NO338524B1 - Fremgangsmåte og apparat for måling av brytningsindeks - Google Patents

Description

Teknisk område

Oppfinnelsen vedrører refraktometri og spektrometri i et brønnhullsmiljø. Spesielt angår den en robust anordning og fremgangsmåte for å måle brytningsindeksen til fluider langs et kontinuum (istedenfor i trinn), å måle dempede refleksjons-spektra og tolkning av målinger tatt med denne anordningen for å bestemme en rekke formasjonsfluidparametere. Refraktometeret og det dempede refleksjonsspektrometeret som beskrives her, benytter en forenklet konstruksjon som er meget passende for et brønnhullsmiljø.

Teknisk bakgrunn

Olje- og gass-selskaper bruker store pengesummer i forsøk på å finne hydrokarbonavsetninger. De borer letebrønner i de mest lovende prospektene og benytter disse letebrønnene ikke bare til å bestemme hvor hydrokarboner befinner seg, men også til å bestemme egenskapene til de hydrokarbonene som er tilstede.

For dype felter til havs er det først nødvendig, før eventuelle hydrokarboner kan produseres, å bruke flere år på å bygge meget kostbare plattformer med riktige olje- og gass-håndteringsanlegg. Konstruksjonsspesifikasjonene og kostnadene til materialer som anvendes i disse anleggene, er sterkt avhengig av egenskapene til hydrokarbonene, slik som gass/olje-forhold, viskositet, boblepunkttrykk, asfalt-utfellingstrykk osv. Selve letebrønnen blir plugget og forlatt ikke lenge etter at den er boret. Den informasjonen som den gir, blir imidlertid ofte brukt over hele levetiden til olje-eller gassfeltet.

For å bestemme hydrokarbonegenskaper trekker olje- og gass-selskaper ofte ut noen hydrokarboner fra letebrønnen. Kabel formasjonstestere slik som Baker Atlas Reservoir Characterization Instrument (RCI) kan senkes ned i brønnen for dette formål.

Innledningsvis kan fluider som trekkes ut være meget forurenset av filtrater i de fluider (slam) som ble brukt under boring. For å fremskaffe prøver som er tilstrekkelig rene (vanligvis < 10% forurensning) slik at prøven vil gi meningsfylte laboratoriedata vedrørende formasjonen, blir formasjonsfluider vanligvis pumpet fra brønnhullet i 30-90 minutter mens opprenskingen blir overvåket i sann tid. Disse uttrukne fluidene kan så samles inn nede i brønnen i tanker for etterfølgende analyse i et laboratorium på overflaten.

For visse formål kan alternativt prøver analyseres nede i hullet i sann tid. Foreliggende oppfinnelse vedrører både overvåkning av prøverensing og utførelse av brønnhullsanalyse av prøver ved reservoarforhold for temperatur og trykk.

Et brønnhullsmiljø er vanskelig å operere i for en sensor. Måleinstrumenter i brønnhullsmiljøet må operere under ekstreme tilstander og begrenset plass inne i et verktøys eller en sondes trykkhus, innbefattende høye temperaturer, vibrasjon og støt.

US-patent nr. 5,167,149 til Mullins m.fl. og US-patent nr. 5,201,220 til Mullins m.fl., har begge tittelen: "Apparatus and Method for Detecting the Presence of Gas in a Borehole Flow Stream". Mullins-anordningen ifølge nevnte oppfinnelse omfatter et 8-kanals brønnhullsrefraktometer med kritisk vinkel (og Brewster-vinkel) for å skjelne olje fra gass og for å estimere gassandelen i et fluid.

Den tradisjonelle fremgangsmåten for måling av brytningsindeksen til et mørkt fluid (slik som råolje) er det kritiske vinkel-refraktometeret. En divergerende lysstråle forplanter seg gjennom et transparent faststoff (for eksempel glass) og treffer grenseflaten mellom dette transparente faststoffet og et fluid som skal måles, og som er i kontakt med det transparente faststoffet. Den reflekterte, divergerende strålen blir svakere ved de vinklene som er nær en normal til grenseflaten. Ved slike vinkler blir noe av lyset overført (brutt) inn i fluidet.

Den reflekterte divergerende strålen er mye klarere ved utfallsvinkler. Ved å begynne ved Brewster-vinkelen underkastes ethvert innfallende p-polarisert lys ingen refleksjonstap. Ved å starte ved den kritiske vinkelen underkastes alt lys, uansett polarisering, ingen refleksjonstap, men blir 100% reflektert fra grenseflaten slik at ikke noe lys blir sendt inn i fluidet.

Den kritiske vinkelen kan beregnes fra Snells Lov,

nosin9o=nisin9ifor lys som er brutt når det forplanter seg fra medium no til medium ni. Den maksimalt mulige brytningsvinkelen (som målt fra normalen til grenseflaten) er 90°, slik at ved å erstatte 9i=90° i Snells Lov, kan vi beregne den kritiske vinkelen, 9c=arcsin (ni/n0) .

Ved den kritiske vinkelen ser vi en stor endring i den reflekterte intensiteten (en lys/mørk-markering), som kan lokaliseres ved å bruke en enkelt bevegelig detektor eller en gruppe stasjonære fotodetektorer. En enkelt bevegelig detektor vil komplisere den mekaniske utformingen av brønnhulls-anordningen.

Laboratorieinstrumenter bruker ofte en gruppe med 1024 eller flere stasjonære fotodetektorer til å detektere den kritiske vinkelen. Etterligning av laboratoriekonstruksjonen nede i et brønnhull vil imidlertid være vanskelig fordi multipleksere innebygd i fotodetektorgrupper vanligvis ikke virker over omkring 95°C. Selv med separate høytemperatur-multipleksere vil multipleksing av så mange svake signaler ved de høye temperaturene som påtreffes i borehull være problematisk ettersom de sannsynligvis måtte stakkes for å redusere støy. Bare noen få faste fotodetektorelementer (for eksempel 8) blir derfor sannsynligvis brukt nede i hullet for et kritisk vinkel-refraktometer. Med et 8-kanals refraktometer som beskrevet i US-patentene 5,167,149 og 5,201,220 som er nevnt tidligere, blir brytningsindeksen selvsagt bare målt i 8 trinn istedenfor som et kontinuum.

Fordi en slik anordning bare måler brytningsindeks i åtte grove trinn, vil det være vanskelig for en operatør av denne anordningen å overvåke prøverengjøring. Prøverengjøring refererer til overgangen fra filtratforurenset fluid til nesten rent formasjonsfluid under pumping av fluid fra valgte dybder i brønnhullet.

Nøyaktig prøverengjøringsovervåkning kan ikke tilveiebringes ved å behandle en grov brytningsindeksavlesning. Derfor er det behov for en fremgangsmåte og en anordning som kan måle brytningsindeks langs et kontinuum slik at en operatør nøyaktig kan overvåke brytningsindeksen til en formasjonsprøve.

