確定流體特性的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】公開了用于確定流體特性的系統(tǒng)和方法。用于確定流體的飽和壓力的示例器械包括具有檢測腔室的殼體以及用于加熱流體的部分布置于檢測腔室內(nèi)的加熱器組件。該示例器械還包括用于檢測流體的特性的傳感器組件以及能使用流體的特性來識別流體的飽和壓力的處理器。
【專利說明】確定流體特性的系統(tǒng)和方法

【背景技術(shù)】
[0001]開采碳?xì)浠衔飼r關(guān)注的流體特性包括起泡點(bubble point,BP)和結(jié)露點(dewpoint，DP)。為確定這些特性，可以將流體樣品帶至地表進行分析。但是，將樣品帶至地表可能導(dǎo)致流體(如，浙青質(zhì)和/或蠟沉淀)的成分和/或相特征發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化。這些不可逆轉(zhuǎn)的變化使得隨后的飽和壓力測量不精確。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]提供這個
【發(fā)明內(nèi)容】
用于介紹所選的概念，所述概念在下文詳細(xì)的說明書中進一步描述。這個摘要不旨在標(biāo)識所要求保護的主題的關(guān)鍵或必要特征，也不旨在作為一種幫助用于限制所要求保護的主題的范圍。
[0003]一種用于確定流體的飽和壓力的示例器械包括:具有檢測腔室的殼體和部分布置在檢測腔室內(nèi)的用于加熱流體的加熱器組件。該示例器械還包括用于檢測流體的特性的傳感器組件以及使用流體的特性來識別流體的飽和壓力的處理器。
[0004]一種用于確定流體的飽和壓力的示例方法包括:在檢測腔室內(nèi)對流體進行熱泡核化；檢測流體的特性；以及使用所述特性確定流體的飽和壓力。
[0005]一種示例井下工具包括:微流體裝置，該微流體裝置具有檢測腔室、至少部分布置在檢測腔室內(nèi)的用于加熱流體的加熱器組件以及用于檢測流體的特性的傳感器組件。該井下工具還包括用于使用流體的特性確定井下流體的參數(shù)的處理器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]參考附圖描述確定井下環(huán)境中的參數(shù)值的系統(tǒng)和方法的實施例。始終使用相同的附圖標(biāo)記表示相似的特征和部件。
[0007]圖1示出了一種示例系統(tǒng)，其中可實施用于確定井下環(huán)境中的參數(shù)值的系統(tǒng)和方法的實施例。
[0008]圖2示出了另一示例系統(tǒng)，其中可實施用于確定井下環(huán)境中的參數(shù)值的系統(tǒng)和方法的實施例。
[0009]圖3示出了另一示例系統(tǒng)，其中可實施用于確定井下環(huán)境中的參數(shù)值的系統(tǒng)和方法的實施例。
[0010]圖4-6示出了一種示例裝置的多個部件，該示例裝置可以實施用于確定井下環(huán)境中的參數(shù)值的系統(tǒng)和方法的實例施。
[0011]圖7-10示出了另一示例裝置的多個部件，該示例裝置可以實施用于確定井下環(huán)境中的參數(shù)值的系統(tǒng)和方法的實施例。
[0012]圖11-13示出了一種示例裝置的多個部件，該示例裝置可以實施用于確定井下環(huán)境中的參數(shù)值的系統(tǒng)和方法的實施例。
[0013]圖14示出了一種示例裝置的多個部件，該示例裝置可以實施用于確定井下環(huán)境中的參數(shù)值的系統(tǒng)和方法的實例施。
[0014]圖15示出了一種示例裝置的多個部件，該示例裝置可以實施用于確定井下環(huán)境中的參數(shù)值的系統(tǒng)和方法的實例施。
[0015]圖16示出了一種示例裝置的多個部件，該示例裝置可以實施用于確定井下環(huán)境中的參數(shù)值的系統(tǒng)和方法的實例施。
[0016]圖17示出了一種示例裝置的部件，該示例裝置可以實施用于確定井下環(huán)境中的參數(shù)值的系統(tǒng)和方法的實例施。
[0017]圖18示出了一種示例裝置的多個部件，該示例裝置可以實施用于確定井下環(huán)境中的參數(shù)值的系統(tǒng)和方法的實例施。
[0018]圖19示出了一種示例裝置的多個部件，該示例裝置可以實施用于確定井下環(huán)境中的參數(shù)值的系統(tǒng)和方法的實例施。
[0019]圖20示出了一種示例裝置的多個部件，該示例裝置可以實施用于確定井下環(huán)境中的參數(shù)值的系統(tǒng)和方法的實例施。
[0020]圖21示出了一種示例裝置的多個部件，該示例裝置可以實施用于確定井下環(huán)境中的參數(shù)值的系統(tǒng)和方法的實例施。
[0021]圖22和23示出了一種示例裝置的多個部件，該示例裝置可以實施用于確定井下環(huán)境中的參數(shù)值的系統(tǒng)和方法的實例施。
[0022]圖24示出了一種示例裝置的多個部件，該示例裝置可以實施用于確定井下環(huán)境中的參數(shù)值的系統(tǒng)和方法的實例施。
[0023]圖25示出了一種示例裝置的多個部件，該示例裝置可以實施用于確定井下環(huán)境中的參數(shù)值的系統(tǒng)和方法的實例施。
[0024]圖26-29描述了與在此公開的示例相關(guān)的示例圖。
[0025]圖30是實施在此公開示例的一種示例方法。
[0026]圖31示意性地圖示出一種示例處理器平臺，其可以用于和/或被編程以實施任何或所有在此公開的示例系統(tǒng)和方法。

【具體實施方式】
[0027]在以下詳細(xì)描述的實施例中，參考形成其一部分的附圖，附圖通過圖示的方式示出詳細(xì)實施例，通過實施例在此公開的示例可以實施?？梢岳斫猓梢岳闷渌鼘嵤├?，并且可以在不脫離本公開范圍的前提下改變結(jié)構(gòu)。
[0028]針對新井(如油井)的開采決定可以基于對井下流體的測量。這些測量可以在井下和/或井上(如在實驗室)實施。從井下流體測量結(jié)果獲取的信息可以用于決定開采哪個地層區(qū)域是經(jīng)濟的和/或用于正確的基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃。一些從井下流體測量結(jié)果獲取的信息可以包括涉及流體的化學(xué)成分、相圖、密度和/或粘度的信息。
[0029]開采碳?xì)浠衔飼r關(guān)注的流體特性包括起泡點(BP)和結(jié)露點(DP)。BP和DP可以由飽和壓力表示。在高溫、高壓下，如井下一樣，大量氣體可溶解在井下流體(如油相)中。氣體可包括二氧化碳、氮氣、硫化氫和/或脂族輕鏈如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等。
[0030]對起泡點壓力的了解在油井的開發(fā)和開采過程中始終是有用的。如果由于地層壓力的減小，氣泡出現(xiàn)在多孔巖石和/或地層中，則油/氣混合物通過多孔巖石和/或地層的滲透率的大小可降低幾個數(shù)量級，這將嚴(yán)重制約儲層的經(jīng)濟開采性。結(jié)果，開采率可能受限，且先前對起泡點壓力的了解可以引導(dǎo)油井操作人員在儲層上保持該壓力，以確保安全和聞效開米。
[0031]開采期間和/或?qū)⒕铝黧w帶至地表時，流體壓力降低，因此導(dǎo)致溶解的氣體分離為單獨的氣相。單獨氣相的分離應(yīng)該在受控環(huán)境下實行，因為碳?xì)浠衔餁怏w是易燃和可壓縮的。開采期間操控氣體-液體分離的設(shè)備是合理尺寸設(shè)計的。對起泡點壓力的了解，結(jié)合先前對儲層壓力、其溫度和儲層大致化學(xué)成分的了解，可以幫助預(yù)判需要分離開采的液體和氣體的開采設(shè)備的尺寸。
[0032]當(dāng)壓力降至DP壓力以下，冷凝流體可能在井下經(jīng)歷相同的轉(zhuǎn)變。但是，與釋放氣體不同，冷凝流體使液體結(jié)露物凝結(jié)到地層或其它地方中，阻礙井的開采。對DP壓力的了解在油井的開發(fā)和開采過程中始終也是有用的。
