DE69424201T2

DE69424201T2 - Messung der Eigenschaften von Bohrlochflüssigkeiten

Info

Publication number: DE69424201T2
Application number: DE69424201T
Authority: DE
Inventors: William L. Bohan; Roger L. Schultz
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 1993-02-04
Filing date: 1994-02-04
Publication date: 2000-09-07
Anticipated expiration: 2014-02-05
Also published as: EP0610098B1; US5329811A; DE69424201D1; EP0610098A1; CA2114926A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Verfahren zur Messung der Bohrlocheingenschaften von kohlenwasserstoffhaltigen Fluids.
In Bohrlochprüfverfahren ist oft die Entnahme von Bohrlochfluidproben zur Inspektion und Analyse wünschenswert. Ein Bestandteil der Laboranalyse, die gewöhnlich an einer Probe durchgeführt wird, ist die Bestimmung der physikalischen Eigenschaften einer Probe. Eine der zu bestimmenden Eigenschaften ist der Druck, unter dem das in einer Ölprobe vorhandene Gas beginnt, die einphasige Ölprobe zu verlassen und aus der Lösung auszubrechen, so daß eine zweiphasige Öl- und Gasprobe entsteht.
Dieser Druck ist von der Temperatur der Probe abhängig und ist als der Blasenpunktdruck bekannt. Der Blasenpunktdruck einer Probe wird dadurch ermittelt, daß die Probe in eine Laborzelle gegeben wird, in der Wärme und Druck geregelt werden können. In einigen Fällen wird am Bohrloch eine grobe Blasenpunktermittlung unter Umgebungsbedingungen durchgeführt. Mit dem bei Umgebungsbedingungen ermittelten Blasenpunktwert wird dann der Blasenpunkt bei Bohrlochtemperaturen hochgerechnet oder vorhergesagt.
In jedem Fall besteht das Ziel gewöhnlich darin, den Blasenpunkt für die Probe an einer oder mehreren Bohrlochstelle(n) zu ermitteln, indem eingeschätzt wird, was mit den Probeneigenschaften unter diesen Bedingungen geschieht, oder indem versucht wird, die Bohrlochbedingungen nachzubilden.
Ein Problem der derzeitigen Verfahren zur Bestimmung des Blasenpunktdrucks und anderer Probeneigenschaften besteht in der Handhabung der Probe. Die Probe wird im Bohrloch genommen und dann zur Oberfläche gebracht. Während die Probe zur Oberfläche gebracht wird, kühlt sie ab und der Probendruck fällt. In einigen Proben kommt es zu irreversiblen chemischen Veränderungen, wenn die Probe abkühlt. Dieses Problem ist bei den derzeitigen Verfahren unumgänglich.
Ein weiteres Problem, das bei derzeitigen Probeentnahmemethoden auftreten kann, ist ein Qualitätsverlust der Probe infolge einer Langzeitlagerung bei Umgebungsbedingungen. Der Transport von Proben vom Bohrloch zu einem Labor zur Analyse dauert oft sehr lange.
Menschliches Versagen bei den oben beschriebenen Prozessen kann außerdem Probenverderb, -kontaminierung oder -abbau in irgendeiner anderen Weise zur Folge haben. Unreine Probenflaschen, Laborgeräte usw. können ebenfalls zu einem Qualitätsverlust der Probe führen.
Die US-A-4782695 betrifft die Messung des Blasenpunktes von Öl in einem in einer Untergrundformation gebohrten Bohrloch. Die in der US-A-4782695 offenbarte Vorrichtung umfaßt eine Kammer, in der eine kleine Ölmenge in einem Volumen eingeschlossen wird, das durch eine Nadel mit Abschnitten mit unterschiedlichem Durchmesser veränderbar ist, die per Motorantrieb mehr oder weniger in die Kammer eingefügt werden kann. Die Werte des inneren Kammerdrucks und des Kammervolumens werden jeweils mit einem Manometer und mit einem Verdrängungssensor gemessen, die mit der Nadel verbunden sind, und zur Oberfläche geschickt. An der Oberfläche ist ein Computer für die Steuerung der Vorrichtung vorgesehen.
Wir haben nun ein Verfahren zur Durchführung von Messungen an einer Bohrlochfluidprobe in einem Bohrloch entwickelt, während sich die Probe unter natürlichen Bedingungen befindet, so daß die Probleme in Verbindung mit bekannten Verfahren verringert oder überwunden werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Messung eines Parameters eines kohlenwasserstoffhaltigen Bohrlochfluids bereitgestellt, umfassend die folgenden Schritte:
(a) Herablassen eines Prüfwerkzeugs zu einer Stelle innerhalb eines Bohrloches;
(b) Aufnehmen einer Bohrlochfluidprobe in dem genannten Werkzeug an der genannten Bohrlochstelle; und
(c) während das genannte Werkzeug innerhalb des genannten Bohrlochs bleibt:
(1) Expandieren des Volumens der genannten aufgenommenen Bohrlochfluidprobe; und
(2) während Schritt (c)(1), wiederholtes Messen eines Drucks der genannten aufgenommenen Bohrlochfluidprobe bei verschiedenen Volumen, so daß für die genannte aufgenommene Bohrlochfluidprobe Druck- gegenüber Volumendaten erzeugt werden,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte (b) und (c) von einer Steuereinheit gesteuert werden, die ein Bestandteil des Prüfwerkzeugs ist, so daß die Schritte (b) und (c) ohne irgendwelche Steuersignale von einem Oberflächenort durchgeführt werden können, und dadurch, daß nach Schritt (c) die genannte Bohrlochfluidprobe aus dem genannten Werkzeug zurück in das genannte Bohrloch ausgestoßen wird, indem die genannte Bohrlochfluidprobe positiv aus dem genannten Werkzeug verdrängt wird.
Die vorliegende Erfindung stellt außerdem eine Vorrichtung bereit, die zu einer Stelle in einem Bohrloch gebracht werden kann und die die Daten, die notwendig sind, um verschiedene Eigenschaften des Öls in dem Bohrloch zu bestimmen, direkt mißt und aufzeichnet. Die Ölprobe wird manipuliert, indem das Volumen einer begrenzten Probe, die sich ursprünglich unter Bohrlochbedingungen befand, geändert wird. Der/die mit diesen Volumenänderungen verbundene Druck und Temperatur, sowie das entsprechende Volumen, werden gemessen und zur Analyse an der Oberfläche aufgezeichnet. Alternativ kann das Werkzeug an einem elektrischen Seil eingesetzt werden, das eine Echtzeit- Datenübermittlung zur Oberfläche bietet. Da dieses Werkzeug diese Aufgaben an einer Bohrlochstelle ausführt, weist das analysierte Fluid eine sehr hohe Qualität auf; außerdem sind die Bohrlochbedingungen genau und natürlich und werden nicht simuliert oder eingeschätzt.
Anhand der Druck-/Volumendaten, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden, können viele Parameter der Probe ermittelt werden, wie zum Beispiel der Blasenpunktdruck und die Verdichtbarkeit. Vorzugsweise findet die Expansion der Probe stufenweise statt, und der Druck der aufgenommenen Probe wird vor der Volumenexpansion durch einen anderen stufenweisen Schritt stabilisieren gelassen.
Im erfindungsgemäßen Verfahren umfaßt Schritt (b) vorzugsweise:
(b) (1) In-Verbindung-Setzen einer Probenkammer mit Bohrlochfluid in dem genannten Bohrloch;
(b) (2)- Expandieren der genannten Probenkammer und dadurch Ziehen der genannten Bohrlochfluidprobe in die genannte Probenkammer; und
(b) (3) Isolieren der genannten Probenkammer von der Fluidverbindung mit dem genannten Bohrloch, wodurch die genannte Bohrlochfluidprobe in der genannten Probenkammer aufgenommen wird.
Nach Schritt (c), und während sich das Werkzeug in dem Bohrloch befindet, umfaßt das Verfahren ferner vorzugsweise die folgenden Schritte:
(1) Verringern des genannten Volumens der genannten aufgenommenen Bohrlochfluidprobe; und
(2) während Schritt (d) (1), wiederholtes Messen des Drucks der genannten aufgenommenen Bohrlochfluidprobe und dadurch Erzeugen von Druckdaten gegenüber Daten für das verringerte Volumen für die genannte aufgenommene Bohrlochfluidprobe.
Vorzugsweise umfaßt die Erfindung ferner die folgenden Schritte:
(d) nach dem Ausstoßen der genannten Bohrlochfluidprobe aus dem genannten Werkzeug, Bewegen des genannten Werkzeugs zu einer anderen Bohrlochstelle in dem genannten Bohrloch; und
(e) mehrere Male Wiederholen der Schritte (b), (c) und (d), um die genannten Druck-/Volumendaten für eine Mehrzahl von Stellen in dem genannten Bohrloch zu erzeugen; und
(f) Bestimmen anhand der genannten Daten eine Tiefe in dem genannten Bohrloch, in der gelöstes Gas aus dem genannten Bohrlochfluid ausbricht.
Das erfindungsgemäße Werkzeug ermöglicht es, daß die aufgenommene Probe ausgestoßen und der Prozeß wiederholt werden kann, so daß zahlreiche Messungen an verschiedenen Stellen innerhalb des Bohrlochs durchgeführt werden können. Dadurch kann die gesamte Bohrlochfluidsäule analysiert und, unter anderem, eine zuverlässige Bestimmung der Tiefe in einem Bohrloch durchgeführt werden, in der gelöstes Gas von Natur aus beginnt, aus der Lösung von dem geförderten Bohrlochfluid auszubrechen.
Die bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung dieser Verfahren beinhaltet ein längliches Gehäuse mit einer darin definierten Gehäusebohrung, wobei die Gehäusebohrung teilweise eine Probenkammer definiert. Das Gehäuse weist einen darin definierten Probenauffangkanal auf, der die Probenkammer mit einer Außenseite des Gehäuses verbindet.
Ein Kolben ist gleitfähig in der Gehäusebohrung angeordnet, so daß das Volumen der Probenkammer durch Bewegen des Kolbens in eine erste Richtung expandiert und das Volumen der Probenkammer durch Bewegen des Kolbens in eine zweite Richtung kontrahiert werden kann.
Ein Ventil ist zum Schließen des Probenauffangkanals und Aufnehmen einer Bohrlochfluidprobe in der Probenkammer vorgesehen, nachdem sich der Kolben in einer ersten Richtung an einer ersten Position vorbei bewegt hat.
Mit dem Ventil kann der Probenauffangkanal auch wieder geöffnet werden, so daß die aufgenommene Bohrlochfluidprobe aus der Probenkammer ausgestoßen werden kann, während sich der Kolben zurück in einer zweiten Richtung bewegt, wodurch die Vorrichtung für die Durchführung wiederholter Tests vorbereitet wird.
Ein Sensor ist mit der Probenkammer verbunden, um Parameter des Bohrlochfluids wie Druck und Temperatur zu erfassen.
