CN103688167A - 加压储层流体的分析 - Google Patents
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Abstract
一种独立的分析系统，其可操作用于估计气油比（GOR）、储层流体收缩率以及加压储层流体的成分。分析系统可用于对富闪蒸气体和贫气样本以及闪蒸平衡液体、冷凝液和黑油的扩展成分分析。实现了对多种样本的分析而不会例如在富闪蒸气体和贫气之间或在扩展的天然气和液体（例如，黑油和冷凝液）之间出现交叉污染。系统产生针对气体样本的直至且包括C20和针对液体样本的直至且包括C36+以及带走的水的准确结果。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2011年4月28日提交的题为“Analysis of PressurizedReservoir Fluids（加压储层流体的分析）”的美国申请S/N：61/480,017以及2012年4月25日提交的题为“Analysis of Pressurized Reservoir Fluids（加压储层流体的分析）”的美国申请S/N：13/455,688的优先权，这些申请通过引用整体结合于此。
技术领域
本公开涉及用于对于诸如充气（加压）原油之类的储层流体的分析的系统。
背景技术
存在其中为了储层管理目的而期望确定储层流体的成分的情况，诸如确定气油比、流体收缩率和扩展成分。这些流体通常在提高的压力和温度下存在和产生。尽管一些海上平台维持确定基本流体性质的小实验室，但是平台上的空间可能不允许用于详细地分析流体所必需的设备。因此，在海上平台上取得的样本可被运输到陆上测试设施。在一些情况下，在遥远的采样点（诸如在深水海上平台、远程地点、欠发达地区、和郊区）来维持大体积的分析设备是不实际的。取决于海上平台或郊区陆上取样站点的位置，样本可能要行进数百或数千英里到达测试设施。该行程在取得样本的时间和执行分析的时间之间可引入相当大的滞后。该时间滞后阻止频繁测试且可减少或有时放弃再测试。该行程增加了样本将被损坏或污染的可能性，并将涉及行程和时间的附加代价引入到分析的成本中。如果样本在收集、运输或其他期间被污染或弄脏，污染或污垢将直到样本行进了许多英里到达集中测试设施才被发现。在这样的情况下，在可能时，然后采集另一个样本并运输至该集中测试设施。
在一些情况下，来自液体的顶部空间蒸气、而不是液体本身，可在海上平台上的实验室中被分析。尽管这个方法允许在现场分析，但是该分析可能提供比期望的要少的信息。进一步，当对于储层流体的分析包括闪蒸时，可能要求有独立的装置来闪蒸（flash）样本并收集液相和气相，此情况中该液相和气相一般被传输至另一个装置进行成分分析。
发明内容
在一个方面，用于加压储层流体的分析系统包括外壳，外壳具有第一色谱分析子系统、第二色谱分析子系统以及闪蒸装置。闪蒸装置部分地汽化加压储层流体以产生汽化气体和储层液体。汽化气体在外壳内经由第一色谱分析子系统从闪蒸装置流动到第二色谱分析子系统，且第一和第二色谱分析子系统同时或基本上同时地启动以检测储层流体中的组分。
各实现包括下列特征中的一个或多个。在一些情况下，第一色谱分析子系统被配置成检测固定气体。第二色谱分析子系统可被配置成检测C1至C5烃类。在某些情况下，第一色谱分析子系统包括第一热传导检测器，且第二色谱分析子系统包括第二热传导检测器。外壳还可包括被配置成检测C1到C20烃类的第三色谱分析子系统。在示例中，第三色谱分析子系统包括火焰离子化检测器。
分析系统可包括气体分析毛细管柱、液体分析毛细管柱以及选择器阀。气体分析毛细管柱和液体分析毛细管柱可经由选择器阀耦合至火焰离子化检测器。在一些情况下，第三色谱分析子系统包括气体分析毛细管柱。分析系统还可包括被配置成将汽化气体从闪蒸装置输送到第一色谱分析子系统的导管。可利用分析系统中的可用热量来控制导管的温度。
在一些实现中，分析系统包括与第一色谱分析子系统、第二色谱分析子系统以及闪蒸装置耦合的单个数据采集系统。该单个数据采集系统可被配置成采集与汽化气体和储层流体的成分有关的数据。分析系统还可包括与数据采集系统耦合的微处理器，其中微处理器可操作用于基于由数据采集系统采集的数据来估计加压储层流体的气油比。
在某些实现中，闪蒸装置部分地汽化加压储层流体以产生与汽化气体和储层液体一起的自由水。储层液体可以是平衡的储层液体。分析系统是集成的或者独立的单元。
另一个方面包括部分地汽化加压储层流体以形成汽化气体和储层液体，向串联的两个色谱分析子系统自动地提供汽化气体的单个样本，利用单个数据采集系统从这两个色谱分析子系统采集与汽化气体的成分有关的数据，以及基于由单个数据采集系统所采集的数据来量化储层液体的成分。