[0033]兩個飽和壓力(例如，BP、DP)都是油田操作人員關(guān)心的，以最大化他們開采策略的經(jīng)濟性。此外，可能關(guān)心浙青質(zhì)起始壓力(Asphaltene Onset Pressure, Α0Ρ),因為AOP描述了溶解的浙青質(zhì)開始絮凝并從溶解物中出來的壓力。浙青質(zhì)沉淀可能由于阻塞地層和/或流路來阻礙開采和/或流動。
[0034]了解地層油的相特性以及特別是普遍地層溫度下的飽和壓力，在油井開采和/或分析期間是有利的。這種分析可以在地表或井上(如實驗室)進行。但是，將樣品帶至地表和/或分析之前長時間存儲它們可導(dǎo)致流體(如，浙青質(zhì)和/或蠟沉淀)的成分和/或相特征發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化。這些不可逆轉(zhuǎn)的變化使得隨后的飽和壓力測量不精確。
[0035]在此公開的示例可以用于實施井下的飽和壓力測量，并提供實時井下測量和/或?qū)υ跊]有使用復(fù)雜循環(huán)泵的情況下獲取的流體樣品的分析。循環(huán)泵可能乳化不混融的井下流體。具體地講，在此公開的示例涉及在井下環(huán)境中可以進行熱泡核化飽和壓力測量的方法和器械，這通過以下進行:在井下流體中熱泡核化形成氣泡，檢測井下流體和/或氣泡的隨后的性質(zhì)、特征和/或特性，并控制正在測試的樣品的壓力。使用在此公開的示例，該器械的尺寸可以設(shè)計為在具有嚴(yán)格的空間限制的井下工具中實施。盡管在此公開的示例參考微流體裝置進行描述，但示例可以更普遍適用于與井下工具一起使用和/或在井下環(huán)境中使用的流體裝置。
[0036]在此公開的示例可以通過以受控方式對碳?xì)浠衔飿悠方祲和瑫r監(jiān)測樣品中永久第二相(如氣相)的出現(xiàn)來確定飽和壓力。兩個相(如氣相和液相)之間的表面張力產(chǎn)生泡核化壁壘，其運動學(xué)地抑制了熱力學(xué)穩(wěn)定的第二相的地層。如果沒有足夠細(xì)心，這種泡核化壁壘可能在飽和壓力測量中帶來錯誤。用于精確確定BP壓力的傳感器可以包括用于泡核化形成氣泡的裝置。氣泡的泡核化形成可以是機械地(如通過葉輪機)、聲學(xué)地(如使用超聲波致動器)和/或熱能地(如使用內(nèi)嵌的加熱器)。當(dāng)測量DP壓力時泡核化壁壘可能是最小的，但熱泡核化仍然可以提供一種更容易測量的轉(zhuǎn)變。盡管熱泡核化能夠確定BP和/或DP，但一些熱泡核化可以在不低于它們的熱力學(xué)飽和壓力下生成短期的氣泡。氣泡的出現(xiàn)可能不代表BP，相反，BP可以由泡核化形成的長期穩(wěn)定的這種氣泡代表。
[0037]在一些示例中，為了熱泡核化形成氣泡，可以使用電阻加熱技術(shù)和/或器械。為了局部加熱流體樣品，可以使用一個或多個具有相對大的橫截面的電線來把電流傳遞至細(xì)的電線。由于電線明顯較小的橫截面，電流密度顯著增加，相應(yīng)的結(jié)果是細(xì)的電線快速加熱。當(dāng)電流脈沖流經(jīng)該系統(tǒng)和/或電線時，小橫截面電線局部被加熱，轉(zhuǎn)而局部增大流體樣品的溫度，并能夠在流體樣品中泡核化形成一個或多個氣泡。溫度的局部增大取決于電線的橫截面面積、電流脈沖的持續(xù)時間和/或幅度(即電流脈沖提供的能量大小)和/或電線的電阻率以及電線浸入的流體的導(dǎo)熱率?？梢允褂酶〉碾娋€來產(chǎn)生局部加熱脈沖，因為通過使用這種電線，達(dá)到給定溫度需要的總能量更小，加熱效果可能更局部，系統(tǒng)可能更快回到環(huán)境溫度。因為BP的確定是基于一旦泡核化后的氣泡的穩(wěn)定性，該系統(tǒng)可以快速回到環(huán)境溫度，來使得可以測量環(huán)境溫度BP。使用在此公開的示例，熱泡核化樣品可以基本上不增加盛納樣品的單元的溫度。在一些示例中，該單元的溫度可以沒有增加超過大約0.1°C。
[0038]用于在浸沒于流體中的電線附近泡核化形成氣泡的能量(熱量)隨著電線直徑單調(diào)地降低。使用非常細(xì)的電線可以使得用于在電線附近泡核化形成氣泡的能量(熱量)最小化。通過最小化泡核化期間使用的總熱量，減少了系統(tǒng)回到環(huán)境溫度的時間。減少總熱量可以減少泡核化形成的氣泡的總體積。當(dāng)氣泡體積減少，氣泡分解的時間減少。因此，生成更小體積的氣泡減少了氣泡再溶解的時間。前述的效果減少了用來確定壓力高于或低于起泡點所花費的時間。
[0039]在一些示例中，電線可以從導(dǎo)電銷懸掛，和/或附連到絕緣支架，和焊接和/或聯(lián)接至其上?？梢允褂貌煌碾娋€構(gòu)造來泡核化形成氣泡。電線可以是一股短的相對較細(xì)的圓柱形金屬絲。電線可以是鎳鉻合金(如鎳鉻合金)，具有25um直徑的焊接、激光焊接、微弧焊接或以其它方式連接至鉛的鎳或鉬金屬絲。電線可以是直接粘結(jié)至陶瓷電路板的鋁金屬絲。在其它示例中，可以使用電阻溫度檢測器(RTD)。該RTD可以是在基體(如，陶瓷基體)上直接構(gòu)圖的鉬電極。
[0040]在一些示例中，上述討論的電線可以用作局部溫度探針，這通過測量該區(qū)域的電阻并將該測量電阻與已知的電阻溫度關(guān)系進行關(guān)聯(lián)(如，在電阻溫度檢測器(RTD)中進行的那樣)進行。RTD可以使得該溫度能夠被主動地控制，以大體確?？梢赃_(dá)到對于泡核化形成氣泡來說足夠高的溫度而沒有蒸發(fā)和/或損傷電阻元件的風(fēng)險。但是，熱泡核化可以使用受控加熱脈沖代替RTD實現(xiàn)。
[0041]可以對流體樣品實施實驗，以確定BP壓力和/或DP。一種可以稱為恒定組分膨脹(constant composit1n expans1n, CCE)的這樣的方法用于膨脹固定量的流體的容器體積。所述實驗的一些可以使用靜態(tài)壓力步驟方法和/或受控膨脹方法來實施。對于靜態(tài)壓力步驟方法，該壓力可設(shè)置在給定的壓力下，并可實施泡核化和/或檢測測量。該壓力可以在各個步驟(如離散和/或預(yù)定的步驟)不同(如減小)，并且泡核化和/或檢測測量可以實施直到到達(dá)飽和壓力。該靜態(tài)壓力步驟方法可以最小化和/或移除與泡核化和檢測之間的時間延遲相關(guān)的不確定性。對于靜態(tài)壓力步驟方法，可以協(xié)調(diào)降壓和泡核化和/或檢測。
[0042]對于受控膨脹方法，流體樣品的壓力可以是在周期性地引起氣泡泡核化時通過膨脹流體樣品大體均勻減小。受控膨脹方法的靈敏度可以取決于泡核化周期、泡核化和檢測之間的任何延遲和/或延時、和/或流體樣品的解壓速率。根據(jù)膨脹的方法，可能存在與測量相關(guān)的流動。
[0043]對于受控膨脹方法，流經(jīng)示例測量裝置的流體流動可能取決于光譜學(xué)單元相對于膨脹活塞的位置。如果需要大的流動，光譜學(xué)單元可以與活塞鄰近和/或鄰接。最大流動速率可以通過活塞的總運動來設(shè)置。對于具有專用閥和膨脹系統(tǒng)的孤立系統(tǒng)來說，最大流動速率可以相對較小。對于相對較大的系統(tǒng)，例如那些用于反向低沖擊采樣中的系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)和活塞的相對位置，最大流動速率可以相對較大。
[0044]使用在此公開的示例，通過使已知壓力的氣體(如二氧化碳或十六烷)接觸液相(如十六烷)可以調(diào)配出具有已知起泡點的兩相混合物。為確定起泡點，在調(diào)節(jié)壓力下通過混合充分均衡的時間后，液體飽含氣體。通過提取飽和液相的一部分，可以獲取具有已知起泡點的樣品。然后提取樣品可以用于實驗測量。
[0045]對于低壓下的實驗，在此公開的示例可以使用透明管來實施，透明管中定位和/或插有25um鎳鉻合金電線。該透明管可以由任何合適的材料制成，如藍(lán)寶石。該電線可以通過焊接或其它方式連接至銷。該銷可以通過焊接或其它方式連接至較粗的電線，該電線連接至電源。該電線可具有任何合適的電阻，例如I歐姆。為密封管的端部，該電線和管可以被封裝和/或用環(huán)氧樹脂連接到有倒鉤的安裝體。在一些示例中，安裝體可以被包括在管的另一端部，且該系統(tǒng)可以連接至壓力測量儀、注射泵(如高壓注射器)上的注射器以及多個閥。該閥可以用于隔離樣品體積。在一示例中，可以使用與50psi的二氧化碳均衡的十六烷流體樣品。為加熱樣品并在其中泡核化形成氣泡，具有l(wèi)OOns-lOOms的持續(xù)時間的電流脈沖可以流經(jīng)電線。
