確定井下流體中的氮濃度的方法和設備的製作方法

2023-04-26 18:48:56

專利名稱：確定井下流體中的氮濃度的方法和設備的製作方法
技術領域：
本專利申請一般涉及採樣並分析地層流體，更具體的說，涉及確定井下流體中的 氮濃度的方法和設備。
背景技術：
井下流體分析通常用來實時提供有關地下地層或儲區流體組分的信息。這種實時 信息可以有利地用來改善或優化在給定井孔中進行的採樣過程中地層測試工具的有效性 (例如，井下流體組分分析允許減少和/或優化捕獲並送回地面進一步分析的樣本數量)。 更一般地說，收集有關地層流體特徵的精確數據，是提供有關地層或儲區的可靠預測的重 要方面，因此可能對儲區性能(例如，產能、質量、體積、效率等)具有重要影響。為了提高特定儲區的產能，諸如例如墨西哥的Cantarell油田，將非烴類流體諸 如氮注射到地層中或注射到相鄰井孔中。但是，在一些情況下，這種注射氮可能旁路地層 流體和/或無法在地層流體中達到平衡狀態，從而削弱了通過向地層中注射氮而帶來的益 處。雖然向地層中注射氮有許多好處，但是氮無法用已知的井下流體分析技術進行檢測。因 此，在試圖確定地層中的氮濃度時，通常從地層中獲取大量樣本並將其送回地面進行分析。 但是，這些已知技術無法提供實時信息，這樣就延緩了根據分析結果做出生產和/或採樣 決策的能力。

發明內容
一種確定井下流體中的氮濃度的示例設備包括測量所述井下流體樣本中的至少 烴類和二氧化碳的第一流體組分和密度的流體測量單元。此外，所述示例設備包括一個或 多個傳感器來測量至少所述樣本的壓力和溫度。此外，所述示例設備包括處理單元來根據 至少所述樣本的第一流體組分、所述溫度和所述壓力來確定第一理論密度。此外，所述示例 設備包括分析器來確定所述樣本中至少烴類和二氧化碳的密度與所述第一理論密度之間 的第一差值。所述第一差值與所述樣本中的氮濃度相關。確定井下流體中氮濃度的示例方法包括獲取井下流體樣本。此外，所述示例方法 包括分析所述樣本，以確定所述樣本中至少烴類和二氧化碳的第一流體組分和密度。此外， 所述示例方法包括測量所述樣本的壓力和溫度。此外，所述示例方法包括根據所述樣本的 至少所述第一流體組分、所述溫度和壓力來確定第一理論密度。此外，所述示例方法包括確 定所述樣本中至少烴類和二氧化碳的所述密度和所述第一理論密度之間的第一差值。所述 第一差值與所述樣本中的氮濃度相關。


圖1描繪了可以用來實現文中所述方法和設備的示例鋼纜工具；圖2是可以操作圖1所述地層測試器的示例方式的簡化示意圖；圖3是可以用來實施圖2所述流體測量的示例設備的示意圖；圖4描繪了示例組分流體分析測井儀；圖5是可以用於文中所述的示例設備以確認地層流體樣本中的流體成分的示例 方法的流程圖；圖6是描述利用文中所述方法和設備獲得的結果的表；圖7是可以用來和/或編程來實現文中所述示例方法和設備的示例處理器平臺的 示意圖。
具體實施例方式特定的實施方式在上述附圖中示出並在下述內容中描述。在描述這些示例時，類 似或相同的附圖標記用來指代相同或類似的元件。附圖並非按照比例繪製，並且為了清晰 和/或簡潔，特定的特徵和特定的視圖可以以誇大的比例顯示或者簡略示出。此外，在本說 明書中描述了若干示例。來自任何示例的任何特徵可以與來自其他示例的其他特徵包括在 一起，替換來自其他示例的其他特徵，或者與來自其他示例的其他特徵組合。文中所述示例方法和設備可以用來確定井下流體中的氮濃度。具體來說，文中所 述示例方法和設備涉及獲取流體樣本並在分析所述流體樣本之前對該樣本加壓。此外，文 中所述示例方法和設備涉及測量所述流體樣本的特徵並將所述特徵與存儲在資料庫中的 已知基準特徵相比較，從而確定所述樣本的理論密度。此外，文中所述示例方法和設備涉及 確定所述樣本理論密度和測量密度之間的差值，該差值與所述樣本中的氮濃度相關。在一個所述示例中，預定量的流體進入流線，並且該流體壓力增大。一旦所述樣本 的壓力與預定壓力相等或者落入與預定壓力存在可接受的偏差的範圍內，則流體測量單元 測量所述樣本中至少烴類成分和二氧化碳的密度和組分。此外，一個或多個傳感器測量所 述樣本的壓力和溫度。然後將所述測量特徵與已知基準特徵比較，以便根據所述樣本中確 定的氮濃度來重複確定理論流體密度並重複調整流體組分，直到例如理論流體密度和測量 流體密度之間的差值處於或低於預定閾值或參數，或者直到進行完預定次數的循環為止， 其中所述的差值包括所確定的氮濃度。圖1描繪了鋼纜工具100，所述鋼纜工具可以用來抽取並分析地層流體樣本並且 可以利用文中所述的示例方法和設備確定注入的氮的濃度，這種流體樣本是基本上無法光 學檢測的流體。雖然文中所述示例參照確定地層中注入氮的濃度的方法和設備，但是文 中所述方法和設備可以有利地用來確定自然發生的不可光學檢測的流體的濃度，注入例如 氮、硫化氫和/或氦。