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Bohrloch-DV-Messungen in LWD-, MWD- und Wireline-Werkzeugen

Einführung

Die Konstruktion von Bohrlochsensoren in den Bohrkragen simuliert eine Revolution beim Protokollieren und Bohren. LWD-, MWD- und herkömmliche drahtgebundene Flüssigkeitsprobensysteme liefern dem Bohrer umfassende Echtzeitinformationen und ermöglichen es einem Geologen, die Formation während der Invasion zu untersuchen. Die wachsende Anzahl gerichteter, weitreichender und stark abweichender Bohrlöcher bedeutet, dass MWD / LWD-Technologien häufig für eine effiziente Bohrlochplatzierung unverzichtbar sind. Die Betreiber verlangen viel von ihren Werkzeugen für das Protokollieren während des Bohrens (LWD) und das Messen während des Bohrens (MWD), die einen beträchtlichen Teil des Budgets verbrauchen. Es wird erwartet, dass Ölunternehmen Einsparungen erzielen, indem sie die Effizienz und Effektivität ihrer Bohrprogramme steigern. Anhand der Ergebnisse der Flüssigkeitsanalyse entscheiden Ölunternehmen, wie ein Bohrloch fertiggestellt, ein Feld erschlossen, Oberflächenanlagen entworfen und die Produktion hochgefahren werden soll.

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Anwendung

Die Fähigkeit zur Charakterisierung von Flüssigkeiten während ihrer Herstellung ist für Reservoirstudien von großer Bedeutung. Bohrumgebungen werden jedoch zunehmend rauer und stellen ernsthafte Anforderungen an die Bohrlochwerkzeuge. LWD-, MWD- und Wireline-Tools bestehen aus Sensoren, Elektronik (und Übertragung im Falle von MWD) und liefern Informationen zur Richtungsmessung, Bohrmechanik und Formationseigenschaften. Nach der Entdeckung eines Reservoirs ist die Notwendigkeit der Charakterisierung der Zusammensetzung und der physikalischen Eigenschaften der produzierten Flüssigkeiten für die Optimierung der Ölproduktion wesentlich. Echtzeitinformationen über Änderungen der Strömungseigenschaften und der Flüssigkeitszusammensetzung während der Produktion erfordern Bohrlochmessungen, mit denen die Eigenschaften der Flüssigkeit in kürzeren Zeitskalen als den charakteristischen Strömungsgeschwindigkeiten gemessen werden können.

Die Kenntnis der Viskosität und Dichte der Formationsflüssigkeit ist der Schlüssel für das Reservoirmanagement, die Ölförderung, das Fertigstellungsdesign und die Bestimmung ihrer Feldkommerzialität. Produktivität und Effizienz der Flüssigkeitsverdrängung stehen in direktem Zusammenhang mit der Mobilität der Flüssigkeit, die wiederum von ihrer Viskosität abhängt. Daher ist die Viskosität ein kritischer Parameter für die Schätzung des wirtschaftlichen Werts eines Kohlenwasserstoffspeichers sowie für die Analyse von Zusammensetzungsgradienten und der vertikalen und horizontalen Speicherkonnektivität. Die Viskosität steuert nicht nur die Produktivität und die Verdrängungseffizienz des Reservoirs, sondern spielt auch eine wichtige Rolle beim Entwerfen von Unterwasserhardware und -rohrleitungen sowie für das Management von Belangen der Flusssicherung.

Bohrspülungen sind wichtige Chemikalien, die für die Exploration von Ölquellen verwendet werden, z. B. zum Entfernen von Spänen unter dem Bohrloch, zum Aufhängen und Transportieren von Spänen und zum Schmieren der Bohroberfläche. Eine der Hauptfunktionen eines Ölbohrfluids besteht darin, die beim Bohren gebildeten Fluide auf ihre Oberflächenbetten aufzubringen, und die Dichte, die es benötigt, um diese Funktion effektiv auszuführen, hängt von den unterirdischen Formationsdrücken ab. Dichtemessungen werden verwendet, um zu berechnen, wie frei Öl und andere Flüssigkeiten durch die Formation fließen können, sowie das Volumen der im Gestein vorhandenen Kohlenwasserstoffe und, zusammen mit anderen Daten, den Wert des gesamten Reservoirs und der Reservoire. Die Dichte misst den hydrostatischen Druck im Bohrloch und den Feststoffgehalt von ungewichteten Schlämmen. Die richtige Dichte gewährleistet einen ausreichenden hydrostatischen Druck, der erforderlich ist, um das Einbrechen der Bohrlochwand zu verhindern und das Eindringen von Formationsflüssigkeit in das Bohrloch zu verhindern. Ein zu hohes Schlammgewicht senkt jedoch die Bohrrate und erhöht die Wahrscheinlichkeit von Differentialverklebungen, Brüchen des Bohrlochs, Verschleiß der Ausrüstung, Zirkulationsverlust und erhöhten Schlammkosten. Die Dichte ist die wichtigste Eigenschaft von Bohrflüssigkeiten, die effektiv gemessen und aufrechterhalten werden muss.

