NO340293B1 - Fremgangsmåte og apparatur for å detektere gass som transporteres av borefluider. - Google Patents

Description

FREMGANGSMÅTE OG APPARATUR FOR Å DETEKTERE GASS SOM TRANSPORTERES AV BOREFLUIDER

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å detektere gass som transporteres av borefluider, en apparatur for å gjennomføre fremgangsmåten, samt bruk av apparaturen.

Under en boreoperasjon blir borefluid (eller "slam") kontinuerlig pumpet ned gjennom borestrengen og inn i området rundt borkronen og så tilbake gjennom et borehullsringrom til overflaten. Ofte be-står slammet av leirer, kjemiske additiver og en olje- eller vannbase og oppfyller flere, viktige funk-sjoner. Primærfunksjonen for slammet er å avkjøle og å smøre borkronen, føre kaks tilbake ut av brønnen, og å opprettholde et hydrostatisk trykk som forhindrer at trykksatte fluider i jordformasjo-nen blåser ut gjennom borehullet.

Således passerer boreslammet fra et område med lavt trykk ved eller næroverflaten til et område med sammenligningsvis høyt trykk nær formasjonen som gjennombores. Hydrokarbongasser under trykk i formasjonen blir revet med i borefluidet når dette passerer gjennom borekronen, mengden gass som transporteres i slammet er proporsjonalt med poretrykket i den seksjon som gjennombores. Derfor har borefluidet en viktig sekundær funksjon ved å transportere informasjon tilbake til overflaten om arten av den formasjon som gjennombores.

Når borefluidet vender tilbake til overflaten (det vil si et område med lavere trykk) blir disse hydrokarbongasser frigitt. Ved å undersøke mengden og typen av gass som frigis, kan petroleumgeologen bestemme hvor sannsynlig det er å oppnå olje og/eller gass fra brønnen.

Gass blir typisk trukket av fra slammet ved mekanisk agitering i en gassfelle som er lokalisert i en "possum belly" tank (også kalt "trykkhøydetank" ("header tank")) eller i avlukke med et vibrasjonssikteapparat. Den ekstraherte gass analyseres med henblikk på hydrokarboner og/eller totalt gassinnhold ved bruk av en eller flere av forskjellige detektorer som katalytiske forbrenningsdetektorer (Catalytic Combustion Detector = CCD), termiske konduktivitetdetektorer (Thermal Conductivity Detector = TCD) og flammeioniseringsdetektorer (Flame lonization Detector = FID). Separering og kvantitering av de forskjellige hydrokarbon (for eksempel fra og med metan til og med pentaner) gjennomføres så typisk via gasskromatografiteknikker med tilsvarende eller forskjellige detektorer. På grunn av de relativt lave omkostninger og på grunn av omdømmet på området har apparaturer som benytter TCD'er vært benyttet på olje- og gassindustriområdet siden 1950 årene. Fem hoved-problemer med TCD'er er: (1) resultatet gir kun en indikasjon for total gass, og med dette menes at utgangen fra TCD ikke skiller mellom hydrokarboner; (2) detektoren reagerer med hydrokarbongasser og fuktighet og/eller blir skitten, noe som påvirker kalibrering, sensitivitet og repeterbarhet (forskjellige dieselbaserte og polymertype slamsystemer som benyttes i borerigger, vil frigi små partikler til gass/luftprøven; disse partikler kan reagere med forbindelsen som danner detektoren og derved korrodere denne); (3) begrenset holdbarhet som et resultat av (2), noe som ofte krever erstatning hver 30. dag eller der omkring; (4) temperaturavhengighet som resulterer i nulldrift og derfor unøyaktige resultater (mange oljerig-ger arbeider i omgivelser med meget store døgntemperaturvariasjoner; som sådan er temperatur-uavhengighet ekstremt viktig); og (5) TCD'er er sensitive overfor hydrogensulfid, nitrogen og karbondioksid som resulterer i falske positive resultater.

US 4 635 735 forsøker å takle problemet (1) ovenfor ved å benytte infrarøde spektrofotometere. Gass som hentes fra boreslammet, føres gjennom en serie av celler. Hver celle sammenlikner en infrarød kilde og detektor ved motstående ender av en gasscelle. Hver detektor er innstilt på å detektere en annen bestanddel i prøvegassen.

Absorptive filtre (ikke spesifisert) benyttes for å velge spesifikke bølgelengder som følger:

Som vist i figur 1, bruker US 4 635 735 en del av IR-spekteret (6-14 pm) der topper av absorpsjonsspektra for de forskjellige hydrokarboner er godt separerte. Uheldigvis er nivået for absorpsjon lavt i dette spektralområdet med metan som sterkeste absorbans ved 8 x 10~<4>. Mens dette problem i en viss grad kan adresseres ved å øke avstanden mellom sender og detektor, vil IR-kildeutgangens energi være nødvendig for å være høyere å kompensere; imidlertid er det i dag en mangel på egnede middel-IR-kilder med slik energi. Selv om det skulle være egnede middel-IR-kilder, vil denne høyere energi generere mer varme som kan interferere med detektoren. Videre vil apparaturen bli mindre sensitiv for små forandringer i prosentandelen av hver gass; responsen på IR-detektoren vil tendere mot enten et null- eller maksimalutbytte. I henhold til dette er enhver økning i energi- og størrelseskravene for en slik apparatur meget uønsket.

I henhold til dette er det et behov for en mer pålitelig apparatur for å identifisere bestanddeler av prøvegass fra boreslam. Særlig er det et behov for å skille mellom lette og tunge hydrokarbongasser som føres av borefluidet som kommer tilbake fra en brønn, og å tilveiebringe og å indikere hvor mange av disse gasser som er til stede, hvis de er der. Videre vil det være ønskelig hvis en slik apparatur var lettere og mindre voluminøs enn den tidligere kjente apparatur.

Det finnes andre deler av IR-spekteret der hydrokarbongasser har absorpsjonsspektra. Under henvisning til figurene 2 og 3 vises spektra mellom 1,6-1,9 pm og 2,0-2,8 pm. I disse områder er problemet verst: absorbansen er lav og spektra overlapper hverandre mer enn i området 6-14 pm. Under henvisning til figur 4 vises spektra mellom 3,1 pm- og 3,6 pm-området. Her er absorbansen av hvert hydrokarbon sterkere i en størrelsesgrad rundt to, noe som gjør det overflatisk attraktivt for detekteringsformål. Mens imidlertid en del av metanabsorpsjonsspekteret er relativt isolert, overlapper spektrene for de gjenværende hydrokarboner (etan, propan, butan, pentan) hverandre.

Fra publikasjonen US 6 037 592 A er det kjent en fremgangsmåte og anordning for kontinuerlig overvåkning og måling av konsentrasjonen av gasser i en gassinneholdende væske, så som en transformatorolje.

Fra publikasjonen US 5 859 430 A er det kjent et borehullverktøy innrettet til å kunne analysere sammensetningen av gasser som strømmer fra en formasjon. Verktøyet omfatter en optisk fluid-analysator (OFA) og en gassanalysemodul (GAM). OFA bestemmer når fluidet som strømmer inn i verktøyet er blitt i det vesentlige bare gass.

I henhold til foreliggende oppfinnelse tilveiebringes det en fremgangsmåte for å detektere gass som transporteres i et borefluid som kommer tilbake fra en brønn, og der fremgangsmåten karakteriseres ved trinnene: (a) å trekke av eller ekstrahere gass fra borefluidet;

(b) å transmittere eller sende infrarød stråling gjennom gassen; og

(c) å detektere med en detektor infrarød ståling som er gått gjennom eller passert gassen, og derved å gi et utgangssignal som er representativt for denne;

og som karakteriseres ved trinnet:

(d) å undersøke intensiteten for to partier av det infrarøde spektrum innen et område på rundt 3,1 pm og 3,6 pm for å estimere hvorvidt gassen omfatter noen lette eller tunge hydrokarboner eller ikke, hvor et første parti har en øvre bølgelengdegrense på rundt 3,33 pm for å indikere tilstedeværelse av lette hydrokarboner inkludert metan og/eller etan, og et andre parti som har en nedre bølgelengdegrense på rundt 3,34 pm for å indikere tilstedeværelse av tunge hydrokarboner inkludert propan og/eller butan og/eller pentan.

En spesiell fordel ved denne fremgangsmåte er at hydrogensulfid, nitrogen og karbondioksid ikke vil påvirke utgangssignalet. I et aspekt omfatter nevnte del et område på rundt 3190 nm til 3540 nm. I en utførelsesform blir de to forskjellige deler undersøkt: en del omfattende et absorpsjons spektrum av ett eller flere lette hydrokarboner og den andre del omfattende et absorpsjonsspektrum av ett eller flere tunge hydrokarboner. Dette muliggjør et skille mellom for eksempel metan og propan, så vel som en total gassindikasjon (volumprosent) av alle detekterbare hydrokarboner.

Fortrinnsvis omfatter nevnte andel en del av et absorpsjonsspektrum av et lett hydrokarbon.

Fortrinnsvis omfatter nevnte del en nedre bølgelengdegrense på rundt 3190 nm.

Fortrinnsvis omfatter nevnte del en del av et absorpsjonsspektrum av et tungt hydrokarbon.

Fortrinnsvis omfatter nevnte del en øvre bølgelengdegrense på rundt 3540 nm.

Fortrinnsvis omfatter fremgangsmåten videre filtrering av nevnte infrarøde stråling slik at i det vesentlige kun nevnte del når detektoren.

Fortrinnsvis omfatter fremgangsmåten videre trinnene med transmittertng av infrarødt lys gjennom gassen via en første vei og via en andre vei som er kortere enn den første vei, og å hente ut et signal som er representativt for intensiteten av infrarødt lys som mottas via hver vei. Veilengdene er forskjellige i henhold til de hydrokarbon(er) som skal detekteres: der absorbansen er lavere vil en lengre veilengde benyttes.

Fortrinnsvis omfatter fremgangsmåten videre å undersøke det første partiet i nevnte område for infrarødt lys som mottas på den første vei, og det andre partiet i nevnte område for infrarødt lys som mottas via den andre vei, der den første og den andre del er forskjellige for å skille mellom eventuelle lette og tyngre hydrokarboner i gassen.

Fortrinnsvis omfatter fremgangsmåten videre måling av nevnte intensitet med en pyroelektrisk detektor.

Fortrinnsvis omfatter fremgangsmåten videre i det vesentlige termisk isolering av nevnte pyroelektriske detektor fra nevnte gass der effekten av trykk- og/eller temperaturvariasjon i gassen på utgangssignalet reduseres.

Fortrinnsvis omfatter trinn (b) et trinn med å drive en infrarød emitter på en syklisk måte for å gi pulser av infrarød stråling, hvorved en syklisk utgangsspenning tilsvarer pulser oppnådd fra detektoren hvis størrelsesorden representerer intensiteten av den infrarøde stråling som mottas av detektoren.

Fortrinnsvis omfatter nevnte driftstrinn å drive nevnte infrarøde emitter med en 50 % pålagt syklus der utgangen fra nevnte detektor i det vesentlige er sinusformet. Dette gir et brukbart inngangssig-nal til en elektronisk signaltilpasset del av apparaturen.

I henhold til dette omfatter fremgangsmåten videre et trinn med konvertering av nevnte sykliske utgangsspenning til likestrøm hvis størrelsesorden er proporsjonal med mengden av lette eller tunge hydrokarboner som er til stede i gassen.

Fortrinnsvis omfatter fremgangsmåten videre trinnet av utgang av en referansekanal der referansekanalen representerer en infrarød strålingsintensitet ved en bølgelengde utenfor området og der referansekanalen kan benyttes for å justere utgangssignalet slik at det i det vesentlige er temperaturinvariant.

