NO340642B1 - Verktøy for nedihulls spektralanalyse, med et gitter av uorganisk replika-type - Google Patents

Description

TEKNISK OMRÅDE

Foreliggende oppfinnelse vedrører spektralanalyse i høytemperatur-omgivelser. Mer spesielt er foreliggende oppfinnelse rettet mot å benytte et gitter innrettet for brønnhullsforhold i forskjellige innretninger, slik som optiske spektrometre og avstembare laserbaserte verktøy, for bred spektralanalyse ved evaluering og testing av undergrunnsformasjoner med det formål å undersøke og utvikle f.eks. hydrokarbonproduserende brønner, slik som olje- eller gassbrønner.

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

Brønnhullsanalyse av fluider er en effektiv og viktig undersøkelsesteknikk som vanligvis brukes til å fastslå karakteristikker for og beskaffenheten av geo-logiske formasjoner som har hydrokarbonavsetninger. I denne typiske oljefelt-undersøkelsen og utviklingen inngår brønnhullsanalyse av fluider for å bestemme petrofysiske, mineralogiske og fluidegenskaper i hydrokarbonreservoarer. Fluidkarakterisering inngår i en nøyaktig bestemmelse av den økonomiske levedyktig-heten til en formasjon med hydrokarbonreservoar.

En kompleks blanding av fluider, slik som olje, gass og vann, kan vanligvis finnes i et brønnhull i reservoarformasjoner. Kabelverktøy for testing av formasjoner med hensyn på formasjonsfluidanalyse er f.eks. beskrevet i US-patent nr. 3.780.575, 3.859.851 og 6.476.384.

Formasjonsfluider under brønnhullstilstander med sammensetning, trykk og temperatur er vanligvis forskjellig fra fluidene ved overflatetilstander. Brønnhulls-temperaturer i en brønn kan typisk ligge i området fra 160 °C (300 °F). Når prøver av brønnhullsfluider blir transportert til overflaten, har endringen i temperaturen til fluidene en tendens til å inntreffe med tilsvarende endringer i volum og trykk. Endringene i fluidene som et resultat av transport til overflaten, forårsaker faseseparasjon mellom gass- og væskefaser i prøvene, og endringer i de beregnings-messige karakteristikkene for formasjonsfluidene, blant andre variasjoner i fluidegenskaper.

Som en konsekvens av manglene ved overflateanalyse av formasjonsfluider, innbefatter nyere utvikling ved brønnhullsanalyse av fluider for karakteri-sering av formasjonsfluider i en brønn eller et borehull. I denne forbindelse kan prøvetakningsverktøy for ekstrahering av prøver av formasjonsfluider fra et borehull for overflateanalyse, slik som reservoar-formasjonstesteren (RFT, Reservoir Formation Tester) og den modulære formasjonsdynamikktesteren (MDT, Modular Formation Dynamics Tester) fra Schlumberger, innbefatte én eller flere fluidanalysemoduler, slik som the Compositon Fluid Analyzer (CFA) og Live Fluid Analyzer (LFA) fra Schlumberger, for eksempelvis å analysere fluider i brønnhull prøvetatt med verktøyet mens fluidene fremdeles befinner seg i borehullet.

I brønnhullsmoduler for fluidanalyse av den type som er beskrevet ovenfor, strømmer formasjonsfluider som skal analyseres nede i brønnen, forbi en sensor-modul i forbindelse med fluidanalysemodulen, slik som en spektrometermodul, som analyserer de strømmende fluidene ved hjelp av infrarød absorpsjonsspektroskopi, f.eks. I denne kan en optisk fluidanalysator (OFA) som kan være plassert fluidanalysemodulen, identifiserer fluider i strømmen og kvantifisere olje-og vanninnholdet. US-patent nr. 4,994,671 beskriver en borehullsanordning som har et testkammer, en lyskilde, en spektraldetektor, en database og en prosessor. Fluider trukket fra formasjonen inn i testkammeret blir analysert ved å rette lyset mot fluidene, detektere spekteret til det utsendte/eller tilbakespredte lyset og behandle informasjonen (basert på informasjon i databasen vedrørende forskjellige spektre) for å karakterisere formasjonsfluidene.

US-patent nr. 5,166,747 beskriver en borehullsanordning for analysering av sammensetningen av et fluid fra formasjonen. Anordningen har et kammer som inneholder fluidet, og en lyskilde som retter lys gjennom fluidet i kammeret. Den optiske lysbanen blir dermed modifisert. En utgangsfiberoptisk bunt mottar lyset indirekte gjennom fluidet. Sammensetningen av formasjonsfluidet kan dermed analyseres.

US-patent nr. 5,167,149 og 5,201,250 beskriver i tillegg anordninger for å estimere kvantiteten av gass som er tilstede i en fluidstrøm. Et prisme er festet til et vindu i fluidstrømmen, og lys blir dirigert gjennom prismet til vinduet. Lys reflektert fra vindu/fluidstrøm-grenseflaten ved visse spesifikke vinkler blir detektert og analysert for å indikere forekomsten av gass i fluidstrømmen.

Som angitt i US-patent nr. 5,266,800, kan overvåkning av et optisk absorp-sjonsspektrum for fluidprøver fremskaffet overtid, gjøre det mulig å bestemme når formasjonsfluider, i stedet for slamfiltrater, strømmer inn i fluidanalysemodulen. Som beskrevet i US-patent nr. 5,331,156 kan videre målinger av fluidstrømmen ved visse forutbestemte energier, olje- og vannandeler i en tofase fluidstrøm kvantifiseres.

Som diskutert ovenfor er optiske systemer blitt brukt i oljeindustrien ved brønnhullsforhold. Et spektrometer av den type som vanligvis brukes i brønnhulls-verktøy, er basert på filtergruppe-arkitektur (FA-arkitektur) som benytter optiske båndpassfiltre. Inngangslys til spektrometeret blir distribuert på en gruppe optiske båndpassfiltre og den optiske absorpsjonen til formasjonsfluidene blir målt ved et bestemt antall diskrete bølgelengder som er begrenset til antallet filtre. Filter-spektrometeret er imidlertid ikke egnet til nøyaktige målinger av hydrokarbonspektre med høy bølgelengdeoppløsning. Siden konvensjonelle spektrometre benytter optiske båndpassfiltre til å separere lys i spektralkomponenter, er den spektrale oppløsningen ikke god. Nøyaktig spektrumanalyse med høy bølgelengde-oppløsning er derfor ikke mulig med et spektrometer av konvensjonell type.

Størrelses- og kostnadsfaktorer spiller også en rolle for brukbarheten av filterspektrometre til brønnhullsanalyse av hydrokarbonfluider. Konvensjonelle spektrometre har en tendens til å bli større i dimensjon på grunn av et sett med filtre og linser, og en fotodetektor er nødvendig for hver målekanal. Konvensjonelle optiske båndpasspektrometre er følgelig kostbare. Til tross for kostnadene ved et konvensjonelt spektrometer blir likevel antallet målekanaler begrenset av den plass som er tilgjengelig i et båndpasspektrometer utformet for brønnhullsbruk. Siden et typisk brønnhullsverktøy har begrenset plass, er størrelsen av et båndpasspektrometer, som er nødvendig for å måle et passende område med bølge-lengdespektre, en ulempe for brønnhullsbruk.

