CN1947005A - 采样时声学地确定流体性质的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种声学地分析流体样品并确定样品的一个或多个性质的装置和方法。该装置包括室、放置在室中用于发送声波信号穿过流体的发送器、可移动地放置在室内流体中用于反射声波信号的反射器，以及放置在室内用于探测声波信号的反射的接收器。该方法利用发送器、可移动地放置在室内流体中的反射器，以及接收器，以基于其一个或多个声学性质表征流体样品。

Description

采样时声学地确定流体性质的装置及方法
技术领域
本发明涉及声学地分析流体样品的装置及方法。更特别地，本发明涉及在现场条件下声学地确定流体样品的各种特性的装置及方法。
背景技术
密度是可单独或与其他性质一起用来表征许多工业处理中如石油、化学以及食品工业中的流体的基本物理性质。如果在流体样品的输运和分析过程中足够小心，那么密度的实验室测量值可达到0.01％或更高的精确度。
已提出了多种测量流体密度的方法，但不是非常适合于现场使用。例如，如果将声换能器直接贴附到流体样品室上，那么许多常规密度计受它们的物理架构所限制。当室受到极端的现场压力时，室尺寸可能受影响，因而需要随流体样品压力的每个改变重新校准设备。在所进行的密度测量中，净效应具有更大程度的不确定性。如在关于超声波、铁电和频率控制的IEEE学报的2002年9月刊的Vol.49，No.9中Ricardo Tokio Higuti和Julio Cezar Adamowsk所发表的名称为“使用多次反射技术的超声波密度计”中所讨论的，已研发了多种其他密度测量设备使精确度达到最大同时减小材料复杂度。但是，这些设备的精确度也受可能改变设备尺寸的流体样品的温度和压力条件所限制。结果在极端的压力下，这些设备可能需要关于每个流体样品的额外重新校准和/或可能出现不可接受的结果。
如在美国专利号5,708,191和5,886,250中更充分描述的，用来测量流体密度的另一种一般超声波方法基于参考物质和流体样品之间界面处的反射系数的测量。‘191和‘250专利每个都描述依靠放置在流体中的材料楔体确定流体样品的密度的方法。楔体的材料性质限于材料具有不大于流体样品的十一(11)倍的声阻抗。因此，这些方法受可能受完全不适合于某些流体和现场条件的它们的材料要求所限制。
在石油工业中，储油层通常离地面几千英尺，并且典型地处于达到每平方英寸好几万磅的极端压力下。这些深度处的地热温度处于250或更高量级。因此，大部分常规工具及相关方法不适合于或无法应用于在现场温度和压力下进行地球中地层流体样品的密度测量。因此，通常将用常规装置如有线设备获取的地层流体样品运送到实验室，在那里在模拟现场压力和温度的可控条件下可以确定密度和其他性质。流体性质会充分影响关于是否能经济地实现生产的判定，以及这种生产的为期、费用和单位价格的判定。
但是，地层流体样品到地面环境的转移可能导致流体样品中的几种不可逆的改变。例如，在流体样品上升到地面的过程中，压力和温度均充分地降低。压力和温度改变会引起流体样品的某些成分从溶液和/或胶状悬浮体中不可逆地沉淀，导致地面测试低估流体样品。通过将地层流体样品保留在现场条件下也可以避免生产事件例如石蜡或沥青沉积。由于这些原因，在测试期间保留流体样品的现场状态优于模拟现场条件。
在2003年4月10日出版的在此引用作为参考的美国专利申请系列号10/242,112中说明解决该问题的常规有线采样设备的一个例子。‘112申请描述用于维持迁移到地面供测试的深地层井样品的单相完整的设备或工具。参考‘112申请的图1，通过从缠绕着缆绳12的吊机19卷绕或解绕缆绳12将采样和测量器械(工具)13安放在钻孔10中。当将器械13放置到所关注的地层附近时，将深度指示器20的深度信息连接到信号处理器21和记录器22。将控制电路23的电控制信号通过包含在缆绳12中的导电体传输到器械13。采样机械或工具13包括液压动力系统14、流体样品储存部分15，以及采样机械部分16。采样机械16包括可选择地伸缩的井壁接合盘元件17、可选择地伸缩的流体接纳采样探针元件18，以及双向泵浦元件19。在样品储存部分15中是一个或多个样品聚集室30。图2示意地说明聚集室30的基本配置。虽然改进了流体样品现场条件的保存，但该工具不能解决与在实验室中分析地层流体样品相关的其他问题，例如：