Patentdokumentet US 5946084A (Kubulins, V. E.) omhandler en halvkuleformet optisk sensor for bestemmelse av en brytningsindeks.

Patentdokumentet US 5201220A (Mullins, 0. C. m.fl.) omhandler et apparat og en fremgangsmåte for deteksjon av tilstedeværelse av gass i et borehull.

Patentdokumentet US 5325170A (Bornhop, D. J.) omhandler en laserbasert brytningsindeksdetektor som benytter tilbakespredning.

Dokumentet ("Invention Registration") US H1470 (Ewing, K. J. m.fl.) omhandler en brytningsindeksdetektor for å finne klorinerte hydrokarboner i grunnvann.

Oppsummering av oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en kontinuerlig brytningsindeksmåling. En fordel ved å overvåke rensing ved å bruke en kontinuerlig brytningsindeksmåling er at brytningsindeksen er meget mindre følsom for passasje av sand eller andre partikler som kan forårsake plutselige falske økninger (sprang) i absorpsjonsevne over hele spekteret til et transmisjonsspektrometer nede i et brønnhull. Undersøkelses-dybden i prøven er bare en 1-2 mikron fra safirvinduets overflate inn i prøven, slik at de optiske målingene i prøven ikke påvirkes av gassbobler eller partikler som er mer enn tre mikron fra overflaten av vinduet. Den korte undersøkelsesdyben er å betegne som en grenseflateteknikk fordi bare en meget liten dybde (1-2 mikron) undersøkes i prøven. Følgelig vil denne grenseflateteknikken som tilveiebringes med foreliggende oppfinnelse, i det vesentlige eliminere forbigående økning i lyset bevirket av gassbobler og forbigående økning i mørket bevirket av partikler, fordi de fleste bobler og artikler ikke passerer innenfor 1-2 mikron fra safirvinduets overflate. Det er av interesse å notere at linjene 17-23 i spalte 5 i US 5,166,747 spesifikt angir at "refleksjon som skyldes grenseflaten mellom safirveggen og væskeprøven gir ingen nyttig informasjon", hvilket peker bort fra foreliggende oppfinnelse.

Refraktometeret ifølge foreliggende oppfinnelse er mindre følsomt for partikler fordi det måler fluidet til en dybde på bare noen få bølgelengder av lys forbi vinduet så det ikke ser alle partiklene som passerer gjennom cellen med banelengde 2 mm (304). Få partikler kommer innenfor noen få bølgelengder av lyset ved vinduet, delvis fordi det er et fluidbelegg omkring partiklene og omkring vinduet som er minst noen få bølgelengder av lyset.

Foreliggende oppfinnelse krever ikke måling av den kritiske vinkelen. Dessuten kan den også brukes som et dempet refleksj onsspektrometer.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en kontinuerlig brytningsindeksmåling og omfatter en anordning og en fremgangsmåte for forenklet refraktometerkonstruksjon for varig og nøyaktig drift i et brønnhullsmiljø. Ifølge et aspekt tilveiebringer foreliggende oppfinnelse ny tolkning av målinger tatt med refraktometeret ifølge oppfinnelsen. I henhold til et annet aspekt ved oppfinnelsen tilveiebringes en fremgangsmåte og en anordning for å skjelne mellom gass og væske basert på den meget lavere brytningsindeksen til gass. Ifølge et annet aspekt ved oppfinnelsen tilveiebringes en fremgangsmåte for å bestemme brytningsindeksen til et brønnhulls- eller formasjonsfluid fra den andel av lys, R, som reflekteres fra grenseflaten mellom et transparent vindu og brønnhulls- eller formasjonsfluidet. Ifølge et annet aspekt ved oppfinnelsen kan denne benyttes til å observere boblepunktet og duggpunktet til formasjonsfluid ved å bruke trykknedsettelse, eller til å frembringe nøyaktige bestemmel-ser av et antall andre formasjonsegenskaper. Ifølge et annet aspekt ved oppfinnelsen kan denne brukes til å fremskaffe et fluids absorpsjonsspektre i meget dempende områder.

Meget dempende områder innbefatter asfalttoppen (som skyldes elektroniske overganger) i det synlige og nære infrarøde området eller sterke molekylvibrasjonstopper i det midtre infrarøde området (hvis absorpsjonsevne kan være over 100 ganger større enn tilsvarende absorpsjonstopper i det nære infrarøde området) eller i det nære infrarøde området. Slike spektre er generelt for dempende til å bli målt ved å bruke transmisjonsspektroskopi over en banelengde på 2 mm.

Det midtre infrarøde området blir ofte kalt "finger-avtrykksområde" for infrarød spektroskopi fordi det er der små kjemiske differanser ofte kan opptre spesielt tydelig. Infrarøde spektre for alkaner (funnet i råolje) er forskjellige fra spektrene til alkener (funnet bare i visse bore fluider) eller spektrene til forskjellige aromater (funnet for det meste i råoljer, men fraværende, etter sammensetning, fra alle miljøvennlige syntetiske borefluider).

Infrarøde spektraldifferanser kan danne grunnlag for en forbedret fremgangsmåte til å estimere mengden av borefluid-forurensning i en prøve basert på små differanser i kjemisk sammensetning utledet fra molekylvibrasjonsspektroskopi istedenfor farge. Disse og andre aspekter og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå tydelig av det følgende eksempel på en foretrukket utførelsesform, som blir beskrevet i den detaljerte beskrivelse av oppfinnelsen.

