专利名称：加压流体的pvt分析的制作方法
技术领域：
本发明涉及便携式分析系统和方法。
背景技术：
可执行各种压力-体积-温度(PVT)测量来定义油气藏流体(气体、液体、并且有时是固体)的物理属性。可在大型、固定实验室中采用数件单独的设备来执行这些测量。 早期(以及一些当前)PVT筒利用水银作为温度受控的压力容器内的加压和混合介质。在 20世纪90年代早期开发了无水银的筒，其使用抑或浮动活塞抑或机械螺丝来改变样本体积并由此改变压力。这两种类型的容器均使用机械搅拌来混合所包含的样本。传统和当前商用的PVT筒一般具有窗口以允许察看筒的内容从而用于相确定和体积测量，并且一般被限制为小于15，000磅/平方英寸(PSi)的压力额定值。概述具有执行一般需要数个仪器的多套分析的能力的集成、可便携系统可用于执行固定实验室质量PVT测量。在一个方面，压力-体积-温度测试系统包括便携式环境控制室；布置在该便携式环境控制室中的第一压力容器；布置在该便携式环境控制室中的第二压力容器，该第二压力容器与该第一压力容器液压通信；粘度计，配置为测量该第一压力容器和该第二压力容器之间流动的流体的粘度；以及光学系统，配置为测量该第一压力容器和该第二压力容器之间流动的流体的光学属性。该系统的各实施例可包括单独的以下特征或其组合。在一些实施例中，粘度计包括毛细管粘度计，该毛细管粘度计所在位置使得第一压力容器和第二压力容器之间流动的流体流过该毛细管粘度计。在一些情况下，该粘度计包括两个位于毛细管每一侧的可用来测量流体的温度和压力的石英计(例如，第一石英计在毛细管的一侧并且第二石英计在毛细管的另一侧)。在一些实施例中，光学系统包括用光纤光缆光学耦合到光学模块的分光光度计， 该光学模块所在位置使得第一压力容器和第二压力容器之间流动的流体流过该光学模块。在一些实施例中，第一和第二压力容器包括将样本流体与液压流体分离开的活塞。在一些情况下，该系统还包括可用于与粘度计、与光学系统、以及与同第一和第二压力容器液压通信的泵电通信的自动控制系统。在一些实施例中，测试系统还包括可用于至少部分基于来自光学系统的数据确定特定烃相体积的自动控制系统。该自动控制系统可用于在PVT实验期间在除了输入初始实验参数之外无需操作者输入的情况下基于来自泵、光学系统、和粘度计的数据控制泵，这些PVT实验包括恒质膨胀(CCE)、差异分离(DLE)、定容衰竭(CVD)、分离器测试、粘度测量、析蜡点温度(WAT)、以及浙青质开始实验。该自动控制系统可用于同时执行多于一个的实验。在一些实施例中，便携式环境控制室包括可用于控制压力容器中的流体的温度的可编程烘炉。在一些情况下，该环境控制室可用于提供0°至350下范围内的温度并允许恒温和编程勻变温度控制。在一些实施例中，压力容器在便携式环境控制室内是可旋转的。压力容器在便携式环境控制室内可旋转以控制第一和第二压力容器相对于将第一压力容器连接到第二压力容器的导管的垂直位置。在一些实施例中，第一和第二压力容器以及相关联的装配和连接配置为包含高达 20，OOOpsia 的压力。在一些实施例中，系统配置为提供压力、温度和体积精确度并总的控制在2%内。在一个方面，一种测试流体的方法，包括将测试系统运输到从地层提取样本流体的位置；控制测试系统中该样本流体的温度和压力；通过在第一压力容器和与该第一压力容器液压通信的第二压力容器之间传递该样本流体使该样本流体平衡；在使该样本流体平衡的同时测量该第一压力容器和该第二压力容器之间流动的流体的粘度；以及在使该样本流体平衡的同时测量该第一压力容器和该第二压力容器之间流动的流体的光学属性。在一些实施例中，控制该样本流体的温度包括使用包含第一和第二压力容器的便携式环境控制室控制该样本流体的温度。在一些情况下，各方法还包括可调整地控制便携式环境控制室内第一和第二压力容器的定向。在一些情况下，各方法还包括使用便携式环境控制室以指定速率降低该样本流体的温度。在一些实施例中，各方法还包括基于样本流体的各部分的光学属性的变化标识该样本流体中的相变边界。在一些实施例中，各方法还包括对第一和第二压力容器中的流体并发地执行恒质膨胀测试、差异分离测试、粘度、定容衰竭测试、分离测试、析蜡点温度测试、浙青质开始测试中的至少两者。在一些实施例中，各方法还包括控制第一和第二压力容器的垂直定向以进行特定烃相的子取样、分析或这两者。这些PVT筒的小尺寸使得能在移动实验室中使用以上描述的各系统。使用毛细管粘度计用于相确定和体积测量可允许系统配置为达到超过 15，OOOpsi (例如，高达20，OOOpsi)的压力额定值。在附图和以下描述中阐明本发明的一个或多个实施例的细节。本发明的其他特征、目标、以及优点从说明书和附图以及权利要求书将变得显而易见。附图描述
