Предлагается вводить пробу пластового флюида в контакт с жестко опертой полупроницаемой мембраной, такой как мембрана из силиконового каучука, которая позволяет газам и парам диффундировать из пластового флюида в вакуумную камеру, в то же время задерживая любые жидкости. В вакуумной камере прошедший через мембрану газ анализируется анализатором остаточных газов. Для поддержания вакуума в вакуумной камере с последней связан ионный насос или сорбент. Ионный насос или сорбент удаляет из камеры газы и пары, диффундирующие в камеру из пробы пластового флюида, находящейся с противоположной стороны полупроницаемой мембраны.

 

(57) Реферат / Формула:
вводить пробу пластового флюида в контакт с жестко опертой полупроницаемой мембраной, такой как мембрана из силиконового каучука, которая позволяет газам и парам диффундировать из пластового флюида в вакуумную камеру, в то же время задерживая любые жидкости. В вакуумной камере прошедший через мембрану газ анализируется анализатором остаточных газов. Для поддержания вакуума в вакуумной камере с последней связан ионный насос или сорбент. Ионный насос или сорбент удаляет из камеры газы и пары, диффундирующие в камеру из пробы пластового флюида, находящейся с противоположной стороны полупроницаемой мембраны.

 

---

93021
15 Заявка № 200601694
Заявитель Бейкер Хьюз Инкорпорейтед, US
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ АНАЛИЗА ФЛЮИДОВ В СКВАЖИНЕ С 20 ОПРЕДЕЛЕНИЕМ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАСТОВЫХ ФЛЮИДОВ
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится в целом к определению характеристик коллектора в скважине, а в частности - к способу и устройству для выполняемой
25 в реальном времени идентификации газов, диффундирующих из пробы
пластового флюида. Для этого получают пробы пластового флюида и позволяют газам диффундировать из этих проб через полупроницаемую мембрану в вакуумную камеру. В вакуумной камере газы подвергают анализу при помощи масс-спектрометра или анализатора остаточных газов (АОГ) и процессора,
30 который определяет такие газы, как С1-С5, H2S, СО2, N2, а также другие газы или пары, присутствующие в глубинной пробе пластового флюида, и отличает их друг от друга.
- 2 -
Уровень техники
Для добычи углеводородов, таких как нефть или газ, в земной породе бурят скважины, используя вращающееся долото, закрепленное на конце бурильной колонны. В современных системах направленного бурения обычно используются 5 бурильные колонны с так называемой компоновкой низа бурильной колоны
(КНБК) на конце которой расположено буровое долото, приводимое во вращение забойным (турбинным) двигателем и/или вращающейся бурильной колонной. В непосредственной близости от бурового долота размещается набор скважинных приборов, которые измеряют определенные рабочие параметры в скважине,
10 относящиеся к бурильной колонне. К таким приборам обычно относятся датчики для измерения температуры и давления в скважине, приборы для измерения азимута и угла наклона ствола скважины и прибор для измерений удельного сопротивления, определяющий присутствие углеводородов и воды. Для определения во время бурильных работ геологического строения пласта и
15 условий залегания пластовых флюидов на бурильной колонне часто
устанавливают дополнительные скважинные приборы, известные как приборы каротажа в процессе бурения (КПБ).
Промышленная разработка месторождений углеводородного сырья требует значительных капиталовложений. Прежде чем начать разработку
20 месторождения, операторы стремятся иметь в своем распоряжении как можно больше информации о характере содержащего углеводороды пласта, чтобы оценить коллектор с точки зрения рентабельности. Несмотря на достигнутый прогресс в области сбора данных в процессе бурения с применением систем измерений в процессе бурения (ИПБ), а также в области исследований с
25 помощью канатной техники, для получения дополнительной информации часто возникает необходимость проведения дальнейших исследований коллекторов углеводородов. Поэтому после завершения бурения скважины нефтегазоносные зоны часто подвергают исследованиям с помощью другого испытательного оборудования, такого как спускаемые на кабеле приборы, используемые для
30 дополнительного исследования пласта и наблюдения за его состоянием. Один из видов опробования пласта после бурения скважины предусматривает вызов притока флюида из коллектора и сбор в скважине проб
- 3 -
такого флюида в резервуары для перевозки этих проб в наземные лаборатории, где проводятся исследования флюидов по соотношениям давления, объема и температуры (PVT-исследования) и измерения таких свойств флюидов, как плотность, вязкость и состав. Кроме того, можно измерять давление 5 скважинного флюида на нескольких глубинах и по этому градиенту давления рассчитывать плотность флюида.
