NO338165B1

NO338165B1 - Anordning og fremgangsmåte for nedihulls analyse av hydrokarbonprøver omfattende et spektrometer med avkjølt avstembar diodelaser

Info

Publication number: NO338165B1
Application number: NO20055501A
Authority: NO
Inventors: Rocco Difoggio
Original assignee: Baker Hughes Inc
Priority date: 2003-05-06
Filing date: 2005-11-22
Publication date: 2016-08-01
Also published as: US20050007583A1; WO2004102169A1; CA2524288A1; EP1623209A1; JP2007502432A; US7196786B2; NO20055501D0; NO20055501L; BRPI0410121A; EP1623209B1

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt det området som angår brønnhullsprøvetakning og spesielt ultrahøy oppløsningsspektroskopi i brønnhullet og på overflaten ved bruk av en avstembar diodelaser for måling og estimering av parametere av interesse for hydrokarbonprøver forutfor, under eller etter innfangning i et prøvekammer.

Oppsummering av beslektet teknikk

Prøvebeholdere blir typisk transportert til laboratorier for analyse for å bestemme formasjonsfluidegenskaper basert på prøven. Prøvene må overføres til en transportbeholder og ved å gjøre dette risikerer man ødeleggelse av prøven på grunn av trykkfall og dannelse av bobler eller asfaltenutfelling i prøven. Selv om prøven blir overført med hell, tar det dessuten vanligvis uker eller måneder å motta laboratorieanalysen. Det er derfor behov for en hurtigere prøveanalyse for brønnhullsanalyse på stedet og for overflate-analyse på stedet.

Nåværende spektralanalyse i brønnhullet eller på stedet ved å bruke optiske filtre, er begrenset til en halv maksimumsbølgelengdeoppløsning med full bredde på 11 nm. Disse filtrene er ikke egnet for å skjelne mellom nærliggende topper, oppløse små topper som er overlagret på store tapper eller for å identifisere forskjeller i isotoper hvis trekk er meget mindre enn 11 nm. Det er derfor behov for en analyse-teknikk som er egnet for spektrografisk analyse av hydro-karbonprøver med høy oppløsning i størrelsesorden 1-4 nm eller bedre, i et brønnhull eller på overflaten. Fabrikanter av avstembare diodelasere krever ofte en oppløsning på 0,01 nm eller bedre.

Patentdokumentet US 2003048450 Al omhandler et nedihulls spektrometer med et prøvekammer for fluider eller gass, omfattende at strålingskilden er en nedihulls diodelaser.

Patentdokumentet US 4937448 A omhandler selvjusterende enkeltstråle-laser-spektrometer, omfattende et prøvekammer og en avstembar diodelaser.

Patentdokumentet US 6064488 A omhandler et spektrometer for in situ måling av gass konsentrasjon, omfattende et prøvekammer og en avstembar diodelaser.

Patentdokumentet US 6437326 Bl omhandler systemer for permanent brønnvæskeanalyse med en optisk sensor,

omfattende et prøvekammer og en avstembar diodelaser.

Oppsummering av oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse tar hensyn til ulempene ved den beslektede teknikk som er beskrevet ovenfor. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en anordning og en fremgangsmåte for på overflaten ved borehullet og i borehullet å spektralanalysere formasjonsfluidprøver uansett om det er filtrat, hydrokarbon eller saltvann innsamlet nede i et borehull eller en brønn. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en avstembar diodelaser (TDL) for ultrahøy oppløsningsspektroskopi (UHRS) og tilsvarende estimering av parametere av interesse for slike prøver basert på korrelasjon med disse UHRS-målingene. En sorpsjonskjøleanordning er også tilveiebrakt for å avkjøle TDL og UHRS i brønnhullet om nødvendig. Et antall TDL'er blir koplet sammen i en utførelsesform for å spenne over et hydrokarbonbånd med frekvenser fra omkring 1650 nm til 1850 nm eller for å tilveiebringe et avstembart spektralområde over valgte områder av interesse i de valgte frekvensbåndene. I en foretrukket utførelsesform er en TDL for UHRS tilveiebrakt i brønnhullet for UHRS-målinger i sann tid og estimering av parametere av interesse fra UHRS-målingene. I en annen utførelsesform blir TDL UHRS utført på overflaten ved brønnen eller ved hjelp av UHRS i verktøyet eller via et separat UHRS-system festet på overflaten. TDL UHRS ifølge foreliggende oppfinnelse er også nyttig til analyse av gasser og fluider og isotoper av disse mens de strømmer i fordelingsledninger, for å bestemme renheten, graden og identiteten av

hydrokarbonførende fluider og gasser.