图1是分析设备的示意图。图2A-2F是分析设备的压力筒的示图。图3A-3D分别是分析设备的实施例的立体、侧视、俯视和前视图。图4A和4B分别是光学界面检测器的立体和分解立体图。图5是可用于操作图1的分析设备的控制逻辑的高层流程图。图6是恒质膨胀实验的流程图。图7A是差异分离实验的流程图。
图7B是在差异分离实验的不同阶段期间压力筒的示意表示。图8A是分离器测试实验的流程图。图8B是在分离器测试实验的不同阶段期间压力筒的示意表示。图9A是定容衰竭实验的流程图。图9B是在定容衰竭实验的不同阶段期间压力筒的示意表示。图10是析蜡点温度实验的流程图。图11是浙青质开始压力实验的流程图。图12是被部署用于钻井平台的分析系统的示意性说明。在各附图中相似的附图标记指示相似的部件。具体描述参考图1，微型PVT系统10示出能以高压和高温执行压力-体积-温度测试以定义油气藏流体(气体、液体、并且有时是固体)的物理属性的紧凑系统。系统10包括环境控制室14内的两个压力容器或筒12A、12B。包括毛细管粘度计18的管道16将两个筒12A、 12B液压连接。该毛细管粘度计包括位于已知尺寸的毛细管管道的每一侧上的用于测量压力的机构(例如，石英压力计)20。系统10还可包括配置为测量流过管道16的流体的光学属性(例如，以检测相界面和/或悬浮固体的存在)的光学模块22。两个筒12A、12B中的每一个包括浮动活塞24。筒12A、12B配置为包含小体积的流体和相关联的材料，诸如，例如高压下的悬浮固体。例如，筒12A、12B可包括200cc的容量室，额定为20，000psi。样本室体积并且由此压力通过采用计算机控制的、高精度泵(未示出)在浮动活塞M的背面注入或汲出液压流体(通常为水)来控制。在以下详细描述的执行PVT测试中，期望这些泵可用于运行长时间(例如，大于6小时、大于12小时、或者大于M小时)；以至少IOcc/分钟(例如，在约50至约IOOcm3/分钟之间)传递；以及精确测量体积(例如，直至在约0.1cm3内)。该泵可以慢得多的速率使用，但泵速率优选是精确的，因为粘度计算需要该数值。图2A-2F示出筒12A/B的实施例。在该实施例中，筒12A/B包括中空圆柱体30， 其具有上端盖32和下端盖34密封体30内的活塞24。下端盖34接收用于控制活塞M的位置的液压管线。上端盖32接收用于在筒12A/B之间传递流体、将样本流体注入到系统10 内、以及将气体注入到系统10内的各种管线。系统10中的流体的混合以及由此的平衡是通过在PVT测量期间维持室内及相关联的连接内所需要的压力和总样本体积的同时在室间物理地来回推动样本流体来实现的， 如以下所详细描述的。这种混合流体的方法允许系统10在混合期间并发地、以及在一些实例中同时地测量流体粘度和相体积。在某些实例中，与通过物理搅动(摇动)筒或经由内部机械混合器执行样本混合的单筒PVT系统相比，该方法可更快速地达到相平衡。此外，使用光学模块22来检测不同流体之间的界面允许系统10与包括“窗口”以允许察看筒的内容从而进行相确定和体积测量的系统相比以更高的压力工作。使用浮动活塞M允许系统10易于传递气体和/或液体。在一些实施例中，系统 10的组件包括枢轴安装的筒12A和12B使得筒12A、12B可被旋转至并固定在多个定向上 (例如，筒12A和12B放置为使得活塞M如图1中所示位于管道入口观下方或筒12A和 12B放置为使得活塞M位于管道入口观上方)。取决于筒12A、12B的定向，系统10可择优地传递气体或传递液体。该特征还可用于更容易地将气体推进溶液中。例如，在筒12A、 12B放置成使得活塞M位于管道入口观之上的情况下在筒12A、12B之间传递流体导致在混合过程期间穿过液相的气相起泡。图3A-3D分别以立体、侧视、俯视和前视图示出系统 10，其中，系统组件包括枢轴安装的筒12A、12B使得筒12A、12B可被旋转至并固定在多个定向上。这些附图没有示出用于关闭环境控制室14的门。设置在系统10的各个室12A、12B之间的毛细管粘度计是已知长度和内部直径的毛细管以允许对正被分析的样本进行粘度和流变能力测量。可选择不同长度和内部直径的毛细管以适应变化的样本需求。例如，关于粘度范围介于约O.Ol-lOOOcP之间的液体可使用各种粘度计。这些粘度计可从例如Vinci技术、Nanterre (巴黎)、法国和钱德(France and Chandler)工程、塔尔萨(Tulsa)、OK商业购得。在毛细管粘度计18的每一端上的高精度石英计20可(单独)测量压力、(通过减去个体数值)测量跨管的压降、以及精确测量温度。对设置于两个压力容器直径的毛细管粘度计18的使用使得能与其他测试同时地测量粘度。