FR3035219A1 - - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un outil d'analyse d'échantillon comprenant une chambre d'échantillon servant à maintenir un échantillon. L'outil comprend aussi un filtre à large bande sélectif selon l'angle disposé le long d'un chemin optique avec la chambre d'échantillon. L'outil comprend aussi un transducteur de rayonnement électromagnétique (ER) qui émet un signal en réponse au rayonnement électromagnétique qui traverse le filtre à large bande sélectif selon l'angle. L'outil comprend aussi un dispositif d'enregistrement qui enregistre des données correspondant à la sortie de signaux à partir du transducteur d'ER, les données indiquant une propriété de l'échantillon.A sample analysis tool includes a sample chamber for holding a sample. The tool also includes an angle selective broadband filter disposed along an optical path with the sample chamber. The tool also includes an electromagnetic radiation (ER) transducer that emits a signal in response to the electromagnetic radiation that passes through the angle selective broadband filter. The tool also includes a recording device that records data corresponding to the signal output from the ER transducer, the data indicating a property of the sample.
Description
OUTIL D'ANALYSE D'ÉCHANTILLON EMPLOYANT UN FILTRE À LARGE BANDE SÉLECTIF SELON L'ANGLE CONTEXTE Il existe divers outils pour analyser des échantillons utilisant un rayonnement électromagnétique Un exemple d'outil d'analyse d'échantillon, que l'on appelle un photomètre, fournit des informations concernant la manière dont les propriétés du rayonnement électromagnétique sont affectées du fait d'une réflexion, d'une émission ou d'une transmission à travers un échantillon. Un autre exemple d'outil, qu'on appelle ellipsomètre, fournit des informations concernant la manière dont la polarité du rayonnement électromagnétique est affectée du fait d'une réflexion ou d'une traversée d'un échantillon. Un autre exemple d'outil, qu'on appelle spectromètre, fournit des informations concernant la manière dont des longueurs d'onde du rayonnement électromagnétique sont affectées par réflexion, émission ou transmission à travers un échantillon. Les efforts antérieurs pour améliorer les performances d'outils d'analyse d'échantillon comprennent un arrangement soigné de composants spatiaux de masquage, une optique d'imagerie et/ou des lentilles le long d'un chemin optique. Dans un environnement de fond de puits, l'espace disponible pour l'outil d'analyse d'échantillon est limité. Des efforts visant à améliorer les performances des outils d'analyse d'échantillon, en particulier, quand des contraintes d'espacement et/ou des environnements extrêmes constituent un problème, sont en cours. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES Il est donc décrit ici des outils et des méthodes d'analyse d'échantillons employant un filtre à large bande sélectif selon l'angle. Parmi les dessins : la figure 1 illustre un outil d'analyse d'échantillons ; la figure 2A montre un environnement de forage illustratif ; la figure 2B montre un environnement de diagraphie par câble illustratif ; les figures 3A et 3B illustrent des configurations d'outil d'analyse d'échantillons ; et la figure 4 illustre un procédé d'analyse d'échantillons.SAMPLE ANALYSIS TOOL EMPLOYING A SELECTIVE BROADBAND SELECTIVE FILTER BASED ON THE CONTEXT ANGLE There are various tools for analyzing samples using electromagnetic radiation An example of a sample analysis tool, called a photometer , provides information about how the properties of electromagnetic radiation are affected by reflection, emission, or transmission through a sample. Another example of a tool, called an ellipsometer, provides information about how the polarity of the electromagnetic radiation is affected by a reflection or a crossing of a sample. Another example of a tool, called a spectrometer, provides information about how wavelengths of electromagnetic radiation are affected by reflection, emission, or transmission through a sample. Prior efforts to improve the performance of sample analysis tools include a careful arrangement of spatial masking components, imaging optics, and / or lenses along an optical path. In a downhole environment, the space available for the sample analysis tool is limited. Efforts to improve the performance of sample analysis tools, especially when spacing constraints and / or extreme environments are a problem, are under way. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES Thus, tools and methods for analyzing samples employing angle-selective broadband filter are described. Among the drawings: Figure 1 illustrates a sample analysis tool; Figure 2A shows an illustrative drilling environment; Figure 2B shows an illustrative cable logging environment; Figures 3A and 3B illustrate sample analysis tool configurations; and Figure 4 illustrates a method of analyzing samples.
