Micro Sonde Well Logging System

I forskningsprosjektet «Micro Sonde Well Logging System» har forskere i IRIS og SINTEF som mål å fremskaffe data fra en oljebrønn på en helt annen måte enn det gjøres i dag. Ideen går ut på å plassere mikrosensorer i en brønn og deretter hente dem ut på overflaten. Siden mikrosensorene har vært overalt i brønnen og gjort målinger av blant annet trykk, temperatur og fluidegenskaper, vil man få et meget godt bilde av brønnforholdene når man setter sammen de innhentede mikrosensordataene. Metoden vil kunne brukes både under brønnkonstruksjon og i produksjonsfasen og vil gi gevinst både i form av billigere datainnsamling og forbedret beslutningsgrunnlag for brønnvedlikehold og produksjonsoptimalisering. For produksjonsbrønner blir et magasin bragt til bunnen av brønnen. Sondene vil deretter løses ut fra magasinet basert på forhåndsdefinerte nedihullsforhold og/eller spesifiserte tidsintervall. For boreoperasjoner blir magasinet integrert som en del av bottom hole assembly. Boreapplikasjoner inkluderer monitorering av operasjonelle utfordringer som hullrensning, hullstabilitet og tapssoner. Sondene er konstruert av materialer med lav tetthet slik at sondenes effektive tetthet blir tilnærmet lik brønnvæskens tetthet. I prosjektets første fase ble applikasjoner og designkriteria for et loggesystem basert på mikrosonder undersøkt for boreoperasjoner og produksjonsbrønner. Systemets overordnede funksjon har blitt studert for relevante operasjonsmiljø, med spesielt fokus på anvendelser under boreoperasjoner. Studier av mikrosondens bevegelser i en væskestrøm har blitt utført både med analytiske modeller og modelleringsverktøy for CFD. Det har blitt laget et konseptuelt design av et oppbevarings- og utløsningssystem med høy oppbevaringskapasitet. En mikrosonde har blitt modellert med tilhørende sensorer, elektronikk, energilagring og trådløs kommunikasjon som plasseres inne i en 8mm diameter og 16mm lang kapsel. Forskjellige materialer for innkapsling har blitt evaluert under kriteriene styrke og vekt, og som kan tåle operasjonsmiljøets påkjenninger i form av trykk, temperatur, sjokk og slitestyrke. Arbeidet som ble utført i prosjektets andre fase, inkluderer fysiske eksperiment, modellering av strømningsmønster og konstruksjon av en mikrosonde-demonstrator. Strømningssløyfer ble konstruert med vertikale og horisontale konfigurasjoner for å undersøke bevegelsen av mikrosonden under boring. En sammenligning med CFD-simuleringer indikerer at mikrosonden vil bli transportert på en strømlinjeformet måte. Når mikrosonden strømmer forbi og krysser borerørskoblinger, den resulterende økning i hastighet skal være tilstrekkelig til å detekteres av det interne akselerometeret. Detaljert design og konstruksjon av en mikrosonde prototype benyttet nyeste teknologi for å miniatyrisere det så mye som mulig. Prototypen inneholdt bevegelsessensorer (3-akset akselerometer, gyro og magnetometer) og en høyoppløselig temperatursensor. En mikrokontroller med trådløst grensesnitt (Bluetooth) i kombinasjon med en miniatyr-antenne gjorde det mulig for trådløs kommunikasjon for å laste ned data. Ett miniatyr oppladbart li-ion batteri ble brukt til å forsyne enheten. Dette prosjektet demonstrerte muligheten for å bygge en mikrosensor for oppmåling av bore- og produksjonsapplikasjoner.

Along-well measurements acquired while drilling can provide important information about well conditions such as the presence of cuttings beds, washed out zones and gain/loss zones and thereby avoid costly problems occurring. The results from this project have demonstrated the viability of constructing a miniaturized sensor (µSonde) for obtaining along-well measurements of temperature, accelerations and pressure while drilling. It is planned that the knowledge and technology developed in this project will provide the basis for initiating an industrial project to continue the work towards a fully qualified µSonde product capable of measuring well parameters at a low cost for the end user.

The underlying idea of the µSonde project is to develop a downhole well data logging system that uses miniature sensors which are transported in the fluid, flowing inside the well and record key downhole parameters along the wellbore. The small size of the sondes allows them to pass restrictions without obstructing the flow path. Each sonde is activated only when launched and thereafter records sensor measurements to a memory. At surface they are caught in a catcher installed at a suitable point. The catcher uses wireless communication to read the sonde identity and the data it has recorded which is then transferred to the end user for analysis. Downhole well measurements are critical information required to optimize the construction of wells and enable proper management of wells and reservoirs such that oil recovery is maximized. The µSonde well logging system is also an extremely cost effective method of gathering high quality data from production wells as no well intervention vessels, rigs or personnel are required. The µSonde design needs to address a complex combination of technical, operational and commercial constraints. The first project phase will develop conceptual designs for the µSonde system, modules and sensor based on a functional specification developed through a well and production systems study. The goal of phase two is to investigate in detail the technology challenges that must be solved in order to develop a prototype µSonde system and demonstrate the feasibility. The project work will be executed by a team comprised of members from IRIS Energy and Sintef IKT that represent the multi-discipline knowledge scope required to execute this proof of concept project. A technical advisory group will be established with one or more Oil Companies. The µSonde technology can reduce operating costs, increase oil recovery and thereby increase taxes for the state and revenues and profits for the oil industry.