使用常规有线设备可获得的流体样品数量的局限性；
传输延迟；
不适当的处理和调节引起的流体样品的退化；
延误测试结果用于野外评价(油气远景)和井计划；
实验室条件和仪器的局限性；以及
出口限制。
但是，如2004年1月27日提交的在此引用作为参考的美国专利6,683,681B2号中所说明的，可以在现场分析某些流体性质。‘681专利描述装置及方法，其用于沿着连续体测量流体的折射率、用于测量削弱的反射谱，以及用于解释用装置进行的测量以确定多个地层流体参数。但是，该设备可能要求比必要的或期望的更复杂和精密的装置，以确定地层流体样品的某些物理参数尤其是声波速度。
其他常规技术可以基于现场流体样品的压力梯度和地球化学参数而提出估计的或模拟的流体样品的压力、体积和温度(PVT)。但是，按常规提出的指数和/或评估技术会受必须分析的流体样品的物理性质和它们的精确度所限制，它们可能跟实验室值偏离10-15％。
因此，需要能够通过在现场条件下的名义校准精确地确定流体性质如速度、体积、密度、可压缩性和粘性的设备。另外，需要简单、有效并且容易包含于常规有线流体采样工具或任何井下采样设备中的设备。最后，这种设备还应当能够在其他行业中分析类似流体性质。
发明内容
本发明提供声学地分析流体的装置，包括：
保持流体的室；
放置在室中用于发送声波信号穿过流体的发送器；
可移动地放置在流体中用于反射声波信号的反射器；以及
放置在室中用于探测声波信号的反射的接收器。
因此，本发明提供声学地分析流体样品的装置，包括室、放置在室中用于发送声波信号穿过流体的发送器、可移动地放置在流体中用于反射声波信号的反射器，以及放置在室中用于探测声波信号的反射的接收器。
在另一种实施方案中，本发明提供使用发送器、放置在流体中基本固定的反射器，以及接收器而声学分析室中的流体样品的方法。该方法包括从发送器发送声波信号穿过流体，以及在接收器探测来自反射器的声波信号反射的步骤。在另一种实施方案中，本发明提供使用发送器、可移动地放置在流体中的反射器，以及接收器而声学分析室中的流体样品的方法。该方法包括从发送器发生声波信号穿过流体，以及当反射器移动时在接收器探测来自反射器的声波信号反射的步骤。
附图说明
参考附图描述本发明，其中相似参考数字指示相同或功能上类似的元件。
图1是‘112申请的图1中所说明的地层流体采样器和协作设备的示意说明。
图2是参考‘112申请的图2描述的地层采样工具的一种实施方案的示意截面图。
图3是说明本发明的一种实施方案及其相关部件的部分前视图。
图4A是图3中所说明的反射器的沿着线4A-4A的横截面侧视图。
图4B是图4A中所示的反射器的另一种实施方案的横截面侧视图。
图5是说明本发明的一种方法的流程图。
具体实施方式
在石油和天然气行业中，为了找到油气沉积和确定已知储油层的油气生产潜力花费了大量金钱。在找出油气和评估它们的潜力的寻求中，使用探井。这些井也可以用来确定所存在的油气的其他性质。用来构造这些井的设计规范和材料成本通常依赖于油气的性质如油气比、粘性、可压缩性、气泡点压力、体积、速度和密度。
通常，有线地层测试工具如图1中说明的Baker Atlas储油层特征仪器可用来采样通过探井从地层中提取的地层流体。最初，提取的流体可能受到钻井过程中所使用的流体液滤(“泥浆”)高度污染。为了获得足够干净的样品(通常小于10％的污染物)，使得样品将提供关于地层的有意义的实验室数据，通常在实时监测清洗时，从井筒中泵浦出地层流体。然后，可以将这些提取的流体井下收集到桶罐中供随后在地面上的实验室分析。因此，在井筒环境中的测量仪器必须在有限空间内和在包括升高压力、温度、振动和冲击的极端条件下工作。
