專利名稱：用于井底流體分析的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及可應用于在諸如油井或天然氣井的碳氫化合物開采井的勘探和開發(fā)過程中進行地層評估和測試的井底流體分析領域。尤其是，本發(fā)明提供了適于利用光學技術對這種礦井生產(chǎn)的流體進行井底分析的方法和裝置。
背景技術：
為了評估圍繞鉆孔的地下地層的特性，經(jīng)常要從鉆孔中多個特定位置處獲取地層流體的樣本。已經(jīng)開發(fā)了各種工具，使得能夠在單獨一次測井操作中從地層中獲取多個樣本。這種工具的示例可以在US3780575和US3859851中找到。
Schlumberger的RFT和MDT工具代表兩個特定類型的采樣工具。尤其是，MDT工具包括流體分析模塊，可以分析由該工具采樣的流體。圖1示出這種工具的示意圖，并包括鉆孔工具10，用于測試地球構造并分析來自該地層的流體的成份。工具10從測井電纜15的下端懸掛于鉆孔12中，該電纜15以傳統(tǒng)形式連接到包含有適宜的用于控制該工具的電子儀器和處理系統(tǒng)的地面系統(tǒng)18上。工具10包括細長的主體19，該主體19封閉工具控制系統(tǒng)16的井底部分。該主體19也帶有一個可選擇地延伸的流體導入組件20(例如，如上面參照的專利’575和’851中所示，并如US4860581所描述的，它們合并于此作為參考)以及一個可選擇性延伸的錨定元件21，二者相應地布置在主體19的相對側(cè)上。配備該流體導入組件20，以用來選擇性密封或隔離鉆孔12側(cè)壁的各部分，以便與相鄰地層建立壓力或流體連通。流體分析模塊25也包含在該工具主體19內(nèi)，所獲取的流體可以通過其流動。然后，流體可以通過一個開口(未示出)排出而回到鉆孔中，或者，可以傳送到一個或多個采樣室22、23內(nèi)，以用于在地面回收。流體導入組件、流體分析部分以及通向采樣室的流體路徑的控制由電子控制系統(tǒng)16、18來維持。
如上述MDT中所發(fā)現(xiàn)的，作為流體分析模塊25的OFA確定MDT流束中流體的同一性(identity)并量化油和水的含量。尤其是，US4994671(合并于此作為參考)描述了一種鉆孔裝置，其包括檢測室、用于將流體樣本引入檢測室的裝置、優(yōu)選地發(fā)出近紅外線和可見光的光源、光譜探測器、數(shù)據(jù)庫裝置以及處理裝置。從地層吸入檢測室的流體通過將光線照射到流體上，探測透射光和/或反向散射光的光譜，并相應地處理信息(優(yōu)選地基于與不同光譜相關的數(shù)據(jù)庫中的信息)來分析，以便量化流體中水和油的量。從而，地層中的油可以正確地得以分析并按類型量化。
US5167149和US5201220(都合并于此作為參考)描述了用于估計流束中存在的氣體量的裝置。將棱鏡附著到流束中的窗口上，并將光線通過棱鏡引導向窗口，并探測自窗口/流體交界面以特定角度反射的光線，以表示流體中氣體的存在。
如US5266800(合并于此作為參考)中所描述的，通過監(jiān)視經(jīng)一段時間獲得的流體樣本的光學吸收光譜，可以相對于泥漿濾液作出關于何時獲得地層中的油的判定。此外，如授予Hines的US5331156中所述，通過以預定的能量進行流束的光密度(OD)測量，可以量化兩相流束中的油和水的比率(fraction)。
在US5167149和US5201220(二者都合并于此作為參考)中描述了現(xiàn)場氣體量化，在此情況下，可以通過提供氣體探測模塊來獲得對流束中存在的氣體量的粗略估計，該氣體探測模塊具有探測器陣列，探測具有特定入射角的反射光線。
油氣比(GOR)是從碳氫化合物礦井中獲取的流體的重要特性，且一般僅在地面測量。US5939717(合并于此作為參考)描述了一種用來確定GOR的方法，該方法包括提供OFA模塊，該模塊使得地層流體經(jīng)歷NIR照射，并提供在大約6000cm-1和5800cm-1處的峰值光譜測量。這個方法包括計算吸收峰值振幅的比率，以確定GOR。另外，計算比率的方法包括參照地層流體中發(fā)現(xiàn)的碳氫化合物光譜的數(shù)據(jù)庫，并調(diào)節(jié)甲烷和油峰值的振幅，以解決(account for)其他碳氫化合物對地層流體光譜的影響。