雖然硫化氫在近紅外區域存在吸收譜，但是市場上提供的井下流體分 析工具注入例如由 Schlumberger 『 ,提供的 Composition Fluid Analyzer (CFA)和 InSitu FluidAnalyzer (IFA) tools，並不關注硫化氫的吸收譜峰值。因此，硫化氫被有效地當作不 可光學檢測的流體。如圖1所示，示例鋼纜工具100從卷繞在地面上的絞盤(未示出)上 的微導體線纜104下端懸掛在井眼或鑽井102中。在地面上，線纜104通信耦接到電子和 處理系統106。所述電子和處理系統106可以包括或通信耦接到基準資料庫107，基準資料庫可以用來存儲已知具有特定流體成分、密度或者任何其他參數或特徵的基準地層流體的 基準測量值。鋼纜工具100包括細長主體108，該主體包括具有井下控制系統112的軸環 110，所述井下控制系統配置成控制從地層F抽取地層流體；在抽取的流體上實施測量；和 控制文中所述的設備，以確定地層流體樣本中的氮濃度。示例鋼纜工具100還包括地層測試器114，所述地層測試器具有分別布置在細長 主體108相對兩側的可有選擇地伸展的流體引入組件116和可有選擇地伸展的工具錨定構 件118。流體引入組件116配置成有選擇地密封或隔離鑽井102的井壁上選定的部分，從而 流體耦接到將相鄰地層F並從地層F吸入流體樣本。地層測試器114還包括流體分析模塊 120，獲得的流體樣本流過所述流體分析模塊。所述樣本流體此後可以通過埠(未示出) 排出，或者可以被發送到一個或多個流體收集腔122和124，所述流體收集腔可以接收並保 持所述地層流體樣本，用於後續在地面或測試設施中測試。在所示例子中，電子和處理系統106和/或井下控制系統112配置成控制流體引 入組件116，以便從地層F吸入流體樣本並控制流體分析模塊120來測量所述流體樣本。在 一些示例實施方式中，流體分析模塊120可以配置成分析流體樣本的測量數據，如文中所 述。在另一些示例實施方式中，流體分析模塊120可以配置成產生並存儲所述測量數據並 且隨後將所述測試數據傳輸到地面，用於在地面進行分析。雖然圖中示出井下控制系統112 與地層測試器114分開構造，但是在一些示例實施方式中，井下控制系統112可以設置在地 層測試器114中。正如下文更為詳細地說明，示例鋼纜工具100可以與文中所述的示例方法和設備 聯合使用，以便確定地層流體樣本中的注入氮濃度和/或任何自然發生的基本上無法光學 檢測的流體。例如，地層測試器114可以包括靠近流線設置的一個或多個傳感器、流體分析 器和/或流體測量單元，並可以受到井下控制系統112與電子和處理系統106之一或兩者 的控制，以便確定例如從地層F中抽取的流體樣本的組分或特徵。雖然針對諸如圖1所示的鋼纜工具描述了用來測量地層流體樣本中的氮濃度的 示例方法和設備，但是示例方法和設備也可以利用任何其他類型的鑽井傳輸手段來實現。 例如，示例方法和設備可以利用包括鑽井同步測井(LWD)和/或鑽井同步測量(MWD)模塊 的鑽柱、盤管等來實現。圖2是示例地層採樣工具200的簡化示意圖，該地層採樣工具200可以用來實現 圖1所示的地層測試器114。示例地層採樣工具200包括探頭組件202，所述探頭組件可 以藉助馬達204有選擇地流體耦接到鑽井表面；和液壓系統206，所述液壓系統用來從地層 (例如，地層F)抽吸流體。在其他示例實施方式中，跨式封隔器(未示出)可以額外或者替 代地用來接合併隔離鑽井表面的一部分，以便從地層抽吸流體。地層採樣工具200還設置 有泵208，所述泵可以用來從地層中將流體抽吸到地層採樣工具200中。地層採樣工具200包括一個或多個傳感器，以便測量抽吸到地層採樣工具200中 的流體的特徵。更具體地說，在例述示例中，地層採樣工具200設置有流體測量單元210， 以測量地層流體的一個或多個特徵。地層流體可以包括重油、浙青、揮髮油、氣體冷凝物、溼 氣、鑽井泥漿、井孔流體至少其中一種，更普遍地說，從地下地層中抽出的任何流體。流體測 量單元210可以利用多通道吸收分光計來試試，每個通道可以對應於不同的補償。因此，流 體測量單元210可以用來測量從地層中抽出的流體的光譜信息。在其他一些實施方式中，流體測量單元210可以利用VIS/NIR分光計、VIS分光計、NIR分光計或者其他任何適當的 分光計來實施。一些市場上可以獲得的流體測量單元210包括由Schlumberger 提供的 Composition Fluid Analyzer (CFA)禾口 In Situ Fluid Analyzer(IFA)0在實踐中，如果VIS/NIR分光計用來實施地層採樣工具200，則樣本壓力可以通過 壓力控制單元212來增大，所述壓力控制單元改變(例如，增大)流線214內的流體樣本壓 力，從而增大樣本密度。具體來說，增大樣本密度可以提高流體測量單元210獲取的一些測 量值的精度，諸如例如在樣本為壓力相對較低的可高度壓縮的氣體時。