Kort beskrivelse av figurene

For å få en detaljert forståelse av foreliggende oppfinnelse skal det vises til den følgende detaljerte beskrivelse av den foretrukne utførelsesformen tatt i forbindelse med de vedføyde tegningene hvor like komponenter er blitt gitt like henvisningstall og hvor: Fig. 1 er et skjematisk snitt gjennom undergrunnen som illustrerer oppfinnelsens arbeidsmiljø; Fig. 2 er et skjema over oppfinnelsen i operativt samvirke med understøttende verktøy; Fig. 3 er et skjema over et representativt system for formasjonsfluidekstrahering og levering; Fig. 4 er en illustrasjon av en foretrukket prøvekammer- og analysetoppstuss; Fig. 5 er en illustrasjon av en alternativ utførelsesform med en vannpumpe for å trykksette en prøve for analyse ved hjelp av en ekstern enhet; Fig. 6 er en illustrasjon av en vanlig strømnings- analyseprosedyre; Fig. 7 er en illustrasjon av den nye, forbedrede prosedyren som er tilveiebrakt ved hjelp av foreliggende oppfinnelse; Fig. 8 er en illustrasjon av en alternativ utførelsesform; Fig. 9 er en illustrasjon av en annen alternativ utførelsesform; Fig. 10 er et skjema som illustrerer en foretrukket utførelsesform av et avstembart diodelaser-spektrometer; og Fig. 11 er et eksempel på en alternativ utførelsesform for å

bestemme reflektansspekteret ved bruk av en avstembar diodelaser festet til en optisk sonde.

Detaljert beskrivelse av et utførelseseksempel

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et spektrometer med ultrahøy oppløsning ved bruk av en avstembar diodelaser for å muliggjøre spektralmålinger med høy oppløsning hvorfra vi kan estimere andelen med oljebasert slamfiltratforurensning i råoljeprøver. Foreliggende oppfinnelse muliggjør også spektralmålinger med høy oppløsning for å estimere molandelen eller prosentandelen av kjemiske grupper (aromater, olefiner, saturanter) i en råolje- eller gassprøve eller til å måle gass/olje-forhold (GOR).

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et spektrometer med ultrahøy oppløsning ved å bruke en avstembar diodelaser for å muliggjøre spektralmålinger med høy oppløsning for å estimere om en råoljeprøve inneholder tørr gass eller våt gass (mengder med stor Cii forhold til mengder med C2, C3og C4) . Foreliggende oppfinnelse er også egnet for bruk i en rørledning, et raffineri eller laboratorier. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et spektrometer med ultrahøy opp-løsning basert på en avstembar diodelaser for å muliggjøre spektralmålinger med høy oppløsning for å estimere CO2i metangass eller C02oppløst i råolje.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et spektrometer med ultrahøy oppløsning ved å bruke en avstembar diodelaser for å muliggjøre spektralmålinger med høy oppløsning for å frembringe forbedrede korrelasjoner med fysiske egenskaper (API-tynge, tåkepunkt, boblepunkt, asfaltenutfellingstrykk, osv.) eller kjemiske egenskaper (syretall, nikkel, vanadium, svovel, kvikksølv, osv.) i råolje eller<13>C/<12>C-isotopforhold for metangass.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et spektrometer med ultrahøy oppløsning ved bruk av en avstembar diodelaser for å muliggjøre spektralmålinger med høy oppløsning for å estimere fytan/pristan-forholdene i råolje.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en membran for å separere vanndamp fra væskeformet vann for isotopanalyse av dampen. Eksempler på slike membraner omfatter Diaplex poly-uretanmembraner (Mitsubishi Heavy Industries) og Dermizax-polyuretaner fra Toray Industries som begge er vanntette og likevel puster slik at vanndamp kan trenge gjennom.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en membran (slik som en silikongummi) for å atskille metangass fra flytende råolje for gassisotopanalyse av gassen. Foreliggende oppfinnelse anvender TDL-spektroskopi for væsker og gasser oppløst i væsker.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et spektrometer med ultrahøy oppløsning basert på en avstembar diodelaser for å muliggjøre spektralmålinger med høy oppløsning for å estimere H2S som er oppløst i en råolje. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et spektrometer med ultrahøy oppløsning ved å bruke en avstembar diodelaser for å muliggjøre spektralmålinger med ultrahøy oppløsning for å estimere<17>0/<18>0-isotopene i vann. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også et spektrometer med ultrahøy oppløsning ved å bruke en avstembar diodelaser til å muliggjøre spektralmålinger med høy oppløsning for å fremskaffe tilnærmede "syntetiske" grovskala gasskromatogrammer (omhyllingen av Cl, C2, C3, osv.). Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et spektrometer med ultrahøy oppløsning ved å bruke en avstembar diodelaser til å muliggjøre spektralmålinger med høy oppløsning for å estimere13C/1<2>C-isotoper i metangass.