Med fordel omfatter fremgangsmåten videre å subtrahere nevnte referansekanal fra nevnte utgangssignal for å fjerne eventuelle temperatutrransienter derfra.

Fortrinnsvis omfatter fremgangsmåten videre å multiplisere referansekanalen med en oppskale-ringsfaktor før subtraksjonstrinnet for å kompensere for forskjellen i respons for detektoren og nevnte referansekanal i forhold til temperaturvariasjon.

Fortrinnsvis omfatter fremgangsmåten videre konvertering av utgangssignalet til et volumsignal som representerer mengden av gass, beregnet per volumenhet.

Fortrinnsvis omfatter nevnte konverteringstrinn innføring av en numerisk verdi som er representativ for nevnte utgangssignal til en konverteringsformel. Dette kan skje ved anvendelse av en datama-skin for å beregne et resultat, eller ved å benytte en elementær tabell som eksempel.

Fortrinnsvis omfatter fremgangsmåten videre å benytte to formler, én for et første volumområde og en andre for et andre volumområde.

Fortrinnsvis omfatter fremgangsmåten videre å gjenta trinnene (a) til (d) for å tilveiebringe et i det vesentlige kontinuerlig utgangssignal som representerer mengden av lette og tunge hydrokarboner som inneholdes i borefluidet.

Fortrinnsvis omfatter fremgangsmåten videre å trekke et gjennomsnitt av utgangssignalet over en på forhånd bestemt tidsperiode.

Fortrinnsvis omfatter fremgangsmåten videre å transmittere data som representerer utgangssignalet, til en fjerntliggende vert der data kan benyttes av nevnte vert for å vise en i det vesentlige sanntidsindikasjon av mengden av lette og tunge hydrokarboner som er til stede i borefluidet og/eller et totalt hydrokarbongassinnhold som er til stede i borefluidet. Dette muliggjør en dataanalyse i avstand fra risikoområdet på boreriggen.

Fortrinnsvis omfatter nevnte transmisjonstrinn trådløs overføring av nevnte data til verten.

Fortrinnsvis omfatter nevnte infrarøde detektor en pyroelektrisk krystall der fremgangsmåten videre omfatter overvåking av en temperaturomgivelse rundt nevnte infrarøde detektor og oppvarming eller avkjøling av omgivelse i henhold til temperaturen.

Som nevnt omfatter nevnte lette hydrokarbon metan og/eller etan.

Som nevnt omfatter nevnte tunge hydrokarbon propan og/eller butan og/eller pentan.

I henhold til et ytterligere aspekt ved oppfinnelsen tilveiebringes det en apparatur for detektering av gass som transporteres i et borefluid som kommer fra en brønn, der apparaturen omfatter et innløp for mottak av gass fra en gassfelle, en infrarød emitter, en første infrarød detektor og et kammer mellom disse, der arrangementet i bruk er slik at infrarød stråling føres gjennom gassen i kammeret, og nevnte første infrarøde detektor gir et utgangssignal som er representativt for intensiteten derav, og der apparaturen kjennetegnes ved et første filter for valg av et første parti for å indikere tilstedeværelse av lette hydrokarboner inkludert metan or/eller etan, og et andre filter for utvelgelse av et andre parti av det infrarøde spektrum innen et område mellom rundt 3,34 pm og rundt 3,6 pm for å indikere tilstedeværelse av tunge hydrokarboner inkludert propan og/eller butan og/eller pentan. Apparaturen kan benyttes med et antall gassfeller og kan derfor være ettermonterbar.

Fortrinnsvis og i bruk velger filteret en del omfattende en del av et absorpsjonsspektrum av et lett hydrokarbon.

Fortrinnsvis og i bruk velger filteret en del omfattende en del av et absorpsjonsspektrum av et tungt hydrokarbon.

Fortrinnsvis omfatter filteret et fysisk filter.

Fortrinnsvis omfatter nevnte fysiske filter et gjennomgangsbånd- eller passbåndfilter ("passband filter") for passering av i det vesentlige gjennomføring kun nevnte første parti eller andre parti.

I en utførelsesform omfatter nevnte fysiske filter kvarts.

Fortrinnsvis omfatter nevnte første infrarøde detektor en første pyroelektrisk krystall idet dette ar-rangement i bruk er slik at filteret slipper gjennom i det vesentlige kun nevnte første parti, og nevnte første pyroelektriske krystall genererer en utgangsspenning som er proporsjonal med intensiteten av infrarød stråling i nevnte første parti.

Fortrinnsvis omfatter nevnte apparatur videre en andre infrarød detektor som gir en referansekanal for å kompensere for utgangssignalet fra nevnte første infrarøde detektor for temperatur.

Fortrinnsvis omfatter nevnte apparatur videre et referansekanalfilter for føring til nevnte andre infra-røde detektor av en referansedel av spekteret utenfor nevnte område der referansedelen omfatter bølgelengder som i det vesentlige er upåvirket av nærværet av hydrokarboner.

Fortrinnsvis omfatter nevnte referansekanal filter safir.

Fortrinnsvis omfatter nevnte apparatur videre et sekundært filter for i det vesentlige termisk isolering av nevnte første infrarøde detektor.

Fortrinnsvis omfatter nevnte apparatur videre et første kammer og et andre kammer, der hvert kammer har en respektivt infrarød detektor og filter, der filtrene er forskjellige for passasje av en første del og en andre del i nevnte bølgelengdeområde, der nevnte første del omfatter en del av et absorpsjonsspektrum av et lett hydrokarbon og nevnte andre del omfatter en del av et absorpsjonsspektrum av et tungt hydrokarbon, der arrangementet i bruk er slik at nevnte utgangssignal representerer mengden av lett hydrokarbon som er til stede i nevnte første kammer og mengden tungt hydrokarbon i nevnte andre kammer.

Fortrinnsvis har nevnte første kammer en lengde som er lenger enn en lengde av nevnte andre kammer. I en utførelsesform har nevnte første kammer en lengde rundt 25,4 mm og nevnte andre kammer en lengde rundt 12,7 mm.

Fortrinnsvis omfatter nevnte apparatur videre et gassinnløp til og et gassutløp fra nevnte første og andre kammer og et åpning mellom disse der arrangementet i bruk er slik at gassen strømmer gjennom nevnte gassinnløp for testing i nevnte første eller andre kammer, gjennom nevnte åpning for testing i de andre kamre, og ut av nevnte gassutløp, hvorved i det vesentlige kontinuerlig detektering av gass som bringes tilbake med borefluidet, kan foretas.

Fortrinnsvis omfatter nevnte apparatur videre en blokk av materiale der nevnte infrarøde emitter, nevnte første infrarøde detektor, kammeret og nevnte første og andre filtre er montert, idet nevnte blokk har en termisk konduktivitet over rundt 200 W nr<1>K<1>.

I en utførelsesform omfatter blokken aluminium.

Fortrinnsvis omfatter apparaturen et oppvarmingselement for oppvarming av blokken for å holde temperaturen for nevnte infrarøde detektor i det vesentlige konstant.

Fortrinnsvis omfatter apparaturen et kjøleelement for avkjøling av blokken for å holde temperaturen i nevnte infrarøde detektor i det vesentlige konstant.

Fortrinnsvis omfatter apparaturen en enhet med et gassinnløp, et gassutløp og en energitilførsels-åpning hvorved apparaturen er transporterbar for plassering på en borerigg der arrangementet i bruk er slik at gassinnløpet kan kobles til en gassfelle for å motta gass som transporteres i nevnte borefluid.

Fortrinnsvis omfatter apparaturen en oppvarmingsinnretning for oppvarming av volumet som innelukkes av enheten.

Fortrinnsvis omfatter apparaturen en enhet med avkjølingsinnretning for avkjøling av volumet som innelukkes i enheten.

Fortrinnsvis omfatter apparaturen en trådløs sender for sending av utgangssignalet til en fjerntliggende vert, hvorved apparaturen kan anbringes nær en vibrasjonssikteapparat for å motta gass innblandet i nevnte borefluid, og nevnte utgangssignal kan transmitteres til nevnte fjerntliggende vert i det vesentlige i sanntid.

I henhold til et ytterligere aspekt ved oppfinnelsen tilveiebringes det bruk av apparaturen som angitt ovenfor, og der bruken omfatter kalibrering av apparaturen ifølge trinnene: (a) å føre forskjellige konsentrasjoner av gass gjennom apparaturen; (b) å registrere i en computerhukommelse resultater av utgangssignalet for hver konsentrasjon av gass; (c) tilpasning av en polynomial til resultatene for en lett hydrokarbongass og tilpasning av forskjellige polynomialer til resultatene av forskjellige konsentrasjoner for en tung hydrokarbongass; og

(d) å lagre nevnte polynomialer i en computerhukommelse.

Fortrinnsvis omfatter trinn (d) et trinn med lagring av nevnte polynomialer i computerhukommelsen hos en fjerntliggende vert.

Fortrinnsvis omfatter trinn (d) lagring av nevnte polynomialer i en computerhukommelse på nevnte apparatur.

Foreliggende oppfinnelse beskriver, i det minste i visse utførelsesformer, et gassdetekteringssystem som inkluderer infrarød gassdetektorapparatur som er spesifikk for hydrokarbonkomponenter og via hvilke en prøve gass strømmer, et computersystem for å motta data fra den infrarøde gassdetektorapparatur og ,for å prosessere slike data, et display (for eksempel en skjerm og/eller et strimmelkart) for å vise resultatene (i et aspekt i sann tid) og, eventuelt, forbindelser og grenseflater for å gi testresultater på seter fjernt fra testsetet. I visse aspekter beskriver foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for å detektere gass i et fluid der fremgangsmåten inkluderer å føre fluidhol-dig gass gjennom en gassfelleapparatur; å føre gass innfanget av gassfelleapparaturen til og gjennom et infrarødt gassdetekteringssystem for detektering av gassen, der det infrarøde gassdetekteringssystem har en første prosessor og apparatur for isolering av absorpsjonsspektra for gassen; produksjon med det infrarøde gassdetekteringssystem av analoge signaler som er indika-tive for nivåer av gassen; konvertering av de analoge signaler til digitale signaler med den første prosessor; transmittering av digitalsignalene fra den første prosessor til en andre prosessor; og, med den andre prosessor å produsere digitalsignaler som er indikerende for gassnivået. I visse aspekter beskriver oppfinnelsen et system for detektering av gass i et fluid, systemet inkluderer et avlukke; en infrarød gassensorapparatur i denne; en grenseflateapparatur i avlukket og i kommunikasjon med den infrarøde gassensorapparatur; analog signalapparaturen i den infrarøde gas sensorapparatur for å gi analoge signaler som er indikerende for et nivå av gass i et fluid; konverte-ringsapparatur i grenseflateområdeapparaturen for konvertering av analogsignalene til digitalsignaler; og senderapparaturer på grenseflateapparaturen for sending av de digitale signaler til et vertssystem.

I en spesiell utførelsesform har et gassdetekteringssystem ifølge oppfinnelsen en metansensor og en propansensor, hver av hvilke er forbundet med en tilsvarende gasskammergrensesnittkort (Gas Chamber Interface Board = GCIB). GCIB'ene gir en grenseflate mellom sensorene og en driver for en infrarød lampe (en lampe i hver sensor); og hver GCIP gir forsterkning og signalkondisjonering på sensorutgangssignalene og gir en analog-til-digital (A/D) konvertering av data fra sensorene. Ved å gjøre dette på GCIB'ene reduseres støtømfintligheten. Sensorene kalibreres på basis av de digitaliserte signaler (digitaliserte signaler fremstilt av GCIB'ene), således kan kalibreringen håndteres fullstendig i programvaren.

