[发明专利]用于井下流体的元素分析的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及井下流体试样的成分分析。更具体地说。本发明涉及井下试样的元素分析，例如通过激光分解光谱学(LIBS)、火花分解光谱学(SIBS)或一些类似的等离子产生和光发射分析技术可以对它们的构成成分进行分析。

背景技术

具有许多这样的情况，其中需要或希望获得试样材料的基本上瞬时的与/或即刻的较多的或微量的成分分析。试样材料可以包括地质试样、土壤试样、粉末冶金、陶瓷、食物、药物以及许多其它材料。需要测试这些材料的组成成分的理由是很多的。碳氢化合物生产是昂贵的，并且已知，由于不希望的元素例如硫的含量而被认为是不能开采的地层，一个含有碳氢化合物的特定地层的生产是不可能的。区域划分也是在碳氢化合物生产期间遇到的问题，这种区域划分的存在是影响涉及数百万元的生产费用的生产决定的有价值的知识。

当前尚未知用于井下元素分析的方法和设备。进行地层流体的井下元素分析对于确定地层流体试样和所述流体所在的地层的特性是有用的。

发明内容

本发明提供一种用于进行井下地层流体的元素分析的方法和设备。本发明使用分解光谱学提供井下地层流体的元素分析。在井下测试流体中引入等离子体。分析等离子体的发射以确定被测流体的成分。所述的发射包括但不限于光谱中的紫外、可见以及近红外区中的光。提供一个光谱仪用于井下流体的元素和成分分析。成分分析产生关于流体以及流体所在地层的信息。在本发明的一个方面中，提供一种用于对地层流体试样进行激光致分解的方法和设备。在本发明的另一个方面，提供一种用于进行火花致分解光谱分析的方法和设备。在实验室中在室温下在空气中如何应用分解光谱学是本领域熟知的。不过，在井下应用这个技术面临着若干个挑战。首先，井下流体一般处于10-20kpsi的极高的压力下。因此，为了在井下应用这种技术，必须在足够短的时间间隔内在足够小的体积上施加足够的能量(例如通过使用足够强的激光或火花)，从而使温度充分升高(大约10000℃)，使得等离子体内的压力超过流体内的压力。用这种方式，使得能够在高压流体内形成等离子的小泡。第二，必须能够检测来自所述等离子小泡的光，即使这种小泡沉浸在强烈吸收等离子小泡发出的光的黑暗的流体内(例如原油)。

附图说明

通过参照附图阅读下面的详细说明，可以清楚地看出本发明的目的和优点，其中：

图1表示本发明的示例的实施例，其表示通过窗口和流体相互作用的激光致分解光谱设备；

图2表示本发明的示例的实施例，其表示被插入流体内并和流体相互作用的激光致分解光谱设备；

图3表示本发明的示例的实施例，其表示被插入流体内并和流体相互作用的火花致分解光谱设备；

图4表示本发明的示例的实施例，通过一个输送机构被在井下使用；

图5表示本发明的示例的实施例，其和分布导管相关联地被使用；

图6表示由本发明的示例的实施例执行的功能和操作；以及

图7更详细地示意地表示火花致分解光谱设备。

具体实施方式

本发明允许用不同形式的实施例来实施。附图中示出了本发明的特定实施例，现在对其进行详细说明。应当理解，这些实施例是用于说明本发明的原理的例子，本发明并不限于这些实施例。具体地说，本发明的不同实施例提供了若干个不同的结构和操作方法，不脱离本发明的教导和构思，本领域技术人员可以做出各种改变。应当充分认识到，下面讨论的实施例的不同的教导可被单独的使用，或者用任何合适的组合被使用，以产生所需的结果。

本发明通过使用火花或者通过把激光束施加于目标试样，并进行激光致分解光谱分析(LIBS)或者激光致等离子光谱分析(LIPS)，进行井下的、在原地进行的主要成分和杂质分析，来提供一种用于产生等离子的方法和设备。本发明提供一种用于收集来自等离子泡的光的方法，其中或者在井下流体和光窗口之间的界面上产生等离子泡，或者在光纤的尖端产生等离子泡。分解光谱技术的灵敏度随元素而改变。对于Be，Mg，Cr，Fe，Ag，Hg，可以预计可检测的最小灵敏度小于1ppm，对于Li，B，Na，Cl，Ca，Ti，Mn，Ni，Cu，Zn，Sr，Ba，Pb，Th为1-10ppm；对于C，F，Al，Si，S，K，Co，Ga，Rb，Zr，Nb，Tc，Pd，Cd，Sn，Cs，Eu，Pt，Tl为10-100ppm；对于P，V，Ge，As，Mo，I，Au，Bi为100-500ppm；对于Y，In，Sb，Te，Hf，W为500ppm以上。分解光谱技术只定性地用于H，N，O，Ar，Sc，Ru，Rh，Gd，Er，Re，U，Pu，和Am。