CN101203658A - 使用光声光谱技术进行油气藏表征的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种方法和设备(300)来通过确定在油气藏的不同部分中是否存在成分差异，例如由碳的同位素比率(13C/12C)或氧的同位素比率(17O/18O)是相同还是不同，来评估油气藏分隔性。提供石英增强光声光谱仪来对在油气藏的不同部分提取的油气藏样本进行分析，以便比较地理化学成分，从而估计油气藏分隔性。

Description

使用光声光谱技术进行油气藏表征的方法和设备
技术领域
本发明涉及地层流体取样及分析领域，更具体的，涉及使用光声光谱技术进行油气藏表征的领域。
背景技术
为了获得诸如油和气体的碳氢化合物，通过旋转附于井钻柱端部的钻头，在地中钻孔。当今的方向性钻孔系统通常采用具有底部钻具组合(bottom hole assembly BHA)的井钻柱和在其端部处的钻头，该钻头由钻孔电机(泥浆电机mud motor)旋转和/或通过旋转井钻柱而旋转。放置在钻头附近的多个井下设备测量与钻孔柱相关的某些井下操作参数。这些设备一般包括：用于测量井下温度和压力的传感器；方位角和倾度测量设备；和电阻率测量设备，用于确定碳氢化合物和水的存在。将已知为随钻测井(logging-while-drilling LWD)设备或随钻测量(measurement-while-drilling MWD)设备的其他井下仪器附于井钻柱，以确定钻井操作期间的地层地质概况、地层流体特性和状况。在钻井眼之后通常使用电缆测井设备来确定地层地质概况和地层流体特性。
碳氢化合物领域的商业发展要求相当的资金量。在该领域的发展开始之前，运营商期望得到与碳氢化合物地层性质有关的尽可能多的数据，以便评估油气藏的商业生命力。尽管在使用MWD设备进行钻井过程中的数据获取以及钻井之后通过电缆设备进行分析取得了进展，但是通常需要分析来自油气藏中不同位置处的不同井的地层流体。比较样本以估计油气藏的油气藏分隔性(compartmentalization)。
油气藏分隔性的程度非常重要，因为这有助于油生产商确定如何开发油气藏(井的位置、生产设备的类型等)。油生产商希望知道油气藏的不同区域是否是分离的区室(compartment)(流体不在它们之间流动)，或者它们是否连接。对分离的区室进行分离地引流(drain)，并且可能需要对于这些分离区室的流体进行不同类型的处理。由此，需要用于确定油气藏是否被分隔的方法和设备
发明内容
在一个方面，本发明提供一种通过光声光谱技术(PAS)分析油气藏样本以估计油气藏的分隔性的方法和设备。在本发明的一个方面，提供了一种方法和设备来通过石英增强光声光谱仪(quartz-enhancedphotoacoustic spectroscopy QEPAS)分析地层样本以估计油气藏的分隔性的方法和设备。本发明的方法和设备用于使用光声光谱仪(PAS)分析来自油气藏中第一位置的第一样本；使用PAS分析来自油气藏中第二位置的第二样本；以及比较所述第一样本的分析和所述第二样本的分析，以估计油气藏分隔性。
在本发明的另一方面，所述PAS还包括石英增强光声光谱仪(quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy QEPAS)。在本发明的另一方面，所述分析还包括估计样本的同位素比率，其中所述同位素比率进一步包括由碳的同位素比率(13C/12C)和氧的同位素比率(17O/18O)构成的集合中的至少一个同位素比率。所述方法和社诶可以区分一种类型的分子的谱与另一种类型的分子的谱(例如，CO对CO2)，并且可以确分同意分子的不同同位素的谱(例如，12CO2对13CO2)。在本发明的另一方面，QEPAS/PAS分析是在井下执行的。在本发明的另一方面，QEPAS/PAS分析是在地面执行的。
在此相当宽范围地概括本发明的特定特征的示例，以便随后对其地详细说明将被更好地理解，并且它们对于现有技术的贡献可以被明了。当然，本发明的其他特征将在下文中描述并且将构成所附权利要求的主题。
附图说明
结合附图参照以下对实施例的详细说明，来更详细地理解本发明，附图中，相同的部件由相同的标号给出，图中：
图1是从用于获得并分析从油气藏内的地层获得的地层流体的、通过电缆设置在井内的井下设备的例示；
图2是多个井以及为了估计油气藏分隔性而提取的多个样本的例示；
图3是从用于获得来自油气藏内地层的样本的、通过钻井柱而设置的井下设备的例示；
图4是根据本发明一个实施例的用于执行光声光谱技术(PAS)或石英增强光声光谱技术(QEPAS)的气体分析模块的例示；
图5是在本发明的实施例中提供的在图4的分析模块中使用的半浸透膜的实施例的例示；
图6是在本发明中使用的基于石英增强光声光谱操作(QEPAS)的光谱仪的例示；以及
图7是根据本发明一个方面执行的方法的例示。
具体实施方式