Verfahren und Werkzeug der vorliegenden Erfindung bieten viele Vorzüge. Zunächst können Messungen der Fluideigenschaft im Bohrloch unter optimalen Bedingungen durchgeführt werden, während das zu analysierende Öl den besten und repräsentativsten Zustand aufweist und noch keinen wesentlichen Druck- oder Temperaturänderungen unterzogen wurde.
Des weiteren sind auf einer einzigen Fahrt des Werkzeugs in das Bohrloch viele Messungen möglich, so daß ein Vergleich zwischen Probendaten möglich ist, um gültige Daten zu gewährleisten.
Es können Messungen der Fluideigenschaften für verschiedene Stellen in dem Bohrloch durchgeführt werden, die verschiedenen Temperaturen entsprechen, die in dem Bohrloch vorhanden sind.
Schließlich kann das Werkzeug dazu verwendet werden, den Status des Bohrlochfluids anzugeben (d. h. ob einphasig oder mehrphasig), um darauf hinzuweisen, an welcher Stelle in dem Bohrloch der Phasenwechsel stattfindet.
Damit die Erfindung besser nachvollzogen werden kann, werden nachfolgend Ausgestaltungen davon, jedoch nur beispielhaft, unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 einen schematischen, im Schnitt dargestellten Grundriß eines Bohrlochs, wobei das erfindungsgemäße Werkzeug darin in eine Position herabgelassen ist, der die Durchführung von Blasenpunkttests in verschiedenen Bohrlochhöhen in einem Bohrloch darstellt.
Fig. 2A-2D einen Grundriß der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aufnehmen und Messen von Bohrlochfluidproben, bei dem nur die rechte Seite im Schnitt dargestellt ist.
Fig. 3A-3B den oberen Abschnitt des Werkzeugs aus Fig. 2A-2B, wobei sich der Kolben des Werkzeugs in eine abwärtige Position bewegt hat und eine Fluidprobe in der Probenkammer aufgenommen wurde.
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Druck-/Volumen- Kurve für eine typische Bohrlochfluidprobe, die die Veränderung des Drucks in der Probe mit der Erhöhung des Volumens der Probe mit dem Werkzeug aus Fig. 2 und 3 zeigt.
Fig. 5 ein Blockdiagramm, das eine Steuereinheit und angeschlossene Eingabe- und Ausgabegeräte des Werkzeugs von Fig. 2 zeigt.
Fig. 6 ein logisches Ablaufdiagramm, das die von der Steuereinheit von Fig. 5 durchgeführten Arbeitsprozesse zeigt.
Fig. 7A-7C ein Blockdiagramm einer Implementierung des in Fig. 5 gezeigten Systems.
Fig. 8 ein Blockdiagramm eines Motorsteuerkreises.
Fig. 9 ein Stromlauf- und Blockdiagramm der Implementierung einer Temperaturmeßschaltung, einer Druckmeßschaltung, einer Volumen- oder Positionsmeßschaltung, einer Deltadruckschaltung und einer Deltavolumenschaltung, wobei die letzten beiden Steuersignale zum Motorsteuerkreis von Fig. 8 ausgeben.
Fig. 10 einen logischen Ablaufplan für den Motorsteuerkreis von Fig. 8.
Fig. 1 stellt schematisch ein die Erdoberfläche 12 durchdringendes Bohrloch 10 dar. Das obere Ende des Bohrlochs 10 trägt einen konventionellen Bohrlochkopf 14. Es ist ein Seil 16 dargestellt, das abwärts durch den Bohrlochkopf 14 in das Bohrloch 10 läuft und die Meßvorrichtung 18 an seinem unteren Ende trägt. Die mit durchgezogener Linie dargestellte Position der Vorrichtung 18 ist mit der Ziffer 18A bezeichnet. Mit Phantomlinien ist die Vorrichtung in zwei alternativen Absenkpositionen 18B und 18C dargestellt.
An der Erdoberfläche ist eine Fernbefehlsstation 20 schematisch dargestellt. Wie nachfolgend weiter erläutert wird, kann die Fernbefehlsstation 20 Befehlskommunikationssignale in das Bohrloch senden, auf die die Vorrichtung 18 anspricht.
In den Fig. 2A-2D wird die Vorrichtung 18 im Grundriß gezeigt, wobei nur die rechte Seite im Schnitt dargestellt ist. Die Vorrichtung 18 kann im allgemeinen als eine Vorrichtung beschrieben werden, die zum Aufnehmen einer Bohrlochfluidprobe und zum Messen eines Parameters der Bohrlochfluidprobe vorgesehen ist, während sie in dem Bohrloch 10 bleibt.
Die Vorrichtung 18 beinhaltet ein Gehäuse, das im allgemeinen mit der Ziffer 22 bezeichnet ist. Das Gehäuse 22 beinhaltet eine Ventilgehäusesektion 24, eine Kolbengehäusesektion 26, eine Gehäusezwischensektion 28, eine Motorgehäusesektion 30, eine Steuereinheitsgehäusesektion 32, eine untere Gehäusekupplung 34 und eine untere Endkappe 36, die alle über konventionelle Gewindeanschlüsse mit O-Ring-Dichtungen miteinander verbunden sind, die an geeigneten Stellen vorgesehen sind, um ein fluiddichtes Gehäuse zu gewährleisten.
Durch Entfernen der unteren Endkappe 36 und Umdrehen des Werkzeugs 18 kann das Werkzeug 18 an ein elektrisches Seil angeschlossen und damit betrieben werden, um Daten für eine Echtzeitbeobachtung zur Oberfläche zu senden. In der folgenden Beschreibung dienen die verschiedenen Erwähnungen von Aufwärts- und Abwärtsbewegungen des Kolbens 52 lediglich zur Bezugnahme auf die Zeichnungen in den Fig. 2A-2D. Es ist zu verstehen, daß das Werkzeug 18 in der von der in den Fig. 2A-2D gezeigten umgekehrten Position einwandfrei funktionieren kann.
Die Kolbengehäusesektion 26 weist eine darin definierte Gehäusebohrung 38 auf, die teilweise eine Probenkammer 40 (siehe Fig. 3A) darin definiert.
Das Gehäuse 22 beinhaltet ferner einen darin definierten Probenauffangkanal 42, um die Probenkammer 40 mit einer Außenseite 44 des Gehäuses 22 zu verbinden.
Der Probenauffangkanal 42 beinhaltet eine erste radiale Öffnung 46 durch die Kolbengehäusesektion 26, eine zweite radiale Öffnung 48 durch die Ventilgehäusesektion 24 und eine Bohrung 50 der Ventilgehäusesektion 24.
Ein allgemein mit der Ziffer 52 bezeichneter Kolben ist gleitfähig innerhalb der Gehäusebohrung 38 enthalten, wobei eine ringförmige Kolbendichtung 54 dazwischen vorgesehen ist. Vom Kolben 52 abwärts läuft ein Kolbenstiel 56 mit reduziertem Durchmesser, der eng sitzend in einer unteren Bohrung 58 mit reduziertem Durchmesser der Kolbengehäusesektion 26 steckt, wobei ein O-Ring 60 dazwischen vorgesehen ist. Ein Kragen 62 ist mit dem unteren Ende der Kolbenwelle 56 bei Gewinde 64 verschraubt.
Der Kragen 62 hat eine Fläche 66 mit Innengewinde, die mit einer Leitspindelwelle 68 verschraubt ist. Die Leitspindelwelle 68 beinhaltet einen radial auswärts verlaufenden Flansch 70, der zwischen oberen und unteren Lagern 72 und 74 aufgenommen ist, die wiederum sandwichartig zwischen einer nach unten gerichteten Schulter 76 der Gehäusezwischensektion 28 und einer nach oben gerichteten Schulter 78 eines Lagerhalters 80 angeordnet sind. Der Lagerhalter 80 ist mit der Gehäusezwischensektion 28 bei Gewinde 82 verschraubt.
Ein Elektromotorantrieb 84 ist in der Motorgehäusesektion 30 enthalten. Eine rotierbare Motorwelle 86 verläuft davon aufwärts. Die Motorwelle 86 ist mit Stift 88 auf eine Kupplung 90 gesteckt, die mit der Leitspindelwelle 68 durch das Keilverbindungsstück 92 verbunden ist.
Der Kragen 62 beinhaltet einen radial auswärts verlaufenden Ansatz 94, der in einem Längsschlitz 96 steckt, der in der Gehäusezwischensektion 28 definiert ist.
Während der Motor 84 die Leitspindelwelle 68 rotiert, wird der Kragen 32 somit durch den Eingriff des Ansatzes 94 in den Schlitz 96 gegen eine Rotation gehalten, so daß der Kragen 62 relativ zur Leitspindelwelle 63 auf- und abwärts pendelt. Der Kragen 62 ist an der Kolbenwelle 56 und am Kolben 52 befestigt, wodurch der Kolben 52 ebenfalls innerhalb des Gehäuses 22 als Reaktion auf die Rotation der Motorwelle 86 in der einen oder anderen Richtung auf- und abwärts pendelt.
Die Leitspindelwelle 68 und die Innengewinde 66 des Kragens 62 können im allgemeinen als ein Antriebsmittel beschrieben werden, das den Elektromotor 84 und den Kolben 52 betriebsmäßig miteinander verbindet, um die Rotation der Motorwelle 86 in eine Bewegung des Kolbens 52 in Aufwärts- und Abwärtsrichtung relativ zum Gehäuse 22 zu übersetzen.
Es ist zu verstehen, daß, während sich der Kolben 52 innerhalb der Gehäusebohrung 38 abwärts bewegt, das Volumen der Probenkammer 40 zunimmt oder expandiert, und während sich der Kolben 52 innerhalb der Gehäusebohrung 38 aufwärts bewegt, das Volumen der Probenkammer 40 kontrahiert oder sich verringert.
Die Kolbengehäusesektion 26 beinhaltet eine untere Entlastungsöffnung 98, damit Fluid in der Bohrung 38 unter dem Kolben 52 entweichen kann, während sich der Kolben 52 abwärts bewegt.
Ein allgemein mit der Ziffer 100 bezeichnetes Ventil ist zum Schließen des Probenauffangkanals 42 und Aufnehmen einer Bohrlochfluidprobe in der Probenkammer 40 vorgesehen, nachdem sich der Kolben abwärts an einer ersten Position vorbei bewegt hat, die durch den Aufbau des Ventils 100 definiert ist.
Das Ventil 100 beinhaltet einen ringförmigen Flanschabschnitt 102 mit einem darauf definierten, konisch zulaufenden, abwärts gerichteten Sitz 104. Ein hohler Ventilschaft 106 verläuft vom Sitz 104 abwärts und weist ein unteres Schaftende 108 auf.
Der Schaft 106 beinhaltet eine Schaftbohrung 110, die am unteren Ende 108 offen ist. Obere und untere radiale Öffnungen 112 und 114 verbinden die Schaftbohrung 110 mit einem Kreisring 116, der zwischen dem Schaft 106 und der Bohrung 50 der Ventilgehäusesektion 24 definiert ist.
Ein Ventilhalter 120 ist mit der Ventilgehäusesektion 24 bei Gewinde 122 verschraubt. Der untere Teil des Ventilschafts 106 steckt gleitfähig in einer Bohrung 124 des Ventilhalters 120.
Eine Spulendruckfeder 126 befindet sich in der Bohrung 50 über dem Ventil 100 und ist um einen oberen Federzentrierschaft 128 angeordnet.
Es ist somit verständlich, daß in der Position der Fig. 2A-2D, in der sich der Kolben 52 ist seiner obersten Position befindet, wobei sein oberes Ende 130 an ein unteres Ende 132 der Ventilgehäusesektion 24 stößt, die Feder 126 das Ventil 100 abwärts vorspannt, so daß das untere Ende 108 des Ventils 100 am oberen Ende 130 des Kolbens 52 anliegt.
