RU2373523C2 - Method (versions) and device for analysing properties of emulsion fluid using fluoresence spectroscopy - Google Patents
Method (versions) and device for analysing properties of emulsion fluid using fluoresence spectroscopy Download PDFInfo
- Publication number
- RU2373523C2 RU2373523C2 RU2007130846/28A RU2007130846A RU2373523C2 RU 2373523 C2 RU2373523 C2 RU 2373523C2 RU 2007130846/28 A RU2007130846/28 A RU 2007130846/28A RU 2007130846 A RU2007130846 A RU 2007130846A RU 2373523 C2 RU2373523 C2 RU 2373523C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fluid
- fluorescence
- analyzing
- fluorescence signal
- properties
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Description
РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИRELATED APPLICATIONS
По указанной заявке испрашивается приоритет предварительной заявки на выдачу патента США под номером 60/837,471, зарегистрированной 14 августа 2006 года и озаглавленной «Methods and Apparatus for Analyzing Fluid Properties of Emulsions Using Fluorescence Spectroscopy» («Способы и устройство для анализа свойств флюида эмульсий с использованием флуоресцентной спектроскопии»).This application claims the priority of a provisional application for the grant of a US patent No. 60 / 837,471, registered August 14, 2006 and entitled "Methods and Apparatus for Analyzing Fluid Properties of Emulsions Using Fluorescence Spectroscopy" ("Methods and apparatus for analyzing the properties of emulsion fluids using fluorescence spectroscopy ").
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Это изобретение относится к анализу образцов посредством флуоресцентной спектроскопии.This invention relates to analysis of samples by fluorescence spectroscopy.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND
Исследование углеводородной флуоресценции для целей скважинной оценки пластовых флюидов с использованием спускаемого на тросе каротажного инструмента было раскрыто в многочисленных патентах (например, патентах США с номерами: 2,206,922; 2,346,481; 2,334,475; 6,140,637 и 6,268,603, каждый из которых включен в состав посредством этой ссылки). Как описано в одном или более патентов, идентифицированных выше, предложенные способы в целом направлены на перемещение спускаемого на тросе каротажного инструмента по стволу скважины наряду с облучением пласта. Известные из уровня техники способы раскрывают детектирование флуоресценции через оптически прозрачный материал, который прижат к стенке ствола скважины. Однако, для того чтобы быть полезным до какой бы то ни было степени, прозрачный материал должен прижиматься к стенке ствола скважины с достаточной силой для вытеснения корки бурового раствора. К сожалению, естественная флуоресценция некоторых сланцевых и несущих углеводород горных пород осложняет интерпретацию каротажных диаграмм, а способы, известные из предшествующего уровня техники, не нашли широко применения.A study of hydrocarbon fluorescence for downhole assessment of formation fluids using a wireline logging tool has been disclosed in numerous patents (e.g., U.S. Patents Nos. 2,206,922; 2,346,481; 2,334,475; 6,140,637 and 6,268,603, each of which is incorporated by reference). As described in one or more of the patents identified above, the proposed methods are generally aimed at moving a logging tool launched on a cable along the wellbore along with irradiation of the formation. Prior art methods disclose fluorescence detection through an optically transparent material that is pressed against a borehole wall. However, in order to be useful to any degree, the transparent material must be pressed against the wall of the wellbore with sufficient force to displace the mud cake. Unfortunately, the natural fluorescence of some shale and hydrocarbon bearing rocks complicates the interpretation of well logs, and methods known from the prior art have not been widely used.
Модульный динамический тестер пласта (MDT™) фирмы Шлюмберже собирает многочисленные образцы в любом количестве мест в буровой скважине. Пластовые флюиды гидравлическим способом отделяются от буровых флюидов (и корки бурового раствора) в буровой скважине. Пластовый флюид втягивается в проточную линию внутри корпуса инструмента MDT и анализируется с использованием абсорбционной спектроскопии через сапфировую оптическую кювету. Текущий контроль загрязнения сообщает оператору, когда отбирать образец. GOR (газовый фактор - отношение добываемого газа к добываемой нефти) и информация о составе могут определяться инструментом LFA™ и инструментом CFA™ соответственно. Однако, так как количество имеющихся в распоряжении отборных колб, вмещаемых MDT, ограничено, некоторые технические решения предложили квазинепрерывную каротажную диаграмму пластовых флюидов, которая могла бы формироваться без сбора образцов. Получение квазинепрерывной каротажной диаграммы без сбора образцов в целом указывается ссылкой как «полоскание». Способы полоскания раскрыты в патентах США с номерами: 6,476,384; 6,465,775; 5,859,430 и 5,939,717, каждый из которых включен в состав посредством этой ссылки.Schlumberger's Modular Dynamic Reservoir Tester (MDT ™) collects numerous samples at any number of locations in the borehole. Formation fluids are hydraulically separated from the drilling fluids (and mud cake) in the borehole. The formation fluid is drawn into the flow line inside the MDT tool body and analyzed using absorption spectroscopy through a sapphire optical cell. Routine pollution control tells the operator when to take a sample. GOR (gas factor - ratio of produced gas to produced oil) and compositional information can be determined by the LFA ™ tool and CFA ™ tool, respectively. However, since the number of selected MDT flasks available for MDT is limited, some technical solutions have suggested a quasi-continuous log of reservoir fluids that could be formed without collecting samples. Obtaining a quasi-continuous log without collecting samples is generally referred to as “rinsing”. Rinsing methods are disclosed in US patents with numbers: 6,476,384; 6,465,775; 5,859,430 and 5,939,717, each of which is incorporated by reference.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Настоящее раскрытие направлено на устранение недостатков предшествующего уровня техники, описанных выше. Более точно, один из вариантов осуществления предоставляет способ анализа свойств флюида. Способ содержит подготовку скважинного устройства анализа флюида, извлечение флюида из скважинного пласта с помощью скважинного устройства анализа флюида, втягивание флюида в скважинное устройство анализа флюида и получение сигнала флуоресценции (то есть любых параметров флуоресценции) из флюида при нахождении в скважине. В одном из вариантов осуществления получение сигнала флуоресценции содержит облучение флюида через оптическую кювету и детектирование флуоресценции. Один из вариантов осуществления способа дополнительно включает в себя перемещение скважинного устройства анализа флюида по стволу скважины и осуществление извлечения, втягивания и получения в многочисленных местоположениях вдоль ствола скважины.The present disclosure aims to address the disadvantages of the prior art described above. More specifically, one embodiment provides a method for analyzing fluid properties. The method comprises preparing a downhole fluid analysis device, extracting fluid from the wellbore using a downhole fluid analysis device, drawing fluid into the downhole fluid analysis device and receiving a fluorescence signal (i.e., any fluorescence parameters) from the fluid while in the well. In one embodiment, obtaining a fluorescence signal comprises irradiating a fluid through an optical cuvette and detecting fluorescence. One embodiment of the method further includes moving the downhole fluid analysis device along the wellbore, and retrieving, retracting and receiving at multiple locations along the wellbore.
В одном из вариантов осуществления способ дополнительно содержит идентификацию градиентов состава флюида в столбе флюида посредством сравнения сигналов флуоресценции в двух или более из многочисленных местоположений вдоль ствола скважины. Один из способов дополнительно содержит выпускание флюида обратно из скважинного устройства анализа флюида и формирование квазинепрерывной каротажной диаграммы флюида без сбора образцов. В одном из вариантов осуществления способ дополнительно содержит сравнение сигнала флуоресценции с известными спектрами флуоресценции и идентификацию флюида на основе сравнения сигнала флуоресценции флюида с известными спектрами флуоресценции. В одном из вариантов осуществления способ дополнительно содержит сравнение сигнала флуоресценции с известными спектрами флуоресценции при нахождении в скважине и идентификацию флюида на основе сравнения сигнала флуоресценции флюида с известными спектрами флуоресценции при нахождении в скважине. Один из вариантов осуществления дополнительно содержит корреляцию сигнала флуоресценции и других физических характеристик флюида для формирования базы данных. Другие физические характеристики могут содержать одну или более из весовой доли асфальтенов, плотности, вязкости и С36+.In one embodiment, the method further comprises identifying fluid composition gradients in the fluid column by comparing fluorescence signals at two or more of the multiple locations along the wellbore. One of the methods further comprises releasing the fluid back from the downhole fluid analysis device and forming a quasi-continuous fluid log without sample collection. In one embodiment, the method further comprises comparing the fluorescence signal with known fluorescence spectra and identifying the fluid based on comparing the fluorescence signal of the fluid with known fluorescence spectra. In one embodiment, the method further comprises comparing the fluorescence signal with known fluorescence spectra while in the well and identifying the fluid based on comparing the fluorescence signal of the fluid with known fluorescence spectra while in the well. One embodiment further comprises correlating the fluorescence signal and other physical characteristics of the fluid to form a database. Other physical characteristics may contain one or more of the weight fraction of asphaltenes, density, viscosity, and C36 +.
