用于分析多相流體的系統(tǒng)和方法
【專利說(shuō)明】用于分析多相流體的系統(tǒng)和方法
【背景技術(shù)】
[0001] 雖然存在與備選能量源相關(guān)的許多努力，但是化石燃料仍然是主要經(jīng)濟(jì)推動(dòng)力。 相應(yīng)地，對(duì)開發(fā)新化石燃料生產(chǎn)田的興趣持續(xù)保持為較強(qiáng)。在開發(fā)新化石燃料生產(chǎn)田中，鉆 探井。井可具有不同流體的混合物，包括石油、水、氣和其他碳?xì)浠衔?。通常期望在開發(fā)新 生產(chǎn)田之前評(píng)估井中的不同流體的混合物。此外，可期望評(píng)估不同流體的混合物，以用于評(píng) 估化石燃料生產(chǎn)田的剩余壽命。
[0002] 在評(píng)估井中的不同流體的混合物的同時(shí)，可能遭遇惡劣環(huán)境條件。例如，井中的壓 力可超過(guò)每平方英寸一萬(wàn)五千至二萬(wàn)（15000-20000)鎊，并且溫度可超過(guò)一百八十（180) °C。相應(yīng)地，用于評(píng)估井中的不同流體的混合物的現(xiàn)行技術(shù)通常適合于這類惡劣環(huán)境條件。 用于評(píng)估井中的不同流體的混合物的現(xiàn)行技術(shù)的示例可包括電容和電阻陣列傳感器。但 是，用于評(píng)估井中的流體的混合物的技術(shù)的范圍受到限制。還期望改進(jìn)用于評(píng)估不同流體 的混合物的現(xiàn)行技術(shù)的靈敏度。因此，可期望提供一種用于分析井中的流體的混合物的新 方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 提出一種裝置。該裝置包括:電磁引導(dǎo)裝置，提供電磁輻射;反射器，其反射電磁輻 射的一部分，以生成電磁福射的反射部分，其中反射器完全浸入多相流體中；以及處理子系 統(tǒng)，其基于電磁輻射的反射部分的至少一部分來(lái)分析多相流體，其中電磁引導(dǎo)裝置的主光 軸與反射器的主光軸基本上對(duì)齊。
[0004] 提出一種裝置。該裝置包括:主耦合裝置，耦合到光纖，其中主耦合裝置將電磁輻 射分為第一電磁福射部分和第二電磁福射部分，并且通過(guò)光纖來(lái)定向第一電磁福射部分以 照射浸入多相流體中的反射器，其中反射器反射第一電磁福射部分的一部分以生成第一電 磁輻射部分的反射部分；以及處理子系統(tǒng)，其基于第一電磁輻射部分的反射部分的至少一 部分的強(qiáng)度和第二電磁輻射部分的強(qiáng)度來(lái)確定多相流體中的感興趣流體的濃度、氣相-液 相分?jǐn)?shù)或者其組合，其中反射器的主光軸與光纖的主光軸對(duì)齊，并且光纖的一端與反射器 進(jìn)行物理接觸。
[0005] 提出一種系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:浸入儲(chǔ)層中的多相流體中的子系統(tǒng)，其中子系統(tǒng)包括 安裝在相應(yīng)絞索(bow string)上的一個(gè)或多個(gè)裝置，其中一個(gè)或多個(gè)裝置的至少一個(gè)包括 耦合到第一電磁引導(dǎo)裝置和第二電磁引導(dǎo)裝置的主耦合裝置，其中主耦合裝置將電磁輻射 分為第一電磁輻射部分和第二電磁輻射部分，通過(guò)第一電磁引導(dǎo)裝置來(lái)定向第一電磁輻射 部分以照射浸入多相流體中的反射器，其中反射器反射第一電磁福射部分的一部分以生成 第一電磁輻射部分的反射部分;處理子系統(tǒng)，其基于第一電磁輻射部分的反射部分的至少 一部分的強(qiáng)度和第二電磁福射部分的強(qiáng)度來(lái)分析多相流體，其中反射器的主光軸與第一電 磁引導(dǎo)裝置的主光軸基本上對(duì)齊；以及計(jì)算和顯示裝置，位于儲(chǔ)層外部，并且在通信上耦合 到子系統(tǒng)，以接收表示多相流體的分析結(jié)果的信號(hào)。
