DE69830475T2

DE69830475T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Untersuchung von Formationsflüssigkeiten in einem Bohrloch mittels akustischer Signale

Info

Publication number: DE69830475T2
Application number: DE69830475T
Authority: DE
Inventors: James R. Spring Birchak; Mark A. Houston Proett
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 1998-04-01
Filing date: 1998-04-01
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2018-04-02
Also published as: EP0953726B1; DE69830475D1; EP0953726A1

Description

Die Erfindung betrifft generell das Prüfen von Formationsfluid in einem Bohrloch und spezieller ein System mit einem geschlossenen Kreis zur Vorort-Bestimmung der Art und des Zustandes von Formationsfluiden in einem Bohrloch und wahlweise zum Sammeln von Fluidproben aus der Tiefe des Bohrlochs unter den originalen Formationsbedingungen.
In der Öl- und Gasindustrie sind kabelgetragene Formationsprüfgeräte angewandt worden um Formationsdrücke zu überwachen, Proben von Formationsfluid zu erhalten und die Ergiebigkeit einer Formationslagerstätte vorherzusagen. Solche Formationsprüfgeräte enthalten üblicherweise einen langgestreckten Körper mit einem elastomeren Packer, der abdichtend gegen die interessierende Zone im Bohrloch gedrückt wird, so daß Proben von Formationsfluid in im Gerät angeordneten Kammern gesammelt wird.
Es werden verschiedene Arten von Bohrflüssigkeiten verwendet, durch welche der Bohrvorgang erleichtert und der gewünschte hydrostatische Druck in dem Bohrloch aufrechterhalten wird. Diese Bohrflüssigkeiten dringen in die Formationen in veränderliche radiale Tiefen ein (generell als Eindringzonen bezeichnet), abhängig von den Arten der Formationen und der verwendeten Bohrflüssigkeit. Jedes anfänglich durch die Formationsprüfgeräte gesammelte Fluid muß erst analysiert werden, um festzustellen, wann das abgezogene Formationsfluid im wesentlichen frei von Schlammfiltraten ist, und somit nur nicht-verunreinigte Fluid zu sammeln. Außerdem ist es wünschenswert, die Formationsfluide zur weiteren Analyse unter den gleichen Bedingungen zu sammeln, wie sie in der Formation bestehen. Das erfordert typischerweise, daß der Sinkgeschwindigkeitsdruck oberhalb des Blasenpunktes der Fluide gehalten wird. Die Formationsprüfgeräte haben verschiedene Sensoren und Vorort-Techniken aufgewiesen, um festzustellen, wann die abgezogenenen Formationsfluide im wesentlichen frei von Schlammfiltraten sind, und um den Sinkgeschwindigkeitsdruck oberhalb des Blasenpunktes zu halten, so daß saubere Fluide unter den originalen Formationsbedingungen abgezogen werden.
Zum Identifizieren der Art des Formationsfluids, d.h. zum Unterscheiden zwischen in dem Formationsfluid enthaltenen Öl, Wasser und Gas, und zur Bestimmung des Blasenpunktdruckes des Fluids und zur Bestimmung, wann Fluidproben in der Tiefe des Bohrloches gesammelt werden sollen, sind Messungen des spezifischen Widerstandes, des Druckes in der Tiefe des Bohrloches und der Temperatur sowie optische Analyse des Formationsfluids angewandt worden.
Das US Re 34 975 beschreibt ein Gerät zur Ultraschallmessung der Bohrlocheigenschaften, während ein Bohrloch gebohrt wird.
Bekannte Geräte haben Vorrichtungen zur Messung des spezifischen Widerstandes und Temperatursensoren als Teil einer Sondenanordnung zur Überwachung der Eigenschaften der Formationsfluide. Es sind auch optische Fluidanalysatoren verwendet worden, die Absorptions- und Reflexionsspektroskopie im nahen Infrarot benutzen, um zwischen Öl, Wasser und Gas zu unterscheiden. Das Fluid aus dem Bohrloch wird solange in das Bohrloch abgelassen, bis das durch die Feldleitung fließende Fluid als im wesentlichen frei von Verunreinigungen festgestellt wird. Die Fluidabsaugrate von der Formation wird so geregelt, daß der Sinkgeschwindigkeitsdruck oberhalb des Blasenpunktes gehalten wird.
Die Interpretation des spezifischen Widerstandes in der Feldleitung ist schwierig und häufig ungenau. Eine Interpretation des spezifischen Widerstandes muß die Fluiddynamik berücksichtigen. Der gemessene spezifische Widerstand ist der der kontinuierlichen Phase des Fluids in der Feldleitung. Ein Wasser/Kohlenwasserstoff-Gemisch mit Wasser als kontinuierliche Phase hat einen geringen spezifischen Widerstand, der sich infolge von Krümmung vergrößert, wenn der Prozentsatz an Kohlenwasserstoff sich erhöht. Ein Wasser-Kohlenwasserstoff-Gemisch mit Kohlenwasserstoff als kontinuierliche Phase kann einen hohen spezifuschen Widerstand haben, auch wenn das Wasservolumen groß ist. Eine Strömung von abwechselnden Schüben von Kohlenwasserstoff und Wasser erzeugen eine verrauschte Aufzeichnung des spezifischen Widerstandes. Dieser Effekt tritt noch stärker in Erscheinung, wenn Gas vorhanden ist. Der optische Analysator liefert genauere Ergebnisse, ist aber recht aufwendig und erfordert die Verwendung hochentwickelter Elektronik in der Tiefe des Bohrloches, die bei sehr hohen Temperaturen arbeiten muß. Außerdem neigen optische Geräte zur Eintrübung mit einem dünnen Film, welcher die Meßgenauigkeit vermindert.
Somit besteht die Notwendigkeit, ein System zum Gewinnen und Sammeln von Formationsfluid zu schaffen, das relativ einfach ist, weniger aufwendig als die Systeme nach dem gegenwärtigen Stand der Technik ist und relativ genau bei der Unterscheidung zwischen den verschiedenen Arten von Fluidzuständen ist, so daß sichergestellt ist, daß im wesentlichen nicht-verunreinigte Formationsfluidproben gesammelt werden und daß der Sinkgeschwindigkeitsdruck oberhalb des Blasenpunktes des Formationsfluids während des Fluidsammelvorganges gehalten wird.
Die vorliegende Erfindung geht die oben erwähnten Nachteile an und schafft ein relativ einfaches System mit geschlossenem Kreis zum Sammeln einer oder mehrerer Formationsfluidproben unter originalen Formationsbedingungen unter Verwendung einer neuen Akustikzellentechnik.
Nach einem Aspekt schafft die Erfindung ein Gerät zum Untersuchen von Formationsfluid aus einer Bohrloch-Formation, enthaltend

(a) eine Sonde, die an die Formation zum Abziehen des Formationsfluids in eine Feldleitung anlegbar ist, welche zum Auffangen des besagten Formationsfluids verwendet wird,
(b) eine Pumpe zum Steuern der Strömungsrate des Formationsfluids in die Feldleitung; und
(c) eine akustische Vorrichtung, welche Signale zur Bestimmung von Charakteristiken des Formationsfluids in der Feldleitung liefert, wobei diese akustische Vorrichtung einen Meßwandler zur Übermittlung akustischer Signale durch das Fluid in der Feldleitung und einen Empfänger enthält zum Erfassen akustischer Signale, welche durch das Fluid in der Feldleitung hindurchgehen.