Один из вариантов осуществления способа анализа свойств флюида дополнительно содержит корреляцию сигнала флуоресценции с другими данными каротажа или каротажа во время бурения. Один из вариантов осуществления дополнительно содержит идентификацию взаимозависимостей между сигналом флуоресценции и данными каротажа или каротажа во время бурения. Другие варианты осуществления дополнительно содержат корреляцию сигнала флуоресценции с другими данными каротажа или каротажа во время бурения и создание моделей или таблиц для содействия в интерпретировании сигнала флуоресценции.One embodiment of a method for analyzing fluid properties further comprises correlating a fluorescence signal with other logging or logging data while drilling. One embodiment further comprises identifying the relationships between the fluorescence signal and the logging or logging data while drilling. Other embodiments further comprise correlating the fluorescence signal with other logging or logging data while drilling and creating models or tables to assist in interpreting the fluorescence signal.
Один из аспектов предусматривает способ идентификации градиентов состава флюида в столбе нефти. Способ содержит перемещение устройства анализа флюида по стволу скважины, фиксацию инструмента анализа флюида на требуемом интервале отбора образцов, извлечение флюида из пласта, прилегающего к стволу скважины, в проточную линию в корпусе устройства, облучение флюида в проточной линии через оптическую кювету, вставленную в проточную линию, и детектирование флуоресценции. В одном из вариантов осуществления способ содержит идентификацию градиентов состава флюида в столбе флюида посредством сравнения сигналов флуоресценции вдоль интервала отбора образцов. Некоторые варианты осуществления дополнительно содержат сравнение полученной в результате детектирования флуоресценции с известными спектрами флуоресценции и идентификацию флюида на основании сравнения детектированной флуоресценции с известными спектрами флуоресценции. Согласно одному из вариантов осуществления расстояние между фиксациями на интервале отбора образцов является регулярным или нерегулярным. В одном из вариантов осуществления облучение выполняется с помощью света с длиной волны в УФ (ультрафиолетовой, UV) области.One aspect provides a method for identifying fluid composition gradients in an oil column. The method includes moving the fluid analysis device along the wellbore, fixing the fluid analysis tool at the desired sampling interval, extracting the fluid from the formation adjacent to the wellbore into the flow line in the device body, irradiating the fluid in the flow line through an optical cuvette inserted in the flow line , and fluorescence detection. In one embodiment, the method comprises identifying fluid composition gradients in a fluid column by comparing fluorescence signals along a sampling interval. Some embodiments further comprise comparing the resulting fluorescence detection with known fluorescence spectra and identifying the fluid based on a comparison of the detected fluorescence with known fluorescence spectra. In one embodiment, the distance between fixations in the sampling interval is regular or irregular. In one embodiment, the irradiation is performed using light with a wavelength in the UV (ultraviolet, UV) region.
Один из аспектов предусматривает способ анализа образца, содержащий сбор параметров флуоресценции из пластового образца при нахождении в скважине в многочисленных местах, и анализ изменений во флуоресценции в двух или более из многочисленных мест для определения, является ли образец одинаковым или различным в двух или более многочисленных местоположениях. Один из вариантов осуществления изобретения содержит контроль цвета пластового образца в многочисленных местах и соотнесение изменений в параметрах флуоресценции с изменениями в цвете флюида. Один из вариантов осуществления дополнительно содержит использование изменений в параметрах флуоресценции для определения, есть ли полости с флюидом внутри пласта. В одном из вариантов осуществления способ дополнительно содержит анализ структуры параметров флуоресценции на расширенном интервале глубин и формирование показания физического свойства, коррелированного с флуоресценцией. В одном из вариантов осуществления способ дополнительно содержит корреляцию параметров флуоресценции с другими каротажными данными, идентификацию взаимосвязей между параметрами флуоресценции и другими каротажными данными и создание моделей или правил для содействия в интерпретировании других скважинных каротажных диаграмм. В некоторых вариантах осуществления параметры флуоресценции могут формировать квазинепрерывную каротажную диаграмму. Более того, пластовый образец может содержать водную/нефтяную эмульсию.One aspect provides a method for analyzing a sample, comprising collecting fluorescence parameters from a formation sample while in a well at multiple locations, and analyzing changes in fluorescence at two or more of the multiple locations to determine if the sample is the same or different at two or more multiple locations . One embodiment of the invention comprises monitoring the color of the formation sample at multiple locations and correlating changes in fluorescence parameters with changes in color of the fluid. One embodiment further comprises using changes in fluorescence parameters to determine if there are cavities with fluid within the formation. In one embodiment, the method further comprises analyzing the structure of the fluorescence parameters over an extended depth interval and forming an indication of the physical property correlated with fluorescence. In one embodiment, the method further comprises correlating fluorescence parameters with other log data, identifying relationships between fluorescence parameters and other log data, and creating models or rules to assist in interpreting other well logs. In some embodiments, fluorescence parameters can form a quasi-continuous log. Moreover, the reservoir sample may contain an aqueous / oil emulsion.
Один из вариантов осуществления предоставляет устройство, содержащее скважинное устройство анализа флюида. Скважинное устройство анализа флюида содержит модуль извлечения флюида, содержащий проточную линию, оптическую кювету, расположенную в проточной линии, источник излучения в оптической кювете и узел детектирования флуоресценции в оптической кювете. Один из вариантов осуществления также включает в себя модуль контроля цвета флюида. В одном из вариантов осуществления источник излучения содержит СИД (светоизлучающий диод, LED) или лазерный диод, допускающий создание видимого ультрафиолетового и/или инфракрасного света.One embodiment provides a device comprising a downhole fluid analysis device. The downhole fluid analysis device comprises a fluid extraction module comprising a flow line, an optical cuvette located in the flow line, a radiation source in the optical cuvette, and a fluorescence detection unit in the optical cuvette. One embodiment also includes a fluid color control module. In one embodiment, the radiation source comprises an LED (light emitting diode, LED) or a laser diode capable of generating visible ultraviolet and / or infrared light.
Один из аспектов изобретения предусматривает способ, содержащий модификацию существующего скважинного устройства анализа флюида узлом детектирования флуоресценции. Способ может включать в себя модификацию скважинного устройства анализа флюида источником УФ-света.One aspect of the invention provides a method comprising modifying an existing downhole fluid analysis device with a fluorescence detection unit. The method may include modifying the downhole fluid analysis device with a UV light source.
Некоторые аспекты предусматривают способ и устройство для идентификации градиентов состава в столбе нефти с использованием флуоресцентной спектроскопии, который может содержать или может не содержать эмульсию. Один из способов содержит перемещение устройства по скважине, фиксацию устройства на требуемом интервале отбора образцов, извлечение флюида из пласта в корпус инструмента, облучение флюида в проточной линии через оптическую кювету, вставленную в проточную линию, и детектирование флуоресценции. Источник света может быть видимым ультрафиолетовым или инфракрасным либо любым сочетанием таковых. Этими источниками(ом) света могут быть СИД(ы) или лазерный(ые) диод(ы). Сигнал флуоресценции детектируется на передней поверхности оптической кюветы.Some aspects provide a method and apparatus for identifying composition gradients in an oil column using fluorescence spectroscopy, which may or may not contain an emulsion. One of the methods includes moving the device along the well, fixing the device at the required sampling interval, extracting fluid from the formation into the tool body, irradiating the fluid in the flow line through an optical cuvette inserted in the flow line, and detecting fluorescence. The light source may be visible ultraviolet or infrared, or any combination thereof. These light sources (ohms) may be LED (s) or laser diode (s). The fluorescence signal is detected on the front surface of the optical cell.
Описание, приведенное ниже, устанавливает взаимосвязь между метрикой, извлеченной из сигнала флуоресценции или спектра, такой как площадь полосы или высота пика, и требуемого свойства нефти. Внутри столба нефти корреляция между флуоресценцией и цветом нефти такова, что метрика может использоваться для детектирования изменений в составе флюида и/или изменений концентрации в пределах столба нефти. Таким образом, по изменению в сигнале флуоресценции можно выяснять, существует ли градиент состава в пределах песчаного горизонта, и, более того, идентифицировать полости флюида (в частности, столбы тяжелой нефти часто являются ступенчато изменяющимися вследствие биохимического разложения).The description below establishes the relationship between the metric extracted from the fluorescence signal or spectrum, such as the strip area or peak height, and the desired oil property. Inside the oil column, the correlation between fluorescence and oil color is such that the metric can be used to detect changes in fluid composition and / or concentration changes within the oil column. Thus, by changing the fluorescence signal, it is possible to determine whether there is a compositional gradient within the sand horizon and, moreover, to identify fluid cavities (in particular, columns of heavy oil are often stepwise changing due to biochemical decomposition).
Некоторые аспекты применяются к тяжелым образцам нефти, в которых была создана водяная/нефтяная эмульсия, обусловленная основанными на воде буровыми растворами, используемыми для бурения. Эмульсии влияют на измерения поглощения, так как водяные капли рассеивают свет, препятствуя ему в достижении детектора. Однако для специалиста в данной области техники будет понятно, что флуоресценция может использоваться вместо отображения на карте изменений состава и других свойств (например, флуоресценция может быть коррелированной с цветом нефти или другими свойствами или параметрами).Some aspects apply to heavy oil samples in which a water / oil emulsion has been created due to water-based drilling fluids used for drilling. Emulsions affect absorption measurements, as water droplets scatter light, preventing it from reaching the detector. However, it will be understood by one skilled in the art that fluorescence can be used instead of displaying compositional changes and other properties on the map (for example, fluorescence can be correlated with oil color or other properties or parameters).