Kort beskrivelse av figurene

Fig. 1 viser den prosentandel av lys som reflekteres ved en fluid/safir-grenseflate som funksjon av brytningsindeksen for normalt innfall (perpendikulært) til grenseflaten, hvor fluidet er det brytende medium som måles; Fig. 2 er et diagram over en foretrukket utførelsesform av refraktometeret ifølge foreliggende oppfinnelse; Fig. 3 er en utspilt skisse av refraktometeret på fig. 2; Fig. 4 er en kurve som sammenligner avlesninger fra spektrometeret ifølge oppfinnelsen med avlesninger fra et kjent spektrometer; Fig. 5 er en kurve som viser endringen i målt brytningsindeks, n, for en forurenset råolje med prosentandelen av oljebasert slamfiltratforurensning; Fig. 6 er et diagram som viser Clausium-Mossotti-forholdet (n<2->l)/(n<2>+2) som funksjon av densitet (g/cm<3>) for en diverse-gruppe med ti rene hydrokarboner (heksan, oktan, dekan, dodekan, dokosan, benzen, toluen, o-xylen, m-xylen og p-xylen). Disse dataene er tatt fra den åpne litteraturen (CRC Handbook of Chemistry and Physics, 50. utgave, 1969); Fig. 7 er et diagram som viser den volumetrisk veide sum av hver enkelt komponents Clausius-Mossotti-forhold som funksjon av blandingens densitet (g/cm<3>) for tilfeldige syntetiske blandinger av disse ti rene hydrokarbonene. Legg merke til at helningen og skjæringen til den beste tilpasningen hovedsakelig er den samme for blandinger som den hadde vært for rene komponenter; og Fig. 8 er et diagram som viser Clausius-Mossotti-forholdet (n2-l)/ (n2+2) som funksjon av densitet (g/cm<3>) for en gruppe på ti råoljer i området fra 19° til 41° API. Legg merke til at helningen og skjæringen til den beste tilpasningen for disse meget komplekse blandingene (råoljer) er meget nær de verdier som finnes for rene hydrokarboner og deres blandinger, noe som antyder et nesten universelt forhold mellom Clausius-Mossotti-forholdet og densiteten. Disse dataene er tatt fra allment tilgjengelig litteratur (tabell I i Buckley m.fl. artikkel 61f fra "2nd International Symposium on Thermodynamics of Heavy Oils and Asphaltenes", Houston, 9.-13. mars 1997) etter utelukkelse av en utenforliggende (Oklahoma-råolj e); Fig. 9 er en illustrasjon som viser de funksjoner som utføres for å bestemme duggpunktet når lysintensiteten faller ved dannelse av en væskegardin (sheet) eller væskedråper; Fig. 10 er en illustrasjon som viser de funksjoner som utføres for å bestemme boblepunktet for det trykk der brytningsindeksen er et minimum; Fig. 11 er en illustrasjon som viser de funksjoner som utføres for å estimere parametere for oppløsnings-evnen, overflatespenning og sammensetning av prøven; Fig. 12 viser effekten av spredelys på feil i den beregnede

brytningsindeks; og

Fig. 13 er et eksempel på anvendelse av foreliggende oppfinnelse i omgivelser nede i et borehull.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte og en anordning for å bestemme et antall formasjonsfluidegenskaper fra en refraktormetermåling. Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også en fremgangsmåte og en anordning for mer nøyaktig å skjelne mellom gass og væske basert på den meget lavere brytningsindeksen til gass. Brytningsindeksen til et brønnhulls- eller formasjonsfluid kan bestemmes fra den andel med lys, R, som reflekteres fra grenseflaten mellom det foretrukne transparente vinduet, som har en kjent brytningsindeks, og det formasjonsfluidet som analyseres. Fig. 1 med kurven 101 viser den lysandelen som reflekteres fra fluid/safir-grenseflaten når dette lyset faller inn perpendikulært til overflateplanet til det transparente vinduet og grenseflaten. På denne figuren har vinduet en fast brytningsindeks på 1,75, men brytningsindeksen til fluidet varierer. Den minste refleksjonen inntreffer når fluidets brytningsindeks er lik vinduets brytningsindeks, som for safir er 1,75. Fig. 2 viser en foretrukket refraktometerutforming ifølge oppfinnelsen som passer inn i det eksisterende rommet i en fluidkarakteriseringssonde i et brønnhull, som kan utføre analyse av formasjons- og borehullsfluider på stedet (for eksempel en Baker Atlas SampleViewSM-sonde) .

I en foretrukket utførelsesform sender en lyskilde 201 (for eksempel en volframlyspære) lys mot en formasjons- eller brønnhullsfluidprøve. Det utsendte lyset blir kollimert ved hjelp av en kollimeringslinse-anordning 203 som ligger mellom lyskilden og fluidprøven. Hvis den ikke hindres, faller den kollimerte lysstrålen hovedsakelig perpendikulært på den ytre overflaten av et første safirvindu 303. Safirvinduene 303 og 302 ligger hovedsakelig perpendikulært til den kollimerte lysstrålen og er adskilt med et gap eller en kanal 304 som gjør det mulig for et fluid som skal analyseres, å strømme mellom dem. I en foretrukket utførelsesform avleder refraktometerenheten 205 en del av det innfallende kollimerte lyset fra 310 og fokuserer det på en grenseflate 307 mellom det første safirvinduet 303 og fluidet i kanalen 304. Den reflekterte lysstrålen blir splittet ved 317 mellom et refraktometer (316, 318 og 320) og et dempet refleksjonsspektrometer 321. Den del av den kollimerte lysstrålen som ikke avledes for bruk i refraktometeret eller det dempede refleksjonsspektrometeret, fortsetter videre for bruk i andre forsøk, slik som et transmisjonsabsorpsjonsspektrometer, 209.

Fig. 3 er en utspilt skisse av refraktometerenheten 205 som viser to optisk transmisjonsstaver 300, 301 (som kan være forsterkningslinser eller ganske enkelt være glass- eller safirstaver) referert til som venstre stav 300 og høyre stav 301. De langsgående aksene til de to optiske overførings-stavene ligger i et plan perpendikulært til planet til begge de trykkholderplatene 303, 302 som omfatter et første safirvindu 303 og et annet safirvindu 302 og kanalen 304. I tillegg er de to optiske transmisjonsstavene 300, 301 fortrinnsvis side-mot-side (og i kontakt med hverandre der de møtes 303) og kan også være i kontakt med den første safirplaten 303. For å maksimalisere lyssignalet, kan vi anvende en høytemperatur indekstilpassende gel for å bygge bro over gapet mellom transmisjonsstavene 300, 301 og den første safirplaten 303. Ved å etterlate gapet ufylt bortsett fra luft, endrer ikke brytningsindeksmålingen fordi det minsker

lysintensitetsmålingene til både den ukjente prøven og referanseprøven med samme faktor. Ligning 16 som blir brukt til å beregne brytningsindeksen, er bare avhengig av forholdet, Ir_air/Ir_unkvslik at en felles faktor i både teller og nevner kan kanselleres. Transmisjonsstavene 300 og 301 har fortrinnsvis like vinkler (på omkring 4°) i forhold til normalen og ligger på hver sin side av den perpendikulære senterlinjen 306. Disse foretrukne vinklene er de minste praktiske arbeidsvinklene som kan oppnås innenfor de mekaniske konstruksjonsbegrensningene. Den ideelle vinkelen ville være null grader fordi det er det som antas i vår formel for beregning av brytningsindeks fra reflektert intensitet. Teoretiske beregninger viser imidlertid at de reflekterte intensitetsendringene endrer seg bare neglisjerbart (med - 0,0062% for luft og med -0,0079% for olje) fra 0° til 4°. Når disse refleksjonsintensitetsfeilene blir forplantet gjennom formelen, finner vi at vår vinkel på 4° forårsaker en feil i den målte brytningsindeksen for olje sammenlignet med luft, som er neglisjerbare 2 til 3 deler pr. million lavere enn den skulle være. Undersøkelsesdybden i prøven er bare 1-2 mikron fra safirvinduets overflate inn i prøven, slik at de optiske målingene i prøven ikke påvirkes av gassbobler eller partikler som befinner seg mer enn 3 mikron fra vinduets overflate. Den korte undersøkelsesdybden betegnes som en grenseflateteknikk, fordi bare en meget liten dybde (1-2 mikron) blir undersøkt i prøven. Følgelig vil den grenseflateteknikk som tilveiebringes med foreliggende oppfinnelse, i vesentlig grad eliminere forbigående økning i lyset bevirket av gassbobler og forbigående økning i mørket som bevirkes av partikler, da de

fleste eller alle bobler og partikler ikke passerer innenfor 1-2 mikron fra overflaten av safirvinduet.