Die Erfindung schafft weiter ein Verfahren zum Auffangen einer Formationsflüssigkeit aus einer interessierenden Zone eines Bohrlochs enthaltend die Schritte:

(a) Abziehen von Formationsfluid aus der interessierenden Zone in eine Feldleitung
(b) Bestimmen der Schallgeschwindigkeit in dem Fluid, der akustischen Impedanz und des akustischen Absorptionskoeffizienten des durch die Feldleitung fließenden Fluids;
(c) Bestimmen der Dichte und Kompressibilität des Fluids aus der Schallgeschwindigkeit in dem Fluid, der akustischen Impedanz und des akustischen Absorptionskoeffizienten des durch die Feldleitung fließenden Fluids; und
(d) Steuern der Strömung des Fluids in die Feldleitung auf der Grundlage der Fluiddichte und der Kompressibilität des durch die Feldleitung fließenden Fluids so, daß sichergestellt ist, daß der Druck in der Feldleitung oberhalb des Blasenpunktes des Fluids bleibt.

Diese Erfindung kann zum Abziehen eines Formationsfluids aus einer interessierenden Zone in einem Bohrloch verwenden, zur Vorortbestimmung der Art (einphasig oder zweiphasig) des abgezogenen Formationsfluids und zum selektiven Auffangen von Fluidproben oberhalb des Blasenpunktdruckes des Fluids, die im wesentlichen frei von allen Schlammfiltraten sind, ein System mit geschlossenem Kreis verwenden. Das system mit geschlossenen Kreis enthält vorzugsweise ein langgestrecktes Glied, das wenigstens eine Sonde aufweist, welche abdichend an eine Bohrloch-Formation anlegbar ist. Eine mit der Sonde gekuppelte Pumpe steuert aus der Ferne die Strömung von Fluid aus der Bohrloch-Formation in eine Feldleitung in dem langgestreckten Glied. Ein Drucksensor liefert vorzugsweise den hydrostatischen Druck in der Tiefe des Bohrlochs und eine akustische Dichtezelle liefert vorzugsweise die Schalgeschwindigkeit in dem Fluid in der Feldleitung, die akustische Impedanz und den akustischen Absorptionskoeffizienten des Fluids in der Feldleitung. Bei einer Anordnung bestimmt das System die Dichte und Kompressibilität des Formationsfluids in der Feldleitung aus der Schallgeschwindigkeit und der akustischen Impedanz des Fluids und steuert nach Maßgabe derselben den Fluidfluß in die Feldleitung, beispielsweise um selektiv Formationsfluidproben aufzufangen, die im wesentlichen frei von irgendwelchen Schlammfiltraten sind. Der akustische Absorptionskoeffizient ist sehr empfindlich gegen Blasen und hilft, den Fluiddruck oberhalb des Blasenpunktes des Fluids zu halten. Der Absorptionskoeffizient reagiert auch empfindlich auf die Fluidviskosität, was bei der Unterscheidung zwischen Kohlenwasserstoffen hilft.
Das Gerät der Erfindung kann verwendet werden bei einem Verfahren zum Gewinnen und Auffangen von Formationsfluiden aus einer interessierenden Zone in einem Bohrloch unter originalen Formationsbedingungen. Dieses Verfahren enthält die Schritte: (a) Plazieren einer Sonde abdichtend gegen die interessierende Zone in dem Bohrloch zum aufnehmen von Formationsfluid, (b) gesteuertes Einlassen des Fluids aus der Sonde in eine Feldleitung; (c) Bestimmen der Schallgeschwindigkeit in dem Fluid, der akustischen Impedanz und des akustischen Absorptionskoeffizienten des Fluids in der Feldleitung; Bestimmen der Dichte und der Kompressibilität des Fluids aus der Schallgeschwindigkeit in dem Fluid in der Feldleitung, der akustischen Impedanz und des akustischen Absorptionskoeffizienten in der Feldleitung; Steuern der Strömung des Fluids in die Feldleitung nach Maßgabe der Dichte und Kompressibilität des Fluids so daß der Fluiddruck in der Feldleitung oberhalb des Blasenpunktdruckes des Fluids ist; und (f) sammeln einer Probe des Fluids aus der Feldleitung in einer Speicherkammer in der Tiefe des Bohrloches unter einem Druck oberhalb des Blasenpunktdruckes des Fluids.
Zum detaillierten Verständnis der vorliegenden Erfindung sollt Bezug genommen werden auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung verschiedener bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen, in denen gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
1A zeigt eine schematische Seitenansicht eines Systems mit einer Ausführung eines in Schnitt dargestellten Geräts zur Formations-Auswertung, das in ein Bohrloch zum Untersuchen und Gewinnen von Formationsfluiden gemäß der vorliegenden Erfindung eingeführt ist.
1B zeigt eine schematische Seitenansicht des Systems von 1A bei Verwendung eines alternativen, im Schnitt dargestellten Gerätes zur Formationsauswertung.
1C zeigt eine schematische Seitenansicht des Systems von 1A bei Verwendung einer weiteren alternativen, im Schnitt dargestellten Anordnung für das Gerät zur Formationsauswertung.
2 zeigt eine Seitenansicht im Schnitt einer Ausführung der Akustische Dichtezelle, die geeignet ist zur Verwendungin einem Gerät zur Formationsauswertung nach der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine Seitenansicht im Schnitt einer anderen Ausführung der Akustische Dichtezelle zur Verwendung in einem Gerät zur Formationsauswertung.
4A zeigt typische Signalverläufe von elektrischen Eingangssignalen zu des Meßwandlers 108 und von diesem erzeugter akustischer Druckwellen und Signalverläufe des akustischen Echosignals, das von dem Empfänger der in 2 dargestellten Dichtezellen empfangen werden.
