專利名稱：基于聲學性質(zhì)隨壓力的變化的井下流體表征的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地質(zhì)勘探技術(shù)，更特別地涉及根據(jù)聲學數(shù)據(jù)來估計流 體性質(zhì)。
背景技術(shù)：
在各種涉及流體材料的工業(yè)過程中，知道所涉及流體的性質(zhì)是有 用的。這些性質(zhì)包括例如密度、可壓縮性和聲阻抗。在許多應用(比 如石油勘探和生產(chǎn))中，特別關(guān)心流體性質(zhì)。油藏工程師需要知道井
下流體(特別是碳氫化合物流體)的狀態(tài)方程(EOS)以便決定對儲 層進行生產(chǎn)的最佳方式。狀態(tài)方程是與流體的壓力、體積和溫度有關(guān) 的熱力學方程。最簡單的狀態(tài)方程是公知的理想氣體方程，- = "^\ 然而，理想氣體方程不能用于井下，因為在井下的壓力和溫度下，即 使純甲烷氣體也與理想氣體相差甚遠。液體的狀態(tài)方程更復雜而且經(jīng) 常是半經(jīng)驗式的。"PVT，，實驗室專門對取回的碳氫化合物流體樣品進 行壓力、體積和溫度分析。
已經(jīng)知道了有使流體的各種物理性質(zhì)與聲學測量相關(guān)的嘗試。然 而，這些其他的井下聲學方法中沒有一個能夠在多個壓力下進行聲學 測量或者嘗試確定流體的EOS或其EOS參數(shù)(維里系數(shù))以便估計 流體性質(zhì)。例如，在2005年10月25日公布的、標題為"原地測量鉆 孔的流體聲學性質(zhì)的自校準超聲波方法"("Self-Calibrated Ultrasonic Method of In-Situ Measurement of Borehole Fluid Acoustic Properties")的美國專利No. 6,957,700中，公開了使用由精密金屬盤 的反射來測定鉆井液的聲阻抗的工具和方法。它沒有描述在流體壓力 變化時進行聲學測量以便確定EOS或其他流體性質(zhì)。
在2004年7月20日公布的、標題為"用于超聲波測定流體性質(zhì)的自校準系統(tǒng)和技術(shù)，，("Self Calibrating System and Technique for Ultrasonic Determination of Fluid Properties") 的美國專利 No. 6,763,698中提供了一個實例，但是其未描述在井下的使用。在該專利 中，用于確定流體性質(zhì)的系統(tǒng)和技術(shù)包括在固體構(gòu)件(solid member) 的第一表面上的超聲波傳感器。縱向超聲波脈沖通過固體構(gòu)件傳送并 且檢測和處理由固-液界面和傳感器-固體界面之間的超聲波脈沖的反 射所引起的多重脈沖回波。流體中的超聲波速度被確定并且流體密度 被確定為超聲波速度和已確定的聲學性質(zhì)的函數(shù)。它沒有描述在流體 壓力變化時進行聲學測量以便確定EOS或其他流體性質(zhì)。
在樣品罐從井眼收回之后，經(jīng)常在地面PVT實驗室完成對地下樣 品的綜合分析。假設(shè)樣品出自處于比較高的溫度和壓力下的環(huán)境的深 度處，應該意識到在保留的樣品內(nèi)存在溶解組分的靈敏平衡。這就是 為何樣品僅收回到地面(在該處溫度和壓力低得多)就可能發(fā)生非常 明顯的變化的原因。瀝青質(zhì)和蠟可能從溶液中沉淀出來，可能要花費 數(shù)周時間來在實驗室在高溫度和壓力下進行攪拌( 一項稱為"重組 (recombination)"的費勁的任務)以便使這些組分回到溶液中。因 此，各種采樣技術(shù)已經(jīng)包括了某些協(xié)議以便克服這些問題并且保持樣 品的完整性。 一種這樣的技術(shù)包括對樣品腔內(nèi)的樣品施加超壓(通常 比地層壓力高幾千psi)以 <更限制或防止由于樣品返回地面期間因冷卻 而收縮從而在樣品內(nèi)分離成兩相或者沉淀出某些組分。然而，在可能 時，仍優(yōu)選如本發(fā)明所述的在原地進行這些流體性質(zhì)測量。在井下進 行測量確保流體樣品處于相對原始的狀態(tài)。此外，對于工具的任何單 次運行，可以配置的樣品罐的數(shù)量有限。如果從比單次具有的樣品罐 數(shù)量更多的井中層段(zone)測試流體，就需要進行井下測量或者使 用工具再返回到井中。