Et WSGD hovedkort inneholder en primær prosessor for systemet som håndterer kommunikasjo-ner og kontroll innen systemet. Hovedkortet leser de digitaliserte data fra GCIB'ene via et serielt grensesnitt. I visse aspekter kommuniserer hovedkortet med en vertscomputer (for eksempel en stasjonær eller bærbar computer på stedet eller annensteds), i et aspekt via et trådløst modem. Vertscomputeren gir brukeren grensesnitt til systemet og gir og viser kalibrering av sensordata og genererer resultater for gassinnholdet, for eksempel, men ikke begrenset til, metan- og propaninn-holdet.

Systemer ifølge oppfinnelsen kan måle nivåer av hydrokarboner (for eksempel metan, etan, propan, butan og isobutan). I et aspekt blir sensorene kalibrert for 0 til 100 volumprosent gass i luft av metan og propan, imidlertid er begge sensorer sensitive i en viss grad overfor andre hydrokarboner. Sensorene i en slik utførelsesform isolerer ikke fullstendig metan og propan fra andre hydrokarboner, men metansensoren gir en sterk respons på metan og etan (se for eksempel kurve C1, figur 18), og propansensoren gir en sterkere respons på propan, butan og isobutan (se for eksempel kurve C3, figur 18). Dette tilveiebringer en måte å skille mellom lette hydrokarboner (metan, etan) og tunge hydrokarboner (propan, butan, pentan). Systemer ifølge oppfinnelsen kan være transporterbare med en lett anbringbar lettvekts polyuretaninnkapslet gassfelle, i et aspekt med en gasstørker; videre et komponentspesifikt infrarødt gassdetektorsystem, en bærbar computer og et trådløst modem. I en spesiell utførelsesform og ved bruk av et trådløst modem eller en tilsvarende innretning tilveiebringes det en trådløs, bærbar gassmonitor.

I et spesielt aspekt har et infrarødt gassdetektorsystem som benyttes i systemer ifølge oppfinnelsen, en lyskilde og en dualkanals infrarød detektor med et snevert infrarødt filterbånd på hver kanal. I et aspekt er filtrene på et safirsubstrat, og et heltdekkende kvartsvindu dekker sensoren for å beskytte filteroverflatene og gi ytterligere termisk isolering for sensoren. En kanal av detektoren benyttes for å detektere det infrarøde som absorberes av målgassen; den andre kanal benyttes som en referansekanal for å gi kompensering for sensoren for temperatur- og luminansvariasjoner. Det er aldri noen fysisk reaksjon med gass/luftblandingen og derved forringes ikke sensorkonsis-tens og repeterbarhet. I visse aspekter kan rutinekalibreringer av slike system vare i over 6 måne-der. Sensoren er forseglet i en kapsel og kvartsvindu og kontaminanter i gasser har liten innvirk-ning på sensitiviteten og repeterbarheten. Høye nivåer av fuktighet kan generere falske avlesninger på en sensor, og derfor er det foretrukket, i visse aspekter, å filtrere ut fuktighet fra inngangs-gasstrømmen. Sensorene benytter frekvensspesiflkk, molekylær absorpsjon for å indikere hydrokarboner. Partikler av slamsystemer reagerer ikke med sensorene, og sensorene benytter filtre på linsene slik at kun den spesifikke frekvensen for hydrokarbongasser detekteres av sensoren. H2S, N2og CO2er ved forskjellige frekvenser og detekteres ikke. Sensorene indikerer, i visse utførelses-former, metan og propan i ren form, men kan også indikere gasser av multikomponentblandinger. I visse aspekter er metansensoren kalibrert for 0 til 100 volumprosent etan, eller propansensoren er kalibrert spesifikt for 0 til 100 volumprosent butan, isobutan eller pentan. Dette forandrer ikke responsen for sensorene overfor andre gasser. Dette gir en geolog en full evaluering av hver hydro-karbonbærende sone og kan indikere sekundære soner som ellers ikke var tatt i betraktning.

For en bedre forståelse av oppfinnelsen skal det som eksempler henvises til de følgende figurerer der: Figur 1 er en absorbansgraf versus bølgelengde for fem hydrokarbongasser i 6-14 pm delen av spekteret; Figur 2 er en absorbansgraf versus bølgelengde for fem hydrokarbongasser i 1,6-1,8 pm delen av spekteret; Figur 3 er en absorbansgraf versus bølgelengde for fem hydrokarbongasser i 2,1-2,8 pm delen av spekteret; Figur 4 er en absorbansgraf versus bølgelengde for fem hydrokarbongasser i 3,1-3,6 pm delen av spekteret; Figur 5 er et skjematisk blokkdiagram for en apparatur ifølge oppfinnelsen i bruk med en brønn og borerigg; Figur 6 er et skjematisk sideriss av en kjent, infrarød sensorapparatur; Figur 7 er et skjematisk riss av en apparatur ifølge oppfinnelsen i bruk med en gassfelle og en fjerntliggende vert; Figur 8A er et skjematisk blokkdiagram av deler av apparaturen i figur 7; Figur 8B er et skjematisk blokkdiagram av elektroniske komponenter av en apparatur ifølge oppfinnelsen; Figur 9A og 9B er skjematiske blokkdiagrammer av en apparatur ifølge oppfinnelsen; Figur 10 er et skjematisk perspektivriss av en gassensorapparatur som er del av apparaturen i figur 8A; Figur 11 er et skjematisk perspektivriss av gassensorapparaturen av figur 10 tilkoblet inn- og utgangsgassprøveledninger; Figur 12 er et forstørret perspektivriss av gassensorapparaturen i figur 10; Figur 13 er et perspektivriss av en husdel av gassensorapparaturen i figur 10; Figur 14 er et sidetverrsnitt gjennom et metanlyskammer ifølge oppfinnelsen;

Figur 15 er et sidetverrsnitt gjennom et propanlyskammer ifølge oppfinnelsen; og

Figur 16 er en graf for absorbans versus bølgelengde for forskjellige hydrokarboner og fre-kvensbåndene for filtre som benyttes i apparaturen ifølge oppfinnelsen;

Figur 17 er et utvidet riss av en del av grafen i figur 16; og

Figur 18 er en typisk display på en fjerntliggende vert for signalene mottatt fra apparaturen i

figurene 9A og 9B.

Som vist i figur 6 mottar en gassdetektor 50 ifølge oppfinnelsen en prøvegass i en polyuretan-("polystrøm"-)linje 37 fra en gassfelle 12. Gassfellen er tilgjengelig fra MD Totco, Cedar Park, Tex-as, USA. En borerigg 11 borer en brønn 13 i en formasjon 25. En slampumpe 33 pumper slam M inn i en ledning 36 inn i brønnen 13 via en borestreng 22 til og gjennom en borkroneapparatur 23, og deretter opp i ringrommet 26 til en utløpsledning 27 som munner ut i gassfellen 12. Slammet M trer ut av gassfellen 12 og strømmer inn i en slamtank 17 hvorfra slampumpen 33 pumper slammet i en ledning 35 tilbake til ledningen 36. En sender eller et modem 15 (for eksempel trådløs eller tilkoblet) sender signaler fra gassdetektoren 50 til apparaturer eller systemer som en computer, et computersystem, nettverk eller en dataakvisisjonssystem eller -apparatur.

Gassfellen 12 er posisjonert i slamboksen eller i en ikke vist lomme i et vibrasjonssikteapparat, det vil si den del av vibrasjonssikteapparatet som mottar slammet M etter at dette vender tilbake fra brønnen 13, men før det prosesseres av skallristeren. Gassfellen 12 er posisjonert nær utløpet av utløpsledningen 27, men borte fra ethvert hjørne av slamboksen der det kan inntre damdannelse. Dette hjelper til med å sikre at gassen som ekstraheres fra slammet M, representerer den ferskeste boring i hullet.

Gassfellen 12 omfatter ikke viste slagstaver som er nedsenket i slammet M. Disse staver bringes til vibrering ved 1725 omdreininger per minutt for å agitere slammet M og frigi medført gass. Når gas sen frigis, samles denne i et kammer over slammet M der den trekkes gjennom et sett av (ikke viste) tørkere ved hjelp av en pumpe. Tørkerne omfatter kalsiumklorid og etylenglykol som tjener til å fjerne all fuktighet fra gassen. Gassen trekkes av ved atmosfærisk trykk gjennom polyuretanledningen 37 til gassdetektoren 50 som beskrevet i større detalj nedenfor. Figur 6 viser et typisk, kjent infrarødt sensorsystem (se for eksempel US 4 635 735) der infrarødt lys fra en infrarød kilde passerer gjennom materialet som skal analyseres i et kammer C, så gjennom et absorptivt filter til en infrarød detektor. Materialet strømmer inn i kammeret C gjennom en "prøve inn"-åpning og ut gjennom en "prøve ut"-åpning. Figur 7 viser gassdetektoren 50 i større detalj. Den omfatter en gassfelle 71, en gasstørker 71a, en trådløs bærbar gassmonitor 72, en bærbar computer 73 (for å tjene som en fjern vert med verts-program) og et trådløst radiomodem 74. Den trådløse, bærbare gassmonitor 72 omfatter en eks-plosjonssikker beholder med målene 0,39 m x 0,37 m x 0,19 m uten festbraketter (for montering på for eksempel et rekkverk), og 0,60 m x 0,37 m x 0,22 m med en slik montering; den veier rundt 25 kg. I henhold til dette kan den lett flyttes for hånd. I bruk blir prøvegass ekstrahert fra slammet M via gassfellen 71, trukket av ved hjelp av en ikke vist pumpe til den trådløse, bærbare gassmonitor 72 for analyse. Utgangen fra den trådløse, bærbare gassmonitor 72 transmitteres trådløst til den bærbare maskinen 73 der resultatene vises og/eller lagres i hukommelsen som beskrevet i større detalj nedenfor. Den lille størrelse og den trådløse kommunikasjon som gis av den trådløse, bærbare gassmonitor 72 muliggjør at denne kan plasseres nær sikteapparatet der gassprøvene tas; dette har redusert tiden det tar for gassen å forflytte seg til detektoren til rundt 10 sekunder (avstand rundt 6,1 m mellom gassfelle og monitor) i motsetning til de kjente systemer der det tok mellom to og fem minutter (avstand rundt 91-122 m mellom gassfelle og tidligere kjente monitorer). Tilsvarende gis resultatene i det vesentlige i sann tid til geologen. Videre trenger geologen ikke å være lokalisert i et risikoområde på boreriggen for å analysere resultatene; han kan være hvor som helst i verden og motta data fra den trådløse, bærbare gassmonitor 72 via internett.

