[发明专利]光学计算流体分析系统及方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年12月13日申请的，美国专利申请序列号13/324,185的优先权。

背景技术

本发明涉及光学分析系统及方法，用于分析与油田作业相关的流体(例如石油及钻井液)，例如在管道或油井中流动的流体以及从油井或储层中提取的流体。

光谱学是一种分析技术，通过将系统与从紫外(UV)至红外(IR)范围内的光交互来导出与所评估系统有关的信息。这种交互改变了光的性质，例如频率(颜色)、强度、偏振、或方向(散射或折射)。

光谱学可被用于分析油田中的样本以表征各种样本。油气勘探和生产可从在流保证、对地下地层内区域的实时处理(例如将被引入井眼的处理剂(pill)的位置和类型)、以及可导致不想要的井涌的压力上升等领域的光谱学中得益。

在油田作业期间的流体的流动可尤其是被蜡沉积、沥青质沉积、起泡、水合物生成、腐蚀、固体颗粒、储层侵蚀、以及水垢等阻碍。监测可导致阻碍流的项目的生成和形成可允许操作者在堵塞或诸如此类的情况形成前采取预防步骤。堵塞流经常需要昂贵且耗时的补救操作来使井眼回到继续烃类勘探与生产作业的状态。

在稍微相关区域，随钻确定石油质量可影响诸如对地下地层内个别区域进行专门处理之类的实时决策。在此，除了监测潜在的流保证问题，操作者可使用光谱学监测来自井眼的烃类质量，例如水和H₂S浓度。实时监测可允许当遇到潜在的不理想区域时对其实施堵塞、导流、或桥接作业。

在另一种应用中，光谱学可使在欠平衡钻井作业工作的操作者受益。在欠平衡钻井中，操作者以略低于地层压力的压力钻通地下地层，这可导致烃类从地层泄漏到钻井液中。适度水平的烃(例如水平足够低而在燃烧尽(flare off)时不显示火焰)可产生井涌。在极端情况下，井涌可能导致井眼爆发及火灾。能够标识导致井涌的情况可允许操作者采取预防步骤以最小化井涌的强度，或更有利地，避免井涌。

虽然光谱学技术在烃勘探与生产作业中有多个潜在应用，认为该技术较慢地渗透进该领域。在某些情况下，光谱学可需要精密光学部件、独特的光源、以及精确对准。这些要求往往趋向于高成本、缓慢、以及笨重。此外，对于油田中的实现，光谱学仪器一般足够结实，它们需要来自具有高超技术水平人员的频繁维护。进一步地，在某些情况下，复杂的光谱学结果的解读可要求人员具有高超技术水平。

看到对于在烃勘探与生产作业中对流体进行长期监测的系统及方法的需求。优选地，该系统将是结实的且低成本，具有集成进复杂的石油领域各方面的能力。

发明内容

本发明涉及光学分析系统及方法，用于分析与油田作业相关的流体(例如石油及钻井液)，例如在管道或油井中流动的流体以及从油井或储层中提取的流体。

在一些实施例中，本发明提供了一种方法，包括将包含已通过与油田作业相关的流体的光的交互光引导至光圈(iris)；采用响应于在其上入射的交互光的光学计算设备对该交互光执行回归计算以产生至少一个输出光信号；并且从该至少一个输出光信号中确定该流体的至少一个性质。

在其他实施例中，本发明提供了一种方法，包括将包含来自火焰的光的交互光引导至光圈，该火焰包含与油田作业相关的流体；采用响应于在其上入射的交互光的光学计算设备对该交互光执行回归计算以生成至少一个输出光信号；并且从该至少一个输出光信号中确定至少一个性质。

又一些其他实施例中，本发明提供了一种系统，包括交互光，该交互光包括选自如下组中的至少一项：已经与油田作业相关的流体交互的光、从包含与油田作业相关的流体的火焰发出的光、以及任何它们的组合；光学计算设备，用于对该交互光执行回归计算，该设备响应于在其上入射的交互光以产生至少一个输出光信号；以及信号处理装置，用于从该至少一个输出光信号中确定该流体的至少一个性质。

当阅读下文中对优选实施例的描述时，对于本领域技术人员，本发明的特点和优势将是显而易见的。

附图简述

下面所包括的附图示出本发明的某些方面，并且不应当被看成是独有的实施例。如同本领域以及能从本公开得益的技术人员将想到的，所公开的主题在形式和功能上可进行大幅度的修改、变更、组合、以及等同。

图1是根据本公开的一个实施例的采用现场光学回归计算设备用于监测与油田作业相关的流体的系统的非限制性示例的示意图。

图2是被认为是表示原油宽带光谱的吸光率-波长曲线图。

图3是以BTU/gm为单位的燃烧热曲线图。