Потенціал квантових датчиків у інструментах для локації свердловини наступного покоління

Промізація квантового Sensing для оцінювання субсерфоса

На нафтогазовій промисловості довго спирається на електромагнітні, ядерні, акустичні вимірювання для оцінки поверхневих утворень. Ці звичайні добре заготовлені інструменти, при цьому ефективні, мають фундаментальні фізичні межі, особливо в низькій пористості, підвищеної каліності або складних літологічних середовищах. Квантові датчики, які використовують квантові механічні явища, такі як суперпозиція і перешкода, обіцяють покрокову зміну чутливості і роздільної здатності, які можуть розблокувати нові дані з глибоких, щільного і нетрадиційних водойм.

На відміну від класичних датчиків, які вимірюють електричні струми, напруги, або оптичні сигнали, квантові датчики зондують взаємодію квантової системи (наприклад, анатомічний хребт, надпровідна петля або алмазний дефект) і зовнішнього поля. Це дозволяє їм виявити зміни магнітних полів, градієнтів тяжіння, температури і тиску з акуратами, які можуть перевищити класичні межі за допомогою замовлень величини. У добре загиблих даних, де кожен міліметр формування може означати різницю між сухою отворою і виробництвом добре, така точність є нездатною.

Ключові квантові сенсаційні характеристики

Для розгортання свердловини введено кілька квантових сенсорних платформ:

Кожна платформа має торгово-офісні розміри, експлуатаційна температура, вібраційна толерантність, і споживання електроенергії —фактори, які диктують, які можуть бути інтегровані в автономний інструмент для заправки або свердло-зварний комір.

Переваги над класичними датчиками відведення свердловин

Початкова перевага квантових датчиків — це співвідношення сигналу. Класичні датчики обмежені шумом Джонсона-Нікіста, ударним шумом, термічним дрейфом. Квантові датчики, коли працюють в стандартному квантовому ліміті, можуть середній сигнал з часом, щоб зменшити шум більш ефективно. Інструменти, такі як NV-діамондні магнітометри можуть бути використані безперервно при температурі вище 200 ° C, що охоплює більшість виробничих свердловин.

Відповідність даних в режимі реального часу при бурінні є ще однією перевагою. Наприклад, квантово-знімний магнітний датчик резонансу може визначитися з насиченістю вуглеводнів, коли біт все ще ріжучий, що дозволяє операторам добре тримати в найбільш продуктивних зонах без виїзних заходів для окремих загартовок. Це зменшує час буріння, пошкодження утворення та екологічну стеку.

Екологічно-економічні наслідки

Більш точний делінація зони оплати через квантовий загін може зменшити кількість необхідних андрайсальних свердловин, вирізати витрати на розвідки та порушення поверхні. У зрілих полях часові лямки, що використовують атом-фферометри, можуть контролювати зміщення рідини, допомагаючи оптимізувати водозгорання або введення CO2 з мінімальним втручанням. Ці переваги вирівнюються з шинами галузі для нижніх вуглецевих операцій та ефективного видобутку ресурсів.

Специфіка застосування в свердловині

Магнітні резонансні локації

Зареєструватися NMR є стандартною технікою для вимірювання пористості, розподілу розмірів пори та рідких наборів. Однак звичайні інструменти NMR використовують постійні магніти, які виробляють статичний потоковий градієнт, обмежуючи обсяг допиту та вимагають значних повноважень. Квантові датчики можуть включати нульовий поліс або наднизький полі NMR, де статичне поле є поле Землі або нижчим. Це дозволяє більш глибоке проникнення та зменшує складність інструменту. Дослідники Натура наукових звітів показали NV-diamond NMR виявлення в зразках рідини на субмілметровому роздільному дозволі, що пропонує шлях до зниження хімічного хімічного хімічного холе.

Гравітність і Гравітність Градіометрія

Випробування гравітації використовуються протягом десятиліть для інферних структурних пасток і соляних куполів. Атом інтерферометри тепер забезпечують гравітні вимірювання чутливістю 1 Eötvös або краще, що дозволяє виявити тонкі аномалії щільності, викликані газовими ковпаками, нафтоводними контактами або зламними мережами. Останні польові тести SPE (OnePetro) показали, що квантова гравітація gradiometer може відрізняти між брунькою і маслом в лабораторній моделі, а технологія адвокує прототипу для розгортання дротової лінії.