4B zeigt Wellenformen empfangener akustischer Drucksignale und der daraus resultierenden elektrischen Spannungssignale, die von dem Meßwandler 116 von 2 erzeugt werden.
5 zeigt eine typische Verlaufskurve des akustischen Absorptionskoeffizienten (a) als Funktion des Prozentsatzes von Gasphasengehalt in einem Fluid.
6 zeigt ein Blockdiagramm der Schaltung zum Übermitteln, Empfangen und Aufzeichnen von Signalen zu und von der Schaldichte-Zelle und anderen Modulen des Gerätes.
In den Zeichnungen zeigt 1A eine Ausführung eines kabelgeführten Formations-Auswertungs- und Untersuchungs-Systems 10 mit einem Formations-Auswertungs- und Untersuchungs-Werkzeug (Gerät) 24 in der Tiefe des Bohrlochs, das durch ein Kabel 23' in ein Bohrloch 24 eingebracht ist, zum Untersuchen und Auffangen von Formationsfluiden aus einer gewünschten Formation innerhalb des Bohrlochs 21 gemäß der normalen Arbeitsweise des Systems 10. Das Gerät 24 enthält eine Anzahl von Funktionsmodulen, die hintereinandergeschaltet sind, so daß sie das Gerät 24 bilden, welches den Notwendigkeiten in einer bestimmten Untersuchungssituation genügt. In der Ausführung von 1A enthält das Gerät 24 eine sequentielle Anordnung eines elektro-hydraulischen Systems 25, ein Packer/Sonde-Modul 26 ein akustische Dichtezelle-Modul 15 ein Spülpumpenmodul 12, ein Probenahmemodul 16 und ein Untersuchungs-Ausgleichsventil 20. Das Gerät 24 wird in das Bohrloch durch ein Kabel 23' eingeführt, welches eine Mehrzahl von Leitungen für die Stromzufuhr zu den verschiedenen Bauteilen des Gerätes 24 und für die Herstellung einer bidirektionalen elektrischen und Daten-Kommunikation zwischen dem Gerät 24 und einer Steuereinheit 50, die üblicherweise oberirdisch in einem geeigneten Lastwagen 60 für Landbetrieb und in einer (nicht dargestellten) Kabine für Offshor-Betrieb. Das Kabel 23' wird durch ein Zugwerk 62 über ein System von Seilrollen 22a und 22b eingebracht.
Die Steuereinheit 50 enthält einen Rechner und einen zugehörigen Speicher, in welchem die gewünschten Programme und Modelle speicherbar sind. Das Steuersystem 50 steuert den Betrieb des Gerätes 24 und verarbeitet online Daten, die von dem Gerät 24 während des Betriebes des Gerätes 24 empfangen werden. Die Steuereinheit 50 ist mit einer Vielfalt von Peripheriegeräten verbunden, wie Schreibern 52 zum Aufzeichnen von Daten, und einem Display/Monitor 54 zum Darstellen der gewünschten Informationen während des Betriebs. Die Verwendung der Steuereinheit 50, des Displays/Monitors 54 und des Schreibers 52 ist im Stand der Technik der Bohrloch-Aufzeichnung bekannt und ist daher hier nicht näher erläutert.
1B zeigt eine schematische Ansicht einer alternativen Anordnung der verschiedenen Abschnitte des Gerätes 24. Bei dieser Ausführung ist der Packer/Sonden-Abschnitt 26 zu einer „rathole type" Untersuchung nahe dem unteren Ende des Gerätestranges angeordnet. Die sequentielle Anordnung der Abschnitte enthält das Untersuchungs- Ausgleichsventil 20, den Probenahme-Abschnitt 16, den Spülpumpenabschnitt 12, den Schalldichtezellen-Abschnitt 15, das elektro-hydraulische System 25 und den Formationsuntersuchungs Packer/Sonde-Abschnitt 26.
1C zeigt eine schematische Ansicht des Systems von 1A, welches eine noch andere Anordnung der verschiedenen Geräteabschnitte zeigt. Die Abfolge der Abschnitte bei der Ausführung von 1C ist die gleiche wie die der in 1A dagestellten Ausführung, außer daß der Packer/Sonde-Abschnitt 26 eine Mehrzahl von Packer/Sonden-Einheiten enthält und aufblähbare Packer wie die Stützpolster benutzt.
Wieder in 1A enthält der Formationsuntersuchungs-Packer/Sonde-Abschnitt 26 einen oder mehrere aufblähbare Packer/Sonde-Einheiten 29. wobei jede solche Packer/Sonde-Einheit 29 abdichtend gegen die Wandung des Bohrloches 21a andrückbar ist. Eines oder mehrere Stützkissen 27 sind gegenüber der Packer/Sonde-Einheit 29 an die Bohrlochwandung 21a angedrückt. Der elektro-hydraulische Abschnitt 25 wird benutzt, die Kissen der Packer/Sonde-Einheit 29 aufzublähen, so daß diese sich abdichtend an das Innere des Bohrlochs 21 anlegen. Der elektro-hydraulische Abschnitt wendet auch Stützkissen 27 an, um ein Andrücken der Packer/Sonde-Einheit 29 an die Bohrlochwandung 21a zu bewirken. Es können auch alle anderen geeigneten Mittel zum Anbringen des Packer/Sonden-Abschnitts 26 für die Zwecke der Erfindung angewandt werden. Jeder Packer/Sonde-Abschnitt 26 enthält eine (nicht dargestellte) Sonde, die sich radial von dem Gerätegrundkörper weg erstreck und geeignet ist, in die Formation 22 einzudringen, wenn die Packer/Sonde-Einheit 29 gegen das Innere 21a des Bohrlochs gedrückt wird. Der Packer/Sonden-Abschnitt 26 enthält auch einen Druckmesser 28 zur Überwachung von Druckänderungen bei dem Vorgang des Sammelns von Fluidproben, ein Isolierventil 11 zur Verwendung während Spülvorgängen und ein Vortest-Kolben 30 zum Abziehen von Proben beim Vortesten.
