Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте



Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте
Устройство и способ установления фазового равновесия со считыванием показаний на месте

 


Владельцы патента RU 2606256:

ШЛЮМБЕРГЕР ТЕКНОЛОДЖИ Б.В. (NL)

Группа изобретений относится к термодинамическим исследованиям нефтяных месторождений на основе измерения термодинамических свойств пластовых флюидов. Представлен способ для измерения термодинамических свойств пластовых флюидов, включающий: компоновку модульного сенсорного блока для оценки пробы флюида, содержащего углеводород, причем модульный сенсорный бок содержит корпус автоклава, имеющий в себе отборную камеру; загрузку пробы в отборную камеру; регулирование температуры и давления пробы в отборной камере, причем температуру пробы регулируют с помощью системы регулирования температуры, окружающей корпус автоклава; и использование единого датчика для определения как плотности, так и вязкости пробы в отборной камере. Также описано устройство для измерения термодинамических свойств пластовых флюидов. Достигается повышение информативности и надежности исследований. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 30 ил.

 

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ

Настоящая заявка претендует на приоритет по предварительной заявке США 61/377167, поданной 26 августа 2010 года, которая включена сюда в качестве ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Во многих областях применения на нефтяных месторождениях, для получения необходимой информации о подземном источнике, собираются пробы пластовых флюидов, и проводятся термодинамические и/или другие исследования. Термодинамические исследования включают измерение термодинамических свойств пластовых флюидов для анализа поведения фаз и/или проверки достоверности проб.

Поведение фаз пластовых флюидов можно определить, используя множество типов устройств. Как правило, эти устройства имеют вид сосудов, работающих под давлением, способных выдерживать высокие температуры и давления. В сосудах или автоклавах, работающих под давлением, для сообщения давления пробе флюида посредством некоторых типов нагнетательных насосов или механического привода, используют либо ртуть, либо поршни (в случае не содержащих ртути автоклавов). В ртутных автоклавах несмешиваемость ртути с пробой используется для упрощения конструкции, и для сообщения давления поршень не требуется. Ртуть имеет несколько очевидных недостатков, и в течение нескольких последних лет отрасль имеет общую тенденцию ухода от таких конструкций. В автоклавах, не содержащих ртути, давление сообщается пробе флюида посредством плавающего поршня. Поршень, в свою очередь, приводится в движение или перемещается с помощью механического или гидравлического привода.

Автоклавы, работающие под давлением, обычно бывают визуального типа или глухого типа, и выполнены с датчиками для измерения давления и температуры. Автоклавы могут также работать совместно с измерительными приборами и/или датчиками для измерения общего объема пробы, объемов фаз, давления насыщения и других параметров, либо с зондами, либо контролироваться визуально оператором. В некоторых случаях, для выполнения дополнительных измерений, таких как плотность и вязкость, вспомогательное внешнее оборудование может выполняться в сочетании с автоклавами, в таких случаях для выполнения дополнительных измерений необходим увеличенный объем пробы. Часто, чтобы сделать такие измерения независимыми от автоклава, внешнее оборудование может работать в автономном режиме. Автоклавы могут иметь определенный механизм для обеспечения извлечения образца в ходе эксперимента в условиях равновесия, например, с помощью пробоотборного клапана.

В дополнение к датчикам для управления давлением и экспериментальных измерений, устройства могут снабжаться определенным типом системы термического управления температурой, например, печами или нагревательными кожухами/рубашками. Автоклав равновесного состояния также может работать совместно с механизмом для перемешивания пробы. Это делается для ускорения равновесного процесса и, следовательно, для увеличения эффективности эксперимента. Типы перемешивающих механизмов включают мешалки с магнитно-связанными крыльчатками механического типа, простые качающиеся механизмы (со смесительными кольцами или без них), циркуляционные насосы и ультразвуковые преобразователи.

Автоклавы равновесного состояния часто разрабатывают специально для типа изучаемого флюида. Например, в них часто используется конический поршень для изучения газовых конденсатов, и плоский поршень для нефти. Конические поршни применяются, поскольку количество жидкости, выделяющейся из газовых конденсатов, очень небольшое, и использование конических поршней расширяет возможности аппаратов для измерения очень малых объемов.

Другой тенденцией для интенсификации исследования газовых конденсатов является использование автоклавов равновесного состояния с большими объемами, чем те, которые используются для исследования нефти. Обоснованием является то, что, чем больше объем пробы, тем больше объем выделяющейся жидкости, что увеличивает вероятность оказаться в пределах разрешающей способности измерительных приборов. Одним из основных недостатков таких увеличенных автоклавов является потребность в увеличенном объеме пробы.

Измерения плотности и вязкости могут выполняться другими деталями оборудования, внешними по отношению к основному автоклаву, например, PVT автоклав (давление-объем-температура), или с помощью включения денситометра или вискозиметра в аппарат. Один из распространенных видов вискозиметра, включаемого в автоклав, использует капиллярный способ, и самый распространенный вид денситометра основан на способе вибрирующей трубки. Пример такого денситометра изготовлен компанией Anton Paar GmbH, Грац, Австрия. Для таких измерительных приборов необходимо, чтобы проба протекала или проталкивалась через вискозиметр или денситометр и, по существу, необходимо, чтобы через датчик протекал значительный объем пробы для измерения и промывки или очистки датчиков. Такие датчики проточного типа имеют много недостатков, включая потребность в сравнительно большой площади оборудования и объеме пробы.

Для определения объемов фаз большинство типов аппаратов измеряют границу раздела газа-жидкости. Граница раздела газа-жидкости образуется в результате пребывания в области фазовой диаграммы ниже точки насыщения, и наличия слоев газа и жидкости, стратифицированных в корпусе автоклава. Важно, чтобы газовая фаза и жидкая фаза были в равновесии. Стратификация будет возникать естественным образом, но для этого потребуется несколько часов, дней или недель, в зависимости от системы флюида. Чтобы увеличить эффективность эксперимента, перемешивание используется для значительного уменьшения времени, необходимого для достижения равновесия, до нескольких секунд или минут. Это требует увеличения до максимума площади контакта газа-жидкости, достаточного времени сохранения газа-жидкости, и увеличения до максимума перемещения обеих фаз для масс-диффузии между фазами при данной температуре и давлении.

Когда достигнуто равновесие, перенос массы отдельных компонентов в каждой из соответствующих фаз равняется нулю. Это происходит вследствие состояния термодинамического равновесия, когда температура и давление в каждой фазе одинаковы, и химические потенциалы или летучести каждого компонента в пределах каждой фазы также становятся одинаковыми. Способ перемешивания или смешивания является стандартным способом, используемым для уменьшения времени приближения к равновесию, наиболее эффективной является рециркуляция одной из фаз через другую. Системы перемешивания разнообразны, и включают смешивающие кольца/поршни/устройства с магнитным приводом, простые качающиеся автоклавы, сочетание смешивающих колец/поршней/устройств и качания, магнитно-связанные лопастные мешалки, магнитные смесители, статические мешалки, диафрагменные смесители, циркуляционные насосы, и ультразвуковые смесители (установленные с помощью зажимов снаружи или преобразователи типа прямого контакта).

В любом случае существующие устройства не имеют достаточных возможностей датчика или сочетаний возможностей датчиков для обеспечения достаточного исследования поведения фаз и проверки достоверности проб пластовых флюидов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В общем, настоящее изобретение предусматривает устройство и способ, связанный с измерением термодинамических свойств пластовых флюидов. Способ использует модульный сенсорный блок, предназначенный для оценки пробы флюида, содержащего углеводород, в корпусе автоклава. Для оценки пробы при потенциально высоких давлениях и температурах различные датчики могут выборочно устанавливаться во взаимодействии с отборной камерой в корпусе автоклава. Так, например, для эффективного измерения плотности и вязкости пробы в зависимости от давления и температуры, датчики могут содержать единый датчик плотности-вязкости, расположенный на месте. Для измерения параметров пробы, в то время как образец остается в отборной камере, могут также устанавливаться другие датчики, такие как оптический датчик и/или датчик температуры-давления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Некоторые варианты воплощения изобретения в дальнейшем описываются со ссылками на приложенные чертежи, причем одинаковые номера обозначают одинаковые элементы, и:

На Фиг.1 приведено схематическое изображение примера модульного сенсорного блока, в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения;

На Фиг.2 приведено схематическое изображение модульного сенсорного блока с опорными элементами, в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения;

На Фиг.3 приведено схематическое изображение части модульного сенсорного блока, в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения;

На Фиг.4 приведено другое схематическое изображение части модульного сенсорного блока, в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения;

На Фиг.5 приведено схематическое изображение, демонстрирующее действие модульного сенсорного блока, в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения;

На Фиг.6 приведена схема, отображающая обобщенную фазовую диаграмму для пластового флюида, на которой построена зависимость давления от температуры;

На Фиг.7 приведена схема, отображающая спектральную характеристику пробы флюида, используя оптический датчик;

На Фиг.8 приведено схематическое изображение оптического датчика, отображающее выявление границы раздела газа-жидкости;

На Фиг.9 приведена схема, отображающая спектральную характеристику, полученную от оптического датчика по Фиг.8, иллюстрирующая выявление границы раздела газа-жидкости для пробы флюида;

На Фиг.10 приведена схема, отображающая кривые относительного объема пробы флюида;

На Фиг.11 приведена схема, отображающая кривые объема жидкой фазы/объема насыщения пробы флюида;

На Фиг.12 приведен другой пример диаграммы состояния жидкой фазы, на которой построена зависимость давления от температуры;

На фиг.13 приведена схема, демонстрирующая изображение общего рабочего процесса обработки пробы флюида, содержащего углеводород, в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения;

На Фиг.14 приведена схема, демонстрирующая изображение общего потока данных и сигналов в процессе обработки пробы флюида, содержащего углеводород, в соответствии с вариантом воплощения настоящего изобретения;

На Фиг.15 приведено схематическое изображение другого примера модульного сенсорного блока, в соответствии с альтернативным вариантом воплощения настоящего изобретения;

На Фиг.16 приведено схематическое изображение другого примера модульного сенсорного блока, в соответствии с альтернативным вариантом воплощения настоящего изобретения;

На Фиг.17 приведено схематическое изображение другого примера модульного сенсорного блока, в соответствии с альтернативным вариантом воплощения настоящего изобретения;

На Фиг.18 приведено схематическое изображение другого примера модульного сенсорного блока, в соответствии с альтернативным вариантом воплощения настоящего изобретения;