Магнетотелурика

Магнетотелуричний (МТ) звукозапис використовує природні електромагнітні поля для структури резисторів карт. МТ-ресивери SQUID на основі МТ були використані протягом декількох років, але нові атомічні магнітометри чіпа можуть знизити вартість та розмір МТ для МК-масштабного зображення. Похилий квантові магнітометри також покращать дозвіл керованого джерела EM-логінгу, особливо в провідних формах, де звичайні антени спіралів втрачають сигнал.

Температура і тиск

Квантові датчики температури на основі НВ-центрів або СС (концентрів карбіду кремнію) можуть вимірювати температуру з точністю мілікеліну, навіть при високих тисках. При розгортанні в DTS (розподільних температурних втрат) масивів, вони можуть вирішувати внески виробничої зони в багатосторонніх свердловинах. Датчики тиску на основі оптично накачуються атомні клітини також розроблені для постійних датчиків, що пропонують безшовні вимірювання протягом багатьох років.

Виклики для широкого запізнення

Вартість та складність

Квантові датчики залишаються дорогою для виробництва. НВ-діамонні датчики вимагають високоякісного синтетичного діаманту з вбудованими концентраціями дефектів. Атомні магнітометри потребують мініатюрних пароцитів і лазерних систем, які повинні вижити 175 ° С і 20 000 ударних навантажень. Вивчіть криву для виготовлення цих інструментів на шкалі круто.

Виброгасіння та шум

Під час буріння бічні коливання та липкі-сліпі можуть виробляти прискорення, що перевищує 10 г. Квантові датчики на основі атомів міжферометрії або Рамсейної інтерферометрії особливо чутливі до вібрації. Дослідники досліджують гібридні системи, які пара класичних акселерометрів з квантовими для відрахування вібрації шуму, але це додає вартість та складність. Публікації Фізіальний огляд Прикладний докладні системи контролю зворотного зв'язку, які можуть стабілізувати атом інтерферометри під помірною ві коливання— ключовий крок до розгортання поля.

Кріогенні вимоги

SQUIDs вимагає охолодження рідкого гелю. Хоча кріости можуть бути мініатуровані, вони додають значну вагу і вимагають періодичного заправки, що є непрактичною для тривалих дротових проходів або LWD. Натискання на високотемпературні надпровідники і кріогенові безпрозорі імпульсні охолоджувачі є перспективними, але ці системи ще не довели надійного в поломних середовищах. НВ центри, на відміну, діють при кімнатній температурі і вище, дають їм міцну перевагу.

Інтеграція даних

Дані квантових колод необхідно поєднувати з звичайними гаммами-рейдерами, резиденціями та нейтронними колодами для побудови послідовних моделей петрофізики. Галузева не має стандартних робочих процесів для обробки квантових вимірювань. Для створення нових алгоритмів інверсії та програмного забезпечення для петрофізичної інтерпретації необхідно розробити, ймовірно, у партнерстві з сервісними компаніями.

Дослідження та розробка траєкторії

Кілька проектів, які знаходяться у всьому світі. У США відділ енергії за фінансової підтримки проекту (Quantum Unconventional Asset Technology Розуміння та вимірювання), яка фокусується на NV-діамондському NMR-логі. У Європі Quantum Flagship включає зусилля для розгортання атомних датчиків для геотермального та вуглеводневого дослідження. Основні постачальники послуг, такі як Schlumberger (нині SLB) і Baker Hughes, подані патенти на похилу квантових конструкцій датчиків.

Терміни для комерційного розгортання оцінюються на п'ять-десяти років для нішевих додатків (наприклад, високорозчинний райдер ваги в соляних провінціях) і десять-п'ятнадцять років для широкого загоєння по заправках. Як виробництво ваг і коливань ізоляції зрілих, вартість за датчик очікується, щоб падіння за наказом величини, схожим на траєкторію волоконно-оптичних гіроскопів.

Висновок

Квантові датчики не є далекою фантазією, тобто знаходяться поблизу польової придатності для конкретного добре завантажувальних додатків. Їх відмінна чутливість до магнітних полів, гравітаційних та температур дозволить операторам бачити дрібні деталі підсерфінгу, зменшити невизначеність буріння та зниження впливу навколишнього середовища. Під час викликів у вартості, занурення та інтеграції залишаються, темп розвитку як в академії, так і промисловості, що квантово-знімаються інструменти для загартування стануть стандартом, що пропонує в наступному десятиріччі. Для компаній, які готові інвестувати рано, нагороди в галузі знань та оперативної ефективності можуть бути суттєвими.