Det foretrukne refraktometeret blir kalibrert ved å plassere en substans med kjent brytningsindeks (for eksempel luft eller vann) i kanalen 304. Intensiteten til det reflekterte lyset som sendes til den første safirplaten 303 via den venstre staven 300 og som reflekteres tilbake gjennom den høyre staven 301 ved denne safir/luft-grenseflaten (eller safir/vann-grenseflaten) blir registrert og brukt som kalibre-ringsreferanseverdi for å kalibrere brytningsindeksen til andre fluider fra deres relative refleksjonsintensiteter. Med et fluid som har en kjent indeks (fortrinnsvis luft) i kanalen 304, blir lyskilden 310 slått på, lyset kommer inn i den venstre staven 300 og reflekteres fra fluid/safir-grenseflaten og tilbake opp gjennom den høyre staven 301. Dette reflekterte lyset fortsetter opp en fiberoptisk forbindelse 314 til et optisk filter 316 og videre til en elektrooptisk transduser 318 og endelig videre til det elektroniske analyse/visnings-systemet 320.

Ved bruk av et kjent referansefluid som er transparent, befinner et sort testmål 312 seg inn i kanalen 304 på den indre overflaten av det andre safirvinduet 302. Det absorberer eventuelt lys som passerer gjennom det første safirvinduet og treffer det andre safirvinduet, for derved å eliminere tilbakerefleksjoner fra det andre vinduet 302. Dette testmålet 312 muliggjør en korrekt avlesning fordi fjerning av målet 312 eventuelt ville tillate tilbakerefleksjon fra det andre safirvinduet 302 som i betydelig grad kunne adderes til og dermed endre kalibreringsavlesningene. Disse sekundære refleksjonene er imidlertid vanligvis et problem bare ved kalibrering. En grunn er at formasjonsfluidet vanligvis har høyere absorpsjonsevne enn et referansefluid som brukes ved kalibrering, slik at sekundære refleksjoner vanligvis blir slukket av selve fluidet. En annen grunn er at den lysandelen som reflekteres ved den første vindu/fluid-grenseflaten bare er avhengig av brytningsindeksen til det fluidet som er innenfor omkring en skinndybde av grenseflaten, og gapet 304 er meget større enn skinndybden.

I en foretrukket utførelsesform blir formasjonsfluid eller gass ført gjennom kanalen 304 mellom safirvinduene 302 og 303, og en reflektert lysintensitet blir målt. Den reflekterte intensiteten er hovedsakelig avhengig av refleksjons-indeksen til det tynne laget av formasjonsfluid i kanalen 304 som er i kontakt med den øvre plategrenseflaten 303.

Den fiberoptiske forbindelsen 314 gjør det mulig å plassere de elektrooptiske transduserne 318 og tilhørende overvåkningsanordninger utenfor den sentrale lysstrålen, som blir brukt til transmisjonsabsorpsjonsspektrometeret 209. Plasseringen av enheten hindrer at det kastes skygge på den delen av safirvinduet som kan brukes til andre målinger, slik som transmisjonsabsorpsjonsspektroskopi 209.

Grunnleggende ligninger for refleksjon er velkjente og kan for eksempel finnes i "Handbook of Optics", volum 1, 2. utgave, Michael Bass, ed. For et ikke-absorberende vindu og et ikke-absorberende fluid er refleksjonskoeffisienten til en lysstråle perpendikulært til grenseflaten, gitt av:

Hvor no er brytningsindeksen til vinduet og ni er brytningsindeksen til fluidet. Ligning 1 kan inverteres for å bli løst med hensyn på ni:

Oppfinnelsen bruker fortrinnsvis safir (no=l, 746) som materiale i overføringsvinduet. Brytningsindeksen til de fleste råoljer er mellom ca.

1,43 og 1,55. Brytningsindeksen til naturgass under høyt trykk er betydelig mindre. En instrumentering ifølge oppfinnelsen benytter derfor formelen i forbindelse med tilfelle ni<no(ligning 2). For lys som overføres gjennom safirvinduet og treffer fluid/vindu-grenseflaten, blir brytningsindeksen til fluidet lavere jo høyere refleksjonen fra grenseflaten er. Den laveste fluidbrytningsindeksen er for vakuum (n0=l,0) som er nær brytningsindeksen til luft ved en atmosfæres trykk (n0=l, 0002926) ved 0°C.

Foreliggende oppfinnelse omfatter videre å korrigere estimeringen av brytningsindeksformelen (ligning 1) ved å ta hensyn til eventuell lysabsorpsjon i fluidet (dempede refleksjonseffekter) som inntreffer innenfor omtrent en skinndybde av fluid/vindu-grenseflaten. Bare når fluidet er meget dampende ved bølgelengden til det lyset som brukes av refraktometeret mens fluidet absorberer nok lys innenfor den korte avstanden på en skinndybde, er det nødvendig å korrigere for absorpsjon ved å bruke ligning 11 istedenfor den enklere ligning 2.

Refraktometeret ifølge foreliggende oppfinnelse er basert på intensiteten av lys som reflekteres ved safir/fluid-grenseflaten.

Eliminering av uvedkommende spredt eller tilfeldig lys er kritisk for vellykket operasjon av denne type refraktometer. For dette formål blir det ifølge oppfinnelsen anordnet matte (ikke skinnende) sorte belegg, så som sort krom med matt overflate, på forskjellige steder inne i verktøyet, slik som det røret hvor refraktometer-enheten er innsatt i. Forut for påføring av det sorte, matte belegg, tildannes det inne i dette røret gjenger eller spor som forløper til en spiss

(intet platå) for ytterligere å redusere ethvert uvedkommende lys fra refleksjoner inne i røret.

