DE102004025497A1

DE102004025497A1 - Verfahren zum Verfeinern von Fluidprobendaten

Info

Publication number: DE102004025497A1
Application number: DE102004025497A
Authority: DE
Inventors: Chengli Sugar Land Dong; Peter S. Houston Hegeman; Oliver C. Ridgefield Mullins; Kai Sugar Land Hsu
Original assignee: Schlumberger Technology BV
Current assignee: Schlumberger Technology BV
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2004-12-09
Also published as: NO20141097L; RU2356030C2; GB2402209B; NO335613B1; US20040233446A1; BRPI0401760B1; GB0408941D0; MXPA04004531A; CA2465254A1; NO20042104L; BRPI0401760A; CN1573317A; AU2004201659B2; NO342864B1; CA2465254C; FR2855267A1; US6992768B2; GB2402209A; AU2004201659A1; CN100445725C

Abstract

Ein Verfahren zum Verfeinern von Fluidprobendaten umfasst das Gewinnen von Daten der optischen Dichte für eine Fluidprobe in wenigstens zwei Farbkanälen und in wenigstens einem Fluidkomponentenkanal und das Bestimmen einer Farbabsorptionsfunktion aus den Daten der optischen Dichte für die Fluidprobe in den wenigstens zwei Farbkanälen. Das Verfahren umfasst außerdem das Berechnen eines Anteils der optischen Dichte, der durch Farbabsorptionen bewirkt wird, in jedem des wenigstens einen Fluidkomponentenkanals und das Entfernen des Farbanteils aus den Daten der optischen Dichte in jedem des wenigstens einen Fluidkomponentenkanals durch Entfernen des Anteils der Daten der optischen Dichte, der durch Farbabsorption bewirkt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verfeinern von Fluidprobendaten gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Bohrlöcher werden im Allgemeinen in den Boden gebohrt, um natürliche Ablagerungen von Kohlenwasserstoffen und anderer gewünschter Materialien, die in geologischen Formationen in der Erdkruste eingeschlossen sind, zu fördern. Wenn in einem gebohrten Bohrloch eine Formation, die von Interesse ist, erreicht wurde, untersucht das Bohrpersonal häufig die Formationsfluide, indem Fluidproben aus den Formationen zur Analyse entnommen werden. Die Analyse einer Fluidprobe liefert Informationen über den Inhalt, die Dichte, die Viskosität, den Blasenpunkt des Fluids sowie weitere wichtige Charakteristiken. Diese wichtigen Informationen werden für Planungsentscheidungen des Arbeitsbereichs und zur Optimierung von vorgeschalteten und nachgeschalteten Produktionseinrichtungen verwendet. Eine derartige Fluidprobenentnahme erfolgt häufig zu einem frühen Zeitpunkt der Lebensdauer eines Bohrlochs, um sicherzustellen, dass diese wichtigen Informationen für Planungsentscheidungen des Arbeitsbereichs und für die Entwicklung von vorgeschalteten und nachgeschalteten Produktionseinrichtungen zur Verfügung stehen.
Eine Fluidprobe wird typischerweise gewonnen, indem ein Werkzeug zur Fluidprobenentnahme in das Bohrloch abgesenkt wird und eine Fluidprobe aus einer unterirdischen Formation gezogen wird. Ein Beispiel eines Werkzeug zur Probenentnahme ist der Modular Formation Dynamics Tester (MDT, modulare Prüfeinrichtung der Formationsdynamik), eine eingetragene Handelsbezeichnung der Schlumberger Technology Corporation. Beispiele von Werkzeugen zur Formationsprüfung sind in US 4 860 581 und 4 936 139 offenbart.
1 zeigt ein Werkzeug 101 zur Formationsprüfung, das geeignet ist, eine Fluidprobe aus einer Formation 114 zu ziehen. Das Werkzeug 101 hängt in einem Bohrloch 110 an einer Drahtleitung 115 oder an einem mehradrigen Kabel, das von der Oberfläche abgewickelt wird. An der Oberfläche ist die Drahtleitung 115 typischerweise an ein elektrisches Steuerungssystem 118 angeschlossen, das das Werkzeug 101 überwacht und steuert.
Wenn sich das Werkzeug 101 in einer gewünschten Tiefe befindet, wird es verwendet, um eine Fluidprobe der Formation zu erhalten. Das Werkzeug 101 besitzt eine Sonde 120, oder Fluidaufnahmemittel, die wahlweise vom Werkzeug 101 ausgefahren werden kann, sowie auf der gegenüberliegenden Seite des Werkzeugs 101 ein Verankerungselement 121, das ebenfalls wahlweise ausgefahren werden kann. Die Sonde 120 erstreckt sich vom Werkzeug 101 und dichtet gegen die Bohrlochwand 112 ab, so dass die Sonde 120 mit der Formation 114 in Fluidverbindung steht. Ein typisches Werkzeug 101 enthält außerdem eine (nicht gezeigte) Pumpe. Die Pumpe wird verwendet, um Formationsfluide aus der Formation in das Werkzeug 101 zu pumpen. Die Pumpe kann außerdem verwendet werden, um Formationsfluide aus dem Werkzeug 101 in das Bohrloch 110 zu pumpen.
Eines der Probleme, die mit der Fluidentnahme verbunden sind, besteht darin, dass das Formationsfluid typischerweise mit Schlammfiltrat verschmutzt ist. Schlammfiltrat ist eine Fluidkomponente des Bohrschlamms, der während des Bohrvorgangs in die Formation einsickert. Das Schlammfiltrat dringt in die Formation ein und verunreinigt das natürliche Formationsfluid nahe am Bohrloch. Wenn eine Fluidprobe aus der Formation gezogen wird, enthält die Probe anfangs einen wesentlichen Anteil des Schlammfiltrats. Somit ist die Fluidprobe bei den anfänglichen Schritten der Probensammlung nicht repräsentativ für die natürlichen Formationsfluide.
Um dieses Problem zu lösen, wird typischerweise eine Fluidprobe aus der Formation gezogen und in das Bohrloch oder in eine große Abfallkammer in dem Probenwerkzeug gepumpt, bis sich das Fluid, das abgezogen wird, "verfeinert" oder "gereinigt" hat. Eine "verfeinerte" oder "gereinigte" Probe ist ein Probe, bei der die Konzentration des Schlammfiltrats auf einem annehmbar geringen Wert ist, so dass das Fluid die natürlichen Formationsfluide repräsentiert. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Probe für eine spätere Analyse gesammelt werden.
In 1 wird Formationsfluid durch die Sonde 120 aus der Formation 114 gezogen und das Fluid läuft durch einen Fluid-Analysator 125, bevor es durch (nicht gezeigte) Pumpmittel aus dem Werkzeug 101 und in das Bohrloch gepumpt wird. Der Fluid-Analysator 125 analysiert die Fluidprobe, um den Grad der Verschmutzung durch Schlammfiltrat zu bestimmen. Wenn das Formationsfluid, das durch die Sonde abgezogen wurde, klar geworden ist, kann die Fluidprobe durch Pumpen in eine der Probenkammern 122, 123 befördert werden.
Ein Typ des Fluid-Analysators, der in einem Werkzeug zur Formationsprüfung verwendet wird, ist ein optischer Sensor, der die optische Dichte ("OD") der Fluidprobe bei mehreren unterschiedlichen Wellenlängen im nahen Infrarot ("NIR") und im Spektrum des sichtbaren Lichts misst. Die OD wird aus dem Lichtdurchlassgrad berechnet, der ein Verhältnis des durchgelassenen Lichts zum auftreffenden Licht ist. Die OD wird typischerweise als OD = –log₁₀(T) berechnet, wobei T der Lichtdurchlassgrad ist. Das Öl, das in einem Schlamm auf Ölbasis ("OBM") verwendet wird, besitzt typischerweise eine helle Farbe, so dass dann, wenn die Fluidprobe klar wird, die OD in den Farbkanälen asymptotisch auf die OD des dunkleren natürlichen Formationsfluids ansteigt. Bei Schlamm auf Wasserbasis ("WBM") ist das Schlammfiltrat gewöhnlich farblos, somit steigt die OD in den Farbkanälen asymptotisch auf die OD des dunkleren natürlichen Formationsfluids an, wenn die Fluidprobe klar wird.
Zwei Typen der Absorption tragen zur OD einer Fluidprobe bei: Farbabsorption und Absorption durch molekulare Schwingung. Farbabsorption tritt dann auf, wenn auftreffendes Licht mit umlaufenden Elektronen in Wechselwirkung tritt. Öle können unterschiedliche Farben aufweisen, da sie unterschiedliche Mengen von Aromaten, Harzen und Asphaltenen aufweisen, wobei jeder von diesen Stoffen Licht im sichtbaren und NIR-Spektrum absorbiert. Schwere Öle besitzen z. B. höhere Konzentrationen von Aromaten, Harzen und Alphaltenen, die ihnen dunkle Farben verleihen. Leichte Öle und Kondensate weisen andererseits hellere gelbliche Farben auf, da sie geringere Konzentrationen von Aromaten, Harzen und Alphaltenen besitzen.