Weiter bezugnehmend auf 1A kann die akustische Dichtezelle 15 Fluidströmung durch die Sonde der Packer/Sonde-Einheit 29 empfangen, was später unter Bezugnahme auf 2 näher erläutert wird. Ain Spülpumpenabschnitt 12, der eine Spülpumpe 13 enthält kann Fluid, das durch die akustische Zelle 15 über die Feldleitung 14 hindurchtritt, aufnehmen, wo das Fluid auf den Probenahmeabschnitt 16 geleitet wird.
Der Probenahmeabschnitt 16 enthält ein Probenkammerventil 17, welches geöffnet wird, si daß es Formationsfluid zu einer oder mehreren Probenkammern 18 zum Sammeln von Formationsfluid darin leitet. Wenn das Probenkammerventil 17 geschlossen ist, wird das Fluid in das Formationsbohrloch 21 abgelassen. Das Probenkammerventil 17 kann in der Tiefe des Bohrloches oder von der Erdoberfläche her durch die Steuereinheit 50 gesteuert werden. Ein Ausgleichsventil 20 ist vorgesehen, um einen gewünschten Druck in der Feldleitung 14 aufrechtzuerhalen. Das Ausgleichsventil wird geschlossen während der Probenahme und geschlossen während des Spülvorganges. Ein Kolben 19 wird benutzt um den Fluiddruck während der Probenahme zu steuern, so daß sichergestellt ist, daß sich das Fluid nicht in zwei Phasen, d.h. Gas und Flüssigkeit, trennt, Verschiedene Abschnitte des Gerätes 24 sind in geeigneter Weise mittels Abschnitts-Verbindungsstücke miteinander verbunden, die generell mit dem Bezugszeichen 23 bezeichnet sind.
2 zeigt eine Seitenansicht im Schnitt einer Ausführung einer akustische Dichtezelle 100 nach der vorliegenden Erfindung. Die akustische Dichtezelle 100 enthält eine Verzögerungsleitung 104 der Dicke X_dl mit gegenüberliegenden Flächen 103 und 104. Die Fläche 103 ist in engem akustischen Kontakt mit einer Fluid-Feldleitung 102, durch welche das Formationsfluid während der Untersuchung und des Sammelns von Formationsfluid strömt. Das Material der Verzögerungsleitung 104 kann ein bearbeitbares Glas oder irgendein anderes geeignetes Material sein, welches das dort hindurchtretende akustische Signal hinreichend verzögern würde, vorzugsweise um eine Zeit welche die Abklingzeit („ringdown time") des Meßwandlers überschreitet, und welches eine akustischen Impedanz zwischen der Impedanz des bei dem Meßwandler verwendeten piezoelektrischen Materials und des Formationsfluids haben würde. Ein akustischer Meßwandler 108 (Meßwandler 1) einer Dicke L2 mit gegenüberliegenden Seiten 107 und 109 ist an die Verzögerungsleitung 104 angelegt. Der Meßwandler 108 kann als Sender oder als Empfänger für akustische Signale verwendet werden. Der Meßwandler 108 ist vorzugsweise aus einem geeigneten piezoelektrischen Material hergestellt aber ist nicht auf ein solches Material beschränkt. Die Oberfläche 105 der Verzögerungsleitung 104 und die Oberfläche 107 des Meßwandlers sind vorzugsweise miteinander gebondet. Eine Abstützung 112 der Dicke L₁ ist an den Meßwandler 108 angelegt, so daß die Oberfläche 111 der Abstützung in Kontakt mit dem Meßwandler 108 ist. Die Abstützung 112 ist vorzugsweise aus einer Mischung von Wolfram und einem Gummimaterial hergestellt, ist aber nicht auf eine solche Zusammensetzung beschränkt. Das Abstützungsmaterial 112 hat vorzugsweise einen hohen akustischen Absorptionskoeffizienten und eine akustische Impedanz, welche die akustische Reflexion an der Oberfläche 111 minimiert. Die Dicke L₁ ist hinreichend groß gemacht, so daß die Reflexionen an der Oberfläche 113 minimiert werden. Die Oberfläche 109 des Meßwandlers 108 und die Oberfläche 111 der Abstützung 112 sind vorzugsweise miteinander gebondet.
Ein zweiter akustischer Meßwandler 116 (Meßwandler 2) der Dicke L₂ mit gegenüberliegenden Oberflächen 115 und 117 ist an die Feldleitung 102 gegenüber von der Verzögerungsleitung 104 angelegt. Der Meßwandler 116 ist vorzugsweise auch aus piezoelektrischem Material hergestellt aber kann auch aus irgendeinem anderen geeigneten Material hergestellt sein. Die Oberfläche 115 des Meßwandlers 116 ist in engem akustischen Kontakt mit der Fluid-Feldleitung 102. Eine Abstützung 120 mit der Dicke L₃ mit gegenüberliegenden Oberflächen 119 und 121 ist an den Meßwandler angelegt. Die Oberfläche 117 des Meßwandlers 116 und die Oberfläche 119 der Abstützung sind vorzugsweise zusammengebondet. Bei einer bevorzugten Ausführung haben die Verzögerungsleitng 104, der erste Meßwandler 108, die Abstützung 112, der zweite Meßwandler 116 und die Abstützung 120 die gleiche Tiefe D.
3 zeigt eine Seitenansicht im Schnitt einer alternativen Ausführung der Akustische Dichtezelle 100 nach der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführung sind die Elemente, die links von der Feldleitung 102 gezeigt sind, identisch mit den Elementen von 2. Die Elemente rechts von der Feldleitung 102 in 3 sind ein Spiegelbild der Elemente links von der Feldleitung 102. Bei der in 3 dargestellten Ausführung hat eine Verzögerungsleitung 124 von einer Dicke X_dl eine Oberfläche 123 in engem akustischem Kontakt mit der Fluid-Feldleitung 102 gegenüber der Verzögerungsleitung 102. Eine Abstützung 120 von der Dicke L1 mit Oberflächen 119 und 121 ist an den Meßwandler 116 angelegt. Die Oberfläche 115 des Meßwandlers 116 ist vorzugsweise an die Oberfläche 125 der Verzögerungsleitung 124 gebondet. Die