Один из аспектов использует эту технологию для выполнения квазинепрерывного каротажа без сбора образцов для того, чтобы быстро детектировать изменения состава в столбе нефти. Один из аспектов улучшает анализ GOR и состава.One aspect uses this technology to perform quasi-continuous logging without sample collection in order to quickly detect composition changes in an oil column. One aspect improves the analysis of GOR and composition.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Прилагаемые чертежи иллюстрируют некоторые варианты осуществления изобретения и являются частью описания изобретения.The accompanying drawings illustrate some embodiments of the invention and are part of the description of the invention.
Фиг.1 показывает устройство MDT в стволе скважины, которое может быть модифицировано или оснащено узлом детектора флуоресценции (FDU), таким как FDU, показанный на фиг.2.FIG. 1 shows a wellbore MDT device that may be modified or equipped with a fluorescence detector (FDU) assembly, such as the FDU shown in FIG. 2.
Фиг.2 показывает схему абсорбционного спектрометра CFA™ и FDU.Figure 2 shows a diagram of an absorption spectrometer CFA ™ and FDU.
Фиг.3 показывает влияние водяной/нефтяной эмульсии на спектры поглощения тяжелой нефти из географической зоны на Среднем Востоке.Figure 3 shows the effect of a water / oil emulsion on the absorption spectra of heavy oil from a geographic area in the Middle East.
Фиг.4 показывает спектры флуоресценции для такой же тяжелой нефти, связанной с фиг.3, с такими же относительными фракциями воды.Figure 4 shows the fluorescence spectra for the same heavy oil associated with figure 3, with the same relative fractions of water.
Фиг.5 показывает спектры поглощения шести дегазированных образцов нефти со Среднего Востока с разными количествами содержания асфальтена.Figure 5 shows the absorption spectra of six degassed oil samples from the Middle East with different amounts of asphaltene content.
Фиг.6 - график каротажной диаграммы OD в зависимости от волнового числа для тех же самых шести образцов нефти по фиг.5.6 is a graph of an OD log as a function of wave number for the same six oil samples of FIG. 5.
Фиг.7 - график корреляции между AIP (параметром перехвата поглощения) и суммарной интенсивностью флуоресценции (TFI) для шести образцов нефти, идентифицированных на фиг.5.FIG. 7 is a graph of the correlation between AIP (Absorption Capture Parameter) and total fluorescence intensity (TFI) for the six oil samples identified in FIG. 5.
Фиг.8 графически показывает корреляцию между AIP и суммарной TFI и % по весу асфальтена для шести разных образцов нефти, идентифицированных на фиг.5.Fig. 8 graphically shows the correlation between AIP and total TFI and% by weight of asphaltene for six different oil samples identified in Fig. 5.
Фиг.9 показывает спектры поглощения для тех же самых шести образцов нефти со Среднего Востока по фиг.5 после добавления 3% водной эмульсии.Figure 9 shows the absorption spectra for the same six oil samples from the Middle East of figure 5 after adding 3% aqueous emulsion.
Фиг.10 сравнивает интенсивность флуоресценции с (сплошные линии) и без (пунктирные линии) 3% водной/нефтяной эмульсии для тех же самых шести образцов нефти по фиг.9.FIG. 10 compares the fluorescence intensity with (solid lines) and without (dashed lines) a 3% water / oil emulsion for the same six oil samples of FIG. 9.
Фиг.11 сравнивает чувствительность флуоресценции в качестве функции относительного количества воды для разных длин волн и гранулометрического распределения капель.11 compares the sensitivity of fluorescence as a function of the relative amount of water for different wavelengths and particle size distribution of the droplets.
По всем чертежам идентичные номера ссылок указывают подобные, но не обязательно идентичные элементы. Несмотря на то что принципы, описанные в материалах настоящей заявки, восприимчивы к различным модификациям и альтернативным формам, отдельные варианты осуществления были показаны на чертежах в качестве примера и будут подробно описаны в материалах настоящей заявки. Однако должно быть понятно, что изобретение не подразумевается ограниченным конкретными раскрытыми формами. Точнее, изобретение включает в себя все модификации, эквиваленты и альтернативные варианты, подпадающие под объем прилагаемой формулы изобретения.Throughout the drawings, identical reference numbers indicate similar, but not necessarily identical, elements. Although the principles described in the materials of this application are susceptible to various modifications and alternative forms, individual embodiments have been shown in the drawings as an example and will be described in detail in the materials of this application. However, it should be understood that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed. More specifically, the invention includes all modifications, equivalents and alternatives falling within the scope of the attached claims.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕDETAILED DESCRIPTION
Ниже описаны иллюстративные варианты осуществления и аспекты изобретения. Конечно, будет приниматься во внимание, что при разработке любого такого реального варианта осуществления многочисленные специфичные для реализации решения должны приниматься для достижения специальных целей разработчиков, такие как совместимость с относящимися к системе и относящимися к коммерческой деятельности ограничениями, которые будут изменяться от одной реализации к другой. Более того, будет приниматься во внимание, что такие разработки могут быть сложными и трудоемкими, но все же могли бы быть обычным делом для рядовых специалистов в данной области техники, обладающих способностью к пониманию преимущества этого раскрытия.Illustrative embodiments and aspects of the invention are described below. Of course, it will be appreciated that when developing any such feasible implementation option, numerous implementation-specific decisions must be made to achieve the special goals of the developers, such as compatibility with system-related and business-related constraints that will vary from one implementation to another. . Moreover, it will be appreciated that such developments may be complex and time-consuming, but still could be commonplace for ordinary specialists in the art having the ability to understand the advantages of this disclosure.
Ссылка по всему описанию изобретения на «один из вариантов осуществления», «вариант осуществления», «некоторые варианты осуществления», «один из аспектов», «аспект» или «некоторые аспекты» означает, что конкретный признак, конструкция, способ или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления или аспектом, включены по меньшей мере в один вариант осуществления настоящего изобретения. Таким образом, появление фраз «в одном из вариантов осуществления», или «в варианте осуществления», или «в некоторых вариантах осуществления» в различных местах по всему описанию изобретения необязательно всегда является указывающим на один и тот же вариант осуществления. Более того, конкретные признаки, конструкции, способы или характеристики могут комбинироваться любым подходящим образом в одном или более вариантах осуществления. Слова «включающий в себя» и «обладающий» будут иметь такое же значение, как слово «содержащий».The reference throughout the description of the invention to “one embodiment”, “embodiment”, “some embodiments”, “one aspect”, “aspect” or “some aspects” means that a particular feature, design, method or characteristic, described in connection with an embodiment or aspect are included in at least one embodiment of the present invention. Thus, the appearance of the phrases “in one embodiment”, or “in an embodiment”, or “in some embodiments” in various places throughout the description of the invention is not necessarily always indicative of the same embodiment. Moreover, specific features, structures, methods or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more embodiments. The words “including” and “possessing” will have the same meaning as the word “comprising”.
Более того, обладающие признаками изобретения аспекты заключаются в менее чем всех признаках единичного раскрытого варианта осуществления. Таким образом, формула изобретения, сопровождающая подробное описание, настоящим в явной форме включена в это подробное описание, причем каждый пункт формулы изобретения зависит от своего собственного в качестве отдельного варианта осуществления этого изобретения.Moreover, aspects having the features of the invention are contained in less than all the features of a single disclosed embodiment. Thus, the claims accompanying the detailed description are hereby expressly included in this detailed description, each claim being dependent on its own as a separate embodiment of the invention.
Одно из преимуществ анализатора составного флюида (CFA™) фирмы Шлюмберже заключается в его способности детектировать градиенты составного флюида в пределах столба нефти. Градиенты состава могут иметь место вследствие многообразия причин: биохимическое разложение, сила тяжести, температурные и/или диффузионные градиенты - все могут вносить вклад. Градиенты флюида также могут проявлять сосредоточенные неоднородности, сигнализацию наличия полостей в резервуарах, которые ранее предполагались однородными, - главной причины дефицита мощности добычи в нефтедобывающей промышленности в наши дни.One of the advantages of Schlumberger's Compound Fluid Analyzer (CFA ™) is its ability to detect the gradients of the composite fluid within the oil column. Composition gradients can occur due to a variety of reasons: biochemical decomposition, gravity, temperature and / or diffusion gradients - all can contribute. Fluid gradients can also exhibit concentrated inhomogeneities, signaling the presence of cavities in reservoirs that were previously assumed to be homogeneous, the main reason for the lack of production capacity in the oil industry today.
