[发明专利]利用太赫兹辐射的油-水-气分析设备和方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及材料成分分析。更具体地讲，本发明涉及利用辐射检测的油-水-气分析以及在电磁谱的太赫兹域中操作的分析系统。

背景技术

精确并实时地识别储层流体成分对于油-水-气储层的成功评价和开发是重要的。储层流体成分影响储层开发的所有方面，包括井设计、提高采收率的方法以及生产策略。实时或者至少接近实时地评价储层流体成分是重要的。实时分析优选包括在井筒中的(也被称为“井下”)评价。虽然这样不是很及时，但是通常可以在地面仪器车(surface laboratory)中评价提取的样本。为了获得井下样本，将特定工具降到井中并且设定感兴趣的交叉点。转让给Schlumberger科技公司的第5,166,747号美国专利中描述了这种工具的示例，该专利的全部内容通过引用结合于此。通过建立与储层的连通，储层流体被从储层提取或抽取到所述工具。所提取的流体被引导到流体存储模块和流体成分分析模块。

存在用于确定流体成分的方法。这些方法通常包括能够执行气液色谱法的检测装置。这种装置可以对可分析的混合物做出定性和/或定量反应，所述混合物包括在油田应用中遇到的碳氢化合物混合物。一些最常使用的检测器包括热导检测器、火焰离子化检测器、光度检测器和光电离检测器。

存在用于确定流体成分的技术，该技术使红外光射入到流动的样本中并测量被输入的光的一部分以确定被样本吸收的量。这些技术使用光学或者红外线(IR)吸收检测器，以在所述光穿过包含将被分析的样本混合物的样本单元之前和之后检测光束强度的不同。当在被称为电子激发的过程中所述光穿过样本单元时，样本中的原子和/或分子俘获一些光子，所述电子激发是样本的原子或分子中的电子运动到更高的能级。这种技术通常确定样本中分子的电子激发。可惜的是，由于在这个范围内出现吸收峰值和发射峰值的重叠，所以经常很难并且有时不能从将提供物质识别的光带中选择波长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于确定流体样本的成分而不遭受在光学和IR频谱范围内出现的吸收峰值重叠的方案。

幸运地，可以通过利用从电磁谱的太赫兹(THz)域选择的电磁辐射来基本去除在吸收或者发射频谱中与重叠峰值相关的问题。这通常包括具有在大约3cm和大约3μm(即，0.01THz到100THz)之间的波长电磁辐射。作为附加利益，可以利用太赫兹辐射来分析已经被充分加热以激发分子的一个或者多个振动级和旋转级的样本混合物。至少部分是因为1THz等于0.004eV光子能量，所以在这种高温下这种分析是可能的。因此，太赫兹辐射的使用对于包括井下样本分析的油田应用可以提供额外的灵活性。

本发明的各种实施例提供了一种利用在太赫兹频谱中操作的电磁辐射源来确定流体样本的成分的设备和方法，所述流体样本包括水、油和气体中一种或者多种的混合物。

一方面，本发明涉及一种用于分析气体样本、液体样本或者气体和液体化合物的样本分析仪。该装置包括具有被构造成接收样本的流体连通端口的样本腔室。该装置还包括与流体连通端口流体连通的过滤器，从而由样本腔室接收的样本通过过滤器被过滤。太赫兹辐射检测器被设置成与样本电磁连通。太赫兹检测器提供被检测的输出信号，该输出信号表示从样本检测的太赫兹电磁辐射。在一些实施例中，该装置还包括照射样本的太赫兹源，太赫兹检测器检测被样本改变的太赫兹源照射的一部分。可以对太赫兹辐射的频谱的所检测的部分进行处理，以分析样本的成分。

另一方面，本发明涉及一种用于分析从地层获得的流体样本的成分的钻井设备，流体样本包括水、油和气体中的至少一种。钻井设备包括用于容纳钻井中流体样本的至少一个样本腔室。所述至少一个样本腔室包括基本透射太赫兹辐射的第一窗口部分。该设备还包括与流体样本电磁连通的太赫兹检测器，太赫兹检测器产生输出信号，该输出信号表示从流体样本检测的太赫兹电磁辐射。在一些实施例中，该装置还包括照射流体样本的太赫兹源，太赫兹检测器检测被流体样本改变的太赫兹源照射的一部分。可以对太赫兹辐射的频谱的所检测的部分进行处理，以分析样本的成分。

在另一方面，本发明涉及一种用于分析从地层获得的流体样本的成分的过程，该流体包括水、油和气体中的至少一种。首先获得钻井中流体样本，并将流体样本引导到至少一个样本腔室中。太赫兹辐射的频谱的至少一部分从流体样本被引导到至少一个样本腔室中。对太赫兹辐射的频谱的所检测的部分进行处理，以分析流体样本的成分。

附图说明