[0006] 提出一種方法。該方法包括下列步驟:將電磁輻射分為第一電磁輻射部分和第二 電磁輻射部分;定向第一電磁輻射部分以照射浸入多相流體中的反射器;通過(guò)由反射器反 射第一電磁輻射部分的一部分來(lái)生成第一電磁輻射部分的反射部分;將第一電磁輻射部分 的反射部分分為第一分割反射部分和第二分割反射部分；以及基于第一分割反射部分和第 二電磁福射部分來(lái)分析多相流體。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 當(dāng)通過(guò)參照附圖閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，將會(huì)更好地了解本發(fā)明的實(shí)施例的這些及 其他特征和方面，附圖中，相似符號(hào)遍及附圖表示相似部件，其中： 圖1是按照當(dāng)前系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例、執(zhí)行導(dǎo)管中的生產(chǎn)記錄技術(shù)和調(diào)查記錄技術(shù)的系 統(tǒng)的框圖； 圖2是按照當(dāng)前系統(tǒng)的某些方面、執(zhí)行導(dǎo)管中的生產(chǎn)記錄技術(shù)和調(diào)查記錄技術(shù)的裝置 的框圖； 圖3是按照當(dāng)前系統(tǒng)的一個(gè)方面的示范分析系統(tǒng)的側(cè)視圖； 圖4(a)是按照當(dāng)前系統(tǒng)的一個(gè)方面、從方向AA'查看時(shí)在圖3中涉及到的儀器的截面 圖； 圖4(b)是按照當(dāng)前系統(tǒng)的一個(gè)方面、具有圍繞心軸以矩陣形式所布置的裝置的儀器的 截面圖； 圖4(c)是按照當(dāng)前系統(tǒng)的一個(gè)方面、具有以線性方式所布置的裝置的儀器的截面圖； 圖5是按照當(dāng)前系統(tǒng)的一個(gè)方面的角錐回射器的側(cè)視圖； 圖6是按照當(dāng)前系統(tǒng)的一個(gè)方面的倒角角錐回射器（chamfered corner cube retroreflector)的側(cè)視圖； 圖7(a)是按照當(dāng)前技術(shù)的一個(gè)方面、保持反射器和電磁引導(dǎo)裝置的保持裝置的縱向截 面圖； 圖7(b)是按照當(dāng)前系統(tǒng)的一個(gè)方面、圖7(a)中所示保持裝置的頂視圖； 圖8是按照當(dāng)前技術(shù)的另一方面、保持反射器和電磁引導(dǎo)裝置的保持裝置的縱向截面 圖； 圖9是按照當(dāng)前系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示范玻璃壓片(glass preform); 圖10是按照當(dāng)前系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例的示范玻璃壓片； 圖11是按照當(dāng)前系統(tǒng)的某些方面、使用圖7(a)和圖7(b)中涉及到的保持裝置的系統(tǒng) (圖2中涉及到）的圖解示圖；以及 圖12是示出按照當(dāng)前技術(shù)的另一個(gè)實(shí)施例、用于分析多相流體的示范方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0008] 包括陣列工具和非陣列工具的現(xiàn)有工具/裝置/儀器通常用于生產(chǎn)記錄技術(shù)和調(diào) 查記錄技術(shù)。多相流體例如可包括氣、水和液體碳?xì)浠衔?包括石油）。工具例如可包括持 水率工具(water hold up tool)、密度工具、氣含率(gas hold up tool)工具等。現(xiàn)有工具 通常用來(lái)識(shí)別多相流體中的流體的存在。但是，現(xiàn)有工具不能或者缺乏靈敏度來(lái)確定濃度 并且區(qū)分氣與多相流體中的液體。另外，隨著朝具有多相流體的復(fù)合流的定向井和水平井 的增加勢(shì)頭，多相流體中的流體的相分?jǐn)?shù)確定、濃度確定和準(zhǔn)確區(qū)分變得更為復(fù)雜。因此， 期望先進(jìn)系統(tǒng)和技術(shù)，其可在這些復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行操作，并且還確定多相流體中的流體的 存在、濃度和相分?jǐn)?shù)。
[0009] 當(dāng)前系統(tǒng)和方法的技術(shù)效果是提供生產(chǎn)記錄技術(shù)和調(diào)查記錄技術(shù)。在一個(gè)實(shí)施例 中，當(dāng)前系統(tǒng)和方法分析多相流體，以確定多相流體中的流體的存在、多相流體中的流體的 濃度以及天然氣-液相分?jǐn)?shù)(natural gas to liquid phase fraction)。在另一個(gè)實(shí)施例 中，當(dāng)前系統(tǒng)和方法分析多相流體，以確定多相流體中的各流體的存在和濃度。多相流體例 如可包括天然氣、水、石油、其他碳?xì)浠衔锏?。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)前系統(tǒng)和方法以改進(jìn)準(zhǔn) 確性來(lái)區(qū)分天然氣與液體。當(dāng)前系統(tǒng)和方法可分析包括定向井和水平井中的流的不同類型 的流中的多相流體。此外，當(dāng)前系統(tǒng)和方法分析導(dǎo)管或井中的多相流體，而無(wú)需收集導(dǎo)管或 井外部或內(nèi)部的多相流體的樣本。另外，當(dāng)前系統(tǒng)和方法實(shí)時(shí)地、例如在數(shù)毫秒內(nèi)分析井或 導(dǎo)管內(nèi)部的多相流體。