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Problem Statement

Die wichtigsten Anforderungen an Lösungen zur Dichte- und Viskositätsmessung in LWD-, MWD- und Wireline-Werkzeugen lauten wie folgt:

  1. Bleiben Sie unbeeinflusst von Vibrationen der unteren Lochbaugruppe: Schock und Vibration im Bohrloch sind weiterhin problematisch, und die Herausforderung wird durch die zunehmende Anzahl von Brunnen mit erweiterter Reichweite und ultratiefem Wasser noch verschärft, und die LWD / MWD-Werkzeuge werden dieser Herausforderung voraussichtlich gewachsen sein.
  2. Betrieb bei hohen Drücken und hohen Temperaturen: Komponenten von LWD / MWD-Werkzeugen müssen gemäß den Marktanforderungen und im Bereich des Reservoir-Managements bei bis zu 200 ° C und 30,000 psi betrieben werden.
  3. Unterstützung hochwertiger Probenahme und Analyse von Flüssigkeiten: Das Analysieren von Flüssigkeitsproben unter Reservoirbedingungen hilft bei der Validierung der Probenqualität und ermöglicht die Kartierung vertikaler Schwankungen der Fluideigenschaften, sodass Interpreter die zonale Konnektivität bestimmen und die Reservoirarchitektur frühzeitig im Feld definieren können. Die Systeme müssen überlegene Bohrlochmessungen (wie Dichte und Viskosität) liefern, um die Echtzeitidentifikation und Analyse der Formationsfluideigenschaften in sehr kurzen Zeiträumen zu unterstützen.
  4. Zuverlässigkeit: Die größte Auswirkung von LWD / MWD auf den Wert besteht darin, es beim ersten Mal richtig zu machen. Die Werkzeuge müssen allen Arten von Zerstörungstests, Vibrationstests und Drucktests unterzogen werden, bevor sie in Bohrlochanwendungen verwendet werden. Die Reduzierung der Anzahl von Elektronikplatinen und der Redundanz sowie die Ausnutzung der Fortschritte in der Computer- / Elektronikindustrie, um die Größe von Sensoren zu verringern, die von starken Erschütterungen und Vibrationen im Bohrloch weniger betroffen sind, sind äußerst wichtig.

Herausforderungen beim Prozess

Bediener verwenden in der Regel verschiedene 2-Instrumente, um Dichte und Viskosität zu messen. Bei der Verwendung von zwei separaten Instrumenten treten erhebliche Probleme auf:

  • Die meisten herkömmlichen Instrumente zur Dichte- und Viskositätsmessung benötigen separate Flüssigkeitsproben für die Analyse, die aus Bohrlochflüssigkeitsprobenzylindern entnommen werden, wobei große Mengen einer äußerst wertvollen Flüssigkeitsprobe verbraucht werden, die nicht wiederverwendet werden können
  • Gleiche Temperatur- und Druckbedingungen sind in zwei getrennten Instrumenten schwerer zu erreichen, was zu Messfehlern führt
  • Große, sperrige Dichtemessgeräte und Viskosimeter können aufgrund von Platz- und Montagebeschränkungen in LWD / MWD / Wireline-Aufbauten nur schwer zusammengesetzt werden
  • Erfordert umfangreiche Integrationsarbeiten in Hard- und Software, um die Messdaten zu synchronisieren und die Konformität sicherzustellen

Integration der Dichte-Viskosität-Messung von Rheonics in LWD / MWD / Wireline-Dienste

Tiefes Wasser allein kann die Erfassung vollständiger und zuverlässiger Bohrlochdaten problematisch machen, erhöht jedoch die extremen Temperaturen und Drücke, und die Schwierigkeiten / Kosten nehmen beträchtlich zu. Extreme HP / HT beeinträchtigen die Zuverlässigkeit und Leistung von Wireline- und MWD / LWD-Werkzeugen. Hohe Temperaturen beschädigen die Werkzeugelektronik, beeinträchtigen die Genauigkeit und Präzision des Sensors und können zu einem vorzeitigen Ausfall des Werkzeugs führen, wenn die Ausrüstung für diesen Service nicht geeignet ist. Sehr hohe Drücke und Temperaturen, Erschütterungen und Vibrationen, begrenzte Verfügbarkeit von Leistung und strenge Platzbeschränkungen bei Bohrgeräten erfordern neue Ansätze für Messinstrumente. Dies ist die Charta für die DV-Lösungen von Rheonics für Bohranwendungen.

