本发明专利技术为使用化学计量公式估计地层（４１４）中的流体试样的密度、粘度、介电常数和电阻率而提供了一种方法和设备。所述化学计量估计可以直接用于井下地层试样（４１６），所述估计还可以输入Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ－Ｍａｒｑｕａｒｄｔ（ＬＭ）非线性最小二乘方拟合作为初始参数估计值。本发明专利技术提供使ＬＭ算法以高的几率收敛于全局最小值的参数的初始值。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在生产碳氢化合物的井中的井下流体分析的领域。更具体地说，本专利技术涉及在钻孔的同时进行监视的期间或者在钢绳操作期间，根据在矿井的井下获得的弯曲的机械谐振器数据，利用化学计量公式来估计流体的密度、粘度、介电常数和电阻率的方法和设备。
技术介绍
测量地层流体的密度、粘度、介电常数、电阻率以及其它参数具有很大的意义。在地层采样、生产或钻探操作期间，在高温和高压的储藏条件下进行这些井下测量是尤其有用的。为了测量流体参数例如井下粘度已经采用过大量的技术。美国专利6182499披露了一种利用机械振荡器来表征材料和组合库的系统和方法。美国专利5734098(‘098专利)披露了一种利用在线的石英晶体微量天平传感器监视和控制石油、石化产品的化学处理和过程的方法。’098专利利用厚度应变模式(TSM)谐振器，其同时测量质量沉积和流体特性例如流体的粘度和/或密度。美国专利6176323(‘323专利)披露了一种具有用于确定井下钻探流体的特性的传感器的钻探系统。’323专利披露了多个位于不同深度的用于确定流体梯度的压力传感器。美国专利5741962(‘962专利)披露了一种使用超声测量分析地层流体的方法和设备。‘962专利用声学方法从声阻抗和声速确定密度和可压缩性。美国专利5622223(‘223专利)披露了一种利用不同的压力测量表征地层流体试样的方法和设备。‘223专利披露了一种设备，其在不同的深度提供两个压力计，以便根据流体的压力梯度确定密度。美国专利5006845描述了一个专利技术，其使用在两个深度下的流体压力之差来确定流体密度。美国专利5361632披露了一种方法和设备，其中使用重力梯度计和密度计提供压力梯度以确定流体密度，从而确定多相支持部分。美国专利5204529披露了一种用于测量矿井流体密度、地层密度和/或矿井直径的方法和设备，其使用后散射伽玛辐射确定流体密度。在实验室中一直使用弯曲的机械谐振器快速地表征大量流体试样。见L.F.Matsiev，Application of Flexural Mechanical Resonator toHigh Throughput Liquid Characterization，2000 IEEE InternationalUltrasonics Symposium，Oct.22-25，2000 San Juan，Pueto Rico，通过引用将其全部内容包括在此；L.F.Matsiev，Application of FlexuralMechanical Resonator to High Throughput Liquid Characterization，1999 IEEE International Ultrasonics Symposium，Oct.17-20，LakeTahoe，Nevada，通过引用将其全部内容包括在此；L.F.Matsiev，Application of Flexural Mechanical Resonator to High ThroughputLiquid Characterization，1998 IEEE International UltrasonicsSymposium，Oct.5-8，Sendai，Miyagi，Japan，通过引用将其全部内容包括在此。机械谐振器的使用在以下文献中描述了，这些文献通过引用将其全部内容包括在此美国专利6455316 B1、6393895 B1、6336353 B2、美国专利公开2003/0041653 A1、美国专利公开2003/0000291 A1、美国专利6401591 B2、66528026 B2。利用弯曲的机械谐振器确定地下流体的特征的方法和设备的例子在2002年5月14日申请的、美国专利申请No.10/144965、名称为“Method and Apparatus for Downhole Fluid Characterization UsingFlexural Mechanical Resonators.”(‘965专利申请)中有描述。‘965专利申请描述了一种方法或设备，其利用弯曲的机械谐振器确定在井下环境中的密度、粘度或其它流体特性。和’965专利申请披露的方法和设备相关地使用的合适的算法的例子是Levenberg-Marquardt(LM)非线性最小二乘方拟合。LM拟合使用初始估计以确定流体参数。如果初始参数估计离开实际的参数值太远，则LM算法要花费很长的时间才能收敛或者根本不能收敛。因而，需要提供一种方法和设备，用于精确地估计在确定流体参数时用于LM算法的初始参数输入。