雖然GOR本身為有用的測量結(jié)果，但是隨著流體從地層流入OFA流動管線經(jīng)過一段時間后測得的GOR的演變可以用來確定地層流體被基于油的泥漿濾液等的污染程度。這種方法的示例在USSN09/255999和USSN09/300190中看到(二者都合并于此作為參考)。
本發(fā)明尋求提供一種用來估計GOR以及相關的測量值的方法，用來解釋這種測量值的方法以及適于進行這種測量的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面提供了一種用于確定GOR的方法，包括使流體在對氣體敏感的第一波長和對油敏感的第二波長處經(jīng)歷光譜分析；針對氣體在第一和第二波長處的影響和油在第一和第二波長處的影響確定響應矩陣；確定信號響應矢量和兩個波長；從響應矩陣和信號響應矢量中計算質(zhì)量分率矢量，并利用質(zhì)量分率矢量確定GOR。
本發(fā)明的第二方面提供了一種用于確定GOR的裝置，其包括至少在對氣體敏感的第一波長和對油敏感的第二波長處工作的光譜模塊；設置成從響應矩陣和信號響應矢量導出的重量分率矢量確定GOR。
本發(fā)明的第三方面提供了一種補償對地層流體的光譜測量中的溫度影響的方法，包括為數(shù)據(jù)源和測量數(shù)據(jù)確定溫度相關曲線，并基于測量的響應和溫度相關曲線分析流體。
本發(fā)明的第四方面提供了一種用于探測流動管線中氣體的方法，包括流體在流動管線中至少在對甲烷的存在敏感的波長處經(jīng)歷光譜測量，并利用測量響應來標示氣體的存在。
本發(fā)明第五方面提供了一種探測流動管線中流體內(nèi)的污染物的方法，包括使流動管線中的流體至少在對甲烷存在敏感的波長處經(jīng)歷光譜測量，并利用測量響應來指示污染物的存在。
本發(fā)明第六方面提供了一種用于分析井底流體的裝置，包括串聯(lián)到流動管線上的兩個光譜分析模塊，各模塊輸出的相關性用來計算流體管線中流體的流量。


圖1示出包括流體分析模塊的現(xiàn)有技術工具；圖2示出用在根據(jù)本發(fā)明中的工具中的氣體探測隔室(cell)；圖3示出用于根據(jù)本發(fā)明中的工具中的光譜隔室；圖4示出用于本發(fā)明實施例中的氣體和光譜隔室的俯視圖；
圖5示出用于本發(fā)明實施例中的氣體和光譜隔室的側(cè)視圖；圖6示出氣體隔室窗口和棱鏡的細節(jié)；圖7示出氣體和光譜隔室的側(cè)視圖，為了清晰而省略了一些部分；圖8示出圖7中線BB上的氣體隔室的橫截面圖；圖9示出圖7中線AA上的光譜隔室的橫截面圖；圖10示出光譜儀模塊的示意圖；圖11示出溫度補償數(shù)據(jù)的曲線；圖12示出根據(jù)本發(fā)明一個方面的帶有兩個光譜模塊的工具的實施例；圖13示出包括氣體的樣本的記錄相對時間的片段；圖14示出用于確定GOR的實驗配置；圖15示出對于各種光譜窗口的、作為甲烷質(zhì)量密度函數(shù)的積分平均光譜儀OD值的曲線；圖16示出對于各種光譜窗口的、作為n-庚烷質(zhì)量密度函數(shù)的積分平均光譜儀OD值的曲線；圖17示出根據(jù)本發(fā)明一個方面預測的GOR值相對于為二元混合物測量的實際值；圖18示出含氣原油樣本和由一常數(shù)調(diào)整的理論二元混合物圖形的相應曲線；以及圖19和20示出各種光譜儀通道相對于用于散射校正的時間的曲線。
具體實施例方式
本發(fā)明可以應用于上面參照圖1且在US4860581中描述的諸如MDT的工具中。并不認為MDT工具的各方面與本發(fā)明相關，并且它對本發(fā)明也沒有貢獻，因此下面將不再描述它的功能。
尤其是，本發(fā)明在如上面和US4994671中所描述的MDT工具的OFA模塊中找到用武之處。對于先前的實施例，合并有本發(fā)明的流體分析模塊包括氣體探測器隔室，它一般如US5167149和US5201220中所描述的那樣工作，并包括光譜模塊，它一般如上面引用的專利’671中所描述的那樣工作。下面將詳細描述根據(jù)本發(fā)明的氣體探測器隔室和光譜模塊的構成和工作方式。