Während sich der Kolben 52 abwärts in seine unterste Position (siehe Fig. 3A) bewegt, spannt die Feder 126 das Ventil 100 abwärts vor, bis der untere Sitz 104 in einen ringförmigen festen Sitz 134 eingreift, der auf dem oberen Ende des Ventilhalters 120 definiert ist, wodurch der Probenauffangkanal 42 geschlossen wird. Es ist verständlich, daß, solange sich der Ventilsitz 104 über dem festen Sitz 134 befindet, Bohrlochfluid von außerhalb des Gehäuses 22 durch den Probenauffangkanal 42 fließen kann, um die Probenkammer 40 zu füllen, während das Volumen der Probenkammer 40 durch Abwärtsbewegen des Kolbens 52 expandiert wird. Nachdem sich der Ventilsitz 104 gegen den festen Sitz 134 geschlossen hat, kann der Kolben 52 die Abwärtsbewegung fortsetzen, allerdings tritt kein weiteres Fluid in die Probenkammer 40 ein. Das heißt, es wird ein begrenztes Fluidvolumen in der Probenkammer 40 aufgenommen, und eine weitere Abwärtsbewegung des Kolbens 52 expandiert das Volumen der in der Probenkammer 40 aufgenommenen Fluidprobe. Diese Expansion setzt sich fort, bis die Probenkammer 40 ein Höchstvolumen erreicht hat (siehe Fig. 3A), wenn eine abwärts gerichtete Schulter 136 des Kolbens 52 an eine aufwärts gerichtete Schulter 138 der Kolbengehäusesektion 26 stößt.
Der Kolben 52 weist einen darin definierten Hohlraum 140 auf, in dem ein Sensor 142 enthalten ist. Ein Erfassungskanal 144 verbindet Fluid von der Probenkammer 40 mit dem Kolbenhohlraum 140 und somit mit dem darin enthaltenen Sensor 142. Der Sensor 142 kann eine beliebige Anzahl von Meßeinrichtungen zur Messung verschiedener Parameter der aufgefangenen Bohrlochfluidprobe beinhalten. Vorzugsweise beinhaltet der Sensor 142 sowohl ein Druckmeßelement als auch ein Temperaturmeßelement.
Es ist zu verstehen, daß der Kolben 52, während er später von der Position in Fig. 3A zurück in Richtung auf die Position in Fig. 2A aufwärts bewegt wird, in einer Zwischenposition seines Hubs zunächst auf das untere Ende 108 des Ventilschafts 106 trifft und somit das Ventil 100 zurück nach oben relativ zu dem Gehäuse 22 schiebt. Während das Ventil 100 beginnt, sich zurück nach oben zu bewegen, hebt sich der Sitz 104 sofort von dem festen Sitz 134 ab, wodurch der Probenauffangkanal 42 wieder geöffnet wird und die zuvor aufgenommene Bohrlochfluidprobe aus/von der Probenkammer 40 durch den Probenauffangkanal 42 zurück in das das Gehäuse 22 umgebende Bohrloch 10 ausgestoßen oder abgegeben werden kann.
In der Gehäusezwischensektion 28 befindet sich ein Kolbenpositionsgeber 146. Der Positionsgeber 146 beinhaltet einen federnd vorgespannten Stab 148, der aufwärts vorgespannt ist. Ein ringförmiger Positionsgabeflansch 150 ist an der Kolbenwelle 56 befestigt und verläuft radial auswärts davon und trifft auf das obere Ende 152 des Stabs 148. Während sich der Kolben 52 und die Kolbenwelle 56 in dem Gehäuse 22 abwärts bewegen, schiebt der Flansch 150 den Stab 148 abwärts in ein Sensorgehäuse 154. Somit ist die Position des Stabs 148 in dem Sensorgehäuse 154 für die Position des Kolbens 52 in dem Gehäuse 22 und somit für das Volumen der Probenkammer 40 repräsentativ. Ein für die Position des Kolbens 52 und somit das Volumen der Probenkammer 40 repräsentatives elektrisches Signal wird über den elektrischen Leiter 156 zu einer Steuer- /Aufzeichnungseinheit 158 (siehe Fig. 2C-2D) übertragen.
Die Steuer-/Aufzeichnungseinheit 158 kann hierin auch als Aufzeichnungs-/Steuereinheit 158 oder als Steuereinheit 158 oder Aufzeichnungseinheit 158 bezeichnet werden, da sie diese Mehrfachfunktionen erfüllt. Der elektrische Leiter 156 kann als Bestandteil einer Eingabeleitung 156 angesehen werden, die die Steuereinheit 158 mit verschiedenen Eingängen speist.
Signale, die vom Druck- und Temperatursensor im Sensor 142 erzeugt werden, werden ebenfalls über die Eingangsleitung 156 zur Steuereinheit 158 übertragen.
Die externen Teile der Steuereinheit 158 sind in Fig. 2C und 2D dargestellt. Unter der Steuereinheit 158 befindet sich außerdem eine Batterieenergieversorgung 160.
Wie nachfolgend weiter beschrieben wird, steuert die Steuereinheit 158 den Betrieb des Elektromotors 84 und somit die Bewegung des Kolbens 52 als Reaktion auf verschiedene Faktoren wie zum Beispiel die vom Positionsgeber 146 und vom Druck- und Temperatursensor 142 empfangenen Eingänge.
Die Steuer-/Aufzeichnungseinheit 158 zeichnet die vom Sensor 142 gemessenen Druck- und Temperaturdaten und die vom Kolbenpositionsgeber 146 gemessenen Volumendaten auf. Mit diesen Daten kann ein Kurvenbild für eine Gegenüberstellung von Druck- und Volumendaten einer typischen Öl-/Gasprobe erstellt werden (siehe Fig. 4).
In Fig. 4 wird die Volumenzunahme auf der horizontalen Achse und die Druckzunahme auf der vertikalen Achse dargestellt. Die mit durchgezogener Linie gezeigte Kurve 162 stellt die Druck-/Volumen-Beziehung für eine typische Probe dar. Beginnend am linken Ende der Kurve 162, dort stellt ein erster, im wesentlichen horizontaler Abschnitt 164 der Kurve das steigende Volumen der Probe dar, während die Probe in die Probenkammer 40 gezogen wird, bevor sich das Ventil 100 schließt. Das Ventil 100 schließt bei einem Volumen, das durch den Knickpunkt 166 in der Kurve 162 dargestellt ist. Ein steil abfallender Abschnitt 168 der Kurve 162 stellt die Expansion der flüssigen Ölprobe dar, bevor Gas beginnt, aus der Lösung auszubrechen. Wie aus dem steilen Abfall der Kurve 168 ersichtlich ist, fällt der Druck aufgrund der geringen Verdichtbarkeit des Öls bis zu dem Zeitpunkt, da Gas beginnt, aus der Lösung zu kommen, rasch ab. Bei einem Volumen und Druck, das/der durch den Knickpunkt 170 in der Kurve 162 dargestellt ist, beginnt das Gas, aus der Lösung zu kommen, und anschließend stellt ein relativ flacherer, sich abwärts neigender Kurvenabschnitt 172 den fortgesetzten Druckabfall mit steigendem Volumen dar, wenn Gas aus der Lösung in der Probe kommt. Die extrapolierte gestrichelte Linie 174 stellt den Blasenpunktdruck der Probe dar, bei dem es sich um den Druck handelt, der dem Knick 170 in der Kurve 162 entspricht. Bei einer typischen Öl-/Gasprobe gilt folgendes: Nachdem die Probenkammer 40 auf ihr Höchstvolumen expandiert wurde (siehe Fig. 3A), und während der Kolben 52 umkehrt, neu komprimiert und die Probe dann ausstößt, folgt die Druck-/Volumen-Beziehung der Probe im wesentlichen der gleichen Kurve 162 auf umgekehrte Weise.
Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm der Steuer- /Aufzeichnungseinheit 158 und der damit verwendeten verschiedenen Ein- und Ausgabegeräte. Die Steuer- /Aufzeichnungseinheit 158 kann eine programmierte Mikroprozessor-Steuereinheit oder auf eine beliebige andere geeignete Weise ausgeführt sein (einschließlich Ausführungen ohne Mikroprozessor). Fig. 5 stellt im allgemeinen die Anordnung eines beliebigen Typs von Steuer- /Aufzeichnungseinheit mit ihren zugehörigen Ein- und Ausgabegeräten dar.
Die Steuer-/Aufzeichnungseinheit 158 erhält Daten vom Kolbenpositionsgeber 146, die für das Volumen der Probenkammer 40 repräsentativ sind.
Es werden auch Eingangsdaten vom Temperatursensor 142A und Drucksensor 142B bereitgestellt. Der Temperatur- und der Drucksensor 142A und 142B können beide innerhalb des Sensors 142 angeordnet sein (siehe Fig. 2A).
In einer bevorzugten Version der Vorrichtung 18 ist die Steuer-/Aufzeichnungseinheit 158 so konstruiert, daß sie den Prozeß der Probeentnahme und Prüfung des die Vorrichtung 18 umgebenden Bohrlochfluids in regelmäßigen Abständen zyklisch durchläuft. Die Steuer- /Aufzeichnungseinheit 158 kann zum Beispiel so konstruiert sein, daß sie durch einen Probeentnahme- und Prüfzyklus läuft und dann über einen festgelegten Zeitabschnitt von beispielsweise 10 Minuten inaktiv ist, wonach der Prüfzyklus wiederholt wird. Mit einer solchen Anordnung können die Druck-, Volumen- und Temperaturdaten in Abhängigkeit von der Zeit aufgezeichnet werden, wonach zum Korrelieren dieser Daten mit der genauen. Position in dem Bohrloch nur noch die Position der Vorrichtung 18 in dem Bohrloch in Abhängigkeit von der Zeit registriert werden muß, was anhand bekannter Mittel ohne weiteres erreicht werden kann.
Der in Fig. 5 schematisch dargestellte und mit der Ziffer 176 bezeichnete Zeitgeber gibt entsprechende Zeitsignale an die Steuer-/Aufzeichnungseinheit 158 aus, damit Proben in geeigneten Abständen genommen und getestet werden. Es ist verständlich, daß der Zeitgeber 176 auch in die Steuer-/Aufzeichnungseinheit 158 eingebaut oder durch eine entsprechende Programmierung einer Steuer- /Aufzeichnungseinheit 158 mit eingebauten Zeitgebereinrichtungen bereitgestellt werden kann.
Ein Betriebsmodus der Steuer-/Aufzeichnungseinheit 158, der zur Verwendung eines Wiederholungszeitgebers wie dem gerade beschriebenen Zeitgeber 176 alternativ ist, besteht darin, die Steuer-/Aufzeichnungseinheit 158 mit einem geeigneten Mittel zur Ankopplung an einen Fernbefehlssensor 178 auszustatten. Mit einem solchen System können Befehlssignale vom Fernbefehlssignalzentrum 20, das sich an der Oberfläche 12 befindet, versandt werden, und diese Signale können vom Fernbefehlssensor 178 empfangen werden, der sich im Bohrloch in der Vorrichtung 18 befindet, so daß eine Bohrlochfluidprobe als Reaktion auf solche Fernbefehle genommen und geprüft werden kann. Dieser alternative Betriebsmodus ist jedoch kein Bestandteil der vorliegenden Erfindung.
Die Steuer-/Aufzeichnungseinheit 158 steuert den Motor 84 über einen Motorsteuerkreis 180. Ausgangesteuersignale von der Aufzeichnungs-/Steuereinheit 158 werden über Steuerleitungen 182 zum Motorsteuerkreis 180 geleitet.