技术实现思路
本专利技术提供化学计量公式，用于根据浸在流体中的机械谐振器的阻抗相对于频率的数据来实时地估计井下的地层流体试样的流体特性例如密度、粘度、介电常数和电阻率。这些化学计量估计可直接地用作井下地层流体试样的流体密度、粘度、介电常数和电阻率的估计。该化学计量估计还可用作在对测量数据进行理论模型的Levenberg-Marquardt(LM)迭代非线性最小二乘方拟合中的这些参数的初始估计。对于LM拟合，好的初始估计是重要的，这是因为，如果初始参数估计离开实际参数值太远，则LM算法可能需要很长的时间才能收敛或者根本不收敛。本专利技术提供对于LM算法的参数的初始估计，其使得LM算法以高的几率收敛于正确的全局极小值。附图说明图1是配置在井下环境中的钢丝上的本专利技术的示例实施例的示意图；图2是配置在钻绳上的在钻探环境中进行监视的本专利技术的示例实施例的示意图；图3是配置在井下环境中的柔性管道系统13上的本专利技术的示例实施例的示意图；图4是配置在钢丝环境井下环境中的本专利技术的示例实施例的示意图，表示钢丝地层测试仪工具的横截面；图5表示本专利技术的一个例子，表示液流管线和一个相关的谐振器；图6是在本专利技术的一个例子中执行的功能的流程图；图7列出了对于合成的流体参数数据的一些化学计量相关性； 图8列出了对于合成流体参数数据的一些附加的化学计量相关性；图9是LM非线性最小二乘方拟合方法和化学计量方法的概念的比较。两种方法可以单独使用或者组合使用，其中化学计量提供用于LM拟合的初始猜测；图10表示流体特性对浸在流体中的音叉的阻抗曲线的各个特征的主要影响；图11表示用于本专利技术的典型的合成阻抗曲线，具有每隔12.5Hz绘出的数据；图12表示图11的曲线的数字的一阶导数，是对于每5个连续点xm-2到xm+2，由Savitzky-Golay公式(xm-2-8xm-1+8xm+1-xm+2)/12计算的，xm的系数是0；以及图13表示图11的曲线的数字的二阶导数，是对于每5个连续点xm-2到xm+2，由Savitzky-Golay公式(2xm-2-xm-1-2xm-xm+1+2xm+2)/7计算的。具体实施例方式本专利技术提供一个化学计量公式，用于根据机械谐振器的阻抗相对于频率的数据，估计井下的地层流体试样的流体密度、粘度、介电常数和电阻率。这些化学计量估计可直接地用在在对测量数据进行的理论模型的Levenberg-Marquardt(LM)非线性最小二乘方拟合中，或者用作所述拟合的初始估计。对于LM拟合，好的初始估计是重要的，这是因为，如果初本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于确定井下流体的特性的设备，包括：和所述井下流体相关联的谐振器；用于致动所述谐振器的控制器；用于接收来自所述谐振器的对所述谐振器的致动的响应的监视器，使得所述响应和所述流体相关联；以及用于估计所述井下流体的特性的处理器。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-3-16 10/801,2671.一种用于确定井下流体的特性的设备，包括和所述井下流体相关联的谐振器；用于致动所述谐振器的控制器；用于接收来自所述谐振器的对所述谐振器的致动的响应的监视器，使得所述响应和所述流体相关联；以及用于估计所述井下流体的特性的处理器。2.如权利要求1所述的设备，其中所述处理器使用化学计量公式估计所述特性。3.如权利要求2所述的设备，其中所述处理器把谐振器响应应用于化学计量公式以确定所述特性。4.如权利要求1所述的设备，其中所述处理器使用这样一种功能，该功能用于根据和已知的流体特性值相关联的测量的谐振器响应导出化学计量公式。5.如权利要求1所述的设备，其中所述特性是粘度。6.如权利要求1所述的设备，其中所述特性是密度。7.如权利要求1所述的设备，其中所述特性是介电常数。8.如权利要求1所述的设备，其中所述特性是电阻率。9.如权利要求2所述的设备，其中所述处理器把化学计量估计的特性应用于Levenberg-Marquardt(LM)算法，以确定所述流体的流体参数值。10.如权利要求9所述的设备，其中所述流体参数值包括用于LM算法的全局最小值。11.一种用于确定井下流体的特性的方法，包括使井下流体和谐振器相互作用；致动所述谐振器；接收来自谐振器的对所述谐振器的致动的响应；以及根据所述谐振器响应估计井下流体的特性的值。12.如权利要求11所述的方法，还包括使用化学计量公式估计流体的特性。13.如权利要求11所述的方法，还包括把谐振器响应应用于化学计量公式以确定所述特性。14.如权利要求11所述的方法，还包括根据和已知的流体特性值相关联的测量的谐振器响应，导出化学计量公式。15.如权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗科迪弗吉奥，彼得W雷蒂格，
申请(专利权)人：贝克休斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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