NO335561B1 - Fluorescens-spektrometer og fremgangsmåte for å måle fluorescensspektre i et fluid i et brønnhull - Google Patents

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Teknisk område

Foreliggende oppfinnelse angår en anordning og en fremgangsmåte for å utføre enkel fluorescensspektroskopi ved å bruke en ultrafiolett LED/lyskilde i et brønnhullsmiljø for å estimere prøverensing og API-tyngde basert på spektralrespons over tid. Traser blir tilføyd for å fremheve deteksjon av olje- og vann-basert slam.

Teknisk bakgrunn

Fluorescensanalyse er blitt utført på borkaks eller kjerneprøver fremskaffet under boring av brønner for å bestemme forekomsten av hydrokarboner i porefluid. Et eksempel på en slik teknikk kan finnes i US-patent nr. 4 690 821. I teknikker slik som disse blir borkaks eller kjerneprøver renset for å fjerne eventuelle borefluidprodukter som ellers kan interferere med analysen. Prøven blir knust og ekstrahert med et løsemiddel, som så blir analysert. Alternativt blir prøven bestrålt direkte og fluorescensen blir analysert. Selv om denne teknikken kan tilveiebringe rimelig nøyaktig analyse av porefluidene, er det visse ulemper. Kjerneprøver er forholdsvis kostbare å fremskaffe og må tilbakeføres til overflaten for analyse. Siden kjerneprøver bare blir tatt fra spesielle posisjoner, er det også mulig at hydrokarbonførende formasjoner kan bli oversett. Borekaks kan fremskaffes kontinuerlig under boring, men har den ulempe at det ikke er mulig å bestemme på overflaten nøyaktig hvor borekaksen stammer fra i et brønnhull, noe som gjør identifikasjonen av hydrokarbonførende formasjoner vanskelig. Borekaks gir heller ingen nøyaktig indikasjon på utstrekningen av eventuelle hydrokarbonførende formasjoner. Nyere innovasjoner er blitt konsentrert om å utføre fluorescensforsøk i et brønnhullsmilj ø.

US-patent 5 912 459 utstedt til Mullins m.fl., med tittelen "Method and Apparatus For Fluorescence Logging" beskriver en fremgangsmåte som omfatter å belyse et brønnhull med lys fra en kilde i et verktøy eller en sonde og detektere eventuell fluorescensstråling med en detektor i verktøyet og analysere fluorescensstrålingen for å bestemme forekomsten av hydrokarboner i formasjonen. Borehullsveggen blir fortrinnsvis belyst og fluorescens detektert ved hjelp av et vindu i verktøyet som blir presset mot borehullsveggen. Vinduet blir vanligvis presset mot borehullsveggen med tilstrekkelig kraft til å fordrive en eventuell slamkake over en betydelig tid, mens verktøyet blir beveget gjennom brønnhullet. Pressing av vinduet mot borehullsveggen, minimaliserer rugositetseffekter hvis det antas at det finnes lav rugositet.

US-patent 6 140 637, også utstedt til Mullins m.fl., i samme patentfamilie og med samme tittel, omhandler en fremgangsmåte og apparat for logging av fluorescens i fluider i et brønnhull, omfattende å lokalisere in situ hydrokarboner i undergrunnen ved å belyse borehullveggen med lys som er synlig, infrarødt eller ultrafiolett lys eller kombinasjoner av disse, fra en kilde i et loggeverktøy; å detektere en hvilken som helst fluorescerende stråling med en detektor i verktøyet; og å analysere den fluorescerende stråling for å bestemme tilstedeværelsen av hydrokarbon i undergrunnen. Verktøyet beveges gjennom borehullet mens borehullsveggen blir belyst og fluorescens detektert gjennom et vindu i det verktøyet som er presset mot borehullsveggen.

PCT-søknad (internasjonal publikasjon nr. WO 01/20322 Al) beskriver en fremgangsmåte for fluorescensspektrometri for å forutsi begynnelsestrykket for asfaltenutfelling i en brønnhullsformasjon. Oppfinnelsen ifølge dette patentet omfatter å belyse og måle en isolert prøve ved flere trykk. Når asfaltener felles ut, induserer de betydelig optisk spredning. Asfaltenutfelling blir detektert som en skarp reduksjon av overført lys og som en stor økning i lys-spredningsstyrken til prøven. WO 01/20322 beskriver fluorescens som en bestemmelse av bare forurensninger. Det er derfor et behov for en fremgangsmåte og en anordning til å bestemme oljeegenskaper og videre oljeprøverenhet ved bruk av fluorescens.