各实现可包括下列特征中的一个或多个。在一些情况下，汽化气体的单个样本被自动提供给与这两个色谱分析子系统串联的第三色谱分析子系统。在某些情况下，储层液体被提供给第三色谱分析子系统。可利用单个数据采集系统来采集与来自第三色谱分析子系统的储层液体的成分有关的数据，可将与储层液体的成分有关的数据和与汽化气体的成分有关的数据组合，并且可量化基于由单个数据采集系统所采集的数据的加压储层流体的成分。
在一些情况下，在将汽化气体的单个样本自动提供给串联的两个色谱分析子系统之前可以抑制汽化气体的冷凝。抑制冷凝可包括例如利用可用热量来加热汽化气体。在某些情况下，可估计汽化气体与储层液体的重量比。
此处所述的系统和方法的特征允许自动分析加压储层流体的样本而不需要在分析过程期间处理该样本。此处所述的分析系统的独立性质允许通过集成方法表征加压储层流体，使得样本的一部分不从分析系统的内部传输到分析系统的外壳外部的另一个系统或子系统。优点包括样本损失和操作者引发的错误的减少。另外，抑制重烃的冷凝。
可使用设备、系统或方法、或设备、系统、或方法的任意组合来实现这些一般和特定的方面。在以下的附图和描述中阐述一个或多个实施例的细节。从说明书和附图以及权利要求书中可显示出其它特征、目标和优点。
附图说明
考虑以下结合附图对各个实施例的详细描述，可更完整地理解此处的概念，在附图中：
图1A是分析系统的正视图；
图1B是图1A所描绘的分析系统的俯视图；
图2A是闪蒸装置的正视图；
图2B是图2A的闪蒸装置的侧视图；
图2C是图2A的闪蒸装置的内视图；
图3是图1A和图1B所描绘的分析系统的内视图；
图4描绘了来自平衡液体样本的样本色谱；
图5描绘了分析系统的等温炉中的分析子系统；
图6A和图6B是图5所描绘的第一分析子系统的示意图；
图7描绘了来自图6A和图6B所描绘的分析子系统的样本色谱；
图8A和图8B是图5所描绘的第二分析子系统的示意图；
图9描绘了来自图8A和图8B所描绘的分析子系统的样本色谱；
图10A和图10B是图5所描绘的第三分析子系统的示意图；
图11描绘了来自图10A和图10B所描绘的分析子系统的样本色谱；
图12描绘了用于样本注射的阀系列示意图；
图13描绘了用于洗涤排出气体的装置；以及
图14描绘了用于滴定排出气体的装置。
具体实施方式
此处所述的分析系统是可操作用于估计储层流体的气油比（GOR）和流体收缩率的独立单元，并且可用于对富闪蒸气体和贫气样本以及闪蒸平衡液体、冷凝液和黑油的扩展成分分析。实现了对多种样本的分析而不会例如在富闪蒸气体和贫气之间或在扩展的天然气和液体（例如，黑油和冷凝液）之间出现交叉污染。系统可产生针对气体样本的直至且包括C20以及针对液体样本的直至且包括C35的准确结果。在液体的情况下，大于C35的组分通过质量平衡来确定且被视为称作C36+的单个组分。
图1A和图1B分别示出分析系统100的正视图和俯视图。分析系统100包括气相色谱仪102、闪蒸装置104和等温炉106。分析系统100是一种设备，该设备能够接受加压储层流体的样本并分析流体（例如，流体的两个或更多个相）的成分和其它特性而不将样本流体或样本流体的一部分（例如，蒸气组分）从设备内部传输到位于设备外部（例如，且与其耦合）的另一系统（例如，子系统）。分析系统100是可用一个板条箱运输到海上平台、拆开包装并放置在平台上的实验室中用于立即分析充气流体的单个紧凑单元。在平台处对储层流体的全成分分析不需要额外单元的装配和拼接。
气相色谱仪102、闪蒸装置104和等温炉106被集成在共同的外壳内，使得气体样本在热控环境中在闪蒸装置和等温炉之间、在等温炉和气相色谱仪之间等等内部地（即在外壳内）移动而不离开分析系统100。分析系统100内部的可用热量（例如，由气相色谱仪102、等温炉106等产生的热量）被用于加热在闪蒸装置和等温炉之间、在等温炉和气相色谱仪之间等等的传输气体的气体管线，使得避免气体或者气体组分的冷凝。例如，不需要用外部电源、电加热带等来抑制气体或气体组分的冷凝。
分析柱选择器108耦合至分析系统100内部的阀并且允许用户或程序员在放置于气相色谱仪102内的气体分析毛细管柱和液体分析毛细管柱之间选择（例如，远程地和/或自动地）用于分别分析气体样本和液体样本。等温炉106包括三个分析子系统，其中一个分析子系统被耦合至气体分析毛细管柱，并且所有的分析子系统被连接起来以在气相色谱仪102中的气体分析柱被选择时允许利用来自闪蒸装置104的样本或通过气体入口/出口110注射的样本串联地填充子系统中的样本回路。当液体分析柱被选择时，通过后部入口114注射的液体样本进入气相色谱仪102中的液体分析柱。分析系统100还包括温度控制器116和118。温度控制器116控制等温炉106的温度，且温度控制器118控制位于分析系统100的外部的气体传输管线的温度以抑制传输管线中的较重组分冷凝。