Oberfläche 117 des Meßwandlers 116 und die Oberfläche 119 der Abstützung 120 sind vorzugsweise miteinander gebondet. Die Vorteile dieser Ausführung sind, daß die Meßwandler 108 und 116 von dem Fluid isoliert sind, die beiden Seiten der Akustische Dichtezelle übereinstimmend konstruiert sind und die akustische Impedanz des Fluids für die Oberflächen 103 und 123 gemittelt werden kann. Die Gesamtgröße der Akustische Dichtezelle 100 ist jedoch etwas vergrößert. Die Abmessungen der Elemente in der bevorzugten Ausführung der Akustische Dichtezelle 100 sind (in Zoll): L₁ = 2,0, L₂ = 0,1, X_dl = 0,6, X_fl = 0,25 und D = 1,0. Die an den Meßwandler angelegte Signalfrequenz kann zwischen 0,3 bis 10 Megahertz (MHz) verändert werden, je nach den verwendeten Materialien und den Abmessungen der beim Aufbau der Akustische Dichtezelle 100 verwendeten Elemente. Bei einer einphasigen Strömung in der Feldleitung 102 kann die Frequenz der durch das Fluid übertragenen Signale variiert werden, um die Viskosität des Fluids zu erhalten. Für eine zweiphasige Strömung beeinflußt die Viskosität und auch die Streuung von der zweiten Phase in der kontinuierlichen Phase die Frequenz der durch das Fluid hindurchtretenden Signale. Die hier angegebenen Abmessungen und Signalfrequenzen können leicht verändert werden, um an verschiedene Untersuchungs-Szenarien angepaßt zu werden, und sind nicht als irgendwelche Einschränkungen auf die Ausführung der Akustische Dichtezelle 100 bestimmt.
4A zeigt typische Signalverläufe von elektrischem Eingangssignal, erzeugter akustischer Druckwelle und empfangenem akustischen Echosignal für den Sender/Empfänger Meßwandler 108 von 2. Wenn in 2, 4A und 4B ein elektrisches Signal mit der Amplitude V₀ an den Meßwandler 108 angelegt wird, wird nach einer kurzen Zeitverzögerung (t₀₁) die in 4A dargestellte akustische Druckwelle erzeugt. Diese akustische Druckwelle läuft in alle angrenzenden Medien. Wenn immer die akustische Druckwelle auf ein neues Medium trifft, wird ein Bruchteil der Wellenamplitude reflektiert und ein Bruchteil der Wellenamplitude wird durch das neue Medium hindurchgelassen. Die reflektierte Welle von der Grenzfläche der Verzögerungsleitung 104 und des durch die Feldleitung 102 strömenden Untersuchungsfluids liefert ein Maß für die akustische Impedanz des Fluids. Das resultierende Echosignal der Amplitude V_pp1 wird von dem Meßwandler 108 zum Zeitpunkt t₁ empfangen. Die Zeitdifferenz (t₁ – t₀₁) steht in Beziehung zu der Schallgeschwindigkeit in der Verzögerungsletung 104. Die Signalamplitude V_pp1 des Echos steht auch in Beziehung zu der akustischen Impedanz des Materials der Verzögerungsleitung 104 (Z_dl) und derjenigen der Fluidgrenzfläche (Z_n). Nachdem die in das Fluid durchgelassene akustische Welle durch das Fluid hindurchgelaufen ist, erfaßt der zweite Meßwandler 116 ihre Ankunft zum Zeitpunkt t₂ mit der Amplitude V_pp2, Eine kurze Zeitverzögerung t₀₂ tritt ein zwischen der Ankunft der akustischen Welle an dem Meßwandler 116 und der elektronischen Detektion des Signals. Die Zeit t₂ hängt ab von der Schallgeschwindigkeit durch die Verzögerungsleitung 104 und die Schallgeschwindigkeit durch den Fluidpfad in der Fluid-Feldleitung 102. Die Amplitude V_pp2 des von dem Meßwandler 116 empfangenen Signals hängt von der akustischen Signal-Durchlässigkeit und -Dämpfung durch die Verzögerungsleitung 104 und durch das Fluid in der Feldleitung 102 ab.
Die physikalischen Eigenschaften des Materials der Verzögerungsleitung 104 können im Laboratorium durch bekannte Kalibrierverfahren bestimmt werden. Unter Verwendung der Messungen mit der akkustische Dichte-Zelle 100 und der Parameter der Eigenschaften der Verzögerungsleitung 104 können die Dichte und Kompressibilität des Untersuchungsfluids unter Verwendung der unten angegebenen Gleichungen 1 bis 14 bestimmt werden. Auch der akustische Dämpfungskoeffizient (α) des Untersuchungsfluids kann bestimmt werden unter Verwendung der Messungen der akustische Dichtezelle 100 und der unten angegebenen Gleichungen 15 bis 18.
Fluid-Dichte und -Kompressibilitäts Berechnungen
Akustische Impedanz für Fluid und Verzögerungsleitung: Zfl = cfl ρfl 1.) Zdl = cfl ρfl 2.)
Akustische Schallgeschwindigkeit und Wellenlänge für Fluid und Material der Verzögerungsleitung:
Beziehung zwischen der durch den Meßwandler 1 gemessenen Echozeit und der Verzögerungszeit: t1 = 2(t01 – tdl) 7.)
Auflösung nach der Verzögerungsleitungszeit:
Beziehung zwischen dem empfanenen Signal in Meßwandler 2 und der Fluidzeit und Verzögerungszeit:
Auflösung nach der Fluidzeit:
Das von dem Meßwandler 1 gemessene Reflexionsvermögen:
Auflösung nach der akustischen Impedanz des Fluids:
Auflösung nach der Fluiddichte:
Die Kompressibilität des Fluids kann nun aus Dichte und Schallgeschwindigkeit bestimmt werden:
Fluid-Dämpfung und -Berechnungen:
Akustische Transmission von der Verzögerungsleitung zu dem Fluid:
Transmission vom Fluid zu Meßwandler 2:
Beziehung der gemessenen Spitze-zu-Spitze-Spannung, die in dem Meßwandler 2 empfangen wird:
Auflösung nach dem Absorptionskoeffizienten:
Die hier verwendete Nomenklatur ist wie folgt:
Variablen:

V

Spannung

c

Schallgeschwindigkeit

γ

Kompressibilität

λ

Wellenlänge

ρ

Dichte

f

Frequenz

x

Abstand

Z

akustische Impedanz

R

akustisches Reflexionsvermögen

T

akustische Transmission

Indizes:

1

Meßwandler 1, Sender/Empfänger

2

Meßwandler 2, Empfänger

pp

Spitze-zu-Spitze-Spannung

fl

Fluid

dl

Verzögerungsleitung

Kalibrierung und bekannte Werte

c_dl

Schallgeschwindigkeit des Materials der Verzögerungsleitung

ρ_dl

Dichte des Materials der Verzögerungsleitung

t₀₁

Versatzzeit für die elektronische Verzögerung des Meßwandlers 1

t₀₂

Versatzzeit für die elektronische Verzögerung des Meßwandlers 2

x_dl

Dicke der Verzögerungsleitung

x_fl

Dicke des Fluiddurchganges

V₀

Kalibrierspannung

K₁

Kalibrierkonstante für Meßwandler 1

K₂

Kalibrierkonstante für Meßwandler 2

Meßwerte:

t₁

Zeit für das Echosignal für Meßwandler 1

t₂

Zeit für das Echosignal für Meßwandler 2

V_pp1

Spitze-zu-Spitze Spannung für das Echosignal für Meßwandler 1

V_pp2

Spitze-zu-Spitze Spannung für das Echosignal für Meßwandler 2

Die in den obigen Gleichungen benutzte Nomenklatur ist wie folgt
Der akustische Dämpfungskoeffizient (α) eines zweiphasigen Fluids, z.B. Flüssigkeit und Gas, hängt von den Prozentsätzen der beiden Bestandteile ab. Der akkustische Dämpfungskoeffizient von Fluiden, die bekannte Prozentsätze der beiden Bestandteile aufweisen, kann im Laboratorium bestimmt werden. Man kann eine Kurvendarstellung des im Laboratorium gemessenen Dämpfungskoeffizienten als Funktion des Prozentsatzes der Gaskomponente in dem Fluid erhalten. Diese akustische Dämpfung hängt von der Viskosität, der Frequenz und der Größe der zweiten Phase in der kontinuierlichen Phase ab.
5 zeigt eine typische Kurvendarstellung des akustischen Dämpfungskoeffizienten (α) als Funktion des Prozentsatzes des Gehalts an Gasphase in einem Fluid, wenn die anderen Parameter konstant sind. Der Bruchteil des Gases in dem Fluid β kann numerisch bestimmt werden, indem man eine Einpassung einer polynomische Kurve der im Laboratorium gemessenen Daten in die Kurve in 5 vornimmt. Diese polynomische Einpassung wird dann hinsichtlich der Effekte von Viskosität und der Verteilung der zweiten Phase kompensiert. Diese Kompensation wird vorzugsweise erreicht durch Anwendung von Regressionsmethoden auf bekannte zweiphasige Fluide. Eine typische Formation wird nach der unten angegebenen Gleichung (19) entwickelt. Somit wird durch Verwendung von Messungen der Akustische Dichtezelle 100 der akustische Dämpfungskoeffizient des Untersuchungsfluids nach der früher beschriebenen Gleichung (18) berechnet, und dann wird der Bruchteil der Gasphase nach Gleichung (19) bestimmt. β = A0 + B0α + C0α2 + D0α3 + E0f + F0f2 + G0f3 + HP0 (19)
Die obige Gleichung erfordert breitbandige akustische Sender und eine Spektralanalyse der empfangenen Signale, um eine Frequenz- (f) und Druck-(p) Kompensation durchzuführen. Die spektrale Abhängigkeit von α liefert die spektrale Abhängigkeit von β. Die empirischen Messungen an bekannten zweiphasigen Fluiden kann im Laboratorium durchgeführt werden, um den Bruchteil der Gasphase aus der Frequenzabhängigkeit von Gleichung (19) zu interpretieren. Die Frequenzabhängigkeiten der Viskosität und der Zweiphasenstreuung unterscheiden sich. Gleichung 19 zieht Viskositätseffekte ab, um die Genauigkeit der Berechnung von β zu verbessern.
Zum Betrieb des Systems nach der vorliegenden Erfindung wird das Gerät 24 in das Bohrloch 21 mittels des Kabels 23' in die gewünschte Tiefe hinunter gelassen. Die Packer/Sonde-Einheit 29 wird gegen die Wandung des Bohrlochs 21 in der interessierenden Zone in der Formation 22 angedrückt. Das elektro-hydraulische System 25 bringt die Sonde der Packer/Sonde-Einheit 29 und die Stützkissen 27 in Position, so daß eine hydraulische Abdichtung mit der elastomeren Packer/Sonde-Einheit 29 gegenüber der Formation erzeugt wird. Normalerweise bleiben das Geräteausgleichsventil 20, das Probenkammerventil 17 und das Isolationsventil 11 während des Inpositionbringens der Packer/Sonde-Einheit 29 geschlossen. Der Vortest-Kolben 30 wird benutzt, um eine kleine Probe von Fluid in die Feldleitung 14 des Gerätes 24 abzuziehen, während die Feldleitung 15 unter Verwendung eines hochgenauen Quarzdruckmessers 8 überwacht wird. Wenn die Fluidprobe in die Feldleitung 14 des Gerätes 24 angesaugt wird, sinkt der Druck infolge des Widerstandes der Formation gegen Fluidströmung. Wenn der Vortest aufhört, steigt der Druck in der Feldleitung 14 bis er mit dem Druck in der Formation 22 ausgeglichen ist. Das liegt daran, daß sie Formation 22 allmählich die Fluide in die Sonde der Packer/Sonde-Einheit 29 freiläßt. Der Formationsdruck ist typischerweise geringer als der Bohrloch- 21 oder hydrostatische Druck, und diese Differenz wird benutzt als Mittel zur Verifizierung, daß die Packer/Sonde-Einheit 29 gegen die Wandung des Bohrloches 21 abgedichtet ist. In die Fluide in dem Porenraum der Formation 22 in der Nähe der Packer/Sonde-Einheit 29 sind typischerweise Schlammfiltrat-Fluide ein.
Um eine Probe zu erhalten, die repräsentativ für die Vorort-Formationsfluide des Bereichs in der Nähe der Sonde ist, muß die Sonde gespült oder durchgepumpt werden, bis Formationsfluide in das Gerät 24 strömen. Um den Bereich in der Nähe der Sonde der Packer/Sonde-Einheit 29 zu spülen, werden das Isolationsventil 11 und das Ausgleichsventil 20 geöffnet, und die Spülpumpe 13 wird gestartet. Die Spülpumpe 13 ist vorzugsweise eine doppeltwirkende Kolbenpumpe, so daß der Fluidstrom so konstant und gleichförmig wie möglich ist. Die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf einen bestimmten Typ von Spülpumpe, und alle geeigneten Mittel können benutzt werden, um dem angegebenen Zweck zu dienen. Die Spülpume 13 saugt Fluid in die Sonde der Packer/Sonde-Einheit 29 und stößt das Fluid bei hydrostatischem Druck aus dem Ausgleichsventil 20 aus.
Die Pumprate der Spülpumpe 13 wird so geregelt, daß der Druck in der Feldleitung 14 in der Nähe der Sonde oberhalb des Blasenpunktes der Fluidprobe gehalten wird. Während die Spülpumpe läuft, wird die Akustische Dichtezelle 15 benutzt, um die Eigenschaften des Fluids zu messen. Die Akustische Dichtezelle 15 kann die Dichte des Fluids überwachen, die Schallgeschwindigkeit in dem Fluid, der Kompressionsmodul und die Anwesenheit von Blasen in dem Fluid. Durch Überwachung der Bildung von Gasblasen in dem Fluid kann die Strömung in der Feldleitung 14 ständig so eingestellt werden, daß durch Regeln der Geschwindigkeit der Spülpumpe 13 ein einphasiges Fluid aufrechterhalten wird.