На Фиг.19 приведено схематическое изображение другого примера модульного сенсорного блока, в соответствии с альтернативным вариантом воплощения настоящего изобретения;

На Фиг.20 приведено схематическое изображение другого примера модульного сенсорного блока, в соответствии с альтернативным вариантом воплощения настоящего изобретения;

На Фиг.21 приведено схематическое изображение другого примера модульного сенсорного блока, в соответствии с альтернативным вариантом воплощения настоящего изобретения;

На Фиг.22 приведено схематическое изображение другого примера модульного сенсорного блока, в соответствии с альтернативным вариантом воплощения настоящего изобретения;

На Фиг.23 приведено схематическое изображение другого примера модульного сенсорного блока, в соответствии с альтернативным вариантом воплощения настоящего изобретения;

На Фиг.24 приведено схематическое изображение другого примера модульного сенсорного блока, в соответствии с альтернативным вариантом воплощения настоящего изобретения;

На Фиг.25 приведено схематическое изображение другого примера модульного сенсорного блока, в соответствии с альтернативным вариантом воплощения настоящего изобретения;

На Фиг.26 приведено схематическое изображение другого примера модульного сенсорного блока, в соответствии с альтернативным вариантом воплощения настоящего изобретения;

На Фиг.27 приведено схематическое изображение другого примера модульного сенсорного блока, в соответствии с альтернативным вариантом воплощения настоящего изобретения;

На Фиг.28 приведено схематическое изображение другого примера модульного сенсорного блока, в соответствии с альтернативным вариантом воплощения настоящего изобретения;

На Фиг.29 приведено схематическое изображение другого примера модульного сенсорного блока, в соответствии с альтернативным вариантом воплощения настоящего изобретения; и

На Фиг.30 приведено схематическое изображение другого примера модульного сенсорного блока, в соответствии с альтернативным вариантом воплощения настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В последующем описании для обеспечения понимания настоящего изобретения приведено множество деталей. Однако специалисту должно быть понятно, что настоящее изобретение может быть воплощено без этих деталей, и что возможно осуществление множества вариантов или модификаций описанных вариантов воплощения.

Настоящее изобретение касается способа и системы, которая расширяет в целом качество обслуживания и качество данных в отношении измерений и анализа проб пластового флюида. Для упрощения действий для выполнения измерений и анализа проб пластового флюида, множество элементов выборочно объединен в модульный блок. В результате процесс анализа пластового флюида имеет большую надежность и высокую повторяемость в течение многих или всех этапов процедуры. Система также легко переносится к буровым скважинам и в другие требуемые места.

Как здесь упомянуто, изобретение касается устройства для измерения термодинамических свойств (свойств флюида, например, зависимости давления-объема-температуры (PVT) и вязкости) пластовых флюидов для изучения поведения фаз и/или проверки достоверности проб. Эти флюиды могу быть получены из скважины, из скважинного пробоотборника, или из поверхностного оборудования, например, сепаратора.

Существующие датчики проточного типа имеют основные недостатки, включающие потребность в сравнительно большой площади оборудования и объеме пробы. Однако, варианты воплощения модульного сенсорного блока, описанные здесь, преодолевают эти недостатки, например, благодаря включению единого датчика плотности-вязкости в качестве неотъемлемой части устройства, таким образом, уменьшая потребность в объеме пробы, и уменьшая площадь оборудования. Уменьшенный объем пробы является предпочтительным, поскольку пробы, особенно, берущиеся из скважины, стоят дорого, и часто доступны только в ограниченном количестве. Таким образом, в настоящих вариантах воплощения изобретения может, как правило, выполняться большее количество тестов из ограниченной пробы. Кроме того, благодаря уменьшению площади оборудования, блок становится более портативным, и лучше подходит для развертывания на буровых скважинах, особенно морских буровых скважинах, где пространство ограничено. Уменьшение площади, кроме того, означает, что оборудование может легко перевозиться с места на место, на суше или на море, при минимальных затратах. Варианты воплощения, описываемые здесь, могут также служить для исключения необходимости выполнения дополнительных и отдельных испытаний, таких как эксперименты по равновесию системы пар-жидкость (VLE), сепараторные испытания (ST), испытания способом дифференциального дегазирования (DL), и/или испытания способом дифференциальной конденсации (CVD).

Кроме того, настоящий модульный сенсорный блок и способы использования блока предназначены для использования при более высоких давлениях и температурах, чем обычные испытательные системы. Во многих из этих вариантов применения, включая применение для высокого давления и высокой температуры, проба углеводородного флюида перемешивается для рекомбинации флюида пробы из нескольких фаз в одну фазу при давлениях, больших, чем давление насыщения. Модульный сенсорный блок, описываемый здесь, может включать встроенный механизм мешалки, предназначенный для перемешивания пробы флюида при высоком давлении и температуре.

Перемешивание пробы является желательным во многих вариантах применения, около точки насыщения, после того, как в центрах зародышеобразования сформировались микропузырьки или микрокапли, и начали расти вследствие, например, диффузии. Идеальная мешалка должна вызывать рассечение или разрушение растущих пузырьков или капель и формирование пузырьков или капель меньшего размера, таким образом, увеличивая общую площадь поверхности и, следовательно, площадь контакта газа-жидкости. По мере роста этих пузырьков или капель идеальная мешалка должна непрерывно рассекать или разрушать увеличенные пузырьки или капли, а также создавать общую циркуляцию потока пузырьков или капель, чтобы устранить области низких градиентов концентрации, следовательно, пониженных скоростей масс-диффузии. В жидких системах циркуляция от идеальной мешалки позволяет пузырькам газа перемещаться быстрее к поверхности, образующей границу раздела, чем полагаясь исключительно на эффект плавучести. В случае капель, идеальная мешалка вынуждает их оседать на дно автоклава (верхняя часть границы раздела) намного быстрее, чем полагаясь только на силу тяжести. В то же время и на поверхности границы раздела непрерывная циркуляция потока приводит к рециркуляции газовой фазы в жидкую фазу, или наоборот, таким образом, обеспечивая контакт стратифицированных фаз друг с другом, и обеспечивая больший контакт площади поверхности между фазами, таким образом содействуя ускорению процесса диффузии. Это можно также распространить на рекомбинацию фаз. Способ перемешивания и встроенный механизм перемешивания, описываемый ниже, помогает оптимизировать желательное перемешивание пробы флюида. Например, механизм мешалки может включать ультразвуковой преобразователь, который сводит к минимуму мертвое пространство и легко встраивается в корпус автоклава модульного сенсорного блока.

Варианты воплощения, описанные здесь, предусматривают модульный сенсорный блок в виде автоматизированного, мобильного и модульного аппарата, использующего новую сенсорную технику для исследований поведения фаз и проверки достоверности проб пластовых флюидов. Модульный портативный аппарат предназначен для использования на буровых скважинах, на суше и на море, в мобильных лабораториях, или в постоянных лабораториях, базирующихся на берегу. Он может использоваться либо в автономных установках, либо с другим модульным оборудованием для анализа флюида.

В системах существующего уровня, плотность и вязкость обычно измеряют с помощью отдельных специализированных устройств, таких как аппарат с вибрирующей трубкой или гравиметрический способ измерения плотности, и аппарат по способу падающего тела для измерения вязкости. В исследованиях DL и/или ST, плотность сосуществующей жидкой фазы (жидкая фаза ниже давления насыщения) была обычно рассчитываемой характеристикой, а не измеряемой характеристикой. Вязкость сосуществующих жидких фаз часто измерялась в отдельном эксперименте, на отдельном загрузки флюида. В таком случае, исследование DL и/или ST повторялось, а флюид затем загружался в вискозиметр. Эти свойства также могли быть измерены в отдельных исследованиях VLE, где свежая проба загружается в автоклав, а затем сосуществующие жидкие и паровые фазы отбираются, и измеряется плотность, вязкость и состав. Данные, полученные в VLE, в зависимости от конкретного флюида, часто не полностью соответствуют данным испытаний DL, CVD или ST, но данные от этих испытаний VLE все еще использовались при уточнении уравнения состояния (EOS). Кроме того, такие испытания трудны для выполнения и потребляют большие количества объема проб и времени. В зависимости от опыта оператора результаты часто имели различную степень сопутствующих ошибок.

Напротив, варианты воплощения настоящего изобретения включают комбинированный датчик плотности и вязкости для измерения на месте плотности и вязкости одной фазы и сосуществующих двух фаз жидкости (но, не ограничиваясь только жидкой фазой) в зависимости от давления и температуры. Интеграция объединенного датчика плотности и вязкости в аппарат и экспериментальный рабочий процесс устраняет необходимость в использовании отдельных единиц оборудования и отдельных загрузок проб в таких внешних единицах оборудования, таким образом снижая неопределенность экспериментов, а также уменьшая общее потребление объема пробы. Пробы флюида дороги для получения и, следовательно, минимизация количеств, использованных для испытаний, приносит прямую выгоду, такую как большая доступность проб для исследований повторяемости, большая доступность для расширенного пакета испытаний, и сбор меньших количеств проб (непосредственно связанных с затратами).

Недостатки существующих способов выполнения измерений плотности и вязкости во время эксперимента по фазовому равновесию включают: увеличенный объем пробы и экспериментальный рабочий процесс, который более сложен, поскольку обычно для выполнения измерений флюид должен протекать через эти датчики. Еще сложнее, когда флюид существует в двух фазах, поскольку весь флюид в датчиках должен быть повторно уравновешен при новых условиях измерений, и датчик должен тщательно промываться для гарантии того, что проба флюида является репрезентативной для массы жидкой фазы (следовательно, потребляя больший объем пробы). Настоящий модульный сенсорный блок решает эти вопросы и имеет очень простой экспериментальный рабочий процесс.

Например, настоящий аппарат или блок является высоко автономным, и может быть управляемым с помощью процессорного средства управления, такого как микрокомпьютер. Такой подход требует минимального вмешательства оператора. Благодаря автоматизации, варианты воплощения настоящего изобретения гарантируют высокое качество, повторяемые результаты, которые в значительной степени независимы от опыта оператора.

