Title:
Problemanalysewerkzeug, das einen winkelselektiven Breitbandfilter einsetzt
Document Type and Number:
Kind Code:
T5

Abstract:

Ein Probenanalysewerkzeug beinhaltet eine Probenkammer, um eine Probe zu halten. Das Werkzeug beinhaltet auch ein winkelselektives Breitbandfilter, das entlang eines Strahlengangs mit der Probenkammer angeordnet ist. Das Werkzeug beinhaltet auch einen Wandler elektromagnetischer Strahlung (ER), der ein Signal als Reaktion auf elektromagnetische Strahlung ausgibt, die durch das winkelselektive Breitbandfilter hindurchgeht. Das Werkzeug beinhaltet auch eine Speichervorrichtung, die Daten speichert, die dem Signal entsprechen, das von dem ER-Wandler ausgegeben wird, wobei die Daten eine Eigenschaft der Probe angeben.





Inventors:
Price, James M., Tex. (Spring, US)
Perkins, David L., Tex. (The Woodlands, US)
Application Number:
DE112015006132T
Publication Date:
11/02/2017
Filing Date:
08/12/2015
Assignee:
Halliburton Energy Services, Inc. (Tex., Houston, US)
International Classes:
G01N21/17; G01N21/47; G01N21/49; G01V8/10
Attorney, Agent or Firm:
Fleuchaus & Gallo Partnerschaft mbB, 81369, München, DE
Claims:
1. Probenanalysewerkzeug, umfassend,
eine Probenkammer, um eine Probe zu halten;
ein winkelselektives Breitbandfilter, das entlang eines Strahlengangs mit der Probenkammer angeordnet ist;
einen Wandler elektromagnetischer Strahlung (ER), der ein Signal als Reaktion auf elektromagnetische Strahlung ausgibt, die durch das winkelselektive Breitbandfilter hindurchgeht; und
eine Speichervorrichtung, die Daten speichert, die dem Signal entsprechen, das von dem ER-Wandler ausgegeben wird, wobei die Daten eine Eigenschaft der Probe angeben.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Gehäuse und eine ER-Quelle innerhalb des Gehäuses.

3. Werkzeug nach Anspruch 1, wobei die Probe einer ER-Quelle ausgesetzt ist und wobei die Daten eine Eigenschaft der Probe angeben.

4. Werkzeug nach Anspruch 1, wobei die Probe elektromagnetische Strahlung emittiert und wobei die Daten eine Eigenschaft der Probe angeben.

5. Werkzeug nach Anspruch 1, wobei das winkelselektive Breitbandfilter und der ER-Wandler innerhalb des Werkzeuges angeordnet sind, um zu verhindern, dass gestreute elektromagnetische Strahlung oder ungerichtete elektromagnetische Strahlung zum ER-Wandler gelangt.

6. Werkzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend einen zusätzlichen ER-Wandler zum Ausgeben eines zusätzlichen Signals als Reaktion auf eine Menge gestreuter elektromagnetischer Strahlung oder ungerichteter elektromagnetischer Strahlung, die nicht durch das winkelselektive Breitbandfilter hindurchgeht, wobei Daten, die dem zusätzlichen Signal entsprechen, verwendet werden, um die Eigenschaft der Probe zu bestimmen.

7. Werkzeug nach Anspruch 1, ferner umfassend einen zwischen dem winkelselektiven Breitbandfilter und dem ER-Wandler positionierten Polarisator.

8. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Probenanalysewerkzeug einem Photometer entspricht.

9. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Probenanalysegerät einem Spektrometer entspricht.

10. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Probenanalysegerät einem Ellipsometer entspricht.

11. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Probenanalysewerkzeug in einer Bohrlochumgebung eingesetzt wird.

12. Probenanalyseverfahren, umfassend:
Anordnen einer Probe und eines winkelselektiven Breitbandfilters entlang eines Strahlengangs;
Ausgeben eines Signals als Reaktion auf elektromagnetische Strahlung, die durch das winkelselektive Breitbandfilter hindurchgeht; und
Speichern von Daten, die dem Signal entsprechen, wobei die Daten eine Eigenschaft der Probe angeben.

13. Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend Aussetzen der Probe einer Quelle elektromagnetischer Strahlung.

14. Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend Verwenden der Probe als Quelle elektromagnetischer Strahlung.

15. Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend Polarisieren der elektromagnetischen Strahlung, die durch das winkelselektive Breitbandfilter hindurchgeht, wobei das Signal durch das Polarisieren beeinflusst wird.

16. Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend Filtern elektromagnetischer Strahlung, die durch das winkelselektive Breitbandfilter hindurchgeht, als Funktion der Wellenlänge, wobei das Signal durch das Filtern beeinflusst wird.

17. Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend Ausgeben eines zusätzlichen Signals, das für gestreute elektromagnetische Strahlung oder ungerichtete elektromagnetische Strahlung repräsentativ ist, die nicht durch das winkelselektive Breitbandfilter hindurchgeht.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, ferner umfassend Entnehmen der Probe in einer Bohrlochumgebung vor dem Anordnen, Ausgeben und Speichern.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei das Anordnen, Ausgeben und Speichern in einer Bohrlochumgebung durchgeführt werden.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, ferner umfassend Befördern der Daten von einer Bohrlochumgebung zu einem Oberflächencomputer, wobei der Oberflächencomputer Informationen bezüglich der Eigenschaft der Probe anzeigt.

Description:
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

Es gibt verschiedene Werkzeuge, um Proben mit elektromagnetischer Strahlung zu analysieren. Ein beispielhaftes Probenanalysewerkzeug, das als Photometer bezeichnet wird, stellt Informationen darüber bereit, wie die Eigenschaften elektromagnetischer Strahlung aufgrund dessen beeinflusst werden, dass sie von einer Probe reflektiert oder emittiert wird oder durch eine solche hindurchgeht. Ein weiteres beispielhaftes Werkzeug, das als Ellipsometer bezeichnet wird, stellt Informationen darüber bereit, wie die Polarität der elektromagnetischen Strahlung aufgrund dessen beeinflusst wird, dass sie von einer Probe reflektiert wird oder durch eine solche hindurchgeht. Ein weiteres beispielhaftes Werkzeug, das als Spektrometer bezeichnet wird, stellt Informationen darüber beriet, wie bestimmte Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung aufgrund dessen beeinflusst werden, dass sie von einer Probe reflektiert oder emittiert wird oder durch eine solche hindurchgeht. Bisherige Anstrengungen zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Probenanalysewerkzeugen beinhalten eine sorgfältige Anordnung von räumlichen Maskierungskomponenten, Abbildungsoptiken und/oder Linsen entlang eines Strahlengangs. In einer Bohrlochumgebung ist der verfügbare Platz für Probenanalysewerkzeugkomponenten begrenzt. Anstrengungen zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Probenanalysewerkzeugen, insbesondere angesichts von Abstandsbeschränkungen und/oder extremen Umgebungen, werden unternommen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Dementsprechend werden hier beispielhafte Probenanalysewerkzeuge und -verfahren offenbart, die ein winkelselektives Breitbandfilter einsetzen. In den Zeichnungen zeigen:

1 ein beispielhaftes Probenanalysewerkzeug;

2A eine beispielhafte Bohrumgebung;

2B eine beispielhafte Wireline-Vermessungsumgebung;

3A und 3B beispielhafte Probenanalysewerkzeugkonfigurationen; und

4 ein beispielhaftes Probenanalyseverfahren.

Es versteht sich jedoch, dass die konkreten Ausführungsformen, die in den Zeichnungen und der detaillierten Beschreibung unten angegeben sind, die Offenbarung nicht beschränken. Im Gegenteil, sie stellen die Grundlage für einen Durchschnittsfachmann dazu dar, die alternativen Formen, Äquivalente und anderen Modifikationen zu unterscheiden, die im Umfang der beigefügten Ansprüche enthalten sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

Hier sind Probenanalysewerkzeuge und verwandte Verfahren offenbart, die ein winkelselektives Breitbandfilter einsetzen. Im hier verwendeten Sinne bezieht sich der Begriff „winkelselektives Breitbandfilter“ auf eine optische Komponente, die es ermöglicht, dass elektromagnetische Strahlung in einem weiten Frequenzbereich durch sie hindurchgeht, aber nur bei einem bestimmten Einfallswinkel oder einem engen Bereich von Einfallswinkeln. Ohne Beschränkung ist ein dokumentiertes winkelselektives Breitbandfilter zu 98 % durchlässig für p-polarisierte elektromagnetische Strahlung unter einem Winkel von 55° +/– etwa 4°. Siehe Yichen Shen et al., Optical Broadband Angular Selektivity, Science 343, 1499 (2014). Die Verwendung eines winkelselektiven Breitbandfilters in Probenanalysewerkzeugen (z.B. Photometern, Ellipsometern und Spektrometern) stellt neue Designoptionen bereit, die bestehende Probenanalysewerkzeuge verbessern oder ersetzen könnten.