[0010] 參照?qǐng)D1，示出執(zhí)行生產(chǎn)記錄技術(shù)和調(diào)查記錄技術(shù)的系統(tǒng)10的框圖。系統(tǒng)10分析導(dǎo) 管14中的多相流體12,以執(zhí)行生產(chǎn)記錄技術(shù)和調(diào)查記錄技術(shù)。導(dǎo)管14例如可處于油井、化石 燃料井或者成為油井/化石燃料井的潛在區(qū)域中。系統(tǒng)10包括裝置16,以分析多相流體12。 如圖1中所示，裝置16完全浸入多相流體12中。在當(dāng)前考慮的配置中，裝置16就地分析多相 流體12,并且浸入多相流體12中。在一個(gè)示例中，裝置16不收集多相流體12的樣本以在實(shí)驗(yàn) 室中或者要不然在導(dǎo)管14外部來(lái)分析多相流體12。在另一個(gè)示例中，裝置16實(shí)時(shí)分析多相 流體12。
[0011] 如將更詳細(xì)描述，裝置16相對(duì)不受影響并且耐受于導(dǎo)管14的惡劣條件。在非限制 性示例中，裝置16可耐受大約每平方英寸一萬(wàn)五千至二萬(wàn)（15000-20000)鎊的范圍中的壓 力以及大約180°C至200°C的溫度范圍。
[0012] 如當(dāng)前考慮的配置中所示，裝置16包括第一部分18和第二部分23。如參照?qǐng)D2更詳 細(xì)描述，第一部分18包括多個(gè)組件（圖1中未不出），以生成電磁福射并且向第二部分23傳送 那個(gè)輻射。第一部分18中的組件由殼體22(其在一個(gè)示例中由鈦制成)來(lái)覆蓋。在某些實(shí)施 例中，殼體22可由不銹鋼、因科鎳合金、黃銅等制成。
[0013] 裝置16包括電磁引導(dǎo)裝置19。圖1中，第一部分18包括電磁引導(dǎo)裝置19的第一部分 17,以及第二部分23包括電磁引導(dǎo)裝置19的第二部分21，其中電磁引導(dǎo)裝置19從波源(未示 出）延伸到反射器20。電磁引導(dǎo)裝置19例如包括空芯光纖、光子帶隙光纖、液體光纖等。在當(dāng) 前考慮的配置中，電磁引導(dǎo)裝置19是光纖。電磁引導(dǎo)裝置19例如可以是單件或者由接合或 耦合在一起的多件或段來(lái)組成。在一個(gè)示例中，電磁引導(dǎo)裝置19可具有大約280微米至大約 310微米的范圍中的直徑。在非限制性示例中，電磁引導(dǎo)裝置的長(zhǎng)度為大約2米。電磁引導(dǎo)裝 置19的長(zhǎng)度可取決于系統(tǒng)10的配置。在某些實(shí)施例中，電磁引導(dǎo)裝置19可具有碳、氫捕獲凝 膠等的涂層，以防止因?qū)Ч?4內(nèi)部的自由氫原子的存在引起的羥基的形成。
[0014] 在當(dāng)前考慮的配置中，第二部分23包括反射器20和電磁引導(dǎo)裝置19的第二部分 21。反射器20例如可以是回射器、角錐反射器、倒角角錐反射器、角錐棱鏡、倒角角錐棱鏡、 角錐回射器、倒角角錐回射器、透鏡、錐體等。示范角錐回射器參照?qǐng)D5示出。另外，示范倒角 角錐回射器參照?qǐng)D6示出。
[0015] 如當(dāng)前考慮的配置中所示，反射器20完全浸入多相流體12中，并且反射器20與多 相流體12直接物理接觸。如先前所述，導(dǎo)管14具有極惡劣條件。例如，基于導(dǎo)管14的深度，多 相流體12的壓力可在每平方大約15000-20000鎊的范圍中，并且多相流體12的溫度可超過(guò) 一百八十（180)°C。相應(yīng)地，反射器20由能夠耐受并且不受影響于導(dǎo)管14內(nèi)部的惡劣條件的 材料來(lái)制成。反射器20例如可由藍(lán)寶石、紅寶石、金剛石、玻璃、高折射率光玻璃、LASF 35或 者可耐受導(dǎo)管14中的惡劣條件的其他材料來(lái)制成。
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