本发明提出用于确定流体样品的一个或多个性质的这种仪器，它可用于实验室环境和/或包含于供现场使用的常规有线流体采样工具中。
现在参考图3，说明用于流体样品的声学分析的装置的一种实施方案。该装置包括样品流体的室300。室300包括密封的第一端302、可滑动地布置在室300的第二端306中的活塞304，以及用于将流体引入室300中的导管308。本领域技术人员应当认识到导管308只是可用来向室300充注流体样品至预先确定压力的许多部件的一种。相同的导管308，或另外的导管(没有显示)可用来安全和可控地从室300中放出流体样品。
伺服电机310可通过一个或多个机器螺钉连接到活塞304，并通过电源/数据电缆330由计算机控制，以便驱动活塞304和改变室300中的流体的压力和温度的至少一个。活塞304和室300可以隔热以基本上维持室300中的流体的压力和/或温度。
将发送器和接收器放置在室300中，以分别用于发送声波信号穿过流体以及探测声波信号的反射。可以将发送器和接收器分别固定地安装到室300中靠近第一端302和活塞304上，反之亦然。在一种实施方案中，在单个压电换能器312中实现发送器和接收器，用固定地安装在室300中靠近第一端302的静止活塞314将它支撑在室300的流体中。0.5”直径1MHz的Valpey Fisher压缩波声换能器是优选的，但是可以使用发出大约0.5MHz至大约10MHz范围内声波信号的任何换能器。因为换能器312自由地悬挂在室300中的流体样品中，在换能器312和流体样品之间不需要界面修正。可选地，可以将换能器放置在活塞304上，这允许对应于从储油层压力以下开始直到室300的压力限制的压力变化的声波反射的连续监测。其他优点可以包括沙子进入的早期指示和监测泵浦效率。
将反射器316可移动地放置在室300内的流体中以便反射声波信号和混合流体。因此，将反射器316放置在换能器312对面并与活塞304相对。反射器可以是图3和图4A中所示的环形，可选地也可形成图4B中所示的圆盘。在任一种实施方案中，反射器316包括第一反射面318和第二反射面320。反射器316还包括穿过反射器316的纵向开口322。反射器316形状上基本是圆柱形的，但是根据材料要求和室300的设计可以包括可选的形状。穿过反射器316的纵向通道322形成台阶而在反射器316中形成第二反射面320。因此，基于反射器316的构造知道距离(D)。可以用具有足够低的热膨胀系数和高的体积模量的任何材料，包括例如当材料在室300中受到极端温度和压力时减小距离(D)的任何变化的任何非腐蚀性金属或金属合金来制造反射器316。
因为反射器316自由地悬挂在室300内并浸入到流体样品中，它仅经历流体的均衡压缩。不像其余部件，它不经历差应力。因此，通过本领域中众所周知的技术容易从其已知的材料性质校准作为温度和压力的函数的反射器体应变。因此，当材料在室300中受到极端温度和压力时，反射器316的材料性质减轻距离(D)的任何变化。
在图4B中说明反射器的可选实施方案。类似于反射器316，反射器416基本上是圆柱形，但是形成没有图4A中所示的纵向通道322的圆盘。反射器416还包括第一反射面418和第二反射面420。也可以用具有足够低的热膨胀系数和高的体积模量的任何材料制造反射器416。
方波脉冲器/接收器324通过电缆330跟换能器312电连接，以便驱动换能器312以及处理声波信号的反射。Panametrics Model5077PR方波脉冲器/接收器是优选的，但是也可使用其他商用脉冲器/接收器。脉冲器/接收器324可以通过从得克萨斯州休斯顿的Kemlon产品和研发公司获得的高压电馈通连接器跟换能器312电连接。脉冲器/接收器324优选地以脉冲/回波模式驱动换能器312。脉冲器/接收器324提供射频(RF)输出，并且可以通过电缆330连接到将声波信号的反射成像的示波器326。可使用任何商用示波器如Agilent Technologies 54657A 500MHz示波器。