Il doit également être compris, cependant, que les modes de réalisation spécifiques donnés dans les figures et leur description détaillée ne limitent pas la description. Au contraire, ils constituent la fondation permettant à un spécialiste de discerner les formes alternatives, les équivalents et les autres modifications qui sont englobés dans la portée des 1 3035219 revendications annexées. DESCRIPTION DÉTAILLÉE On décrit ici des outils et des méthodes d'analyse d'échantillons employant un filtre à 5 large bande sélectif selon l'angle. Dans ce contexte, le terme « filtre à large bande sélectif selon l'angle » correspond à un composant optique qui permet au rayonnement électromagnétique de le traverser pour une gamme large de fréquences, mais seulement selon un angle d'incidence particulier ou selon une gamme étroite d'angles d'incidence. Sans limitation, un filtre à large bande sélectif selon l'angle documenté est transparent à 98 % au 10 rayonnement électromagnétique p-polarisé à un angle de 55° +/- environ 4°. Cf. Yichen Shen et al., Optical Broadband Angular Selectivity, Science 343, 1499 (2014). L'emploi d'un filtre à large bande sélectif selon l'angle dans les outils d'analyse d'échantillon (par ex. des photomètres, des ellipsomètres et des spectromètres) donne de nouvelles options de conception susceptibles d'améliorer les conceptions existantes d'outils d'analyse 15 d'échantillons. Dans au moins certains modes de réalisation, un exemple d'outil d'analyse d'échantillon comprend une chambre d'échantillon pour maintenir un échantillon. L'outil comprend aussi un filtre à large bande sélectif selon l'angle disposé le long d'un chemin optique avec la chambre d'échantillon. L'outil comprend aussi un transducteur (un détecteur) 20 de rayonnement électromagnétique (ER), qui émet un signal en réponse au rayonnement électromagnétique qui traverse le filtre à large bande sélectif selon l'angle. L'outil comprend aussi un dispositif d'enregistrement qui enregistre des données correspondant à la sortie de signaux à partir du transducteur d'ER, les données indiquant une propriété de l'échantillon. Cependant, un exemple de procédé d'analyse de fluide comprend la conception d'un 25 échantillon et d'un filtre à large bande sélectif selon l'angle disposé le long d'un chemin optique. Le procédé comprend aussi l'émission d'un signal en réponse au rayonnement électromagnétique qui traverse le filtre à large bande sélectif selon l'angle. 'Le procédé comprend aussi l'enregistrement des données correspondant au signal, les données indiquant une propriété de l'échantillon. Diverses options de collecte d'échantillon, d'options de 30 configuration d'outil d'analyse, d'options d'enregistrement et d'analyse et d'options de scénario de fond sont divulguées ici. Les procédés et les systèmes décrits sont compris au mieux quand on les décrit dans un contexte illustratif d'usage. La figure 1 illustre un outil d'analyse d'échantillons 9. L'outil d'analyse d'échantillons 9 comprend une source d'ER 11, une chambre d'échantillon 12, un 2 3035219 filtre à large bande sélectif selon l'angle 14, un élément optique 15 et au moins un transducteur d'ER 16 disposé le long d'un chemin optique 10. La disposition et l'orientation des composants déployés le long du chemin optique 10 peuvent varier. De plus, le chemin optique 10 ne correspond pas nécessairement à un chemin rectiligne (par ex. il peut y avoir 5 des coins, des courbes ou d'autres variations de direction le long du chemin optique 10). L'outil d'analyse d'échantillon 9 peut en outre comprendre des composants de masquage spatial, une optique d'imagerie et/ou des lentilles le long du chemin optique 10. Sinon, on peut omettre ces composants en fonction de la disposition du filtre à large bande sélectif selon l'angle 14 et du ou des transducteur(s) d'ER 16. Dans certains modes de réalisation, un io transducteur d'ER 16 détecte un rayonnement électromagnétique qui a traversé le filtre à large bande sélectif selon l'angle 14, alors qu'un transducteur d'ER supplémentaire 16 détecte le rayonnement électromagnétique diffusé ou le rayonnement électromagnétique non spéculaire qui ne traverse pas le filtre à large bande sélectif selon l'angle 14. Dans certains modes de réalisation, la source d'ER 11 peut être omise si le 15 rayonnement électromagnétique extérieur à l'outil d'analyse d'échantillon 9 est disponible. Dans d'autres modes de réalisation, un échantillon 13 présent dans la chambre 12 est à même d'émettre un rayonnement électromagnétique (par ex. par une fenêtre transparente de la chambre d'échantillon 12) et peut servir de source d'ER 11. Dans certains modes de réalisation en outre, l'élément optique 15 correspond à au moins un filtre optique, à un 20 élément de polarisation ou à un élément de sélection de longueur d'onde. L'élément optique 15 peut par exemple être un filtre optique qui permet la transmission d'un rayonnement électromagnétique dans une bande particulière de longueurs d'onde (par ex. 550 à 560 nm, 1 0000 à 1 100 nm ou 2 300 à 3 200 nm) si l'outil d'analyse d'échantillon 9 correspond à un photomètre. Dans certains modes de réalisation par ailleurs, l'élément optique 15 peut être un 25 élément de sélection de longueur d'onde qui filtre alors qu'une fonction de la longueur d'onde peut être incluse si l'outil d'analyse d'échantillon 9 correspond à un spectromètre. De plus, dans certains modes de réalisation en outre, l'élément optique 15 peut être un élément de polarisation qui filtre alors qu'une fonction de polarisation peut être prévue si l'outil d'analyse d'échantillon 9 correspond à un ellipsomètre. Dans certains modes de réalisation, l'élément 30 optique 15 peut correspondre à une combinaison d'un filtre optique, d'un élément de polarisation et/ou d'un élément de sélection de longueur d'onde. Dans au moins certains modes de réalisation, l'outil d'analyse d'échantillon 9 comprend aussi au moins un numériseur 17 pour convertir des signaux analogiques issus de chaque détecteur 16 en un signal numérique correspondant. De plus, l'outil d'analyse - 3 - 3035219 d'échantillon 9 peut comprendre un dispositif d'enregistrement de données 18 qui enregistre des données correspondant à la sortie de chaque transducteur d'ER 16. Par ailleurs, l'outil d'analyse d'échantillon 9 peut comprendre une interface de télécommunication 19 pour transférer les données correspondant à la sortie de chaque détecteur 16 à un autre dispositif.It should also be understood, however, that the specific embodiments given in the figures and their detailed description do not limit the description. Rather, they provide the foundation for a specialist to discern alternative forms, equivalents, and other modifications that are encompassed within the scope of the appended claims. DETAILED DESCRIPTION Tools and methods for sample analysis employing a wide angle selective band filter are described herein. In this context, the term "angle-selective broadband filter" refers to an optical component that allows electromagnetic radiation to pass through it for a wide range of frequencies, but only at a particular angle of incidence or range of narrow angles of incidence. Without limitation, a wideband selective filter at the documented angle is 98% transparent to p-polarized electromagnetic radiation at an angle of 55 ° +/- about 4 °. See Yichen Shen et al., Optical Broadband Angular Selectivity, Science 343, 1499 (2014). The use of an angle-selective broadband filter in sample analysis tools (eg photometers, ellipsometers and spectrometers) provides new design options that can improve existing designs sample analysis tools. In at least some embodiments, an exemplary sample analysis tool includes a sample chamber for holding a sample. The tool also includes an angle selective broadband filter disposed along an optical path with the sample chamber. The tool also includes an electromagnetic radiation (ER) transducer (sensor) 20 which emits a signal in response to the electromagnetic radiation that passes through