In der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung unter Verwendung des Zeitgebers 176 werden die Druck-, Volumen- und Temperaturdaten einfach in der Steuer- /Aufzeichnungseinheit 158 aufgezeichnet und nicht unbedingt in Echtzeit zurück zur Oberfläche übertragen. Es gibt jedoch verschiedene Möglichkeiten, eine Echtzeitübertragung der Druck-, Volumen- und Temperaturdaten zur Oberfläche bereitzustellen. Wird dies gewünscht, dann gibt die Steuer-/Aufzeichnungseinheit 158 die Daten zum Datensender 184 aus. Der Datensender 184 kann verschiedene Ausführungen aufweisen und die gleichen Fernübertragungssysteme nutzen, die zum Senden und Empfangen von Fernbefehlssignalen durch den Fernbefehlssensor 178 verfügbar sind. Auch diese Systeme werden nachfolgend ausführlicher beschrieben.
Physikalische Schritte, die beim Betrieb des Motorsteuerkreises 180 durchgeführt werden, folgen im allgemeinen dem in Fig. 6 dargestellten Betriebsablaufplan.
Der Betrieb des Werkzeugs beginnt, wenn die Steuer- /Aufzeichnungseinheit 158 an die Stromversorgung 160 angeschlossen wird und die Steuer-/Aufzeichnungseinheit 158 wie bei 186 gezeigt initialisiert.
Die Steuer-/Aufzeichnungseinheit 158 versorgt dann den Motorsteuerkreis 180 und somit den Motor 84 mit elektrischer Energie, so daß die Motorwelle 86 beginnt, sich in einer ersten Richtung zu drehen, wodurch der Kolben 52 beginnt, sich im Gehäuse 22 von seiner obersten Position in Fig. 2A abwärts zu bewegen, um das Volumen der Probenkammer 40, wie in dem Ablaufdiagramm bei 188 gezeigt, zu expandieren.
Der Kolben 52 wird stetig abwärts bewegt, und das federnd vorgespannte Ventil 100 folgt dem Kolben 52 so lange, bis der Sitz 104 des Ventils 100 kurz davor ist, sich gegen den Sitz 134 des Gehäuses 22 zu schließen. Die Steuer-/Aufzeichnungseinheit 158 verfolgt die Position des Kolbens 52 und somit des Ventils 100 anhand des Eingangssignals vom linearen Positionsgeber 146. Kurz vor dem Schließen des Ventils 100 hält die Steuer- /Aufzeichnungseinheit 158 den Motor 84 und somit den Kolben 52 an (siehe Block 190).
Der Druck der Probe in der Probenkammer 40 wird ständig vom Drucksensor 142 überwacht, der ein Drucksignal in die Steuer-/Aufzeichnungseinheit 158 eingibt. Die Steuer-/Aufzeichnungseinheit 158 hält den Kolben 52 so lange bewegungslos, bis sie ermittelt hat, daß der Druck der Probe in der Probenkammer 40 stabilisiert ist (siehe Block 192).
Sobald sich der Druck in der Probenkammer 40 stabilisiert hat, veranlaßt die Steuer- /Aufzeichnungseinheit 158 die Durchführung und Aufzeichnung von Druck-, Volumen und Temperaturmessungen der Probe (siehe 194).
Anschließend beginnt die Steuer-/Aufzeichnungseinheit 158 die schrittweise Rotation des Motors 84 und somit die Bewegung des Kolbens 52 in kleinen Schritten, um die Probenkammer 40 weiter zu expandieren. Dies wird in Block 196 angezeigt.
Nach jedem Vorwärtsschritt kehrt die Steuer- /Aufzeichnungseinheit zur Betriebsstufe 192 zurück (siehe logische Linie 198), sofern der Motor 84 nicht angehalten hat, was darauf hinweist, daß der Kolben 52 an die Schulter 138 gestoßen ist (siehe Fig. 3A). Bis zu dem Zeitpunkt, da der Kolben 52 die unterste Position erreicht hat (siehe Fig. 3A), wiederholt die Steuer-/Aufzeichnungseinheit ständig den Zyklus aus schrittweisem Expandieren der Probenkammer 40, Stabilisierenlassen des Drucks in der Probenkammer 40 und Aufzeichnen von Druck, Volumen und Temperatur der Probe.
Es ist verständlich, daß sich, nachdem ein oder vielleicht ein paar Vorwärtsschritte stattgefunden haben, das Ventil 100 schließt und somit die Probe in der Probenkammer 40 aufgenommen wird. Durch weitere schrittweise Expansionen der Probenkammer beginnt die in der Probenkammer 40 aufgenommene Fluidprobe zu expandieren, wie von den Abschnitten 168 und 172 der Druck-/Volumen- Kurve 162 von Fig. 4 dargestellt wird.
Wenn sich das Ventil 100 schließt, dann wird die Probenkammer 40 von der Fluidverbindung mit dem umgebenden Bohrlochfluid isoliert, so daß eine Bohrlochfluidprobe von begrenztem Volumen in der Probenkammer 40 aufgenommen wird.
Durch das langsame schrittweise Schließen des Ventils 100 wird gewährleistet, daß die in der Kammer 40 aufgenommene Probe für das die Vorrichtung 18 umgebende Fluid repräsentativ ist, und dynamische Effekte infolge eines raschen Strömens einer Probe in eine Kammer 40 werden ausgeschlossen. Dadurch, daß der Kolben 52 kurz vor dem Schließen des Ventils 100 angehalten wird, kann sich die Probenkammer 40 komplett mit dieser repräsentativen Probe füllen, wonach der Probenauffangkanal 42 langsam geschlossen wird.
Die se schrittweise Bewegung des Kolbens 52 wird so lange fortgesetzt, bis der Kolben 52 die unterste Position erreicht und an die Schulter 138 stößt (siehe Fig. 3A). Dieser Vorgang wird vom Motorsteuerkreis 180 erfaßt, der ein entsprechendes Rückkopplungssignal zur Steuer- /Aufzeichungseinheit 158 sendet, wie in der Funktionsbox 200 dargestellt ist.
Nachdem ermittelt wurde, daß der Kolben 52 seine unterste Position erreicht hat, kehrt die Steuer- /Aufzeichnungseinheit 158 die Richtung des elektrischen Stroms zum Motor 84 und somit die Rotationsrichtung des Motors 84 um, wie im Funktionsblock 202 dargestellt ist.
Die Steuer-/Aufzeichnungseinheit 158 läßt den Motor 84 dann in dieser entgegengesetzten Richtung schrittweise rotieren, um den Kolben 52 zurück aufwärts bewegen zu lassen und das Volumen der Probenkammer 40 schrittweise zu kontrahieren, wie im Funktionsblock 204 dargestellt ist.
Nach dem ersten Vorwärtsschritt ermittelt die Steuer- /Aufzeichnungseinheit 158, wann der Druck in der Probenkammer 40 stabilisiert ist (siehe Block 206). Anschließend werden Druck, Volumen und Temperatur gemessen und aufgezeichnet (siehe Block 208). Daraufhin wird der Kolben 52 wieder schrittweise bewegt, um die Probenkammer 40 weiter zu kontrahieren (siehe 210).
Solange der Kolben 52 nicht wieder in seiner obersten Position stehenbleibt (siehe Fig. 2A), wiederholt die Aufzeichnungs-/Steuereinheit 158 den Zyklus aus Stabilisierenlassen des Drucks, Aufzeichnen von Druck, Volumen und Temperatur und dann weiteres schrittweises Bewegen des Kolbens (siehe logische Linie 212).
Wenn der Kolben 52 seine oberste Position erreicht und an das untere Ende 132 der Ventilgehäusesektion 24 stößt, dann hält der Motor 84 wieder an, was vom Motorsteuerkreis 180 erfaßt wird, und die Steuer-/Aufzeichnungseinheit 158 läßt den Motor 84 abschalten und wartet dann so lange, bis ein programmierter Zeitraum verstrichen ist, der vom Zeitgeber 176 festgelegt wird. Diese Schritte werden von den Funktionsblöcken 214 und 216 dargestellt.
Solange die Steuer-/Aufzeichnungseinheit nicht abgeschaltet wird oder auf andere Weise einen Befehl dahingehend erhält, daß die Prüfung abgeschlossen werden soll, kehrt der Prozeß nach dem entsprechenden verstrichenen Zeitraum zum Anfang zurück, wie von der logischen Linie 218 angezeigt wird, und der Motor 84 wird wieder in einer ersten Richtung gestartet, um die Probenkammer 40 zu expandieren (siehe Funktionsblock 188).
Folglich kann die Vorrichtung 18 in das Bohrloch 10 abgelassen, wie allgemein in Fig. 1 gezeigt wird, und zwischen einer Vielzahl von Positionen wie 18A, 18B und 18C bewegt werden, während die Steuer-/Aufzeichnungseinheit 158 den Probenentnahme- und -prüfzyklus (siehe Fig. 6) ein oder mehrere Male für jede der Positionen 18A, 18B und 18C durchlaufen kann.
Die einzelnen Proben werden genommen, während sich das Werkzeug 18 im Bohrloch befindet. Jeder Test beginnt damit, daß die Bohrlochfluidprobe in der Probenkammer 40 bei einem Druck und einer Temperatur aufgenommen wird, die im wesentlichen mit dem/der des Bohrlochfluids in dem Bohrloch 10 an der Bohrlochstelle identisch ist, an der die Probe aufgenommen wurde, wobei die aufgenommene Fluidprobe keiner wesentlichen Druck- oder Temperaturveränderung während des Aufnahmevorgangs und vor der eigentlichen Expansion der Probe, wie bei Abschnitt 168 der Kurve 162 in Fig. 4 dargestellt ist, unterzogen wird.
Anhand der Druck-/Volumendaten, die erzeugt und von der Aufzeichnungs-/Steuereinheit 158 aufgezeichnet werden, kann der Blasenpunktdruck der aufgenommenen Probe ermittelt werden, wie vom horizontalen Wert 174 im Druck- /Volumendiagramm von Fig. 4 gezeigt wird. Es ist verständlich, daß die tatsächliche Analyse der Daten erst stattfinden kann, nachdem die Aufzeichnungs-/Steuereinheit 158 zur Oberfläche geholt wurde. Es ist aber auch gut möglich, daß die Aufzeichnungs-/Steuereinheit 158 die Daten im Bohrloch interpretiert und über den Datensender 184 Daten, die auf den Blasenpunktdruck 174 hinweisen, nach oben überträgt. Die Aufzeichnungs-/Steuereinheit 158 kann die Rohdaten auch nach oben übertragen, damit die Daten an der Oberfläche in Echtzeit analysiert werden.
Neben der Ermittlung des Blasenpunktdrucks der Probe können andere Parameter der aufgenommenen Probe, wie die Verdichtbarkeit der Probe, ohne weiteres anhand der Druck- /Volumen-Daten (siehe Fig. 4) ermittelt werden.
Durch die Aufnahme von einer oder mehreren Bohrlochfluidprobe(n) und Messung ihres Blasenpunktes in einer Mehrzahl von Höhen in dem Bohrloch, wie von den Positionen 18A, 18B und 18C in Fig. 1 dargestellt, kann dann ohne weiteres ermittelt werden, in welcher Tiefe des Bohrlochs 10 das gelöste Gas im geförderten Bohrlochfluid aus der Lösung ausbricht. Dem Fachkundigen wird verständlich sein, daß es äußerst interessant ist zu wissen, an welcher Stelle in dem Bohrloch das gelöste Naturgas aus der Lösung des flüssigen Öls ausbricht. Es ist zum Beispiel sehr unerwünscht, wenn das Gas an der Formationsfläche aus der Lösung ausbricht, wo das Bohrlochfluid als erstes in das Bohrloch fließt; wird folglich durch Tests wie den in Fig. 1 gezeigten ermittelt, daß das Gas erst aus der Lösung ausbricht, wenn das Fluid eine bestimmte Höhe in dem Bohrloch erreicht hat, so ist dies eine Bestätigung dafür, daß das Bohrloch zufriedenstellend arbeitet und daß Gas nicht zu dem Zeitpunkt der anfänglichen Fluidförderung in der Bohrlochbohrung aus der Lösung ausbricht.
Während des oben beschriebenen Prüfverfahrens kann im Bohrloch Fluidstrom vorliegen oder auch nicht.

