Способ и устройство для обнаружения в скважине газовых компонентов подземных флюидов

Номер патента: 10497

Опубликовано: 30.10.2008

Автор: Дифоджио Рокко

Есть еще 2 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Устройство для определения газовых компонентов подземных флюидов, содержащее

мембрану для диффузионного пропускания газа из подземного флюида в газоаналитическую камеру,

резонатор, размещенный в газоаналитической камере, и

процессор, предназначенный для контроля резонансной частоты резонатора с целью обнаружения ее изменения после взаимодействия газа с резонатором и оценки присутствия определяемого газового компонента в подземном флюиде на основании изменения резонансной частоты.

2. Устройство по п.1, в котором резонатор покрыт сорбентом, поглощающим определяемый газ.

3. Устройство по п.1, в котором мембрана является полупроницаемой.

4. Устройство по п.3, в котором полупроницаемая мембрана содержит металлокерамическую матрицу.

5. Устройство по п.3, в котором полупроницаемая мембрана содержит перфорированную опорную пластину.

6. Устройство по п.2, в котором резонатор покрыт сорбентом СО2.

7. Устройство по п.2, в котором резонатор покрыт сорбентом H2S.

8. Устройство по п.3, в котором мембрана представляет собой фильтр, диффузионно пропускающий только определяемые газы из подземного флюида.

9. Устройство по п.1, дополнительно содержащее активированный уголь, размещенный в газоаналитической камере с возможностью поглощения из нее газов.

10. Устройство по п.1, дополнительно содержащее ионный насос для откачивания газов из газоаналитической камеры.

11. Устройство по п.1, в котором газоаналитическая камера образует вакуумную камеру.

12. Устройство по п.1, в котором мембрана усилена с возможностью выдерживания разности давлений между вакуумом в камере и давлением в скважине.

13. Способ определения газовых компонентов подземных флюидов, при осуществлении которого

размещают в скважине устройство по п.1,

обеспечивают диффузионное перемещение газа из подземного флюида в газоаналитическую камеру,

обеспечивают воздействие газа на резонатор, поглощающий определяемый газовый компонент,

контролируют резонансную частоту резонатора для обнаружения ее изменения после воздействия газа на резонатор и

оценивают наличие указанного определяемого газового компонента в подземном флюиде на основании изменения резонансной частоты.

14. Способ по п.13, в котором используют резонатор, покрытый сорбентом, поглощающим определяемый газовый компонент.

15. Способ по п.13, в котором обеспечивают диффузионное перемещение газа через полупроницаемую мембрану.

16. Способ по п.15, в котором используют полупроницаемую мембрану, усиленную металлокерамической матрицей.

17. Способ по п.15, в котором используют полупроницаемую мембрану, усиленную опорной перфорированной пластиной.

18. Способ по п.14, в котором определяемым газовым компонентом является СО2.

19. Способ по п.14, в котором определяемым газовым компонентом является H2S.

20. Способ по п.15, в котором используют газоселективную полупроницаемую мембрану.

21. Способ по п.13, в котором дополнительно удаляют газы из газоаналитической камеры.

22. Способ по п.21, в котором газы удаляют из газоаналитической камеры посредством их откачивания.

23. Способ по п.21, в котором в газоаналитической камере создают вакуум для способствования диффузии в нее газа.

24. Способ по п.13, в котором используют мембрану, усиленную с возможностью выдерживания разности давлений между вакуумом в камере и давлением в скважине.

25. Система для определения газовых компонентов подземных флюидов, содержащая

скважинный прибор,

мембрану для диффузионного пропускания газа из подземного флюида в газоаналитическую камеру в скважинном приборе,

резонатор для обнаружения присутствия газа в подземном флюиде и

процессор, предназначенный для контроля резонансной частоты резонатора с целью обнаружения ее изменения после взаимодействия газа с резонатором и обнаружения присутствия определяемого газового компонента на основании изменения резонансной частоты.

26. Система по п.25, в которой мембрана выполнена полупроницаемой.

27. Система по п.25, в которой мембрана выполнена газоселективной.

28. Система по п.25, в которой резонатор покрыт сорбентом для обнаружения присутствия газа.

29. Система по п.25, дополнительно содержащая насос для откачивания газов из газоаналитической камеры для способствования диффузии в нее газа.