使用聲信號來確定或估計從井眼中獲取的樣品的物理和化學性質(zhì) 的現(xiàn)有技術(shù)不能提供對地下樣品的某些期望的原地分析。更特別地， 利用聲信號進行樣品分析的現(xiàn)有技術(shù)不能在多個壓力下進行聲測量。 此外，它們并未用聲學性質(zhì)隨壓力的變化來估計EOS或其他流體性質(zhì)。
已經(jīng)知道，為流體施加壓力將改變流體的聲學性質(zhì)，并且人們可 以從這些聲學性質(zhì)隨壓力變化得有多快來收集其他流體性質(zhì)信息。例
如，可以參考Sehgal， C.M.的以下期刊文章，標題為"Non-linear Ultrasonics to Determine Molecular Properties of Pure Liquids (用非 線性超聲波測定純液體的分子性質(zhì))"，Ultrasonics Vol.33， No.2， 1995， pp 155-161 (超聲技術(shù)，1995年，第33巻，第2期，第155-161頁)。 該文章敘述了穿過壓縮介質(zhì)的波傳播基本上是非線性的，并且提出流 體性質(zhì)和隨壓力而變化的聲速變化率之間的幾種關(guān)系。
需要一種在原地對地層流體樣品進行評價的技術(shù)，以提供一些先 前只能在地面的PVT實驗室獲得的一些分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了 一種用于評價流體樣品的設(shè)備，所述設(shè)備包括適用 于插入井眼中并將流體樣品接收到樣品腔中的工具，所述樣品腔適用 于改變流體樣品的壓力并且具有連接到樣品腔的至少一個聲傳感器， 所述聲傳感器用于利用至少一個聲信號來評價處于加壓狀態(tài)的流體樣
口
口口 o
本發(fā)明還公開了 一種用于評價流體樣品的性質(zhì)的方法，所述方法 用于將工具放置入井眼中；將流體樣品接收到工具的樣品腔中；改變 流體樣品的壓力；將至少一個聲信號傳輸?shù)搅黧w樣品中；以及分析所 述至少 一個聲信號以評價流體樣品的性質(zhì)。
本發(fā)明還公開了一種存儲在機器可讀介質(zhì)上的計算機程序產(chǎn)品， 所述產(chǎn)品包括通過以下操作來評價井下環(huán)境中的流體樣品的性質(zhì)的指 令，所述操作包括改變樣品腔內(nèi)的流體樣品的壓力；將至少一個聲 信號傳輸?shù)搅黧w樣品中；以及分析所述至少 一個聲信號以評價流體樣 品的性質(zhì)。
在此相當廣泛地概括了本發(fā)明的某些特征的實例，以使得隨后的 其詳細說明可被更好地理解并且使得它們對現(xiàn)有技術(shù)的貢獻可被意識
9到。當然，還有將在下文描述的本發(fā)明的附加特征，其將形成所附的 權(quán)利要求書的主題。


結(jié)合附圖參考以下具體實施方式
以便更詳細地理解本發(fā)明，其中
相同的元件給出相同的附圖標記，其中 圖l描繪了井眼中的地下采樣的狀況； 圖2描繪了井眼內(nèi)的采樣工具的狀況；
圖3描繪了導向樣品罐的流程，在樣品罐中樣品可被施加超壓；
以及
圖4描繪了一種用于確定樣品的物理性質(zhì)的方法。 以下詳細說明通過參照附圖以實例的方式說明了本發(fā)明的優(yōu)選實 施例以及優(yōu)點和特征。
具體實施例方式
