光學(xué)計(jì)算流體分析系統(tǒng)及方法
【專利摘要】用于與油田作業(yè)相關(guān)的流體的至少一個(gè)性質(zhì)的方法及裝置可包括光學(xué)計(jì)算設(shè)備，用于測(cè)量與流體(例如，流動(dòng)流體和火焰)交互后的光?？芍辽俨糠侄加蓙碜杂诘叵戮牧黧w流給火焰提供燃料。方法可包括將包含已通過與油田作業(yè)相關(guān)的流體的光的交互光引導(dǎo)至光圈；用響應(yīng)于入射于其上的交互光的光學(xué)計(jì)算設(shè)備對(duì)該交互光執(zhí)行回歸計(jì)算以生成至少一個(gè)輸出光信號(hào)；并且從該至少一個(gè)輸出光信號(hào)中確定該流體的至少一個(gè)性質(zhì)。
【專利說明】光學(xué)計(jì)算流體分析系統(tǒng)及方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2011年12月13日申請(qǐng)的，美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)13/324，185的優(yōu)先權(quán)。
【背景技術(shù)】
[0003]本發(fā)明涉及光學(xué)分析系統(tǒng)及方法，用于分析與油田作業(yè)相關(guān)的流體(例如石油及鉆井液)，例如在管道或油井中流動(dòng)的流體以及從油井或儲(chǔ)層中提取的流體。
[0004]光譜學(xué)是一種分析技術(shù)，通過將系統(tǒng)與從紫外(UV)至紅外(IR)范圍內(nèi)的光交互來導(dǎo)出與所評(píng)估系統(tǒng)有關(guān)的信息。這種交互改變了光的性質(zhì)，例如頻率(顏色)、強(qiáng)度、偏振、或方向(散射或折射)。
[0005]光譜學(xué)可被用于分析油田中的樣本以表征各種樣本。油氣勘探和生產(chǎn)可從在流保證、對(duì)地下地層內(nèi)區(qū)域的實(shí)時(shí)處理(例如將被引入井眼的處理劑(pill)的位置和類型)、以及可導(dǎo)致不想要的井涌的壓力上升等領(lǐng)域的光譜學(xué)中得益。
[0006]在油田作業(yè)期間的流體的流動(dòng)可尤其是被蠟沉積、浙青質(zhì)沉積、起泡、水合物生成、腐蝕、固體顆粒、儲(chǔ)層侵蝕、以及水垢等阻礙。監(jiān)測(cè)可導(dǎo)致阻礙流的項(xiàng)目的生成和形成可允許操作者在堵塞或諸如此類的情況形成前采取預(yù)防步驟。堵塞流經(jīng)常需要昂貴且耗時(shí)的補(bǔ)救操作來使井眼回到繼續(xù)烴類勘探與生產(chǎn)作業(yè)的狀態(tài)。
[0007]在稍微相關(guān)區(qū)域，隨鉆確定石油質(zhì)量可影響諸如對(duì)地下地層內(nèi)個(gè)別區(qū)域進(jìn)行專門處理之類的實(shí)時(shí)決策。在此，除了監(jiān)測(cè)潛在的流保證問題，操作者可使用光譜學(xué)監(jiān)測(cè)來自井眼的烴類質(zhì)量，例如水和H2S濃度。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可允許當(dāng)遇到潛在的不理想?yún)^(qū)域時(shí)對(duì)其實(shí)施堵塞、導(dǎo)流、或橋接作業(yè)。
[0008]在另一種應(yīng)用中，光譜學(xué)可使在欠平衡鉆井作業(yè)工作的操作者受益。在欠平衡鉆井中，操作者以略低于地層壓力的壓力鉆通地下地層，這可導(dǎo)致烴類從地層泄漏到鉆井液中。適度水平的烴(例如水平足夠低而在燃燒盡(flare off)時(shí)不顯示火焰)可產(chǎn)生井涌。在極端情況下，井涌可能導(dǎo)致井眼爆發(fā)及火災(zāi)。能夠標(biāo)識(shí)導(dǎo)致井涌的情況可允許操作者采取預(yù)防步驟以最小化井涌的強(qiáng)度，或更有利地，避免井涌。
[0009]雖然光譜學(xué)技術(shù)在烴勘探與生產(chǎn)作業(yè)中有多個(gè)潛在應(yīng)用，認(rèn)為該技術(shù)較慢地滲透進(jìn)該領(lǐng)域。在某些情況下，光譜學(xué)可需要精密光學(xué)部件、獨(dú)特的光源、以及精確對(duì)準(zhǔn)。這些要求往往趨向于高成本、緩慢、以及笨重。此外，對(duì)于油田中的實(shí)現(xiàn)，光譜學(xué)儀器一般足夠結(jié)實(shí)，它們需要來自具有高超技術(shù)水平人員的頻繁維護(hù)。進(jìn)一步地，在某些情況下，復(fù)雜的光譜學(xué)結(jié)果的解讀可要求人員具有高超技術(shù)水平。
[0010]看到對(duì)于在烴勘探與生產(chǎn)作業(yè)中對(duì)流體進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)及方法的需求。優(yōu)選地，該系統(tǒng)將是結(jié)實(shí)的且低成本，具有集成進(jìn)復(fù)雜的石油領(lǐng)域各方面的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明涉及光學(xué)分析系統(tǒng)及方法，用于分析與油田作業(yè)相關(guān)的流體(例如石油及鉆井液)，例如在管道或油井中流動(dòng)的流體以及從油井或儲(chǔ)層中提取的流體。
[0012]在一些實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種方法，包括將包含已通過與油田作業(yè)相關(guān)的流體的光的交互光引導(dǎo)至光圈(iris);采用響應(yīng)于在其上入射的交互光的光學(xué)計(jì)算設(shè)備對(duì)該交互光執(zhí)行回歸計(jì)算以產(chǎn)生至少一個(gè)輸出光信號(hào)；并且從該至少一個(gè)輸出光信號(hào)中確定該流體的至少一個(gè)性質(zhì)。
[0013]在其他實(shí)施例中，本發(fā)明提供了 一種方法，包括將包含來自火焰的光的交互光弓I導(dǎo)至光圈，該火焰包含與油田作業(yè)相關(guān)的流體；采用響應(yīng)于在其上入射的交互光的光學(xué)計(jì)算設(shè)備對(duì)該交互光執(zhí)行回歸計(jì)算以生成至少一個(gè)輸出光信號(hào)；并且從該至少一個(gè)輸出光信號(hào)中確定至少一個(gè)性質(zhì)。
[0014]又一些其他實(shí)施例中，本發(fā)明提供了 一種系統(tǒng)，包括交互光，該交互光包括選自如下組中的至少一項(xiàng):已經(jīng)與油田作業(yè)相關(guān)的流體交互的光、從包含與油田作業(yè)相關(guān)的流體的火焰發(fā)出的光、以及任何它們的組合；光學(xué)計(jì)算設(shè)備，用于對(duì)該交互光執(zhí)行回歸計(jì)算，該設(shè)備響應(yīng)于在其上入射的交互光以產(chǎn)生至少一個(gè)輸出光信號(hào)；以及信號(hào)處理裝置，用于從該至少一個(gè)輸出光信號(hào)中確定該流體的至少一個(gè)性質(zhì)。
[0015]當(dāng)閱讀下文中對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)將是顯而易見的。
[0016]附圖簡(jiǎn)述
[0017]下面所包括的附圖示出本發(fā)明的某些方面，并且不應(yīng)當(dāng)被看成是獨(dú)有的實(shí)施例。如同本領(lǐng)域以及能從本公開得益的技術(shù)人員將想到的，所公開的主題在形式和功能上可進(jìn)行大幅度的修改、變更、組合、以及等同。
[0018]圖1是根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的采用現(xiàn)場(chǎng)光學(xué)回歸計(jì)算設(shè)備用于監(jiān)測(cè)與油田作業(yè)相關(guān)的流體的系統(tǒng)的非限制性示例的示意圖。
