[发明专利]用于使用机电谐振器测量流体性质的方法和设备

说明书

描述了一种用于在地下井处进行井下流体的密度和粘度的原位测量的方法和设备。振荡器电路被部署在井中，其包括放大器、反馈回路和机电谐振器。机电谐振器是振荡器电路的反馈回路中的组件，并且具有确定振荡器电路的频率的谐振模式。机电谐振器也与流体接触，使得流体的密度和粘度影响谐振器的谐振频率和衰减。振荡器的频率由微控制器测量。在一个实施例中，振荡器电路周期性地停止驱动机电谐振器，使得振荡衰减并且衰减率也由微控制器测量。流体的密度和粘度从振荡衰减的频率和速率中确定。与传统测量方法相比，这种测量技术对流体变化提供了更快的响应时间，并且快速响应时间为井下粘度和密度测量开辟了新的应用，包括确定PVT特性、相图和流速。

相关申请的交叉引用

本发明要求于2015年8月7日提交的美国专利申请序列号第62/202,512号的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明一般涉及石油工程领域，并且更具体地涉及用于获得在地下井处进行井下流体的粘度和密度的原位测量的方法和设备。

背景技术

大量的烃、盐水、其他液体和气体以及超临界流体、浆液、泡沫和乳液从地下井中产生、在地下井中发现、用于构建地下井、或者被注入地下井。这些流体将被统称为井下流体。了解这些流体的物理性质，诸如它们密度和粘度，对于钻井、完成井、操作井和放弃井是至关重要的。这些井可以被用于从地下储层回收烃，将液体注入地下储层以及监测地下储层的条件。

流体包括液态、气态和超临界状态的物质。井下流体包括从地球产生的一种或多种流体，诸如在地下储层中发生的烃、盐水和其它流体，以及可以被注入地下以增加烃的产量或用于处理目的的流体(诸如盐水、二氧化碳和甲烷)。井下流体还包括含有液体和固体组分(如用于井的建造的钻井泥浆和水泥)的浆液。一个或多个井下流体可以同时在地下井中被发现，如在多相流中，并且它们可以相互作用形成乳液和泡沫。井下流体也将被理解为包括在储层温度和压力下为流体的物质，即使它们可能在更接近表面的较冷温度下是固体。

井下流体性质包括各个流体相的粘度和密度以及由多个流体相组成的聚集流体(aggregate fluid)的有效粘度和密度。牛顿流体的特点是具有单一的粘度。在非牛顿流体(诸如浆液)中，粘度可以随着流动条件而变化，例如，随着施加到流体上的压力或剪切速率。非牛顿流体的性质还包括描述速度对流动条件的依赖性的流变参数。

已知井下流体性质随温度和压力而变化，并且这种变化的特征是井下流体的重要性质。这种变化例如通过描述密度如何随着压力和温度而变化或者通过描述粘度如何随着压力和温度而变化的流体的PVT(压力-体积-温度)特性来描述。当流体的压力和温度改变时，流体可能经历状态改变，例如，从气体冷凝成液体(例如，在露点处)、从液体沸腾到气体、或者转变成超临界或非超临界状态。其他类型的井下流体包括结构化流体或分散体，诸如乳液、悬浮液和泡沫体，其可以经历作为压力、温度、浓度或其他化学或热力学变量的函数的结构变化。这些变化可以动态地检测为其粘度和/或密度的变化。例如，一种流体可能溶解在另一种流体中，并且流体变得溶解或不溶解的压力和温度条件(例如，泡点)或固体可能从流体中沉淀的情况是流体的重要性质。这些状态发生变化并发生这种溶解和沉淀的井的深度或位置对于最佳地从井中产出流体或将流体注入井中至关重要。此外，油的密度(或API比重)和粘度是其类型和价值的指示，并且作为深度的函数可以被用于理解储层结构和区室化(compartmentalization)。沥青含量也可以由产生的烃的粘弹性性质推断。理解产生的流体的PVT特性对于优化表面设施设计也很重要，包括决定表面分离器的最佳压力。状态变化、溶解和沉淀通常伴随着流体的粘度和密度的变化，使得作为压力和温度的函数的粘度和密度的测量可以识别出现这些变化发生时的温度和压力。