氣體探測器隔室的結(jié)構在圖2中詳細示出。該隔室形成在從地層接納流體的MDT的流動管線100中。在流動管線100中設置了開口102，以容放窗口、棱鏡和凸緣結(jié)構。流動通道104設置在流動管線100內(nèi)，而藍寶石窗口106安裝到通道104上的開口102內(nèi)。藍寶石棱鏡108固定成與流動通道104相對側(cè)上的窗口106的表面光學接觸。窗口106和棱鏡108借助于不銹鋼凸緣109固定在開口102內(nèi)，該不銹鋼凸緣109螺紋連接到流動管線100上，并克服流動管線100流體的壓力而將窗口106固定到位。有效的密封是通過在窗口106和流動通道104之間利用特氟龍的窗口支撐件110并利用開口102中圍繞窗口106的O形圈113而得以確保的。凸緣還設置有光學接頭(圖2中未示出)，其光學上連接到棱鏡108的上表面上。窗口106和棱鏡108的上和下表面拋光到光學特性，而窗口106的側(cè)表面拋光以利于密封。
光譜隔室在圖3中詳細示出。該隔室與上述氣體探測器隔室位于相同的流動管線100內(nèi)。在這種情況下，在流動管線100內(nèi)設置相對的開口120、122，開口中每一個分別容納輸入和輸出窗口以及凸緣結(jié)構。在結(jié)構上，隔室的輸入和輸出側(cè)是相同的，因而僅詳細描述輸入側(cè)。蒙乃爾合金的流動通道124位于流動管線100內(nèi)、開口120和122之間，并限定了窗口定位支座。藍寶石窗口126彼此面對地位于該支座內(nèi)，跨過流動通道124。窗口126通過不銹鋼凸緣128固定到位，而不銹鋼凸緣128設置有光學接頭，以將窗口126的外表面與光纖束130連接。該凸緣彼此螺紋固定，從而將窗口密封到支座上。利用墊圈和O形圈132輔助密封。窗口126的內(nèi)表面和外表面拋光到光學特性，側(cè)表面拋光以利于密封。
氣體探測器隔室140和光譜隔室145便利地設置于流動管線中的單獨結(jié)構中，該結(jié)構在圖4到圖9中詳細示出，且為了清晰起見省略了一些部分。
上述光譜隔室形成光譜儀模塊的一部分，其主要結(jié)構在圖10中示出。光譜儀包括鹵素燈，即廣譜光源150，該光源150將光線通過調(diào)整盤152(由斷路電動機(chopper motor)154驅(qū)動)傳播到光纖束156中。從光纖束156獲取輸出，以向電機同步光電二極管158提供輸入，向光分布器160(形成下面詳細描述的探測器的一部分)以及向測量路徑162提供光源光輸入159，該測量路徑向光譜儀隔室145提供輸入。由旋轉(zhuǎn)電磁開關166驅(qū)動的標定輪164選擇光是否傳播到光源光輸入路徑159、測量路徑162或二者中。輸入光纖束168連接到隔室的輸入凸緣170上，并光學連接到藍寶石窗口172上。光從窗口172透過，通過另一個藍寶石窗口172而跨越流動路徑174，并傳播到輸出凸緣178上連接的輸出光纖束176中。輸出光纖束也連接到光分布器160上。光分布器160將從光源光輸入159和輸出光纖束176接收的光分布到多個不同通道中。為了舉例的目的，僅僅示出了四個通道，但是實際上可以采用其他數(shù)量。一個特別優(yōu)選的示例具有十一個通道。每個通道包括透鏡180和帶通濾波器182結(jié)構，其饋送到光電二極管184。濾波器選擇成在從可見光到近紅外光范圍內(nèi)為各通道選擇預定的光波長。每個通道相對于所考慮的波長提供輸出信號。
光譜模塊具有四種模式睡眠、黑暗、光源和測量。當模塊在睡眠模式時，電源接通，但是燈150和斷路電動機154都斷開。模塊不探測任何東西。當在黑暗模式時，燈150和電動機154都接通，但電磁開關166阻擋光源和測量路徑159和162。探測不到任何光，而模塊測量背景電平。在光源模式中，電磁開關166打開光源路徑159，但是測量路徑162仍阻塞。來自燈159的光可以穿過光源路徑159，而作為基準光譜得以測量。當模塊在測量模式下時，電磁開關166打開測量路徑162，而電源路徑159被阻擋。來自鹵素燈159的光進入輸入光纖束168，并經(jīng)由藍寶石窗口172穿過流動管線174內(nèi)的流體，而進入輸出光纖束176中，由此到達分布器160，并作為流體光譜數(shù)據(jù)被探測。