[0019]圖2是被認(rèn)為是表示原油寬帶光譜的吸光率-波長(zhǎng)曲線圖。
[0020]圖3是以BTU/gm為單位的燃燒熱曲線圖。
[0021]圖4是說明性典型多元光學(xué)元件(MOE)濾波器結(jié)構(gòu)的非限制性示例的側(cè)視剖面圖。
[0022]圖5和圖6是說明性曲線，分別示出了經(jīng)過多層MOE濾波器所通過的說明性物質(zhì)性質(zhì)的透射及反射光強(qiáng)信號(hào)圖形。
[0023]圖7是芳香烴石油組分性質(zhì)的回歸曲線，示出了所測(cè)得的值和使用偏最小二乘法(PLS)所預(yù)測(cè)的值的相關(guān)，其中R2 = 0.97示出了所捕獲的百分比方差。
[0024]圖8是根據(jù)本公開另一實(shí)施例并且包括圖1實(shí)施例的一部分的代表性性質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的非限制性示例的剖面正視圖。
[0025]圖9是系統(tǒng)的非限制性示例的圖示，該系統(tǒng)采用了多個(gè)MOE分析設(shè)備，用于采用吸光譜和熒光譜以及多個(gè)MOE分析裝置來確定與油田作業(yè)相關(guān)的流體的性質(zhì)。
[0026]圖10是系統(tǒng)的非限制性示例的圖示，該系統(tǒng)采用了相繼使用的多個(gè)MOE分析設(shè)備以測(cè)量火炬(flare)中燃燒的各種化學(xué)物質(zhì)濃度。
[0027]圖11是一種系統(tǒng)的非限制性示例的圖示，該系統(tǒng)采用了同時(shí)使用的多個(gè)MOE分析以測(cè)量火炬(flare)中燃燒的各種化學(xué)物質(zhì)的濃度。
[0028]詳細(xì)描述[0029]本發(fā)明涉及光學(xué)分析系統(tǒng)及方法，用于分析與油田作業(yè)相關(guān)的流體(例如石油及鉆井液)，例如在管道或油井中流動(dòng)的流體以及從油井或儲(chǔ)層中提取的流體。
[0030]在某些實(shí)例中，存在著在鉆井眼期間評(píng)估與油井作業(yè)相關(guān)的流體、評(píng)估在管道中流動(dòng)的流體以優(yōu)化鉆井時(shí)的決策制定，以及基于上面所討論的各種參數(shù)盡快且盡可能自動(dòng)化地實(shí)時(shí)即時(shí)(on-the-fly)地監(jiān)測(cè)流保證及該流體的其他生產(chǎn)特性以便即刻采取校正或預(yù)防措施。傳統(tǒng)光譜分析技術(shù)可能不是很結(jié)實(shí)且相對(duì)昂貴、緩慢、且通常需要離開井場(chǎng)或油管取樣。
[0031]在烴勘探與生產(chǎn)作業(yè)中，采用多元光學(xué)元件(MOE)的本發(fā)明的系統(tǒng)及方法對(duì)于監(jiān)測(cè)流體可能有用。MOE是光學(xué)計(jì)算機(jī)，具有有利的結(jié)實(shí)度、低成本、以及精確特性，適合應(yīng)用于分析和監(jiān)測(cè)與油田作業(yè)相關(guān)的流體，例如在惡劣環(huán)境中的監(jiān)測(cè)。本發(fā)明的系統(tǒng)及方法在高溫、高壓環(huán)境下，或在包括地下情況在內(nèi)的遙遠(yuǎn)和惡劣情況下可具有特別的應(yīng)用。
[0032]如在此描述的，如此處所述的采用MOE的本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可進(jìn)一步有利地用于實(shí)時(shí)分析和/或監(jiān)測(cè)流體以便為操作者提供數(shù)據(jù)，以對(duì)相關(guān)聯(lián)的井眼操作中所涉及的組分和方法進(jìn)行即時(shí)改變，藉此提高操作效率、減少操作成本和停工時(shí)間、并且通過減輕潛在的不利結(jié)果(例如可導(dǎo)致爆裂和火災(zāi)的井涌)來增加工人安全。
[0033]圖1提供了本發(fā)明的MOE系統(tǒng)的非限制性說明性示例。當(dāng)井眼在鉆井內(nèi)、油管內(nèi)、或在火炬煙囪流出物內(nèi)(無論是否在燃燒)，系統(tǒng)10可用于測(cè)定與油田作業(yè)相關(guān)的流體(例如鉆井液、石油、烴類氣體、諸如此類)的多個(gè)性質(zhì)。當(dāng)所確定的任何性質(zhì)被視為可能影響油井作業(yè)(例如，影響流保證或?qū)е驴赡艿木?時(shí)，系統(tǒng)10可實(shí)時(shí)發(fā)布關(guān)于該情況的警報(bào)13并且標(biāo)識(shí)該情況的位置。術(shù)語“性質(zhì)”意思是指與油田作業(yè)相關(guān)的流體(多個(gè))的化學(xué)或物理特性或組分。示例性質(zhì)可包括，但不限于，飽和、浙青質(zhì)、樹脂、芳香烴、固體顆粒組分及含量(例如沉淀物、灰塵、泥、水垢、及類似污染物)、H2O離子組分及含量、流體烴組分及含量、氣體或揮發(fā)物組分及含量(例如具有C1-C6主鏈的烴類、氧氣、CO2,以及H2S)、鹽度、示蹤物濃度、pH、以及相關(guān)的PVT (壓力-體積-溫度)性質(zhì)(例如G0R(氣油比)、起泡點(diǎn)、密度、石油地層因素、以及粘度)。
[0034]如在此使用的，術(shù)語“井眼”指的是位于油井內(nèi)、或是連接到油井或連接到任何一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)層的流，其流體被泵浦或以其他方式移動(dòng)到油井表面。在實(shí)踐中，許多儲(chǔ)層可能通過全都饋送同一井口的流網(wǎng)絡(luò)互連。
[0035]如在此使用的，術(shù)語“油管”指的是用于將與油田作業(yè)相關(guān)的流體(例如石油)從油場(chǎng)井口運(yùn)輸?shù)竭h(yuǎn)程地點(diǎn)的管道。可在井眼內(nèi)及油管內(nèi)使用管道。如在此使用的，術(shù)語“管道”包括井眼管道或油管管道。井眼管道可以是垂直的、水平的或是其他空間關(guān)系的。
[0036]如在此使用的，術(shù)語“殘余”指的是被剩下的。在回歸分析中，殘余指的是不能被回歸擬合的數(shù)據(jù)部分。
[0037]如在圖2中，示出了石油寬帶光譜以包括芳香烴、樹脂、浙青質(zhì)、及飽和，其中吸收因變于波長(zhǎng)。在大約1500 - 1800nm示出了 1270ppb的近紅外示蹤物(NIR)。飽和位于該光譜的高端。
[0038]再次參考圖1，與常規(guī)系統(tǒng)不同，在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)10包括位于視線內(nèi)或以其他方式與油田作業(yè)相關(guān)的流動(dòng)流體視覺接觸的裝置。因此在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)10的組件可位于井眼、油管上、或在遠(yuǎn)處，從而實(shí)時(shí)確定可位于地下管道內(nèi)、油管內(nèi)、或火炬煙囪流出物內(nèi)(無論是否在燃燒)流動(dòng)的與油田作業(yè)相關(guān)的流體的性質(zhì)。作為結(jié)果，在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)10的裝置可承受地下流的極端溫度和壓力和/或火炬的極端溫度。有利地，與常規(guī)系統(tǒng)中使用的昂貴的光譜儀器相反，本發(fā)明的系統(tǒng)及其組件在此采用了結(jié)實(shí)、可靠的光學(xué)計(jì)算設(shè)備。
