用于分析油气开采井中的成分的设备及方法技术

提供了一种用于分析油气开采井（20）原位的混合相介质（14）的成分的设备（12）及方法。混合相介质（14）包括气体、水和油。设备包括多个光学传感器探头（26），其生成代表由相应光学传感器探头（26）测试的混合相介质（14）的成分的相应特征输出（86）。多个光学传感器探头（26）中的各个包括光学回路（42），以用于生成具有在三角形路径上穿过多面反射器（56）时同时照射混合相介质（14）的一个以上的可选波长（46）的光的引导入射光（48），且用于经由多面反射器（56）从混合相介质（14）接收收集光（54）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于分析油气开采井中的成分的设备及方法
本专利技术大体上涉及油气开采井，且更具体地涉及控制和计划从油气开采井开采所需的用于存在于油气开采井中的混合相介质中的组分的区分检测的设备及方法。
技术介绍
为了油气开采设备而钻取的任何井孔中存在的混合相介质可能具有存在于井孔的不同深度处的不同组分的混合，包括油、水、气体和其它烃。这些井可具有15000米和更大的深度。在这些深度处，温度和压力很高，且存在对于材料和人员介入很恶劣的环境条件，为了开采计划的目的，可能需要此材料和人员介入来确定储层的混合相介质中的组分混合是什么。例如，井中的压力可能超过一万五千到两万（15000-20000）磅每平方英寸，且温度可能超过一百八十（180）摄氏度。通常，测试工具（通常称为地层测试工具或井孔测试工具或开采测井工具）用于进行不同的测试来评估油气开采井评估所需的不同参数，包括混合相介质的测试。这些工具中的许多悬置于井孔中，且从井孔获得流体样本，且对收集的样本进行光谱分析，以确定流体样本中的组分，且预测井的性能。在一些情况下，将流体样本带至地面测试单元，或备选地，进入工具中的室，在该处进行进一步的分析。这些工具和相关联的方法存在固有的缺点，即收集的样本通常由钻孔流体和钻取井孔的过程期间出现的其它污染物污染。从高压和高温的原始环境进一步除去样本通常改变存储在室或地面测试单元中的样本的性质，且因此来自此类测试工具和方法的结果不代表储层的组分的准确评估。更进一步，由于井中的混合相介质从井周围的地层流入，故其通常在移动流中，且因此样本的移除不会给出混合相介质的当前成分，且源自此测试的任何开采计划决定将不会准确地响应于混合相介质的当前成分。因此，这可导致油气井的次优性能。为了克服此问题，创造了一些工具和技术来原位测量混合相介质。例如，在一种技术中，使用了一种工具，其允许可见和近红外（IR）区域中的光传输穿过直接地在井中的流体样本。工具本体中存在的光谱仪测量来自流体样本的传输光和背散射光的光谱，且知道入射光、透射和背散射光的光谱，就确定样本的吸收光谱。然后，使用水、气体、原油和精炼油和钻井流体的吸收光谱，执行基于已知分析计算方法的最小二乘方分析，其将观察到的光谱建模为其组分的光谱的加权和，最小二乘方分析根据各种组分的权重给出流体的成分。也称为传输吸收技术或传输技术的上述技术需要通过进行可检测的测量所需的样本的大路径长度，通常是5mm或更大。这导致仪器的复杂性，且即使在此传输长度下，信号水平较低，且谐波和组合的光谱分析复杂。另一个重要事实在于，在井孔中，颗粒物质、微观颗粒或气泡的存在导致散射。这种散射极大地增大光学密度，且降低检测样本的光谱特征的能力。使用的一些其它工具和方法使用漫反射和镜面反射方法以用于井孔中的样本的近红外分析。漫反射测量需要大立体角数据收集，具有相对大的照射面积以平均样本不均匀性。因此，漫反射不适合于在储层流体监测特有的低流速下测量小样本。例如，现有方法之一描述了检测包括井孔内的油、水、气体或颗粒的流动流中的气体的存在。该设备包括用于容纳流体的流动管线，以及用于朝流动管线中的流体发射光的光源。棱镜将光从光源传输至流体，且与流动管线形成界面。该界面从光源反射光，且检测器阵列检测光。发生光的全反射的入射角提供与棱镜表面接触的流体的折射率的量度。当气体和液体的折射率大致不同时，可测量流体中的气体量。光谱反射方法有效识别多相流体的成分中的气相，但对于识别水相和油相不是特别有用。此外，即使对于气相的检测，也存在不准确的可能性，因为在足够高的压力下，气相的折射率接近液态烃的折射率，且光谱反射方法不可用于确定高压下的甲烷浓度。用于原位测试的其它提出的工具和技术中的一些基于衰减全反射（ATR），其从混合相介质收集反射的渐逝波，且分析其来确定携带的特征是否是气体（具体是甲烷）或液体（即，仅单相或两相区分）的特征。ART方法利用了以下事实：当光在较高折射率的第一介质与较低折射率的第二介质之间的界面处入射时，存在临界角，超过该临界角，光的全反射在第一介质内发生。然而，即使超过临界角，渐逝波也传播入第二介质，其具有由以下给出的进入第二介质的特征渗透深度dp：其中n21=n2/n1，第二介质和第一介质的折射率之比，且λ是真空中的辐射的波长，且角θ超过临界角。