Взятые в скважине пробы флюида позже анализируют в наземной лаборатории, обычно неделями или месяцами, чтобы идентифицировать присутствующие во флюиде газы и провести их количественный анализ.
10 Процесс сбора проб флюидов в скважине и отправки собранных проб в
наземную лабораторию для анализа газосодержания требует больших затратами времени. Кроме того, наземный анализ флюида предполагает необходимость извлечения из скважины пробы и скважинного прибора для проверки пробы, прежде чем можно будет проводить дополнительные работы, связанные с
15 разведкой месторождения и/или эксплуатацией скважины. Таким образом, существует потребность в осуществимых в реальном времени способе и устройстве для обнаружения, различения и количественного анализа содержания газов в продуктивном пласте.
Краткое изложение сущности изобретения
20 В настоящем изобретении предлагаются способ и устройство для
обнаружения, различения и количественного анализа в реальном времени и в условиях скважины таких газов, как С1-С5, H2S, СО2, N2, а также других газов и паров, присутствующих в пробе пластового флюида. Настоящее изобретение позволяет обнаруживать и анализировать пары, относящиеся к буровому
25 раствору на углеводородной основе, и таким образом оценивать в реальном времени процентное загрязнение пробы фильтратом бурового раствора.
В соответствии с настоящим изобретением пластовые флюиды, находящиеся в скважинных условиях при высокой температуре и высоком давлении, вводят в контакт с полупроницаемой мембраной, которая задерживает
30 жидкости, но пропускает некоторые газы и пары. Эта мембрана механически подкреплена жесткой, но пористой и проницаемой структурой, такой как металлокерамический фильтр, за которым следует металлическая пластина с
- 4 -
выполненными в ней отверстиями таким образом, чтобы мембрана была способна выдерживать разность давлений между вакуумом и давлением в скважине. Полупроницаемая мембрана выполнена из такого материала, как силиконовый каучук, что позволяет газам и некоторым парам, выделяющимся из 5 пробы пластового флюида, диффундировать через мембрану в вакуумную камеру, примыкающую к полупроницаемой мембране.
Вакуумная камера образует камеру газового анализа (газоаналитическую камеру), в которой находится анализатор остаточных газов (АОГ). АОГ представляет собой масс-спектрометр со сравнительно низким разрешением,
10 подобный тем, что часто используются в высоковакуумных системах.
Скважинным прибором отбирают пробу пластового флюида и фильтруют ее с помощью полупроницаемой мембраны, например мембраны из силиконового каучука, обеспечивая возможность диффузии газов из пластового флюида в вакуумную камеру для газового анализа. Газы выделяются путем диффузии из
15 пластового флюида и исследуются анализатором остаточных газов (АОГ), расположенным в вакуумированной части камеры газового анализа.
С вакуумной камерой газового анализа связан ионный насос, поддерживающий в камере вакуум. Ионный насос удаляет газы, продиффундировавшие из пробы пластового флюида в камеру, расположенную с
20 противоположной стороны фильтра с полупроницаемой мембраной. В другом варианте вместо ионного насоса может использоваться активированный уголь или другой сорбент, не позволяющий газам, продиффундировавшим в вакуум, оставаться в камере слишком долгое время, мешая проводить измерения в отношении газов, образовавшихся в камере или продиффундировавших в нее из
25 последующей пробы.
В изобретении предлагается способ оценки свойства флюида в скважине, при осуществлении которого флюид вводят в контакт с масс-спектрометром, наблюдают за откликом масс-спектрометра и оценивают свойство скважинного флюида на основании этого отклика. Отклик масс-спектрометра может
30 представлять собой интенсивность отношения заряда к массе. В другом варианте отклик масс-спектрометра может представлять собой схему фрагментации. Предлагаемый в изобретении способ предусматривает выделение газа из
- 5 -
флюида. Выделение газа из флюида может быть организовано путем диффузии. Для диффузии может использоваться полупроницаемая мембрана, впускающая в себя подмножество веществ, образующих газ. Для диффузии газа может быть выбрана одна из нескольких мембран. Эти несколько мембран могут иметь 5 разную толщину. В другом варианте несколько мембран могут иметь разный состав со сродством к разным газам.