30. Система по п.25, в которой газоаналитическая камера образует вакуумную камеру.

31. Система по п.25, в которой мембрана усилена с возможностью выдерживания разности давлений между вакуумом в камере и давлением в скважине.

 

Текст

Смотреть все

010497 Настоящее изобретение относится, в целом, к скважинному определению характеристик коллектора и, более конкретно, к способу и устройству для определения газовых компонентов в подземном флюиде,в частности для выполняемой в реальном времени идентификации СО 2 и H2S, диффундирующих из пробы пластового флюида. В частности, получают пробы пластового флюида и обеспечивают диффузию газов из этих проб в вакуумную камеру через слой силиконового каучука, за которым размещаются металлокерамический фильтр и перфорированная опорная пластина, которые используются в качестве полупроницаемой мембраны. В вакуумной камере газы подвергают анализу с помощью резонатора, покрытого сорбентом СО 2 или H2S, и процессора, который идентифицирует такие газы, как СО 2 и H2S, а также другие газы или пары, извлеченные из пробы пластового флюида. 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 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, 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 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 месторождения, операторы стремятся получить как можно больше информации о характере содержащего углеводороды пласта, чтобы оценить коллектор с точки зрения рентабельности. Несмотря на достигнутый прогресс в области сбора данных с применением систем измерений в процессе бурения (ИПБ), а также в области исследований с 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 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 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 подземного флюида на нескольких глубинах и по этому градиенту давления рассчитывать плотность флюида. Взятые в скважине пробы флюида позже анализируют в наземной лаборатории, обычно через недели или месяцы, чтобы идентифицировать присутствующие во флюиде газы и провести их количественный анализ. Процесс сбора проб флюидов в скважине и отправки собранных проб в наземную лабораторию для анализа газосодержания требует больших затрат 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 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 пласте. В основу настоящего изобретения была положена задача преодоления вышеупомянутых недостатков существующих технических решений с помощью способа и устройства для контроля присутствия(обнаружения, различения и количественного анализа) в реальном времени и в условиях скважины определенных газов, в частности СО 2 и H2S, а также других газов и паров, присутствующих в пробе пластового флюида. В частности, в настоящем изобретении предлагается пропускать высокотемпературные пластовые флюиды, находящиеся под высоким давлением, через слой силиконового каучука, за которым размещается металлокерамический фильтр и перфорированная металлическая опорная пластина, образующие полупроницаемую мембрану, которая задерживает жидкости, но пропускает определенные (т.е. не все, а выборочно конкретные) газы и пары. Эта мембрана механически усилена жесткой, но при этом пористой и проницаемой структурой, такой как перфорированная металлическая пластина. Перфорированная металлическая пластина способна выдерживать разность давлений между вакуумом и давлением в скважине. Полупроницаемая мембрана выполняется из такого материала, как силиконовый каучук, который позволяет диффундировать газам и определенным парам из пробы пластового флюида через мембрану в вакуумную камеру, примыкающую к полупроницаемой мембране. Вакуумная камера образует камеру для газового анализа, которая содержит резонатор, покрытый сорбентом СО 2 или H2S. Скважинным прибором отбирают пробу пластового флюида и фильтруют ее с-1 010497 помощью полупроницаемой мембраны, например мембраны из силиконового каучука, обеспечивая возможность диффузии газов из пластового флюида в вакуумную камеру. Газы выделяются путем диффузии из пластового флюида и анализируются в резонаторе, покрытом сорбентом и расположенном в части газоаналитической камеры, в которой создан вакуум. С вакуумной газоаналитической камерой связан ионный насос, поддерживающий в камере вакуум. Ионный насос удаляет газы, прошедшие в результате диффузии из пробы пластового флюида в камеру,расположенную с другой стороны фильтра с полупроницаемой мембраной. Ионный насос может быть выключен на время, которое необходимо для измерения концентрации газа с помощью резонатора. В альтернативном варианте