[0046]可以使用與樣品腔室流體連通和/或流體耦合的注射器和/或活塞，以控制樣品的壓力。在大約40psi下，每個泡核化形成的氣泡生長并聚集在單元的高點附近，在該處可以觀察到氣窩。當(dāng)壓力大約60psi時，泡核化形成的氣泡可以形成并快速消失，在單元中看不見氣體。
[0047]在一些示例中，可以使用具有陶瓷饋通件的高壓單元，以實施在此公開的示例。在一些示例中，電線可以被結(jié)合或其它方式連接至結(jié)合墊。該電線可以具有任何合適的直徑，如25um，并可以由任何合適材料制成，如鋁、鉬、金、鎳鉻合金。例如，饋通件和電線結(jié)合部的總電阻可以是0.1、0.5、1或5歐姆。高壓單元可以包括主流路和兩個相對布置的高壓藍(lán)寶石窗。該流路可以具有任何合適的直徑，如0.25,0.55、1、2.5或5mm。該電線可以鄰近兩個藍(lán)寶石窗之間的流動路徑和/或緊鄰該流動路徑之下。該電線結(jié)合部可以布置在光學(xué)單元的底部，以使得產(chǎn)生的氣泡能夠向上行進并進入光學(xué)路徑。
[0048]一些示例實驗使用十六烷和甲烷的雙成分混合物來實施，該混合物在室溫下具有大約2260psi的室溫飽和壓力。該樣品在常規(guī)樣品瓶(CSB)中通過將2260psi的甲烷與十六烷接觸而被準(zhǔn)備。該十六烷被允許與甲烷均衡，直到飽含甲烷。在十六烷飽含甲烷后，飽和流體被取樣至盛放飽和液體的第二 CSB中。僅裝載均衡樣品的液體部分使得第二 CSB能夠在不改變飽和壓力的情況下加壓。飽和液體從CSB流經(jīng)流體路徑至用于收集廢液的第三CSB。流體路徑可以包括壓力測量儀、閥、高壓活塞和/或高壓單元。樣品和廢液CSB兩者都維持在飽和壓力(2260psi)之上的壓力下，以確保飽和液體保持在單一相下。一旦足夠多的流體流經(jīng)高壓單元，高壓單元、高壓活塞和/或壓力測量儀可以通過關(guān)閉閥而與樣品和廢液CSB隔離。在一些示例中，樣品壓力通過使用高壓活塞調(diào)整樣品體積而被控制。
[0049]在一些實驗中，在高壓單元中通過對流體樣品緩慢降壓來進行測量。最初，流體樣品加壓至3000psi，然后壓力以大約Ipsi/秒的速度緩慢降低至2000psi。降壓期間，在加熱器和/或電線上施加大約1Ηζ、10安培的30微秒脈沖。當(dāng)壓力微高于飽和壓力時，加熱脈沖生成小氣泡，產(chǎn)生小的但可檢測的光學(xué)傳輸降低，這表明流體和/或光學(xué)傳輸率的降低。這些氣泡是暫時的，并觀察到它們基本短于一秒內(nèi)就收縮掉。當(dāng)壓力進一步減小時，在大約2260±10psi時，觀察氣泡在泡核化形成后生長，這使光學(xué)傳輸顯著減小。當(dāng)沒有熱泡核化時，氣泡僅僅在顯著較低的壓力下被觀察到形成。測量的飽和壓力在有熱泡核化時一般會比沒有熱泡核化時更高，這表明存在形成氣泡的泡核化壁壘。當(dāng)溫度降低遠(yuǎn)離臨界溫度時，泡核化壁魚一般更大。大的泡核化壁魚表示黑油，而小的泡核化壁魚與近臨界流體或冷凝物是一致的。
[0050]附加的測量和/或通過單元的光學(xué)傳輸(通過光傳輸強度測量，有時表示為光學(xué)強度)可以被用于將氣泡形成與冷凝區(qū)分開。在一些示例中，在此使用的術(shù)語“光學(xué)”包括擴展超過可見范圍的電磁輻射(如可見光)的波長，例如，包括但不限于稱為近紅外的區(qū)域。對于冷凝物，觀察的光學(xué)傳輸可以對解壓速度具有強的依賴性。在不同壓縮速度下重復(fù)測量并且觀察光學(xué)傳輸?shù)纳疃?，可以用于將氣泡形成與冷凝區(qū)分和/或區(qū)別開。在一些示例中，可以基于樣品的密度、樣品的粘度、在飽和壓力下解壓速度與光學(xué)傳輸降低的關(guān)系或在飽和壓力下壓縮率的改變來區(qū)分冷凝和氣泡。
[0051]在此公開的示例使得能夠測量AOP轉(zhuǎn)變。該AOP轉(zhuǎn)變可以通過光學(xué)傳輸在達(dá)到起泡點之前的減小而被檢測。
[0052]在一些示例中，可以使用泡核化單元以實施在此公開的示例。泡核化單元可以包括光學(xué)單元，該光學(xué)單元具有包括兩個窗或透鏡(如球面藍(lán)寶石透鏡、球透鏡)的流路。該球透鏡使得光線能夠聚焦在單個纖維上，并可以位于或不位于平窗的后面。該球透鏡使得光學(xué)傳輸增加，這可以使得能夠測量更大動態(tài)范圍。
[0053]為能夠識別BP、DP和/或AOP的第一開始值，在一些示例中，聚焦透鏡與單個小纖維的“針孔效應(yīng)”耦合，以收集光線。該“針孔效應(yīng)”可以有助于提高光學(xué)傳輸測量的靈敏度。該透鏡可以位于壓力窗(例如，平的壓力窗)之后，或透鏡可以直接浸沒在流體中。該流路可以具有任何合適的長度，如0.5、0.75、1或2毫米(mm)。該光學(xué)路徑可以對流體界面的出現(xiàn)是高度敏感的，例如那些與BP下在流體中生成的氣泡或在DP下在氣體中生成的液滴相關(guān)的流體界面。
[0054]為熱攪動流體以克服泡核化壁壘，電線可以與流動路徑正交地安裝在光學(xué)單元中。在一些示例中，電線可以是80%鎳和20%鉻(如，鎳鉻合金80)且直徑大約為25um，或電線可以是鉬并直徑大約為25um。但是，可以代替使用由任何合適材料制成且具有任何合適的直徑和/或橫截面的電線。在其它示例中，泡核化電線可以位于光譜學(xué)單元內(nèi)(如微流體光譜學(xué)單元)，其中，光學(xué)路徑與流動路徑相互垂直。通過使用相對較細(xì)的泡核化電線，該光譜學(xué)單元可以對泡核化和/或?qū)馀輳乃鼈兊纳砷_始的生長敏感，直到該流體流動將氣泡移動和/或傳送離開光學(xué)路徑。
[0055]通過使用快速加熱脈沖將流體的穩(wěn)定構(gòu)造暫時擾亂發(fā)生泡核化。熱量會快速消散，這使得系統(tǒng)能夠在泡核化形成的氣泡溶解在周圍流體之前回到環(huán)境溫度。
[0056]在一些示例中，在降壓階段期間監(jiān)測通過泡核化單元的光學(xué)傳輸。當(dāng)通過流體樣品的光學(xué)傳輸明顯降低時，可容易檢測到該起泡點。在一些示例中，當(dāng)使用熱泡核化時，光學(xué)傳輸在大約3940psi處突然減小。但是，當(dāng)沒使用熱泡核化時，光學(xué)傳輸在大約3800psi處突然減小。熱泡核化使得泡核化壁壘能夠被克服，并因此能夠生成氣泡。通過熱泡核化在熱力學(xué)起泡點處生成的氣泡的數(shù)量是足夠少的，因此它們的效應(yīng)可能僅在泡核化單元中能被檢測。但是，如果系統(tǒng)進一步降壓而熱泡核化沒有導(dǎo)致系統(tǒng)過飽和，氣泡的泡核化形成可在低于真實熱力學(xué)起泡點的壓力下遍布測量系統(tǒng)自然發(fā)生。熱泡核化使得這種較低壓力能夠不會錯誤地和/或疏忽地識別為真實的熱力學(xué)起泡點。
[0057]在此公開的示例可監(jiān)測和/或觀察光學(xué)傳輸恢復(fù)來區(qū)分起泡點和氣泡的泡核化形成。代表流體樣品處于起泡點之上的表示與急速的光學(xué)傳輸減小有關(guān)，其后跟隨有相對較快的表示氣泡產(chǎn)生和分解的光學(xué)傳輸恢復(fù)。未有恢復(fù)的急速的光學(xué)傳輸減小可能與表示穩(wěn)定氣泡形成的樣品處于或低于起泡點壓力下的情況相關(guān)。
[0058]在此公開的示例使得熱量能夠應(yīng)用至非常小體積的流體并大體上同時監(jiān)測被引導(dǎo)通過氣泡的光束的光學(xué)強度，而并不明顯增加至流體的死體積和達(dá)到相對較高的壓力等級。
[0059]在此公開的示例中的一個可以包括位于高壓殼體內(nèi)的電銷，在殼體內(nèi)布置有流體樣品(如，死體積)。為測量和/或監(jiān)測流體樣品和使得光線能夠通過殼體，聚焦光學(xué)器件和/或兩個球透鏡(例如藍(lán)寶石窗)可以通過壓蓋(例如纖維球保持器)固定。在一些示例中，聚焦光學(xué)器件浸沒在流路中，和/或使用單個纖維作為“針孔光圈”進行耦合，以增強BP、DP和AOP測量。該殼體可以使用相對較小的O形環(huán)來密封。該電銷可以通過兩個固定的半圓筒形的陽極氧化、絕緣的鋁來固定。該電線可以焊接至該銷。該流體路徑可以大體上和/或大部分由通過壓力殼體塊體的通道來限定。用于實施在此公開的示例的窗可以具有任何合適形狀，并可以為或可以不為對稱的(如球?qū)ΨQ)。