I et brønnhullsmiljø er det vanskelig å benytte en sensor. Måleinstrumenter i et brønnhullsmiljø må arbeide under betingelser med begrenset plass i en sondes eller et verktøys trykkhus, ved høye temperaturer, og de må motstå støt og vibrasjoner. Det er derfor et behov for et enkelt, men robust fluorescensspektrometer egnet for drift i et brønnhullsmiljø.

Oppsummering av oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en ultrafiolett LED (UV LED) for en gruppe med små LED'er for en UV-lyskilde. Gruppen med små LED'er er mer elektrisk effektive enn en enkelt, større LED. Foreliggende oppfinnelsen gjør det mulig å overvåke prøverengjøring (endring i fluorescens) når et syntetisk oljebasert slam-filtrat (OBM-filtrat) ikke har noen aromatiske stoffer slik at det ikke fluorescerer, men råolje har aromatiske stoffer som fluorescerer. Et eksempel på en UV LED hadde et galliumnitrid-aktivt (GaN-aktivt) lag, et aluminiumnitrid-bufferlag (AlN-lag, også kalt kledning) og et safirsubstrat. En dårligere virkende UV LED hadde et aktivt galliumnitrid-lag (GaN-lag), et aluminiumindiumnitrid-bufferlag (AlInN-bufferlag) og et silisiumkarbidsubstrat.

Foreliggende oppfinnelse gjør det også mulig å estimere ytterligere råoljeegenskaper i et brønnhull fordi en mer lyssterk og/eller mer blå målt fluorescens indikerer en høyere API-tyngde. Ved å nedsette trykket i en gassholdig råolje, endres forholdet mellom blå og grønn fluorescens ved passering under asfaltenutfellingstrykket.

Foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer også anvendelser av fluorescenssporstoffer hvor tilsetning av et sporstoff til slam muliggjør ytterligere forbedrede målinger for å skjelne mellom olje og OBM-filtrat for å bidra til å kvantifisere OBM-filtratforurensning, basert på forekomsten eller fraværet av sporstoffer.

For mer kvantitative resultater korrigerer vi råfluor-escensresponsen ved å benytte en formel for hver kanal som består av tre faktorer.

Foreliggende oppfinnelse sørger også for korrelering av råmålingsdata på følgende måte: Ch_X_Multiplicative_Correction_Factor_at_Temperature_T =

(korreksjonsfaktor for å dimme en UV LED-lyskilde som blir drevet med konstant strøm når temperaturen stiger)<*>

(Korreksjonsfaktor for reduksjon i fotodiodesignal med økende temperatur for det samme belysningsnivået)<*>

(Korreksjonsfaktor for differanser i forsterkningsgrader mellom kanaler, forskjeller i fotodiodesensitivitet og endringer i sensitivitet med temperatur).

Foreliggende oppfinnelse omfatter en anordning og en fremgangsmåte for å utføre enkel fluorescensspektroskopi et brønnhullsmiljø. Anordningen kan være festet til en fluid-karakteriseringsmodul i brønnhullet som allerede er i bruk. Anordningen omfatter en UV-lyskilde som består av to UV-lyspærer, en UV LED eller en gruppe med mindre UV LED'er, en optisk klar UV-kopler eller et lysrør og et fluidbeholdersystem som kan inneholde en prøve under analyse. Den optisk klare UV-kopleren og fluidbeholdersystemet er laget av safir. Fluidbeholdersystemet finnes allerede som en del av the Baker Atlas Sample View<SM>RCI-verktøyet. Anordningen ifølge fore liggende oppfinnelse er festet på en måte som gjør det mulig for lys utsendt av en lyskilde på den andre siden av fluidbeholdersystemet å passere gjennom en bane i en plate som inneholder UV-lyskilden, UV-lyset belyser fluidet som igjen fluorescerer. Det fluorescerende lyset fra prøven blir overført tilbake mot UV-pæremonteringen og gjennom lysrørbanen mot en optisk spektralanalysator for analyse.