Другим преимуществом настоящего модульного сенсорного блока и способа, который может быть воплощен в модульной конструкции, является новый оптический датчик, рассчитанный на высокое давление и высокую температуру. Рассчитанный на высокое давление и высокую температуру оптический датчик может использоваться для выполнения измерений точки начала кипения, точки росы, границы раздела газа-жидкости, и/или других измерений, используя способы оптической микроскопии и рассеяния. Конструкция оптического датчика устраняет множество недостатков благодаря уплотнению окон круглого или цилиндрического типа, и, работая в сочетании со всей аппаратурой, в автоклавах визуального типа, обеспечивает замену датчиком, который обеспечивает автоматизацию, всех визуальных измерений, обычно выполняемых оператором. Оптический датчик предназначен для повышения его чувствительности для обнаружения мелкодисперсных туманов росы и мелких пузырьков в исследуемом объеме. Длины волн и оптические длины пути оптимизированы для возможности обнаружения пузырьков и границ раздела газа-жидкости даже в темных сырых углеводородах.

Модульная конструкция вариантов воплощения настоящего изобретения также обеспечивает различные конфигурации, геометрию автоклавов и датчиков, используемых для изучения различных типов флюидов. Пластовые флюиды демонстрируют различное поведение (нефтяные и газовые конденсаты) при изучении характеристик фаз. Кроме того, измеряемые свойства флюидов имеют широкий диапазон.

Возможность изменения конфигурации оборудования и/или замены датчиков для приспособления к конкретному типу флюида сильно уменьшает погрешность экспериментов. Физика датчика и чувствительность может изменяться для нефтяных и газовых конденсатов, следовательно, трудно, если не невозможно, использовать один датчик, который может поддерживать очень высокую степень точности для всех типов пластовых флюидов. Датчики и диапазоны для измерений с очень высокой точностью могут быть подобраны для флюида в зависимости от того, является ли он нефтяным или газовым конденсатом. Модульный сенсорный блок является частью системы модульной аппаратуры и программного обеспечения, используемой для обеспечения анализа высокого качества и однородного качества.

Блок может использоваться для других исследований, в дополнение к изучению фазового равновесия, с небольшой модификацией или без нее. Например, модульный блок может использоваться с целью проверки достоверности проб. Кроме того, модульный сенсорный блок может использоваться в сочетании с другими модулями. При испытаниях на достоверность, как правило, измеряют или отыскивают содержание воды, песка и других уровней загрязнения. В некоторых случаях применения испытания на достоверность могут включать способы анализа, которые важны в изучении обеспечения потока, таком как изучение наступления выделения твердых углеводородов и асфальтенов.

Ссылаясь в общем на Фиг.1-4, вариант воплощения устройства для измерения термодинамических свойств пластовых флюидов показан как модульный сенсорный блок 50. Модульный сенсорный блок 50 содержит корпус автоклава 52, созданный, например, из материала, устойчивого к коррозионным скважинным флюидам, например, воде, сероводороду, и устойчивого к охрупчиванию и/или растрескиванию, с возможностью выдерживать высокое давление, например, 1380 бар как минимум, и высокие температуры, например, 200°C как минимум. Корпус автоклава 52 может изготавливаться из цельной прутковой заготовки с канавками 54 уплотнения и резьбовыми концевыми соединениями 56 на каждом конце, так чтобы в них входили защитные заглушки 58.

Концы корпуса автоклава 52 могут быть закрыты резьбовыми защитными заглушками 58. Как вариант, защитные заглушки 58 могут быть соединены болтовым соединением с корпусом автоклава 52 с канавками уплотнения. Резьба или болты рассчитываются на сопротивление нагрузке давления и температуры. Защитные заглушки 58 могут быть герметизированы на корпусе автоклава 52, используя уплотнение эластомерного или другого типа в канавках 54. Защитные заглушки 58 могут также использоваться для герметизации удлиненных частей 60 и 62 корпуса, которые расположены внутри соответствующих концов корпуса автоклава 52 для взаимодействия с датчиком 64 давления и температуры и механизмом мешалки/датчиком 66, таким как ультразвуковой преобразователь. Датчик 64 давления и температуры может быть объединен с верхним поршнем 68, и ультразвуковой преобразователь 66 может быть в виде нижнего поршня 70, или быть объединенным с ним. Следует иметь в виду, что верхний поршень 68 и/или нижний поршень 70 может включать датчик давления и температуры или ультразвуковой преобразователь.

Корпус автоклава 52 разделен на верхнюю камеру 72 и нижнюю камеру 74, которые сообщаются посредством узкого протока 76. Внутренние поверхности верхней и нижней камер 72, 74 корпуса автоклава 52 обработаны по соответствующим техническим требованиям для герметизации эластомерным или другим уплотнением. Область корпуса автоклава 52 вокруг узкого протока 76 профилирована для размещения специального оптического датчика 78, комбинированного, единого датчика 80 плотности-вязкости, и загрузочного клапана 82, который может иметь загрузочный клапан 84 с нулевым мертвым пространством (см. Фиг.2 и 3). Загрузочный клапан 84 с нулевым мертвым пространством может иметь множество форм. Примеры включают клапаны, поставляемые лабораторией CENERG-TEP ENSMP (Ecole Nationale Superieure des Mines de Paris (Горная школа Парижа)). Загрузочный клапан 84 может также быть сконструирован так, чтобы функционировать в качестве пробоотборного клапана. В показанном варианте воплощения проток 76 может иметь круглое, прямоугольное или квадратное поперечное сечение, и разработан специально для эффективного и соответствующего действия оптического датчика 78 и датчика 80 плотности-вязкости. Обработка поверхности этого узкого протока может быть гладкой или специально выполненной для оптимизации функционирования оптического датчика 78 и датчика 80 плотности-вязкости (DV). Загрузочный люк 82 может быть обработан на станке или сформирован другим способом в корпусе автоклава 52 с целью загрузки и выгрузки содержимого автоклава.

Механизм мешалки 66, например, ультразвуковой преобразователь, используется для перемешивания пробы для уменьшения времени для установления равновесия во время разделения фаз и для быстрой рекомбинации пробы из двух фаз, газовой и жидкой, в однофазную гомогенную смесь. Принцип ультразвукового перемешивания, используемый в химической промышленности и в различном лабораторном оборудовании, применяется для создания равновесия, вызывая циркуляцию внутри автоклава, так чтобы газовая и жидкая фазы в автоклаве непрерывно контактировали для гарантии, что масс-диффузия доведена до максимума, следовательно, уменьшая время для сепарации или рекомбинации равновесной фазы до однофазной гомогенной смеси. При таком применении преобразователь находится при сверхвысоких давлениях и температурах, и поэтому специализирован и оптимизирован для такого применения в испытаниях и измерениях. Мощность, частота и рабочий цикл также могут быть оптимизированы к применению и различным типам изучаемых флюидов. Это означает, что, в зависимости от флюида, может использоваться различная мощность, частота и рабочий цикл.

Интегрированный датчик 64 давления и температуры может иметь форму модифицированного измерительного прибора для использования в скважине, такого типа как кварцевый, микросапфировый или SOI (кремний на диэлектрике). Температурная часть датчика 64 может быть типа высокоточного RTD (резистивного датчика температуры) или его эквивалентом. Элементы 64 и 66 имеют специализированную интегрированную конструкцию, которая может быть соединена или сформирована заодно с верхним и нижним поршнями 68, 70, соответственно, в корпусе автоклава 52. В показанном примере датчик 64 давления и температуры и ультразвуковой преобразователь 66 не размещаются в углублении конструкции поршня; вместо того они формируют поршень в однокомпонентной интегрированной конструкции.

Корпус измерительного прибора специально обработан с целью объединения всех этих функций в одной однокомпонентной конструкции. Смачиваемые элементы датчика 64/преобразователя 66, которые подвергаются воздействию давления и температуры, герметично уплотнены. Кроме того, канавки 86 уплотнения используются для уплотнения элементов 64, 66 на корпусе автоклава 52, используя эластомерное уплотнение или другое подходящее уплотнение. Датчик и поршень двойного назначения (например, датчик 64/поршень 68 и преобразователь 66/поршень 70) обеспечивает уменьшенную конструкцию автоклава, что минимизирует общий объем автоклава, мертвое пространство автоклава и, следовательно, теплоемкость автоклава. В показанном примере датчик 64 давления и температуры служит в качестве верхнего поршня для минимизации величины уплотняемых границ раздела. Уменьшение мертвого пространства желательно, поскольку мертвые пространства могут нарушать точность эксперимента и/или разрешающую способность измерительного прибора.

Удлиненные части 60 и 62 корпуса могут служить как проводники для электрических соединений в соответствующем датчике 64 и ультразвуковом преобразователе 66. Открытые концы 88, 90 удлиненных корпусов 60, 62 могут быть уплотнены посредством перемычки или уплотнены другими средствами для предотвращения всякого проникновения извне. Удлиненная часть 62 корпуса может быть прикреплена к опорной плите 92 модульного сенсорного блока 50 посредством защелки 94. Аналогично, удлиненная часть 60 корпуса может быть прикреплена к направляющей плите 96 поршня посредством защелки 98. Давление на концах 88 и 90 отсутствует. Электрические соединения с вспомогательным оборудованием, используемым для операций касательно элементов 64 и 66, могут выполняться через открытые концы 88 и 90. Кроме того, канавки уплотнения и соответствующие уплотнения 100 используются для герметизации удлиненных корпусов 60, 62 относительно соответствующих защитных заглушек 58. Уплотнения могут включать эластомерные уплотнения или другие подходящие уплотнения.

В показанном варианте воплощения корпус автоклава 52 удерживается рамой, которая может включать опорную плиту 92,множество направляющих штанг 102, верхнюю плиту 104, направляющие плиты автоклава 106, и монтажный кронштейн автоклава 108 (см. Фиг.2). Корпус автоклава 52 прикреплен к монтажному кронштейну автоклава 108 и может скользить вверх и вниз вдоль направляющих штанг 102 по линейным подшипникам 110. Комбинированный ультразвуковой преобразователь 66/нижний поршень 70 удерживается неподвижным относительно рамы посредством опорной плиты 92. Как показано на Фиг.2, высокоточный линейный исполнительный механизм 112 может быть прикреплен к опорной плите 92 с помощью кронштейна, для перемещения корпуса автоклава 52 вдоль направляющих штанг 102. Для минимизации общего веса рама выполнена из высокопрочного относительно веса материала или других легковесных материалов. Линейный исполнительный механизм 112 может быть серийно выпускаемым устройством или его эквивалентом, например, с микрометрическим разрешением и точностью.