Foreliggende oppfinnelse kompenserer for det lille bølge-lengdeområdet til avstembare diodelasere ved å bruke flere av disse små, lette sensorene (TDL'er) i valgte bølge-lengdeområder. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et høytemperatur- TDL-spektrometer eller avkjølt et TDL-spektrometer ved vanlig temperatur (80°C) med sorpsjonskjøling. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en TDL til å analysere egenskapene til en formasjonsfluidprøve i en prøvebeholder med optisk transparente vinduer. I en utførelsesform tilveiebringer foreliggende oppfinnelse et sett med rom-temperatur- eller høytemperatur-TDL'er med et bredt område (100-200 nm) sentrert omkring hydrokarbonbåndet (1740 nm).

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en TDL med høy oppløsning for spektralmålinger fra hvilke fysiske og kjemiske egenskaper for formasjonsfluidprøver eller andre fluider som ikke tidligere er tenkt mulige, ved spektroskopiske midler nede i hullet eller på overflaten. Foreliggende oppfinnelse trekker fordel av den avstembare diodelaserens evne til hurtig bølgelengdeomkopling for å utføre utledende spektroskopi med høy oppløsning til f.eks. å finne topper på en skulder på en annen topp eller for sterkt å forbedre signal/støy-forholdet og gjøre det mulig å observere små endringer (f.eks. 10-20 ppm H2S), som ikke er mulig med konvensjonelle midtinfrarød- og nærinfrarød-spektroskopi (MIR- og NIR-spektroskopi) med lavere oppløsning.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en prøvecelle med to veilengder (en lang og en kort veilengde) og en enkelt fotodetektor slik at cellen er selvreferert for absorbans-eller transmitans-avlesninger. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for hurtig strålestyring (f.eks. en akustooptisk anordning eller et roterende prisme, osv.) for å forskyve TDL-strålebunten mellom de tynne (kort veilengde) og tykke (lang veilengde)-seksjonene til prøvecellen. Den optiske absorbansen for en veilengde som er lik forskjellen mellom den lange og den korte veilengden, er logaritmen med grunntall 12 for forholdet mellom lysintensitet som er sluppet gjennom den korte veien og lysintensiteten som er sluppet gjennom den lange veien.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et dekomprimer-bart eller evakuerbart kammer dekket av en membran hvor membranen er i kontakt med væske for å ekstrahere damp eller gass for å muliggjøre isotopanalyse ved hjelp av TDL-spektrometeret. Strømningsbanen til prøvekammeret kan evakueres ved å trekke tilbake et stempel for å utvide kammervolumet og senke trykket i kammerets strømningsbane for å trekke damp gjennom membranen ut av væsken på den motsatte siden av membranen.

Avstembare diodelasere (tunable diode lasers, TDL'er) blir tilveiebrakt for spektroskopi med ultrahøy oppløsning (f. eks. for å skjelne<13>C-metangass fra<12>C-metangass. US-patent nr. 5,781,284, "System for detecting impurities contained in a fluid medium", beskriver bruk av en avstembar diodelaser, men ikke for utførelse av en spektralavsøking. '284-patentet beskriver bruk av en TDL til ganske enkelt å modulere en lyskilde ved 400 Hz for å skjelne det modulerte signalet fra bakgrunnsstøyen. Intensitetsmodulasjon av en lysemitterende diode kan ha tjent dette formål i US 5,781,284 like bra som bruk av en bølgelengdemodulert TDL.

