用于井下流体光谱分析的方法和设备技术

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：　产生输入光的至少一个光源；　可操作用于将流体样品容纳于其中的样品室，所述样品室还包括：至少一个输入窗，该输入窗允许所述输入光射入所述样品室并穿过所述流体样品，从而产生输出光；　至少一个输出窗，该输出窗允许所述输出光从所述样品室中射出；　两个或更多个光谱仪，用于测量所述输出光并生成多个测量信号；以及　分析装置，用于接收所述多个测量信号并确定该流体样品的性质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于流体分析的方法和设备，该流体分析在地下地层的评价和测试中于井下采用光谱仪(spectrometer)构造进行，该地下地层的评 价和测试用于勘探和开发产烃井例如油井或气井。更具体地，本专利技术涉及 采用具有至少两个光谱仪的流体分析模块检定井下流体特性。
技术介绍
为评价井眼周围地下地层的性质，通常期望获取并分析井眼中多个特 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转让给Schlumberger Technology Corporation ("Schlumberger，，)的美国专利No.6,476，384("第'384号专利")。在 此引入第'384号专利的全部内容作为参考。如'384号专利所述，Schlumberger的重复式地层测试器(Repeat Formation Tester)(RFT)和模块化地层动态测试器(Modular Formation Dynamics Tester)(MDT)工具为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，以鉴定取样工具抽取的地层流体样品和4全定其特性。例如， Schlumberger的美国专利No.4,994,671(其全文同样在此引入作为参考)描述 了一种示例性流体分析模块，其包括测试室、光源、光谱检测器、数据库 和处理器。如下分析通过流体接收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，以及处理该信息(根据数据库中有 关不同光谱的信息)以检定地层流体特性。Schlumberger的美国专利 No.5,167,149和No.5，201,220(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No.5，331，156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(oil fraction)和水分率。随着测量和;f佥定地层流体特性的技术愈加先进，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室以及单个光语仪对光进行采集和分析。在典型实施例中，采用最多提供约20条信道 (channel)的滤波阵列(FA)光谱仪。这些工具在可能影响光语仪信噪比的 井下不利条件中使用。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 光谱仪的测量结果，但期望可在井下同时使用多个不同类型光谱仪的系统 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 不同的光谱仪提供信息，从而增加了可用信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光谱仪系统如现有的光谱仪系统。从而 要求使至少两束光即一束参考信号和一束测量信号射向光谱仪。从而要求 光信号的区分，如涉及井下光谱仪实时校准的共同未决美国专利申请No. 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 器需要马达，从而明显增大了井下工具的尺寸。
技术实现思路
根据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 对宽光谱光学分析的设备和方法并同时提供所关注的详细光谱分析的需 求。因而，本申请人认识到具有多个光谱仪的光谱分析系统将赋予井下流 体分析在精度和效率方面的明显改进，'所述光谱仪根据所进行的光谱分析 的需要和要求选择。本专利技术的 一个实施例包括采用光谱仪进行井下流体分析的方法和设 备。在一个方面，使一个或多个光源对准样品室，样品室中装有从井下抽 取的流体。由两个或更多个光语仪测量透过样品的光，用于流体光镨分析。 另外，将一个或多个光源发出的光直接输送至相同的一组光谱仪以提供用 于校准的参考测量。可使用两个或更多个不同类型的光谱仪，包括但不限 于滤波阵列光谱仪和光栅光谱仪。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。 附图说明附图示例本专利技术的优选实施例并为说明书的 一 部分。附图结合以下说 明示范并解释本专利技术的原理。图1为可应用本专利技术的一种示例性背景的示意图。图2为根据本专利技术的流体分析模块的一种示例性结构的局部截面示意图。图3为大型滤波阵列型光谱仪中一个滤波信道的截面示意图。图4为井下遇到的大量烃类的示例性吸收光谱图。图5为根据本专利技术的方法和设备的一种示例性结构的示意图，其中多 个光源发出的光输送至多个光谱仪。图6为根据本专利技术的光谱分析系统的 一 个实施例的示意图。图7为根据本专利技术的光谱分析系统的一种井下实施方案中示例性样品 室的截面示意图。图8为根据本专利技术的光谱分析系统的另一个实施例的示意图。在所有附图中，相同的标记表示类似的元件，而不一定必须表示相同 的元件。尽管本专利技术允许各种改进和替换形式，但在附图中作为实例示出 了具体实施例，并将在本申请中对具体实施例进行详细"i兌明。然而，应当理解的是，本专利技术不限于所披露的具体形式，而是意图覆盖落入所附权利 要求定义的本专利技术范围内的所有改进、等同物和替换方案。具体实施例方式以下描述本专利技术的示例性实施例和方面。为清楚起见，在说明书中没 有描述实际实施例的全部特征。显然应当理解的是，在任何这种实际实施标，例如符合与系统相关和商业相关的规定，从而从一种实施方式变为另 一种实施方式。另外，应当理解的是这种开发工作是复杂且耗时的，然而 对于受益于本申请内容的本领域技术人员来说是常规工作。图1为测试地层和分析地层流体的组成的示例性井下工具110的示意 图。井下工具110通过以常规方式与地面系统118相连的缆线115悬吊在井眼112中。地面系统118结合适当的电子设备和处理系统用于控制井下工具 110并分析从井下工具接收的信号。井下工具110包括细长主体119，主体119包封工具控制系统116的井 下部分。细长主体119还具有可选择性延伸的流体接收/排放装置120和可 选择性延伸的锚定构件121。例如在Schlumberger的美国专利No.3,780，575、 No.3,859,851和No.4,860，581中示意并描述了流体接收/排放装置的实例。在此并入上述各专利的内容作为参考。流体接收/排放装置120和锚定 构件121分别布置在细长主体119的相对侧。装配流体接收/排放装置120 用于选择性封闭或隔离部分井眼112壁，从而可选择性建立与相邻地层的 压力或流体连通。流体分析模块125也包括在细长主体119内，使要被分 析的地层流体通过分析模块。然后流体样品可通过端口(未示出)重新排入井 眼112中或输送至一个或多个样品室122、 123用于地面上的回收。通过电 控系统116、 118保持对流体接收/排出装置120、流体分析模块125和通向 样品室122 、 123的流动路径的控制。图2示出了可集成到工具110中的光谱分析模块134的一个实例。地 层流体132为系统终端用户所关注的样品。该流体可包含任意多种组分， 包括但不限于气体、油和水。如上所述，非常期本文档来自技高网...

【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：　产生输入光的至少一个光源；　可操作用于将流体样品容纳于其中的样品室，所述样品室还包括：至少一个输入窗，该输入窗允许所述输入光射入所述样品室并穿过所述流体样品，从而产生输出光；至少一个输出窗，该输出窗允许所述输出光从所述样品室中射出；　两个或更多个光谱仪，用于测量所述输出光并生成多个测量信号；以及　分析装置，用于接收所述多个测量信号并确定该流体样品的性质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：斯蒂法尼·范纽弗伦，犬童健太郎，藤泽刚，寺林彻，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：VG