ионный насос может оставаться включенным, но в этом случае он либо физически размещается так, чтобы его откачивающая способность ограничивалась, либо управляется электронной схемой таким образом, чтобы откачивание было достаточно медленным для того, чтобы резонатор успевал определять газ прежде, чем насос восстановит исходный уровень вакуума. Вместо ионного насоса, может использоваться активированный уголь или другой сорбент, не позволяющий газам, прошедшим в вакуум в результате диффузии, оставаться в камере слишком долго, мешая проводить измерения в отношении газов, прошедших в камеру из следующей пробы. В соответствии с вышеизложенными принципами, в общем, в настоящем изобретении предлагается устройство для определения газовых компонентов подземном флюиде, содержащее мембрану для диффузионного пропускания газа из подземного флюида в газоаналитическую камеру, резонатор, размещенный в газоаналитической камере, и процессор, предназначенный для контроля резонансной частоты резонатора с целью обнаружения ее изменения после взаимодействия газа с резонатором и оценки присутствия определяемого газового компонента в подземном флюиде на основании изменения резонансной частоты. Также предлагается система, в которой используются эти элементы и скважинный прибор. Кроме того, предлагается способ определения газовых компонентов в подземном флюиде, при осуществлении которого размещают в скважине описанное выше устройство, обеспечивают диффузионное перемещение газа из подземного флюида в газоаналитическую камеру,обеспечивают воздействие газа на резонатор, поглощающий определяемый газовый компонент,контролируют резонансную частоту резонатора для обнаружения ее изменения после воздействия газа на резонатор и оценивают наличие указанного определяемого газового компонента в подземном флюиде на основании изменения резонансной частоты. Особенности изобретения, а также его сущность наглядно поясняются на сопровождающих чертежах, на которых однотипные ссылочные обозначения относятся к однотипным элементам и на которых показано: на фиг. 1 - схема осуществления настоящего изобретения в приведенном в качестве примера варианте, предусматривающем введение скважинного прибора в скважину на каротажном кабеле,на фиг. 2 - схема осуществления настоящего изобретения в приведенном в качестве примера 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, металлокерамического фильтра и металлической пластины с мелкими отверстиями и бороздками на поверхности между этими отверстиями,на фиг. 5 - блок-схема операций, выполняемых в примере осуществления настоящего изобретения,на фиг. 6 - таблица, в которой приведены примеры скоростей диффузии 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 вводом в форме капиллярной трубки. В настоящем изобретении предлагаются способ и устройство для осуществления в реальном времени внутрискважинного детектирования, классификации и количественного анализа газов, содержащихся в представительной пробе пластового флюида. Настоящее изобретение позволяет проводить количественный анализ таких газов, как H2S и СО 2, а также других газов и паров, присутствующих в пробе пластового флюида. В соответствии с настоящим изобретением пластовый флюид, находящийся в скважине при высокой температуре и высоком давлении, вводят в контакт с полупроницаемой мембраной, например мембраной из силиконового каучука, обеспечивающей диффузию газов из пробы пластового флюида в вакуумную камеру, в которой находится резонатор, покрытый сорбентом. В настоящем изобретении предлагается проводить анализ пластовых флюидов, находящихся при высокой температуре и высоком давлении, путем выделения из пробы пластового флюида газовой фракции и подачи ее к резонатору, покрытому сорбентом. Пробу пластового флюида отбирают и фильтруют с помощью полупроницаемой мембраны, например мембраны из силиконового каучука, обеспечивая возможность диффузии газов из пластового флюида через фильтр в газоаналитическую камеру. В описываемом варианте осуществления изобретения в газоаналитической камере создают вакуум, который способствует диффузии газов из пластового или скважинного флюида в вакуумную газоаналитическую ка-2 010497 меру. Прошедший газ анализируется с помощью резонатора, покрытого сорбентом и расположенного в вакуумной газоаналитической камере, находящейся напротив камеры пластового флюида с другой стороны полупроницаемой мембраны. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения с вакуумной газоаналитической камерой связан ионный насос, способствующий созданию и поддержанию вакуума в камере для облегчения диффузии газов из флюида в газоаналитическую камеру благодаря более низкой концентрации газа на вакуумной стороне мембраны (со стороны вакуумной камеры) по сравнению с его концентрацией во флюиде на стороне высокого давления мембраны. Диффузия газа через мембрану пропорциональна градиенту концентрации этого газа по обеим сторонам мембраны. Ионный насос удаляет газы, прошедшие через мембрану в вакуумную камеру из пробы пластового флюида, расположенной с другой стороны фильтра с полупроницаемой мембраной. В первую очередь, необходимо создать вакуум в вакуумной камере, в которой находятся резонатор и процессор для анализа газов. Вакуумная камера снабжена ионным насосом для поддержания вакуума. На входе в вакуумную камеру помещена полупроницаемая мембрана (например, полупроницаемая мембрана из силиконового каучука), через которую в вакуумную камеру могут диффундировать газы, при этом мембрана препятствует поступлению жидкостей в эту камеру. На фиг. 1 представлен пример осуществления настоящего изобретения с применением каротажного кабеля 102 в скважине 104, пробуренной в пласте (толще пород) 100. Флюид из пласта 100 извлекают с помощью выдвижного зонда 101. Извлеченный пластовый флюид движется по гидравлической линии 105 в газоаналитическую камеру 300, в которой в соответствии с настоящим изобретением определяется 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, выполняемого с помощью резонатора 317 в газоаналитической камере 300 и процессора 108, могут использоваться процессором 108 для других операций, или же результаты анализа можно посылать на поверхность 51 для того, чтобы они могли использоваться в наземном процессоре и устройстве 1000 управления. Также может выполняться анализ скважинного флюида путем его извлечения из скважины, а не непосредственно из пласта (используемым в настоящем изобретении термином "находящийся на глубине флюид" охватываются оба этих флюида и вообще любой анализируемый в скважине флюид). 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 в газоаналитическую камеру 300 скважинный прибор 50 удерживается на месте сдвоенными пакерами 203. Флюид может поступать из кольцевого пространства 106 между скважинным прибором 50 и стволом скважины 104 или из пласта 100. Флюид может быть при необходимости направлен в пробоотборный резервуар 111 или обратно в кольцевое пространство 106 скважины на основании результатов определения плотности в газоаналитической камере 300 в соответствии с настоящим изобретением. Результаты, полученные в газоаналитическую камере, могут использоваться процессором 108 для других операций, либо эти результаты можно посылать на поверхность 51 для того, чтобы они могли использоваться в наземном процессоре и устройстве 1000 управления. И здесь также может выполняться анализ скважинного флюида путем его извлечения из скважины, а не из пласта. На фиг. 3 представлена более подробная схема газоаналитической камеры 300 в соответствии с настоящим изобретением. В схематической форме на фиг. 3 показаны резонатор 317, покрытый сорбентом,ионный насос 319, полупроницаемая мембрана 309, камера 307 для флюида и процессор 315. Для поддержания температуры процессора и резонатора в пределах диапазонов их рабочих температур и/или диапазонов температур, в которых они сохраняют работоспособность, предусмотрено сорбционное охлаждающее устройство 321. Камера 307 пластового флюида отделена полупроницаемой мембраной 309 от вакуумной газоаналитической камеры 311. Таким образом, камера 307 пластового флюида расположена с одной стороны полупроницаемой мембраны 309, а вакуумная газоаналитической камера 311 с другой ее стороны. Газы, содержащиеся во взятой пробе пластового флюида, диффундируют через полупроницаемую мембрану в вакуумную газоаналитическую камеру. В газоаналитической камере размещается активированный уголь или другой сорбент 320 газа для адсорбции газа с тем, чтобы он не оставался в камере слишком долго. Пластовый флюид извлекается из пласта 100 или из скважины, когда зонд не находится в контакте со стенкой скважины, и подается в камеру 307 пластового флюида через клапан 301 по гидравлической линии 107. Газы диффундируют из пластового или скважинного флюида, находящегося с соответствующей стороны полупроницаемой мембраны, через полупроницаемую мембрану в вакуумную камеру 311. В вакуумной газоаналитической камере 311 находятся аппаратура модуля газового анализа, резонатор 317 и процессор/электронная аппаратура управления 315. Анализ газа осуществляется с помощью резонатора 317 и процессора 108. Управление проведением анализа осуществляет