當用于確定GOR時，需要模塊具有對測得的光譜中的甲烷峰值敏感的通道。這個峰值發(fā)生在1671nm處，同時例翼在1650nm處。提出了兩個用于探測這個峰值的方法。在第一個方法中，使用窄帶濾波器來只探測1671nm峰值。適宜的濾波器應具有1671nm的中心波長(CW)以及15nm的半最大值全波(FWHM)。在第二個方法中，通道探測峰值和側(cè)翼二者。在這種情況下，可以使用1657.5nmCW和35nmFWHM的濾波器。不同的濾波器對信號電平和背景電平作出不同的響應，并因此最適當?shù)倪x擇應基于不同的情況作出。如果需要的話，可以提供寬帶和窄帶甲烷通道，盡管這將有損于其他波長測量可用的通道數(shù)量。
由于GOR測量是絕對測量，光譜的測量精度非常重要。為了在25到175℃的溫度范圍內(nèi)保持測量精度，引入了溫度補償系統(tǒng)。在從25℃到175℃的若干溫度處獲取第一測量模式數(shù)據(jù)(Mcal(Ti)/Mcal(To)，在圖11中為)和光源模式數(shù)據(jù)(Scal(Ti)/Scal(To)，在圖11中為▲)。所有數(shù)據(jù)相對于室溫(25℃)數(shù)據(jù)規(guī)格化(normalize)。
針對這些數(shù)據(jù)利用最小二乘法創(chuàng)建對于作為溫度函數(shù)的測量數(shù)據(jù)(f(T))和源數(shù)據(jù)(g(T))的擬合曲線。
在使用中，來自光譜儀模塊的實際測量數(shù)據(jù)以如下方式由這些擬合曲線補償。
M(T)/M(To)→M(T)/M(To)f(T)]]>S(T)/S(To)→S(T)/S(To)g(T)]]>⇓]]>OD=-logM(T)·S(To)·g(T)M(To)·S(T)·f(T)]]>與提供關于流體成份的信息一起，光譜模塊可以用來給出關于工具內(nèi)流體流量的信息。圖12示出一種工具構造，其具有兩個與公共流動管線串聯(lián)的光譜模塊。通過隨時間的消逝而對照兩個模塊的輸出，可以確定流動管線中流體的流量，并導出適當?shù)牟蓸訒r間。圖12所示構造的工具包括工具主體200，該主體200在其下端具有封裝模塊202，并具有沿其長度延伸到位于其上端附近的排空模塊206的流動管線204。在排空模塊202之上為探針模塊208，該模塊208使得地層和流動管線204之間流體連通。兩個光譜模塊210、212位于探針模塊208之上，串聯(lián)到流動管線204上。每個光譜模塊基本上如上面參照圖10所描述的。在光譜模塊210、212之上，為一系列連接到流動管線204上的采樣室214，用于容納地層流體的樣本。在圖12的工具中，這個時刻可以是流體導入這個或其他采樣室的時刻，并可以選擇成確保被鉆探泥漿或濾液的污染最小。
上述裝置的各個實施例可以用于進行多種測量，它可以用來提供關于地層流體的信息。例如，可以用這個裝置進行在原油和濾液確定之間作出區(qū)別的基于OD的測量(如US5266800所述，合并于此作為參考)或者油/水相分析(如US5331156所述，合并于此作為參考)。
可以以US5201220(合并于此作為參考)中所描述的方式進行氣體探測。然而，利用甲烷探測通道輸出的另外方法也是有可能的。由于這個通道測量甲烷吸收光譜，GOR的測量(見下面的詳細描述)可以用氣體探測器。圖13示出氣體存在于基于油的泥漿(OBM)中的記錄示例。記錄顯示出油/水比率軌跡A，該軌跡A表明在區(qū)域x和y存在氣體，這油氣體探測器軌跡Z加以確認，氣體探測器軌跡Z是基于上面引用的專利’220中描述的方法。GOR值被示作軌跡a和b(對應于用于上述甲烷通道的窄帶和寬度濾波器)，在點c和d處GOR增大對應于油/水比率軌跡在點x和y處白色區(qū)域變化。GOR值顯示出與油/水比率軌跡的白色部分以及與氣體探測器軌跡e符合很好。由于氣體探測器探測靠近探測器窗口的氣體，因此，不會探測到流動管線內(nèi)側(cè)的較小氣泡，并且在窗口表面被覆蓋泥漿或深色油料時，氣體探測器通常不能工作。在這兩種情況下，可以進行GOR測量，并因而探測到氣體。
