Bu makalede, oluşum akışkanlarının özelliklerini yüksek doğruluk ve çözünürlükte ölçen yeni bir yoğunluk ve viskozite sensörü açıklanmaktadır. Dinamik viskozite (ri), yoğunluk (p), ses hızı, kırılma indisi, absorpsiyon spektrumları ve termal iletkenlik gibi diğer sıvı parametreleriyle kombinasyon halinde numune sıvısının kapsamlı bir karakterizasyonunu sağlar. Formasyon geçirgenliğinin hesaplanması, rezervuarın üretim potansiyelini tahmin etmek için kritik öneme sahiptir. Formasyon sıvılarının doğru yerinde viskozitesi bilindiğinde formasyonun geçirgenliğini hesaplamak için çeşitli delik altı örnekleme araçları kullanılarak formasyon üzerinde gerçekleştirilen hareketlilik ölçümleri kullanılabilir.

Numune sıvısı, çeşitli moleküler ağırlıklı hidrokarbonlar, brin, yağ veya su bazlı çamur filtrat ve gazların herhangi bir kombinasyonu olabilir. ve akışkanlar tipik olarak 0.5 ila 4 cP (mPa.s) arasında bir viskoziteye sahiptir, ancak ağır yağlarda 40 cP kadar yüksek olabilir. Sıvı yoğunluğu 0.2 ila 1.5 g / cc arasında değişebilir. Ek olarak, sıvılar da iletken olabilir ve kısmen Newton olmayan özelliklere sahip olabilirler.

Bir sensörün bir kuyu içi oluşum numunesi ve analiz aracında kullanılabilir olması için, okunan değerin% 10'undan daha iyi hassasiyetle geniş bir dyamik aralığa sahip olması gerekir. Ayrıca 175 ° C'ye kadar sıcaklıklarda ve 25 kpsi'yi aşan basınçlarda ölçüm yapabilmelidir.

Bu yazıda, tüm bu gereksinimleri karşılayabilecek yeni bir sensör açıklanmaktadır. Rezonans frekansı ve sönümlemesi, içine daldırıldığı bir sıvının viskozitesi ve yoğunluğu için doğru değerler veren tahrikli bir mekanik rezonatördür. Sensör, kuyu içi kütük kayıtlarında karşılaşılan sıcaklık, basınç ve delme titreşimlerine dayanacak şekilde hem son derece hassas hem de yeterince sağlam olacak şekilde tasarlanmıştır. Viskozite, 0.1 cP'nin altındaki sıvılar için 1 cP'ye ve 10 cP'nin üzerindeki tüm viskoziteler için% 1'a kadar ölçülür. Yoğunluk ölçümleri doğru ila 0.01 g / cc'den daha iyidir. Sensör, hem kablolu hem de delme sırasında kütük açma (LWD) araçları için kullanılabilir.

Kağıt, sensörün ölçüm prensiplerini ve yüksek sıcaklık ve yüksek basınç yeterlilik testlerini sunmaktadır. Yeni sensörle gerçekleştirilen viskozite ve sıvı yoğunluğunun laboratuvar ölçümleri, formasyon örnekleme araçları tarafından toplanan kuyu içi sıvıları için tipik olan çeşitli kalibrasyon sıvıları için gösterilmiştir.

Kablolu ve LWD oluşum değerlendirme hizmetleri için viskozite ve yoğunluğun yerinde ölçümü için çeşitli sensörler uygulanmıştır. 2008'de Baker Hughes, RMSE ile 6 ila 0.01 g / cc aralığında sıvı yoğunluğunu ölçen bir piezoelektrik ayar çatalı [1.5] tanıttı

0.015cP'den düşük viskoziteler için ± 30 g / cc; ve 0.03cP ve 30cP arasındaki viskoziteler için RMSE ± 200 g / cc. Bu sensör için viskozite ölçüm aralığı, RMSE ± 0.2 cP veya% 30 (hangisi daha büyükse) ile 0.1 ila 10 cP ve RMSE ±% 30 ile 200 ila 20 cP arasındadır.

Bu sensör başlangıçta kablolu uygulamalar için geliştirildi, ancak 2010 yılında LWD araçları için uyarlandı. Aynı zamanda Baker Hughes, Viscoteers Inc. işbirliğiyle, son derece zorlu sondaj ortamına göre uyarlanmış, selefinin ölçüm yeteneklerini karşılayan ve aşan yeni bir sensör teknolojisi geliştirmeye başladı.