В образцах легкой нефти градиенты состава, главным образом, детектируются по изменениям отношения GOR. В образцах тяжелой нефти изменения GOR являются менее значимыми и градиенты состава детектируются по различиям в местоположении границы поглощения (то есть цвете). Известно, что столбы тяжелой нефти подвергаются биохимическому разложению вследствие того факта, что образцы тяжелой нефти происходят в результате низкотемпературного катагенеза, а бактерии биохимического разложения хорошо выживают при низкой температуре. Несмотря на это известное изменение состава практические затруднения с отбором образцов тяжелой нефти в основанных на воде буровых растворах препятствуют надлежащему анализу образцов тяжелой нефти в столбе.In light oil samples, compositional gradients are mainly detected by changes in the GOR ratio. In heavy oil samples, GOR changes are less significant and compositional gradients are detected by differences in the location of the absorption boundary (i.e. color). Columns of heavy oil are known to undergo biochemical decomposition due to the fact that samples of heavy oil occur as a result of low-temperature catagenesis, and the bacteria of biochemical decomposition survive well at low temperatures. Despite this notable change in composition, practical difficulties in taking heavy oil samples in water-based drilling fluids prevent proper analysis of heavy oil samples in the column.
Проблемы возникают, так как образцы тяжелой нефти обычно выбуриваются с помощью основанных на воде буровых растворов, которые формируют устойчивые водяные/нефтяные эмульсии, обусловленные активностью на поверхности раздела полимеров и асфальтенов. Эмульсии обладают даже более высокой вязкостью, чем естественно высокая вязкость исходной тяжелой нефти. Для ухудшения дел поток тяжелой нефтяной эмульсии через пористую среду обостряет проблему, обусловленную действующей закупоркой горловины согласно натяжению на границе раздела. Следовательно, предпочтительно проходит обводняющая вода, а вхождение нефти в анализ флюида или инструмент отбора образцов замедляется, давая в результате более продолжительные промежутки времени очистки.Problems arise because heavy oil samples are usually drilled using water-based drilling fluids that form stable water / oil emulsions due to activity at the interface between polymers and asphaltenes. Emulsions have an even higher viscosity than the naturally high viscosity of the original heavy oil. To aggravate cases, the flow of heavy oil emulsion through a porous medium exacerbates the problem caused by the active blockage of the neck according to the tension at the interface. Consequently, flooding water preferably passes, and the oil entering the fluid analysis or sampling tool slows down, resulting in longer cleaning times.
Эмульсии влияют на оптические измерения, так как абсорбционная спектроскопия (закон Бугера-Ламберта-Бера) высокочувствительна к наличию водяных капель и частиц в проточной линии. Интенсивность рассеяния быстро поднимается с повышением относительного количества воды и, как правило, зависит от длины волны. Отрицательное влияние усиливается в прямом направлении к детектору. Так как удаление цвета является важным для анализа GOR и состава, эмульсии компрометируют точность обоих измерений, LFA™ (анализатором реального флюида) и CFA™ фирмы Шлюмберже. Даже для относительно небольших относительных количеств воды трудно вводить поправку на шумы, создаваемые рассеянием, в спектрах поглощения.Emulsions affect optical measurements, since absorption spectroscopy (Bouguer-Lambert-Beer law) is highly sensitive to the presence of water droplets and particles in the flow line. The scattering intensity rises rapidly with increasing relative amount of water and, as a rule, depends on the wavelength. The negative effect is amplified in the forward direction to the detector. Since color removal is important for GOR and composition analysis, emulsions compromise the accuracy of both measurements, LFA ™ (real-fluid analyzer) and Schlumberger CFA ™. Even for relatively small relative amounts of water, it is difficult to correct for noise created by scattering in the absorption spectra.
Один из аспектов, описанный в материалах настоящей заявки, использует корреляцию между цветом пластовых образцов или флюидов, таких как сырая нефть (поглощением), и флуоресценцией образцового флюида. Некоторые аспекты, однако, могут использовать параметры флуоресценции сами по себе или в сочетании с другими данными. Цветовые характеристики образцов, таких как образцы сырой нефти, известны рядовым специалистам в данной области техники, обладающим способностью к пониманию преимущества этого раскрытия. Однако в эмульгированных образцах тяжелой нефти рассеяние света вызывает ухудшение в S/N (отношение сигнал/шум), так что цвет сырой нефти не может точно определяться из спектров поглощения. Таким образом, есть потребность в более надежной технологии для характеризации флюидов и/или детектирования градиентов состава в столбах эмульгированной тяжелой нефти. Соответственно, один из аспектов описывает способ использования FDU (например, FDU из CFA™ или любого сопоставимого оптического флуоресцентного устройства) для сбора сигнала флуоресценции или параметров флуоресценции в скважине. Измерения флуоресценции могут производиться внутри инструмента (устройства) над пластовыми флюидами вместо облучения стенок ствола скважины. Например, устройство MDT фирмы Шлюмберже может использоваться и/или модифицироваться для сбора или извлечения пластовых образцовых флюидов для анализа флуоресценции (и, возможно, другого анализа, такого как цветовой анализ).One aspect described herein utilizes a correlation between the color of reservoir samples or fluids such as crude oil (absorption) and the fluorescence of a reference fluid. Some aspects, however, may use the fluorescence parameters alone or in combination with other data. The color characteristics of samples, such as crude oil samples, are known to those of ordinary skill in the art with the ability to understand the benefits of this disclosure. However, in emulsified samples of heavy oil, light scattering causes a deterioration in S / N (signal to noise ratio), so that the color of the crude oil cannot be accurately determined from the absorption spectra. Thus, there is a need for more reliable technology for characterizing fluids and / or detecting compositional gradients in emulsified heavy oil columns. Accordingly, one aspect describes a method of using FDUs (eg, FDUs from CFA ™ or any comparable optical fluorescence device) to collect a fluorescence signal or fluorescence parameters in a well. Fluorescence measurements can be made inside the tool (device) above the formation fluids instead of irradiating the walls of the wellbore. For example, a Schlumberger MDT device may be used and / or modified to collect or retrieve formation sample fluids for fluorescence analysis (and possibly another analysis, such as color analysis).
Цвет сырой нефти имеет место вследствие поглощения фотонов полициклическими ароматическими углеводородами (РАН). Возбужденный РАН может угасать обратно, до основного состояния, либо посредством переизлучения фотона на большей длине волны (флуоресценции) через безызлучательную релаксацию (термальные колебания), либо посредством передачи энергии столкновений (кинетики). Таким образом, флуоресценция тесно связана с поглощением, а интенсивность флуоресценции считается коррелированной с цветом сырой нефти. Так как цвет нефти может использоваться для детектирования градиентов флюида и полостей флюида в образцах тяжелой нефти, флуоресценция может использоваться в качестве альтернативы для выявления изменений состава или идентификации либо получения иных характеристик пластовых флюидов в скважине. Однако корреляция между флуоресценцией и цветом нефти не является тривиальной. Например, прирост концентрации хромофора в нефти дает в результате прирост в цвете, но снижение флуоресценции. То есть увеличение концентрации флуорофора сырой нефти снижает флуоресценцию. Этот трудный для понимания эффект имеет место в значительной степени благодаря межмолекулярным взаимодействиям гашения флуоресценции, обусловленным образованием диффузии и агрегации пласта.The color of crude oil occurs due to the absorption of photons by polycyclic aromatic hydrocarbons (RAS). An excited RAS can fade back to the ground state, either by re-emitting a photon at a longer wavelength (fluorescence) through non-radiative relaxation (thermal vibrations), or by transferring collision energy (kinetics). Thus, fluorescence is closely related to absorption, and the fluorescence intensity is considered correlated with the color of the crude oil. Since oil color can be used to detect fluid gradients and fluid cavities in heavy oil samples, fluorescence can be used as an alternative to detect changes in composition or identification or to obtain other characteristics of reservoir fluids in the well. However, the correlation between fluorescence and oil color is not trivial. For example, an increase in the chromophore concentration in oil results in an increase in color, but a decrease in fluorescence. That is, an increase in the concentration of the fluorophore of the crude oil reduces the fluorescence. This difficult to understand effect occurs largely due to intermolecular fluorescence quenching interactions due to the formation of diffusion and aggregation of the formation.
Вообще говоря, подробная информация о составе и/или концентрации не может определяться только по цвету нефти, но относительные изменения в концентрациях тяжелых фракций (например, асфальтенов) вызывают большие изменения в окрашенности и ассоциативно связанной флуоресценции. Поэтому в некоторых условиях возможно устанавливать корреляцию изменений в цвете сырой нефти (или флуоресценции) с изменениями в составе и/или концентрации. Также возможно сравнивать данные флуоресценции в скважине с данными флуоресценции известного образца из лабораторного анализа при условии, что заблаговременно выполнена точная калибровка устройства в лаборатории.Generally speaking, detailed information about the composition and / or concentration cannot be determined only by the color of the oil, but relative changes in the concentrations of heavy fractions (for example, asphaltenes) cause large changes in color and associated fluorescence. Therefore, in some conditions, it is possible to correlate changes in the color of crude oil (or fluorescence) with changes in composition and / or concentration. It is also possible to compare the fluorescence data in the well with the fluorescence data of a known sample from laboratory analysis, provided that accurate calibration of the device in the laboratory is performed in advance.
