CN101883984B

CN101883984B - 确定井下流体中的氮浓度的方法和设备

Info

Publication number: CN101883984B
Application number: CN2008801185173A
Authority: CN
Inventors: 藤泽刚; 邝志坚; 奥利弗·C·马林斯
Original assignee: Prad Research and Development Ltd
Current assignee: Prad Research and Development Ltd
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2028-11-25
Also published as: CN101883984A; WO2009068957A1; US8032303B2; US20090143992A1; MX2010005017A

Abstract

描述了确定井下流体中的氮浓度的方法和设备。一种确定井下流体中的氮浓度的示例设备包括：测量所述井下流体样本中的至少烃类和二氧化碳的第一流体组分和密度的流体测量单元。此外，所述示例设备包括一个或多个传感器来测量至少所述样本的压力和温度。此外，所述示例设备包括处理单元来根据至少所述样本的第一流体组分、所述温度和所述压力来确定第一理论密度。此外，所述示例设备包括分析器来确定所述样本中至少烃类和二氧化碳的密度与所述第一理论密度之间的第一差值。所述第一差值与所述样本中的氮浓度相关。

Description

确定井下流体中的氮浓度的方法和设备

相关申请

本专利申请要求2007年11月29日提交的美国临时专利申请66/991,202的优先权，该申请文件通过引用而全文包含在本文中。

技术领域

本专利申请一般涉及采样并分析地层流体，更具体的说，涉及确定井下流体中的氮浓度的方法和设备。

背景技术

井下流体分析通常用来实时提供有关地下地层或储区流体组分的信息。这种实时信息可以有利地用来改善或优化在给定井孔中进行的采样过程中地层测试工具的有效性(例如，井下流体组分分析允许减少和/或优化捕获并送回地面进一步分析的样本数量)。更一般地说，收集有关地层流体特征的精确数据，是提供有关地层或储区的可靠预测的重要方面，因此可能对储区性能(例如，产能、质量、体积、效率等)具有重要影响。

为了提高特定储区的产能，诸如例如墨西哥的Cantarell油田，将非烃类流体诸如氮注射到地层中或注射到相邻井孔中。但是，在一些情况下，这种注射氮可能旁路地层流体和/或无法在地层流体中达到平衡状态，从而削弱了通过向地层中注射氮而带来的益处。虽然向地层中注射氮有许多好处，但是氮无法用已知的井下流体分析技术进行检测。因此，在试图确定地层中的氮浓度时，通常从地层中获取大量样本并将其送回地面进行分析。但是，这些已知技术无法提供实时信息，这样就延缓了根据分析结果做出生产和/或采样决策的能力。

发明内容

一种确定井下流体中的氮浓度的示例设备包括：测量所述井下流体样本中的至少烃类和二氧化碳的第一流体组分和密度的流体测量单元。此外，所述示例设备包括一个或多个传感器来测量至少所述样本的压力和温度。此外，所述示例设备包括处理单元来根据至少所述样本的第一流体组分、所述温度和所述压力来确定第一理论密度。此外，所述示例设备包括分析器来确定所述样本中至少烃类和二氧化碳的密度与所述第一理论密度之间的第一差值。所述第一差值与所述样本中的氮浓度相关。

确定井下流体中氮浓度的示例方法包括获取井下流体样本。此外，所述示例方法包括分析所述样本，以确定所述样本中至少烃类和二氧化碳的第一流体组分和密度。此外，所述示例方法包括测量所述样本的压力和温度。此外，所述示例方法包括根据所述样本的至少所述第一流体组分、所述温度和压力来确定第一理论密度。此外，所述示例方法包括确定所述样本中至少烃类和二氧化碳的所述密度和所述第一理论密度之间的第一差值。所述第一差值与所述样本中的氮浓度相关。

附图说明

图1描绘了可以用来实现文中所述方法和设备的示例钢缆工具；

图2是可以操作图1所述地层测试器的示例方式的简化示意图；

图3是可以用来实施图2所述流体测量的示例设备的示意图；

图4描绘了示例组分流体分析测井仪；

图5是可以用于文中所述的示例设备以确认地层流体样本中的流体成分的示例方法的流程图；

图6是描述利用文中所述方法和设备获得的结果的表；

图7是可以用来和/或编程来实现文中所述示例方法和设备的示例处理器平台的示意图。

具体实施方式

特定的实施方式在上述附图中示出并在下述内容中描述。在描述这些示例时，类似或相同的附图标记用来指代相同或类似的元件。附图并非按照比例绘制，并且为了清晰和/或简洁，特定的特征和特定的视图可以以夸大的比例显示或者简略示出。此外，在本说明书中描述了若干示例。来自任何示例的任何特征可以与来自其他示例的其他特征包括在一起，替换来自其他示例的其他特征，或者与来自其他示例的其他特征组合。