[0060]在此公開的一些示例中，示例的饋通件裝置可以限定出流體路徑。該電壓力饋通件可以由聚醚乙醚酮(PEEK)制成并包括兩個金屬電銷。在電銷之間的電線可以布置成與通道正交。在該示例中，該通道和該殼體(如金屬殼體)限定出流體路徑。該示例還包括藍(lán)寶石球透鏡。該電壓力饋通件可以通過玻璃密封和絕緣的銷形成。電壓力饋通件可以包括由O形環(huán)密封且由壓蓋支撐的電銷。
[0061]在此公開的一些示例中，藍(lán)寶石窗可以限定出流體路徑。在這些示例中，該窗可以每個都包括凹槽，當(dāng)在示例壓力殼體中布置成彼此鄰近時，該凹槽可以限定出流體路徑。該電線可以布置成與流體路徑正交。在一些示例中，可以將涂層(如金屬涂層)布置在關(guān)心的區(qū)域的周圍用以阻擋光線。
[0062]在一些示例中，金屬跡線和/或電線可沉積在非導(dǎo)電基體上。相對于任何實際的單獨的電線，沉積跡線可以具有非常小的橫截面，因此使得具有更大的電阻和/或更敏感于加熱和/或檢測。在非導(dǎo)電基體上沉積的跡線，也可以使得電阻路徑能夠精細(xì)地受控，并提供了相對簡單的四探針結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)方式，以進行溫度反饋控制。在一些實施例中，為保護沉積的金屬跡線以免受周圍流體，該跡線可被封裝和/或覆蓋有保護材料。電阻性電線和/或基體可以被隔離，以降低總熱質(zhì)量和/或以產(chǎn)生相對較快的熱響應(yīng)。
[0063]一旦被泡核化，流體樣品中氣泡的特征可被觀察和/或詢問。例如，光學(xué)散射是一種可以用來實施在此公開的示例的方法。光學(xué)散射對液體-蒸汽界面是高度靈敏的，并能夠檢測液體中小的和/或微量氣體和/或氣體中小的和/或微量的液滴。附加地或可選地，還可以使用介電對比測量、聲學(xué)可壓縮性對比測量、光學(xué)傳輸率測量、熱導(dǎo)率測量和/或聲阻抗測量來實施在此公開的示例。
[0064]如果使用光學(xué)檢測來實施在此公開的示例，根據(jù)流路的大小和/或采用的泡核化方法，有多個可能構(gòu)造能夠用于確定井下BP。一旦被泡核化，氣泡可能不保持在加熱器電極的附近。因此，光學(xué)檢測裝置可以連接至該器械，以使得能夠檢測泡核化形成的氣泡。
[0065]在一些示例中，在流路中產(chǎn)生氣泡陷阱，以使得能夠檢測泡核化形成的氣泡。這種流路可以使得液體能夠流過，但氣泡陷阱捕獲和/或收集一個或多個形成的氣泡。該氣泡陷阱可以被光學(xué)詢問，以確定氣泡的出現(xiàn)和/或生長。如果已知重力方向(例如，基于井下工具內(nèi)的器械的期望位置)，該陷阱可以包括相對于重力處于頂點的蓄存器(例如，該蓄存器位于陷阱的頂部，使得氣泡能夠上升并捕獲在其中)。如果具有足夠的流體流動，陷阱能夠通過在流路中產(chǎn)生相對較寬的區(qū)域來產(chǎn)生，在該處由于浮力和/或表面張力氣泡被捕獲。泡核化電極可以與氣泡陷阱區(qū)域相一致，以增加氣泡被捕獲的可能性。上文描述的氣泡陷阱可以用在較大流路中，在該流路中氣泡往往明顯小于總腔室直徑。附加地或可選地，上文提及的氣泡陷阱可以用在微流體和/或毫流體裝置中。
[0066]在一些示例中，如果已知方向和大小的流體流動(例如，一致的流動)能夠被施加在氣泡上，氣泡可以在流動路徑的相繼部分處被詢問、觀察和/或分析，以確定氣泡隨時間的相對尺寸。這種詢問方法可以對整個流路區(qū)域是敏感的，和/或可以依賴于足夠大以發(fā)生活塞流的氣泡。這種詢問方法能夠在寬范圍的流路尺寸(如，長度)上使用。
[0067]對于干凈的油，氣泡可以使用多孔過濾板來捕獲。該過濾板使得液體能夠自由流動通過，但是表面張力阻止氣泡通過該過濾板。流體樣品可以在泡核化后被過壓以再溶解氣泡并在完成分析后從過濾板中移除它們。
[0068]為了測量BP壓力，可以控制流體壓力。固定體積的地層流體可以使用活塞或者其它使得樣品腔室和/或瓶的總?cè)莘e能夠改變的機械器械來進行隔離。
[0069]在一些示例中，大多數(shù)和/或所有示例壓力控制器械被包括在示例測量裝置內(nèi)。壓力控制器械和/或示例測量裝置可以包括兩個或多個流體控制裝置和/或用于隔離流體樣品的閥、可移動以調(diào)整閥與壓力測量儀之間的總體積的動力活塞。這種自立器械和/或系統(tǒng)使得流體樣品的壓力能夠受控，并且最小化樣品的總體積。
[0070]在此公開的示例可以使用反向低沖擊采樣(RLSS)技術(shù)來實施。使用RLSS，液壓流體可以用來在樣品腔室和/或瓶中移動活塞。活塞的移動從流路(如，主流路)中吸取和/或排出流體樣品。一旦獲得后，閥可以在樣品瓶和/或流路中隔離流體樣品，之后樣品的壓力能夠被改變和/或控制。壓力控制的靈敏度可以取決于流體樣品的壓縮性、流路的體積、和/或活塞(如，液壓活塞)的總沖程。
[0071]圖1描述了示例電纜工具151，其可以成為在其中實施本公開的多個方面的環(huán)境。示例電纜工具151在井眼152中從多芯電纜154的底端處懸掛，該多芯電纜154在地面纏繞在絞盤(未示出)上。在地面，電纜154通信地聯(lián)接到電子和處理系統(tǒng)156。示例的電纜工具151包括細(xì)長體158，該細(xì)長體158包括具有可選擇性伸出的探針組件166和可選擇性伸出的工具錨定構(gòu)件168的地層測試器164，該可選擇性伸出的探針組件166和可選擇性伸出的工具錨定構(gòu)件168布置在細(xì)長體158的相反側(cè)上。電纜工具151中還可以包括附加部件(如，160)。
[0072]可伸出的探針組件166可以配置為選擇性地密封或隔離井眼152的井壁的所選部分，用以流體地耦合到鄰近的地層F，和/或從地層F吸取流體樣品。因此，可伸出的探針組件166可以具有包括嵌入板的探針。地層流體可以通過端口(未示出)排出，或它可以被送到一個或多個流體收集腔室176和178。例如，示例電纜工具151還包括示例器械180，該示例器械180可以用于在井下確定地層流體的起泡點壓力和/或結(jié)露點。如在下文中更加詳細(xì)描述的，器械180可包括光學(xué)路徑、一個或多個傳感器(如，光學(xué)傳感器、光譜儀等)、壓力控制器械和一個或多個加熱器，該加熱器可以用于在流體樣品中進行熱泡核化形成氣泡，并且觀察氣泡的特征以確定流體的起泡點壓力和/或結(jié)露點。在說明的示例中，電子和處理系統(tǒng)156和/或井下控制系統(tǒng)配置為控制可伸出的探針組件166、器械180和/或從地層F中吸取流體樣品。
[0073]圖2說明了井場系統(tǒng)，其中，可以使用在此描述的示例。井場可以在陸上或在海上。在這個示例系統(tǒng)中，井眼11通過熟知方式的旋轉(zhuǎn)鉆井而形成在地下地層中。但是，如將在下文中描述的，在此描述的示例還可以使用定向鉆井。
[0074]鉆柱12懸掛在井眼11內(nèi)，并且包括底部鉆具組件100，該底部鉆具組件100在其下端具有鉆頭105。地面系統(tǒng)包括位于井眼11上方的平臺和鉆塔組件10。組件10包括轉(zhuǎn)盤16、方鉆桿17、鉤子18和轉(zhuǎn)環(huán)19。鉆柱12通過轉(zhuǎn)盤16旋轉(zhuǎn)且該轉(zhuǎn)盤通過未示出的裝置提供動力，該轉(zhuǎn)盤16在鉆柱12的上端處接合方鉆桿17。鉆柱12通過方鉆桿17和轉(zhuǎn)環(huán)19從鉤子18處懸掛，該鉤子附連到游動滑車(也未示出)，該轉(zhuǎn)環(huán)19允許鉆柱12相對于鉤子18旋轉(zhuǎn)。如熟知的，可選地還可以使用頂部驅(qū)動系統(tǒng)。
[0075]在這個示例中，地面系統(tǒng)進一步包括存儲在形成于井場處的池27中的鉆井流體或泥漿26。泵29通過轉(zhuǎn)壞19中的端口將鉆井流體26輸送到鉆柱12的內(nèi)部，從而使鉆井流體26如方向箭頭8所示地向下流動通過鉆柱12。鉆井流體26通過鉆頭105中的端口離開鉆柱12，然后如方向箭頭9所示向上循環(huán)通過鉆柱12的外部與井眼11的井壁之間的環(huán)狀區(qū)域。通過這種方式，鉆井流體26潤滑鉆頭105且當(dāng)其返回到池27用于再循環(huán)時將地層鉆屑向上攜帶到地面。