In mindestens einigen Ausführungsformen enthält ein beispielhaftes Probenanalysewerkzeug eine Probenkammer, um eine Probe zu halten. Das Werkzeug beinhaltet auch ein winkelselektives Breitbandfilter, das entlang eines Strahlengangs mit der Probenkammer angeordnet ist. Das Werkzeug beinhaltet auch einen Wandler elektromagnetischer Strahlung (ER) (einen Detektor), der ein Signal als Reaktion auf elektromagnetische Strahlung ausgibt, die durch das winkelselektive Breitbandfilter hindurchgeht. Das Werkzeug beinhaltet auch eine Speichervorrichtung, die Daten speichert, die dem Signal entsprechen, das von dem ER-Wandler ausgegeben wird, wobei die Daten eine Eigenschaft der Probe angeben. Unterdessen beinhaltet ein beispielhaftes Fluidanalyseverfahren Anordnen einer Probe und eines winkelselektiven Breitbandfilters entlang eines Strahlengangs. Das Verfahren beinhaltet auch Ausgeben eines Signals als Reaktion auf elektromagnetische Strahlung, die durch das winkelselektive Breitbandfilter hindurchgeht. Das Verfahren beinhaltet auch Speichern von Daten, die dem Signal entsprechen, wobei die Daten eine Eigenschaft der Probe angeben. Verschiedene Probenentnahmeoptionen, Probeanalysewerkzeugkonfigurationsoptionen, Datenspeicher- und Analyseoptionen und Bohrlochszenariooptionen werden hier beschrieben.

Die offenbarten Verfahren und Systeme werden am besten verstanden, wenn sie in einem beispielhaften Verwendungskontext beschrieben werden. 1 zeigt ein beispielhaftes Probenanalysewerkzeug 9. Das Probenanalysewerkzeug 9 beinhaltet eine ER-Quelle 11, eine Probenkammer 12, ein winkelselektives Breitbandfilter 14, ein optisches Element 15 und mindestens einen ER-Wandler 16, die entlang eines Strahlengangs 10 angeordnet sind. Die Anordnung und Ausrichtung der entlang des Strahlengangs 10 eingesetzten Komponenten kann variieren. Ferner entspricht der Strahlengang 10 nicht notwendigerweise einem geraden Weg (z.B. können Ecken, Kurven oder andere Richtungsänderungen entlang des Strahlengangs 10 vorhanden sein). Ferner kann das Probenanalysewerkzeug 9 räumliche Maskierungskomponenten, Abbildungsoptiken und/oder Linsen entlang des Strahlengangs 10 beinhalten. Alternativ können solche Komponenten je nach der Anordnung des winkelselektiven Filters 14 und des/der ER-Wandler(s) 16 weggelassen werden. In einigen Ausführungsformen erfasst ein ER-Wandler 16 elektromagnetische Strahlung, die durch das winkelselektive Breitbandfilter 14 hindurchgegangen ist, während ein zusätzlicher ER-Wandler 16 gestreute elektromagnetische Strahlung oder ungerichtete elektromagnetische Strahlung erfasst, die nicht durch das winkelselektive Breitbandfilter 14 hindurchgeht.

In einigen Ausführungsformen kann die ER-Quelle 11 weggelassen werden, wenn elektromagnetische Strahlung außerhalb des Probenanalysewerkzeugs 9 verfügbar ist. Ferner ist in einigen Ausführungsformen eine Probe 13 innerhalb der Probenkammer 12 in der Lage, elektromagnetische Strahlung zu emittieren (z.B. durch ein durchlässiges Fenster der Probenkammer 12) und kann als ER-Quelle 11 dienen. Ferner entspricht in einigen Ausführungsformen das optische Element 15 einem oder mehreren von einem optischen Filter, einem Polarisationselement oder einem Wellenlängenauswahlelement. Beispielsweise kann das optische Element 15 ein optisches Filter sein, das die Übertragung von elektromagnetischer Strahlung in einem bestimmten Wellenlängenband (z.B. 550–560 nm, 1000–1100 nm oder 2300–3200 nm) ermöglicht, wenn das Probenanalysewerkzeug 9 einem Photometer entspricht. Ferner kann in einigen Ausführungsformen das optische Element 15 ein Wellenlängenauswahlelement sein, das als Funktion der Wellenlänge filtert, das enthalten sein kann, wenn das Probenanalysewerkzeug 9 einem Spektrometer entspricht. Ferner kann in einigen Ausführungsformen das optische Element 15 ein Polarisationselement sein, das als Funktion der Polarisation filtert, das enthalten sein kann, wenn das Probenanalysewerkzeug 9 einem Ellipsometer entspricht. In einigen Ausführungsformen kann das optische Element 15 einer Kombination eines optischen Filters, eines Polarisationselements und/oder eines Wellenlängenauswahlelements entsprechen.