由该渐逝波携带的能量自身表现为反射波能量减小，是可测量的量。因此，ATR方法的有效功能类似于具有由de=0.5（ds+dp）给出的传输长度de的传输单元的等效，其中ds由以下给出：其中ds是垂直于入射平面偏振的光的有效厚度，且dp由以下给出：其中dp是入射平面中偏振的光的有效厚度。一些计算将示出有效厚度是光的波长的量级。现有技术的工具之一描述了一种光学探头，其携带内部反射晶体，且与储层中的流体接触。声光可调滤波器（AOTF）从宽带光源传输单波长的光，其由光纤传送至内部反射晶体，在该处，其在与流体接触的晶体面处经历全反射。渐逝波以与流体中的光吸收相关的渗透深度传播入流体中。反射光携带关于由流体的化学成分确定的该吸收的信息。返回光纤将反射光传送回光谱仪。处理器通过将反射光中的能量与入射光中的能量相比较来确定单色光波长下的吸收。通过在许多不同波长下重复该过程，确定了流体的吸收光谱。使用可能在流体中发生的组分的已知吸收光谱对该吸收光谱进行主成分分析或最小二乘分析，得到关于这些组分的流体成分。在现有技术的一些实施例中，类似于上文所述的一个，由蓝宝石制成的棱镜用作反射器来实现全内反射，且渐逝波从暴露于储层流体的棱镜的尖端收集到。然而，由于如上所述蓝宝石和混合相介质的折射率非常接近，所以在这种反射器结构中，渐逝波（开始时的能量信号非常低）将非常弱，并且可能全部光在混合相介质主要是油时在混合相介质中折射。因此，此方法可能无法可靠地准确确定混合相介质的所有相。因此，目前的工具和技术由于渐逝波具有低能量而经历低信号检测，且以全内反射信号的其检测带来了如上文所述的挑战。此外，这些类型的原位工具需要精确的仪器，以便在地球地面内相当深的地方发光，并将反射的信号带回来进行分析。这些要求对于从油气开采井中存在的混合相介质获得直接测量提出了进一步的挑战。
技术实现思路
一方面，提供了一种用于在油气开采井（20）的测试地点（18）处分析储层（16）中存在的混合相介质（14）的成分的设备（12）。混合相介质（14）包括气体、水和油。该设备包括悬置在线缆（24）的一端处的多个光学传感器探头（26），且各个光学传感器探头（26）生成代表由相应的光学传感器探头（26）测试的混合相介质（14）的成分的特征输出（86）。地面处理和显示单元（28）连接在线缆（24）的另一端处，以用于从多个光学传感器探头（26）中的各个接收特征输出（86）。多个光学传感器探头（26）中的各个包括光学回路（42），以用于生成具有同时照射混合相介质（14）的一个以上的可选波长（46）的光的引导入射光（48），且用于从混合相介质（14）接收收集光（54）。一个以上的可选波长（46）至少包括大致由油吸收且大致由气体和水反射的第一可选波长，以及大致由水吸收且大致由气体和油反射的第二可选波长。多面反射器（56）设在光学传感器探头（26）中，且在测试地点（18）处与混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种用于在油气开采井（20）的测试地点（18）处分析存在于储层（16）中的混合相介质（14）的成分的设备（12），其中所述混合相介质（14）包括气体、水和油，以及其中线缆（24）悬置以接近所述测试地点（18），所述设备包括：悬置在所述线缆（24）的一端处的多个光学传感器探头（26），其中各个光学传感器探头（26）生成代表由所述相应光学传感器探头（26）测试的混合相介质（14）的成分的特征输出（86）；以及连接在所述线缆（24）的另一端处来用于从所述多个光学传感器探头（26）中的各个接收所述特征输出（86）的地面处理和显示单元（28），其中所述特征输出（86）用于控制所述油气开采井的开采；其中所述多个光学传感器探头（26）中的各个包括：光学回路（42），其用于生成包括同时地照射所述混合相介质（14）的一个以上的可选波长（46）的光的引导入射光（48），且用于从所述混合相介质（14）接收收集光（54），在所述测试地点（18）处与所述混合相介质（14）接触的多面反射器（56），以用于接收所述引导入射光（48），所述引导入射光（48）在所述多面反射器（56）中的三角形路径（50）上行进且在多个相互作用点（66）处照射所述混合相介质（14），且在所述多个相互作用点（66）处从所述混合相介质（14）作为所述收集光（54）返回，以及耦合至所述光学回路（42）和所述多面反射器（56）的光纤（52），其中所述光纤（52）从所述光学回路（42）接收所述引导入射光（48），将所述引导入射光（48）传输至所述多面反射器（56），从所述多面反射器（56）接收所述收集光（54）且将所述收集光（54）传输至所述光学回路（42），其中所述光纤（52）的主轴（60）与所述多面反射器（56）的中心轴线（58）大致对准，其中所述光学回路（42）将所述收集光（54）转换成相应电信号且处理所述相应电信号来生成代表所述测试地点（18）处的所述混合相介质（14）的成分的所述特征输出（86），以及其中所述一个以上的可选波长（46）至少包括大致由油吸收且大致由气体和水反射的第一可选波长，以及大致由水吸收且大致由气体和油反射的第二可选波长。