井下流体光谱分析的方法和设备技术

一种井下使用的流体分析系统，其包括输入光信号，该输入光信号照射透过容纳在样品池(184)中的流体样品。输入光信号可源自多个光源(180)。然后将来自样品池的输出光信号输送至一个或多个分光计(186)，以测量输出光信号中代表性波长。然后比较分光计的输出和井下常见烃类的已知值。从而了解流体样品的组成。另外，可将光源发出的光直接输送至一个或多个用于对井下高温和噪声环境中的系统进行校准的分光计。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及为勘探和开发产烃井例如油井或气井，评价和测试地下岩层时，于井下采用分光计构造进行流体分析的方法和设备。更具体地，本专利技术涉及具有第一分光计和第二分光计的流体分析模块，所述第一分光计用于确定井下流体的组成，所述第二分光计用于校准。
技术介绍
为了评价井眼周围地层的性质，通常期望获取和分析井眼中多个特定位置处的地层流体样品。多年来，已开发出各种工具和工艺以促进这种地层流体评价方法。所述工具的实例可见授予 Schlumberger Technology Corporation ( “Schlumberger”)的美国专利6476384(第‘384号专利)。在此引入第‘384号专利的全部内容作为参考。如第‘384号专利所述，Schlumberger的重复式地层测试器(Repeat FormationTester) (RFT)和模块化地层动态测试器(Modular Formation Dynamics Tester) (MDT)工具是取样工具的具体实例。特别地，MDT工具包括对其获取的流体样品进行分析的流体分析模块。多年来，已开发出结合取样工具使用的各种流体分析模块，例如MDT工具，以判定和表征取样工具抽取的地层流体样品。例如,Schlumberger的美国专利4994671 (同样在此引入作为参考)描述了一种示范性流体分析模块，其包括测试室、光源、光谱检测器、数据库和处理器。如下分析通过流体输入装置从地层抽取到测试室中的流体:用光照射流体，检测透射光和/或背散射光的光谱，以及处理信息(根据数据库中有关不同光谱的信息)以表征地层流体。Schlumberger的美国专利5167149和5201220 (在此引入两者作为参考)也描述了使光以某些特定的角度从窗口/液流界面反射以确定液流中气体的存在。另外，如美国专利5331156所述，通过在某些预定的能量下对液流进行光密度(OD)测量，可量化两相液流的油分率和水分率。随着测量和表征地层流体的技术愈加先进，对更精确且可扩展的地层流体分析工具的需求日益增加。现有的光学流体分析工具通常采用单个光源照射样品池以及单个分光计对光进行采集和分析。在典型实施方案中，采用最多提供约20条通道的滤光片阵列(FA)分光计。这些工具在可能影响分光计信噪比的井下不利条件中使用。此外，井下尺寸约束通常限制所采用的任何工具必须适合很小的空间。现有的方法尽管十分有效但也表现出某些局限性。尽管可采用单个FA分光计的测量结果，但期望可在井下同时使用多个不同类型分光计的系统对流体进行分析。由此将减轻对多个独立模块的需求，单个光源可向一组不同的分光计提供信息，从而增加了可用通道的数量和整个系统的专一性。井下不利条件还使得需要校准分光计系统如现有的分光计系统。从而要求使至少两束光即一束参比信号和一束测量信号射向分光计。从而要求光信号的区分，如涉及井下分光计实时校准的共同未决美国专利申请N0.11/273893中所披露的，可通过使用遮光器实现光信号的区分。然而，遮光器需要电机，从而明显增大了井下工具的尺寸。
技术实现思路
由于上述背景和井下流体分析领域已知的其它因素，本申请人认识到需要用于宽谱光学分析的设备和方法，同时提供所关注范围内的详细光谱分析。因而，本申请人认识至IJ，在井下环境中的某些条件下，期望和/或需要分设两个或更多个分光计，这些分光计独立地用于流体的光谱测量和一个或多个测量分光计的校准。本专利技术的一个方面包括采用一个或多个分光计进行井下流体分析的方法和设备。在本专利技术的一种实施方案中，提供输入光的一个或多个光源对准包含流体的样品池。由第一分光计测量来自样品池的光输出用于流体分析。另外，将来自一个或多个光源的输入光直接输送至第二分光计，以提供用于校准的参比测量结果。可使用两个或更多个不同类型的分光计，包括但不限于滤光片阵列分光计和光栅分光计。在一种实施方案中，第一和第二分光计可包括多个分光计并且分光计的数量和类型相同。本专利技术的其它优势和新特征将在随后的说明中阐述或者本领域技术人员可通过阅读本申请材料或实施本专利技术而获知。本专利技术的优势可通过所附权利要求列举的方式实现。本专利技术包括:项1.一种流体分析系统，用于在穿越地层的井中进行井下操作，该系统包括:至少一个产生输入光的光源；容纳流体样品的样品池，该样品池可操作地连接在所述至少一个光源上的样品池，该样品池还包括:至少一个输入窗口，其允许所述输入光射入样品池并透过所述流体样品以产生输出光；至少一个输出窗口，其允许所述输出光从所述样品池射出；至少一个第一分光计，其可操作地连接在样品池的输出窗口上，并用于测量所述输出光和产生多个测量信号；分析装置，其可操作地连接在所述第一分光计的输出上，并用于接收所述多个测量信号和确定所述流体样品的性质；至少一个第二分光计，其可操作地连接在所述至少一个光源上，并用于测量所述输入光和产生多个参比信号；校准装置，其可操作地连接在所述第二分光计的输出上，并用于接收所述多个参比信号和校准所述第一分光计及其它电子设备。