在其他类型的配置为个体粘度测试单元的粘度计(诸如，滚球、沉锤、以及电磁粘度计)中，可能不是这种情况。此外，虽然滚球、沉锤、和电磁粘度计在适当校准时可精确测量牛顿流体的粘度，但是毛细管粘度计还允许通过对剪切速率和剪切强度的直接测量来测量非牛顿流体。设置于各个样本室12A、12B之间的光学模块22允许光透过其属性正在测试温度和压力下被测量的流体。这些光学模块可从例如Wioenix仪器、Splendora(休斯顿)、TX 商业购得。使用光纤光缆沈和分光光度计(未示出)，光透射率的变化可传达所分析流体内的流体属性转变，诸如，相(气体、液体、或固体)变化。在样本流体被推送经过光学模块时将相边界的位置与传递的流体体积相关联使得能够计算相边界、体积、和/或开始条件(例如，露点或泡点)。往筒体插入窗口是为了允许察看筒内容以便目视油系统中的泡点、气凝析油系统中的露点和相边界并通过测量气/油界面或活塞位置的垂直高度变化来计算特定样本体积，对串联光学模块22的使用允许系统10无需往筒体插入窗口即可工作。在一些实例中，该配置可允许系统用于向样本应用极高的压力条件(例如，大于15，000psi、高达 20，OOOpsi^P / 或高达 25，OOOpsi)。图4A和4B示出具有接收并啮合光纤线沈的“上”和“下”固定件36以及接收并啮合管道16的“侧”固定件38的光学模块的实施例。使用诸如“上”和“下”之类的关系术语以易于相对于附图进行描述而不是指系统组件的任何绝对位置。在某些实例中，系统10配置为通过限制装备死体积来提高精确度并减小误差。压力筒12A、12B之间的液压连接以缩短长度和低内部体积配置以减小压力筒12A、12B之间的装配和管道容量。压力筒头部组合件和活塞顶可被锥形化为相似角度从而在安装时限制压力筒头部组合件与活塞顶之间的体积。可以低死体积的压力计和小直径的管道来配置毛细管粘度计从而限制与毛细管粘度计相关联的体积。类似地，分光光度计系统的光学模块可被选择成提供低的死体积。例如，使用这些特征将所说明的系统10的死体积减小到大约5 毫升(例如，总系统体积的2. 5% )。 在一些实施例中，环境控制室14可以是能提供受控温度(例如，约0下到约350 T 之间)的计算机控制的烘炉。该烘炉可被编程为以指定的加热或冷却速率提供温度勻变。
8由于通常以指定的温度(诸如，储层温度、流线温度、或过程温度)执行PVT测试，因此需要精确的温度控制。编程温度勻变的能力允许研究固体沉淀或结晶。所选的“环境室”相对较小并且能够较容易地装配在移动实验室舱内，但是不同于商用的气相色谱(GC)烘炉，大到足以容纳压力容器12A、12B和相关联的外围组件。在一个实施例中，该单元具有宽 χ 44〃高χ 26"深的尺寸并且重约3001bs。系统10包括自动控制系统，该自动控制系统配置为操作系统10包括识别流体平衡、精确设置并读取设备的温度、压力、和体积，所有这些可影响所生成数据的可靠性。可使用硬件、软件、或两者来实现自动控制系统。系统软件可作为可在使用前安装在系统10中的单独的计算机程序产品(例如，在CD上)或者作为嵌入式软件和硬件的组合被提供。由控制系统执行的系统软件可配置为以尽可能小的操作者影响来运行测试协议，并且可完全监视和控制压力、体积和温度。嵌入式软件配置为控制(例如，维持或改变)样本体积同时在室与室之间推送气体、液体和/或固体。在该过程中，压力、体积、温度和光谱数据被记录，由此允许计算所需要的PVT属性。软件内的标准输入被配置为操作系统10快速达到平衡条件。一些PVT实验是完全自动化的(例如，可编程为无需操作者干预)，其余分析被编程为进行至所设的其中必需有简短的操作者干预的中止条件。具体而言，系统10可被配置为在有限的操作者干预或无操作者干预的情况下执行恒质膨胀实验、差异分离实验、分离器测试实验、定容衰竭实验、析蜡点温度实验、浙青质开始压力实验。这些软件控制和测试能力包可在短时间达到高数据质量并且对操作者培训的需求很低。对全套PVT实验的最小样本体积需求也是附加的优点。自动控制系统可减少测试时间；提供可重复和可再现结果；达到高度的精确度； 以及创建每次实验的非转录的、数字记录。这些特征可减小与人工操作的PVT系统相关联的误差，在人工操作的PVT系统中实验室技术人员在测试期间关于平衡状态、液位及其他参数作出主观判断(视觉或其他方面)的。此外，技术人员必须将数据转录为实验室数据格式或电子数据表。主观判断和转录错误是商业实验室中错误的最大来源并且最终意味着很多实验室不能从它们的测试中容易地重复或再现结果。自动控制系统可包括一个或多个可操作为接收、传送、处理并存储与系统10相关联的数据的电子计算设备。每个计算机一般旨在包括任何合适的处理设备。