用於進行在流體中振動的纜線的測量的方法和設備的製作方法

2023-05-19 07:29:11

用於進行在流體中振動的纜線的測量的方法和設備的製作方法
【專利摘要】公開用於進行在流體中振動的纜線的測量的方法和設備、以及用於井眼的井下位置的設備。該方法包括：促動在流體內的纜線傳感器；測量代表在流體內的纜線傳感器的振動的波形；從測量的波形計算包括共振頻率或者對數衰減阻尼因子的至少一個的纜線振動模型參數；和從計算的模型參數估計流體的粘度。該方法還包括：計算測量的波形的Hilbert變換；基於Hilbert變換和測量的波形計算目標波形；使具有斜率係數和常數的線性模型適於計算出的目標波形；和基於線性模型的斜率係數計算模型參數，其中，該方法藉助能夠進行在流體中振動的纜線的測量的設備來執行。
【專利說明】用於進行在流體中振動的纜線的測量的方法和設備
[0001] 本申請是申請號為201080021799. 2、申請日為2010年2月24日、 申請人:為普拉德 研究及開發股份有限公司、發明名稱為"用於進行在流體中振動的纜線的測量的方法、設備 和製造物品"的中國發明專利申請的分案申請。
[0002] 相關申請
[0003] 本專利要求於2009年3月18日提交的名稱為"Two St印Processing of Vibrating Wire Sensor"的美國臨時專利申請No. 61/161,391的權益，該美國專利申請全 文通過引用的方式結合於此。

【技術領域】
[0004] 本專利總體上涉及在流體中振動的纜線，更特別地，涉及用於進行在流體中振動 的纜線的測量的方法、設備和製造物品。

【背景技術】
[0005] 鑽井以例如定位和生產碳氫化合物。在鑽探作業中，會期望執行穿過的地層和/ 或遭遇的地層流體的評估。在一些情形中，鑽具被移除，纜線工具然後布置到井眼中以測試 和/或取樣地層和/或與地層相關的流體。在其它的情形中，鑽具可以設置有用於測試和/ 或取樣周圍地層和/或地層流體的裝置，而不需要從井眼移除鑽具。這些樣品或者測試可 以用於例如表徵從地層提取的碳氫化合物。
[0006] 地層評估通常要求來自地層的流體被抽到井下工具中，用於測試、評估和/或取 樣。各種裝置，例如探針，從井下工具延伸以建立與井眼周圍的地層的流體連接，並將流體 抽到井下工具中。當井下工具定位在原處即井眼中時，穿過井下工具和/或收集在井下工 具中的流體可以被測試和/或分析以確定各種參數和/或屬性。碳氫化合物儲藏流體的各 種屬性，例如流體在儲藏條件下的粘度、密度和相性能可以用於評估潛在的儲藏，確定多孔 介質中的流體並設計其中的完井、分離、處理和測量系統。


【發明內容】

[0007] 公開進行流體中振動的纜線的測量的示例性的方法、設備和製造物品。公開的示 例性設備包括井下組件和地表組件。井下組件包括：傳感器，用於測量表徵在井眼中在井下 位置流體流動中振動的纜線的運動的波形；波形模擬器，用於從測量的波形計算模型參數； 以及第一遙測模塊，用於傳遞計算的模型參數到地表位置。地表組件包括：第二遙測模塊， 用於從井下組件接收計算的模型參數；以及粘度分析器，用於從計算的模型參數評估流體 的粘度。
[0008] 公開的示例性的方法包括：促動在流體內的纜線傳感器；測量代表在流體內的纜 線傳感器的振動的波形；從測量的波形計算包括至少其中一個共振頻率或者對數衰減阻尼 因子的纜線振動模型參數；和從計算的模型參數估計流體的粘度。