[0039]在一些實(shí)施例中，如普通技術(shù)人員所理解的，系統(tǒng)10可包括程序化計(jì)算機(jī)12，該計(jì)算機(jī)包括微處理器14、存儲(chǔ)器16 (其可包括ROM和RAM以儲(chǔ)存分析程序)、以及操作系統(tǒng)程序、及所確定的數(shù)據(jù)、以及如光譜分析領(lǐng)域眾所周知的其他信息等。在一些實(shí)施例中，該計(jì)算機(jī)12可包括顯示器18、輸入鍵盤20、以及鼠標(biāo)22。在一些實(shí)施例中，該計(jì)算機(jī)12可位于中央位置，遠(yuǎn)離包括光學(xué)感測(cè)及光學(xué)計(jì)算分析設(shè)備24、26、28和30的系統(tǒng)10的至少大部分。雖然在圖1中示出了四個(gè)設(shè)備，設(shè)備數(shù)量是以舉例的方式，在實(shí)踐中，可使用更多或更少的設(shè)備。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解設(shè)備相對(duì)必要的數(shù)量以及可接受的設(shè)備相關(guān)配置，以獲得理想的結(jié)果。
[0040]每個(gè)設(shè)備24、26、28及30可檢測(cè)并分析感興趣的、已經(jīng)通過與油田作業(yè)相關(guān)流體的光，在此被稱為“交互光”。在一些實(shí)施例中，交互光可包括已經(jīng)與油田作業(yè)相關(guān)的流體交互的光、從包含與油田作業(yè)相關(guān)的流體的火焰發(fā)出的光，和/或任何它們的組合。
[0041]在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)10可具有與期望為與油田作業(yè)相關(guān)的流體測(cè)量的性質(zhì)同樣多的設(shè)備，每個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)不同性質(zhì)。在一些實(shí)施例中，這些設(shè)備都可位于或鄰近位于油田或油管的共同流體流，以提供在該位置的流體情況的整體狀況。應(yīng)當(dāng)注意到，設(shè)備可緊湊為獨(dú)立系統(tǒng)組件，即術(shù)語“設(shè)備”不意味著多個(gè)獨(dú)立設(shè)備。
[0042]如果所期望的性質(zhì)確定是確定為影響油井操作的種類和大小，在一些實(shí)施例中，對(duì)計(jì)算機(jī)12編程使其生成警報(bào)信號(hào)并且激活警報(bào)13。該警報(bào)13可包括聲音的、視覺的、或其他指示(諸如警報(bào)、閃爍或穩(wěn)態(tài)的光)、顯示器、至另一計(jì)算機(jī)的電子信號(hào)、至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電子信號(hào)、至監(jiān)測(cè)控制和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)的電子信號(hào)、至控制系統(tǒng)的電子信號(hào)、至監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電子信號(hào)、或它們的任何組合。警報(bào)13的指示可位于現(xiàn)場(chǎng)任意數(shù)量的不同地點(diǎn)(例如位于或靠近設(shè)備和/或遠(yuǎn)離)用于警告員工所檢測(cè)到的即刻的有問題的流保證情況。計(jì)算機(jī)12可確定由關(guān)聯(lián)設(shè)備(多個(gè))檢測(cè)到的影響油井操作的無法接受的性質(zhì)。警報(bào)13可警告員工所檢測(cè)到的問題的存在?？蓪?duì)計(jì)算機(jī)12編程，以便基于系統(tǒng)10中設(shè)備和關(guān)聯(lián)裝置的位置，提供與該問題的位置及性質(zhì)有關(guān)的信息。在一些實(shí)施例中，可對(duì)該計(jì)算機(jī)編程以校正任何檢測(cè)到的問題。例如，可對(duì)該計(jì)算機(jī)編程，當(dāng)油井發(fā)射出的H2S水平無法接受時(shí)關(guān)閉該油井，或當(dāng)檢測(cè)到烴生產(chǎn)的無法接受的高速率時(shí)進(jìn)行抑制以防止或降低井涌強(qiáng)度。
[0043]在一些實(shí)施例中，設(shè)備24、26、28、及30可以是結(jié)實(shí)的，使其能夠在相對(duì)于與油田作業(yè)相關(guān)的流體期望位置處經(jīng)受現(xiàn)場(chǎng)溫度和壓力，例如，能夠經(jīng)受管道中的溫度和壓力或是火炬中的溫度，從而可根據(jù)特定應(yīng)用，被定位為長(zhǎng)期永久使用或短期臨時(shí)使用。這些設(shè)備與常規(guī)分析系統(tǒng)相比可有明顯改進(jìn)，常規(guī)分析系統(tǒng)可能不是非常結(jié)實(shí)、可能不是自動(dòng)化、且可能無法滿足長(zhǎng)期使用而是限于短期使用。在一些實(shí)施例中，可冷卻設(shè)備(或設(shè)備周圍的環(huán)境)以減輕來自高溫和高壓的有害影響。在一些實(shí)施例中，可調(diào)整和/或設(shè)計(jì)設(shè)備布置以減輕和/或最小化來自高溫和高壓的有害影響，例如將設(shè)備安裝在火炬煙囪頂部離火炬本身一定距離處。[0044]如圖1所示的設(shè)備數(shù)量是隨意的，并非意在傳遞任何重要性。系統(tǒng)中設(shè)備的數(shù)量還取決于地點(diǎn)數(shù)量，例如管道和/或火炬，以及在每個(gè)地點(diǎn)所監(jiān)測(cè)和/或分析的性質(zhì)的數(shù)量。進(jìn)一步，系統(tǒng)的設(shè)備數(shù)量可不必要受限于在單個(gè)地點(diǎn)測(cè)量與油田作業(yè)相關(guān)的流體的性質(zhì)。通過一個(gè)非限制性示例，可安裝設(shè)備來在來自火炬煙?的流出物的不同點(diǎn)處監(jiān)測(cè)該流出物。在一些實(shí)施例中，可為計(jì)算機(jī)12編程以監(jiān)測(cè)大量設(shè)備，這些設(shè)備與若干不同流體流、管道、或火炬相關(guān)聯(lián)或位于相關(guān)處。因此，通過一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)12，可以同時(shí)監(jiān)測(cè)這些獨(dú)立流動(dòng)在不同管道或火炬中的與油田作業(yè)相關(guān)的流體的性質(zhì)，還能對(duì)這些計(jì)算機(jī)編程，使它們?cè)谝粋€(gè)儲(chǔ)層系統(tǒng)中將與流保證問題相關(guān)的多個(gè)不同性質(zhì)相關(guān)。
[0045]在一些實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)12可耦合至警報(bào)13，該警報(bào)13可提供聲音警報(bào)、視覺警報(bào)、或兩者。通過非限制性示例的方式，石油油田或油管分布網(wǎng)絡(luò)的地圖布局可具有由代碼或某種形式的標(biāo)簽進(jìn)行標(biāo)識(shí)的各種分支流體流。這些光學(xué)分析設(shè)備可各自都與標(biāo)識(shí)其所監(jiān)測(cè)的特定流體流、管道、或火炬的代碼相關(guān)聯(lián)。在一些實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)12可為不可接受的性質(zhì)情況對(duì)光學(xué)分析輸入進(jìn)行分析，并可輸出該性質(zhì)的本質(zhì)及其位置。使用該信息，可采取及時(shí)校正措施。