Optiske spektrometre som benytter gitre, er kjent for overflateanvendelser, slik som i en laboratoriesetting, men så vidt søkeren kjenner til, er det for tiden ikke tilgjengelig noe egnet gitterspektrometer for brønnhullsbruk. Siden typiske brønnhullsforhold, som blant annet temperatur og trykk, er uhyre barske drifts-betingelser for spektrometri, er konvensjonelle gitterspektrometre for bruk på overflaten ikke tilpasset for fluidanalyse nede i borehull i forbindelse med et oljefelt.

Selv om gitterspektrometre er blitt foreslått for bruk nede i brønnhull, har praktiske implementeringer av de foreslåtte spektrometrene vært vanskelige. Betydelige begrensninger finnes ved konvensjonell gitterytelse i høytemperatur-omgivelser (HT-omgivelser) som typisk påtreffes i borehull.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Som en følge av det som er diskutert ovenfor samt andre faktorer som er kjent på området med spektralanalyse av fluider i brønnhull, har søkerne innsett at det er behov for et brønnhullsgitter som er tilpasset anvendelser i forbindelse med målinger av spektre under brønnhullsforhold.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer fremgangsmåter og anordninger som er egnet for brønnhullsanvendelser i forbindelse med semikontinuerlig spektraldekning i områder med hydrokarbon-overtonemodus som er spesielt relevant nær infrarød (NIR) fluidanalyse av hydrokarboner, slik som ChU, C2H6, C3H8blant andre, i brønnhullsformasjonsfluider. En anordning ifølge oppfinnelsen, generelt referert til som et spektrometer, innbefatter et optisk filter, en sliss, en konkavt speil, et uorganisk optisk gitter av kopitypen og en fotodetektorgruppe, hvor gitteret omfatter hovedsakelig ett eller flere uorganiske materialer og er utformet for å tilveiebringe diffraksjon av lys i høytemperatur-omgivelser. Uttrykket "høytemperatur-brønnhullsomgivelser" slik det brukes her, refererer til brønnhulls-temperaturer over vanlige omgivelsestemperaturer, typisk i størrelsesorden på omkring 80 °C og høyere, brønnhullstrykk typisk fra omkring 100 til omkring 2000 bar, densiteter i området fra 300 til 1300 kg rn-3 og viskositeter fra omkring 0,1 til omkring 1000 mPa s.

I en utførelse kan oppfinnelsen omfatte et nedihullsverktøy som har en spektralanalysemodul kjennetegnet ved et gitter av kopitypen som omfatter et uorganisk substrat valgt fra silikaglass, kvarts, safir, silisiumkarbid og keramikk som er termalt stabilt ved temperaturer over omkring 80 °C og som har riller med en gitterrilletetthet utformet for bølgelengder fra 200 nm til 4000 nm.

I en annen utførelse kan oppfinnelsen omfatte en anordning for fluidkarakterisering i nedihull kjennetegnet ved minst ett optisk spektrometer som har et gitter av kopitypen av et uorganisk materiale valgt fra silikaglass, kvarts, safir, silisiumkarbid og keramikk som er termalt stabilt ved temperaturer over omkring 80 °C, gitteret er utformet for minst fem spektrale bølgelengdekanaler som har respektive bølgelengder større enn eller lik omkring 200 nm.

I en annen utførelse kan oppfinnelsen omfatte en spektralanalysator for drift ved høye temperaturer, kjennetegnet ved et uorganisk gitter av kopitypen som omfatter et substrat valgt fra silikaglass, kvarts, safir, silisiumkarbid og keramikk for spektraldispersjon av lys i høye nedihullstemperaturer; en lyskilde; hvor spektralanalysatoren er utformet for drift ved høye temperaturer større enn eller lik 80 °C og et bølgelengdeområde fra 200 nm til 4000 nm; og gitteret har en rilletetthet som er mindre enn eller lik 2/bølgelengdemax, hvor bølgelengdemax representerer den maksimale driftsbølgelengden til gitteret.

En annen anordning ifølge oppfinnelsen kan omfatte en avstembar laserbasert innretning. For å måle hydrokarbonspektre under brønnhullsbetingelser er fortrinnsvis komponentene i anordningen, slik som diffraksjonslinser for spektralanalyse av brønnhullsfluider, valgt for høytemperatur-anvendelser.

Det beskrives evaluering av det kontinuerlige spekteret til lys ved brønn-hullsforhold, idet det som diffraksjonselement blir benyttet ett eller flere uorganiske gitre av kopitypen som hovedsakelig er sammensatt av uorganisk materiale. Det beskrives avstembar spektralanalyse nede i borehull bevirket ved hjelp av et gitterbasert verktøy med et aktivert diffraksjonselement omfattende et hovedsakelig uorganisk gitter av kopitypen i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Som et trekk ved oppfinnelsen blir et gitterbølgelengdeområde valgt fra omkring 1600 nm til omkring 1800 nm, hvor hydrokarbonspektrene er lokalisert for derved å tilveiebringe fordelaktige anvendelser for en utførelsesform av et brønn-hullsapparat for spektralanalyse ifølge oppfinnelsen. En fotodetektorgruppe er fortrinnsvis valgt som har utvidet bølgelengde, slik som en fotodetektorgruppe av indium-gallium-arsenikk-typen (InGaAs-typen). Mørk strøm og sensitivitets-endringer ved høye temperaturer i en fotodetektor blir fjernet ved hjelp av elektronikk, et aktivt kjølesystem og f.eks. programvare.

I én utførelsesform av oppfinnelsen identifiserer en fluidanalysemodul slik som Schlumbergers ultrafluidanalysator (UFA) for MDT-formasjonsverktøyet, en fluidprøve i en strømmingsledning i modulen og måler prøvefluidegenskaper med spektralanalyse. En fordelaktig utførelse ved foreliggende oppfinnelse er derfor én eller flere egnede anordninger slik som et avstembart spektrometer og/eller en avstembare laseranordning for UFA, som måler hydrokarbonspektrene i bølge-lengdeområdet fra omkring 1600 nm til 1800 nm.

I samsvar med oppfinnelsen omfatter et gitter for brønnhullsanvendelser et hovedsakelig uorganisk substrat forsynt med riller med en rilletetthet på mindre enn omkring 5000 riller/mm. Ifølge en utførelse av oppfinnelsen er rilletettheten konfigurert for bølgelengder fra omkring 200 nm til omkring 4000 nm. Ifølge andre utførelser av oppfinnelsen er gitre innrettet for fluorescensmålinger av fluider nede i et borehull med bølgelengder fra omkring 400 nm til omkring 1000 nm; for brønn-hullsfluidanalyse ved absorpsjonsspektroskopi i et borehull med bølgelengder fra omkring 1400 nm til omkring 2100 nm; og for kjemisk avføling ved fargeinjeksjon av fluider i et borehull.