在一个方面，本发明提供了一种通过确定在油气藏的不同部分或位置中的流体地球化学性是否相同来估计和评估油气藏分隔性的方法以及设备或系统。“油气藏分隔性”或分隔性是指在两个流体取样点之间存在流体流动障碍。类似的，“油气藏连续性”是指在单个井内的两个取样点之间不存在流体流动障碍(垂直连续性)和/或在多个分散的井中的两个取样点之间不存在横向连续性障碍(水平连续性)。例如，该系统和方法可以用于评估在从油气藏的不同部分提取的两个或更多个样本中的碳的同位素比率(13C/12C)或氧的同位素比率(17O/18O)是相同还是不同。在一个方面，本发明使用可调谐激光器，该可调谐激光器可以是可调谐二极管激光器，其与声学谐振器组合来分析油气藏样本。在一个方面，本发明使用光声光谱(PAS)技术。该PAS可以使用可调谐二极管激光器与声学传感器(如压电麦克风)相结合，来检测当通过激光束对气体和蒸汽施加脉冲时产生的声波。PAS可以是对高井下温度敏感的，该高井下温度可能对诸如光敏二极管的光传感器有不良影响，但是对PAS压电麦克峰具有较少的影响。将光波长对应于特定气体的吸收波长的激光脉冲重复发送经过从地层流体提取的气体和/或蒸汽混合物。当在混合物中存在目标气体时，利用每个脉冲对目标气体加热，并且该目标气体在脉冲之间变冷，由此产生激光脉冲频率两倍频率的声波。检测器提供对应于由脉动气体和/或蒸汽产生的声波的电信号。处理器分析该信号以确定气体的特性。一般使用宽带声学检测器。
在另一方面，本发明可以使用“石英增强光声光谱(QEPAS)”。在一个方面，对于QEPAS，以高Q谐振麦克风(例如，石英音叉(quartztuning fork))的频率的一半对激光器光施加脉冲。该系统可以区分非常微小的差异，例如可以表示油气藏分隔性的油气藏样本之间的同位素差异。
对于流体样本，诸如地层流体，可以提供膜来将气体和/或蒸汽与液体分开，以便对分离出的气体和蒸汽进行同位素比率分析。可以使用对流体原油的植烷/姥鲛烷比率(phytane/pristine ratio)或者使用任何其他区别特征的分析，例如能够使用可调谐光学滤波器分辨的在流体谱中的任何不期望微小差别，来评估分隔性。
重力分离(gravity segregation)可能引起来自不同深度的流体中的某些期望的谱差异，即使没有分隔性。例如，期望原油柱的顶部的气体将比该柱的底部更丰富。然而，如果观察到相反的情况，并且该碳氢化合物柱的底部包含的诸如甲烷和乙烷的低分子重量碳氢化合物的百分比高于该柱的顶部，则本发明的系统可以确定该柱的上部和下部之间存在封隔(seal)，并且油气藏被分隔。如果碳氢化合物柱的一个区域具有与另一区域不同的13C/12C甲烷的同位素比率，则可以使用该方法。类似的，在水柱中，18O/17O水的不同同位素比率表示水柱被分隔。本发明的系统可以用于以不同吸收波长获得信息。对于研究的2mm路径长度，主要流体碳氢化合物(C6+)的光吸收峰值接近1725nm和1740nm。诸如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的碳氢化合物气体的吸收峰值在1677nm和1725nm之间。
甲烷、乙烷、丙烷等的相对量的不可预期的变化(根据重力分离无法预期的变化)可以表示分隔性。此外，与非碳氢化合物气体的量的差异相关的谱的微小差异也可以表示油气藏分隔性。例如，H2S气体具有吸收峰值接近1952nm的聚簇(cluster)，以及峰值接近1578nm的另一较弱聚簇。类似的，CO2气体具有吸收峰值接近2007nm的聚簇，以及吸收峰值接近1572nm的另一较弱聚簇。如果碳氢化合物柱的一个区域中所具有的H2C或CO2明显比该碳氢化合物柱的另一区域中的多，并且这些差异无法通过重力分离来解释，则本发明的系统可以使用此不规则来证明一个封隔分离了这两个区域并且油气藏被分隔。
本发明的系统可以描绘一系列许多不同化合物的比率，这些化合物比率可以被描绘为“星形”模式(极坐标)。这些比率可以是甲烷与乙烷的百分比，或者是植烷与姥鲛烷的百分比等。可以使用百分比率代替百分比本身，因为比率可以更为可靠地表征油的类型。对于每个这种成分比率，我们分配极坐标图中的不同角度。然后，该图的中心距一个点的距离代表对于该点的所述比率的植。可以画直线来连接这些绘图点以产生多边形。在这些绘图中，每个类型的油由唯一的多边形代表。一个类型油的多边形不会覆盖与不同类型油对应的多边形。由此，该系统可以评估或确定当来自油气藏不同部分的流体具有不同成分比率多边形时，该油气藏被分隔。本发明的系统可以使用分层聚簇分析来证明在地层碳氢化合物之间的差异。
在另一方面，本发明的系统可以以不同的地球化学设定的范围(包括区域尺寸、结构环境、油气藏岩石学和油类型的宽范围)对油气藏连续性评估应用油地球化学技术(油指纹(fingerprinting))或地球化学分析。石油地球化学可以提供有效的方式来识别油和气体区域内的垂直和横向流体流动。
在另一方面，本发明的系统可以使用油地球化学技术来解释含糊的地质和/或工程信息。该方法基于如下主张，来自分离油气藏的油的成分几乎总是彼此不同。该技术通过比较两种油中每种油的相对成分来评价该两种油是否是流体联通的。然而，本发明使用PAS或QEPAS来确定样本的地球化学成分或含量。本发明提供了处理器来比较样本的地球化学分析，以估计油气藏分隔性。