[0046]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可使用一計(jì)算機(jī)12監(jiān)測(cè)在互連流體流及儲(chǔ)層中的管道以提供，例如，流向同一井口的流體的整體狀況。以此方式，可容易地將與一個(gè)流相關(guān)的問題與其他饋送該流體流的對(duì)應(yīng)流體流相關(guān)聯(lián)。這些設(shè)備可監(jiān)測(cè)不同流體流的類似性質(zhì)以確定問題性質(zhì)的來源，例如顯示出相同潛在問題的流體流(多個(gè))和/或儲(chǔ)層(多個(gè))。因此，在一些實(shí)施例中，可對(duì)該計(jì)算機(jī)編程，通過分析來自共同互連流體流和/或儲(chǔ)層的類似性質(zhì)，顯示并指示問題的可能來源。有利地，相對(duì)于昂貴且復(fù)雜的常規(guī)光譜系統(tǒng)，這可易于簡(jiǎn)化了監(jiān)測(cè)和記錄(log)哪些流的問題。
[0047]設(shè)備24、26、28及30中的每一個(gè)可具有類似的元件，這樣對(duì)于一個(gè)設(shè)備24的描述就具有代表性?？稍O(shè)置每一個(gè)設(shè)備以確定與油田作業(yè)相關(guān)的流體的至少一個(gè)性質(zhì)。這些所確定的性質(zhì)包括任何上面所描述的，但優(yōu)選地包括至少更重要的組分，其中重要是指取決于油田的。當(dāng)然，仍可通過其他設(shè)備(圖1中未示出)感測(cè)并檢測(cè)其他性質(zhì)。
[0048]應(yīng)當(dāng)理解，給定管道或火炬煙?可能與被認(rèn)為適合給定流體流、位置、及儲(chǔ)層的很多設(shè)備相關(guān)聯(lián)。例如，眾所周知不同儲(chǔ)層可顯示出具有不同有害性質(zhì)(諸如水垢(scale)化學(xué)勢(shì)、加水、水合物等)的流體和固體。在一些實(shí)施例中，一旦確定與給定油田作業(yè)相關(guān)的儲(chǔ)層或流體的性質(zhì)，取決于相對(duì)該儲(chǔ)層、流體流、油管等的發(fā)現(xiàn)，可不必要監(jiān)測(cè)所有性質(zhì)。在一些實(shí)施例中，可以預(yù)訂日程的方式監(jiān)測(cè)這樣的性質(zhì)，例如，使用攜帶一個(gè)或多個(gè)諸如設(shè)備24之類的設(shè)備的錠(pig)(即，一種設(shè)備，包括但不限于被設(shè)計(jì)為去鉆孔或在油管內(nèi)執(zhí)行作業(yè)的機(jī)器人)，或可相對(duì)于每個(gè)流體流固定到位。
[0049]設(shè)備24、26、28及30可相對(duì)低成本且結(jié)實(shí)，且因此，比起其他使用常規(guī)系統(tǒng)可能做到的，能夠在更多位置和流體流中實(shí)現(xiàn)。
[0050]在一些實(shí)施例中，結(jié)合本發(fā)明的系統(tǒng)及方法使用的代表性設(shè)備24可具有光源32，包含作為流體流流動(dòng)或是靜態(tài)的所監(jiān)測(cè)流體34的透射樣本單元(cell)(或一系列窗口)、可作為光學(xué)回歸計(jì)算設(shè)備的M0E36、用于檢測(cè)從M0E36反射的光的檢測(cè)器38、以及用于由M0E36透射的光的檢測(cè)器40。在一些實(shí)施例中，該M0E36可能是包括多層的獨(dú)特光學(xué)計(jì)算設(shè)備。[0051]光源的非限制性示例可包括發(fā)光二極管、寬波長(zhǎng)光源、窄波長(zhǎng)光源、單波長(zhǎng)光源、白光、彩色光、紅外光、近紅外光、紫外光，諸如此類。應(yīng)當(dāng)注意到術(shù)語“光源”并不暗示單一光源或單一波長(zhǎng)光。在一些實(shí)施例中，光源可能是多個(gè)發(fā)光源。
[0052]在一些實(shí)施例中，代表性設(shè)備26可具有火焰29的形式的光源，以采用類似于相對(duì)代表性設(shè)備24所描述的檢測(cè)器來監(jiān)測(cè)所監(jiān)測(cè)的來自火炬煙?的流出物，這些流出物可能從火炬煙囪27流出。換言之，在火炬煙囪27頂端燃燒的火焰29提供了光源和樣本。
[0053]在一些實(shí)施例中，火焰29可能由來自油井作業(yè)的流體至少部分地提供燃料。例如，在一些油井作業(yè)，諸如欠平衡鉆井中，從油井產(chǎn)生的流體可包括泥、油、氣、和水。在一些實(shí)施例中，一部分泥可從流體殘余中分離出來并且回收，然后油可被分離出并儲(chǔ)存。同樣，氣和水可被分離,氣被引導(dǎo)到火炬煙囪27并且作為火焰29燃燒，而水被儲(chǔ)存。雖然火焰29可主要使用氣作為燃料，它仍可使用任何其他燃料，無論是否由油井作業(yè)或以其他方式提供。確定火焰29的化學(xué)組成可提供關(guān)于燃燒材料以及地層的化學(xué)和物理性質(zhì)的洞察。當(dāng)快速做出測(cè)定時(shí)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可允許建立準(zhǔn)確的地質(zhì)模型，提供安全和增強(qiáng)的油井作業(yè)。
[0054]在一些實(shí)施例中，代表性設(shè)備30可具有位于來自火炬煙囪27的流出物31 —側(cè)的光源32，這些流出物可從正由類似于相對(duì)代表性設(shè)備24所描述的檢測(cè)器所監(jiān)測(cè)的火炬煙囪中流出。換言之，來自火炬煙囪27的流出物31可不需要燃燒以分析該流出物31的性質(zhì)。在一些實(shí)施例中，該火炬煙?可具有光源及設(shè)備，并且能夠燃燒，即無論該火炬煙?流出物是否燃燒，該設(shè)備都可能夠檢測(cè)性質(zhì)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，如果該火炬煙?流出物燃燒、而不是不燃燒，可需要不同的MOE來檢測(cè)類似的性質(zhì)。
[0055]在一些實(shí)施例中，對(duì)與油田作業(yè)相關(guān)的流體的性質(zhì)的探測(cè)和分析可在離樣本一段距離處進(jìn)行。因此，此處描述的裝置可不需要與現(xiàn)場(chǎng)裝備有物理連接。在一些實(shí)施例中，這樣的裝置可以是便攜式的，不需要特殊零件，并且對(duì)現(xiàn)有裝備沒有影響。在一些實(shí)施例中，此處描述的裝置可能被安裝在或出現(xiàn)在卡車內(nèi)，被配置為易于從一個(gè)工作地點(diǎn)移動(dòng)到另一個(gè)。
[0056]通過非限制性示例的方式，可估算火焰29的體積。在某些實(shí)例中，向著該流體(例如火焰29)的兩個(gè)或更多相機(jī)可提供對(duì)體積的合理估算。火焰29的溫度也是可得的(例如，經(jīng)由火焰上的紅外測(cè)溫儀)，允許容易地計(jì)算該火焰所產(chǎn)生的總熱量。基于所產(chǎn)生的熱量，可在重量基礎(chǔ)上計(jì)算出燃燒的燃料量?？墒褂迷撚?jì)算連同化學(xué)組成的確定來估算烴流速。對(duì)于烴，燃燒的特定熱(在重量基礎(chǔ)上)幾乎是恒量，如圖3所示。
[0057]與常規(guī)油井測(cè)試相關(guān)聯(lián)的一個(gè)問題是在分離器處將烴霧從氣體流中分離。在來自分離器的液體計(jì)數(shù)中經(jīng)常少計(jì)所夾帶的液體，且分離器氣計(jì)量腳內(nèi)的孔板型流量計(jì)也不能正確計(jì)量。由于氣體及所夾帶液體一般被送到火炬煙? 27，在上面概述的整體燃燒熱方法可考慮到這些被少計(jì)的材料。
[0058]可執(zhí)行對(duì)CO2的分析來校正總氣體流。來自儲(chǔ)層的氣體流中的0)2不可作為燃料，但能夠降低氣體火焰溫度，這是因?yàn)椴糠譄釋⒈晦D(zhuǎn)向?qū)⒃糃O2成分加熱到(較低的)火
焰溫度。