来自分析系统100的数据（例如，来自气相色谱仪102和闪蒸装置104）由单个共同的数据采集系统122采集并由微处理器124操纵。在某些实施例中，分析系统100与计算设备126（例如，个人计算机）通信以使得能够观看、分析和操纵从储层流体分析系统输出的数据。在某些实施例中，计算设备126链接到网络，该网络允许远程计算设备与计算设备126通信并且在某些情况下远程地操作分析系统100。在某些实施例中，计算设备126可使得远程一方能够与操作员通信以向操作员提供关于操作分析系统100的指令。
闪蒸装置104是单级闪蒸装置，其允许样本被闪蒸于带有对释放相（即，气体、油和水）的隔离、收集和测量的大气条件。对相应相的隔离和测量允许确定气油比（GOR）、流体收缩率及气体和液体成分以及根据质量平衡计算充气密度。图2A、2B和2C分别示出闪蒸装置104的前视图、侧视图和内部视图。
包含加压样本流体的比重瓶200通过管线206经由阀202耦合至闪蒸装置104的入口204。比重瓶200可从闪蒸装置104移除且被运输以收集流体样本。在示例中，比重瓶200由操作员从闪蒸装置104携带至样本将被收集的位置，收集样本，并且比重瓶200返回至闪蒸装置104。这消除了在多个器皿之间（诸如在收集样本的位置与中间样本器皿之间以及在中间样本器皿与比重瓶200之间）传递流体样本的需要。在其它实施例中，比重瓶200在整个操作期间保持与闪蒸装置104连接，并且例如经由中间样本器皿在比重瓶中收集和沉积样本流体。
比重瓶200在内部限定细长空腔，该空腔密封地容纳活塞。活塞将细长空腔分成两个不同的腔室：驱动流体（加压液体或气体）腔室和样本腔室。样本腔室可操作用于通过阀202接收流体样本。在接收流体样本之后，关闭阀202以将流体样本保持在样本腔室中。针对压力和温度精确校准比重瓶200的最大容积。另外，比重瓶200的“干”重是准确已知的。因此，可通过针对样本腔室中的流体样本的温度和压力调整样本腔室的最大容积来确定流体样本的体积。可通过对包含流体样本的比重瓶200进行称重并减去比重瓶的干重来确定流体样本的重量。可通过将所确定的重量除以所确定的体积来确定流体样本的密度。
可选择比重瓶200的尺寸以便于操作员处理。较小的器皿更容易被操作员操纵和携带。在一个实例中，当在1000psi和20℃下校准且由316不锈钢构造时，比重瓶200具有大约10cc的内部容积。为了便于比重瓶200移除自以及返回至闪蒸装置104，比重瓶200的出口可耦合至允许比重瓶从闪蒸装置104的其余部分容易安装和移除的快速释放连接。在某些实施例中，低死体积的配件被用于闪蒸装置104的一个或多个位置，例如与比重瓶200的连接。
如上所指出的，比重瓶200包括将细长空腔分成驱动流体腔室和样本腔室的活塞。比重瓶200还可包括被设置为与驱动流体腔室连通的阀208。在阀208打开的情况下，来自驱动流体腔室的流体经由管线210通过阀208流入比重瓶200。在样本腔室中接收流体样本驱动细长空腔中的活塞来扩展样本腔室并减小驱动流体腔室。可通过阀208引入驱动流体以加压驱动流体腔室。驱动流体腔室中的压力经由活塞对样本腔室中的流体样本施加压力。当阀202打开时，样本腔室中的压力下降。驱动流体腔室中的压力驱动活塞以减小样本腔室并驱动流体样本离开比重瓶200。在一些实例中，例如在流体样本是压力下的充气原油的情况下，当阀202打开且样本腔室内的压力下降时流体样本可分离成两个相（即，蒸气和液体）。流体样本的较重液相随后在样本腔室的底部附近累积，并且流体样本的气相上升至样本腔室的顶部。活塞的运动通过管线206排出流体样本的气相和液相并且进入入口204。
驱动流体可来源于多个不同的源。在示例中，驱动流体是储存在罐中的加压气体。可调整罐的出口的尺寸或者可在罐的出口附近设置限制以计量来自罐的流动。在某些实施例中，罐是标准12克CO2储筒，诸如与CO2动力枪一起使用的那些。标准12克CO2储筒可向驱动流体腔室施加大约1000psig驱动压力。在其它示例中，流体样本可按其它方式从样本腔室中抽空。例如，诸如马达和齿轮传动链或螺旋驱动器之类的机械或机电系统可被用于移动活塞。
加压气体或者在一些情况下机械驱动器迫使来自比重瓶200的流体（即，气体和液体）通过针形阀212。跨针形阀212的压力减小导致流体经受被称为闪蒸的部分汽化。在针形阀212和计量阀216之间的闪蒸站214中发生闪蒸。在一些情况下，闪蒸站214被背后照明以允许观察闪蒸站214中的起泡、乳化以及其它操作问题。计量阀216控制管线218中的流体向接收器220的流速。