Fordelen ved TDL'er er deres høye intensitet, uhyre fine bølgelengdeavstembarhet og forholdsvis lille størrelse og lave vekt. Ulempene er det lille, avstembare bølgelengdeområde over hvilket de opererer (4 til 10 nm er vanlig, men i økende grad blir TDL'er tilgjengelige med et avstembart arbeidsområde på 100 nm eller mer) og deres begrensede temperaturområde for bruk (vanligvis ikke mer enn 80°C eller 90°C) . Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer følgelig en TDL med bredt arbeidsområde eller en gruppe med TDL'er som er gruppert sammen for å dekke et bredt bølgelengdeområde med dekning og avstemning innenfor området. Valgte bølgelengdeområder slik som hydrokarbonbåndet, C02~båndet, H2S-båndet og H20-båndet blir fortrinnsvis valgt for den spektrale dekningen til TDL'en og avstemning innenfor disse båndene. I en foretrukket utførelsesform separerer foreliggende oppfinnelse spektralt isotoper i flytende vann eller isotoper i metan i en blanding av gasser eller når de er oppløst i flytende vann eller råolje. Et infrarødt laboratoriespektrometer for Fourier-transformasjon (FTIR-spektrometer) tilveiebringer typisk et fra 100 til 1000 ganger bredere spektralområde selv om et FTIR-spektrometer tilveiebringer meget lavere lysintensitet ved hver bølgelengde og meget mindre bølgelengdeoppløsning. Et FTIR-laboratoriespektrometer tilveiebringer typisk en bølgelengdeoppløsning på 1 cm<-1>(bølgetall), men TDS'er kan tilveiebringe oppløsning så høy som 10~<4>cm<-1>eller 10~<5>cm<-1>.

TDL-spektroskopi er ideell til gassanalyse på grunn av den høye oppløsningen og evnen til å oppløse rotasjons-splitting av vibrasjonsbåndene. TDL blir hurtig avstemt når den brukes til derivatspektroskopi. TDL'en er derfor nyttig for analyse av meget reaktive systemer slik som frie radika-ler, karbonklynger, ioner, forskjellige reaktive metall-forbindelser og svakt bundne komplekser.

Ved høyere temperatur (kanskje et kvantepunkt) vil TDL-spektrometeret fremstilt med eller kombinert med en avstembar diodelaser med sorpsjonskjøling eller andre kjølemekanismer nede i brønnhullet overvinne temperaturproblemene. For sorpsjonskjøling blir den avstembare diodelaseren plassert i termisk kontakt med en vannkilde (enten flytende eller som hydrat). TDL'en blir avkjølt når vann fordampes fra væsken eller frigjøres ved hjelp av hydrat. Den resulterende vann- dampen blir sorbert ved hjelp av en sorbens som blir varmet i prosessen. Sorbenten overfører sin overskuddsvarme til brønn-hullsfluidet som den er i termisk kontakt med gjennom apparathuset.

Foreliggende oppfinnelse kvantifiserer aromatiske stoffer, olefiner (usannsynlig i råolje, men vanlig i oljebasert slam, OBM, filtrat), saturater, metan og ganske sann-synlig etan, propan og andel oljebasert slamfiltratforurensning i brønnhullet, spesielt hvis basisoljen er fri for aromatiske stoffer (i motsetning til råolje), men er olefinrik (også ulik råolje).

Med meget høy oppløsning bestemmer foreliggende oppfinnelse videre isotopforholdene til metan (<13>C/12C)eller isotopforholdene til vann (for forskjellige oksygenisotoper) og kvantifiserer gasser slik som CO2(f.eks. 1430 nm = 6993 cm<-1>, 1572 nm=6361 cm-<1>,1996 nm = 5010 cm-<1>, 2091 nm = 4953 cm-<1>) eller H2S (f.eks. 1578 nm = 6337 cm<-1>).

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer alternativt et sett med sorpsjonsavkjølt enkeltbølgelengdediodelasere (ikke avstembare), hver ved en omhyggelig valgt bølgelengde for å utføre spektroskopi ved et sett med forutbestemte, faste bølgelengder.

Avstembare diodelasere (TDL'er) er tilveiebrakt for spektroskopi med meget høy oppløsning for gass og fluider på overflaten og i brønnhull. TDL'er blir f.eks. tilveiebrakt for å kvantifisere en gass i nærvær av mange andre eller for å kvantifisere forskjellige isotoper av den samme gassen. I en utførelsesform, ved å avstemme bølgelengden til TDL-lyskilden og bruke en enkeltbølgelengdedetektor for hvilket som helst Raman-spredt lys, vil den foreliggende oppfinnelse også utføre Raman-spektroskopi.

