Способ и устройство для калиброванного скважинного спектрального анализа флюидов



Способ и устройство для калиброванного скважинного спектрального анализа флюидов
Способ и устройство для калиброванного скважинного спектрального анализа флюидов
Способ и устройство для калиброванного скважинного спектрального анализа флюидов
Способ и устройство для калиброванного скважинного спектрального анализа флюидов
Способ и устройство для калиброванного скважинного спектрального анализа флюидов
Способ и устройство для калиброванного скважинного спектрального анализа флюидов
Способ и устройство для калиброванного скважинного спектрального анализа флюидов

 


Владельцы патента RU 2420718:

ШЛЮМБЕРГЕР ТЕКНОЛОДЖИ Б.В. (NL)

Изобретение относится к способам и устройствам для анализа флюида с использованием скважинной архитектуры спектрометра в оценке и испытании подземной формации для целей разведки и разработки углеводорододобывающих скважин, таких как нефтяные и газовые скважины. Система анализа флюида, сконфигурированная для работы в скважине, проходящей формацию, содержит, по меньшей мере, один источник света, генерирующий входящий свет. Также система содержит ячейку для пробы, функционально подсоединенную к упомянутому, по меньшей мере, одному источнику света, принимающую в себя пробу флюида, которая дополнительно содержит, по меньшей мере, одно входное окно, позволяющее упомянутому входному свету поступать в упомянутую ячейку для пробы и через пробу флюида для получения выходного света и, по меньшей мере одно выходное окно, позволяющее упомянутому выходному свету выходить из упомянутой ячейки для пробы. Кроме того, система содержит, по меньшей мере, первый спектрометр, функционально подсоединенный к выходу ячейки для пробы и сконфигурированный для измерения упомянутого выходного света и генерации множества измерительных сигналов. Система также содержит устройство для анализа, функционально подсоединенное к выходам упомянутого первого спектрометра и сконфигурированное для приема упомянутого множества измерительных сигналов и определения свойств пробы флюида. Также система содержит, по меньшей мере, второй спектрометр, функционально подсоединенный к упомянутому, по меньшей мере, одному источнику света и сконфигурированный для измерения упомянутого входного света и генерации множества эталонных сигналов. Кроме того, система содержит калибровочное устройство, функционально подсоединенное к выходам упомянутого второго спектрометра и сконфигурированное для приема упомянутого множества эталонных сигналов и калибровки упомянутого первого спектрометра и другой электроники. Техническим результатом изобретения является повышение точности, а также одновременное обеспечение подробного спектрального анализа в интересующем диапазоне. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Область техники изобретения

Настоящее изобретение относится к способам и устройствам для анализа флюида с использованием скважинной архитектуры спектрометра в оценке и испытании подземной формации для целей разведки и разработки углеводорододобывающих скважин, таких как нефтяные и газовые скважины. В частности, модуль анализа флюида с первым спектрометром используется для определения состава скважинных флюидов, и второй спектрометр используется в калибровке.

Уровень техники изобретения

Для оценки особенностей подземных формаций, окружающих скважину, часто необходимо получить и проанализировать пробы флюидов формации из множества конкретных местоположений в скважине. На протяжении нескольких лет были разработаны множество инструментов и процедур для облегчения процесса оценки флюида формации. Примеры таких инструментов могут быть найдены в патенте США №6476384 («патенте '384»), принадлежащем Schlumberger Technology Corporation («Шлюмберже»). Раскрытие этого патента '384 полностью включено в качестве ссылки в данное описание изобретения.

Инструменты опробователь пластов многократного действия (RFT) компании Шлюмберже и модульный прибор динамических измерений давления пластовых флюидов (MDT) являются частными примерами инструментов для взятия проб, как это описано в патенте '384. В частности, инструмент MDT включает в себя модуль анализа флюида для анализа проб флюидов, отобранных инструментом.