I nok en ytterligere utførelsesform omfatter oppfinnelsen et gitter av kopitypen innrettet for høytemperatur-anvendelser ved temperaturer høyere enn eller lik 80 °C. Et gitter kan omfatte et belegg av metall og være innrettet for å reflektere innfallende lys. Ifølge andre utførelser kan et gitter være innrettet for å slippe gjennom innfallende lys. I noen utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse omfatter et substrat for et gitter hovedsakelig ett eller flere materialer valgt fra den gruppe som består av glass, kvarts, safir, silisiumkarbid og keramikk. En rilletetthet for gitteret kan være innrettet for spektralanalyse i et spektralområde som omfatter hydrokarbonovertonemodus-område.

En anordning for fluidkarakterisering nede i borehull i henhold til foreliggende oppfinnelse omfatter minst et optisk spektrometer med et gitter av hovedsakelig uorganisk materiale med minst frem spektrale bølgelengdekanaler med respektive bølgelengder større enn eller lik fra omkring 200 nm. Et gitter i en brønnhullsanordning kan være utformet for 16 bølgelengdekanaler, og anordningen omfatter en fotodetektorgruppe innrettet for å detektere de 16 bølge-lengdekanalene til gitteret. Utførelser av foreliggende oppfinnelse innbefatter optiske spektrometre som er innrettet for absorpsjonsspektroskopi av borehullsfluider, for målinger av fluorescens-gjenutsendelse fra borehullsfluider og for Raman-spektroskopi av borehullsfluider.

I ytterligere utførelsesformer av oppfinnelsen omfatter en spektralanalysator for drift ved høye temperaturer et hovedsakelig uorganisk gitter for lysspekter-spredning i brønnhull ved høye temperaturer; en lyskilde slik som én eller flere av en hallogenpære, en lysemitterende diode, en avstembar laser og en monokromator; og hvor de høye temperaturene er høyere enn eller lik 80 °C.

Ytterligere fordeler og nye trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av den etter-følgende beskrivelse eller kan læres av fagkyndige på området ved gjennomlesing av det foreliggende materiale eller ved praktisering av oppfinnelsen. Fordelene ved oppfinnelsen kan oppnås ved hjelp av de trekk som er angitt i de vedføyde patentkravene.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

De vedføyde tegningene illustrerer foretrukne utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse og er en del av spesifikasjonen. Sammen med den følgende beskrivelse demonstrerer og forklarer tegningene prinsippene bak foreliggende oppfinnelse. Fig. 1A skisserer skjematisk en fremstillingsprosess for et hovedgitter av linjetypen. Fig. 1B og fig. 1C skisserer skjematisk en fremstillingsprosess for et hovedgitter av holografitypen. Fig. 1D skisserer skjematisk en sinusformet etseprosess for hovedgitteret av den holografiske typen. Fig. 1E skisserer skjematisk ioneetsing av riller dannet på hovedgitter-substratet. Fig. 2A og 2B skisser skjematisk en fremstillingsprosess for kopieringsgitre (replika-gitre). Fig. 3 er en skjematisk representasjon i tverrsnitt av et eksempel på drifts-omgivelsene ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 er en skjematisk representasjon av en utførelsesform av et system for brønnhullsanalyse av formasjonsfluider i henhold til foreliggende oppfinnelse, med et eksempel på en verktøystreng utplassert i et borehull. Fig. 5 viser skjematisk en utførelsesform av en verktøystreng med fluidanalysemoduler som har en uorganisk gitterbasert anordning av kopitypen for spektralanalyse av fluider nede i borehull, i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 6 er en skisse av en utførelsesform av et spektralanalyseverktøy med et gitterspektrometer i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 7 er en skisse av en utførelsesform av et gitterspektrometer av kopitypen ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 8 er en skjematisk skisse av en utførelsesform av et avstembart refleksjonsgitter-spektrometer i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 9 viser grafisk sammenligning mellom målinger av heptanspektre ved en laboratorieprototyp av et avstembart, uorganisk gitterspektrometer av kopitypen i henhold til foreliggende oppfinnelse og et kommersielt tilgjengelig spektrometer med hydrokarbonovertonemodus-område vist der. Fig. 10 er en skjematisk skisse av en annen utførelsesform av et refleksjonsgitter-spektrometer i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 11 er en skjematisk skisse av nok en annen utførelsesform av et refleksjonsgitterspektrometer i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 12 er en skjematisk representasjon av en linjekoplet konfigurasjon av et gitterspektrometer som benytter et transmisjonsgitter i henhold til én utførelses-form av foreliggende oppfinnelse. Fig. 13 er en skjematisk skisse av en avstembar laser med ekstern kavitet i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 14 er en skjematisk skisse av en monokromator som benytter et refleksjonsgitter i henhold til foreliggende oppfinnelse.

På tegningene indikerer henvisningstall lignende, men ikke nødvendigvis identiske elementer. Selv om oppfinnelsen kan underkastes forskjellige modifikasjoner og alternative former, er spesielle utførelsesformer blitt vist som eksempler på tegningene og vil bli beskrevet i detalj her. Det skal imidlertid forstås at oppfinnelsen ikke er ment å være begrenset til de spesiell formene som er beskrevet. I stedet skal oppfinnelsen dekke alle modifikasjoner, ekvivalenter og alternativer som faller innenfor rammen til oppfinnelsen slik den er definert i de vedføyde patentkrav.

DETALJERT BESKRIVELSE

Illustrerende utførelsesformer og aspekter ved oppfinnelsen blir beskrevet nedenfor. For tydelighets skyld blir ikke alle trekk ved en aktuell implementering beskrevet her. Man vil selvsagt forstå at ved utviklingen av enhver slik aktuell utførelsesform må mange implementeringsspesifikasjoner gjøres for å oppnå utviklernes spesielle mål, slik som overensstemmelse med system relaterte og forretningsrelaterte begrensninger som vil variere fra én implementering til en annen. Man vil dessuten forstå at slike utviklingsanstrengelser kan være komp-lekse og tidkrevende, men vil likevel være en rutinemessig oppgave for vanlig fagkyndig på området som har hatt fordelen ved å sette seg inn i denne beskri-velsen.

Foreliggende oppfinnelse foreslår bruk av et gitter, slik som et uorganisk replika-gitter eller kopi-gitter for høy spektral spredning i brønnhullsomgivelser. Slike gitre kan f.eks. brukes i en rekke instrumenter innrettet for brønnhulls-anvendelser i en brønn som gjennomtrenger en formasjon, slik som et spektrometer, avstembare lyskilder som f.eks. en laser, en monokromator blant andre instrumenter. Det er tenkt at foreliggende oppfinnelse kan anvendes ved kabel-logging, produksjonslogging, logging-under-boring (LWD), permanent overvåkning, borings- og måleanvendelser blant andre oljefeltbaserte anvendelser. Foreliggende oppfinnelse er spesielt tenkt for spektralanalyse under ekstreme borehullstilstander slik som i hydrokarbonreservoarer, og ved anvendelser vedrørende isolering av CO2og forvaltning av vannreservoarer.