Alternativt tilveiebringer foreliggende oppfinnelse et sett med enkeltbølgelengdediodelasere (ikke avstembare), hvert sett ved en omhyggelig valgt bølgelengde av interesse for å utføre spektroskopi ved et sett med forutbestemte faste bølgelengder. I en annen utførelsesform er det tilveiebrakt et sett med avstembare TDL'er for å måle over et sett med bølgelengder av interesse svarende til bølgelengder tilknyttet parametere av interesse, der hver TDL er avstembar med et valgt frekvensbånd.

Det vises nå til fig. 1 som skjematisk representerer et tverrsnitt av jorden 10 langs lengden av et brønnhull 11. Vanligvis vil brønnhullet være i det minste delvis fylt med en blanding av væske innbefattende vann, borefluid og forma-sjonsfluider som er oppstått på det stedet hvor grunnforma-sjonene gjennomtrenges av brønnhullet. Slike fluidblandinger blir heretter kalt "borehullsfluider". Uttrykket "formasjonsfluid" refererer i det følgende til et spesielt formasjonsfluid uten noen betydelig innblanding av eller forurensning av fluider som ikke naturlig er til stede i den spesielle formasjonen. Opphengt i borehullet 11 ved den nedre enden av en kabel 12 er et formasjonsfluidprøvetakningsverktøy 20. Kabelen 12 blir ofte ført over en trinse 13 understøttet av et boretårn 14. Kabelutplassering og opphenting blir utført ved hjelp av en drevet vinsj som bæres av et tjenestekjøretøy 15 f.eks.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er et utførelseseksempel på et prøvetakningsverktøy 20 illustrert på fig. 2. Slike prøvetakningsverktøy omfatter fortrinnsvis en samling med flere verktøysegmenter som er forbundet med hverandre ende mot ende ved hjelp av gjengede hylser eller innbyrdes kompre-sjons forbindelser 23. En samling verktøysegmenter som er egnet i forbindelse med foreliggende oppfinnelse, kan innbefatte en hydraulisk kraftenhet 21 og en formasjonsfluidekstraktor 23. Under ekstraktoren 23 er det anordnet en

fordrivningsmotor/pumpeenhet 24 med stort volum for lednings-

spyling. Under pumpen med det store volumet er en lignende motor/pumpeenhet 25 med et lite fortrengningsvolum som blir kvantitativt overvåket som beskrevet mer detaljert i forbindelse med fig. 3. Vanligvis er en eller flere prøvebeholder-magasinseksjoner 2 6 samlet under pumpen med det lille volumet. Hver magasinseksjon 26 kan ha tre eller flere fluid-prøvebeholdere 30. Formasjonsfluidekstraktoren 22 omfatter en utstrekkbar sugesonde 27 som på motsatt side har en borehulls-veggfot 28. Både sugesonden 27 og den motstående foten 28 er

hydraulisk utstrekkbare for fast kontakt med borehullsveggene. Konstruksjon og driftsdetaljer ved fluidekstraheringsverktøyet 22 er nærmere beskrevet i US-patent 5,303,775 hvis beskrivelse herved inkorporeres ved referanse.

Det vises nå til fig. 4 hvor en foretrukket utførelses-form av foreliggende oppfinnelse omfatter en prøvebeholder med optisk transparente vinduer som heretter benevnes som en avansert optisk sylinder (AOC) 800 som videre omfatter en trykkprøvebeholder og en analysetoppmodul 818, en manuell ventil 820 og en fluidbane 823. Den trykksatte prøvebeholderen omfatter et trykkompenseringssystem 810 som har et nitro-gentrykkammer 812 innrettet for å tilføre høyt trykk på fluidprøven som er tilstrekkelig til å holde en fluidprøve 821 innfanget i brønnhullet i kammeret 816 over boblepunkttrykket og over det trykk ved hvilket asfaltener felles ut av prøven. AOC er også egnet for innfangning, trykksetting og analyse av gass eller fluid innfanget i kammeret 816, nede i borehullet.

AOC-toppmodulen 818 har et eller et par med safirvinduer 814 som tåler høyt trykk i en TDL UHRS for optisk analyse av parametere av interesse for formasjonsfluidprøven 821. En analysemodul 738 som utgjør den foretrukne TDL UHRS er anordnet for analyse av prøven i brønnhullet eller på overflaten.