I en utførelsesform av oppfinnelsen overvåker en operatør råoljeprøve-rensing over tid ved å observere stigningen og utflatningen av en rekke prøvefluorescenser over tid. I en annen utførelsesform av oppfinnelsen estimerer en operatør råoljeegenskaper fra fluorescens-forholdsmodeller som ikke er følsomme for uttynning med en ikke-fluorescerende væske, slik som filtratet til syntetiske fluider. En prosessor er anordnet for å romme en kjemometrisk ligning eller et neuralt nettverk for å forutsi en fluidegenskap basert på det målte fluorescensspekteret. I en annen utførelsesform blir API-tyngden estimert basert på korrelasjon mellom målt fluorescenslysstyrke og blåinnhold. I en annen utførelsesform blir OBM-filtratkombinasjonen estimert ved å tilføye et sporstoff ril OBM som fluorescerer ved en farge, f.eks. rød, ved hvilken råolje ikke fluorescerer, for å skjelne mellom råolje og filtrat ved å detektere rød fluorescens.

Kort beskrivelse av figurene

Fig. 1 er en skjematisk skisse av et utførelseseksempel av

foreliggende oppfinnelse;

fig. 2 er et skjema over komponentene for å tilføye den

ultrafiolette lyskilden til en spektralanalyseenhet; fig. 3 er et skjema som viser installasjon av komponentene

fra fig. 2;

fig. 4 er et diagram over råolje-fluorescensegenskaper som viser at jo høyere API-tyngden er, jo kortere blir

bølgelengden til fluorescenstoppen, og jo høyere API-tyngden er, jo mer lyssterk blir fluorescensen og jo lavere blir forholdet Q = rødintensitet/-

grønnintensitet; og

fig. 5 er et eksempel på foreliggende oppfinnelse i et

brønnhullsmilj ø.

Detaljert beskrivelse av et utførelseseksempel

Fig. 1 illustrerer den eksisterende plassbenyttelsen i en modul for fluidkarakterisering i et brønnhull, som f.eks. the Baker Atlas SampleView<SM>RCI-verktøyet. En hvit lyskilde 101 (f.eks. en wolframlyspære) utsender lys mot en prøve, og en samlelinseanordning 103 er posisjonert mellom hvitlyskilden 101 og prøven samler dette lyset. Det samlede eller kollimerte lyset treffer hovedsakelig perpendikulært på et første safirvindu 301. Safirvinduer 301 og 303 ligger hovedsakelig perpendikulært til den kollimerte lysstrålen 306 og er atskilt med et gap eller en kanal 304 som gjør det mulig for en fluidprøve 305 å strømme mellom dem. Reflektert og fluorescert lys kan brukes til å bestemme prøveegenskaper. De eksisterende brønnhullsverktøyene (fig. 1) blir utstyrt med en UV-lyskilde 102 som kan slås på når wolframlyskilden 101 er slått av. UV-lyskilden omfatter en eller flere UV-pærer, en UV LED eller en gruppe med små UV LED'er. Et spektrometer 104 som omfatter enkeltbølgelengde-filtre over fotodioder, gjør det mulig å måle og samle inn fluorescensmåledata fra råoljen. Elektronikken/prosessoren 308 samler inn og behandler utgangen fra fotodiodene. Undersøkelsesdybden i prøven er bare 1-2 mikrometer fra overflaten til safirvinduet inn i prøven, dermed blir de optiske målingene av prøven ikke påvirket av gassbobler eller partikler mer enn 3 mikrometer fra vindusoverflaten. Den samme smale undersøkelsesdybden blir referert til som en grenseflateteknikk fordi bare en meget grunn dybde (1-2 mikrometer) blir undersøkt i prøven. Grenseflateteknikken som er tilveiebrakt ved hjelp av foreliggende oppfinnelse, eliminerer derfor hovedsakelig midlertidige økninger i lysstyrke forårsaket av gassbobler og midlertidige økninger i tykkelse forårsaket av partikler ettersom mesteparten av boblene og partiklene ikke passerer innenfor 1-2 mikrometer av overflaten til safirvinduet. Ved å innfange en prøve av formasjonsfluid i kanalen 304 og endre volumet ved å lukke en ventil 340 og bevege stempelet 341 opp eller ned for henholdsvis å øke eller minske volumet til prøven i kanalen 304 og øke eller minske trykket i kanalen 304 .