计算机328可以用来操作伺服电机310、脉冲器/接收器324，以及示波器326。计算机328可以包括部件，包含处理单元、操作员界面，以及工具接口。计算机328还可以包括存储器，其包含速度计算模块、体积计算模块、密度计算模块，以及反射器校准模块。计算机328还可包含将包括存储器的多个系统部件连接到处理单元的总线。计算机328是合适的计算环境的一个例子，并不打算暗示关于本发明用途和功能范围的任何限制。此外，当装置在井筒中使用并且通过电缆330连接到地面时，可以将计算机328和示波器326放置在地层的表面。可选地，计算机328可以具有示波器，从而取消需要分立的示波器326。可以用任何已知类型的电缆构建电缆330，用于在计算机328、脉冲器/接收器324和/或伺服电机310之间传输信号和/或功率。可选地，可将计算机328放置在地面之下，包含在装置中，放置在远程位置，或放置在任何其他方便的地方。
存储器优选地存储可描述为包含由计算机328执行的计算机可执行指令的程序模块的各种模块。反射器校准模块包含校准反射器距离(D)所需的计算机可执行指令。速度计算模块包括计算在现场压力下流体样品的声波速度所需的计算机可执行指令。体积计算模块包括计算室300中流体的体积所需的计算机可执行指令。并且密度计算模块包括计算流体的密度所需的计算机可执行指令。在下面结合使用装置的方法进一步描述这些程序模块。
一般地，程序模块包括执行特定任务或实施特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。此外，本领域技术人员应当认识到可以用其他计算机系统配置，包括手持设备、多处理器系统、基于微处理器或可编程消费电子、小型机、大型计算机等实施本发明。也可以在分布式计算环境中实施本发明，其中用通过通信网络连接的远程处理设备执行任务。在分布式计算环境中，可将程序模块布置在包括存储器设备的本地和远程计算机存储媒介中。
虽然计算机328显示为具有通用存储器，但它可以包括许多计算机可读媒介。作为例子而不是限制，计算机可读媒介可以包括计算机存储媒介和通信媒介。存储器可以包括易失性和/或非易失性存储器形式的计算机存储媒介，例如只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)。包含例如在启动期间帮助在计算机328中的元件之间传输信息的基本例程的基本输入/输出系统(BIOS)典型地存储在ROM中。RAM典型地包含可立即访问的和/或当前正由处理单元运行的数据和/或程序模块。作为例子而不是限制，计算机328还包括操作系统、应用程序、其他程序模块，以及程序数据。
存储器中所示的部件还可以包含在其他可移动/不可移动、易失性/非易失性计算机存储媒介中。仅作为例子，硬盘驱动器可以对不可移动的、非易失性磁介质进行读写，磁盘驱动器可以对可移动的、非易失性磁盘进行读写，并且光盘驱动器可以对可移动的、非易失性光盘，例如CD ROM或其他光媒介进行读写。可以在包括但不限于磁带盒、闪存卡、数字通用盘、数字视频带、固态RAM、固态ROM等的示例操作环境中使用其他可移动/不可移动、易失性/非易失性计算机存储媒介。上面讨论的和在图3中说明的驱动器和它们的相关计算机存储媒介提供计算机可读指令、数据结构、程序模块，以及计算机328的其他数据的存储。
在操作中，这样描述的装置可用来以具有优于常规工具的改进精确度确定室300中高达大约400和25,000psi的各种流体的声波速度和其他物理性质。各种流体包括但不限于储油层油气和其他类型的易混合流体和多相不易混合流体。如果单相易混合流体是优选的，那么当需要维持均匀溶液时，反射器316或416的任一个可以用来混合或搅动流体样品。这可以使用两个独立驱动的电磁线圈来实现。例如，在图3所示的实施方案中使用第一线圈340和第二线圈342。每个线圈340和342分别围绕室300以形成至少一个完整环。每个线圈340和342可以使用电缆330跟电源连接，它可以是跟用来驱动换能器312的相同的电源。通过交替供电给每个线圈340和342，由于反射器的材料性质，可以在室300内操纵反射器316或416。从而反复操纵反射器的过程用来混合流体样品。如参考图5进一步描述的，反射器的操纵也可用于确定流体样品的体积、速度和气泡点压力。
