Химически меченые добавки для бурового раствора

Группа изобретений относится к бурению. Технический результат - точное без искажений количественное определение содержания нескольких добавок к буровому раствору. Способ количественного определения добавок к буровому раствору включает циркуляцию бурового раствора в стволе скважины, прохождение ствола скважины в один или более подземных пластов одновременно с циркуляцией бурового раствора, причем буровой раствор содержит химически меченые добавки к буровому раствору, а химически меченые добавки к буровому раствору каждая независимо друг от друга помечена разным флуорофором, где каждый флуорофор излучает разную длину световой волны, и где химически меченые добавки к буровому раствору каждая содержит разную добавку к буровому раствору. 5 н. и 16 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0001] Буровой раствор является специально разработанным раствором, который циркулирует через ствол скважины во время бурения ствола скважины для облегчения операции бурения. Буровые растворы могут также упоминаться как «промывочная жидкость». Различные функции бурового раствора могут включать: удаление бурового шлама из ствола скважины, охлаждение и смазку бурового долота, содействие при поддержке бурильной трубы и бурового долота и/или обеспечение гидростатического давления для поддержания целостности стенок скважины и предотвращения выбросов. Конкретные буровые растворы, которые могут быть на нефтяной или водной основе, могут быть выбраны для оптимизации операции бурения в соответствии с характеристиками конкретного геологического пласта.

[0002] Буровые растворы могут содержать ряд различных добавок. Добавки к буровому раствору могут выполнять ряд функций. Чтобы свести к минимуму потери буровых растворов в пласте, используют компоненты в буровом растворе, такие как глины, наполнители и материалы для борьбы с поглощениями, для ограничения потока буровых растворов в пласт и для образования фильтрационного осадка на стенке ствола скважины. Для буровых растворов широко используется включение утяжеляющего материала или утяжеляющего вещества для увеличения плотности бурового раствора. Буровые растворы часто содержат добавки для регулирования фильтрации, чтобы замедлить или предотвратить потерю бурового раствора в проницаемый пласт. Принимая во внимание множество ингредиентов, которые может включать буровой раствор, и текущие изменения, которые происходят из-за фильтрации и ухудшения качества флюида, может быть чрезвычайно трудно количественно определить отдельные добавки бурового раствора в буровом растворе. Анализ, технологическое оснащение и способы известны в данной области техники и основаны на мониторинге изменений в свойствах, таких как плотность, удельное сопротивление, и оптические методы, но они предоставляют лишь приблизительные значения, часто с предположением, что загрязнения не влияют на результаты, и не обеспечивают индивидуальный анализ добавок бурового раствора. Также может быть трудно определить, какой из материалов для борьбы с поглощениями (или других добавок бурового раствора) находится в фильтрационном осадке.

[0003] Кроме того, добавки бурового раствора, которые могут быть потеряны в пласте, могут мешать при исследованиях, которые могут выполняться на добываемых пластовых флюидах. Например, добываемый пластовой флюид может содержать смесь любого количества флюидов, присутствующих в пласте, а также химических веществ и флюидов, которые были введены в пласт во время этапа бурения. Во многих случаях может быть предпочтительным взять образцы добываемого пластового флюида, чтобы исследовать их на различные свойства. Результаты исследований для добываемых пластовых флюидов, загрязненных буровыми растворами и добавками бурового раствора, могут дать искаженные результаты. Часто добавки бурового раствора не так легко отделить от добываемых пластовых флюидов, и сигналы, создаваемые добавками бурового раствора, сложно отличить от сигналов, создаваемых пластовыми флюидами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0004] Для подробного описания предпочтительных вариантов реализации изобретения далее приводится ссылка на прилагаемые графические материалы, на которых:

[0005] на фиг. 1 проиллюстрирована структурная схема системы мониторинга и обработки бурового раствора для определения концентрации одного или более компонентов бурового раствора;

[0006] на фиг. 2 проиллюстрирован пример буровой установки, в которой может использоваться система мониторинга и обработки флюида, проиллюстрированная на фиг. 1, для определения концентрации одной или более добавок к буровому раствору;

[0007] на фиг. 3 проиллюстрирована примерная конфигурация оборудования, в которой может использоваться инструмент для тестирования пласта;

[0008] на фиг. 4 проиллюстрирован пример буровой установки, в которой может использоваться система мониторинга и обработки флюида, проиллюстрированная на фиг. 1, для определения концентрации одной или более добавок к буровому раствору, в частности, для материалов для борьбы с поглощениями; и

[0009] на фиг. 5 проиллюстрировано устройство, которое может использоваться для оценки химически меченых добавок бурового раствора.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0010] Данное изобретение в целом относится к операциям бурения стволов скважин. Более конкретно, данное изобретение относится к способу количественного определения добавок к буровому раствору, который может содействовать улучшению обслуживания буровых растворов. Данный способ применим как для анализа на поверхности, но также может быть интегрирован в скважинные инструменты, такие как каротажные инструменты и инструменты каротажа в процессе бурения (КПБ) или измерения в процессе бурения (ИПБ), инструменты для исследования пласта в скважине, исследования пластов на трубах, а также любые другие инструменты, пригодные для использования в скважинной среде.