每个计算机可以是任何计算机或处理设备，诸如，例如刀片式服务器、通用个人计算机(PC)、苹果计算机 (Macintosh)、工作站、基于Unix的计算机、或者任何其他合适的设备。换而言之，本公开构想通用计算机之外的计算机、以及无传统操作系统的计算机。每个计算机可适配为执行包括Linux、UNIX、Windows服务器的任何操作系统、或者任何其他合适的操作系统。每个计算设备可具有存储器和处理器。存储器还可以是远程的并通过网络连接。 存储器是适合于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质。存储器可以是任何形式的非易失性存储器、介质和存储器设备，作为示例包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器 (ROM)、或者其他存储器设备(诸如，例如EPROM、EEPROM和闪存设备)；磁盘(例如，内部硬盘或可移动盘)；磁光盘；以及CD ROM和DVD-ROM盘。存储器可存储数据。存储器还可存储与系统10中使用的任何计算设备相关和/或由其执行的软件。系统10中的每个计算设备可包含执行指令并操纵数据执行计算设备的各操作的处理器，诸如，例如，中央处理单元(CPU)、刀片、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列 (FPGA)。一般而言，处理器将被可操作地耦合以从存储器接收数据和/或指令或向存储器传送数据。处理器和存储器中存储的一些或所有数据可由诸如专用集成电路之类的专用逻辑电路补充或纳入专用逻辑电路中。自动控制系统可包括或引用本地、分布式或主存计算软件。在高层，计算软件是任何应用程序、模块、进程、或者可访问、取回、修改、删除、或以其他方式关联存储器中的某些信息的其他软件。一个示例计算软件可以是用于通过实现或执行多个步骤来执行任何合适的实验的计算机应用。计算软件的另一示例是提供与一个或多个引擎或模块的互连的应用。允许用户输入数据并与系统10交互的GUI是计算软件的另一示例。不管具体的实现如何，“软件”可包括软件、固件、有线或编程硬件或它们的适当的任意组合。实际上，每个上述软件应用可以任何适当的计算机语言来编写和描述，包括C， C++, Java, Visual Basic，汇编语言，Perl，4GL的任何合适版本，以及其他。此外，与这些应用相关联的一个或多个过程可被远程地存储、引用、或执行。此外，这些软件应用的每一个可以是另一软件模块或企业应用(未示出)的孩子或子模块而不脱离本公开的范围。⑶I是客户机上主存的计算机程序。⑶I包括可用于允许系统10的操作者出于诸如查看实验参数或其他数据等任何合适的目的来与系统10的至少一部分进行接口的图形用户界面。一般而言，GUI向特定用户提供对系统10所提供的数据或在系统10内传递的数据的高效且用户友好的呈现。应当理解到，术语图形用户界面可以单数或复数来使用，以描述一个或多个图形用户界面和特定图形用户界面的每一显示。实际上，对GUI的引用可指示对应用的前端或组件、以及适当地经由客户端可访问的特定界面的引用，而不脱离本公开的范围。因此，⑶I构想了处理系统10中的信息并有效地向用户呈现结果的任何图形用户界面，如通用web浏览器或触摸屏。可使用系统10执行各种测试规程。例如，地下流体样本可在裸眼井测井期间被收集、传送到样本圆筒中、并连同整个泥浆和泥浆滤液的样本一起被传送到现场移动实验室以用于PVT研究。图5示出系统10的自动控制系统的说明性实施例的一般过程。一旦启动，自动控制系统获取和/或更新仪器读数，包括，例如，系统压力、温度、体积、分光计状态和泵状态 (400) 0在操作期间，系统参数被监视(402)并记录004)。为了开始测试006)，操作者选择要执行的实验并将测试参数输入到自动控制系统中008)。例如，对于恒质膨胀(CCE) 实验，操作者输入估计饱和压力、最小压力、最大膨胀。自动控制系统通过将系统10引入工作条件以进行初始参考测量来对测试进行初始化G10)。样本一般初始被恢复成单相储层流体。例如，样本可被传递到系统10的筒12A、12B中，并且环境控制室14可用于将样本加热到所报告的储层温度。可操作液压泵将样本加压到高于储层压力，随后通过将样本在筒 12A、12B之间来回传递来将样本混合直到达到平衡条件。这允许任何游离气体、压缩液体、 或结晶固体被“恢复”成单相储层流体。自动控制系统随后检查正被测试的样本是否处于平衡(412)。在PVT测试期间记录体积数据之前，正被测试的流体应处于热力平衡状态。样本类型(油、气、或盐水)；系统温度；系统压力；以及相的数目极大地影响平衡时间。