Alternative Methoden zum Transportieren des Werkzeugs in das Bohrloch

Die oben dargelegte Beschreibung des Werkzeugs 18 in Verbindung mit den Fig. 1-3 zeigt eine bevorzugte Art und Weise des Transports des Werkzeugs 18 in das Bohrloch, und zwar an einem Seil 16.
Neben dem Betrieb mit einem Seil kann das Werkzeug 18 auch in einen Meßgerätträger gegeben und in eine Arbeitsfolge einbezogen werden, wie andere Arten von Meßgeräten, die gewöhnlich in Drillstem-Prüfverfahren zum Einsatz kommen, bei denen verschiedene Prüfwerkzeuge, einschließlich der Meßgeräte, auf einem Rohrleitungsstrang betrieben werden, der im allgemeinen als Prüfstrang bezeichnet wird. Die Vorrichtung 18 kann problemlos so konstruiert werden, daß sie in einen Hohlraum mit einem Durchmesser von einem Zoll bis eineinhalb Zoll eines Meßgerätträgers paßt.
Wenn die Vorrichtung 18 in einem Meßgerätträger im Rahmen eines Drillstem-Prüfstrangs verwendet wird, dann bleibt die Vorrichtung 18 typischerweise während der gesamten Drillstem-Prüfung in dem Meßgerätträger, die gewöhnlich zwischen fünf Tage und zwei Wochen dauert. Die während dieses langen Zeitraums erfaßten. Daten zeigen, auf welche Weise sich die Eigenschaften des geförderten Bohrlochfluids während der Drillstem-Prüfung mit dem Voranschreiten des Prüfvorgangs ändern. Wenn sich die Druck-/Volumen-Daten über den 5-Tages- bis 2-Wochen- Zeitraum der Drillstem-Prüfung stabilisieren, dann weiß der Bediener, daß sich der während der Drillstem-Prüfung beobachtete Bohrlochstrom stabilisiert hat und für das, was auf lange Sicht von dem Bohrloch zu erwarten ist, wirklich repräsentativ ist. Wenn die von der Vorrichtung 18 erbrachten Daten zeigen, daß die Druck-/Volumen-Daten für aufeinanderfolgende Ölproben während des 5-Tages- bis 2- Wochen-Intervalls der Drillstem-Prüfung überhaupt keine Stabilisierung aufwiesen, dann ist es offensichtlich, daß die Drillstem-Testergebnisse das, was letztendlich von dem Bohrloch zu erwarten ist, nicht vollständig repräsentieren können.
Kommt die Vorrichtung 10 im Rahmen eines Drillstem- Prüfstrangs zum Einsatz, dann kann die Vorrichtung 18 auch an anderen Orten als dem gerade beschriebenen Meßgerätträger untergebracht werden. Die Vorrichtung 18 kann zum Beispiel als Bestandteil des Drillstem-Prüfstrangs konstruiert werden und unter dem Packer des Prüfstrangs und in der Nähe der Sandfläche der zu testenden Formation plaziert werden.
Als weiterer alternativer Ort innerhalb des Drillstem- Prüfstrangs kann die Vorrichtung 18 über dem Packer und unter einem Formationsprüfventil des Drillstem-Prüfstrangs plaziert werden.
Kommt die Vorrichtung 18 als ein Teil eines Drillstem- Prüfstrangs zum Einsatz, dann ist sie natürlich sowohl in der Drillstem-Prüfung mit ummanteltem Loch als auch in der Drillstem-Prüfung mit offenem Loch von Nutzen.
Es ist auch zu bemerken, daß mit der Vorrichtung 18 herkömmliche Probenehmer verwendet werden können, um eine Probe aufzunehmen, die zur Oberfläche zurückgeschickt wird. Dies ist unabhängig davon möglich, ob die Vorrichtung 18 an einem Seil betrieben wird oder ob sie als ein Teil eines Drillstem-Prüfstrangs zum Einsatz kommt. Wird die Vorrichtung 18 zum Beispiel an einem Seil 16 betrieben, dann kann ein herkömmlicher Bohrlochsohlen-Probenehmer unmittelbar unter der Vorrichtung 18 plaziert werden, um eine Probe für die Rückkehr zur Oberfläche aufzunehmen. Sobald die gesamte Baugruppe zurück an die Oberfläche gebracht wurde, können die Daten von der Vorrichtung 18 sofort dazu verwendet werden, den Blasenpunktdruck der Probe zu identifizieren, die in dem konventionellen Probenehmer aufgenommen wurde. Die in dem konventionellen Probenehmer aufgenommene Probe kann dann direkt zum Labor gebracht werden, ohne daß die aufgenommene Probe auf irgendeine Weise manipuliert oder beeinflußt wird. Dies steht im Gegensatz zu Verfahren des Standes der Technik, bei denen aufgenommene Proben, die zur Oberfläche zurückgeschickt werden, typischerweise manipuliert werden, sobald sie herausgeholt wurden, um einen vorläufigen Hinweis auf den Blasenpunktdruck der Probe zu erhalten.
Schließlich ist zu bemerken, daß die Vorrichtung 18 gleichermaßen bei der Prüfung von produktiven Bohrlöchern und bei der Drillstem-Prüfung von neu gebohrten Bohrlöchern von Nutzen ist. Ferner können Bohrlöcher geprüft werden, in denen Fluidstrom vorliegt oder auch nicht.