Fig. 2 illustrerer de komponentene som er tilveiebrakt ved hjelp av foreliggende oppfinnelsen for å tilføye en ultrafiolett lyskilde til en spektralanalyseenhet, slik som den enheten som er vist på fig. 1. En bunnplate 200 og skruer er anordnet som tjener som festemidler til spektralanalyseenheten (f.eks. SampleViewSM) . Flere pærer eller UV LED'er-monteringer 211 omfatter elektrisk isolasjonsmateriale og skruer for å holde monteringene på plass. Disse samme skruene blir brukt til å feste bunnplaten 200 til spektralanalyseenheten. En optisk klar UV-kopler 202 er vist på dette skjemaet for å illustrere det posisjonsmessige forholdet til to ultrafiolette pærer eller lysemitterende dioder 204 montert inn i systemet. Kopleren 202 overlapper de lysemitterende områdene til pærene 204 for derved å begrense banen til UV-lyset til det volumetriske området til den optiske kopleren 202.

Foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å estimere ytterligere råoljeegenskaper i et brønnhull fordi det er kjent at jo lysere og/eller blåere fluorescensen er, jo høyere er API-tyngden. Det er også kjent at ved å sette ned trykket i en gassholdig råolje, vil forholdet mellom blå og grønn fluorescens endre seg ved passering til under asfaltenutfellingstrykket. Foreliggende oppfinnelse dekomprimerer derfor en prøve mens blå/grønn-forholdet overvåkes og asfaltenutfellingstrykket bestemmes som det trykk ved hvilket blå/grønn-forholdet endrer seg fra større enn 1 til mindre enn 1. Fig. 4 er et diagram over råoljefluorescens-egenskaper som viser at jo høyere API-tyngden er, jo kortere er bølgelengden til toppfluorescensen, og jo høyere er fluorescensen og jo lavere er forholdet Q=rødintensitet/grønnintensitet. (Fra Geological Survey of Canada, Calgary).

Det rektangulære vinduet 205 i midten av bunnplaten 220 utgjør en bane gjennom bunnplaten som en reflektert, ultrafiolett fluorescensrespons kan passere gjennom. Denne banen gjør det også mulig å analysere andre lyssignaler så vel som (slik som de som skyldes wolframlyskilden) når UV-pærene eller UV-diodene 204 er slått av. En høyspent kraftforsyning 207 leverer kraft for å slå på UV-pærene 204 ved 175 °C. UV-reflektorene 20 9 er segmentert på en måte for å rette det reflekterte lyset med en vinkel som effektivt vil begrense lyset innenfor den optiske, klare UV-kopleren 202.

Fig. 3 illustrerer en installasjon av komponentene på fig. 2. Den optisk klare UV-kopleren 202, UV-pærene eller UV-lysdiodene 204, bunnplaten 200, UV-refleksjonskanalen 205 er sammenstilt som på fig. 2. På den ene siden av den optisk klare UV-kopleren 202 ligger UV-pærene eller UV LED'ene 204, og på den motsatte siden og hvilende mot denne, er et fluidbeholdersystem som omfatter to optisk klare trykk-beholderplater 301 og 303 som er i stand til å motstå det høye trykket til formasjonsfluidet 305 som strømmer mellom dem. I et utførelseseksempel er disse beholderplatene laget av safir. UV-kopleren 202 og beholderplatene er laget av de samme materialer som har hovedsakelig samme brytningsindeks, f.eks.

safir, slik at lys kan passere fra et materiale til det andre uten å bli brutt.

Spenning blir påtrykket pærene eller UV LED'ene 204 ved hjelp av den høyspente UV-kraftforsyningen som er vist på fig. 3. Både det direkte lyset fra UV-pærene eller UV LED'ene 204 og UV-lys reflektert fra UV-reflektorene 209 blir meget effektivt overført til den nærmeste delen av formasjonsfluidet 305. For å konsentrere nok UV-lys på safirvinduet/råolje-grensesnittet, omfatter oppfinnelsen en fasettert reflektorspeilutforming 209 langs veggene til kaviteten for disse UV-miniatyrpærene eller UV LED-anordningen og et lysrør (den optisk klare UV-kopleren) laget av et materiale med høy brytningsindeks (safir) som innfanger en stor romvinkel med UV-kildelys og projiserer det fremover. Reflektorspeilet forbedrer lysintensiteten med 25 %, og lysrøret forbedrer lysintensitet med 235 %. Dette lysrøret samler også en romvinkel av det svake fluorescenslyset som blir videresendt til detektorene.

Formasjonsfluidprøven 305 fluorescerer når den eksponeres for den ultrafiolette lyskilden. Den resulterende fluorescensstrålingen fra fluidprøven blir ført tilbake ned gjennom det rektangulære hullet 205 i bunnplaten og inn i en spektralanalyseenhet 308. Det reflekterte fluorescenslyset tilveiebringer nyttig informasjon i brønnhullsanalysen av formasjonsfluidet. Spektralanalyseenheten 308 rommer også kjemometriske ligninger og et neuralnettverk for å estimere formasjonsfluidrenhet ut fra målinger av fluorescensspekteret.