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖l，圖l描繪了沿著稱為"井眼"ll的鉆孔長度方向 的地層10的截面。通常，井眼11至少部分地充有液體混合物，所述 液體混合物包括水、鉆井液、泥漿、油和被井眼11穿透的地層10所 固有的地層流體。地層流體采樣工具20在鋼絲繩12的底端懸掛在井 眼11內(nèi)。鋼絲繩12通常承載在由井架14所支承的滑輪13上。通常 由服務車15所運載的動力絞車進行鋼絲繩12的展開和收回。
圖2示意性說明了采樣工具20的一個示例性實施例。在該非限制 性實施例中，采樣工具20包括一個用螺套或相互壓縮連接器23端對 端地連接起來的幾個工具段的組件。該工具段組件包括液壓動力單元 21和地層流體提取器22。在提取器22的下方，提供了用于線路清洗 的大流量泵24。在大流量泵24的下方是類似的小流量泵25，所述小 流量泵具有比大流量泵24更小的排量。多個樣品罐箱部分(magazine section) 26裝配在小流量泵25下方。每個箱部分26包括用于保持流 體樣品的至少一個樣品罐30。在本實施例中，地層流體提取器22包括可伸長的"吸入"探頭 27，該探頭27將壓力減少到稍微低于地層壓力以便允許地層流體流入 探頭27中。與探頭27相對的是井眼壁備用臂28。吸入探頭27和備 用臂28都是可液壓伸長的以便牢固地接合井眼11的壁。
在一些實施例中，當收到指令時，大流量泵24、小流量泵25和 加壓氣體的遠程供應源(未示出)中的至少一個在活塞后面提供壓力， 所述活塞在至少 一個樣品罐30中封裝地層流體樣品。每當收集樣品并 且將樣品放置在樣品罐30內(nèi)，通常就需要壓力。這種氣墊可比傳統(tǒng)地 層流體更容易壓縮，使得地層流體壓力不會象液體壓力 一樣隨溫度下 降發(fā)生那樣大的變化。在僅充有液體的容器中，當液體由于溫度下降 而稍微收縮時，液體施加在其周圍容器上的壓力顯著下降。這就是在 樣品腔被帶到地面時常常使用氣墊來將液體樣品保持在壓力下和單相 的原因?；钊麑鈮|與樣品罐內(nèi)的任何其他流體分隔開。
根據(jù)在此的教導，與釆樣工具20協(xié)同而使用至少一個聲傳感器。 該至少 一 個傳感器用于在多個壓力下測定樣品的聲學性質(zhì)，通常是在 地層壓力附近。聲學性質(zhì)的測定用于從其測得的聲學性質(zhì)導出其他流 體性質(zhì)。由于為樣品罐30或釆樣工具20的其他部件加壓的技術(shù)是已 知的，在此基本上不進一步討論樣品處理的這些方面。
盡管在此的教導參考了使用采樣工具20，應該意識到本發(fā)明公開 的技術(shù)不局限于使用采樣工具20。例如，多種工具可以用于從井眼中 取回樣品。例如，稱為測試工具、測量工具、壓力工具或其他此類工 具的工具可以用于支持在此的教導。這些和其他類似工具中的任一種 可以解釋為在此使用的"工具"。因此，術(shù)語"采樣工具20"對于在
此的教導僅是說明性的而非限制性的。
還已知使用聲脈沖衰減來測定至少一個樣品密度的技術(shù)。申請人 在此參照了本申請人的美國專利申請No. 2005/0204808,其標題為"用 于聲脈沖衰減密度測定的方法和設(shè)備(Method and Apparatus for an Acoustic Pulse Decay Density Determination )"，在此引入其全部內(nèi)容 作為參考?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3所描述的示例性實施例，圖3描繪了導向樣品罐30 的樣品導管40。樣品導管40中的樣品106的流動方向用圖3中的箭 頭來描繪。樣品導管40被施加超壓并且環(huán)繞地層流體的樣品106。方 便起見，進行樣品分析的樣品導管40的一部分被稱為"樣品腔100"。 在此使用的術(shù)語"樣品腔100"指通過采用在此的教導對樣品進行評 價的任何地方。因此，樣品導管40是樣品腔100的一個非限制性實施 例的示例性說明。