Under henvisning til figur 8A omfatter den trådløse, bærbare gassmonitor 72 to GCIB'er 81 (gasskammergrensesnittkort) som ligger i grensesnittet mellom to gassdetektorer 82. Gassdetektorene 82 gir analoge data som omfatter en alternerende, sinusformet bølgeform hvis amplitude reduseres ved den infrarøde absorpsjon i det interessante bølgelengdebåndet. Et hovedkort 83 mottar digitaliserte data fra GCIB'ene 81 og kommuniserer via et trådløst modem 84 (eller via kabel) med en fjerntliggende vert 85 (for eksempel et datamaskinsystem). Ved hjelp av vertsapplikeringspro-grammet 86 tilveiebringer fjernverten 85 en grafisk presentasjon av gassnivåer, for eksempel metan- og propannivåer som er til stede i gass som passerer gjennom den trådløse, bærbare gassmonitor 72. Detektorene 82 er alle forbundet med en GCIB 81 som tilveiebringer et grensesnitt for hver detektor 82 og en driver for IR-emitteren i hver gassdetektor 82. GCIB'ene 81 gir forsterkning og signalkondisjonering på sensorutgangssignalene (analoge signaler som indikerer gassnivå) som, etter digitalisering og kalibrering, indikerer reelle gassnivåer (som volumprosent gass i luft) før det foretas en intern (eller ekstern) A/D-konvertering. Ved å foreta A/D-konvetreringene på GCIB'enes system reduseres følsomhet overfor støt- og temperaturinduserte transienter. Eventuelt gjennomføres analog kondisjonering. Den analoge kondisjoneringen som gjennomføres, tar den alternerende bølgeform fra sensoren og likeretter og filtrerer denne for å gi en likestrømsspen-ningsutgang som kan digitaliseres. Bølgeformen blir også invertert før digitalisering slik at signalet i realiteten øker når gasskonsentrasjonen øker. Kalibreringen av sensoren gjennomføres på de digitaliserte signaler slik at kalibrering kan håndteres fullstendig i programvare i den fjerntliggende verten 85.

Hver GCIB 81 har en liten mikroprosessor som kontrollerer A/D-konverteringen og som også håndterer et serielt grensesnitt mot hovedkortet 83; en (ikke vist) digital temperatursensor er tilveiebrakt på hver GCIB 81. Hovedkortet 83 har en primær mikroprosessor 89 som krever sensor- og temperaturdata fra GCIB'ene, håndterer temperaturkontrollen for systemet, gjennomfører digital prosessering (for eksempel eksponentiell gjennomsnittsberegning) på sensordata, håndterer tidsstyring og kontroll av systemet og tilveiebringer et serielt grensesnitt til det trådløse modem 84 gjennom hvilket vertsapplikasjonsprogrammet 86 kan ved fjernstyring gi kommandoer og motta sensordata fra systemet. Hovedkortet 83 har også et ikke-flyktig minne 83a for å lagre kalibreringsdata for systemet.

Avlesningssensordata fra GCIB'ene 81 av hovedkortet 83 sender en kommando for å bringe GCIB'ene 81 i en gassprøvetakingsmodus. Når GCIB'ene 81 mottar denne kommando, gjennomfø-rer de en A/D-konvertering, for eksempel foretar de 4096 A/D konverteringer av sensorsignalene i løpet av en 1,2 sekunders periode (fem lampedriverpulsperioder), og trekker gjennomsnitt av disse for å gi en utgangsverdi for hver sensorkanal. Hovedkortet 83 leser disse verdier etter 1,2 sekunder. Hovedkortet 83 avgir så en kommando for å bringe GCIB'ene inn i en temperaturprøvetak-ningsmodus og avleser temperaturdata for hver gassdetektor 82 og hver GCIB 81. Temperaturdata gjennomsnittsberegnes ikke på GCIB selv om analog filtrering (for å fjerne høyfrekvensstøy fra signalet for å forbedre signal/støy-forholdet) gjennomføres før A/D-konvertering. Hovedkortet 83 avleser data fra hver av gassdetektorene 82 hver annet sekund. En viss ytterligere eksponentiell gjennomsnittsberegning kan eventuelt gjennomføres på sensor- og temperaturdata ved hjelp av hovedprosessoren før denne føres til den fjerntliggende verten 85 via et trådløst modem 84. Temperaturkontroll kan også gjennomføres i regulære intervaller, for eksempel hvert annet sekund. Eventuelle varmere 87 (se figur 5) kontrolleres ved hjelp av en temperatursensor (for eksempel ved hjelp av et temperaturkontrollsystem, det vil si "Temperature Controls" 120, figur 4B) på hovedkortet 83. Hvis temperaturavlesningen er lavere enn det reelle temperatursetepunkt, 32 °C, blir opp-varmingsresistorer 105 skrudd på i en to sekunders periode. Detektorene 82 har en varmeinnretning 87 og en kjøleinnretning 88 (for eksempel et varmeelement og en termoelektrisk kjøler, "TEC") for å kontrollere sensortemperaturen. En annen ordens temperaturkontrollsløyfe benyttes for å modulere sensorens varmeinnretning og kjøleinnretning til å gi større stabilitet når det gjelder sensortemperaturen. Varmeelements- eller TEC-energien moduleres slik at energiinngangen er rela- tert temperaturawiket (differensialkomponent)for å skape en styreenhet av proporsjonaldifferensial-(PD-)type.

Datapakker omfattende sensordata sendes til verten 85 hvert annet sekund. Vertsapplikasjonsprogrammet 86 henter sensordata og applikerer kalibreringsdata som er lagret i hukommelsen for enheten for å generere riktig gassavlesning. Alternativt kan vertsapplikasjonsprogrammet 86 gi styring for å avlese eller å skrive det ikke-flyktige minne 83a på hovedkortet 83, noe som tillater at kalibreringsinformasjon kan lages i gassdetektoren på hovedkortet 83 heller enn hos den fjerntliggende verten 85.

Når vertsapplikasjonsprogrammet 86 startes, krever dette kalibreringsinformasjon fra hovedkortet 83 i gassdetektoren.

Hver GCIB 81 har to sensorinngangskanaler, to temperatursensorinngangskanaler og to infrarød-kildedriverutganger. I et aspekt er driverutgangene pulset ved 4,17 Hz, og detektorene 82 detekte-rer variasjon i temperatur når lampene pulses, noe som gir en liten utgangsvekselspenning. Et valgt snevert båndfilter filtrerer infrarødstrålingen slik at detektoren kun mottar en del av infrarød stråling i et interessant bølgelengdeområde (for eksempel 3190 til 3330 nm for metan, 3330 til 3540 nm for propan). Hvis en gass med en infrarød absorpsjon ved denne bølgelengde passerer gjennom sensoren, vil mindre lys nå sensoren, og man vil ikke se noen stor temperaturvariasjon, noe som resulterer i at amplituden for utgangssignalet synker. I et aspekt går dette signal først gjennom en fiksert lavstøyforsterker 81a med 10 gangers økning på GCIB 81 (se figur 4A), fulgt av et økningstrinn med valgbar 6,12, 24 eller 48 gangers økning. Dette signal blir så likerettet, invertert og filtrert (på GCIB 81) for å generere et likestrømsutgangssignal som øker når sensorsignalet synker på grunn av absorpsjon av lyset. Det er en tidsforsinket justering for å sette basisutgangs-spenningen (tilsvarende null-justering), og det er en utgangsforsterkningsjustering tilsvarende jus-teringsområdet. Justeringene på GCIB er ikke den reelle sensorkalibrering, men settes heller opp til en nominell forskyvning og forsterkning for sensoren slik at utgangen ligger innen et brukbart driftsområde. I et aspekt skjer disse justeringer på GCIB 81 når en sensor først forbindes med kortet hvoretter kalibreringspunktet håndteres via programparametre som er lagret i det ikke-flyktige minne 83a på hovedkortet 83 i den trådløse gassmonitor 72.

Som vist i figur 9A og 9B er det trådløse modem 84 i den trådløse, bærbare gassmonitor 72 forbundet med en antenne 93. En energikilde 90 gir energi for GCIB'ene 81, hovedkortet 83, det tråd-løse modem 84, detektorene 82 en strømforsyningsvifte 94, en kjøler 88, en pumpe 97 og en luft-vakuumtransducer (strømningssensor) 98. Beholderoppvarmingsresistorene 105 kontrolleres via et beholderoppvarmingsrelé 104 som mates fra 120 V vekselstrøm. Beholderoppvarmingsreléet benyttes for å åpne og å lukke kretsen for å opprettholde et driftstemperaturområde i systemet, for eksempel over 25 °C. Støpselet 103, kretsbryteren 101 samt en strømbryteren 102 er for energi-kontrollbeskyttelse for hele enheten. Energi for en gassfelle 96 strømmer gjennom en bryter 106 og et 120 V vekselstrøm støpsel 107. Eventuelt filtrerer et filter støy fra gassen. En vifteregulator 100 gir 9 V likestrøm til drift av viftene.

Under henvisning til figur 8B vises et skjematisk blokkdiagram av hovedkortet 83.1 et aspekt er hovedkortet 83 et PIC mikrobasert datasamlings- og kommunikasjonskort eller tilsvarende, for å motta analog og digital transducerinformasjon og konvertere dette til digitaldata for sending til en maskin eller et datasystem for undersøkelse og/eller arkivering. En energitilførsel 90 ("External Power Supply") gir den nødvendige energi. I et aspekt blir data sent via RS 232 eller alternativt over en trådløs forbindelse som benytter det trådløse modem 84. Datatransmisjonskretsen settes opp som en populasjonseventualitet der enten modemet 84 eller datterdisken (ikke vist) innehol-dende RS 232, er populert. Brukt i forbindelse med GCIB'ene 81 er disse i direkte grensesnitt via et grensesnitt 130 direkte med gassdetektorene 82 og gjennomfører digitalisering av sensorsignalene. Fire forbindelser til hver sensor inkluderer energi, jord, gasskanalutgang og referansekanalut-gang. Et serieelt grensesnitt mellom GCIB'ene 81 og hovedkortet 83 benyttes.

Hovedkortet 83 håndterer temperaturkontrollen for enheten og gassdetektorene 82. Beholderopp-varmingsenheten 105 benyttes for å holde en minimal enhetstemperatur i volumet som omsluttes av denne beholder for å forhindre flammefeller 87c fra tilstopping. Flammefellene har et innløp 87A og et utløp 87B. Oppvarmingsenhetene fordeler varme direkte til det krevde område hvis nødven-dig. Når den temperatur som rapporteres av en integrerte temperatursensoren 110, ligger under den spesifiserte terskel, er disse oppvarmingsenhetene satt ut av drift. Oppvarmingsenheten 87 og den termiske elektriske kjøler 88 kontrollerer temperaturen i gassdetektorene 82 ved bruk av viften 95. Proporsjonal/differensial-kontroll 120 ("Temperature Controls") benyttes for at sensortemperaturen skal øke, og i et aspekt for å gi maksimal stabilitet for temperaturen. Temperatursettepunktet så vel som en styringsforsterker spesifiseres for både oppvarmingsenhet og kjøler (multiplikator for det proporsjonale uttrykk) og en enkel dempefaktor appliseres både for oppvarmer og avkjøler (multiplikator for den differensiale term). Kontrollverdier for temperaturkontroll i enheten er pro-grammerbar via en mikrokontroll EEPROM 83c. Temperaturkontrollverdiene kan settes i vertscom-puterprogrammet og lagres på WSGD PCB mikrobrikken på hovedkortet 83.

Hovedkortet 83 har tre analog/digital-kanaler 131 som aksepterer enten et 4-20 mA eller et 2-5 V analogt signal fra ytre kilder. Det er utganger for å drive beholder- og sensoroppvarmingsenhetene så vel som den termiske, elektriske kjøler. Den interne temperatursensoren i temperaturkontroll-modulen 120 er er forbundet med analog/digital-konverteren på hovedkortet 83.

En integrert PIC mikrostyreenhet 140 leser data fra detektorene 82, håndterer kontrollen av enhets-og sensortemperaturene og gjennomfører en viss prosessering av disse data som gjennomsnittsberegning derav for å forbedre signal/støy-forholdet. Den overfører så sensordata til verten 85 via det trådløse modem 84 (eller via direkte RS 232 link, ikke vist). Hovedkortet 83 kan drive LED'er 133 for å indikere status for kortet, hovedkortprosessor og modem. Ikke-flyktig hukommelse 83a i mikrostyringsenheten 140 benyttes for å lagre temperaturkontrollparametre så vel som enhetens gasskalibreringsdata som kreves av vertsapplikasjonsprogrammet 86 for å konvertere sensorråav-lesningene til kalibrerte verdier. Kjøleren 88 avkjøler sensorene og strømforsyningen. I et aspekt sitter kjøleviften 95 på toppen av kjøleren 88.