В данном конкретном варианте воплощения сенсорная головка 114 датчика линейных перемещений может быть соединена с комбинированным датчиком 64 давления и температуры или верхним поршнем 68 посредством соединительного кронштейна 116 и с кодером 118 магнитных полосок, который также может быть прикреплен к раме. Сенсорная головка 114 датчика и кодер 118 магнитных полосок могут быть созданы или выбраны с микрометрическим разрешением и точностью для отслеживания положения верхнего поршня 68, который может перемещаться в корпусе автоклава 52. Замок штанги с воздушным приводом может присоединяться к направляющей плите 96 поршня и может фиксироваться на направляющих штангах 102, чтобы удерживать верхний поршень 68 неподвижным во время движения корпуса автоклава 52. Корпус автоклава 52 и верхний датчик 64 давления/температуры или поршень 68 перемещаются независимо. К примеру, поршень 68 может перемещаться путем регулирования давления/потока гидравлической жидкости гидронасосом 120. Гидронасос 120 используется для подачи нагнетаемой гидравлической жидкости в каналы 122, которые проходят через защитные заглушки 58, и подачи жидкости в гидравлические камеры 124, для избирательного перемещения поршня или поршней. К примеру, гидронасос 120 может быть серийно выпускаемым поршневым насосом переменного рабочего объема с не пульсирующим непрерывным потоком или его эквивалентом. Каналы 122 могут быть профилированными под серийно выпускаемые фитинги высокого давления или их эквивалент.

Конфигурация уплотнения, создаваемого канавками уплотнения и соответствующими уплотнениями 54, 86, и 100 дополнительно подразделяет внутреннюю камеру корпуса автоклава 52 на верхнюю камеру 72 и нижнюю камеру 74. Верхняя камера 72 и нижняя камера 74 имеют «гидравлическую сторону» с гидравлической жидкостью в камерах 124 гидравлической жидкости, и «сторону пробы» с пробой флюида в отборной камере 126, включающей части верхней камеры 72 и нижней камеры 74. Сторона пробы образована между верхним поршнем 68 и нижним поршнем 70 по обе стороны от узкого канала или протока 76. Гидравлическая жидкость на гидравлических сторонах сводит к минимуму разность давления в канавке 86 уплотнения, таким образом, уменьшая тенденцию утечки через уплотнения. Это обеспечивает работу при очень высоких давлениях и температурах. Нижняя защитная заглушка 58 может также иметь канал 122 для гидравлической жидкости. Гидравлическая жидкость в нижней защитной заглушке 58 служит для минимизации разности давления в соответствующей канавке 86 уплотнения, и также служит для уменьшения разности давления в ультразвуковом преобразователе 66. Объем пробы на стороне пробы может изменяться путем перемещения верхнего поршня 68.

Такая конфигурация, кроме того, обеспечивает то, чтобы проба флюида в отборной камере 126 могла контактировать с оптическим датчиком 78 и единым датчиком 80 плотности-вязкости, путем перемещения корпуса автоклава 52 и, следовательно, оптического датчика 78 и датчика 80 плотности-вязкости, через столб флюида пробы. Высота столба жидкой фазы изменяется с растворимостью газа, которая для данного флюида зависит от давления и температуры. Таким образом, при перемещении корпуса автоклава, датчики могут устанавливаться в области флюида, где необходимо выполнить измерения, например, для границы раздела газа-жидкости, плотности жидкой фазы и вязкости жидкой фазы. Относительное положение оптического датчика 78 и датчика 80 плотности-вязкости дает возможность автоматизации этого процесса (см. Фиг.2 и 3). Когда обнаружена граница раздела газа, корпус автоклава 52 может перемещаться на определенное дополнительное расстояние, например, по меньшей мере, на зазор между оптическим датчиком 78 и датчиком 80 плотности-вязкости, для установки датчика 80 плотности-вязкости в жидкой фазе. Это подходит для измерения свойств жидкой фазы во флюидах с различными растворимостями газа, и будет объясняться в дальнейшем описании на действии модульного сенсорного блока 50. Давление флюида пробы в отборной камере 126 регулируется посредством перемещения верхнего поршня 68. Когда корпус автоклава 52 перемещается, верхний поршень 68 удерживается неподвижным, чтобы поддерживать давление пробы.

Корпус автоклава 52 может нагреваться для увеличения температуры пробы до температуры пласта или до другой необходимой температуры с помощью системы 128 регулирования температуры. В соответствии с одним вариантом воплощения система 128 регулирования температуры включает внутреннюю оболочку 130, которая может быть регулируемой для обеспечения, как нагревания, так и охлаждения. Внутренняя оболочка 130 выполнена так, чтобы строго совпадать с геометрией корпуса автоклава 52 для доведения до максимума теплового контакта и доведения до максимума теплопередачи к корпусу автоклава 52. Система 128 регулирования температуры может также включать наружную оболочку 132 в виде изолирующего слоя, предназначенного для минимизации потерь тепла или получения тепла из внешней среды. Система 128 регулирования температуры образует облегченный герметизированный тепловой контур, способный поддерживать температуру системы в нужном диапазоне, например, < ±0,5°C, и минимизировать температурные градиенты по длине корпуса автоклава 52. Нагрев достигается за счет электрического сопротивления или с помощью других подходящих механизмов нагрева, а охлаждения можно достичь за счет циркуляции воздуха, или циркуляции воды в герметизированной внутренней оболочке 130. Если температура системы ниже, чем температура окружающей среды, может быть использована подходящий теплообменный флюид, циркулирующий через внешнюю охлаждающую или подобную ей систему. Наружная оболочка 132 системы 128 регулирования температуры поддерживает подходящую наружную температуру касания для безопасности оператора.

Система 128 регулирования температуры управляется и контролируется процессорной системой 134 управления, например, микрокомпьютерной системой, или другой подходящей системой управления. Система 134 управления может использоваться для автоматизации процедуры отбора проб, также посредством управления перемещением поршней, например, перемещением верхнего поршня 68, и посредством получения данных от датчика 80 плотности-вязкости, датчика 64 давления и температуры, оптического датчика 78, и/или других датчиков системы. Система 134 управления может, кроме того, использоваться для управления загрузкой и удалением пробы флюида относительно отборной камеры 126 флюида, наряду с регулированием других компонентов и функций всего процесса испытаний и измерений.

Со ссылками, в общем, на Фиг.5 и 6, продемонстрирован один пример общего действия модульного сенсорного блока 50. Следует отметить, что модульный сенсорный блок 50 может работать в сочетании с другими модулями, которые выполняют другие испытания, например, для обеспечения того, чтобы результаты, полученные от модульного сенсорного блока 50 и общей сенсорной системы 136, имели желаемое качество.

Как показано на Фиг.6, обобщенная фазовая диаграмма для пластового флюида применяется для демонстрации того, как выполняются измерения в процессе типичного хода эксперимента. Основные этапы эксперимента расширения постоянного состава (CCE) будут использованы в последующем описании для объяснения действия системы 136. Система 136 может использоваться для других экспериментов, таких, как испытания посредством дифференциальной конденсации, сепараторные испытания и испытания посредством дифференциального дегазирования. В данном примере измерения, выполняемые при эксперименте CCE на каждой ступени давления (при постоянной температуре), следующие: однофазный объем и общий объем пробы, однофазная плотность, однофазная вязкость, объемы жидкой и газовой фазы (посредством измерений границы раздела газ-жидкость), плотность и вязкость сосуществующей равновесной жидкой фазы. Давление насыщения также можно определять, определяя давление, при котором образуется вторая фаза флюида.

Перед выполнением эксперимента с системой 136, проба подготавливается в цилиндре 138 пробы общей системы 136 (см. Фиг.5). Предполагается, что система 136 была тщательно очищена, все калибровки на датчиках и системе были проверены, и система подвергнута испытаниям под давлением.

Проба флюида в цилиндре 138 может быть получена из скважинного пробоотборника или из рекомбинируемого поверхностного сепаратора колонной головки, например, см. Фиг.13. В случае скважинной пробы флюида предполагается, про перенос пробы из пробоотборника в цилиндр 138 пробы был проверен на достоверность, и проба свободна от загрязнений, например, песка и осадка, и находится в пределах технических требований по содержанию воды. В случае поверхностного образца, предполагается, что проба была рекомбинирована из сепараторных проб жидкой и газовой фазы, и что рекомбинированная проба была проверена на достоверность, и является репрезентативной для изучаемого пластового флюида. Кроме того, предполагается, что, в любом случае, проба была перенесена в цилиндр 138 пробы, и флюид в цилиндре 138 пробы восстановлен до однофазного гомогенного состава при давлении и температуре пласта, или другом желаемом давлении и температуре.

В данном действующем примере, корпус автоклава 52 перемещается с помощью линейного исполнительного механизма 112 вдоль направляющих штанг 102 по линейным подшипникам 110, прикрепленным к направляющей плите автоклава 106, так что нижний поршень 70 находится в своем крайнем верхнем положении в нижней камере 74. Верхний поршень 68 перемещается в крайнее нижнее положение в верхней камере 72 за счет изменения давления или объема гидравлической жидкости на гидравлической стороне верхней камеры 72 с помощью гидронасоса 120. Верхний поршень 68 является направляемым, когда направляющие втулки 140 и направляющая плита 96 поршня перемещаются относительно направляющих штанг 102 (см. Фиг.1). Перед переносом пробы в корпус автоклава 52, объем пробы в камере 126 между верхним поршнем 68 и нижним поршнем 70 делается настолько малым, насколько возможно, что желательно, как подробнее описано далее.

Модульный сенсорный блок 50 откачивается с помощью вакуумного насоса для удаления воздуха и других загрязнений из гидравлических сторон и сторон пробы верхней и нижней камер 72, 74 и из линий 141 и 142 перекачки. Воздух считается загрязнителем пробы, и захваченный воздух может нарушать измерения давления и характеристики системы вследствие его сжимаемости и растворимости в жидкой фазе. Откачивание выполняется через магистрали 144 и 146 вакуумного насоса, которые соединены с вакуумным насосом посредством трехходовых клапанов 148 и 150, соответственно. Трехходовые клапаны 148 и 150 также соединены со сторонами пробы и гидравлическими сторонами отборной камеры 126, включающей верхнюю камеру 72 и нижнюю камеру 74. Такое расположение обеспечивает то, чтобы весь воздух откачивался не только из камер 72, 74, но также из всех соединительных линий 141, 142 перекачки. Гидравлическая жидкость загружается в сквозной канал 122 от гидравлического насоса 120 через линию 141 перекачки трубопровода высокого давления, пока гидравлические стороны камер 72, 74 не заполнятся гидравлической жидкостью. Корпус автоклава 52 затем нагревается до температуры пласта или другой желаемой температуры с помощью системы 128 регулирования температуры. Кроме того, линия 142 перекачки может быть с подогревом, для предотвращения охлаждения, которое может вызвать выпадение компонентов тяжелых фракций флюида или образование твердых углеводородов во время переноса пробы флюида из цилиндра 138 в отборную камеру 126. Это гарантирует перенос репрезентативной пробы. Клапан 152 (предполагается, что гидравлическая жидкость присутствует на конце насоса) закрыт, а клапан 154 открыт, как показано.