Alternativt blir et fluorescenssporstoff tilføyd det filtratet som fluorescerer ved en farge eller bølgelengde, f.eks. rød eller infrarød, ved hvilken råolje ikke fluorescerer. Den aktuelle forurensningen kan derfor bestemmes ved hjelp av forholdet mellom rød fluorescens fra OBM-sporstoffet og fluorescensen til råoljen.

I et utførelseseksempel overvåker oppfinnelsen rensing av en råoljeprøve over tid ved å undersøke stigningen og utjevningen til fluorescensen over tid. For brønner boret med syntetiske, hydrokarbonbaserte boreslam, overvåker oppfinnelsen prøverensing over tid ved å overvåke fluorescens. Grunnen er at de grunnleggende fluidene i det syntetiske slammet ble utformet for å være miljøvennlige. I motsetning til råoljer inneholder de derfor ikke de mest vanlige fluorescerende hydrokarbonforbindelsene som er aromatiske stoffer eller polynukleære aromatiske stoffer. Det syntetiske filtratet har liten eller ingen fluorescens. Når råoljeprøven blir renset (mindre filtrat, mer råolje), øker derfor fluorescensen.

I en annen utførelsesform estimerer oppfinnelsen oljeegenskaper ut fra fluorescensforholdsmodeller som ikke er følsomme for fortynning med en hovedsakelig ikke-fluorescerende væske, slik som filtratet til syntetisk slam. For syntetisk slam hvis filtrater har liten, om noen, fluorescens, virker tilsetning av filtrat til en råolje som fluorescensfortynninger. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer modeller som korrelerer forskjellige råoljeegenskaper

(f.eks. API, kjernemagnetiske resonanstider Tl og T2, osv.)

til forhold mellom råoljens fluorescens ved to eller flere bølgelenger. Disse forholdsmodellene er uavhengige av mengden av fluorescensfrie, syntetiske slamfiltrat-fortynninger forutsatt at selvabsorpsjonsevnen til eksitasjons- og emisjons-bølgelengdene blir holdt forholdsvis små.

En prosessor 308 er tilveiebrakt for implementering av utledede kjemometriske ligninger og et trenet neural nettverk for å estimere prøveegenskaper fra ultrafiolette spektral-målinger.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer fluorescens-spektralmålinger som kan korreleres med prosentandelene av metan (naturgass) , aromatiske stoffer og andre råoljeegenskaper ved kjemometriske målinger eller et neuralt nettverk. Disse korrelasjonsligningene er uavhengige av den involverte råoljen eller filtratet.

I et utførelseseksempel benytter foreliggende oppfinnelse kjemometrisk utledede ligninger eller et neuralt nettverk til å bestemme mengden av aromatiske stoffer i en prøve som analyseres ved hjelp av foreliggende oppfinnelse, basert på fluorescensspekteret. I kjente prøvetakningsteknikker er det ingen direkte måling av en prosentandel eller et nivå av forerensning i en prøve. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et treningssett med kjente prøver og utnytter kjemometriske metoder som gjør det mulig for en datamaskin å bestemme et matematisk uttrykk for en prosentandel av et aromatisk stoff basert på det spektrum som måles for en prøve. Ved å bruke kjemometriske metoder, elimineres et trinn i prosessen med å bestemme prosentandelen av aromatiske stoffer. Kjemometriske metoder eliminerer også behovet for å vite hva hver spektraltopp representerer og hvor meget av en spesiell topp som overlapper en annen topp. Foreliggende oppfinnelse er f.eks. blitt benyttet til å bestemme en prosentandel av forurensninger basert på en kjemometrisk formel utledet fra kjente prøver som har kjente andeler med aromatiske stoffer, f.eks. prøver som inneholder 20, 30 og 50 % aromatiske stoffer. Filtrater inneholder vanligvis ikke aromatiske stoffer, og dermed muliggjør foreliggende oppfinnelse direkte bestemmelse av prosentandelen av forurensning eller filtrat i en prøve når prosentandelen av aromatiske stoffer i den rene råoljen er kjent eller kan estimeres. Treningssettet kan også brukes til å trene et neuralt nettverk til å forutsi eller bestemme prosentandelen av aromatiske stoffer som er til stede i en prøve. I et utførelseseksempel blir utgangen fra den kjemometriske beregningen og det neurale nettverket sammenlignet, og en kvalitetstall-verdi blir tildelt utgangen. Når begge utgangene fra den kjemometriske ligningen og det neurale nettverket stemmer overens, blir et høyt kvalitetstall lik 1,0 tildelt. Når utgangene ikke stemmer overens, blir disse midlet og et kvalitetstall lik differansen mellom verdiene dividert med summen av verdiene subtrahert fra 1,0, blir tildelt som et kvalitetstall.

