[发明专利]用于井下光学流体分析仪的高压光学单元

说明书

技术领域

本发明一般涉及在诸如油井或天然气井的产碳氢化合物井的勘探和开发中进行的地下地层评估和测试。更特别地，本发明涉及制造高压光学单元(optical cell)的方法和装置，该高压光学单元用于井下光学流体分析仪，该井下光学流体分析仪用于分析在这类井中产生的流体。

背景技术

为了评估井眼周围的地下地层的特性，通常期望的是获得并分析来自井眼中的各种特殊位置处的地层流体样品。这些年来，已经开发了各种工具和步骤以促进该地层流体评估工艺。这样的工具的例子可在美国专利No.6476384(“384专利”)中找到，其整个内容在此引入以作参考。

如“384专利”中所述，斯伦贝谢的重复式地层测试仪(repeat formationtester)(RFT)和模块式地层动态测试仪(modular formation dynamics tester)(MDT)工具就是采样工具的具体例子。特别地，MDT工具包括流体分析模块，用于分析由此工具采样的流体。图1示出了这样的井下工具10的示意性视图，该井下工具用于测试泥土地层(earth formation)并分析来自地层的流体的组成。井下工具10从测井电缆15悬挂在井眼12内，测井电缆15以传统的方式连接到地面系统18。地面系统18结合有合适的电子仪器和处理系统，该电子仪器和处理系统用于控制井下工具10并分析从井下工具10接收的信号。

井下工具10包括细长主体19，其封闭工具控制系统16的井下部分。细长主体19还承载可选择性伸长的流体接纳/抽回组件20(例如，如美国专利No.3780575、美国专利No.3859851和美国专利No.4860581中所显示和描述，其全部内容在此引入以作参考)和可选择性伸长的锚定件21。流体接纳/抽回组件20和锚定件21分别设置在细长主体19的相对侧上。流体接纳/抽回组件20被装备用于选择性地密封或隔离井眼12的壁部的一部分，使得与邻近的泥土地层建立起压力或流体连通。流体分析模块25也包括在细长主体19内，获得的流体穿过该细长主体而流动。然后获得的流体可通过端口(未示出)被排出返回到井眼12中，或被送至一个或多个样品室22、23用于在地表处回收。流体接纳/抽回组件20、流体分析模块25和到样品室23、23的流动路径的控制都由电动控制系统16、18所维持。

这些年来，已经开发了各种流体分析模块，连同诸如MDT工具的采样工具一起使用，以识别和表征由采样工具抽取的地层流体的样品。例如，美国专利No.4994671(于此引入以作参考)描述了示例性的流体分析模块，其包括测试室、光源、光谱探测器、数据库和处理器。通过流体接纳组件从地层抽取到测试单元的流体被分析以测定地层流体的特性，该分析通过引导光到流体，检测透射和/或反向散射光的光谱，再处理信息(基于数据库中涉及不同光谱的信息)而进行。美国专利No.5167149和美国专利No.5201220(两者都在此引入以作参考)也描述了从窗/流体流界面在某一特定角度的反射光，以确定流体流中的气体的存在。此外，如美国专利No.5331156所述，其通过以确定的预定能量采取流体流的光学密度(OD)测量，两相流体流的油和水的分数可被量化。随着用于测量和检定地层流体特性的技术变得更加先进，对更高精度的地层流体分析工具的需求也日益增加。

如本领域中所公知的，在传统流体分析模块中采用的光学硬件可能由于在井下环境中经受高压而产生不利影响。例如，与生产的流体相接的光学窗不能够在极其高的压力下保持密封。因而，对在某些深井中产生的流体不能够进行井下光学分析。与光学流体分析相关联的电子仪器必须与井下状况流体地隔离，并且现有的窗不能够承受在一些井中存在的高压。

因而，存在对于允许在高压地下环境中进行光学流体分析的装置和方法的需求。更具体地，存在对于能够承受高至30kpsi以及更高的压力的高压光学单元的需求。

发明内容

本发明提供了大量的实施例，这些实施例专注于改善或至少减小一个或多个上述问题的影响。根据至少一个实施例，一种用于分析地下地层流体的装置包括：井下工具、设置在井下工具内的流体分析模块、穿过流体分析模块的地层流体流动路径、设置在流体分析模块内的第一空腔和第二空腔、以及分别设置在流体分析模块的第一空腔和第二空腔内的第一窗和第二窗。第一窗和第二窗每个都包括抛光的外密封表面。在一些实施例中，该抛光的外密封表面包括诸如0.15a镜面抛光的镜面抛光。