Absorption durch molekulare Schwingung ist die Absorption einer bestimmten Frequenz von Licht infolge von Resonanz der chemischen Bindungen in einem Molekül. Während Farbabsorption im gesamten sichtbaren und NIR-Spektrum vorkommt, tritt Absorption durch molekulare Schwingung lediglich bei speziellen Wellenlängen bei speziellen Materialien auf. Bei jedem gegebenen Molekül bezieht sich die Wellenlänge, bei der eine Absorption durch Schwingung auftritt, auf die molekulare Struktur und die Typen der chemischen Bindungen in der Fluidprobe. Die meisten Öle besitzen z. B. Peakwerte der Absorption durch molekulare Schwingung nahe bei den Wellenlängen 1200 nm, 1400 nm und 1700 nm.
Ein weiterer Faktor, der die gemessene OD einer Fluidprobe beeinflussen kann, ist als "Streuung" bekannt. Streuung tritt dann auf, wenn auftreffendes Licht durch Partikel in der Fluidprobe reflektiert wird, so dass das reflektierte Licht den Detektor nicht erreicht. Streuung tritt typischerweise unabhängig von der Wellenlänge des auftreffenden Lichts auf, wobei es einige Umstände gibt, unter denen eine Streuung von der Wellenlänge des Lichts abhängen kann.
Absorption durch molekulare Schwingung ist eine Funktion der Konzentration der Partikelsubstanz und wird nicht notwendigerweise durch die Phase der Substanz beeinflusst. Der Peakwert der Methan-Absorptionsresonanz (nahe 1670 nm) wird unabhängig davon, ob das Methan in der Gasphase vorliegt oder im Öl gelöst ist, etwa den gleichen Betrag besitzen.
2 zeigt die OD von verschiedenen Typen von Öl, einschließlich Kondensat 202, Dunkelöl 204 und Teer 206. Die OD dieser Fluide auf Grund der Farbe ist wellenlängenabhängig und bildet eine kontinuierliche Kurve über dem Wellenlängenspektrum. Die OD für die in 2 gezeigten Öle weist außerdem bei speziellen Wellenlängen Peakwerte 212, 214, 216 der Absorption durch molekulare Schwingung auf. Während die OD auf Grund der Farbe eine kontinuierliche Kurve über dem Spektrum ist, tritt die OD auf Grund der Absorption durch molekulare Schwingung lediglich bei diskreten Wellenlängen auf. Wie in 2 gezeigt ist, besitzen Rohöle Peakwerte der Absorption durch molekulare Schwingung bei etwa 1200 nm (mit dem Bezugszeichen 212 gezeigt), bei etwa 1400 nm (mit dem Bezugszeichen 214 gezeigt) und bei etwa 1700 nm (mit dem Bezugszeichen 216 gezeigt).
Ein Typ des optischen Sensors ist der Optical Fluid Analyzer ("OFA", optischer Fluidanalysator), eine Handelsbezeichnung der Schlumberger Corporation. Der OFA misst die OD der Fluidprobe bei zehn unterschiedlichen Wellenlängen im NIR-Bereich und im sichtbaren Bereich. Wenn Fluid erstmals aus einer Formation gezogen wird, enthält die Fluidprobe hauptsächlich hellfarbiges OBM-Filtrat oder WBM-Filtrat. Wenn die Fluidprobe klar wird, enthält die Fluidprobe einen größeren Anteil des dunkleren natürlichen Formationsfluids. Die OD der Fluidprobe in Farbkanälen wird sich verändern, wenn das Fluid klar wird. Da z. B. das Formationsfluid eine dunklere Farbe besitzt als ein typisches OBM-Filtrat, steigt die OD der Fluidprobe in den Farbkanälen an, wenn die Fluidprobe gezogen wird. Die OD in den Farbkanälen wird sich der OD des Formationsfluids asymptotisch nähern.
Durch die Aufnahme der OD-Daten an mehreren Zeitpunkten kann die OD des natürlichen Formationsfluids, welche als die "verunreinigungsfreie OD" bezeichnet wird, durch Berechnung des asymptotischen Werts der gemessenen OD bestimmt werden. "Verunreinigungsfreie OD" bedeutet die OD der Fluidprobe, wenn sich in der Probe keine Verunreinigung befindet (d. h. die OD des Forma tionsfluids). Wenn die verunreinigungsfreie OD vorhergesagt wurde, kann der Betrag der Verunreinigung durch OBM-Filtrat in der Fluidprobe auf der Grundlage der gemessenen OD und der verunreinigungsfreien OD bestimmt werden. Verfahren zum Bestimmen der Verunreinigung durch OBM in einer Fluidprobe sind z. B. in US 5 266 800 beschrieben.
Ein weiterer Typ des optischen Sensors wird als der Live Fluid Analyzer ("LFA", Fluid-Direkt-Analysator) bezeichnet, ebenfalls eine Handelsbezeichnung der Schlumberger Corporation. Der LFA unterscheidet sich vom OFA, da der LFA einen Methankanal bei der Wellenlänge eines "Methanpeaks" enthält. Sowohl der LFA als auch der OFA besitzen einen Ölkanal bei der Wellenlänge eines "Ölpeaks". Ein "Methanpeak" ist ein Peakwert der Absorption durch molekulare Schwingung von Methan, dessen Wellenlänge der Resonanz der C-H-Bindung in einem Methanmolekül entspricht. Ein Methanpeak der Absorption durch molekulare Schwingung tritt bei einer Wellenlänge von etwa 1670 nm auf. Die Absorption durch molekulare Schwingung tritt unabhängig von der Farbe des Fluids auf sowie unabhängig davon auf, ob das Methan in der Gasphase ist oder in dem Formationsfluid gelöst ist. In ähnlicher Weise ist ein "Ölpeak" ein Peakwert der Absorption durch molekulare Schwingung von Öl, dessen Wellenlänge der Resonanz der Kombination von -CH₂- und -CH₃-Gruppen in einem Ölmolekül entspricht. Der Ölpeak liegt typischerweise bei einer Wellenlänge von etwa 1720 nm.
Das OBM-Filtrat enthält typischerweise vernachlässigbare Mengen von Methan, so dass die OD bei dem Methanpeak steigen wird, wenn die Fluidprobe aus der Formation gezogen wird. Die OD des Methanpeaks wird sich der OD bei dem Methanpeak des Formationsfluids asymptotisch nähern. Die prozentuale Verunreinigung der Fluidprobe kann bestimmt werden, indem die OD in dem Methankanal überwacht und mit dem asymptotischen Wert verglichen wird.
Eine weitere Eigenschaft des Formationsfluids, die unter Verwendung eines Methankanals berechnet werden kann, ist das Gas/Öl-Verhältnis ("GOR"). Das GOR ist das Verhältnis aus dem Volumen der Kohlenwasserstoffe in der Gasphase der natürlichen Formationsfluide zu dem Volumen flüssiger Kohlenwasserstoffe unter Normbedingungen. Das GOR ist wichtig bei der Konstruktion der vorgeschalteten und nachgeschalteten Produktionseinrichtungen. Wenn das GOR z. B. hoch ist, müssen die Einrichtungen an der Oberfläche so konstruiert sein, dass sie eine große Menge Gas aus dem Bohrloch bewältigen. Ein Verfahren zum Berechnen des GOR ist in US 6 476 384 beschrieben.
Ein weiterer Typ des optischen Sensors wird als Condensate and Gas Analyzer ("CGA", Kondensat- und Gas-Analysator) bezeichnet, eine Handelsbezeichnung der Schlumberger Corporation. Ein CGA verwendet optische Kanäle bei speziellen Frequenzen, um eine bessere Abschätzung des Spektrums der Gase und Flüssigkeiten, die in einer Fluidprobe vorhanden sind, zu erhalten. Ein typischer CGA besitzt z. B. einen Kanal, der dem Resonanzpeak für Absorption durch molekulare Schwingung in Kohlendioxid entspricht. Ein typischer CGA kann die Massenkonzentrationen von Methan, anderen gasförmigen Kohlenwasserstoffen als Methan, Kohlendioxid und flüssigen Kohlenwasserstoffen bestimmen.