In mindestens einigen Ausführungsformen beinhaltet das Probenanalysewerkzeug 9 auch mindestens einen Digitalisierer 17, um Analogsignale von jedem Detektor 16 in ein entsprechendes Digitalsignal umzuwandeln. Ferner kann das Probenanalysewerkzeug 9 einen Datenspeicher 18 beinhalten, um Daten zu speichern, die dem Ausgang jedes ER-Wandlers 16 entsprechen. Als weitere Option kann das Probenanalysewerkzeug 9 eine Kommunikationsschnittstelle 19 beinhalten, um Daten, die dem Ausgang jedes Detektors 16 entsprechen, an eine andere Vorrichtung zu übermitteln. Zusätzlich oder alternativ kann das Probenanalysewerkzeug 9 eine Verarbeitungseinheit (nicht gezeigt) beinhalten, um Daten zu verarbeiten, und/oder eine Anzeigeeinheit (nicht gezeigt), um Daten anzuzeigen, die dem Ausgang jedes Detektors 16 entsprechen. Beispielsweise können die Daten, die dem Ausgang jedes ER-Wandlers 16 entsprechen, analysiert werden, um eine Eigenschaft der Probe 13 zu identifizieren. Beispielsweise kann die identifizierte Eigenschaft einer Dichte (oder einem anderen physikalischen Parameter) und/oder einer chemischen Komponente entsprechen. Die identifizierte Eigenschaft kann über eine Anzeigeeinheit angezeigt und/oder unter Verwendung der Kommunikationsschnittstelle 19 an eine andere Vorrichtung übertragen werden. Die Konfiguration des Probenanalysewerkzeugs 9 kann je nach Umgebung variieren, in der das Probenanalysewerkzeug 9 verwendet wird. Zum Beispiel kann sich eine Bohrlochkonfiguration des Probenanalysewerkzeugs 9 aufgrund von räumlichen Beschränkungen, Probeentnahmebeschränkungen, Energiebeschränkungen, Umgebungsparametern (Temperatur, Druck usw.) oder anderen Faktoren von einer Laborkonfiguration des Probenanalysewerkzeugs 9 unterscheiden.

Ferner versteht es sich, dass das Probenanalysewerkzeug 9 Komponenten zum Erhalten einer Probe enthalten kann. Zum Beispiel kann das Probenanalysewerkzeug 9 zur Entnahme von Proben in einer Bohrlochumgebung eine Probenentnahmeschnittstelle beinhalten, die sich zu einer Bohrlochwand erstreckt und Fluid aus einer Formation zieht. Ferner kann die Probenentnahmeschnittstelle das Formationsfluid in die Probenkammer 12 leiten. Nach Wunsch können die erhaltenen Proben für eine spätere Analyse gelagert werden, nachdem ein Probenanalysewerkzeug 9 zurückgeholt worden ist (z.B. aus einer Bohrlochumgebung), oder die Proben können ausgespült werden, um eine Analyse einer nachfolgenden Probe zu ermöglichen, während das Probenanalysewerkzeug 9 in einer Bohrlochumgebung bleibt. Ferner versteht es sich, dass das Probenanalysewerkzeug 9 Komponenten zum Steuern des Drucks oder der Temperatur einer Probe während der Analyse beinhalten kann.

2A zeigt eine beispielhafte Bohrumgebung 20A. In 2A ermöglicht eine Bohrbaugruppe 24, dass ein Bohrstrang 31 in einem Bohrloch 25 abgesenkt und angehoben wird, das die Formationen 29 der Erde 28 durchdringt. Der Bohrstrang 31 ist beispielsweise aus einem modularen Satz von Bohrstrangsegmenten 32 und Adaptern 33 gebildet. An dem unteren Ende des Bohrstrangs 31 entfernt eine Bohrgarnitur 34 mit einem Bohrmeißel 40 Material aus den Formationen 29 unter Verwendung bekannter Bohrtechniken. Die Bohrgarnitur 34 beinhaltet auch einen oder mehrere Bohrkrägen 37 und ein Bohrlochwerkzeug 36 mit einer oder mehreren Probenanalyseeinheiten 38A38N, von denen jede einer gewissen Abwandlung des in 1 beschriebenen Probenanalysewerkzeugs 9 entsprechen kann. Zur Entnahme von Fluidproben in der Bohrumgebung 20A beinhaltet das Bohrlochwerkzeug 36 eine Probeentnahmeschnittstelle (nicht gezeigt). Beispielsweise kann die Probeentnahmeschnittstelle in einem Bohrkragen 37 nahe dem Bohrmeißel 40 integriert sein. die Bohrvorgänge können nach Bedarf angehalten werden, um zu ermöglichen, dass Fluidproben unter Verwendung bekannter Probeentnahmetechniken erhalten werden können.