Yeni sensör, sensörün daldırıldığı sıvının yoğunluğuna ve viskozitesine bağlı olarak özelliklerini - rezonans frekansı ve sönümleme - değiştiren oldukça hassas bir burulma rezonatörüdür [3]. (İncir. 1).

Rezonatör, algılama odasının dışındaki elektrik bobinleri ile rezonatörün çatal uçlarına gömülü mıknatıslar arasındaki manyetik kuplaj ile kablosuz olarak uyarılır ve algılanır [3] (İncir. 2). Rezonatör, özellikleri yüksek sıcaklık ve yüksek ortam basıncı altında sabit kalan yüksek mukavemetli, yüksek korozyona dayanıklı ve iyi karakterize edilmiş metalden yapılmıştır. Bu konfigürasyon, basınç bariyeri boyunca elektrik bağlantısı gerektiren sensörlerde kötü bir arıza kaynağı olan yüksek basınçlı sıvı tarafına elektrik beslemelerini önler. Rezonatör tamamen metalden yapıldığından, sensör son derece sağlamdır ve kuyu içi sondaj koşullarındaki sert ortam için uygundur.

Şek 1. Genlik ve faz rezonatör tepki eğrileri, farklı sönümlemeli iki sıvıya batırılmış sensörün rezonans frekansı ile ilgilidir. Good-bread ve ark., 20013.

Rezonatör, algılama odasının dışındaki elektrik bobinleri ile rezonatörün çatal uçlarına gömülü mıknatıslar arasındaki manyetik kuplaj ile kablosuz olarak uyarılır ve algılanır [3] (İncir. 2). Rezonatör, yüksek sıcaklık ve yüksek ortam basıncı altında özellikleri sabit kalan yüksek mukavemetli, yüksek korozyona dayanıklı ve iyi karakterize edilmiş metalden yapılmıştır. Bu konfigürasyon, basınç bariyeri boyunca elektrik bağlantısı gerektiren sensörlerde kötü bir arıza kaynağı olan yüksek basınçlı sıvı tarafına elektrik beslemelerini önler. Rezonatör tamamen metalden yapıldığından, sensör son derece sağlamdır ve kuyu içi sondaj koşullarında zorlu ortamlar için uygundur.

Mekanik osilatör, sönümleme ölçümlerinin geniş bir dinamik aralığı için bir ön koşul olan yüksek bir Q faktörüne sahiptir.

Sensör tarafından ölçülen iki değer, rezonans frekansı ve sönümleme, her sensör için oluşturulan ampirik bir kalibrasyon eğrisi ile olduğu gibi wekk gibi bir matematiksel model aracılığıyla viskozite ve yoğunluk değerleri ile ilişkilendirilir. Her iki yöntem de son derece hassas ve tekrarlanabilir sonuçlar sağlar (sensör spesifikasyonuna bakın), ancak ampirik kalibrasyon yöntemi daha az hesaplama açısından pahalı olduğu ve sensör şeklindeki değişime daha az duyarlı olduğu için tercih edilen yöntemdir.

Rezonatör, ölçümün gerektirdiği gibi frekansta değişen bir AC akımı ile çalışan bobinler tarafından heyecanlandırılır. Sensörün yanıtı, bobinler üzerindeki ek sargılar tarafından algılanır. Tüm viskozite ve yoğunluk ölçümü yaklaşık 1 saniye sürer, bu da önceki teknolojilere göre önemli bir gelişmedir, çünkü pompanın aşağı çekme döneminde basınç sabitken gerçekleştirilebilir.

İncir. 2. Viskozite-Yoğunluk Sensörü ile birlikte burulma direnci konsepti. Goodbread ve ark., 20013.

Sensör (Şekil 3) sadece son derece yüksek basınca ve sıcaklığa dayanmakla kalmaz (laboratuvar 2000 bar ve 200 ° C'de test edilir), aynı zamanda 750 g'a kadar şoklar ve 30g'a kadar sürekli titreşimden etkilenmez.

İncir. 3. Viskozite-Yoğunluk sensörü modülü tasarımı

Sensör, sıvı yoğunluğunu ölçmek için rezonans frekansını izleyen ve izleyen bir faz kilitli döngü tarafından kontrol edilir. Uyarma ve sensör tepkisi arasındaki faz ilişkisini periyodik olarak değiştirerek, viskozitenin tahmin edilebileceği rezonatörün sönümlemesi, şekilde gösterildiği gibi belirlenebilir. Şek 4.

İncir. 4. Bir sıvının sönümlemesini hesaplamak için faz kaydırma yöntemi. Goodbread ve ark., 20013.