[0076]井底鉆具組件100包括隨鉆測井(LWD)模塊120、隨鉆測量(MWD)模塊130、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)和馬達(dá)150、以及鉆頭105。
[0077]LffD模塊120容納在本領(lǐng)域中已知的特殊類型的鉆鋌中，且可以包括一個或多個已知類型的測井工具。還將理解的是，可以使用例如由附圖標(biāo)記120A表示的多于一個的LffD和/或MWD模塊。(始終地，在120位置處的模塊的參考還可以可替換地意味著在120A的位置處的模塊)。LWD模塊具有用于測量、處理以及存儲信息以及用于與地面設(shè)備通信的能力。在這個實例中，LffD模塊120包括流體采樣裝置。
[0078]MWD模塊130還容納在本領(lǐng)域中已知的特殊類型的鉆鋌中，且可以包括用于測量鉆柱和鉆頭的特征的一個或多個裝置。MWD工具進一步包括用于為井下系統(tǒng)產(chǎn)生電力的器械(未示出)。該器械可以包括由鉆井流體26的流動所激勵的泥漿渦輪發(fā)電機。但是，可以使用其它的電力和/或電池系統(tǒng)。在這個示例中，MWD模塊130包括一個或多個如下類型的測量裝置:鉆壓測量裝置、扭矩測量裝置、振動測量裝置、沖擊測量裝置、粘滑測量裝置、方向測量裝置、以及傾角測量裝置。
[0079]圖3是美國專利7，114，562中描述類型的采樣隨鉆測井裝置的簡化圖，該裝置作為LWD模塊120或者LWD工具套件120A的一部分，該專利在此以參考的形式引用。LWD模塊120具有探針6，其用于與地層F建立流體連通且將流體21吸入工具中，如箭頭所示。探針6可布置在LWD模塊120的穩(wěn)定器刀片23中，且從穩(wěn)定器刀片23延伸以接合井眼壁24。穩(wěn)定器刀片23包括與井眼壁24接觸的一個或多個刀片?？蓽y量使用探針6吸取到井下工具的流體，例如，以確定預(yù)測試和/或壓力參數(shù)。此外，LffD模塊120可以具有例如樣品腔室的裝置，用于收集流體樣品而用于在地面處回收。還可以提供備用活塞81來協(xié)助施加力以推動鉆井工具和/或探針倚靠井眼壁24。
[0080]圖4-6描述了能夠用于實施在此公開的示例的示例器械和/或單元400。示例器械400包括加熱器塊體或高壓殼體402，其限定出第一通道或孔眼404、第二通道或孔眼406以及第三通道或孔眼408 (圖5)。通道404-408鄰近可以大體上由加熱器塊體402限定出的流動路徑和/或樣品和/或光學(xué)或檢測腔室410而相交。第一通道404接收和/或部分容納加熱器組件412，第二通道406接收和/或部分容納傳感器組件414，第三通道408是通向流動路徑410的流體入口和/或出口，在該處將分析流體樣品。
[0081]在這個示例中，加熱器組件412包括第一和第二相對的部分416和418。每一個部分416和418包括加熱器銷保持器或保持器420和圍繞相應(yīng)的保持器420的陶瓷環(huán)421。保持器420可以是半圓筒的、陽極氧化的、絕緣的鋁。加熱器組件412還包括加熱器或電銷422，其延伸通過保持器420，且電線424聯(lián)接到該加熱器或電銷422。電線424在加熱器銷422之間延伸。O形環(huán)428圍繞加熱器銷422，以大體上確保將流體樣品保留在流動路徑410中。
[0082]在這個示例中，傳感器組件414包括第一和第二部分430和432。第一和第二部分430和432均包括由O形環(huán)434圍繞著的透鏡和/或藍(lán)寶石球433。部分430還包括第一壓蓋或保持器(如，光電二極管球保持器)436，其相對于流動路徑410固定透鏡433和/或O形環(huán)434。第一保持器436聯(lián)接到和/或接收第二保持器(如，光電二極管保持器)437，該第二保持器437用于相對于流動路徑410來接收和/或保持傳感器和/或光電二極管。第二部分432包括第三壓蓋或保持器(如，透鏡和/或纖維保持器)438，該第三壓蓋或保持器438相對于流動路徑410來固定其相應(yīng)的透鏡433、0形環(huán)434和/或光學(xué)纖維。第三保持器438聯(lián)接到和/或接收第四保持器(如，纖維保持器)440，該第四保持器440用于相對于流動路徑410來接收和/或保持光學(xué)纖維。
[0083]操作中，將流體樣品通過第三通道408引導(dǎo)到流動路徑410中，且通過閥(未示出)將該流體樣品保留和/或隔離在其中。電流通過電線424以在流體中熱泡核化形成氣泡，使得能夠使用傳感器(未示出)在透鏡433之間的光學(xué)路徑442中檢測該氣泡。根據(jù)氣泡的特征，可以確定是否已經(jīng)達(dá)到了起泡點。如果基于泡核化形成的氣泡的特征確定還沒有達(dá)到起泡點，可以降低流動路徑410中的流體樣品的壓力。隨著樣品中熱泡核化形成氣泡，壓力的這種降低可以逐步漸次地執(zhí)行和/或連續(xù)地執(zhí)行。
[0084]圖7-10描述了能夠用于實施在此公開的示例的示例器械和/或單元700。示例器械700包括加熱器塊體或高壓殼體702，其限定出第一通道或孔眼704、第二通道或孔眼706，第三通道或孔眼708以及第四通道或孔眼710(圖8)。通道704-710中的一個或多個鄰近流動路徑和/或樣品和/或光學(xué)或檢測腔室712而相交。第一通道704接收和/或部分容納加熱器組件714，第二通道706接收和/或部分容納傳感器組件716。傳感器組件716至少部分限定出流動路徑712。第三通道708是通向流動路徑712的流體入口和/或出口，在該處將分析流體樣品，且第四通道710可以流體地耦合到壓力控制器以控制流動路徑712內(nèi)的流體樣品的壓力。
[0085]在這個示例中，加熱器組件714包括保持器718和多個加熱器或電銷720 (圖9)，該加熱器或電銷720延伸通過保持器718且電線721聯(lián)接到該加熱器或電銷720 (圖9)。電線721在加熱器銷720之間延伸且布置為與流動路徑712正交。O形環(huán)722圍繞加熱器銷720，以大體上確保將流體樣品保持在流動路徑712內(nèi)。加熱器組件714相對較大且適合地至少部分接合在殼體702內(nèi)。在這個示例中，加熱器組件714限定出具有相對較小容積的流動路徑712。因此，加熱器組件714和殼體702(這兩者可以都是相對較大的部件)可以采用高公差制造且限定出相對較小的凹槽(如，流動路徑712)以產(chǎn)生具有非常小容積的微流體通道。
[0086]在這個示例中，傳感器組件716包括第一和第二部分724和726。第一和第二部分724和726均包括由O形環(huán)730圍繞的透鏡728。部分724還包括第一壓蓋或保持器(如，光電二極管球保持器)732，其相對于流動路徑712固定透鏡728和/或O形環(huán)730。第一保持器732聯(lián)接到和/或接收第二保持器(如，光電二極管保持器)734，該第二保持器734用于相對于流動路徑712來接收和/或保持傳感器和/或光電二極管(未示出)。第二部分726包括第三壓蓋或保持器(如，透鏡和/或纖維保持器)736，該第三壓蓋或保持器736相對于流動路徑712來固定透鏡728、0形環(huán)434和/或光學(xué)纖維。第三保持器736聯(lián)接到和/或接收第四保持器(如，纖維保持器)738,該第四保持器738用于相對于流動路徑712來接收和/或保持光學(xué)纖維。
[0087]操作中，將流體樣品通過第三通道708引導(dǎo)到流動路徑712中，且通過閥(未示出)將該流體樣品保留和/或隔離在其中。電流通過電線721以在流體中熱泡核化形成氣泡，能使用傳感器(未示出)在透鏡728之間的光學(xué)路徑740中檢測該氣泡。根據(jù)氣泡的特征(如，氣泡是穩(wěn)定的還是破裂)，可以確定是否已經(jīng)達(dá)到起泡點。如果基于泡核化形成的氣泡的特征確定還沒有達(dá)到起泡點，可以使用流體耦合到第四通道710的壓力控制器來降低流動路徑712中的流體樣品的壓力。隨著樣品中熱泡核化形成氣泡，壓力的這種降低可以逐步漸次地執(zhí)行和/或連續(xù)地執(zhí)行。