the angle selective broadband filter. The tool also includes a recording device that records data corresponding to the signal output from the ER transducer, the data indicating a property of the sample. However, an exemplary fluid analysis method includes designing a sample and a wideband filter at an angle along an optical path. The method also includes transmitting a signal in response to the electromagnetic radiation that passes through the angle selective broadband filter. The method also includes recording the data corresponding to the signal, the data indicating a property of the sample. Various sample collection options, analysis tool configuration options, recording and analysis options, and background scenario options are disclosed here. The described methods and systems are best understood when described in an illustrative use context. FIG. 1 illustrates a sample analysis tool 9. The sample analysis tool 9 comprises an ER source 11, a sample chamber 12, a selective broadband filter according to FIG. angle 14, an optical element 15 and at least one ER transducer 16 disposed along an optical path 10. The arrangement and orientation of the components deployed along the optical path 10 may vary. In addition, the optical path 10 does not necessarily correspond to a straight path (eg, there may be corners, curves, or other directional variations along the optical path 10). The sample analysis tool 9 may further comprise spatial masking components, imaging optics and / or lenses along the optical path 10. Otherwise, these components may be omitted depending on the arrangement of the selective wideband filter according to the angle 14 and the ER transducer (s) 16. In some embodiments, an ER transducer 16 detects electromagnetic radiation that has passed through the broadband selective filter. angle 14, while an additional ER transducer 16 detects scattered electromagnetic radiation or non-specular electromagnetic radiation that does not pass through the wideband selective filter at angle 14. In some embodiments, the source ER 11 can be omitted if the electromagnetic radiation outside the sample analysis tool 9 is available. In other embodiments, a sample 13 in the chamber 12 is capable of emitting electromagnetic radiation (e.g., through a transparent window of the sample chamber 12) and can serve as a source of ER 11 In some embodiments further, the optical element 15 corresponds to at least one optical filter, a polarization element or a wavelength selection element. The optical element 15 may for example be an optical filter which allows the transmission of electromagnetic radiation in a particular band of wavelengths (eg 550 to 560 nm, 1 0000 to 1100 nm or 2300 to 3 300 nm). 200 nm) if the sample analysis tool 9 corresponds to a photometer. In some embodiments, the optical element 15 may be a wavelength selection element that filters while a wavelength function may be included if the analysis tool of Sample 9 corresponds to a spectrometer. In addition, in some embodiments further, the optical element 15 may be a polarizing element that filters while a polarization function may be provided if the sample analysis tool 9 corresponds to an ellipsometer. In some embodiments, the optical element 15 may be a combination of an optical filter, a polarization element, and / or a wavelength selection element. In at least some embodiments, the sample analysis tool 9 also includes at least one digitizer 17 for converting analog signals from each detector 16 into a corresponding digital signal. In addition, the sample analysis tool 9 may comprise a data recording device 18 which records data corresponding to the output of each ER transducer 16. In addition, the data analysis tool 18 records data corresponding to the output of each ER transducer 16. Sample analysis 9 may include a telecommunication interface 19 for transferring the data corresponding to the output of each detector 16 to another device.
5 De plus ou sinon, l'outil d'analyse d'échantillon 9 peut comprendre une unité de traitement (non représentée) servant à traiter des données et/ou une unité d'affichage (non représentée) pour afficher des données correspondant à la sortie de chaque détecteur 16. Par exemple, les données correspondant à la sortie de chaque transducteur d'ER 16 peuvent être analysées pour identifier une propriété de l'échantillon 13. La propriété identifiée peut par exemple 10 correspondre à une densité (ou à d'autres paramètres physiques) et/ou à un composant chimique. La propriété identifiée peut être affichée par une unité d'affichage et/ou peut être transmise à l'aide de l'interface de télécommunication 19 vers un autre appareil. La configuration de l'outil d'analyse d'échantillon 9 peut varier en fonction de l'environnement dans lequel on utilise l'outil d'analyse d'échantillon 9. Une. conception de fond de puits pour 15 l'outil d'analyse d'échantillon 9 peut par exemple différer d'une conception de laboratoire pour l'outil d'analyse d'échantillon 9 du fait de contraintes spatiales, de contraintes de puissance, de paramètres environnants (température, pression, etc.) ou d'autres facteurs. On appréciera en outre que l'outil d'analyse d'échantillon 9 puisse contenir des composants d'obtention d'un échantillon. Pour échantillonner du fluide dans un 20 environnement de fond de puits par exemple, l'outil d'analyse d'échantillon 9 peut contenir une interface d'échantillonnage qui s'étend jusqu'à une paroi de trou de forage et qui aspire du fluide d'une formation. De plus, l'interface d'échantillonnage peut diriger le fluide de la formation vers la chambre d'échantillon 12. Si on le souhaite, les échantillons obtenus peuvent être stockés pour une analyse ultérieure une fois qu'un outil d'analyse d'échantillon 9 25 est récupéré (par ex. à partir d'un environnement de fond), ou les échantillons peuvent être rincés pour permettre l'analyse d'un échantillon suivant alors que l'outil d'analyse d'échantillon 9 reste dans un environnement de fond de puits. On appréciera en outre que l'outil d'analyse d'échantillon 9 puisse contenir des composants de régulation de la pression ou de la température d'un échantillon pendant l'analyse.In addition or otherwise, the sample analysis tool 9 may comprise a processing unit (not shown) for processing data and / or a display unit (not shown) to display data corresponding to the For example, the data corresponding to the output of each ER transducer 16 may be analyzed to identify a property of the sample 13. The identified property may, for example, correspond to a density (or density) of the sample. other physical parameters) and / or a chemical component. The identified property may be displayed by a display unit and / or may be transmitted using the telecommunication interface 19 to another apparatus. The configuration of the sample analysis tool 9 may vary depending on the environment in which the sample analysis tool 9 is used. For example, the downhole design for the sample analysis tool 9 may differ from a laboratory design for the sample analysis tool 9 due to spatial constraints, power constraints, surrounding parameters (temperature, pressure, etc.) or other factors. It will further be appreciated that the sample analysis tool 9 may contain sample components. For sampling fluid in a downhole environment for example, the sample analysis tool 9 may contain a sampling interface that extends to a borehole wall and draws fluid training. In addition, the sampling interface can direct the formation fluid to the sample chamber 12. If desired, the obtained samples can be stored for later analysis once an analysis tool is available. sample 9 is recovered (eg from a background environment), or the samples may be rinsed for analysis of a subsequent sample while the sample analysis tool 9 remains in a sample. well bottom environment. It will further be appreciated that the sample analysis tool 9 may contain components for controlling the pressure or temperature of a sample during the analysis.
