泡檢測工具的製作方法
2023-05-04 03:54:01
專利名稱：泡檢測工具的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於檢測井下工具周圍流體內出現的元素的測井工具。所述元素為流體內的至少一個泡、微粒或殘渣，並且所述工具具有縱向軸並包括發射輻射的發射裝置、用於沿預定輻射圖案案發射輻射的透鏡、以及接收裝置。
背景技術：
為了優化井內作業，重要的是了解井內流體的特徵，例如密度、微粒和氣泡/水泡
數量、溫度和速度。速度測量可通過多種方式執行。一種方式是測量兩對電極之間的電容，並可通過比較在這兩對電極中執行的測量來計算流體速度。但是，這種測量基於流體均勻分布的假設，但情況並非總是如此。另一速度測量方式是在流體中使用示蹤劑，這會汙染流體。
發明內容
本發明的目標是提供一種能夠識別井內流體的至少一部分特徵的井下工具。本發明的另一目標是提供能夠繪製硬體和套管內壁草圖或圖形的工具。上述目標及多種其他目標、優點和特徵通過下面的描述將變得顯而易見，並且通過根據本發明的解決方案，使用用於檢測井下工具周圍流體內出現的元素的測井工具來實現，所述元素為流體內的至少一個泡、微粒或殘渣，並且所述工具具有縱向軸並包括-用於發射輻射的發射裝置，-用於沿預定輻射圖案發射輻射的透鏡，以及-接收裝置，其中，所述輻射圖案在諸如套管內壁之類的物體上反射並且反射輻射被接收到所述接收裝置中，並且當元素位於所述發射裝置外部的流體內時，部分輻射圖案被所述元素散射和/或反射，從而導致輻射圖案更改和第一測量。使用上述測井工具，可以計算井內含油流體內的氣泡或水泡數目，並且測量泡的大小，從而判定所述流體的某些特徵，例如其速度。第一測量可以在第一時間執行，第二測量可以在第二時間執行。通過擁有所述第一和第二測量及這兩個測量間的時間間隔，可使用所述測量通過比較測量或圖像來判定流體速度，然後可以先計算兩個元素間的距離，進而計算流體速度。在一個實施例中，所述發射裝置可以放置在所述透鏡內。此外，所述透鏡可以圍住所述發射裝置。另外，所述輻射圖案可以沿基本垂直於所述工具縱向軸的方向發射。而且，所述測井工具可以是泡計數工具。所述測井工具可以包括在流體中產生泡的泡發生器。如果要判定流體速度，但流體內沒有泡，所述泡發生器便會產生泡。所述測井工具還可以包括這樣的一個泡發生器，其作為第二發射裝置被放置在工具中，位於所述第一發射裝置上遊。所述第二發射裝置可以發射足夠高的輻射來蒸發流體中的油餾分以產生氣泡。在一個實施例中，所述測井工具可以包括包含壓縮氣體室的泡發生器，所述壓縮氣體當通過所述發生器的閥門釋放時，可在流體中產生氣泡。第一測量可以在第一時間，在第一位置上執行，第二測量可以在第二時間，通過接收發射輻射在工具的所述第一位置上執行。所述發射裝置可以發射功率至少為5W或至少為5kW的輻射，並且所述發射裝置可以是雷射器。 在另一實施例中，所述測井工具可以進一步包括用於將工具在井內向前推移的驅動單元。而且，所述輻射圖案可以是一條線。此外，所述驅動單元可以是放置在所述工具內的傳輸單元。另外，所述接收裝置可以是記錄裝置。所述發射裝置可以沿垂直於所述工具的縱向軸的方向發射輻射。所述工具還可以包括被放置為將輻射導向所述接收裝置的反射鏡(mirror)裝置。在又一實施例中，所述測井工具可以進一步包括用於在所述接收裝置接收物體反射的輻射圖案之前反射該輻射圖案的反射鏡裝置。該反射鏡可以呈圓錐形。所述測量可以每秒10至200次測量的速度執行，優選地以每秒20至100次測量的速度執行，更優選地以每秒20至50次測量的速度執行。本發明還涉及包括以下步驟的一種方法將根據上述任一權利要求的測井工具插入井內，所述井包括流體；沿物體方向發射輻射圖案；部分輻射被作為所述工具和物體之間流體內的氣泡或水泡、微粒或殘渣的元素散射和/或反射；另一部分輻射被所述物體反射；檢測反射的輻射圖案；以及分析所述反射輻射圖案以識別元素。所述方法可以進一步包括對所述元素進行計數的步驟。而且，所述方法可以進一步包括在第二測量中識別所述元素，以及測量所述元素從所述第一測量移至所述第二測量的距離的步驟。最後，所述方法可以進一步包括計算所述元素的速度，從而計算流體速度的步驟。
