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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf die Bestimmung verschiedener
Parameter in einer von einem Bohrloch durchdrungenen unterirdischen Formation
und insbesondere auf eine Bestimmung mittels eines ferneingebrachten
Sensors.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Der
Betrieb und die Erzeugung von Ölquellen
erfordert heutzutage das ständige Überwachen verschiedener
Parameter der unterirdischen Formation. Ein Aspekt der standardmäßigen Formationsüberwachung
dreht sich um die Parameter "Speicherdruck" und "Durchlässigkeit
der Speichergesteinsformation".
Das ständige Überwachen
von Parametern wie etwa des Speicherdrucks und der Speicherdurchlässigkeit
gibt die Formationsdruckänderung über eine
Zeitperiode an und ist für
die Vorhersage der Förderkapazität und der
Lebensdauer einer unterirdischen Formation wichtig. Der heutige
Betrieb erlangt diese Parameter entweder durch Seilarbeitsprotokollierung über ein "Formationsprüfer"-Werkzeug oder durch
Drillstem-Tests. Beide Arten der Messung sind sowohl bei Anwendungen
am "offenen Loch" als auch bei Anwendungen
am "verrohrten Loch" verfügbar und
erfordern eine zusätzliche "Fahrt", mit anderen Worten,
das Herausziehen des Bohrstrangs aus dem Bohrloch, das Einfahren
eines Formationsprüfers
in das Bohrloch, um die Formationsdaten zu erfassen, und nach dem
Einholen des Formationsprüfers
das Einfahren des Bohrstrangs zurück in das Bohrloch, um weiter
zu bohren. Somit werden Formationsparameter einschließlich des
Drucks typischerweise mit Seilarbeits-Formationsprüfwerkzeugen
wie etwa jenen Werkzeugen, die in den US-Patenten Nrn. 3.934.468,
4.860.581, 4.893.505, 4.936.139 und 5.622.223 beschrieben sind, überwacht.
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Das '468-Patent, das an
Schlumberger Technology Corporation, den Zessionar der vorliegenden Erfindung, übertragen
ist, beschreibt einen lang gestreckten rohrförmigen Körper, der in einem unverrohrten
Bohrloch angeordnet wird, um eine interessierende Formationszone
zu prüfen.
Der rohrförmige Körper hat
ein Abdichtungspolster, das in der Formationszone durch sekundäre Eingriffspolster,
die dem Abdichtungspolster gegenüberliegen,
und eine Reihe von hydrau lischen Stellgliedern in einen abdichtenden
Eingriff mit dem Bohrloch gedrängt
wird. Der Körper
ist mit einem Fluideinlassmittel versehen, das eine bewegliche Sonde
umfasst, die durch eine Mittelöffnung
in dem Abdichtungspolster mit Formationsfluiden in Verbindung steht
und von diesen Proben gewinnt. Diese Fluidkommunikation und Fluidprobenahme
ermöglicht
das Sammeln von Formationsparameterdaten einschließlich, jedoch
nicht darauf begrenzt, des Formationsdrucks. Die bewegliche Sonde
des '468-Patents
ist für
das Prüfen
von Formationszonen, die unterschiedliche und unbekannte Befähigungen
oder Stabilitäten
aufweisen, besonders geeignet.
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Die '581- und '139-Patente, die
ebenfalls an den Zessionar der vorliegenden Erfindung übertragen
sind, offenbart ein modulares Formationsprüfwerkzeug, das zahlreiche Fähigkeiten
einschließlich der
Formationsdruckmessung und der Probenahme in unverrohrten Bohrlöchern bereitstellt.
Diese Patente beschreiben Werkzeuge, die bei einer einzigen Fahrt
des Werkzeugs in mehreren Formationszonen Messungen vornehmen und
Proben nehmen können.
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Das '505-Patent, das an
Western Atlas International, Inc. übertragen ist, offenbart ähnlich ein
Formationsprüfwerkzeug,
das den Druck und die Temperatur der von einem unverrohrten Bohrloch
durchdrungenen Formation messen sowie Fluidproben in mehreren Formationszonen
sammeln kann.
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Das '223-Patent, das an
Halliburton Company übertragen
ist, offenbart ein weiteres Seilarbeits-Formationsprüfwerkzeug
zum Entnehmen eines Formationsfluids aus einer interessierenden Zone
in einem unverrohrten Bohrloch. Das Werkzeug, von dem gesagt wird,
dass es zum Bestimmen vor Ort des Typs und des Blasenpunktdrucks
des Fluids, das entnommen wird, und zum wahlweisen Sammeln von Fluidproben,
die im Wesentlichen frei von Schlammfiltraten sind, betreibbar ist,
verwendet ein aufblasbares Dichtungsstück.
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Die
Werkzeuge und die Verfahren, die in den oben erwähnten '468-, '581-, '139-, '505- und '223-Patenten beschrieben sind, sind
nicht zur Verwendung in verrohrten Bohrlöchern gedacht und im Allgemeinen
nicht ständig
mit dem Bohrloch oder der Formation verbunden. Jedoch sind Formationsprüfwerkzeuge
und -verfahren, die zur Verwendung in verrohrten Bohrlöchern gedacht
sind, an sich bekannt, wofür
die US-Patente Nr. 5.065.619, 5.195.588 und 5.692.565 als Beispiel
dienen.
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Das '619-Patent, das an
Halliburton Logging Services, Inc. übertragen ist, offenbart ein
Mittel zum Prüfen
des Drucks einer Formation hinter der Verrohrung in einem durch
die Formation verlaufenden Bohrloch. Von einer Seite eines Seilarbeits-Formationsprüfers wird
ein "Sicherungsschuh" hydraulisch ausgefahren,
um mit der Verrohrungswand in Kontakt zu gelangen, während von
der anderen Seite des Prüfers
eine Prüfsonde
hydraulisch ausgefahren wird. Die Sonde umfasst einen umgebenden
Dichtungsring, der eine Abdichtung an der dem Sicherungsschuh gegenüberliegenden
Verrohrungswand bildet. In der Mitte des Dichtungsrings ist eine
kleine Hohlladung positioniert, um die Verrohrung und die umgebende
Zementschicht, falls vorhanden, zu perforieren. Durch die Perforation
und den Dichtungsring fließen
Formationsfluide in eine Fließlinie
zur Abgabe an einen Drucksensor und an ein Paar Fluidaufbereitungs-
und Probenahmebehälter.