После того как система поршней 68, 70 располагается так, как описано выше, воздух откачан из системы, и температура стабилизировалась, перенос пробы завершается за счет вытеснения пробы флюида из цилиндра 138 пробы, используя насос 156 (или для выполнения и этой функции также может быть настроен насос 120), и поток может быть проведен через один или более клапанов 158 перед достижением трехходового клапана 148. Проба флюида в дальнейшем вытесняется через коррозионно-стойкую линию 142 перекачки высокого давления в отборную камеру 126. Клапан 152 открывается, и трехходовые клапаны 148, 150 устанавливаются соответствующим образом. Датчик 114 линейных перемещений может быть обнулен, или текущие показания могут использоваться как начало отсчета. Предполагается, что мертвые пространства системы, обусловленные линиями перекачки, клапанами и фитингами, учтены в процедуре калибровки.

Перенос происходит в условиях, как можно более близких к изобарическим условиям. Вначале, вследствие упомянутых мертвых пространств и минимального объема отборной камеры 126 в корпусе автоклава 52, проба будет мгновенно испаряться, то есть, она будет переходить из однофазного и гомогенного состояния в состояние многофазного негомогенного флюида. Следовательно, сводя к минимуму мертвое пространство и объем отборной камеры 126, этот нежелательный эффект поддерживается на минимальном уровне – чем меньше объем, тем быстрее восстановление давления. Ультразвуковая мешалка 66 может запускаться для рекомбинации флюида до однофазного гомогенного флюида на этой начальной стадии процесса загрузки. После того, как флюид становится однофазным и гомогенным, а восстановление давления и близкий к изобарическому перенос завершены, запускается ультразвуковая мешалка 66, в соответствии с заданным рабочим циклом, на протяжении всего переноса, для обеспечения гомогенности. Количество загруженной пробы будет зависеть от типа флюида (флюиды лежат в диапазоне от природных газов до тяжелой нефти) и экспериментальных параметров, таких как конечное давление для CCE. Объем, загруженный в отборную камеру 126, регистрируется за счет изменения смещения верхнего поршня 68 вдоль кодера 118 магнитных полосок, посредством головки 114 кодера, соединенной с удлиненной частью 60 корпуса. Конечный объем считывается только тогда, когда система стабилизируется, т.е. когда температура и давление остаются постоянными, и другие датчики регистрируют постоянные величины. Калибровочный коэффициент для геометрии автоклава используется для преобразования линейного перемещения кодера в объем, который затем корректируется с учетом мертвых пространств клапана и фитингов линии перекачки. После завершения, клапан 154 закрывается, чтобы проба была изолирована в корпусе автоклава 52.

После того как изолированная проба в корпусе автоклава 52 стабилизирована, т.е. проба становится гомогенной однофазной смесью при постоянной температуре и давлении при заданных начальных условиях, испытания могут продолжаться. Эта начальная точка, как правило, находится в показанной области 160 на Фиг.6, значительно выше геометрического места точек давления насыщения, которое является так называемой однофазной областью.

Перед началом испытаний может быть разработан план для выбора заданной начальной температуры и давления, такой как давление и температура пласта. Кроме того, по предварительному плану, выбирается заданное количество ступеней 162 давления (оно может быть изменено в ходе эксперимента) вдоль начальной изотермы 164, и из прогноза EOS, основанного на доступных экспериментальных данных одноступенчатого испарения и/или других данных PVT, может быть получена предварительная оценка давления насыщения (166 или 168). На каждой ступени давления, выше, 160, и ниже, 170, точка насыщения (166 или 168) могут быть выполнены измерения объема (общего объема и объемов фаз (P<Psat)), плотности и вязкости. Ступени давления, лежащие значительно выше давления насыщения, т.е. в области 160, являются, как правило, крупными, с более мелким интервалом, используемым вблизи давления насыщения, а затем крупным интервалом в двухфазной области, 170. При желании, более мелкий интервал может использоваться повсюду. Вблизи давления насыщения система может выдерживаться в течение периода при постоянном давлении, для обеспечения достаточного времени для установления равновесия жидкой и газовой фаз. Это предотвращает ложное обнаружение давления насыщения вследствие образования метастабильных состояний. Система 66 перемешивания может быть оставлена включенной для определенных измерений, таких как давление насыщения, но выключается для измерений объема и плотности/вязкости. Давление насыщения 166, 168 является важным измерением, и испытания могут выполняться вначале с крупными интервалами ступеней давления а, когда получена оценка давления насыщения, для увеличения точности этого измерения интервалы давления могут делаться более мелкими. В общем, предварительный прогон выполняется при заранее планируемых ступенях. Когда получена грубая оценка давления насыщения, флюид рекомбинирует снова в однофазную гомогенную смесь, и, если необходимо для повторного прогона, ступени давления вблизи оцениваемого давления насыщения могут делаться более мелкими. Такое повышение и понижение давления вблизи давления насыщения 166, 168 можно повторять несколько раз.

Корпус автоклава 52 удерживается неподвижным, и верхний поршень 68 используется для управления давлением флюида, как это описано ранее. Верхний поршень 68, от его начального давления (предполагается, что оборудование находится при начальной температуре) изотермически расширяет флюид. Ультразвуковая мешалка 66 во время расширения работает таким образом, чтобы не нагревать флюид, содержащийся в отборной камере 126, например, действуя в импульсном режиме. При различных заданных ступенях давления верхний поршень 68 останавливается, и проба флюида в отборной камере 126 оставляется для стабилизации перед выполнением любых измерений, то есть приближается к постоянному давлению и температуре (температура пробы флюида может немного изменяться вследствие расширения, следовательно, для восстановления температурного равновесия требуется небольшое количество времени – постоянный объем свидетельствует о стабилизации).

Определенные измерения одной фазы, в области 160, могут выполняться в зависимости от давления и температуры на различных ступенях давления одной фазы, и включают: общий объем (измерение сжимаемости), плотность одной фазы, и вязкость одной фазы. Первое измерение выполняется при начальных условиях, с последующими измерениями, выполняемыми на заданных ступенях. Поскольку флюид является однофазным и гомогенным, нет необходимости перемещать оптический датчик 78 и датчик 80 плотности-вязкости, прикрепленный к корпусу автоклава 52. Ультразвуковой преобразователь 66 действует в соответствии с заданным рабочим циклом, для обеспечения гомогенности. Корпус автоклава 52 может перемещаться в позицию оптического датчика 78 и датчика 80 плотности-вязкости, оба закреплены на корпусе автоклава 52, при различных позициях в пробе флюида для выполнения дополнительных измерений при различных положениях во флюиде для подтверждения гомогенности. При необходимости, во время этого процесса верхний поршень 68 может перемещаться. В показанном примере верхний поршень 68 регулируется автоматически системой 134 управления для гарантии, что проба поддерживается в изобарических условиях или в условиях, близких к изобарическим. Измерения выполняются только после стабилизации флюида. Верхний поршень 68 управляет давлением флюида, и корпус автоклава 52 управляет положением датчиков 78, 80 относительно пробы флюида, содержащейся в отборной камере 126. Перемещение корпуса автоклава 52 описано ранее, и объем одной фазы может быть измерен, используя датчик 114 линейных перемещений. Оптический датчик 78 может использоваться на этом этапе для подтверждения того, что проба является однофазной и гомогенной.

Расширение флюида продолжается, пока не будет достигнута точка насыщения на фазовой диаграмме, и измерение точки кипения или точки росы выполняется в зависимости от типа флюида. Точка насыщения обнаруживается оптическим датчиком 78, который использует способы спектроскопии для контроля изменений в свойствах флюида, таких как оптическая плотность. В соответствии с одним вариантом воплощения, оптический датчик 78 включает два сапфировых шарика малого диаметра, расположенных прямо напротив друг друга (в зеркальном отображении) поперек узкого протока 76, чтобы служить в качестве линз, смонтированных в узком протоке 76. Узкий проток 76 также функционирует как оптический канал, и, вследствие своего уменьшенного размера, обеспечивает средства для измерений через полностью непрозрачные темные углеводороды. Линзы из шариков сапфира малого диаметра легко герметизировать, и они обеспечивают очень хорошее сопротивление высокому давлению по сравнению с плоскими окнами. Двойной комплект линз передает небольшую точку света к маленькому детектору или волоконной оптике (менее чем 300 микрон в диаметре). Линзы действуют, чтобы обеспечить коллимированный световой канал в исследуемом объеме и, фокусируя выходящий световой поток на малом волокне или детекторе, значительно совершенствуют обнаружение вскипания, образования росы и границы раздела газ-жидкость. Через подбираемые фитинги два оптоволоконных кабеля соединены через источник света и спектрометр или другое подобное устройство. Датчик непосредственно встроен в устройство, и, следовательно, уменьшает мертвое пространство и облегчает измерения давления насыщения на месте. Спектр регистрируется во время испытаний. Спектральная оптическая плотность изменяется в зависимости от давления, при данной температуре, и существует постепенное изменение оптической плотности по мере расширения флюида. В точке насыщения возникает заметное постепенное изменение в спектральной чувствительности, например, во флюиде образуются микропузырьки/микрокапли, и что свидетельствует о возникновении точки кипения/росы. Поскольку измерение оптической плотности и спектра осуществляется путем передачи, а не обнаружения поверхности преломления/отражения, датчик не требует, чтобы капля располагалась на линзе, но может возникать в любом месте исследуемого объема. Это постепенное изменение чувствительности в оптической плотности коррелирует с давлением насыщения (указанным точкой загиба на Фиг.7) в связи с измерениями датчика 64 давления и объема, полученными от датчика 114 линейных перемещений (это позволяет рассчитывать кривую давления относительно объема на нефти с пониженным газовым фактором (GOR) через системное программное обеспечение, используя поток данных и сигналов по Фиг.14). Для предварительной оценки точки кипения модульный сенсорный блок 50 может снижать давление непрерывно в заданной степени, чтобы прийти к грубой оценке.