Spesifikasyonlar, üretilen sensörlerin test edilmiş özelliklerine göre doğrulanmıştır. Sensör, çeşitli moleküler ağırlıklı hidrokarbonlar, tuzlu su, yağ veya su bazlı çamur filtrat ve gazların herhangi bir kombinasyonunun numune sıvılarını ölçebilir.

Sensörün muazzam dinamik aralığı, teknik özelliklerini standart endüstriyel sıvı yoğunluğu ve viskozite ölçüm sistemleriyle karşılaştırarak takdir edilebilir.

Tablo 1. Yoğunluk Viskozite Sensörü Özellikleri

Sensör, kuyu içi boşluğun karşılaştığı akışkanların viskozitesini ve yoğunluk aralığını kapsamak için çeşitli basınçlarda ve sıcaklıklarda test edilmiştir.

Test sonuçları, gerekli sıvı aralığında ölçümün doğruluğunu ve kesinliğini doğrular. Kullanılan sıvılar:

• Litre su başına 2 mol NaCl konsantrasyonlu tuzlu su,
• N-dodekan
• Viskozite standart yağı Cannon® S-20, N-2, N- 10, N-35, N-75, S-6.

Bu sıvılar seçildi çünkü:

1. Özellikleri için doğru referans değerleri mevcuttur
2. viskozite ve yoğunluk aralıkları sensörün aralığını kapsar
3. fiziksel özellikleri, kuyu içi ile karşılaşan sıvıların temsili bir örneğini sağlar (yani su ve yağ bazı, iletken ve iletken olmayan sıvılar)

İncir. 5 Farklı sıvılar için sensörle elde edilen yoğunluk ölçüm aralığını ve doğruluğunu gösterir.

İncir. 5. Tuzlu su (2mol / l), N-dodekan, Top S-6, N-2, N-10, N-3, N-75 ve kloroformun ölçülen yoğunluğu. Kesintisiz siyah ve kırmızı çizgiler, sensör özelliklerinde belirtilen maksimum ve minimum izin değerlerini temsil eder.

İncir. 6 ve 7 teknik özelliklerin çoğunu kapsayan farklı sıvılar için sensörle elde edilen viskozite ölçüm aralığını ve doğruluğunu gösterir.

İncir. 6. Üst tuzlu su (2mol / l), N-dodekan, Top S-6, N-2, N-10, N-35 ve N-75'te ölçülen viskozite. Kesintisiz siyah ve kırmızı çizgiler, sensör teknik özelliklerinde belirtilen maksimum ve minimum izin değerlerini temsil eder.

İncir. 7. Düşük tuzlu su (2mol / l), N-dodekan, Top S-6, N-2, N-10, N-35 ve N-75'te ölçülen viskozite. Kesintisiz siyah ve kırmızı çizgiler, sensör özelliklerinde belirtilen maksimum ve minimum izin değerlerini temsil eder.

N-dodekan, yüksek basınçlara (1900 bar) ve yüksek sıcaklıklara (200 ° C) kadar doğru referans mevcudiyeti nedeniyle ayrıntılı testler için seçilmiştir.

İncir. 8 ve 9 basınçtaki değişikliklere göre viskozite ölçüm davranışını gösterir (1 ila 1500 bar). Değerler, okumaların% 5'inden daha düşük bir hata ile referans viskozitesini takip eder. Her basınç-sıcaklık koşulunda 50 ölçüm noktası alınır, (İncir. 9).

İncir. 9 mutlak hatanın (0 çizgisinden uzaklık) ve okunan değerin% 0.5'inden daha iyi olan hassasiyetin (her sıcaklık-basınç ölçümü için nokta bulutunun değişimi) grafiksel bir görüntüsünü sağlar.

İncir. 8. 50 ° C'de 1 ila 1,500 bar arasında N-dodekan viskozitesi. Caudwell ve ark., 2008 referans değerleri.

Incir 9. N-dodekan viskozitesi ile ölçülen hatalar (referans ile ilgili olarak) 50 ° C'de, 1 ile 1,500 bar arasında. Caudwell ve ark., 2008 referans değerleri.

İncir. 10 ve 11 basınçtaki değişikliklere göre yoğunluk ölçüm davranışını gösterir (1 - 1,500 bar). Ölçülen yoğunluk +/- 0.003 g / cc'den daha iyi bir doğruluk içerir.

İncir. 10. 50 ° C'de 1 ila 1,500 bar arasında N-dodekan yoğunluğu. Caudwell ve ark., 2008 referans değerleri.