为了实现对油气藏分隔性的评估，样本分析可以与任何其它可用并且相关的地质和/或工程信息(例如断层分布、断层落差、断层页岩/砂断层泥比率、油气藏岩相学的横向变化、地层流体压力对深度数据、压力下降曲线、油水接触深度等)相结合。
图1是根据本发明一个实施例的在获得并分析油气藏样本时使用的井下取样设备50的例示。气体分析模块300容纳在井下设备50中，该气体分析模块300包含QEPAS或PAS单元、激光器单元、处理器或计算机、温度控制设备和其它相关设备。该模块300可用用于分析气体、蒸汽或液体。参照图4到7更为详细地描述该分析的功能和操作。在另一方面，该模块300可以放置在地面51处并且由控制器1000控制。模块300的操作可以完全在井下或者部分在井下，并且可以通过地面控制器1000来进行控制。在每一情况下，这里所述的系统提供一种分析从油气藏的不同部分获得的样本并且估计与地层流体以及油气藏分隔的估计相关的一个或多个参数或特性的方法和设备。在图1的结构中，设备50用于在油气藏中的不同位置处和/或沿着井眼提取流体样本。对从不同位置提取的两个或更多流体的分析的比较产生对油气藏分隔性的可能性的估计。
图2例示了图1和图3的系统可以如何使用地球化学成分和指纹来评估油气藏连续性或者相反的分隔性的简图。仅作为示例，图2示出了在位于区域253和255中的三个井241、242和243中的五个取样点245、247、249、250和251的位置。为了例示目的，区域253和255被示为通过断层线257分离为两段。在图2的示例中，井242和243之间的区域253的连续性将由来自样本250和249的同一地球化学组成或指纹来暗示。断层线257左侧的区域253和断层线257右侧的区域253之间的分隔性(即，没有流体联通)将由样本245和249和250之间的不同地球化学成分或指纹暗示。类似的，区域255的分隔性将根据样本247和251的地球成分的比较来暗示。此外，从同一井243提取的样本249和251的比较可以示出不同成分。地球化学成分数据可以与可用于油气藏的另外的地质和工程数据整合。其它地质工程数据可以包括但不限于压力梯度、压力下降曲线、油/水接触深度、气油比率、渗透性、粘性、移动性等。
返回到图1，设备50被示为在地层100中打出的钻孔中104通过电缆102而设置。靠在钻孔104的内壁上的可伸出探针101从地层100提取流体。所提取的地层流体流过流动线105，其中气体分析模块300使用PAS或QEPAS来估计或确定地层流体样本的组成或指纹。该流体样本可以是气体、蒸汽或液体。概言之，该系统分析所提取流体中的气体或蒸汽。气体和/或蒸汽可以在井下与流体分离，以便进行分析，如参照图4所描述的。在提取地层流体样本过程中，稳定器103保持设备50和可伸出探针101就位。模块300可以在井下进行分析，或者另选地可以发送信号到地面处理器1000，以便处理并提供结果。
图3示出了通过在井孔钻孔过程中使用的井钻柱201将分析模块300设置在井104中。在将流过流动路径105的流体提取到本发明的包含QEPAS/PAS的气体分析室300的过程中，支柱封隔器(packer)203或适当的锚定设备使设备50保持就位。可以从设备50与井孔104之间的环状空间219或者从地层100提取流体。所提取的流体可以被导向样本槽111，或者导回井孔环状空间219。通过井下处理器对QEPAS/PAS分析的结果进行处理，或者可以将样本发送到地面51以由地面分析模块和控制器100处理。
现在转到图4，示出了根据本发明一个实施例的气体分析模块300的更为具体的示意图。该模块300包括流体室或流体样本单元320，该流体室或流体样本单元320具有被半渗透膜组件310(图5)分离的流体容纳室307和气体分析室311。模块300还包括激光器202，其与电子电路317和处理器或计算机315关联。在一个方面，模块300可以包括诸如离子泵320的泵，以将气体分析室311中的压力减小到例如大气压力或低于大气的压力。在另一方面，室311可以与适当的吸收剂流体联通，以选择性地去除扩散到室311中的地层流体气体和蒸汽，如下面更详细说明的。可以提供吸附冷却单元240来将激光器202和控制电子设备315保持在它们的运行和/或存活温度范围内。如图4所示，地层流体容纳室307通过半渗透膜组件310与低压气体分析室311分离，该半渗透膜组件310包括半渗透膜309、金属过滤器313和金属板，该金属板进一步包括一个或多个小孔316。金属板在较高压力室307和较低压力室311之间提供机械强度，并且孔316提供路径将气体和蒸汽扩散到室311。由此，地层流体容纳室307被放置在半渗透膜309的一侧上，(可选的，抽空)气体分析室311被放置在半渗透膜309的另一侧上。半渗透膜309使得进入室307中的地层流体样本中的气体和蒸汽能够扩散经过半渗透膜309进入用于进行分析的气体分析室311。对于本公开的目的，术语气体和蒸汽可以互换地使用。