Как указано выше, флюид может быть рекомбинирован за счет ультразвуковой мешалки 66 и увеличения давления свыше давления насыщения. Чтобы уменьшить неопределенность давления насыщения или чтобы подтвердить давление насыщения, испытательные ступени давления могут быть уточнены.

Ниже точки давления насыщения (двухфазная область 170), измерения могут выполняться в зависимости от давления и температуры, и включают: общий объем, объемы фаз (жидкой и газовой фазы), плотность жидкой фазы, вязкость жидкой фазы, плотность газовой фазы, и вязкость газовой фазы. Измерения объема, объема при насыщении и объемов жидкой фазы, могут использоваться для определения линий 172 качества (в процентах жидкости) фазовой диаграммы для полного определения характеристик поведения фаз пластового флюида при этой температуре. Мешалка 66 может запускаться в соответствии с заданным рабочим циклом, как описано ранее, для ускорения равновесного процесса.

В данном варианте воплощения, оптический датчик 78 также обнаруживает границу раздела газа-жидкости, как показано в примерах, представленных на Фиг.8 и 9. (На Фиг.8 показан оптический датчик 78, используемый для обнаружения границы раздела газа-жидкости флюида; а на Фиг.9 графически демонстрируется спектральная чувствительность, используя оптический датчик 78, чтобы показать обнаружение границы раздела газа-жидкости для границы раздела жидкости-воздуха углеводорода). Оптический датчик 78 сводит к минимуму мертвое пространство, и подбирается для данного применения и геометрии корпуса автоклава 52. В виде примера, оптический датчик 78 может быть таким, как описано в заявке на патент США 2010/0265492. Зная общий объем пробы (из датчика 114 линейных перемещений) и положение границы раздела фаз, используя оптический датчик 78 и линейный исполнительный механизм 112, можно измерить объемы газовой и жидкой фаз, соответственно, как показано в примерах, представленных на схемах на Фиг.10 и 11. (На Фиг.10 графически изображена кривая относительного объема, полученная с помощью модульного сенсорного блока 50, по сравнению с данными, полученными с помощью стандартного PVT автоклава; и на Фиг.11 графически изображена кривая объема жидкой фазы/объема насыщения, созданная с помощью модульного сенсорного блока 50, по сравнению с данными, полученными с помощью стандартного PVT автоклава). Благодаря обнаружению способом спектроскопии в ближней инфракрасной области мениска (где нефть имеет низкую оптическую плотность), нижний и верхний мениск легко обнаруживается, даже в очень темных непрозрачных углеводородах. Спектроскопическое обнаружение при двух или более длинах волн обеспечивает определение областей чистого газа и чистого углеводорода, а также дифференциацию менисков нефти от менисков воды.

Плотность и вязкость фаз обеспечивает дополнительные данные, которые могут использоваться для улучшения результатов испытаний пробы. Настоящее изобретение предоставляет возможность измерять плотности жидких фаз (и плотности газовых фаз) без необходимости переноса в другое измерительное устройство, внешнее или внутреннее. При включении микродатчика 80 плотности-вязкости в устройство (в узком протоке 76) он находится в контакте с пробой флюида в отборной камере 126. Путем перемещения корпуса автоклава 52, к которому прикреплен датчик 80, достигается измерение плотностей и вязкостей фаз.

После того, как установлено местоположение границы раздела газа-жидкости, в сочетании со знанием относительного расстояния между оптическим датчиком 78 и датчиком 80 плотности-вязкости, может быть измерена плотность и вязкость жидкой фазы. Эти измерения осуществляются за счет перемещения корпуса автоклава 52, как описано ранее.

В виде примера, датчик 80 плотности-вязкости может быть установленным заподлицо датчиком, выбранным и настроенным для конкретного применения и геометрии ячейки корпуса автоклава 52. Этот датчик может быть модифицированным исполнением датчика, описанного в заявках на патент США 2008/0156093 и 2008/0257036. Датчик 80 плотности-вязкости, расположенный в узком протоке 76, находится в прямом контакте с пробой флюида в отборной камере 126, и защищен от повреждений со стороны верхнего и нижнего поршней 68 и 70. Вязкость газа обычно рассчитывается, а плотность газа обычно измеряется гравиметрическим способом, который требует отбора пробы, что может привести к погрешности эксперимента. Как показано в другом варианте воплощения, описанном ниже, такие измерения газовой фазы могут измеряться прямо, без необходимости отбора пробы.

Ультразвуковой преобразователь 66 и/или корпус автоклава 52 могут быть выполнены так, чтобы не допускать внешних резонансных волн, и с настраиваемым электропитанием, для доведения до максимума акустической энергии, передаваемой флюиду, с изменяемой геометрией ячейки, благодаря перемещению поршня и/или корпуса автоклава. В показанном варианте воплощения ультразвуковой преобразователь 66 выполнен с достаточной шириной полосы пропускания, для обеспечения частотной модуляции, благодаря чему избегается возникновения стоячих волн. Геометрия корпуса автоклава 52 может быть оптимизирована для обеспечения максимальной передачи энергии от ультразвукового преобразователя 66. Ультразвуковой преобразователь 66 также может быть оптимизирован к типу изучаемого флюида, и к ухудшению характеристик вследствие влияния давления и температуры. Ультразвуковой преобразователь 66 предназначен для минимизации соединения с корпусом автоклава 52. Частота ультразвукового преобразователя 66 может быть дополнительно оптимизирована для получения выигрыша, как от кавитации, так и от акустического потока. Ультразвуковой преобразователь 66 и его соответствующий резонатор/зонд могут быть единой интегрированной конструкцией, или преобразователь может быть отодвинут от корпуса автоклава 52, и соединен с резонатором/зондом посредством волновода, хотя последняя конфигурация будет увеличивать общую длину. Кроме того, резонатор/зонд может быть плоского типа, конусного типа или рупорного типа. В последних двух примерах геометрия корпуса автоклава 52 может быть дополняющей.

В данном примере испытания проводились для завершения при заданном давлении остановки или путем максимизации объемного расширения в отборной камере 126. Модульный сенсорный блок 50 имел возможность нагреваться и охлаждаться, таким образом, флюид мог быть рекомбинирован, и эксперимент мог быть повторен при различных температурах, как показано различными температурами 174 и 176, отображенными на диаграмме температура-давление по Фиг.12. При этом создаются дополнительные данные CCE, которые включают дополнительные данные плотности и вязкости, и, в сочетании с данными одноступенчатого испарения и данными о составе (см. Фиг.13), являются весьма полезными при разработке моделей уравнения состояния (EOS) для представления пластового флюида на протяжении производственного цикла. Данные используются для уточнения модели EOS, и могут уменьшать необходимость выполнения других экспериментов PVT, таких как дифференциальное дегазирование (DL), дифференциальная конденсация (CVD) и сепараторные испытания (ST). Уменьшение количества испытаний уменьшает общее время стандартного исследования PVT, а также потребляет меньший объем пробы, что является преимуществом с практической точки зрения. Кроме того, известно, что сепараторные испытания, CVD и DL склонны к возникновению погрешности. Плотность и вязкость обычно измеряют отдельными специализированными приборами, такими как аппарат с вибрирующей трубкой (плотность) и аппарат по способу падающего тела (вязкость).

В исследованиях DL и/или ST, плотность сосуществующей жидкой фазы (жидкая фаза ниже давления насыщения) является обычно рассчитываемой характеристикой (на основании балансов масс), и не измеряется соответствующим образом. Вязкость сосуществующих жидких фаз часто измеряется в отдельном эксперименте, с отдельным загрузкой флюида. Исследование DL и/или ST повторяется, а флюид затем загружается в вискозиметр. Этот процесс близок к повторению исследования DL, но получающиеся жидкие фазы могут не быть идентичными фазам, получаемым при исходном исследовании DL, вследствие присущей способу погрешности, возникающей в процессе. Прямое измерение жидкой фазы на месте будет давать более репрезентативные значения плотности и вязкости в сосуществующей жидкой фазе, и будет менее склонно к ошибке, вследствие того, что это прямое измерение, а не отдельное измерение или расчетное значение. Обычно вязкость и плотность сосуществующих фаз, полученных в процессе исследований PVT конденсата, не измеряется. Плотность в испытаниях CVD, аналогично к DL и ST, определяется математически. Овладение такими прямыми измерениями в системе конденсата является новинкой и улучшает набор данных, используемых в моделировании EOS этих систем.

Модульный сенсорный блок 50 может работать в различных режимах. Например, он может работать в ручном режиме, полуавтоматическом (при ограниченном вмешательстве оператора), или полностью автоматическом режиме (без вмешательства оператора после загрузки пробы). Основная операция не изменяется для каждого из этих режимов.

Кроме того, существует несколько различных способов, которые могут использоваться для выполнения определенных измерений. Как правило, их можно разделить на две категории: непрерывный способ или ступенчатый способ. В непрерывном способе давление в системе понижается очень медленно, и датчики запрограммированы на выполнение непрерывных измерений во время понижения давления. Могут быть выполнены измерения, такие как измерения давления насыщения, плотностей одной фазы и вязкостей одной фазы. В этом случае может быть затруднительно измерить объем одной фазы. Хотя он и возможен, непрерывный способ создает множество проблем, таких как обеспечение равновесия флюида, шум ультразвукового преобразователя и перемешивания, и скорости сбора данных датчика. В некоторых случаях применения этот способ может не слишком хорошо подходить для измерений, таких как измерения объемов фаз, плотностей фаз и вязкостей фаз.

Одним способом, который работает хорошо, является ступенчатый способ, поскольку он решает проблемы непрерывного способа и считается более надежным при получении точных измерений. При ступенчатом способе модульный сенсорный блок 50 выполняет важные измерения при дискретных временах/ступенях (обычно представляющие интерес ступени давления) в процессе эксперимента, где шумовые эффекты ультразвукового преобразователя 66 могут быть исключены путем его выключения, как только достигнуто равновесие флюида. Хотя датчики 64, 78 и 80 могут быть собирающими данные непрерывно, данные, необходимые для расчетов фазового равновесия, извлекаются и усредняются только на дискретных ступенях, представляющих интерес. Можно работать с модульным блоком 50 датчика в обоих режимах, в зависимости от конечной задачи. Например, при менее точных измерениях прибор может приводиться в действие, используя непрерывный режим для получения предварительных оценок, например, при определении давления насыщения. Модульный сенсорный блок 50 и процедура испытаний затем могут быть переключены в ступенчатый режим для выполнения точных измерений фаз. Для некоторых измерений, например, измерения давления насыщения, шумовые эффекты ультразвукового преобразователя 66 могут быть компенсированы.