图5中的流程图说明用于操作参考图3描述的装置的方法的一种实施方案。在步骤500中，可以基于构成反射器316的材料的已知热膨胀系数和室300中流体样品的压力校准在第一反射面318和第二反射面320之间的距离(D)。但是，根据构成反射器316或416的材料，可能不需要校准该距离(D)。
在步骤502中，换能器312发送声波信号。当信号离开换能器312时，在它穿过室300中的流体时它在多个方向上辐射。路径332定义声波信号当它离开换能器312、从第一反射面318反射，并返回到换能器312时的运动。路径334定义声波信号当它离开换能器312、从第二反射面320反射，并返回到换能器312时的运动。路径336定义声波信号当它通过开口322、从活塞304反射，并返回到换能器312时的运动。在每种情况中，反射器316基本上固定，但是如下面说明的也可从路径336移开。
当声波信号沿着路径332、334和336行进时，在步骤504中由换能器探测声波信号的反射。基于声波信号遍历每个路径332、334和336所花费的飞行时间，可以在步骤506中确定室300中的流体样品的声波速度、体积和密度。
可以确定在预先确定的温度和压力(Vel.T，P)下室300中的流体样品的声波速度：
Vel.T，P＝DT，P÷0.5×(T2-T1)
其中DT，P是在流体样品温度和压力下的校准距离(D)；T2是声波信号沿着路径334行进的飞行时间；并且T1是声波信号沿着路径332行进的飞行时间。对于更精确的结果，可以使用导致重复声波的多信号重复该计算。示波器326显示探测反射的图像，使得使用示波器326和/或计算机328可容易确定T2和T1。已经发现使用该方法的水的声波速度测量符合物理常量的AGU参考中引用的声波速度的+/-0.5％内。
一旦知道声波速度(Vel.T，P)，可以确定预先确定的温度和压力下的样品体积(Vol.T，P)：
Vol.T，P＝(0.5×T3×Vel.T，P)×(π×R2)
其中T3是声波信号遍历路径336的飞行时间，而R是活塞半径。为了减小测量T3时误差的可能性，应当将反射器316或416放置成远离路径336。例如，妨碍路径336的反射器316或416的任何表面可能产生T3的错误结果。可以通过移动室300和/或给第一线圈340加电以吸引反射器316或416远离路径336来实施这点。
一旦知道流体样品体积(Vol.T，P)，可以确定预先确定的温度和压力下流体样品的密度(Den.T，P)：
Den.T，P＝M÷Vol.T，P
其中M是室300中的流体样品的已知质量。另外的反射面可用来测量声波信号在不易混合流体样品的每个相中的飞行时间(TN)和/或用来测试均匀性。
也可以使用第一线圈340和第二线圈342确定粘性、流体流动阻力。例如在步骤506中，可以通过在第一线圈340和第二线圈342之间交替供电，在室300中预先确定的第一位置和预先确定的第二位置之间操纵反射器316或416。当由于第一线圈340和第二线圈342所施加的磁力，反射器316或416在室300中移动时，第一预先确定位置和第二预先确定位置之间的距离对于使用示波器的本领域技术人员变得显然。用声波信号从第一位置和第二位置处的反射器316或416反射，并返回到换能器312的飞行时间之间的差(ΔT)来确定反射器316或416在第一位置和第二位置之间移动所花费的时间。因此，反射器316或416当它移过流体时的速度是反射器316或416的第一位置和第二位置之间的距离除以ΔT。可以使用众所周知的技术从反射器316或416的速度及其已知的物理性质确定流体的粘性。该技术提供改进的粘性曲线而不需要复杂和昂贵的时序电路。此外，可以在现场位置执行该技术，从而可以取消使用复杂的实验室设备。
在实验上测试用于确定室300中的流体样品的各种物理性质的前述装置和方法，这在下面的例子中进一步描述。
实施例1