下面將參考所附的示意圖更詳細地描述本發明及其眾多優點，所述示意圖出於說明的目的示出一些非限制性實施例，在這些示意圖中圖IA示出根據本發明的測井工具的從一側看的局部剖面圖，圖IB示出根據本發明的測井工具的另一實施例的從一側看的局部剖面圖，圖2示出所述測井工具的另一實施例的從一端看的局部剖面圖，圖3示出圖IA中的剖面圖內的元素，圖4A示出一條線形式的輻射圖案，圖4B示出已被元素散射部分輻射的、圖4A中的線，
圖4C示出已被接收裝置接收的、圖4B中的線，圖5A示出作為網格的輻射圖案，圖5B不出已被兀素散射部分福射的、圖5A中網格，圖6示出所分析的第一測量和第二測量，以及圖7示出工具的又一實施例的局部剖面圖。所有附圖均具有高度示意性，不必按比例繪製，它們僅示出闡述本發明所需的必要部件，而其他部件被省略或僅被暗示。
具體實施例方式在圖IA中，示出根據本發明的測井工具I的一部分。測井工具I能夠判定井下元素。測井工具I包括用於將輻射發射到透鏡3的發射裝置2。透鏡3沿諸如圖1A、1B、4A和4B所示的線、圖5A、5B和6所示的網格或其他適當的圖案之類的預定輻射圖案4發送輻射。圖案4在作為套筒或鑽孔內壁的物體6上反射，隨後由接收裝置5檢測。下面根據井中的物體6闡述本發明，所述物體例如為作為套管內壁一部分安裝的閥門、位於井中的套筒、封隔器或類似的硬體元件。此外，根據井流體內的元素闡述本發明，所述元素例如為氣泡或水泡、殘渣、諸如材料屑或巖層碎片之類的微粒，或井流體內的類似元素。如上所述，輻射圖案4在物體6上反射並且反射輻射被接收到接收裝置5中。如果發射裝置2的外部存在元素20，如圖3所示，則部分輻射將被散射和/或反射，這表示接收裝置5不再能檢測到該部分中的線，如圖4B所示。但是，此線仍然可能作為較弱的線出現在圖像/測量中。在圖3中，所述元素在物體6反射輻射之前阻擋此輻射中一部分的路徑。如果所述元素阻擋反射輻射的路徑，也會出現同樣的情況。圖4A-6是輻射圖案4的圖示，並且黑線示出輻射線，所述輻射線在由接收裝置5接收的圖像中將顯示為亮線，而白色背景將顯示為黑色背景，所述黑線將，因為井下唯一的光是來自發射裝置2的光。這意味著由於元素散射而丟失的光線部分將顯示為黑色陰影，其顏色幾乎與黑色背景相同。接收裝置5可以是相機、圖像傳感器或類似的處理器。接收裝置5可具有從發射裝置2看去位於相機前面的透鏡3。測井工具I包括伸長的外罩7，其具有多個槽或開口 10，允許光形式的輻射從工具發射出並再次進入工具。在外罩7內部，由發射裝置2從內部照射圓環形透鏡3。為了照射整個透鏡3，在圓環內放置多個發射裝置2。在圖IA中，透鏡3中放置二十個發射裝置