自动控制系统不断地监视压力、体积、和温度以确定流体何时处于热力平衡。自动控制系统计算压力和/或体积在指定次数的读数(例如，？ #读数)里的拖尾中值并估算预定义时间“窗口”(例如，？时间)上的结果。如果读数是恒定的(在+/_规定量例如内)，则系统被认为是处于平衡中。这种通过指定每时间或每混合增量期望的最大压力或体积变化来自动评估是否已达到平衡条件的方法避免了需要几个月的培训来教实验室技术人员如何在宽范围的样本类型和流体压力/温度上识别真实的热力平衡，并且还提供了客观、可再现的结果。如果系统10尚未达到热力平衡，自动控制系统如以上所述的执行混合周期 G14)，包括检查并调整活塞在压力筒中的位置以维持恒定样本体积。如果系统10已达到热力平衡，则自动控制系统记录压力-体积-温度数据(416)。自动控制系统可在进行的基础上基于毛细管尺寸、使用石英计20测得的跨毛细管粘度计18的压差、以及流过毛细管粘度计18的流体的速率计算样本的粘度(418)。自动控制系统可以指定间隔和/或当压力-体积-温度数据正被记录时记录样本的粘度G20)。 层流或近层流可改善粘度测量的精确度(例如，如果样本流体是在湍流或涡流中，则所测量的粘度可有高达50%的误差)。为了防止该误差，自动控制系统在测试正在运行的同时计算诸如Reynold数、Dean数以及表观粘度之类的基准参数并在屏幕上为操作者显示这些结果。如果样本在测试期间以错误的方式流动，则软件将向操作者报警并允许他调整泵速率或自动调整泵速率。这相较于不“实”时监视这些属性的粘度计或实验室而言可提供更为精确的粘度测量。自动控制系统使用光学检测和压差数据来识别何时在液体中形成气体的第一个泡(泡点)；何时从气体中凝结第一滴液体(露点)；和/或何时形成第一个有机固体(例如，蜡或浙青质)。自动控制系统使用分光计监视UV/V波长范围内的光的吸收率。当相变发生或当有机固体形成时，光吸收率模式突然改变。当相变发生时，自动控制系统测量相体积022)、记录光学数据GM)、适宜的情况下，从系统10中移除气相0沈)。自动控制系统检查这是否是实验中的最后点0观)。若否，则自动控制系统转到下一设置点G30)并重复测试周期。若是，则自动控制系统终止测试032)。自动控制系统还记录跨毛细管粘度计的压差的变化。假使压差超过预设的阈值 (如当蜡或浙青质形成时)，系统将停止实验，将流体返回到参考筒并将流体恢复到初始状态以准备用于下一次测试。光学和压差的组合以提供冗余以及对高精度量计的使用导致高度的精确度。使用图6中所示的示例性过程，系统10可用于执行恒质膨胀(CCE)测试，其中筒 12AU2B中的储层流体在所报告的储层温度下经历恒质膨胀。CCE实验通过使流体以预定义的容量增量膨胀来执行。随着体积膨胀，流体压力下降。从地下储层收集的液体包含“溶解”气-即，在高压和高温下溶解在液体中的气体。由于存在溶解气，使用恒定体积增量使样本膨胀并未产生最佳的数据点的分布。类似地，反气凝析油使用恒定体积增量也没有被最佳地分析。为了达到最佳分布，自动控制系统利用了将非正态统计分布函数与对数方程式相结合的算法。该算法生成集中在估计饱和压力(即，泡点或露点)周围的数据点分布， 同时对于CCE测量的两相部分采取渐进地(对数地)变大的体积步长。操作者向自动控制系统提供输入参数，包括，例如，估计饱和压力、最小压力、最大膨胀。在该过程中，流体从高于储层条件的压力膨胀到例如250psia，同时记录高于和低于泡点(即，从溶液中产生气体的压力)的总流体体积。可使用光学模块22和分光光度计标识样本流体的光学属性中的变化和/或通过系统中流体的整体压缩性的突变来标识泡点。 通过将泡点与所观察的储层条件相比较，储层流体在储层条件下可被标识为欠饱和、饱和、 过饱和。样本相关体积、单相压缩性、两相Y函数和单相密度也可作为压力的函数进行计
笪弁。使用图7A和7B中所示的示例性过程，系统10可用于执行差异分离实验(DLE)以模拟储层在其泡点下衰竭的效果。操作者向自动控制系统提供输入参数，包括，例如，压力增量。样本流体初始经历所观察到的储层温度和在CCE测试期间观察到的泡点处或稍微高于该泡点的压力。逐步地，压力下降到泡点和大气压力之间，混合样本以平衡气相和液相。 在平衡之后，测量相体积，移除平衡气相并通过扩展气相色谱法(GPA 2286法)使用成分分析来测量被移除气相的成分，以及使用系统10测量液相收缩。这些测量允许计算油体积因子(Bo)、气/油比率(Rs)、气体积因子(Bg)、气体重力、气体Z-因子、以及油密度。气体成分连同残余油的成分允许通过材料平衡计算原始储层流体成分。