İncir. 11. 50 ° C'de, 1 ile 1,500 bar arasında N-dodekan yoğunluğu ile ölçülen hatalar (referansa göre). Caudwell ve ark., 2008 referans değerleri.

Son iki grafikten hesaplanan minimum hassasiyet, okunan değerin% 0.1'inden daha iyidir.

Zorlu LWD ortamı için tasarlanan yeni yoğunluk ve viskozite sensörü, laboratuvar testleri sırasında hedef özelliklerden daha iyi performans gösterdi. Bu makalede sunulan üç sıvı için elde edilen sonuç aşağıdakileri doğrulamaktadır:

• Sensör, basınç değişiklikleri ile ölçüm sapması göstermiyor ve
• Kağıtta sunulan tüm sıvılar için sensörün hassasiyeti yoğunluk için +/- 0.001 g / cc'den ve viskozite için +/-% 1'den daha iyidir.
• Yapılan tüm testlerde sensörün yoğunluk doğruluğu 0.01 g / cc'den daha iyidir. Viskozite doğruluğu, 10 mPa.s'den daha büyük viskoziteler için okunan değerin% 1'undan daha iyi ve 0.1 mPa.s'den daha düşük viskoziteler için 1 mPa.s'den daha iyidir.
• Sensör, spesifikasyonlara göre şok ve titreşim testinden sonra ölçüm davranışında herhangi bir hasar veya değişiklik göstermez.
• Sensör, tüm sıcaklık ve basınç çevrimi sırasında ve sonrasında kararlı ölçümler üretir
• Tüm testlerden sonra sensörden sonra mekanik veya korozyon hasarı kanıtı yoktu.
• Yeni sensör, LWD ve tel hattı servislerinin zorlu ortam koşullarına dayanacak kadar sağlamdır ve viskozite ve yoğunluklara, kuyu içi oluşum değerlendirme analizi aracı için gerekli doğruluk ve hassasiyet sağlar.
• Sensör iletken (tuzlu su) veya iletken olmayan akışkanlarda iyi performans gösterir, iletken akışkanlarda test yaparken hiçbir etki belirtisi göstermez.

1. Caudwell Derek R., Trusler JP Martin, Vesovic Velisa, Wakeham William A., 2004, 200MPa'ya kadar Basınçlarda n-Dodecane ve n-Octadecane'nin Viskozitesi ve Yoğunluğu ve 473 K.'ya kadar Sıcaklık Dergisi, Uluslararası Termofizik 08 / 2004.
2. Galvan Sanchez Francisco, Baker Hughes, 2013, Sondaj Yaparken Örnekleme Kabloluların Yapamadığı Yerlere Gidiyor: Zorlu Kuyu Ortamlarında Kablolu Kalitesi Ölçümlerini Gösteren Vaka Çalışmaları, SPE-164293.
3. Goodbread Joe, Juerg Dual, Viscoteers Inc, 2013, Birleştirilmiş burulma rezonatör viskozimetresi, EP2596328 A2.
4. Kestin Joseph, Khalifa Ezzat H. ve Correia Robert J., 1981, 20-150 ° C sıcaklık aralığında ve 1-35 MPa basınç aralığında sulu NaCl çözeltilerinin Dinamik ve Kinematik Viskozitesi Tabloları, Phys. Chem. Ref. Data, Cilt no. 10, No.1 1981.
5. Lundstrum Robbi, Goodwin Antony RH, Hsu Kai, Frels Michael, Caudwell Derek R., Trusler JP Marin ve Marsh Kenneth N., 2005, İki referans sıvının viskozitesinin ve yoğunluğunun ölçülmesi, nominal viskozite T = 298 K'da ve (0.1 ve 16) K arasındaki sıcaklıklarda ve 29MPa'nın altındaki basınçlarda p = 298 MPa (393 ve 55) mPa.s, J. Chem. Müh. Veri 2005, 50, 1377-1388.
6. Rocco DiFoggio, Arnold Walkow, Paul Bergren, Baker Hughes Inc, 2007, Esnek eğimli rezonatörler kullanarak kuyu içi sıvı karakterizasyonu için yöntem ve aparat, ABD Patentleri 7,162,918 B2.
7. Rogers PSZ ve Pitzer Kenneth S., 1982, Sodyum Klorür çözeltilerinin sulu ölçüm özellikleri, J. Phys. Chem. Ref. Data, Cilt no. 11, No.1 1982.

Enerji endüstrisi için çözümlerimiz hakkında daha fazla bilgi edinmek için lütfen çözümler sayfasını ziyaret edin.