Während diese Analysatoren bequeme Verfahren zum Überwachen verschiedener Komponenten in Formationsfluiden und somit des Grads der Verunreinigung durch Schlammfiltrat schaffen, können sie trotzdem noch durch die Farbe der Fluidprobe, die Menge des Wassers, das in der Fluidprobe vorhanden ist, und Partikel in der Fluidprobe, die das zum Messen der OD verwendete auftreffende Licht streuen, beeinflusst werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Verfeinern der Daten der Fluidprobe zu schaffen, das die Wirkungen von Farbe, Wasser und Streuung beseitigt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
In einigen Ausführungen erhält des Verfahren zum Verfeinern der Daten der Fluidprobe Daten der optischen Dichte für eine Fluidprobe in wenigstens einem Farbkanal und in wenigstens einem Fluidkomponentenkanal und bestimmt eine Farbabsorptionsfunktion aus den Daten der optischen Dichte. Das Verfahren enthält das Berechnen eines Anteils der optischen Dichte, der durch Farbabsorptionen in dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal bewirkt wird, das Entfernen des Farbanteils aus den Daten durch das Subtrahieren des Anteils der optischen Dichte in dem wenigstens einen Fluid, der durch Farbabsorptionen bewirkt wird.
In anderen Ausführungsformen erhält das Verfahren zum Verfeinern der Daten der Fluidprobe Daten der optischen Dichte für eine Fluidprobe in einem Wasserkanal und in wenigstens einem Fluidkomponentenkanal und berechnet einen Anteil der optischen Dichte, der durch Wasserabsorptionen des wenigstens einen Komponentenkanals bewirkt wird, auf der Grundlage einer optischen Dichte in dem Wasserkanal und ein Wasserabsorptionsverhältnis für den wenigstens einen Komponentenkanal. Es folgt die Beseitigung des Wasseranteils bei der optischen Dichte in jedem von dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal durch das Entfernen des Anteils der Daten der optischen Dichte, der durch Wasserabsorptionen bewirkt wird.
In einigen Ausführungsformen erhält das Verfahren zum Verfeinern der Daten der Fluidprobe Daten der optischen Dichte für eine Fluidprobe in wenigstens einem Farbkanal, einem Wasserkanal und in wenigstens einem Fluidkomponentenkanal und berechnet eine Farbabsorptionsfunktion aus den Daten. Das Verfahren enthält ferner das Berechnen eines Anteils der optischen Dichte, der durch Farbabsorptionen in dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal bewirkt wird, und das Beseitigen des Farbanteils in dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal durch das Entfernen des Anteils der optischen Dichte, der durch Farbabsorptionen bewirkt wird.
Diese Ausführungsformen können außerdem das Berechnen eines Anteils der optischen Dichte, der durch Wasserabsorptionen des wenigstens einen Komponentenkanals bewirkt wird, auf der Grundlage einer optischen Dichte in dem Wasserkanal und eines Wasserabsorptionsverhältnisses für den wenigstens einen Komponentenkanal und das Beseitigen des Wasseranteils der Daten der optischen Dichte in dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal durch das Entfernen des Anteils der optischen Dichte, der durch die Wasserabsorptionen bewirkt wird, enthalten.
In einigen Ausführungsformen erhält das Verfahren zum Verfeinern von Daten der Fluidprobe Daten der optischen Dichte für eine Fluidprobe in mehreren optischen Kanälen, entwickelt ein Gleichungssystem, das die optische Dichte in den mehreren optischen Kanälen als eine Summe von wenigstens zwei Elementen aus der Gruppe modelliert, die Farbabsorptionen, Absorptionen durch molekulare Schwingungen, Wasserabsorptionen und Streuung enthält, und löst das Gleichungssystem, um die Absorptionen durch molekulare Schwingung wenigstens in einem Methankanal und in einem Ölkanal an jedem der mehreren Zeitpunkte zu bestimmen.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Elektroniksystem, das eine Eingabevorrichtung, die so beschaffen ist, dass sie Daten der optischen Dichte für eine Fluidprobe an mehreren Zeitpunkten empfängt, und einen Speicher, der betriebsfähig mit der Eingabevorrichtung zum Speichern der empfangenen Daten gekoppelt ist, enthält. Das Elektroniksystem kann außerdem einen Prozessor enthalten, der betriebsfähig mit dem Speicher gekoppelt und so beschaffen ist, dass er die Daten der optischen Dichte verwendet, um ein Gleichungssystem zu entwickeln, das die optische Dichte in jedem der mehreren optischen Kanäle als eine Summe von wenigstens zwei Elementen der Gruppe modelliert, die Farbabsorptionen, Absorptionen durch molekulare Schwingung, Wasserabsorptionen und Streuung enthält, und so beschaffen ist, dass er das Gleichungssystem löst, um die Absorptionen durch molekulare Schwingung in einem Methankanal und in einem Ölkanal zu bestimmen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den beigefügten Abbildungen illustrierten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
1 zeigt einen Querschnitt eines Werkzeugs zur Formationsprüfung des Standes der Technik.
2 zeigt eine graphische Darstellung der OD von mehreren Typen von Öl gegenüber der Wellenlänge des auftreffenden Lichts.
3 zeigt eine graphische Darstellung der OD in mehreren Kanälen eines optischen Sensors gegenüber der Zeit.
4 zeigt eine graphische Darstellung der OD in mehreren Kanälen eines optischen Sensors für ein Dunkelöl gegenüber der Zeit.
5 zeigt eine graphische Darstellung des natürlichen Logarithmus der OD für mehrere Typen von Öl gegenüber dem Kehrwert der Wellenlänge.
6 zeigt eine graphische Darstellung der in Bezug auf Farbe korrigierten OD in mehreren Kanälen eines optischen Sensors für Dunkelöl gegenüber der Zeit.
7 zeigt eine graphische Darstellung der OD infolge Wasserabsorptionen in mehreren Kanälen.
8 zeigt eine graphische Darstellung der OD in mehreren Kanälen eines optischen Sensors für eine Fluidprobe, die Wasser enthält, gegenüber der Zeit.
9 zeigt eine graphische Darstellung der in Bezug auf Wasser korrigierten OD in mehreren Kanälen eines optischen Sensors für eine Fluidprobe, die Wasser enthält, gegenüber der Zeit.
10 bis 13 zeigen verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Entfernen des Farbanteils
3 zeigt eine graphische Darstellung der OD eines leicht gefärbten Öls bei mehreren Kanälen in einer OBM-Situation. Die Kurven zeigen einen Methankanal (der als Kurve 304 gezeigt ist), einen Ölkanal (der als Kurve 302 gezeigt ist) und einen Grundkanal (der als Kurve 306 gezeigt ist). Ein "Methan-Differenz"-Kanal, bei dem der Grundkanal von dem Methankanal subtrahiert wurde, ist außerdem gezeigt (Kurve 308). Der Grundkanal (Kurve 306), der keine Absorptionen durch molekulare Schwingung von Methan und Öl enthält, wird als Grundlinie verwendet. Der Methan-Differenz-Kanal wird typischerweise verwendet, da fehlerhafte Messungen, die gewöhnlich sowohl im Methankanal als auch im Grundkanal auftreten, eliminiert sind.
Die Methandifferenz (Kurve 308) steigt mit der Zeit auf einen asymptotischen Wert. Dieser Anstieg der Methandifferenz (Kurve 308) kann verwendet werden, um die Verunreinigung vorherzusagen und um in Verbindung mit dem Ölkanal das Gas/Öl-Verhältnis des Formationsfluids vorherzusagen. Da 3 ein Beispiel von OD-Daten, die von hellem Öl gesammelt wurden, repräsentiert, zeigt sie das typische Verhalten des Methan-, des Öl- und des Grundkanals ohne jegliche Wirkung der Farbe.
Die "Verunreinigung" einer Fluidprobe bezieht sich auf die Menge des Schlammfiltrats in einer Fluidprobe. Die Verunreinigung wird typischerweise als eine prozentuale Verunreinigung pro Volumen angegeben. Das Gas/Öl-Verhältnis ("GOR") ist das Verhältnis des Volumens des Gases zum Volumen der Flüssigkeit in einer Fluidprobe bei Normbedingungen.
Wenn eine Fluidprobe sehr dunkles Öl enthält, erfolgt eine Farbabsorption in allen Kanälen, einschließlich die Methan- und Ölkanäle. Wie in 2 ersichtlich ist, besitzen Dunkelöle (die am Bezugszeichen 204 gezeigt sind) und Teere (die am Bezugszeichen 206 gezeigt sind) eine bedeutende Farbabsorption nahe bei 1700 nm, die nahe an einem Peakwert der molekularen Absorption (der am Bezugszeichen 216 gezeigt ist) für die Methan- und Ölkanäle liegt. Folglich können die Methan- und Ölkanäle durch ein Dunkelöl wesentlich beeinflusst werden.