项2.根据项I所述的用于井下操作的流体分析系统，其中所述第一分光计包括第一组两个或更多个分光计，以及所述第二分光计包括第二组两个或更多个分光计，所述第二组分光计的分光计数量和类型与所述第一组分光计相同。项3.根据项I所述的用于井下操作的流体分析系统，还包括多个光源，其中所述多个光源产生宽光谱范围的光。项4.根据项I所述的用于井下操作的流体分析系统，还包括下述中的至少一种:置于所述至少一个光源和所述样品池之间的第一光采集器；置于所述样品池和所述第一分光计之间的第二光采集器；及置于所述至少一个光源和所述第二分光计之间的第三光采集器。项5.根据项4所述的用于井下操作的流体分析系统，其中所述第一、第二和第三光采集器还包括路由器，用于将光选择性地输送至特定输入窗口、特定分光计中的至少一个和/或以特定的时间输送。项6.根据项I所述的用于井下操作的流体分析系统，其中所述第一分光计包括滤光片阵列分光计。项7.根据项I所述的用于井下操作的流体分析系统，其中所述第一分光计包括光栅分光计。项8.根据项I所述的用于井下操作的流体分析系统，其中所述第一分光计包括至少一个滤光片阵列分光计和至少一个光栅分光计。项9.根据项I所述的用于井下操作的流体分析系统，其中所述第二分光计包括一个或多个分光计并且与所述第一分光计在分光计的数量和类型上相同。项10.根据项I所述的用于井下操作的流体分析系统，其中所述至少一个光源包括卤素灯。项11.根据项I所述的用于井下操作的流体分析系统，其中所述至少一个光源包括发光二极管(LED)。项12.根据项I所述的用于井下操作的流体分析系统，其中所述至少一个光源包括激光。项13.—种井下流体分析方法，包括:利用至少一个光源提供输入光；将流体样品引入样品池；将所述输入光引向所述样品池的输入窗口，所述光穿过所述流体样品，并产生穿过所述样品池的输出窗口的输出光；用第一分光计接收所述输出光；所述第一分光计基于所述输出光产生多个测量信号；分析所述多个测量信号，以确定所述流体样品的性质；用第二分光计接收所述输入光；所述第二分光计产生多个参比信号；以及利用所述多个参比信号，校准所述第一分光计及其它电子设备。项14.根据项13所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种流体分析系统，用于在穿越地层的井中进行井下操作，该系统包括：至少一个产生输入光的光源，所述输入光覆盖波长为500?2000nm的光谱范围；容纳流体样品的样品池，该样品池可操作地连接在所述至少一个光源上，该样品池还包括：至少一个输入窗口，其允许所述输入光射入样品池并透过所述流体样品以产生输出光；和至少一个输出窗口，其允许所述输出光从所述样品池射出；至少一个第一分光计，其可操作地连接在样品池的输出窗口上，并用于测量所述输出光和产生多个测量信号；分析装置，其可操作地连接在所述第一分光计的输出上，并用于接收所述多个测量信号和确定所述流体样品的性质；至少一个第二分光计，其可操作地连接在所述至少一个光源上，并用于测量直接来自所述至少一个光源的所述输入光和产生多个参比信号；和校准装置，其可操作地连接在所述第二分光计的输出上，并用于接收所述多个参比信号和校准所述第一分光计及其它电子设备。

【技术特征摘要】
2006.01.26 US 11/307,1711.一种流体分析系统，用于在穿越地层的井中进行井下操作，该系统包括: 至少一个产生输入光的光源，所述输入光覆盖波长为500-2000nm的光谱范围； 容纳流体样品的样品池，该样品池可操作地连接在所述至少一个光源上，该样品池还包括:至少一个输入窗口，其允许所述输入光射入样品池并透过所述流体样品以产生输出光；和至少一个输出窗口，其允许所述输出光从所述样品池射出； 至少一个第一分光计，其可操作地连接在样品池的输出窗口上，并用于测量所述输出光和产生多个测量信号； 分析装置，其可操作地连接在所述第一分光计的输出上，并用于接收所述多个测量信号和确定所述流体样品的性质； 至少一个第二分光计，其可操作地连接在所述至少一个光源上，并用于测量直接来自所述至少一个光源的所述输入光和产生多个参比信号；和 校准装置，其可操作地连接在所述第二分光计的输出上，并用于接收所述多个参比信号和校准所述第一分光计及其它电子设备。2.根据权利要求1所述的用于井下操作的流体分析系统，其中所述第一分光计包括第一组两个或更多个分光计，以及所述第二分光计包括第二组两个或更多个分光计，所述第二组分光计的分光计数量和类型与所述第一组分光计相同。3.根据权利要求1所述的用于井下操作的流体分析系统，还包括下述中的至少一种: 置于所述至少一个光源和所述样品池之间的第一光采集器； 置于所述样品池和所述第一分光计之间的第二光采集器；及 置于所述至少一个光源和所述第二分光计之间的第三光采集器。4.根据权利要求3所述的用于井...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂法尼范纽弗伦，纸谷明，宫下正树，犬童健太郎，莱茵哈特西格莱内克，山手勉，
申请(专利权)人：普拉德研究及开发股份有限公司，
类型：发明
国别省市：