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Das '588-Patent, das ebenfalls
an den Zessionar der vorliegenden Erfindung übertragen ist, verbessert die
Formationsprüfer,
die die Verrohrung perforieren, um Zugang zu der Formation hinter
der Verrohrung zu erlangen, indem es ein Mittel zum Verstopfen der
Verrohrungsperforation bereitstellt. Genauer offenbart das '588-Patent ein Werkzeug,
das geeignet ist, eine Perforation zu verstopfen, während das
Werkzeug noch an der Position, an der die Perforation durchgeführt wurde,
angesetzt ist. Das rechtzeitige Verschließen der Perforationen) durch
Verstopfen verhindert die Möglichkeit
eines großen
Verlustes an Bohrlochfluid in die Formation und/oder einer Verschlechterung
der Formation. Es verhindert außerdem
den unkontrollierten Eintritt von Formationsfluiden in das Bohrloch,
was sich etwa im Fall einer Gasintrusion nachteilig auswirken kann.
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Das '565-Patent, das ebenfalls
an Schlumberger Technology Corporation übertragen ist, beschreibt eine
Vorrichtung und ein Verfahren zur Probenahme aus einer Formation
hinter einem verrohrten Bohrloch, die insofern weiter verbessert
sind, dass die Erfindung eine flexible Bohrwelle verwendet, um eine
gleichmäßigere Verrohrungsperforation zu
schaffen, als es mit einer Hohlladung möglich wäre. Die gleichmäßige Perforation
schafft eine größere Zuverlässigkeit,
dass die Verrohrung gründlich
verstopft wird, da Hohlladungen zu ungleichmäßigen Perforationen führen, die
schwer zu verstopfen sein können
und häufig
sowohl einen festen Stopfen und ein nicht festes Abdichtmaterial
erfordern. Somit erhöht
die durch die flexible Bohrwelle geschaffene gleichmäßige Perforation
die Zuverlässigkeit
der Verwendung von Stopfen zum Abdichten der Verrohrung. Sobald
die Verrohrungsperforationen verstopft sind, gibt es jedoch kein
Mittel für
die Kommunikation mit der Formation, ohne den Perforationsprozess
zu wiederholen. Auch dann ist eine solche Perforationskommunikation
nur so lange möglich,
wie der Formationsprüfer
in das Bohrloch gesetzt ist und die Verrohrungsperforation offen
bleibt.
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Jedes
der oben erwähnten
Patente ist daher insofern begrenzt, dass die dort beschriebenen
Formationsprüfwerkzeuge,
sei es für
die Verwendung in einem offenen Loch oder für die Verwendung in einem verrohrten
Loch, nur geeignet sind, Formationsdaten so lange zu erlangen, wie
die Seilarbeitswerkzeuge in dem Bohrloch angeordnet und mit der
interessierenden Formationszone in Kontakt sind. Da das "Befahren des Bohrlochs", um solche Formationsprüfer zu verwenden,
eine große
Menge an teurer Ausrüstzeit
verbraucht, geschieht dies nur dann, wenn die Formationsdaten absolut
erforderlich sind, oder dann, wenn das Verfahren des Bohrstrangs
zwecks eines Bohrkronenwechsels oder aus anderen Gründen erfolgt.
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Während der
Bohraktivitäten
ist die Verfügbarkeit
von Speicherformationsdaten auf "Echtzeit"-Basis ein Aktivposten.
Ein während
des Bohrens erhaltener Echtzeit-Formationsdruck ermöglicht einem
Bohringenieur oder einem Bohrführer,
Entscheidungen, die Änderungen
des Gewichts und der Zusammensetzung des Bohrschlamms sowie Eindringparameter
betreffen, zu einem viel früheren
Zeitpunkt zu treffen, um so die Sicherheitsaspekte des Bohrens zu
fördern.
Die Verfügbarkeit
von Echtzeit-Speicherformationsdaten ist außerdem wünschenswert, um eine Präzisionssteuerung
des Bohrkronengewichts im Zusammenhang mit Formationsdruckänderungen
und Änderungen
der Durchlässigkeit
zu ermöglichen,
damit der Bohrvorgang bei seinem maximalen Wirkungsgrad ausgeführt werden kann.
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Es
sollte daher ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Bohrlochbohren
bereitgestellt werden, die die Erlangung von Formationsdaten von
einer interessierenden unterirdischen Zone ermöglichen, während der Bohrstrang mit seinen Schwerstangen,
der Bohrkrone und andere Bohrkomponenten im Bohrloch vorhanden sind,
wodurch die Notwendigkeit, die Bohrloch-Bohrausrüstung zum bloßen Zweck
des Einfahrens von Formationsprüfern
in das Bohrloch zur Identifizierung dieser Formationsparameter beseitigt
oder minimiert wird.
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Es
sind Techniken für
die Formationsdatenerfassung unter Verwendung während des Bohrens eingebrachter
Fernsensoren entwickelt worden. Beispielsweise offenbart
EP 0882871 einen Fernsensor, der
zum Erfassen verschiedener Parameter in eine Formation eingebracht
wird. Diese Sensoren sind in einem Sensorgehäuse mit ausreichender struktureller
Integrität,
um einer Beschädigung während der Bewegung
von der Schwerstange in die unterirdische Formation zu widerstehen,
eingekapselt. Trotz dieser Vorteile besteht noch immer ein Bedarf
an der Bereitstellung eines Sensors, der für eine direktere Kommunikation
mit der Formation beschaffen ist.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine robuste
Struktur für
intelligente Datensensoren zu schaffen, die an die Einbringung in die
Formation angepasst ist, wodurch die Sensoren zuverlässiger während des
Einbringungsprozesses und mit der Erwartung des Überlebens und einer ständigen funktionalen
Integrität
hohen g-Kräften ausgesetzt
werden können.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Struktur
für solche
Sensoren zu schaffen, durch die die Sensoren während der Einbringung hohen
Drücken
und Temperaturen einer durch Zündung
hervorgerufenen Vortriebskraft zuverlässig ausgesetzt werden können.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Beitreiben solcher Sensoren zu schaffen, durch
die die Sensoren geeignet sind, den Abschuss von einem gewehrähnlichen
Einbringmechanismus ohne Verformung, Beschädigung oder Fehler zu überleben.
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Es
ist eine nochmals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Vorrichtung und ein Verfahren zum Beitreiben solcher Sensoren zu schaffen,
durch die die Sensoren geeignet sind, einen Stoß in eine unterirdische Gesteinsformation ohne
Verformung, Beschädigung
oder Fehler zu überleben.
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Es
ist eine nochmals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Vorrichtung und ein Verfahren zum Beitreiben solcher Sensoren zu schaffen,
durch die die Sensoren eine im Wesentlichen geradlinige Penetration
bis in eine zufrieden stellende Tiefe in der Formation erreichen
können.