Diese "Farbwirkung" ist in 4 gezeigt. Die OD in dem Ölkanal (die mit der Kurve 402 gezeigt ist) ist erhöht (im Vergleich zu 3), da sie sowohl die Absorption durch molekulare Schwingung bei dem Ölpeak als auch die Farbab sorption vom Dunkelöl enthält. Die OD im Methankanal (die mit der Kurve 404 gezeigt ist) ist gleichfalls erhöht, da sie sowohl die Absorption durch molekulare Schwingung bei dem Methanpeak als auch die Farbabsorption vom Dunkelöl repräsentiert. Die Farbwirkung vergrößert außerdem die OD in dem Grundkanal (die mit der Kurve 406 gezeigt ist). Während der Grundkanal in 3 (der mit der Kurve 306 gezeigt ist) nahe bei null ist, zeigt 4, dass die Farbwirkung die OD in dem Grundkanal (die mit der Kurve 406 gezeigt ist) wesentlich vergrößern kann.
Die Farbwirkung bewirkt, dass die Methandifferenz (die mit der Kurve 408 gezeigt ist) eine sehr geringe OD aufweist und sie kann einen ebenen oder sogar abnehmenden Verlauf aufweisen, wie in 4 ersichtlich ist. Eine derartige Kurve der Methandifferenz liefert eine Vorhersage einer Verunreinigung von null, selbst wenn in der Fluidprobe eine wesentliche Verunreinigung vorhanden ist. Da außerdem das GOR aus dem Verhältnis aus Methankanal zum Ölkanal bestimmt wird, erzeugen erhöhte Werte der Methan-, Öl- und Grundkanäle Ungenauigkeiten bei der GOR-Vorhersage.
Für eine genaue Vorhersage von Verunreinigung und GOR muss die Farbwirkung aus den Methan-, Öl- und Grundkanälen entfernt werden. Wie in 2 gezeigt ist, ist die Farbabsorption von der Wellenlänge abhängig. Gleichung 1 zeigt diese Beziehung: OD = αLeβ/λ (1)wobei OD die optische Dichte ist, α und β Konstanten sind, L die Weglänge und λ die Wellenlänge ist. Gleichung 1 ist ein Beispiel einer "Farbabsorptionsfunktion". Eine Farbabsorptionsfunktion ist eine Funktion, die die OD einer Fluidprobe definiert, die durch Farbabsorptionen bewirkt wird. In einigen Ausführungsformen ist eine Farbabsorptionsfunktion von der Wellenlänge abhängig. In anderen Ausführungsformen kann die Farbabsorptionsfunktion eine Konstante sein. Die Verwendung des natürlichen Logarithmus auf beiden Seiten der Gleichung 1 ergibt: In (OD) = In (αL) + β/λ (2)
Gleichung 2 zeigt, dass bei Rohölen der natürliche Logarithmus der OD eine lineare Beziehung mit dem Reziprokwert der Wellenlänge besitzt. Diese Beziehung ist in 5 dargestellt. Die Kurven von In (OD) gegenüber 1/λ sind für Rohöle über einen Bereich der Dunkelfärbung gezeigt. Im Einzelnen demonstrieren die Kurve 502 für Gaskondensat, die Kurve 504 für Dunkelöl und die Kurve 506 für Teer die lineare Beziehung. Diese Beziehung kann verwendet werden, um die Farbabsorption bei jeder Wellenlänge auf der Grundlage der Farbabsorption bei bekannten Wellenlängen vorherzusagen.
Ein LFA-Sensor besitzt typischerweise fünf Farbkanäle. Ein "Farbkanal" ist ein Kanal, der die OD einer Fluidprobe bei einer Wellenlänge erfasst, bei der die gemessene OD hauptsächlich infolge Farbabsorption auftritt. Daten von Farbkanälen können mit den Gleichungen 1 und 2 verwendet werden, um die Konstanten α und β zu bestimmen. Obwohl an dieser Stelle keine speziellen Kurvenanpassungstechniken beschrieben werden, sind Fachmänner mit Kurvenanpassungstechniken vertraut, die bei der Erfindung verwendet werden können. Ferner kann die Anzahl von Farbkanälen bei einem gegebenen Werkzeug oder einem Werkzeugtyp variieren, wobei diese Anzahl die Erfindung nicht einschränken soll. Das LFA-Werkzeug wird lediglich als Beispiel verwendet.
Wenn die Konstanten α und β bestimmt wurden, kann die Gleichung 1 verwendet werden, um Farbabsorptionen bei anderen Wellenlängen vorherzusagen. Die Farbabsorption im Methankanal, im Ölkanal und im Grundkanal kann von der gemessenen Gesamt-OD in diesen Kanälen subtrahiert werden. Die verbleibende OD z. B. im Methankanal repräsentiert die Absorption durch molekulare Schwingung, die durch das in der Fluidprobe vorhandene Methan bewirkt wird, besser.
Eine Messung der Farbabsorption in Farbkanälen ermöglicht die Vorhersage der Farbabsorption bei anderen Wellenlängen oder in anderen Kanälen. Ein Beispiel einer Ausführungsform zum Anwenden eines Algorithmus zum Beseitigen des Farbanteils an den Daten in 4 ist in 6 gezeigt. Die OD in dem Farbkanal (die durch die Kurve 604 gezeigt ist) und die OD in dem Grundkanal (die durch die Kurve 606 gezeigt ist) sind wesentlich verringert, da die Wirkungen der Farbabsorption beseitigt wurden. Die OD in dem Ölkanal (die durch die Kurve 602 gezeigt ist) ist ebenfalls als ein Ergebnis des Algorithmus zum Beseitigen des Farbanteils wesentlich verringert. Wie aus 6 ersichtlich ist, strebt die Kurve 604 des farbkorrigierten Methankanals einem asymptotischen Wert zu. Die Kurve 606 des farbkorrigierten Grundkanals verläuft fast bei null, was angibt, dass ein Großteil der OD in der Kurve (406 in 4) des Grundkanals durch Farbabsorption bewirkt wurde. Die Kurve 608 der in Bezug auf Farbe korrigierten Methandifferenz zeigt wie die Kurve 604 des in Bezug auf Farbe korrigierten Methankanals einen Verlauf, der zur Vorhersage einer Verunreinigung verwendet werden kann und die in Bezug auf Farbe korrigierten Methan-, Öl- und Grundkanäle können zur Vorhersage des GOR verwendet werden.
Ein Fachmann kann erkennen, dass der Algorithmus zum Beseitigen des Farbanteils auf andere Kanäle als den Ölkanal und den Methankanal angewendet werden kann. Jeder Fluidkomponentenkanal kann unter Verwendung von Ausführungsformen dieser Erfindung von dem durch Farbe bewirkten Anteil befreit werden. Ein "Fluidkomponentenkanal" ist ein Kanal, der verwendet werden kann, um die Zusammensetzung einer Fluidprobe oder eine Eigenschaft einer Fluidprobe zu bestimmen. Einige im Bohrloch befindliche Werkzeuge zur Fluidprobenentnahme enthalten einen optischen Sensor mit einem Kanal, der auf gasförmige Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffe anspricht. Ein derartiger Kanal kann von dem durch Farbe bewirkten Anteil befreit werden, indem bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Das Verfahren von 10 enthält zuerst das Gewinnen von Daten, die sich auf die OD einer Fluidprobe ("Daten der optischen Dichte") beziehen, in wenigstens einem Farbkanal und in wenigstens einem Fluidkomponentenkanal (im Schritt 1002 gezeigt). In dieser Beschreibung wird der Ausdruck "Daten der optischen Dichte" im Allgemeinen verwendet, um Daten zu bezeichnen, die sich auf die optische Dichte oder den Lichtdurchlassgrad beziehen. In einigen Ausführungsformen werden die OD-Daten für zwei Farbkanäle gewonnen. In einigen Ausführungsformen werden die Daten an mehreren Zeitpunkten während des Vorgangs der Probenentnahme gesammelt. In einigen Ausführungsformen werden die Korrekturen zu mehreren Zeitpunkten während des Vorgangs der Probenentnahme angewendet. Die Daten können die OD in den gewünschten Kanälen umfassen oder sie können einen anderen Typ von Daten umfassen, der sich auf die OD bezieht, wie etwa ein Wert des Lichtdurchlassgrads. Außerdem werden die Daten in einigen Ausführungsformen durch Messung erhalten, während die Daten in einigen anderen Ausführungsformen im Voraus gemessene Daten umfassen, die aus Speichermedien erhalten werden. In einigen Ausführungsformen umfasst der wenigstens eine Fluidkomponentenkanal einen Methankanal und einen Ölkanal.