электроника процессора 108 и резонатора. Результаты анализа передаются процессором 108 на поверхность по каротажному кабелю или другими внутрискважинными средствами связи. Процессор 108 может действовать на основании результатов анализа, не передавая эти результаты на поверхность. На фиг. 4 показаны полупроницаемая мембрана 309, металлокерамический фильтр 313 и металлическая пластина 314 с мелкими отвер-3 010497 стиями и бороздками на поверхности между этими отверстиями. На фиг. 5 показан пример, иллюстрирующий некоторые из стадий, выполняемых в соответствии с изобретением. На стадии 401 в соответствии с настоящим изобретением производится отбор пробы пластового флюида из пласта. Пластовый флюид поступает в скважинный прибор 50 по гидравлической линии, сообщающейся с пластом. На стадии 403 производится создание вакуума в газоаналитической камере. Создание вакуума в газоаналитической камере способствует диффузии газов, содержащихся в пробе пластового флюида, через полупроницаемую мембрану в вакуумную камеру. На стадии 405 осуществляют диффузию газов из флюида через полупроницаемую мембрану, расположенную между флюидом и вакуумной камерой, в вакуумную камеру для анализа газов. На стадии 407 в резонаторе и процессоре, предусмотренных настоящим изобретением, выполняются обнаружение, идентификация,количественный анализ и различение газов. На стадии 409 с помощью ионного насоса удаляют из камеры избыток или остатки прошедших через мембрану газов для поддержания в камере вакуума с целью подготовки к следующему измерению. Обычно датчики СО 2 и H2S предназначены для работы в воздушной среде или в вакууме. При обнаружении этих газов, когда они растворены в сырой нефти, возникают различные проблемы. Поэтому для разделения газа и флюида вакуумная камера снабжена разделительной мембраной из силиконового каучука или другого полимера, после которой размещены металлокерамический фильтр из нержавеющей стали и стальная пластина с отверстиями. Таким образом, газы могут диффундировать из сырой нефти в вакуумную камеру, содержащую резонатор. Камера содержит также активированный уголь 320 или другой сорбент для предотвращения слишком долгого нахождения газов в камере. После того, как масса прошедшего сквозь мембрану газа осядет на резонаторе, например на резонаторе камертонного типа,используемом в варианте осуществления настоящего изобретения, резонансная частота резонатора уменьшается. Таким образом, покрывая резонатор материалом, который селективно реагирует с определенным газом, можно обнаружить присутствие этого газа, контролируя резонансную частоту резонатора. В одном из вариантов осуществления изобретения резонатор покрыт серебром, которое реагирует с H2S с образованием черного сульфида серебра в форме тонкой пленки, которая утяжеляет резонатор, снижая его резонансную частоту. В этом случае уменьшение резонансной частоты резонатора, покрытого серебром, будет указывать на присутствие H2S. B другом варианте осуществления изобретения резонатор покрывается медью, или цинком, или каким-либо другим металлом, реагирующим с H2S. Еще в одном варианте осуществления изобретения резонатор покрывается окисью натрия, в результате реакции которой с CO2 образуется Na2CO3. В этом случае снижение резонансной частоты резонатора будет указывать на присутствие СО 2. Для обнаружения СО 2 также может использоваться тетрагидрат фторида тетраметиламмония (TMAF), хотя он также имеет некоторую чувствительность в отношении H2S. Подходящие полупроницаемые мембраны, сорбенты на основе активированного угла и ионные насосы выпускаются в промышленных масштабах и пригодны для осуществления настоящего изобретения. Кроме того, мембраны могут быть сконструированы по специальному заказу с таким расчетом, чтобы они избирательно пропускали один газ, а не множество газов, как это делают силиконовые мембраны. Изобретение обеспечивает диффузию и отделение СО 2 и H2S от сырой нефти, имеющей высокую температуру и находящейся под большим давлением, причем газы диффундируют через полупроницаемый мембранный фильтр. Поскольку мембраны в этом случае подвергаются действию высокого давления, то они должны быть усилены, и поэтому в настоящем изобретении предусматривается использование металлокерамического фильтра из нержавеющей стали, структура материала которого аналогична структуре песчаника, в котором частицы песка заменены частицами стали. Металлокерамический фильтр имеет пористую структуру, обеспечивающую его проницаемость. За металлокерамическим фильтром размещается стальная перфорированная пластина, обеспечивающая необходимую жесткость для противостояния высокому давлению флюида, из которого диффундируют газы. Технология разделительных мембран описана Сандрой Янг (Sandra Young), факультет полимеров,университет южного Миссисипи (см., например, http://www.psrc.usm.edu/mauritz/diffuse.html), которая сообщает следующее. Ароматические полиимиды, содержащие группы -C(CF3)2-, склонны отдавать большее предпочтение СО 2 по сравнению с CH4. Можно предположить, что включение групп -C(CF3)2- повышает жесткость цепочки, уменьшая внутрисегментную подвижность, а также снижает и ограничивает степень уплотнения цепочки за счет увеличения свободного объема, т.