Foreliggende oppfinnelse går også ut på i det vesentlige å eliminere refleksjoner fra det andre safirvinduet. For dette formålet innsettes et sort Teflon-mål omgitt av sort krom, mellom de to vinduene. Dette gjør at noe sort krom blir eksponert for brønnfluider og det sorte krom synes å holde seg forholdsvis godt. For det mest kritiske punkt i forhold til brønnfluidet, benyttes imidlertid grovpusset, karbonfylt sort Teflon (rough-sanded carbon-loaded black Teflon) fordi til forskjell fra et belegg kan dettes sorte virkning ikke slipes bort av partikler i fluidet. Enhver slipevirkning vil ganske enkelt eksponere mer sort Teflon. Det sorte krom benyttes på områder inne i verktøyet for å redusere uvedkommende, spredt lys i områder som ikke er eksponert for brønnfluid.

For å eliminere spredt lys fra refleksjoner fra komponenter som befinner seg bortenfor det andre safirvinduet, foretrekkes det å bruke en bølgelengde (1740 nm) som er noe (men ikke for sterkt) absorberende for både vann og olje, dvs. "optimalt absorberende". For refraktometeret ønskes det ikke bruk av en bølgelengde ved hvilken råolje er sterkt absorberende (400-1100 nm asfalttopper) fordi det da ville være vesentlig dempet reflektans som kunne bevirke systematiske feil i avlesningene av brytningsindeks, hvilket det ikke lett kunne korrigeres for.

For et ikke-absorberende vindu og et absorberende fluid kan en kompleks brytningsindeks for fluidet defineres som en reell del (ni' ) og en imaginær del (ki) :

Her er ki den imaginære delen av den komplekse brytningsindeksen til fluidet, som representerer absorpsjon ved bølgelengde X, og a er den resiproke verdien av avstanden (ofte kalt "skinndybden" eller "inntrengningsdybden") innenfor hvilken lysintensiteten faller til l/e av sin innledende verdi. Ved definisjonen av absorpsjonsevne, A=logio [ Io/I] • Ved å multiplisere begge sider av denne ligningen med a og erstatte I med (Io/e) , tilveiebringes den tilsvarende absorpsjonen pr. lengdeenhet i fluidet ved bølgelengden X, som:

Absorpsjonen, A, til fluidet over en fast banelengde, L, blir oppnådd ved hjelp av en annen prosedyre for instrumentet. Denne lengden, L, er fortrinnsvis valgt å være 2 mm. Absorpsjon pr. lengdeenhet er en intensiv egenskap (uavhengig av form eller volum) for et fluid i likhet med massedensitet. Man kan derfor sette den målte absorpsjon pr. lengdeenhet (A/L) på høyre side av ligning (6) og løse med hensyn på a for å oppnå følgende ligning:

Vi kan nå sette a fra ligning 7 inn i ligning 5 for å beregne ki uttrykt ved den målte absorpsjonen pr. lengdeenhet ved bølgelengde X, som:

Numerisk, for L = 2 mm og X i nm, blir:

slik at for 1300 nm, ki=A2mm/8396; og for 1600 nm, ki=A2mm/6821, hvor A2mmer absorpsjonsevnen målt ved vårt eksisterende brønnhullstransmisjonsspektrometer nær der hvor refraktometeret vil bli installert.

For et ikke-absorberende vindu, men absorberende fluid, er refleksjonskoeffisienten til en lysstråle som er perpendikulær til eller nesten perpendikulær til grenseflaten, gitt ved: Vi løser med hensyn på ni for å oppnå

hvor a=(1-R)/(1+R). For å minimalisere behovet for en absorpsjonskorreksjon, kan måling av refleksjonskoeffisientene utføres ved bølgelengder som blir minimalt absorbert av fluidet, slik som 1300 nm og 1600 nm. Disse to bølgelengdene ligger mellom de molekylære absorpsjonsbåndene. Fortrinnsvis utføres målingen ved 1740 nm fordi denne bølgelengden er moderat (og optimalt) absorberende for både olje og vann og reduserer spredelys reflektert fra det borteste safirvinduet.

Råolje har selvsagt også elektroniske absorpsjonsbånd som avtar med økende bølgelengde på grunn av asfalter. For en lys råolje avtar asfalttoppen ofte til en minimal absorpsjonsevne ved 1300 nm. For en middels tung råolje kan asfalttoppen ikke avta til en minste absorpsjonsevne før den lengste bølgelengden, 1600 nm. For en tung råolje kan korrek-sjonsformler (ligning 9 og ligning 11) være nødvendige for å beregne ni til tross for bruk av en minimalt absorberende, lengre bølgelengde, slik som 1600 nm. Den falske innvirkning av as falt-absorpsjonsevne er enda mindre ved 1740 nm.

For normalt innfall ved en bølgelengde hvor fluidet ikke er sterkt absorberende, kan følgende formel brukes til å beregne brytningsindeksen, nunk;, for et ukjent fluid. Den beregner, nunk, uttrykt ved 1) brytningsindeks til safir, 2) brytningsindeksen til luft, 3) forholdet mellom lysintensiteten reflektert fra safir/luft-grenseflaten og intensiteten til lys reflektert fra safir/ukjent-grenseflaten.

Ir air = intensiteten til reflektert signal når det er

luft i cellen;

Ir unk = intensiteten til det reflekterte signalet når

et ukjent fluid er i cellen;

nunk= brytningsindeksen til det ukjente fluidet;

nair= brytningsindeks for luft (er tilnærmet lik

1,002 9);

nsap = brytningsindeks for safir (er tilnærmet lik 1, 746) .

Ligning 14 kan utledes fra ligning 1 ved å ta kvadrat-roten av forholdet mellom reflektansen for en ukjent/safir-grenseflate og reflektansen til en luft/safir-grenseflate, og så anvende definisjonen for a og b, og til slutt løse med hensyn på nunk.

Fig. 4 sammenligner (se kurve 401) målinger av refrak-sjonsindekser (ved 1600 nm ved bruk av ligning 14) tatt med refraktometeret ifølge foreliggende oppfinnelse, med brytningsindekser målt i det synlige området med et konvensjonelt refraktometer for vann, pentan og trikloretan (henholdsvis lav, middels og høy brytningsindeks). Ytterligere forbedringer kan gjøres for å korrigere for små endringer i brytningsindeksene til luft og safir med temperatur, eller for å korrigere brytningsindekser (målt ved 1600 nm ved hjelp av foreliggende oppfinnelse) til konvensjonelle indekser (målt i det synlige området, ofte ved 58 9 nm).

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer råoljespektre over den meget dempende asfalttoppen i det synlige og kort-bølgede nære infrarøde området. Et referansespektrum med reflektert intensitet som funksjon av bølgelengde, ble samlet inn ved å feste et lite Ocean Optics S2000, bærbart fiberoptisk spektrometer direkte til den fiberoptiske forbindelsen 314 og over området fra 400-1100 nm når luft var det fluid som fylte gapet 304 under det første safirvinduet 303. Gapet 304 ble så fylt med råolje, og foreliggende oppfinnelse ble benyttet til å samle inn et annet spektrum over reflektert intensitet som funksjon av bølgelengde. Logaritmen (grunntall ti) av forholdet mellom disse to spektrene genererte råoljens absorpsjonsspektrum over asfaltområdet. Denne målingen viste asfaltens karakteristiske stigende absorpsjon ved kortere bølgelengder.