Даже после того как скважинное устройство анализа или отбора образцов флюида расположено в стволе скважины надлежащим образом, очистка отборной проточной линии, выполнение точных измерений оптической передачи и получение образца могут отнимать до пятнадцати часов откачивания. Длительное время срабатывания мешает всему, кроме наиболее рудиментарной оценки изменения состава в столбе тяжелой нефти, выбуриваемой с помощью основанных на воде буровых растворов. Однако для целей DFA (анализа флюида в скважине) зачастую нуждаются не в образце, а только в анализе. Флуоресценция требует только нефтяной пленки на исследовательской оптической кювете или окне. Нефтяные пленки находят свой путь на оптические кюветы или окна в начале, на стадии очистки проточной линии, делая измерение и анализ флуоресценции привлекательным измерением данных.Even after the downhole fluid analysis or sampling device is positioned in the wellbore, cleaning the selected flow line, performing accurate optical transmission measurements, and acquiring the sample can take up to fifteen hours to pump out. The long response time interferes with everything except the most rudimentary estimate of the composition change in a column of heavy oil drilled using water-based drilling fluids. However, for the purposes of DFA (downhole fluid analysis), they often do not need a sample, but only an analysis. Fluorescence requires only an oil film on a research optical cuvette or window. Oil films find their way into optical cuvettes or windows at the beginning, at the stage of cleaning the flow line, making fluorescence measurement and analysis an attractive data measurement.
Осуществлять сбор сигнала флуоресценции с использованием геометрии поверхности полезно по нескольким причинам. Образцы тяжелой нефти непрозрачны на длинах волн видимого спектра и при некоторой геометрии фронтальной поверхности, а влияния самопоглощения минимизированы. К тому же сравнительно короткая глубина выхода флуоресцентных фотонов в образцах тяжелой нефти гарантирует, что измерение флуоресценции будет нарушаться рассеянием света в меньшей степени, чем соответствующее измерение поглощения.Collecting a fluorescence signal using surface geometry is useful for several reasons. Samples of heavy oil are opaque at the wavelengths of the visible spectrum and for some geometry of the front surface, and the effects of self-absorption are minimized. In addition, the relatively short depth of fluorescence photon output in heavy oil samples ensures that the fluorescence measurement will be less disturbed by light scattering than the corresponding absorption measurement.
Граница длинноволнового поглощения для большинства образцов сырой нефти является следствием полициклических ароматических углеводородов (РАН). Окрашенность является линейно зависимой от концентрации этих хромофоров в соответствии с законом БирзаThe long-wave absorption limit for most samples of crude oil is a consequence of polycyclic aromatic hydrocarbons (RAS). Coloration is linearly dependent on the concentration of these chromophores in accordance with the Birza law.
где: А - поглощение,where: A is the absorption,
Io - интенсивность падающего света,I o - the intensity of the incident light,
I - интенсивность проходящего света,I is the intensity of transmitted light,
εi - молярный коэффициент поглощения для компонента i иε i is the molar absorption coefficient for component i and
ci - концентрация компонента i, а l - длина пробега.c i is the concentration of component i, and l is the mean free path.
В образцах сырой нефти константы скорости гашения ограничены диффузией. Уравнение Стерна-Вольмера получено из анализа скорости затухания в возбужденном состоянии:In crude oil samples, quenching rate constants are limited by diffusion. The Stern-Volmer equation is obtained from an analysis of the decay rate in an excited state:
где: kF - скорость затухания в возбужденном состоянии и скорость затухания измеренной флуоресценции,where: k F is the attenuation rate in the excited state and the attenuation rate of the measured fluorescence,
kFo - скорость затухания собственной флуоресценции при отсутствии гасителя,k Fo is the attenuation rate of intrinsic fluorescence in the absence of a quencher,
[Q] - концентрация гасителя и[Q] is the concentration of the quencher and
kQ - константа скорости диффузионного гашения.k Q is the diffusion quenching rate constant.
Уравнение 2 показывает, что для (каковое применяется для образцов сырой нефти) интенсивность флуоресценции для концентрированного образца является пропорциональной концентрации гасителя. Гасителями являются крупные РАН, которые имеют сдвинутые в красную область электронные переходы, то есть одинаковые молекулярные доли, которые вызывают окрашенность сырой нефти.
Может быть показано, что до нулевого порядка обе окрашенности сырой нефти (уравнение 1) и интенсивность флуоресценции сырой нефти (уравнение 2) являются линейно зависимыми от заполненности хромофором крупных РАН. Таким образом, для растворов заданной сырой нефти можно количественно связывать окрашенность и интенсивность флуоресценции.It can be shown that up to zero order, both colorings of crude oil (equation 1) and the fluorescence intensity of crude oil (equation 2) are linearly dependent on the chromophore filling of large RAS. Thus, for solutions of a given crude oil, color and fluorescence intensity can be quantitatively related.
Квантовые отдачи сырой нефти более высоки при длинах волн возбуждения УФ-области (например, 350 нм), чем длинах волн видимой области (например, 450 нм). К тому же более крупные отличия в спектрах флуоресценции образцов сырой нефти наблюдаются при более коротких длинах волн возбуждения. Более того, фотоны УФ-области имеют более короткую глубину выхода, чем фотоны видимого спектра, значит, спектры флуоресценции в меньшей степени нарушаются эмульсиями. Поэтому один из вариантов осуществления настоящего изобретения применяет один или более УФ СИД или лазерных диодных источников в скважине на устройстве анализа флюида (например, вместо голубого). Источник УФ-света может быть модифицирован на устройстве анализа флюида или представлен как первоначальное оборудование. Тем не менее, специалист в данной области техники будет без труда понимать, что любые длины волн возбуждения могут использоваться согласно принципам, описанным в материалах настоящей заявки. Ввиду этого настоящее изобретение не подразумевается ограниченным вариантами осуществления, изложенными в материалах настоящей заявки.Quantum returns of crude oil are higher at UV excitation wavelengths (e.g., 350 nm) than visible wavelengths (e.g. 450 nm). In addition, larger differences in the fluorescence spectra of crude oil samples are observed at shorter excitation wavelengths. Moreover, photons in the UV region have a shorter depth of exit than photons in the visible spectrum, which means that the fluorescence spectra are less disturbed by emulsions. Therefore, one embodiment of the present invention uses one or more UV LEDs or laser diode sources in a well on a fluid analysis device (for example, instead of blue). The UV light source can be modified on a fluid analysis device or presented as original equipment. However, one skilled in the art will readily understand that any excitation wavelengths can be used according to the principles described in the materials of this application. In view of this, the present invention is not intended to be limited by the embodiments set forth herein.
Фиг.1 схематично иллюстрирует один из вариантов осуществления скважинного устройства анализа, отбора образцов и тестирования флюида в стволе скважины. В варианте осуществления по фиг.1 устройство содержит модуль 17 пакера и проточную линию 18. Проточная линия 18 тянется через устройство по существу в продольном направлении до модуля 13 откачки на первом или верхнем конце. Модуль 16 зонда способствует передаче флюида между прилегающим пластом и проточной линией 18. Модуль 15 спектроскопии (и/или FDU) может быть последовательно присоединен к проточной линии 18 (см. фиг.2). Отборные камеры 14 могут быть присоединены к проточной линии 18 и (если включены в состав) могут принимать и хранить образцы флюида из пласта.Figure 1 schematically illustrates one embodiment of a downhole analysis, sampling and fluid testing device in a wellbore. In the embodiment of FIG. 1, the device comprises a packer module 17 and a flow line 18. The flow line 18 extends through the device substantially in the longitudinal direction to the pump down module 13 at the first or upper end. The probe module 16 facilitates fluid transfer between the adjacent formation and flow line 18. Spectroscopy module (and / or FDU) 15 can be connected in series to flow line 18 (see FIG. 2).
Фиг.2 - схематическое представление абсорбционного спектрометра 15 CFA™ и FDU 20. FDU 20 может содержать источник 22 света, а источник 22 света может содержать СИД или лазер, создающий свет, например, на длине волны приблизительно в 470 нм. FDU 20 включает в себя один или более детекторов флуоресценции, таких как первый и второй детекторы 24, 26. Первый и второй детекторы 24, 26 могут содержать кремниевые (Si) фотодиоды и могут включать в себя два длиннопроходных оптических фильтра, которые передают свет, например, сверх около 550 нм и 650 нм. Однако рядовым специалистам в данной области техники, обладающим способностью к пониманию преимущества этого раскрытия, будет понятно, что принципы, описанные в материалах настоящей заявки, не ограничены этими рассмотренными конкретным устройством или конкретными длинами волн. Может быть любое количество разных вариантов осуществления FDU 20. Например, в еще одном варианте осуществления возможны многочисленные источники света с разными длинами волн и многочисленными детекторами. Устройство по фиг.2 может быть реализовано с любым устройством анализа флюида, таким как устройство, показанное на фиг.1.Figure 2 is a schematic representation of a CFA
Фиг.3 показывает влияние водяной/нефтяной эмульсии на спектры поглощения тяжелой нефти из географической зоны на Среднем Востоке. Первая линия 28 показывает чистые спектры поглощения тяжелой нефти из географической зоны на Среднем Востоке. Дополнительные линии иллюстрируют спектры поглощения при возрастании фракций воды. Рассеяние света от водяных капель (несколько микрон в диаметре) поднимается с увеличением относительного количества воды. Пики 30, 32 и т.д. при 1725 и 1760 нм соответствуют колебательным молекулам углеводородов. Вода имеет вибрационные полосы при 1445 и 2000 нм.Figure 3 shows the effect of a water / oil emulsion on the absorption spectra of heavy oil from a geographic area in the Middle East.