使用图8A和8B中所示的示例性过程，储层流体样本还可在计划处理条件下经历多阶段分离器测试以确定气/油比率、地层体积系数、原油收缩率、以及(例如，在地面条件下)产生的气体成分。操作者向自动控制系统提供输入参数，包括，例如，压力/温度增量。 系统10用于在各个温度和压力条件下使样本流体平衡并在此之后移除气相。对储罐油成分的测量允许储层流体的材料平衡计算作为数据质量检查。例如，排出管线可直接连接至成分分析系统，例如，该成分分析系统实现分析包括含气原油的成分的方法，包括将成分分离成蒸气相和液相。可用气相色谱仪确定蒸气相的成分。液相的至少一部分可沉淀在容器中，并且可从该容器收集顶部空间蒸汽相。可用气相色谱仪确定顶部空间蒸汽的成分。示例性系统和方法详细记载在美国专利号7，467，540中，其内容通过引用全文纳入于此。系统10可用于对气凝析油系统样本执行类似分析。分离器气体和液体样本可按照气/油比率生产数据定义的比例在系统10中物理地重组。该重组的储层流体可随后用于后续分析。可基于分离器产品的测量成分和气/油比率计算井流成分。CCE测试一般可如以上所述地在储层温度下执行逐步压力减小来执行。标识露点 (即，开始从气体凝结出液体的压力)而不是泡点。使用图9A和9B中所示的示例性过程，可执行定容衰竭(CVD)研究，其中系统10 用于针对感兴趣的组成在观察到的露点和预期废弃压力之间执行逐步压力下降。操作者向自动控制系统提供输入参数，包括，例如，压力增量。在每一步，样本可被混合以平衡气相和液相、测量相体积、移除平衡气相(回到饱和体积)、测量液相积累、以及测量所移除气相的成分。这些测量允许计算液体析出百分比、产出百分比、气体Z-因子、两相Z-因子、以及烃组分浓度，所有这些都作为储层压力衰竭的函数计算。系统10还可用于执行各种流保证测量，包括，例如，标识析蜡点温度、浙青质开始压力；以及流变能力(溶液中具有气体的系统的剪切依存性/粘度)。例如，确定蜡结晶在何温度下形成可能是重要的，这是因为该蜡结晶可沉淀并堵住生产系统。系统10重新配置为通过将毛细管替换为高压过滤器来标识析蜡点温度。使用图10中所示的示例性过程，可标识析蜡点温度。操作者向自动控制系统提供输入参数， 包括，例如，控制压力、冷却速率。活塞M可用于在筒12A、12B之间来回泵送样本流体同时环境控制室14从观察到的储层温度逐渐降低应用于系统的温度。当达到析蜡点温度时，蜡结晶形成并且被过滤器捕获到，由此石英计20测得的压差上升，并且使用光学模块22观察到的样本流体的光吸收率改变。确定浙青质开始出现的压力可能也是重要的。使用图11中所示的示例性过程，可标识浙青质出现压力。和析蜡点温度测试一样，通过将毛细管替换为高压过滤器来重新配置系统10。操作者向自动控制系统提供输入参数，包括，例如，受控温度和降压速率。活塞 M可用于在筒12A、12B之间来回泵送样本流体同时从观察到的储层压力逐渐降低应用于样本流体的压力。当浙青质形成时，由石英计20测得的压差上升并且使用光学模块22观察到的样本流体的光吸收率改变。系统10还可用于通过考虑注入气体来执行增强/改进的油回收测量，包括例如， 评估溶度/溶胀、执行多个气体接触(正向和反向)实验、用气体注入测量粘度改变、以及评估再汽化。例如，可通过将样本放置于筒12A、12B中并将给定量的建议注入气体注入到系统中来评估储层流体的溶度/溶胀。在混合流体以达到平衡条件后，可测量油的体积以确定响应于气体注入有多少油溶胀。可执行CCE测试以测试流体泡点如何响应于气体注入变化。可使用毛细管粘度计18测量响应于气体注入的流体粘度的变化。可根据注入到系统 10的气体量来测量这些不同的变化。系统10还可用于执行多个气体接触(正向和反向)实验，其中特定体积的气体被注入到系统10中。系统10中的流体可随后被混合直至在特定压力下达到平衡条件。可随后从系统中移除剩余的气相以评估液相溶胀、收缩和气相富集。可随后用新的注入气体重复这些步骤。可替换地，不是移除剩余气相，而是将从系统10中移除液相以评估液相溶胀和来自注入气体的富集。系统10还可用于测试化学产品，诸如例如，抑制剂、分散剂、减阻产品、以及破乳齐U。以上所述的通用测试可在向系统 ο注入特定化学产品后执行以评估该特定化学产品对从中获得正被测试的样本的储层中的流体的可能效应。系统10还可用于测量诸如例如流体可压缩性、热膨胀、气体溶度以及粘度等作为压力和温度的函数的属性。虽然对于本文所描述的概念不是必要的，但是组合和自动操作可消除执行样本的 PVT实验中的附加装备。在很多情况下，分析液相所需的附加装备是庞大的并且不能在小型实验室设施中维护。该装备也不易于运输。结果，执行PVT实验所必需的装备、以及分析样本需要的装备的剩余部分在世界各地的集中测试设施中维护。