但是，在另一些示例 實施方式中，地層採樣工具200可能沒有設置壓力控制單元212。流體測量單元210用來從壓力增大的樣本獲取測量值，從而例如確定流體樣本中 烴類和二氧化碳的流體組分，這些流體是基本上可光學檢測的流體。此外，流體測量單元 210確定流體樣本中烴類成分和二氧化碳的密度(例如，局部密度)和/或濃度。流體測 量單元210的上述每種實施方式都可以用來測量從地層中抽取的流體的光譜信息和/或測 量流體的任何其他特徵。所述光譜信息可以包括特徵值諸如與每一條通道關聯的光學密度 值，並且可以用於例如確定流體的組分。地層採樣工具200還設置有一個或多個傳感器216，以測量壓力、溫度、密度、流 阻、粘性和/或任何適當的流體屬性或特徵。雖然傳感器216描述為與流線218成一線， 但是一個或多個傳感器216可以用在示例地層採樣工具200內的其他流線214、220和222 中。在一些示例中，一個或多個傳感器216可以是密度傳感器，諸如例如由Schlumberger 提供的InSitu Density密度計。作為可選方案，可以利用X射線衰減和/或伽馬射線衰 減技術來確定密度。在另一些示例中，可以利用地層測試器諸如例如由Schlumberger 提 供的 Modular formation Dynamics Tester (MDT) 如以下方程 1、2、3、4 所示，重量百分比 Clwt %、C2-C5wt %、C6+wt %和 C02wt %分別可以通過 Cl、C2-C5、C6+ 和 CO2 各自的密度(例 如，局部密度)除以流體的總密度(例如，如上所述利用流體測量單元210確定)來確定。方程1 Clwt Cl局部密度/總密度方程2 :C2-5wt % = C2-5局部密度/總密度方程3 :C6+wt%= C6+局部密度/總密度方程4 CO2Wt %= CO2局部密度/總密度如以下方程5和6所示，局部密度(例如，如上所述利用流體測量單元210確定) (例如，0. 4g/cc具有0. 3g/cc甲烷和0. lg/cc 二氧化碳)從測量流體密度(例如，0. 5g/cc) 中減去，從而確定與樣本中的氮濃度相關的密度差值(0. lg/cc)。更具體地說，如方程6所 示，為了確定基本上無法光學檢測的流體的密度(例如，氮)，從流體總密度(例如，如上所 述利用流體測量單元210確定)減去局部密度(例如，Cl、C2-C5、C6+和CO2)。方程5 氮濃度=流體密度_局部密度方程6 基本上無法光學檢測的流體的密度=(總密度)_(C1局部密度)-(C2_C5 局部密度)「(C6+局部密度)-(CO2局部密度)如以下方程7所示，為了確定基本上無法光學檢測的流體的重量百分比，從100% 減去重量百分比Clwt%、C2-C5wt%、C6+wt%禾口 (0#{%每一個。方程7 基本上無法光學檢測的流體的重量百分比=100%-Clwt%-C2-C5wt%-C 6+wt% -CO2Wt %
地層採樣工具200還可以包括流體樣本容器或存儲器224，所述存儲器包括一個 或多個流體樣本腔，在採樣操作過程中回收的地層流體可以存儲在所述腔中並送到地面， 用於進一步分析和/或確認井下分析。在其他一些示例實施方式中，流體測量單元210和 /或傳感器216可以定位在任何其他適當位置，諸如例如泵208和流體樣本容器或存儲器 224之間。為了存儲、分析和/或處理測試和測量數據(或者地層採樣工具200獲得的任何 其他數據)，地層採樣工具200設置有處理單元226，所述處理單元可以通信耦接到基準數 據庫228，所述基準資料庫228可以用來存儲已知具有特定流體組分和密度的基準地層流 體的測量值。此外，處理單元226可以通信耦接到分析器230，所述分析器至少確定地層流 體一個或多個測量特徵與地層流體一個或多個理論特徵之間的差值。處理單元226 —般可以如圖7所示那樣實施。在例述示例中，處理單元226可以 包括處理器(例如，CPU和隨機讀寫存儲器諸如圖7所示)以控制地層採樣工具200的操 作並實施測量程序。例如，處理單元226可以用來控制流體測量單元210來實施地層流體 的流體特徵光譜測量，從而促動閥232以便流體樣本流入流線214，並且來確定地層流體樣 本中的氮濃度。具體來說，正如以下更詳細地描述，處理單元226可以有利地用於至少部分 根據樣本中的烴類成分和二氧化碳的測量流體組分、樣本中的測量壓力和溫度以及樣本中 的確定的氮濃度來循環確定理論密度和/或循環調整樣本的計算或測量流體組分。處理單 元226可以進一步包括需要與傳感器216和/或流體測量單元210接口的任何數字和/或 模擬電路的組合。為了存儲機器可讀指令(例如，編碼、軟體等)，處理單元226可以設置有電子可編 程只讀存儲器(EPROM)或者任何其他類型的存儲器(未示出)，其中所述機器可讀指令在由 處理單元226執行時，將使處理單元226實施測量過程或者文中所述任何其他過程。