文中所述示例方法和设备可以用来确定井下流体中的氮浓度。具体来说，文中所述示例方法和设备涉及获取流体样本并在分析所述流体样本之前对该样本加压。此外，文中所述示例方法和设备涉及测量所述流体样本的特征并将所述特征与存储在数据库中的已知基准特征相比较，从而确定所述样本的理论密度。此外，文中所述示例方法和设备涉及确定所述样本理论密度和测量密度之间的差值，该差值与所述样本中的氮浓度相关。

在一个所述示例中，预定量的流体进入流线，并且该流体压力增大。一旦所述样本的压力与预定压力相等或者落入与预定压力存在可接受的偏差的范围内，则流体测量单元测量所述样本中至少烃类成分和二氧化碳的密度和组分。此外，一个或多个传感器测量所述样本的压力和温度。然后将所述测量特征与已知基准特征比较，以便根据所述样本中确定的氮浓度来重复确定理论流体密度并重复调整流体组分，直到例如理论流体密度和测量流体密度之间的差值处于或低于预定阈值或参数，或者直到进行完预定次数的循环为止，其中所述的差值包括所确定的氮浓度。

图1描绘了钢缆工具100，所述钢缆工具可以用来抽取并分析地层流体样本并且可以利用文中所述的示例方法和设备确定注入的氮的浓度，这种流体样本是基本上无法光学检测的流体。虽然文中所述示例参照确定地层中注入氮的浓度的方法和设备，但是文中所述方法和设备可以有利地用来确定自然发生的不可光学检测的流体的浓度，注入例如氮、硫化氢和/或氦。虽然硫化氢在近红外区域存在吸收谱，但是市场上提供的井下流体分析工具注入例如由Schlumberger提供的Composition Fluid Analyzer(CFA)和InSitu FluidAnalyzer(IFA)tools，并不关注硫化氢的吸收谱峰值。因此，硫化氢被有效地当作不可光学检测的流体。如图1所示，示例钢缆工具100从卷绕在地面上的绞盘(未示出)上的微导体线缆104下端悬挂在井眼或钻井102中。在地面上，线缆104通信耦接到电子和处理系统106。所述电子和处理系统106可以包括或通信耦接到基准数据库107，基准数据库可以用来存储已知具有特定流体成分、密度或者任何其他参数或特征的基准地层流体的基准测量值。钢缆工具100包括细长主体108，该主体包括具有井下控制系统112的轴环110，所述井下控制系统配置成控制从地层F抽取地层流体；在抽取的流体上实施测量；和控制文中所述的设备，以确定地层流体样本中的氮浓度。

示例钢缆工具100还包括地层测试器114，所述地层测试器具有分别布置在细长主体108相对两侧的可有选择地伸展的流体引入组件116和可有选择地伸展的工具锚定构件118。流体引入组件116配置成有选择地密封或隔离钻井102的井壁上选定的部分，从而流体耦接到将相邻地层F并从地层F吸入流体样本。地层测试器114还包括流体分析模块120，获得的流体样本流过所述流体分析模块。所述样本流体此后可以通过端口(未示出)排出，或者可以被发送到一个或多个流体收集腔122和124，所述流体收集腔可以接收并保持所述地层流体样本，用于后续在地面或测试设施中测试。

在所示例子中，电子和处理系统106和/或井下控制系统112配置成控制流体引入组件116，以便从地层F吸入流体样本并控制流体分析模块120来测量所述流体样本。在一些示例实施方式中，流体分析模块120可以配置成分析流体样本的测量数据，如文中所述。在另一些示例实施方式中，流体分析模块120可以配置成产生并存储所述测量数据并且随后将所述测试数据传输到地面，用于在地面进行分析。虽然图中示出井下控制系统112与地层测试器114分开构造，但是在一些示例实施方式中，井下控制系统112可以设置在地层测试器114中。

正如下文更为详细地说明，示例钢缆工具100可以与文中所述的示例方法和设备联合使用，以便确定地层流体样本中的注入氮浓度和/或任何自然发生的基本上无法光学检测的流体。例如，地层测试器114可以包括靠近流线设置的一个或多个传感器、流体分析器和/或流体测量单元，并可以受到井下控制系统112与电子和处理系统106之一或两者的控制，以便确定例如从地层F中抽取的流体样本的组分或特征。

虽然针对诸如图1所示的钢缆工具描述了用来测量地层流体样本中的氮浓度的示例方法和设备，但是示例方法和设备也可以利用任何其他类型的钻井传输手段来实现。例如，示例方法和设备可以利用包括钻井同步测井(LWD)和/或钻井同步测量(MWD)模块的钻柱、盘管等来实现。