Die Aufzeichnungs-/Steuereinheit aus den Fig. 7A-7C

Die Fig. 7A-7C zeigen ein Blockdiagramm einer Implementierung der Aufzeichnungs-/Steuereinheit 158, eines Oberflächen-Computersystems 220, einer Schnittstelle 222 zwischen der Aufzeichnungs-/Steuereinheit. 158 und dem Oberflächen-Computersystem 220 und des Motorsteuerkreises 180. Die Aufzeichnungs-/Steuereinheit 158 kann auch als Aufzeichnungs-/Hauptsteuereinheit 158 bezeichnet werden, und der Motorsteuerkreis 180 kann allgemein als Slave- Steuereinheit 180 bezeichnet werden, die als Reaktion auf die Aufzeichnungs-/Hauptsteuereinheit 158 arbeitet.
Eine fachkundige Person kann ein Programm für die Durchführung der Serie von Arbeitsgängen schreiben, die zuvor mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben wurden, das in die Aufzeichnungs-/Hauptsteuereinheit 158 gesetzt würde.
Vor allem die Fig. 7A und 7B zeigen im Blockdiagrammformat die Anordnung der Aufzeichnungs- /Hauptsteuereinheit 158 und des zugehörigen Oberflächen- Computersystems 220 und der Schnittstelle 222. Ein ähnliches System wird ausführlich im US-Patent Nr. 4,866,607 von Anderson et al. mit dem Titel SELF-CONTAINED DOWNHOLE GAUGE SYSTEM (UNABHÄNGIGES BOHRLOCHMESSGERÄTSYSTEM) beschrieben, das der Zessionarin der vorliegenden Erfindung übertragen wurde und hiermit vollständig durch Bezugnahme eingeschlossen ist. Das Patent von Anderson et al. beschreibt ein unabhängiges Bohrlochmeßgerätsystem, das kontinuierlich Bohrlochdruck- und -temperatur überwacht und die entsprechenden Daten aufzeichnet. Die Schnittstelle mit dem Oberflächen- Computersystem 220 ermöglicht eine Programmierung der Aufzeichnungs-/Hauptsteuereinheit 158, bevor das Werkzeug in das Bohrloch gefahren wird, sowie eine spätere Wiedergewinnung von Daten, nachdem das Werkzeug aus dem Bohrloch geholt wurde. Das System von Anderson et al. wird in erster Linie in Zusammenhang mit einem System zur Überwachung und Aufzeichnung von Druck- und Temperaturmeßwerten beschrieben; in Spalte 33, Zeile 61 bis Spalte 34, Zeile 8 wird allerdings auch offenbart, daß es für die Steuerung anderer Werkzeuge wie die Vorrichtung zur Fluidprobenahme und dergleichen geeignet ist, die mit der vorliegenden Anmeldung verbunden sind.
Die Fig. 7A und 7B zeigen in Blockdiagrammformat Elemente, die die bevorzugte Ausgestaltung der Aufzeichnungs-/Hauptsteuereinheit 158, der Schnittstelle 222 und des Oberflächen-Computersystems 220 darstellen. Die bevorzugte Ausgestaltung der Aufzeichnungs- /Hauptsteuereinheit 158 besteht aus drei demontierbaren Segmenten oder Sektionen, die elektrisch und mechanisch über mehrere Leitungsstecker und -buchsen miteinander verbindbar sind, die zusammengefügt werden, wenn die Sektionen miteinander verbunden werden. Diese drei Sektionen sind in jeweiligen linear miteinander verbindbaren röhrenförmigen Metallgehäusen des geeigneten Typs enthalten, wie sie in Fachkreisen für den Gebrauch in Bohrlochumgebungen bekannt sind. Wie in den Fig. 7A und 7B gezeigt, beinhalten die drei Sektionen der Aufzeichnungs-/Hauptsteuereinheit 158 (1) eine Transducer- Sektion 224, (2) eine Hauptsteuereinheit-/Leistungswandler- und Steuer-/Speichersektion 226, die aus Hauptsteuereinheits- und Leistungswandler- und Steuerabschnitt 226a und einem Datenaufzeichnungsmodul besteht, das einen austauschbaren Halbleiter- Speicherabschnitt 226b oder Magnetkern-Speicherabschnitt 226c beinhaltet, sowie (3) die Batteriesektion 160.
Verschiedene Arten einer Mehrzahl spezifischer Ausgestaltungen der Transducer-Sektion 224 können zum Anschließen der Aufzeichnungs-/Hauptsteuereinheit 158 an jeden geeigneten Typ von Transducer 142 verwendet werden, unabhängig vom Ausgangstyp. Zu geeigneten Transducern 142 gehören zum Beispiel ein druckerfassender CEC- Dehnungsmesser mit Platin-RTD (Widerstandstemperaturfühler), eine 2813B Quarzdrucksonde von Hewlett-Packard mit Temperaturteil, ein EPG-520H Druck- und Temperaturtransducer der Geophysical Research Corporation und ein 15K-001 Quarzdruck- und Temperaturtransducer von Well Test Instruments. Unabhängig von der spezifischen Konstruktion, die für die Unterbringung der bestimmten Ausgabe irgendeines spezifischen verwendeten Typs von Transducer 142 verwendet wird, beinhaltet die bevorzugte Ausgestaltung der Transducer-Sektion 224 eine spannungsgesteuerte Temperatur- Oszillatorschaltung 228, die das Ausgangssignal von dem bestimmten Temperaturtransducertyp 142A empfängt und dieses in ein geeignetes vorbestimmtes Format (wie zum Beispiel ein elektrisches Signal mit einer Frequenz proportional zur Größe des erfaßten Zustands) zur Verwendung durch den Steuerabschnitt in der Sektion 226 der Aüfzeichnüngs-/Hauptsteuereinheit 158 umwandelt. Die bevorzugte Ausgestaltung der Transducer-Sektion 224 beinhaltet auch eine spannungsgesteuerte: Druck- Oszillatorschaltung 230, um den spezifischen Drucktransducer 142B an den Steuerabschnitt der Sektion 226 zu koppeln. In der bevorzugten Ausgestaltung ist mit der spannungsgesteuerten Druck-Oszillatorschaltung 230 eine Deltadruck-(ΔP)-Schaltung 232 verbunden, die eine Hardware- Überwachung von schnellen Druckveränderungen bereitstellt und ein Steuersignal als Reaktion auf positive oder negative Druckveränderungen erzeugt, die einen vorbestimmten Schwellenwert überschreiten; dies kann für eine Schnittstelle eines erfaßten Drucksignals als Fernbefehlssensor 178 (Fig. 5) verwendet werden, oder je nach Bedarf kann eine separate Fernbefehlsschnittstelle 233 (beispielsweise zum Implementieren von nachfolgend beschriebenen Alternativen) verwendet werden. Die drei Schaltungen 228, 230 und 232 werden zusammen mit einer Spannungsreferenzschaltung ausführlich im US.-Patent Nr. 4,866,607 von Anderson et al. mit Bezug auf die Fig. 3-9 davon beschrieben, das hiermit vollständig durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
Die Deltadruckschaltung 232 kann auch für den Gebrauch mit dem Motorsteuerkreis 180 implementiert werden, wie mit Bezug auf die Fig. 8 und 9 nachstehend weiter beschrieben wird. In Zusammenhang damit beinhaltet die Transducer-Sektion 224 ferner eine Volumen- oder Positionsoszillatorschaltung 314, die mit dem Kolbenpositionsgeber 146 (siehe Fig. 5) verbunden ist. Eine Deltavolumen-(ΔVol)-Schaltung 300 der Transducer- Sektion 224 spricht auf die Schaltung 314 zur Verwendung durch den Motorsteuerkreis 180 an, wie mit Bezug auf die Fig. 8 und 9 nachstehend beschrieben wird.
Der Steuerabschnitt der Steuereinheits- /Leistungswandler- und Steuer-/Speicher--Sektion 226 beinhaltet eine Zentraleinheitsschaltung 234, eine Echtzeiuuhrschaltung 236 (die den Zeitgeber 176 bereitstellen kann), eine Datenaufzeichnungsmodul- Schnittstellenschaltung 238 und eine Frequenz-Binär- Wandlerachaltung 240, wobei diese Elemente im allgemeinen einen Mikrocomputer definieren, um elektrische Signale im vorbestimmten Format von der Transducer-Sektion 224 zu empfangen, um von den elektrischen Signalen digitale Signale abzuleiten, die mit einer Quantifizierung der Größe des erfaßten Parameters in Zusammenhang stehen, um die digitalen Signale im Speicherabschnitt der Sektion 226 zu speichern, und um Befehlssignale zum Motorsteuerkreis 180 zu senden. Diese vier Schaltungen stehen über einen geeigneten Bus und geeignete Steuerleitungen, die in Fig. 7B allgemein mit der Bezugsziffer 242 bezeichnet sind, miteinander in Verbindung. Die Zentraleinheitsschaltung 234 steht durch die Schnittstelle 222 über den Eingangs- und Kommunikationsbus 244 auch mit dem Oberflächen- Computersystem 220 in Verbindung. Die Zentraleinheit 234 steht durch einen Teil der Schaltungsanordnung, die auf der Leiterplatte enthalten ist, auf der die Datenaufzeichnungsmodul-Schnittstellenschaltung 238 montiert ist, über den Bus 244 auch mit der Transducer- Sektion 224 in Verbindung, um ein Interruptsignal zu empfangen, das als Reaktion auf das ΔP-Signal von der ΔP- Schaltung 232 erzeugt wird. Die Frequenz-Binär- Wandlerschaltung 240 steht auch mit der Transducer- Sektion 224 über den Bus 244 in Verbindung und empfängt jeweils die Temperatur- und Drucksignale von den Schaltungen 228, 230. Die Schaltung 240 wandelt diese Signale in digitale Signale um, die Zahlen darstellen, die den erfaßten Größen der jeweiligen Bedingungen in der Probenkammer 40 entsprechen. Die Echtzeituhrschaltung 236 stellt eine Zeitaufzeichnung bereit, um die Betriebsperioden der Zentraleinheit 234 variabel zu steuern. Die Datenaufzeichnungsmodul- Schnittstellenschaltung 238 gibt unter der Kontrolle der Zentraleinheit 234 Steuersignale zum Speicherabschnitt der Sektion 226 aus. Die Schaltungen 234, 236, 238 und 240 sind im US-Patent Nr. 4,866,607 von Anderson et al. jeweils mit Bezug auf die Fig. 10, 11, 12 und 13 davon genauer beschrieben, das hiermit vollständig durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
Der Leistungswandler- und Steuerabschnitt der Sektion 226 beinhaltet Schaltungen zur Lieferung von elektrischer Energie zu verschiedenen benötigten Gleichspannungspegeln, um die verschiedenen elektrischen Komponenten in der Aufzeichnungs- /Hauptsteuereinheit 158 zu aktivieren. Zwar ist es für die bevorzugte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, doch kann dieser Abschnitt auch eine Zwischenschaltung beinhalten, um das Anlegen von wenigstens einer Spannung an jeweilige Abschnitte der Aufzeichnungs-/Hauptsteuereinheit 158 zu steuern, so daß diese Abschnitte der Aufzeichnungs- /Hauptsteuereinheit 158 selektiv abgeschaltet werden können, um Batterieenergie in der Batteriesektion 160 einzusparen. Die spezifischen Abschnitte der bevorzugten Ausgestaltung des Leistungswandler- und Steuerabschnitts sind im US-Patent Nr. 4,866,607 von Anderson et al. mit Bezug auf die Fig. 14-17 davon beschrieben, das hiermit vollständig durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