由于被探測的氣體是甲烷，且該裝置具有至少一個響應于甲烷吸收峰值的通道，因此可以利用這個通道的輸出直接作為氣體探測標志，不需要首先確定GOR。
確定GOR的方法是基于在所制備的甲烷和庚烷的二元混合物以及野外獲得的含氣原油上進行的實驗NIR測量而開發(fā)的。NIR譜用Cary5紫外-可見-近紅外光譜儀獲得。光譜儀的光束與基本如上面所描述的配有藍寶石窗口的高溫高壓(HPHT)光譜隔室交界。隔室內(nèi)的內(nèi)壁路徑長度為2mm。利用光學器件和隔室的交界面引起的衰減大約為1.5OD單位。在Cary中在OD≈1.2到可測量的OD極限的程度上采用后光束衰減器(rear beamattenuaor)。
圖14示出用于獲取該數(shù)據(jù)的裝置的簡圖。測量室300的流動管線經(jīng)由高壓傳遞管線302連接到傳統(tǒng)的取樣瓶(CSB)上?？梢栽谑芸貤l件下保持20000psi的CSB具有內(nèi)部樣本容積304，該內(nèi)部樣本容積304通過浮動活塞308與液壓流體容積306分隔開。該CSB具有內(nèi)部攪動環(huán)(未示出)，使得在取樣瓶搖動時，可以進行有效的樣本混合。取樣流動管線310的遠端配裝有閥門312，以使得流體以高壓條件下抽放形式傳送，從而清除由于腔室死角(dead volumn)而在傳送過程中溢流(flash)的樣本。CSB液壓側(cè)連接到高壓泵315和壓力計316，以控制壓力。采樣室300位于烘箱318內(nèi)側(cè)，用于控制溫度。
甲烷和庚烷的混合物傳送到CSB。通過伴隨攪拌而加壓到始沸點以上約2000psi，樣本再次結(jié)合成單相，樣本在高壓上被傳送到測量室。排放死角大約十次，以防止溢流的樣本偏差?？梢赃M行多次被證實具有一致性的操作。估計樣本的氣液比以檢查樣本成份。
獲得含氣原油并傳送到CSB。然后該樣本在井底溫度和壓力下傳送到HPHT室。在加熱和加壓樣本之后，攪拌15到30分鐘的時段，直到進一步攪拌時壓力不變化為止。加熱防止石蠟相間分離，同時需要壓力以避免任何分離的氣相。如果CSB中的樣本在傳送過程中變成兩相，那么樣本傳送造成不具代表性的樣本，而要從取樣瓶中去除，作廢掉去除的和剩余的樣本。這些含氣原油的GOR通過以傳統(tǒng)方式用來確認的商業(yè)服務加以確定。
對于大部分原油，在一個大氣壓下氣體中的主要氣態(tài)成份是甲烷。在較高壓力下，氣相(兩個液相的較低密度)可以包含比一個大氣壓下氣體中更大部分的較重的碳氫化合物。除了包含非常高濃度的H2S(或CO2)的傳統(tǒng)氣相，在溶解的甲烷和GOR之間存在單調(diào)性關系。在所列出的較低GOR處，該關系為線性的。本方法視圖從甲烷(或從鏈烷)中提供GOR，但不是從H2S或CO2。通過測量原油中溶解甲烷的質(zhì)量分率，可以確定GOR的碳氫化合物成份。由于這個成份一般支配GOR，則為普通環(huán)境確定了GOR。
GOR的基本分析是基于將制備的n-庚烷(代表油)和甲烷的二元混合物與NIR光譜相關的方程的。由于原油可以與這些二元混合物相關，所得出的方程也可以用來原油的GOR確定。
確定GOR的方法采用將NIR通道放置到約1670nm處的甲烷峰值，并將第二NIR通道放置在約1725nm處(-CH2-和-CH3)。響應矩陣 以這兩個通道中甲烷響應的第一列和這兩個通道中油響應的第二列。
在兩個NIR通道( 矢量)中的信號響應和以 為信號矢量的二元甲烷-庚烷混合物的質(zhì)量分率矢量( 矢量)根據(jù)方程1與 相關S→=B^m→---1]]>利用克拉麥(Cramer)法則解方程1
m1=D1D---2]]>且m2=D2D---3]]>其中，D是 的行列式，D1是以 替換 的第一列而獲得的行列式，而D2是通過以通常方式(僅僅)替換 的第二列而獲得。