[0059]在一些實(shí)施例中，在此描述的方法可允許更好地估算有多少霧通過了火炬煙囪27。這些估算可與對(duì)火炬煙囪27中所預(yù)期的液相(例如霧)水平的估算進(jìn)行比較，以確定是否應(yīng)當(dāng)修改分離參數(shù)。因此，可在火炬煙囪27上游的分離器或其他裝備中做出調(diào)整。[0060]如圖4中所示，例如，與本發(fā)明結(jié)合使用的代表性光學(xué)回歸計(jì)算設(shè)備M0E42可具有Nb2O5和SiO2 (石英)的交替層44及46。這些組成交替層的材料只是可用于該MOE濾波器結(jié)構(gòu)的一對(duì)合適材料的一個(gè)示例。可堆疊其他材料以產(chǎn)生期望反射和透射光譜，然而，個(gè)別層的厚度將取決于材料。對(duì)于組成該堆疊的材料的主要要求是，它們單獨(dú)地對(duì)于所期望的波長(zhǎng)范圍透明，并且堆疊的材料具有不同折射率。此外，在堆疊中可包括三個(gè)或更多不同材料，然而這會(huì)使這些設(shè)備的制造和分析變復(fù)雜。這些層可以沉積在任何光學(xué)基板48上，諸如，例如，一透明基板，諸如在該領(lǐng)域中被稱為BK-7、二氧化硅、石英、或藍(lán)寶石的類型。
[0061]給定性質(zhì)的感興趣的光譜可包括任何數(shù)量的不同波長(zhǎng)。應(yīng)當(dāng)理解到圖4中的M0E42僅作為說明目的而提供。因此在圖4中，層的數(shù)量及它們的相對(duì)厚度與本公開所針對(duì)的任何流體性質(zhì)不相關(guān)，且不按比例。如圖所示，這些層的厚度每個(gè)都可以在微米級(jí)。
[0062]這些多層可具有不同折射率。通過適當(dāng)選擇這些層的材料及其間距，可構(gòu)造該光學(xué)計(jì)算設(shè)備，以便選擇性通過處于不同波長(zhǎng)的光的預(yù)定部分?？少x予每個(gè)波長(zhǎng)預(yù)定的加權(quán)或負(fù)荷因數(shù)。從感興趣的性質(zhì)的光譜，使用各種近似方法，可確定這些層的厚度和間距。這些方法可包括對(duì)光透射光譜進(jìn)行反傅里葉變換(“IFT”)并將該光學(xué)計(jì)算設(shè)備構(gòu)建成該IFT的物理表示。該近似法基于具有恒定折射率的已知材料將該IFT變換成一種結(jié)構(gòu)。在《應(yīng)用光學(xué)》35卷5484-5492頁(1996)以及129卷2876-2893頁(AppliedOptics, Vol.35, pp.5484-5492(1996) R Vol.129, pp.2876-2893)提供了這種光學(xué)計(jì)算設(shè)備的結(jié)構(gòu)，通過引用結(jié)合至此。
[0063]該M0E42層在每個(gè)波長(zhǎng)施加的權(quán)重可設(shè)定為相對(duì)于已知等式、數(shù)據(jù)、或光譜特征描述的回歸權(quán)重。光學(xué)計(jì)算設(shè)備M0E42可執(zhí)行進(jìn)入該光學(xué)計(jì)算設(shè)備的輸入光束與由每個(gè)波長(zhǎng)的每層所代表的所期望加載的回歸向量的點(diǎn)積。M0E42輸出光強(qiáng)可與所期望的流體性質(zhì)直接相關(guān)并成比例。該輸出光強(qiáng)可表示所有通過波長(zhǎng)與對(duì)應(yīng)向量全部點(diǎn)積的和。
[0064]通過非限制性示例的方式，如果所測(cè)量的性質(zhì)是石油中存在的樹脂以及對(duì)應(yīng)該樹脂的回歸向量，該MOE的光輸出的強(qiáng)度將與樣本中的樹脂量成比例，經(jīng)該樣本輸入該光學(xué)計(jì)算設(shè)備的光束，已經(jīng)通過或被反射或以其它方式交互。這些層的整體將對(duì)應(yīng)該樹脂的特征。通過構(gòu)造對(duì)應(yīng)的光學(xué)計(jì)算設(shè)備層，這些波長(zhǎng)將被成比例地加權(quán)。所得層將共同從該輸入光束生成光學(xué)計(jì)算設(shè)備M0E42的輸出光強(qiáng)。該輸出光強(qiáng)將代表該性質(zhì)(例如樹脂)的所有波長(zhǎng)點(diǎn)積與加載向量的和。該輸出光學(xué)計(jì)算設(shè)備強(qiáng)度值將與所檢查的石油中的樹脂量成比例。以此方式，可與油田作業(yè)相關(guān)的流體的每一個(gè)要確定的性質(zhì)來制造MOE光學(xué)計(jì)算設(shè)備。
[0065]雖然圖4示出了一種類型的Μ0Ε，根據(jù)本發(fā)明，各種其他光學(xué)計(jì)算設(shè)備可被當(dāng)成Μ0Ε。例如，在一些實(shí)施例中，與本發(fā)明結(jié)合使用的合適MOE設(shè)備可用裝有鏡的陣列進(jìn)行編程，或可具有各種可變編程以檢測(cè)各種化學(xué)組成。
[0066]這樣的MOE光學(xué)計(jì)算設(shè)備表示圖形識(shí)別設(shè)備，生成特性輸出圖形，表示定義感興趣的性質(zhì)的光譜元素的特征(signature)。在所評(píng)估的測(cè)試介質(zhì)中，該光輸出的強(qiáng)度是該性質(zhì)的成比例量的量度。例如，一 MOE透射輸出波形可能表現(xiàn)為圖5和圖6所示，其不代表任何特定流體性質(zhì)，而僅作為示例的目的示出。圖5的波形形成包括對(duì)于某一性質(zhì)是獨(dú)特的光譜的不同波長(zhǎng)的圖形。例如，該波形可以是射到檢測(cè)器40 (如圖1所示)上的光，或系統(tǒng)10中的設(shè)備26、28及30的對(duì)應(yīng)檢測(cè)器。這些檢測(cè)器中的每一個(gè)，諸如與M0E36關(guān)聯(lián)的探測(cè)器38和40，可傳輸其輸出(例如，一電子信號(hào))，該輸出表示圖5中入射到該檢測(cè)器上的信號(hào)強(qiáng)度大小。因此，該信號(hào)可能是所有入射到該探測(cè)器上不同波長(zhǎng)強(qiáng)度的和。賦予每一層的不同加權(quán)因數(shù)為該性質(zhì)生成復(fù)合特征波形。
[0067]對(duì)于沒有樣本或光吸收的情況，從M0E36(如圖1所示)反射的光可生成圖5中透射信號(hào)的負(fù)數(shù)。該反射信號(hào)可用圖6中的波形代表，并且可不是回歸計(jì)算。計(jì)算機(jī)12(如圖1所示)可從圖5的透射信號(hào)中減去該反射信號(hào)。其差可表示從該MOE輸出的凈光強(qiáng)輸出的大小以及所檢查流體中的性質(zhì)。該減法提供的相關(guān)可獨(dú)立于由于功率波動(dòng)造成的原始光強(qiáng)波動(dòng)、使用在原始裝置中使用的相同類型不同燈泡、或從火炬煙囪27發(fā)出的火焰29的強(qiáng)度或方向變化。即，如果透射光強(qiáng)由于波動(dòng)發(fā)生變化，該系統(tǒng)可將其解讀為性質(zhì)變化。通過減去負(fù)反射，其結(jié)果是獨(dú)立于這樣的波動(dòng)的絕對(duì)值且因此為正在確定的期望性質(zhì)提供所需的相關(guān)。例如，可將該原始檢測(cè)器輸出發(fā)送到計(jì)算機(jī)，或可用模擬電路減去該信號(hào)并用運(yùn)算放大器放大該信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓并作為比例信號(hào)發(fā)送到計(jì)算機(jī)。
[0068]在預(yù)測(cè)性質(zhì)(諸如諸如圖7中的芳香烴)與該性質(zhì)的測(cè)量量之間存在良好相關(guān)。因此，用于確定與油田作業(yè)相關(guān)的流體的至少一個(gè)性質(zhì)的本發(fā)明的一些實(shí)施例可包括使該流體產(chǎn)生火焰(例如，增加燃料、點(diǎn)燃該流體、在火焰中夾帶該流體，諸如此類)，該火焰通過望遠(yuǎn)鏡來創(chuàng)建交互光；使用響應(yīng)于入射在其上的交互光，使用光學(xué)計(jì)算設(shè)備對(duì)該交互光執(zhí)行回歸計(jì)算以生成至少一個(gè)輸出光信號(hào)，該光信號(hào)顯示了計(jì)算結(jié)果和對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)性質(zhì)；并且從該至少一個(gè)輸出光信號(hào)確定該至少一個(gè)性質(zhì)。