Der Datenaufzeichnungsmodul- oder Speicherabschnitt der Sektion 226 beinhaltet entweder den Halbleiter- Speicherabschnitt 226b oder den Magnetkern-abschnitt 226c oder eine Kombination der beiden. Jeder dieser Abschnitte beinhaltet eine Adressierungs-/Schnittstellen- oder Speicherdecodierer- und -treiber-Sektion 246. Der Halbleiter-Speicherabschnitt 226b beinhaltet ferner vier 64K · 8 (K = 1024) Matrizen einer integrierten Festkörper-Halbleiterspeicherschaltung. Diese sind in Fig. 7A allgemein mit der Bezugsziffer 248 bezeichnet. Eine 21 V Gleichstromversorgung 250 ist in dem Abschnitt 226b enthalten, um eine Programmierspannung zur Verwendung beim Schreiben von Informationen in den Speicher 248 bereitzustellen. Der Magnetkern-Speicherabschnitt 226c beinhaltet eine 256K · 1 Matrix eines Magnetkern-Speichers, in Fig. 7A allgemein mit der Bezugsziffer 252 bezeichnet. Diese Elemente des Speicherabschnitts sind im US-Patent Nr. 4,866,607 von Anderson et al. mit Bezug auf die Fig. 18-23 davon beschrieben, dessen Einzelheiten hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen sind.
Die in Fig. 7A gezeigte Batteriesektion 160 beinhaltet in der bevorzugten Ausgestaltung eine Mehrzahl von Lithium- Thionylchlorid- oder Lithium-Kupferoxyphosphatzellen, Größe C. Diese Zellen sind in sechs parallelen Stapeln aus vier in Serie verdrahteten Zellen angeordnet. Zwei dieser Stapel sind in Fig. 7A dargestellt und mit den Bezugsziffern 254a, 254b bezeichnet. Jede Serie ist durch eine Diode geschützt, wie die in Fig. 7A gezeigten Dioden 256a, 256b, und jeder parallele Stapel ist mit dem Leistungswandler- und Steuerabschnitt über eine Sicherung, wie zum Beispiel die in Fig. 7A gezeigte Sicherung 258, elektrisch verbunden. In der bevorzugten Ausgestaltung sind die parallelen Stapel mit einem Hochtemperaturepoxidharz in einer Glasfaserröhre eingekapselt. Diese Batteriepakete können entfernt und entsorgt werden, und sie weisen Spannungs- und Erdleitungen an einem Ende der Batteriesektion auf. Die Batterien werden in die Aufzeichnungs-/Hauptsteuereinheit 158 zum Zeitpunkt der Initialisierung der Aufzeichnungs-/Hauptsteuereinheit 158 eingesetzt.
Die Speichersektionen 226b und 226c stehen mit der Hauptsteuereinheit 226a über den Aufzeichnungsbus 260 in Verbindung.
Die Schnittstelle 222, über die die Aufzeichnungs- /Hauptsteuereinheit 158 mit dem Oberflächen-Computersystem 220 in Verbindung steht, beinhaltet eine geeignete Schaltungsanordnung, die dem Fachkundigen ohne weiteres bekannt sein müßte, um die Signale von der Hauptsteuereinheit 226a in das entsprechende Format umzuwandeln, das von dem Oberflächen-Computersystem 220 erkennbar ist. In der bevorzugten Ausgestaltung werden die Eingangssignale vom Bus 244 an den Eingängen der Schnittstelle 222 in geeignete Ausgangssignale mit RS-232- Standardschnittstellenformat am Ausgang der Schnittstelle 222 umgewandelt. Das RS232-Ausgangssignal ist durch den mit der Bezugsziffer 262 bezeichneten Block dargestellt. Im allgemeinen beinhaltet die Schnittstelle 222 zwei serielle Datenkanäle, Senden und Empfangen, und vier Handshake- Leitungen.
Das Oberflächen-Computersystem 220 der bevorzugten Ausgestaltung, mit dem die Schnittstelle 222 in Verbindung steht, ist ein IBM-kompatibler PC, Modell 386 oder Modell 486, mit Disketten- und Festplattenlaufwerk 264a und 264b. Der PC ist in Fig. 7B mit der Bezugsziffer 220 bezeichnet. Mit dem PC 220 sind auf eine Weise, die in Fachkreisen bekannt ist, ein Drucker 266, eine Tastatur 268 und ein Plotter 270 auf geeignete Weise verbunden. Der Computer 220 kann so programmiert werden, daß er verschiedene Funktionen in bezug auf die Verwendung der Aufzeichnungs-/Hauptsteuereinheit 158 ausführt. Mit einem Bedienschnittstellenprogramm kann ein Bediener den Betrieb des Computers über einfache Befehle steuern, die über die Tastatur 268 eingegeben werden. Ein Prüfmodusprogramm wird dazu verwendet, die Kommunikationsverbindung zwischen dem Computer 220 und der Schnittstelle 222 zu testen. Ein Werkzeugprüfmodusprogramm stellt Mittel bereit, mit denen der Bediener die Aufzeichnungs-/Hauptsteuereinheit 158 testen kann, um einen ordnungsgemäßen Betrieb zu verifizieren. Ein Empfangsdatenmodusprogramm steuert die Schnittstelle 222, um den Inhalt des Speichers der Aufzeichnungs-/Hauptsteuereinheit 158 auszulesen; nachdem der Speicher in die Schnittstelle 222 ausgelesen wurde, werden die Informationen mit mehreren verschiedenen Bestätigungssystemen zum Computer 220 gesendet, die gewährleisten sollen, daß eine ordnungsgemäße Übertragung stattfindet. Ein Schreibdatenmodus-Programm im Computer 220 schreibt die von der Schnittstelle 222 erhaltenen Daten automatisch auf eine oder beide Platten als ASCII-Datei, so daß auf sie mit Datenbankprogrammen oder Reservoir- Engineering-Softwarepaketen zugegriffen werden kann. Mit einem Jobeinrichtungsprogramm kann der Bediener verschiedene selektierbare Jobparameter erhalten und diese zur Schnittstelle 222 leiten. Mit einem Jobüberwachungsprogramm kann der Bediener jeden in Arbeit befindlichen Job überwachen.
Unter der Kontrolle der zuvor genannten Programme im Oberflächencomputer 220 können verschiedene Programme auf einem Mikroprozessor in der Schnittstelle 222 ablaufen. Ein Kernspeicherprüfprogramm in der Aufzeichnungs- /Hauptsteuereinheit 158 liest und schreibt unter der Kontrolle der Schnittstelle 222 eine schachbrettartige Speicher-Defektstruktur, um den ordnungsgemäßen Betrieb des Magnetkernspeichers in der Aufzeichnungs- /Hauptsteuereinheit 158 zu lesen und verifizieren, wenn sie mit der Schnittstelle 222 verbunden ist, und um eine Liste von erfaßten schlechten Speicherorten zu verwalten. Ein Prozessorprüfprogramm überprüft den Status eines Mikroprozessors in der Aufzeichnungs-/Hauptsteuereinheit 158. Ein Werkzeugmodus-Auswahlprogramm setzt die Aufzeichnungs-/Hauptsteuereinheit 158 in den für den ablaufenden Test geeigneten Modus, und ein Jobeinrichtungsprogramm konfiguriert die Aufzeichnungs- /Hauptsteuereinheit weiter für den abzulaufenden Job. Ein Kernspeichertransferprogramm liest den Inhalt des Speichers der Aufzeichnungs-/Hauptsteuereinheit 158 und speichert diese Informationen im Speicher in der Schnittstelle 222 vor dem Transfer zum Oberflächencomputer 220 ab.
Durch die Verwendung der zuvor genannten Programme initialisiert der Werkzeugbediener die Aufzeichnungs-/Hauptsteuereinheit 158, bevor die Aufzeichnungs-/Hauptsteuereinheit 158 in das Bohrloch 10 abgelassen wird. In der bevorzugten Ausgestaltung initialisiert der Bediener die Aufzeichnungs- /Hauptsteuereinheit 158 mit einem vordefinierten Frage- Antwort-Protokoll. Die Betriebsparameter wie Testverzögerungszeiten, Probenahmeintervalle, Seriennummern der einzelnen Werkzeuge, geschätzte Testdauer und Selbsttest oder Vertrauenstest werden bei der Initialisierung aufgestellt und über das Frage-Antwort- Protokoll eingegeben. Zu anderen Betriebsparametern gehören das gewünschte Zeitintervall zwischen der Aufnahme aufeinanderfolgender Proben in die Probenkammer 40 und der Druckstabilisierungsgrad vor jeder schrittweisen Kolbenbewegung. Wenn eine Fernbefehlsalternative über den Fernbefehlssensor 178 verfügbar sein soll, dann gibt der Bediener auch Identifizierungsinformationen für das entsprechende Befehlssignal ein, um die regelmäßig terminierte Probenahme zu unterbrechen und statt dessen auf Befehl Proben zu nehmen.
Nach Ablauf der Bohrlochprüfung und nachdem die Aufzeichnungs-/Hauptsteuereinheit 158 aus dem Bohrloch 10 genommen wurde, verbindet der Werkzeugbediener den Speicherabschnitt 226b oder 226c mit der Schnittstelle 222, um Volumen-, Temperatur-, Druck- und Zeitdaten auszulesen, die in der Speichersektion 226b oder 226c gespeichert sind. Mit einem weiteren Frage-Antwort-Protokoll und anderen geeigneten Tests stellt der Bediener sicher, daß die Aufzeichnungs-/Hauptsteuereinheit 158 die Daten fehlerfrei ausgeben kann. Wenn die Daten ausgelesen werden, dann werden sie durch die Schnittstelle 222 zum Oberflächen- Computersystem 220 geleitet, um zur Analyse im Festplattenlaufwerk 264b gespeichert zu werden.
Die Hauptsteuereinheit 226a steht mit dem Motorsteuerkreis 180 über den Slave-Steuerbus 272 in Verbindung. Die in Fig. 7C gezeigte Schaltungsanordnung des Motorsteuerkreises 180 beinhaltet eine Stromversorgung 274, ein Anlaufinitialisierungsmittel 276, ein Motorlast- Erfassungsmittel 278 und ein Motorleistungsschaltmittel 280.
Das Motorleistungsschaltmittel 280 steuert den Fluß von elektrischer Energie über elektrische Leitungsrohre 282 zum Elektromotor 84, der den Kolben 52 zum Expandieren oder Kontrahieren der Probenkammer 40 bewegt.
Der Kolben 52 bewegt sich so lange abwärts, bis er an die Schulter 138 des Gehäuses 22 stößt oder bis das Druckdifferential über die Kolbendichtung hoch genug ist. Der Motor 84 hält an, wenn der Widerstand, auf den bei der Bewegung des Kolbens 52 und der zugehörigen Komponenten gestoßen wird, hoch genug ist, um den zum Motor 84 fließenden Strom auf einen vorbestimmten Wert, d. h. einen Stillstandswert, zu bringen, der vom Motorlast- Erfassungsmittel 278 gemessen wird, bei dem der Motorsteuerkreis 180 die Antriebsleistung vom Motor 84 trennt.
Die Motorleistung kann auch von der Position der Unterbaugruppe abhängig gemacht werden, die von dem linearen Positionsgeber 146 angegeben wird. Das Werkzeug kann folglich so ausgestaltet sein, daß es den Kolben 52 anhält, kurz bevor dieser tatsächlich gegen das Gehäuse 22 stößt und tatsächlich den Motor 84 anhält.