對于二元甲烷-n-庚烷混合物，質(zhì)量分率 可以用來獲得響應的GOR。假設氣相包含所有的甲烷(m1)加上在其平衡蒸汽壓力下的庚烷蒸汽。
混合物的GOR由下式給出GOR=5945m1m2-0.257m1(scf/bbl)---4]]>當庚烷的質(zhì)量分率下降到它正好能夠提供其平衡蒸汽壓力的數(shù)值，但未產(chǎn)生液體時，GOR是無窮大。方程4不采用比此更小的庚烷質(zhì)量分率。
利用上述實驗裝置獲得的光譜儀數(shù)據(jù)， 矩陣的元素通過在對于甲烷和庚烷的特定波長窗口上獲得積分和平均光譜儀OD數(shù)值(<OD>)曲線的斜率來產(chǎn)生。圖15和16示出用于產(chǎn)生與甲烷和庚烷的光譜儀數(shù)據(jù)相對應的 矩陣的結(jié)果數(shù)據(jù)。這個 矩陣如此取決于光學系統(tǒng)的特性，以至于必須針對每個新的光學光譜儀加以確定。
對于積分<1640-1675>， 矩陣自圖15和16列出的數(shù)據(jù)獲得。
B^=1.6570.0990.8821.614]]>對于積分<1660-1675>， 矩陣自圖15和16列出的數(shù)據(jù)獲得。
B^=1.8380.1230.8821.614]]>利用方程4，可以計算NIR信號對GOR的理論相關性。圖17中與對于二元混合物測得的數(shù)值一起繪出了積分<1640-1675>，二者在GOR的大范圍上非常一致，盡管沒有可調(diào)節(jié)的參數(shù)。在上述 矩陣中示出的數(shù)值取決于所使用的特定光學系統(tǒng)，并在需要時可以單獨調(diào)節(jié)，以適應對油氣混合物的提高認識(understanding)。
圖18示出對于一系列含氣原油和四個二元混合物的峰值面積的比。對于二元混合物的OD比由因數(shù)0.85減小(如下所述)。圖18中的線對應于方程4的預測(也在坐標上由因數(shù)0.85減小)。對于這種含氣原油的多樣采集，可以在GOR的較大范圍上看到單調(diào)特征。類似地，二元混合物也呈現(xiàn)出相同的單調(diào)特征，也是在GOR非常大的范圍上。兩組含氣原油和二元混合物的樣本的趨勢由方程4預測，但是對于含氣原油，必須包括因數(shù)0.85的修訂。從而，通過最小的修訂，方程4可以用于分析單向含氣原油的光譜，以預測其GOR。
到目前為止，非同式(nonunity)項的最大來源是二元混合物和含氣原油之間氣體成份中的差異。這個因數(shù)0.85說明了含氣原油的氣相通常在80摩爾％附近，而對于二元混合物，氣相大約在96摩爾％。含氣原油的氣體部分自80摩爾％偏離的程度是預測GOR中出現(xiàn)的誤差。尤其是，如果含氣原油的氣相包含明顯大量的H2S或CO2，則方程4不能提供原油的GOR，而是將提供由碳氫化合物造成的GOR。其他技術可以用來探測H2S或CO2。
對于不同的重油，在1725nm處的峰值大小也不相同。包含來自-CH2-和-CH3族的影響的這個峰值可以根據(jù)諸如石蠟或芳香族化合物的成份而改變。然而，通過分析這個峰值而進行的原油探測和量化表明這個變化不很大，大約為10％，并轉(zhuǎn)化成相應GOR測量值上的誤差直方圖(error bar)，對于重原油的特性公知的用途，可以減小誤差直方圖。
上述裝置可以用來確定在流動管線內(nèi)地層流體樣本中的污染物程度，并因此可以確定采樣的適當時間，以避免被污染物干擾。這種確定方法的示例可以在USSN09/255999和USSN09/300190(合并于此作為參考)中找到。
應用于確定污染物所用的色度測量的方法可以用于通過光譜儀甲烷通道進行的測量。當基于顏色進行污染物確定時，通過減去基準通道的輸出，而針對與波長無關的散射校正所選擇的顏色通道的輸出。圖19示出自成對通道的輸出的曲線，并示出擬合曲線和適當?shù)臄M合曲線方程，圖20示出圖19中用于GOR相關曲線的部分的放大圖。在圖19和20中，示出了用于顏色(通道4-通道7)以及基準(油)(通道8-通道7)的曲線。顏色輸出包括顏色和散射造成的影響，而基準只示出了散射。從而，用基準校正顏色輸出僅與一些波長相關散射一起給出了顏色，波長無關散射被相減去除。由于顏色和基準測量值不是相同補償，通過這種方法不能去除波長相關散射。