[0011] Как описано в данной заявке, добавки к буровому раствору могут быть химически модифицированы для получения характерных «подписей», которые позволят упростить количественное определение добавок к буровому раствору. Как используется в данной заявке, добавки к буровому раствору, которые подвергаются химической модификации для получения идентифицируемой «подписи», называются «химически мечеными добавками к буровому раствору». Химические модификации следует рассматривать как химическую метку, которая ковалентно связана или постоянно включена в интересующую молекулу, а не только в основной объем раствора. Химическое мечение может обеспечить улучшенную альтернативу изотопным индикаторам, потому что химическая функциональность, которая обеспечивает характерную «подпись», будет ковалентно присоединена к добавке к буровому раствору. Это позволяет избежать проблем сорбции или удаления изотопных индикаторов и функциональных добавок.

[0012] Добавки для буровых растворов могут быть химически помечены различными способами. Химическое мечение добавок к буровому раствору может быть более эффективно, чем используемые в настоящее время изотопные индикаторы, потому что химическая функциональность, которая обеспечивает характерную «подпись», будет ковалентно присоединена к добавке. Это может предотвратить проблемы, связанные с сорбцией или удалением изотопных индикаторов и функциональных добавок. Химически меченые буровые растворы подвергаются химической модификации, которая может быть ковалентной или постоянной связанными модификациями для маркировки интересующей молекулы, а не только основного объема раствора. Химически меченая добавка к буровому раствору может включать химическую метку, связанную с молекулами добавки к буровому раствору. В примере химически меченая добавка к буровому раствору может содержать добавку к буровому раствору и химическую метку, ковалентно связанную с добавкой к буровому раствору. В неограничивающем примере более чем одна химическая метка может быть ковалентно связана с молекулами добавки к буровому раствору. Это является примером химического мечения добавки к буровому раствору, однако, существуют другие способы и материалы для химического связывания химической метки с полимером, которые могут использоваться, и данное изобретение не ограничивается приведенным примером. В зависимости от добавки к буровому раствору могут использоваться различные способы химической модификации. Например, если добавка к буровому раствору содержит целлюлозный материал для борьбы с поглощениями (например, скорлупу грецкого ореха), могут использоваться реакции органической химии для взаимодействия с гидроксильными группами целлюлозы, например, для присоединения флуоресцентных групп. Для твердых веществ, таких как карбонат кальция, для прикрепления химической метки может использоваться химия силана. Следует понимать, что термин «химически меченый», описанный в данной заявке, также может упоминаться как «химически модифицированный». Оба термина предназначены, чтобы означать одно и то же и могут быть взаимозаменяемыми.

[0013] Количество химических меток, включенных в добавки к буровому раствору, должно быть достаточным для того, чтобы оператор мог обнаружить наличие и определить концентрацию меченой обнаруживаемой добавки к буровому раствору, например, посредством спектрофотометра в ультрафиолетовой и видимой областях спектра. Например, количество химической метки в добавке к буровому раствору может составлять от около 0,0001%мол. до около 10% мол. в расчете на общее количество молей добавки к буровому раствору. В качестве альтернативного варианта, количество химической метки в добавке к буровому раствору может находиться в диапазоне от около 0,01% мол. до около 5% мол. в расчете на общее количество молей добавки к буровому раствору или в количестве от около 0,1% мол. до около 2% мол. в расчете на общее количество молей добавки к буровому раствору.