Фиг.4 показывает спектры флуоресценции для такой же тяжелой нефти, по фиг.3, с такими же фракциями воды. Первая линия 34 показывает чистые спектры поглощения тяжелой нефти из географической зоны на Среднем Востоке. Оставшиеся линии показывают спектры с повышением фракций воды. По сравнению со спектрами поглощения, показанными на фиг.3, спектры флуоресценции по фиг.4 являются гораздо менее чувствительными к содержанию эмульсии или воды в образце.Figure 4 shows the fluorescence spectra for the same heavy oil, figure 3, with the same fractions of water. The
Сигналы флуоресценции, которые проиллюстрированы в настоящем изобретении, являются менее чувствительными к эмульсии. В одном из аспектов эта нечувствительность флуоресценции к эмульсиям применяется (вместо оптической плотности) и используется для отображения градиентов цвета в столбе нефти, которые отражают изменения состава. Эти градиенты цвета (например, те, которые возникают вследствие изменений состава), в свою очередь, могут находиться в корреляции с другими физическими свойствами нефти, такими как содержание асфальтена.The fluorescence signals, which are illustrated in the present invention, are less sensitive to emulsion. In one aspect, this fluorescence insensitivity to emulsions is applied (instead of optical density) and is used to display color gradients in an oil column that reflect composition changes. These color gradients (for example, those that result from changes in composition), in turn, may be correlated with other physical properties of the oil, such as asphaltene content.
Фиг.5 показывает спектры поглощения шести дегазированных образцов нефти со Среднего Востока с разными количествами содержания асфальтена. Слева направо относительное количество асфальтена возрастает с 3 до 13%. Вибрационные обертонные полосы центрируются на 1725 нм. Расположение границы электронного поглощения отражает распределение совокупности ароматических компонентов в сырой нефти. Графическое изображение каротажной диаграммы OD (оптической плотности) в зависимости от длины волны (фиг.6) показывает, что наклон границы поглощения одинаков для всех шести образцов сырой нефти. Аппроксимируя границу электронного поглощения линейным уравнением вида:Figure 5 shows the absorption spectra of six degassed oil samples from the Middle East with different amounts of asphaltene content. From left to right, the relative amount of asphaltene increases from 3 to 13%. Vibration overtone bands are centered at 1725 nm. The location of the electronic absorption boundary reflects the distribution of the totality of aromatic components in crude oil. A graphical representation of the OD (optical density) logs versus wavelength (FIG. 6) shows that the slope of the absorption boundary is the same for all six crude oil samples. Approximating the electron absorption boundary by a linear equation of the form:
logOD=logα+β/λlogOD = logα + β / λ
можно получить единственное число, которое характеризует относительное изменение цвета по полному набору данных. Таковое указывается ссылкой как параметр перехвата поглощения (AIP).you can get a single number that characterizes the relative color change over the entire data set. This is indicated by reference as an absorption interception parameter (AIP).
Фиг.7 - график корреляции между AIP (параметром перехвата поглощения) и суммарной интенсивностью флуоресценции (TFI) для шести образцов нефти, идентифицированных выше. Корреляцией является:7 is a graph of the correlation between AIP (absorption interception parameter) and total fluorescence intensity (TFI) for the six oil samples identified above. The correlation is:
AIP=-1,0905·TFI-1,0557AIP = -1.0905TFI-1,0557
R2=0,99R 2 = 0.99
Таким образом, одиночный параметр (AIP), характеризующий цвет нефти, находится в строгой корреляции с одиночным параметром, характеризующим частотную характеристику флуоресценции (TFI). Соответственно, в некоторых вариантах осуществления поглощение и флуоресценция могут использоваться взаимозаменяемо в качестве индикатора относительной окрашенности флюида.Thus, a single parameter (AIP) characterizing the color of the oil is in strict correlation with a single parameter characterizing the frequency response of fluorescence (TFI). Accordingly, in some embodiments, absorption and fluorescence can be used interchangeably as an indicator of relative fluid coloration.
Фиг.8 графически показывает корреляцию между AIP и суммарной интенсивностью флуоресценции (TFI) и % по весу асфальтена для этих шести разных образцов нефти. Для AIP корреляцией является:Fig. 8 graphically shows the correlation between AIP and total fluorescence intensity (TFI) and% by weight of asphaltene for these six different oil samples. For AIP, the correlation is:
АIР=0,0682 · % по весу асфальтена - 2,0957AIP = 0.0682 ·% by weight of asphaltene - 2.0957
R2=0,9R 2 = 0.9
Для флуоресценции корреляцией является:For fluorescence correlation is:
TFI=-0,0616 · % по весу асфальтена + 0,9476TFI = -0.0616% by weight of asphaltene + 0.9476
R2=0,952R 2 = 0.952
Таким образом, оба, AIP и TFI, чувствительны к изменениям состава. Ожидается, что эти корреляции будут усиливаться, когда данные ограничены одиночным резервуаром. Также ожидается, что эти корреляции будут дополнительно улучшаться, когда данные ограничены отдельной буровой скважиной. Другие корреляции могут выявляться специалистами в данной области техники, обладающими способностью к пониманию преимущества этого раскрытия, при обычном порядке экспериментирования, следующим принципам, описанным в материалах настоящей заявки, такие как между TFI и С36 + весовая доля, TFI и плотностью, TFI и составом, TFI и вязкостью.Thus, both AIP and TFI are sensitive to changes in composition. These correlations are expected to increase when data is limited to a single reservoir. It is also expected that these correlations will further improve when data is limited to a single borehole. Other correlations may be detected by those skilled in the art having the ability to understand the benefits of this disclosure, in the usual experimentation, to the following principles described herein, such as between TFI and C36 + weight fraction, TFI and density, TFI and composition, TFI and viscosity.
Каротажные диаграммы флуоресценции могут получаться либо посредством каротажа взятой в целом скважины в квазинепрерывном режиме, без сбора образцов, либо могли бы регистрироваться, когда оператор решает, что флюид изменил состав. Например, оператор может сравнивать каротажные диаграммы флуоресценции в местах А и В. Если каротажные диаграммы флуоресценции идентичны, то устройство перемещается в новое местоположение С и проверка повторяется. С другой стороны, если сигнал флуоресценции увеличился или уменьшился, то оператор может решить, следует ли захватить образец, на основании этого знания информации. Оператор может устанавливать взаимную корреляцию изменения в частотной характеристике флуоресценции с другими каротажными диаграммами для улучшения интерпретации. С использованием калиброванной базы данных для отдельного резервуара оператор может дополнительно связывать каротажные диаграммы флуоресценции с изменениями в составе, плотности, вязкости и других физических свойств.Fluorescence logs can be obtained either by logging a well as a whole in quasi-continuous mode without collecting samples, or they could be logged when the operator decides that the fluid has changed composition. For example, the operator can compare fluorescence logs at locations A and B. If the fluorescence logs are identical, then the device moves to a new location C and the test is repeated. On the other hand, if the fluorescence signal has increased or decreased, then the operator can decide whether to capture a sample based on this knowledge of the information. The operator can correlate changes in the fluorescence frequency response with other logs to improve interpretation. Using a calibrated database for an individual reservoir, the operator can further associate fluorescence logs with changes in composition, density, viscosity and other physical properties.
Фиг.9 показывает спектры поглощения для тех же самых шести образцов нефти со Среднего Востока, идентифицированных выше, после добавления 3% водной эмульсии. Водяные капли (размером приблизительно в 1 микрон) создают интенсивное рассеяние, которое значительно искажает спектр поглощения и воспроизводит непрозрачность образца с результирующей потерей информационного контента. Фон рассеяния и водяные пики не могут достоверно отклоняться для выявления истинного цвета нефти.Figure 9 shows the absorption spectra for the same six samples of oil from the Middle East, identified above, after adding 3% aqueous emulsion. Water droplets (approximately 1 micron in size) create intense scattering, which significantly distorts the absorption spectrum and reproduces the opacity of the sample with the resulting loss of information content. Scatter background and water peaks cannot reliably deviate to reveal the true color of the oil.