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Es
ist eine nochmals weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Vorrichtung und ein Verfahren zum Beitreiben solcher Sensoren zu schaffen,
durch die die Sensoren zu einer Funkfrequenzkommunikation durch
die Gesteinsformation fähig
sind.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
oben beschriebenen Aufgaben sowie verschiedene andere Aufgaben und
Vorteile werden gelöst
bzw. erzielt durch eine Vorrichtung zum Sammeln von Daten aus einer
unterirdischen Formation, die einen Mantel umfasst, in dem eine Kammer
vorhanden ist und der so beschaffen ist, dass er einen erzwungenen
Vortrieb in eine unterirdische Formation aushält. In der Kammer des Mantels
ist ein Datensensor angeordnet. Der Mantel besitzt einen ersten Anschluss,
um Eigenschaften eines in der unterirdischen Formation vorhandenen
Fluids an den Datensensor zu übermitteln,
wenn die Vorrichtung in der unterirdischen Formation positioniert
ist, wodurch der Datensensor wenigstens eine der Eigenschaften des Fluids
erfasst.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Mantel im Wesentlichen kugelförmig und umfasst einen Nasenabschnitt,
der im Wesentlichen aus einem ersten Werkstoff hergestellt ist,
und einen hinteren Abschnitt, der im Wesentlichen aus einem zweiten
Werkstoff hergestellt ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist der erste Werkstoff eine Wolframlegierung und der zweite Werkstoff
eine Keramik auf Zirkonoxid-Basis. Der Nasenabschnitt des Mantels
ist so beschaffen, dass er das Überleben der
Vorrichtung ohne Funktionsfehler beim Entfalten in die Formation
sicherstellt. Der hintere Abschnitt des Mantels ist so beschaffen,
dass er in der Kammer des Mantels angeordnete Komponenten vor hohen Temperaturen
und Drücken,
die bei wenigstens einem Verfahren des Entfaltens der Vorrichtung
auftreten, schützt.
Der Mantel ist längs
einer ersten Ebene senkrecht zu seiner Längsachse in den Nasenabschnitt
und den hinteren Abschnitt unterteilt, wobei jeder dieser Abschnitte
gegenüberliegende
Hohlräume besitzt,
die zusammenwirken, um die Kammer in dem Mantel zu bilden, wenn
der Nasenabschnitt und der hintere Abschnitt verbunden sind. In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist der Mantel ferner so beschaffen, dass er während des Einbringens der Vorrichtung
in Richtung ihrer Längsachse
g-Kräfte von
wenigstens 85.000 aushält.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
umfasst außerdem
eine Kapsel, die in der Kammer des Mantels angeordnet ist und die
den Datensensor sowie die zugehörige
Elektronik trägt.
Die Kapsel erstreckt sich von der Kammer im Nasenabschnitt in die
Kammer im hinteren Abschnitt, wodurch die Kapsel die erste Ebene überspannt
und den Nasenabschnitt und den hinteren Abschnitt des Mantels integriert. Die
Kapsel ist längs
einer zweiten Ebene, die die Längsachse
der Kapsel enthält,
unterteilt, um das Einsetzen des Datensensors zu erleichtern, und
wenigstens teilweise aus einer Titanlegierung hergestellt. Die Kapsel
ist ferner mit einem zweiten Anschluss ausgerüstet und so in der Kammer des
Mantels angeordnet, dass der zweite Anschluss zum ersten Anschluss
benachbart positioniert ist, um über den
ersten und den zweiten Anschluss eine Übermittlung der Formationsfluideigenschaften
an den Datensensor zu ermöglichen,
wenn die Vorrichtung in der unterirdischen Formation positioniert
ist.
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Der
Datensensor ist vorzugsweise so beschaffen, dass er wenigstens den
Formationsdruck und die Temperatur erfasst. In der Kapsel können mehrere
diskrete Sensoren angeordnet sein, um verschiedene andere Formationsparameter
zu messen.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
umfasst ferner eine in der Mantelkammer angeordnete Antenne, die
Signale sendet, die die Fluideigenschaft oder eine andere vom Datensensor
erfasste Formationseigenschaft repräsentiert, und die Signale von
einer fernen Quelle empfängt,
um den Datensensor zu aktivieren. Die Antenne ist vorzugsweise im
hinteren Abschnitt der Kammer angeordnet, während der Datensensor im vorderen
Abschnitt der Kammer in der Kapsel angeordnet ist.
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Die
vorliegende Erfindung kann ferner als Verfahren zum Bestimmen einer
Eigenschaft einer unterirdischen Formation zusammengefasst werden. Ein
Mantel ist mit einem Sensor zum Angeben einer Eigenschaft einer
unterirdischen Formation und einer Antenne zum Senden eines Signals,
das die vom Sensor angegebene Eigenschaft repräsentiert, ausgerüstet. Der
Mantel besitzt einen Anschluss, um Eigenschaften des in der unterirdischen
Formation vorhandenen Fluids an den Sensor zu übermitteln, wenn der Mantel
in die unterirdische Formation eingeführt ist. Der Mantel ist in
einem Bohrlochwerkzeug positioniert, das in einem durch die unterirdische
Formation verlaufenden Bohrloch angeordnet ist. Von dem Bohrlochwerkzeug
wird eine Kraft ausgeübt,
um den Mantel von dem Bohrstrang in die unterirdische Formation
zu bewegen. Wenigstens eine Formationseigenschaft wird mit dem Sensor
erfasst, und von dem Mantel wird mit der Antenne ein Signal, das
die Formationseigenschaft repräsentiert,
gesendet.
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Die
vorliegende Erfindung kann des Weiteren als Verfahren zusammengefasst
werden, das die folgenden Schritte umfasst: Ausrüsten eines im Wesentlichen
kugelförmigen
Mantels mit einem Sensor zum Angeben einer Eigenschaft einer unterirdischen Formation,
einem Empfänger
zum Empfangen fernübertragener
Signale und einem Sender zum Senden eines Signals, das die vom Sensor
angegebene Eigenschaft repräsentiert.
Der Mantel ist in einem Bohrstrang positioniert, der in einem durch
die unterirdische Formation verlaufenden Bohrloch angeordnet ist.
Vom Bohrstrang aus wird eine Kraft ausgeübt, um den Mantel von dem Bohrstrang
in die unterirdische Formation zu bewegen. Über einen Anschluss im Mantel
werden Eigenschaften eines in der unterirdischen Formation vorhandenen
Fluids an den Sensor übermittelt.