[0088]圖11-12描述了能夠用于實施在此公開的示例的示例器械和/或單元1100。示例器械1100包括加熱器塊體或高壓殼體1102，該加熱器塊體或高壓殼體1102包括聯(lián)接到第二部分1106的第一部分1104。在一些示例中，O形環(huán)1107布置在部分1104與1106之間的凹槽中。殼體1102限定出第一通道或孔眼1108、第二通道或孔眼1110以及第三通道或孔眼1112。通道1108-1112中的一個或多個鄰近流動路徑和/或樣品腔室1114而相交。第一通道1108接收和/或部分容納加熱器組件1116，第二通道1110接收和/或部分容納傳感器組件1118。傳感器組件1118至少部分限定出流動路徑1114。第三通道1112是通向流動路徑1114的流體入口和/或出口，在該處處將分析流體樣品。
[0089]在這個示例中，加熱器組件1116包括保持器1120和多個加熱器或電銷1122，所述多個加熱器或電銷1122延伸通過相應(yīng)的保持器1120和陶瓷珠1121，且電線1123聯(lián)接到該加熱器或電銷1122。電線1123在電銷1122之間延伸且與流動路徑1114正交。O形環(huán)1124圍繞加熱器銷1122以大體上確保將流體樣品保持在流動路徑1114內(nèi)。
[0090]在這個示例中，傳感器組件1118包括第一和第二部分1126和1128。第一和第二部分1126和1128均包括通過保持器1132相對于流動路徑1114固定的透鏡和/或藍(lán)寶石窗1130(圖13)。在一些示例中，窗1130至少部分限定出電線1123延伸通過的流動路徑1114和/或流動路徑1302。
[0091 ] 操作中，將流體樣品通過第三通道1112弓丨導(dǎo)到流動路徑1114中，且通過閥(未示出)將該流體樣品保留和/或隔離在其中。電流通過電線1123以在流體中熱泡核化形成氣泡，使得能夠使用傳感器(未示出)在窗1130之間的光學(xué)路徑1134中檢測該氣泡。根據(jù)氣泡的特征，可以確定是否已經(jīng)達(dá)到起泡點。如果基于泡核化形成的氣泡的特征確定壓力在起泡點壓力之上，可以降低流動路徑1114中的流體樣品的壓力。隨著樣品中熱泡核化形成氣泡，壓力的這種降低可以逐步漸次地執(zhí)行和/或連續(xù)地執(zhí)行。
[0092]圖14描述了能夠用于實施在此公開的示例的示例器械和/或單元1400。器械1400包括流動路徑和/或樣品和/或光學(xué)或檢測腔室1402、氣泡陷阱1404、加熱器1406以及通過透鏡1409的光學(xué)路徑1408。透鏡1409可以是能夠耦合起源于光學(xué)纖維的光線的球狀透鏡?？梢愿淖兺哥R1409的幾何形狀以使得起源于光學(xué)纖維的光線能夠耦合到與光學(xué)纖維具有不同幾何形狀的部件。操作中，流體被隔離在流動路徑1402和/或氣泡陷阱1404內(nèi)，且加熱器1406通過流過加熱器1406的電線1411的脈沖電流而在流體內(nèi)泡核化形成氣泡1410。根據(jù)是否已經(jīng)達(dá)到起泡點，可以使用傳感器在氣泡陷阱1404中的光學(xué)路徑1410中檢測氣泡1410。具體地講，如果本地壓力低于起泡點壓力，氣泡將生長且最終由光學(xué)器件檢測。如果本地壓力高于起泡點，氣泡將在泡核化形成之后收縮和消失。氣泡1410的浮力使得氣泡1410流動到氣泡陷阱1404中且大體上被捕獲在流動路徑1402之外的該氣泡陷阱1404中用以相對容易被檢測。
[0093]圖15描述了能夠用于實施在此公開的示例的示例器械1500。器械1500包括流動路徑和/或樣品和/或光學(xué)或檢測腔室1502以及包括多個銷1506的加熱器組件1504，其中，電線1508聯(lián)接在銷1506之間。銷1506可以在較低壓力下在器械1500中連接到饋通件(未示出)。操作中，加熱器組件1504在流動路徑1502中的流體內(nèi)通過流過電線1508的脈沖電流泡核化形成氣泡。如果已經(jīng)達(dá)到氣泡點，可以使用傳感器檢測到氣泡。
[0094]圖16描述了能夠用于實施在此公開的示例的示例器械1600。器械1600包括流動路徑和/或樣品和/或光學(xué)或檢測腔室1602以及包括多個銷1606的加熱器組件1604，其中，電線1608聯(lián)接在銷1606之間。電線1608可以布置成與流體路徑1602的縱向軸線大體上平行。銷1606可以連接到一個或多個饋通件(未示出)。此外，示例器械1600可以包括壓力控制器1610，以通過使用活塞1612來控制流動路徑1602內(nèi)的流體的壓力。操作中，加熱器組件1604在流動路徑1602中的流體中通過流過電線1608的脈沖電流泡核化形成氣泡。如果已經(jīng)達(dá)到氣泡點，可以使用傳感器檢測到氣泡?；谶_(dá)到或者沒有達(dá)到起泡點，壓力控制器1610可以改變(如，連續(xù)地或漸次地改變)流體的壓力。例如，隨著加熱器組件1604泡核化形成且傳感器在流體中檢測到氣泡，可以降低流體的壓力。如果達(dá)到起泡點，壓力控制器1610可以對流體再增壓。
[0095]圖17描述了能夠用于實施在此公開的示例的示例加熱器1700。加熱器1700包括非導(dǎo)電基體1702，該基體1702可以相對較薄且在其上可以沉積導(dǎo)電路徑和/或金屬1704。加熱器1700使得能夠獲得四探針測量和/或耦合。操作中，加熱器1700至少部分地布置在流動路徑和/或流體和/或包含流體樣品的光學(xué)或檢測腔室中。為了在流體中泡核化形成氣泡，電流行進通過導(dǎo)電路徑1704。
[0096]圖18描述了能夠用于實施在此公開的示例的示例器械和/或單元1800。器械1800包括流動路徑和/或流體和/或光學(xué)或檢測腔室1802以及包括多個銷1806的加熱器組件1804，其中，電線1808聯(lián)接在銷1806之間。銷1806可以連接到一個或多個饋通件(未示出)。操作中，加熱器組件1804在流動路徑1802中的流體中通過流過電線1808的脈沖電流泡核化形成氣泡1810。氣泡1810被流體流傳送經(jīng)過透鏡1815之間的一個或多個光學(xué)窗和/或路徑1812和1814，可以使用一個或多個傳感器在此處檢測該氣泡1810。如果氣泡1810在泡核化形成之后生長和/或當(dāng)它們與流體流一起行進時，則本地壓力低于BP壓力。如果氣泡1810在泡核化形成之后收縮和/或觀測不到和/或當(dāng)它們與流體流一起行進時，則本地壓力高于BP壓力。
[0097]圖19描述了能夠用于實施在此公開的示例的示例器械和/或單元1900。器械1900包括流動路徑和/或流體和/或光學(xué)或檢測腔室1902以及加熱器組件1904。操作中，加熱器組件1904在流動路徑1902中的流體中泡核化形成氣泡1906。氣泡1906在透鏡1910之間的光學(xué)路徑1908中泡核化形成和/或流動，可以使用一個或多個傳感器觀察此處氣泡1906隨著時間的特征。在一些示例中，可以關(guān)聯(lián)傳感器的光學(xué)強度和加熱器組件1904的電脈沖，以大體上從加熱中去除光學(xué)效應(yīng)。
[0098]圖20描述了能夠用于實施在此公開的示例的示例器械和/或單元2000。器械2000包括流動路徑和/或流體和/或光學(xué)或檢測腔室2002、加熱器組件2004以及過濾器和/或過濾板2006。操作中，加熱器組件2004在流動路徑2002中的流體中泡核化形成氣泡2008。氣泡2008在透鏡2012之間的光學(xué)路徑2010中泡核化形成和/或流動，可以使用一個或多個傳感器觀察此處氣泡1906隨著時間的特征。流體可以通過過濾板2006行進，但是氣泡2008不能克服表面張力阻止且被捕獲和/或不能通過過濾板2006，從而使得能夠檢測它們。
[0099]圖21描述了能夠用于實施在此公開的示例的示例器械和/或單元2100。器械2100包括流動路徑和/或流體和/或光學(xué)或檢測腔室2102、加熱器組件2104、纖維和/或光源2106和多個通道(如，光譜儀通道)、檢測器和/或傳感器2108-2112。操作中，加熱器組件2004在流動路徑2002中的流體中泡核化形成氣泡2114。