Tidligere kjente gitterspektrometre for overflateanvendelser har vært basert på to typer gitre, nemlig gitre av originaltypen og gitre av kopitypen eller replika-typen med mønstre på en tynnfilm-epoksyharpiks.

Et gitter av originaltypen er vanligvis laget på et hardt substrat, slik som glass eller metall, og har god termisk stabilitet. Fremstillingsprosessen for et gitter av originaltypen gjør derimot slike gitre kostbare. Mønsterbelegning av gitre av originaltypen ved bruk av en holografisk teknikk, er f.eks. komplisert og kostbar, og på grunn av kompleksiteten ved fremstillingsprosessen kan reproduserbarheten fra ett gitter til et annet være vanskelig.

Konvensjonelle gitre av replika-typen blir derimot mønsterbelagt på en tynnfilm av et organisk materiale, slik som en epoksyharpiks. Epoksyharpikser er organiske forbindelser som har en tendens til å bli forringet ved høye brønnhulls-temperaturer. Konvensjonelle gitre av replika-typen er derfor uegnet for høytemperatur-omgivelser slik som de som typisk finnes i borehull. Gitre av replika- eller kopitypen er imidlertid billigere enn gitre av originaltypen og reproduserbarheten fra sats til sats har en tendens til å være mer pålitelig.

Et diffraksjonsgitter, uansett om det er av originaltypen eller kopitypen, er kjennetegnet ved rilletetthet og gitteroverflate, og parameterne fastsetter gitterets spredningsegenskaper og dets intrinsikke optiske oppløsning. Søkerne la merke til at rilletettheten (grooveden) for et gitter i henhold til en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, er mindre enn eller lik 2/lmax, hvor Imax er den maksimalt mulige bølgelengden ved hvilken gitteret kan operere. Oppfinnerne innså at egnede gitre av kopitypen for brønnhullsanvendelser i henhold til foreliggende oppfinnelse, kunne konstrueres basert på den forannevnte matematiske relasjonen slik at økonomiske og nøyaktige gitterbaserte brønnhullsverktøy kunne implementeres. Rilleformen kan dessuten avstemmes for å optimalisere effektiviteten til et gitter i visse spesielle diffraksjonsordner. Forskjellige profiler er tilgjengelige, dvs. rektangulære, fargede, sinusformede og typen av gitteroverflate kan være plan eller konkav, dvs. sfærisk, eller andre mer kompliserte overflateformer. Korreksjon av abrasjon karakteriserer dessuten et gitter ved at konvensjonelle plane gitre har parallelle riller, men det er mulig å fremstille riller som ikke er parallelle for å kor-rigere den optiske abrasjonen, dvs. at gitteret er "abrasjonskorrigert".

Som diskutert tidligere kan gitre klassifiseres etter fremstillingsprosess og materiale, dvs. organiske eller uorganiske, i gitre av originaltypen og gitre av kopitypen. I gitre av originaltypen blir rillene utformet direkte på gitteroverflaten, som skjematisk skissert på fig. 1A til 1E. Fig. 1A skisserer fremstilling av et mekanisk linjert gitter 100 av originaltypen hvor et diamantverktøy 102 danner et nett-verk av parallelle riller 104 over et substrat 106 belagt med et metall 108, f.eks. aluminium. I dette tilfelle er det imidlertid begrensninger med hensyn til rilletetthet, rilleform, abrasjonskorreksjon og dannelse av parallelle riller.

Figurene 1B og 1C representerer holografiske registreringsteknikker for fremstilling av et gitter 100 av originaltypen, som kan anvendes på både plane og konkave gitre. Fremstillingen innbefatter holografisk registrering og rilleforming. Som skissert på figurene 1B og 1C, blir et substrat 106 ved en holografisk registrering innledningsvis belagt med en fotofølsom harpiks 110, som så blir eksponert for interferensfrynser frembrakt av to laserstråler. Den holografiske registreringen kan utføres ved hjelp av to optiske metoder, som skissert på figurene 1B og 1C. I

én teknikk (fig. 1B) interfererer to kollimerte laserstråler for å danne et mønster av parallelle og ekvidistante riller, som er ekvivalente med et mekanisk linjert gitter av originaltypen. I en annen teknikk (fig. 1C) blir to punktlaserkilder, som ikke er plassert symmetrisk i forhold til substratet 106, justert for å avtegne buede riller med

ikke-uniform densitet eller tetthet på det fotofølsomme lager 110 for derved å frem-bringe et rillenett som er korrigert for gitterabrasjon. To ande teknikker, nemlig for stigmatisk gitterdannelse og for monokromatorgitterdannelse blir ikke diskutert her. Fig. 1D skisserer rilleforming for gitteret 100 av den holografiske originaltypen med sinusformede riller 104 som er direkte etset på et fotoresistlag. Etter den holografiske prosessen dekker en trykt, fotofølsom harpiks 112 substratet 106. Rilleformingen kan så utføres på den fotosensitive harpiksen 112 ved kjemisk behandling for å etse bort en del av harpiksen 112 for å danne en sinusformet korrugering 104 på harpiksen. Harpiksen 112 blir belagt med et metallag 114 for fullstendig fremstilling av gitteret 100. Fig. 1E skisserer en ioneetsingsteknikk for et gitter 100 av originaltypen. En fotofølsom harpiks blir brukt som beskyttelsesmaske for ioneetsing av substratet 106 med korrugeringer 104. Forskjellige former av riller 104 kan dannes direkte på gittersubstratet 106. Figurene 2A og 2B skisserer fremstilling av et gitter 120 av kopitypen fra et gitter 100 av originaltypen. I denne er gitre av kopitypen kopier av gitre av originaltypen ved å bruke "originalen" til formstøping av "kopien", som skissert på figurene 2A og 2B. Fig. 2A skisserer fremstilling av et gitter 120 av kopitypen fra en original 100. Kopisubstratet 122 er belagt med en epoksyharpiks 124 og presset mot originalen 100. Harpiksen 124 blir så herdet for størkning, og substratet 122 med harpiksen 124 pålagt blir skilt fra originalen 100 (legg merke til fig. 2B). Riller 126 på originalen 100 blir derfor kopiert på harpiksen 124. Påføring av et metallbelegg 128 fullfører gitteret 120 av kopitypen som skissert på fig. 2B. Fordeler ved gitre av kopitypen innbefatter reduksjon av fremstillingskostnader sammenlignet med et gitter av originaltypen og overensstemmelse mellom kopier fra én og samme original.

Gitterspektrometre er instrumenter eller innretninger brukt til spektralanalyse av lys. Gitterspektrometre tilveiebringer en estimering av lyseffektdensitet som en funksjon av bølgelengde. Som diskutert ovenfor er konvensjonelle gitterspektrometre primært ment for overflatebruk, dvs. ved romtemperatur (RT). Gitterspektrometre for bruk i borehull er f.eks. beskrevet i US-patent nr. 5,166,747.