Implementation der Fig. 8-10

Fig. 8 zeigt eine Ausführung des Motorsteuerkreises 180, der mit der Mikroprozessorsteuereinheit 158 der Ausgestaltung von Fig. 7 verwendet werden kann, damit die Steuereinheit 158 entsprechende Daten aufzeichnen kann; die Ausgestaltung von Fig. 8 beinhaltet jedoch zwei kombinatorische Logikzustandsmaschinen, die das Programm von Fig. 6 ausführen, das in Fig. 10 modifiziert dargestellt ist. Das heißt, die Ausgestaltung von Fig. 8 entlastet den Mikroprozessor um einen Teil der ihm zugeordneten, obengenannten Verarbeitung, und illustriert somit eine Variation zur zuvor ausführlicher beschriebenen Mikroprozessorsteuereinheit. Fig. 9 zeigt die Ausführung von Schaltungen für den Gebrauch mit der Ausgestaltung von Fig. 8.
Die in Fig. 9 gezeigten drei Schaltungen sind die Temperturmeßschaltung 142A, 228, die Druckmeßschaltung 142B, 230 (letztere ist hier als quarzgesteuerter Oszillator dargestellt) und die Volumen- /Positionsmeßschaltung 146, 314. Wie in der Zeichnung dargestellt, geben diese Schaltungen Datensignale zum Aufzeichnungsbus 260 der Mikroprozessorsteuereinheit von Fig. 7 aus.
Die Volumen-Oszillatorschaltung 314 von Fig. 9 ist eine LVDT-(variabler linearer Differentialwandler)- Schaltung. Diese Schaltung wird zum Messen des Volumens anhand der Position des Kolbens 52 verwendet. Der Positionsgeber 146 ist ein LVDT, und die Schaltung 314 erhält eine Spannung, die von der Primär-zu- Sekundärwicklung des Transformators 146 kommt. Interne Kompensation beinhaltet Fehlerkorrektur für Primäramplituden-Spannungsverstärkungssteuerung, Phasenfehlerkorrektur, Temperaturkompensation, Unterdrückung von Verzerrung und allgemeinem Rauschen. Die letzte Stufe ist eine RMS-Schaltung, die einen echten Gleichspannungswert für den Wechselstrornamplitudenausgang ergibt. Dies bewirkt eine Umwandlung der Position des Kolbens 52 oder des Volumens in eine proportionale Gleichspannung.
Weiterhin bezugnehmend auf Fig. 9, die Deltadruckschaltung 232 empfängt ein Eingangssignal von der Druckschaltung 230 in der Form einer Rechteckwellenfrequenz. Das Signal läuft zuerst durch einen Frequenz-/Spannungswandler 400, der die Eingangsfrequenz in eine Proportionalspannung umwandelt. Diese Proportionalspannung wird weiter durch einen Analog- /Digitalwandler 402 umgewandelt, der ein digitales Ausgangssignal proportional zum analogen Spannungseingangssignal erzeugt. Dieses digitale Ausgangssignal, das die Druckfrequenz repräsentiert, wird in einer Pufferschaltung aufgefangen, die das anliegende Eingangssignal vorübergehend speichert und ausgibt. Eine EPLD-Schaltung 404 (elektrisch programmiertes Logikbauelement) wird mit Kombinationslogik bedruckt, so daß sie zwei digitale Eingangssignale (derzeitiger und vorheriger Status) miteinander vergleichen kann. Die EPLD- Schaltung 404 erzeugt zwei digitale Ausgangssignale. Ein Ausgangssignal stellt fest, daß die Differenz zwischen den beiden Eingangssignalen zwischen -1 Bit und +1 Bit liegt. Das andere Ausgangssignal stellt fest, daß die Differenz zwischen den beiden Eingangssignalen zwischen -X Bit und +X Bit liegt. Das X ist ein theoretischer Wert, der auf der Division der absoluten Druckdifferenz, die für Genauigkeitsspezifikationen erforderlich ist, durch die Auflösung der Druckschaltung 230 basiert.
Wieder bezugnehmend auf Fig. 9, die Deltavolumenschaltung 300 empfängt Eingangssignale vom Volumenoszillator 314 in der Form einer RMS-Gleichspannung. Diese Spannung läuft durch einen Spannungs-/Frequenzwandler 406, der die Eingangsspannung in eine Proportionalfrequenz umwandelt. Die RMS-Eingangsspannung wird auch durch einen A/D-Wandler 408 umgewandelt, der ein digitales Ausgangssignal proportional zum analogen RMS- Spannungseingangssignal erzeugt. Dieses digitale Ausgangssignal, das die Volumenspannung repräsentiert, wird in einer Pufferschaltung aufgefangen, die das anliegende Eingangssignal vorübergehend speichert und ausgibt. Eine EPLD-Schaltung 410 (elektrisch programmiertes Logikbauelement) wird mit Kombinationslogik bedruckt, damit sie zwei digitale Eingangssignale (derzeitiger und vorheriger Status) miteinander vergleichen kann. Die EPLD- Schaltung 410 erzeugt zwei digitale Ausgangssignale. Ein Ausgangssignal stellt fest, daß die Differenz zwischen den beiden Eingangssignalen zwischen -1 Bit und +1 Bit liegt. Das andere Ausgangssignal stellt fest, daß die Differenz zwischen den beiden Eingangssignalen zwischen -Y Bit und +Y Bit liegt. Das Y ist ein theoretischer Wert, der auf der Division der absoluten Volumendifferenz, die für Genauigkeitsspezifikationen erforderlich ist, durch die Auflösung des Volumenoszillators 314 basiert.
Die Schaltungen 232 und 300 von Fig. 9 und ihre Ausgänge sind in Fig. 8 zusammen mit anderen Aspekten des Motorsteuerkreises 180 dieser Ausgestaltung dargestellt. Eine Vorsitz-Schaltung 302 des Motorsteuerkreises 180 wird dazu verwendet zu bestimmen, wann der Sitz 104 des Ventils 100 kurz davor ist, die Probenkammer 40 abzudichten, indem er sich schließend an den festen Sitz 134 anlegt. Dies wird dadurch erreicht, das die Ausgangsspannung des Volumenoszillators 314 mit einer zuvor gewählten Spannung verglichen wird, die das herstellt, was als Vorsitz angesehen wird. Diese beiden Spannungen werden an einen Komparator der Schaltung 302 angelegt, der einen positiven Triggerspannungspegel aussendet, wenn der Vorsitzpegel überschritten wurde. In ähnlicher Weise gibt der Komparator überhaupt keine Spannung aus, wenn der Vorsitzpegel nicht überschritten wird.
Eine Volumenvorbereitungs-Statusmaschine 304 umfaßt Kombinationslogik, die in der Lage ist, aktuelle logische Bedingungen zu kennen und, auf der Basis logischer Eingangssignale, den nächsten Schritt in einer Folge oder in einem Prozeß zu beschließen. Die Volumenvorbereitungs- Statusmaschine 304 empfängt Eingangssignale von der Vorsitz-Schaltung 302, der Anlaufinitialisierungsschaltung 276, der Belastungsmeßschaltung 278 und der Zeitgeberschaltung 176. Die Volumenvorbereitungs- Statusmaschine 304 führt der Reihenfolge nach die folgenden Schritte durch: (1) sie stellt die gesamte Logik auf bekannte Bedingungen und weist somit auf eine eingeschaltete Stromversorgung hin; (2) sie aktiviert den Motor 84, um die Bereitschaftsposition einzunehmen, wobei der Kolben 52 an das untere Ende des Ventilgehäuses 24 stößt; (3) nach dem Empfang eines Eingangssignals von der Zeitgeberschaltung 176 zum Starten startet sie den Kolben 52, der sich in der ersten Richtung bewegt und Fluid in die Probenkammer 40 zieht; und (4) nach dem Empfang eines Eingangssignals von der Vorsitz-Schaltung 302 unterbricht sie die Bewegung des Kolbens 52, so daß der mit dieser Sequenz erzielte aktuelle Status dem Ende von Segment 164 auf der Blasenpunktkurve 162 (Fig. 4) entspricht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Kontrolle über Inkrement-, Dekrement- und Stop-Steuersignale an eine Blasenpunktkurven-Statusmaschine 306 übergeben.
Die Blasenpunktkurven-Statusmaschine 306 umfaßt Kombinationslogik, die in der Lage ist, aktuelle logische Bedingungen zu kennen und, auf der Basis logischer Eingangssignale, den nächsten Schritt in einer Sequenz oder in einem Prozeß zu beschließen. Die Blasenpunktkurven- Statusmaschine 306 empfängt Eingangssignale von der Vorsitz-Schaltung 302, der Deltadruckschaltung 232, einer Vorwärts-/Rückwärtszähler-Akkumulatorschaltung 308, der Deltavolumenschaltung 300, von einem Binärzähler 310 und der Volumenvorbereitungs-Statusmaschine 304. Die Statusmaschine 306 sendet Ausgangssignale zu einem stationären Freigabe-UND-Logikgatter 312 und dem Motorleistungsschaltkreis 280. Durch die in Fig. 10 dargestellte Sequenz werden Daten über die gesamte Blasenpunktkurve (siehe Fig. 4) erfaßt. Der Prozeß wird in umgekehrter Richtung wiederholt, wobei ebenfalls Daten erfaßt werden. Am Ende wird der Kolben > 2 positioniert, und die Motorsteuersektionen 276, 304, 308, 310 und 280 werden initialisiert, um die nächste Sequenz vorzubereiten.
Die Vorwärts-/Rückwärtszähler-Akkurnulatorschaltung 308 ist eine einfache Vorwärts-/Rückwärtszählschaltung, mit der ermittelt werden soll, ob aufgezeichnete Daten über Punkt 166 auf der Blasenpunktkurve 162 hinausgingen oder nicht. Sie dient dazu zu bestimmen, ob die Anzahl von Datenpunkten, die während der Gasexpansion 172 erfaßt wurden, der Anzahl von Datenpunkten entspricht, die während der Fluidexpansion 168 der Kurve 162 erfaßt wurden. Dadurch soll eine ausreichende Anzahl von Datenpunkten gewährleistet werden, um mit relativer Gewißheit den richtigen Blasenpunkt 170 der Kurve 162 zu erhalten.
Die Binärzählerschaltung 310 ist ein einfacher Binärzähler, der dazu verwendet wird zu erkennen, wann stabile Datenmeßwerte genommen wurden, bevor fortgefahren wird. Dies erfolgt durch Aktivieren des Zählers 310 mit der stationären Freigabeschaltung 312. Wenn die Bedingungen der stationären Schaltung 312 erfüllt sind, dann schaltet der Zähler 310 einmal pro Speicherschreibzyklus weiter. Das heißt, wenn eine ausgewählte Anzahl stationärer Datenpunkte erfaßt wurde, dann weist ein zur Blasenpunktkurven- Statusmaschine 306 gehendes Ausgangssignal darauf hin, daß der Kolben 52 sich wieder bewegen kann.
Die stationäre Freigabeschaltung 312 ist ein einfaches UND-Logikgatter mit drei Eingängen. Die Eingänge umfassen das +/- 1 Bit von der Deltadruckschaltung 232, das +/- 1 Bit von der Deltavolumenschaltung 300 und einen "D, V, T aufzeichnen"-Eingang von der Blasenpunktkurven- Statusmaschine 306. Alle drei dieser Eingänge sind erforderlich, damit das stationäre Freigabeausgangssignal anliegen kann.
Der Motor 84 wird zur Bewegung des Kolbens 52 gespeist, indem die Batterien über die in Fig. 8 gezeigten Feldeffekttransistoren (FET) direkt mit dem Motor gekoppelt werden.
Die obigen Schaltungen aus den Fig. 8 und 9, sowie die Datenaufzeichnung mit dem System aus Fig. 7 führen den in Fig. 10 gezeigten Prozeß aus. Der grundlegende Betrieb von Fig. 10 wird aus den vorherigen Beschreibungen der Fig. 5-9 deutlich; Fig. 10 wird jedoch durch die Entscheidungsschritte 500, 502 und 504 ergänzt. Anhand dieser Entscheidungen wird bestimmt, ob sich der Test im Segment 168 oder im Segment 172 der in Fig. 4 gezeigten Kurve befindet. Bei ersterem (wobei Druckveränderungen größer sind als Volumenveränderungen) zählt der Akkumulator 308 vorwärts; bei letzerem (wobei Volumenveränderungen größer sind als Druckveränderungen) zählt er rückwärts.
Wenn das Borgsignal-Bit des Akkumulators 308 gesetzt ist, dann erfolgte die gleiche Anzahl von Zählungen in beiden Segmenten. In der Ausgestaltung von Figur. 10 findet dies nur während des Probeaufnahmehubs des Kolbens 52 und nicht beim Rückkehrabgabehub statt.
Zwar wurden bestimmte bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung im Rahmen der vorliegenden Offenbarung illustriert und beschrieben, doch sind zahlreiche Änderungen in der Anordnung und Konstruktion der Teile und Schritte durch eine fachkundige Person innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche möglich.

Claims

1. Verfahren zur Messung eines Parameters eines kohlenwasserstoffhaltigen Bohrlochfluids, umfassend die folgenden Schritte:

(a) Herablassen eines Prüfwerkzeugs (18) zu einer Stelle innerhalb eines Bohrlochs;

(b) Aufnehmen einer Bohrlochfluidprobe in dem genannten Werkzeug an der genannten Bohrlochstelle; und

(c) während das genannte Werkzeug innerhalb des genannten Bohrlochs bleibt:

(1) Expandieren des Volumens der genannten aufgenommenen Bohrlochfluidprobe; und

(2) während Schritt (c)(1), wiederholtes Messen eines Drucks der genannten aufgenommenen Bohrlochfluidprobe bei verschiedenen Volumen, so daß für die genannte aufgenommene Bohrlochfluidprobe Druck-/Volumendaten erzeugt werden,

dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte (b) und (c) von einer Steuereinheit (158) gesteuert werden, die Bestandteil des Prüfwerkzeugs (18) ist, so daß die Schritte (b) und (c) ohne irgendwelche Steuersignale von einem Oberflächenort durchgeführt werden können, und dadurch, daß nach Schritt (c) die genannte Bohrlochfluidprobe aus dem genannten Werkzeug zurück in das genannte Bohrloch ausgestoßen wird, indem die genannte Bohrlochfluidprobe positiv aus dem genannten Werkzeug verdrängt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Schritt (c) durchgeführt wird, während sich das Werkzeug an der genannten Bohrlochstelle befindet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend das Bestimmen eines Blasenpunktdrucks der aufgenommenen Bohrlochfluidprobe anhand der genannten Druck- /Volumendaten.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, ferner umfassend das Bestimmen der Verdichtbarkeit der genannten aufgenommenen Bohrlochfluidprobe anhand der genannten Druck-/Volumendaten.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, ferner umfassend das Aufzeichnen der genannten Druck-/Volumendaten in einer in dem genannten Werkzeug befindlichen Aufzeichnungseinheit.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend das Übertragen der genannten Druck-/Volumendaten zu einem Oberflächenort zur Echtzeitanalyse.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der genannte Schritt (b) vorzugsweise die folgenden Schritte umfaßt:

(b) (1) In-Verbindung-Setzen einer Probenkammer mit Bohrlochfluid in dem genannten Bohrloch;

(b) (2) Expandieren der genannten Probenkammer und dadurch Ziehen der genannten Bohrlochfluidprobe in die genannte Probenkammer; und

(b) (3) Isolieren der genannten Probenkammer von der Fluidverbindung mit dem genannten Bohrloch, wodurch die genannte Bohrlochfluidprobe in der genannten Probenkammer aufgenommen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, nach Schritt (c) und während sich das genannte Werkzeug in dem genannten Bohrloch befindet, ferner umfassend die folgenden Schritte:

(1) Verringern des genannten Volumens der genannten aufgenommenen Bohrlochfluidprobe; und

(2) während Schritt (d) (1), wiederholtes Messen des Drucks der genannten aufgenommenen Bohrlochfluidprobe und dadurch Erzeugen von Druckdaten gegenüber Daten für das verringerte Volumen für die genannte aufgenommene Bohrlochfluidprobe.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei bei der Aufnahme von Schritt (c) die genannte Bohrlochfluidprobe einen Druck und eine Temperatur aufweist, der/die im wesentlichen identisch mit dem Bohrlochfluid in dem genannten Bohrloch an der genannten Bohrlochstelle ist, und die genannte Bohrlochfluidprobe keiner wesentlichen Druck- oder Temperaturänderung während oder nach Schritt (b) und vor der Aufnahme von Schritt (c) unterzogen wurde.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner umfassend die folgenden Schritte:

(d) nach dem Ausstoßen der genannten Bohrlochfluidprobe aus dem genannten Werkzeug Bewegen des genannten Werkzeugs zu einer anderen Bohrlochstelle in dem genannten Bohrloch; und

(e) mehrmaliges Wiederholen der Schritte (b), (c) und (d), um die genannten Druck-/Volumendaten für eine Mehrzahl von Bohrlochstellen in dem genannten Bohrloch zu erzeugen; und

(f) Bestimmen, anhand der genannten Daten, einer Tiefe in dem genannten Bohrloch, in der gelöstes Gas aus dem genannten Bohrlochfluid ausbricht.