2。透鏡3引導輻射進入諸如線之類的輻射圖案4，並沿該輻射圖案照射物體6。輻射圖案4被物體6的表面反射並以Θ角度返回，以便在接收到接收裝置5中之前由反射鏡8進行反射。反射鏡8呈圓錐形，並且在本實施例中，輻射圖案4是線，其被反射鏡反射為圓，如圖4C所示。反射鏡8通過固定裝置9固定在外罩7上，所述固定裝置上還安裝有發射裝置2。固定裝置9具有允許發射裝置2的輻射照射透鏡3的周向槽。具有反射鏡8使得能夠將接 收裝置5放置為相對於透鏡3軸向移位。因此，透鏡3具有與工具I的縱向延伸垂直的輻射延伸。發射裝置2的放置方式使其能夠沿徑向照射透鏡3。反射鏡8放在透鏡3 —側且相對於工具I的軸在軸向上與透鏡3具有一段距離，並且隨著與發射裝置2和透鏡的距離變遠而逐漸變細。接收裝置5放置在與反射鏡8具有一段軸向距離，距離透鏡3更遠。在另一實施例中，僅在透鏡3中放置三個發射裝置2。這種發射裝置2必須具有更寬的發射範圍以便照射整個透鏡3。在透鏡3和外罩7之間放置O型環形式的密封裝置11以便將工具I的內部密封住。此外，反射輻射再次進入外罩所通過的槽10可以包括同樣密封住外罩內部但是允許光照通過的窗12。在另一實施例中，工具I的周圍部分是圍住工具框架部分的玻璃外罩，所述框架部分在本例中也是工具的固定裝置9。在圖IA和IB中，透鏡3產生線形式的輻射圖案4，並且是平凸柱面透鏡。但是，透 鏡3也可以是任何能夠產生諸如線、網格等之類的輻射圖案4的適當透鏡。圖IB示出工具I的另一實施例，在該實施例中，所述工具有相對放置的兩個反射鏡8和兩個接收裝置5，這樣在透鏡3的每一側放置一個反射鏡和一個接收裝置。在本實施例中，固定裝置9具有提供堅固工具設計的框架配置。所述框架具有相互移位的開口 10，以便第一開口 IOa相對於第二開口 IOb移位。每個開口 10適合於既發射輻射也允許反射輻射進入以經過反射鏡8反射並發送到接收裝置5。每個接收裝置5僅接收部分反射輻射，從而一個接收裝置5接收一部分輻射圖案4，而另一接收裝置5接收另一部分輻射圖案。當這些反射輻射圖案部分結合在一起時，便可接著處理整個輻射圖案，如下所述。整個固定裝置9可以僅由一個玻璃外罩圍住，從而提供簡單的固定裝置封裝以及通過簡單方式密封工具I以阻止外部井流體的設計。圖IA和IB中的接收裝置5接收由於反射鏡8為圓錐形而反射為圓或圓的部分的反射線。接收裝置5接收來自套管一小部分的光，並且物體6(例如，套管內部)上的每個點映射到二維圖像平面中兩個同心圓之間的一點。因此，圖像中的輻射線對應於套管上的多個點。在本實施例中，輻射圖案4是作為完全圍繞工具I的圓發射到套管內部以掃描套管的線。輻射圖案4可以是作為封閉輪廓發射到物體6上的任何類型的圖案，在所示示例中是圓，如果套管內壁很平滑，則再次接收到工具I中的仍是圓。此外，與接收裝置5相連的圖像傳感器將圓的圖像轉換為數據。在圖4C中，圓已斷裂，因為圓的一部分沒有被接收裝置5檢測到。出現這種情況是因為發射線已在所述元素上/內反射和散射。如果所述元素為氣泡或水泡，則所述輻射由泡沿多個方向散射，使得在接收裝置5的方向反射的輻射能量變得極小，而無法被所述接收裝置檢測到。此外，如果所述元素為殘渣或微粒，則所述輻射在表面上反射並且由於其表面不均勻而沿多個方向散射。以這種方式，可通過計數由於元素散射而丟失的輻射線部分來判定元素數目。如果流體中存在太多元素，則所述元素會重疊，並且輻射線的中斷針對多個元素僅出現一次，從而導致元素計數不正確。同樣，當存在的元素的伸展小於輻射線和反射線之間的距離時，一個元素會被計數兩次，如圖3所示。在這種情況下，輻射圖案4可以變為網格，如圖5A所示，並且以這種方式，幾個元素被示為中斷網格線數次，如可以從圖5B看出的。在圖5B中，兩個元素重疊，這很難看到。但是，通過識別這些元素的圓周，如圖6中的上圖所示，可以判定元素數目。以這種方式，永遠不會將多個元素錯誤地計數為僅一個元素，並且不會將任何元素計數兩次。當測量和圖像以接收裝置5根據預定採樣率接收的兩個連續圖像為一對的方式組合時，如圖6所示，可以判定元素間距離，並且將此距離與已知採樣率比較時，還可判定元素速度。通過了解元素在流體中的流動速度，還可以相當準確地估計流體速度。從圖6可以看出，上圖和下圖中都示出五個元素，從而形成可識別圖案4。