Zusätzlich zu den Probenanalyseeinheiten 38A38N kann das Bohrlochwerkzeug 36 auch Elektronik für die Datenspeicherung, Kommunikation usw. beinhalten. In verschiedenen Ausführungsformen werden Probenanalysemessungen, die durch die eine oder die mehreren Probenanalyseeinheiten 38A38N erhalten werden, zur Erdoberfläche übermittelt (z.B. drahtgebundene Rohrtelemetrie, Schlammimpulstelemetrie, akustische Telemetrie, elektromagnetisch) und/oder von dem Bohrlochwerkzeug 36 gespeichert. In mindestens einigen Ausführungsformen kann sich ein Kabel 27A von der BHA 34 zur Erdoberfläche erstrecken. Beispielsweise kann das Kabel 27A unterschiedliche Formen annehmen, wie etwa eingebettete elektrische Leiter und/oder optische Wellenleiter (z.B. Fasern), um eine Übertragung von Energie und/oder Kommunikationen zwischen der Bohrgarnitur 34 und der Erdoberfläche zu ermöglichen. Anders ausgedrückt kann das Kabel 27A mit den modularen Komponenten des Bohrstrangs 31 integriert, daran befestigt oder darin enthalten sein.

In 2A empfängt eine Schnittstelle 26 an der Erdoberfläche Probenanalysemessungen (oder andere im Bohrloch erfasste Daten) über das Kabel 27A oder einen anderen Telemetriekanal und übermittelt die Probenanalysemessungen an ein Computersystem 50. In einigen Ausführungsformen können die Oberflächenschnittstelle 26 und/oder das Computersystem 50 verschiedene Vorgänge durchführen, wie etwa Umwandeln von Signalen von einem Format in ein anderes, Speichern von Probenanalysemessungen und/oder Verarbeiten von Probenanalysemessungen, um Informationen über Eigenschaften einer Probe zu gewinnen. Beispielsweise beinhaltet das Computersystem 50 in mindestens einigen Ausführungsformen eine Verarbeitungseinheit 52, die Probenanalysemessungen oder zugehörige Probeneigenschaften durch Ausführen von Software oder Anweisungen, die von einem lokalen oder entfernten nicht-transitorischen computerlesbaren Medium 58 erhalten werden, anzeigt. Das Computersystem 50 kann auch eine oder mehrere Eingabevorrichtungen 56 (z.B. eine Tastatur, eine Maus, ein Berührungsfeld usw.) und eine oder mehrere Ausgabevorrichtungen 54 (z.B. einen Monitor, einen Drucker usw.) beinhalten. Solche Eingabevorrichtung(en) 56 und/oder Ausgabevorrichtung(en) 54 stellen eine Benutzerschnittstelle bereit, die es einem Bediener ermöglicht, mit dem Bohrlochwerkzeug 36 und/oder Software, die von der Verarbeitungseinheit 52 ausgeführt wird, zu interagieren. Zum Beispiel kann es das Computersystem 50 einem Bediener ermöglichen, Probenentnahmeoptionen auszuwählen, Probenanalyseoptionen auszuwählen, erfasste Probenanalysemessungen anzuschauen, von den Probenanalysemessungen erhaltene Probeneigenschaften anzuschauen und/oder andere Aufgaben auszuführen. Ferner können Informationen über die Bohrlochposition, bei der eine bestimmte Probe entnommen wird, berücksichtigt und verwendet werden, um Bohrlochkomplettierungsentscheidungen und/oder andere strategische Entscheidungen im Zusammenhang mit der Förderung von Kohlenwasserstoffen zu ermöglichen.

Zu verschiedenen Zeiten während des Bohrvorgangs kann der in 2A gezeigte Bohrstrang 31 aus dem Bohrloch 25 herausgeholt werden. Bei herausgeholtem Bohrstrang 31 beinhaltet eine weitere Option zum Durchführen von Probenanalysevorgängen die Wireline-Umgebung 20B von 2B. In 2B ist ein Wirline-Werkzeugstrang 60 in einem Bohrloch 25 aufgehängt, das die Formationen 29 der Erde 28 durchdringt. Zum Beispiel kann der Wireline-Werkzeugstrang 60 durch ein Kabel 42 aufgehängt werden, das Leiter und/oder optische Fasern umfasst, um den Wireline-Werkzeugstrang 60 mit Energie zu versorgen. Das Kabel 42 kann auch als Kommunikationsschnittstelle für Bohrlochaufwärts- und Bohrlochabwärtskommunikationen verwendet werden. In mindestens einigen Ausführungsformen wird das Kabel 42 nach Bedarf auf eine Kabeltrommel 54 gewickelt bzw. von dieser abgewickelt, wenn der Wireline-Werkzeugstrang 60 absenkt oder angehoben wird. Wie gezeigt, kann die Kabeltrommel 54 Teil einer beweglichen Vermessungseinrichtung oder eines Fahrzeugs 42 sein, das eine Kabelführung 52 aufweist.