地层流体从地层100中提取并且经由流动线105和阀301进入流体容纳室307。地层流体可以由泵(未示出)经由探针101提取。所提取的流体107进入室307。经由线336耦合到室307的阀332允许地层流体流过室307并且离开，进入另一储室或井孔104。溶解的气体和液体蒸汽从半渗透膜的流体侧上的地层流体扩散经过半渗透膜进入室311。为了分析扩散到室311的气体或蒸汽，激光器202将脉动能量(束)2062经由窗208发送到室311中的气体中。只要存在吸收激光的光波长的气体，脉动能量束就产生光声波。声学微谐振器212可以包括放置在室311中的音叉，该声学谐振器检测光声波。光声波对音叉的激励产生电流，该电流被电路317转换为电压，并且被计算机315处理。可以在井下分析微谐振器的信号，并且/或者将所述信号发送到地面处理器100(图1和3)以进行处理。控制器315控制激光器202的操作。在一个方面，激光束206可以经过第二窗214。激光束的经过窗214的部分可以被引向光电探测器216，该光电探测器216的输出然后可以用于对准激光器202以便从音叉的叉(tine)之间穿过。另选的，如下所述，来自激光器202的激光束可以被分离并且引向参考(reference)单元，该参考单元例如是使用光纤布拉格光栅(FBG)的参考单元，如参考图6所述的。可以由低热系数的膨胀玻璃制成的FBG可以用作用于调谐激光波长的波长标准。
流体容纳室307因为高地层流体压力而处于较高压力。然而，如上所述，期望将气体室311保持在较低压力，例如大气压力或低于大气压力，以便降低分子谱的碰撞增宽。在一个方面，室311中的压力被保持在大气压力的6％到10％的范围内。还可以使用任何其它压力。碰撞增宽使气态分子的否则变窄的光吸收带变宽，并且在某些情况下，可以使这些光吸收带交叠，这种交叠可能限制了检测微小谱差异的能力，例如可以区分由相同原子的不同同位素构成的分子的差异的能力。为了在室311中将压力保持在期望的低压力，将适当的泵320经由线352耦合到室311。从室311提取的气体和蒸汽可以排入室350。与室311关联的压力传感器355将压力测量结果提供给处理器315。为了测试在同一井中的不同位置处的另一样本，将设备50移动到该位置以提取流体。从第二位置提取的流体将已经存在于室307中的流体经由阀232移动到井孔，并且利用新流体补充室307。泵320有助于去除从前述位置扩散到室311的气体或蒸汽。为了分析来自不同井的样本，可以在地面处冲洗室307和311。在另一方面，室311可以在被放入井孔104之前被抽空到期望的低压。地层流体也被泵输送系统(未示出)泵入井中，直到流体已经完全没有，然后将干净的流体转向室307。
在以上方法中，对于每个流体样本单独地进行测量和分析。在另一方面，本发明用于连续进行测量。利用化学非活性(惰性)气体，如氩，填充低压室311(到期望的水平)。然后，利用吸附剂对样本室311进行连续再生，以从扩散到室311中的地层流体中去除诸如碳氢化合物和水蒸汽的化学非活性气体和蒸汽。可以使用任何适当的吸附剂来用于本系统。例如，可以使用诸如分子筛3A的合成沸石作为水吸附剂。对于较重的碳氢化合物，可以使用活性炭。对于较轻的碳氢化合物，如通常被炭轻微结合的甲烷、乙烷和丙烷，可以使用甲烷储吸附剂(methane storage sorbent)，如已知为同网状金属有机框架(isoreticular metal organic frameworks IRMOFs)的吸附剂。IRMOFs具有OZn4作为它们的基本机构单元，氧原子处在锌原子四面体的中心，并且锌原子通过不同有机化合物连接。留在氩中的轻碳氢化合物气体相对于在吸附剂上吸附的轻碳氢化合物的分配系数将有助于吸收碳氢化合物。为了减小或者使氩气氛中残留的轻碳氢化合物气体最少，可以对吸附剂床(sorbent bed)制冷。
在另一方面，本系统可以用作累积传感器(cumulative sensor)。在该方面，允许低压室311中的碳氢化合物和水蒸汽的浓度连续上升，而不是被吸附。然后，读数基于微声传感器的测得的响应随时间如何变化，而不是直接基于响应本身。
激光器202和相关电子设备可以容纳在温控外壳321中。在一个方面，用于激光器的该外壳可以是杜瓦瓶(Dewar flash)，该杜瓦瓶可以包含相变材料并且在其口部具有热泵，如热电或热隧道制冷器以去除热量。在另一方面，外壳321可以是能够将温度保持在选定值或选定范围内的热夹套。处理器315将分析结果经由电缆或者其他井下通信装置报告给地面。
图6是作为本发明一个方面提供的QEPAS系统和方法的功能块图。如图6所示，适当的配置包括适当的可调谐激光器，该可调谐激光器可以是通过准直透镜204发出激光束206的分布式反馈(DFB)二级管或者带间级联激光器202。激光束206进入窗208并且进入可以是图4所示的室311的形式的气体单元210。此处给出的尺寸和结构仅是示例，并且不应当被理解为限制本发明的范围。气体单元210包含所研究的气体混合物211，例如，水蒸汽与甲烷的混合物。为了在单元210中的气体和蒸汽中产生光声波，将激光器202调谐到选定频率。在一个方面，激光器被调制到音叉212的谐振频率的一半。在一个方面，调谐叉谐振频率可以是大约32KHz，并且激光器频率可以是大约16KHz。市场上可用的调谐音叉以32768Hz的频率工作，并且具有大约16,000的Q因子。通过电流源260对激光器提供适当的电流。来自调谐叉212的响应被前置放大器262放大，并且被传向锁相放大器218。函数生成器(function generator)220将参考频率提供给锁相放大器218和激光器202，在上述特定示例中，激光器是调谐叉212的谐振频率的一半。来自锁相放大器的信号被处理器或计算机270放大。