Uttrykket "spektroskopi" slik det brukes her, refererer til frembringelse og undersøkelse av spektre, og uttrykket "spektroskopiske anordninger" innbefatter instrumenter for å danne og undersøke spektre spesielt i det synlige område av det elektromagnetiske spekteret, innbefattende, men ikke begrenset til et spektrometer blant andre instrumenter for spektralanalyse av brønnhullsfluider. Uttrykket "gitre av originaltypen" refererer til en original som er linjert eller holografisk forsynt med gitter på et hardt substrat, og uttrykket "gitter av kopitypen" refererer til en kopiering som blir gjort fra et gitter av originaltypen. Uttrykket "uorganisk" refererer til én eller flere av metall, glass, silisiumkarbid, keramikk, kvarts, safir blant andre harde uorganiske materialer som er egnet for formålene som er beskrevet her, og uttrykket "uorganiske gitre av kopitypen" refererer til et gittermønster dannet på et hovedsakelig uorganisk substrat ved å overføre en ytre periodisk originalstruktur på det uorganiske substratet slik at rillene er i et hovedsakelig uorganisk materiale egnet for HT-anvendelser. Et uorganisk gitter som beskrevet her, kan innbefatte et belegg av egnet materiale slik som metall, over det hilede substratet for å gi en reflekterende overflate på gittermønsteret.

Oppfinnerne innså at for brønnhullsanvendelser ville en gitterbasert arkitektur gi betydelige fordeler sammenlignet med den tilgjengelige faste gruppeverktøy-arkitekturen (FA-verktøyarkitekturen). Søkerne innså også at en gitterbasert anordning vil utvide antallet tilgjengelige spektralkanaler. Et gitterspektrometer vil f.eks. gi høyere spektral kanaltetthet basert på gitterarkitekturen. I forbindelse med en detektor med meget høy spektral tetthet, slik som en lineær CCD, f.eks., kan en gitterbasert anordning tilveiebringe et betydelig større antall spektralkanaler.

Ifølge et annet aspekt ved oppfinnelsen innså oppfinnerne at et gitter ifølge foreliggende oppfinnelse kan være avstembart. Gitteret kan derfor være aktivert slik at spektralområdet for analysen vil avhenge av gitterposisjonen. I dette tilfelle, avhengig av oppløsningen i gitterarkitekturen, kan spektralanalyseegenskapene til anordningen utvides til et nesten kontinuerlig antall kanaler.

Oppfinnerne innså videre at et gitterbasert verktøy ifølge foreliggende oppfinnelse ville tilveiebringe forbedret målestabilitet. I en konvensjonell fast gruppe (FA) kommer f.eks. lys inn i spektrometeret, blir splittet og blir så dirigert til forskjellige optiske filtre. Spektralanalysen blir følgelig utført ved hjelp av enheter som er fysisk og rommessig forskjellige. I en gitteranordning ifølge foreliggende oppfinnelse, blir imidlertid bølgelengdene atskilt med det samme diffraksjonselementet, dvs. gitteret, og følger den samme optiske vei for derved å øke stabiliteten til spektralmålingene.

Oppfinnerne oppdaget overraskende resultater ved å benytte en ny type gitterbasert spektralanalyse-verktøy nede i borehull, som har et diffraksjonselement omfattende et uorganisk gitter av kopitypen. Systemet ifølge foreliggende oppfinnelse tilveiebringer derved bred spektraldekning ved å bruke et enkelt filtreringselement. Som diskutert ovenfor, blir konvensjonelle gitre av kopitypen dannet ved å bruke en lignende prosess, bortsett fra at overføring av mønstre blir gjort på et epoksysubstrat. Oppfinnerne innså at uorganiske materialer slik som silikaglass, kvarts, safir, silisiumkarbid, keramikk, f.eks., haren tendens til å være meget mer temperaturbestandig enn organiske materialer. Slike uorganiske materialer har fortrinnsvis meget høy termisk stabilitet.

Fig. 3 er en skjematisk representasjon i tverrsnitt av et eksempel på driftsomgivelser for foreliggende oppfinnelse, hvor et tjenestekjøretøy 10 er plassert ved et brønnsted som har et borehull eller en brønn 12 med et borehullsverktøy 20 opphengt ved enden av en kabel 22. Fig. 3 skisserer en mulig løsning for å benytte foreliggende oppfinnelse og andre driftsomgivelser som også er påtenkt i forbindelse med foreliggende oppfinnelse. Borehullet 12 inneholder typisk en kombinasjon av fluider slik som vann, slamfiltrat, formasjonsfluider, osv. Borehulls-verktøystrengen 20 og kabelen 22 er vanligvis strukturert og anordnet med hensyn til tjenestekjøretøyet 10, som vist skjematisk på fig. 3, i et utførelseseksempel.

En formasjonstester, slik som MDT, har to utragende funksjoner. En formasjonstester utfører trykktesting og sampling av formasjonsfluider. For en trykktest blir en formasjonstester brukt til å måle formasjonstrykket ved mange forskjellige dybder for å identifisere fluidlag i formasjonsfluider, slik som gass, olje og vann-grenser. I en prøvetakningsjobb blir en formasjonstester brukt til å innfange eller ekstrahere gass eller fluidprøver fra formasjonen og transporterer den innfangede prøven eller prøvene til overflaten.

En formasjonstester, slik som MDT, innbefatter vanligvis også én eller flere fluidanalysemoduler, slik som en CFA- eller LFA-enhet, som blir benyttet til å analysere formasjonsfluider i en strømmingsledning i formasjonstesteren. Slik brønn-hullsanalyse av fluider innbefatter å identifisere fluidprøver i strømmingsledningen og måle fluidegenskaper ved fluidene ved hjelp av f.eks. optisk spektroskopisk analyse.

Fig. 4 er et utførelseseksempel av et system for brønnhullsanalyse og prøvetakning av formasjonsfluider i henhold til foreliggende oppfinnelse, f.eks. mens tjenestekjøretøyet 10 er plassert på brønnstedet (se fig. 3). På fig. 4 innbefatter et borehullssystem 14 en verktøystreng 20 i borehullet, som kan brukes til testing av grunnformasjoner og analysering av sammensetningen av fluider fra formasjonen. Borehullsverktøyet 20 er vanligvis opphengt i borehullet 12 (se også fig. 3) fra den nedre ende av en loggekabel eller kabel 22 med flere ledninger oppspolet på en vinsj 16 (se igjen på fig. 3) ved formasjonsoverflaten. Loggekabelen 22 er typisk elektrisk koplet til et elektrisk styringssystem 24 på overflaten som har passende elektronikk og behandlingssystemer for borehulls-verktøyet 20.