在该例子中，参考图3描述的装置在实验室架构中用来分析在242温度下的具有49.8710克的质量的原油流体样品。包含原油样品的室受到下面表格1中所示的各种压力，每个压力(列1)表示为磅每平方英寸。在每个压力下，发送声波信号穿过原油样品，并且声波信号从反射器(环形)和活塞的反射被探测、记录并用来编译表格1。每个压力下原油样品中声波信号的速度(Vel.TP)表示为英尺每秒(列2)；每个压力下的原油样品的密度(Den.TP)表示为克每立方厘米(列3)；并且每个压力下的原油样品的体积(Vol.TP)表示为立方厘米(列10)。距离(D)为1.503英寸，表示第一反射面和第二反射面之间的距离。T1和T2分别根据环顶(列6)和环底(列7)以微秒表示。T3根据活塞也以微秒表示(列8)。圆柱位置(列9)基于列1和列2中相应的压力和速度数值以英寸来表示活塞304和换能器312之间的距离。圆柱位置用来确定原油样品体积，在每个压力下使用体积校正因子9.4136c.c.来调节它。
基于预先确定的温度和压力下原油样品的速度、体积和/或密度，还可以确定它的可压缩性和绝热可压缩性。原油样品的可压缩性是确定储油层品质的基本部分。施加压力到原油样品会减小其体积。相反地，施加压力到原油样品将增加其密度，这在表格1中反映。
表1
  列1Psi   列2速度(ft/sec)   列3密度(gm/cc)   列4可压缩性(dv/dpsi)l/Vo   列5绝热可压缩性(l/psi)   列6环顶(usec)   列7环底(usec)   列8活塞(usec)   列9圆柱位置(in.)   列10体积(cc)
  19951   5205   0.7445   3.91E-06   3.67E-06   91.68   139.6   142.9   4.4760   66.9845
  19054   5132   0.7416   4.20E-06   3.79E-06   93.76   142.4   145.8   4.4966   67.2498
  17922   5035   0.7376   4.51E-06   3.96E-06   96.64   147.1   149.6   4.5245   67.6083
  16981   4952   0.7342   4.84E-06   4.11E-06   99.28   149.7   153.2   4.5494   67.9289
  16023   4865   0.7304   5.22E-06   4.29E-06   102   153.3   157   4.5767   68.2795
  14981   4766   0.7260   5.67E-06   4.49E-06   105.5   157.7   161.6   4.6088   68.6925
  14072   4675   0.7219   6.18E-06   4.69E-06   108.6   161.9   165.8   4.6392   69.0840
  13019   4566   0.7167   6.81E-06   4.96E-06   112.6   167.2   171.3   4.6778   69.5802
  11973   4452   0.7112   7.56E-06   5.25E-06   117   174.1   177.2   4.7203   70.1268
  11063   4348   0.7058   8.44E-06   5.55E-06   121.4   178.7   183   4.7613   70.6549
  9995   4218   0.6990   9.59E-06   5.96E-06   126.9   187   190.2   4.8155   71.3511