图2是示例地层采样工具200的简化示意图，该地层采样工具200可以用来实现图1所示的地层测试器114。示例地层采样工具200包括探头组件202，所述探头组件可以借助马达204有选择地流体耦接到钻井表面；和液压系统206，所述液压系统用来从地层(例如，地层F)抽吸流体。在其他示例实施方式中，跨式封隔器(未示出)可以额外或者替代地用来接合并隔离钻井表面的一部分，以便从地层抽吸流体。地层采样工具200还设置有泵208，所述泵可以用来从地层中将流体抽吸到地层采样工具200中。

地层采样工具200包括一个或多个传感器，以便测量抽吸到地层采样工具200中的流体的特征。更具体地说，在例述示例中，地层采样工具200设置有流体测量单元210，以测量地层流体的一个或多个特征。地层流体可以包括重油、沥青、挥发油、气体冷凝物、湿气、钻井泥浆、井孔流体至少其中一种，更普遍地说，从地下地层中抽出的任何流体。流体测量单元210可以利用多通道吸收分光计来试试，每个通道可以对应于不同的补偿。因此，流体测量单元210可以用来测量从地层中抽出的流体的光谱信息。在其他一些实施方式中，流体测量单元210可以利用VIS/NIR分光计、VIS分光计、NIR分光计或者其他任何适当的分光计来实施。一些市场上可以获得的流体测量单元210包括由Schlumberger

提供的Composition Fluid Analyzer(CFA)和In Situ Fluid Analyzer(IFA)。

在实践中，如果VIS/NIR分光计用来实施地层采样工具200，则样本压力可以通过压力控制单元212来增大，所述压力控制单元改变(例如，增大)流线214内的流体样本压力，从而增大样本密度。具体来说，增大样本密度可以提高流体测量单元210获取的一些测量值的精度，诸如例如在样本为压力相对较低的可高度压缩的气体时。但是，在另一些示例实施方式中，地层采样工具200可能没有设置压力控制单元212。

流体测量单元210用来从压力增大的样本获取测量值，从而例如确定流体样本中烃类和二氧化碳的流体组分，这些流体是基本上可光学检测的流体。此外，流体测量单元210确定流体样本中烃类成分和二氧化碳的密度(例如，局部密度)和/或浓度。流体测量单元210的上述每种实施方式都可以用来测量从地层中抽取的流体的光谱信息和/或测量流体的任何其他特征。所述光谱信息可以包括特征值诸如与每一条通道关联的光学密度值，并且可以用于例如确定流体的组分。

地层采样工具200还设置有一个或多个传感器216，以测量压力、温度、密度、流阻、粘性和/或任何适当的流体属性或特征。虽然传感器216描述为与流线218成一线，但是一个或多个传感器216可以用在示例地层采样工具200内的其他流线214、220和222中。在一些示例中，一个或多个传感器216可以是密度传感器，诸如例如由Schlumberger提供的InSitu Density密度计。作为可选方案，可以利用X射线衰减和/或伽马射线衰减技术来确定密度。在另一些示例中，可以利用地层测试器诸如例如由Schlumberger

提供的Modular formation Dynamics Tester(MDT)。如以下方程1、2、3、4所示，重量百分比C1wt％、C2-C5wt％、C6+wt％和CO₂wt％分别可以通过C1、C2-C5、C6+和CO₂各自的密度(例如，局部密度)除以流体的总密度(例如，如上所述利用流体测量单元210确定)来确定。

方程1：C1wt％＝C1局部密度/总密度

方程2：C2-5wt％＝C2-5局部密度/总密度

方程3：C6+wt％＝C6+局部密度/总密度

方程4：CO₂wt％＝CO₂局部密度/总密度

如以下方程5和6所示，局部密度(例如，如上所述利用流体测量单元210确定)(例如，0.4g/cc具有0.3g/cc甲烷和0.1g/cc二氧化碳)从测量流体密度(例如，0.5g/cc)中减去，从而确定与样本中的氮浓度相关的密度差值(0.1g/cc)。更具体地说，如方程6所示，为了确定基本上无法光学检测的流体的密度(例如，氮)，从流体总密度(例如，如上所述利用流体测量单元210确定)减去局部密度(例如，C1、C2-C5、C6+和CO₂)。

方程5：氮浓度＝流体密度-局部密度

方程6：基本上无法光学检测的流体的密度＝(总密度)-(C1局部密度)-(C2-C5局部密度)-(C6+局部密度)-(CO₂局部密度)

如以下方程7所示，为了确定基本上无法光学检测的流体的重量百分比，从100％减去重量百分比C1wt％、C2-C5wt％、C6+wt％和CO₂wt％每一个。

方程7：基本上无法光学检测的流体的重量百分比＝100％-C1wt％-C2-C5wt％-C6+wt％-CO₂wt％

地层采样工具200还可以包括流体样本容器或存储器224，所述存储器包括一个或多个流体样本腔，在采样操作过程中回收的地层流体可以存储在所述腔中并送到地面，用于进一步分析和/或确认井下分析。在其他一些示例实施方式中，流体测量单元210和/或传感器216可以定位在任何其他适当位置，诸如例如泵208和流体样本容器或存储器224之间。