Модульный сенсорный блок 50 может приводиться в действие вначале в соответствии с непрерывным способом, для получения оценки давления насыщения. Затем он может действовать, используя ступенчатый способ, с более мелкими ступенями в области давления насыщения. Альтернативно модульный сенсорный блок 50 может приводиться в действие в ступенчатом режиме и, после определения давления насыщения, флюиды могу быть рекомбинированы, и ступени уменьшены вблизи точки насыщения. Эффективно модульный сенсорный блок 50 может приводиться в действие, используя множество способов для выполнения измерений. Подробное последующее описание демонстрирует только один возможный способ, чтобы помочь пониманию общего принципа действия модульного сенсорного блока 50, и общей сенсорной системы 136.

Со ссылкой на Фиг.13, представлено описание обобщенного рабочего потока и системы, в отношении использования модульного сенсорного блока 50 и общей сенсорной системы 136. В качестве примера, пробы флюида могут быть получены из местоположения 178 скважины, например, из пробоотборника, или из поверхностного местоположения 180, например, из поверхностного сепаратора.

В данном примере скважинные или поверхностные пробы могут быть проверены с помощью переходного модуля 182 подтверждения достоверности, например, колбы для проб, при каждой передаче в процессе, и дополнительно образцы также могут быть проверены перед загрузкой пробы в модули 184 PVT. Фильтрационный блок 186 высокого давления может располагаться перед переходным модулем 182 подтверждения достоверности, или за ним. В качестве альтернативы или дополнения проба может быть передана в колбу 188 для проб (в случае сепараторных проб) после сепарации жидкости и газа в сепараторном устройстве 190.

В данном примере газовые пробы и жидкие пробы, отделенные сепараторным устройством 190, подвергают рекомбинации до однофазного гомогенного состава, используя модуль 192 рекомбинации. Любая колба для проб может быть восстановлена до давления и температуры скважинного пласта или любого другого условия, с помощью модуля 194 восстановления. Рекомбинированные флюиды требуют восстановления и проверки достоверности состава с помощью отправки части пробы в модуль 196 испарения и модуль 197 состава.

Дальнейшие проверки сортировки на восстановленных и рекомбинированных пробах выполняются для наступления (198) выделения твердых углеводородов и для содержания воды, твердых загрязнений (например, песок) и наступления (199) выделения асфальтенов. Во всех случаях проверки качества выполняются с помощью модулей 200 и 202 контроля качества (QC), соответственно. Важной задачей для модулей 200 и 202 является обеспечение того, чтобы проба являлась приемлемой для анализа PVT или проверки достоверности проб, и для обнаружения любых элементов, которые могут влиять на датчики в модульном сенсорном блоке 50, следовательно, улучшая качество анализа. Там, где планируется несколько испытаний нагревом в модульном сенсорном блоке 50, модули QC 200, 202 могут использоваться для планирования эксперимента, чтобы избежать геометрических мест точек выделения 204, 206 твердых углеводородов и/или асфальтенов, соответственно (см. Фиг.12), или чтобы подтвердить любую аномалию в точках экспериментальных данных, например, отложений твердых углеводородов и/или асфальтенов на датчиках, которые могут влиять на показания, если эти точки пересекаются (выделения твердых углеводородов в области 208 и выделения асфальтенов в области 210 по Фиг.12). Кроме того, модули QC 200 и 202 могут предоставить дополнительные данные для оценки геометрических мест точек твердых асфальтенов и углеводородов 204, 206 и для определения области совместного выделения (область 212 на Фиг.12) изучаемого флюида. Оптический датчик 78 может, кроме того, модифицироваться для выполнения этих типов обнаружения в сенсорном блоке 50 для, например, предоставления информации о подвижных выделениях твердых углеводородов.

Подтверждение твердых углеводородов (см. контроль сортировки 214), воды (см. контроль сортировки 216), песка (см. контроль сортировки 218) или асфальтенов (см. контроль сортировки 220) может привести к связанным действиям, представленным действующими блоками 222, 224, 226, и 228. Выделения асфальтенов и твердых углеводородов могут влиять на показания датчика в модульном сенсорном блоке 50, в зависимости от тяжести.

Кроме того, модульный сенсорный блок 50 может настраиваться специально для типа изучаемого флюида. Настройка датчика основана на различных типах флюидов, обрабатываемых модулями PVT 184, если исследование PVT подлежит выполнению, как представлено контролем сортировки 230, на пробах флюида, включая летучую нефть, конденсаты, тяжелые нефтяные остатки и тяжелую нефть. Настройка может выполняться на датчиках, таких как датчик 80 плотности-вязкости. Диапазон плотности и вязкости является очень широким, от газовых конденсатов до нефтяных конденсатов. Для улучшения точности измерений плотности и вязкости, например, датчик 80 плотности-вязкости может настраиваться для диапазона, характерного для типа флюида. Например, настройка может выполняться в определенных испытаниях проб, поскольку конденсаты в газообразном состоянии требуют исполнения с более высокой чувствительностью датчика 80 плотности-вязкости, и тяжелая нефть требует исполнения с более высокой жесткостью. Дополнительная настройка может выполняться для корпуса автоклава 52 и/или геометрии поршня для поршней 68, 70, чтобы сделать модульный сенсорный блок 50 более подходящим для измерения очень низких объемов жидкостей (выпадающей жидкости) газовых конденсатов, используя стандартную промышленную технологию использования конических поршней с дополняющей геометрией ячейки.

Модуль 196 испарения и модуль 197 состава могут использоваться для определения некоторых измерений, необходимых в дополнение к измерениям модульным сенсорным блоком 50 для завершения типичных исследований PVT. Например, модуль 196 испарения может представить пробы газа и жидкости для анализа состава посредством модуля 197 состава. Несмотря на это, модульный сенсорный блок 50 и его интегрированные датчики облегчают выполнение необходимых измерений без вмешательства оператора. Автоматизация зависимых от оператора действий уменьшает непостоянство экспериментов, таким образом улучшая повторяемость и воспроизводимость экспериментов.

Как описано ранее, модульный сенсорный блок 50 и другие элементы общей сенсорной системы 136 могут управляться автоматически, посредством системы 134 управления. Со ссылкой на Фиг.14, один вариант воплощения системы 134 управления показан так, чтобы демонстрировать общий поток данных и сигналов для управления процедурами испытаний пробы. В данном примере, модульный сенсорный блок 50 снабжен сетью 232 локального датчика и исполнительного механизма, которая передает данные и сигналы управления, представленные стрелками 234, 236, 238, 240, посредством аппаратуры 242 сбора данных и управления. Данные и сигналы управления далее передаются к процессорной системе 244, например, микропроцессору, как представлено стрелкой 246. Процессорная система 244 может также использоваться для регистрации передаваемых данных на некоторых типах накопителей 248 и для выполнения других задач. Например, процессорная система 244 может применяться для отображения данных для контрольных устройств и для отправки данных для оперативной обработки и контроля качества (анализ с помощью временных рядов, текущий контроль пороговых значений), как представлено блоком 250. Кроме того, процессорная система 244 может применяться для отправки данных к микропроцессорной системе 252 командования и управления, которая затем будет отправлять сигналы коррекции к исполнительным механизмам (см. стрелку 238) для поддержания экспериментальных условий или для манипулирования устройством в ручном, полуавтоматическом или автоматическом режиме. Кроме того, данные могут отправляться в автономный процессорный модуль 254 для контроля качества после сбора и для дальнейшей обработки экспериментальных данных.

Конструкция модульного сенсорного блока 50 и связанных элементов дает возможность легкой модификации и регулировки элементов и конфигурации для быстрого облегчения испытания других типов флюидов или других флюидов согласно с альтернативными процедурами испытаний. Кроме того, модульное исполнение модульного сенсорного блока 50 дает возможность добавления, удаления и взаимной замены элементов для облегчения различных процедур отбора проб и испытаний. Некоторые альтернативные варианты воплощения и модификации модульного сенсорного блока 50 и общей сенсорной системы 136 описаны ниже.

Например, модульный сенсорный блок 50 может быть модифицирован дополнительным датчиком 256 плотности-вязкости, как показано на Фиг.15. Дополнительный датчик 256 плотности-вязкости может включать резонатор специального исполнения для измерения плотностей газов. В дополнение к знанию общей массы и/или общего объема вместе с плотностью жидкости и плотностью газа пробы, можно рассчитать положение границы раздела газа-жидкости, погрешность которой зависит от точности датчиков. В некоторых случаях применения датчики, например, датчики 80, 256 плотности-вязкости, могут быть обеспечены специальными покрытиями для предотвращения задержки любой одной фазы на их поверхностях.

В другом варианте воплощения, модульный сенсорный блок 50 может быть модифицирован с помощью пробоотборных клапанов 258 высокого давления, высокой температуры (HPHT), как показано на Фиг.16. Например, пробоотборные клапаны 258 могут быть типа ROLSI, разработанного лабораторией CENERG-TEP Ecole Nationale Superieure des Mines de Paris (ENSMP) (см. патент США 4688436) и продаваемого под маркой Transvalor. Такая конфигурация обеспечивает прямое впрыскивание в газовый хроматограф. Преимуществом этих клапанов, как указано в патенте США 4688436, является то, что взятая проба невелика по сравнению с общим объемом пробы, так что она не нарушает равновесия ячейки, следовательно, улучшает эффективность эксперимента и обеспечивает то, что измерения состава, проводимые при давлении и температуре, дают больше данных, чем обычные CCE, т.е. эквивалентны VLE (изучение равновесия системы пар-жидкость). Отбор проб может также выполняться вручную, но клапаны HPHT позволяют автоматизировать процесс. Отбор проб этими клапанами может быть оптимизирован для рабочего диапазона давлений, температур и вязкостей модульного сенсорного блока 50.