Фиг.10 сравнивает интенсивность флуоресценции с (сплошные линии) и без (пунктирные линии) 3% водяной/нефтяной эмульсии. Сигнал флуоресценции показывает некоторое небольшое увеличение, но которое вносит вклад в смещение и не влияет на относительные интенсивности флуоресценции, а оставляет форму линии неизменной. Вода не флуоресцирует на длинах волн видимого спектра, и фотоны флуоресценции, которые избегают самопоглощения, также испытывают небольшое рассеяние на геометрии фронтальной поверхности. Таким образом, флуоресценция может использоваться для точного отображения изменений состава, даже когда являются присутствующими эмульсии. Поэтому для рядовых специалистов в данной области техники, обладающих способностью к пониманию преимущества этого раскрытия, является возможным детектировать цвет (и состав), градиенты или другие характеристики в столбе нефти при наличии эмульсий посредством использования каротажных диаграмм флуоресценции.Figure 10 compares the fluorescence intensity with (solid lines) and without (dashed lines) 3% water / oil emulsion. The fluorescence signal shows a slight increase, but which contributes to the bias and does not affect the relative fluorescence intensities, but leaves the line shape unchanged. Water does not fluoresce at the wavelengths of the visible spectrum, and fluorescence photons that avoid self-absorption also experience slight scattering on the geometry of the front surface. Thus, fluorescence can be used to accurately display changes in composition, even when emulsions are present. Therefore, for ordinary specialists in the art having the ability to understand the advantages of this disclosure, it is possible to detect color (and composition), gradients, or other characteristics in an oil column in the presence of emulsions by using fluorescence logs.
Фиг.11 сравнивает чувствительность флуоресценции в качестве функции фракции воды для разных длин волн и гранулометрического распределения капель. Крупные капли вызывают меньшее рассеяние, чем мелкие. Более короткая длина волны возбуждения в УФ-области имеет результатом меньшее рассеяние, чем излучение длины волны в голубой области.11 compares the sensitivity of fluorescence as a function of the fraction of water for different wavelengths and particle size distribution of the droplets. Large droplets cause less dispersion than small ones. A shorter excitation wavelength in the UV region results in less scattering than wavelength radiation in the blue region.
Как упомянуто выше, CFA™ фирмы Шлюмберже содержит датчик флуоресценции, который может осуществлять флуоресцентную спектроскопию посредством измерения светового излучения в зеленом и красном диапазонах спектра после возбуждения голубым светом. Флуоресценция в этом диапазоне относится к концентрации полициклических ароматических углеводородов (РАН) в сырой нефти. Флуоресценция изначально вводилась для детектирования фазовых переходов, в частности, в газоконденсатных системах во время отбора образцов. Когда происходит фазовый переход в ретроградном конденсатном флюиде, вновь сформированная жидкая фаза будет концентрировать самые тяжелые компоненты исходного флюида. Как упоминалось ранее, эти тяжелые компоненты содержат молекулярные группы, которые флуоресцируют. Измерения флуоресценции являются высокочувствительными - в таком случае даже больше, чем другие типы спектроскопии, такие как абсорбционная спектроскопия, - поэтому дающими возможность детектировать самые незначительные изменения в составе анализируемого флюида.As mentioned above, Schlumberger CFA ™ contains a fluorescence sensor that can perform fluorescence spectroscopy by measuring light emission in the green and red spectral ranges after excitation with blue light. Fluorescence in this range refers to the concentration of polycyclic aromatic hydrocarbons (RAS) in crude oil. Fluorescence was initially introduced to detect phase transitions, in particular, in gas condensate systems during sampling. When a phase transition occurs in the retrograde condensate fluid, the newly formed liquid phase will concentrate the heaviest components of the feed fluid. As mentioned earlier, these heavy components contain molecular groups that fluoresce. Fluorescence measurements are highly sensitive — in this case even more than other types of spectroscopy, such as absorption spectroscopy — and therefore make it possible to detect the smallest changes in the composition of the analyzed fluid.
На основании вышеприведенных принципов измерения и обширных наблюдений из внутрипромысловой практики вытекают некоторые признаки флуоресценции CFA™:Based on the above measurement principles and extensive observations, some signs of CFA ™ fluorescence follow from infield practice:
- Флуоресценция не страдает от сильного рассеяния, обычно вызываемого твердыми частицами в буровом растворе. Весьма вероятно, что твердые частицы в буровом растворе не содержат никаких РАН.- Fluorescence does not suffer from strong scattering, usually caused by solid particles in the drilling fluid. It is very likely that the solids in the drilling fluid do not contain any RAS.
- Измерения флуоресценции в стволе скважины менее подвержены влиянию водяных капель в эмульсиях типа «нефть в воде», чем соответствующие измерения поглощения. Этот признак предоставляет возможность идентифицировать свойства нефти, даже когда являются присутствующими эмульсии нефти и воды.- Fluorescence measurements in the wellbore are less affected by water droplets in oil-in-water emulsions than the corresponding absorption measurements. This feature provides the ability to identify the properties of oil, even when emulsions of oil and water are present.
- Флуоресценция может использоваться для типизации разных углеводородов, таких как газ (должно быть отмечено, что газ является флюидом), конденсат, легкая нефть и нефтяной остаток. Простыми словами, газы обычно содержат немного или совсем не содержит тяжелых компонентов, отсюда очень немного РАН. Поэтому газ должен обладать весьма слабой флуоресценцией. Нефть типично содержит больше тяжелых компонентов, отсюда гораздо больше РАН. Соответственно, образцы нефти должны обладать более сильной флуоресценцией, чем газы.- Fluorescence can be used to typify various hydrocarbons, such as gas (it should be noted that the gas is a fluid), condensate, light oil and oil residue. In simple words, gases usually contain little or no heavy components, hence very little RAS. Therefore, the gas must have very weak fluorescence. Oil typically contains more heavy components, hence much more RAS. Accordingly, oil samples should have stronger fluorescence than gases.
- Флуоресценция является высокочувствительной. Поэтому она может детектировать очень небольшие нефтяные капли, смешанные с водой.- Fluorescence is highly sensitive. Therefore, it can detect very small oil droplets mixed with water.
- Более того, флуоресценция не будет реагировать на ОВМ (основанный на нефти буровой раствор), так как ОВМ типично не должен содержать никаких РАН.“Moreover, fluorescence will not respond to OBM (oil-based drilling fluid), since OBM typically should not contain any RAS.
Предшествующее описание было представлено только для иллюстрации и описания некоторых вариантов осуществления. Оно не подразумевается исчерпывающим или ограничивающим изобретение какой бы то ни было точной раскрытой формой. Многие модификации и варианты возможны в свете вышеприведенного описания.The foregoing description has been presented only to illustrate and describe some embodiments. It is not intended to exhaustively or limit the invention of any exact form disclosed. Many modifications and variations are possible in light of the above description.
Варианты осуществления и аспекты подбирались и описывались для того, чтобы лучше всего пояснять принципы изобретения и его практическое применение. Предшествующее описание предназначено для предоставления возможности другим специалистам в данной области техники лучше всего использовать принципы в различных вариантах осуществления и аспектах и с различными модификациями, которые пригодны для предполагаемого практического использования.Embodiments and aspects were selected and described in order to best explain the principles of the invention and its practical application. The preceding description is intended to provide an opportunity to others skilled in the art to best use the principles in various embodiments and aspects and with various modifications that are suitable for the intended practical use.
Claims (29)
(a) обеспечивают скважинное устройство анализа флюида, при этом скважинное устройство анализа флюида имеет средство получения сигнала флуоресцеции;
(b) извлекают флюид из скважинного пласта с помощью скважинного устройства анализа флюида таким образом, что извлеченный флюид поступает в сважинное устройство анализа флюида; и
(c) используют средство получения сигнала флуоресценции для сбора сигнала флуоресценции из извлеченного флюида при нахождении в скважине для анализа свойства флюида.1. A method of analyzing fluid properties, comprising the steps of
(a) providing a downhole fluid analysis device, wherein the downhole fluid analysis device has means for receiving a fluorescence signal;
(b) recovering the fluid from the wellbore using the downhole fluid analysis device so that the extracted fluid enters the downhole fluid analysis device; and
(c) using a fluorescence signal acquiring means to collect a fluorescence signal from the extracted fluid while in the well to analyze fluid properties.
повторяют этапы (b) и (с) в многочисленных местоположениях вдоль ствола скважины таким образом, чтобы получить по меньшей мере один сигнал флуоресценции для каждого местоположения из указанных многочисленных местоположений.3. The method of analyzing fluid properties according to claim 1, further comprising
repeating steps (b) and (c) at multiple locations along the wellbore so as to obtain at least one fluorescence signal for each location from said multiple locations.
формируют квазинепрерывную каротажную диаграмму полученного флюида без сбора образцов в скважинном устройстве анализа флюида.5. The method of analyzing fluid properties according to claim 3, further comprising:
form a quasi-continuous log of the resulting fluid without collecting samples in the downhole fluid analysis device.
сравнивают полученный сигнал флуоресценции с известными спектрами флуоресценции;
идентифицируют полученный флюид на основании сравнения полученного сигнала флуоресценции от полученного флюида с известными спектрами флуоресценции.6. The method for analyzing fluid properties according to claim 1, further comprising
comparing the obtained fluorescence signal with known fluorescence spectra;
identify the obtained fluid based on a comparison of the received fluorescence signal from the obtained fluid with known fluorescence spectra.
сравнивают полученный сигнал флуоресценции с известными спектрами при нахождении в скважине;
идентифицируют полученный флюид на основании сравнения полученного сигнала флуоресценции от полученного флюида с известными спектрами флуоресценции при нахождении в скважине.7. The method for analyzing fluid properties according to claim 1, further comprising
comparing the obtained fluorescence signal with known spectra while in the well;
identify the obtained fluid based on a comparison of the received fluorescence signal from the obtained fluid with known fluorescence spectra while in the well.