Das Verfahren enthält weiter die Bestimmung einer Funktion der Wellenlänge für die OD der Fluidprobe infolge von Farbabsorptionen aus den Daten der optischen Dichte für den wenigstens einen Farbkanal (im Schritt 1004 gezeigt). In einigen Ausführungsformen wird an jedem von den mehreren Zeitpunkten eine derartige Funktion ("Farbabsorptionsfunktion") bestimmt. Ein Beispiel einer derar tigen Funktion ist in Gleichung 1 gezeigt. Die Daten von wenigstens einem Farbkanal können verwendet werden, um die Konstanten in der allgemeinen Form von einer beliebigen Gleichung, die für die Farbabsorptionen ausgewählt ist, zu bestimmen.
Es wird angemerkt, dass die Gleichung 1 zwei Unbekannte enthält, die bestimmt werden müssen, die Erfindung ist jedoch nicht auf zwei Unbekannte beschränkt. Eine Farbabsorptionsfunktion kann z. B. einen der Werte abschätzen oder vermuten. Eine derartige Farbabsorptionsfunktion würde lediglich eine Unbekannte enthalten, die unter Verwendung von Daten aus dem lediglich einen Farbkanal bestimmt werden könnte. Es gibt jedoch auch Farbabsorptionsfunktionen, die mehr als zwei Unbekannte enthalten. Ein typischer Fluidanalysator enthält fünf Farbkanäle, die die Bestimmung von mehr als zwei Unbekannten ermöglichen. Die Erfindung ist nicht durch die Form der Farbabsorptionsfunktion beschränkt.
Das Verfahren enthält ferner die Berechnung des Anteils der OD in dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal, der durch Farbabsorptionen bewirkt wird (im Schritt 1006 gezeigt). In einigen Ausführungsformen wird der Anteil der OD, der durch Farbabsorptionen bewirkt wird, an jedem der mehreren Zeitpunkte berechnet. In einigen Ausführungsformen enthält das Verfahren die Bestimmung des Anteils der OD, der durch Farbabsorptionen bewirkt wird, in dem Grundkanal.
Das Verfahren enthält ferner das Beseitigen des Farbanteils aus den Daten durch das Subtrahieren des Anteils der OD, der durch Farbabsorptionen bewirkt wird, in jedem von dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal (im Schritt 1008 gezeigt). In einigen Ausführungsformen erfolgt das an jedem der mehreren Zeitpunkte. In einigen Ausführungsformen enthält das Verfahren außerdem die Beseitigung des Streuungsanteils aus dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal durch Beseitigung des Farbanteils aus dem Grundkanal und durch Subtrahieren der vom Farbanteil befreiten OD aus einem Grundkanal von der vom Farbanteil befreiten OD in jedem von dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal (im Schritt 1010 gezeigt), wie später beschrieben wird.
Algorithmus zum Entfernen des Wasseranteils
Wasser in einer Fluidprobe kann einen Einfluss auf die OD besitzen, die in allen Kanälen gemessen wird. Dieser "Wassereffekt" kann bei Bohrlöchern, die mit Schlamm auf Wasserbasis gebohrt werden und bei Bohrlöchern, die durch For mationen gebohrt werden, die natürliches Wasser enthalten, wesentlich werden. 7 zeigt den Wassereffekt anhand einer Fluidprobe, die vollständig aus Wasser besteht. Ein "Wasserkanal" (der mit der Kurve 710 gezeigt ist) arbeitet bei einer Wellenlänge, die einem Peakwert der Absorption durch molekulare Schwingung für Wasser entspricht. Wie gezeigt ist, kann Wasser in einer Fluidprobe außerdem die OD in dem Grundkanal (der mit der Kurve 706 gezeigt ist), in dem Ölkanal (der mit der Kurve 702 gezeigt ist) und in dem Methankanal (der mit der Kurve 704 gezeigt ist) wesentlich vergrößern. Der Wassereffekt ist im Ölkanal und im Grundkanal (die mit den Kurven 702, 706 gezeigt sind) stärker ausgeprägt als in dem Methankanal (der mit der Kurve 704 gezeigt ist). Deswegen können selbst kleine Mengen Wasser in einer Fluidprobe eine bedeutende Auswirkung auf die Genauigkeit der Vorhersagen der Verunreinigung und des GOR besitzen, die auf einer genauen OD-Messung in dem Methankanal basieren.
Die Wasserabsorptionen in allen Kanälen beziehen sich auf den Massenanteil (nachfolgend als Teildichte bezeichnet) des Wassers in der Fluidprobe. Das heißt, die Wirkung von Wasserabsorptionen auf die OD verstärkt sich mit der Menge des Wassers oder mit dem Anteil des Wassers in der Fluidprobe. Ein weiteres Merkmal von Wasserabsorptionen besteht darin, dass die Verhältnisse von Wasserabsorptionen zwischen unterschiedlichen Kanälen bei jedem Wasseranteil nahezu konstant bleiben. Somit können unter Verwendung eines Wasserkanals, der lediglich Absorptionen von Wasser enthält, die Wasserabsorptionen in allen anderen Kanälen berechnet werden.
In einigen Ausführungsformen betragen z. B. die Wasserabsorptionen in dem Methankanal etwa 17,2% der Wasserabsorptionen in dem Wasserkanal. Das Wasser-Absorptionsverhältnis in dem Methankanal beträgt 0,172. Somit gilt OD-_Methan = 0,172 OD_Wasser. In einigen Ausführungsformen betragen die Wasserabsorptionen in dem Ölkanal in ähnlicher Weise etwa 18,7% der Wasserabsorptionen in dem Wasserkanal (Wasser-Absorptionsverhältnis = 0,187) und die Wasserabsorptionen in dem Grundkanal betragen etwa 22,8% der Wasserabsorptionen in dem Wasserkanal (Wasser-Absorptionsverhältnis = 0,228) (OD_Öl = 0,187 OD_Wasser; OD_Grund = 0,228 OD_Wasser). Es wird angemerkt, dass die Verhältnisse der Wasserabsorptionen in den verschiedenen Kanälen zu den Wasserabsorptionen des Wasserkanals experimentell bestimmt werden. Die speziellen Werte können in Abhängigkeit von den spezifischen Wellenlängen, die in jedem Kanal verwendet werden, variieren. Außerdem können unterschiedliche Verfahren zum Bestimmen der Verhältnisse etwas unterschiedliche Ergebnisse erzielen. Die vorliegende Erfindung soll nicht durch die Werte der Wasser-Absorptionsverhältnisse beschränkt sein.
An jedem Zeitpunkt enthält der Algorithmus das Messen der OD in dem Wasserkanal, das Berechnen der Wasserabsorptionen in dem Methankanal, dem Ölkanal und dem Grundkanal auf der Grundlage experimentell bestimmten Verhältnisse und das Subtrahieren der Wasserabsorptionen von jedem Kanal. Es wird angemerkt, dass der Wassereffekt aus jedem Kanal und nicht nur aus dem Methankanal, dem Ölkanal und dem Grundkanal entfernt werden kann.
8 zeigt Kurven eines Ölkanals (der mit dem Bezugszeichen 802 gezeigt ist), eines Methankanals (der mit dem Bezugszeichen 804 gezeigt ist) und eines Grundkanals (der mit dem Bezugszeichen 806 gezeigt ist) von einer Fluidprobe, die aus einem Bohrloch entnommen wurde, das mit Schlamm auf Wasserbasis gebohrt wird. Die Kurven von 8 sind aufgenommen worden, nachdem eine Zeitperiode vergangen ist, deswegen ist die anfängliche Steigerung nicht ersichtlich und die Linien verlaufen verhältnismäßig flach. Wie trotzdem aus 8 erkannt werden kann, bewirkt der sich verändernde Wassergehalt in der Fluidprobe Schwankungen der in den Kanälen gemessenen OD.
9 zeigt ähnlich wie 8 Kurven eines Ölkanals (der mit dem Bezugszeichen 902 gezeigt ist), eines Methankanals (der mit dem Bezugszeichen 904 gezeigt ist) und eines Grundkanals (der mit dem Bezugszeichen 906 gezeigt ist) nachdem jedoch der Wassereffekt beseitigt wurde, indem von jedem Kanal die Wasserabsorptionen subtrahiert wurden. Die Kurven 902, 904 und 906 weisen eine viel geringere Schwankung als vor der Ausführung des Algorithmus zum Beseitigen des Wasseranteils auf. Das verbessert die Genauigkeit der Vorhersagen der Verunreinigung und des GOR.
Das Verfahren von 11 enthält zunächst das Gewinnen von Daten, die sich auf die OD einer Fluidprobe in einem Wasserkanal und in wenigstens einem Fluidkomponentenkanal (der im Schritt 1102 gezeigt ist) beziehen. In einigen Ausführungsformen werden die Daten an mehreren Zeitpunkten während des Vorgangs der Probenentnahme gesammelt. Die Daten können die OD in den gewünschten Kanälen umfassen oder sie können einen anderen Typ von Daten umfassen, die sich auf die OD beziehen, wie etwa ein Wert des Lichtdurchlassgrads. Außerdem werden die Daten in einigen Ausführungsformen durch Messung gewonnen, während die Daten in einigen anderen Ausführungsformen im Voraus gemessene Daten umfassen, die aus Speichermedien gewonnen werden. In einigen Ausführungsformen umfasst der wenigstens eine Fluidkomponentenkanal den Methankanal und den Ölkanal.