In mindestens einigen Ausführungsformen beinhaltet der Wireline-Werkzeugstrang 60 ein oder mehrere Vermessungswerkzeuge 64 und ein Bohrlochwerkzeug 62 mit einer oder mehreren Probenanalyseeinheiten 38A38N, von denen jede einer Abwandlung des in 1 beschriebenen Probenanalysewerkzeugs 9 entsprechen kann. Das Bohrlochwerkzeug 62 kann auch Elektronik für Datenspeicherung, Kommunikation usw. beinhalten. Die von der einen oder den mehreren Probenanalyseeinheiten 38A38N erhaltenen Probenanalysemessungen werden an die Erdoberfläche übermittelt und/oder von dem Bohrlochwerkzeug 62 gespeichert. In beiden Fällen können die Probenanalysemessungen verwendet werden, um eine oder mehrere Eigenschaften einer Probe zu bestimmen, die in der Bohrlochumgebung entnommen wurde. Beispielsweise können die Probenanalysemessungen verwendet werden, um eine Dichte einer Probe zu bestimmen, um das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Chemikalie festzustellen und/oder eine andere Eigenschaft einer Probe zu bestimmen. Ferner können Informationen über die Bohrlochposition, bei der eine bestimmte Probe entnommen wurde, berücksichtigt und verwendet werden, um Komplettierungsentscheidungen und/oder andere strategische Entscheidungen im Zusammenhang mit der Förderung von Kohlenwasserstoffen zu ermöglichen.

An der Erdoberfläche empfängt eine Oberflächenschnittstelle 26 die Probenanalysemessungen über das Kabel 42 und übermittelt die Probenanalysemessungen an ein Computersystem 50. Wie zuvor erörtert, können/kann die Schnittstelle 26 und/oder das Computersystem 50 (z.B. ein Teil der beweglichen Vermessungseinrichtung eines Fahrzeugs 44) verschiedene Vorgänge durchführen, wie etwa Umwandeln von Signalen von einem Format in ein anderes, Speichern der Probenanalysemessungen, Verarbeiten der Probenanalysemessungen, Anzeigen der Probenanalysemessungen oder der zugehörigen Probeneigenschaften usw.

3A und 3B zeigen beispielhafte Probenanalysewerkzeugkonfigurationen. In 3A beinhaltet das Probenanalysewerkzeug 100A ein winkelselektives Breitbandfilter 14, das sich zwischen der ER-Quelle 11 und der Probe 13 befindet. Bei dieser Konfiguration entspricht die zu analysierende elektromagnetische Strahlung dem Strahlengang 10A, in dem von der ER-Quelle 11 emittierte elektromagnetische Strahlung durch das winkelselektive Breitbandfilter 14 hindurchgeht, von der Probe 13 reflektiert wird, erneut durch das winkelselektive Breitbandfilter 14 hindurchgeht, durch das optische Element 15 hindurchgeht und zum ER-Wandler 16A gelangt. Wie gezeigt, beinhaltet das Probenanalysewerkzeug 100A auch einen ER-Wandler 16B, der gestreute oder ungerichtete elektromagnetische Strahlung 118 erfasst, die an der Oberfläche der Probe 13 unter Winkeln reflektiert wird, die bewirken, dass die gestreute oder ungerichtete elektromagnetische Strahlung 118 an dem winkelselektiven Breitbandfilter 14 reflektiert werden, anstatt durch dieses hindurchzugehen. In mindestens einigen Ausführungsformen ist die gestreute oder ungerichtete elektromagnetische Strahlung 118 darauf zurückzuführen, dass die Probe 13 nicht-planare und/oder nicht-laminare Strukturen 106 entlang ihrer Oberfläche aufweist. Die Signale, die von dem ER-Wandler 16A und/oder dem ER-Wandler 16B als Reaktion auf einfallende elektromagnetische Strahlung ausgegeben werden, werden digitalisiert, gespeichert und analysiert, um eine Eigenschaft der Probe 13 zu charakterisieren, wie hier beschrieben. In mindestens einigen Ausführungsformen können die relativen Intensitäten der durch den ER-Wandler 16A und den ER-Wandler 16B erfassten elektromagnetischen Strahlung verglichen werden, um eine Eigenschaft der Probe 13 zu charakterisieren.