I et eksempel på et fluorescensspektrometer blir en UV LED med 400 nm senterbølgelengde brukt til eksitering, og spektrometeret måler hvor meget av råoljefluorescensen som er synlig ved fargene blå, grønn, gul, orangerød og dyprød. Vi rapporterer ikke intensiteten i kanal 1 (fiolett = 425 nm) fordi denne kanalen i sterk grad overlapper båndet til lys som frembringes av vår UV LED-eksiteringskilde. (Den er en LED, ikke en laser). En betydelig mengde lys ved 425 nm blir derfor reflektert fra safirvinduet og frembringer et signal i kanal 1 selv når det bare er luft i cellen.

Foreliggende oppfinnelse sørger for en

fluorescensavlesning for å måle fluorescensen til en prøve uavhengig av eventuelle endringer i responsen til måle-instrumentet med temperatur eller bølgelengder. For dette formål blir en kalibrering utført som følger: Hver kalibreringskorreksjonsformel kan tenkes på som å bestå av tre faktorer,

Ch_X_Multiplicative_Correction_Factor_at_Temperature_T =

(korreksjonsfaktor å dimme en UV LED-lyskilde som blir drevet ved konstant strøm når temperaturen stiger)<*>(korreksjonsfaktor for reduksjon i fotodiodesignalstyrke med økende temperatur)<*>(korreksjonsfaktor for differanser i forsterkningsgrader mellom kanaler, differanser i fotodiodefølsomhet og endringer i følsomhet med temperatur).

Den første korreksjonsfaktoren tar hensyn til dimmingen av UV LED med temperatur ved konstant drivstrøm. Empirisk har vi funnet at for en konstant drivstrøm, taper vi omkring 0,47 % av den innledende (25C) LED-intensiteten for hver grad over 25 °C. Derfor multipliserer vi hver kanals signal med den resiproke verdien av andelen av innledende UV LED-intensitet som forblir ved forhøyet temperatur.

Den andre korreksjonsfaktoren korrigerer for tap av sensivitet i fotodiodene ved høye temperaturer. Vi kan kjøre verktøyet inn i en ovn i laboratoriet med luft i cellen og wolframlyspæren ved konstant lysstyrke. Vi registrer en tabell over verdier av nettosignalstyrker for hver kanal som en funksjon av temperatur. Vi har en temperatursensor nær fotodiodene slik at når disse benyttes i en brønn, benytter vi denne tabellen til oppslag for en korrigeringsverdi basert på temperaturen og kanalnummeret.

Den enkleste måten å korrigere for den tredje faktoren på, er å bruke det faktum at svartlegemekurven til vår wolframlyspære (som brukes i vårt absorpsjonsspektrometer) oppviser en nesten lineær avhengighet mellom intensitet og bølgelengde over det synlige området på fra 400-700 nm med rødt (700 nm) som er den mest lyssterke. Vi plasserte våre pærer i en integrerende kule, kjørte dem ved vår standardstrøm og målte deres relative bestråling som en funksjon av bølgelengde over det synlige området og området nær infrarødt. Vi brukte mer enn en pære og vi brukte strømmer som var litt over og litt under standardstrømmen og utviklet en empirisk beste tilpasning.

Empiriske fant vi at den relative svartlegeme-intensiteten i vilkårlige enheter er gitt av den rette linjen,

BBRI = 3,1364<*>(Wavelength_in_nm/1000)-1,1766

fordi dyprødt (694 nm) er den lyssterkeste wolframpære-kanalen i det synlige området omskalerte vi tallene for å definere BBRI for dyprødt til en, som vist i tabellen nedenfor.

Vi behøver bare helningen fordi vi ikke forsøker å foreta en absolutt bestrålingsmåling, men bare en relativ bestrålingsmåling som er konsistent over temperatur. Wolframfilamentet opererer nær 3000 K slik at det er neglisjerbar endring i den relative bestrålingen i forbindelse med temperaturstigningen til glassomhyllingen til pæren til kun 2 00 °C.