  8946   4081   0.6914   1.11E-05   6.43E-06   134.4   195.3   198.9   4.8765   72.1357
  7995   3948   0.6836   1.26E-05   6.95E-06   141   204.2   207.9   4.9404   72.9578
可压缩性(列4)由下式确定：
Com.＝(Vol.T，P1-Vol.T，P2)÷(P1-P2×1/Vol.T，P1)
其中Vol.T.P1是在预先确定温度(T)和压力(P1)下的原油样品的初始体积；Vol.T，P2是在相同的温度(T)但不同的压力(P2)下的原油样品的体积。绝热可压缩性(列5)对于储油层管理也可能有用，通过下式确定：
Com.＝√Vel.T，P÷Den.T，P
其中先前已计算了Vel.T，P和Den.T，P。将幂律调整应用到表格1中说明的数据上，以便提供数据的线性图。通过本例子和其他例子说明的结果显示出这里用来确定密度(Den.T，P)的装置和技术比使用比重瓶的密度测量更精确，比重瓶被确定包含大约-0.39％的误差幅度。
表示开始在包含溶解气体的原油样品上面形成气泡的压力的气泡点压力在储油层管理中扮演重要角色。例如，在低于气泡点压力的压力下获取的原油样品通常产生比原油更大的其他体积。可以通过将原油样品压缩到高于其气泡点的压力，然后缓慢地减小其压力并观察(视觉上或使用可压缩性结果)何时和何处开始形成气泡，从而测量气泡点压力。因为可以仅通过搅动或混合原油样品确定精确的气泡点压力，参考图3描述的装置及其现场应用很好地适合于气泡压力测量。
因此，本发明提供用于流体表征和定量解释的流体性质的精确有效确定而不需要归因于动态室尺寸的校准。石油和天然气勘探领域的技术人员将认识到本发明的现场应用可用于地震活动的定量解释，例如幅度校准和油气远景的评估。其他好处将是显然的，包括：
与流体样品提取同时的分析；
不依赖于处理、传输和输出；
由于以更近间隔的流体表征，成分梯度的更精确确定；
作为在地层流体样品测量时对泥浆液滤入侵的更精确校正的结果，更干净的样品；
Gassmann流体置换方程的输入；
确定何时流体样品足够干净供测试；
监测流体样品对温度和压力的依赖性，这可能包含4D校准的重要信息；
作为渐减压力的函数的储油层温度下声波性质的测量，其提供原油的气泡点压力的很好评估。
重组分(沥青)漏失的立即探测，从而防止对更改样品的昂贵分析；
协同来自光、声、嗅觉、毛细管压力和NMR设备的其他结果；
可能的粘性和渗透性测量；以及
如果需要的话，将流体样品回复到其现场状态，以及将现场条件跟它的回复性质比较。
参考图3描述的本发明可以容易地包含于图1和图2中说明的流体采样设备的设计中。参考图2，聚集室30包括圆柱形壁42，其封套在相对的圆柱形塞子47和49之间的圆柱形体积50。在圆柱形体积50中是两个自由活塞54和56。自由活塞54和56将圆柱形体积50分成三个可变的体积室60，62和64。
例如，地层样品室64可以跟来自通过塞子47中圆柱体连接的地层泵19的阀门控制地层流体传输导管70相通。在最终组装时将搅动球55放置在样品室64中。井筒室60可以容纳导管76，它具有跟井筒环面的不可控的可逆流体连通。可以通过导管86和活塞54给在活塞54和56之间的中间室62充注合适的气体。导管86包括跟设置在活塞销孔座58中的阀门或塞子89串联的止回阀88。
圆柱形端部塞47和49形成关于定位器套子68和69的密封界面。将端部塞49从圆柱体端部移走，以便连接到活塞导管86。当中间体积62充注上气体时，气体压力驱动活塞54和56对抗相对限制套子68和69。当气体充注完成时，从活塞导管86移走充注导管。止回阀88防止来自体积62的废气流，直到导管86被阀门89密闭。通过装配端部塞49最后密闭圆柱形样品室64。井筒流体导管76穿透端部塞。