[0009] 公開的用於井眼的井下位置的示例性設備包括：致動器，其促動在井眼中的井下 位置的流體內的纜線；測量器，其測量代表在流體內的纜線的振動的波形；變換器，其計算 測量的波形的Hilbert變換並基於Hilbert變換和測量的波形計算目標波形；衰減擬合器， 其選擇線性模型的第一和第二係數以減小線性模型和計算的目標波形之間的差異並基於 第一係數計算對數衰減阻尼因子；以及遙測模塊，其發送計算的對數衰減阻尼因子到地表 位置。
[0010] 另一個公開的示例性的方法包括：促動在井眼中的井下位置的流體內的纜線；測 量代表流體內的纜線的振動的波形；計算測量的波形的Hilbert變換；基於Hilbert變換 和測量的波形計算目標波形；選擇線性模型的第一和第二係數以減小線性模型和計算的目 標波形之間的差異；基於第一係數計算對數衰減阻尼因子；和發送計算的對數衰減阻尼因 子到地表位置。
[0011] 又一公開的示例性的方法包括：在地表位置接收用於在井眼內在井下位置處在流 體內振動的纜線的對數衰減阻尼因子；在地表位置從井下位置接收在井下位置在井眼內的 流體內的振動纜線的共振頻率；和基於接收到的對數衰減阻尼因子和接收到的共振頻率估 計流體的粘度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1和2是具有井下流體粘度分析組件和地表流體粘度分析組件以進行在流體流 中振動的纜線的測量的示例性的地層評估設備的示意性局部橫截面視圖。
[0013] 圖3示出實施圖1和2的示例性的井下流體粘度分析組件的示例性的方式。
[0014] 圖4示出實施圖1和2的示例性的地表流體粘度分析組件的示例性的方式。
[0015] 圖5示出可以執行以實施圖1-3的示例性的井下流體粘度分析組件的示例性流 程。
[0016] 圖6示出可以執行以實施圖1-2和4的示例性地表流體粘度分析組件的示例性的 流程。
[0017] 圖7是可以用於和/或編程以執行圖5和6的示例性流程和/或實施在此公開的 所有方法、設備和製造物品的示例性處理器平臺的示意性說明。
[0018] 某些例子在上面提及的附圖中示出並在下面詳細地進行描述。在描述的這些例子 中，相似或者相同的附圖標記可以用於表示共同的或者相似的元件。附圖不一定是按比例 的，附圖的某些特徵以及某些視圖可以以放大比例示出，或者示意性地示出，以為了清楚和 /或簡潔。而且，儘管在此公開某些優選的實施例，但是還可以利用其它的實施例，可以進行 結構變化而不脫離本發明的範圍。

【具體實施方式】
[0019] 在此公開的示例性的方法、設備和製造物品提供用於地層評估的某些優點。給定 流體的密度P，流體的粘度η可以利用振動纜線傳感器進行估計。傳統地，纜線傳感器的 振動的測量數據從在井下位置的井下工具傳輸到地表位置，用於隨後在地表上的處理以估 計流體粘度η。但是，從井下位置傳輸測量數據到地表位置所需要的遙測傳輸帶寬會超過 可用帶寬，其會阻礙在地層評估過程中流體粘度的實時確定。
[0020] 為了克服這些困難，在此描述的例子分兩個階段進行纜線傳感器振動的測量。在 第一階段，其可以利用在井下工具中的通常的和/或容易獲得的處理和/或計算資源實施， 表徵和/或代表纜線傳感器的振動的共振頻率ω和對數衰減阻尼因子Λ從所述測量數據 進行計算。計算的模型參數，即計算的共振頻率ω和對數衰減阻尼因子Λ，僅利用發送測 量數據自身到地表位置所需的遙測帶寬的一部分從井下工具傳輸到地表位置。在第二階 段，在更多計算資源容易獲得的地表位置，計算的模型參數ω和Λ與一個或多個校準參數 組合以限定流體粘度模擬等式g，其被迭代以估計和/或求解流體的粘度，其中纜線傳感 器的振動在該流體中進行測量。因為在井下工具和遙測帶寬要求上的計算負擔減少，在此 描述的例子能夠在進行地層評估時大致實時地確定地層流體粘度Π 。