Under henvisning til figurene 10,11,12 og 13 vises sensorblokken i figur 9A i større detalj. Sensorblokken 150 omfatter et aluminiumlegeme 151 med to blindboringer 152, 153, boret og utstyrt med gjenger. Aluminiumlegemet 151 har dimensjonene 70 mm x 57 mm x 22 mm (lengde x bredde x høyde), og hullene med lenge 152 og 153 har en diameter på 17 mm og en lengde på 44 mm. Legemet 151 omfatter to eksterne porter 154 og en intern port 155 (se figur 13) som gir en vei for gassen gjennom aluminiumlegemet. Spesielt kan gass strømme fra utsiden av aluminiumlegemet 151, inn i boringen 152, gjennom den indre port 155 inn i boringen 153 og ut gjennom den motsatte side av aluminiumlegemet 151. To gasstilførselskoplinger 156,157 er i en ende montert til aluminiumlegemet 151 til en respektiv ekstern port 154; den andre ende av hver gasstilførselskopling kan motta og holde på en (ikke vist) gassmateledning.

Oppvarmingsenheter/kjølere 151a er montert på tre felter av aluminiumlegemet 151. Når man fører en strøm virker varmerne/kjølerne 151a enten som en varmekilde eller en kjøleribbe. Aluminiumlegemet 151 er en god leder for varme med en termisk konduktivitet på rundt 205 W nr<1>K<1>.1 henhold til dette blir temperaturen i aluminiumblokken 151a lett kontrollert av varmerne/kjølerne 151a.

En metansensor 158 er montert i boringen 152, og en propansensor 159 er montert i boringen 153, begge holdt på plass ved hjelp av gjenger som går i inngrep med gjengene i aluminiumlegemet 151. Hver sensor 158,159 omfatter en (ikke vist) temperatursensor som markedsføres under nummeret LM335 fremstilt av National Semiconductor, Inc. To elektriske kabler 160,161 gir energi til sensorene og mottar deres utgående signal.

Under henvisning til figur 14 omfatter propansensoren 159 et generelt sylindrisk aluminiumshus 162 som er utstyrt med fire porter 163, anordnet i like lang omkretsavstand ved samme aksiale posisjon langs huset 162. Portene 163 tillater at gass strømmer inn i et lyskammer som er definert av huset 162. En IR-emitter 164 er montert ved en ende av huset 162 og en IR-detektor 165 er montert i den motsatte ende. IR-emitteren og -detektoren har en veilengde mellom seg på 12,7 mm.

IR-emitteren 164 omfatter en Gilway Technical Lamp modell #MR3-1150. Denne IR-emitter har en relativt spektral stråling på rundt 75 % i bølgelengdeområdet 3,2-4,0 pm, det vil si den dekker det interessante absorbansområdet. IR-emitteren 164 omfatter også en parabolreflektor for å under-støtte kollimering av IR-lyset mot IR-detektoren 165 under bruk.

IR-detektoren 165 omfatter en Eltec Instruments, Inc. model #479 pyroelektrisk detektor som har to kanaler: en referansekanal og en detekteringskanal. Hver kanal er utstyrt med et filter og litiumtan-talatkrystall, idet filteret er egnet for filtrering av bølgelengdebånd av interesse.

Figur 16 viser passbåndene for filtrene. Propandetekteringsfilteret over detekteringskanalkrystallen er laget av kvarts (fusert silika) og har følgende egenskaper (passbånd P1 figur 16):

Et filter med disse egenskaper kan i dag oppnås fra Spectrogon AB.

Propanreferansefilteret over referansekanalen er et Eltec filter #570 (safir) og har de følgende egenskaper (passbånd P2 figur 16):

Toleranse som nevnes ovenfor er for å tilveiebringe veiledning for bruken av alternative filtre til de spesielle produkter som nevnes.

Under henvisning til figur 15 omfatter metansensoren 158 et generelt sylindrisk aluminiumshus 166 utstyrt med tolv porter 167 i tre grupper på fire i hver, i lik omkretsavstand rundt huset 166. Portene 167 tillater gass å strømme inn i et lyskammer som er definert av huset 166. En IR-emitter 168 er montert ved en ende av huset 166, og en IR-detektor 169 er montert ved den motsatte ende. Emitteren og detektoren har en veilengde mellom seg på 25,4 mm.

IR-emitteren 168 omfatter en Gilway Technical Lamp model #MR3-1088. Denne IR-emitter har en relativt spektral stråling på rundt 75 % i bølgelengdeområdet 3,2-4,0 pm, det vil si den dekker det interessante absorbansområdet. IR-emitteren 165 omfatter også en parabolreflektor for å under-støtte kollimering av IR-lyset mot IR-detektoren 169 under bruk.

IR-detektoren 169 omfatter en Eltec Instruments, Inc. model #479 pyroelektrisk detektor som har to kanaler: en referansekanal og en detekteringskanal. Hver kanal er utstyrt med et filter og litiumtan-talatkrystall, idet filteret er egnet for passering av bølgelengdebåndet av interesse.

Metandetekteringsfilteret over detekteringskanalkrystallen er laget av kvarts (fusert silika) og har de følgende egenskaper (passbånd P3 figur 16):

5 % avslutning av bølgelengden er den mest kritiske av de tre parametre slik det skal forklares i større detalj nedenfor. Et filter med disse egenskaper kan i dag oppnås fra Spectrogon AB. Metan-referansefilteret over referansekanalen er et Eltec filter #380 (safir) og har de følgende egenskaper (passbånd P4):

Toleransen som nevnt ovenfor er for å gi en retningslinje for bruken av alternative filtre til de spesifikke produkter som nevnes.

Hver IR-detektor 165, 169 er utstyrt med et kvartsvindu over begge kanaler. Kvartsvinduet er i det vesentlige transparent for IR-bølgelengder i området av interesse.

I bruk blir en prøvegass trukket med luft under atmosfærisk trykk gjennom polyuretanledningen 37 inn i den trådløse gassmonitor 72 til sensorblokken 150 (figur 9A) via en (ikke vist) mateledning. Gassen passerer inn i aluminiumblokken 151 via en ekstern port 154 og inn i lyskammeret med metansensoren som er definert av huset 166. Prøvegassen strømmer ut av huset 166, passerer gjennom den indre port 155 og beveger seg til lyskammeret i propansensoren som er definert ved huset 162. Til slutt passerer gassen ut av den andre, eksterne port 154 og kan føre til videre be-handling. Således gjør sensorblokken at prøvegassen føres kontinuerlig gjennom de to sensorer uten at det kreves ventiler eller liknende. Videre kreves ingen spesiell bærergass, og omgivelses-luft nær apparaturen kan benyttes.

Som beskrevet ovenfor, plasserer hovedkortet 83 hver GCIB 81 i gassprøvemodus for å bestemme om detekterbare mengder hydrokarbongass passerer gjennom sensorblokken 10. Hver IR-emitter 164,168 drives av sin tilsvarende GCIB 81 ved 4,17 Hz med en spenning på rundt 4,5 V og en arbeidssyklus på 50 %. Selv om IR-detektorene 165,169 er mest sensitive rundt 1 Hz, benyttes 4,17 Hz da dette gir en hurtigere responstid for forskjellige gasser som passerer gjennom detektorene. Drivfrekvensen har ingen effekt på evnen til å kunne detektere forskjellige gasser.

Således blir infrarødt lys avgitt fra hver IR-emitter 165, 169 på en syklisk måte til det respektive lyskammer som er definert av huset 162 og huset 166. På grunn av den ovenfor nevnte parabole reflektor rundt hver IR-emitter 164,169 beveger det infrarøde lys seg i det vesentlige aksialt langs lengden av hvert lyskammer mot den tilsvarende IR-detektor. Eventuell hydrokarbongass som er til stede i et av lyskamrene vil absorbere fotoner ved bølgelengder vist ved absorpsjonsspektra i figur 16. Hvis hydrokarbongass er til stede, vil lysavlesningen som når detektorene 165,169, svekkes i intensitet.

Hvis gass ikke er til stede i lyskamrene, mottas pulser av IR-lyset av detektorene 165,169 på i det vesentlige uforandret måte. Hver puls av IR-lys passerer gjennom kvartsvinduet, noe lys treffer referansekanalen, og noe treffer detekteringskanalen. IR-lyset absorberes av litiumtantalatkrystal-len i hver kanal, og en utgangsspenning produseres, og denne er proporsjonal med den infrarøde strålingsintensitet, det vil si mengden varme som genereres. Fordi IR-emitterne 164,168 er pulset med en 50 % arbeidssyklus, blir hver krystall varmet opp 50 % av tiden og avkjølt 50 % av tiden. Da polariteten for ladningen på krystallen er positiv for oppvarming og negativ for avkjøling, er utgangen fra hver kanal av hver detektor tilsvarende en sinusbølge med frekvens 4,17 Hz. Mengden oppvarming og avkjøling av krystallene er således avhengig av intensiteten av IR-strålingen som når dem og derfor av mengden av IR-stråling som absorberes av eventuell hydrokarbongass i lyskamrene. Størrelsesorden for utgangssignalet fra IR-detektorene 165,169 forandres i henhold til mengde gass i lyskamrene.

Hver liti u mta ntal atkrysta 11 responderer på innfallende stråling i en hvilken som helst del av spekteret. Derfor velges de ovenfor nevnte filtre til å selektere en del av spekteret av interesse og kassere resten. For metansensoren 158 er bølgelengdeområdet som nevnt ovenfor. Det vil sees i figur 16 at en del av metanabsorpsjonsspekteret mellom rundt 3 150 nm og 3 330 nm er separert fra de andre hydrokarboner. Metandetekteringsfilteret slipper gjennom IR-lys i dette bølgelengdeområde. Som nevnte ovenfor er 5 % avslutning (det vil si den øvre bølgelengdegrense) av betydning. Under henvisning til figur 17 viser et utsnitt av 5 % avslutning at absorpsjonsspekteret for propan 170, butan 171 og isobutan 172 blir mer signifikante fra rundt 3 340 nm og oppover. Metandetekteringsfilteret har en 5 % avslutning ved 3 330 nm slik at effekten for disse tyngre hydrokarboner reduseres i metansensorutgangen.

Når det gjelder propandetekteringsfilteret, ser man i figur 16 at det er en topp 173 i etanabsorpsjonsspekteret mellom rundt 3 330 nm og 3 355 nm. Imidlertid vil man også se at absorpsjonsspektra for de tynge hydrokarboner (inkludert propan) blir signifikant ved rundt 3 350 nm. I henhold til dette må 5 % start (det vil si den nedre bølgelengdegrense) for propandetekteringsfilteret velges omhyggelig for å avvise etanabsorpsjonstoppen 173, men la så mye som mulig av de tyngre hy-drokarbonabsorpsjonsbølgelengder passere. Området for propandetekteringsfilteret strekker seg over absorpsjonsområdet for de tyngre hydrokarboner (propan, butan, isobutan) som beskrevet ovenfor. Selv om etanabsorpsjonsspekteret også strekker seg inn i dette området, er dens absorbans lav sammenliknet med toppen 173. Videre er etan vanligvis kun til stede i brønner i små an-deler sammenliknet med metan, for eksempel kan en brønn være 94 % metan mens de resterende 6 % er etan og tyngre hydrokarboner.