Объектом изобретения является также устройство для оценки свойства флюида в скважине, содержащее масс-спектрометр, сообщающийся с флюидом, и связанный с масс-спектрометром процессор, способный оценивать свойство
10 флюида. Процессор может оценивать свойство флюида на основании схемы
фрагментации флюида. В другом варианте процессор может оценивать свойство флюида на основании атомной массы (выраженной в а.е.м.) флюида. Предлагаемое в изобретении устройство также может содержать разделитель компонентов, вводимый в контакт с флюидом. Таким разделителем компонентов
15 может быть капиллярная трубка. Кроме того, предлагаемое в изобретении
устройство может содержать мембрану, расположенную внутри разделителя компонентов, и газовую камеру, связанную с разделителем компонентов и масс-спектрометром. Вместо одной мембраны может быть предусмотрено несколько мембран. Предлагаемое в изобретении устройство также может содержать
20 клапан для выбора по меньшей мере одной из нескольких мембран для
осуществления диффузии газа. В такой группе мембран каждая мембрана может иметь толщину, отличную от толщины других мембран. Кроме того, каждая мембрана может по составу отличаться от других мембран группы, обладая проницаемостью для конкретного газа. В качестве газа при осуществлении
25 изобретения может выступать и пар. Краткое описание чертежей
Отличительные особенности изобретения, а также его сущность наглядно поясняются на сопровождающих описание осуществления изобретения чертежах, на которых однотипные ссылочные обозначения относятся к 30 однотипных элементам и на которых показано:
- 6 -
на фиг. 1 - схема осуществления настоящего изобретения в типовом варианте, предусматривающем введение скважинного прибора в скважину на каротажном кабеле,
на фиг. 2 - схема осуществления настоящего изобретения в типовом 5 варианте, предусматривающем введение скважинного прибора в скважину в составе бурильной колонны,
на фиг. 3 - схема компонентов устройства, используемых в рассматриваемом примере осуществления изобретения,
на фиг. 4 - изображение полупроницаемой мембраны, 10 металлокерамического фильтра и металлической пластины с мелкими отверстиями и бороздками на поверхности между этими отверстиями,
на фиг. 5 - блок-схема функций, выполняемых в примере осуществления настоящего изобретения,
на фиг. 6 - таблица, в которой приведены скорости диффузии взятых в 15 качестве примера газов через полупроницаемую мембрану, подходящую для применения в настоящем изобретении,
на фиг. 7 - схема предлагаемого в изобретении устройства в другом варианте его выполнения, с фильтром и входом в капиллярную трубку, и
на фиг. 8 - схема системы с клапанами, ведущими к нескольким входным 20 отверстиям, соответствующим разным значениям толщины мембраны,
предлагаемой в качестве альтернативного варианта выполнения изобретения.
Подробное описание изобретения
В настоящем изобретении предлагаются способ и устройство для выполнения в скважине осуществляемых в реальном времени обнаружения,
25 классификации и количественного анализа газов, содержащихся в
представительной пробе пластового флюида. Настоящее изобретение позволяет проводить количественный анализ таких газов, как С1-С5, H2S, СО2, N2, а также других газов и паров, присутствующих в пробе пластового флюида. В соответствии с изобретением пластовый флюид, находящийся в скважине при
30 высокой температуре и высоком давлении, вводят в контакт с полупроницаемой мембраной, например, мембраной из силиконового каучука, позволяя газам диффундировать из пробы пластового флюида в вакуумную камеру, в которой
- 7 -
находится анализатор остаточных газов (АОГ). АОГ представляет собой масс-спектрометр со сравнительно низким разрешением, рассчитанный на применение с высоковакуумными системами. Можно также использовать масс-спектрометры более высокого разрешения. Выбор АОГ обусловлен его малым 5 размером и тем, что он рассчитан на применение в высоковакуумных системах, которые обычно "спекаются" (выходят из строя) при 250-300°С. Поэтому многие АОГ-датчики проектируются с таким расчетом, чтобы выдерживать (в нерабочем состоянии) и работать при температурах до 150°С, а зачастую -чтобы работать при температурах "спекания" при условии, что электроника
10 управления АОГ и процессор остаются при комнатной температуре. В настоящем изобретении предусмотрена возможность применения высокотемпературных электронных контуров управления АОГ, способных выдерживать температурные условия скважины. Как возможный вариант, вблизи электроники АОГ могут предусматриваться сорбционные охлаждающие
15 устройства, чтобы электронные контуры управления АОГ могли выдерживать повышенные температуры в скважине и работать при таких температурах.