For å bruke foreliggende oppfinnelse som både et refraktometer og et dempet refleksjonsspektrometer, blir en optisk splitter 317 tilføyet den fiberoptiske forbindelsen 314. Splitteren 317 sender en del av den kollimerte lysstrålen til det opprinnelige optiske filteret 316 og til den elektrooptiske transduseren 318 i refraktometeret. Splitteren avleder resten av strålen til et dempet refleksjonsspektrometer 321 som omfatter en eller flere optiske fibere, gittere eller andre bølgelengdeseparerende komponenter og fotodetektorer.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et kontinuum av brytningsindeksavlesninger (istedenfor grove trinn) slik at de kontinuerlige brytningsavlesningene også kan brukes til å overvåke mindre endringer i brytningsindeksen, slik som de som er tilordnet prøverensing. Prøverensing refererer til overgangen fra filtratforurenset formasjonsfluid til nesten rent formasjonsfluid under pumping av fluid fra valgte dybder i brønnhullet. Fig. 5 illustrerer med en kurve 501 hvordan brytningsindeksen til en forurenset råolje kan relateres til prosentandelen av oljebasert slamfiltratforurensning.

Clausius-Mossotti-ligningen (ligning 17) relaterer Clausius-Mossotti-forholdet, r=(n2-l) / (n2+2), til masse-densiteten, p, og den molare polariserbarheten, P, og den gram-molekylære vekten, M.

For en ideell blanding er den volumetrisk veide summen av hver av komponentene i Clausius-Mossotti-forholdet lik blandingens Clausius-Mossotti-forhold. På denne måten kan man relatere brytningsindeksen for en blanding til brytningsindeksen for dens bestanddeler. For en ideell blanding er den volumetrisk veide summen av hver komponents Clausius-Mossotti-forhold lik blandingens Clausius-Mossotti-forhold. På denne måten kan vi relatere brytningsindeksen til en blanding med brytningsindeksen til dens bestanddeler. Det vil si at hvis en blandings brytningsindeks er n, og den i. komponenten i blandingen opptar en volumandel, fi, og har en brytningsindeks, ni, så blir:

Foreliggende oppfinnelse gjør det også mulig å bestemme duggpunkttrykket for fluid i kanalen, som hvis rent formasjonsfluid er tilstede, representerer fluidet i den omgivende formasjonen. Ved å ta en prøve av formasjonsfluidet i kanalen 304 og endre volumet ved å lukke en ventil 340 og forskyve stempelet 341 opp eller ned for å minske eller øke volumet til prøven i kanalen 304 og øke eller minske trykket i kanalen 304 på tilsvarende måte, gjør foreliggende oppfinnelse en bruker i stand til å bestemme duggpunktet eller boblepunktet for fluidprøven 340. Foreliggende oppfinnelse måler brytningsindeksen til fluid innenfor en kort avstand i prøven, forbi grenseflaten, over spennet til noen få bølgelengder av lys fra kanal/prøve-grenseflaten. Ved duggpunktet kondenseres fortrinnsvis gass til væske på faste overflater, som virker som kjernedannelsessteder. Det vil si at det ved duggpunktet dannes et sjikt av væske på vinduet som kan detekteres ved hjelp av foreliggende oppfinnelse ved å bruke endringen i brytningsindeks detektert ved overgang fra en gass til en væske.

Den målte brytningsindeksen stiger under et fluids overgang fra en gassfase til en væskefase fordi, med en væskefase i kontakt med vinduet, det er et fall i intensiteten til det reflekterte lyset. I det usannsynlige tilfelle at det tynne væskelaget er perfekt plant og parallelt istedenfor litt kile-formet, kan imidlertid noe av refleksjonen fra fluid/gass-grenseflaten reflekteres tilbake til detektoren og resultere i en mindre dramatisk endring i reflektert lys ved kryssing av duggpunktet.

Fig. 6 er et diagram 601 som viser Clausius-Mossotti-forholdet (n2-l)/ (n2+2) som funksjon av densitet (g/cm<3>) for en gitt gruppe med ti rene hydrokarboner (heksan, oktan, dekan, dodekan, dokosan, benzen, toluen, o-xylen, m-xylen og p- xylen). Disse dataene er tatt fra den åpne litteraturen (CRC Handbook of Chemistry and Physics, 50. utgave, 1969).

Fig. 7 er et diagram 701 som viser den volumetrisk veide summen av hver enkelt komponents Clausius-Mossotti-forhold som funksjon av blandingens densitet (g/cm<3>) for tilfeldige syntetiske blandinger av disse ti rene hydrokarbonene. Legg merke til at helningen og skjæringen til den beste tilpasningen er hovedsakelig den samme for blandinger som den hadde vært for rene komponenter.

Den foreliggende oppfinnelse muliggjør måling av en kontinuerlig brytningsindeks i et borehull. Den kombinerer denne målingen med en estimert molar masse, spesifikk vekt eller kokepunkt, som blir utledet fra en database over historiske verdier for området, utledet fra forsøk i et spesielt geografisk område og en spesiell dybde, utledet fra brytningsindeks eller målt ved fullstendig uavhengige midler. Den spesifikke gravitasjonen i brønnhullet kan for eksempel være fremskaffet fra gradienten (helning av trykk som funksjon av dybde) for en rekke RCI-trykkmålinger ved forskjellige dybder i brønnen. Alternativt, med kurven 801 som vist i fig. 8, kan den spesifikke gravitasjonen estimeres fra selve brytningsindeksen. Kjente brønnhullsrefraktometere måler i 8 trinn slik at de bare kan fortelle brukeren til hvilket av disse åtte trinn brytningsindeksen tilhører. Det vil si at en 8-trinnsanordning bare kan angi brytningsindeksområdet eller - rekkevidden (nedre og øvre grenser for en av de åtte trinnene) for fluidet heller enn (istedenfor) å angi eller avlegge selve brytningsindeksen.

Det foretrukne brønnhullsrefraktometeret ifølge den foreliggende oppfinnelse måler brytningsindeksen langs et kontinuum istedenfor i trinn. Den målte brytningsindeksen muliggjør derfor estimater av andre brønnhullsegenskaper, slik som boblepunkttrykk, overflatespenning og oppløselighets-parametere.

En plotting av brytningsindeks som funksjon av fluidtrykk har sitt maksimum ved fluidets boblepunkttrykk. Det kan for eksempel endre seg fra 1,47 (når fluidet er over eller under boblepunktet) til et minimum ved 1,43 (ved boblepunktet). Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer derfor et ekspanderbart prøvekammer dannet av kanalen 304, en ventil 340 og et stempel 341 for å redusere trykket i hullet under måling av brytningsindeks, ved å bruke refraktometeret ifølge foreliggende oppfinnelse til å bestemme boblepunkttrykket.