Som nevnt ovenfor er avstanden mellom IR-emitter og -detektor forskjellig på metansensoren 158 og propansensoren 159. Videre har IR-emitteren 164 i metansensoren 158 høyere energi enn IR-emitteren 168 i propansensoren 159. Som vist i figur 16, er metanabsorpsjonsspekteret av kamlik-nende type med diskrete absorpsjonstopper. Selv om absorpsjonstoppene er relativt høye, er føl-gelig den mengden IR-lys som absorberes over metandetekteringsfilterbølgelengdeområdet, relativt lav. I motsetning til dette er absorpsjonsspektra for propan, butan og isobutan alle kontinuerlige, men av relativt lav intensitet sammenliknet med metan. IR-lyset beveger seg i en større lengde

(25,4 mm) for å gi en forbedret IR-detektorrespons over området 0,01 til 100 volumprosent. Metan-IR-emitteren 164 er derfor kraftigere for å g fullgode signalnivåer til elektronikken. IR-lyset er gitt en kortere veilengde (12,7 mm) slik at intensiteten vil synke hurtigere i nærvær av tyngre hydrokarboner på grunn av deres kontinuerlige spektra. Da veilengden er kortere, kan en IR-emitter med lavere energi benyttes.

Utgangssignalet fra metansensoren 158 og propansensoren 159 er i analog form. Hvert utgangssignal føres direkte til den tilsvarende GCIB 81 der den passerer gjennom en 10 gangers forsterker av lavstøytype og deretter gjennom et forsterkertrinn med 6,12, 24 eller 48 gangers forsterkning. Dette gir fleksibilitet for bruk med forskjellige kombinasjoner av detektorer og signalinnganger. Hvert signal blir så likerettet, invertert og filtrert for å generere en likestrømsspenning som øker med økende gass i hver sensor (det vil si synkende IR-lys som mottas ved hver detektor). Like-strømsspenningen blir så A/D-konvertert. Tidlig konvertering til det digitale domenet understøtter reduksjon i effekten av temperaturvariasjon (se nedenfor). Særlig gir hver GCIB 81 4096 A/D-konverteringer over en 1,2 sekunders periode per kanal. De 4096 resultatene blir så oppsummert og gjennomsnittet beregnet for å generere en midlere verdi. Fordi 4096 resultater dekker nøyaktig 5 perioder av IR-emitterfrekvensen, gir det en null ved 4,17 Hz, noe som effektivt fjerner all rippel ved denne frekvens. Hovedkortet 83 avleser så den midlere verdi for hver sensor.

Hovedkortet 83 anbringer så hver GCIB 81 i temperaturprøvemodus og avleser sensortemperatur-data og GCIB-temperaturdata. Hovedkortet 83 benytter den midlere verdi og temperaturdata for å bestemme sensordata som representerer den virkelige volumprosent av detekterbar gass i metansensoren 158, henholdsvis propansensoren 159 (beskrevet i større detalj nedenfor). Sensordata blir så sendt trådløst til verten 85 for visning, lagring i hukommelse og analyse av geologer. Hovedkortet anbringer så GCIB'ene i gass- og temperaturprøvetakningsmodus hvert annet sekund for derved å tilveiebringe i det vesentlige kontinuerlig utgangssignal som representerer nærværet av eventuelle lette og tunge hydrokarbongasser i metansensoren 158 og i propansensoren 159.

Pyroelektriske sensorer viser et antall anomalier der den mest prominente er følsomheten overfor omgivelsestemperaturforandringer. Mens målinger som beskrevet ovenfor, tas for å holde omgivelsestemperaturen i sensorene relativt konstant, er det nødvendig å sikre at utgangen fra sensorene reflekterer primærnærværet av gass og ikke omgivelsestemperaturforandringer. Dette er spesielt viktig når detektoren kreves å arbeide under et antall ekstreme betingelser der mange av hvilke har store temperaturforandringer i løpet av dagen. Hvis for eksempel temperaturen i detektorinneluk-ningen øker, vil temperaturen i litiumtantalatkrystallet også øke. Derfor vil temperaturdifferansen mellom på og av for IR-emitterkrystallen synke, og utgangsignalet fra sensoren vil synke falskt, noe som indikerer mer gass i sensorene. Videre er krystallene også sensitive overfor hastigheten for forandringen i temperatur.

For å motvirke denne effekt er Eltec 479-sensorene utstyrt med den ovenfor nevnte referansekanal. Referansekanalen er parallell motsatt detekteringskanalen hvorved referansekanalen trekkes fra detekteringskanalen. Derfor blir enhver plutselig temperaturvariasjon i en viss grad kompensert for, men gradvis forandring i omgivelsestemperaturen kompenseres det ikke for. Metanreferanse-filteret (med egenskaper som beskrevet ovenfor) velges for å la passere en del av spekteret som i det vesentlige er upåvirket av absorpsjonsspektra til de interessante hydrokarboner og som derfor ligger utenfor 3,1-3,6 pm området. Det faktum at det er en viss meget liten mengde absorpsjon på grunn av tyngre hydrokarboner i metanreferansefilterpassbåndet betyr at i fravær av metan vil responsen for metansensoren 158 bli lett negativ hvis eventuelle tyngre hydrokarboner er til stede. Dette er ikke funnet problematisk. Propanreferansefilteret velges på tilsvarende måte, men trenger å unngå absorpsjon av tyngre hydrokarboner i 3,8 pm området.

Det vil bemerkes fra beskrivelsen som er gitt ovenfor, at materialet i detekteringskanalflltrene

(kvarts) skiller seg fra referansekanalfiltrene (safir). Foreliggende søker har på grunn av de forskjellige termiske kondukti vitete r funnet at en meget hurtig forandring i prøvegasstemperaturen genererer forskjellige responser fra de to kanaler og derfor feilaktige sensorutgangsignaler. Det ble funnet at en plutselig trykkforandring i prøvegassen var tilstrekkelig til å generere en hurtig temperaturfor-andring og avdekke denne effekt. Foreliggende søker løste dette problemet ved å forbedre den termiske isolasjon for hver IR-detektor 165, 169 ved å anbringe det ovenfor nevnte kvartsvindu over begge kanaler.

Hver GCIB 81 er også sensitiv overfor temperatur, og for forbedret nøyaktighet har søker tilveiebrakt en kompensasjon for denne variasjon.

Temperatursensitiviteten på både IR-detektorene 165, 169 samt på GCIB 81 analogelektronikken er primært avhengig av den totale forsterkning til GCIB analogkanalene. En reduksjon av denne forsterkning på dette trinn reduserer hvilke som helst temperatureffekter og tillater apparaturen å arbeide nøyaktig i et videre område av driftstemperaturer. Men en reduksjon av forsterkning reduserer oppløsningen og derfor sensitiviteten for apparaturen overfor gass. Disse to konkurrerende behov må balanseres. GCIB A/D-konverteren har et område på 0 til 65535 og temperatursensitiviteten for IR-detektorene 165,169 ligger i området 200 til 500 A/D-verdier per °C, GCIB-temperatursensitiviteten er rundt 0 til 30 A/D-verdier per °C avhengig av forsterkningsinnstillingen. Offset (null) velges mellom 18000 og 20000 A/D-verdier når arbeidstemperaturen er rundt 30 °C. Forsterk-ningen (spennet) for hver IR-detektor er satt til mellom 25000 og 30000 A/D-verdier. Dette gir rime-lig oppløsning og en arbeidstemperatur i området -5 °C til 50 °C.

Kalibrering av hver gassensor skjer i to trinn: temperaturkompensering og gasskalibrering.

Temperaturkompensering

Temperaturkompensering konverterer rå A/D-verdier til temperaturinvariante verdier som er nomi-nelt lik null uten noen detekterbar gass i detektoren; disse verdier vil angis som kompenserte A/D-verdier.

For dualkanal Eltec 479-sensoren vil begge kanaler respondere på tilsvarende måte på temperaturtransienter. Imidlertid kan de ha varierende sensitiviteter for omgivelsestemperatur. For det førs-te blir referansekanalen benyttet for å fjerne variasjoner i detekteringskanaldata som forårsakes av temperaturtransienter. Referansekanaldata plottes mot detekteringskanaldata i x-y format for å sikre den lineære sammenheng mellom disse. Gradienten for denne sammenheng er referansefor-sterkningsdifferansen (Reference Gain Difference = RGD) mellom de to kanaler. Derfor skulle en multiplisering av referansekanalen med RGD og å trekke resultatet fra detekteringskanalen fjerne effekter forårsaket av eventuelle temperaturtransienter. Resultatet av dette kalles referanse-kompensert A/D-verdi (Reference Compensated A/d Value = RCV).

Det neste trinn er å justere RCV for temperatur. Dette skjer ved fra RCV å trekke et antall A/D-verdier som representerer effekten av den gjeldende temperatur på IR-detektorene 165,169 samt GCIB'ene 81. Denne skaleringsverdi er derfor en funksjon av temperaturen. For å bestemme antal-let A/D-verdier som skal subtraheres, blir forskjellige RCVer plottet mot et veid gjennomsnitt av summen av IR-detektor- og GCIB-temperaturer (for eksempel w x IR-detektortemperatur + (1-w) x GCIB-temperatur, 0 < w < 1). Veiingen w og RGD varieres begge for å gjøre sammenhengen mellom temperatur og RCVer så nær lineær som mulig. Når den først i det vesentlige er lineær, representerer gradienten G for likningen en konstant hastighet for forandring av RCV (eller A/D-verdier) med temperatur. For derfor å bestemme en temperaturkompensert A/D-verdi (Temperature Compensated A/D Value = TCV) ved bruk av gradienten G, er det nødvendig å bestemme offset-verdien Tomset som representerer RCV-verdien ved T=0 °C. En TCV kan så oppnås som følger:

På denne måte og når det ikke er noen detekterbar gass i noen av detektorene, skulle TCV grovt regnet være null og uavhengig av arbeidstemperatur og temperaturtransienter.

Hvis en enkeltkanal-IR-detektor benyttes, er temperaturkompensering basert kun på sensor- og GCIB 81-temperaturer. En lineær skalering benyttes for begge temperaturer, og det er enkel offset-verdi som benyttes i blandingen. TCV for en enkelkanalsensor er gitt ved:

Gasskalibrering

Etter å ha vært temperaturkompensert, skulle utgangene fra IR-detektorene 164,168 primært av-henge kun av mengden detekterbar gass inn i hver av sensorene 158,159.1 teorien er det en in-vers logaritmisk sammenheng mellom mengden detekterbar gass i lysveien og mengden lys som når IR-detektorene 165,169. Imidlertid er den virkelige respons ikke strikt logaritmisk på grunn av et antall faktorer inkludert multippelveilengder i hver sensor og ikke-ideell sensor- og kretsrespons. Den virkelige respons for sensoren på målgassen er ikke-lineær mens formålet er å oppnå en i det vesentlige lineær respons mellom 0,01 og 100 volumprosent detekterbar gass: IR-detektorutgangs- signalet forandres hurtigst ved lave gasskonsentrasjoner og blir mindre sensitive når konsentrasjonen øker. For å kalibrere apparaturen blir i henhold til dette forskjellige konsentrasjoner av metan-og propangass begge kjørt gjennom detektorene og en polynomial tilpasset en graf av utgangssignal-TCVer versus gasskonsentrasjon. Selv om andre hydrokarboner påvirker responsen for de pyroelektriske detektorer i en viss grad i bølgelengdeområdene som velges ovenfor, er etter søkes erfaring andelen metan og propan i en brønn meget høyere enn noen av de andre hydrokarboner. Derfor blir sensorene respektivt kalibrert for en hydrokarbongass. På denne måte muliggjør den trådløse gassmonitor 72 at petroleumgeologen kan skille mellom lette og tunge hydrokarboner i brønnen så vel som å ta imot en total gassindikasjon som en volumprosentandel.