Der Sensor wird mit einem an den Empfänger gesendeten Fernsignal
aktiviert, und mit dem Sensor wird eine Formationseigenschaft erfasst.
Mit den Sendemitteln wird dann ein Signal, das die Formationseigenschaft
repräsentiert, übertragen.
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Die
auf den Mantel ausgeübte
Kraft kann eine durch Zündung
hervorgerufene Vortriebskraft, eine mechanische Kraft oder irgendeine
andere geeignete Kraft sein.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG(EN)
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Damit
die Art und Weise, wie die oben angeführten Merkmale, Vorteile und
Aufgaben der Erfindung erreicht bzw. gelöst werden, genau verstanden werden
kann, kann eine genauere Beschreibung der oben kurz zusammengefassten
Erfindung durch Bezugnahme auf deren bevorzugte Ausführungsform, die
in der beigefügten
Zeichnung veranschaulicht ist, erhalten werden.
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Es
ist jedoch anzumerken, dass die beigefügte Zeichnung lediglich eine
typische Ausführungsform
dieser Erfindung zeigt und daher nicht als deren Umfang begrenzend
betrachtet werden darf, da die Erfindung andere gleich wirksame
Ausführungsformen
zulassen kann.
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In
den Zeichnungen sind:
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1 eine
Abbildung einer in einem Bohrloch positionierten Schwerstange im
Anschluss an die Entfaltung einer Sensorvorrichtung von der Schwerstange
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung der Schwerstange, die ein hydraulisch versorgtes
System besitzt, um die intelligente Sensorvorrichtung von dem Bohrloch
in eine ausgewählte
unterirdische Formation zwangsläufig
einzuführen;
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3 ein
Elektronikblockschaltplan, der schematisch eine Schwerstange zeigt,
der eine Patrone enthält,
die mit einer elektronischen Schaltungsanordnung zum Empfangen von
Formationsdatensignalen von der ferneingebrachten Formationssensorvorrichtung
versehen ist;
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4 ein
Elektronikblockschaltplan, der schematisch die intelligente Sensorvorrichtung
zeigt, die einen oder mehrere Formationsdatenparameter wie etwa
den Druck, die Temperatur und die Gesteinsdurchlässigkeit erfasst, die Daten
in einem Speicher speichert und auf Befehl die gespeicherten Daten
zur Schaltungs anordnung der Leistungspatrone der in 4 gezeigten
Schwerstange sendet;
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5 ein
Elektronikblockschaltplan, der schematisch den Empfängerspulenschaltkreis
der intelligenten Sensorvorrichtung zeigt;
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6 ein
Sende-Zeitdiagramm, das die Pulsdauermodulation der Funkfrequenzkommunikation
zwischen der Schwerstange und der ferneingebrachten Sensorvorrichtung
zeigt;
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7 eine
detaillierte Abbildung der in einem Schnitt aufgenommenen intelligenten
Sensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
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8A eine
Teilansicht des hinteren Abschnitts des äußeren Mantels der Sensorvorrichtung;
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8B eine
Teilansicht des Nasenabschnitts des äußeren Mantels; und
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9 eine
senkrechte Projektion der Kapsel der inneren Elektronik der Sensorvorrichtung,
gezeigt in einem Dreiviertelschnitt.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Das
US-Patent Nr. 6028534, das ebenfalls an den Zessionar der vorliegenden
Erfindung übertragen
ist, beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfalten
von intelligenten Sensorvorrichtungen, die Datensensoren wie etwa
Drucksensoren enthalten, von einer Schwerstange in dem Bohrstrang
in die unterirdische Formation jenseits des Bohrlochs während des
Ausführens
von Bohrvorgängen.
Das Verfahren und die Vorrichtung des '534-Patents werden nun beschrieben,
da sie sich auf die vorliegende Erfindung beziehen. Zunächst ist
in den 1–3 allgemein
bei 10 eine Schwerstange als Komponente eines Bohrstrangs
zum Bohren eines Bohrlochs gezeigt, die die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung des '534-Patents
repräsentiert. Die
Schwerstange ist mit einem zylindrischen Abschnitt 12 mit
vergrößertem Durchmesser
versehen, der eine Leistungspatrone 14 enthält (2),
die die in 3 gezeigte Sende-/Empfangsschaltungsanordnung
aufnimmt. Die Schwerstange 10 ist außerdem mit einem Druckmesser 16 versehen,
dessen Drucksensor 18 über
einen Schwerstangendurchgang 20 dem Bohrlochdruck ausgesetzt
ist. Der Druckmesser erfasst den hydrostatischen Bohrlochumgebungsdruck
in der Tiefe einer ausgewählten
unterirdischen Formation und wird verwendet, um die Druckeichung
von intelligenten Sensorvorrichtungen zu überprüfen. Über den Druckmesser 16 werden elektronische
Signale, die den Bohrlochumgebungsdruck repräsentieren, an die Schaltungsanordnung der
Leistungspatrone 14 übertragen,
die ihrerseits die Druckeichung der intelligenten Sensorvorrichtung,
die in jener bestimmten Bohrlochtiefe entfaltet wird, vornimmt.
Die Schwerstange 10 ist außerdem mit einer oder mehreren
Fernsensoraufnahmen 22 versehen, wovon jede wenigstens
eine intelligente Sensorvorrichtung 24 enthält, um sie
in einer ausgewählten,
interessierenden unterirdischen Formation, die durch das Bohrloch,
das gebohrt wird, durchschnitten wird, zu positionieren.
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Die
Sensorvorrichtung 24 enthält eingekapselte Datensensoren,
die von der Schwerstange in eine Position in der das Bohrloch umgebenden
Formation bewegt werden, um Formationsparameter wie etwa unter anderem
den Druck, die Temperatur, die Gesteinsdurchlässigkeit, die Porosität, die spezifische
elektrische Leitfähigkeit
und die relative Dielektrizitätskonstante
zu erfassen. Die Datensensoren sind in einem Sensorgehäuse ausreichender
struktureller Integrität
geeignet eingekapselt, um, wie weiter unten näher beschrieben wird, während der
Bewegung vom Bohrstrang in eine seitlich eingebettete Beziehung
mit der das Bohrloch umgebenden unterirdischen Formation einer Beschädigung zu
widerstehen.