可以用图3中的反射器316代替图2中的混合球55。可以将换能器312放置在图2中的活塞56上或者图2中的塞子47中。可选地，可以将分立的发送器和接收器分别放置在活塞56或塞子47上，反之亦然。对塞子47和/或活塞56的名义修改可能是必要的并且对于本领域技术人员是显然的。可以通过连接图1中的脉冲器/接收器324跟缆绳12来修改图2中所示的采样工具的其余部分，以便将来自换能器12的声波数据沿着井筒向上发送到地面供复查和分析。因此，图2中说明的设备已提供用于将室64中的流体样品维持在现场条件的装置，从而仅需要轻微修改，以包括用于确定室64中的流体样品的各种声波性质的必要部件。另外，可取消伺服电机310，并且活塞304和室300不一定需要绝缘。
概括地说，本发明允许在现场条件下的多种应用的流体性质的实时表征。因此，已关于具体实施方案描述了本发明，其打算在所有方面是说明性的而不是限制性的。可选实施方案对本发明适用领域的技术人员是显然的，而不背离其范围。
从前述，将看到本发明是非常适合于获得前述所有目的和目标以及装置和方法所明显的和固有的其他优点的一个发明。应当明白某些特征和子组合是有用的，并且可以利用而不需要参考其他特征和子组合。这被认为包含在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种声学地分析流体的装置，包括：
保持流体的室；
放置在室中用于发送声波信号穿过流体的发送器；
可移动地放置在流体中用于反射声波信号的反射器；以及
放置在室中用于探测声波信号的反射的接收器。
2.根据权利要求1的装置，其中室包括密封的第一端、可滑动地布置在室的第二端中的活塞，以及用于将流体引入室中的导管。
3.根据权利要求2的装置，还包括用于驱动活塞和改变室中的流体的压力和温度的至少一个的伺服电机。
4.根据权利要求1的装置，其中室隔热以基本上维持室中的流体的压力和/或温度的至少一个。
5.根据权利要求1的装置，其中发送器和接收器在单个压电换能器中实现。
6.根据权利要求5的装置，还包括连接到换能器的方波脉冲器/接收器，用于驱动换能器并处理声波信号的反射。
7.根据权利要求6的装置，还包括连接到方波脉冲器/接收器的示波器，用于成像声波信号的反射。
8.根据权利要求6的装置，其中反射器是相对于活塞与换能器相对放置的环。
9.根据权利要求1的装置，还包括第一电磁线圈和第二电磁线圈，第一电磁线圈和第二电磁线圈被独立地驱动以操作反射器。
10.根据权利要求1的装置，其中反射器包括第一反射表面和第二反射表面的至少一个，用于分析包括速度、体积、密度、可压缩性和粘性中至少一个的流体性质。
11.根据权利要求1-10中的装置，其中流体分析器被包含在下降到地层里的井筒中的工具中，从而现场分析所述流体。
12.一种使用发送器、可移动地放置在室内流体中基本固定的反射器、以及接收器而声学地分析室中的流体的方法，该方法包括步骤：
从发送器发送声波信号穿过流体；以及
在接收器探测来自反射器的声波信号反射。
13.根据权利要求11的方法，其中发送器和接收器在单个压电换能器中实现。
14.根据权利要求11的方法，其中反射器是相对于室的另一端与换能器相对放置的环。
15.根据权利要求11的方法，还包括确定流体性质包括速度、体积、密度、可压缩性和粘性中至少一个的步骤。
16.根据权利要求11的方法，其中在预先确定的温度和压力下通过流体的声波信号的速度(Vel.T，P)由下式确定：
Vel.T，P＝DT，P÷.5×(T2-T1)。
17.根据权利要求15的方法，其中在预先确定的温度和压力下的流体的体积(Vol.T，P)由下式确定：
Vol.T，P＝(.5×T3×Vel.T，P)×(π×R2)。
18.根据权利要求16的方法，其中在预先确定的温度和压力下流体的密度(Den.T，P)由下式确定：
Den.T，P＝M÷Vol.T，P。
19.根据权利要求11的方法，还包括确定流体性质包括速度、体积、密度、可压缩性和粘性中至少一个的步骤。
20.根据权利要求12-19的方法，还包括将流体分析器结合于工具并且将该工具下降到地层中的井筒中以现场执行流体分析的步骤。
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