Under drift, som vist på fig. 5, blir AOC fjernet fra en prøvebeholderbærer og trykket i prøven 821 blir stabilisert ved å pumpe trykksatt vann 920 bak stempelet 921 ved å bruke pumpen 910. Ved dette tidspunkt blir nitrogen frigjort og nitrogenkammeret kan detektere fra prøvekammeret. En ekstern optisk analysator 930 eller analysemodul 738 som omfatter TDL UHRS og fortrinnsvis en NIR/MIR, ultrafiolett eller synlig lyskilde og TDL-spektrometre, er anordnet for analyse på stedet eller brønnhullsanalyse. Slik analyse utført uten å forstyrre fluidprøven eller at det er nødvendig å overføre prøven til en annen transportavdeling (DOT) for transport til et fjerntliggende laboratorium for analyse.

Den optiske analysatoren ifølge foreliggende oppfinnelse bruker bølgelengdeområder fra omkring 1500 nm til 2000 nm for å avsøke fluidprøven for å bestemme prøveforurensningsandel, gass/olje-forhold (GOR), densitet og asfaltenutfellingstrykk. Konvensjonelle spektrometre med lav oppløsning en avstembar diodelaser-UHRS og TDL drevet i forbindelse med en enkelt-bølgelengdedetektor for Raman-spredt lys for å utføre Raman-spektroskopi, er også tilveiebrakt for spektralanalyse av fluidprøven.

Analysemodulen 738 som utgjør den foretrukne TDL UHRS og tilhørende optisk analyseutstyr er festet til eller tilknyttet AOC-enheten forut for nedføring i brønnhullet. TDL UHRS-enheten blir mens den er i brønnhullet, brukt til å utføre analyse som beskrevet her under en brønnhullskjøring eller på overflaten ved avslutning av en prøvetakningskjøring i brønn-hullet. Noen av de mange fordelene ved TDL UHRS-enheten ifølge foreliggende oppfinnelse, er vist ved sammenligning med fig. 6, 1010, 1012, 1014, 1022, 1016, 1018, 1028, 1030, 1034, 1024, 1026 og 1036 ved et vanlig kjent system hvor fig. 7 illustrerer den nye utformingen 1010, 1012, 1114, 1116, 1018, 1028, 1016, 1132, 1024 og 1026 tilveiebrakt av TDL UHRS-enheten ifølge foreliggende oppfinnelse. Legg merke til at på fig. 7 er en primærparameterberegning ved hjelp av et optisk analysesystem tilgjengelig nesten umiddelbart i en relativ forstand, eller i løpet av mindre enn 6 timer. En endelig PVT-rapport blir tilveiebrakt ved hjelp av foreliggende oppfinnelse på mindre enn en uke, eller mindre enn 6 til 8 uker som vist på fig. 6 for det vanlige systemet. Det er dessuten ikke nødvendig med noen prøvetransport ettersom utstyr på stedet i både analysemodulen 738 og det eksterne utstyret 830 utfører PVT- og spektralanalyse for å bestemme asfaltenavsetning, boblepunkt, formasjonsvolumfaktor, sammen-setningsanalyse og ytterligere analyser som beskrevet her.

Det vises nå til fig. 8 hvor en alternativ utførelsesform av foreliggende oppfinnelse er presentert, som viser toppmodulen 818 som inneholder analysemodulen 738 festet til prøvekammeret 1210 som er trykksatt ved hjelp av nitrogen (N2) 1212 og hydrostatisk trykk 1214 nede i brønnhullet. Foreliggende oppfinnelse utfører dermed prøvetakning og TDL UHRS-prøveanalyse nede i brønnhullet eller ved overflaten. Som vist på fig. 8 omfatter analysevindusenheten en analysemodul 738, et spektrometer 1415 med avstembar diodelaser, et ytterligere Raman-spektrometer 1420 og en sorpsjonskjøleenhet 1416. Sorpsjonskjøleenheten 1416 er beskrevet i en annen US-patentsøknad som eies av søkeren med søknadsnummer 09/756,7 64 inngitt 8. januar 2001 med tittel "Downhole Sorption Cooling in Wireline Logging and Monitoring While Drilling" av Rocco DiFoggio, som herved inkorporeres ved referanse i sin helhet. Som vist på fig. 9 er en ekstern TDL UHRS-enhet 1515 festet til AOC-enheten for å analysere prøven ved overflaten via en ekstern vindusenhet 1510.