(Buckley m.fl., artikkel 61f fra "2nd International Symposium on Thermodynamics of Heavy Oils and Asphaltenes", Houston, 9.-13. mars 1997). Ekspanderbare prøvekamre for å redusere trykk under boblepunktet er velkjente på området som beskrevet i US-patent nr. 6,218,662.

Parameteren Rm= (n2-l)/[(n2+2 ) p] representerer den andel av totalvolumet som opptas av molekylene og er en meget viktig parameter ved forutsigelse av mange fysiske og termodynamiske egenskaper (Riazi M.R., Daubert T.E., "Characterization Parameters for Petroleum Fractions", Industrial and Engineering Chemistry Research, USA, volum 26, sider 755-759, 1987) . I denne formelen (n<2->l)/(n<2>+2) blir volumet opptatt av molekylene pr. mol og p er antallet mol (ikke gram) pr. volumenhet. Parameteren Rm sammen med andre parametre kan brukes til å estimere overflatespenning, boblepunkt og i hurtigberegninger (Escobedo, J. og Mansoori, G.A., Surface Tension Prediction for Liquid Mixtures, AIChE Journal, volum 44, nr. 10, sider 2324-2332, 1998).

Uttrykket (n2-l) / (n2+2) 3/4 er proporsjonalt med oppløse-lighetsparameteren og kan brukes til å estimere polariserbarheten til blandingen og den relative andel av aromater som funksjon av alifater (Buckely m.fl., "Asphaltene Precipitation and Solvent Properties of Crude Oils", Pet. Sei. Tech., volum 16, nr. 3-4, side 251, 1998).

Termodynamikk og fysiske egenskaper ved petroleumsandeler og produkter er viktige for riktig utforming og drift av utstyr for petroleumsproduksjon, behandling og transport. Estimeringen av formasjonsfluidegenskaper er blitt diskutert generelt som vist i det følgende utdrag fra sammendraget til en artikkel av Mohammad R. Riazi<*>og Yousef A. Roomi, som hadde tittelen "Miminum Lab. Data To Measure Fluid Properties", diskuterer estimeringen av nesten alle formasjonsfluidegenskaper fra molar masse, spesifikk gravitasjon og brytningsindeks og ble presentert ved det 50. Canadian Chemical Engineering Conference (CSChE 2000), Montreal, Canada, 15.-18. oktober 2000. (Se også: Industrial & Engineering Chemistry Research (Issue 8, 2001). Riazi, M.R. og Y. Roomi, "Use of Refractive Index in Estimating Thermo-physical Properties of Hydrocarbon Mixtures", akseptert for publikasjon i Industrial & Engineering Chemistry Research, American Chemical Society, januar 2001).

Varmekapasitet, termisk konduktivitet, viskositet og densitet for en petroleumsandel er nødvendige for konstruksjon og drift av en varmevekslerenhet i et raffineri. Kjennskap til mengden med benzen-, aromat- og svovel-innhold i et petroleumsprodukt er viktig for bestemmelse av kvaliteten til et petroleumsbrennstoff slik som bensin eller gassolje. Eksperimentell bestemmelse av alle disse egenskapene for hver petroleumsblanding under forskjellige forhold er kostbar og tidkrevende. Ved bare å måle tre grunnleggende egenskaper kan nesten enhver annen egenskap estimeres med god grad av nøyaktighet. Disse tre grunnleggende egenskapene er molar masse, spesifikk gravitasjon og brytningsindeks ved 20°C. I tilfeller hvor molar masse ikke er tilgjengelig, kan kokepunkt (destillasjonsdata) sammen med spesifikk gravitasjon og brytningsindeks brukes til å estimere forskjellige termodynamiske og fysiske egenskaper. Petroleumsandeler og produkter er blandinger av mange hydrokarbonforbindelser fra forskjellige grupper. Disse forbindelsene er ikke-polare og den intermolekylære hovedkraften er London-dispergerings-kraften bestemt fra polariserbarhet, som er definert uttrykt ved brytningsindeks. Brytningsindeks er en lett målbar egenskap i et laboratorium. Med kjennskap til brytningsindeks, densitet og molar masse, kan man nøyaktig bestemme mengden av parafiner, naftener, monoaromater, polyarometer og salter i en petroleumsandel. Ved hjelp av disse parameterne kan mange fysiske egenskaper slik som kritiske egenskaper, ligninger for tilstandsparametere, viskositet, termisk konduktivitet, diffusivitet, varmekapasitet og fordampningsvarme estimeres med en nøyaktighet på 1-2% ut fra eksperimentelle data. Mange fysiske og termodynamiske egenskaper ved komplekse petroleumsblandinger kan bestemmes fra meget få parametere som kan måles.

Anvendelse av foreliggende oppfinnelse til å bestemme brytningsindeksen for en formasjonsprøve og tilveiebringe den molare massen og den spesifikke gravitasjonen, gjør det derfor mulig å bestemme nøyaktig mengden med parafiner, naftener, monoaromater, polyaromater og svovel i en petroleumsandel. Gjennom disse parameterne kan mange fysiske egenskaper slik som kritiske egenskaper, ligninger for tilstandsparametere, viskositet, termisk konduktivitet, diffusivitet, varmekapasitet og fordampningsvarme estimeres.

Figur 9 er en illustrasjon som viser de funksjonene som utføres for å bestemme duggpunktet når lysintensiteten faller ved dannelse av en væskegardin eller væskedråpe. De funksjoner som utføres i henhold til et eksempel på oppfinnelsen er: Fremskaffe formasjonsfluid 901, endre volum av fluid for å senke/øke fluidtrykket 902, endre volumet av fluid for å senke og/eller øke trykket i fluid 903, overvåke fluidets brytningsindeks under trykkendringene 904, bestemme fall i intensiteten av reflektert lys under trykksenkning 905, bestemme fall i intensiteten av reflektert lys under trykksenkning 906, og bestemme duggpunktet for fluidet når lysintensiteten faller ved dannelse av væskegardin eller væskedråper 907.

Figur 10 viser de funksjoner som utføres for å bestemme boblepunktet ved det trykk der brytningsindeksen har et

minimum. De funksjoner som utføres på et eksempel i følge oppfinnelsen er: Fremskaffe formasjonsfluid 1001, trykksenkning i fluid 1003, overvåke brytningsindeks under trykksenkning 1005, bestemme boblepunktet for fluid som trykk der

brytningsindeksen er på minimum 1007.