На протяжении нескольких лет было разработано множество модулей анализа флюида для использования в соединении с инструментами для отбора проб, такими как инструмент MDT, для идентификации и описания проб флюидов формации, взятых инструментом для отбора проб. Например, патент США №4994671, выданный компании Шлюмберже (также включенный сюда в качестве ссылки), описывает примерный модуль анализа флюида, который содержит испытательную камеру, источник света, спектральный детектор, базу данных и процессор. Флюиды, попадающие из формации в испытательную камеру с помощью узла для впуска флюида, анализируются путем направления света на флюиды, определения спектра прошедшего и/или отраженного света и обработки информации (на основании информации в базе данных, относящейся к разным спектрам) для описания флюидов формации. Патенты США №5167149 и №5201220 (оба включены сюда в качестве ссылки) также описывают отражение света от границы окно/поток флюида под определенными конкретными углами для определения наличия газа в потоке флюида. В дополнение, как описано в патенте США №5331156, путем проведения измерений оптической плотности (OD) потока флюида под конкретными заранее определенными энергиями могут быть определены нефтяные и водные фракции двухфазного потока флюида. Поскольку методики измерения и описания флюидов формации становятся все более продвинутыми, требования к большей точности и расширенности инструментов анализа флюида формации увеличиваются.

Известные из уровня техники инструменты для оптического анализа флюида обычно используют одиночный источник света, направленный на ячейку пробы, и одиночный спектрометр для сбора и анализа света. В типичном варианте осуществления используется спектрометр с матричным фильтром (FA), который обеспечивает максимум примерно 20 каналов. Эти инструменты используются в скважине в неблагоприятных условиях, которые могут снизить отношение сигнал/шум спектрометра. Также стесненные размеры в скважине являются часто ограничением того, что любой используемый инструмент должен помещаться в очень маленькое пространство.

Подходы предшествующего уровня техники, несмотря на то что являются в значительной степени эффективными, также демонстрируют определенные ограничения. Несмотря на то что измерения от одного FA-спектрометра являются применимыми, желательно иметь систему, в которой множество спектрометров различных типов могут быть использованы в скважине одновременно для анализа флюида. Это также уменьшит необходимость во множестве отдельных модулей; единственный источник света может обеспечить информацию для группы различных спектрометров, увеличивая количество доступных каналов и специфичность всей системы в целом.

Неблагоприятные скважинные условия также делают необходимым калибровку спектрометрической системы, так же как и в предшествующем уровне техники. Это требует направления, по меньшей мере, двух пучков света, одного опорного сигнала и одного измерительного сигнала, на спектрометр. Это требует разделения световых сигналов, которое может быть достигнуто с использованием модулятора света, как описано в заявке на патент США №11/273893, относящейся к калибровке скважинного спектрометра в режиме реального времени. Однако для модулятора света требуется мотор, который значительно увеличивает размеры скважинного инструмента.

Сущность изобретения

Вследствие обсуждавшегося выше предшествующего уровня техники и других факторов, известных в области анализа скважинного флюида, заявители осознали необходимость в устройстве и способе для широкого спектрального оптического анализа с одновременным обеспечением подробного спектрального анализа в интересующем диапазоне. В связи с вышеуказанным заявители осознали, что в определенных условиях в скважинных средах будет желательно и/или необходимо раздельно размещать два или более спектрометров, которые независимо сконфигурированы для спектральных измерений флюидов и для калибровки одного или более измерительных спектрометров.

Один аспект настоящего изобретения содержит способ и устройство для анализа флюида в скважине с использованием одного или более спектрометров. В одном варианте осуществления настоящего изобретения один или более источников света, которые обеспечивают входной свет, направлены на ячейку пробы, которая содержит флюид. Выход света из ячейки пробы измеряется первым спектрометром для анализа флюида. Дополнительно входной свет из одного или более источников света направляется прямо на второй спектрометр для обеспечения опорного измерения, используемого для калибровки. Могут быть использованы два или более различных типов спектрометров, включающих в себя, но не ограниченных ими, матричный фильтр и дифракционный спектрометр. В одном варианте осуществления первый и второй спектрометры могут содержать более одного спектрометра и являются идентичными по количеству и типу спектрометров.

Дополнительные преимущества и признаки новизны изобретения будут изложены в описании, которое приведено ниже или может быть изучено специалистами в данной области техники путем чтения приведенных материалов или осуществления изобретения. Преимущества изобретения могут быть достигнуты с помощью средства, изложенного в прилагаемой формуле изобретения.

Краткое описание чертежей

Прилагающиеся чертежи иллюстрируют предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения и являются частью описания. Вместе с последующим описанием чертежи демонстрируют и объясняют принципы настоящего изобретения.

Фиг.1 является схематическим видом примерного контекста, в котором настоящее изобретение может быть использовано.

Фиг.2 является схематическим частичным видом поперечного сечения одной примерной структуры модуля анализа флюида в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 является схематическим видом поперечного сечения одного канала фильтра в большом FA-спектрометре.

Фиг.4 является иллюстративным представлением спектра поглощения нескольких углеводородов, полученных из скважины.