对于QEPAS技术，期望将激光器调谐到气态分子的一个或多个窄光吸收波长。在一个方面，光电探测器可以用于调谐激光器202，其中可以使激光束206经过设置在窗208对面的窗214离开单元210。光电探测器216检测离开的激光束206。来自光电探测器216的信号被锁相放大器217处理，并且被传向计算机270以进行处理。计算机270使用来自光电探测器216的结果来经由反馈272调谐激光器。函数生成器220还可以将参考频率提供给锁相放大器217。另一方面，光纤布拉格光栅(FBG)系统可以用于对激光器202进行调谐。在该系统中，激光束可以被分割并且将其一部分282发送到适当的FBG系统280。例如，由超低膨胀玻璃制成的一个或多个FBG可以用作一个或多个井下波长标准或参考，并且用于调整激光器202的波长以与期望的分子吸收波长匹配。激光器波长可以通过改变流过电流源260的电流或者通过改变激光器的环境温度或者通过改变激光器的FabryPerot光学滤波器的间隔来调整，如在某些市场上的可调谐二极管激光器所进行的。来自FBG系统280的输出被计算机270处理，以经由反馈272来控制或改变激光器202的波长。
现在转向图7，示出了流程图700，该流程图700例示了本发明执行的某些功能。在块710中，本发明分析从油气藏中第一位置提取的第一样本。在块720中，本发明分析从油气藏中第二位置提取的第二样本。在块730中，本发明基于对从油气藏中不同位置提取的样本的分析的比较来估计分隔性程度。
流体和抽空室之间的半渗透膜允许气体从流体扩散经过半渗透膜进入抽空气体分析室。本发明的系统监测气体，以检测、识别和量化气体并且在这些气体之间进行区分。吸附剂或离子泵可选地去除从该室的抽空侧扩散的气体，以保持真空。离子泵优选地能够比泵输送惰性气体更好地泵输送化学活性气体。可以选择对惰性气体的泵输送特别慢的离子泵，以便选择性地从可以用于填充低压室的惰性气体中去除地层气体和蒸汽。可以在本发明的系统中使用适当的市场上可用的半渗透膜、残留气体分析器和真空泵。此外，膜可以特别地被设计为选择性地传输一种气体而不是像大部分硅树脂膜一样传输许多气体。
该分析可以是但不限于估计同位素比率、植烷/姥鲛烷比率、或者任何产生来自多个井的样本与来自同一井的多个深度处的样本之间的区别的分析比较，以指示分隔性。
虽然以上公开旨在本发明的示例实施例，但是各种修改对于本领域技术人员也是显而易见的。所附权利要求范围内的所有变型都由前述公开所包含。本发明的更多重要特征的示例已被概括得较宽，以便于随后对其的详细说明可以被更好地理解，以及可以明了对现有技术的贡献。当然，本发明的其它特征将在下文描述并且将构成所附权利要求的主题。

Claims (22)

1.一种估计油气藏分隔性的方法，包括：
根据来自所述油气藏中第一位置的第一样本，分析光声响应；
根据来自所述油气藏中第二位置的第二样本，分析声学响应；以及
比较所述第一样本的分析和所述第二样本的分析，以估计油气藏分隔性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述声学响应还包括来自光声光谱仪的信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述声学响应还包括来自石英增强光声光谱仪的信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述分析还包括估计同位素比率。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述分析还包括分析样本成分。
6.根据权利要求1所述的方法，其中分析是在井下执行的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中分析进一步包括比较植烷和姥鲛烷的比率。
8.根据权利要求1所述的方法，其中分析进一步包括比较、估计区别特性。
9.一种估计油气藏分隔性的设备，包括：
光声光谱仪(PAS)，使用所述PAS来分析来自所述油气藏中第一位置的第一样本并且分析来自所述油气藏中第二位置的第二样本；以及
处理器，比较所述第一样本的分析和所述第二样本的分析，以估计油气藏分隔性。
10.根据权利要求8所述的设备，其中所述PAS还包括石英增强PAS。
11.根据权利要求8所述的设备，其中所述处理估计所述样本的分隔性同位素比率。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述同位素比率进一步包括由碳的同位素比率(13C/12C)和氧的同位素比率(17O/18O)构成的集合中的至少一个同位素比率。