接收器220具有气密密封222并且被收纳在腔室224中。例如，腔室224中的温度由温度控制器226控制以将接收器200的内容物维持在恒定或基本恒定的温度。在一些情况下，温度控制器226耦合至加热元件或冷却元件。接收器220可由冷却元件35冷却以便于和/或增加接收器中的液体的冷凝。在示例中，温度控制器耦合至被配置成运送（例如，通过铝固定器）并传导地传递接收器220内的热量的珀尔帖效应设备。在其它实施例中，冷却元件包括电冷却器、化学冷却器或被配置用于一种或多种热传递模式的另一设备。
在某些实施例中，接收器220包括使得能够对接收器中收集的体积进行视觉确定的刻度线。可精确测量接收器200在接收液相之前的“干”重。随后可通过测量接收器220在接收液相之后的重量并减去接收器的干重来确定液相的重量。液相的密度可经由比重计来确定。在接收器200中收集的液相的体积可参考刻度线来确定或者通过将接收器中的液相的重量除以经由比重计确定的密度来确定。在其中流体样本包括充气原油的示例中，可通过将接收器220中包含的液相的体积与比重瓶200中的流体样本的最大体积（针对压力和温度而调整）相比较来确定体积收缩。
在某些实施例中，接收器220是可从闪蒸装置104移除并直接插入到离心设备中而不将流体传递至另一器皿的离心管。在其中流体样本是充气原油的示例中，液相可包括油、水和残留固体。离心分离液相使油、水和固体分离并使得能够测量（例如，可视地使用刻度线）油、水和固体的体积。可针对在离心分离过程期间回收的水和沉淀物校正接收器220中的液相的体积和重量而不需要获取另一流体样本。
来自接收器220的气体经由管线228流至四路分流器230。闪蒸装置104配备有数字压力计232以经由来自四路分流器230的管线234监控系统的内部压力。可通过在来自接收器220的蒸气经由管线240流至贮气罐238时移动与贮气罐238的活塞236附连的杆来将系统的内部压力调整到大气压力。来自贮气罐238的蒸气用于测量所收集的汽相的量。在某些实施例中，贮气罐238是具有密封地容纳活塞236的量筒的浮式活塞气量计。在一些实例中，活塞236可附加地或替换地耦合至从贮气罐238延伸的量轴（例如，活塞式手柄）。在量筒中容纳汽相使活塞236移位，并且可根据贮气罐238上（或轴上，如果这样设置的话）的刻度来可视地确定汽相的体积。在一些情况下，在容纳汽相之前净化量筒以确保准确测量。贮气罐238可包括例如在每个蒸气收集周期期间或结尾操作的内部混合器（例如，磁力混合器）以确保包围气量计的蒸气被良好的混合且具有均匀的成分。
贮气罐238被容纳在外壳242中。贮气罐238的温度由温度控制器244（例如，耦合至加热元件）控制以将贮气罐238的内容物维持在恒定或基本恒定的温度。贮气罐238中的蒸气的温度和压力受到监控，使得利用贮气罐确定的体积可被校正到标准状态。在示例中，贮气罐238被加热至（或被保持在）约50℃（120°F）的温度。
贮气罐238中收集的气体的密度根据GPA2286（“Tentative Method ofExtended Analysis for Natural Gas and Similar Gaseous Mixtures byTemperature Programmed Gas Chromatography（通过温度编程的气相色谱分析对天然气和类似气体混合物进行扩展分析的暂行方法）”，1995修订版，气体加工者协会）从其成分中计算出，该文献通过引用结合于此。气油比（GOR）从在15.6℃(60°F)下的气体（在贮气罐238中收集）与液体（在接收器220中收集）的体积比计算出。
可提供绝缘阻挡层以将闪蒸装置104的一部分与闪蒸装置的另一部分热隔离或基本上热隔离。在某些实施例中，接收器220和四路分流器230与贮气罐238热隔离以减少从加热或冷却元件输出的热量向样本的液相的传递。
流体样本的汽相从四路分流器230经由管线250传播到阀252。如所描绘的，阀252是用于引导气体在闪蒸装置104中的流动的三路选择器阀。当阀252在位置I时，来自闪蒸装置104的气体经由管线254内部地（即，在分析系统100内部）流动至气相色谱仪102。当阀252在位置II时，阀关闭且气体被包含在闪蒸装置104中。当阀252在位置III时，过量气体通过通风孔256离开闪蒸装置104（例如，在气体样本已被分析之后）。在一些情况下，通风孔256被适配使得当样本包含有害或难闻气味的组分时可使用1/16”塑料管线使过量气体通过洗涤液（例如，如图13所描绘的）。
通过将载气源连接到入口204可利用载气来净化闪蒸装置104（例如，在闪蒸样本之前）。在载气管线的针形阀打开的情况下，针形阀212和计量阀216被打开。阀252被转至位置I，且分析系统100被净化。一旦分析系统100被净化，则阀252关闭，计量阀216关闭，以及针形阀212分别关闭，以确保载气保留在系统中。载气管线随后从入口204移除，并且填充有单相加压流体的比重瓶200耦合至入口。