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Fachleute
auf dem Gebiet wissen, dass eine solche seitlich einbettende Bewegung
nicht senkrecht zum Bohrloch geschehen muss, sondern unter zahlreichen
Angriffswinkeln in die gewünschte
Formationsposition erfolgen kann. Die Sensorentfaltung kann vorgenommen
werden, indem eines des Folgenden oder eine Kombination aus dem
Folgenden angewandt wird: (1) Bohren in die Bohrlochwand und Platzieren
des Sensors in der Formation; (2) Stoßen/Drücken der eingekapselten Sensoren
in die Formation mit einer hydraulischen Presse oder einer mechanischen
Penetrationseinheit; oder (3) Schießen der eingekapselten Sensoren
in die Formation durch Verwendung von "gezündeten" oder zündungsinduzierten
Treibladungen.
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2 zeigt
eine hydraulisch versorgte Ramme 30, die in einer Ausführungsform
verwendet wird, um die Sensorvorrichtung 24 zu entfalten
und ihr Eindringen in die unterirdische Formation bis in eine Position
außerhalb
vom Bohrloch, die für
sie ausreichend ist, um ausgewählte
Parameter der Formation zu erfassen. Zur Sensorentfaltung ist die
Schwerstange mit einer zylindrischen Innenbohrung 26 versehen,
in der ein Kolbenelement 28 positioniert ist, das die Ramme 30 aufweist,
die mit der intelligenten Sensorvorrichtung 24 in einer
antreibenden Beziehung angeordnet ist. Der Kolben 28 wird
mit Hydraulikdruck beaufschlagt, der von dem Hydrauliksystem 34 über einen
Hydraulikversorgungsdurch gang 36 in eine Kolbenkammer 32 übertragen
wird. Das Hydrauliksystem wird durch die Leistungspatrone 14 wahlweise
aktiviert, damit der Fernsensor vor der Entfaltung in Bezug auf
den Bohrlochdruck in einer Formationstiefe geeicht werden kann,
wie oben angegeben worden ist, und dann von der Aufnahme 22 in
die Formation jenseits der Bohrlochwand bewegt werden kann, so dass
die Formationsdruckparameter frei von Bohrlocheffekten sind.
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Wie
nun in 3 gezeigt ist, enthält die Leistungspatrone 14 der
Schwerstange 10 wenigstens eine Sende-/Empfangsspule 38 mit
einer Sender-Leistungsansteuerung 40 in
Form eines Leistungsverstärkers,
dessen Frequenz F durch einen Oszillator 42 bestimmt wird.
Die Schwerstangen-Leistungspatrone ist außerdem mit einem abgestimmten
Empfangsverstärker 43 versehen,
der so eingestellt ist, dass er Signale bei einer Frequenz 2F empfängt, die
durch die intelligente Sensorvorrichtung 24, die auch als "intelligente Kugel" (smart bullet) bekannt
ist, wie im Folgenden erläutert
wird, zur Schwerstange übertragen
werden.
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4 zeigt
die elektronische Schaltungsanordnung der Sensorvorrichtung 24 in
Form eines allgemein mit 44 bezeichneten Blockschaltplans.
Diese Schaltungsanordnung umfasst wenigstens eine Sende-/Empfangsspule 46,
beispielsweise eine Funkfrequenz-(RF)-Antenne, deren Empfänger eine
Ausgangsgröße 50 von
dem Detektor 48 an die Controller-Schaltung 52 schickt.
Die Controller-Schaltung
ist dazu vorgesehen, seine Steuerausgangsgrößen 54 dem Druckmesser
oder Sensor 56 zuzuführen,
damit die Messgeräteausgangsgrößen zu einem
Analog-Digital-Umsetzer (ADU)/Speicher 58 geleitet werden,
der Signale von dem Druckmesser über
einen Leiter 62 empfängt
und außerdem
Steuersignale von der Controller-Schaltung 52 über einen
Leiter 64 empfängt.
In der Sensorvorrichtungs-Schaltungsanordnung 44 ist
eine Batterie 66 vorgesehen, die mit den verschiedenen
Schaltungsanordnungskomponenten des Sensors über Energieleiter 68, 70 und 72 gekoppelt
ist. Die Speicherausgangsgröße 74 der ADU/Speicher-Schaltung 58 wird
der Empfangsspulen-Steuerschaltung 76 zugeführt. Die
Empfangsspulen-Steuerschaltung 76 dient über den
Leiter 78 als Treiberschaltung für die Sende-/Empfangsspule 46 zum Übertragen
von Daten an die Schwerstange 12.
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In 5 ist
nun eine über
die Empfangsspulen-Steuerschaltung 76 geschaltete Diode 80 mit
einem niedrigen Schwellenwert gezeigt. Unter normalen Bedingungen
und speziell im Schlummer- oder "Schlaf"-Modus ist der elektronische
Schalter 82 geöffnet,
was den Energieverbrauch senkt. Wenn die Empfangs spulen-Steuerschaltung 76 durch
das von der Schwerstange übertragene
elektromagnetische Feld aktiviert wird, werden eine Spannung und
ein Strom in der Empfangsspulen-Steuerschaltung induziert. Diesbezüglich erlaubt
die Diode 80 jedoch nur das Fließen des Stroms in einer Richtung.
Diese Nichtlinearität
verändert
die Grundfrequenz F des bei 84 in 6 gezeigten
Stroms zu einem Strom mit der Grundfrequenz 2F, mit anderen
Worten der zweifachen Frequenz der elektromagnetischen Senderwelle 84,
wie bei der Empfängerwelle 86 gezeigt
ist.
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Über die
gesamte Sendefolge hinweg wird eine in 3 gezeigte
Sende/Empfangsspule 38, die mit einem auf die 2F-Frequenz
abgestimmten Empfangsverstärker 43 verbunden
ist, ebenfalls als Empfänger
verwendet. Wenn die Amplitude des Empfangssignals ein Maximum ist,
gibt dies an, dass sich die Sensorvorrichtung 24 sehr nahe
an einer optimalen Übertragung
zwischen der Schwerstange und der ferneingebrachten Sensorvorrichtung
befindet.
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SENSOR
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Eine
erfolgreiche ballistische Entfaltung der elektronischen Sensorvorrichtung 24 in
die Gesteinsformation ist nur möglich,
wenn verschiedene Bedingungen erfüllt sind. Zur erfolgreichen
Entfaltung muss die Sensorvorrichtung: sowohl den Abschuss als auch
den Stoss in die Gesteinsformation ohne große Verformungen, ohne Bruch
an der Außenseite oder
ohne Zerfall einer inneren Komponente überleben, ein ausreichendes
und geradliniges Eindringen in alle Arten von Speichergestein, die
normalerweise in Ölquellenformationen
angetroffen werden, sicherstellen und zu einer RF-Kommunikation
oder einer anderen drahtlosen Kommunikation durch die Gesteinsformation
und zur Datenverarbeitungseinrichtung im Bohrloch zurück fähig sein.