13.根据权利要求8所述的设备，其中所述处理估计样本成分。
14.根据权利要求8所述的设备，其中分析是在井下执行的。
15.根据权利要求8所述的设备，其中分析进一步包括比较植烷和姥鲛烷的比率。
16.根据权利要求8所述的设备，其中分析进一步包括比较任何区别特性。
17.一种估计油气藏分隔性的系统，包括：
井下设备，从所述油气藏获得样本；
光声光谱仪(PAS)，使用所述PAS来分析来自所述油气藏中第一位置的第一样本，并且分析来自所述油气藏中第二位置的第二样本；以及
处理器，比较所述第一样本的分析和所述第二样本的分析，以估计油气藏分隔性。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述PAS还包括石英增强PAS。
19.根据权利要求17所述的设备，其中所述处理器根据所述第一和第二样本中的样本同位素比率的比较，估计分隔性。
20.根据权利要求17所述的设备，其中所述分析还包括比较所述样本的任何区别特性。
21.一种估计流体特性的方法，包括
在井下获得流体样本；
从所述流体中分离出气体；
将脉冲激光能量提供给所述气体，以产生光声波；
检测所述光声波；以及
使用检测到的光声波，估计所述流体的特性。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括：
在井下获得另一流体样本；
估计所述另一流体样本的特性；以及
根据所述流体样本和所述另一流体样本的特性，估计油气藏的性质。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109884135A (zh) * 2019-01-08 2019-06-14 中国石油大学(北京) 油气两相流动型态表征方法及装置
CN111033227A (zh) * 2017-07-11 2020-04-17 沙特阿拉伯石油公司 光声气体检测

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2019307B1 (en) * 2007-07-24 2018-10-03 Axetris AG Method and gas sensor for performing quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy
WO2009079123A1 (en) * 2007-12-18 2009-06-25 Exxonmobil Upstream Research Company Determining connectivity architecture in 2-d and 3-d heterogeneous data
CA2705340C (en) 2007-12-21 2016-09-27 Exxonmobil Upstream Research Company Method and apparatus for analyzing three-dimensional data
CA2708967A1 (en) * 2008-01-22 2009-07-30 Exxonmobil Upstream Research Company Dynamic connectivity analysis
WO2009106078A1 (en) * 2008-02-25 2009-09-03 Nkt Flexibles I/S A pipe system, a fluid sensing system for a pipe system, and a method of determining a fluid component in an annulus cavity of a pipe
EP2252903A4 (en) 2008-03-10 2018-01-03 Exxonmobil Upstream Research Company Method for determing distinct alternative paths between two object sets in 2-d and 3-d heterogeneous data
GB2471048B (en) * 2008-04-09 2012-05-30 Halliburton Energy Serv Inc Apparatus and method for analysis of a fluid sample
WO2009137176A2 (en) 2008-05-05 2009-11-12 Exxonmobile Upstream Research Company Systems and methods for connectivity analysis using functional obejects
US8032311B2 (en) 2008-05-22 2011-10-04 Baker Hughes Incorporated Estimating gas-oil ratio from other physical properties