為了 在地層採樣工具200處於井下時溝通信息，處理單元226通信耦接到工具總線234，工具總 線234可以通信耦接到地面系統(例如，電子和處理系統106)。雖然圖2中的部件如圖所示和如上所述通信耦接並布置成特定配置，但是地層採 樣工具200的部件可以在不脫離本公開的範圍的情況下以不同於圖2所示方式通信耦接和 /或布置。此外，文中所述示例方法和設備並不限於特定的傳輸方式，相反，可以針對不同的 傳輸方式來實施，包括例如盤管、鋼纜、鎧裝鑽管、和/或本領域已知的其他傳輸方式。圖3例示了可以用來實施與圖2所示的泵208、流體測量單元210、壓力控制單元 212、流線214、傳感器216、基準資料庫228和/或分析器230相關的一部分地層採樣工具 200的示例設備300。示例設備300包括流線302，流線302包括第一流線區段304、第二流 線區段306和第三流線區段308。第一閥310位於第一和第二流線區段304和306之間，第 二閥312位於第二和第三流線區段306和308之間。第一和第二閥310和312控制流體通 過流線302流動。具體來說，第一閥310可以打開，以允許流體流入第二流線區段306，並且 第二閥312可以關閉，以阻止流體流出第二流線區段306。為了將樣本保持在第二流線區 段306中，第一和第二閥310和312可以關閉。閥310和312可以是能在地下地層條件下 操作的適當的閥。為了增大第二流線區段306內的流體樣本壓力，示例設備300設置有壓力控制單 元314。具體來說，在一些示例中，諸如在樣本為處於相對低壓的可高度壓縮的氣體時，增大壓力因此增大樣本密度，有利地允許獲得樣本中更為精確的密度測量值和/或至少烴類成 分和二氧化碳的濃度。在樣本壓力增大到預定壓力以後，為了測量第二流線區段306內的樣本特徵，示 例設備300設置有流體測量單元316。具體來說，流體測量單元316確定樣本中的流體組 分。此外，流體測量單元316測量樣本中基本上可以光學檢測的烴類成分和二氧化碳的局 部密度。但是，流體測量單元316可以有利地用來測量樣本中的任何其他特徵，包括例如樣 本中任何其他基本上可以光學檢測的成分。流體測量單元316設置有大致靠近第二流線區 段306的表面320的窗口 318 (例如，光學窗口)。窗口 318可以利用任何適當材料實施，諸 如耐刮擦材料(例如，藍寶石材料)。窗口 318可以基本上與表面320平齊，或者窗口 318 可以局部位於第二流線區段306中(例如，延伸到其中)。為了測量樣本的溫度和壓力，示 例設備300設置有壓力傳感器322和溫度傳感器324。利用流體測量單元316獲得的測量 值連同溫度和壓力測量值可以有利地用來根據處理單元326對測量值與例如存儲在基準 資料庫328內的已知基準值的比較來確定第二流線區段306中的樣本理論密度。已知基準 值可以是從進行採樣的地下地層或類似地下地層中獲得的基準值。作為可選方案，已知基 準值可以通過受控條件下的實驗室實驗產生。在操作中，為了增加特定儲區的產能，例如墨西哥的Cantarell油田，非烴類流體 諸如氮可以注射到地層(例如，圖1中的地層F)或臨近井孔(未示出)中。在某些情況下， 氮可能旁路地層流體和/或無法在地層流體中達到平衡，從而削弱通過向地層中注射氮所 帶來的益處。為了利用示例設備300確定或估算地層流體樣本中的注射氮濃度，可以用來 實施圖2所示的泵208的泵330通過流線302沿著大致由箭頭332所示方向泵送流體(例 如，地層流體)。隨著流體流過流線302，第一和第二閥310和312可以促動到關閉位置，從 而將樣本保持在第二流線區段306中。在一些示例中，第二閥312可以在第一閥310被促 動到關閉位置之前被促動到關閉位置，以確保預定量的流體已經進入第二流線區段306。然後，壓力控制單元314將壓力增大到預定壓力。在一些示例中，預定壓力是產生 存儲在基準資料庫328中的已知值(例如，流體特徵)的受控實驗室實驗過程中所用的壓 力。但是，在另一些示例中，所述預定壓力可以是能通過流體測量單元316獲取相對精確測 量值的壓力。然後，壓力傳感器322測量樣本壓力，並且處理單元326將測量壓力與所述預 定壓力比較，以判斷測量壓力是否與所述預定壓力相同或者與預定壓力的偏差落入可接受 的範圍內。如果壓力與預定壓力的偏差並不在可接受的範圍內，則壓力控制單元314再一 次向著預定壓力改變(例如，增大或減小)第二流線區段306中的樣本壓力。但是，在另 一些示例中，利用流體測量單元獲得的測量值可能相對精確，而不必控制第二流線區段306 中的樣本壓力，因此示例設備300沒有設置壓力控制單元314。在測量壓力與預定壓力相同或者與預定壓力的偏差落入可接受的範圍內之後，流 體測量單元316測量樣本中至少烴類成分和二氧化碳的第一流體組分(例如，IOOwt% Cl)。 