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In 7 ist
nun eine intelligente Sensorvorrichtung 24 gezeigt, die
einen Mantel 110 umfasst, in dem eine Kammer 112 vorhanden
ist und der so beschaffen ist, dass er einen erzwungenen Vortrieb
in eine unterirdische Formation (allgemein in 1 gezeigt)
aushält.
In der Kammer 112 des Mantels 110 ist ein Datensensor 114 mit
der zugehörigen
Elektronik in einer Weise angeordnet, die weiter unten näher beschrieben
wird. Der Mantel besitzt einen ersten Anschluss 116, um Eigenschaften
eines in der unterirdischen Formation vorhandenen Fluids an den
Datensensor 114 zu übermitteln,
wenn die Sensorvorrichtung 24 in der unterirdischen Formation
positioniert ist, wodurch der Datensensor wenigstens eine der Eigenschaften
des Fluids erfasst.
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Je
nach Art der Anwendung und der Datensensoren innerhalb des Mantels 110 können mehrere Anschlüsse 116 in
einem Nasenabschnitt 110b rechts hinter dem Nasenkegel
und so weit vorn vorhanden sein, wie es möglich ist, die Anschlüsse von Bohrlocheffekten
an der Rückseite
der Sensorvorrichtung 24 fern zu halten. Über diese
Anschlüsse kann
eine Vielfalt von Messungen durchgeführt werden. Beispiele sind
unter anderem die chemische Analyse von Flüssigkeiten und Feststoffen,
die Fluidblasendruckmessung und die Messung des spezifischen elektrischen
Widerstands. Diese Anschlüsse sind
vorzugsweise entweder mit einem Metallband, das kleine Sieblöcher aufweist,
wie etwa ein in 8B gezeigtes Band 131 oder
mit einer porösen Auflage
wie etwa einer Keramikauflage abgedeckt. Die Verwendung von mehreren
solcher Anschlüsse im
Gegensatz zu einem einzigen Anschluss senkt die Wahrscheinlichkeit
einer Funktionsunfähigkeit
infolge eines Anschlussverstopfens in der Formation. Für Sensorvorrichtungen,
die lediglich Beschleunigungsmesser enthalten, oder jene, die für Messungen
der kernmagnetischen Resonanz verwendet werden, wobei diese Verwendungen
auch für
die vorliegende Erfindung in Betracht kommen, sind keine Anschlüsse oder Öffnungen
notwendig.
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Allgemeine
ballistische Prinzipien helfen beim Bestimmen der wesentlichen Projektilparameter
für die
Sensorvorrichtung 24 wie etwa der Geschwindigkeit und des
Gewichts, die zum Erreichen einer ausreichenden Penetration erforderlich
sind, des Länge/Querschnitt-Verhältnisses,
um einen Geradeausflug sicherzustellen, und der Nasenform zugunsten
einer optimalen Eindringtiefe. Der Mantel 110 ist daher
im Wesentlichen kugelförmig
und um eine Achse B-B lang gestreckt, um die oben angeführte zweite
Bedingung (ausreichende, geradlinige Penetration) zu erfüllen.
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Anders
als Standardprojektile, die aus einem einzigen festen Materialteil
bestehen, erfordert eine Kugelvorrichtung wie etwa die Vorrichtung 24,
die einen Sensor mit zughöriger
Elektronik enthält,
wenigstens eine ziemlich große
Einbauöffnung.
Folglich ist der Mantel 110 längs einer ersten Ebene A-A senkrecht
zu seiner Längsachse
B-B in einen Nasenabschnitt 110b und einen hinteren Abschnitt 110a unterteilt.
Die Mantelabschnitte weisen jeweils gegenüberliegende Hohlräume 112b bzw. 112a auf,
wie in den 7, 8A und 8B zu
erkennen ist, die zusammenwirken, um die Kammer 112 zu
bilden, wenn der Nasenabschnitt und der hintere Abschnitt verbunden
sind.
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Zusätzlich zu
den oben besprochenen Projektilparametern muss der Mantel 110 die
Anforderung nach einer Gesamt-Mantelfestigkeit erfüllen. Für den Mantel-Nasenabschnitt 110b wird
gegenwärtig
eine Wolfram-Nickel-Eisen-Legierung bevorzugt, die die oben ausgedrückte Bedingung
des Überlebens
eines Abschusses/Stoßes
erfüllt.
In dieser Weise ist der Mantel 110 fähig, die hohen g-Kräfte (85.000
g oder mehr), die die Sensorvorrichtung 24 längs ihrer
Längsachse
B-B während
der Entfaltung erfährt,
auszuhalten.
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Bei
einem Mehrkomponenten-Mantel wie etwa dem Mantel 110 werden
zwischen Materialen mit unterschiedlichen Elastizitätskoeffizienten über Kontaktflächen Entfaltungsabschuss-
und Entfaltungsstoß-Schockwellen übertragen.
Dies verursacht Schockwellenreflexionen über die Mantelabschnitte 110a und 110b (die
im Wesentlichen aus unähnlichen Werkstoffen
hergestellt sind), die zu lokalen Materialfehlern oder zur Trennung
der Abschnitte führen
können.
Um die lokale Spannung in den Kontaktflächen zu verringern und eine
bessere Stoßübertragung
zu erzielen, wurde eine eingekapselte innere Entwurfsstruktur entwickelt,
wie sie in 9 gezeigt ist.
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Die
gesamte Datensensor- und Elektronik-Baueinheit mit Ausnahme der
Antenne ist in dem Hohlraum 128 innerhalb der unterteilten
Kapsel 118 aus Titanlegierung angeordnet. Diese Kapsel
hat zwei Funktionen. Erstens trägt
und schützt
sie die zerbrechlichen Elektronik- und Datensensorteile in dem Hohlraum 128 durch
wirksames Vereinigen der Teile zu einem festen Teil. Zweitens wirkt
sie als Verstrebung für
den Nasenabschnitt 110b und den hinteren Abschnitt 110a des
Mantels. Die Mantelabschnitte werden auf die Längsachse (Achse B-B) zentriert, wobei
ihre jeweiligen senkrechten hinteren und vorderen Oberflächen einen
gesteuerten Kontakt in der Ebene A-A herstellen. Ein Teil der gesamten
Stoßkräfte wird
somit durch die innere Kapsel 118 übertragen und gedämpft.