盡管最終保留在工具20中的地層流體通常包括比樣品腔100中所 描述的部分顯著更多的流體，但在本實施例中(和一些其他實施例中)， 樣品腔100中所描述的部分稱為樣品106。這是為了方便起見而不對 在此的教導進行限制。當在此使用時，術(shù)語"樣品106" —般指通過 經(jīng)受聲信號或通過聲信號詢問來進行"評價"的保留的地層流體的部 分。
在本非限制性實施例中，樣品106被限制在樣品腔100中，所述 樣品腔包括近壁104和遠壁114。通過泵活塞(未顯示)的運動或者 通過其他技術(shù)來壓縮地層流體可以增加樣品106上的壓力。
通常，在井眼ll中，地層流體的壓力范圍從大約6,000磅/平方英 寸(psi)到大約15，000psi。應該意識到，在一些情況下，地層流體壓 力的范圍可以從大約3，000psi到大約30，000psi,以及可能更高(或更 低)。
通常，樣品106被超壓到比地層流體壓力高幾千磅/平方英寸(psi) 或更多。例如，樣品106可超壓的范圍在大約500磅/平方英寸(psi) 到大約3，500psi之間，然而，該范圍應當被理解成僅是說明性的不是 限制性的。
術(shù)語"超壓"、"被超壓"、"施加超壓"或其他類似術(shù)語一般按照 與采樣環(huán)境的壓力和采樣環(huán)境中的地層流體的壓力相關(guān)的樣品壓力來 理解。也就是說，應該意識到，當被采樣時，地層流體通常處于比大 氣壓力顯著更大的壓力。為樣品106施加超壓通常意味著將施加到樣 品106上的壓力提高到至少稍微高于地層壓力的程度，以及可以是比
12地層壓力高得多。
同樣，在某些情況下可能希望樣品106為"負壓"。在這種實施例 中，使樣品106為負壓要求稍微減輕施加在樣品106上的壓力，以及 可能要求基本上減壓到完全減去施加在樣品106上的壓力。
所以，術(shù)語"改變"以及"加壓"和其他關(guān)于樣品壓力的類似術(shù) 語意味著使樣品106為超壓和使樣品106為負壓。
因此，應該意識到樣品106上的壓力可以進行相當大的改變以便 為用戶提供關(guān)于樣品106性質(zhì)方面的其它數(shù)據(jù)。
在圖3的實施例中，聲傳感器101在聲界面102處連接到樣品導 管40的近壁104上。聲傳感器101與脈沖發(fā)生器116進行通信。脈沖 發(fā)生器116通常包括電子設(shè)備，所述電子設(shè)備適用于生成聲信號(例 如，"脈沖")和適用于監(jiān)控與聲脈沖相關(guān)聯(lián)的信號。通常，樣品導管 40的壁厚108和樣品導管40的內(nèi)部寬度109被選擇以便在樣品分析 期間提高聲學性能。在樣品分析期間，聲信號從近壁/流體界面107傳 輸穿過樣品106并被遠壁/流體界面113反射回來。
聲傳感器101產(chǎn)生用于評價樣品106的至少一個聲信號。該至少 一個聲信號可以以任何對樣品評價有用的方式被反射、返回、導向或 傳輸穿過樣品106。通常使用為評價井下流體所選擇的頻率來產(chǎn)生聲 信號。盡管聲信號可以參照樣品106的性質(zhì)、樣品腔100和其他性質(zhì) 來選擇，但是應該意識到能在寬廣的頻率范圍內(nèi)操作的聲傳感器101 可用于在此的教導。
更特別地，聲脈沖穿過流體中的已知距離的傳播時間是用于測量 流體中的聲速的公知方法。聲脈沖通常包括聲波的一個或多個完整周 期。該聲波的主頻率的范圍可以為從次聲波到可聽聲波到超聲波的任 何位置。
優(yōu)選的通過流體的傳播距離取決于流體內(nèi)的聲的波長。聲的波長 計算成流體中的聲速除以其頻率。為了精確測定聲脈沖的到達時間和 相應的傳播時間，優(yōu)選傳播距離比聲的波長大得多，因為每個聲脈沖 通常在空間上傳播大于聲的一個或多個波長的距離。等效的說法是，傳播時間通常比脈沖持續(xù)時間長的多，所述脈沖持續(xù)時間包括一個或 多個完整周期。因此，當與用于測量高頻聲的聲速的樣品腔相比時， 較大的樣品腔用于低頻聲。