此外，流體測量單元316測量樣本中至少烴類成分和二氧化碳的第一密度(例如，0. IlOg/ cc)。在一些示例中，測量的第一密度用於確定和/或推算樣本成分的重量百分比。簡單地 轉向圖4，組分流體分析(CFA)記錄儀400指示例如流體測量單元316已經確定流體樣本組 分在密度為0. 110g/cc時為100w% Cl。則壓力傳感器322和溫度傳感器324用於分別測 量樣本中的壓力(例如，3700psi)和溫度(例如，64°C)。樣本的這些測量特徵和/或參數(例如，至少烴類和二氧化碳的流體組分、壓力和溫度)然後與存儲在基準資料庫328中的 已知特徵和/或參數比較，以確定流體的第一理論密度(例如，0. 157g/cc)。分析器334然後比較並確定第一理論密度(例如，0. 157g/cc)與第一測量密度 (例如，0. 110g/cc)之間的第一差值(例如，0.047g/cc)(例如，一部分)。在一些示例中， 分析器334可以設置有OTST14程序，以確定狀態方程。但是，在另一些示例中，任何其他適 當的程序都可以用來確定狀態方程。此外，分析器334確定第一差值是否等於或低於預定 參數或閾值。如上所述，第一差值與流體樣本中的氮濃度和/或密度相關。具體來說，由於 理論密度建立在測量可光學檢測的流體的組分的流體測量單元316獲得的組分信息的基 礎上，所以理論密度超過測量密度的任何量，包括基本上可光學檢測的流體的局部密度的 測量濃度，可以歸因於基本上不可光學檢測的成分諸如氮、硫化氫和/或氦。在操作中，流體測量單元316測量樣本中的烴類和二氧化碳的第一密度，因此樣 本中的任何氮未經測量和/或考慮。此外，第一理論密度根據包括測量溫度和壓力時的烴 類和二氧化碳的流體組分來確定，並沒有考慮樣本中的氮。因此，在烴類和二氧化碳的第一 理論密度和第一測量密度之間存在差值，因為包括烴類和二氧化碳測量組分的流體理論上 在測量壓力和溫度下不存在。但是，如果相反，樣本僅包括烴類和二氧化碳(例如，基本上 可光學檢測的流體)，則在第一理論密度和第一測量密度之間可能不會存在顯著差別，這表 示樣本中沒有來自基本上不可光學檢測的流體諸如氮的密度貢獻。如果分析器334確定第一差值不是或不低於預定參數，則處理單元326根據第一 流體組分和第一差值確定第二流體組分(例如，70wt%的Cl和30wt%的N2)。具體來說，第 二流體組分包括樣本中烴類和二氧化碳的第一流體組分以及確定的氮濃度。處理單元326 然後確定樣本的第二密度(例如，0. 157g/cc)。具體來說，樣本的第二密度等於先前確定的 第一理論密度(例如，0. 157g/cc)，該第一理論密度包括樣本中烴類和二氧化碳的第一密 度(例如，0. 110g/cc)和樣本中的確定的氮密度(例如，0.047g/cc)。如上所述，第一差值 可以用來確定和/或推算樣本中的氮重量百分比。然後處理單元326根據測量壓力(例如，3700psi)和溫度(例如，64°C )的第二流 體組分(例如，70^%的Cl和30wt%^ N2)來確定第二理論密度(例如，0. 171g/cc)。然 後分析器334比較並確定第一密度(例如，0. 157g/cc)和第二理論密度(例如，0. 171g/cc) 之間的差值(例如，0.014g/cc)(例如，另一部分)。第二差值同樣與樣本中的氮濃度相關。 此外，分析器334確定該差值是否等於或低於預定預定參數或閾值。如果分析器334確定第二差值不等於或低於預定參數，則處理單元326根據第二 流體組分和第二差值確定第三流體組分(例如，64wt/%的Cl和36wt%的N2)。此外，處理 單元326確定等於第二理論密度的第三密度(例如，0. 171g/cc)。然後，處理單元根據第三 流體組分和測量壓力與溫度確定第三理論密度(例如，0. 174g/cc)，然後分析器334將第三 理論密度與第三密度比較，以確定第三差值(例如，0. 003g/cc)。一般來說，如上所述，處理單元326和分析器334可以根據與樣本中氮濃度相關的 差值來循環確定流體樣本的流體組分，並根據確定的流體組分來循環確定理論密度，所述 理論密度可以包括與氮相關的部分、測量壓力和溫度，直到所述差值等於或低於預定參數 或閾值(例如，O.Olg/cc)，或者直到完成預定次數的循環(例如，10次循環)為止。如果所述差值等於或低於預定參數或閾值，或者如果預定次數的循環結束，則第一和第二閥310和312可以促動到打開位置，並且樣本可以通過第二閥312沿著一般以箭 頭332所示方向流動。在樣本流出第二流線區段306之後，第一和第二閥310和312可以 促動到關閉位置，並且重複上述過程。圖5是可以與文中所述示例設備結合使用以抽取並分析來自地下地層(例如，圖 1中的地層F)中的地層流體樣本的示例方法500的流程圖。圖5所示方法可以用來操作 圖1所示的地層測試器114、圖2所示的地層採樣工具200以及圖3所示的示例設備300。 