[发明专利]光学计算装置诊断和处理

说明书

一种示例性方法包括使用多种参考流体对工具执行验证测试，所述工具具有安装于其中的包括一个或多个光学元件的校准后的光学传感器。可获得来自所述校准后的光学传感器的一个或多个工具传感器响应并对其进行预处理，并且可将所述一个或多个工具传感器响应与在校准期间从所述校准后的光学传感器推导出的校准后的光学传感器响应进行比较，由此检测一个或多个光学传感器异常。可利用一个或多个候选模型通过性能分析来评价所述一个或多个光学传感器异常，并且可选择替代候选模型以缓解所述一个或多个光学传感器异常。当所述替代候选模型未能缓解所述一个或多个光学传感器异常时，可寻求一个或多个补救选项。

发明背景

光学计算装置，通常也称为“光学分析装置”，可用于实时地分析和监控物质。此类光学计算装置通常采用光学元件或光学处理元件，该光学元件或光学处理元件与该物质或它的样本光学地相互作用，以确定物质的一个或多个物理性质或化学性质的定量值和/或定性值。光学元件可为例如集成计算元件(ICE)芯，也称为多元光学元件(MOE)，该集成计算元件芯基本上是基于光学干涉的装置，可被设计成在UV至中红外(MIR)范围的电磁谱或该区域的任何子集中在连续波长范围内操作。与物质光学地相互作用的电磁辐射改变并由ICE芯处理以能够由检测器读取，使得检测器的输出可与正分析的物质的物理性质或化学性质相关。

ICE芯通常包括多个光学层，该多个光学层由折射率和尺寸(例如，厚度)可在每个层之间变化的各种材料组成。ICE芯设计是指ICE芯的相应层的数量和厚度。这些层可策略性地安置和设定尺寸以便以不同的波长选择性地经过电磁辐射的预定部分，这些波长被配置成大体模拟与物质的感兴趣的特定物理性质或化学性质相对应的回归矢量。因此，ICE芯设计将展现出相对于波长加权的传输函数。因此，传送到检测器的ICE芯的输出光强度可与物质的感兴趣的物理性质或化学性质有关。

在制造后，并且在投入井下使用之前，每个光学计算装置必须针对现场预期会遇到的温度和压力范围而参照已知参考流体仔细校准。随后将校准后的光学计算装置作为井下工具的一部分来安装并且重新测试以验证来自光学元件的光学响应。在一些情况下，在现场测试光学计算装置时，可能会出现异常的光学响应。异常的光学响应基本上由与校准数据相比过高或过低的光学响应组成。光学响应异常可能是因为例如在高温和高压的应力下光学元件(例如，光聚焦或光准直元件)的损伤、光学紧固材料的变化引起的。光学响应异常可能是在工具服务期间替换零件后发生的，替换零件导致在制造校准和工具实施之间在光学系统部件与信号处理之间产生不一致性。光学响应异常的其他原因可能是由于井下工具中的光学计算装置的组装和/或拆卸变化造成的。

附图简述

以下附图被包含在内以示出本公开的某些方面，并且不应当被视为排他性实施方案。所公开的主题能够在形式及功能上具有相当多的修改、更改、组合和等效形式，而不脱离本公开的范围。

图1示出了可用于校准一个或多个光学元件的校准系统。

图2示出了一般变换模型框架。

图3显示了用于逆变换模型的分级结构。

图4A至图4D为将传感器轮子校准数据与工具验证数据之间的标准化光学信号响应进行比较的曲线图。

图5A和图5B为除图4A至图4D的曲线图中所示之外，还包括附加测试参考流体的数据表。

图6为用于通过基于模型的工具验证测试进行光学传感器诊断的方法的示意性流程图。

图7A至图7D为示出了具有来自相同光学传感器的不同数量的信道输人的候选模型的相对预测变化的曲线图。

图8为钻探系统。

图9为钢丝绳系统。

具体实施方式

本公开涉及光学计算装置，并且更具体地讲，涉及用于校准使用了光学元件的光学计算装置或光学传感器的系统和方法。