Relativ svartlegeme-bestrålingsfaktorer

Vi beregner derfor en korreksjonsfaktor for hver kanals signal slik at når wolframpæren kjøres med luft i cellen, frembringer korreksjonsfaktoren multiplisert med råsignalet et korrigert signal som har forhold fra 1 til 0,8 til 0,62 til 0,47 til 0,31 for kanalene 6, 5, 4, 3 og 2.

Legg merke til at for absorpsjonsavlesningene som er basert på et forhold, er alle disse ekstra anstrengelsene unødvendige fordi differansen i forsterkningsgrad, respons, osv. blir kansellert ved å ta forholdet mellom de samme kanalenes avlesning i luft i forhold til avlesning med råolje. Til sammenligning er formelen for korreksjonsfaktoren til kanal 6 skrevet i det samme format som er vist for de andre kanalene. For kanal 6 (Ch_6) bare den første av tre faktorer som ikke er lik en.

Hver formel kan tenkes på som bestående av tre faktorer,

Ch_2_Multiplicative_Correction_Factor_at_T=

[1/ (1-0.0047*(T-25))]*

(Ch_2_Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_2 5C/ Ch_2_Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_T)<*>

(0.31319<*>Ch_6_Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_T)/Ch_2_ Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_T

Ch_3_Multiplicative_Correction_Factor_at_T=

[1/ (1-0.0047*(T-25))]*

(Ch_3_Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_2 5C/ Ch_3_Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_T)<*>

(0.47001<*>Ch_6_Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_T)/Ch_3_ Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_T

Ch_4_Multiplicative_Correction_Factor_at_T=

[1/ (1-0.0047*(T-25))]*

(Ch_4_Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_2 5C/ Ch_4_Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_T)<*>

(0.62 683*Ch_6_Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_T)/Ch_4_ Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_T

Ch_5_Multiplicative_Correction_Factor_at_T=

[1/ (1-0.0047*(T-25))]*

(Ch_5_Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_2 5C/ Ch_5_Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_T)<*>

(0.8056048<*>Ch_6_Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_T)/Ch_5_ Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_T

Ch_6_Multiplicative_Correction_Factor_at_T=

[1/ (1-0.0047*(T-25))]*

(Ch_6_Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_2 5C/ Ch_6_Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_T)<*>

(1.0000<*>Ch_6_Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_T)/Ch_6_ Tungsten_Calibration_Net_Signal_at_T

I en utførelsesform har oppfinnerne oppdaget at noen UV-lysemitterende dioder virker bedre enn andre. SiC har omkring fire ganger bedre varmeoverføring (termisk konduktivitet) enn safir. A1N har omkring ti ganger den termiske konduktiviteten til safir, A1N har omkring to ganger den termiske konduktiviteten til GaN.

Differansen i termisk utvidelse mellom A1N og GaN mellom 1000 °C og romtemperatur er nesten neglisjerbar.

Fig. 5 illustrerer et utførelseseksempel av foreliggende oppfinnelse utplassert i et brønnhull. Foreliggende oppfinnelse er egnet for utplassering i et kabel-, glatt-eller MWD-miljø. Fig. 5 illustrerer et utførelseseksempel av foreliggende oppfinnelse utplassert i en operasjon for overvåkning under boring (MWD, monitoring while drilling). Det vises nå til fig. 5 hvor det er vist en boreanordning i henhold til foreliggende oppfinnelse. En typisk borerigg 201 med et borehull 203 som strekker seg fra denne, er illustrert, slik fagkyndige på området er velkjente med. Boreriggen 201 har en arbeidsstreng 206 som i den viste utførelsesformen er en borestreng. Borestrengen 20 6 har påmontert en borkrone 2 08 for å bore borehullet 203. Foreliggende oppfinnelse er også nyttig i andre typer arbeidsstrenger, og er nyttig i forhold med en kabel, skjøtestreng, oppkveilingsrør, eller en annen arbeidsstreng med liten diameter. Boreriggen 201 er vist posisjonert på et boreskip 222 med et stigerør 224 som strekker seg fra boreskipet 222 til havbunnen 220. Enhver utforming av en borerigg slik som en landbasert rigg, kan imidlertid tilpasses for anvendelse av foreliggende oppfinnelse.

Det foregående eksempelet på en utførelsesform er ment kun som et eksempel og er ikke ment å begrense rammen av oppfinnelsen slik den er definert i de vedføyde patentkravene.