30 La figure 2A montre un environnement de forage illustratif 20A. À la figure 2A, un ensemble de forage 24 permet l'abaissement et le levage d'un train de tiges 31 dans un trou de forage 25 qui pénètre des formations 29 de la terre 28. Le train de tiges 31 est par exemple formé d'un ensemble modulaire de segments 32 et d'adaptateurs 33 de train de tiges. À l'extrémité inférieure du train de tiges 31, un ensemble de fond de trou 34 doté d'un trépan 40 4 3035219 enlève de la matière des formations 29 selon des techniques connues de forage. L'ensemble de fond de trou 34 comprend aussi au moins des masses-tiges 37 et un outil de fond 36 doté d'au moins une unité d'analyse d'échantillon 38A à 38N, dont chacune peut correspondre à une certaine variation de l'outil d'analyse d'échantillon 9 décrit pour la figure 1. Pour collecter 5 des échantillons de fluide dans l'environnement de forage 20A, une interface d'échantillonnage (non représentée) est prévue avec l'outil de fond 36. Par exemple, l'interface d'échantillonnage peut être dotée d'un masse-tige 37 proche du trépan 40. Au besoin, les opérations de forage peuvent être arrêtées pour permettre l'obtention d'échantillons de fluides selon des techniques connues d'échantillonnage.Figure 2A shows an illustrative drilling environment 20A. In FIG. 2A, a drilling assembly 24 allows the lowering and lifting of a drill string 31 in a borehole 25 which penetrates formations 29 of the earth 28. The drill string 31 is for example formed of a modular set of segments 32 and drill string adapters 33. At the lower end of the drill string 31, a downhole assembly 34 having a bit 40 removes material 29 from the material in accordance with known drilling techniques. The downhole assembly 34 also includes at least drill collars 37 and a bottom tool 36 having at least one sample analysis unit 38A-38N, each of which may correspond to a certain variation of the sample analysis tool 9 described for FIG. 1. To collect fluid samples in the drilling environment 20A, a sampling interface (not shown) is provided with the downhole tool 36. For example, the sampling interface may be provided with a drill collar 37 close to bit 40. If necessary, drilling operations may be stopped to obtain fluid samples according to known sampling techniques. .
10 En plus des unités d'analyse d'échantillon 38A à 38N, l'outil de fond de trou 36 peut aussi comprendre de l'électronique pour l'enregistrement de données, la communication, etc. Dans différents modes de réalisation, les mesures d'analyse d'échantillon obtenues par l'au moins une unité d'analyse d'échantillon 38A à 38N sont transférées à la surface de la terre selon des techniques connues de télémétrie (par ex. la télémétrie de tuyau câblé, la télémétrie 15 par impulsions dans la boue, la télémétrie acoustique, électromagnétique) et/ou elles sont enregistrées par l'outil de fond 36. Dans au moins certains modes de réalisation, un câble 27A peut s'étendre du BHA 34 jusqu'à la surface de la terre. Le câble 27A peut par exemple prendre différentes formes, telles que des conducteurs électriques logés et/ou des guides d'onde optique (par ex., des fibres) pour permettre le transfert de puissance et/ou de 20 communications entre l'ensemble de fond 34 et la surface terrestre. Autrement dit, le câble 27A peut être intégré aux composants modulaires du train de forage 31, attaché à ceux-ci ou situé à l'intérieur de ceux-ci. Dans la figure 2A, une interface 26 située à la surface de la terre reçoit des mesures d'analyse d'échantillon (ou d'autres données recueillies en fond de trou) par le câble 27A ou 25 par un autre canal de télémétrie et transfère les mesures d'analyse d'échantillon à un système informatique 50. Dans certains modes de réalisation, l'interface d'utilisateur 26 et/ou le système informatique 50 peut effectuer diverses opérations telles que la conversion de signaux d'un format à un autre, enregistrement de mesures d'analyse d'échantillon et/ou traitement de mesures d'analyse d'échantillon pour récupérer des informations sur les 30 propriétés d'un échantillon. Selon un exemple, dans au moins certains modes de réalisation, le système informatique 50 contient une unité de traitement 52 qui affiche des mesure d'analyse d'échantillons ou des propriétés liées d'échantillon par exécution d'un logiciel ou d'instructions obtenues à partir d'un support non-transitoire lisible par un ordinateur local ou distant 58. Le système informatique 50 peut aussi contenir un ou plusieurs dispositifs d'entrée 5 3035219 56 (par ex., un clavier, une souris, un pavé tactile, etc.) et un ou plusieurs dispositifs de sortie 54 (par ex., un écran, une imprimante, etc.). Ce ou ces dispositifs d'entrée 56 et/ou dispositifs de sortie 54 procurent une interface d'utilisateur qui permet à un opérateur d'interagir avec l'outil de fond 36 et/ou avec le logiciel exécuté par l'unité de traitement 52. Par exemple, le 5 système informatique 50 peut permettre à un opérateur de sélectionner des options d'échantillonnage, de sélectionner des options d'analyse d'échantillons, de visualiser des mesures d'analyse d'échantillons recueillies, de visualiser des propriétés d'échantillon obtenues par mesures d'analyse d'échantillon et/ou d'effectuer d'autres tâches. De plus, les informations sur la position de fond à laquelle un échantillon particulier est recueilli peuvent 10 être prises en compte et utilisées pour faciliter les décisions de complétion de puits et/ou d'autres décisions stratégiques liées à la production d'hydrocarbures. À différents moments lors du processus de forage, le train de tiges 31 apparaissent à la figure 2A peut être enlevé du trou de forage 25. Quand on enlève le train de tiges 31, une autre option pour effectuer les opérations d'analyse d'échantillons implique l'environnement 15 de câble de forage 20B de la figure 2B. À la figure 2B, un train d'outils de câble de forage 60 est mis en suspension dans un trou de forage 25 qui pénètre dans des formations 29 de la terre 28. Le train d'outils de câble de forage 60 peut être suspendu par un câble 42 comprenant des conducteurs électriques et/ou des fibres optiques pour la transmission de puissance au train d'outils de câble de forage 60. Le câble 42 peut aussi servir d'interface de communication 20 pour les télécommunications de haut et/ou de bas de trou. Dans au moins certains modes de réalisation, le câble 42 s'enroule et se déroule au besoin autour de la bobine pour câble 54 en abaissant ou en élevant le train d'outils de câble de forage 60. Comme on le voit, la bobine de câble 54 peut faire partie d'une installation de diagraphie mobile ou d'un véhicule 42 contenant un guide-câble 52.In addition to the sample analysis units 38A-38N, the downhole tool 36 may also include electronics for data recording, communication, etc. In