В настоящем изобретении предлагается проводить исследования пластовых флюидов, находящихся при высокой температуре и высоком давлении, путем выделения из пробы пластового флюида газовой фракции и ее анализа с
20 помощью анализатора остаточных газов (АОГ) и процессора. Пробу пластового флюида отбирают и фильтруют с помощью полупроницаемой мембраны, например мембраны из силиконового каучука, обеспечивая возможность диффузии газов из пластового флюида в вакуумную камеру газового анализа. Продиффундировавший газ анализируется анализатором остаточных газов
25 (АОГ), расположенным в вакуумированной камере газового анализа,
находящейся противоположно камере для пластового флюида с другой стороны полупроницаемой мембраны. После первоначального вакуумирования вакуумной камеры газового анализа к ней подключают ионный насос (в других вариантах это может сублимационный насос или насос иного типа), который
30 помогает установить и поддерживать вакуум в камере. Ионный насос удаляет
газы, продиффундировавшие в вакуумную камеру из пробы пластового флюида,
- 8 -
расположенной с противоположной стороны фильтра с полупроницаемой мембраной.
Для различения газов с близкими значения атомной массы (в а.е.м.) в рассматриваемом примере осуществления изобретения выполняют следующие 5 функции. Первая функция заключается в создании вакуума в вакуумной камере, где находится АОГ и процессор для анализа газов. Вакуумная камера снабжена также ионным насосом для поддержания вакуума. На входе в вакуумную камеру помещена полупроницаемая мембрана (например, полупроницаемая мембрана из силиконового каучука), которая позволяет газам диффундировать в вакуумную
10 камеру, одновременно препятствуя поступлению жидкостей в эту камеру. Затем систему газового анализа калибруют в соответствии со скоростью диффузии выбранных газов через мембрану при определенных температуре и давлении, схемами фрагментации выбранных газов, а также чувствительностью АОГ к этим выбранным газам.
15 На фиг. 1 представлен пример осуществления настоящего изобретения с
применением каротажного кабеля 102 в скважине 104, пробуренной в пласте 100 толщи пород. Флюид из пласта 100 извлекают выдвижным зондом 101. Извлеченный пластовый флюид движется по гидравлической линии 105, где камера 300 газового анализа в соответствии с настоящим изобретением
20 определяет состав газа, содержащегося в пробе пластового флюида. Во время
отбора пробы пластового флюида скважинный прибор 50 и выдвижной зонд 101 удерживаются на месте стабилизаторами 103. Результаты газового анализа, проводимого АОГ и процессором 102, могут использоваться процессором 102 для других операций, или же результаты анализа с помощью АОГ можно
25 посылать на поверхность 51 для того, чтобы их могли использовать наземный процессор и устройство 1000 управления.
На фиг. 2 показан еще один пример осуществления настоящего изобретения с вводом скважинного оборудования в скважину на бурильной колонне 201. При поступлении флюида по каналу 105 к камере 300 газового анализа скважинный
30 прибор удерживается на месте сдвоенными пакерами 203. Флюид может
поступать из кольцевого пространства 801, расположенного между скважинным прибором 50 и стволом скважины 104, или из пласта 100. Флюид может быть по
необходимости направлен в пробоотборный резервуар 111 или обратно в кольцевое пространство 801 скважины на основании результатов определения плотности в соответствии с настоящим изобретением. Результаты газового анализа, проводимого АОГ, могут использоваться процессором 102 для других 5 операций, либо эти результаты можно посылать на поверхность 51 для того, чтобы их могли использовать наземный процессор и устройство 1000 управления.
На фиг. 3 представлена более подробная схема осуществления настоящего изобретения. В схематической форме на фиг. 3 показаны масс-спектрометр 317 с
10 АОГ, ионный насос 319, полупроницаемая мембрана 309, камера 307 для флюида и процессор 315. Для поддержания температуры процессора и АОГ в пределах их диапазонов рабочих температур и/или диапазонов температур, в которых они сохраняют работоспособность, предусмотрено сорбционное охлаждающее устройство 321. Камера 307 для пластового флюида отделена полупроницаемой
15 мембраной 309 от вакуумной камеры 311 камеры газового анализа. Таким образом, камера 307 для пластового флюида расположена с одной стороны полупроницаемой мембраны 309, а вакуумная камера 311 газового анализа - с другой ее стороны. Газы, содержащиеся во взятой пробе пластового флюида, диффундируют через полупроницаемую мембрану в вакуумную камеру газового
20 анализа для анализа в ней.