當然，人們應該意識到樣品導管40不必須是初級樣品導管。例如， 樣品腔100可以是將一部分樣品流轉(zhuǎn)移到其中的次級樣品導管。至少 在某些情況下，由于要提高樣品腔106的聲學性質(zhì)以及由于其他原因， 為了分別調(diào)節(jié)樣品106部分上的壓力，可能希望這種實施例。
在一個實施例中，聲傳感器IOI包括10MHz(兆赫)傳感器101。 樣品腔100由鈦合金制成。在該實施例中，樣品腔100的內(nèi)部寬度109 為大約0.218"，壁厚108為大約0.110"。通常，樣品腔100的聲表面 (例如，在聲界面102處的表面、近壁/流體界面107和遠壁/流體界 面113)是平面并且彼此平行。在一些實施例中，樣品腔100包括單 獨的用于監(jiān)控聲信號的監(jiān)聽傳感器(未顯示)。
通常，壓力被提高一定水平，使得樣品106保持在與樣品環(huán)境中 的地層流體的周圍狀態(tài)一致的狀態(tài)。由于井眼11的井下環(huán)境的溫度和 壓力可能相對較高，樣品腔IOO被設(shè)計成適應相當大的壓力(適當高 于地層中的較高壓力的壓力)。因此，應該意識到當樣品106處于極端 壓力下時，樣品性質(zhì)的測定需要考慮該相當大的壓力。在此的教導至 少在收集的樣品106處于用于保持采樣狀態(tài)的相的補償壓力時能保證 樣品性質(zhì)的測定。
一些用于樣品106評價的其他實施例涉及將樣品罐30用作樣品腔 100。在這些實施例中，傳感器101被放置成與樣品罐30的壁接觸。 傳感器提供了當罐內(nèi)壓力變化時的多個測量。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將 意識到樣品106可以在采樣和收回的各個階段經(jīng)受各種壓力水平，而 且可以在許多這些階段中進行樣品106評價。因此，將樣品罐30用作 樣品腔100僅是樣品106的性質(zhì)評價的一個實施例而且對在此的教導 并非限制性的。
為了提供樣品106的性質(zhì)測定，需要聲信號和分子性質(zhì)之間的關(guān) 系。示例性方程在以下文獻中提供，該文獻為Sehgal， C.M.的標題為"Non-Linear Ultrasonics to Determine Molecular Properties of Pure Liquids (用非線性超聲波測定純液體的分子性質(zhì))"，Ultrasonics Vol. 33， No. 2， 1995， pp 155-161 (超聲技術(shù)，1995年，第33巻第2期，第 155-161頁)。在此引入其全部內(nèi)容作為參考。
如在Sehgal的方程1-3中所示的，初始流體壓力？和加壓流體壓 力,通過使用F/z^(/y/p)"其中，《是常數(shù)，)可以與初始流體密度p和 加壓流體密度A相關(guān)聯(lián)。令/^'=/>+ ，該方程可被展開為關(guān)于初始密
度P的泰勒級數(shù)，使得尸、P + Z二("!廣(3T/5/7")[/7'-p]"，其中，(5T/3p")表 示在保持熵S為定值時、在P處評價的尸'的"階導數(shù)。項[P'-P]可由V代 替。對于低壓縮性流體，通常僅需要進行幾項展開。我們可進一步定 義爿=M^/5p)和B = /A32p73p2)，以便簡化所得的近似方程的形式。
因此，可以使用樣品106的廣義狀態(tài)方程來評估樣品106的物理 性質(zhì)。等熵狀態(tài)是指熵s為定值。數(shù)學上，用下標s表示等熵狀態(tài)，如 方程1所示。對于等熵狀態(tài)，使壓力^與密度P相關(guān)的維里方程為
乂s
5 + — 2!