Rheonics bietet eine Technologieplattform bestehend aus Sensor (DV) und Elektronik sowie Integrations- und Entwicklungsservices für gleichzeitige Dichte- und Viskositätsmessungen in LWD-, MWD- und Wireline-Protokollierungswerkzeugen, um Formationsauswertungs- und Bohroptimierungsdaten während des Bohrvorgangs zu erfassen und die Bohrlochplatzierung zu steuern und Daten für das Umfragemanagement und die Entwicklungsplanung bereitzustellen.

Das Unterscheidungsmerkmal von Rheonics ist die Entwicklung von Werkzeugen zur Messung der Bohrlochdichte und -viskosität bei hohen Temperaturen, mit denen Tiefwasserbrunnen erfolgreich gebohrt und ausgewertet werden können. Neue Werkzeugkonstruktionen und -elektroniken ermöglichen eine bessere Steuerung von Reservoirs mit extremen Temperaturen und verringern so die Unsicherheiten beim Bohren von Blinds. Die wichtigsten Merkmale der maßgeschneiderten DV-Messlösungen von Rheonics für die Integration in LWD / MWD / Wireline sind:

  • Unempfindlich gegen BHA-Vibrationen
  • Arbeiten Sie gut unter HPHT-Bedingungen
  • Optimale Analyse der Probenflüssigkeit durch genaueste und schnellste Dichte- und Viskositätsmessungen
  • Extrem zuverlässig unter Bohrlochbedingungen und liefern jedes Mal korrekte Daten. kann starken Stößen und Vibrationen ausgesetzt werden und ist für die Montagebedingungen gleichgültig
  • Einzelgerät für Dichte- und Viskositätsmessungen; Benötigt extrem wenig Flüssigkeitsprobe
  • Extrem kleiner Formfaktor für eine einfachere Integration

Funktionsprinzip

Das DVM der Rheonics misst Viskosität und Dichte mithilfe eines Torsionsgabelresonators mit abgeflachten Zinkenenden, der in die zu testende Flüssigkeit eingetaucht ist. Je viskoser das Fluid ist, je höher die mechanische Dämpfung des Resonators ist und je dichter das Fluid ist, desto niedriger ist seine Resonanzfrequenz. Aus der Dämpfung und der Resonanzfrequenz können Dichte und Viskosität mit Hilfe der von Rheonics entwickelten Algorithmen berechnet werden. Dank des gekoppelten Torsionsresonator-Designs von Rheonics (US-Patentnummer 9518906) ist der Wandler perfekt ausbalanciert und behält gleichzeitig eine hervorragende mechanische Isolation von der Sensorhalterung bei. Dämpfung und Resonanzfrequenz werden von der Rheonik-Erfassungs- und Auswertungselektronik (US-Patent Nr. 8291750) gemessen. Basierend auf der bewährten Gated Phase-Locked-Loop-Technologie von Rheonics bietet die Elektronikeinheit stabile und wiederholbare hochgenaue Messwerte über den gesamten Bereich der angegebenen Temperaturen und Fluideigenschaften.

 

Ausführliche Informationen zur Technologie der torsionsausgeglichenen Resonatoren der Rheonik finden Sie in der Whitepaper.

Der Vorteil von Rheonics

Robuste und überlegene Sensortechnologie

Rheonics 'DV hat einen kompakten Formfaktor und verwendet patentierte symmetrische Resonatoren, um konsistente, reproduzierbare Messungen zu gewährleisten, unabhängig davon, wie der DV montiert ist. DV verwendet ultrastabile Resonatoren, die auf jahrzehntelanger Erfahrung mit Materialien, Schwingungsdynamik und Fluid-Resonator-Wechselwirkungsmodellierung beruhen und zu den robustesten, wiederholbarsten und am besten charakterisierten Sensoren der Branche zählen. Diese Sensoren sind unempfindlich gegenüber Montagebedingungen, Stößen und Vibrationen und wurden allen Arten von Zerstörungen, Vibrationen und Druckprüfungen unterzogen.

Einzelinstrument, Doppelfunktion

Rheonics 'DV ist ein einzigartiges Produkt, das zwei Alternativen ersetzt und eine bessere Leistung bietet, während es unter echten Reservoirbedingungen betrieben wird. Es entfällt die Schwierigkeit, zwei verschiedene Instrumente für Dichte und Viskosität (und auch Temperatur) zu lokalisieren.