Пластовый флюид извлекается из пласта 100 и поступает в камеру 307 для флюида через гидравлическую линию 107 и клапан 301. Газы диффундируют из пластового флюида, находящегося с соответствующей стороны полупроницаемой мембраны, через полупроницаемую мембрану в вакуумную
25 камеру 311. В вакуумной камере 311 находятся аппаратура газоаналитического модуля, АОГ 317 и процессор/электронная аппаратура управления 315. Проникший через мембрану газ исследуется масс-спектрометром (АОГ) 317 и процессором 102. Процессор 102 и электроника АОГ контролируют и выполняют анализ газов с помощью АОГ. Результаты анализа передаются
30 процессором 102 на поверхность по каротажному кабелю или другими
внутрискважинными средствами связи. Процессор 102 может действовать по результатам анализа, не передавая эти результаты на поверхность. На фиг. 4
- 10 -
показана полупроницаемая мембрана 309, металлокерамический фильтр 313 и металлическая пластина 314 с мелкими отверстиями и бороздками на поверхности между этими отверстиями.
На фиг. 5 показан пример, иллюстрирующий некоторые из функций, 5 выполняемых при осуществлении изобретения. На шаге 401 производится отбор пробы пластового флюида из пласта. Пластовый флюид поступает в скважинный прибор 50 по гидравлической линии, сообщающейся с пластом. На шаге 403 осуществляется создание вакуума (вакуумирование) в камере модуля газового анализа. Вакуумирование модуля газового анализа позволяет газам,
10 содержащимся в пробе пластового флюида, диффундировать в вакуумную камеру через полупроницаемую мембрану. На шаге 405 полупроницаемая мембрана, расположенная между флюидом и вакуумной камерой, позволяет газам из флюида диффундировать в вакуумную камеру газового анализа. На шаге 407 масс-спектрометр (АОГ) и процессор, предусмотренные настоящим
15 изобретением, контролируют эти газы для обнаружения, идентификации,
количественного анализа и различения газов. На шаге 409 ионный насос удаляет продиффундировавшие газы с вакуумируемой стороны камеры, поддерживая в ней вакуум.
Молекулы газа можно отличить друг от друга по разнице их масс либо по 20 разнице масс фрагментов, на которые они распадаются при ионизации. Массы некоторых распространенных газов в нефрагментированном состоянии, выраженные в атомных единицах массы (а.е.м.), имеют следующие значения: Нг (водород) - 2,02 а.е.м., Не (гелий-3) - 3,00 а.е.м., Не4(гелий-4) - 40,00 а.е.м., Ne (неон) - 20,18 а.е.м., Аг (аргон) - 39,95 а.е.м., Кг (криптон) - 83,80 а.е.м., Хе 25 (ксенон) - 131,30 а.е.м., 0г (кислород) - 32,00 а.е.м., N2 (азот) - 28,01 а.е.м., СО2 (диоксид углерода) - 44,01 а.е.м., H2S (сульфид водорода) - 34,08 а.е.м., SO2 (диоксид серы) - 64,06 а.е.м., СН4 (метан) - 16,04 а.е.м., СгНб (этан) - 30,07 а.е.м., С3Н8 (пропан) - 44,10 а.е.м., С4Н10 (бутан) - 58,12 а.е.м., С5Н12 (пентан) -72,15 а.е.м. Массы фрагментов, возникших в процессе ионизации из разных 30 газов в масс-спектрометре, могут пересекаться. Эти совпадения можно
разрешить с помощью методов обращения матриц или хемометрики либо путем
-11 -
контроля массового канала, в котором соответствующий массовый фрагмент заведомо поступает только из одного вещества газа или пара.
Разрешающая способность анализатора остаточных газов обычно позволяет определять лишь разницу в массах, составляющую 1 а.е.м. Таким образом, 5 отличить диоксид углерода (44,01) от пропана (44,10) с помощью АОГ
затруднительно. Для различения этих двух газов в рассматриваемом примере осуществления настоящего изобретения предлагаемые способ и устройство предусматривают проверку различий в схемах их "фрагментации" (или "расщепления"). Схема фрагментации - это набор меньших молекул, на которые
10 большая молекула часто распадается при ионизации в масс-спектрометре. Таким образом, обнаружение и количественный анализ газов, продиффундировавших из пробы пластового флюида, осуществляется в зависимости от схемы фрагментации, распознаваемой АОГ и процессором.