[0021] 圖1示出示例性的地層評估設備100的示意性局部橫截面視圖。在圖1的示例性 例子中，圖1的井下工具10從形成在地質地層G中的井眼14中的鑽塔12懸掛。示例性的 井下工具10可以實施任何類型的能夠執行地層評估例如瑩光性、地層流體分析、地層流體 取樣、井記錄等的井下工具。圖1的示例性的井下工具10是經由纜繩線纜16從鑽塔12展 開進入到井眼14中並定位為與地質地層G的特定部分F相鄰的纜繩工具。
[0022] 為了密封圖1的示例性的井下工具10到井眼14的壁20 (在此及後稱為"壁20" 或者"井眼壁20")，示例性的井下工具10包括探針18。圖1的示例的探針18抵靠著壁20 形成密封並將流體從地層F抽到井下工具10中，如箭頭所示的。支撐活塞22和24有助於 推動井下工具10的示例性的探針18抵靠井眼壁20。
[0023] 為了執行流體粘度分析，圖1的示例性的地層評估設備100包括根據本公開的教 導構造的井下流體粘度分析組件26和地表流體粘度分析組件27。示例性的井下組件26從 探針18經由評估流線46接收地層流體。圖1的示例性的井下流體粘度分析組件26測量 電動勢（emf)D(t)，其是由於當纜線在包含在流線46中和/或在流線46中流動的流體內振 動時通過由纜線的位置、位移、運動和/或振動部分地限定的穿過環的磁通量的瞬變引起 和/或產生的電壓。示例性的井下組件26計算表徵和/或代表測量的emf D(t)的共振頻 率ω和對數衰減阻尼因子Λ，並利用任何數量和/或類型的遙測和/或數據傳輸裝置傳輸 計算的模型參數ω和Λ到地表組件27。在一些例子中，井下組件26從計算的對數衰減Λ 計算流體的粘度Π 的估計值和/或近似值以促進由井下工具10執行的其它的地層評估。 例如，井下組件26可以估計粘度η為衰減Λ的平方的固定倍數。井下工具10可以比較粘 度Π 的這樣的估計值與閾值以例如確定用於地層評估測試的流體下抽（draw down)速率。 實施圖1的示例性的井下組件流體粘度分析26的示例性的方式在下面連同圖3進行描述。
[0024] 圖1的示例性的地表流體粘度分析組件27從井下組件26接收計算的模型參數ω 和Λ，並將它們與一個或多個校準參數組合以限定粘度模擬等式g。地表組件27迭代地 計算粘度模擬等式g的輸出以估計和/或求解流線46內的流體的粘度η。在一些例子 中，示例性的地表流體粘度分析組件27可額外地或者替代地從井下組件26接收粘度η的 估計值，該估計值可以如上所述地進行計算。從井下組件26接收的粘度η可以由示例性 的地表組件27作為用於粘度模擬等式g的迭代的初始起始點HO使用。實施圖1的示 例性的地表組件流體粘度分析27的示例性的方式在下面結合圖4進行描述。
[0025] 圖2示出另一示例性地層評估設備200的示意性局部橫截面視圖。在圖2的示例 性例子中，井下工具30附連到鑽繩32和由鑽塔12驅動的鑽頭33和/或由泥漿流動驅動 的泥漿馬達（未示出）以形成在地質地層G中的井眼14。圖2的示例性的井下工具30在 測量同時鑽探（MWD)工具、記錄同時鑽探（LWD)工具或者本領域技術人員知曉的其它類型 的井下工具的一個或多個中傳送（或者它自身可以是上述的井下工具）。
[0026] 為了密封圖2的示例性井下工具30密封到井眼14的壁20,井下工具30包括探針 18a。圖2的示例性探針18a抵靠著壁20形成密封以從地層F將流體抽到井下工具30中， 如箭頭所示的。支撐活塞22a和24a幫助推動井下工具30的示例性探針18a抵靠著井眼 壁20。在探針18a接觸壁20之前，鑽削停止。