上圖尚未顯示的「新」元素由虛線示出。為了使用圖像/圖案識別，需要判定每個元素的圓周。當判定圓周的哪個位置和大小最適合每個元素時，便可開始圖像識別。當在圖像和接下來的圖像中識別了元素的圖案4時，便可估計每個元素從第一測量到第二測量的距離。大元素和小元素的速度不會完全相同。但是，通過計算平均速度，可以準確估計流體速度。以這種方式，測井工具I掃描流體內的元素以判定流體特徵。當執行一系列測量 時，工具I主要保持在同一位置，並且待掃描元素通過工具。當執行一系列測量時，可針對每個元素上的不同位置照射該元素數次。在圖2中，測井工具I包括四個沿工具外罩7外圍間隔放置的透鏡3。每個透鏡3由在朝向工具I的中心方向中徑向地位於透鏡後面的發射裝置2照射。每個透鏡3能夠呈放射狀發送線，因此，四個透鏡發射的線相互重疊並共同確定一條圓周線。在工具軸向延伸上每個透鏡3的附近，放置接收裝置5以接收物體6反射的線。在圖2的實施例中，為了掃描物體6，無需反射鏡，因為每個接收裝置5都放置在透鏡3附近來放射狀地接收反射輻射。在某些情況下，需要更多的透鏡3、發射裝置2和接收裝置5，這取決於物體6和元素、到物體的距離和井內流體的狀況。井內流體越透明，正確檢測元素所需的照明就越少。透鏡3和發射裝置2可以作為一個單元置於工具I內，例如包括在線發生器中。此夕卜，工具I可以針對每個發射裝置2包括多個透鏡3，從而導致創建圖5A所示的網格，或者可以遮蓋透鏡以創建網格圖案4。在另一實施例中，發射裝置2包括網格發生器。如圖7所示，工具I可以包括多個接收裝置5以同時獲取多個有關相同元素的測量。可以看到，相機向透鏡3傾斜一角度，因此它們能夠從不同角度檢測同一圖案4，從而創建元素的三維圖像。在另一實施例中，圖案4可以由位於透鏡3後面的網格發生器創建，如圖7所示。輻射圖案還可以成一定角度發射在工具I的前面並且仍然在套管內壁上反射。但是，如果輻射以基本垂直於所述工具縱向軸的角度從工具I的側面發射，會更容易分析測量，對元素進行計數和/或計算元素間距離。接收裝置5可以每秒10-200個圖像的速度接收圖像並且至少部分地處理圖像，優選地速度為每秒20-100個圖像，更優選地速度為每秒20-50個圖像。接收圖像之後，將其轉換為諸如電子信號之類的數據。將此數據與之前拍攝的圖像的數據進行比較，並且僅將數據間的差別傳輸到井頂或表面上以減少總數據量。還可使用常規方法壓縮數據，然後再將其發送到井頂或表面。也可將數據下載到諸如數據存儲器之類的緩衝器中。如果未檢測到任何變化，則測井工具I可以將指示沒有任何變化的信號發送到井頂。反射鏡8可以具有任何適當的形狀，例如角錐形、半球形或類似的形狀。發射裝置2以IOll-IO19Hz的頻率發射電磁輻射，例如X射線、UV、可見光和紅外光。發射裝置2因此可以是雷射器或另一輻射裝置。發射裝置2發射輻射能量介於5W和IOkW之間的輻射，這取決於井內流體的可見度以及諸如線發生器或網格發生器之類的發射裝置吸收多少能量才能僅沿預定輻射圖案4發射輻射。當創建網格時，最多可吸收90%的輻射。當發射裝置2用作泡發生器時，能量級別介於50W至1000W之間，因為幾乎所有能量發射到流體內以蒸發掉某些流體，從而產生泡。當測井工具I的輻射將穿透的井內流體是水或氣時，頻率為4E14Hz或波長為750nm的光照足夠了。但是，當流體主要為油時，發射輻射可以是另一類輻射，例如更接近紅外區域或更接近UV的輻射。接收裝置5可以是將光學圖像/圖案轉換為電信號的相機或圖像傳感器。工具I還可以包括用於移動工具的驅動單元。流體或井內流體是指位於油井或氣井中的任何類型的流體，例如天然氣、油、油基泥漿、原油、水等。氣體是指位於井、完井或裸井中的任何類型的氣體合成物，油是指諸如原油、含油流體等之類的任何類型的油合成物。