加载在比重瓶中的流体样本的成分可根据由气相色谱仪102评估的每个平衡相（气体，烃类液体）的扩展成分以及相应相的数学重组计算出。在阀252在位置I的情况下，可通过管线254将来自贮气罐238的气体提供给气相色谱仪102。可通过后面入口114将来自闪蒸装置104的接收器220的液体提供给气相色谱仪102。可用手或者利用自动进样机来完成样本的注射。合适的自动进样机的示例是可从Agilent技术公司（加州，圣克拉拉）获得的Agilent GC自动进样机型号7673。
图3是分析系统100的内部视图。在示例中，气相色谱仪102是可从Agilent技术公司获得的Agilent7890GC，其如此处所述地修改成在两个专用分析柱之间切换：一个用于气体（例如，来自闪蒸装置104的贮气罐238）并且一个用于液体（例如，来自闪蒸装置104的接收器220）。如图3所示，气相色谱仪102包括与前面入口112耦合的气体分析柱300（例如，毛细管非极性沸点柱）以及与后面入口114耦合的液体分析柱302（例如，毛细管非极性沸点柱）。前面入口112耦合至分流器304，且可在分流或无分流模式中使用。在示例中，前面入口112在分流模式中操作，其中将5份载气分流至1份样本。提供给前面入口112的样本流动至气体分析柱300。例如，样本可以是来自集气筒的样本，诸如测量标准。可通过管线306将载气（例如，氢或氦）提供给分流器304以迫使样本通过气体分析柱300或者在样本已经经过之后冲洗气体分析柱。
气体分析柱300和液体分析柱302均耦合至阀308。如所描绘的，阀308是可从Valco仪器公司（德克萨斯州，休斯顿）获得的四端口阀。分析柱选择器108也耦合至阀308。分析柱选择器108操作阀单元310中的阀308以选择性地将气体分析柱300或液体分析柱302耦合至火焰离子化检测器312。当气体分析柱300被选择时，来自气体分析柱300的管线314被耦合至管线316，且来自液体分析柱302的管线318被耦合至管线320，使得来自气体分析柱300的样本流向火焰离子化检测器312，且液体分析柱302被排出至气体入口/出口110。当液体分析柱302被选择时，来自液体分析柱302的管线318被耦合至管线316，且来自气体分析柱300的管线314被耦合至管线320，使得来自液体分析柱302的样本流向火焰离子化检测器312，且气体分析柱300被排出至气体入口/出口110。
背部入口114是温度编程的柱头入口，用于分析从轻冷凝物到重黑油范围内的烃类液体。在使液体样本流动之前，例如，通过本领域普通技术人员已知的方法在给定的温度下（例如，15.6℃）确定样本重量和密度。利用自动采样器（例如，可从Agilent技术公司获得的Agilent7683B）来完成液体样本注射。样本的组分通过保留时间来标识，且样本成分通过利用GPA标准2186-02（“Method for the Extended Analysis of HydrocarbonLiquid Mixtures Containing Nitrogen and Carbon Dioxide by TemperatureProgrammed Gas Chromatography（通过温度编程的气相色谱分析对包含氮和二氧化碳的烃类液体混合物进行扩展分析的方法）”，2002年经修订和采用作为标准，气体加工者协会）的经修改版本（即，外部标准量化和通过假组分进行分组）的气相色谱仪102来计算，该文献通过引用结合于此。除许多环状和芳香化合物之外，样本的组分包括C1-C35以及非洗脱部分（C36+）总共100wt%，其中在n-戊烷被分组和量化为假组分之后进行烃类洗脱。图4描绘从分析系统100获得的样本液相色谱（一些峰被标记）。
分析系统100包括用于分析气体样本（例如，来自闪蒸装置104的贮气罐238）的三个分析子系统，包括检测和量化C1到C5、固定气体（例如，He或H2、N2、O2、CO等等）以及扩展天然气分析（例如，C6到C20）。分析子系统遵循公布的方法GPA2261（“Analysis for Natural gas and SimilarGaseous Mixtures by Gas Chromatography（通过气相色谱分析对天然气和类似气体混合物的分析）”，2000年修订，气体加工者协会，其通过引用结合于此）以及GPA2286。如图5所示，这些分析子系统的诸部分被容纳在等温炉106中。