[0027] 為了執行流體粘度分析，圖2的示例性的地層評估設備200包括根據本公開的教 導構造的井下流體粘度分析組件26a和地表流體粘度分析組件27a。示例性的井下組件26a 從探針18a經由評估流線46a接收地層流體。圖2的示例性的井下流體粘度分析組件26a 測量emf D(t)，其是由於當纜線在包含在流線46a中和/或在流線46a中流動的流體內振 動時通過部分地由纜線的位置、位移、運動和/或振動限定的穿過環的磁通量的瞬變引起 和/或產生的電壓。示例性的井下組件26a計算表徵和/或代表測量的emf D(t)的共振 頻率ω和對數衰減阻尼因子Λ，並利用任何數量和/或類型的遙測和/或數據傳輸裝置傳 輸計算的模型參數ω和Λ到地表組件27a。在一些例子中，井下組件26a從計算的對數衰 減Λ計算流體的粘度η的估計值和/或近似值以促進由井下工具30執行的其它的地層評 估。例如，井下組件26a可以估計粘度η為衰減Λ的平方的固定倍數。井下工具30可以 比較這樣的粘度η的估計值與閾值以例如確定用於地層評估測試的流體下抽速率。實施 圖2的示例性的井下組件流體粘度分析26a的示例性的方式在下面連同圖3進行描述。
[0028] 圖2的示例性的地表流體粘度分析組件27a從井下組件26a接收計算的模型參數 ω和Λ，並將它們與一個或多個校準參數組合以限定粘度模擬等式g。地表組件27a迭 代地計算粘度模擬等式g的輸出以估計和/或求解流線46a內的流體的粘度η。在一些 例子中，示例性的地表流體粘度分析組件27a可額外地或者替代地從井下組件26a接收粘 度Π 的估計值，該估計值可以如上所述地進行計算。從井下組件26a接收的粘度η可以 由示例性的地表組件27a作為用於粘度模擬等式g的迭代的初始起始點HO使用。實施 圖2的示例性的地表組件流體粘度分析27a的示例性的方式在下面連同圖4進行描述。
[0029] 圖3示出實施圖1和2的示例性井下流體粘度分析組件26和26a的示例性的方 式。儘管示例性的井下流體粘度分析組件26和26a的任一個可以通過圖3的例子實施，但 是，為了易於討論，圖3所示的例子將稱作井下流體粘度分析組件300,或者簡單地稱作井 下組件300。
[0030] 為了獲得代表在流線315中流動的流體310的粘度η的測量數據，圖3的示例性 的井下組件300包括任何類型的振動纜線傳感器305、任何類型的致動器320和任何類型 的波形測量器325。圖3的示例性的振動纜線傳感器305包括在流線315內保持拉伸的纜 線306。圖3的示例性的致動器320包括作何數量和/或類型的電磁源和磁體以促動、激活 和/或引起纜線306在纜線傳感器305內的位移。圖3的示例性的波形測量器325測量響 應致動器320跨過纜線306產生的並取決於流體310的粘度η的感應電動勢電壓D(t)。 儘管在實踐中波形測量器325輸出代表感應電動勢電壓D (t)的數字採樣，但是為了易於討 論，波形測量器325的輸出將在此稱作D (t)。感應電動勢電壓D (t)示出表徵和/或代表纜 線306隨著時間的運動的波形。
[0031] 示例性的振動纜線傳感器305、致動器320和波形測量器325描述在於2009年8 月 18 日授權的名稱為"Vibrating Wire Viscosity Sensor" 的美國專利 No. 7, 574, 898; 於2009年8月2日提交的名稱為"Vibrating Wire Viscometers"的美國專利申請 No. 12/534, 151 ;於 2009 年 8 月 7 日提交的名稱為 "Vibrating Wire Viscometers 的美國 專利申請 No. 12/537,257 ;於 2007 年 3 月 27 日授權的名稱為"Apparatus and Method for Formation Evaluation"的美國專利No. 