因此,氣體、油和水等流體均可以分別包括除氣體、油和/或水以外的其他元素或物質。套管是指油或天然氣作業中在井下使用的任何類型的管道、管、管狀物、襯管、管柱等。當工具無法完全下潛到套管中時，可以使用井下牽引器將這些工具完全推入井中的位置。所述井下牽引器是能夠將工具推入或拉入井下的任何類型的驅動工具，例如Well Tractor 。雖然上面結合本發明的優選實施例描述本發明，但是對於本領域的技術人員顯而易見的是，可以在不偏離下面權利要求定義的本發明的情況下，構思多種修改。
權利要求
1.一種用於檢測井下工具周圍流體內元素(20)的測井工具(I)，所述元素為流體內的至少一個氣泡/水泡、微粒或殘渣，所述工具具有縱向軸並包括 -用於發射輻射的發射裝置(2)， -用於沿預定輻射圖案(4)發射輻射的透鏡(3)，以及 -接收裝置(5)， 其中所述輻射圖案在諸如套管內壁之類的物體(6)上反射並且反射輻射被接收到接收裝置，並且當元素位於所述發射裝置外部的流體中時，部分輻射圖案被所述元素散射和/或反射，從而導致所述輻射圖案更改和第一測量。
2.如權利要求I中所述的測井工具，其中所述第一測量在第一時間執行，第二測量在第二時間執行。
3.如權利要求I或2中所述的測井工具，進一步包括在流體中產生泡的泡發生器。
4.如權利要求3中所述的測井工具，進一步包括作為第二發射裝置的泡發生器，其放置在工具中，位於所述第一發射裝置上遊。
5.如權利要求4中所述的測井工具，其中所述第二發射裝置發射足夠高的輻射來蒸發流體中的油餾分以產生氣泡。
6.如權利要求3中所述的測井工具，進一步包括包含壓縮氣體室的泡發生器，所述壓縮氣體當通過所述發生器的閥門釋放時，可在流體中產生氣泡。
7.如上述任一權利要求中所述的測井工具，其中所述發射裝置發射功率至少為5W的輻射。
8.如上述任一權利要求中所述的測井工具，其中所述發射裝置是雷射器。
9.如上述任一權利要求中所述的測井工具，其中所述發射裝置沿垂直於所述工具縱向軸的方向發射輻射。
10.如上述任一權利要求中所述的測井工具，進一步包括反射鏡裝置(8)，用於在所述接收裝置接收物體反射的圖案之前反射該圖案。
11.如上述任一權利要求中所述的測井工具，其中所述測量以每秒I至200次測量的速度執行，優選地以每秒20至100次測量的速度執行，更優選地以每秒20至50次測量的速度執行。
12.—種方法，包括以下步驟 -將根據上述任一權利要求的測井工具插入井內，所述井包括流體； -沿物體方向發射輻射圖案； -部分輻射被作為所述工具和物體之間流體內的氣泡或水泡、微粒或殘渣的元素散射和/或反射； -另一部分輻射被所述物體反射； -檢測反射圖案；以及 -分析反射圖案以識別元素。
13.如權利要求12中所述的方法，進一步包括對所述元素進行計數的步驟。
14.如權利要求12或13中所述的方法，進一步包括以下步驟 -識別第二測量中的所述元素，以及 -測量所述元素從所述第一測量移至所述第二測量的距離。
15.如權利要求12至14中任一權利要求中所述的方法，進一步包括計算所述元素的速度，從而計算流體速度的步驟。
全文摘要
本發明涉及一種用於檢測井下工具周圍流體內元素的測井工具。所述元素為流體內的至少一個泡、微粒或殘渣，並且所述工具具有縱向軸並包括用於發射輻射的發射裝置、用於沿預定輻射圖案發射輻射的透鏡，以及接收裝置。
文檔編號E21B47/10GK102648333SQ201080049024
公開日2012年8月22日 申請日期2010年10月29日 優先權日2009年12月23日
發明者J·哈倫德巴克, J·謝爾高-拉斯穆森, U·羅本哈根 申請人:韋爾泰克有限公司