[0069]現(xiàn)在參考圖8，它提供了本發(fā)明的系統(tǒng)的一個(gè)非限制性示例，在一些實(shí)施例中，代表性火炬煙囪27連接到流體流，例如井眼管道。例如，該井眼管道可以是一垂直管道或水平管道，并且可以是井口或互聯(lián)油田內(nèi)各種石油儲(chǔ)層的互連流管道的一部分。流體52和/或相關(guān)聯(lián)的水氣(或在一些實(shí)施例中，是與油田作業(yè)相關(guān)的其他流體)可以方向54在該管道中流動(dòng)。在一些實(shí)施例中，與該火炬煙? 27對(duì)準(zhǔn)的可能是便攜式或固定光學(xué)MOE流體性質(zhì)檢測(cè)裝置56。在一些實(shí)施例中，裝置56可對(duì)應(yīng)圖1中的設(shè)備24、26、28及30中的任意一個(gè)或多個(gè)，并且可在諸如圖1所示的系統(tǒng)10的系統(tǒng)中使用來確定從火炬煙囪27流出的流體的性質(zhì)的量。在一些實(shí)施例中，與系統(tǒng)10對(duì)應(yīng)的本發(fā)明的系統(tǒng)可使用裝置56來實(shí)時(shí)測(cè)定該性質(zhì)的量，并當(dāng)其在流體52的流動(dòng)流中出現(xiàn)時(shí)立即報(bào)告該量，并與鄰近火炬煙囪27或位于火炬煙? 27附近的給定位置處的對(duì)準(zhǔn)火炬煙? 27的裝置56對(duì)應(yīng)的其他裝置(未示出)、以及對(duì)應(yīng)被監(jiān)測(cè)的油田內(nèi)的眾多流的又一些管道同步。
[0070]在一些實(shí)施例中，裝置56可具有外殼58,夕卜殼具有數(shù)種形狀中的任意,諸如圓柱形或矩形中。例如，M0E36可粘合至外殼58，或以其他本領(lǐng)域所知的方式附接到到該外殼58。光源(例如，以火焰29的形式)可使用望遠(yuǎn)鏡108或其他機(jī)制對(duì)準(zhǔn)，以便使得交互光76通過光圈58，允許對(duì)進(jìn)入殼體腔74的光量進(jìn)行控制。如在此使用的，術(shù)語“光圈”一般是指用于限制光的整體強(qiáng)度的設(shè)備，包括狹縫、交叉偏振濾波器、中性密度濾波器、全息濾波器、散斑分束器、以及光闌，在一些實(shí)施例中是可調(diào)的或是固定的。雖然望遠(yuǎn)鏡108被示為連接至外殼58，其他配置可包括與外殼58脫離或以其他方式位于其附近的望遠(yuǎn)鏡。類似地，即使該光圈59被示為望遠(yuǎn)鏡108的組件，其他配置可包括脫離該望遠(yuǎn)鏡108的光圈。進(jìn)一步地，在該光圈59與環(huán)境之間可設(shè)置窗口或其他覆蓋物，以將外殼58中的內(nèi)容與物外部環(huán)境相隔絕。一旦進(jìn)入外殼58，火焰29或其他光源所發(fā)出的交互光76的一部分可被傳輸?shù)綑z測(cè)器40，而交互光76的另一部份可被反射到檢測(cè)器38。
[0071]位于外殼58的腔74內(nèi)的，可能是一個(gè)或多個(gè)MOE光學(xué)計(jì)算設(shè)備80與82，及響應(yīng)這些MOE光學(xué)計(jì)算設(shè)備80與82的輸出以生成對(duì)應(yīng)電強(qiáng)度輸出信號(hào)的檢測(cè)器38與40，輸出電信號(hào)的差對(duì)應(yīng)所確定的流體性質(zhì)。導(dǎo)體84、86可接收檢測(cè)器輸出信號(hào)。電線，諸如導(dǎo)體84、86，可連接到位于遠(yuǎn)程站點(diǎn)的計(jì)算機(jī)，諸如計(jì)算機(jī)12 (如圖1所示)，用于確定導(dǎo)體84及86上的信號(hào)所顯示的流體性質(zhì)。在對(duì)裝置56組件的硬接線的可選項(xiàng)中，還可以使用電池、局部發(fā)電機(jī)、或遙測(cè)技術(shù)為這些裝置組件供電。
[0072]在一些實(shí)施例中，在操作裝置56 (如圖8所示，本發(fā)明的一種系統(tǒng)的非限制性示例)時(shí)，來自火焰29的交互光76經(jīng)由光圈59進(jìn)入該裝置。交互光76的行為將取決于該來自火炬煙? 27且為火焰29提供燃料的流體或其他材料的化學(xué)組成。當(dāng)光射到M0E36，透射該交互光76的一部分，而該交互光的另一部分被該M0E36反射。根據(jù)該流體類型及組分、氣相、水相、所分析的組分等，可改變?cè)揗0E36的特殊配置。作為結(jié)果，來自火焰29的交互光76被分為反射光88和透射光90。該反射光88及透射光90通過各自MOE光學(xué)計(jì)算設(shè)備80及82到各自檢測(cè)器38及40。
[0073]在一些實(shí)施例中，可為每個(gè)從流動(dòng)流體確定的性質(zhì)提供獨(dú)立裝置56。在本發(fā)明一些實(shí)施例中，在同一外殼中提供了附加裝置，其中各種組件同時(shí)共享交互光76。在其他實(shí)施例中，可以在同一外殼中提供附加裝置，其中各組件輪流依次暴露給交互光76。在一些實(shí)施例中，可在裝置56中使用光纖(未示出)作為光路的一部分。
[0074]然而，應(yīng)當(dāng)理解，與光源(例如，如圖8所示的火焰29或如圖1所示的光源32)和裝置56之間的不同光路相關(guān)聯(lián)的光分布對(duì)于M0E36的結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵性的。即，不同外殼及與其相關(guān)聯(lián)的光源都具有可影響光分布的獨(dú)特光路。構(gòu)建該MOE期間，應(yīng)當(dāng)考慮到這些光路及光分布。該結(jié)構(gòu)是以感興趣的流體的代表性光譜為基礎(chǔ)的。各波長(zhǎng)的強(qiáng)度和分布從對(duì)于各裝置而不同，且因此，在設(shè)計(jì)和構(gòu)建與給定裝置相關(guān)聯(lián)的MOE時(shí)，需要考慮到這樣的光路及光分布。
[0075]在一些實(shí)施例中，通過使用將由與給定MOE關(guān)聯(lián)的光學(xué)元件利用的用于生成將由常規(guī)光譜儀提供的光譜的外殼58和火焰29，可解決這一問題。然后利用所生成的光譜數(shù)據(jù)構(gòu)建將與相關(guān)外殼和光源共同使用的Μ0Ε。因此，可確保來自所安裝的外殼和光源的光路及光分布與用于創(chuàng)建MOE的那些的相同，且因此，在使用具有這樣的組件的MOE時(shí)不會(huì)有誤差或問題。從而，如果這樣的組件有時(shí)需要更換，可構(gòu)建對(duì)于那些更換組件所獨(dú)有的新的Μ0Ε，或用其他方式補(bǔ)償光分布的變化。不然，如果使用了不同于被用于建造該MOE的組件的其他組件，有可能在性質(zhì)確定時(shí)發(fā)生誤差。因此，需要使用任何被利用于或可影響從光源到MOE的光路長(zhǎng)度或波長(zhǎng)分布的組件，以確定用于構(gòu)建對(duì)應(yīng)MOE的感興趣的性質(zhì)的光譜方面。
[0076]現(xiàn)在參考圖9，利用本發(fā)明的系統(tǒng)107的非限制性實(shí)施例示出了可選實(shí)施例。例如，為了僅包括來自火焰29的交互光76或其一部分，系統(tǒng)107可包括望遠(yuǎn)鏡108或其他裝置用于集中、限制、控制視野、排除背景、偏振、濾波、增強(qiáng)對(duì)比、或以其他方式調(diào)節(jié)交互光76?；鹧?9可提供光至望遠(yuǎn)鏡108,導(dǎo)致聚焦光束112。光束112可被鏡116反射并以大約變化90°被重新定向。鏡116可部分透射形成部分反射的光束112’。雖然示出了三個(gè)光束112’，在實(shí)踐中可使用任何數(shù)量的光束，如虛線120所代表的。這些反射及透射光束可未被頻率偏置。