various embodiments, the sample analysis measurements obtained by the at least one sample analysis unit 38A through 38N are transferred to the earth's surface according to known telemetry techniques (e.g. cable telemetry, mud pulse telemetry, acoustic telemetry, electromagnetic telemetry) and / or they are recorded by the downhole tool 36. In at least some embodiments, a cable 27A may be BHA 34 to the surface of the earth. The cable 27A can for example take various forms, such as housed electrical conductors and / or optical waveguides (eg, fibers) to enable power transfer and / or communications between the set of wires. bottom 34 and the earth's surface. In other words, the cable 27A can be integrated into the modular components of the drill string 31, attached thereto or located therein. In Fig. 2A, an earth-surface interface 26 receives sample analysis (or other downhole data) from cable 27A or 25 through another telemetry channel and transfers the sample analysis measures to a computer system 50. In some embodiments, the user interface 26 and / or the computer system 50 may perform various operations such as converting signals from a format to a computer. other, recording sample analysis measurements and / or processing sample analysis measurements to retrieve information on the properties of a sample. According to one example, in at least some embodiments, the computer system 50 contains a processing unit 52 which displays sample analysis measurements or sample related properties by running software or instructions obtained. from a non-transitory medium readable by a local or remote computer 58. The computer system 50 may also contain one or more input devices 3035219 56 (e.g., a keyboard, a mouse, a touchpad, etc.) and one or more output devices 54 (eg, a screen, printer, etc.). This or these input devices 56 and / or output devices 54 provide a user interface that allows an operator to interact with the background tool 36 and / or the software executed by the processing unit 52. For example, the computer system 50 may allow an operator to select sampling options, select sample analysis options, view sample analysis measurements collected, view properties of the sample, and sample obtained by sample analysis measurements and / or to perform other tasks. In addition, information on the background position at which a particular sample is collected can be taken into account and used to facilitate well completion decisions and / or other strategic decisions related to hydrocarbon production. At different times during the drilling process, the drill string 31 shown in Figure 2A can be removed from the borehole 25. When removing the drill string 31, another option for performing the sample analysis operations involves the environment of the cable 20B of FIG. 2B. In Fig. 2B, a drill string tool train 60 is suspended in a borehole 25 which enters formations 29 of the earth 28. The drill string tool train 60 may be suspended by a cable 42 comprising electrical conductors and / or optical fibers for power transmission to the drill string tool string 60. The cable 42 may also serve as a communication interface 20 for high-level telecommunications and / or downhole. In at least some embodiments, the cable 42 wraps and unwinds around the cable spool 54 as needed by lowering or raising the drill string tool string 60. As can be seen, the coil of cable 54 may be part of a mobile logging installation or vehicle 42 containing a cable guide 52.
25 Dans au moins certains modes de réalisation, le train d'outils de câble de forage 60 contient un ou plusieurs outils de diagraphie 64 et un outil de fond 62 doté d'au moins une unité d'analyse d'échantillon 38A à 38N, dont chacune peut correspondre à une certaine variation de l'outil d'analyse d'échantillon 9 décrit pour la figure 1. L'outil de fond de trou 62 peut aussi comprendre de l'électronique pour l'enregistrement de données, la communication, 30 etc. Les mesures d'analyse d'échantillon obtenues par l'au moins une unité d'analyse d'échantillon 38A à 38N sont transférées à la surface de la terre et/ou elles sont enregistrées par l'outil de fond 62. Dans l'un ou l'autre des deux cas, on peut utiliser les mesures d'analyse d'échantillon pour déterminer au moins une propriété d'un échantillon recueilli dans l'environnement de fond de trou. Les mesures d'analyse d'échantillon peuvent par exemple -6 3035219 servir à déterminer une densité d'échantillon, à identifier la présence ou l'absence d'un produit chimique et/ou à déterminer une autre propriété d'un échantillon. De plus, des informations sur la position de fond à laquelle un échantillon particulier a été recueilli peuvent être prises en compte et utilisées pour faciliter les décisions de complétion de puits et/ou d'autres s décisions stratégiques liées à la production d'hydrocarbures. À la surface de la terre, une interface de surface 26 reçoit des mesures d'analyse d'échantillon par le câble 42 et transfère les mesures d'analyse d'échantillon à un système informatique 50. Comme on l'a déjà indiqué, l'interface d'utilisateur 26 et/ou le système informatique 50 (par ex. une partie de l'installation de diagraphie mobile ou le véhicule 44) 10 peut effectuer diverses opérations telles que la conversion de signaux d'un format à un autre, l'enregistrement de mesures d'analyse d'échantillon, le traitement des mesures d'analyse d'échantillon, l'affichage des mesures d'analyse d'échantillon ou les propriétés d'échantillon apparentées, etc. Les figures 3A et 3B illustrent des configurations d'outil d'analyse d'échantillon. À la 15 figure 3A, l'outil d'analyse d'échantillon 100A comprend un filtre à large bande sélectif selon l'angle 14 qui se trouve entre la source d'ER 11 et l'échantillon 13. Selon cette configuration, le rayonnement électromagnétique à analyser correspond au chemin optique 10A, alors qu'un rayonnement électromagnétique émis par la source d'ER 11 traverse le filtre à large bande sélectif selon l'angle 14, se réfléchit sur l'échantillon 13, retraverse le filtre à large bande 20 sélectif selon l'angle 14, traverse l'élément optique 15 et aboutit au transducteur d'ER 16A. Comme on le constate, l'outil d'analyse d'échantillon 100A comprend aussi un transducteur 16B qui détecte le rayonnement électromagnétique dispersé ou non spéculaire 118 qui est réfléchi à la surface de l'échantillon 13 selon des angles qui amènent le rayonnement électromagnétique dispersé ou non spéculaire 118 à se réfléchir sur le filtre à large bande 25 sélectif selon l'angle 14 plutôt qu'à le traverser. Dans certains modes de réalisation, le rayonnement électromagnétique dispersé ou non spéculaire 118 est dû au fait que l'échantillon 13 présente des structures planaires et/ou non laminaires 106 le long de sa surface. Les