Фиг.5 является схематическим представлением одной примерной структуры способа и устройства в соответствии с настоящим изобретением, где свет от множества источников направляется на два набора спектрометров.

Фиг.6 является схематическим видом поперечного сечения примерной ячейки пробы в одной скважинной реализации системы спектрального анализа в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.7 является подробным схематическим видом одного из вариантов осуществления настоящего изобретения, показывающего два раздельных спектрометра для измерения и эталона.

На всех чертежах одинаковые ссылочные номера обозначают подобные, но не обязательно идентичные элементы. Поскольку изобретение подвержено множеству модификаций и альтернативных форм, то конкретные варианты осуществления будут показаны с помощью примеров на чертежах и будут подробно здесь описаны. Однако следует понимать, что изобретение не предназначено быть ограниченным конкретными раскрытыми формами. Точнее, изобретение охватывает все модификации, эквиваленты и альтернативы, попадающие в объем изобретения, как это определено в прилагающейся формуле изобретения.

Подробное описание чертежей

Ниже описываются иллюстративные варианты осуществления и аспекты изобретения. В целях ясности, в описании описываются не все признаки фактической реализации. Должно быть конечно же принято во внимание, что при разработке любого такого фактического варианта осуществления должно быть сделано некоторое количество специфичных для варианта осуществления решений для достижения специфических для разработчика целей, таких как соответствие системно-зависимым и бизнесзависимым ограничениям, которые будут различаться от одной реализации к другой. Более того, должно быть принято во внимание, что такая опытно-конструкторская работа может быть сложной и требовать значительных затрат времени, но, тем не менее, является обычно выполняемой средним специалистом в данной области техники, имеющим преимущества от раскрытого изобретения.

Фиг.1 является схематической диаграммой примерного скважинного инструмента 110 для испытания земных формаций и анализа состава флюидов из формации. Скважинный инструмент 110 подвешен в скважине 112 на кабеле 115, который подсоединен общепринятым способом к наземной системе 118. Наземная система 118 включает в себя соответствующие электронные и обрабатывающие системы для управления скважинным инструментом 110 и анализа сигналов, принимаемых от скважинного инструмента 110.

Скважинный инструмент 110 включает в себя удлиненный корпус 119, который заключает в себе скважинную часть системы 116 управления инструментом. Удлиненный корпус 119 также несет выдвигаемый по выбору приемно/заборный узел 120 и выдвигаемый по выбору якорный элемент 121. Примеры узла для приема/забора флюида показаны и описаны, например, в патентах США №3780575, №3859851 и №4860581. Раскрытие каждого из этих патентов включено сюда в качестве ссылки. Узел 120 для приема/забора флюида и якорный элемент 121 расположены соответственно на противоположных сторонах удлиненного корпуса 119. Узел 120 для приема/забора флюида выполнен с возможностью выборочной герметизации или изолирования части стенки скважины 112, так что может быть выборочно установлен контакт с давлением или флюидом прилегающей земной формации. Модуль 125 анализа флюида также включен в удлиненный корпус 119, и анализируемый флюид формации пропускается через модуль анализа. Отобранный флюид может быть затем удален через отверстие (не показано) обратно в скважину 112 или направлен в одну или более камер 122, 123 для проб для извлечения на поверхности. Управление узлом 120 для приема/забора флюида модулем 125 анализа флюида и каналами к камерам 122, 123 для проб осуществляется с помощью электрических систем 116, 118 управления.

Фиг.2 показывает общую структуру одного варианта осуществления модуля 134 спектрального анализа, который может быть интегрирован в инструмент 110. Флюид 132 формации является пробой, представляющей интерес для конечного пользователя системы. Этот флюид может содержать любое количество компонентов, включающих в себя, но не ограниченных ими, газ, нефть и воду. Как упоминалось выше, очень желательно знать, какие флюиды присутствуют и в каких относительных количествах. Для выполнения этого источник 130 света устанавливается для прямого освещения напротив одного из двух оптических окон 136. В одном варианте осуществления этот свет может быть от галогенной лампы, светоизлучающего диода (LED), лазера или любого другого источника света, который может быть введен в скважину. Эти источники света испускают свет в широкой области спектра, примерно на длинах волн 500-2000 нм. Свет, испущенный источником 130 света, проходит сквозь первое оптическое окно 136, через пробу 132 флюида и выходит через второе оптическое окно 136. Этот свет собирается и передается с использованием пучков оптоволокна, которые предусмотрены для конкретного направления и передачи световых сигналов. Интересующий свет является отраженным, прошедшим и/или излученным, т.е. выходной свет из пробы флюида. Этот выходной световой сигнал направляется (опять же обычно с использованием оптоволокна) в секцию 138 спектрометра модуля спектрального анализа. В системах предшествующего уровня техники секция спектрометра обычно содержит один FA-спектрометр с максимум 20 каналами. Настоящее изобретение обеспечивает возможность включения множества спектрометров в секцию 138 спектрометра. Это увеличивает количество доступных каналов и также позволяет использовать различные типы спектрометров, таких как дифракционный спектрометр, в определении и анализе выходного светового сигнала. Выход секции спектрометра используется в определении характеристик пробы 132 флюида. В дополнение свет из источника света направляется прямо, по меньшей мере, в один эталонный спектрометр. Там он входит в один или более эталонных спектрометров для целей калибровки.