Das Verfahren enthält als Nächstes die Berechnung des Anteils der OD in den Fluidkomponentenkanälen, der durch Wasserabsorptionen bewirkt wird (im Schritt 1104 gezeigt). In einigen Ausführungsformen erfolgt diese Berechnung auf der Grundlage der OD in dem Wasserkanal und eines Wasser-Absorptionsverhältnisses. In einigen anderen Ausführungsformen enthält das Verfahren die Bestimmung des Anteils der OD, der durch Wasserabsorptionen bewirkt wird, in dem Grundkanal.
Das Verfahren enthält als Nächstes die Entfernung des Wasseranteils aus den Daten, indem der Anteil der OD, der durch Wasserabsorptionen bewirkt wird, in jedem der Fluidkomponentenkanäle subtrahiert wird (im Schritt 1106 gezeigt). In einigen Ausführungsformen erfolgt das an jedem von mehreren Zeitpunkten. In einigen Ausführungsformen enthält das Verfahren außerdem die Beseitigung des Streuungsanteils in dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal, indem der Wasseranteil in dem Grundkanal beseitigt wird und die vom Wasseranteil befreite OD aus dem Grundkanal von der vom Wasseranteil befreiten OD in dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal subtrahiert wird (in Schritt 1108 gezeigt), wie später beschrieben wird.
Algorithmus zum Entfernen des Streuungsanteils
Streuung wird im Allgemeinen durch feine Partikel in einer Fluidprobe bewirkt, die einen Teil des einfallenden Lichts so umlenken, dass es den Detektor nicht erreicht. Es wird angenommen, dass die Streuung wellenlängenunabhängig erfolgt, d. h. sie betrifft alle Kanäle in gleicher Weise. In den meisten Fällen kann der Streuungseffekt beseitigt werden, indem der Grundkanal von dem Methankanal und von dem Ölkanal subtrahiert wird, bevor sie zur Vorhersage der Verunreinigung oder des GOR verwendet werden. Es wird angemerkt, dass der Grundkanal vom Farbanteil oder vom Wasseranteil befreit werden kann, bevor der Methan- und der Ölkanal vom Streuungsanteil befreit werden.
Allgemeine Algorithmen
Die obigen Algorithmusbeschreibungen gelten für selbstständige Algorithmen zum Entfernen des Farbeffekts, des Wassereffekts und des Streuungseffekts. In vielen Fällen sind jedoch zwei oder drei dieser Effekte vorhanden und müssen aus den OD-Daten für eine Fluidprobe gleichzeitig entfernt werden.
In einigen Ausführungsformen werden die selbstständigen Algorithmen nacheinander verwendet, um den Farb-, den Wasser- und den Streuungseffekt zu beseitigen. 12 zeigt eine Ausführungsform des ersten allgemeinen Algorithmus, der an jedem Zeitpunkt angewendet wird. Zuerst wird der selbstständige Algorithmus zum Entfernen des Farbanteils verwendet, um die Farbwirkung zu beseitigen oder um den Farbanteil in den Kanälen zu entfernen (im Schritt 1202 gezeigt). Das kann z. B. in der Weise erfolgen, die in 10 gezeigt ist. Ferner zeigt 12, dass der Algorithmus zum Beseitigen des Wasseranteils verwendet wird, um den Wassereffekt aus dem Methan-, dem Öl- und dem Grundkanal zu entfernen (im Schritt 1204 gezeigt). Das kann z. B. in der Weise erfolgen, die in 11 gezeigt ist. Schließlich zeigt 12, dass der Algorithmus zum Beseitigen des Streuungsanteils verwendet werden kann, um den Streuungseffekt aus dem Methan- und dem Ölkanal zu entfernen (im Schritt 1206 gezeigt). Das kann erfolgen, indem ein vom Farbanteil und vom Wasseranteil befreiter Grundkanal von dem Methankanal und dem Ölkanal, die vom Farbanteil und vom Wasseranteil befreit wurden, subtrahiert wird.
Nicht alle Ausführungsformen der Erfindung enthalten alle Schritte, die in 12 gezeigt sind. Einer der drei selbstständigen Algorithmen könnte weggelassen werden. Falls z. B. eine Fluidprobe aus einer Formation entnommen wird, die lediglich helles Öl oder Gaskondensat enthält, kann der Algorithmus zum Beseitigen des Farbanteils (der im Schritt 1202 gezeigt ist) weggelassen werden. Die Erfindung ist ferner nicht auf die Reihenfolge beschränkt, in der die einzelnen selbstständigen Algorithmen ausgeführt werden. In einigen Ausführungsformen wird z. B. der Algorithmus zum Beseitigen des Wasseranteils (der im Schritt 1204 gezeigt ist) zuerst ausgeführt, woraufhin die Algorithmen zum Beseitigen des Farbanteils und des Streuungsanteils folgen. Die Erfindung soll nicht durch die Reihenfolge, in der die selbstständigen Algorithmen ausgeführt werden, beschränkt sein.
In einigen Ausführungsformen werden der Farbeffekt, der Wassereffekt und der Streuungseffekt an jedem Zeitpunkt aus allen Kanälen gleichzeitig entfernt. In einigen Ausführungsformen wird das realisiert, indem in jedem Kanal ein mathematisches Modell für die OD hergestellt wird. Die Gleichungen 3 bis 12 zeigen die OD in jedem von zehn Kanälen in einem beispielhaften LFA-Werkzeug. Die Gleichungen repräsentieren eine Farbabsorption, eine Wasserabsorption, eine Streuung und Methan- und Ölabsorptionen für jeden Kanal. Bei dem LFA-Werkzeug sind die Kanäle 1 bis 5 Farbkanäle, der Kanal 6 ist ein Wasserkanal, der Kanal 7 ist ein Grundkanal, der Kanal 0 ist ein Methankanal, der Kanal 8 ist ein Ölkanal und der Kanal 9 weist Absorptionen sowohl von Wasser, von Methan als auch von Öl auf.
Ein Gleichungssystem kann entwickelt werden, das die Absorption in jedem Kanal modelliert: OD1 = αLeβ/λ1 + s – 0,020 w (3) OD2 = αLeβ/λ2 + s – 0,021 w (4) OD3 = αLeβ/λ3 + s – 0,020 w (5) OD4 = αLeβ/λ4 + s – 0,015 w (6) OD5 = αLeβ/λ5 + s + 0,022 w + p (7) OD6 = αLeβ/λ6 + s + w + q (8) OD7 = αLeβ/λ7 + s + 0,228 w (9) OD0 = αLeβ/λ0 + s + 0,172 w + A (10) OD8 = αLeβ/λ8 + s+ 0,187 w + B (11) OD9 = αLeβ/λ9 + s + 1,49 w + C (12)
In den Gleichungen 3 bis 12 sind α und β Konstanten, L ist die Weglänge, w ist die Wasserabsorption im Wasserkanal (hier Kanal 6), s ist der wellenlängenunabhängige Streuungseffekt und λ_n ist die Wellenlänge des n-ten Kanals. p und q sind Konstanten, die die geringen Absorptionen von Öl in den Kanälen 5 bzw. 6 repräsentieren. A, B und C repräsentieren die Absorptionen durch molekulare Schwingung von Methan und Öl in den Kanälen 0, 8 und 9. Bei Verwendung der Gleichung 10 repräsentiert z. B. der erste Term (αLe^β/λ0) Farbabsorptionen, der zweite Term (s) repräsentiert Streuung, der dritte Term (0,172 w) repräsentiert Wasserabsorptionen und der vierte Term (A) repräsentiert Absorptionen durch molekulare Schwingung von Methan und Öl. Verfahren zum Bestimmen der Verunreinigung und des GOR aus Konstanten, wie etwa A, B und C, sind in der Technik wohlbekannt. Z. B. beschreibt US 6 476 384 Verfahren zum Bestimmen des GOR.
Die zehn einzelnen Gleichungen, die in den Gleichungen 3 bis 12 definiert sind, enthalten sieben unbekannte Variable. Somit sind gültige OD-Messungen von lediglich sieben Kanälen erforderlich, um das Gleichungssystem für die Unbekannten A, B und C zu lösen. Wenn Daten von einer größeren Anzahl von Kanälen verfügbar sind, können die zuverlässigsten sieben Kanäle ausgewählt werden, um das Gleichungssystem zu lösen oder es kann ein Minimierungs-Algorithmus verwendet werden, um das Gleichungssystem mit allen verfügbaren Kanälen zu lösen. Minimierungs-Algorithmen sind in der Technik wohlbekannt.