Подходящие полупроницаемые мембраны, анализаторы остаточных газов и
15 вакуумные насосы, выпускаются в промышленных масштабах и пригодны для осуществления настоящего изобретения, рассматриваемого в данном описании. Кроме того, мембраны можно специально проектировать с таким расчетом, чтобы они избирательно пропускали один газ, а не множество газов, как это делают силиконовые мембраны. В своем проспекте о проведенных
20 исследованиях (опубликованном в Интернете по адресу: http://www.psrc.usm.edu/ mauritz/diffuse.html), Сандра Янг из Высшей школы полимеров при университете Южного Миссиссиппи, сообщает следующее:
Ароматические полиимиды, содержащие группы -С(СРз)2-, склонны отдавать большее предпочтение СОг по сравнению с СН4. Можно предположить,
25 что включение групп -С(СРз)г- повышает жесткость цепочки, уменьшая
внутрисегментную подвижность, а также снижают и ограничивают степень уплотнения цепочки за счет увеличения свободного объема, играя роль молекулярных спейсеров и усилителей цепочек в полимере (Stern, S.A. J. Membrane Sci., 1994, 94, 1-65 и Kim, Т.Н.; Koros, W.J.; Husk, G.R.; O'Brien, K.C.
30 J. Membrane Sci., 1988, 37, 45-62).
Полисульфоны находят применение в качестве селективно проницаемых мембран в течение многих лет начиная с 1977 г., когда компания Monsanto
- 12 -
применила асимметричное полое волокно, покрытое тонким слоем силиконового каучука, для отделения Н2 от других компонентов. Для удаления СО2 и H2S из природного газа используются асимметричные мембраны из ацетата целлюлозы. СО2 и H2S обладают высокой растворимостью в ацетате целлюлозы, который 5 вызывает псевдопластификацию, приводящую к набуханию полимера с разрывом полимерной матрицы, повышающим подвижность полимерных цепочек. В области каучукоподобных полимеров единственными исследуемыми в настоящее время системами являются поли(органосилоксаны). Поли(органосилоксаны) подробно исследовались по причине огромной
10 полезности полидиметилсилоксана (ПДМС) в качестве предварительно
сформованной мембраны, которую затем можно использовать как шаблон для образования взаимопроникающих сеток в процессах разделения газов или жидкостей. ПДМС обладает одним из самых высоких коэффициентов проницаемости среди всех полимеров, что обусловлено его большим свободным
15 объемом, и низкой селективностью. Путем сополимеризации его свойства
потенциально можно привести в соответствие с конкретными потребностями в отношении разделения веществ. Для материалов, используемых в процессах разделения, большое значение имеет контроль пористости, что связано с потенциальной изменчивостью газов или жидкостей, проходящих через
20 мембрану. Для регулирования усадки сетки с целью развития контролируемой пористости неорганических материалов можно воздействовать на режим полимеризации в золь-гель процессах.
Джон Дж. Пеллегрино из Национального института по стандартам и технологиям в статье, размещенной по адресу: http://membranes.nist.gov/
25 publication_abstracts/Pell_Ko_Nass_Eine.html, сообщает следующее:
Газы СС*2 и H2S можно селективно отделять друг от друга и от неполярных газов, таких как Нг, СО и СН4, с применением химически реагирующих носителей, иммобилизированных в мембранной фазе. Были модифицированы ионообменные мембраны из полиперфторсульфоновой кислоты (PFSA) с
30 образованием геля, предназначенного для использования в качестве опоры для растворителя и носителя. Такая мембрана содержит гидрофильные участки, способные впитывать растворитель, содержащий необходимый химический
- 13 -
комплексообразующий агент. В экспериментах, проведенных в атмосферных условиях, значения селективности по СО2 относительно Нг составили от 20 до 30 при проницаемости для СО2, равной 1000-2000 Баррер. При разделении газов H2S - Н2 получены более высокие показатели селективности и проницаемости в 5 отношении H2S. Наши исследования включают определение характеристик этой мембраны с различными аминовыми носителями и полярными растворителями при температуре окружающей среды и атмосферном давлении. В этой статье собраны данные по скорости проникновения кислых газов и селективности в отношении кислых газов по сравнению с Нг и СО. Предварительные
10 экономические оценки показывают, что на композиционные мембраны с
покрытыми PFSA пленками толщиной от 5 до 1 мкм потребуются меньшие капиталовложения, чем для стандартной технологии аминовых абсорберов.