Фиг.3 является схематичным видом одного из каналов FA спектрометра, который обычно используется в системах предшествующего уровня техники и может быть использован как один из спектрометров в настоящем изобретении. Свет является входным 140 через пучок оптоволокна, который позволяет направлять свет в каждый из каналов FA-спектрометра через множество путей, обозначенных 142. Один из этих путей доставит световой сигнал к входному пучку 144 оптоволокна. Этот свет затем направляется через первую линзу 146 и через фильтр 148. Фильтр 148 является обычным полосовым пропускающим фильтром. Этот пропускающий фильтр пропускает только в нужном диапазоне длин волн. Полный спектрометр имеет множество таких фильтрующих элементов, каждый из которых может соответствовать различным полосам диапазонов длин волн. После прохождения через фильтр 148 сигнал перефокусируется с помощью второй линзы 146 на выходной фотодетектор 150. Этот фотодетектор генерирует ток на основании падающего света, при этом ток находится в пропорциональной зависимости от подающего света. Этот ток затем конвертируется в напряжение с помощью I/V конвертера 152 и сигнал напряжения поступает на дальнейшую обработку. Как можно видеть, напряжение будет различным для каждой испытуемой длины волны и показывает относительный вклад различных длин волн. На основании контрольных данных это дает представление о составе пробы флюида.

Оптическое поглощение является зависимым от длины волны и определяется составом пробы флюида. Фиг.4 показывает характеристики поглощения нескольких углеводородов и других флюидов, которые могут быть обнаружены в скважине. Ось 162 является длиной волны переданного света и ось 160 является соответствующей оптической плотностью (OD). Вода показана линией 164, элемент 166 соответствует дизельному топливу, элемент 168 соответствует конденсату, элемент 170 соответствует фильтрату бурового раствора на основе нефти, элемент 172 соответствует сырой нефти А и элемент 174 соответствует сырой нефти В. Несколько спектральных областей могут быть выделены, и такие области дают представления о составе флюида в целом. Здесь показано, что водные пики находятся около 1450 нм, непосредственно перед интересующей областью, где находится пик углеводородов. Между 1,6 µm и 1,8 µm, областью, помеченной 176, углеводороды имеют сильное поглощение и показывают много спектральных зависимых признаков, которые должны быть определены. Однако из-за ограниченного количества каналов FA-спектрометра невозможно захватить все спектральные подробности. FA-спектрометр охватывает диапазон от видимого света до инфракрасного, при этом изобретение допускает использование спектрометра гибридной архитектуры для увеличения плотности каналов в конкретных областях спектра.

Обращаясь теперь к Фиг.5 настоящего изобретения, два или более спектрометра введены в скважину. В одном варианте осуществления настоящего изобретения один из спектрометров может быть FA-спектрометром и один может быть дифракционным спектрометром. Дифракционный спектрометр может быть использован для обеспечения очень высокой плотности каналов в ограниченном диапазоне длин волн. Это является полезным в измерении подробностей спектра в важном диапазоне 1,6-1,8 µm, отмеченном 176. Например, дифракционный спектрометр может быть сконфигурирован для обеспечения приблизительно 16 каналов; эти каналы являются дополнительными к 10-20 каналам, обеспечиваемым FA-спектрометром, и обеспечивают больше конкретной информации о меньшей области спектра. Например, FA-спектрометр может быть сконфигурирован для измерения в видимой и инфракрасной области спектра для определения наличия флюидов, таких как вода, которая имеет пик на 1450 нм, и для базовых коррекций, в то время как дифракционный спектрометр может быть использован для наблюдения за упомянутой выше областью углеводорода. Другие комбинации спектрометров являются предусмотренными настоящим изобретением так, что широкий диапазон длин волн является доступным для спектрального анализа скважинных флюидов. Спектральные признаки в видимой области являются ограниченными, так что высокая плотность дифракционного спектрометра не является столь необходимой.