为了存储、分析和/或处理测试和测量数据(或者地层采样工具200获得的任何其他数据)，地层采样工具200设置有处理单元226，所述处理单元可以通信耦接到基准数据库228，所述基准数据库228可以用来存储已知具有特定流体组分和密度的基准地层流体的测量值。此外，处理单元226可以通信耦接到分析器230，所述分析器至少确定地层流体一个或多个测量特征与地层流体一个或多个理论特征之间的差值。

处理单元226一般可以如图7所示那样实施。在例述示例中，处理单元226可以包括处理器(例如，CPU和随机读写存储器诸如图7所示)以控制地层采样工具200的操作并实施测量程序。例如，处理单元226可以用来控制流体测量单元210来实施地层流体的流体特征光谱测量，从而促动阀232以便流体样本流入流线214，并且来确定地层流体样本中的氮浓度。具体来说，正如以下更详细地描述，处理单元226可以有利地用于至少部分根据样本中的烃类成分和二氧化碳的测量流体组分、样本中的测量压力和温度以及样本中的确定的氮浓度来循环确定理论密度和/或循环调整样本的计算或测量流体组分。处理单元226可以进一步包括需要与传感器216和/或流体测量单元210接口的任何数字和/或模拟电路的组合。

为了存储机器可读指令(例如，编码、软件等)，处理单元226可以设置有电子可编程只读存储器(EPROM)或者任何其他类型的存储器(未示出)，其中所述机器可读指令在由处理单元226执行时，将使处理单元226实施测量过程或者文中所述任何其他过程。为了在地层采样工具200处于井下时沟通信息，处理单元226通信耦接到工具总线234，工具总线234可以通信耦接到地面系统(例如，电子和处理系统106)。

虽然图2中的部件如图所示和如上所述通信耦接并布置成特定配置，但是地层采样工具200的部件可以在不脱离本公开的范围的情况下以不同于图2所示方式通信耦接和/或布置。此外，文中所述示例方法和设备并不限于特定的传输方式，相反，可以针对不同的传输方式来实施，包括例如盘管、钢缆、铠装钻管、和/或本领域已知的其他传输方式。

图3例示了可以用来实施与图2所示的泵208、流体测量单元210、压力控制单元212、流线214、传感器216、基准数据库228和/或分析器230相关的一部分地层采样工具200的示例设备300。示例设备300包括流线302，流线302包括第一流线区段304、第二流线区段306和第三流线区段308。第一阀310位于第一和第二流线区段304和306之间，第二阀312位于第二和第三流线区段306和308之间。第一和第二阀310和312控制流体通过流线302流动。具体来说，第一阀310可以打开，以允许流体流入第二流线区段306，并且第二阀312可以关闭，以阻止流体流出第二流线区段306。为了将样本保持在第二流线区段306中，第一和第二阀310和312可以关闭。阀310和312可以是能在地下地层条件下操作的适当的阀。

为了增大第二流线区段306内的流体样本压力，示例设备300设置有压力控制单元314。具体来说，在一些示例中，诸如在样本为处于相对低压的可高度压缩的气体时，增大压力因此增大样本密度，有利地允许获得样本中更为精确的密度测量值和/或至少烃类成分和二氧化碳的浓度。

在样本压力增大到预定压力以后，为了测量第二流线区段306内的样本特征，示例设备300设置有流体测量单元316。具体来说，流体测量单元316确定样本中的流体组分。此外，流体测量单元316测量样本中基本上可以光学检测的烃类成分和二氧化碳的局部密度。但是，流体测量单元316可以有利地用来测量样本中的任何其他特征，包括例如样本中任何其他基本上可以光学检测的成分。流体测量单元316设置有大致靠近第二流线区段306的表面320的窗口318(例如，光学窗口)。窗口318可以利用任何适当材料实施，诸如耐刮擦材料(例如，蓝宝石材料)。窗口318可以基本上与表面320平齐，或者窗口318可以局部位于第二流线区段306中(例如，延伸到其中)。为了测量样本的温度和压力，示例设备300设置有压力传感器322和温度传感器324。利用流体测量单元316获得的测量值连同温度和压力测量值可以有利地用来根据处理单元326对测量值与例如存储在基准数据库328内的已知基准值的比较来确定第二流线区段306中的样本理论密度。已知基准值可以是从进行采样的地下地层或类似地下地层中获得的基准值。作为可选方案，已知基准值可以通过受控条件下的实验室实验产生。