к. группы выступают в качестве 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. 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 применила асимметричное полое волокно, покрытое тонким слоем силиконового каучука, для отделения Н 2 от других компонентов. Для удаления СО 2 и H2S из природного газа используются асимметричные мембраны из ацетата целлюлозы. СО 2 и H2S отличаются высокой растворимостью в ацетате целлюлозы, который вызывает псевдопластификацию, приводящую к набуханию полимера с разрывом полимерной матрицы, повышающим подвижность полимерных цепочек. В области каучукоподобных полимеров единственными исследуемыми в настоящее время система-4 010497 ми являются поли(органосилоксаны). Поли(органосилоксаны) подробно исследовались по причине исключительной 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 объемом, и низкой селективностью. Используя сополимеризацию, потенциально можно получить свойства, которые отвечают конкретным требованиям в отношении разделения веществ. Для материалов, используемых в процессах разделения, большое значение имеет управление пористостью, что связано с потенциальным разнообразием газов или жидкостей, проходящих через 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 (США) в статье,размещенной по адресу http://membranes.nist.gov/publicationabstracts/PellKoNassEine.html, сообщает следующее. Газы СО 2 и H2S можно селективно отделять друг от друга и от неполярных газов, таких как Н 2, СО и СН 4, с применением химически реагирующих носителей, иммобилизированных в мембранной фазе. Были модифицированы ионообменные мембраны из полиперфторсульфоновой кислоты (PFSA) с образованием геля, предназначенного для использования в качестве опоры для растворителя и носителя. Такая мембрана содержит гидрофильные участки, способные впитывать растворитель, содержащий необходимый химический комплексообразующий агент. В экспериментах, проведенных при атмосферных условиях, значения селективности по СО 2 относительно Н 2 составили от 20 до 30 при проницаемости для СО 2, равной 1000-2000 Баррер. [1 Баррер=10-10 см 2 с-1 смHg-1]. При разделении газов H2S-Н 2 получены более высокие показатели селективности и проницаемости в 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 сводные данные по скорости проникновения кислых газов и селективности в отношении кислых газов по сравнению с Н 2 и СО. Предварительные 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 представлена таблица характеристик диффузии некоторых газов через типовую полупроницаемую мембрану, подходящую для осуществления настоящего изобретения. Технические данные для некоторых имеющихся на рынке небольших резонаторов и малых ионных насосов рассмотрены ниже. На фиг. 7 иллюстрируется альтернативный вариант осуществления изобретения, предусматривающий использование фильтра 316 и капиллярной трубки 318, введенной в вакуумную газоаналитическую камеру 311. Между скоростью отклика на содержащиеся во флюиде газы и толщиной полупроницаемой мембраны обычно существует некое оптимальное соотношение. В другом варианте осуществления настоящего изобретения предлагаемый в нем способ реализован в виде набора выполняемых на компьютере команд, 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 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, находящиеся в рамках объема патентных притязаний, предполагаются охваченными вышеприведенным описанием. Примеры с наиболее важными признаками изобретения были изложены сначала в широкой форме, после чего дано подробное описание изобретения для того, чтобы можно было лучше его понять и оценить вклад в уровень техники. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для определения газовых компонентов подземных флюидов, содержащее мембрану для диффузионного пропускания газа из подземного флюида в газоаналитическую камеру,резонатор, размещенный в газоаналитической камере, и процессор, предназначенный для контроля резонансной частоты резонатора с целью обнаружения ее изменения после взаимодействия газа с резонатором и оценки присутствия определяемого газового компонента в подземном флюиде на основании изменения резонансной частоты. 