwirken, zur

2/ If.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßmittel (28) die Temperatur des Druckmittels an einer Mehrzahl von Stellen längs des Druckmittelströmungswegs (8) messen.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmittelströmungsweg (8) von Druckmitteleinlaßmitteln gebildet wird, über welche ein Druckmittel in ein Bohrloch (4) von einer Stelle (20) oberhalb des Bohrlochs (4) zu einer Stelle (10) unten im Bohrloch einleitbar ist.

15. Einrichtung nach den Ansprüchen 8 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßmittel (26) den Druck des eingeleiteten Druckmittels am oberen Ende der Druckmitteleinlaßmittel (8) messen.

16. Einrichtung nach den Ansprüchen 9 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßmittel· (28) die Temperatur des eingeleiteten Druckmittels am oberen Ende der Druckmitteieinlaßmittel (8) messen.

^ίΌ 17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsmittel (3O)

(a) einen ersten Verlauf (45,46) liefern, welcher

die Lage eines identifizierbaren Bauteils

in dem Druckmittelströmungsweg anzeigt und

(b) einen zweiten Verlauf (50) liefern, welcher

den Austritt von Druckmittel aus dem Druck-

mittelströmungsweg bedeutet.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der erste Verlauf
5

(a*) einen impulsartigen Verlauf (45) einschließt, der den Ort von Leitungskupp'-lungsmitteln anzeigt, die längs des Druckmittel sLrömungswogs vorgosHien r.ind, und

(a₂) einen spitzenartigen Verlauf (46), der den Ort Von Ventilhalterungsmittelri anzeigt, die längs des Druckmittelströmungswegs vorgesehen öind, und

(b) der zweite Verlauf (50) stufenärtig ist, was anzeigt, daß eine große Menge von Druckmittel aus dem Druckmittelströmungsweg austritt.

19. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel ein Gas ist.

20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch»gekennzeichnet, daß

(a) der Druckmittelströmungsweg als Gaseinleitleitung (8) einen Teil eines Flüssigkeits-

^- gewinnungssystems bildet, bei dem Gas über

eine Gaseinleitleitung in ein Bohrloch (4) eingeleitet wird, um die darin enthaltene Flüssigkeit herauszutreiben,

(b) diese Gaseinleitung (8) Ventile (12) enthält,

über welche das Gas aus der Gaseinleitleitung (8) kontrolliert in das Bohrloch (4)

2/ einleitbar ist und

(c) durch die Aufzeichnungsmittel (30) der Ort und der Zustand der Ventile (12) bestimmbar ist.

21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein kombiniertes Gerät (43) 10

(a? Geschwindigkeitsmeßmittel (24) Druckmeßmittel (26) und Temperaturmeßmittel (28) enthält und

(b) längs des Druckmittelströmungswegs (8) beweglich ist, so daß die Geschwindigkeitsmeßmittel (24), die Druckmeßmittel (26) und die Temperaturmeßmittel (28) an einer Mehrzahl von Stellen des Druckmittelströmungswegs (8)

^u wirksam werden.