Схема одного варианта осуществления изобретения показана на Фиг.5. Входящий свет обеспечивается источником 180 света. Как показано, может существовать множество различных типов света, произведенного источником света. Они включают в себя, но не ограничены ими, галогенную лампу (широкополосный источник света), светоизлучающий диод (LED) и лазер. Этот входной свет может быть обработан одним из элементов 188 обработки света. Эти элементы обработки света могут включать в себя любые элементы для изменения свойств света, такой как поляризатор, амплитудный и частотный модуляторы наряду с другими элементами для обработки света. В одном варианте осуществления свет затем может быть направлен в светособиратель 182, однако этот элемент может быть необязательным в зависимости от задействованного количества источников света и спектрометров. Этот светособиратель сконфигурирован для перенаправления света из различных источников в различные места или различные времена. Это является полезным, когда требуется независимо определить влияние света различных типов. Входной свет затем следует в одно или более входных окон ячейки 184 пробы. Эта ячейка пробы вмещает флюид, протекающий через канал, при этом он является испытываемой пробой флюида. Свет проходит через флюид и через взаимодействие с флюидом претерпевает изменение, зависящее от длины волны света и состава флюида, для получения выходного света. Например, входной свет может претерпевать отражение и/или поглощение и/или свет может испускаться как результат взаимодействия между входным светом и пробой в канале. Таким образом, настоящее изобретение предусматривает множество известных методологий для спектрального анализа флюидов.

Этот выходной свет проходит через выходное окно ячейки 184 пробы и в необязательный светособиратель и маршрутизатор 182. Свет затем направляется, по меньшей мере, в один измерительный спектрометр 186. При этом может быть обеспечен более чем один измерительный спектрометр 186, как схематически показано на Фиг.5. Как упоминалось выше, в одном варианте осуществления настоящего изобретения, по меньшей мере, один из множества измерительных спектрометров 186 может быть FA-спектрометром и, по меньшей мере, другой один из множества может быть дифракционным спектрометром. Выход этих спектрометров, как упоминалось выше, будет показывать количество света в наборе диапазонов длин волн.

В дополнение к свету, падающему на ячейку для пробы, также может быть выгодно направлять свет прямо из одного или более источников 180, по меньшей мере, в один эталонный спектрометр 187. Однако, как показано схематически на Фиг.5, может быть обеспечено множество эталонных спектрометров 187. Источники света, фотодетекторы и обрабатывающая электроника, задействованные в обычных модулях анализа флюида, обычно подвергаются отрицательному воздействию экстремальных температур и вибраций, существующих в скважине. Например, оптическая сила источников света стремится уменьшаться или отклоняться при работе при повышенных температурах. Точно так же оптическое усиление большинства фотодетекторов может отклоняться на значительную величину, когда они подвергаются этим высоким рабочим температурам. Эти отклонения могут быть причиной неправильных результатов, но во время испытания, т.е. в реальном времени, может быть выполнена калибровка, что компенсирует эти отклонения. Эта калибровка выполняется путем непрерывного направления света из источников 180 света в один или более эталонных спектрометров 187. Для выполнения этого свет от одного или более источников 180 света направляется посредством пучка оптоволокна через необязательный светособиратель 183 и затем в один или более эталонных спектрометров 187. Этот световой сигнал известен как эталонный световой сигнал, свет, направленный через ячейку 184 для пробы, известен как измерительный световой сигнал. Один или более вторых спектрометров 187 называются эталонными спектрометрами. В одном варианте осуществления настоящего изобретения они идентичны по количеству и типу одному или более спектрометрам 186, которые называются измерительными спектрометрами. Это позволяет каждому спектрометру калиброваться в условиях и влиянии скважины.

Эталонный сигнал затем используется для калибровки, в то время как измерительный сигнал используется для определения состава флюида в ячейке 184 для пробы. Совместная заявка на патент США №11/273893 (полностью включенная в качестве ссылки в данное описание) раскрывает калибровку в режиме реального времени для скважинных спектрометров.

