[发明专利]用于井下流体特性的光谱成像

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于勘测地层流体的系统和方法。更特别地，本发明关注于用于光谱成像以测定井下流体特性的系统和方法。

背景技术

流体特性对于评估含烃储层的经济可行性非常重要。诸如斯伦贝谢的MDT(模块化动态检测器)的一些线缆式工具用于取样地层流体，将其储存在一组容器中，然后保持流体受压的同时将其取回到地面。这种样品就是原状流体。然后这些原状流体送到合适的实验室以测定其特性。流体的特性可包括组成分析、流动特性和相特性(phase behavior)。

了解储层流体相特性是各区域合适地规划和开发以及设计生产系统的关键。了解储层流体相特性涉及对实际储层和生产状况下的流体进行许多非常重要的测量。在大多数情况下，地层流体的温度(T)和压力(P)的改变导致相的改变，包括相分离(例如：液-气、液-固、液-液、气-固等)和相再结合。例如，虽然大多数烃在初始储存状况(即组成、压力和温度)下以单一相存在，但是由于在生产和流到地面设备期间的压力、组成和/或温度降低，它们经常经受可逆的(可能还有一些不可逆的)多相改变。图1示出了对于生产期间倾向于沉淀沥青烯、蜡和水合物的未饱和原油(live oil)测量的典型的相图。

液-固-气相边界一般在实验室使用现有技术测量，例如结合到斯伦贝谢的基于激光的固体检测系统(SDS)和斯伦贝谢的高压显微镜(HPM)的斯伦贝谢的压力-体积-温度(PVT)单元。这些现有技术的详细描述和它们的用于石油流体的相特性和确保石油流体的流动的研究的应用已经公开，并为本领域技术人员所公知。

HPM当前用于实验室环境中以测定地层流体的特性。图2a-2b示出了具有相变点之前和之后流体快照的HPM研究的例子：

图2a示出了在储层温度(T_res)下沥青烯初始压力的测量的例子。

图2b示出了在温度T_res下储层流体的饱和压力之上液-液分离的形成。

HPM(一般装备有交叉偏光镜)使得可以量化微粒或气泡(bubble)尺寸。此外，在如图2-c和2-d中所示多种成分共存时，还可清楚地区分蜡、沥青烯、油相、水滴和含水晶体。

然而，在线缆产业中当前的趋势是越来越多地地层流体特性的分析直接在井下执行，以避免升高到井上时与样品保存有关的困难和与样品运输以及在遥远的实验室内进行分析相关的延迟。例如类似于斯伦贝谢的MDT的工具可用诸如原流体(live fluid)分析仪或气体冷凝物分析仪这样的光谱仪模块进行改进，以提供流体组成(气油比(GOR))、水含量的基本信息和烃分馏(C₁，C₂-C₅，C₆+)的基本裂化。这些测量都通过红外(IR)吸收光谱学进行。图3示出了典型的石油和存在于石油中的诸如水的其它物类(species)的典型的吸收光谱。因而可测量出特征吸收峰值，特别是在近红外(NIR)范围内。

然而，当前诸如相特性这样的一些井下特性的测量不能够在实验室外得到。如上所述，视频成像流体特性当前仅在实验室环境中可得到，因而期望可以现场分析地层流体。

在线缆式工具中已经使用了一些井下视频成像，但是当前技术局限于与生产测井相关的应用。当前井下成像致力于井眼壁面成像，并且具有较低的空间分辨率。例如DHV国际为石油和天然气工业提供井下视频服务用于诊断井眼的问题，例如捞出丢失的工具、机械检查和流体入口勘查。当前没有方法或系统用于完全地测定井下地层流体的特性。

除了在油井评估阶段测定地层流体的特性之外，相特性的了解在油井操作的生产期间也是非常重要的。如上所述，在生产期间，地层流体在它们从储层行进到地面时变凉并且降压。流体可经历多种相变，目前对此并没有充分的理解。这些相变可导致严重的问题，特别是如果固相沉淀(例如蜡或沥青烯)形成。在一定条件下，这些固体可粘到壁面套管，形成固体沉淀，并最终由于流动阻力增加(减小了管道的水力直径)或形成了阻塞使井生产效率降低。特别地，类似的问题可在海底环境中沿用于从生产井到岸上环境输送石油的管道发生。

因此，在生产期间井下相特性监控的引入将是重大的突破，以优化生产条件并减少/控制固相析出和沉淀的风险。

本发明致力于克服或至少减少上述的一个或多个问题的影响。

发明内容