圖5所示示例方法可以利用軟體和/或硬體來實現。在一些示例實施方式中，所述流程圖 可以表示示例的機器可讀指令並且所述流程圖的示例方法可以通過執行所述機器可讀指 令來完整地或部分地實施。所述機器可讀指令可以由電子和處理系統106 (圖1)和/或處 理單元226 (圖2)或326 (圖3)來執行。具體來說，處理器或者任何執行機器可讀指令的 其他適當設備可以從存儲設備(例如，隨機讀寫存儲器(RAM)或只讀存儲器(ROM)等)讀 取所述指令並且執行這些指令。在一些示例實施方式中，圖5所示流程圖中的一個或多個 操作可以手工實施。雖然參照圖5所示流程圖描述了示例方法，本領域技術人員容易理解 還可以額外或替代地使用其他方法操作圖1所示示例地層測試器114、圖2所示地層採樣工 具200和圖3所示示例設備300來分析地層流體樣本。例如，圖5所示流程圖中描繪的步 驟塊的執行順序可以改變和/或所述的一些步驟塊可以重新布置、取消或組合。示例方法500可以用來利用例如圖2所示地層採樣工具200抽取並分析地層流 體。首先，探頭組件202 (圖2)從地層F抽取(例如，引入、吸入)流體(步驟塊502)，並且閥 232 (圖2)或圖3所示的閥310和312促動到打開位置，允許流體樣本流入流線214 (圖2) 或第二流線區段306 (圖3)。在預定量的流體進入流線214 (圖2)或第二流線區段306 (圖 3)之後，閥232 (圖2)或閥310和312 (圖3)促動到關閉位置，獲得用於測量的流體樣本 (步驟塊504)。流體測量單元210(圖2)或316(圖3)和/或傳感器216(圖2)、壓力傳感器 322 (圖3)和/或溫度傳感器324 (圖3)則分析或檢查流體樣本(步驟塊506)。在一些示 例中，如上所述，壓力傳感器322 (圖3)測量樣本壓力，而處理單元226 (圖2)或326 (圖3) 將測量壓力與預定壓力比較。如果壓力與預定壓力的偏差不處於可接受的範圍內，則壓力 控制單元212 (圖2)或314 (圖3)向著預定壓力改變流線214 (圖2)或第二流線區段306 中的樣本的壓力(例如，增大)，從而提高獲得的測量值的精度。但是，在另一些示例中，示 例地層採樣工具200 (圖2)和/或示例設備300 (圖3)可以不設置壓力控制單元212 (圖 2)或 314 (圖 3)。流體測量單元210 (圖2)或316 (圖3)然後確定流體樣本中的烴類和二氧化碳流 體組分(步驟塊508)。此外，流體測量單元210(圖2)或316(圖3)確定流體樣本中的烴 類和二氧化碳的密度(步驟塊510)。壓力傳感器322 (圖3)和溫度傳感器324 (圖3)或者 至少一些傳感器216 (圖2)則分別測量樣本的壓力和溫度(步驟塊512)。然後，將烴類和二氧化碳的流體組分以及測量壓力和溫度與存儲在基準資料庫 107 (圖1)、228 (圖2)和/或328 (圖3)中的已知特徵和/或參數比較，以便根據測量的組 分、壓力和溫度來確定流體樣本的理論密度(步驟塊514)。然後，分析器230(圖2)或334(圖3)確定所述密度與所述理論密度之間的差 值(步驟塊516)。如上所述，所述差值與樣本中的氮濃度相關。此外，然後分析器230(圖2)或334(圖3)確定是否出現預定條件(步驟塊518)。具體來說，分析器230 (圖2)或 334 (圖3)確定是否該差值等於或低於預定量或閾值(例如，O.Olg/cc)和/或是否完成了 預定次數的循環。如果分析器230(圖2)或334(圖3)確定已經出現了預定條件，則處理 單元226 (圖2)或336 (圖3)則確定是否應該分析另一個地層流體樣本(步驟塊520)。例 如，如果地層採樣工具200 (圖2)已經吸入了另一個地層流體樣本並且處理單元226 (圖2) 或326 (圖3)並未接收到停止分析流體的指令或命令，則處理單元226 (圖2)或326 (圖3) 可以確定應該分析另一個流體樣本(步驟塊520)。否則，圖5所示示例過程結束。但是，如果分析器230(圖2)或334(圖3)確定尚未出現預定條件，則處理單元 226 (圖2)或326 (圖3)根據所述密度和所述理論密度之間的差值重新確定流體組分(步 驟塊522)。具體來說，所述流體組分包括樣本中的烴類和二氧化碳的流體組分以及與樣本 中的氮濃度相關的所述差值。然後，處理單元226(圖2)或326(圖3)根據所述差值重新 確定流體樣本的密度，該密度等於先前確定的理論密度。具體來說，所述密度包括樣本中的 烴類和二氧化碳的密度以及與樣本中的氮濃度相關的所述差值。然後，控制流程返回步驟 塊514，在這裡根據步驟塊522中的確定的流體組分重新確定理論密度。步驟塊514、516、 518,522和524的示例過程循環重複，直到預定條件出現為止(步驟塊518)。