[发明专利]用于井下流体光谱分析的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于流体分析的方法和设备，该流体分析在地下地层的评价和测试中于井下采用光谱仪(spectrometer)构造进行，该地下地层的评价和测试用于勘探和开发产烃井例如油井或气井。更具体地，本发明涉及采用具有至少两个光谱仪的流体分析模块检定井下流体特性。

背景技术

为评价井眼周围地下地层的性质，通常期望获取并分析井眼中多个特定位置处的地层流体样品。多年来，已开发出各种工具和工艺以促进这种地层流体评价方法。所述工具的实例可见转让给Schlumberger TechnologyCorporation(“Schlumberger”)的美国专利No.6,476,384(“第‘384号专利”)。在此引入第‘384号专利的全部内容作为参考。

如‘384号专利所述，Schlumberger的重复式地层测试器(RepeatFormation Tester)(RFT)和模块化地层动态测试器(Modular FormationDynamics Tester)(MDT)工具为取样工具的具体实例。特别地，MDT工具包括对其获取的流体样品进行分析的流体分析模块。

多年来，已开发出结合取样工具使用的各种流体分析模块，例如MDT工具，以鉴定取样工具抽取的地层流体样品和检定其特性。例如，Schlumberger的美国专利No.4,994,671(其全文同样在此引入作为参考)描述了一种示例性流体分析模块，其包括测试室、光源、光谱检测器、数据库和处理器。

如下分析通过流体接收装置从地层抽取到测试室中的流体：用光照射流体，检测透射光和/或背散射光的光谱，以及处理该信息(根据数据库中有关不同光谱的信息)以检定地层流体特性。Schlumberger的美国专利No.5,167,149和No.5,201,220(在此引入两者作为参考)也描述了使光以某些特定的角度从窗口/液流界面反射以确定液流中气体的存在。另外，如美国专利No.5,331,156所述，通过在某些预定的能量下对液流进行光密度(OD)测量，可量化两相液流的油分率(oil fraction)和水分率。随着测量和检定地层流体特性的技术愈加先进，对更精确且可扩展的地层流体分析工具的需求日益增加。

现有的光学流体分析工具通常采用单个光源照射样品室以及单个光谱仪对光进行采集和分析。在典型实施例中，采用最多提供约20条信道(channel)的滤波阵列(FA)光谱仪。这些工具在可能影响光谱仪信噪比的井下不利条件中使用。

现有的方法尽管十分有效但也表现出某些局限性。尽管可采用单个FA光谱仪的测量结果，但期望可在井下同时使用多个不同类型光谱仪的系统对流体进行分析。由此将减轻对多个独立模块的需求，单个光源可向一组不同的光谱仪提供信息，从而增加了可用信道的数量和整个系统的专一性。

井下不利条件还使得需要校准光谱仪系统如现有的光谱仪系统。从而要求使至少两束光即一束参考信号和一束测量信号射向光谱仪。从而要求光信号的区分，如涉及井下光谱仪实时校准的共同未决美国专利申请No.11/273893中所披露的，可通过使用遮光器实现光信号的区分。然而，遮光器需要马达，从而明显增大了井下工具的尺寸。

发明内容

根据上述背景和井下流体分析领域已知的其它因素，本申请人认识到对宽光谱光学分析的设备和方法并同时提供所关注的详细光谱分析的需求。因而，本申请人认识到具有多个光谱仪的光谱分析系统将赋予井下流体分析在精度和效率方面的明显改进，所述光谱仪根据所进行的光谱分析的需要和要求选择。

本发明的一个实施例包括采用光谱仪进行井下流体分析的方法和设备。在一个方面，使一个或多个光源对准样品室，样品室中装有从井下抽取的流体。由两个或更多个光谱仪测量透过样品的光，用于流体光谱分析。另外，将一个或多个光源发出的光直接输送至相同的一组光谱仪以提供用于校准的参考测量。可使用两个或更多个不同类型的光谱仪，包括但不限于滤波阵列光谱仪和光栅光谱仪。

本发明的其它优势和新特征将在随后的说明中阐述或者本领域技术人员可通过阅读本申请材料或实施本发明而获知。本发明的优势可通过所附权利要求列举的方式实现。

附图说明

附图示例本发明的优选实施例并为说明书的一部分。附图结合以下说明示范并解释本发明的原理。

图1为可应用本发明的一种示例性背景的示意图。

图2为根据本发明的流体分析模块的一种示例性结构的局部截面示意图。

图3为大型滤波阵列型光谱仪中一个滤波信道的截面示意图。