Es wird angemerkt, dass die Erfindung nicht auf die speziellen Gleichungen, die mit den Gleichungen 3 bis 12 gezeigt sind, beschränkt ist. Diese speziellen Gleichungen werden lediglich als ein Beispiel verwendet. Ein Fachmann wird erkennen, dass andere Formen dieser Gleichungen verwendet werden könnten, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Die Koeffizienten der Wasserabsorption in dem Wasserkanal (w im Kanal 6) werden z. B. typischerweise experimentell bestimmt. Somit kann ein anderes Experiment andere Ergebnisse erzielen. Ferner kann ein anderer optischer Sensor Kanäle mit anderen Wellenlängen des Lichts verwenden. Die Koeffizienten für jeden Kanal können von den Koeffizienten, die in diesem Beispiel gezeigt sind, verschieden sein.
In einigen Ausführungsformen enthält das Gleichungssystem eine wellenlängenabhängige Streuungskomponente. Anstelle der Verwendung einer Konstanten s für die Streuungskomponente in jedem Kanal wird statt der Konstanten eine wellenlängenabhängige Streuungskomponente verwendet. In einigen Ausführungsformen besitzt die wellenlängenabhängige Streuungskomponente die Form s + d/λ_n, wobei s die wellenlängenabhängige Streuungswirkung ist, d ist eine Streuungskonstante und λ_n ist die Wellenlänge des n-ten Kanals. OD1 = αLeβ/λ1 + s + d/λ1 – 0,020 w (13) OD2 = αLeβ/λ2 + s + d/λ2 – 0,021 w (14) OD3 = αLeβ/λ3 + s + d/λ3 – 0,020 w (15) OD4 = αLeβ/λ4 + s + d/λ4 – 0,015 w (16) OD5 = αLeβ/λ5 + s + d/λ5 + 0,022 w + p (17) OD6 = αLeβ/λ6 + s + d/λ6 + w + q (18) OD7 = αLeβ/λ7 + s + d/λ7 + 0,228 w (19) OD0 = αLeβ/λ0 + s + d/λ0 + 0,172 w + A (20) OD8 = αLeβ/λ8 + s + d/λ8 + 0,187 w + B (21) OD9 = αLeβ/λ9 + s + d/λ9 + 1,49 w + C (22)
Das Gleichungssystem der Gleichungen 13 bis 22 umfasst zehn Gleichungen und acht Unbekannte. Somit werden gültige OD-Daten für lediglich acht der Kanäle benötigt, um die Gleichungen 13 bis 22 für A, B und C lösen zu können.
Das Verfahren von 13 enthält zuerst das Gewinnen von Daten, die sich auf die OD einer Fluidprobe in mehreren optischen Kanälen beziehen (im Schritt 1302 gezeigt). In einigen Ausführungsformen werden die Daten an mehreren Zeitpunkten während des Abtastvorgangs gesammelt. Die Daten können die OD in den gewünschten Kanälen umfassen oder können andere Typen von Daten, die sich auf die OD beziehen, umfassen, z. B. den Lichtdurchlassgrad. Außerdem werden die Daten in einigen Ausführungsformen durch Messung erhalten, wobei die Daten in einigen anderen Ausführungsformen im Voraus gemessene Daten umfassen, die von Speichermedien gewonnen werden.
Das Verfahren enthält als Nächstes die Entwicklung eines Gleichungssystems, das die OD der Fluidprobe in jedem der optischen Kanäle als die Summe der Farbabsorptionen, der Absorptionen durch molekulare Schwingung, der Wasserabsorptionen und der Streuung modelliert (im Schritt 1304 gezeigt). In einigen Ausführungsformen enthält die Summe lediglich zwei der oben genannten Faktoren und in wenigstens einer Ausführungsform enthält die Summe drei der oben genannten Faktoren. In einigen Ausführungsformen werden die Farbabsorptionen durch eine Funktion der Wellenlänge bestimmt. In wenigstens einer Ausführungsform entspricht das Gleichungssystem den Gleichungen 3 bis 12.
In einigen Ausführungsformen ist die Streuung eine Funktion der Wellenlänge. In wenigstens einer Ausführungsform entspricht das Gleichungssystem den Gleichungen 13 bis 22.
Das Verfahren enthält als Nächstes das Lösen des Gleichungssystems für die molekularen Schwingungen in dem Methankanal und in dem Ölkanal (Schritt 1305). In einigen Ausführungsformen werden die Gleichungen an jedem der mehreren Zeitpunkte gelöst.
In einigen Ausführungsformen bezieht sich die Erfindung auf ein Elektroniksystem, das die OD-Daten empfangen und die Ausführungsformen der oben beschriebenen Verfahren realisieren kann. In einer Ausführungsform enthält das Elektroniksystem einen Speicher, eine Eingabevorrichtung, die so beschaffen ist, dass sie OD-Daten empfängt, und einen Prozessor. Der Prozessor kann so beschaffen sein, dass er die Daten verwendet, um ein Gleichungssystem zu entwickeln, das die optische Dichte in jedem von mehreren optischen Kanälen als eine Summe von wenigstens zwei Elementen der Gruppe modelliert, die eine wellenlängenabhängige Funktion der Farbabsorptionen, der Absorptionen durch molekulare Schwingung, Wasserabsorptionen und Streuung enthält, und das Gleichungssystem löst, um die Absorptionen durch molekulare Schwingung in einem Methankanal und in einem Ölkanal zu bestimmen.
Ein Elektroniksystem gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung ist so beschaffen, dass es mit einem im Bohrloch befindlichen Werkzeug zur Probenentnahme betriebsfähig gekoppelt ist. In anderen Ausführungsformen kann ein Elektroniksystem so beschalten sein, dass es mit dem im Bohrloch befindlichen Werkzeug zur Probenentnahme einteilig ist.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können einen oder mehrere der nachfolgenden Vorteile enthalten. In einigen Ausführungsformen ermöglicht die Erfindung die Verfeinerung von OD-Signalen von einem im Bohrloch befindlichen Fluidanalysator, wenn die Signale durch die Farbe der Fluidprobe beeinflusst werden. In bestimmten Ausführungsformen ermöglicht die Erfindung vorteilhaft die Verfeinerung von OD-Signalen in den Situationen, wenn das Signal durch Wasser in der Fluidprobe beeinflusst wird. In bestimmten Ausführungsformen ermöglicht die Erfindung vorteilhaft die Verfeinerung von OD-Signalen in den Situationen, wenn das Signal durch Streuung des auftreffenden Lichts in der Fluidprobe beeinflusst wird. Eine Signalverteinerung ermöglicht eine genauere Bestimmung der Verunreinigung, des GOR und jeder weiteren wichtigen Fluideigenschaft, die durch Fluidanalyse bestimmt werden kann.
In bestimmten Ausführungsformen ermöglicht die Erfindung vorteilhaft die Verfeinerung von OD-Signalen dann, wenn das Signal durch mehr als ein Element von Farbe, Wasser und Streuung in der Fluidprobe beeinflusst wird. In einigen Ausführungsformen ermöglicht die Erfindung eine Signalverfeinerung der OD-Signale dann, wenn das Signal durch Farbe, Wasser und Streuung beeinflusst ist. In wenigstens einer Ausführungsform ermöglicht die Erfindung das gleichzeitige Entfernen von Farbeffekten, Wassereffekten und Streuungseffekten, wodurch eine genauere Bestimmung der Verschmutzung, des GOR oder anderer Fluideigenschaften gewährleistet wird.

Claims

Verfahren zum Verfeinern von Fluidprobendaten, mit den folgenden Schritten: Erhalten von Daten der optischen Dichte für eine Fluidprobe in wenigstens einem Farbkanal und in wenigstens einem Fluidkomponentenkanal, Bestimmen einer Farbabsorptionsfunktion aus den Daten der optischen Dichte für die Fluidprobe in dem wenigstens einen Farbkanal, gekennzeichnet durch Berechnen eines Anteils einer optischen Dichte, der durch Farbabsorptionen bewirkt wird, in dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal und Entfernen des Farbanteils aus den Daten der optischen Dichte für den wenigstens einen Fluidkomponentenkanal durch Entfernen des Anteils der optischen Dichte, der durch Farbabsorptionen bewirkt wird, in dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Farbkanal wenigstens zwei Farbkanäle umfasst und die Farbabsorptionsfunktion zwei Unbekannte enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Farbabsorptionsfunktion, das Berechnen des Anteils der optischen Dichte, der durch Farbabsorptionen bewirkt wird, und das Entfernen des Farbanteils an Daten der optischen Dichte ausgeführt werden, die an mehreren Zeitpunkten gesammelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbabsorptionsfunktion von einer Wellenlänge eines auftreffenden Lichts abhängt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Fluidkomponentenkanal einen Kanal umfasst, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Methankanal, einem Ölkanal und sowohl aus dem Methankanal als auch aus dem Ölkanal besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gas/Öl-Verhältnis der Fluidprobe berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine prozentuale Verunreinigung der Fluidprobe berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Erhalten der Daten der optischen Dichte für die Fluidprobe in einem Basiskanal, Berechnen eines Anteils einer optischen Dichte, der durch Farbabsorptionen bewirkt wird, in dem Basiskanal aus der Farbabsorptionsfunktion, Entfernen des Farbanteils aus den Daten der optischen Dichte in dem Basiskanal durch Entfernen des Anteils der optischen Dichte, der durch Farbabsorptionen bewirkt wird, in dem Basiskanal und Entfernen des Streuungsanteils aus den Daten der optischen Dichte für den wenigstens einen Fluidkomponentenkanal durch Entfernen der optischen Dichte des Basiskanals aus der optischen Dichte des wenigstens einen Fluidkomponentenkanals.