、2
(i);
p人 其中
^表示壓力；
^表示樣品腔100中的初始壓力； ^表示樣品106的密度； M表示樣品106的密度變化；以及 A ^表示維里系數(shù)。
維里系數(shù)^， s限定了樣品106的壓力-密度關(guān)系。這些維里系數(shù)
的比值表示為
2pc
丄—
其中
"c/"尸表示聲速c相對于壓力P的導數(shù)；
c表示樣品106中的聲速；以及 ^表示樣品106的密度。
(2);樣品106的內(nèi)聚能(cohesive energy)的變化a^可以描述成
脫=
m，
(5" + l)
In
'82.0517>
(3);
其中
A4表示樣品106的內(nèi)聚能，通常用ergs/gm表示； ^表示樣品106的平均分子量；以及 r表示樣品106的溫度。 更進一步地，溶解度參數(shù)5 (稱為"Hilderbrand參數(shù)")表示成
lin J (4 );
5 =
(5"+i)
、K乂
其中
^， ^分別表示樣品106在氣態(tài)和液態(tài)下的摩爾體積。 盡管范德瓦爾斯(van der Waals )常數(shù)可以最適用于估計與氣體 介質(zhì)相關(guān)的物理性質(zhì)，然而范德瓦爾斯常數(shù)"，6可以應用到液體介質(zhì) 中。這些常數(shù)可以通過聲測量s"和c以及通過應用下列方程來確定
a =
A2
(5" + l)
(5);以及
6 = ^_^V(s"+i)
< (6) 其中"表示在樣品106中的分子之間的引力測量值；
6是與樣品106中的分子大小的關(guān)系； a表示理想氣體常數(shù)。
現(xiàn)在參照圖4，圖4提供了一種用于評價樣品106的方法的一個 非限制性實施例。在圖4中，樣品評價400包括將釆樣工具放置入采 樣環(huán)境中401;收集樣品402;為樣品加壓403 (通常高于地層壓力)； 進行至少一次聲測量404以及分析信號405。通常，在多個壓力下進 行聲測量404，如圖4中的向上的箭頭所表示的，其表示了重復進行 加壓、測量和分才斤。
放置采樣工具401和收集樣品402涉及已知技術(shù)，不需要進行進 一步討論。為樣品加壓403也涉及已知技術(shù)。然而，如上述所暗示的，應該注意的是為樣品加壓403通常涉及在采用工具20中的流體的整個 流程中將壓力施加到樣品106上。所以，可以在沿著采樣工具200內(nèi) 的樣品106的流程的其他位置處進行聲測量404和分析信號405。
使用通過聲能詢問介質(zhì)的已知技術(shù)來完成聲測量404。這些已知 技術(shù)利用在此所描述或討論的示例性部件，也可以涉及本公開內(nèi)容中 未涉及的其他部件。
可以使用多種技術(shù)完成信號分析405。例如，可以參考美國專利 申請No. 2005/0204808，先前已經(jīng)引入作為參考。其中，該參考的專 利申請尤其教導了 一種用于估計流體性質(zhì)的方法，所述方法包括在與 流體接觸的第一構(gòu)件中傳輸?shù)谝宦暶}沖；檢測從第一構(gòu)件和流體之間 的界面處返回的多個聲脈沖回波返回值；以及根據(jù)多個聲脈沖回波返 回值估計流體的性質(zhì)。
在用于估計的方法中，流體的性質(zhì)包括流體的聲阻抗、密度和粘 度中的至少一個。另一個步驟包括以下步驟中的至少一個估計第一 構(gòu)件和流體之間的界面的反射系數(shù)；估計第一構(gòu)件的聲阻抗；以及估 計多個聲脈沖回波返回值的能量衰減的斜率。在一些實施例中，估計
能量衰減的斜率包括對多個聲脈沖回波返回值進行最小二乘擬合；在 一些實施例中，估計能量衰減的斜率包括將多個聲脈沖回波返回值中 的每一個分成多個時間窗(time window )。在另一些實施例中，估計
能量衰減的斜率還包括對多個時間窗中的每一個進行積分；在其他實 施例中，估計能量衰減的斜率還包括從多個聲脈沖回波返回值中減去 噪聲。
用于估計的方法還可以要求使第二聲脈沖傳輸通過流體；以及使 用在第一構(gòu)件和與流體接觸的第二構(gòu)件之間的第二聲脈沖的往返路程 傳播時間來估計通過流體的聲速。
替代地，用于估計的方法可以要求使第二聲脈沖傳輸通過流體； 以及估計通過流體的第二聲脈沖的衰減。在一些實施例中，估計衰減 包括在多個頻率下估計衰減。在一些實施例中，傳輸?shù)诙暶}沖還包 括在多個頻率下傳輸多個聲脈沖。在通常的實施例中，在井下進行估計。
在其他實施例中，信號分析405要求根據(jù)在此公開的示例性方程 l到方程6來評價聲信號。當然，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員通過使用聲信 號來提供樣品106的物理性質(zhì)的測定可以獲得其他關(guān)系。這些其他關(guān) 系落入在此教導的預期范圍內(nèi)，因此，落入所附的權(quán)利要求書的范圍 內(nèi)。