對于色度測量，需要利用基準通道，該通道遠離數(shù)百nm，以便按上述方式去除散射。例如，在圖19所示的情況中，Ch4和Ch7間隔530nm(1070nm和1600nm)。對于甲烷通道(圖19和20中的Ch0)可以使用相同的普通方法。然而，在這種情況下，基準通道(再次是Ch7)靠近測量通道(Ch0)，在本示例(1670nm-1600nm)情況下波長差僅為70nm。于是，這個方法也將去除波長相關的散射。同樣，由于波長相關的散射的橫截面隨著波長增大而減小，利用較長波長的NIR甲烷通道(1670nm)而不是較短波長的顏色通道(1070nm)可以減少波長相關的散射。通過采用這個方法，避免了在圖19中X處看到的顏色通道內(nèi)的波長相關的散射，并且可以更可靠地估計在流動管線中污染物的程度，導致更好的采樣時間確定。
如上面參照圖12所描述的，光譜工具的實施例也可以進行流量測量。MDT工具的先前版本由泵排量和泵沖程數(shù)計算流動管線中的流量，以給出泵出體積，而后者通過與時間相關而轉(zhuǎn)化為流量。然而，這個計算并不總是正確的，而有時需要更加精確的流量測量。在如圖12所示的提供兩個光譜模塊情況下，流量可以通過將每個模塊內(nèi)相同光譜通道輸出的特征與時間相對照而計算。從流動管線容積和相關函數(shù)中峰值時間的知識，可以確定流量。當從流動管線取樣本時，由于采樣點與測量點不同而需要計算，因此就需要精確的流量。
權利要求
1.一種確定地層流體的油氣比的方法，包括a)至少在兩個波長處使流體經(jīng)歷光譜分析，以產(chǎn)生響應數(shù)據(jù)，其中一個波長對氣體的存在敏感，而另一個波長對油的存在敏感；b)從氣體在兩個波長處的響應以及油在兩個波長處的響應中確定響應矩陣 c)確定在兩個波長處的信號響應矢量 d)根據(jù)關系S→=B^m→]]>計算油氣混合物的質(zhì)量分率矢量 以及e)由質(zhì)量分率矢量確定油氣比。
2.如權利要求1所述的方法，其中，響應矩陣 包括第一列和第二列，其中第一列包括氣體在兩個波長每個處的光譜響應，而第二列包括油在兩個波長每個處的光譜響應。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，還包括解方程S→=B^m→,]]>以根據(jù)m1＝D1/D和m2＝D2/D推導出氣體的質(zhì)量分率m1和油的質(zhì)量分率m2，其中，D是 的行列式，D1是從響應矩陣中通過第一列由 取代而得到的行列式，而D2是第二列由 取代的響應矩陣的行列式。
4.如權利要求1所述的方法，其中，油氣比根據(jù)關系式GOR＝c1(m1/(m2-c2m1))確定，其中c1和c2是常數(shù)，m1是氣體的質(zhì)量分率，而m2是油的質(zhì)量分率。
5.如權利要求2所述的方法，其中，響應矩陣是從在氣體和碳氫化合物的合成混合物上的一系列測量上推導出的。
6.如權利要求5所述的方法，其中，當應用到來自實際地層流體的測量值上時校正因子施加到如此導出的響應矩陣上。
7.如權利要求1所述的方法，其中，波長之一大約為1671nm，而另一個大約為1725nm。
8.如權利要求1所述的方法，其中，光譜分析是在預定光譜裝置中進行的，該方法包括對于預定的光譜裝置確定響應矩陣
9.如權利要求2所述的方法，其中，矩陣的元素包括在用于氣體和油的特定波長窗口上獲得的積分和平均光譜儀OD數(shù)值的斜率。
10.如權利要求1所述的方法，其中，流體的光譜分析在位于鉆孔內(nèi)的工具內(nèi)進行，且該工具與獲得流體的地層連通。
11.一種用于確定自圍繞鉆孔的地層中獲取的流體的油氣比的裝置，包括a)可以定位在鉆孔中，并與地層建立流體連通以便從地層吸取流體樣本的工具主體；b)位于工具主體內(nèi)的光譜模塊，用于使流體樣本在至少兩個波長處經(jīng)歷光譜分析，并產(chǎn)生響應數(shù)據(jù)，其中一個波長對氣體的存在敏感，而另一個波長對油的存在敏感；c)用于確定樣本的油氣比的裝置，該裝置根據(jù)關系式S→=B^m→]]>計算油氣混合物的質(zhì)量分率矢量 其中 是在兩個波長處的信號響應矢量， 是由氣體在兩個波長處的響應和由在兩個波長處的響應形成的響應矩陣；并從質(zhì)量分率矢量 確定油氣比。