Фиг.6 является видом поперечного сечения одного примера ячейки для пробы, описанной в предыдущих чертежах. Изображенный вариант осуществления изобретения может быть реализован во множестве других конфигураций. Флюид пробы течет через канал 234. Противоположные отверстия 236 и 240 обеспечены в канале, каждое из которых граничит с входным или выходным окном и фланцевым узлом соответственно. Конструктивно входная и выходная стороны ячейки являются идентичными, так что только входная сторона будет рассмотрена в подробностях. Канал 234 расположен между отверстиями 236 и 240 и определяет расположение посадочных мест окон. Окна 242 расположены с каждой стороны канала 234. В одном варианте осуществления окна могут быть сделаны из сапфира. Окна 242 закреплены на месте с помощью фланцев 230, которые снабжены оптическими соединениями для соединения внешних поверхностей окон 242 с пучками 232 и 244 оптоволокна. Фланцы могут быть привинчены друг к другу так, чтобы герметизировать окна в посадочных местах. Герметизация достигается использованием опорных колец и уплотнительных колец 238. Внутренняя и внешняя поверхности окон 242 являются отполированными до оптического качества, боковые стороны полируются для достижения герметизации.

Здесь описана только одна ячейка для пробы с одним набором окон. Могут существовать дополнительные окна и пучки оптоволокна, которые проводят различные типы света к различным местам, и все они направляются через пробу флюида. Свет, вошедший через пучок 232 оптоволокна, взаимодействует с пробой флюида, и выходной свет собирается пучком 244 оптоволокна. Этот полученный световой сигнал затем передается в один или несколько измерительных спектрометров для анализа.

Фиг.7 является схематическим представлением одного варианта осуществления системы спектрального анализа в соответствии с настоящим изобретением. Шасси 264 вмещает большую часть устройства, которое вводится в скважину в инструментах типа кабельного или каротажа во время бурения или измерения во время бурения или эксплуатационного каротажа или постоянного контроля скважины. Более того, настоящее изобретение предусматривает применимость в таких областях, как связывание углекислого газа и управление водного коллектора. При этом предусматривается, что системы и способы, раскрытые здесь, будут иметь широкое применение в различных работах по анализу скважинного флюида, которые задействуют известные системы спектрального анализа для скважинных приложений.

Канал 266 заполнен флюидом пробы через вход, показанный на Фиг.1. Источник света 250 вводит свет в систему. Этот источник может быть галогенной лампой, LED, лазером или любым другим подходящим источником. Несмотря на то что показан только один источник света, может существовать множество источников света различных типов для получения света в широкой области спектра. Входной свет расщепляется на два канала. Канал 252 является эталонным каналом и световой сигнал является светом, вышедшим из источника 250 света. Этот свет затем направляется в спектрометр 254. Показан только один FA-спектрометр, хотя этот спектрометр может быть спектрометром любого типа и может содержать два или более различных спектрометра. Эти спектрометры измеряют известный световой сигнал и калибруют соответственно выходы измерительных спектрометров. Выход эталонного спектрометра контролируется с помощью электроники 262. Канал 258 является измерительным каналом. Этот канал направляет свет через входное окно ячейки 256 для пробы. Свет направляется через пробу и взаимодействует с флюидом пробы. Выходной свет направляется в измерительный спектрометр 260. Опять же два или более спектрометров могут быть использованы, и выходы спектрометров управляются с помощью управляющей электроники 262. Несмотря на то что изображен только один FA-спектрометр, хотя этот спектрометр может быть любым типом подходящего спектрометра, и в одном варианте осуществления настоящего изобретения могут быть, по меньшей мере, один FA-спектрометр и, по меньшей мере, один дифракционный спектрометр.

Выход одного или более измерительных спектрометров затем используется для анализа флюида пробы. Электрические выходы спектрометров являются пропорциональными свету заданного диапазона длин волн, который подается на спектрометр. Это изобретение обеспечивает большое количество каналов, охватывающих широкий диапазон длин волн, и все они могут быть выполнены в скважине.

В системах и способах, раскрытых в данном описании, один или более источников 180 света направлены на ячейку 184 для пробы. Этот свет взаимодействует с флюидом пробы, собирается оптоволоконными пучками и направляется в один или более измерительный спектрометр 186. Например, FA-спектрометр может быть сконфигурирован для обеспечения информации в широкой области спектра, дифракционный спектрометр может быть сконфигурирован для обеспечения точного анализа меньшего диапазона длин волн, которые представляют наибольший интерес при определении присутствия требуемых углеводородов.

В дополнение к одной функции измерений выходного света от пробы флюида свет может быть также направлен непосредственно из источника света на один или более эталонных спектрометров, например, идентичных по количеству и типу. Этот эталонный сигнал используется в калибровке спектрометров и связанной электроникой по мере того, как их работа может изменяться при высокотемпературной и шумной скважинной среде. Эта архитектура уменьшает общие размеры системы по сравнению с другими попытками обеспечить такую же информацию.

Предыдущее описание было представлено только для иллюстрации и описания изобретения и некоторых примеров его реализации. Оно не предназначено быть исчерпывающим или ограничивать изобретение любой точной изложенной формой. В свете изложенного являются возможными множество модификаций и вариаций.

Предпочтительные аспекты были выбраны и описаны для лучшего объяснения принципов изобретения и его практических применений. Предшествующее описание предназначено для того, чтобы дать возможность другим специалистам в данной области техники использовать изобретение в различных вариантах осуществления и аспектах и с различными модификациями, которые являются подходящими для предусмотренного конкретного использования. Предполагается, что объем изобретения определяется следующей формулой изобретения.

1. Система анализа флюида, сконфигурированная для работы в скважине, проходящей формацию, содержащая
по меньшей мере, один источник света, генерирующий входящий свет;
ячейку для пробы, функционально подсоединенную к упомянутому, по меньшей мере, одному источнику света, принимающую в себя пробу флюида, упомянутая ячейка дополнительно содержит
по меньшей мере, одно входное окно, позволяющее упомянутому входному свету поступать в упомянутую ячейку для пробы и через пробу флюида для получения выходного света;
по меньшей мере, одно выходное окно, позволяющее упомянутому выходному свету выходить из упомянутой ячейки для пробы;
по меньшей мере, первый спектрометр, функционально подсоединенный к выходу упомянутой ячейки для пробы и сконфигурированный для измерения упомянутого выходного света и генерации множества измерительных сигналов;
устройство для анализа, функционально подсоединенное к выходам упомянутого первого спектрометра и сконфигурированное для приема упомянутого множества измерительных сигналов и определения свойств пробы флюида;
по меньшей мере, второй спектрометр, функционально подсоединенный к упомянутому, по меньшей мере, одному источнику света и сконфигурированный для измерения упомянутого входного света и генерации множества эталонных сигналов;
калибровочное устройство, функционально подсоединенное к выходам упомянутого второго спектрометра и сконфигурированное для приема упомянутого множества эталонных сигналов и калибровки упомянутого первого спектрометра и другой электроники.

2. Система для анализа флюида, сконфигурированная для работы в скважине, по п.1, в которой упомянутый первый спектрометр содержит первый набор из двух или более спектрометров, и упомянутый второй спектрометр содержит набор из двух или более спектрометров, при этом упомянутый второй набор спектрометров является идентичным по числу и типу спектрометров упомянутому первому набору спектрометров.

3. Система для анализа флюида, сконфигурированная для работы в скважине, по п.1, дополнительно содержащая множество источников света, в котором упомянутое множество источников света генерирует свет в широкой области спектра.

4. Система для анализа флюида, сконфигурированная для работы в скважине, по п.1, дополнительно содержащая, по меньшей мере, один из следующих:
первый светособиратель, расположенный между упомянутым, по меньшей мере, одним источником света и упомянутой ячейкой для пробы;
второй светособиратель, расположенный между упомянутой ячейкой для пробы и первым спектрометром,
и третий светособиратель, расположенный между упомянутым одним источником света и упомянутым вторым спектрометром.

5. Система для анализа флюида, сконфигурированная для работы в
скважине, по п.4, в которой упомянутый первый, второй и третий светособиратели дополнительно содержат маршрутизатор, сконфигурированный для избирательного направления света, по меньшей мере, в одно конкретное входное окно, конкретный спектрометр и в конкретное время.

6. Система для анализа флюида, сконфигурированная для работы в
скважине, по п.1, в которой упомянутый первый спектрометр содержит спектрометр с матричным фильтром.

7. Система для анализа флюида, сконфигурированная для работы в
скважине, по п.1, в которой упомянутый первый спектрометр содержит дифракционный спектрометр.

8. Система для анализа флюида, сконфигурированная для работы в
скважине, по п.1, в которой упомянутый первый спектрометр содержит, по меньшей мере, один спектрометр с матричным фильтром и, по меньшей мере, один дифракционный спектрометр.

9. Система для анализа флюида, сконфигурированная для работы в
скважине, по п.1, в которой упомянутый второй спектрометр содержит один или более спектрометров, является идентичным упомянутому первому спектрометру по числу и типу спектрометров.