Figur 11 er en illustrasjon som viser de funksjoner som utføres for å estimere parametere for oppløsningsevne, overflatespenning og sammensetningen av prøven. De funksjoner som utføres i henhold til et eksempel på oppfinnelsen er: Fremskaffe formasjonsfluid og senke fluidtrykket 1101, overvåke brytningsindeksen for fluid i kontinuum 1103 og estimere parametere for oppløsningsevne, overflatespenning og sammensetning av fluid 1105.

Figur 12 viser effekten av spredt lys ved 1% 1201,

2% 1202 og 5% 1203 på feil i den beregnede brytningsindeks.

Figur 13 illustrerer et utførelseseksempel på foreliggende oppfinnelse ved anvendelse i et borehull. Denne oppfinnelsen er egnet for anvendelse enten med vaierline, glatt (slick) line eller en situasjon med overvåkning under boring. Figur 13 viser et utførelseseksempel ifølge oppfinnelsen ved dannelse under en operasjon for overvåkning under boring. Betraktes figur 13 ser man et boreutstyr ifølge en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse. En typisk borerigg 202 med et borehull 204 som forløper fra denne, er illustrert, slik det er lett forståelig for fagfolk på området. Boreriggen 202 har en arbeidsstreng 206 som i den viste utførelse er en borestreng. Borestrengen 206 har en borekrone 208 for boring av borehullet 204. Denne oppfinnelsen er også brukbar ved andre typer av arbeidsstrenger, og kan benyttes med en vaierline, sammenkoblede rør, kveilerør eller annen form for arbeidsstreng med liten diameter, så som snubbe-rør. Boreriggen 202 er vist plassert på et boreskip 222 med et stigerør 224 som strekker seg fra boreskipet 222 til sjøbunnen 220. Imidlertid kan enhver borerigg-konfigurasjon, så som en landbasert rigg, være innrettet til å implementere foreliggende oppfinnelse.

Det foregående eksempel på en foretrukket utførelsesform er ment for å forklare, og ikke ment for å begrense rammen for oppfinnelsen, som er definert i de følgende patentkrav.

Claims (18)

1. Anordning for måling av en brytningsindeks for en formasjonsfluidprøve, omfattende: en kanal (304) som kommuniserer med en formasjon for å innfange prøven fra formasjonen; et transparent vindu (302, 303) som er plassert slik at når apparatet er i bruk så står den rett ved prøven i kanalen (304), slik at det er et grensesnitt mellom vinduet (302, 303) og prøven; en lyskilde (310); en første optisk transmisjonsinnretning (300) for å rette lys fra lyskilden (310) mot grenseflaten inn i et under-søkelsesområde i prøven som befinner seg i kanalen (304); en andre optisk transmisjonsinnretning (301) som står på linje med den første transmisjonsinnretningen (300) som er innrettet til å samle lys som er reflektert fra prøven; og et elektronisk analysesystem (320) for å måle lysintensiteten til lys reflektert fra undersøkelsesområdet i prøven ved grenseflaten, for å måle brytningsindeksen; der den første og den andre optiske transmisjonsinnretningen (300, 301) er plassert med like vinkler på omtrent 4° relatert til normalen på innfallsvinkelen mot prøven.

2. Anordning ifølge krav 1, videre omfattende midler til å redusere spredelys fra å tre inn i det elektroniske analysesystemet (320).

3. Anordning ifølge krav 2, der midlene for reduksjon av spredelys omfatter et ikke-reflekterende materiale som blokkerer for lys som treffer prøven utenfor undersøkelses-området og reflekteres tilbake.

4. Anordning ifølge krav 3, der det ikke-reflekterende materialet er sort.

5. Anordning ifølge krav 1, der lyskilden er anbrakt i et hus belagt med sort krom.

6. Anordning ifølge krav 2, der anordningen er anbrakt inne i et rør, med et spiralmønster på innsiden av røret for reduksjon av spredelys inne i røret.

7. Anordning ifølge krav 1, der det inngår et optisk filter (316) for valg av en optimalt absorberende lysbølgelengde.

8. Anordning ifølge krav 7, der den optimalt absorberende lysbølgelengde er 1740 nm.

9. Anordning ifølge ett av de foregående kravene, der kanalen (304) er en kanal med variabelt volum som kan benyttes til å endre trykket på fluidet og der det elektroniske systemet (320) måler lysintensiteten som reflekteres fra undersøkelsesområdet i prøven som en funksjon av trykket.

10. Fremgangsmåte for måling av en brytningsindeks for en formasjonsfluidprøve, omfattende: innfangning av prøven fra formasjonen i en kanal (304); dirigering av lys fra en lyskilde (310) gjennom en første optisk transmisjonsinnretning (300) mot en grenseflate mellom prøven og et transparent vindu (302, 303) plassert rett ved prøven og inn i et undersøkelsesområde i prøven som befinner seg i kanalen (304); samling av lys som er reflektert fra prøven ved å benytte en andre optisk transmisjonsanordningen (301) på skrå mot den første optiske transmisjonsanordningen (300); og måling av lysintensiteten til lyset som samlet fra prøven ved en optimalt absorberende bølgelengde i et elektronisk analysesystem (320) for å måle brytningsindeksen for prøven; der den første og den andre optiske transmisjonsinnretningen (300, 301) er plassert i samme vinkel på omtrent 4° relatert til normalen til innfallsvinkelen mot prøven.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, videre omfattende: å redusere spredelys fra å tre inn i analysesystemet (320) .

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, der å redusere spredelys inkluderer å absorbere lys som passerer gjennom fluidet som forhindrer refleksjoner tilbake fra å som treffe prøven utenfor undersøkelsesområdet, ved bruk av et ikkereflekterende materiale.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 11, der å redusere spredelys fra å tre inn i analysesystemet (320) omfatter å plassere lyskilden (310), den første optiske transmisjonsanordningen (300), den andre optiske transmisjonsanordningen (301) og det elektroniske analysesystemet (320) i et rør, der det er et spiralmønster på innsiden av røret for reduksjon av spredelysrefleksjoner inne i røret.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 11, der å redusere spredelys som trer inn i analysesystemet (320) omfatter å plassere lyskilden (310), den første optiske transmisjonsanordningen (300), den andre optiske transmisjonsanordningen (301) og det elektroniske analysesystemet (320) i et sort krombelagt hus.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 10, der målingen videre omfatter utfiltrering av i det vesentlige alle unntatt en optimalt absorberende lysbølgelengde.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, der den optimalt absorberende lysbølgelengde er 1740 nm.

17. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 10 til 16, videre omfattende trinnene med: å variere trykket på fluidet i kanalen (304); og å måle lysintensiteten som samles fra prøven som en funksjon av trykket.

18. Datamaskinlesbart medium som inneholder instruksjoner som, når de eksekveres av en datamaskin, medfører at datamaskinen utfører en fremgangsmåte for måling av en brytningsindeks for en formasjonsfluidprøve som definert i et hvilket som helst av kravene 10 til 17.