如果分析器230 (圖2)或334 (圖3)確定已經出現預定條件，則處理單元226 (圖 2)或326 (圖3)確定是否應該分析另一個地層流體樣本(步驟塊520)。例如，如果地層採 樣工具200 (圖2)已經吸入了另一個地層流體樣本並且處理單元226 (圖2)或326 (圖3) 尚未接收到停止分析流體的指令或命令，則處理單元226 (圖2)或326 (圖3)可以確定應 該分析另一個流體樣本(步驟塊520)。否則，圖5所示示例過程結束。圖6描繪了表示利用文中所述示例獲得油田測量結果602以及利用已知實驗室分 析技術獲得的結果604的表600。具體來說，例如藉助圖1所示地層測試器114、圖2所示 地層採樣工具200和/或圖3所示示例設備300在井下測量樣本，然後將樣本送到地面，在 這裡利用已知實驗室分析技術獲得測量值。在一些情況下，可以利用已知實驗室分析技術 獲得更為精確的測量值，因為諸如例如井下環境中遇到的可用空間和/或可用動力約束條 件並不適用於試驗室。如表600 所示，樣本中 C1(606)、C2-C5(608)、C6+(610)、二氧化碳(CO2) (612)和氮 (N2)的重量百分比(例如，質量百分比)在井下和實驗室中測量。現場測量結果602和實驗 室分析結果604之間的比較顯示出兩組結果之間存在不重要的差別。具體來說，利用文中 所述示例方法和示例設備獲得的測量值確定樣本中氮重量百分比(614)為36wt% (616)， 而實驗室分析結果604確定樣本中的氮重量百分比(614)為35.5wt% (618)。如圖所示， 利用文中所述示例方法和示例設備獲得的結果可以有利地用於精確確定井下流體中的氮 濃度，從而例如確定是否注射氮將地層流體旁路和/或確定是否注射氮在地層流體中無法 達到平衡狀態。圖7是可以用於和/或編程來實現電子和處理系統106、處理單元226和326、流 體測量單元210和316以及分析器230和334的示例處理器平臺PlOO的示意圖。例如，處 理器平臺PlOO可以由一個或多個通用處理器、處理器內核、微控制器等來實現。圖7所示處理器平臺PlOO包括至少一個通用可編程處理器P105。處理器P105 執行存在於其主存儲器內(例如，RAM存儲器Pl 15和/或ROM存儲器120內)的編碼指令PllO和/或P112。處理器P105可以是任何類型的處理單元，諸如處理器核心、處理器和/ 或微控制器。處理器P105可以執行文中所述的方法和設備等。處理器P105經由總線P125與主存儲器(包括ROM存儲器120和/或RAM存儲器 P115)通信。RAM存儲器Pl 15可以由動態隨機讀寫存儲器(DRAM)、同步動態隨機讀寫存儲 器(SDRAM)和/或任何其他類型的RAM設備來實現，而ROM可以由快閃記憶體器和/或任何其他 期望類型的存儲設備來實現。可以由存儲器控制器(未示出)來控制對存儲器P115和存 儲器P120的訪問。處理器平臺PlOO還包括接口電路P130。接口電路P130可以利用任何類型的接口 標準諸如外部存儲器接口、串口、通用輸入/輸出等來實現。一個或多個輸入設備P135和 一個或多個輸出設備P140連接到接口電路P130。雖然在文中描述了特定的示例方法、設備和製造產品，但是本專利的覆蓋範圍並 不限於此。相反，本專利覆蓋字面上或者根據等同原則客觀地落入附帶的權利要求書範圍 內的全部方法和製造產品。
權利要求
一種確定井下流體中氮濃度的設備，包括測量所述井下流體樣本中的至少烴類和二氧化碳的第一流體組分和密度的流體測量單元；一個或多個測量至少所述樣本的壓力和溫度的傳感器；根據至少所述樣本的第一流體組分、所述溫度和所述壓力來確定第一理論密度的處理單元；和確定所述樣本中至少烴類和二氧化碳的密度與所述第一理論密度之間的第一差值的分析器，其中所述第一差值與所述樣本中的氮濃度相關。
2.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述處理單元根據至少所述樣本的溫度和 壓力以及第二流體組分確定第二理論密度，所述第二流體組分建立在所述第一流體組分和 所述第一差值的基礎上。
3.如權利要求2所述的設備，其特徵在於，所述分析器確定所述第二理論密度和所述 第一理論密度之間的第二差值，並且所述第二差值與所述樣本中的氮濃度相關。
4.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，在所述第一差值基本上為零時，所述氮濃度 基本上為零。
5.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述流體測量單元是分光計。
6.如權利要求1所述的設備，進一步包括壓力控制單元，所述壓力控制單元改變所述 樣本的壓力，以提高所述樣本中至少烴類和二氧化碳密度的測量精度。