In 3B beinhaltet das Probenanalysewerkzeug 100B eine Probe 13, die sich zwischen der ER-Quelle 11 und dem winkelselektiven Breitbandfilter 14 befindet. Bei dieser Konfiguration entspricht die zu analysierende elektromagnetische Strahlung dem Strahlengang 10B, in dem von der ER-Quelle 11 emittierte elektromagnetische Strahlung durch die die Probe 13 hindurchgeht, durch das winkelselektive Breitbandfilter 14 hindurchgeht, durch das optische Element 15 hindurchgeht und zum ER-Wandler 16A gelangt. Wie gezeigt, beinhaltet das Probenanalysewerkzeug 100B auch einen ER-Wandler 16B, der gestreute oder ungerichtete elektromagnetische Strahlung 118 erfasst, die an der Oberfläche der Probe 13 unter Winkeln reflektiert wird, die bewirken, dass die gestreute oder ungerichtete elektromagnetische Strahlung an dem winkelselektiven Breitbandfilter 14 reflektiert werden, anstatt durch dieses hindurchzugehen. In mindestens einigen Ausführungsformen ist die gestreute oder ungerichtete elektromagnetische Strahlung 118 darauf zurückzuführen, dass die Probe 13 nicht-planare und/oder nicht-laminare Strukturen 106 entlang ihrer Oberfläche aufweist. Die Signale, die von dem ER-Wandler 16A und/oder dem ER-Wandler 16B als Reaktion auf einfallende elektromagnetische Strahlung ausgegeben werden, werden digitalisiert, gespeichert und analysiert, um eine Eigenschaft der Probe 13 zu charakterisieren, wie hier beschrieben. In mindestens einigen Ausführungsformen können die relativen Intensitäten der durch den ER-Wandler 16A und den ER-Wandler 16B erfassten elektromagnetischen Strahlung verglichen werden, um eine Eigenschaft der Probe 13 zu charakterisieren.

In mindestens einigen Ausführungsformen können das hier beschriebene winkelselektive Breitbandfilter 14 in Kombination mit verfügbaren räumlichen Maskierungstechniken verwendet werden. Alternativ entsprechen die hier beschriebenen winkelselektiven Breitbandfilter 14 Dünnfilmstapeln, die in das optische Element 15, den ER-Wandler 16 oder das Probenentnahmefenster integriert werden könnten, um eine einfallende ungerichtete elektromagnetische Strahlung herauszufiltern. Da sich das Prinzip der winkelselektiven Filter auf die Ausnutzung des Brewster-Winkels für das Filmstapeldesign stützt, kann in Szenarien, in denen nur P-polarisierte elektromagnetische Strahlung übertragen wird, mindestens ein Polarisator nach den winkelelektrischen Breitbandfiltern 14 platziert werden, um die P-polarisierte elektromagnetische Strahlung zu erfassen.

4 zeigt ein beispielhaftes Probenanalyseverfahren 200. Wie gezeigt, umfasst das Verfahren 200 Anordnen einer Probe und eines winkelselektiven Breitbandfilters entlang eines Strahlengangs bei Block 202. Wie hier beschrieben, kann sich die Probe zwischen einer ER-Quelle und dem winkelselektiven Breitbandfilter befinde. Alternativ kann sich das winkelselektive Breitbandfilter zwischen einer ER-Quelle und der Probe befinden. Bei Block 204 wird ein Signal als Reaktion auf elektromagnetische Strahlung ausgegeben, die durch das winkelselektive Breitbandfilter hindurchgeht. Das Signal kann beispielsweise durch einen ER-Wandler ausgegeben werden. Bei Block 206 werden Daten, die dem Signal entsprechen, gespeichert, wobei die Daten eine Eigenschaft des Samples angeben. Wie hier beschrieben, können in einigen Ausführungsformen ER-Wandler, die auf gegenüberliegenden Seiten eines winkelselektiven Breitbandfilters positioniert sind, eingesetzt werden, und ihre jeweiligen Signale zur Durchführung einer Probenanalyse verglichen werden. In solch einem Fall können die Blöcke 204 und 206 Ausgeben und Speichern mehrerer Signale beinhalten.

In einer Ausführungsform entspricht das Probenanalyseverfahren 200 dem Betrieb eines Photometers, der Informationen darüber liefert, wie die Intensität elektromagnetischer Strahlung aufgrund dessen beeinflusst wird, dass sie von einer Probe reflektiert oder emittiert wird oder durch eine solche hindurchgehen. In einer weiteren Ausführungsform entspricht das Probenanalyseverfahren 200 dem Betrieb eines Ellipsometers, der Informationen darüber liefert, wie die Polarisation der elektromagnetischen Strahlung aufgrund dessen beeinflusst wird, dass sie von einer Probe reflektiert wird oder durch eine solche hindurchgeht. In einer weiteren Ausführungsform entspricht das Probenanalyseverfahren 200 dem Betrieb eines Spektrometers, der Informationen darüber liefert, wie bestimmte Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung aufgrund dessen beeinflusst werden, dass sie von einer Probe reflektiert oder emittiert wird oder durch eine solche hindurchgehen. Das Probenanalyseverfahren 200 kann im Bohrloch, wie hier beschrieben, oder an der Erdoberfläche (z.B. in einem Labor) durchgeführt werden.