На фиг. 6 представлен табличный перечень и данные анализа газов, прошедших через типовую полупроницаемую мембрану, подходящую для
15 осуществления настоящего изобретения. Технические данные для некоторых
небольших анализаторов остаточных газов и ионных насосов рассмотрены ниже. На фиг. 7 иллюстрируется еще один вариант осуществления изобретения, предусматривающий использование фильтра 316 и капиллярной трубки 318, введенной в вакуумную камеру 311. Между скоростью отклика на содержащиеся
20 во флюиде газы и толщиной полупроницаемой мембраны обычно существует некое оптимальное соотношение. На фиг. 8 показана система, относящаяся к другому варианту осуществления изобретения и снабженная клапанами 340, 341 и 342, ведущими к соответствующим входным отверстиям, в которых находятся полупроницаемые мембраны 330, 331 и 332 разного состава (например,
25 мембраны из полидиметилсилоксана или поликарбонатсилоксана) и/или разной толщины. Например, мембрана 330 имеет толщину 10 мкм, мембрана 331 - толщину 20 мкм, а мембрана 332 - толщину 30 мкм. Каждая мембрана также может иметь свой, отличный от других, состав со сродством к определенному газу. Таким образом, каждый клапан 340, 341 и 342 можно открывать по
30 отдельности на определенное время, позволяя определенному газу
диффундировать через соответствующую мембрану. Ионный насос 319 удаляет
- 14 -
продиффундировавший газ, и открытый клапан закрывается, а клапан открывается, позволяя другому газу диффундировать в вакуумную камеру 311.
Масс-спектрометр, подходящий для осуществления настоящего изобретения, выпускается компанией Horiba Instruments Ltd., находящейся по 5 адресу: Laboratory, Unit 1, Ruskin Leisure Centre, Ruskin Drive, St. Helens, UKWA 10 6RP, тел.: 44(0) 1744 454 598, факс: 44(0) 1744 454 599, компанией Extorr, Inc., находящейся по адресу: 307 Columbia Road, New Kensington, PA 15068, США, тел.: 1 724 337 3000 или компанией INFINICON, INC., находящейся по адресу: Two Technology Place, East Syracuse, NY 13057, США, тел.: 1 315-434 1 10 100. Подходящий ионный насос выпускается компанией Varian, Inc.,
находящейся по адресу: 3120 Hansen Way, Palo Alto, С A 94304-1030, США, тел.: 1 650 213 8000.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения предлагаемый в нем способ реализован в виде набора выполняемых на компьютере команд,
15 записанного на машиночитаемом носителе данных, включая постоянное
запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), запоминающее устройство на компакт-дисках, флэш-память или любой другой машиночитаемый носитель, известный или неизвестный в настоящее время, при выполнении которого (набора команд) на компьютере осуществляется
20 предлагаемый в изобретении способ.
Хотя выше изобретение было рассмотрено на примере предпочтительных вариантов его осуществления, для специалистов должны быть очевидны возможности внесения в них различных изменений. Любые такие изменения, подпадающие под патентные притязания, предполагаются охваченными
25 приведенным выше описанием. При изложении сущности изобретения примеры его более важных особенностей представлены обобщенно для облегчения понимания последующего подробного описания изобретения, а также его вклада в уровень техники.
- 15 -
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ оценки свойства флюида в скважине, при осуществлении которого скважинный флюид пропускают через фильтр, имеющий проницаемую
5 мембрану и пористый фильтр для выделения газа и/или пара (выделенный
флюид), и анализируют в скважине выделенный флюид с оценкой его свойства.
2. Способ по п. 1, в котором фильтр содержит жесткую опору для пористого фильтра.
3. Способ по п. 1, в котором при анализе выделенного флюида его вводят в контакт с масс-спектрометром, наблюдают за откликом масс-спектрометра и на основании наблюдаемого отклика оценивают свойство выделенного флюида.
15 4. Способ по п. 1, в котором отклик масс-спектрометра представляет собой
интенсивность отношения заряда к массе или часть схемы фрагментации.
5. Способ по п. 1, в котором при пропускании скважинного флюида через фильтр движением флюида управляют посредством клапана.
6. Способ по п. 1, в котором проницаемая мембрана составлена из нескольких проницаемых мембран, толщина каждой из которых подобрана с таким расчетом, чтобы соответствующая мембрана пропускала через себя выбранный флюид.
7. Способ по п. 1, в котором скважинный флюид отбирают в скважине и помещают его в первую часть камеры, а выделенный из него флюид собирают во второй части камеры.
8. Способ по п. 6, в котором во второй части камеры создают вакуум.
-16 -
9. Способ по п. 8, в котором вакуум во второй части камеры создают посредством ионного насоса.