For detektering av lette hydrokarboner (metan og etan) er det funnet at en femteordenspolynomial med formelen y = Ax<5>+ Bx<4>+ Cx<3>+ Dx<2>+ Ex + F samsvarer godt med disse data. Konstantene A til F er avhengig av den spesielle detektor/GCIB-kombinasjon og kan lett bestemmes fra resultatene.

For detektering av tyngre hydrokarboner (det vil si propan, butan, isobutan) har søker funnet at en femte ordenspolynomial ikke samsvarer godt med resultatene over området 0-100 % konsentrasjon. En femte ordenspolynomial med formelen y = Gx<5>samsvarer godt med data mellom 0 og 30 % konsentrasjon, mens en fjerde ordenspolynomial med formelen y = Hx<4>+ lx<3>+ Jx<2>+Kx + L samsvarer godt med data mellom 30 og 100 %. Konstantene G til L er avhengige av den spesielle detektor/GCIB-kombinasjon og kan lett bestemmes fra resultatene.

Når de først er bestemt for hver detektor/GCIB-kombinasjon blir polynomialene og konstantene lagret i en hukommelse enten på den fjerne vert 85 eller på en trådløs bærbar gassmonitor 72. Under bruk og etter hvert som hver TCV mottas, blir metan- eller propanpolynomialen benyttet for å bestemme den tilsvarende gasskonsentrasjon. Dette resultat lagres ofte i en hukommelse for videre overføring til verten 85 som beskrevet ovenfor.

TCVene skulle alltid være omtrent de samme for en viss gasskonsentrasjon forutsatt at trykk og temperatur for gassen forblir de samme. Under kalibrering bør derfor prøvegassen holdes nær det atmosfæriske trykk.

Figur 18 viser en typisk avbildning som er produsert på verten 85 når den mottar data trådløst fra den trådløse, bærbare gassmonitor 72. En kurve indikerer metan ("C1"); en kurve indikerer propan ("C3") og en kurve indikerer totalt gassinnhold ("TOTAL GAS"). Totalgass kan benyttes ved å opp-summere utgangene fra metan- og propansensorene og dividere med to. En nummerisk utlesning NR antyder totalgass ("T.G."); metaninnhold ("Metha"); og propaninnhold ("Propa"). Datoen er antydet i DATE-kolonnen og tiden (virkelig sanntid) er antydet i minuttinkrementer i TIME-kolonnen. Kurvene og de nummeriske utlesninger tilsvarer sanntidene i TIME-kolonnen og de virkelige dybder i DEPTH-kolonnen. Penetreringshastigheten for borkronen for økende dybder er indikert ved ROP-kurven.

Det er tatt sikte på at mer enn en sensorblokk 150 kan monteres i den trådløse, bærbare gassmonitor 72. Videre kan det være mulig å erstatte de to tokanals-IR-detektorer med en firekanals-IR-detektor omfattende tre gassdetekteringskanaler og en referansekanal. Alternativt kan en enkelt-kanals-IR-detektor benyttes med egnet temperaturkompensering som beskrevet ovenfor. Enhver IR-detektor med fullgod sensitivitet (for eksempel termopar) kan benyttes i stedet for de pyroelektriske detektorer som er beskrevet i den spesifikke utførelsesform.

I stedet for overføring av TCVene kan den trådløse, bærbare gassmonitor 72 overføre rådata (omfattende enten RCVer eller rå A/D-verdier og temperaturdata) for etterfølgende prosessering hos den fjerntliggende vert 85. For eksempel kan verten 85 lagre de polynomiale koeffisienter og bruke formlene som er beskrevet ovenfor for å beregne TCVer (enten doble eller enkle) for visning og/eller lagring.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer derfor i det minste i noen, men ikke nødvendigvis i alle utfø-relsesformer, en fremgangsmåte for detektering av gass i et fluid der fremgangsmåten inkluderer å føre fluidbærende gass gjennom en gassfelleapparatur, å føre gass fanget av gassfelleapparaturen til og gjennom et infrarødt detekteringssystem for detektering av gassen der det infrarøde gassdetekteringssystem har en første prosessor og en apparatur for å isolere absorpsjonsspektra for gassen og med det infrarøde gassdetekteringssystem produsere analoge signaler som indikerer nivået av gass, konvertering av analogsignalene til digitalsignalene med den første prosessor, overføring av digitalsignalene fra den første prosessor til en andre prosessor og å produsere med den andre prosessor digitalsignaler som indikerer gassnivået. En slik fremgangsmåte kan omfatte en eller noen (i en hvilken som helst mulig kombinasjon) av de følgende: fluidet er borefluid og gassen er hydrokarbongass fra et brønnhull; analogsignalene overføres trådløst; produksjon med den andre prosessor av en visuell display (skjerm, stripekart) for et nivå av gassen; produksjonen av analogsignalene og produksjonen av digitalsignalene skjer i sanntid; den første prosessor inkluderer et grensesnittkort for å motta de analoge signaler, for konvertering av analogsignalene til digitalsignalene og for så å overføre digitalsignalene til den andre prosessor idet den andre prosessor inkluderer en vertsmaskin for å motta digitalsignalene og for å prosessere digitalsignalene for å produsere en indikasjon på gassnivået og fremgangsmåten inkluderer videre at grensesnittkortet mottar analogsignalene og konverterer analogsignalene til digitalsignalene, og grensesnittkortet overfører digitalsignalene til vertsmaskinen og sammen med vertsmaskinen gir en indikasjon på gassnivået; vertsmaskinen produserer en indikasjon på et nivå for totalgass i fluidet og/eller viser nevnte indikasjon; grensesnittkortet har et programmerbart medium som er programmert for å kalibrere infra-rødgassdetekteringssystemet, og fremgangsmåten inkluderer videre kalibrering av det infrarøde gassdetekteringssystem med grensesnittkortet; vertsmaskinen gir et brukergrensesnitt for å gjen-nomføre fremgangsmåten; kondisjonering av analogsignalene med grensesnittkortet for å redusere signalstøy; det infrarøde gassdetekteringssystem har en gassensorapparatur og der det ikke er noen fysisk reaksjon mellom gass og gassensorapparatur; kontroll av temperaturen for det infrarø-de gassdetekteringssystem; det infrarøde gassdetekteringssystem inkluderer den første prosessor og det infrarøde gassdetekteringssystemet er i et avlukke og oppvarmeapparatur og kjøleapparatur er forbundet med avlukket for å kontrollere temperaturen i dette; det infrarøde gassdetekteringssystem er bærbart; gassen er hydrokarbongass; hydrokarbongassen er metan og/eller propan; det infrarøde gassdetekteringssystemet inkluderer en gassdetektor med en detekteringskanal og en referansekanal der fremgangsmåten videre inkluderer detektering med detekteringskanalen av infrarød stråling som absorberes av gassen, og kompenserer med referansekanalen for variasjoner i gassen; filtrering av fuktighet fra gassen før denne bringes til det infrarøde gassdetekteringssystem for å inhibere eller forhindre generering av falske avlesninger på grunn av fuktighet; og/eller det infrarøde gassdetekteringssystem inkluderer en infrarød lampe, en driver for den infrarøde lampe og en gassensor, og grensesnittkortet gir et grensesnitt mellom lampedriveren og gassenso-ren.

Oppfinnelsen tilveiebringer derfor, i det minste i noen, men ikke nødvendigvis alle utførelsesformer, en fremgangsmåte for detektering av gass i et borefluid der fremgangsmåten inkluderer strømming av hydrokarbongassbærende borefluid fra et brønnhull gjennom en gassfelleapparatur; å strømme gass fanget i gassfelleapparaturen til og gjennom et infrarødt gassdetekteringssystem for detektering av hydrokarbongassen der det infrarøde gassdetekteringssystem har en infrarød filterappara-tur med snever båndbredde for isolering av absorpsjonsspektra fra hydrokarbongassen; produse-ring med det infrarøde gassdetekteringssystem analoge signaler som er indikerende på nivåer av hydrokarbongassen; overføring av analogsignalene til en første prosessor for konvertering av analogsignalene til digitalsignaler; overføring av digitalsignalene fra den første prosessor til en andre prosessor og med den andre prosessor å produsere digitalsignaler som indikerer nivået av hydrokarbongassen; idet den første prosessor inkluderer et grensesnittkort for å motta analogsignalene for konvertering av analogsignalene til digitalsignalene og for så å overføre digitalsignalene til den andre prosessor; idet den andre prosessor inkluderer en vertsmaskin for å motta digitalsignalene og for prosessering av digitalsignalene for å gi en indikasjon på gassnivået; og der fremgangsmåten videre omfatter å inkludere grensesnittkortet som mottar analogsignalene og å konvertere analogsignalene til digitalsignalene; der grensesnittkortet overfører digitalsignalene til vertsmaskinen; sammen med vertsmaskinen produserer en indikasjon på nivået av gass; der det infrarøde gassdetekteringssystemet har en gassensorapparatur og det ikke er noen fysisk reaksjon mellom gass og gassensorapparaturen; kontroll av temperatur i det infrarøde gassdetekteringssystemet; der det infrarøde gassdetekteringssystem inkluderer den første prosessor og der det infrarøde gassdetekteringssystem er i et avlukke og oppvarmings- og avkjølingsapparatur er forbundet med avlukket for å kontrollere temperaturen deri.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer derfor i minst noen, men ikke nødvendigvis alle utførelses-former et system for detektering av gass i et fluid der systemet inkluderer et avlukke; en infrarød gassensorapparatur i avlukket; en grensesnittkortapparatur i avlukket og i kommunikasjon med infrarødgassensorapparaturen; analogsignalapparatur i den infrarøde gassensorapparaturen for å produsere analoge signaler som indikerer et gassnivå i et fluid; konverteringsapparaturen på gren sesnittkortapparaturen for konvertering av analogsignaler til digitalsignaler; og transmisjonsappara-tur på grensesnittkortapparaturen for overføring av digitalsignaler til et vertssystem.

Claims (49)

1. Fremgangsmåte for detektering av gass som transporteres i et borefluid (M) som vender tilbake fra en brønn (13), der fremgangsmåten omfatter trinnene: (a) ekstrahering av gass fra nevnte borefluid (M); (b) sending av infrarød stråling gjennom gassen; og (c) detektering med en detektor (72) av infrarød stråling som har passert gjennom gassen og å tilveiebringe et utgangssignal som er representativt derav;karakterisert vedtrinnet: (d) å undersøke intensiteten for to partier av det infrarøde spektrum innen et område på rundt 3,1 um til 3,6 um for å estimere hvorvidt gassen omfatter eventuelle lette eller tunge hydrokarboner eller ikke, hvor et første parti (P3) har en øvre bølgelengdegrense på rundt 3,33 um for å indikere tilstedeværelse av lette hydrokarboner inkludert metan og/eller etan, og et andre parti (P1) som har en nedre bølgelengdegrense på rundt 3,34 um for å indikere tilstedeværelse av tunge hydrokarboner inkludert propan og/eller butan og/eller pentan.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor nevnte første parti (P3) omfatter en del av et absorpsjonsspektrum for et lett hydrokarbon.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, hvor nevnte første parti (P3) omfatter en nedre bølgeleng-degrense på rundt 3190 nm.

4. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 1, 2 eller 3, hvor nevnte andre parti (P1) omfatter en del av et absorpsjonsspektrum for et tungt hydrokarbon.

5. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor nevnte andre parti (P1) omfatter en øvre bølgelengdegrense på rundt 3540 nm.

6. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor den videre omfatter filtrering av nevnte infrarøde stråling slik at i det vesentlige kun nevnte to partier (P3, P1) når nevnte detektor (72).

7. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor den videre omfatter å transmittere infrarødt lys gjennom gassen over en første vei og over en andre vei kortere enn den første vei, og å avgi et signal som representerer intensiteten for infrarødt lys som mottas over hver vei.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, hvor den videre omfatter å undersøke nevnte første parti (P3) i nevnte område for infrarødt lys mottatt ved den første vei, og nevnte andre parti (P1) i nevnte område for infrarødt lys som er mottatt langs nevnte andre vei, der nevnte første og andre partier er forskjellige for å skille mellom eventuelle lette og tunge hydrokarboner i nevnte gass.

9. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de forgående krav, hvor den videre omfatter å måle nevnte intensitet med en pyroelektrisk detektor (165,169).

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, hvor den videre omfatter i det vesentlige termisk å isolere nevnte pyroelektriske detektor (165,169) fra nevnte gass, hvorved effekten av trykk- og/ eller temperaturvariasjon i nevnte gass på nevnte utgangssignal reduseres.

11. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor trinn (b) omfatter trinnet med å drive en infrarød emitter (164,168) på en syklisk måte for å gi pulser av infra-rød stråling, hvorved en syklisk utgangsspenning tilsvarende nevnte pulser oppnås fra detektoren (72) og hvis størrelsesorden representerer intensiteten for den infrarøde stråling som mottas av detektoren (72).

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor driftstrinnet omfatter driving av nevnte infrarøde emitter (164, 168) med en 50 % arbeidssyklus, hvorved et utgangssignal fra nevnte detektor (72) er i det vesentlige sinusformet.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 11 eller 12, hvor at den videre omfatter konvertering av nevnte sykliske utgangsspenning til likestrøm hvis størrelsesorden er proporsjonal med mengden lette eller tunge hydrokarboner som er til stede i gassen.

14. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor den videre omfatter å tilveiebringe utgangssignaler fra en referansekanal der referansekanalen representerer en infrarød strålingsintensitet ved en bølgelengde utenfor nevnte område, hvorved referansekanalen kan benyttes for å justere utgangssignalet slik at det i det vesentlige er temperaturinvariant.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, hvor den videre omfatter å subtrahere referansekanalen fra utgangssignalet for å fjerne eventuelle temperaturtransienter.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, hvor den videre omfatter å multiplisere referansekanalen med en skaleringsfaktor før subtraheringstrinnet for å kompensere for eventuell forskjell i respons for detektoren og nevnte referansekanal på temperaturvariasjon.

17. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor den videre omfatter konvertering av utgangssignalet til et volumsignal som representerer volummengden av nevnte gass.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17, hvor konverteringstrinnet omfatter innføring av en numerisk verdi som er representativ for utgangssignalet inn i en konverteringsformel.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 18, hvor den videre omfatter å benytte to formler, én for et første volumområde og en annen for et andre volumområde.

20. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor den videre omfatter å gjenta trinnene (a) til (d) for å tilveiebringe et i det vesentlige kontinuerlig utgangssignal som representerer mengden av lette og tunge hydrokarboner inneholdt i borefluidet (M).

21. Fremgangsmåte ifølge krav 20, hvor den videre omfatter å beregne gjennomsnittet av nevnte utgangssignal over en på forhånd bestemt tidsperiode.

22. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor den videre omfatter transmittering av data som representerer nevnte utgangssignal til en fjerntliggende vert (73; 85) der disse data kan benyttes av nevnte fjerntliggende vert (73; 85) for å vise en i det vesentlige sanntidsindikasjon på mengden av lette og tunge hydrokarboner som er til stede i borefluidet (M) og/eller et totalhydrokarbongassinnhold som er til stede i borefluidet (M).

23. Fremgangsåte ifølge krav 22, hvor transmisjonstrinnet omfatter trinnet av trådløs overfø-ring av nevnte data til nevnte fjerntliggende vert (73; 85).

24. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor nevnte detektor (72) omfatter en pyroelektrisk krystall og at fremgangsmåten videre omfatter å overvåke en temperaturomgivelse rundt nevnte detektor (72), og oppvarming eller avkjøling av omgivel-sen i henhold til nevnte temperatur.

25. Apparatur (72) for detektering av gass som transporteres i et borefluid (M) som kommer fra en brønn (13) og der apparaturen (72) omfatter et innløp for mottak av gass fra en gassfelle (71), en infrarød emitter, en første infrarød detektor og et kammer mellom disse, idet arrangementet er slik at infrarødstrålingen under bruk passeres gjennom gass i kammeret og nevnte første infrarøde detektor gir en utgangssignal som er representativt for intensiteten derav, karakterisert vedet første filter for utvelgelse av et første parti (P3) av det infrarøde spektrum innen et område mellom rundt 3,1 um og rundt 3,33 um for å indikere tilstedeværelse av lette hydrokarboner inkludert metan or/eller etan, og et andre filter for utvelgelse av et andre parti (P1) av det infrarøde spektrum innen et område mellom rundt 3,34 um og rundt 3,6 um for å indikere tilstedeværelse av tunge hydrokarboner inkludert propan og/eller butan og/eller pentan.

26. Apparatur (72) ifølge krav 25, hvor filteret under bruk velger et parti (P3) omfattende en del av et absorpsjonsspektrum for et lett hydrokarbon.

27. Apparatur (72) ifølge krav 25, hvor filteret under bruk velger et parti (P1) omfattende en del av et absorpsjonsspektrum av et tungt hydrokarbon.

28. Apparatur (72) ifølge et hvilket som helst av kravene 25, 26 eller 27, hvor nevnte filtre omfatter et fysisk filter.

29. Apparatur (72) ifølge krav 28, hvor det fysiske filter omfatter et passbåndfitter for passering av i det vesentlige kun nevnte første parti (P3) eller andre parti (P1).

30. Apparatur (72) ifølge krav 28 eller 29, hvor nevnte fysiske filter omfatter kvarts.

31. Apparatur (72) ifølge et hvilket som helst av kravene 25 til 30, hvor nevnte første infrarøde detektor (169) omfatter en første pyroelektrisk krystall, idet arrangementet er slik at filteret under bruk i det vesentlige slipper gjennom kun nevnte første parti (P3), og nevnte første pyroelektriske krystall genererer en utgangsspenning som er proporsjonal med intensiteten for infrarød stråling i nevnte første parti (P3).

32. Apparatur (72) ifølge et hvilket som helst av kravene 25 til 31, hvor den videre omfatter en andre infrarød detektor som gir en referansekanal for å kompensere nevnte utgangssignal fra nevnte første infrarøde detektor (169) for temperatur.

33. Apparatur (72) ifølge krav 32, hvor den videre omfatter et referansekanalfilter for å slippe gjennom til nevnte andre infrarøde detektor et referanseparti av spekteret utenfor nevnte område, hvilken referansedel omfatter bølgelengder i det vesentlige upåvirket av nærværet av nevnte hydrokarboner.

34. Apparatur (72) ifølge krav 33, hvor referansekanalfilteret omfatter safir.

35. Apparatur (72) ifølge et hvilket som helst av kravene 25 til 34, hvor den videre omfatter et sekundærfilter for i det vesentlige termisk isolering for nevnte første infrarøde detektor (169).

36. Apparatur (72) ifølge et hvilket som helst av kravene 25 til 35, hvor den videre omfatter et første kammer og et andre kammer der hvert kammer har en respektiv infrarøddetektor (165,169) og -filter, der filtrene er forskjellige når det gjelder å slippe gjennom et første parti (P3) og et andre parti (P1) i nevnte bølgelengdeområde, idet nevnte første parti (P3) omfatter en del av en absorpsjonsspektrum for et lett hydrokarbon og nevnte andre parti (P1) omfatter en del av et absorpsjonsspektrum for et tungt hydrokarbon, og der arrangementet er slik at utgangssignalet under bruk representerer mengden av lett hydrokarbon til stede i nevnte første kammer og mengden tungt hydrokarbon som er til stede i det andre kammer.

37. Apparatur (72) ifølge krav 36, hvor nevnte første kammer har en lengde som er større enn lengden til nevnte andre kammer.

38. Apparatur (72) ifølge krav 36 eller 37 hvor den videre omfatter et gassinnløp (154) til og et gassutløp (154) fra nevnte første og andre kamre og en port (155) mellom disse, idet arrangementet er slik at gass, under bruk, strømmer gjennom nevnte gassinnløp (154) for testing i nevnte første eller andre kammer, gjennom nevnte port (155) for testing i det andre av nevnte kamre, og ut av nevnte gassutløp (154), hvorved i det vesentlige kontinuerlig detektering av gass som bringes tilbake i borefluidet, kan foretas.

39. Apparatur (72) ifølge et hvilket som helst av kravene 25 til 31, hvor den videre omfatter en blokk (150) av materiale hvori nevnte infrarøde emitter, nevnte første infrarøde detektor, nevnte kammer og nevnte første og andre filtre er montert, idet blokken (150) av materiale har en termisk konduktivitet høyere enn rundt 200 W nr<1>K<1>.

40. Apparatur (72) ifølge krav 39, hvor blokken omfatter aluminium.

41. Apparatur (72) ifølge et hvilket som helst av kravene 39 eller 40, hvor den omfatter et oppvarmingselement (151a) for oppvarming av nevnte blokk (150) for å opprettholde i det vesentlige konstant temperatur i nevnte infrarøde detektor.

42. Apparatur (72) ifølge et hvilket som helst av kravene 39, 40 eller 41, hvor den videre omfatter et avkjølingselement (151 a) for avkjøling av nevnte blokk (150) for å holde i det vesentlige konstant temperatur i nevnte infrarøde detektor.

43. Apparatur (72) ifølge et hvilket som helst av kravene 25 til 32, hvor den videre omfatter en beholder med et gassinnløp, et gassutløp og en energiforsyningsport, hvorved apparaturen er bærbar for plassering på en borerigg, der arrangementet er slik at nevnte gassinnløp under bruk kan forbindes med en gassfelle (71) for å motta gass som transporteres i nevnte borefluid (M).

44. Apparatur (72) ifølge krav 43, hvor den videre omfatter en beholderoppvarmingsinnretning for oppvarming av volumet som innelukkes i beholderen.

45. Apparatur (72) ifølge krav 43 eller 44, hvor den videre omfatter en beholderavkjølingsinn-retning for avkjøling av volumet som innelukkes av beholderen.

46. Apparatur (72) ifølge et hvilket som helst av kravene 25 til 45, hvor den videre omfatter en trådløs sender for overføring av nevnte utgangssignal til en fjerntliggende vert (73; 85), hvorved apparaturen (72) kan anbringes nær et vibrasjonssikteapparat for å motta gass som er innblandet i nevnte borefluid (M) og nevnte utgangssignal kan overføres til nevnte fjerntliggende vert (73; 85) i det vesentlige i sanntid.

47. Bruk av apparaturen (72) ifølge et hvilket som helst av kravene 25 til 46, hvor bruken omfatter kalibrering av apparaturen (72) ifølge trinnene: (a) føring av forskjellige konsentrasjoner gass gjennom apparaturen (72); (b) notering i en maskinhukommelse av resultatene av utgangssignalet for hver konsentrasjon av gass; (c) tilpasning av en polynomial til resultater for en lett hydrokarbongass og tilpasning av forskjellige polynomialer til resultater av forskjellige konsentrasjoner for en tung hydrokarbongass; og (d) lagring av nevnte polynomialer i en maskinhukommelse.

48. Bruk ifølge krav 47, hvor trinnet (d) omfatter lagring av nevnte polynomialer i en maskinhukommelse hos en fjernliggende vert (73; 85).

49. Bruk ifølge krav 47, hvor trinn (d) omfatter lagring av nevnte polynomialer i maskinhukom-melsen i nevnte apparatur (72).