Die vorerwähnten Fluideigenschaften sind von der An des Fluids in der Feldleitung 14, und die Kenntnis der Fluideigenschaften kann benutzt werden, um die Fluidströmung zu überwachen, während das Formationsfluid zum Probensammeln gepumpt wird. Wenn somit festgestellt wird, daß das durch die Feldleitung 14 strömende Formationsfluid repräsentativ für die Vorortzustände ist, wird das Probenkammerventil 17 geöffnet, und das Ausgleichsventil 20 wird geschlossen. Die Spülpumpe 13 pumpt das Formationsfluid weiter durch die Feldleitung 14, und das Fluid wird in die Probenkammer 18 geleitet, bis diese gefüllt ist. Die Spülpumpe kann die gesammelte Probe in der Probenkammer 18 weiter bis zu einem gewünschten Druckniveau unter Druck setzen, um das Vorort-Druckniveau sicherzustellen, und dann werden alle Ventile, das Isolationsventil 11, das Probenkammerventil 17 und das Ausgleichsventil 20 geschlossen.
Der Blasenpunkt des Fluids in der Feldleitung 14 wird unter Verwendung der Akustische Dichtezelle 15 in Verbindung mit der Spülpumpe 13 gemessen. Die Spülpumpe 13 wird benutzt, um den Druck in der Feldleitung 14 zwischen dem Isolationsventil 11 und der Spülpumpe 13 abzusenken. Die Akustische Dichtezelle 15 bestimmt die Dichteänderung des Fluids und die Blasenbildung in der Feldleitung 14. Ein (nicht dargestellter) Druckmesser wird auch benutzt, um den Blasenpunkt des Fluids zu bestimmen.
Die Konfiguration verschiedener Abschnitte des Gerätes 24 kann verändert werden, um den Untersuchungsbedingungen Rechnung zu tragen, aber es ist wünschenswert, daß die Akustische Dichtezelle 15 zwischen der Spülpumpe 13 und dem Packer/Sonde-Einheit 29 angeordnet ist, um eine Überwachung der Fluideigenschaften auf der niederdruckseite der Spülpumpe 13 zu ermöglichen. Wie früher diskutiert, zeigt 1B eine alternative Ausführung des Gerätes 24, bei welcher die Packer/Sonde-Einheit 29 zu „Rathole"-Untersuchungen in der Nähe des unteren Endes des Stranges von Abschnitten im Gerät 24 angeordnet ist. 1C zeigt eine noch andere Ausführung des Gerätes 24 mit einem aufblähbaren Packerabschnitt der Packer/Sonde-Einheit 29 statt einer einzelnen Packer/Sonde-Einheit. Weiterhin können eine Mehrzahl von Packer/Sonde-Einheiten 29 statt einer einzigen Packer/Sonde-Einheit 29 vorgesehen sein, aber die grundsätzliche Arbeitsweise des Gerätes 24 bleibt die gleiche.
6 zeigt ein funktionelles Blockdiagramm zum Aufzeichnen von Signalen von der Akustische Dichtezelle 15 und anderen Abschnitten des Gerätes. Wenn man die 1A, 2, 4A, 4B und 6 betrachtet, so enthält der auf einem LKW angeordnete Datenerfassungs-Prozessor 240 eine Steuereinheit 50 zum Steuern der Arbeitsweise des Gerätes 24, einen Displaymonitor 52, welcher die Befehle des Benutzers und die Echtzeitresultate von dem Gerät 24 anzeigt, und einen Schreiber 54 welcher die gewünschten Signale zu und von dem Gerät 24 aufzeichnet. Ein Mikroprozessor 200 in der Tiefe des Bohrloches (vorprogrammiert oder benutzergesteuert) instruiert den Signaleingangsgenerator 210 einelektrisches Signal, wie es in 4A dargestellt ist, an den Meßwandler 108 anzulegen. Das von dem Meßwandler 108 nach der Zeit t₁ empfangene Signal und das von dem Meßwandler 116 nach der Zeit t₂ erzeugte Signal werden zu dem Mikroprozessor 200 in der Tiefe des Bohrloches übermittelt. Der Mikroprozessor 200 in der Tiefe des Bohrlochs berechnet die Fluiddichte, die Fluidkompressibilität, den Prozentsatz von Gasanteil in dem Untersuchungsfluid und übermittelt die Signale an den Signalprozessor 230. Informationen, die von dem Signalprozessor empfangen werden, werden zu dem auf dem LKW angeordneten Datenerfassungs-Prozessor 240 übermittelt, wo sie verarbeitet, aufgezeichnet und von dem Untersuchungspersonal überwacht werden.
Wie früher erwähnt, enthält das anfänglich von der Formation 22 abgezogene Fluid Schlammfiltrate, welche in die Formation 22 eingedrungen sind. Es ist daher wichtig, daß die Formationsfluide, die in der Tiefe des Bohrlochs gesammelten Fluide nicht verunreinigt (sauberes Fluid) und in dem gleichen physikalischen Zustand sind, in welchem die Fluide in der Formation vorhanden sind. Beispielsweise sollte der Gas- und Ölgehalt des Fluids aufrechterhalten werden in der Weise wie er in der Formation während des Sammelvorganges vorhanden war. Das erfordert eine Bestimmung, wann das Fluid, das durch die Feldleitung strömt, im wesentlichen frei von Schlammfiltraten ist, und ein Sammeln des Fluids oberhalb des Blasenpunktes des Fluids. Wie früher erwähnt, benutzen die bekannten Geräte Widerstandsmessungen und optische Mittel un laufend die Zustände des Fluids in der Tiefe des Bohrloches zu bestimmen und die Strömungsrate so zu steuern, daß der Fluiddruck oberhalb des Blasenpunktes gehalten wird. Solche Apparate und Verfahren sind kompliziert und sind gewöhnlich sehr aufwendig, Verschmutzung unterworfen und sehr zuverlässig. Wenn eine gewünschte Menge des Fluids in der Fluidkammer 18 gesammelt ist, kann ein neues Befehlssignal in das Bohrloch gesandt werden, um andere Kammern auszuwählen oder den Betrieb der Pumpe 17 anzuhalten, oder um den Zyklus umzukehren und erforderlichenfalls einen weiteren Zyklus in Gang zu setzen.
Zur Bestimmung des Blasenpunktdruckes wird durch Steuerung der Spülpumpe 13 die Strömungsrate der Fluidströmung in der Feldleitung 14 langsam erhöht, während laufend die Fluiddichte und die Fluidkompressibilität überwacht wird. Wenn die Fluidrate erhöht wird, dehnt sich das Gas (soweit vorhanden) in dem Fluid aus seinem normalen flüssigen Zustand, der in der Formation vorhanden ist, aus in einen gasförmigen Zustand, was als plötzlicher Abfall in der Dichte beobachtet wird. Der Druck, bei welchem die Dichte abfällt, ist der Blasenpunktdruck des Fluids. Um die Genauigkeit der Ergebnisse sicherzustellen, wird die Strömungsrate vermindert, bis die Dichte plötzlich auf den anfänglichen Wert des sauberen Fluids und den entsprechenden Fluiddruck ansteigt. Diese Prozedur kann, falls erforderlich, wiederholt werden, um den Blasenpunktdruck genau zu bestimmen.