7, 194, 902 ;以及於2007年3月29日授權的名稱 為 "Apparatus and Method for Formation Evaluation，'的美國專利 No. 7, 222, 671 中， 它們全部轉讓給了本專利的受讓人，並且它們全部的全文通過引用結合於此。處理感應電 動勢電壓波形D(t)以估計流體310的粘度η的示例性的方法描述在出現在Fluid Phase Equilibra276 (2008)，pp99_107 中的作者為 Sullivan 等人的文章 "On the Nonlinear Interpretation of a Vibrating Wire Viscometer Operated at a Large Amplitude，' 中，該文章至少部分地由本專利的發明人寫作，並且該文章的全文通過引用結合於此。
[0032] 在瞬時模式中，在存在流體310下跨過纜線306產生的感應電動勢電壓D(t)是符 合簡單阻尼諧模型的短時的振動，其可以被數學表示為：

【權利要求】
1. 一種方法，包括： 促動在流體內的纜線傳感器； 測量代表在所述流體內的所述纜線傳感器的振動的波形； 從所述測量的波形計算包括共振頻率或者對數衰減阻尼因子的至少一個的纜線振動 模型參數；和 從所述計算的模型參數估計所述流體的粘度， 所述方法還包括： 計算所述測量的波形的Hilbert變換； 基於所述Hilbert變換和所述測量的波形計算目標波形； 使具有斜率係數和常數的線性模型適於計算出的目標波形；和 基於線性模型的斜率係數計算模型參數， 其中，該方法藉助能夠進行在流體中振動的纜線的測量的設備來執行。
2. 如權利要求1所述的方法，其中，所述纜線振動模型參數通過求解第一最小化問題 計算，流體的粘度通過求解第二最小化問題而進行估計。
3. 如權利要求1-2中任一項所述的方法，進一步包括：通過識別由所述計算的模型參 數和至少一個校準參數限定的非線性函數的零點估計所述流體的粘度。
4. 一種方法，包括： 促動在流體內的纜線傳感器； 測量代表在所述流體內的所述纜線傳感器的振動的波形； 從所述測量的波形計算包括共振頻率或者對數衰減阻尼因子的至少一個的纜線振動 模型參數；和 從所述計算的模型參數估計所述流體的粘度， 所述方法還包括： 計算所述測量的波形的功率譜；以及 識別所述計算的功率譜的峰值，其中所述模型參數代表所述計算的功率譜的所述峰 值， 其中，該方法藉助能夠進行在流體中振動的纜線的測量的設備來執行。
5. 如權利要求4所述的方法，其中，所述纜線振動模型參數通過求解第一最小化問題 計算，流體的粘度通過求解第二最小化問題而進行估計。
6. 如權利要求4-5中任一項所述的方法，進一步包括：通過識別由所述計算的模型參 數和至少一個校準參數限定的非線性函數的零點估計所述流體的粘度。
7. -種方法，包括： 促動在流體內的纜線傳感器； 測量代表在所述流體內的所述纜線傳感器的振動的波形； 從所述測量的波形計算包括共振頻率或者對數衰減阻尼因子的至少一個的纜線振動 模型參數；和 從所述計算的模型參數估計所述流體的粘度， 所述方法還包括： 選擇粘度的第一估計值；以及 執行Newton-Raphson迭代以形成粘度的第二估計值， 其中，該方法藉助能夠進行在流體中振動的纜線的測量的設備來執行。
8. 如權利要求7所述的方法，其中，所述纜線振動模型參數通過求解第一最小化問題 計算，流體的粘度通過求解第二最小化問題而進行估計。
9. 如權利要求7-8中任一項所述的方法，進一步包括：通過識別由所述計算的模型參 數和至少一個校準參數限定的非線性函數的零點估計所述流體的粘度。