US8146415B2 (en) * 2008-05-27 2012-04-03 Baker Hughes Incorporated Downhole gas chromatograph
CA2725624A1 (en) * 2008-06-03 2009-12-10 Nkt Flexibles I/S A pipe system, a gas sensing system for a pipe system, and a method of determining a gas component in a cavity of a pipe
EP2310844A4 (en) * 2008-07-14 2017-02-22 Exxonmobil Upstream Research Company Systems and methods for determining geologic properties using acoustic analysis
US8352228B2 (en) * 2008-12-23 2013-01-08 Exxonmobil Upstream Research Company Method for predicting petroleum expulsion
US9552462B2 (en) * 2008-12-23 2017-01-24 Exxonmobil Upstream Research Company Method for predicting composition of petroleum
US8793110B2 (en) 2009-03-13 2014-07-29 Exxonmobil Upstream Research Company Method for predicting fluid flow
WO2011049648A1 (en) 2009-10-20 2011-04-28 Exxonmobil Upstream Research Company Method for quantitatively assessing connectivity for well pairs at varying frequencies
US9091151B2 (en) 2009-11-19 2015-07-28 Halliburton Energy Services, Inc. Downhole optical radiometry tool
EP2591383B1 (en) 2010-07-08 2019-01-16 Halliburton Energy Services, Inc. Method and system of determining constituent components of a fluid sample in a downhole tool
US8434366B2 (en) 2010-12-15 2013-05-07 Texas Instruments Incorporated Active detection techniques for photoacoustic sensors
CA2828724A1 (en) 2011-04-14 2012-10-18 Exxonmobil Upstream Research Company Method for preparing petroleum based samples for analysis of elemental and isotopic species
CA2853312C (en) 2011-11-11 2019-09-17 Exxonmobil Upstream Research Company Method and system for reservoir surveillance utilizing a clumped isotope and/or noble gas data
WO2013071187A1 (en) 2011-11-11 2013-05-16 Exxonmobil Upstream Research Company Method for determining the location, size, and fluid composition of a subsurface hydrocarbon accumulation
US9651476B2 (en) 2014-01-28 2017-05-16 Schlumberger Technology Corporation Fluid analysis by optical spectroscopy with photoacoustic detection
MX2016009481A (es) 2014-03-07 2016-10-13 Exxonmobil Upstream Res Co Metodo y sistema de exploracion para deteccion de hidrocarburos desde la columna de agua.