样本可能从其获取位置途经数十或数百英里被送到集中测试设施处。例如，虽然海上平台一般维护小型实验室，但是平台上的空间不允许容纳进行执行PVT实验所必须的设备。因此，在海上平台上取得的样本一般将被运输到陆上测试设施。 类似地，在偏远的陆上取样站点(诸如，农村地区的站点)维护庞大的分析装备是不切实际的。取决于海上平台或农村陆上取样站点的位置，样本可能要行进数十或数百英里到达测试设施。该行程在取得样本的时间和可执行分析的时间之间引入了很大的时间滞后。该时间滞后阻碍了频繁的测试并妨碍了重新测试。该行程增加了样本将被损坏或污染的可能性，并将行程和时间方面的附加代价引入到分析的成本中。如果样本在收集、运输或其他期间被污染或弄脏，这将直到样本行进了许多英里到达集中测试设施才被发现。随后必须获得另一样本并将其运输到集中测试设施或者放弃该分析。相反，以上描述的图10所示的测试系统可以更小、更易于运输并且可在小型实验室设施中维护。因此，分析系统10可在取样地点或邻近取样地点处维护。例如，如图12中所示，分析系统10可在海上平台上维护。在取样地点处维护分析设备使得能够进行频繁测试并消除了与运输样本相关联的时间延迟和成本。如果在取样地点维护整个分析装备不可行，则分析设备可被运输到取样地点。使分析装备邻近取样地点使得在样本在收集、运输或其他期间被污染的情况下能够进行快速的重新测试。已经描述了本发明的多个实施例。然而，应当理解的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可作出多种修改。因此，其他实施例也在所附权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种压力-体积-温度(PVT)测试系统，包括便携式环境控制室；布置在所述便携式环境控制室中的第一压力容器；布置在所述便携式环境控制室中的第二压力容器，所述第二压力容器与所述第一压力容器液压通信；粘度计，配置为测量所述第一压力容器和所述第二压力容器之间流动的流体的粘度；光学系统，配置为测量所述第一压力容器和所述第二压力容器之间流动的所述流体的光学属性。
2.如权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述粘度计包括毛细管粘度计，所述毛细管粘度计所在位置使得所述第一压力容器和所述第二压力容器之间流动的所述流体流过所述毛细管粘度计。
3.如权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述粘度计包括可用于测量流体的温度和压力的两个石英计，第一石英计在毛细管的一侧并且第二石英计在所述毛细管的另一侧。
4.如权利要求1-3中的任一项所述的测试系统，其特征在于，所述光学系统包括用光纤光缆光学耦合到光学模块的分光光度计，所述光学模块所在位置使得所述第一压力容器和所述第二压力容器之间流动的所述流体流过所述光学模块。
5.如权利要求1-4中的任一项所述的测试系统，其特征在于，还包括可用于至少部分基于来自所述光学系统的数据确定特定烃相体积的自动控制系统。
6.如权利要求1-5中的任一项所述的测试系统，其特征在于，所述第一和第二压力容器包括将样本流体与液压流体分离开的活塞。
7.如权利要求1-6中的任一项所述的测试系统，其特征在于，还包括可用于与所述粘度计、与所述光学系统、以及与同第一和第二压力容器液压通信的泵电通信的自动控制系统。
8.如权利要求7所述的测试系统，其特征在于，所述自动控制系统可用于在PVT实验期间在除了输入初始实验参数之外无需操作者输入的情况下基于来自所述泵、光学系统、和粘度计的数据控制所述泵，所述PVT实验包括恒质膨胀(CCE)、差异分离(DLE)、定容衰竭 (CVD)、分离器测试、粘度测量、析蜡点温度(WAT)、以及浙青质开始实验。
9.如权利要求8所述的测试系统，其特征在于，所述自动控制系统可用于并发地执行一个以上的所述实验。
10.如权利要求1-9中的任一项所述的测试系统，其特征在于，所述便携式环境控制室包括可用于控制所述压力容器中流体的温度的控制室。
11.如权利要求10所述的测试系统，其特征在于，所述环境控制室可用于提供0°至 350 °F范围内的温度并允许恒温和编程勻变温度控制。
12.如权利要求1-11中的任一项所述的测试系统，其特征在于，所述压力容器在所述便携式环境控制室内可旋转以控制所述第一和第二压力容器相对于将所述第一压力容器连接到所述第二压力容器的导管的垂直位置。
13.如权利要求1-12中的任一项所述的测试系统，其特征在于，所述第一和第二压力容器以及相关联的装配和连接配置为包含高达20，OOOpsia的压力。