[0014] Пример подходящей химической метки может включать флуоресцирующие молекулы. Флуоресцирующие молекулы могут создавать спектр, который точно измеряет концентрацию химически меченых добавок к буровому раствору и может не испытывать взаимного влияния от других компонентов бурового раствора. Флуоресцирующие молекулы могут быть присоединены к добавке к буровому раствору посредством множества реакций, включая, в том числе, этерификацию, амидирование, химию силана, полимеризацию винила, реакцию Дильса-Альдера, реакцию Грингара и нуклеофильное замещение. Добавка для бурового раствора с флуоресцентной меткой теперь должна иметь характерное испускание флуоресценции, которое можно использовать для быстрого количественного определения концентрации химически меченой добавки к буровому раствору. Может использоваться любое подходящее флуоресцентное соединение. Примеры подходящих флуоресцентных соединений могут включать, но не ограничиваясь этим, флуоресцеин, производное флуоресцеина, о-акрилат флуоресцеина, о-метакрилат флуоресцеина, диметакрилат флуоресцеина, бромид 3,8-диметакрилоил этидия, метацилоксиэтилтиокарбаминоил родамин B и 2'-(4-метакрилоксифенил)-5-(4-метил-1-пиперазинил)-2,5'-бибензимидазолил тригидрохлорид, карбоксинафтофлуоресцеин, бор-дипиррометен (boron-dipyrromethene - BODIPY) хромофоры, карбокситетраметилродамин, бис-(4-триэтоксисилилпропил-3-метокси-фенил)-1,6-гептан-3,5,-дион, 3-(2,4-динитрофениламино)-пропил-триэтоксисилан, 2-гидрокси-4-(3-метилдиэтоксилил-пропокси) дифенилкетон, N-(триэтоксисилилпропил) дансиламид5-диметиламино-N-(3-триэтоксисилилпропил)-нафталин-1-сульфонамид и их комбинации. Добавка для бурового раствора с флуоресцентной меткой теперь может иметь характерное испускание флуоресценции, которое можно использовать для быстрого количественного определения концентрации меченой добавки к буровому раствору.

[0015] Другой пример подходящей химической метки может включать введение изотопа химического элемента в добавку к буровому раствору в качестве химической метки. В некоторых примерах химическая метка может включать соединение, содержащее по меньшей мере одно из следующего: ²D, ³Т, ¹³C, ¹⁵N, ¹⁸O, ³¹P и ³⁷Cl. В других примерах химическая метка может включать радиоактивно меченые изотопы по меньшей мере одного из группы, состоящей из: Н, С, N, О, F, Br и I. Например, радиоактивно меченые изотопы включают ³Т, ¹¹C, ¹³N, ¹⁵O, ¹⁸F, ⁷⁶Br, ¹²³I и ¹²⁴I. Изотоп химического элемента может быть идентифицирован с помощью изотопной маркировки. Изотопная маркировка является способом, используемым для отслеживания прохождения изотопа или атома с вариацией через реакцию, метаболический путь или клетку. Реагент может быть «помечен» путем замены определенных атомов их изотопом. Изотоп может быть радиоактивным или стабильным. В изотопной маркировке существует множество способов обнаружения наличия маркированных изотопов: с помощью их массы, колебательной моды или радиоактивного распада. Масс-спектрометрия или ядерный магнитный резонанс обнаруживает разницу в массе изотопа, в то время как инфракрасная спектроскопия обнаруживает разницу в колебательных модах изотопа. Ускорительная масс-спектрометрия также используется для обнаружения низких уровней радиоактивности в образцах, но редко используется из-за стоимости оборудования и сложности при подготовке образцов. Радиоактивный распад может быть обнаружен с помощью ионизационной камеры или радиоавтографов гелей. Обнаружение радиоактивных изотопов также может быть выполнено с помощью жидкостной сцинтилляционной детекции (liquid scintillation counting - LSC). При LSC используется фотоумножитель для обнаружения излучения света от фтора; фтор является флуоресцентной молекулой, которая подвергается возбуждению в результате поглощения излучения и испускает свет, когда она возвращается в основное состояние. Количество света, излучаемого определенным количеством радиоактивного материала, может быть напрямую связано с количеством присутствующей радиоактивности. Сцинтилляционные способы одинаково хорошо подходят для обнаружения радиоактивных меток как из-за чувствительности, так и из-за трудностей при обращении с загрязнением вследствие утечки образца внутри инструмента, такого как ЯМР-спектрометр.