分析子系统500用于检测和量化固定气体，包括载气（H2或He，取决于载气选择）、O2、N2等。如所描绘的，分析子系统500包括十端口阀502（可从Valco仪器公司获得）、进样环路504、前置柱506、分子筛分析柱508、热传导检测器510以及流量控制器512。前置柱506是多孔聚合物柱，且分子筛分析柱508连接至热传导检测器510。阀502被配置于反冲洗至通风孔模式中，该模式允许除了载气（例如，氢或氦）、氦、氧、氮和甲烷以外的组分被隔离且反冲洗至通风孔。载气促进氦、氧、氮和甲烷的分离，这些组分被洗脱为单独不同的峰。分子筛分析柱508可以最接近（例如，环绕）贮气罐238，其温度由位于闪蒸装置104中的温度控制器244来控制。去往和来自分子筛分析柱508和热传导检测器510的传输管线的温度被路由为最接近加热区（例如，注射器112、热传导检测器510和外部炉106）以抑制或阻止烃类气体的冷凝。
如图6A所示，阀502初始地切换成“关”以填充进样环路504。为了填充进样环路504，样本气体通过端口1进入阀502，通过端口10离开以填充进样环路504，通过端口3再次进入阀，以及通过端口2离开。在进样环路504被填充的同时，子系统的其余部分被供应载气以在分析期间提供或维持载气流。流经并加压容纳于等温炉中的柱的载气由气相色谱仪102来控制。气相色谱仪102中的第一电子压力控件514控制载气流以反冲洗前置柱506并且控制用于分析子系统500的主流。来自第一电子压力控件514的载气通过端口4进入阀502，通过端口5离开以冲洗前置柱506、通过端口9再次进入阀、通过端口8离开以及在通过气体入口/出口110离开之前流经流量控制器512。气相色谱仪102中的第二电子压力控件516控制去往分子筛分析柱508以及继续去往热传导检测器510的载气流。来自第二电子压力控件516的载气通过端口7进入阀502、通过端口6离开、流经分子筛分析柱508以及随后通过热传导检测器510离开。
当分析系统100开始输送气体样本时，阀502被切换成“开”，如图6B所示。来自第一电子压力控件514的载气进入阀502的端口4，通过端口3离开以及推送样本通过进样环路504并进入端口10。样本加上载气随后通过端口9离开阀502、流经前置柱506、通过端口5进入阀、通过端口6离开以及流经分子筛分析柱508至热传导检测器510。前置柱506隔离比甲烷重的组分，并且分子筛分析柱508隔离和分离氦、氧、氮和甲烷。在实验确定的经过时间（例如，0.1分钟到10分钟，或者1.3分钟到1.7分钟）之后，阀502被切换为“关”以允许在前置柱506柱中俘获的较重组分排出并且在分子筛分析柱508中俘获的组分经过热传导检测器510。图7示出来自分析子系统500的样本色谱（主峰被标记）。
分析子系统520用于检测和量化包括C1到n-C5的烃类，以及氮和/或氧（例如，空气）、二氧化碳、硫化氢和大于n-C5（即，C6+）的烃类。如所描绘的，分析子系统520包括十端口阀522（可从Valco仪器公司获得）、进样环路524、前置柱526、分析柱528以及热传导检测器530。柱526和528可以是1/8”SS非极性填充柱。在示例中，前置柱526是18英寸长且分析柱528是30英尺长。阀522被配置于串联反向模式中，其允许比己烷（C6+）更重的组分作为一个聚合峰首先洗脱，然后是氮和/或氧（例如，空气）、甲烷、二氧化碳、乙烷、硫化氢、丙烷、i-C4、n-C4、i-C5以及n-C5，全部作为单独峰。
如图8A所示，阀522初始地切换成“关”以填充进样环路524。为了填充进样环路524，样本气体通过端口10进入阀522，通过端口1离开以填充进样环路524，通过端口8进入阀，以及通过端口9离开。在进样环路524被填充时，子系统的其余部分被供应载气以提供或维持载气流。来自气相色谱仪102中的第三电子压力控件532的载气通过端口7进入阀522，通过端口6离开，流经分析柱528，通过端口4进入阀522，通过端口5离开，流经前置柱526，通过端口2进入阀，通过端口3离开阀，以及流经热传导检测器530。
当分析系统100开始输送气体样本时，阀522被切换成“开”，如图8B所示。在阀522被切换为“开”的情况下，来自第三电子压力控件532的载气流入阀522的端口7，离开端口8，通过进样环路524冲洗样本并通过端口1进入阀522，通过端口2离开，以及进入前置柱526。从前置柱526，样本通过端口5流入阀522，通过端口6离开，通过分析柱528，通过端口4进入阀522，通过端口3离开，以及进入热传导检测器530。前置柱526俘获C6+组分，且分析柱528捕获和分离比C6更轻的组分。在实验确定的经过时间（例如，0.1分钟到10分钟，或者0.7分钟到1.0分钟），阀522被切换为“关”以允许C6+组分作为聚合峰首先洗脱，然后其余的单独分离的C1-C5组分通过热传导检测器530。图9示出来自分析子系统520的样本色谱（主峰被标记）。