[0100]在一些示例中，反射通道2108用于檢測氣泡2114。可以將入射到棱鏡2118的底表面2116的光入射角設(shè)置為稍微大于臨界角的角度，以使得入射光線能夠在干流路條件下反射。操作中，氣泡2114由加熱器2104產(chǎn)生且變成附著到和/或鄰近表面2116，且由于可以在氣泡2114與棱鏡表面2116之間接觸的界面處產(chǎn)生大體上的干流路條件，入射光線反射到反射通道2108，且可以檢測到強信號。對于結(jié)露檢測可以使用熒光檢測技術(shù)。這種檢測器可以包括具有不同截止波長的相對較長波長通過濾波器的兩個熒光檢測通道。在表面2116上的結(jié)露沉淀的流體特征的改變可以使用熒光檢測技術(shù)進行檢測，因為來自流體的熒光的光譜形狀能夠使用來自這些通道的信號進行估計。通道2110和2112可以用于測量不同的頻率和/或波長范圍。
[0101]圖22描述了能夠用于實施在此公開的示例的示例器械和/或單元2200。器械2200類似于器械2100，但是包括替代性的示例加熱器組件2202 (圖23)，該加熱器組件2202使用沉積在棱鏡2118的表面2116上的金屬電阻來誘發(fā)氣泡泡核化形成和/或產(chǎn)生。
[0102]圖24描述了能夠用于實施在此公開的示例的示例器械和/或單元2400。器械2400包括流動路徑和/或流體和/或光學(xué)或檢測腔室2402、加熱器組件2404、纖維和/或光源2406、透鏡2408、濾波器2410以及多個通道(如，光譜儀通道)、檢測器和/或傳感器2412-2416。操作中，加熱器組件2404在流動路徑2402中的流體中泡核化形成氣泡2418。氣泡2418可以由散射通道2414中的信號強度的改變來進行檢測，且結(jié)露沉淀可以如上文描述地進行檢測。
[0103]圖25描述了能夠用于實施在此公開的示例的示例器械和/或單元2500。器械2500包括流動路徑和/或流體和/或光學(xué)或檢測腔室2502、加熱器組件2504、纖維和/或光源2506、透鏡2508以及通道、檢測器和/或傳感器2510。操作中，加熱器組件2504在流動路徑2502中的流體中泡核化形成氣泡2512。氣泡2512可以通過散射檢測器2510中的信號強度的改變來進行檢測。散射檢測器2510可以用于評估浙青質(zhì)微粒和/或氣泡尺寸。該尺寸可以由具有散射角度的散射光強度來識別，因為散射強度可以受到微粒和/或氣泡尺寸、微粒和周圍流體的折射率以及光源波長的支配。使用鄰近透鏡2508的加熱器2504可以產(chǎn)生和/或泡核化形成微粒和/或氣泡2512。氣泡2512可以由流體流傳送到一個區(qū)域，在該區(qū)域處可以使用光源2506照射氣泡。
[0104]圖26-29描述了與在此公開的示例相關(guān)的圖。參考圖26，在降壓階段期間，監(jiān)測通過泡核化單元的光學(xué)傳輸。在這個示例中，通過單元的光學(xué)傳輸由通過該單元導(dǎo)向的光的光學(xué)強度來表征。圖26-29的y軸與光學(xué)強度有關(guān)。當(dāng)通過流體樣品的光學(xué)傳輸明顯減小時，可容易地檢測到該起泡點。在一些示例中，當(dāng)使用熱泡核化時，光學(xué)傳輸在大約3940psi下突然減小。通過常規(guī)觀察單元中的測量結(jié)果核實了這個壓力為熱力學(xué)起泡點。但是，當(dāng)沒使用熱泡核化時，光學(xué)傳輸在大約3800psi下突然減小，有140psi的誤差。熱泡核化使得泡核化壁壘能夠被克服，并因此生成氣泡。通過熱泡核化在熱力學(xué)起泡點處生成的氣泡的數(shù)量是足夠少的，因此它們的效應(yīng)可能僅在泡核化單元中能被檢測。但是，如果系統(tǒng)進一步降壓而導(dǎo)致系統(tǒng)過飽和，則氣泡泡核化形成可能遍布測量系統(tǒng)自然發(fā)生。
[0105]參考圖27和28，在此公開的示例可監(jiān)測和/或觀察光學(xué)傳輸恢復(fù)，以區(qū)別起泡點之上壓力下的泡核化與在起泡點下或在起泡點之下壓力下的穩(wěn)定氣泡的產(chǎn)生。代表流體樣品處于起泡點之上的表不與急速的光學(xué)傳輸減小有關(guān)，其后跟隨有相對較快的表不氣泡產(chǎn)生和分解的光學(xué)傳輸恢復(fù)。未有恢復(fù)的急速的光學(xué)傳輸減小可能與表示穩(wěn)定氣泡產(chǎn)生的起泡點相關(guān)。圖29描述了在使用和未使用熱泡核化的情況下通過微流體光學(xué)散射技術(shù)獲得的結(jié)露檢測的圖。
[0106]圖30中示出了表示用于實施在此公開的示例的示例方法3000的流程圖。在這個示例中，方法3000包括用于由處理器執(zhí)行的程序，例如與下文參看圖31討論的示例計算機PlOO中示出的處理器P105。程序可以以存儲在實體計算機可讀媒介(如，CD-ROM、軟盤、硬盤驅(qū)動器、數(shù)字多功能盤(DVD)、藍(lán)光盤、或與處理器PlOO相關(guān)的存儲器)上的軟件實施，但是整個程序和/或其部分可以可選地由除處理器PlOO之外的裝置執(zhí)行，和/或以固件或?qū)Ｓ糜布嵤?。進一步地，盡管參考圖30中說明的流程圖描述了示例程序，但可以替換地使用實施在此公開的示例的很多其它方法。例如，可以改變框的執(zhí)行順序，和/或可以改變、去除、或組合描述的一些框。
[0107]如上文提及的，圖30的示例操作可以使用編碼指令(如，計算機可讀指令)來實施，該編碼指令存儲在實體計算機可讀介質(zhì)中，如，硬盤驅(qū)動器、閃存、只讀存儲器(ROM)、光盤(CD)、數(shù)字多功能盤(DVD)、緩存、隨機存取存儲器(RAM)和/或在其中信息存儲任意時間(如，延長時期，永久地，簡要實例，用于臨時緩沖、和/或用于信息的緩存)的任何其它存儲介質(zhì)。如在此所使用的，術(shù)語實體計算機可讀媒介被清晰地定義為包括任何類型的計算機可讀存儲器且排除傳播信號。
[0108]參考圖30，部分布置在檢測腔室 410、712、1502、1602、1802、1902、2002、2102、2402 和 / 或 2502 中的加熱器組件 412、714、1116、1504、1604、1804、1904、2004、2204、2404和 / 或 2504 可熱泡核化檢測腔室 410、712、1502、1602、1802、1902、2002、2102、2402 和 / 或2502內(nèi)的流體；(框3002)。在泡核化之后，傳感器組件414、716和/或1118可以檢測流體的特性；(框3004)。該特性可以是光學(xué)測量結(jié)果、聲學(xué)對比測量結(jié)果和/或熱傳導(dǎo)測量結(jié)果。然后處理器PlOO可以使用該特性來確定流體的飽和壓力；(框3006)。飽和壓力可以是流體的起泡點或結(jié)露點。在一些示例中，框3002-3006的過程可以在第一井眼區(qū)域中執(zhí)行且然后在不同于第一井眼區(qū)域的第二井眼區(qū)域中執(zhí)行。
[0109]圖31是可以被使用和/或被編程以實施電子和處理系統(tǒng)156和/或在此描述的任何示例的示例處理器平臺P10的示意圖。例如，處理器平臺PlOO能夠使用一個或多個通用目的處理器、處理器內(nèi)核、微控制器等來實施。
[0110]圖31的示例的處理器平臺PlOO包括至少一個通用目的可編程處理器P105。處理器P105執(zhí)行出現(xiàn)在處理器P105的主存儲器(如，在RAM P115和/或ROM P120中)中的編碼指令PllO和/或P112。處理器P105可以是任何類型的處理單元，如處理器內(nèi)核、處理器和/或微控制器。除了其它方面，處理器P105可以執(zhí)行在此描述的示例方法和器械。
[0111]處理器P105與主存儲器(包括ROM P120和/或RAM Pl 15)通過總線P125通信。RAM P115可以由動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)、同步動態(tài)隨機存取存儲器(SDRAM)和/或任何其它類型的RAM裝置來實施，且ROM可以由閃存和/或任何其它期望類型的存儲裝置來實施。對存儲器Pl 15和存儲器P120的存取可以由存儲器控制器(未示出)來控制。
[0112]處理器平臺PlOO還包括接口電路P130。接口電路P130可以通過任何類型的接口標(biāo)準(zhǔn)來實施，如，外部存儲器接口、串行端口、通用目的輸入/輸出端口等。一個或多個輸入裝置P135和一個或多個輸出裝置P140連接到接口電路P130。