Spektrometre med den avstembare diodelaseren 1415 gjør det mulig for foreliggende oppfinnelse å utføre spektroskopi med ultrahøy oppløsning nede i et brønnhull under eller forut for prøvetakning, etter prøvetakning eller ved overflaten. Sorpsjonskjøleenheten 1416 er anordnet i nærheten av den avstembare diodelaseren om nødvendig samt annen elektronikk nede i brønnhullet etter behov for å unngå de ugunstige virkningene av brønnhullstemperaturer.

Det vises nå til fig. 10 hvor en foretrukket utførelses-form av foreliggende oppfinnelse er vist. I en foretrukket utførelsesform er en TDL 1608 eller flere TDL'er 1609 anordnet sammen med en spektraldetektor 1606 eller flere spektral-detektorer 1606a. En prosessor er anordnet for styring av TDL'en, styring av all elektronikk slik som fargeforskyvnings-enheten 1603, og for avlesning, prøvetakning eller måledetektoren 1606. Prosessoren styrer også stråledeflektoren 1610 for å avbøye en stråle fra TDL mellom den korte prøvestrømningsbanen 1604 og den lange prøvestrømningsbanen 1602 for å bestemme forholdet mellom de to banene. Enkeltbølgelengdedetektorer 1603 er anordnet for å utføre Raman-spektroskopi av fluidet og for å muliggjøre deteksjon av nitrogen og andre infrarød-inaktive komponenter i en gass-eller væskeprøve. En referansecelle 1620 er også anordnet.

De ytterligere TDL'er 1609, 1619 er valgt ved bølge-lengder av interesse for å analysere prøven med hensyn på topper vedrørende en målbar spektralkomponent eller for å estimere en parameter av interesse fra de valgte, målte komponentene. En myk modelleringsteknikk slik som, men ikke begrenset til, et trenet neuralnettverk eller en kjemometrisk ligning som befinner seg i prosessoren 1611 og som er utviklet basert på en korrelasjon mellom parametere av interesse og målt spektralinnhold, blir brukt til å estimere parametere av interesse (GOR, API-tyngde, osv.) for fluid- eller gassprøven for hvilken TDL-enheten blir brukt til å måle spektralinnhold.

Membranen 1616 er fortrinnsvis tilveiebrakt for å separere væske fra damp i prøvestrømningsbanen når det er ønsket. Et stempel 1617 er anordnet for å evakuere prøve-strømningsbanen 1600 for å trekke damp inn i prøvestrømnings- banen forbi membranen 1616 for analyse av bare gass i strømningsbanen. Det vises nå til fig. 11 hvor spektrometer-sonden 1110 med den avstembare diodelaseren i et alternativt utførelseseksempel er innsatt i prøven 821 for å sende fra TDL-kilden 1611 og for å motta returnert lys ved å bruke en mottaker 1612 til å bestemme optiske karakteristikker for prøven 821. TDL-kilden og mottakeren 1646 sender lys gjennom det optiske vinduet 814 til grenseflaten lill mellom prøven 821 og vinduet 814 for å måle lys reflektert fra væske/vindu-grenseflaten lill for å bestemme reflektansspekteret for prøven.

I en annen utførelsesform blir fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse implementert som et sett med data-maskinutførbare instruksjoner på et datamaskinlesbart medium omfattende ROM, RAM, CD ROM, Flash-lager eller et hvilket som helst annet datamaskinlesbart medium som nå er kjent eller ukjent, og som når de utføres, får en datamaskin til å implementere fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse.

Selv om foregående beskrivelse er rettet mot de foretrukne utførelsesformene av oppfinnelsen, vil forskjellige modifikasjoner være opplagte for fagkyndige på området. Det er ment at alle varianter innenfor rammen av de vedføyde patentkrav skal være omfattet den foregående beskrivelse. Eksempler på de viktigste trekkene ved oppfinnelsen er blitt oppsummert ganske generelt slik at den detaljerte beskrivelse av disse som følger, bedre kan forstås, og for at bidragene til teknikkens stand kan forstås. Det er selvsagt ytterligere trekk ved oppfinnelsen som vil bli beskrevet i det følgende og som vil utgjøre innholdet i de vedføyde patentkravene.

