[发明专利]用于地下地层操作的薄层光谱电化学池

说明书

发明背景

本文的实施方案总体涉及用于地下地层操作的设备和方法，并且更具体地说涉及地下地层操作中的光谱电化学池，诸如薄层光谱电化学池以及其使用方法。

在油气工业中，在钻探井筒期间通常使用钻井流体来促进钻井过程并且将井筒内的流体静压保持大于井筒周围的地下地层(又简称为“地层”)中的压力。这种钻井流体渗透到或侵入地层中以改变径向深度(通常被称为侵入区)，所述径向深度尤其取决于地层的类型和所使用的钻井流体。在钻井期间或在此之后下放到井筒中的井下地层测试工具可以用于监测地层压力，从井筒收集地层流体样品，以预测井筒周围的储层的动态等等。这些地层测试工具通常含有细长主体，所述细长主体具有对井筒中的感兴趣区进行密封的弹性体封隔器或衬垫。密封系统中的通路或流动通道用于从地层中抽取流体。这种流体被收集在工具内并且在井筒中进行分析或者被带到表面来进行分析，以确定流体的特性，从中收集了所述流体的地层的条件等等。

传统上来说，分析地层流体中的物质(例如，与地层流体含量相关的物质的浓度和/或类型)。通常，使用传统光谱技术来分析地层流体，其中从地层流体获得与地层流体中特定物质的类型或浓度相关的光谱。然而，特定物质或其浓度的检测在这种物质不能产生强光学信号的情况下可能是困难的。在这类情况下，地层流体和/或地层中的储层的类型和条件可能是无法获得的，或者仅可以实现次优的信息量。

附图简述

下图被包括来说明本文描述的实施方案的某些特征和创造性方面，并且不应被视为是排他性实施方案。如受益于本公开的本领域技术人员将会想到，所公开的主题在形式和功能上能够具有相当多的修改、改变、组合以及等效形式。

图1展示根据本公开的一个或多个实施方案的薄层光谱电化学池。

图2展示非机械地说明根据本公开的一个或多个实施方案如何使用薄层光谱电化学池来实现对样品的光谱电化学评估的方框图。

具体实施方式

本文的实施方案总体涉及用于地下地层操作的设备和方法，并且更具体地说涉及地下地层操作中的光谱电化学池，诸如薄层光谱电化学池以及其使用方法。以下描述了本公开的多个方面和实施方案。在特定实施方案的背景下描述了独立的创造性特征，但是所述创造性特征并不仅限于这些实施方案，除非明确指出如此。公开了薄层光谱电化学池，所述薄层光谱电化学池可以与电磁辐射源和检测器组合。设备可以包括恒电势器，并且可以包括流体混合器。所述设备可以在地下地层操作执行期间整合在井下工具诸如地层测试器内或位于所述井下工具上，或者可以位于流体管道中，诸如以获取与位于井下的物质相关的数据。

光谱电化学将光谱和电化学技术结合在一起来对某些流体执行测量和数据收集。确切地说，本文使用的光谱电化学评估个别与氧化和/或还原物质的类型和浓度相关的光谱。如本文所使用，术语“流体”指代呈液相和/或气相的材料。

使用光谱电化学来感测流体中的物质，诸如金属离子可能会因处于其还原态和氧化态的物质之间的摩尔吸光度的差异较小而具有较差的敏感度，从而导致弱光学信号。然而，当配位配体用作还原态和/或氧化态的强发色团来与金属离子络合时，可以实现较大的摩尔吸光度差异，从而改进光学信号以及其检测。增强信号允许操作者更充分地了解正被测试的特定地层流体的组分，从而允许作出有关地层的完井和生产的更明智的决策，进而减少操作者时间并且提高地层生产率。也可以在井下位置评估其他流体，诸如放置在其中的与地层相互作用的处理流体。在这类情况下，处理流体因来自地层的一种或多种物质而发生的改变可能是可检测的。

在一些实施方案中，本文描述的设备和方法可以参考地下地层中的钻井或测井操作。然而，所述设备和方法可以用在可能受益于流体的原位(或非原位)光谱电化学测量的任何其他地下地层操作中。这些操作也可以在地下地层中进行并且涉及油气工业，但是还可以涉及油气工业之外的操作，而不脱离本公开的范围。

下文呈现了本文公开的一个或多个说明性实施方案。为了清楚起见，在本申请中并未描述或示出实际实现方式的所有特征。应理解，在开发结合本文公开的实施方案的实际实施方案中，必须作出众多实现方式特定的决策来实现开发者的目标，诸如遵守与系统相关、与岩性学相关、与商业相关、与政府相关的约束以及其他约束，所述约束随着实现方式和时间的不同而不同。虽然开发者的工作可能是复杂而又耗时的，但是这类工作对于受益于本公开的本领域普通技术人员而言将是常规任务。