Verfahren zum Verfeinern von Fluidprobendaten, bei dem Daten der optischen Dichte für eine Fluidprobe in einem Wasserkanal und in wenigstens einem Fluidkomponentenkanal erhalten werden, gekennzeichnet durch Berechnen eines Anteils einer optischen Dichte, der durch Wasserabsorptionen bewirkt wird, in dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal auf der Grundlage einer optischen Dichte in dem Wasserkanal und eines Wasserabsorptionsverhältnisses für den wenigstens einen Fluidkomponentenkanal, und Entfernen des Wasseranteils aus den Daten der optischen Dichte in dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal durch Entfernen des Anteils der optischen Dichte, der durch Wasserabsorptionen bewirkt wird, in dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des Anteils der Daten der optischen Dichte, der durch Wasserabsorptionen bewirkt wird, und das Entfernen des Wasseranteils an Daten der optischen Dichte ausgeführt werden, die an mehreren Zeitpunkten gesammelt werden.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wasserabsorptionsverhältnis experimentell bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Fluidkomponentenkanal einen Kanal umfasst, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Methankanal, einem Ölkanal und sowohl aus dem Methankanal als auch aus dem Ölkanal besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch Erhalten der Daten der optischen Dichte für die Fluidprobe in einem Basiskanal und Berechnen eines Anteils einer optischen Dichte, der durch Wasserabsorptionen bewirkt wird, in dem Basiskanal auf der Grundlage der optischen Dichte in dem Wasserkanal und eines Wasserabsorptionsverhältnisses für den Basiskanal, Entfernen des Wasseranteils aus den Daten der optischen Dichte in dem Basiskanal durch Entfernen des Anteils der optischen Dichte, der durch Wasserabsorptionen in dem Basiskanal bewirkt wird, und Entfernen des Streuungsanteils aus den Daten der optischen Dichte für den wenigstens einen Fluidkomponentenkanal durch Entfernen der optischen Dichte des Basiskanals aus der optischen Dichte des wenigstens einen Fluidkomponentenkanals.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, gekennzeichnet durch Berechnen eines Gas/Öl-Verhältnisses der Fluidprobe.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, gekennzeichnet durch Berechnen einer prozentualen Verunreinigung der Fluidprobe.
Verfahren zum Verfeinern von Fluidprobendaten, das die folgenden Schritte umfasst: Erhalten der Daten der optischen Dichte für eine Fluidprobe in wenigstens einem Farbkanal, einem Wasserkanal und in wenigstens einem Fluidkomponentenkanal und Bestimmen einer Farbabsorptionsfunktion aus den Daten der optischen Dichte der Fluidprobe in dem wenigstens einen Farbkanal, gekennzeichnet durch Berechnen eines Anteils einer optischen Dichte, der durch Farbabsorptionen bewirkt wird, in dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal, Berechnen eines Anteils einer optischen Dichte, der durch Wasserabsorptionen bewirkt wird, in dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal auf der Grundlage einer optischen Dichte in dem Wasserkanal und eines Wasserabsorptionsverhältnisses für den wenigstens einen Fluidkomponentenkanal, und Einstellen der Daten der optischen Dichte in dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal durch Entfernen des Anteils der optischen Dichte, der durch Farbabsorptionen bewirkt wird, in dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal und durch Entfernen des Anteils der optischen Dichte, der durch Wasserabsorptionen bewirkt wird, in dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Farbkanal zwei Farbkanäle umfasst und die Farbabsorptionsfunktion zwei Unbekannte enthält.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Farbabsorptionsfunktion, die Berechnung eines Anteils der optischen Dichte, der durch Farbabsorptionen bewirkt wird, in dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal, die Berechnung eines Anteils der optischen Dichte, der durch Wasserabsorptionen bewirkt wird, in dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal und das Einstellen der Daten der optischen Dichte an Daten der optischen Dichte, die an mehreren Zeitpunkten gesammelt werden, ausgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 18, gekennzeichnet durch Erhalten von Daten der optischen Dichte für eine Fluidprobe in einem Basiskanal, Berechnen eines Anteils einer optischen Dichte, der durch Farbabsorptionen bewirkt wird, in dem Basiskanal aus der Farbabsorptionsfunktion, Berechnen eines Anteils einer optischen Dichte, der durch Wasserabsorptionen bewirkt wird, in dem Basiskanal auf der Grundlage der optischen Dichte in dem Wasserkanal und eines Wasserabsorptionsverhältnisses für den Basiskanal, Einstellen der Daten der optischen Dichte in dem Basiskanal durch Entfernen des Anteils der optischen Dichte, der durch Farbabsorptionen bewirkt wird, in dem Basiskanal und durch Entfernen des Anteils der optischen Dichte, der durch Wasserabsorptionen bewirkt wird, in dem Basiskanal und Entfernen des Streuungsanteils aus den Daten der optischen Dichte für den wenigstens einen Fluidkomponentenkanal durch Entfernen der optischen Dichte in dem Basiskanal aus der optischen Dichte in dem wenigstens einen Fluidkomponentenkanal.
Verfahren zum Verfeinern von Fluidprobendaten, gekennzeichnet durch Erhalten von Daten der optischen Dichte für eine Fluidprobe in mehreren optischen Kanälen, Entwickeln eines Gleichungssystems, das eine optische Dichte in jedem optischen Kanal der mehreren optischen Kanäle als eine Summe aus wenigstens zwei Elementen aus der Gruppe modelliert, die Farbabsorptionen, Absorptionen durch molekulare Schwingung, Wasserabsorptionen und Streuung enthält, und Lösen des Gleichungssystems, um die Absorptionen durch molekulare Schwingung in wenigstens einem Methankanal und in einem Ölkanal zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Entwickeln des Gleichungssystems und das Lösen des Gleichungssystems an Daten der optischen Dichte ausgeführt werden, die an mehreren Zeitpunkten gesammelt werden.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Elemente aus der Gruppe, die Farbabsorptionen, Absorptionen durch molekulare Schwingung, Wasserabsorptionen und Streuung enthält, eine Wellenlängenfunktion von Farbabsorptionen umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Elemente aus der Gruppe, die Farbabsorptionen, Absorptionen durch molekulare Schwingung, Wasserabsorptionen und Streuung enthält, eine Wellenlängenfunktion von Wasserabsorptionen umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Elemente aus der Gruppe, die Farbabsorptionen, Absorptionen durch molekulare Schwingung, Wasserabsorptionen und Streuung enthält, eine Wellenlängenfunktion der Streuung umfassen.
Elektroniksystem, das umfasst: eine Eingabevorrichtung, die so beschaffen ist, dass sie Daten der optischen Dichte für eine Fluidprobe an mehreren Zeitpunkten empfängt, einen Speicher, der mit der Eingabevorrichtung funktional gekoppelt ist, um die empfangenen Daten zu speichern, und einen Prozessor, der mit dem Speicher funktional gekoppelt und so beschaffen ist, dass er die Daten der optischen Dichte verwendet, um ein Gleichungssystem zu entwickeln, das eine optische Dichte in jedem von mehreren optischen Kanälen als eine Summe von wenigstens zwei Elementen aus der Gruppe modelliert, die Farbabsorptionen, Absorptionen durch molekulare Schwingung, Wasserabsorptionen und Streuung enthält, sowie so beschaffen ist, dass er das Gleichungssystem löst, um die Absorptionen durch molekulare Schwingung in einem Methankanal und in einem Ölkanal zu bestimmen.
Elektroniksystem nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektroniksystem mit einem im Bohrloch befindlichen Werkzeug zur Fluidprobenentnahme funktional verbunden ist.
Elektroniksystem nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektroniksystem in ein im Bohrloch befindliches Werkzeug zur Fluidprobenentnahme integriert ist.