Det vises også til fig. 5 hvor borehullsverktøyet 20 innbefatter et langstrakt legeme 26 som omslutter en rekke elektroniske komponenter og moduler, som er skjematisk representert på figurene 4 og 5, for å tilveiebringe nødvendig og ønsket funksjonalitet til borehullsverktøystrengen 20. En selektivt utstrekkbar fluidinn-føringsenhet 28 og et selektivt utstrekkbart verktøyforankringsorgan 30 (se fig. 4) er henholdsvis anordnet på motsatte sider av det langstrakte legeme 26. Fluidinnføringsenheten 28 er operativ for selektivt å forsegle eller isolere valgte partier av en borehullsvegg 12, slik at trykk eller fluidkommunikasjon med tilstøt-ende grunnformasjoner blir opprettet. Fluidinnføringsenheten 28 kan være en enkelt sondemodul 29 (skissert på fig. 5) og/eller en pakningsmodul 31 (også skjematisk representert på fig. 5). Eksempler på brønnhullsverktøy er beskrevet i forannevnte US-patent nr. 3,780,575 og 3,859,851, og i US-patent nr. 4,860,581.

Én eller flere fluidanalysemoduler 32 er anordnet i verktøylegemet 26 med én eller flere spektralanalyseverktøy 50 anordnet i dette for å tilveiebringe spektralanalyse av brønnhullsfluider i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fluider fremskaffet fra en formasjon og/eller et borehull strømmer gjennom en strømmings-ledning 33, via fluidanalysemodulen eller modulene 32 og kan så føres ut gjennom en åpning i en utpumpingsmodul 38 (se fig. 5). Alternativt kan formasjonsfluider i strømmingsledningen 33 dirigeres til én eller flere fluidoppsamlingskamre 34 og 36, slik som 1, 2% eller 6 gallons prøvekamre og/eller seks 450 cm<3>

flerprøvemoduler, for å motta og holde de fluidene som er fremskaffet fra formasjonen, for transport til overflaten.

Fluidinnføringsenhetene, én eller flere fluidanalysemoduler, strømmings-veien og innsamlingskamrene og andre operative elementer i borehullsverktøy-strengen 20, blir styrt ved hjelp av elektriske styresystemer slik som det elektriske overflatestyringssystemet 24 (se fig. 4). Det elektriske styringssystemet 24 og andre styringssystemer strukturert i verktøylegemet 26, innbefatter fortrinnsvis f.eks. prosessorkapasitet for spektralanalyse av formasjonsfluider i verktøyet 20.

Systemet 14 i henhold til foreliggende oppfinnelse, i de forskjellige utførelsesformene, innbefatter fortrinnsvis en styringsprosessor 40 operativt forbundet med borehullsverktøystrengen 20. Styringsprosessoren 40 er skissert på fig. 4 som et element i det elektriske styringssystemet 24. Fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse blir fortrinnsvis utført i et datamaskinprogram som kjøres i prosessoren 40 som f.eks. befinner seg i styringssystemet 24. Under drift blir programmet koplet for å motta data, f.eks. fra fluidanalysemodulen 32 via kabelen 22, og for å sende styringssignaler til operative elementer i borehulls-verktøystrengen 20.

Datamaskinprogrammet kan være lagret på et datamaskinlesbart lagringsmedium 42 i forbindelse med prosessoren 40, eller kan være lagret på et eksternt datamaskinlesbart lagringsmedium 44 og elektronisk koplet til prosessoren 40 for bruk etter behov. Lagringsmediet 44 kan være en hvilken som helst av én eller flere for tiden kjente lagringsmedia, slik som en magnetisk plate som passer inn i et platedrev, eller en optisk lesbar CD-ROM eller en lesbar anordning av en hvilken som helst annen type, innbefattende en fjernlagringsanordning koplet over en svitsjet telekommunikasjonsforbindelse, eller fremtidige lagringsmedia egnet for formålene og hensiktene som er beskrevet her.

I noen utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse kan fremgangsmåtene og anordningene som beskrives her, være utformet i én eller flere fluidanalysemoduler fra Schlumbergers formasjonstesterverktøy, som den modulære formasjonsdynamikk-testeren (MDT). Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer fortrinnsvis et formasjonstestverktøy slik som MDT, med forbedret funksjonalitet for nedihulls spektralanalyse av formasjonsfluider. Formasjonstestvektøyet kan følgelig med fordel brukes til prøvetakning av formasjonsfluider i forbindelse med nedihulls spektralanalyse av formasjonsfluider.

Som diskutert ovenfor, er optiske systemer blitt brukt i oljeindustrien under brønnhullsforhold. Konvensjonelle spektrometre for bruk i brønnhull benytter filtergruppe-arkitekturen (FA-arkitekturen) som muliggjør evaluering av den optiske absorpsjonen til en fluidprøve ved et fast antall diskrete bølgelengder. Den sentrale bølgelengden for hver kanal er fastsatt av de optiske filtrenes transmisjons-egenskaper. Avstemming in situ av verktøyets bølgelengdedekning er derfor ikke mulig siden verktøyet bare kan avstemmes ved å endre filtrene for derved å for-hindre avstemming mens verktøyet blir operert nede i borehullet. For på egnet måte å analysere sammensetningen av formasjonsfluider, er en nøyaktig analyse av hydrokarbonspektre fra 1600 nm til 1800 nm nødvendig. Absorpsjonsspektre for brønnhullsfluider er fordelt i et bølgelengdeområde fra omkring 200 nm til omkring 4000 nm. For å identifisere og beregne andelen av olje og vann i en formasjonsfluidprøve, er det derfor nødvendig med mange målekanaler, f.eks. mer enn 5 målekanaler blir foretrukket for nøyaktig å bestemme sammensetningen av en brønnhullsfluidprøve. Fig. 5 viser et eksempel på en verktøystreng 20 med et spektralanalysesystem 50 i henhold til foreliggende oppfinnelse. En prøvetakningsjobb blir inn-ledet ved hjelp av sonden 29 og/eller pakningen 31 som strekkes ut fra verktøy-strengen 20 for å danne kontakt med formasjonen. Utpumpingsmodulen 38 trekker formasjonsfluid inn i strømmingsledningen 33 i verktøyet 20 og drenerer den til slammet. I en utførelsesform av oppfinnelsen identifiserer f.eks. en modul 32 en fluidprøve i strømmingsledningen 33 for å bestemme beskaffenheten av fluidet i denne strømmingen i strømmingsledningen. Modulen 32 kan f.eks. beregne volumandelen av vann og olje basert på f.eks. optisk spektroskopianalyse. Modulen 32 kan også analysere et prøveforurensningsnivå og faseseparasjon når en fluidprøve strømmer inne i strømmingsledningen 33. Fluidanalysemodulen 32 kan fortrinnsvis også måle prøvefluidegenskaper nede i brønnhullet, slik som gass/olje-forhold (GOR) og fluidsammensetning blant ande egenskaper. Fig. 6 er en skjematisk skisse av en utførelsesform av spektralanalysesystemet 50 med et gitter i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 7 skisserer skjematisk en utførelsesform av et uorganisk gitterverktøy 70 av kopitypen i henhold til foreliggende oppfinnelse, for bruk i spektralanalysesystemet 50.

Det vises til fig. 7, hvor lys innmatet i spektrometerenheten 70 kan genereres nede i brønnhullet eller kan komme fra overflaten, dvs. ved hjelp av en optisk fiberbunt. Spektralseparasjonen til det innkommende lyset er nødvendig for å oppnå spektral informasjon. Mulige anvendelser innbefatter spektralanalyse av lys som forplanter seg gjennom brønnhullsformasjoner og/eller formasjonsfluider som er innsamlet nede i hullet. Anvendelser slik som analyse av brønnhulls-fluidegenskaper ved infrarød spektroskopi (IR-spektroskopi) spektral avbildning er f.eks. blant andre muligheter. Den eksempelvise skjematiske skisseringen på fig. 7 kan i praksis implementeres i f.eks. spektrometerarkitekturer som benytter et uorganisk kopigitter av refleksjonstypen, et uorganisk kopigitter av transmisjonstypen blant andre mulige implementeringer som kan tenkes i henhold til foreliggende oppfinnelse. Det vises til fig. 8 hvor et utførelseseksempel på et avstembart gitterspektrometer 70 i henhold til foreliggende oppfinnelse innbefatter et gitter 72 og en fotodetektorgruppe 74 som har et antall fotodioder slik at hver fotodiode svarer til en fast sentral bølgelengde avhengig av gitterorienteringen. Med ikke avstembare gitterspektrometre er gitterorienteringen fiksert slik at den sentrale bølgelengden til hver piksel/fotodiode er fast og ikke kan avstemmes. I et avstembart gitterspektrometer kan imidlertid, ved å endre gitterorienteringen, den sentral bølgelengden til hver piksel/fotodiode avstemmes.

Gitterorientering kan endres med f.eks. aktivering av en skrittmotor 76 (se fig. 8). En passende skrittmotor kan brukes for å levere høy vinkelmessig opp-løsning slik at gittervinkelen og den målte bølgelengden kan justeres nøyaktig.

Det vises til fig. 8 hvor det avstembare gitterspektrometeret 70 omfatter et avstembart gitter 72, slik som et uorganisk gitter av kopitypen i henhold til foreliggende oppfinnelse, med en aktiveringsmotor 76 utformet sammen med dette for å aktivere det avstembare gitteret 72, en fotodetektorgruppe 74, en sliss 78 og et speil 80. Lys kommer inn i spektrometeret 70 gjennom f.eks. slissen 78 via et passende optisk filter 82, slik som et optisk langpassfilter. Som skissert på fig. 8 blir det inngående lyset reflektert og kollimert ved hjelp av det konkave speilet 80 og faller inn på gitteret 72. Gitteret 72 bryter lyset og fører det brutte lyset tilbake til speilet 80. Det brutte lyset blir reflektert og fokusert på fotodetektorgruppen 74 ved hjelp av speilet 80. Spekteret til den inngående lyset (et kontinuerlig spektrum fra kortere til lengre bølgelengder) blir på denne måten generert på fotodetektorgruppen 74. Spektralkomponentene til det inngående lyset blir separert av pikslene/cellene til fotodetektorgruppen 74. Bølgelengdeoppløsningen blir bestemt av gitterbølgelengden som er spesifisert, og antallet piksler/celler i fotodetektorgruppen 74. Fig. 9 viser en grafisk sammenligning av heptanspektermålinger i et labora-torium ved bruk av et avstembart gitterspekstrometer i henhold til foreliggende oppfinnelse og et kommersielt tilgjengelig spektrometer. Den brutte linjen på fig. 9 representerer spektraldata fra laboratorieprototypen av et avstembart gitterspektrometer, og den kontinuerlige linjen representerer data fra det kommersielt tilgjengelige spektrometeret. Foreliggende oppfinnelse omfatter derfor spektral dekning i hydrokarbonovertonemodus-området som er nødvendig for nær infrarød (NIR) fluidanalyse. Hydrokarbonovertonemodus-området er skissert på fig. 9 i området fra omkring 1600 nm til omkring 1800 nm. Figurene 10 og 11 er ytterligere utførelseseksempler på gitterspektrometre av den reflekterende typen i henhold til foreliggende oppfinnelse. Fig. 10 skisserer et eksempel på et spektrometer 70 med et konkavt gitter 72. Utførelsesformen på fig. 10 innbefatter en sliss 78, et konkavt gitter 72 slik som et uorganisk gitter av kopitypen i henhold til foreliggende oppfinnelse, og en fotodetektorgruppe 74. Gitteret 72 på fig. 10 kan f.eks. være et aberrasjonskorrigert fast uorganisk gitter av kopitypen i henhold til foreliggende oppfinnelse. Utførelsesformen på fig. 10 reduserer fortrinnsvis størrelsen av spektrometeret og bare nøyaktig orientering av gitteret er nød-vendig for å tilveiebringe de ønskede bølgelengdene for spektralanalyse. Fig. 11 viser skjematisk et eksempel på et gitterspektrometer 70 i ett stykke hvor gitteret 72, slik som et uorganisk gitter av kopitypen i henhold til foreliggende oppfinnelse, kan være plassert på en konveks overflate av en optisk blokk 84. Fotodetektorgruppen 74 kan være plassert på en annen overflate av den optiske blokken 84 og lysinngangsslissen 78 kan være plassert på en tredje overflate av den optiske blokken 84, som skjematisk skissert på fig. 11. Gitterspektrometeret på fig. 11 krever ingen justering, men nøyaktig tilpasning er nødvendig for å fremstille den optiske blokken 84. Fig. 12 skisserer skjematisk en mulig utforming av et avstembart gitter av transmisjonstypen i henhold til foreliggende oppfinnelse for spektralanalyse i borehull. Fig. 13 er en skjematisk skisse av en mulig utførelsesform av en laserbasert spektralanalyseanordning med et avstembart uorganisk filter av kopitypen i henhold til foreliggende oppfinnelse, for spektralanalyse i borehull ved høye temperaturer. Fig. 14 viser skjematisk en skisse av en monokromator som benytter et avstembart filter av kopitypen i henhold til foreliggende oppfinnelse.

To fremgangsmåter for fremstilling av uorganiske gitre av kopitypen ifølge foreliggende oppfinnelse blir diskutert i det følgende, selv om andre fremgangsmåter innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse kan tenkes. I transferpressstøting som benytter en sol-gel-prosess, blir epoksyharpikslaget i et konvensjonelt gitter av kopitypen erstattet av en uorganisk gel avsatt på et substrat (se fig. 2A). Originalgitteret blir så presset mot gelen for å danne den periodiske gitterstrukturen. Substrat og gel blir så varmet opp, og gelen danner en hard, fast overflate med original-mønstre preget inn. Forskjellige gelsammensetningerog behandlingstrinn er f.eks. blitt beskrevet i US-patent nr.: 6.849.209, 6.849.350 og 6.740.366. Siden herding av gelen blir utført ved mer enn 300 °C, fører det til en meget temperaturstabil struktur.