[0113]在此公開的示例可以涉及克服泡核化壁壘以使得能夠精確測量飽和壓力的非機械裝置。在一些示例中，示例可以在具有微升刻度體積的高壓高溫單元中實施，其使得能夠使用光學(xué)詢問來確定流體樣品的相(如，單相、兩相)。光學(xué)詢問可以使用單通道光電二極管或?qū)拵Ч庠磥韴?zhí)行。光源可以不使用直接成像。單元可以包括用于測試浙青質(zhì)絮凝的多個光譜儀通道和/或熒光檢測器。
[0114]在一些示例中，示例可以在具有微升刻度體積的高壓高溫單元中實施，其使得能夠使用聲學(xué)詢問、熱傳導(dǎo)詢問和/或電介質(zhì)詢問來確定流體樣品的相(如，單相、兩相)。可以不使用硅基微加工技術(shù)來制作這種單元。
[0115]在一些示例中，高壓高溫單元可以使得流體能夠交換或沖洗。在一些示例中，示例器械和/或單元可以區(qū)別當(dāng)達(dá)到飽和壓力且流體和/或系統(tǒng)在相圖的兩相區(qū)域中時的氣泡產(chǎn)生和/或結(jié)露(如，液體)產(chǎn)生。光學(xué)技術(shù)、聲學(xué)技術(shù)、密度測量、粘度測量和/或熱傳導(dǎo)技術(shù)可以用于區(qū)別氣泡和/或結(jié)露。在一些示例中，示例器械和/或單元可以使得AOP的確定和/或泡核化壁壘相對于溫度的測量結(jié)果能夠確定系統(tǒng)是否接近臨界點。
[0116]可以在儲層地層以外的溫度或接近于其的溫度下確定地層流體的飽和壓力。在一些示例中，地層樣品可以在第一溫度下從第一區(qū)域獲得，在此測量可以在樣品的至少一部分上實施，然后樣品可以移動到第二溫度下的第二區(qū)域中，在此測量可以在樣品的至少一部分上實施。通常地，當(dāng)向井眼中更深地下放工具時溫度增加，當(dāng)朝向地面升高工具時溫度降低。
[0117]操作中，在已經(jīng)獲得地層樣品之后，工具可以布置在不同的井眼區(qū)域中，可以允許該地層樣品與那個井眼區(qū)域的溫度相平衡，且可以執(zhí)行測量。在一些示例中，測量結(jié)果可以使得樣品的飽和壓力能夠在地層溫度以外的一個或多個溫度下被確定。多個飽和壓力可以使得相包絡(luò)(狀態(tài)方程式)能夠使用至少兩個氣泡/結(jié)露點壓力測量結(jié)果、密度、粘度、成分等被改進。
[0118]雖然上文中詳細(xì)描述了少數(shù)的示例性實施例，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將很容易理解，在示例性實施例中很多修改是可能的且不在實質(zhì)上背離本發(fā)明。因此，所有這樣的修改旨在被包括在下文的權(quán)利要求書所定義的本公開的范圍內(nèi)。在權(quán)利要求書中，裝置-加-功能的表述旨在覆蓋本文中描述的結(jié)構(gòu)為執(zhí)行所述功能，且不僅是結(jié)構(gòu)上的等同物，也是等同的結(jié)構(gòu)。因此，雖然釘子和螺釘可能不是結(jié)構(gòu)上的等同物，因為釘子采用圓柱的表面將木制部件固定在一起；而螺釘采用螺旋的表面；但在緊固木制部件的環(huán)境中，釘子和螺釘可以是等同的結(jié)構(gòu)。除了在權(quán)利要求中與相關(guān)功能一起使用了詞語“用于……裝置”表述的情況外， 申請人:的表述旨在不援引35U.S.C § 112，段落6來對任何權(quán)利要求進行任何限制。
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定流體的飽和壓力的器械，包括: 具有檢測腔室的殼體； 部分布置在檢測腔室內(nèi)的用于加熱流體的加熱器組件； 用于檢測流體的特性的傳感器組件；以及 使用流體的特性來識別所述流體的飽和壓力的處理器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器械，其中，所述特性與光學(xué)測量、聲學(xué)對比測量和熱傳導(dǎo)率測量中的一個或多個相關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器械，其中，所述檢測腔室包括光學(xué)腔室。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器械，其中，所述加熱器組件局部加熱流體而基本不會增大檢測腔室的溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器械，其中，所述飽和壓力包括起泡點壓力和結(jié)露點壓力中的至少一個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器械，其中，光學(xué)路徑延伸通過所述檢測腔室，且所述加熱器組件的至少一部分布置在所述光學(xué)路徑內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器械，其中，所述加熱器組件包括位于檢測腔室內(nèi)的電線，所述電線用于接收電流以局部加熱流體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的器械，其中，所述電線橫跨或沿著用于接收流體的流動路徑延伸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的器械，其中，所述加熱器組件至少部分限定出所述流動路徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器械，進一步包括一個或多個透鏡或窗，以使得傳感器組件能夠識別流體的特性。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的器械，其中，所述透鏡中的一個或多個限定出用于接收流體的流動路徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的器械，其中，所述透鏡中的一個或多個限定出凹槽，所述加熱器組件的一部分布置在所述凹槽中。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器械，其中，所述傳感器組件包括光學(xué)傳感器、光譜儀、光學(xué)纖維、熒光檢測通道、光譜儀通道和傳感器中的一個或多個。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器械，其中，所述殼體限定出多個孔眼，用以接收加熱器組件和傳感器組件中的一個或多個的至少一部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器械，進一步包括壓力控制器，用以控制流體的壓力。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的器械，其中，壓力控制器包括活塞。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的器械，其中，所述活塞用于提供受控的壓力變化。
18.一種用于確定流體的飽和壓力的方法，包括: A)在檢測腔室內(nèi)對流體進行熱泡核化； B)檢測流體的特性；以及 C)使用所述特性確定流體的飽和壓力。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進一步包括:在第一井眼區(qū)域執(zhí)行步驟A、B和C，以及在第二井眼區(qū)域執(zhí)行步驟A、B和C。
20.一種井下工具，包括:微流體裝置，包括:檢測腔室；至少部分布置在檢測腔室內(nèi)的用于加熱流體的加熱器組件；以及用于檢測流體的特性的傳感器組件；以及使用流體的特性來確定井下流體的參數(shù)的處理器。
【文檔編號】E21B49/08GK104145080SQ201380012038
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年2月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月24日
【發(fā)明者】M·T·沙利文, C·阿里松, R·J·斯克勒德, A·拉蒂夫扎伊, E·斯邁思, S·深川, D·W·格蘭特 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司