在操作中，为了增加特定储区的产能，例如墨西哥的Cantarell油田，非烃类流体诸如氮可以注射到地层(例如，图1中的地层F)或临近井孔(未示出)中。在某些情况下，氮可能旁路地层流体和/或无法在地层流体中达到平衡，从而削弱通过向地层中注射氮所带来的益处。为了利用示例设备300确定或估算地层流体样本中的注射氮浓度，可以用来实施图2所示的泵208的泵330通过流线302沿着大致由箭头332所示方向泵送流体(例如，地层流体)。随着流体流过流线302，第一和第二阀310和312可以促动到关闭位置，从而将样本保持在第二流线区段306中。在一些示例中，第二阀312可以在第一阀310被促动到关闭位置之前被促动到关闭位置，以确保预定量的流体已经进入第二流线区段306。

然后，压力控制单元314将压力增大到预定压力。在一些示例中，预定压力是产生存储在基准数据库328中的已知值(例如，流体特征)的受控实验室实验过程中所用的压力。但是，在另一些示例中，所述预定压力可以是能通过流体测量单元316获取相对精确测量值的压力。然后，压力传感器322测量样本压力，并且处理单元326将测量压力与所述预定压力比较，以判断测量压力是否与所述预定压力相同或者与预定压力的偏差落入可接受的范围内。如果压力与预定压力的偏差并不在可接受的范围内，则压力控制单元314再一次向着预定压力改变(例如，增大或减小)第二流线区段306中的样本压力。但是，在另一些示例中，利用流体测量单元获得的测量值可能相对精确，而不必控制第二流线区段306中的样本压力，因此示例设备300没有设置压力控制单元314。

在测量压力与预定压力相同或者与预定压力的偏差落入可接受的范围内之后，流体测量单元316测量样本中至少烃类成分和二氧化碳的第一流体组分(例如，100wt％C1)。此外，流体测量单元316测量样本中至少烃类成分和二氧化碳的第一密度(例如，0.110g/cc)。在一些示例中，测量的第一密度用于确定和/或推算样本成分的重量百分比。简单地转向图4，组分流体分析(CFA)记录仪400指示例如流体测量单元316已经确定流体样本组分在密度为0.110g/cc时为100w％C1。则压力传感器322和温度传感器324用于分别测量样本中的压力(例如，3700psi)和温度(例如，64℃)。样本的这些测量特征和/或参数(例如，至少烃类和二氧化碳的流体组分、压力和温度)然后与存储在基准数据库328中的已知特征和/或参数比较，以确定流体的第一理论密度(例如，0.157g/cc)。

分析器334然后比较并确定第一理论密度(例如，0.157g/cc)与第一测量密度(例如，0.110g/cc)之间的第一差值(例如，0.047g/cc)(例如，一部分)。在一些示例中，分析器334可以设置有NIST14程序，以确定状态方程。但是，在另一些示例中，任何其他适当的程序都可以用来确定状态方程。此外，分析器334确定第一差值是否等于或低于预定参数或阈值。如上所述，第一差值与流体样本中的氮浓度和/或密度相关。具体来说，由于理论密度建立在测量可光学检测的流体的组分的流体测量单元316获得的组分信息的基础上，所以理论密度超过测量密度的任何量，包括基本上可光学检测的流体的局部密度的测量浓度，可以归因于基本上不可光学检测的成分诸如氮、硫化氢和/或氦。

在操作中，流体测量单元316测量样本中的烃类和二氧化碳的第一密度，因此样本中的任何氮未经测量和/或考虑。此外，第一理论密度根据包括测量温度和压力时的烃类和二氧化碳的流体组分来确定，并没有考虑样本中的氮。因此，在烃类和二氧化碳的第一理论密度和第一测量密度之间存在差值，因为包括烃类和二氧化碳测量组分的流体理论上在测量压力和温度下不存在。但是，如果相反，样本仅包括烃类和二氧化碳(例如，基本上可光学检测的流体)，则在第一理论密度和第一测量密度之间可能不会存在显著差别，这表示样本中没有来自基本上不可光学检测的流体诸如氮的密度贡献。

如果分析器334确定第一差值不是或不低于预定参数，则处理单元326根据第一流体组分和第一差值确定第二流体组分(例如，70wt％的C1和30wt％的N₂)。具体来说，第二流体组分包括样本中烃类和二氧化碳的第一流体组分以及确定的氮浓度。处理单元326然后确定样本的第二密度(例如，0.157g/cc)。具体来说，样本的第二密度等于先前确定的第一理论密度(例如，0.157g/cc)，该第一理论密度包括样本中烃类和二氧化碳的第一密度(例如，0.110g/cc)和样本中的确定的氮密度(例如，0.047g/cc)。如上所述，第一差值可以用来确定和/或推算样本中的氮重量百分比。