分析子系统540包括六端口阀542（可从Valco仪器公司获得）、进样环路544、气体分析柱300、四端口阀308以及火焰离子化检测器312。气体分析柱300（在气相色谱仪102中）分离从甲烷（C1）到二十烷（C20）范围内的烃类。在正常戊烷之后洗脱的组分（即，C6、C7、C8等）被分组成“假”组分，除用户选择的芳香烃和同分异构体之外。
如图10A所示，阀542初始被切换为“关”以填充进样环路544。气体样本进入阀542的端口1，通过端口6离开，填充进样环路544，通过端口3进入阀542，以及通过端口2离开。当进样环路544被填充时，子系统的其余部分被供应载气以准备开始分析过程。来自气相色谱仪102中的前入口112的载气通过端口4进入阀542，通过端口5离开阀542，流经气体分析柱300和阀308，然后通过火焰离子化检测器312离开。当分析系统100开始输送气体样本时，阀542被切换成“开”，如图10B所示。载气通过端口4进入阀542，通过端口3离开阀，迫使样本通过进样环路544并通过端口6进入阀542，通过端口5离开阀542，以及进入气体分析柱300。在通过气体分析柱300之后，样本通过阀308并进入火焰离子化检测器312。图11示出来自分析子系统540的样本色谱。
等温炉106（例如，可从Varian公司，现在的Agilent技术公司获得）容纳阀502、522和542以及柱506、526和528。等温炉106的温度由接近气相色谱仪102顶部的温度控制器116来控制。温度控制器118控制从气体入口110到外部样本源的传输样本传输管线322的温度，如从不锈钢样本筒或气袋采样的情况那样。分析系统100中的所有传输管线被容纳于系统中（例如，闪蒸装置104中、气相色谱仪102中、等温炉106中等等），并且被加热使得避免形成冷点。因此，气态组分被阻止在传输管线中冷凝。
阀502、522和542被连接起来以允许与这些阀耦合的恒定体积进样环路以串联方式被填充。如图12所示，来自闪蒸装置104的样本通过端口2进入阀502。在填充进样环路504之后，气体流出阀502的端口2并进入阀542的端口1。在填充进样环路544之后，气体流出阀542的端口2并进入阀522的端口10。在填充进样环路524之后，气体流出阀522的端口9并通过气体入口/出口110离开系统。当处理包含有毒或有害组分（例如，硫化氢）的样本时，如图13所示，管线可从气体入口/出口110经过洗涤液1300以从排出的气体中去除有毒或有害组分。在一些情况下，如图14所示，来自气体入口/出口110的气体可按气泡形式通过溶液1400以隔离已知组分，并且溶液可使用滴管1402来滴定。
在进样环路504、524和544被填充的同时，分析子系统500、520和540的其余部分利用载气来净化。在进样环路被填充且蒸气已达到平衡温度和压力之后，阀502、522和542同时从“关”切换成“开”，并且载气迫使样本蒸气通过进样环路并分别进入热传导检测器510、热传导检测器530以及气体分析柱300以用于检测和定量测定。来自分析子系统500、520和540的蒸气样本数据由数据采集系统122获得并由微处理器124操纵。蒸气样本数据可与如本文中参考图3和图4所述那样获得的液体样本数据结合以产生来自比重瓶200的样本（例如，充气流体）的成分。
在一些情况下，气体入口/出口110可用于使气体回流通过样本管线并进入贮气罐238。在示例中，与气体入口/出口110耦合的载气源被用于冲洗来自分析系统100的样本或大气。载气流入阀522，从阀522到阀542，从阀542到阀502，以及从阀502到闪蒸装置104中的贮气罐238。
图1A中所描绘的微处理器124允许对分析系统100的自动控制，包括识别流体平衡、准确地设置和读取温度、压力及体积设备，所有这些可影响所生成的数据的可靠性。自动控制可使用硬件、软件或两者来实现。软件可被配置成在尽可能少的操作员影响的情况下运行测试协议，并且可完全地监控和控制压力、体积和温度。在一些情况下，软件被配置成控制（例如，维持或改变）样本体积，同时将来自例如闪蒸装置104的气体、液体和/或固体推送到气相色谱仪102。在该过程期间，压力、体积、温度和色谱分析数据被记录，从而允许计算期望属性（例如，PVT属性）。在示例中，阀252被自动操作，使得来自比重瓶200的流体样本经受闪蒸并且蒸气样本从闪蒸装置104直接流到气相色谱仪102。阀502、522和542也可被自动操作，使得来自闪蒸装置104的蒸气样本串联地填充进样环路504、524和544，并且蒸气样本从进样环路到火焰离子化检测器312和热传导检测器510和530的流动基本上同时启动。