10. Способ по п. 1, в котором проницаемая мембрана составлена из
5 нескольких проницаемых мембран, обладающих сродством к разным газам или к разным парам.
11. Устройство для оценки свойства флюида в скважине, содержащее фильтр, имеющий проницаемую мембрану и пористый фильтр для выделения
10 газа или пара (выделенный флюид), и процессор, способный анализировать выделенный флюид в скважине с оценкой свойства выделенного флюида.
12. Устройство по п. 11, содержащее также жесткую опору для фильтра.
15 13. Устройство по п. 11, содержащее также масс-спектрометр, вводимый в
контакт с выделенным флюидом, причем процессор оценивает свойство выделенного флюида путем наблюдения за откликом масс-спектрометра.
14. Устройство по п. 13, в котором отклик масс-спектрометра представляет 20 собой интенсивность отношения заряда к массе или часть схемы фрагментации.
15. Устройство по п. 11, содержащее также клапан, управляющий прохождением флюида через фильтр.
25 16. Устройство по п. 11, в котором проницаемая мембрана содержит
несколько проницаемых мембран, толщина каждой из которых подобрана с таким расчетом, чтобы соответствующая мембрана пропускала через себя выбранный флюид.
30 17. Устройство по п. 11, содержащее также камеру, имеющую первую
часть, вмещающую в себя извлекаемый в скважине флюид, и вторую часть, в которой собирается выделенный флюид.
- 17 -
18. Устройство по п. 17, содержащее также насос для создания вакуума во второй части камеры.
5 19. Устройство по п. 18, в котором насос представляет собой ионный насос.
20. Устройство по п. 11, в котором проницаемая мембрана содержит несколько проницаемых мембран, обладающих сродством к разным газам или к разным парам.
21. Система для оценки свойства флюида в скважине, включающая скважинный прибор с фильтром, имеющим проницаемую мембрану и пористый фильтр для выделения газа или пара (выделенный флюид), и процессор, способный анализировать выделенный флюид в скважине с оценкой свойства
15 выделенного флюида.
22. Система по п. 21, содержащая также жесткую опору для фильтра.
23. Система по п. 21, содержащая также масс-спектрометр, вводимый в 20 контакт с выделенным флюидом, причем процессор оценивает свойство
выделенного флюида путем наблюдения за откликом масс-спектрометра.
24. Система по п. 21, в которой отклик масс-спектрометра представляет собой интенсивность отношения заряда к массе или часть схемы фрагментации.
25. Система по п. 21, содержащая также клапан, управляющий прохождением флюида через фильтр.
26. Система по п. 21, в которой проницаемая мембрана содержит несколько 30 проницаемых мембран, толщина каждой из которых подобрана с таким
расчетом, чтобы соответствующая мембрана пропускала через себя выбранный флюид.
- 18 -
27. Система по п. 21, содержащая также камеру, имеющую первую часть, в которую помещают скважинный флюид, и вторую часть, в которой собирается выделенный флюид.
28. Система по п. 27, содержащая также насос для создания вакуума во второй части камеры.
29. Система по п. 28, в которой насос представляет собой ионный насос.
30. Система по п. 21, в которой проницаемая мембрана содержит несколько проницаемых мембран, обладающих сродством к разным газам или к разным парам.
1/4
3/4
ФИГ. 5
Отбор пробы пластового флюида
-401
Вакуумирование камеры газового анализа
-403
Диффузия газа из пластового флюида -405
Контроль газов для их распознавания, количественного анализа и различения ¦407
Откачка продиффундировавших |-4од газов из вакуумной камеры
Газ
SSP-M100*
Газ
SSP-M100*
Газ
SSP-M213*
п-С5Н12
1670
С02
п-СбНн
785
NH3
500
п-С8Н18
715
н2о
3000
n-Ci0H22
360
нсно
925
СН30Н
1160
COCL2
1250
Ацетон
490
H2S
840
Пиридин
1595
Бензол
900
со2
270
Фенол
1750
N20
385
Толуол
760
N02
635
171
S02
1250
СС14
5835
CS2
7500
СН20
925
CH4
Фреон 11
1290
С2Нб
210
Фреон 12
107
С2Н4
115
Фреон 22
382
С2Н2
2200
Фреон 114
211
с3н8
340
Фреон 115
П-С4Н10
750
тип мембраны
ФИГ. 6
4/4
ФИГ. 7
¦307
'¦-313
¦311
¦319
317 315
301 \~107
¦307
ФИГ. 8
340 341 342 330 331 332 ¦311
321317 315 ¦319