所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還將意識到樣品評價400可以包括各種其他 步驟、步驟的組合或省略某些步驟。例如，在在樣品導管中評價樣品 106的實施例中，收集樣品402和為樣品加壓403可以基本上是一個 步驟。
在另一些實施例中，除了用于評價樣品106的聲傳感器101外還 可使用其他傳感器。例如，樣品106的溫度可以用溫度傳感器(未顯 示)來監(jiān)控。來自各種傳感器的數(shù)據(jù)的各種組合可以有利地用于對樣 品106的某些性質(zhì)(比如密度P )進行評價。
在一些實施例中，可能認為有利的是，釆取為樣品部分加壓403 (例如加壓到預定值)然后在繼續(xù)為樣品加壓403之前進行聲測量404 和分析信號405。例如，可以考慮釆用對樣品106進行逐步加壓和分 析的實施例為用戶提供了其它數(shù)據(jù)，所述其它數(shù)據(jù)可以與更多關(guān)系一 起使用以便對樣品106進行進一步表征。
為了支持在此的教導，可以使用包括軟件的各種計算機部件來提 供設(shè)備的操作和分析和在此公開的方法。因此，應該認為這些教導可 以作為一套存儲在計算機可讀介質(zhì)上的計算機可執(zhí)行指令來執(zhí)行，所 述計算機可讀介質(zhì)包括ROM、 RAM、 CDROM、閃存或任何其它現(xiàn) 在已知的或未知的計算機可讀介質(zhì)，當這些指令被執(zhí)行時，使得計算 機執(zhí)行本發(fā)明的方法。這些指令可以提供設(shè)備操作、控制、數(shù)據(jù)收集、 分析和使用者視為相關(guān)的其他功能。
盡管前述的公開內(nèi)容是針對本發(fā)明的示例性實施例的，但各種修 改對所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。在所附的權(quán)利要求書范 圍內(nèi)的所有修改都包括在前述公開內(nèi)容中。已經(jīng)對本發(fā)明的較重要的特征的實例進行了相當廣泛的概括，使得其后的詳細說明可被更好地 理解，以及使得對現(xiàn)有技術(shù)的貢獻可被意識到。當然，存在下文將描 述的本發(fā)明的附加特征，其將形成在此所附的權(quán)利要求書的主題。
權(quán)利要求
1. 一種用于評價井下流體的工具，包括樣品腔，適用于使流體放入其中；泵，用于提供與流體的流體連通；傳感器，用于提供與流體的聲通信；以及處理器，用于提供與傳感器和泵的數(shù)據(jù)通信；其中，所述處理器適用于改變流體的壓力，激發(fā)傳感器并接收聲數(shù)據(jù)和計算流體中的聲速的變化率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工具，其中，樣品腔包括樣品罐和樣品 導管中的至少一個。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工具，還包括與傳感器連接的電子設(shè)備， 用于產(chǎn)生聲通信。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的工具，還包括與樣品腔連接的電子設(shè)備 和監(jiān)聽傳感器，用于監(jiān)控聲通信。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的工具，其中，樣品腔中的壓力包括比地 層流體壓力高大約500psi到大約3，500psi的壓力。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的工具，其中，樣品包括水、鉆井液、泥 漿、油和地層流體中的至少一種。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的工具，其中，用于改變壓力的壓力源包 括泵和遠程供應源中的至少 一 個。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的工具，其中，處理器包括數(shù)字計算機。
9. 一種用于評價流體性質(zhì)的方法，包括 將流體接收到工具的樣品腔中； 改變流體樣品的壓力；將至少一個聲信號傳輸?shù)搅黧w樣品中；以及 分析所述至少一個聲信號以便評價隨壓力而變化的流體中的聲速 變化率。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，對多個壓力水平進行改變、傳輸和分析。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述改變包括顯著超壓、 超壓、稍微超壓、稍微負壓、顯著負壓和完全釋放壓力中的至少一種。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，改變壓力包括加壓到至 少一個預定壓力。