10. Система для анализа флюида, сконфигурированная для работы в
скважине, по п.1, в которой упомянутый, по меньшей мере, один источник света содержит галогенную лампу.

11. Система для анализа флюида, сконфигурированная для работы в
скважине, по п.1, в которой упомянутый, по меньшей мере, один источник света содержит светоиспускающий диод (LED).

12. Система для анализа флюида, сконфигурированная для работы в
скважине, по п.1, в которой упомянутый, по меньшей мере, один источник света содержит лазер.

13. Способ для скважинного анализа флюида, содержащий этапы, на которых
обеспечивают входной свет с использованием, по меньшей мере, одного источника света;
направляют пробу флюида в ячейку для пробы;
направляют упомянутый входной свет во входное окно упомянутой ячейки для пробы, направляют упомянутый свет через упомянутую ячейку для пробы и получают выходной свет, проходящий через выходное окно в упомянутой ячейке для пробы;
принимают упомянутый выходной свет в первом спектрометре;
генерируют множество измерительных сигналов с помощью упомянутого первого спектрометра на основании упомянутого выходного света;
анализируют упомянутое множество измерительных сигналов для определения свойств упомянутой пробы флюида;
принимают упомянутый входной свет во втором спектрометре;
генерируют множество эталонных сигналов с помощью упомянутого второго спектрометра; и
калибруют упомянутый первый спектрометр и другую электронику с использованием упомянутого множества эталонных сигналов.

14. Способ для скважинного анализа флюида по п.13, дополнительно заключающийся в том, что обеспечивают входной свет от множества источников света к множеству измерительных спектрометров и множеству эталонных спектрометров, при этом упомянутое множество источников света генерирует свет в широкой области спектра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для получения из многоволнового источника волны, имеющей выбранную длину. .

Изобретение относится к спектральному приборостроению. .

Изобретение относится к устройствам, применяемым в спектрофотометрии в качестве излучателя на область спектра от 202 нм до 3500 нм, позволяющим получить интенсивный спектр излучения после монохроматора спектрофотометра.

Изобретение относится к измерительной технике. .

Изобретение относится к области спектрального приборостроения. .

Изобретение относится к калибровке светодиодов и их использованию, в частности, в неинвазивных оксигемометрах. .

Изобретение относится к спектральному анализу и может быть использовано для проведения анализа электропроводных материалов без предварительной механической пробоподготовки.

Изобретение относится к области микроэлектронных и микромеханических устройств и может быть использовано в качестве нагревателя интегрального полупроводникового газового датчика, инфракрасного излучателя адсорбционного оптического газоанализатора, активатора печатающей головки струйного принтера.

Изобретение относится к спектральному анализу, в частности к распылителям порошковых проб, направляемых в источник возбуждения спектра и может быть использовано для спектрального анализа проб ограниченной навески, например, при озолении биологических объектов или в минералогии.

Изобретение относится к импульсным широкополосным источникам некогерентного оптического излучения высокой пиковой мощности и может быть использовано для проведения научно-исследовательских работ, в микроэлектронике, в медицине и других областях.

Изобретение относится к области аналитического приборостроения и касается осветительного узла спектрофотометра. Осветительный узел содержит последовательно расположенные источник оптического излучения, полевую диафрагму и систему двух соосно расположенных зеркальных поверхностей вращения, представляющих собой гиперболоид и эллипсоид. Радиус при вершине гиперболоида близок к нулю. В предельном случае гиперболоид приближается к прямому круговому конусу. Полевая диафрагма и система соосно расположенных зеркальных поверхностей вращения расположены таким образом, что изображение диафрагмы после отражения пучков излучения от поверхностей гиперболоида и эллипсоида формируется в виде освещенной площадки, которая совмещена с поверхностью исследуемого объекта. Технический результат заключается в обеспечении возможности освещения без потерь на экранирование и повышении достоверности и оперативности проведения измерений. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается способа генерации широкополосного оптического излучения с высокой спектральной яркостью. Способ включает в себя создание начальной ионизации в камере, заполненной газовой смесью высокого давления, и освещение камеры сфокусированным лазерным лучом. Освещение проводят импульсно-периодическим лазерным излучением с длительностью отдельного импульса, превышающей D/v, где D - поперечный размер излучающего объема, а v - скорость звука в газе при температуре излучающего объема. Промежутки между последовательными импульсами не превышают D2/χ, где χ - температуропроводность газа в области излучающего объема. Технический результат заключается в повышении спектральной яркости источника излучения. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх