Сенсорный элемент рефрактометра пластового флюида на основе полного внутреннего отражения

Бобе А.С., Вознесенская А.О., Бахолдин А.В., Стригалев В.Е., Васильев В.Н. Сенсорный элемент рефрактометра пластового флюида на основе полного внутреннего отражения // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21, № 3. С. 320–325. doi: 10.17586/2226-1494-2021-21-3-320-325

Предмет исследования. При разработке нефтяных месторождений стоит актуальная задача оперативного определения типа прокачиваемого пластового флюида. Нефтяные пластовые флюиды включают в себя газ, нефть и воду. В работе предложен сенсорный элемент нового типа для проточной рефрактометрии пластового флюида на основе эффекта полного внутреннего отражения. Сенсорный элемент представляет собой стержневой наконечник конической формы из сапфира длиной 20 мм и диаметром 20 мм. Метод. Оригинальная форма сенсорного элемента определена модифицированным методом трассировки лучей с учетом аналитических соотношений, определяющих условия обеспечения большего динамического диапазона измерений при заданных физических, технологических и конструктивных ограничениях. Основные результаты. Получена преобразовательная характеристика сенсорного элемента для длин волн 405, 1064, 3300 нм, позволяющая определять тип пластового флюида (газ/вода/нефть). Практическая значимость. Предложенная методика позволяет разрабатывать сенсорные элементы конической формы на основе полного внутреннего отражения для систем скважинного мониторинга и оптических пороговых датчиков показателя преломления.

1. Бурханов Р.Н. Оптические свойства нефти // Ученые записки Альметьевского государственного нефтяного института.2012. Т. 10. № 2. С. 238–248.

2. Sroka S., Cartellieri A., Schaefer P. In-situ refraction apparatus and method. Patent US20100025112A1. 2010.

3. Mullins O.C., Pomerantz A.E., Zuo J.Y., Dong C. Downhole fluid analysis and asphaltene science for petroleum reservoir evaluation // Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering. 2014. V. 5. P. 325–345. doi: 10.1146/annurev-chembioeng-060713-035923

4. Mullins O.C., Schroer J. Real-time determination of filtrate contamination during openhole wireline sampling by optical spectroscopy // Proceedings - SPE Annual Technical Conference and Exhibition. 2000. V. OMEGA. N 11. P. 395–407. doi: 10.2118/63071-ms

5. Müller N., Elshahawi H., Dong C., Mullins O.C., Flannery M., Ardila M., Weinheber P., McDade E.C. Quantification of carbon dioxide using downhole wireline formation tester measurements // Proceedings - SPE Annual Technical Conference and Exhibition. 2006. V. 1. N 9. P. 161–170. doi: 10.2118/100739-ms

6. Mullins O.C., Hashem M., Elshahawi H., Fujisawa G., Dong C., Betancourt S., Terabayashi T. Hydrocarbon compositional analysis in-situ in openhole wireline logging // SPWLA 45th Annual Logging Symposium. 2004. P. SPWLA-2004-FFF.

7. Di Foggio R., Climent H.C. Immersed lens downhole refractometer. Patent US20200291777A1. 2020.

8. Дифоджио Р., Уолков А.М., Бергрен П.А.Аппаратура и способ измерения показателя преломления пластового флюида. Патент RU2318200C2. Бюл. 2008.№ 6.

9. Dong C., Mullins O.C., Hegeman P.S., Teague R., Kurkjian A., Elshahawi H. In-situ contamination monitoring and GOR measurement of formation fluid samples // Proc. SPE Asia Pacific Oil and Gas Conference and Exhibition. 2002.P. 635–643. doi: 10.2118/77899-ms

10.Cartellieri A., Kischkat T., Sroka S., Meister M. New optical sensor system for improved fluid identification and fluid typing during LWD sampling operations // Proc. SPE/IADC Drilling Conference. 2017. V. 2017-March. P. 1260–1277. doi: 10.2118/184717-ms

11. Авраменко Е.В., Белов Н.П., Одноворченко П.В., Шерстобитова А.С., Яськов А.Д. Оптические свойства водных растворов карбамида // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2016. Т. 16. № 2. С. 271–276. doi: 10.17586/2226-1494-2016-16-2-271-276

12. Grebenikova N.M., Myazin N.S., Rud V.Y., Davydov R.V. Monitoring of flowing media state by refraction phenomenon // Proc. 2018 IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech). 2018. P. 295–297. doi: 10.1109/EExPolytech.2018.8564409

13. Contreras-Tello H., Márquez-Islas R., Vázquez-Estrada O., Sánchez-Pérez C., García-Valenzuela A. Understanding the performance of Abbe-type refractometers with optically absorbing fluids // Measurement Science and Technology. 2014. V. 25. N 7. P. 075201. doi: 10.1088/0957-0233/25/7/075201

14. Bali L.M., Shukla R.K., Srivastava P., Srivastava A., Srivastava A., Kulshreshtha A. New approach to the measurement of refractive index // Optical Engineering. 2005. V. 44. N 5. P. 058002. doi: 10.1117/1.1900090

15. Huang X.-F., Chen Z.-M., Shao L.-Y., Cen K.-F., Sheng D.-R., Chen J., Zhou H. Design and characteristics of refractive index sensor based on thinned and microstructure fiber Bragg grating // Applied Optics. 2008. V. 47. N 4. P. 504–511. doi: 10.1364/AO.47.000504

16. Jiang B., Zhou K., Wang C., Zhao Y., Zhao J., Zhang L. Temperature-calibrated high-precision refractometer using a tilted fiber Bragg grating // Optics Express. 2017. V. 25. N 21. P. 25910–25918. doi: 10.1364/oe.25.025910

17. DiFoggio P., Walkow A., Bergren P. Method and apparatus for a downhole refractometer and attenuated reflectance spectrometer. Patent US6683681B2. 2004.

18. Betancourt S., Fujisawa G., Mullins O.C., Carnegie A., Dong C., Kurkjian A., Eriksen K.O., Haggag M., Jaramillo A.R., Terabayashi H. Analyzing hydrocarbons in the borehole // Oilfield Review. 2003. V. 15. N 3.

19. Тихонов Е.А., Ивашкин В.А., Лямец А.К. Рефрактометрия по отражению света при квазинормальном падении и под углом Брюстера // Журнал прикладной спектроскопии. 2012. Т. 79. № 1. С. 160–167.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License