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Die
Kapsel 118 ist mit einem Außengewindeabschnitt 126 versehen,
um sie eng in zwei komplementären
Innengewindeabschnitten 127a, 127b in den Kammern 112b und 112a der
Mantelabschnitte 110b bzw. 110a zu verblocken,
wie in den 7, 8A und 8B zu
erkennen ist. Die Kammer 112 ist zur Abdichtung gegen einen
unerwünschten Fluideintritt
in den Elektronikabschnitt geeignet vergossen.
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Wie
an anderer Stelle erwähnt
worden ist, ist ein Datensensor 114 in der in der Kammer
des Mantels 110 angeordneten Kapsel 118 gehalten.
Die Kapsel 118 erstreckt sich von der Kammer 112b im
Nasenabschnitt 110b in die Kammer 112a im hinteren Abschnitt 110a,
wodurch die Kapsel eine erste Ebene A-A überspannt und den Nasenabschnitt
und den hinteren Abschnitt des Mantels 110 integriert.
Die Kapsel ist im Wesentlichen längs
einer zweiten Ebene C, die die Längsachse
(Achse B-B, wenn sie in dem Hohlraum 128 angeordnet ist)
enthält,
unterteilt, um das Einsetzen des Datensensors 114 zu erleichtern.
Die unterteilten Abschnitte der Kapsel 118 enthalten ferner
nach vorn bzw. nach hinten gerichtete, komplementäre Komponenten,
die in 9 allgemein mit 133 und 135 bezeichnet
sind, um die unterteilten Abschnitte der Kapsel vor dem Einsetzen
in die Kammer 112 korrekt in Eingriff zu bringen und auszurichten.
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Die
Kapsel ist ferner mit einem zweiten Anschluss 120 versehen
und so in der Kammer 112 des Mantels 110 angeordnet,
dass der zweite Anschluss zum ersten Anschluss 116 benachbart
angeordnet ist, wie in 7 gezeigt ist. Dies ermöglicht eine Übermittlung
der Formationsfluideigenschaften über den ersten und den zweiten
Anschluss an den Datensensor 114, wenn der Sensor in der
unterirdischen Formation positioniert ist. Der Datensensor 114 ist vorzugsweise
so beschaffen, dass er wenigstens den Formationsdruck und die Temperatur
erfasst, und kann mehrere diskrete Sensoren umfassen.
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Zur
Kommunikation mit einer fernen Station über RF-Signale muss auch eine
Antenne Bestandteil der Sensorvorrichtung sein. Diese Antenne muss unter
der Voraussetzung, dass die Sensorvorrichtung mittels einer durch
Zündung
hervorgerufenen Vortriebskraft entfaltet wird (mit anderen Worten "abgefeuert" wird) gegen den
Brennkammerdruck und die Brennkammertemperatur sowie gegen alle
Stoßkräfte geschützt sein.
Um alle diese Bedingungen zu erfüllen,
wurde eine RF-durchlässige hintere
Kappe entwickelt, die aus durch Übergang
ausgehärteter (TTZ-)Zirkonoxid-Keramik
gefertigt ist. 7 zeigt somit eine mit einer
Antenne 122 ausgerüstete
intelligente Sensorvorrichtung 24, die in dem hinteren Kammerabschnitt 112a angeordnet
ist, um Signale zu senden, die die durch den Datensensor 114 erfasste
Fluideigenschaft repräsentieren,
und Signale von einer fernen Quelle wie etwa einer Schwerstange zu
empfangen, um den Datensensor zu aktivieren. Die Antenne 122 umfasst
eine in 4 schematisch gezeigte Sende-/und
Empfangsspule 46.
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FUNKTIONSWEISE
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Die
Entfaltung und der Betrieb der intelligenten Sensorvorrichtung 24 wer den
nun kurz zusammengefasst. Die intelligente Sensorvorrichtung umfasst
einen im Wesentlichen kugelförmigen
Mantel 110, der mit einem eingekapselten Datensensor 114 zum
Angeben einer Eigenschaft einer unterirdischen Formation sowie einem
Empfänger
zum Empfangen von fernübertragenen
Signalen und einem Sender zum Senden eines Signals, das die durch
den Sensor angegebene Eigenschaft repräsentiert, ausgestattet ist.
Die Sensorvorrichtung 24 ist in einer Schwerstange eines
in dem durch die unterirdische Formation verlaufenden Bohrloch angeordneten
Bohrstrangs positioniert.
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Die
vorliegende Erfindung sieht außerdem die
Entfaltung einer intelligenten Sensorvorrichtung 24 von
einem Seilarbeitswerkzeug vor, auch wenn sich die folgende Beschreibung
auf die Entfaltung von der Schwerstange eines Bohrstrangs beschränkt.
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Vom
Bohrstrang wird eine Kraft ausgeübt, um
die Vorrichtung 24 von der Schwerstange in die unterirdische
Formation zu bewegen. Sobald sich die intelligente Sensorvorrichtung
oder "Smart-Bullet", wie sie auch genannt
wird, an Ort und Stelle in der zu überwachenden Formation befindet,
ist der Ablauf, nach dem die Sende- und Erfassungselektronik in Verbindung
mit dem Bohrvorgang arbeitet, wie folgt.
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Die
Schwerstange (oder andere Bohrloch-Werkzeugvorrichtung), die mit
Erfassungssensoren versehen ist, wird in nächster Nähe der intelligenten Sensorvorrichtung 24 positioniert.
Von der Schwerstangen-Sende-/Empfangsspule 38 wird eine elektromagnetische
Welle mit einer Frequenz F gesendet, wie in 6 bei 84 gezeigt,
um die intelligente Sensorvorrichtund, auch als Ziel bezeichnet, "einzuschalten" und zu veranlassen,
dass die Sensorvorrichtung ein identifizierendes codiertes Signal
zurück sendet.
Die elektromagnetische Welle löst
aus, dass die Elektronik der ferneingebrachten Sensorvorrichtung
in die Erfassungs- und
Sendebetriebsart geht und seitens der Fernsensorvorrichtung Druckdaten und
andere Daten, die ausgewählte
Formationsparameter repräsentieren,
sowie den Identifizierungscode des Sensors erhalten werden.
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In
einer besonderen Ausführungsform
führt die
intelligente Sensorvorrichtung 24 eine Formationsdruckmessung
durch. Für
diese Funktion ist an der Vorderseite der Elektronikkapsel 118 ein Druck/Temperatur-Sensor
angeordnet. Die hydraulische Kommunikation zwischen diesem Sensor
und den Formationsfluiden wird über
die Kommunikationsanschlüsse 116 und 120 erreicht.