12.如權利要求11所述的裝置，其中，光譜模塊包括用于照亮流體樣本的寬帶光源和探測器，該探測器包括帶通濾波器，其通過包括兩個波長中的一個或另一個的帶寬。
13.如權利要求12所述的裝置，其中，包括對氣體作出響應的波長的通過帶寬包括1671nm，而包括對油作出響應的波長的通過帶寬包括1725nm。
14.如權利要求13所述的裝置，其中，包括1671nm的通過帶寬由具有大約1660nm到大約1675nm的通過帶寬的濾波器限定。
15.如權利要求13所述的裝置，其中，包括1671nm的通過帶寬由具有大約1640nm到大約1675nm的通過帶寬的濾波器限定。
16.如權利要求13所述的裝置，其中，包括1671nm的通過帶寬也包括1650nm。
17.如權利要求13所述的裝置，其中，包括1725nm的通過帶寬由具有大約1715nm到大約1730nm的通過帶寬的濾波器限定。
18.一種利用光譜儀分析來自地下地層的流體的方法，該光譜儀包括光源、測量室和探測器，而該方法包括a)確定對于由測量得到的源數(shù)據(jù)的溫度相關曲線，該測量是由直接從光源穿過的光探測器進行的；b)確定對于由測量得到的測量數(shù)據(jù)的溫度相關曲線，該測量是由穿過測量室的光的探測器進行的；c)當測量室充滿流體時，測量探測器對穿過測量室的光的響應；以及d)基于所測得的響應和所確定的溫度相關曲線分析流體。
19.如權利要求18所述的方法，其中，分析流體的步驟包括根據(jù)如下關系確定流體的光學密度(OD)OD＝-log(M(T).S(To).g(T))/(M(To).S(T).f(T))其中，M表示測量數(shù)據(jù)，S表示源數(shù)據(jù)，T表示進行測量的溫度，To表示基準溫度，f(T)是測量數(shù)據(jù)的溫度相關函數(shù)，而g(T)是源數(shù)據(jù)的溫度相關函數(shù)。
20.一種利用光譜儀分析來自地下地層中的流體的方法，該光譜儀包括光源，包含測量室和探測器的流動管線，該方法包括a)在對甲烷的存在作出響應的波長下在測量室內(nèi)進行流體的光譜測量；以及b)利用測量值來表明流動管線中存在氣體。
21.一種利用光譜儀分析來自地下地層中的流體的方法，該光譜儀包括光源，包含測量室和探測器的流動管線，該方法包括a)在對甲烷的存在作出響應的波長下在測量室內(nèi)進行流體的光譜測量；以及b)利用測量值來指示流動管線內(nèi)的流體中存在污染物。
22.如權利要求21所述的方法，其特征在于，還包括利用對流動管線中存在污染物的指示來確定從流動管線中采取樣本的時間，以用于進一步分析。
23.一種用于分析來自圍繞鉆孔的地層的流體的裝置，包括a)用于在鉆孔中定位的工具主體；b)用于與地層建立流體連通的裝置；c)工具主體內(nèi)的流動管線，用于流動來自地層的流體樣本；以及d)工具主體內(nèi)的第一和第二光學分析模塊，它們由流動管線相連，每個模塊能夠?qū)α鲃庸芫€內(nèi)的流體進行光學測量。
24.如權利要求23所述的裝置，其中，光學分析模塊為光譜分析模塊，其能夠進行對地層流體內(nèi)存在氣體敏感的測量。
全文摘要
一種確定GOR的方法，包括在對氣體敏感的第一波長和對油敏感的第二波長處使流體經(jīng)歷光譜分析，確定針對氣體在第一和第二波長處的影響和油在第一和第二波長處的影響的響應矩陣，確定信號響應矢量和兩個波長，由響應矩陣和信號響應矢量計算質(zhì)量分率矢量，并利用質(zhì)量分率矢量確定GOR。
文檔編號G01N33/28GK1549920SQ01817019
公開日2004年11月24日 申請日期2001年9月12日 優(yōu)先權日2000年10月10日
發(fā)明者奧利弗·C·馬林斯, 寺林徹, 氣賀澤和義, 奧田一行, 和義, 奧利弗 C 馬林斯, 行 申請人:施藍姆伯格海外股份有限公司