signaux émis par le transducteur 16A et/ou le transducteur 16B en réponse à un rayonnement électromagnétique incident sont numérisés, enregistrés et analysées pour 30 caractériser une propriété de l'échantillon 13 tel que décrit ici. Dans certains modes de réalisation, les intensités relatives du rayonnement électromagnétique détecté par le transducteur d'ER 16A et 16B peuvent être comparées pour caractériser une propriété de l'échantillon 13. -7 3035219 À la figure 3B, l'outil d'analyse d'échantillon 100B comprend un échantillon 13 qui se trouve entre la source d'ER 11 et le filtre à large bande sélectif selon l'angle 14. Selon cette configuration, le rayonnement électromagnétique à analyser correspond au chemin optique 10B, alors qu'un rayonnement électromagnétique émis par la source d'ER 11 traverse 5 l'échantillon 13, traverse le filtre à large bande sélectif selon l'angle 14, traverse le filtre à large bande sélectif selon l'angle 14, traverse l'élément optique 15 et aboutit au transducteur d'ER 16A. Comme on le constate, l'outil d'analyse d'échantillon 100B comprend aussi un transducteur 16B qui détecte le rayonnement électromagnétique dispersé ou non spéculaire 118 qui est réfléchi à la surface de l'échantillon 13 selon des angles qui amènent le rayonnement électromagnétique dispersé ou non spéculaire à se réfléchir sur le filtre à large bande sélectif selon l'angle 14 plutôt qu'à le traverser. Dans certains modes de réalisation, le rayonnement électromagnétique dispersé ou non spéculaire 118 est dû au fait que l'échantillon 13 présente des structures planaires et/ou non laminaires 106 le long de sa surface. Les signaux émis par le transducteur 16A et/ou le transducteur 16B en réponse à un 15 rayonnement électromagnétique incident sont numérisés, enregistrés et analysées pour caractériser une propriété de l'échantillon 13 tel que décrit ici. Dans certains modes de réalisation, les intensités relatives du rayonnement électromagnétique détecté par le transducteur d'ER 16A et 16B peuvent être comparées pour caractériser une propriété de l'échantillon 13.In at least some embodiments, the drill string tool train 60 contains one or more logging tools 64 and a downhole tool 62 having at least one sample analysis unit 38A through 38N, each of which may correspond to a certain variation of the sample analysis tool 9 described for FIG. 1. The downhole tool 62 may also comprise electronics for data recording, communication, 30 etc. The sample analysis measurements obtained by the at least one sample analysis unit 38A through 38N are transferred to the earth's surface and / or are recorded by the bottom tool 62. In either case, the sample analysis measurements can be used to determine at least one property of a sample collected in the downhole environment. For example, sample analysis measurements can be used to determine a sample density, to identify the presence or absence of a chemical, and / or to determine another property of a sample. In addition, information on the background position to which a particular sample has been collected can be taken into account and used to facilitate well completion decisions and / or other strategic decisions related to hydrocarbon production. At the surface of the earth, a surface interface 26 receives sample analysis measurements by the cable 42 and transfers the sample analysis measurements to a computer system 50. As already indicated, the user interface 26 and / or computer system 50 (eg, part of the mobile logging installation or vehicle 44) may perform various operations such as converting signals from one format to another, recording of sample analysis measurements, processing of sample analysis measurements, display of sample analysis measurements or related sample properties, etc. Figures 3A and 3B illustrate sample analysis tool configurations. In FIG. 3A, the sample analysis tool 100A includes an angle-selective broadband filter 14 located between the ER source 11 and the sample 13. According to this configuration, the radiation the electromagnetic radiation to be analyzed corresponds to the optical path 10A, while electromagnetic radiation emitted by the source of ER 11 passes through the wideband selective filter at the angle 14, is reflected on the sample 13, crosses the broadband filter Selective at the angle 14, passes through the optical element 15 and leads to the ER transducer 16A. As can be seen, the sample analysis tool 100A also includes a transducer 16B that detects dispersed or non-specular electromagnetic radiation 118 that is reflected on the surface of the sample 13 at angles that bring scattered electromagnetic radiation. or non-specular 118 to reflect on the wideband selective filter at angle 14 rather than crossing it. In some embodiments, dispersed or non-specular electromagnetic radiation 118 is due to sample 13 having planar and / or non-laminar structures 106 along its surface. The signals emitted by the transducer 16A and / or the transducer 16B in response to incident electromagnetic radiation are digitized, recorded and analyzed to characterize a property of the sample 13 as described herein. In some embodiments, the relative intensities of the electromagnetic radiation detected by the ER transducer 16A and 16B can be compared to characterize a property of the sample 13. In FIG. 3B, the analysis tool of FIG. Sample 100B comprises a sample 13 which lies between the source of ER 11 and the wideband selective filter at angle 14. According to this configuration, the electromagnetic radiation to be analyzed corresponds to the optical path 10B, whereas a radiation electromagnetic emitted by the ER source 11 passes through the sample 13, passes through the wideband selective filter at the angle 14, passes through the wideband selective filter at the angle 14, passes through the optical element 15 and leads to the ER 16A transducer. As can be seen, the sample analysis tool 100B also includes a transducer 16B that detects dispersed or non-specular electromagnetic radiation 118 that is reflected on the surface of the sample 13 at angles that bring the scattered electromagnetic radiation. or non-specular to reflect on the selective broadband filter at angle 14 rather than crossing it. In some embodiments, dispersed or non-specular electromagnetic radiation 118 is due to sample 13 having planar and / or non-laminar structures 106 along its surface. The signals emitted by the transducer 16A and / or the transducer 16B in response to incident electromagnetic radiation are digitized, recorded and analyzed to characterize a property of the sample 13 as described herein. In some embodiments, the relative intensities of the electromagnetic radiation detected by the ER transducer 16A and 16B can be compared to characterize a property of the sample 13.