Claims

1. Brønnhullsanordning for overvåkning av en parameter av interesse for en fluidprøve i et brønnhull,karakterisert ved: et brønnhullsverktøy som omfatter et kammer for å inneholde en fluidprøve nede i brønnhullet; og et spektrometer med avkjølt avstembar diodelaser nede i brønnhullet for analysering av fluidprøven for bestemmelse av en parameter av interesse for fluidprøven, der parameteren av interesse er valgt fra følgende: forurensningsandel, graden og identiteten av hydrokarbonførende fluider og gasser, nitrogen og andre infrarød-inaktive komponenter, spektralkomponenter, spektraltopper, GOR, API-vekt, isotopforhold for vann og isotopforhold for metangass.

2. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende en membran for separering av damp fra fluidprøven for isotopanalyse av damp.

3. Anordning ifølge krav 1, hvor den avstembare diodelaseren videre omfatter et antall avstembare diodelasere for analysering av et bånd med frekvenser tilknyttet fluidprøven.

4. Anordning ifølge krav 1, hvor det avstembare diode-laserspektrometeret videre omfatter et Raman-spektrometer med en enkeltbølgelengdedetektor for analysering av fluidprøven.

5. Anordning ifølge krav 1, hvor spektrometeret videre omfatter en prosessor utformet for å bruke et neuralnettverk, en kjemometrisk ligning eller minste kvadraters tilpasning for estimering av parameteren av interesse fra målingene fra spektrometeret med den avstembare diodelaseren.

6. Anordning ifølge krav 4, hvor Raman-spektroskopi blir utført ved å avstemme bølgelengden for lys som kommer inn i prøven og måle det Raman-forskjøvne lyset ved å bruke enkelt-bølgelengdedetektoren.

7. Anordning ifølge krav 1, hvor den avstembare diodelaseren videre omfatter et derivatspektrometer hvor en bølgelengde blir modulert ved en høy frekvens.

8. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende en prosessor utformet for å bruke et neuralnettverk for estimering av en annen parameter av interesse for fluidprøven fra parameteren av interesse for fluidprøven.

9. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende en prosessor utformet for å bruke en kjemometrisk ligning for estimering av en annen parameter av interesse for fluidprøven fra den første parameter av interesse for fluidprøven.

10. Anordning ifølge krav 1, hvor spektrometeret med den avstembare dioden utfører målinger over et hydrokarbonbånd med frekvenser hovedsakelig fra 1650 til 1850 nm.

11. Fremgangsmåte for overvåkning av en parameter av interesse for en fluidprøve i et brønnhull,karakterisert vedfølgende trinn: å holde en fluidprøve i et kammer i brønnhullet; og å spektralanalysere fluidprøven i brønnhullet med et ned-i-hulls spektrometer med en avkjølt avstembar diodelaser for å bestemme en parameter av interesse for fluidprøven.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, videre omfattende trinnet med å separere damp fra fluidprøven gjennom en membran for analyse av dampen.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 11, videre omfattende trinnet med å analysere et bånd med spektralfrekvenser for fluid-prøven .

14. Fremgangsmåte ifølge krav 11, videre omfattende: forskyvning av bølgelengden til lyset fra den avstembare diodelaseren; og analysering av Raman-spektrene for fluidprøven ved å bruke en Raman-spektrometer-enkeltbølgelengdedetektor.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 11, videre omfattende trinnet med å estimere parameteren av interesse fra målinger fra spektrometeret med den avstembare diodelaseren ved å bruke minst ett av de sett som består av en myk modelleringsteknikk, valgt fra en av et neuralnettverk, en kjemometrisk ligning og en minste kvadraters tilpasning.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 13, hvor en bølgelengde for lys som kommer inn i prøven blir forskjøvet og en enkelt bølgelengde blir detektert.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor en bølgelengde for den avstembare diodelaseren blir modulert for bruk som et derivatspektrometer.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 11, videre omfattende trinnet med å estimere en annen parameter av interesse for fluidprøven fra parameteren av interesse for fluidprøven ved å bruke et neuralnettverk.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 11, videre omfattende trinnet med å estimere en annen parameter av interesse for fluidprøven fra parameteren av interesse for fluidprøven ved å bruke en kjemometrisk ligning.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 11, videre omfattende trinnet med å spektralanalysere fluidprøven ved å utføre avstembare diodespektralmålinger over hydrokarbonbåndet med frekvenser hovedsakelig i et område fra 1650-1850 nm.

21. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende en overflatestyringsenhet for utplassering av brønnhulls-verktøyet.