鉴于本描述，对本领域技术人员而言，各个方面的进一步修改和替换实施例将是显而易见的。因此，本描述应当仅仅视为说明性的。应当理解，本文所描绘和描述的形式被视作实施例的示例。元素和材料可替代本文所示出和描述的那些，部件和过程可被颠倒，并且某些特征可被独立地使用，所有这些将对受益于本描述的本领域技术人员显而易见。可对本文描述的元素进行改变而不背离所附权利要求书所述的精神和范围。
Claims (20)
1.一种分析系统，包括：
外壳，包括：
闪蒸装置，其被配置成部分地汽化加压储层流体以产生汽化气体和储层液体；
第一色谱分析子系统，其流体地耦合至所述闪蒸装置；以及
第二色谱分析子系统，其流体地耦合至所述第一色谱分析子系统，
其中所述第一色谱分析子系统和所述第二色谱分析子系统被配置成同时启动以检测所述加压储层流体中的组分。
2.如权利要求1所述的分析系统，其特征在于，所述第一色谱分析子系统和所述第二色谱分析子系统被同时启动以检测所述加压储层流体中的组分。
3.如权利要求1或2所述的分析系统，其特征在于，所述第一色谱分析子系统被配置成检测固定气体。
4.如权利要求1至3中任一项所述的分析系统，其特征在于，所述第二色谱分析子系统被配置成检测C1至C5烃类。
5.如权利要求1至4中任一项所述的分析系统，其特征在于，所述外壳还包括第三色谱分析子系统，并且所述第三色谱分析子系统被配置成检测C1至C20烃类。
6.如权利要求5所述的分析系统，其特征在于，所述第三色谱分析子系统包括火焰离子化检测器。
7.如权利要求6所述的分析系统，其特征在于，还包括：
气体分析毛细管柱；
液体分析毛细管柱；以及
选择器阀，
其中所述气体分析毛细管柱和所述液体分析毛细管柱经由所述选择器阀耦合至所述火焰离子化检测器。
8.如权利要求7所述的分析系统，其特征在于，所述第三色谱分析子系统包括所述气体分析毛细管柱。
9.如权利要求1至8中任一项所述的分析系统，其特征在于，所述第一色谱分析子系统包括第一热传导检测器，且所述第二色谱分析子系统包括第二热传导检测器。
10.如权利要求1至9中任一项所述的分析系统，其特征在于，还包括被配置成将汽化气体从所述闪蒸装置输送到所述第一色谱分析子系统的导管，其中所述导管的温度是利用所述分析系统中的可用热量来控制的。
11.如权利要求1至10中任一项所述的分析系统，其特征在于，还包括单个数据采集系统，其中所述单个数据采集系统耦合至所述第一色谱分析子系统、所述第二色谱分析子系统以及所述闪蒸装置。
12.如权利要求11所述的分析系统，其特征在于，所述单个数据采集系统被配置成采集与被提供给所述闪蒸装置的加压储层流体的成分有关的数据。
13.如权利要求12所述的分析系统，其特征在于，还包括与所述数据采集系统耦合的微处理器，其中所述微处理器可操作用于基于由所述数据采集系统采集的数据来估计被提供给所述闪蒸装置的加压储层流体的气油比。
14.如权利要求1至13中任一项所述的分析系统，其特征在于，所述闪蒸装置被配置成部分地汽化加压储层流体以产生与汽化气体和储层液体一起的自由水。
15.如权利要求1至14中任一项所述的分析系统，其特征在于，所述闪蒸装置被配置成部分地汽化加压储层流体以产生平衡的储层液体。
16.一种方法，包括：
部分地汽化加压储层流体以形成汽化气体和储层液体；
向串联的两个色谱分析子系统自动地提供所述汽化气体的单个样本；
利用单个数据采集系统从所述两个色谱分析子系统采集与所述汽化气体的成分有关的数据；以及
基于由所述单个数据采集系统所采集的数据来量化所述储层液体的成分。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括向与所述两个色谱分析子系统串联的第三色谱分析子系统自动提供所述汽化气体的单个样本的一部分。
18.如权利要求16或17所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述储层液体的一部分提供给第三色谱分析子系统；
利用所述单个数据采集系统来采集与来自所述第三色谱分析子系统的储层液体的成分有关的数据；
将与所述储层液体的成分有关的数据和与所述汽化气体的成分有关的数据组合；以及
基于由所述单个数据采集系统所采集的数据来量化所述加压储层流体的成分。
19.如权利要求16至18中任一项所述的方法，其特征在于，还包括在将所述汽化气体的单个样本自动提供给串联的两个色谱分析子系统之前抑制所述汽化气体的冷凝，其中抑制所述汽化气体的冷凝包括利用可用热量来加热所述汽化气体。
20.如权利要求16至19中任一项所述的方法，其特征在于，还包括估计所述汽化气体与所述储层液体的重量比。
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