然后处理单元326根据测量压力(例如，3700psi)和温度(例如，64℃)的第二流体组分(例如，70wt％的C1和30wt％的N₂)来确定第二理论密度(例如，0.171g/cc)。然后分析器334比较并确定第一密度(例如，0.157g/cc)和第二理论密度(例如，0.171g/cc)之间的差值(例如，0.014g/cc)(例如，另一部分)。第二差值同样与样本中的氮浓度相关。此外，分析器334确定该差值是否等于或低于预定预定参数或阈值。

如果分析器334确定第二差值不等于或低于预定参数，则处理单元326根据第二流体组分和第二差值确定第三流体组分(例如，64wt/％的C1和36wt％的N₂)。此外，处理单元326确定等于第二理论密度的第三密度(例如，0.171g/cc)。然后，处理单元根据第三流体组分和测量压力与温度确定第三理论密度(例如，0.174g/cc)，然后分析器334将第三理论密度与第三密度比较，以确定第三差值(例如，0.003g/cc)。

一般来说，如上所述，处理单元326和分析器334可以根据与样本中氮浓度相关的差值来循环确定流体样本的流体组分，并根据确定的流体组分来循环确定理论密度，所述理论密度可以包括与氮相关的部分、测量压力和温度，直到所述差值等于或低于预定参数或阈值(例如，0.01g/cc)，或者直到完成预定次数的循环(例如，10次循环)为止。

如果所述差值等于或低于预定参数或阈值，或者如果预定次数的循环结束，则第一和第二阀310和312可以促动到打开位置，并且样本可以通过第二阀312沿着一般以箭头332所示方向流动。在样本流出第二流线区段306之后，第一和第二阀310和312可以促动到关闭位置，并且重复上述过程。

图5是可以与文中所述示例设备结合使用以抽取并分析来自地下地层(例如，图1中的地层F)中的地层流体样本的示例方法500的流程图。图5所示方法可以用来操作图1所示的地层测试器114、图2所示的地层采样工具200以及图3所示的示例设备300。图5所示示例方法可以利用软件和/或硬件来实现。在一些示例实施方式中，所述流程图可以表示示例的机器可读指令并且所述流程图的示例方法可以通过执行所述机器可读指令来完整地或部分地实施。所述机器可读指令可以由电子和处理系统106(图1)和/或处理单元226(图2)或326(图3)来执行。具体来说，处理器或者任何执行机器可读指令的其他适当设备可以从存储设备(例如，随机读写存储器(RAM)或只读存储器(ROM)等)读取所述指令并且执行这些指令。在一些示例实施方式中，图5所示流程图中的一个或多个操作可以手工实施。虽然参照图5所示流程图描述了示例方法，本领域技术人员容易理解还可以额外或替代地使用其他方法操作图1所示示例地层测试器114、图2所示地层采样工具200和图3所示示例设备300来分析地层流体样本。例如，图5所示流程图中描绘的步骤块的执行顺序可以改变和/或所述的一些步骤块可以重新布置、取消或组合。

示例方法500可以用来利用例如图2所示地层采样工具200抽取并分析地层流体。首先，探头组件202(图2)从地层F抽取(例如，引入、吸入)流体(步骤块502)，并且阀232(图2)或图3所示的阀310和312促动到打开位置，允许流体样本流入流线214(图2)或第二流线区段306(图3)。在预定量的流体进入流线214(图2)或第二流线区段306(图3)之后，阀232(图2)或阀310和312(图3)促动到关闭位置，获得用于测量的流体样本(步骤块504)。

流体测量单元210(图2)或316(图3)和/或传感器216(图2)、压力传感器322(图3)和/或温度传感器324(图3)则分析或检查流体样本(步骤块506)。在一些示例中，如上所述，压力传感器322(图3)测量样本压力，而处理单元226(图2)或326(图3)将测量压力与预定压力比较。如果压力与预定压力的偏差不处于可接受的范围内，则压力控制单元212(图2)或314(图3)向着预定压力改变流线214(图2)或第二流线区段306中的样本的压力(例如，增大)，从而提高获得的测量值的精度。但是，在另一些示例中，示例地层采样工具200(图2)和/或示例设备300(图3)可以不设置压力控制单元212(图2)或314(图3)。

流体测量单元210(图2)或316(图3)然后确定流体样本中的烃类和二氧化碳流体组分(步骤块508)。此外，流体测量单元210(图2)或316(图3)确定流体样本中的烃类和二氧化碳的密度(步骤块510)。压力传感器322(图3)和温度传感器324(图3)或者至少一些传感器216(图2)则分别测量样本的压力和温度(步骤块512)。

然后，将烃类和二氧化碳的流体组分以及测量压力和温度与存储在基准数据库107(图1)、228(图2)和/或328(图3)中的已知特征和/或参数比较，以便根据测量的组分、压力和温度来确定流体样本的理论密度(步骤块514)。