7.一種確定井下流體中的氮濃度的方法，包括獲取井下流體樣本；分析所述樣本以確定所述樣本中至少烴類和二氧化碳的第一流體組分和密度；測量所述樣本的壓力和溫度；根據至少所述樣本的所述第一流體組分、所述溫度和所述壓力確定第一理論密度；和確定所述樣本中至少烴類和二氧化碳的所述密度和所述第一理論密度之間的第一差值，其中所述第一差值與所述樣本中的氮濃度相關。
8.如權利要求7所述的方法，進一步包括根據至少所述樣本的溫度和壓力和第二流體組分確定第二理論密度，所述第二流體組 分建立在所述第一流體組分和與所述樣本中的氮濃度相關的所述第一差值的基礎上。
9.如權利要求8所述的方法，進一步包括確定所述第二理論密度和所述第一理論密度之間的第二差值，並且所述第二差值與所 述樣本中的氮濃度相關。
10.如權利要求7所述的方法，進一步包括升高所述樣本的壓力，以提高所述樣本中 至少烴類和二氧化碳密度的測量精度。
11.一種確定井下流體中基本上不可光學檢測的流體的濃度的設備，包括測量所述井下流體樣本中的基本上可光學檢測的流體的第一流體組分和密度的流體 測量單元；一個或多個測量至少所述樣本的壓力和溫度的傳感器；根據至少所述所述樣本的第一流體組分、所述溫度和所述壓力來確定第一理論密度的 處理單元；和確定所述基本上可光學檢測的流體的密度與所述第一理論密度之間的第一差值的分 析器，其中所述第一差值與所述樣本中所述基本上不可光學檢測的流體的濃度相關。
12.如權利要求11所述的設備，其特徵在於，所述基本上不可光學檢測的流體是注射 氮、天然出現的氮、天然出現的硫化氫或者天然出現的氦至少其中一種。
13.如權利要求11所述的設備，其特徵在於，所述基本上可光學檢測的流體包括至少烴類和二氧化碳。
14.如權利要求11所述的設備，其特徵在於，所述處理單元根據至少所述樣本的溫度 和壓力以及第二流體組分確定第二理論密度，所述第二流體組分包括所述第一流體組分和 與所述基本上不可光學檢測的流體的濃度相關的所述第一差值。
15.一種確定井下流體中的氮濃度的設備，包括測量所述流體樣本中的至少烴類和二氧化碳的第一流體組分和密度的裝置； 測量至少所述流體樣本的壓力和溫度的裝置；根據所述第一流體組分、所述溫度和所述壓力來確定第一理論密度的裝置；和 根據所述第一理論密度來確定與氮濃度相關的所述流體樣本的一部分的裝置。
16.如權利要求15所述的設備，其特徵在於，所述用來確定第一理論密度的裝置包括 根據至少所述流體樣本的第一流體組分、所述溫度和所述壓力來確定所述第一理論密度的處理單元。
17.如權利要求16所述的設備，其特徵在於，確定與氮濃度相關的所述流體樣本的一 部分的裝置包括確定所述樣本中至少烴類和二氧化碳的密度與所述第一理論密度之間的 第一差值的分析器，其中所述第一差值是所述一部分。
18.如權利要求15所述的設備，進一步包括用來確定第二理論密度的裝置。
19.如權利要求18所述的設備，其特徵在於，用來確定第二理論密度的所述裝置包括 根據至少所述流體樣本的溫度和壓力以及第二流體組分來確定所述第二理論密度的處理 單元，所述第二流體組分包括所述第一流體組分和與所述氮濃度相關的所述樣本的所述一 部分。
20.如權利要求19所述的設備，進一步包括用於確定與所述氮濃度相關的所述樣本 的另一部分的裝置。
21.如權利要求20所述的設備，其特徵在於，用來確定與所述氮濃度相關的所述樣本的所述另一部分的所述裝置包括確定所述第 二理論密度和所述第一理論密度之間的第二差值的分析器，其中所述第二差值是所述另一 部分。
22.一種確定井下流體中氮濃度的方法，包括(a)獲取井下流體樣本；(b)分析所述樣本以確定所述樣本中至少烴類和二氧化碳的流體組分和密度；(c)測量所述樣本的壓力和溫度；(d)根據至少所述樣本的所述流體組分、所述溫度和所述壓力確定理論密度；(e)確定所述密度和所述理論密度之間的差值，其中所述差值與所述樣本中的氮濃度 相關；(f)根據所述差值重新確定所述流體組分；(g)根據所述差值重新確定所述密度；和 (h)將步驟(d)至(g)至少重複預定次數，或者直到所述差值處於或低於預定閾值為止。
全文摘要
描述了確定井下流體中的氮濃度的方法和設備。一種確定井下流體中的氮濃度的示例設備包括測量所述井下流體樣本中的至少烴類和二氧化碳的第一流體組分和密度的流體測量單元。此外，所述示例設備包括一個或多個傳感器來測量至少所述樣本的壓力和溫度。此外，所述示例設備包括處理單元來根據至少所述樣本的第一流體組分、所述溫度和所述壓力來確定第一理論密度。此外，所述示例設備包括分析器來確定所述樣本中至少烴類和二氧化碳的密度與所述第一理論密度之間的第一差值。所述第一差值與所述樣本中的氮濃度相關。
文檔編號E21B49/08GK101883984SQ200880118517
公開日2010年11月10日 申請日期2008年11月25日 優先權日2007年11月29日
發明者奧利弗·C·馬林斯, 藤澤剛, 鄺志堅 申請人:普拉德研究及開發股份有限公司