10. -種用於井眼的井下位置的設備，包括： 致動器，其促動在所述井眼的井下位置的流體內的纜線； 測量器，其測量代表在所述流體內的所述纜線的振動的波形； 變換器，其計算所述測量的波形的Hilbert變換並基於所述Hilbert變換和所述測量 的波形計算目標波形； 衰減擬合器，其使具有斜率係數和常數的線性模型適於計算出的目標波形並由線性模 型的斜率係數計算對數衰減阻尼因子；以及 遙測模塊，其發送計算的對數衰減阻尼因子到地表位置。
11. 如權利要求10所述的設備，其中，計算對數衰減阻尼因子包括計算斜率係數和流 體內的纜線的共振頻率的比率。
12. 如權利要求10-11中任一項所述的設備，進一步包括： 譜分析器，其計算所述測量的波形的功率譜並識別在所述流體內的所述纜線的共振頻 率下計算的功率譜的峰值，其中所述遙測模塊用於發送所述共振頻率到所述地表位置。
13. 如權利要求10-12中任一項所述的設備，進一步包括去偏器以計算所述測量的波 形的平均值並從所述測量的波形減去該平均值以形成零平均值測量波形，其中所述變換器 用於計算所述零平均值測量波形的所述Hilbert變換。
14. 如權利要求10-13中任一項所述的設備，進一步包括模擬器以更新計算的對數衰 減阻尼因子以減小所述測量的波形和預期的波形之間的差異。
15. -種方法，包括： 促動在井眼中的井下位置的流體內的纜線； 測量代表所述流體內的所述纜線的振動的波形； 計算所述測量的波形的Hilbert變換； 基於所述Hilbert變換和所述測量的波形計算目標波形； 使具有斜率係數和常數的線性模型適於計算出的目標波形； 基於線性模型的斜率係數計算對數衰減阻尼因子；和 發送計算的對數衰減阻尼因子到地表位置， 其中，該方法藉助能夠進行在流體中振動的纜線的測量的設備來執行。
16. 如權利要求15所述的方法，其中，計算對數衰減阻尼因子包括計算斜率係數和流 體內的纜線的共振頻率的比率。
17. 如權利要求15-16中任一項所述的方法，進一步包括： 計算所述測量的波形的功率譜； 識別在所述流體內的所述纜線的共振頻率下計算的功率譜的峰值；以及 發送所述共振頻率到所述地表位置。
18. 如權利要求15-17中任一項所述的方法，進一步包括： 計算所述測量的波形的平均值；以及 從所述測量的波形減去該平均值以形成零平均值測量波形，其中所述Hilbert變換是 在所述零平均值測量波形上計算的。
19. 如權利要求15-18中任一項所述的方法，進一步包括更新計算的對數衰減阻尼因 子以減小所述測量的波形和預期的波形之間的差異。
20. 如權利要求19所述的方法，其中，更新計算的對數衰減阻尼因子以減小所述測量 的波形和所述預期的波形之間的差異包括Levenberg-Marquardt迭代。
21. 如權利要求15-20中任一項所述的方法，進一步包括： 基於計算的對數衰減阻尼因子估計所述流體的粘度；以及 基於估計的粘度確定地層評估測試的參數。
22. 如權利要求21所述的方法，其中，估計粘度包括： 計算所述計算的對數衰減阻尼因子的平方值；以及 計算該平方值和一常數的乘積。
23. 如權利要求21-22中任一項所述的方法，其中，地層評估測試的參數包括下抽速 率。
【文檔編號】G01V11/00GK104089853SQ201410345830
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2010年2月24日 優先權日:2009年3月18日
【發明者】K.蘇, C.哈裡森, M.T.沙利文, M.斯坦格蘭德, A.斯密茨, A.R.H.古德文 申請人:普拉德研究及開發股份有限公司