20 Dans au moins certains modes de réalisation, les filtres à large bande sélectifs selon l'angle 14 décrits ici peuvent être utilisés en association à des techniques de masquage spatial. Sinon, les filtres à large bande sélectifs selon l'angle 14 décrits ici correspondent à des piles de film fin qui peuvent être intégrés avec des éléments optiques 15, un transducteur d'ER 16 ou une fenêtre d'échantillonnage pour séparer le rayonnement électromagnétique incident non 25 spéculaire. Comme le principe de filtres sélectifs selon l'angle repose sur l'exploitation de l'angle de Brewster pour la conception à pile de films, dans des scénarios où seul le rayonnement électromagnétique P-polarisé est transmis, au moins un polariseur peut être placé après les filtres à large bande sélectifs selon l'angle 14 pour ne capter que le rayonnement électromagnétique P-polarisé.In at least some embodiments, the angle selective broadband filters 14 described herein may be used in conjunction with spatial masking techniques. Otherwise, the angle-selective broadband filters 14 described herein correspond to thin film stacks that can be integrated with optical elements 15, an ER transducer 16, or a sampling window to separate incident electromagnetic radiation. not specular. Since the principle of angle selective filters relies on the use of the Brewster angle for film pile design, in scenarios where only P-polarized electromagnetic radiation is transmitted, at least one polarizer can be placed after the angle selective broadband filters 14 to capture only the P-polarized electromagnetic radiation.
30 La figure 4 illustre un procédé d'analyse d'échantillons 200. Comme on le voit, le procédé 200 comprend la disposition d'un échantillon et d'un filtre à large bande sélectif selon l'angle le long d'un chemin optique au bloc 202. Comme on l'indique ici, l'échantillon peut se trouver entre une source d'ER et le filtre à large bande sélectif selon l'angle. Sinon, le filtre à large bande sélectif selon l'angle peut se trouver entre une source d'ER et l'échantillon. Au 8 3035219 niveau du bloc 204, un signal est émis en réponse au rayonnement électromagnétique qui traverse le filtre à large bande sélectif selon l'angle. Le signal peut par exemple être émis par un transducteur. Au niveau du bloc 206, les données correspondant au signal sont enregistrées, les données indiquant une propriété de l'échantillon. Comme on l'indique ici, 5 dans certains modes de réalisation, les transducteurs d'ER positionnés sur des côtés opposés d'un filtre à large bande sélectif selon l'angle peuvent être employés et leurs signaux respectifs comparés pour effectuer une analyse d'échantillon. En pareil cas, les blocs 204 et 206 peuvent impliquer la sortie et l'enregistrement de multiples signaux. Selon un mode de réalisation, le procédé d'analyse d'échantillon 200 correspond au 10 fonctionnement d'un photomètre qui fournit des informations concernant la manière dont l'intensité du rayonnement électromagnétique est affectée du fait d'une réflexion, d'une émission ou d'une transmission à travers un échantillon. Selon un autre mode de réalisation, le procédé d'analyse d'échantillon 200 correspond au fonctionnement d'un ellipsomètre qui fournit des informations concernant la manière dont la polarisation du rayonnement 15 électromagnétique est affectée du fait d'une réflexion ou d'une traversée d'un échantillon. Selon un autre mode de réalisation encore, le procédé d'analyse d'échantillon 200 correspond au fonctionnement d'un spectromètre qui fournit des informations concernant la manière dont les longueurs d'onde du rayonnement électromagnétique sont affectées du fait d'une réflexion, d'une émission ou d'une transmission à travers un échantillon. Le procédé d'analyse 20 d'échantillon 200 peut être effectué au fond du trou comme on l'indique ici ou à la surface de la terre (par ex. dans un laboratoire). Les modes de réalisation décrits ici comprennent : A : un outil d'analyse d'échantillon comprend une chambre d'échantillon pour contenir un échantillon. L'outil comprend aussi un filtre à large bande sélectif selon l'angle disposé le 25 long d'un chemin optique avec la chambre d'échantillon. L'outil comprend aussi un transducteur d'ER qui émet un signal en réponse au rayonnement électromagnétique qui traverse le filtre à large bande sélectif selon l'angle. L'outil comprend aussi un dispositif d'enregistrement qui enregistre des données correspondant à la sortie de signaux à partir du transducteur d'ER, les données indiquant une propriété de l'échantillon.FIG. 4 illustrates a sample analysis method 200. As can be seen, the method 200 comprises disposing a sample and a wideband filter according to the angle along an optical path in block 202. As shown here, the sample can be between an ER source and the angle-selective broadband filter. Alternatively, the angle-selective broadband filter may be between an ER source and the sample. At the level of block 204, a signal is emitted in response to the electromagnetic radiation passing through the angle selective wideband filter. The signal may for example be emitted by a transducer. At block 206, the data corresponding to the signal is recorded, the data indicating a property of the sample. As shown here, in some embodiments, ER transducers positioned on opposite sides of an angle-selective broadband filter can be employed and their respective signals compared to perform a scan. sample. In such a case, the blocks 204 and 206 may involve the output and the recording of multiple signals. According to one embodiment, the sample analysis method 200 corresponds to the operation of a photometer which provides information as to how the intensity of the electromagnetic radiation is affected by reflection, emission or transmission through a sample. According to another embodiment, the sample analysis method 200 corresponds to the operation of an ellipsometer which provides information as to how the polarization of the electromagnetic radiation is affected due to reflection or crossing. of a sample. According to yet another embodiment, the sample analysis method 200 corresponds to the operation of a spectrometer which provides information as to how the wavelengths of the electromagnetic radiation are affected by reflection, an emission or transmission through a sample. The sample analysis method 200 may be performed at the bottom of the hole as indicated here or on the surface of the earth (eg in a laboratory). Embodiments described herein include: A: A sample analysis tool includes a sample chamber for holding a sample. The tool also includes an angle selective broadband filter disposed along an optical path with the sample chamber. The tool also includes an ER transducer that emits a signal in response to the electromagnetic radiation that passes through the angle selective broadband filter. The tool also includes a recording device that records data corresponding to the signal output from the ER transducer, the data indicating a property of the sample.
30 B : Un procédé d'analyse d'échantillon comprend la disposition d'un échantillon et d'un filtre à large bande sélectif selon l'angle le long d'un chemin optique. Le procédé comprend aussi l'émission d'un signal en réponse au rayonnement électromagnétique qui traverse le filtre à large bande sélectif selon l'angle. Le procédé comprend aussi 9 3035219 l'enregistrement des données correspondant au signal, les données indiquant une propriété de l'échantillon. Chacun des modes de réalisation A et B peuvent comporter au moins un des éléments supplémentaires suivants, dans une combinaison quelconque. Élément 1 : comprenant en 5 outre également un boîtier et une source d'ER dans le boîtier. Élément 2 : l'échantillon est exposé à une source d'ER et les données indiquent une propriété de l'échantillon. Élément 3 : l'échantillon émet un rayonnement électromagnétique et les données indiquent une propriété de l'échantillon. Élément 4 : le filtre à large bande sélectif selon l'angle et le transducteur d'ER sont disposés dans l'outil pour empêcher que le rayonnement électromagnétique diffusé 10 ou le rayonnement électromagnétique non spéculaire n'atteigne le transducteur d'ER. Élément 5 : comprenant en outre un transducteur d'ER supplémentaire pour émettre un signal supplémentaire en réponse à une certaine quantité de rayonnement électromagnétique diffusé ou de rayonnement électromagnétique non spéculaire qui ne traverse pas le filtre à large bande sélectif selon l'angle, les données correspondant au signal supplémentaire servant à 15 déterminer la propriété de l'échantillon. Élément 6 : comprenant en outre un polariseur positionné entre le filtre à large bande sélectif selon l'angle et le transducteur d'ER. Élément 7 : l'outil d'analyse d'échantillon correspond à un photomètre. Élément 8 : l'outil d'analyse d'échantillon correspond à un spectromètre. Élément 9: l'outil d'analyse d'échantillon correspond à un ellipsomètre. Élément 10 : l'outil d'analyse d'échantillon est déployé dans un 20 environnement de fond de puits. Élément 11 : comprenant en outre l'exposition de l'échantillon à une source d'ER. Élément 12 : comprenant en outre l'utilisation de l'échantillon comme une source d'ER. Élément 13 : comprenant en outre la polarisation du rayonnement électromagnétique qui traverse le filtre à large bande sélectif selon l'angle, le signal étant affecté par la polarisation.B: A sample analysis method comprises disposing a sample and a wideband filter at an angle along an optical path. The method also includes transmitting a signal in response to the electromagnetic radiation that passes through the angle selective broadband filter. The method also includes recording the data corresponding to the signal, the data indicating a property of the sample. Each of Embodiments A and B may comprise at least one of the following additional elements in any combination. Element 1: further comprising also a housing and an ER source in the housing. Element 2: The sample is exposed to an RA source and the data indicates a property of the sample. Element 3: The sample emits electromagnetic radiation and the data indicates a property of the sample. Element 4: The angle selective filter and the ER transducer are disposed in the tool to prevent diffused electromagnetic radiation 10 or non-specular electromagnetic radiation from reaching the ER transducer. Element 5 further comprising an additional ER transducer for outputting an additional signal in response to a certain amount of scattered electromagnetic radiation or nonspecular electromagnetic radiation that does not pass through the angle-selective broadband filter, the data corresponding to the additional signal for determining the property of the sample. Element 6: further comprising a polarizer positioned between the angle-selective broadband filter and the ER transducer. Element 7: The sample analysis tool corresponds to a photometer. Element 8: The sample analysis tool corresponds to a spectrometer. Element 9: The sample analysis tool corresponds to an ellipsometer. Element 10: The sample analysis tool is deployed in a downhole environment. Element 11: further comprising exposing the sample to an ER source. Element 12: further comprising using the sample as a source of ER. Element 13: further comprising the polarization of the electromagnetic radiation passing through the angle-selective broadband filter, the signal being affected by the bias.
25 Élément 14 : comprenant en outre le filtrage du rayonnement électromagnétique qui traverse le filtre à large bande sélectif selon l'angle en fonction de la longueur d'onde, le signal étant affecté par le filtrage. Élément 15 : comprenant aussi l'émission d'un signal supplémentaire en réponse au rayonnement électromagnétique diffusé ou au rayonnement électromagnétique non spéculaire qui ne traverse pas le filtre à large bande sélectif selon l'angle. Élément 16 : 30 comprenant en outre la collecte de l'échantillon dans un environnement de fond de puits avant lesdits arrangement, émission et enregistrement. Élément 17 : lesdits arrangement, émission et enregistrement ont lieu dans un environnement de fond de puits. Élément 18 : transmission des données d'un environnement de fond de puits à un ordinateur situé en surface, l'ordinateur de surface affichant des informations relatives à la propriété de l'échantillon. -10-Element 14 further comprising filtering the electromagnetic radiation that passes through the wideband filter according to the angle as a function of the wavelength, the signal being affected by the filtering. Element 15: Also comprising transmitting an additional signal in response to scattered electromagnetic radiation or non-specular electromagnetic radiation that does not pass through the angle-selective broadband filter. Element 16: 30 further comprising collecting the sample in a downhole environment prior to said arrangement, transmission and recording. Element 17: The said arrangement, transmission and recording take place in a downhole environment. Element 18: Transmission of data from a downhole environment to a surface computer, where the surface computer displays information about the property of the sample. -10-
Claims (20)
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Citations (3)
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2016
- 2016-03-10 FR FR1652024A patent/FR3035219A1/fr active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| SHEN YICHEN ET AL: "Optical Broadband Angular Selectivity", SCIENCE, vol. 343, no. 6178, 28 March 2014 (2014-03-28), pages 1499 - 1501, XP055447749, ISSN: 0036-8075, DOI: 10.1126/science.1248797 * |
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