осуществляют корреляцию полученного сигнала флуоресценции и других физических характеристик полученного флюида для формирования по меньшей мере одной точки данных.8. The method of analyzing fluid properties according to claim 1, further comprising
correlate the obtained fluorescence signal and other physical characteristics of the obtained fluid to form at least one data point.
перемещают устройство анализа флюида по стволу скважины;
фиксируют устройство анализа флюида на требуемом интервале отбора образцов;
извлекают флюид из пласта, прилегающего к стволу скважины, в проточную линию в корпусе устройства анализа флюида;
облучают флюид в проточной линии через оптическую кювету, вставленную в проточную линию;
детектируют флуоресценцию, при этом упомянутая полученная в результате детектирования флуоресценция используется при идентификации градиентов состава флюида.13. The method of analyzing the properties of the fluid by identifying gradients of the composition of the fluid in the oil column, which consists in the fact that
moving the fluid analysis device along the wellbore;
fixing a fluid analysis device at a desired sampling interval;
extracting fluid from the formation adjacent to the wellbore into a flow line in the housing of the fluid analysis device;
irradiating the fluid in the flow line through an optical cuvette inserted in the flow line;
detect fluorescence, and the above-mentioned obtained from the detection of fluorescence is used to identify gradients of the composition of the fluid.
сравнивают полученную в результате детектирования флюоресценцию с известными спектрами флуоресценции;
идентифицируют флюид на основании сравнения детектированной флуоресценции с известными спектрами флуоресценции.15. The method of analyzing the properties of the fluid according to item 13, further consisting in the fact that
comparing the fluorescence obtained as a result of detection with known fluorescence spectra;
fluid is identified based on a comparison of the detected fluorescence with known fluorescence spectra.
осуществляют сбор данных флуоресценции из пластового образца при нахождении в скважине в многочисленных местах;
анализируют изменения во флуоресценции в двух или более из многочисленных мест; и
сравнивают упомянутые проанализированные изменения во флуоресценции в двух или более из многочисленных мест.18. The method of analysis of the properties of the fluid from the reservoir sample, which consists in the fact that
collect fluorescence data from the reservoir sample while in the well in numerous places;
analyze changes in fluorescence in two or more of the many places; and
comparing said analyzed changes in fluorescence in two or more of the many places.
измеряют цвет пластового образца в многочисленных местах;
связывают изменения в параметрах флуоресценции с изменениями в цвете флюида.19. The method of analyzing fluid properties according to claim 18, further comprising
measure the color of the reservoir sample in numerous places;
associate changes in fluorescence parameters with changes in fluid color.
анализируют структуру данных флуоресценции на протяжении расширенного интервала глубин;
формируют показание физического свойства, коррелированного с флуоресценцией таким образом, чтобы способствовать интерпретации сигнала флуоресценции для анализа свойства флюида и других физических характеристик свойства флюида.21. The method of analyzing the properties of the fluid according to p, further consisting in the fact that
analyze the structure of fluorescence data over an extended interval of depths;
form an indication of the physical property correlated with fluorescence in such a way as to facilitate the interpretation of the fluorescence signal to analyze the fluid property and other physical characteristics of the fluid property.
осуществляют корреляцию данных флуоресценции с другими данными каротажа;
идентифицируют взаимосвязь между данными флуоресценции с другими данными каротажа;
создают одну или более моделей скважинных каротажных диаграмм.22. The method of analyzing fluid properties according to claim 18, further comprising the steps of
correlate fluorescence data with other log data;
identify the relationship between fluorescence data with other log data;
create one or more models of well logs.
скважинное устройство анализа флюида, при этом скважинное устройство анализа флюида содержит
модуль извлечения флюида, имеющий, по меньшей мере, одну проточную линию;
оптическую кювету, взаимодействующую с, по меньшей мере, одной из проточных линий;
источник излучения, находящийся рядом с оптической кюветой;
узел детектирования флуоресценции, находящийся рядом с оптической кюветой.25. A device for analyzing fluid properties, containing
a downhole fluid analysis device, wherein the downhole fluid analysis device comprises
a fluid recovery module having at least one flow line;
an optical cuvette interacting with at least one of the flow lines;
a radiation source located next to the optical cell;
a fluorescence detection unit located next to an optical cell.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US83747106P | 2006-08-14 | 2006-08-14 | |
US60/837,471 | 2006-08-14 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007130846A RU2007130846A (en) | 2009-02-20 |
RU2373523C2 true RU2373523C2 (en) | 2009-11-20 |
Family
ID=39091953
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007130846/28A RU2373523C2 (en) | 2006-08-14 | 2007-08-13 | Method (versions) and device for analysing properties of emulsion fluid using fluoresence spectroscopy |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
BR (1) | BRPI0704184A2 (en) |
CA (1) | CA2597000C (en) |
RU (1) | RU2373523C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2488097C1 (en) * | 2011-11-22 | 2013-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный технический университет" (ВоГТУ) | Method of analysing biological preparations |
RU2643391C2 (en) * | 2012-01-12 | 2018-02-01 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Asphaltene content in heavy oil |
RU2765458C1 (en) * | 2021-04-07 | 2022-01-31 | Сергей Станиславович Беднаржевский | Method for determining content of oil and mechanical particles in bottom water |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CA3226948A1 (en) | 2012-11-30 | 2014-05-30 | Suncor Energy Inc. | Measurement and control of bitumen-containing process streams |
SE540009C2 (en) | 2016-06-03 | 2018-02-20 | Braennstroem Gruppen Ab | Method and apparatus for determining a concentration of a substance in a liquid medium |
WO2017209685A1 (en) * | 2016-06-03 | 2017-12-07 | Brännström Gruppen Ab | Method and apparatus for determining a concentration of a substance in a liquid medium |
-
2007
- 2007-08-09 CA CA 2597000 patent/CA2597000C/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-08-13 RU RU2007130846/28A patent/RU2373523C2/en not_active IP Right Cessation
- 2007-08-14 BR BRPI0704184 patent/BRPI0704184A2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2488097C1 (en) * | 2011-11-22 | 2013-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный технический университет" (ВоГТУ) | Method of analysing biological preparations |
RU2643391C2 (en) * | 2012-01-12 | 2018-02-01 | Шлюмбергер Текнолоджи Б.В. | Asphaltene content in heavy oil |
US10012074B2 (en) | 2012-01-12 | 2018-07-03 | Schlumberger Technology Corporation | Asphaltene content of heavy oil |
RU2765458C1 (en) * | 2021-04-07 | 2022-01-31 | Сергей Станиславович Беднаржевский | Method for determining content of oil and mechanical particles in bottom water |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007130846A (en) | 2009-02-20 |
CA2597000A1 (en) | 2008-02-14 |
CA2597000C (en) | 2013-10-22 |
BRPI0704184A2 (en) | 2009-04-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7705982B2 (en) | Methods and apparatus for analyzing fluid properties of emulsions using fluorescence spectroscopy | |
CA1221847A (en) | Testing for the presence of native hydrocarbons down a borehole | |
US7687769B2 (en) | Methods and apparatus for multi dimension fluorescence spectrum measurement and correlations downhole | |
US6388251B1 (en) | Optical probe for analysis of formation fluids | |
US5084617A (en) | Fluorescence sensing apparatus for determining presence of native hydrocarbons from drilling mud | |
US7173239B2 (en) | Method and apparatus for downhole quantification of methane using near infrared spectroscopy | |
US6850317B2 (en) | Apparatus and methods for determining velocity of oil in a flow stream | |
US20080111064A1 (en) | Downhole measurement of substances in earth formations | |
CA2433211C (en) | Determining dew precipitation and onset pressure in oilfield retrograde condensate | |
RU2373523C2 (en) | Method (versions) and device for analysing properties of emulsion fluid using fluoresence spectroscopy | |
US20060241866A1 (en) | Method and apparatus for estimating of fluid contamination downhole | |
WO2005017316A1 (en) | A method and apparatus for a downhole fluorescence spectrometer | |
EP0604428A1 (en) | Device for measuring reflectance and fluorescence of in-situ soil | |
US5686724A (en) | Method for determining oil content of an underground formation using wet cuttings | |
AU613752B2 (en) | Method for determining oil content of an underground formation | |
US11566519B2 (en) | Laser-based monitoring tool | |
EP1604187B1 (en) | A method and apparatus for downhole quantification of methane using near infrared spectroscopy | |
GB2391939A (en) | Method of analysing a formation fluid from a formation surrounding a wellbore having a borehole fluid | |
US10316650B2 (en) | Gas phase detection of downhole fluid sample components | |
US8704160B1 (en) | Downhole analysis of solids using terahertz spectroscopy | |
Andrews et al. | Fluorescence methods for downhole fluid analysis of heavy oil emulsions | |
DeLaune | Surface techniques to measure oil concentration while drilling | |
CN114109371B (en) | Underground drilling fluid hydrocarbon detection instrument while drilling | |
Correa et al. | DFA Tracers Analysis for Reservoir Characterization |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150814 |