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，評價流體性質(zhì)包括求解 關(guān)系<formula>formula see original document page 3</formula> 其中尸表示施加到流體上的壓力； p。表示未加壓狀態(tài)的樣品腔中的壓力； p表示流體的密度； ^表示流體的密度變化；以及 A s表示流體的維里系數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，評價流體性質(zhì)包括求解關(guān)系<formula>formula see original document page 3</formula>其中"c/^表示聲速c相對于施加到流體上的壓力p的導數(shù)； c表示流體中的聲速； p表示流體的密度；以及 A ^表示流體的維里系數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，評價流體性質(zhì)包括求解關(guān)系<formula>formula see original document page 3</formula>其中^^表示流體的內(nèi)聚能；^表示流體的平均分子量； r表示流體的溫度； p表示流體的密度；以及 」，b表示流體的維里系數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，評價流體性質(zhì)包括求解 關(guān)系^表示流體的溶解度參數(shù)； ^， ^分別表示流體在氣態(tài)和液態(tài)的摩爾體積； c表示流體中的聲速； p表示流體的密度；以及 乂， s表示流體的維里系數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，評價流體性質(zhì)包括求解 關(guān)系"表示流體中的分子之間的引力測量值； ^表示液態(tài)流體的摩爾體積； c表示流體中的聲速； p表示流體的密度；以及 ^， s表示流體的維里系數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，評價流體性質(zhì)包括求解 關(guān)系其中:(5" + l)其中:(5" + l)其中:6與流體中的分子大小相關(guān);/ 表示理想氣體常數(shù)。「'表示液態(tài)流體的摩爾體積； c表示流體中的聲速； "表示流體的密度；以及 ^， 5表示流體的維里系數(shù)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，改變壓力包括保持流體 處于液態(tài)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，評價流體樣品的性質(zhì)包 括求解關(guān)系yOC ;其中6與流體中的分子大小相關(guān)； ^表示理想氣體常數(shù)。^表示液態(tài)流體的摩爾體積； c表示流體中的聲速； p表示流體的密度；以及 ^， s表示流體的維里系數(shù)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，改變壓力包括保持流體 處于液態(tài)。
22. —種存儲在計機器可讀介質(zhì)上的計算機程序產(chǎn)品，所述產(chǎn)品 包括用于通過以下操作評價井下環(huán)境中流體性質(zhì)的指令，所述操作包 括改變樣品腔內(nèi)的流體壓力； 將至少一個聲信號傳輸?shù)搅黧w中；以及 分析至少 一 個聲信號以便評價流體的性質(zhì)。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的計算機程序產(chǎn)品，還包括將流體接收 到工具的樣品腔中的指令。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的計算機程序產(chǎn)品，還包括用于對多個壓力水平重復進行改變、傳輸和分析的指令。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于評價來自井眼內(nèi)的地層流體的物理性質(zhì)的技術(shù)，包括改變地層流體樣品上的壓力和使至少一個聲脈沖傳輸通過流體樣品以及分析收集的聲信息。用于評價的設(shè)備和方法包括使用至少一個聲傳感器。分析通常包括使用公式，所述公式使流體的狀態(tài)方程和其他性質(zhì)與為壓力的函數(shù)的流體中的聲速變化相關(guān)。
文檔編號G01N29/00GK101454662SQ200780019076
公開日2009年6月10日 申請日期2007年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月30日
發(fā)明者R·迪弗吉奧 申請人:貝克休斯公司