然后，分析器230(图2)或334(图3)确定所述密度与所述理论密度之间的差值(步骤块516)。如上所述，所述差值与样本中的氮浓度相关。此外，然后分析器230(图2)或334(图3)确定是否出现预定条件(步骤块518)。具体来说，分析器230(图2)或334(图3)确定是否该差值等于或低于预定量或阈值(例如，0.01g/cc)和/或是否完成了预定次数的循环。如果分析器230(图2)或334(图3)确定已经出现了预定条件，则处理单元226(图2)或336(图3)则确定是否应该分析另一个地层流体样本(步骤块520)。例如，如果地层采样工具200(图2)已经吸入了另一个地层流体样本并且处理单元226(图2)或326(图3)并未接收到停止分析流体的指令或命令，则处理单元226(图2)或326(图3)可以确定应该分析另一个流体样本(步骤块520)。否则，图5所示示例过程结束。

但是，如果分析器230(图2)或334(图3)确定尚未出现预定条件，则处理单元226(图2)或326(图3)根据所述密度和所述理论密度之间的差值重新确定流体组分(步骤块522)。具体来说，所述流体组分包括样本中的烃类和二氧化碳的流体组分以及与样本中的氮浓度相关的所述差值。然后，处理单元226(图2)或326(图3)根据所述差值重新确定流体样本的密度，该密度等于先前确定的理论密度。具体来说，所述密度包括样本中的烃类和二氧化碳的密度以及与样本中的氮浓度相关的所述差值。然后，控制流程返回步骤块514，在这里根据步骤块522中的确定的流体组分重新确定理论密度。步骤块514、516、518、522和524的示例过程循环重复，直到预定条件出现为止(步骤块518)。

如果分析器230(图2)或334(图3)确定已经出现预定条件，则处理单元226(图2)或326(图3)确定是否应该分析另一个地层流体样本(步骤块520)。例如，如果地层采样工具200(图2)已经吸入了另一个地层流体样本并且处理单元226(图2)或326(图3)尚未接收到停止分析流体的指令或命令，则处理单元226(图2)或326(图3)可以确定应该分析另一个流体样本(步骤块520)。否则，图5所示示例过程结束。

图6描绘了表示利用文中所述示例获得油田测量结果602以及利用已知实验室分析技术获得的结果604的表600。具体来说，例如借助图1所示地层测试器114、图2所示地层采样工具200和/或图3所示示例设备300在井下测量样本，然后将样本送到地面，在这里利用已知实验室分析技术获得测量值。在一些情况下，可以利用已知实验室分析技术获得更为精确的测量值，因为诸如例如井下环境中遇到的可用空间和/或可用动力约束条件并不适用于试验室。

如表600所示，样本中C1(606)、C2-C5(608)、C6+(610)、二氧化碳(CO₂)(612)和氮(N₂)的重量百分比(例如，质量百分比)在井下和实验室中测量。现场测量结果602和实验室分析结果604之间的比较显示出两组结果之间存在不重要的差别。具体来说，利用文中所述示例方法和示例设备获得的测量值确定样本中氮重量百分比(614)为36wt％(616)，而实验室分析结果604确定样本中的氮重量百分比(614)为35.5wt％(618)。如图所示，利用文中所述示例方法和示例设备获得的结果可以有利地用于精确确定井下流体中的氮浓度，从而例如确定是否注射氮将地层流体旁路和/或确定是否注射氮在地层流体中无法达到平衡状态。

图7是可以用于和/或编程来实现电子和处理系统106、处理单元226和326、流体测量单元210和316以及分析器230和334的示例处理器平台P100的示意图。例如，处理器平台P100可以由一个或多个通用处理器、处理器内核、微控制器等来实现。

图7所示处理器平台P100包括至少一个通用可编程处理器P105。处理器P105执行存在于其主存储器内(例如，RAM存储器P115和/或ROM存储器120内)的编码指令P110和/或P112。处理器P105可以是任何类型的处理单元，诸如处理器核心、处理器和/或微控制器。处理器P105可以执行文中所述的方法和设备等。

处理器P105经由总线P125与主存储器(包括ROM存储器120和/或RAM存储器P115)通信。RAM存储器P115可以由动态随机读写存储器(DRAM)、同步动态随机读写存储器(SDRAM)和/或任何其他类型的RAM设备来实现，而ROM可以由闪存器和/或任何其他期望类型的存储设备来实现。可以由存储器控制器(未示出)来控制对存储器P115和存储器P120的访问。

处理器平台P100还包括接口电路P130。接口电路P130可以利用任何类型的接口标准诸如外部存储器接口、串口、通用输入/输出等来实现。一个或多个输入设备P135和一个或多个输出设备P140连接到接口电路P130。