2. Устройство по п.1, в котором резонатор покрыт сорбентом, поглощающим определяемый газ. 3. Устройство по п.1, в котором мембрана является полупроницаемой. 4. Устройство по п.3, в котором полупроницаемая мембрана содержит металлокерамическую матрицу. 5. Устройство по п.3, в котором полупроницаемая мембрана содержит перфорированную опорную пластину.-5 010497 6. Устройство по п.2, в котором резонатор покрыт сорбентом СО 2. 7. Устройство по п.2, в котором резонатор покрыт сорбентом H2S. 8. Устройство по п.3, в котором мембрана представляет собой фильтр, диффузионно пропускающий только определяемые газы из подземного флюида. 9. Устройство по п.1, дополнительно содержащее активированный уголь, размещенный в газоаналитической камере с возможностью поглощения из нее газов. 10. Устройство по п.1, дополнительно содержащее ионный насос для откачивания газов из газоаналитической камеры. 11. Устройство по п.1, в котором газоаналитическая камера образует вакуумную камеру. 12. Устройство по п.1, в котором мембрана усилена с возможностью выдерживания разности давлений между вакуумом в камере и давлением в скважине. 13. Способ определения газовых компонентов подземных флюидов, при осуществлении которого размещают в скважине устройство по п.1,обеспечивают диффузионное перемещение газа из подземного флюида в газоаналитическую камеру,обеспечивают воздействие газа на резонатор, поглощающий определяемый газовый компонент,контролируют резонансную частоту резонатора для обнаружения ее изменения после воздействия газа на резонатор и оценивают наличие указанного определяемого газового компонента в подземном флюиде на основании изменения резонансной частоты. 14. Способ по п.13, в котором используют резонатор, покрытый сорбентом, поглощающим определяемый газовый компонент. 15. Способ по п.13, в котором обеспечивают диффузионное перемещение газа через полупроницаемую мембрану. 16. Способ по п.15, в котором используют полупроницаемую мембрану, усиленную металлокерамической матрицей. 17. Способ по п.15, в котором используют полупроницаемую мембрану, усиленную опорной перфорированной пластиной. 18. Способ по п.14, в котором определяемым газовым компонентом является СО 2. 19. Способ по п.14, в котором определяемым газовым компонентом является H2S. 20. Способ по п.15, в котором используют газоселективную полупроницаемую мембрану. 21. Способ по п.13, в котором дополнительно удаляют газы из газоаналитической камеры. 22. Способ по п.21, в котором газы удаляют из газоаналитической камеры посредством их откачивания. 23. Способ по п.21, в котором в газоаналитической камере создают вакуум для способствования диффузии в нее газа. 24. Способ по п.13, в котором используют мембрану, усиленную с возможностью выдерживания разности давлений между вакуумом в камере и давлением в скважине. 25. Система для определения газовых компонентов подземных флюидов, содержащая скважинный прибор,мембрану для диффузионного пропускания газа из подземного флюида в газоаналитическую камеру в скважинном приборе,резонатор для обнаружения присутствия газа в подземном флюиде и процессор, предназначенный для контроля резонансной частоты резонатора с целью обнаружения ее изменения после взаимодействия газа с резонатором и обнаружения присутствия определяемого газового компонента на основании изменения резонансной частоты. 26. Система по п.25, в которой мембрана выполнена полупроницаемой. 27. Система по п.25, в которой мембрана выполнена газоселективной. 28. Система по п.25, в которой резонатор покрыт сорбентом для обнаружения присутствия газа. 29. Система по п.25, дополнительно содержащая насос для откачивания газов из газоаналитической камеры для способствования диффузии в нее газа. 30. Система по п.25, в которой газоаналитическая камера образует вакуумную камеру. 31. Система по п.25, в которой мембрана усилена с возможностью выдерживания разности давлений между вакуумом в камере и давлением в скважине.

МПК / Метки

МПК: G01F 7/00, E21B 43/24

Метки: обнаружения, устройство, скважине, компонентов, газовых, подземных, способ, флюидов

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/10-10497-sposob-i-ustrojjstvo-dlya-obnaruzheniya-v-skvazhine-gazovyh-komponentov-podzemnyh-flyuidov.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ и устройство для обнаружения в скважине газовых компонентов подземных флюидов</a>

Похожие патенты