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.29 IN 2016410223861.一种用于在油气开采井（20）的测试地点（18）处分析存在于储层（16）中的混合相介质（14）的成分的设备（12），其中所述混合相介质（14）包括气体、水和油，以及其中线缆（24）悬置以接近所述测试地点（18），所述设备包括：悬置在所述线缆（24）的一端处的多个光学传感器探头（26），其中各个光学传感器探头（26）生成代表由所述相应光学传感器探头（26）测试的混合相介质（14）的成分的特征输出（86）；以及连接在所述线缆（24）的另一端处来用于从所述多个光学传感器探头（26）中的各个接收所述特征输出（86）的地面处理和显示单元（28），其中所述特征输出（86）用于控制所述油气开采井的开采；其中所述多个光学传感器探头（26）中的各个包括：光学回路（42），其用于生成包括同时地照射所述混合相介质（14）的一个以上的可选波长（46）的光的引导入射光（48），且用于从所述混合相介质（14）接收收集光（54），在所述测试地点（18）处与所述混合相介质（14）接触的多面反射器（56），以用于接收所述引导入射光（48），所述引导入射光（48）在所述多面反射器（56）中的三角形路径（50）上行进且在多个相互作用点（66）处照射所述混合相介质（14），且在所述多个相互作用点（66）处从所述混合相介质（14）作为所述收集光（54）返回，以及耦合至所述光学回路（42）和所述多面反射器（56）的光纤（52），其中所述光纤（52）从所述光学回路（42）接收所述引导入射光（48），将所述引导入射光（48）传输至所述多面反射器（56），从所述多面反射器（56）接收所述收集光（54）且将所述收集光（54）传输至所述光学回路（42），其中所述光纤（52）的主轴（60）与所述多面反射器（56）的中心轴线（58）大致对准，其中所述光学回路（42）将所述收集光（54）转换成相应电信号且处理所述相应电信号来生成代表所述测试地点（18）处的所述混合相介质（14）的成分的所述特征输出（86），以及其中所述一个以上的可选波长（46）至少包括大致由油吸收且大致由气体和水反射的第一可选波长，以及大致由水吸收且大致由气体和油反射的第二可选波长。2.根据权利要求1所述的设备（12），其中，所述光学回路（42）包括用于生成所述一个以上的可选波长的光作为入射光（48）的光源（72）。3.根据权利要求2所述的设备（12），其中，所述光源（72）是相干源或非相干源中的至少一者。4.根据权利要求2所述的设备（12），其中，所述光学回路（42）包括用于调制所述光源（72）处的所述一个以上的可选波长的光的调制器（76）。5.根据权利要求1所述的设备（12），其中，所述光学回路（42）包括补偿所述光纤（52）的数值孔径与所述多面反射器（56）的数值孔径的差异的光学耦合器（70）。6.根据权利要求1所述的设备（12），其中，所述光学回路（42）包括：检测器（78），其用于从所述光纤（52）接收所述收集光（54），以及用于生成代表所述收集光（54）中存在的波长的检测器输出（82）；以及处理器（84），其用于处理所述检测器输出（82）和用于生成指示所述混合相介质（14）中的气体、水和油中的各个的存在或不存在或存在百分比的特征输出（86）。7.根据权利要求1所述的设备（12），其中，所述多面反射器（56）包括：具有顶端（92）、底端（94）的圆筒（90）；以及至少从所述圆筒（90）的顶端（92）突出的帽（96），其中所述帽（96）具有在公共点（104）处汇合且离所述圆筒（90）的顶端（92）在预定距离（106）处的三个或更多个不相似的面（98、100、102）。8.根据权利要求7所述的设备（12），其中，所述公共点（104）位于所述圆筒（90）的中心轴线（58）上。9.根据权利要求7所述的设备（12），其中，所述公共点（104）与所述圆筒（90）的中心轴线（58）偏心。10.根据权利要求7所述的设备（12），其中，所述帽（96）包括具有第一层和第二层的分层结构，其中多个第一面（98、100）布置为所述第一层，以及至少一个第二面（102）布置为第二层，其中所述第一层定位在所述第二层下方，以及其中第一层中的所述第一面（98、100）中的至少一者相对于所述第二层中的所述第二面（102）成角地定位。11.一种用于在用于油气开采井（20）的储层（16）的测试地点（18）处原位分析混合相介质（14）的成分的光学传感器探头（26），所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：S梅蒂，N卡乌里塞图马哈文，S高希，M穆赫吉，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US