Der Innenraum um den Drucksensor und die Kommunikationsanschlüsse ist
mit einem nicht lei tenden Hydraulikfluid gefüllt. Die eigentliche Hydrauliköffnung,
der Anschluss 116, enthält
ein Filter, das entweder aus einem keramischen oder einem metallischen
Filtermaterial gefertigt ist. Dies sorgt einerseits für eine Strömungseinschnürung gegen
einen Füllfluidverlust während der
Entfaltung und dient andererseits als Filter, sobald Formationsflüssigkeiten
mit den Anschlussöffnungen
in Kontakt gelangen.
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Das
Vorhandensein des Ziels, mit anderen Worten des Fernsensors, wird
durch die vom Ziel mit einer Frequenz 2F zurück gestreute
reflektierte Welle, die in dem Sende-Zeitdiagramm von 6 bei 86 gezeigt
ist, erfasst. Gleichzeitig werden Druckmesserdaten (Druck und Temperatur)
und andere ausgewählte
Formationsparameter gewonnen, wobei die Elektronik der Sensorvorrichtung 24 die
erfassten Formationsdaten in ein oder mehrere serielle, digitale Signale
umsetzt. Dieses digitale Signal oder diese digitalen Signale, wie
es der Fall sein kann, werden von der ferneingebrachten Sensorvorrichtung 24 über die Sende-/Empfangsspule 46 in
der Antenne 122 zurück
zur Schwerstange übertragen.
Dies wird durch Synchronisieren und Codieren jedes einzelnen Datenbits
in eine spezifische Zeitfolge, während
der die ausgestreute Frequenz zwischen F und 2F umgeschaltet wird,
erreicht.
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Beispielsweise
wird die Zeitfolge 88 als Synchronisationsbefehl mit einer
Dauer Ts interpretiert. Die Zeitfolgen 90, 92 werden
als Bit 1 und Bit 0 mit der Dauer T1 bzw.
T2 interpretiert. Die Datenerfassung und
-übertragung
ist beendet, wenn stabile Druck- und Temperaturablesungen erhalten
und erfolgreich an die integrierte Schaltungsanordnung der Schwerstange 10 gesendet
worden sind.
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Stets
dann, wenn der obige Ablauf ausgelöst wird, wird die in der Schwerstange
befindliche Sende-/Empfangsspule 38 durch die Sender-Leistungsansteuerung
oder den Leistungsverstärker 40 gespeist.
Von der Schwerstange wird eine elektromagnetische Welle mit einer
Frequenz F, die durch einen Oszillator 42 gekennzeichnet
und in dem Zeitdiagramm von 6 bei 84 angegeben
ist, übertragen. Die
Frequenz F kann im Bereich von 100 kHz bis 500 MHz gewählt werden.
Sobald das Ziel in die Einflusszone der in der Antenne 122 der
Smart-Bullet befindlichen Schwerstangen-Sende-/Empfangsspule 46 gerät, strahlt
es mittels der Empfangsspulen-Steuerschaltung 76 und der
Sende-/Empfangsspule 46 eine elektromagnetische Welle mit
dem Zweifachen der ursprünglichen
Frequenz zurück.
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Im
Gegensatz zu der gegenwärtigen
Arbeitsweise macht die vorliegende Erfindung Druckdaten und andere
Formationsparameter während
des Bohrens verfügbar
und ermöglicht
als solche der Bohrmannschaft, Entscheidungen, die das Gewicht und die
Zusammensetzung des Bohrschlamms sowie andere Parameter betreffen,
zu einem viel früheren Zeitpunkt
während
des Bohrprozesses zu treffen, ohne den Bohrstrang zum Zweck des
Einfahrens eines Formationsprüfinstruments
verfahren zu müssen.
Die vorliegende Erfindung erfordert wenig Zeit zum Durchführen der
eigentlichen Formationsmessungen. Sobald ein Fernsensor entfaltet
worden ist, können
Daten während
des Bohrens erhalten werden, ein Merkmal, das gemäß herkömmlichen
Bohrtechniken nicht möglich
ist.
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Außerdem kann
eine zeitabhängige
Drucküberwachung
von durch ein Bohrloch durchdrungenen Formationen erreicht werden,
solange Druckdaten vom Drucksensor 18 verfügbar sind.
Dieses Merkmal ist natürlich
von der Kommunikationsverbindung zwischen der Sende-/Empfangsschaltungsanordnung
in der Leistungspatrone der Schwerstange und irgendwelchen entfalteten
intelligenten Fernsensoren abhängig.
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Die
Ausgangsgröße der intelligenten
Sensorvorrichtung kann auch während
standardmäßiger Protokolliervorgänge mit
Seilarbeits-Protokollierwerkzeugen gelesen werden. Dieses Merkmal
der Erfindung ermöglicht
das Erfassen von sich verändernden
Datenbedingungen der unterirdischen Formation durch die Elektronik
von Protokollierwerkzeugen neben den Echtzeit-Formationsdaten, die
nun während
des Bohrens aus der Formation erhältlich sind.
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Durch
Fernpositionieren der intelligenten Sensorvorrichtung 24 jenseits
der unmittelbaren Bohrlochumgebung ergeben sich wenigstens in der anfänglichen
Datenerfassungsperiode keine Bohrlocheffekte auf die vorgenommenen
Druckmessungen. Da keine Flüssigkeitsbewegung
erforderlich ist, um Formationsdrücke mit Vor-Ort-Sensoren zu
erhalten, können
Formationsdrücke
in undurchlässigem
Gestein gemessen werden. Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass
die vorliegende Erfindung gleichfalls für die Messung von verschiedenen
Formationsparametern wie etwa der Durchlässigkeit, der spezifischen
elektrischen Leitfähigkeit,
der Dielektrizitätskonstante,
der Gesteinsfestigkeit und dergleichen geeignet ist und nicht auf
die Formationsdruckmessung begrenzt ist.
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Ferner
liegt es im Umfang der vorliegenden Erfindung und ist von dieser
vorgesehen, dass die Fernsensoren, sobald sie entfaltet sind, für eine längere Zeitperiode
eine Quelle von Formationsdaten bilden können. Zu diesem Zweck müssen die
Positionen der jeweiligen Sensoren identifizierbar sein. Folglich
ent halten die Fernsensoren in einer Ausführungsform radioaktive "Echokennzeichen", die durch ein Gammastrahlen
erfassendes Werkzeug oder eine Sonde gemeinsam mit einer gyroskopischen Vorrichtung
in einem Werkzeugstrang, die die Lokalisierung und die individuelle
räumliche
Identifizierung jedes entfalteten Sensors in der Formation verbessert,
identifizierbar sind.