[发明专利]用于确定存在于流体填充的钻孔中的导电流体的浓度的装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于确定存在于流体填充的钻孔中的导电流体的浓度的装置，尤其是被称为持水率计的装置，持水率计用于石油、天然气以及水填充的钻孔中。

背景技术

当钻探和抽取诸如石油和天然气的碳氢化合物时，水也可能进入钻井并流入钻孔或钻探管。期望了解钻井中的水和碳氢化合物的相对比例，从而了解钻井产量，并对其采取关于钻井的运行和维护的决策。如果考虑到垂直于井轴的井孔的截面，那么，被水占据的截面积相对于总的截面积的比例被称为持水率。可以用类似的方式计算持气率或持油率。

水和碳氢化合物不容易形成溶液。相反，较小的流体组分在主要流体中呈现为珠。该珠可能非常小，作为乳状液，或可能非常大而导致完全分离成层或导致在本技术领域中被称为段塞流的交替流。在非垂直的管道线或钻孔中，较轻的流体将更倾向于沿着管道或钻孔的上侧集中。较轻的流体还将倾向于在向上的方向上比较重的流体更快地流动，甚至达到特定的流体可能在与通常的流动相反的方向上移动的程度。通过图1a和图1b中的示例说明了这些。图1a是穿过管道或钻孔的纵截面，显示了诸如石油的较轻的碳氢化合物逆着水的向下流动而快速地上升。图1b是穿过图1a中所示的管道的横截面，显示了水和油的横向分离，以及水珠存在于石油中且油珠存在于水中的层。

基于电阻的持水率计通过在穿过钻孔区域的点阵处感测钻孔或钻探管中的流体的表观电阻而工作。任何存在的水通常将包含足够的盐，从而使电阻率显著地低于碳氢化合物。另一方面，碳氢化合物具有非常低的电导率，大多呈现绝缘性。通过测量穿过钻孔的不同点的电阻，从而可获得水对碳氢化合物的比例的更清楚的视图。此外，当所监测的电阻随着位置和时间而变化时，可以对所监测的电阻进行解释，以改进对钻孔中的流体的成分的了解。

美国专利5,736,637公开了一种用于评估钻孔中的井下流体的多相流动的已知装置。

美国专利3,792,347描述了大量的绝缘探针的使用，以刺探油珠，使得电极的小的暴露的尖端在位于油珠内时失去了经过以水为主体的流体而通向大地的电路径，从而确定了流体中的石油的比例。

美国专利3,009,095类似地描述了通过将两个电极彼此接近地定位，使得其间的小水珠产生了导电路径，从而使用电阻特性来检测以石油为主体的流体中的水珠。

为了产生描述钻孔中的流体成分的足够的或可靠的数据，期望在穿过钻孔的多个位置连续地进行测量。由单独的电阻传感器产生的单独的电阻测量的速率常常为每秒几千次，并且单个装置常常具有多个传感器。在将装置配置于钻孔中的期间，由此可以收集大量数据，随后需要对其进行处理和存储。虽然可以将数据存储在装置中以用于以后的分析，但优选将数据传输至地面以用于即时分析，从而实时监测并制定决策。这允许装置立即产生通过感兴趣的区域的第二通路，而不是在整个运行完成之后，将该装置返回到该区域。在地面和配置于钻孔中的装置之间使用有线线路连接，本技术领域中普通的电子连接，从而实现该量级的数据传输。该有线线路传输数据的有限能力因而成为了能够从装置传送到地面的数据量的瓶颈。备选地，可将数据记录在钻孔中的现场，并且类似地，记录介质的容量可代表仪器和数据的最终展现之间的瓶颈。

为了保持足够的测量范围和分辨率，通常在对数尺度的至少16位二进制数字的范围内测量电阻。假设电阻值通常由16位数字表示(给出约66,000个可能的电阻值)并假定在例如5kHz的频率进行取样，那么，从该装置至地面的有线线路连接将需要从每个传感器传输80kbs的数据。对于具有12个传感器的装置，需要支持接近1Mb/s的带宽的有线线路连接。然而，典型的传输链路可能具有25kb/s至100kb/s的等级的有限带宽，并常常与其他仪器共享。因此，我们意识到存在着对改进的装置的需要，该装置允许更高效地收集并处理持水率数据，以与普通可获得的传输链路一起工作。

发明内容

在将要参照的独立权利要求中，限定了本发明。在从属权利要求中陈述了有利的特征。

附图说明

通过示例并参照附图，现在将更详细地描述本发明，其中：

图1a是穿过管道或钻孔的纵截面，显示了石油和水的流动；

图1b是穿过钻探管的横截面，显示了水层和石油层的横向分离；

图2是配置在钻孔中以确定持水率的优选装置的侧视图；

图3是穿过钻孔的横截面图，显示了由图2的装置提供的电极的布置；

图4图示了钻孔中的电极的备选的可能构造；

图5是其中一个电阻传感器的更详细的示意图；

图6是图5中所示的基准电极和外壳的等距视图；