[发明专利]用于样本处理和流变学分析的装置和方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及以在样本源处存在的温度和压力条件，或者以至少不同于周围环境的温度条件，进行流体样本处理和/或界面流变学测量的领域，包括但不局限于具有多相(固体和液体)的储层碳氢化合物和水基流体、钻井泥浆、压裂液和类似物。

背景技术

在类似于石油储层和采油系统中经受的压力和温度条件下，储层流体通常包括悬浮微粒。所述微粒可能采用第二液相形式(碳氢化合物或水基液滴)或采用固体形式(有机或无机)。这些微粒的存在涉及石油流体的相特性，并且这些微粒的特性和/或组成可随着压力、温度或总组成的变化而改变。为了提高对微粒相特性的理解，期望获得限定压力和温度条件下的悬浮微粒的样本，用于后面的分析特征。

通过使用实验数据调整的状态模型的公式，储层流体的相和物理属性能够得到合理地估计。在这种模型中，该流体组成通常由表示流体内的多种部分的平均行为的集中值(或伪成分)描述，诸如C30+组成或SARA组成。在C30+组成的情况中，可接受的平均临界值被分配给每个伪成分，以便：在模拟组件中，伪成分的收集能够用于计算每个相的相特性和属性。虽然模拟和分析实现了简化，这种平均能够导致化学组成中小但重要的变化损失，能够影响宏观行为。最近文献和内部研究中观察到的这种行为实例描述如下。

多液相：对于在接近临界条件下的墨西哥湾流体，近期发现了采用微米尺寸液滴形式的第二液相的形成。最近的研究也已显示：在多种条件下，重和含沥青油形成多液相的能力，特别地当溶剂已加到系统(J.M.Shaw and E.Behar，Fluid Phase Equilibria，209(2003)185-206)。在其中储层流体与自由气体和/或水相之间接触的储层中，还观察到了富沥青质液相。虽然已知这种富沥青质液体在储层中形成“焦油-垫”，合成细节或焦油-垫形成的机理未知。

在所有这三种实例中，很少知道不同液体相的组成或其物理属性。没有这种知识，不可能发展出所需的状态公式(EOS)模型，或能够准确模拟经多孔介质的流。虽然可以实验限定不同相存在的条件(例如参见Shaw，J.M.et al.，Fluid Phase Equilibria，209(2003)185-206)，目前不可能在高压、高温度条件下隔离并抽样各自液体相。在多种温度和压力条件下，这些相的隔离需要执行每相的详细组成和物理属性分析。

沥青质析出和沉积：由于压力和/或温度的减小或与不相容流体混合，沥青质通常上从油析出的重、高芳香族分子(参见A.Hammamiand J.Ratulowski：Asphaltenes，Heavy Oils and Petroleomics，Oliver C.Mullins，Eric Y.Sheu，Ahmed Hammami，Alan Marshall，Editors，KluwerAcademic Publications，PRECIPITATION AND DEPOSITION OFASPHALTENES IN PRODUCTION SYSTEMS：A FLOW ASSURANCEOVERVIEW，Chapter 23，2006).沥青质还包含多极化合物，包括使沥青质分子表面活化的氧、氮和硫磺。该表面活性导致沥青质沉积在过程设备和运送管道的壁上，并使沥青质参与油中水的乳状液的稳定。各个沥青质分子的表面活性的“强度”取决于沥青质组成中的变化。存在实验事实：沥青质的小的、特定子分式对在固体表面上出现的沉积物负责(例如参见M.Zougari，S.Jacobs，A.Hammami，G.Broze，M.Flannery，J.Ratulowski and A.Stankiewicz，″Novel Organic Solid Deposition andControl Device for Live Oils：Design and Applications″Energy & Fuels，20(2006)1656-1663)。

当前研究储层流体中的沥青质的实验方法涉及：在可视或不可视压力-体积-温度(PVT)单元中，探测固体析出。在类似于在石油储层内或在采油过程中经历的压力和温度条件下，碳氢化合物流体将被放置在PVT单元内部。该流体的压力和/或温度则将被改变以导致形成固体析出物(例如，沥青质)。通过高压、高温显微镜方法，使用近红外探测器、X光探测或视觉探测，可以进行碳氢化合物流体中固定形成的探测。这些探测方法仅局限于悬浮微粒探测，并且无法隔离或取样后续分析的单独的微粒。