Genaue, schnelle und zuverlässige Messungen

Ausgefeilte, patentierte 3rd Elektronik der Generation steuert diese Sensoren an und wertet ihre Reaktion aus. Hervorragende Elektronik kombiniert mit umfassenden Rechenmodellen machen die Auswerteeinheiten zu einer der schnellsten und genauesten der Branche. DVM bietet Dichtemessungen und Viskositätsmessungen in Echtzeit in weniger als 2 Sekunden!

Genaue, schnelle und zuverlässige Messungen

Rheonics DVM sind extrem stabile Resonatoren. Ausgefeilte, patentierte 3rd Elektronik der Generation steuert diese Sensoren an und wertet ihre Reaktion aus. Hervorragende Elektronik kombiniert mit umfassenden Rechenmodellen machen die Auswerteeinheiten zu einer der schnellsten und genauesten der Branche. DVM bietet Dichtemessungen und Viskositätsmessungen in Echtzeit in weniger als 2 Sekunden!

Am breitesten Betriebs- capability

Die umfangreichen Instrumentenfunktionen von Rheonics ermöglichen es Benutzern, Messungen unter schwierigen Reservoirbedingungen durchzuführen. Es hat das breiteste Einsatzspektrum auf dem Markt:

  • Druckbereich bis 30,000 psi
  • Temperaturbereich von -40 bis 200 ° C
  • Viskositätsbereich: 0.02 bis 300 cP
  • Dichtebereich: 0 bis 3 g / cm³

Minimale Anforderung an die Probengröße

Für die Prüfung im DV wird nur minimales Reservoirfluid verwendet, da keine separate Leitung oder Probenahmesystem erforderlich ist. DV ist sicher und kostengünstig und benötigt nur 0.7ml Probe, um Viskosität und Dichte über den gesamten P-, T-Bereich zu messen. Das spart Zeit und Geld.

Problemlose und bequeme Bedienung

DV macht separate Instrumente zur Messung von Dichte und Viskosität überflüssig, die erheblich größere Probenvolumina, zahlreiche Neukonfigurationen und umständliche Flüssigkeitstransfersysteme erfordern. Es kann die Änderung der Viskosität und Dichte der lebenden Ölprobe während des gesamten Laufs kontinuierlich verfolgen und erfordert keine Hardwareänderung oder Neukonfiguration. Die Software von Rheonics ist leistungsstark, intuitiv und bequem zu bedienen. DV kommt ohne Quecksilber, Timer oder mehrere Kolben aus und schont Betrieb und Umwelt.

Das Wertversprechen von Rheonics: Das Beste in der Branche

Das Folgende ist ein Vergleich bestehender Technologien von Viskosimetern und Dichtemessgeräten mit Rheonics DV (torsional balance resonator) unter HPHT-Bedingungen.

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Elektronik, die auf Ihre Bedürfnisse zugeschnitten ist

Die Sensorelektronik ist sowohl in einem explosionsgeschützten Messumformergehäuse als auch in einer Hutschienenmontage mit kleinem Formfaktor erhältlich und ermöglicht eine einfache Integration in Prozessrohrleitungen und in den inneren Geräteschränken von Maschinen.

 

Einfache Integration

Mehrere in der Sensorelektronik implementierte analoge und digitale Kommunikationsmethoden machen den Anschluss an industrielle SPS- und Steuerungssysteme einfach und unkompliziert.

 

Rheonics Instrumentenauswahl

Der in der Schweiz gefertigte Präzisions-DV von Rheonics wurde entwickelt, um den Anwendungsanforderungen in den schwierigsten Umgebungen gerecht zu werden. Verfolgen Sie die Änderung der Viskosität und Dichte der lebenden Ölprobe über den gesamten Lauf. Es müssen keine Komponenten oder Parameter geändert werden, um über den gesamten Bereich zu messen.

Lösungsvorschlag für die Anwendung

  • Einzelgerät für gleichzeitige Dichte- und Viskositätsmessung, direkt im LWD / MWD / Wireline-Setup installiert
  • Wiederholbare Messungen in newtonschen und nicht-newtonschen Flüssigkeiten
  • Es müssen keine Komponenten oder Parameter geändert werden, um über den gesamten Bereich zu messen
  • Eingebauter Sensor zur Messung der Temperatur der Flüssigkeit
  • Kalibriert mit NIST-Referenzflüssigkeiten bis zu einer Viskositätsgenauigkeit von +/- 1% (absolut) und einer Dichtegenauigkeit von 0.001 g / cm³ oder besser
  • Viskositätsbereich: 0.2 bis 300 cP (niedriger verfügbar)
  • Dichtebereich: 0 bis 1.5 g / cm³ (höher verfügbar)
  • Maximale Temperatur: 200 ° C
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