[0077]反射光束112’可被引導(dǎo)至一個(gè)或多個(gè)對(duì)應(yīng)M0E122U24及126?？梢允褂脵z測(cè)器134來檢測(cè)這些MOE的輸出信號(hào)，可用計(jì)算機(jī)(未示出)分析該檢測(cè)器的輸出。舉例來說，使用吸收M0E122至126可分析四種不同光譜，等等。因此，系統(tǒng)107可同時(shí)獲得四種不同性質(zhì)、浙青質(zhì)、樹脂等的四個(gè)不同的測(cè)量值。與光束112相關(guān)聯(lián)的檢測(cè)器134的輸出導(dǎo)致與兩個(gè)MOE探測(cè)到的信號(hào)之和成比例的性質(zhì)，一個(gè)來自代表一個(gè)性質(zhì)的每個(gè)光譜吸收組件。從而，用該光束112分析了四個(gè)不同的性質(zhì)。
[0078]現(xiàn)在參考圖10，它提供了本發(fā)明的系統(tǒng)的非限制性示例，通過使用MOE設(shè)備位于其上的輪、或通過使用旋轉(zhuǎn)鏡118,可輪流選擇多個(gè)Μ0Ε。因此,光束112可離開望遠(yuǎn)鏡108并與該旋轉(zhuǎn)鏡118交互。根據(jù)該旋轉(zhuǎn)鏡118的取向，光束112可被轉(zhuǎn)向至方向112a、112b、或若干其他方向中的任意方向(未不出)。光束(例如112a、112b)然后可直接傳到一個(gè)或更多MOE并繼續(xù)傳至對(duì)應(yīng)檢測(cè)器，或者如所示的，在傳到M0E126a、126b及檢測(cè)器(多個(gè))134a、134b之前，可與一個(gè)或更多可能是固定的附加鏡152a、152b交互。以此方式，對(duì)旋轉(zhuǎn)鏡118的旋轉(zhuǎn)可允許串聯(lián)使用任何數(shù)量的Μ0Ε。
[0079]現(xiàn)在參考圖11，它提供了本發(fā)明的系統(tǒng)的非限制性示例，通過全都用該望遠(yuǎn)鏡108照明多個(gè)Μ0Ε，可同時(shí)使用多個(gè)Μ0Ε。換句話說，光束112的不同部分112a、112b可照射不同的M0E126a、126b并為不同檢測(cè)器134a、134b提供信息。以此方式，可并聯(lián)使用任何數(shù)量的MOE。
[0080]在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)可包括光學(xué)計(jì)算設(shè)備，用于對(duì)交互光執(zhí)行回歸計(jì)算，該設(shè)備響應(yīng)于在其上入射的交互光(如在此描述的包括通過與油田作業(yè)相關(guān)的流體的火焰和光)以生成至少一個(gè)輸出光信號(hào)；以及信號(hào)處理裝置，用于從該至少一個(gè)輸出光信號(hào)中確定該流體的至少一個(gè)性質(zhì)。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)的計(jì)算設(shè)備可包括包含多個(gè)光學(xué)折射層的多元光學(xué)元件，這些層顯示出多元計(jì)算，其中該計(jì)算結(jié)果相關(guān)該流體的一個(gè)性質(zhì)。在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)可進(jìn)一步包括容納至少該設(shè)備的外殼、在管道系統(tǒng)中在其中該設(shè)備監(jiān)測(cè)的區(qū)域(例如在管道或火炬煙?中)上游的湍流發(fā)生器、多個(gè)所述光學(xué)計(jì)算設(shè)備(用于檢測(cè)相同或各種性質(zhì))、用于校正該計(jì)算值的偏差的內(nèi)部校準(zhǔn)裝置、用于根據(jù)經(jīng)校正的偏差值來確定該至少一個(gè)性質(zhì)的處理裝置，或它們的任意組合。
[0081]在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)可包括與油田作業(yè)的連接，可操作地能改變?cè)撚吞镒鳂I(yè)的至少一個(gè)方面。所述方面可以是硬件方面(例如閥門、泵浦、發(fā)動(dòng)機(jī)，諸如此類)和/或操作方面(例如流量、流向、鉆井速度、鉆壓、流體壓力、溫度、流體流組成，諸如此類)。
[0082]在一些實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)可包括被設(shè)置為生成第一及第二信號(hào)的光學(xué)計(jì)算設(shè)備，這些信號(hào)分別代表來自該設(shè)備的透射光及反射光，以及適于處理該第一及第二信號(hào)以確定該流體的至少一個(gè)性質(zhì)的信號(hào)處理裝置。
[0083]在一些實(shí)施例中，與所監(jiān)測(cè)的油田作業(yè)相關(guān)的流體可包括流體中的指示器以指示該流體的一個(gè)參數(shù)。
[0084]本發(fā)明的一些實(shí)施例可包括接收交互光(已經(jīng)與油田作業(yè)相關(guān)的流體交互的光)至光學(xué)計(jì)算設(shè)備，對(duì)該交互光執(zhí)行回歸計(jì)算以產(chǎn)生至少一個(gè)輸出光信號(hào)，以及從該至少一個(gè)輸出光信號(hào)中確定該流體的至少一個(gè)性質(zhì)。本發(fā)明的一些實(shí)施例可進(jìn)一步包括基于該至少一個(gè)性質(zhì)，來改變油田操作的至少一個(gè)方面。[0085] 結(jié)果，本發(fā)明很適于達(dá)到所提到的以及那些其中固有的目的和優(yōu)勢(shì)。上面公開的特定實(shí)施例僅為舉例，因?yàn)楸景l(fā)明可以被修改并以不同但等同的方式實(shí)行，這些方式對(duì)于那些得益于在此的教學(xué)的本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。進(jìn)一步地，除了如下面權(quán)利要求中所描述的，沒有任何意圖對(duì)在此所示出的結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)進(jìn)行限制。因此很明顯上面所公開的特定示例性實(shí)施例可以被改變、組合、或修改并且所有這樣的變化被認(rèn)為是在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。在此示例性公開的本發(fā)明可在缺少任何在此未具體公開的元件和/或任何在此公開的可選元件情況下適當(dāng)?shù)貙?shí)行。雖然組分和方法以術(shù)語“包括”、“容納”、“包含”各種組分或步驟被描述，這些組分及方法也可“本質(zhì)上由各種組分或步驟組成”或“由各種組分或步驟組成”。上面公開的所有數(shù)量和范圍可以一定量變化。每當(dāng)公開一具有下限和上限的數(shù)值范圍，即具體公開了該范圍內(nèi)的任何數(shù)字及任何被包括范圍。特別是，在此公開的每個(gè)值的范圍(以這樣的形式:“從大約a至大約b ”或等同的“從近似a至b ”或等同的“從近似a-b”)應(yīng)當(dāng)理解為陳述了較寬的值的范圍內(nèi)所包含的每個(gè)數(shù)字及范圍。并且，在權(quán)利要求中的術(shù)語具有它們的清楚的、普通的意義，除非專利權(quán)人另有明確的、清楚的定義。此夕卜，不定冠詞“一”或“一個(gè)”，如權(quán)利要求中所使用的，在此被定義為意味著它引入了一個(gè)或更多元素。如果在本說明書以及可能通過引用結(jié)合至此的一個(gè)或更多專利或其他文檔中，在單詞或術(shù)語的用法中有任何爭(zhēng)議，應(yīng)當(dāng)采用與本說明書一致的定義。