虽然在文中描述了特定的示例方法、设备和制造产品，但是本专利的覆盖范围并不限于此。相反，本专利覆盖字面上或者根据等同原则客观地落入附带的权利要求书范围内的全部方法和制造产品。

Claims

1.一种确定井下流体中的氮浓度的方法，包括：

获取井下流体样本；

分析所述样本以确定所述样本中至少烃类和二氧化碳的第一流体组分和密度；

测量所述样本的压力和温度；

根据至少所述样本的所述第一流体组分、所述温度和所述压力确定第一理论密度；和

确定所述样本中至少烃类和二氧化碳的所述密度和所述第一理论密度之间的第一差值，

其中所述第一差值与所述样本中的氮浓度相关。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

根据至少所述样本的温度和压力和第二流体组分确定第二理论密度，所述第二流体组分建立在所述第一流体组分和与所述样本中的氮浓度相关的所述第一差值的基础上。

3.如权利要求2所述的方法，进一步包括：

确定所述第二理论密度和所述第一理论密度之间的第二差值，并且所述第二差值与所述样本中的氮浓度相关。

4.如权利要求1所述的方法，进一步包括：升高所述样本的压力，以提高所述样本中至少烃类和二氧化碳密度的测量精度。

5.一种确定井下流体中基本上不可光学检测的流体的浓度的设备，包括：

测量所述井下流体样本中的基本上可光学检测的流体的第一流体组分和密度的流体测量单元；

一个或多个测量至少所述样本的压力和温度的传感器；

根据至少所述样本的第一流体组分、所述温度和所述压力来确定第一理论密度的处理单元；和

确定所述基本上可光学检测的流体的密度与所述第一理论密度之间的第一差值的分析器，

其中所述第一差值与所述样本中所述基本上不可光学检测的流体的浓度相关。

6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述基本上不可光学检测的流体是注射氮、天然出现的氮、天然出现的硫化氢或者天然出现的氦至少其中一种。

7.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述基本上可光学检测的流体包括至少烃类和二氧化碳。

8.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述处理单元根据至少所述样本的温度和压力以及第二流体组分确定第二理论密度，所述第二流体组分包括所述第一流体组分和与所述基本上不可光学检测的流体的浓度相关的所述第一差值。

9.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述分析器确定所述第二理论密度和所述第一理论密度之间的第二差值，并且所述第二差值与所述样本中的氮浓度相关。

10.如权利要求6所述的设备，其特征在于，在所述第一差值基本上为零时，所述氮浓度基本上为零。

11.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述流体测量单元是分光计。

12.如权利要求6所述的设备，进一步包括：压力控制单元，所述压力控制单元改变所述样本的压力，以提高所述样本中至少烃类和二氧化碳密度的测量精度。

13.一种确定井下流体中的氮浓度的设备，包括：

测量所述流体样本中的至少烃类和二氧化碳的第一流体组分和密度的装置；

测量至少所述流体样本的压力和温度的装置；

根据所述第一流体组分、所述温度和所述压力来确定第一理论密度的装置；和

根据所述第一理论密度来确定与氮浓度相关的所述流体样本的一部分的装置，

其中，确定与氮浓度相关的所述流体样本的一部分的装置包括确定所述样本中至少烃类和二氧化碳的密度与所述第一理论密度之间的第一差值的分析器，其中所述第一差值是所述一部分。

14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述用来确定第一理论密度的装置包括根据至少所述流体样本的第一流体组分、所述温度和所述压力来确定所述第一理论密度的处理单元。

15.如权利要求13所述的设备，进一步包括：用来确定第二理论密度的装置。

16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，用来确定第二理论密度的所述装置包括根据至少所述流体样本的温度和压力以及第二流体组分来确定所述第二理论密度的处理单元，所述第二流体组分包括所述第一流体组分和与所述氮浓度相关的所述样本的所述一部分。

17.如权利要求16所述的设备，进一步包括：用于确定与所述氮浓度相关的所述样本的另一部分的装置，其中，用于确定与所述氮浓度相关的所述样本的所述另一部分的所述装置包括确定所述第二理论密度和所述第一理论密度之间的第二差值的分析器，其中所述第二差值是所述另一部分。

18.一种确定井下流体中氮浓度的方法，包括：

(a)获取井下流体样本；

(b)分析所述样本以确定所述样本中至少烃类和二氧化碳的流体组分和密度；

(c)测量所述样本的压力和温度；

(d)根据至少所述样本的所述流体组分、所述温度和所述压力确定理论密度；

(e)确定所述密度和所述理论密度之间的差值，其中所述差值与所述样本中的氮浓度相关；

(f)根据所述差值重新确定所述流体组分；

(g)根据所述差值重新确定样本中至少烃类和二氧化碳的密度；和

(h)将步骤(d)至(g)至少重复预定次数，或者直到所述差值处于或低于预定阈值为止。