Claims

Vorrichtung zum Untersuchen von Formationsflüssigkeit aus einer Bohrloch-Verzweigungsstelle, die folgendes umfasst a) eine Sonde (29), die so ausgelegt ist, dass sie an die Formation (22) angelegt werden kann und die Formationsflüssigkeit in eine Feldleitung (14; 102) abzieht, die für das Auffangen von Formationsflüssigkeit verwendet wird, b) eine Pumpe (13) für das Steuern der Strömungsgeschwindigkeit der Formationsflüssigkeit in die Feldleitung (14; 102) und c) eine akustische Einrichtung (15; 100) für das Bereitstellen von Signalen zum Bestimmen von Eigenschaften der Formationsflüssigkeit in der Feldleitung (14; 102), wobei die akustische Einrichtung (15; 100) einen Signalwandler (108) für das Übertragen akustischer Signale durch die Flüssigkeit in der Feldleitung (14; 102) und einen Empfänger (116) für das Erfassen von durch die Flüssigkeit in der Feldleitung (14; 102) hindurchgehenden akustischen Signalen aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die akustische Einrichtung (15; 100) weiterhin eine erste Verzögerungsleitung (104) aufweist, die zwischen dem akustischen Sender (108) und der Feldleitung (14; 102) angeordnet ist, so dass die akustischen Signale durch die Verzögerungsleitung (104) hindurchgehen müssen, bevor sie die Feldleitung (14; 102) erreichen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die akustische Einrichtung (100) weiterhin eine zweite Verzögerungsleitung (124) aufweist, die zwischen dem akustischen Empfänger (116) und der Feldleitung (14; 102) angeordnet ist, so dass die akustischen Signale vom akustischen Sender (108) durch die Verzögerungsleitung (124) hindurchgehen müssen, bevor sie den Empfänger (116) erreichen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Verzögerungen in der ersten (104) und der zweiten (124) Verzögerungsleitung in ihrer Beschaffenheit und ihrem Ausmaß im Wesentlichen identisch sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die weiterhin eine Steuerschaltung (200) für das Bestimmen der Eigenschaften der Flüssigkeit in der Feldleitung (14; 102) aufweist, wobei die Steuerschaltung (200) vorzugsweise die Durchflussmenge der Flüssigkeit in die Feldleitung (14; 102) in Abhängigkeit von den bestimmten Eigenschaften der Flüssigkeit steuert, wobei es sich bei den Flüssigkeitseigenschaften vorzugsweise um die Dichte oder die Kompressibilität der Flüssigkeit in der Feldleitung (14; 102) handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Steuerschaltung (200) die Durchflussmenge der Formationsflüssigkeit so steuert, dass der Druck in der Feldleitung (14; 102) über dem des Blasenpunktes jedes beliebigen Gases in der Formationsflüssigkeit in der Feldleitung (14; 102) bleibt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Steuerschaltung (200) mit der Pumpe (13) wirkverbunden ist und die Pumpe steuert, um die Strömungsgeschwindigkeit der Formationsflüssigkeit in die Feldleitung (14; 102) in Abhängigkeit von der Flüssigkeitsdichte und -kompressibilität so zu steuern, dass der Feldleitungsdruck über dem des Blasenpunktes jedes beliebigen in der Formationsflüssigkeit in der Feldleitung (14; 102) enthaltenen Gases bleibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die weiterhin eine Kammer (18) für das Aufnehmen von Formationsflüssigkeit aus der Feldleitung (14; 102) sowie vorzugsweise ein Steuerventil (17) aufweist, das mit der Feldleitung (14; 102) verbunden ist, um die Formationsflüssigkeit aus der Feldleitung (14; 102) gezielt in die Sammelkammer (18) oder das Bohrloch (21) zu leiten.
Vorrichtung nach Anspruch 5, 6 oder 7, die weiterhin ein 2-Wege-Telemetriesystem für das Übertragen von Daten zwischen der Steuerschaltung (200) und einem Übertage-Gerät aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, 6, 7 oder 9, die in Modulform vorliegt und folgendes umfasst: (a) einen Sondenabschnitt (26) mit der Sonde (29), (b) einen Pumpenabschnitt (12) mit der Pumpe (13), die mit der Feldleitung (14; 102) verbunden ist, (c) eine mit dem Pumpenabschnitt (12) und der Feldleitung (14; 102) verbundene Zelle (15) für das Messen der Schalldichte und (d) eine mit der Zelle (15) für das Messen der Schalldichte verbundene Steuerschaltung (200) für das Verarbeiten von darin empfangenen akustischen Signalen.
System für das Analysieren und Sammeln von Formationsflüssigkeit aus einer Bohrlochvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und eine mit der Vorrichtung verbundene Übertage-Steuereinheit (50), die einen Rechner für das Empfangen der verarbeiteten akustischen Signale aus der Vorrichtung und das Bestimmen der Flüssigkeitsdichte und der Flüssigkeitskompressibilität daraus aufweist und Befehlssignale an die Vorrichtung überträgt, um die Durchflussmenge in die Feldleitung (14; 102) in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsdichte- und -kompressibilitätsmesswert so zu steuern, dass der Druck in der Feldleitung (14; 102) über dem des Blasenpunktes jedes beliebigen in der Formationsflüssigkeit enthaltenen Gases bleibt, sowie ein 2-Wege-Telemetriesystem für das Übertragen von Daten zwischen dem Untertage-Formationsuntersuchungswerkzeug (24) und der Übertage-Steuereinheit (50).
Verfahren für das Auffangen einer Formationsflüssigkeit aus einem Bereich von Interesse (22) in einem Bohrloch (21), das folgende Schritte umfasst: (a) Abziehen von Formationsflüssigkeit aus dem Bereich von Interesse (22) in eine Feldleitung (14; 102), (b) Bestimmen der Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit, der Schallimpedanz und des Schallabsorptionsgrades der durch die Feldleitung (14; 102) fließenden Flüssigkeit, (c) Bestimmen der Dichte und Kompressibilität der Flüssigkeit aus der Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit, der Schallimpedanz und dem Schallabsorptionsgrad der durch die Feldleitung (14; 102) fließenden Flüssigkeit und (d) Steuern der Durchflussmenge der Flüssigkeit in die Feldleitung (14; 102) auf der Grundlage der Flüssigkeitsdichte und der Kompressibilität der durch die Feldleitung (14; 102) fließenden Flüssigkeit, um sicherzustellen, dass der Druck in der Feldleitung (14; 102) über dem Blasenpunkt der Flüssigkeit bleibt.
Verfahren zum Bestimmen des Blasenpunktdrucks einer Formationsflüssigkeit in einem Bohrloch (21), das folgendes umfasst (a) Pumpen der Formationsflüssigkeit aus einem Bereich von Interesse (22) in eine Feldleitung (14; 102), wobei die Strömungsgeschwindigkeit der Formationsflüssigkeit in die Feldleitung vorzugsweise über externe Mittel durch eine Pumpe gesteuert wird, (b) Bestimmen der Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit, der Schallimpedanz und des Schallabsorptionsgrades der durch die Feldleitung (14; 102) fließenden Flüssigkeit, (c) Bestimmen der Dichte und Kompressibilität der Flüssigkeit aus der Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit, der Schallimpedanz und dem Schallabsorptionsgrad der durch die Feldleitung (14; 102) fließenden Flüssigkeit, (d) Ändern der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in die Feldleitung (14; 102) und (e) Wiederholen der Schritte (b)–(d) so oft wie gewünscht, wobei man den Druck in der Feldleitung (14; 102) und die jeder Strömungsgeschwindigkeit entsprechende Kompressibilität aufzeichnet und daraus den Blasenpunktdruck der Flüssigkeit bestimmt.