Для тощих конденсатов, модульный сенсорный блок 50 может быть конфигурирован с автоматическим клапаном 260, чтобы обеспечить накопление жидкости, описанное далее (см. Фиг.17). При интересующей температуре проба (доза) загружается в корпус автоклава 52, а затем испаряется до давления, представляющего интерес. Полученная паровая фаза и жидкая фаза выдерживаются до достижения равновесия, а затем паровая фаза изобарически выталкивается из модульного сенсорного блока 50 через линию 262. После того как паровая фаза была вытеснена из корпуса автоклава 52, в автоклав добавляется дополнительная доза при состоянии подачи, а затем смесь доводится до равновесия при условиях испарения. После достижения равновесия, пар изобарически выталкивается из PVT автоклава. Процесс повторяется, пока не будет накоплено достаточное количество жидкости. Для увеличения точности данного процесса дополнительные оптические датчики 78 могут быть конфигурированы в модульном сенсорном блоке 50 или переустановлены, при необходимости. В данном варианте воплощения для соединения клапана 260 с шаговым двигателем 266 может использоваться соединительная линия 264. В данном варианте воплощения шаговый двигатель 266 управляется, например, автоматически управляется, системой контроля 134.

Множество различных принципов считывания данных для выполнения тех же измерений может использовать различные типы датчиков, таких как акустические датчики, емкостные датчики, датчики ядерной плотности, рентгеновские датчики, и др., вместо оптических датчиков и/или датчиков 78, 80 плотности-вязкости. Кроме того, варианты воплощения могут быть изменены, чтобы сделать устройство более легко управляемым или дополнительно настраиваемым, например, путем позволения датчикам, при необходимости, быть оптимизированными для конкретных диапазонов.

Другие альтернативные варианты воплощения или модификации могут быть выполнены в отношении модульного сенсорного блока 50. Многие из этих вариантов воплощения могут быть аналогичны вариантам воплощения, описанным ранее, но с минимальными изменениями, для облегчения отбора проб и испытаний конкретных флюидов в конкретной окружающей среде. Например, на Фиг.18 и 19 показана усовершенствованная схема постоянного расширения композиции (ECCE) конденсата, снабженная единым датчиком плотности-вязкости, например, датчиком 80. В данном примере все функции испытаний, включая загрузку корпуса автоклава 52, создание давления пробы флюида, изменение температуры пробы флюида, перемешивание пробы флюида, и использование различных датчиков, могут быть полностью автоматизированы под управлением процессорной системы 134 управления. В другом, аналогичном варианте воплощения, показанном на Фиг.20, вариант воплощения ECCE конденсата показан как имеющий два датчика плотности-вязкости, например, датчики 80 и 256.

Модульный сенсорный датчик 50 может, кроме того, содержать различные типы цилиндров отборной камеры и различное количество подвижных поршней. На Фиг.21 и 22, например, вариант воплощения показан, как схема двойного цилиндра ECCE, снабженная единым датчиком 80 плотности-вязкости. В этой схеме каждый из поршней 68, 70 является подвижным, для регулирования пробы флюида. Другой вариант воплощения показан на Фиг.23 и 24, который использует датчик 80 плотности-вязкости в сочетании с датчиком 268 вязкости с вибрирующей проволокой.

Другие варианты воплощения модульного сенсорного блока 50 могут включать альтернативные или дополнительные датчики. Например, на Фиг.25 и 26 показан вариант воплощения двойного цилиндра ECCE, снабженный дополнительными датчиками 270, такими как датчики электромагнитного вискозиметра (EMV) и/или датчики денситометра с вибрирующей трубкой (VTD). Еще один вариант воплощения модульного сенсорного блока 50 показан на Фиг.27 и 28, где изображена схема двойного цилиндра ECCE с датчиком 80 плотности-вязкости и дополнительными клапанами 272, которые могут включать клапаны ROLSI, как указано ранее.

На Фиг.29 и 30 показан другой вариант воплощения, в котором отборная камера 126 выполнена в виде одного цилиндра, снабженного двумя поршнями, например, поршнями 68, 70, которые взаимодействуют с единым датчиком 80 плотности-вязкости. Связанный вариант воплощения включает схему с одним цилиндром/двумя поршнями, но с двумя датчиками плотности-вязкости, например, датчиками 80 и 256. На Фиг.15-30 представлены лишь некоторые примеры из альтернативных вариантов воплощения и модификаций, которые могут быть выполнены для вариантов воплощения, чтобы облегчить испытания проб с модульной системой, как описано ранее. При необходимости, для данной области применения могут использоваться другие конфигурации корпуса автоклава 52, и может быть удален, добавлен или замещен множеством датчиков и других элементов.

Таким образом, хотя выше подробно описано лишь несколько вариантов воплощения настоящего изобретения, специалисту в данной области должно быть понятно, что многие изменения возможны без существенного отклонения от объема настоящего изобретения.

1. Устройство для измерения термодинамических свойств пластовых флюидов, содержащее:

модульный сенсорный блок, включающий в себя корпус автоклава, имеющий отборную камеру для приема пробы однофазного флюида или флюида сосуществующих двух фаз, датчик плотности-вязкости, расположенный на месте в корпусе автоклава, для измерения плотности и вязкости пробы в отборной камере, в зависимости от давления и температуры,

причем

геометрия корпуса автоклава является регулируемой для различных конфигураций для облегчения изучения различных типов флюидов.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчики из множества различных датчиков являются взаимозаменяемыми в модульном сенсорном блоке.

3. Способ для измерения термодинамических свойств пластовых флюидов, включающий:

компоновку модульного сенсорного блока для оценки пробы флюида, содержащего углеводород, причем модульный сенсорный бок содержит корпус автоклава, имеющий в себе отборную камеру;

загрузку пробы в отборную камеру;

регулирование температуры и давления пробы в отборной камере, причем температуру пробы регулируют с помощью системы регулирования температуры, окружающей корпус автоклава; и

использование единого датчика для определения как плотности, так и вязкости пробы в отборной камере.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что дополнительно включает использование оптического датчика для измерения параметров пробы, находящейся в камере.

5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что дополнительно включает регулировку давления пробы в камере с помощью поршня.

6. Способ по п. 3, отличающийся тем, что дополнительно включает автоматический контроль ступеней зарядки, регулирования и использования с помощью процессорного контроллера.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения вязкости текучей среды. Предложены измерительное электронное устройство (20) и способ получения вязкости текучей среды потока при заданной эталонной температуре.

Изобретение относится к технической физике, а именно к анализу физико-химических параметров металлических сплавов, в частности, на основе железа или никеля, путем фотометрического определения кинематической вязкости v, электросопротивления ρ и плотности d нагреваемого образца в зависимости от температуры.

Изобретение относится к контрольно-измерительным средствам техники и может быть использовано для измерения вязкости жидких сред, в частности нефтепродуктов. Способ измерения вязкости жидких сред основан на измерении затухания колебаний чувствительного элемента, находящегося в анализируемой жидкости.

Изобретение относится к области разведочной геологии и может быть использовано для определения различных свойств углеводородных пластовых флюидов. В заявленном изобретении раскрыты примеры способов, установок и изделий промышленного производства для обработки измерений струн, вибрирующих во флюидах.

Изобретение относится к области тепловых исследований свойств жидкостей и может быть использовано для исследования динамических процессов термостимулированной структурной перестройки жидкостей.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения вязкости тонких слоев жидкости, для изучения свойств ньютоновских и неньютоновских жидкостей, установления содержания механических примесей в жидкости, измерения сил сопротивления и определения коэффициентов трения жидких и твердых материалов в зависимости от температуры.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аэрогидродинамическим устройствам для определения вязкости, и может найти применение в различных отраслях промышленности при контроле состава и свойств жидкостей.

Изобретение относится к устройству для определения, контроля и измерения физических параметров веществ и предназначено для бесконтактного фотометрического определения характеристик металлических расплавов, в частности кинематической вязкости и электропроводности.

Изобретение относится к физике и металлургии, а именно к устройствам, используемым в исследовательских и лабораторных работах, и применяется для измерения физических параметров расплавов.

Изобретение относится к технической физике, а именно к устройствам для контроля и измерения физических параметров веществ. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения количества углеводородного флюида, присутствующего в породе углеводородсодержащего пласта.

Изобретение относится к системе и способу создания сетки мощности пласта для определения оценки запасов пласта. Техническим результатом является повышение точности определения объема пласта.

Изобретение относится к системе и способу определения оценок запасов для пласта. Техническим результатом является повышение точности определения объема пласта.

Изобретение относится к системе и способу преобразования оценок запасов в модели пласта в стандартный формат. Техническим результатом является повышение точности определения геологического объема.

Изобретение относится к системе и способу для мониторинга и диагностики резервуаров. Техническим результатом является повышение эффективности мониторинга и диагностики резервуаров.

Изобретение относится к области исследований газонефтяных скважин в ходе проведения испытания продуктивных пластов на трубах, в частности - для контроля интенсивности проявления пласта.

Изобретение относится к системе и способу определения происхождения и температуры хранения и, следовательно, глубины подземных залежей углеводородов. Техническим результатом является повышение степени идентифицирования местоположения углеводородной залежи.

Изобретение относится к газовой промышленности и предназначено для исследования газоконденсатных смесей в пористой среде, а именно для определения давления начала конденсации в пористой среде.
Изобретение относится к способам геоэкологической оценки территории при проектировании строительства объектов в криолитозоне. Технический результат заключается в обеспечении профилактики наступления чрезвычайных ситуаций технического и биологического характера, при которых может произойти разрушение объектов, а также болезни или гибель людей.

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности, в частности к нефтепромысловому оборудованию для отбора пробы продукции скважины преимущественно в виде высоковязкой газожидкостной смеси.

Изобретение относится к методикам вскрытия пласта и, в частности, к оптимизации расположения интервалов разрыва на основании минералогического анализа пласта. Техническим результатом является повышение эффективности создания трещин в пласте и увеличение продуктивности скважины. Способ содержит: (a) анализ образцов породы, взятых вдоль ствола скважины, (b) определение общего содержания глины, повышенного коэффициента окислительно-восстановительного металла и коэффициента относительной хрупкости образцов породы, (c) выдача каротажной диаграммы оптимизации разрыва, показывающей общее содержание глины, повышенный коэффициент окислительно-восстановительного металла и коэффициент относительной хрупкости вдоль ствола скважины, (d) определение местоположения точек начала разрыва вдоль ствола скважины на основании каротажной диаграммы оптимизации разрыва, причем указанные точки начала разрыва размещают вдоль ствола скважины в одном или нескольких интервалах, содержащих высокий коэффициент относительной хрупкости, высокий повышенный коэффициент окислительно-восстановительного металла и низкое общее содержание глины. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх