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】
【国外来华专利技术】
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1介方法。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 Formation Tester)(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^f莫块。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、光语检测器、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，；险测透射光和/或背散 射光的光语，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力口。现有的光学流体分析工具通常釆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，本申请人认识到，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语测量和一个或多 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。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方案并为说明书的一部分。附图结合以下说 明示例并解释本专利技术的构思。图1为可利用本专利技术的示范性范围的示意图。图2为本专利技术的流体分析模块的示范性结构的局部截面示意图。图3为大型滤光片阵列型分光计中 一个滤波通道的截面示意图。图4为井下遇到的大量烃类的吸收光谱的示意图。图5为本专利技术多个光源发出的光输送至两组分光计的方法和设备的一 种示范性结构的示意图。图6为本专利技术光语分析系统的一种井下实施方案中的示范性样品池的 截面示意图。图7为具有两个用于测量和参比的独立分光计的本专利技术一种实施方案 的详细示意图。在附图中，相同的标记始终表示类似的要素而不必表示相同的要素。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方 案，并将在本申请中对具体实施方案进行详细说明。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方案和方面。为清楚起见，在说明书中没 有描述实际实施方案的全部特征。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，然而是受 益于本申请内容的本领域技术人员承担的常规工作。图1为测试地层和分析地层流体组成的示范性井下工具110的示意图。 井下工具110通过以常规方式与地面系统118相连的钢缆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包括细长的机壳119，机壳119包封工具控制系统116的 井下部分。细长机壳119还具有选择收放式流体输入/排放装置120和选择收 放式锚定构件121。例如在美国专利3780575、 3859851和4860581中示意并 描述了流体输入/排放装置的实例。在此引入所述各专利的内容作为参考。流 体输入/排放装置120和锚定构件121分别布置在细长机壳119的相对侧。装 配流体流入/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也包括在细长机 壳119内，使将进行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中或输送至地面上一个或多个用于回收的样品 池122、 123。通过电控系统116、 118保持对流体输入/排出装置120、流体 分析模块125和通向样品池122、 123的流动通路的控制。图2示出了可与工具110成为一体的光语分析模块134的一种实施方案 的整体结构。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，非常期望获知存在何 种流体以及相对量。为此，放置光源130以使光射向两个光学窗口 136之一。 在一种实施方案中，光源可为卣素灯、发光二极管(LED)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；　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。

【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，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：VG[英属维尔京群岛]