I en holografisk nærfeltprosess blir overføring av den opprinnelige periodiske strukturen utføret ved hjelp av optiske midler. Originalgitteret innbefatter da et fasemaskegitter. Prosessen er beskrevet i US-patent nr.: 6,693,701. Prosessen benytter nærfeltholografi til å overføre et originalgitter med periodisk struktur til et substrat dekket av en fotofølsom harpiks. Harpiksen blir så fremkalt og substratet kan etses ved hjelp av en passende metode for å danne gitterrillene. Det endelige gitteret er et enkelt monolittisk stykke. I en utførelsesform kan substratet være glass med lav termisk utvidelse som fører til høy termisk stabilitet.

De foregående fremgangsmåtene tilveiebringer lave fremstillingskostnader i likhet med konvensjonelle gitre av kopitypen med termisk stabilitet ekvivalent med konvensjonelle slike uorganiske gitre av kopitypen kan derfor med fordel brukes i gitterverktøy nede i borehull, av den type som er beskrevet her. En kombinasjon av et uorganisk gitter av kopitypen og en avstembar gitterarkitektur for spektralanalyse i borehull av formasjonsfluider tilveiebringer derfor uventede resultater som tidligere var uoppnåelig med konvensjonelle gitterspektrometer-arkitekturer.

Den foregående beskrivelse er bare gitt for å illustrere og beskrive oppfinnelsen og noen eksempler på implementering av denne. Den er ikke ment å være uttømmende eller å begrense oppfinnelsen til noen nøyaktig form som er beskrevet. Mange modifikasjoner og variasjoner er mulig i lys av det som er beskrevet ovenfor.

De foretrukne aspektene ble valgt og beskrevet for på best mulig måte å forklare prinsippene bak oppfinnelsen og dens praktiske anvendelser. Den foregående beskrivelse er ment å gjøre det mulig for andre fagkyndige på området å benytte oppfinnelsen på best mulig måte i forskjellige utførelsesformer og aspekter og med forskjellige modifikasjoner som er egnet for den spesielle bruken som er påtenkt. Det er ment at omfanget av oppfinnelsen skal defineres av de etterfølg-ende patentkrav.

Claims (26)

1. Nedihullsverktøy som har en spektralanalysemodul (50),karakterisert ved: et gitter (120) av kopitypen som omfatter et uorganisk substrat (106) valgt fra silikaglass, kvarts, safir, silisiumkarbid og keramikk som er termalt stabilt ved temperaturer over omkring 80 °C og som har riller (104) med en g i tte rri 11 ete tth et utformet for bølgelengder fra 200 nm til 4000 nm.

2. Verktøy ifølge krav 1, hvor rilletettheten er fra 50 riller/mm til 5000 riller/mm.

3. Verktøy ifølge krav 1, hvor rilletettheten er fra 100 riller/mm til 600 riller/mm.

4. Verktøy ifølge krav 1, hvor gitteret er utformet for nedihullfluorescensmålinger av fluider i et borehull, med bølgelengder fra 400 nm til 1000 nm.

5. Verktøy ifølge krav 1, hvor gitteret er utformet for nedihullfluidanalyse ved absorpsjonsspektroskopi i et borehull, med bølgelengder fra 1400 nm til 2100 nm.

6. Verktøy ifølge krav 1, hvor gitteret er utformet for kjemisk nedihullsavføling ved fargestoffinjeksjon av fluider i et borehull.

7. Verktøy ifølge krav 1, videre omfattende: en lyskilde omfattende én eller flere av en halogenpære, en lysemitterende diode, en avstembar laser og en monokromator.

8. Verktøy ifølge krav 1, hvor gitteret videre omfatter et belegg av metall og er utformet for å reflektere innfallende lys.

9. Verktøy ifølge krav 1, hvor gitteret er utformet for å transmittere innfallende lys.

10. Verktøy ifølge krav 1, hvor gitterriIletettheten er utformet for spektralanalyse i et spektralt område omfattende et hydrokarbonovertonemodusområde.

11. Anordning for fluidkarakterisering i nedihull, karakterisert ved: minst ett optisk spektrometer (70) som har et gitter av kopitypen av et uorganisk materiale valgt fra silikaglass, kvarts, safir, silisiumkarbid og keramikk som er termalt stabilt ved temperaturer over omkring 80 °C, gitteret er utformet for minst fem spektrale bølgelengdekanaler som har respektive bølgelengder større enn eller lik omkring 200 nm.

12. Anordning ifølge krav 11, hvor gitteret har et belegg av metall (128) og er utformet for å reflektere innfallende lys.

13. Anordning ifølge krav 12 hvor gitteret har en generelt plan, reflekterende overflate.

14. Anordning ifølge krav 12, hvor gitteret har en generelt konkav, reflekterende overflate.

15. Anordning ifølge krav 11, hvor gitteret er utformet for å transmittere innfallende lys.

16. Anordning ifølge krav 11, hvor gitteret er et avstembart gitter (72).

17. Anordning ifølge krav 11, hvor gitteret er utformet for bruk i et bølgelengdeområde som innbefatter bølge-lengder i et hydrokarbonovertonemodusområde.

18. Anordning ifølge krav 17, hvor bølgelengdeområdet innbefatter bølgelengder fra 1600 nm til 1800 nm.

19. Anordning ifølge krav 11, hvor gitteret er utformet for 16 bølgelengdekanaler, idet anordningen videre omfatter: en fotodetektorgruppe utformet for å detektere de 16 bølgelengdekanalene til gitteret.

20. Anordning ifølge krav 11, hvor gitteret omfatter riller med en rilletetthet på mindre enn omkring 5000 riller/mm.

21. Anordning ifølge krav 11, hvor minst ett optisk spektrometer er utformet for absorpsjonsspektroskopi av borehullfluider.

22. Anordning ifølge krav 11, hvor minst ett optisk spektrometer er utformet for måling av fluorescensgjenut-sendelse fra borehullfluider.

23. Anordning ifølge krav 11, hvor minst ett optisk spektrometer er utformet for Ramanspektroskopi av borehullfluider.

24. Spektralanalysator for drift ved høye temperaturer, karakterisert ved: et uorganisk gitter av kopitypen som omfatter et substrat valgt fra silikaglass, kvarts, safir, silisiumkarbid og keramikk for spektraldispersjon av lys i høye nedihullstemperaturer; en lyskilde; hvor spektralanalysatoren er utformet for drift ved høye temperaturer større enn eller lik 80 °C og et bølgelengdeområde fra 200 nm til 4000 nm; og gitteret har en rilletetthet som er mindre enn eller lik 2/bølgelengdemax, hvor bølgelengdemax representerer den maksimale driftsbølgelengden til gitteret.

25. Spektralanalysator ifølge krav 24, hvor lyskilden omfatter en monokromator.

26. Spektralanalysator ifølge krav 24, hvor lyskilden omfatter en avstembar laser.