Способ и сенсор для мониторинга газа в окружающей среде скважины

Изобретение относится к способу и сенсору для мониторинга газа в окружающей среде скважины. Техническим результатом является повышение точности мониторинга газа. Для этого способ предусматривает в скважине инфракрасный светодиод. Указанный диод передает соответствующие инфракрасные сигналы на первый оптический путь, простирающийся от диода через образец скважинного газа, и второй оптический путь, простирающийся от диода через эталонный образец газа. Затем детектирует переданные инфракрасные сигналы и определяет концентрацию компонента в образце скважинного газа по детектируемым сигналам. Первый оптический путь поддерживается свободным от жидкости. 3 н. и 33 з.п. ф-лы, 18 ил.

 

Текст описания приведен в факсимильном виде.

1. Способ мониторинга газа в окружающей среде скважины, включающий в себя следующие этапы:

обеспечение в скважине инфракрасного светодиода;

функционирование указанного диода для передачи соответствующих инфракрасных сигналов по первому оптическому пути, простирающемуся от диода, через образец скважинного газа, и по второму оптическому пути, простирающемуся от диода через эталонный образец газа, при этом первый оптический путь является свободным от жидкости;

детектирование переданных инфракрасных сигналов; и

определение концентрации компонента в образце скважинного газа по детектируемым сигналам.

2. Способ по п.1, который дополнительно включает в себя фильтрование образца скважинного газа для удаления из него жидкости.

3. Способ по п.1, который дополнительно включает в себя извлечение образца скважинного газа из текучей среды скважины, в которой газ растворен или диспергирован, путем переноса растворенного или диспергированного газа через газопроницаемую мембрану, при этом образец извлеченного скважинного газа является свободным от жидкости.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором светодиод функционирует в режиме обратного смещения.

5. Способ по п.1, в котором светодиод представляет собой светодиод, функционирующий в средней инфракрасной области.

6. Способ по п.1, в котором указанный компонент представляет собой СО₂.

7. Способ по п.1, в котором указанный компонент представляет собой СН₄.

8. Способ по п.1, в котором указанный компонент представляет собой H₂S.

9. Способ по п.1, в котором светодиод имеет длину волны пика испускания в пределах от 2 до 5 мкм при 140°С.

10. Способ по п.1, в котором образец эталонного газа содержит заданную концентрацию указанного компонента.

11. Способ по п.1, в котором второй оптический путь имеет нулевую оптическую плотность на длине волны испускания диода.

12. Способ по п.1, в котором светодиод функционирует для передачи дополнительного инфракрасного сигнала на третий оптический путь, простирающийся от диода, при этом третий оптический путь имеет определенную оптическую плотность на длине волны испускания диода.

13. Способ по п.12, в котором определенная оптическая плотность равна нулю.

14. Способ по п.1, в котором длина первого оптического пути устанавливается или выбирается в соответствии с прогнозируемой концентрацией указанного компонента.

15. Способ по п.1, в котором длина первого оптического пути является меньшей, чем 1 мм.

16. Способ по п.1, в котором обеспечивается множество инфракрасных светодиодов, каждый диод является приспособленным для использования в соответствующем диапазоне температур, и диоды селективно работают в соответствии с температурой в скважине.

17. Способ по п.1, в котором первый оптический путь содержит световод, который проходит через образец скважинного газа, инфракрасный сигнал по первому оптическому пути передается вдоль световода с помощью полного внутреннего отражения.

18. Способ по п.1, в котором множество соответствующих фотодиодных детекторов обеспечивается для детектирования передаваемых инфракрасных сигналов.

19. Сенсор для мониторинга газа в окружающей среде скважины, содержащий

инфракрасный светодиод;

отделение для содержания эталонного образца газа;

средства детектирования для детектирования соответствующих инфракрасных сигналов, передаваемых на первый и второй оптические пути, простирающиеся от диода, где первый оптический путь пересекает при использовании образец скважинного газа, второй оптический путь пересекает указанное отделение, и сенсор конструируется таким образом, что при использовании первый оптический путь является свободным от жидкости; и

процессор для определения концентрации компонента в образце скважинного газа по детектируемым сигналам.

20. Сенсор по п.19, который дополнительно содержит фильтр для фильтрования образца скважинного газа для удаления из него жидкости.

21. Сенсор по п.19, который дополнительно содержит газопроницаемую мембрану, при этом образец скважинного газа извлекается из скважинной текучей среды, в которой газ растворен или диспергирован, путем переноса растворенного или диспергированного газа через мембрану, при этом извлеченный образец скважинного газа является свободным от жидкости.

22. Сенсор по любому из пп.19-21, который дополнительно содержит

прозрачное или отражающее инфракрасное оптическое устройство на первом оптическом пути, при этом устройство ограничивает образец скважинного газа; и

ультразвуковой очиститель для удаления жидкости с поверхности устройства, так что первый оптический путь поддерживается свободным от жидкости.

23. Сенсор по п.19, в котором светодиод представляет собой светодиод, функционирующий в средней инфракрасной области.

24. Сенсор по п.19, в котором светодиод имеет длину волны пика испускания, находящуюся в пределах от 2 до 5 мкм при 140°С.

25. Сенсор по п.19, в котором средства детектирования размещаются для детектирования дополнительного инфракрасного сигнала, передаваемого на третий оптический путь, простирающийся от светодиода, при этом третий оптический путь имеет определенную оптическую плотность на длине волны испускания диода.

26. Сенсор по п.25, в котором определенная оптическая плотность равна нулю.

27. Сенсор по п.19, в котором длина первого оптического пути устанавливается или выбирается в соответствии с прогнозируемой концентрацией указанных компонентов.

28. Сенсор по п.19, в котором длина первого оптического пути является меньшей, чем 1 мм.

29. Сенсор по п.19, который дополнительно содержит множество инфракрасных светодиодов, каждый диод выполнен с возможностью функционирования в соответствующем диапазоне температур, и диоды работают селективно в соответствии с температурой в скважине.

30. Сенсор по п.19, который дополнительно содержит световод, который проходит через образец скважинного газа, инфракрасный сигнал на первом оптическом пути передается вдоль световода с помощью полного внутреннего отражения.

31. Сенсор по п.30, который дополнительно содержит ультразвуковой очиститель для удаления жидкости с поверхности световода, так что первый оптический путь поддерживается свободным от жидкости.

32. Сенсор по п.19, в котором средства детектирования содержат множество соответствующих фотодиодных детекторов для детектирования передаваемых инфракрасных сигналов.

33. Сенсор по п.19, который помещается в скважине.

34. Скважинный инструмент, содержащий сенсор по любому из пп.19-32.

35. Скважинный инструмент по п.34, который представляет собой инструмент для геофизических исследований в эксплуатационной скважине.

36. Скважинный инструмент по п.34, который представляет собой спускаемый инструмент для отбора образцов.