【權(quán)利要求】
1.一種方法，包括 將包含已通過與油田作業(yè)相關(guān)的流體的光的交互光引導(dǎo)至光圈； 使用響應(yīng)于入射于其上的交互光的光學(xué)計(jì)算設(shè)備對(duì)所述交互光執(zhí)行回歸計(jì)算以生成至少一個(gè)輸出光信號(hào)；并且 從所述至少一個(gè)輸出光信號(hào)中確定所述流體的至少一個(gè)性質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括: 基于所述至少一個(gè)性質(zhì)來改變油田作業(yè)的至少一個(gè)方面。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，執(zhí)行所述回歸計(jì)算的步驟包括從所述光學(xué)計(jì)算設(shè)備生成分別表示透射光和反射光的第一和第二信號(hào)，并且其中所述確定步驟包括處理所述第一和第二信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，執(zhí)行所述回歸分析的步驟包括將來自所述光圈的交互光應(yīng)用于多個(gè)堆疊的光學(xué)層。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)性質(zhì)選自基本上包括如下項(xiàng)的組:浙青質(zhì)、飽和、樹脂、芳香烴、固體顆粒含量、烴類組分及含量、氣體組分C1-C6及含量、CO2、H2S及相關(guān)、石油氣相的氣體組分、水、氣體、油、固體顆粒的總體流百分比、固體類型、油指紋、儲(chǔ)層連續(xù)性、油型、和水元素，并且其中所述水元素基本包括離子組分及含量、陰離子、陽離子、鹽度、有機(jī)物、pH、摻混比、示蹤物組分、以及污染物。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括: 在引導(dǎo)所述交互光通過所述光圈之前引導(dǎo)所述交互光通過望遠(yuǎn)鏡。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括: 用常規(guī)光譜學(xué)儀器從所述交互光生成光譜數(shù)據(jù)，然后使用所生成的光譜數(shù)據(jù)用于產(chǎn)生所述光學(xué)計(jì)算設(shè)備。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括: 為所述火焰上游的流體提供湍流以在為所述火焰提供燃料的流體中提供不同組分的均質(zhì)分布。
9.如權(quán)力要求I所述的方法，其特征在于，所述執(zhí)行步驟包括將所述交互光應(yīng)用于形成多元光學(xué)計(jì)算設(shè)備的多個(gè)堆疊光學(xué)層。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，包括: 提供多個(gè)所述多元光學(xué)計(jì)算設(shè)備并且將所述交互光應(yīng)用于每個(gè)所述設(shè)備，每個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)將要確定的不同性質(zhì)。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括: 提供內(nèi)部校準(zhǔn)以校正所述計(jì)算值的數(shù)值偏差，然后根據(jù)所述經(jīng)校正的偏差值來確定所述至少一個(gè)性質(zhì)。
12.—種方法,包括: 將包含來自火焰的光的交互光引導(dǎo)至光圈，所述火焰包含與油田作業(yè)相關(guān)的流體； 用響應(yīng)于入射在其上的交互光的光學(xué)計(jì)算設(shè)備對(duì)所述交互光執(zhí)行回歸計(jì)算以生成至少一個(gè)輸出光信號(hào)；并且 從所述至少一個(gè)輸出光信號(hào)中確定所述至少一個(gè)性質(zhì)。
13.—種系統(tǒng),包括:交互光，包括選自如下組中的至少一項(xiàng):已經(jīng)與油田作業(yè)相關(guān)的流體交互的光、從包含與油田作業(yè)相關(guān)的流體的火焰發(fā)出的光、以及任何它們的組合； 光學(xué)計(jì)算設(shè)備，用于對(duì)所述交互光執(zhí)行回歸計(jì)算，所述設(shè)備響應(yīng)于入射在其上的交互光以產(chǎn)生至少一個(gè)輸出光信號(hào)；以及 信號(hào)處理裝置，用于從所述至少一個(gè)輸出光信號(hào)中確定所述流體的至少一個(gè)性質(zhì)。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算設(shè)備包括多元光學(xué)元件，所述光學(xué)元件包括多個(gè)光學(xué)折射層，這些層顯示出多元計(jì)算，其中所述計(jì)算的結(jié)果相關(guān)所述流體的一個(gè)性質(zhì)。
15.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括: 在所述流體中提供指示器以指示所述流體的參數(shù)。
16.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括: 容納至少所述設(shè)備的外殼。
17.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括: 湍流發(fā)生器，位于所述火焰上游的管道系統(tǒng)中。
18.如權(quán)利要求13所 述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括: 位于管道系統(tǒng)中的至少一個(gè)湍流發(fā)生器，用于混合相對(duì)所述設(shè)備處于上游的流體。
19.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述設(shè)備被設(shè)置為生成表示分別來自所述設(shè)備的透射光和反射光的第一和第二信號(hào)；并且其中所述信號(hào)處理裝置適于處理所述第一和第二信號(hào)以確定所述至少一個(gè)性質(zhì)。
20.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括: 多個(gè)所述光學(xué)計(jì)算設(shè)備，其中所述交互光應(yīng)用于每個(gè)所述設(shè)備，每個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)將要確定的不同性質(zhì)。
21.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括: 內(nèi)部校準(zhǔn)裝置，用于校正所述計(jì)算值的數(shù)值偏差，其中所述處理裝置根據(jù)所述經(jīng)校正的偏差值來確定所述至少一個(gè)性質(zhì)。
22.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括: 與所述油田作業(yè)的連接，可操作地能改變所述油田作業(yè)的至少一個(gè)方面。
【文檔編號(hào)】G01N33/22GK103958831SQ201280057212
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2012年2月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月13日
【發(fā)明者】N·G·斯金納, M·T·佩勒萊特 申請(qǐng)人:哈里伯頓能源服務(wù)公司