Claims (22)

1. Fluorescensspektrometer for nedhulls bruk i et brønnhull til måling av fluorescens fra et fluid,karakterisert ved: et vindu for å slippe lys inn i et fluid og slippe gjennom lys fra fluidet; og en ultrafiolett lyskilde for å belyse fluidet; og en fotodetektor som har minst to kanaler i optisk kommunikasjon med fluidet for å måling av fluidets fluorescens, der spektrometeret benytter en nær lineær del av en svartlegemekurve for å korrigere nevnte minst to kanalers signaler.

2. Spektrometer ifølge krav 1, hvor en toppbølgelengde for fluorescens blir målt for å bestemme API-tyngde.

3. Spektrometer ifølge krav 1, der den ultrafiolette lyskilde er en ultrafiolett (UV) lysemitterende diode-lyskilde (LED) .

4. Spektrometer ifølge krav 3, hvor UV LED-lyskilden videre omfatter en gruppe med UV lysemitterende diodelyskilder.

5. Spektrometer ifølge krav 1, videre omfattende: et sporingsstoff tilsatt filtrat for å bestemme prøve-rengjøring for formasjonsfiltratet som funksjon av råolje ved å detektere en sporstoffgrad som er til stede i prøven.

6. Spektrometer ifølge krav 5, hvor sporstoffet omfatter minst en av en rødt eller infrarødt fluorescens.

7. Spektrometer ifølge krav 1, videre omfattende: en trykknedsettingsanordning for å sette ned trykket til prøven; og en prosessor for å bestemme et asfaltenutfellingstrykk basert på en blå/grønn-fluorescensforholdsendring over en trykknedsettingskurve.

8. Spektrometer ifølge krav 1, som videre omfatter en korreksjonsformel for hver kanal som omfatter en korreksjonsfaktor for fluorescensrårespons i forhold til temperatur.

9. Spektrometer ifølge krav 1, der spektrometeret benytter en korreksjonsfaktor for korrigering av dimmingen av UV LED-lyskilden når temperaturen øker.

10. Spektrometer ifølge krav 1, der spektrometeret korrigerer for i det minste en av differanser i forsterkningsgrader mellom minst nevnte to kanaler, dimming av en LED-lyskilde med temperatur; differansene i fotodetektorsensitivitet og endringer i fotodetektorsensitivitet på grunn av temperatur.

11. Spektrometer ifølge krav 1, som videre omfatter en prosessor for å overvåke prøverensing basert på fluorescensspektre.

12. Fremgangsmåte for å måle fluorescensspektre i et fluid i et brønnhull, karakterisert ved: å belyse et formasjonsfluid med et ultrafiolett lys; å måle fluidets fluorescens ved hjelp av en fotodetektor som har minst to kanaler for å bestemme en parameter for fluidet eksempelvis for overvåkning av prøverengjøring, måling av API- tyngde i råolje eller kvantifisering av OBM- filterforurensning; og å korrigere signalene til nevnte minst to kanaler ved å benytte en nær lineær del av en svartlegemekurve over bølgelengdeområdet.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, der hver kanal måler fluorescens over et separat bølgelengdeområde.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12, der det ultrafiolette lyset er produsert av en ultrafiolett (UV) lysemitterende diodelyskilde (LED).

15. Fremgangsmåte ifølge krav 12, der bølgelengdeområdet er over et visuelt område på omkring 400nm til 700nm.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 12, videre omfattende: å tilsette et sporstoff til filtratet for å bestemme prøverensing av formasjonsfiltrat som funksjon av råolje ved å detektere en grad av sporstoff som er til stede i fluidet.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16, hvor sporstoffet er en av en rød eller infrarød fluorescens.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 12, videre omfattende: å sette ned trykket i prøven; og å bestemme et trykk for asfaltenutfelling basert på en blå/grønn-fluorescensforholdsendring over en trykknedsettingskurve.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 12, videre omfattende: å anvende en korreksjonsformel for hver kanal som omfatter en korreksjonsfaktor for ukorrigert fluorescensrespons som funksjon av temperatur.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 12, videre omfattende: å anvende en korreksjonsfaktor for dimming av en ultrafiolett, lysemitterende diodelyskilde (UV LED-lyskilde) når temperaturen stiger.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 12, der korrigerende signaler omfatter minst en av: forskjellene i forsterkergrader mellom fotodetektorkanaler, forskjeller i fotodetektorsensitivitet og forskjeller i fotodetektorsensitivitet på grunn av temperatur.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 12, videre omfattende: å overvåke prøverensing basert på et fluorescensspekter.