14.如权利要求1-13中的任一项所述的测试系统，其特征在于，配置为提供压力、温度和体积精确度并总的控制在2%内。
15.一种测试流体的方法，所述方法包括使测试系统驻留在从地层提取样本流体的位置处；控制所述测试系统中所述样本流体的温度和压力；通过在第一压力容器和与所述第一压力容器液压通信的第二压力容器之间传递所述样本流体使所述样本流体平衡；在使所述样本流体平衡的同时测量所述第一压力容器和所述第二压力容器之间流动的流体的粘度；在使所述样本流体平衡的同时测量所述第一压力容器和所述第二压力容器之间流动的所述流体的光学属性。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，控制所述样本流体的温度包括使用包含所述第一和第二压力容器的便携式环境控制室控制所述样本流体的所述温度。
17.如权利要求15或权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括，可调整地控制所述便携式环境控制室内所述第一和第二压力容器的定向。
18.如权利要求16或权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括，使用所述便携式环境控制室以指定速率减小所述样本流体的所述温度。
19.如权利要求15-18中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括基于所述样本流体的各部分的所述光学属性的变化标识所述样本流体中的相变边界。
20.如权利要求15-19中的任一项所述的方法，其特征在于，还包括对所述第一和第二压力容器中的流体并发地执行恒质膨胀测试、差异分离测试、粘度、定容衰竭测试、分离测试、析蜡点温度测试、浙青质开始测试中的至少两者。
21.如权利要求15-20中的任一项所述的方法，其特征在于，包括，控制所述第一和第二压力容器相对于将所述第一压力容器连接到所述第二压力容器的导管的垂直定向。
22.如权利要求21所述的方法，包括，控制所述第一和第二压力容器的所述垂直定向以进行特定烃相的子取样、分析或两者。
23.一种压力-体积-温度测试系统，包括便携式环境控制室；布置在所述便携式环境控制室中的第一压力容器；以及布置在所述便携式环境控制室中的第二压力容器，所述第二压力容器与所述第一压力容器液压通信；其中，所述便携式环境控制室可用于可控地加热和冷却所述第一和第二压力容器中的流体。
24.如权利要求23所述的测试系统，其特征在于，还包括配置为测量所述第一压力容器和所述第二压力容器之间流动的流体的粘度的粘度计，其中，所述粘度计是毛细管粘度计，所述毛细管粘度计所在位置使得所述第一压力容器和所述第二压力容器之间流动的所述流体流过所述毛细管粘度计。
25.如权利要求23或权利要求M所述的测试系统，其特征在于，还包括，光学系统，所述光学系统配置为测量所述第一压力容器和所述第二压力容器之间流动的所述流体的光学属性。
26.如权利要求23-25中的任一项所述的测试系统，其特征在于，还包括，用光纤光缆光学耦合到光学模块的分光光度计，所述光学模块所在位置使得所述第一压力容器和所述第二压力容器之间流动的所述流体流过所述光学模块。
27.如权利要求沈所述的测试系统，其特征在于，还包括，可用于与所述粘度计、与所述光学系统、以及与同第一和第二压力容器液压通信的泵电通信的可编程控制模块。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述可编程控制模块可用于对所述第一和第二压力容器中的流体同时执行恒质膨胀测试、差异分离测试、粘度、定容衰竭测试、分离测试、析蜡点温度测试、浙青质开始测试中的至少两者。
29.如权利要求23-28中的任一项所述的测试系统，其特征在于，所述压力容器在所述便携式环境控制室内可旋转以控制所述第一和第二压力容器相对于将所述第一压力容器连接到所述第二压力容器的导管的垂直位置。
全文摘要
对流体执行压力-体积-温度测试的方法和系统包括便携式环境控制室14，布置在该便携式环境控制室中的第一压力容器12A，布置在该便携式环境控制室中的第二压力容器12B，该第二压力容器与该第一压力容器液压通信，配置为测量该第一压力容器和该第二压力容器之间流动的流体的粘性的粘度计18，以及配置为测量该第一压力容器和该第二压力容器之间流动的流体的光学属性的光学系统22。
文档编号G01N7/00GK102549440SQ200980161796
公开日2012年7月4日 申请日期2009年8月31日 优先权日2009年7月30日
发明者K·卡纳斯, L·威廉姆斯 申请人:Sgs北美股份有限公司