US9395295B2 (en) 2014-09-12 2016-07-19 The Boeing Company Detection of chemical changes of system fluid via near infrared (NIR) spectroscopy
CN104280345A (zh) * 2014-10-20 2015-01-14 高椿明 一种基于可调谐激光器的石英音叉增强型光声光谱分布式光纤气体传感器
EP3012616A1 (en) * 2014-10-22 2016-04-27 Services Petroliers Schlumberger A system and method for analyzing a gaseous sample extracted from a drilling fluid coming from a wellbore
CN110325856B (zh) 2017-02-28 2022-04-01 埃克森美孚上游研究公司 金属同位素在烃勘探、开发和生产中的应用
US11754533B2 (en) 2018-05-11 2023-09-12 Carrier Corporation Photoacoustic detection system with clocked tuning fork positions
CN110632656B (zh) * 2019-08-16 2021-08-03 中国石油天然气股份有限公司 断层的横向封闭性分析方法及装置
US11566519B2 (en) * 2020-03-12 2023-01-31 Saudi Arabian Oil Company Laser-based monitoring tool
CN112881299B (zh) * 2021-03-30 2023-03-03 安徽工程大学 基于无源音叉的干涉式全光纤光声光谱系统及其探测方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4492862A (en) * 1981-08-07 1985-01-08 Mathematical Sciences Northwest, Inc. Method and apparatus for analyzing components of hydrocarbon gases recovered from oil, natural gas and coal drilling operations
US5942440A (en) * 1997-04-04 1999-08-24 Lockheed Martin Idaho Technologies Company Method for detecting organic contaminants in water supplies
GB9712524D0 (en) * 1997-06-16 1997-08-20 Nycomed Imaging As Method
US6236455B1 (en) * 1998-06-26 2001-05-22 Battelle Memorial Institute Photoacoustic spectroscopy sample cells and methods of photoacoustic spectroscopy
US6160255A (en) * 1998-10-05 2000-12-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Laser-based photoacoustic sensor and method for trace detection and differentiantion of atmospheric NO and NO2
US6608683B1 (en) * 2000-02-10 2003-08-19 Southwest Sciences Incorporated Acoustic resonance phase locked photoacoustic spectrometer
US6618148B1 (en) * 2000-02-10 2003-09-09 Southwest Sciences Incorporated Acoustic resonance frequency locked photoacoustic spectrometer
US6792354B1 (en) * 2000-11-13 2004-09-14 O'meara, Jr. Daniel J. Method for determining reservoir fluid volumes, fluid contacts, compartmentalization, and permeability in geological subsurface models
WO2003104767A2 (en) * 2002-06-10 2003-12-18 William Marsh Rice University Quartz-enhanced photoacoustic spectroscopy

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111033227A (zh) * 2017-07-11 2020-04-17 沙特阿拉伯石油公司 光声气体检测
CN109884135A (zh) * 2019-01-08 2019-06-14 中国石油大学(北京) 油气两相流动型态表征方法及装置

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Publication number Publication date
US20060266108A1 (en) 2006-11-30
US7387021B2 (en) 2008-06-17

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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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