Hier offenbarte Ausführungsformen beinhalten:

  • A: Ein Probenanalysewerkzeug umfasst eine Probenkammer, um eine Probe zu halten. Das Werkzeug umfasst auch ein winkelselektives Breitbandfilter, das entlang eines Strahlengangs mit der Probenkammer angeordnet ist. Das Werkzeug umfasst auch einen ER-Wandler, der ein Signal als Reaktion auf elektromagnetische Strahlung ausgibt, die durch das winkelselektive Breitbandfilter hindurchgeht. Das Werkzeug umfasst auch eine Speichervorrichtung, die Daten speichert, die dem Signal entsprechen, das von dem ER-Wandler ausgegeben wird, wobei die Daten eine Eigenschaft der Probe angeben.
  • B: Ein Probenanalyseverfahren umfasst Anordnen einer Probe und eines winkelselektiven Breitbandfilters entlang eines Strahlengangs. Das Verfahren umfasst auch Ausgeben eines Signals als Reaktion auf elektromagnetische Strahlung, die durch das winkelselektive Breitbandfilter hindurchgeht. Das Verfahren umfasst auch Speichern von Daten, die dem Signal entsprechen, wobei die Daten eine Eigenschaft der Probe angeben.

Jede der Ausführungsformen A und B kann eines oder mehrere der folgenden zusätzlichen Elemente in beliebiger Kombination aufweisen. Element 1: ferner umfassend ein Gehäuse und eine ER-Quelle innerhalb des Gehäuses. Element 2: wobei die Probe einer ER-Quelle ausgesetzt ist und wobei die Daten eine Eigenschaft der Probe angeben. Element 3: wobei die Probe elektromagnetische Strahlung emittiert und wobei die Daten eine Eigenschaft der Probe angeben. Element 4: wobei das winkelselektive Breitbandfilter und der ER-Wandler innerhalb des Werkzeuges angeordnet sind, um zu verhindern, dass gestreute elektromagnetische Strahlung oder ungerichtete elektromagnetische Strahlung zum ER-Wandler gelangt. Element 5: ferner umfassend einen zusätzlichen ER-Wandler zum Ausgeben eines zusätzlichen Signals als Reaktion auf eine Menge gestreuter elektromagnetischer Strahlung oder ungerichteter elektromagnetischer Strahlung, die nicht durch das winkelselektive Breitbandfilter hindurchgeht, wobei Daten, die dem zusätzlichen Signal entsprechen verwendet werden, um die Eigenschaft der Probe zu bestimmen. Element 6: ferner umfassend einen zwischen dem winkelselektiven Breitbandfilter und dem ER-Wandler positionierten Polarisator. Element 7: wobei das Probenanalysewerkzeug einem Photometer entspricht. Element 8: wobei das Probenanalysegerät einem Spektrometer entspricht. Element 9: wobei das Probenanalysegerät einem Ellipsometer entspricht. Element 10: wobei das Probenanalysewerkzeug in einer Bohrlochumgebung eingesetzt wird.

Element 11: ferner umfassend Aussetzen der Probe einer ER-Quelle. Element 12: ferner umfassend Verwenden der Probe als ER-Quelle. Element 13: ferner umfassend Polarisieren der elektromagnetischen Strahlung, die durch das winkelselektive Breitbandfilter hindurchgeht, wobei das Signal durch das Polarisieren beeinflusst wird. Element 14: ferner umfassend Filtern elektromagnetischer Strahlung, die durch das winkelselektive Breitbandfilter hindurchgeht, als Funktion der Wellenlänge, wobei das Signal durch das Filtern beeinflusst wird. Element 15: ferner umfassend Ausgeben eines zusätzlichen Signals, das für gestreute elektromagnetische Strahlung oder ungerichtete elektromagnetische Strahlung repräsentativ ist, die nicht durch das winkelselektive Breitbandfilter hindurchgeht. Element 16: ferner umfassend Entnehmen der Probe in einer Bohrlochumgebung vor dem Anordnen, Ausgeben und Speichern. Element 17: wobei das Anordnen, Ausgeben und Speichern in einer Bohrlochumgebung durchgeführt werden. Element 18: Befördern der Daten von einer Bohrlochumgebung zu einem Oberflächencomputer, wobei der Oberflächencomputer Informationen bezüglich der Eigenschaft der Probe anzeigt.

Zahlreiche weiteren Abwandlungen und Modifikationen werden für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich, sobald die obige Offenbarung vollständig gewürdigt wird. Es ist vorgesehen, dass die folgenden Ansprüche so ausgelegt werden, dass sie alle derartigen Abwandlungen und Modifikationen, soweit anwendbar, einschließen.