[0016] Любой из этих способов мечения может упростить количественное определение, могут быть выполнены дискретные исследования флюида, который возвращается на поверхность или посредством испытаний в реальном масштабе времени. Исследования в реальном масштабе времени могут обеспечить использование более высоких уровней автоматизации, которые могут получать информацию о концентрации и использовать ее для осуществления операций определения автоматического дозирования и обслуживания добавок. Химическая метка может быть обнаружена с помощью любого подходящего способа идентификации. Например, химическое соединение может быть обнаружено с помощью инфракрасной (ИК) спектроскопии, спектроскопии в ультрафиолетовой и видимой области спектра (УФ-видимой), масс-спектроскопии, флуоресцентной спектроскопии, атомно-абсорбционной спектроскопии, атомно-эмиссионной спектроскопии, электромагнитной спектроскопии (т. е. спектрофотометрии), рентгеновской спектроскопии, плазменной эмиссионной спектроскопии, абсорбционной спектроскопии в видимой области спектра, спектроскопии в ближней инфракрасной (near-infrared - NIR) области спектра, спектроскопии комбинационного рассеяния, когерентной антистоксовой спектроскопии комбинационного рассеяния (coherent anti-Stokes Raman spectroscopy - CARS), ядерного магнитного резонанса, фотоэмиссии, гамма-резонансной спектроскопии, акустической спектроскопии, лазерной спектроскопии, спектроскопии с Фурье-преобразованием, инфракрасной спектроскопии с Фурье-преобразованием (Fourier transform infrared spectroscopy - FTIR) и тому подобного.

[0017] В варианте реализации изобретения, в котором используются оптические датчики, источник света может быть выбран из группы, состоящей из: перестраиваемого источника, широкополосного источника (broadband source - BBC), усиленного волокном источника индуцированного излучения (amplified stimulated emission - ASE), излучения абсолютно черного тела, усиленного излучения черного тела, лазера, инфракрасного излучения, решетки диодных лазеров, излучения суперконтинуума, частотного комбинированного излучения, флуоресценции, фосфоресценции и терагерцового излучения.

[0018] В одном варианте реализации изобретения спектроскопия может выполняться с помощью дифракционной решетки или оптического фильтра, который позволяет выбирать различные узкополосные длины волн из белого света или широкополосного источника. В варианте реализации изобретения способ использования широкополосного источника может быть связан с волоконной брэгговской решеткой (ВБР). ВБР может содержать узкополосное отражающее зеркало, длина волны которого может контролироваться с помощью процесса изготовления ВБР. В варианте реализации изобретения широкополосный источник света может использоваться в волоконно-оптической системе. В варианте реализации изобретения волоконно-оптическая система может содержать волокно, имеющее множество ВБР. В таком варианте реализации изобретения широкополосный источник может эффективно преобразовываться во множество дискретных источников, имеющих требуемые длины волн.

[0019] В одном варианте реализации изобретения спектроскопия по настоящему изобретению включает Фурье-спектроскопию. Фурье-спектроскопия, или спектроскопия с Фурье-преобразованием является методом измерения для получения спектров. В спектроскопии с преобразованием Фурье вместо прохождения монохроматического луча света через образец, как в обычной ИК-спектроскопии, через образец может проходить луч, содержащий множество различных частот света. При этом методе спектроскопии можно затем измерить, в какой степени луч поглощается образцом. Затем луч может быть модифицирован так, чтобы он содержал другую комбинацию частот, обеспечивая вторую точку измерения. Этот процесс может повторяться многократно. После того, как лучи света прошли через образец, результирующие данные могут быть отправлены на компьютер, который может определить на основании данных, какое поглощение имеет место на каждой длине волны. В варианте реализации изобретения вышеописанный луч может генерироваться широкополосным источником света. Свет, излучаемый широкополосным источником света, излучается в специализированную конфигурацию зеркал, также известную как интерферометр, которая может пропускать некоторые длины волн, но препятствует прохождению других вследствие интерференции. Луч может быть изменен для каждой новой точки измерения путем перемещения одного из зеркал; это может изменить набор длин волн, которые проходят. Как упомянуто выше, для преобразования необработанных данных, которые могут включать поглощение света для каждого положения зеркала в требуемый результат, который может включать поглощение света для каждой длины волны, может использоваться компьютерная обработка. Эта обработка также может быть известна как преобразование Фурье, а необработанные данные могут упоминаться как интерферограмма. Когда используется Фурье-спектроскопия, для создания интерферограммы может потребоваться процесс сканирования. Спектрометр может внутренне генерировать путь фиксированной и переменной длины для оптического луча, а затем рекомбинирует эти лучи, создавая тем самым оптическую интерференцию. Результирующий сигнал может включать суммарную интерференционную диаграмму для всех частот, не поглощенных образцом. В результате, измерительная система может не быть системой одноразового типа, и, следовательно, многоразовая система непрерывного или периодического действия может быть предпочтительной для использования с этим типом спектрометра. В варианте реализации изобретения Фурье-спектроскопия может выполняться с использованием любого известного источника света.

[0020] Как обсуждается выше, добавки к буровому раствору могут быть химически модифицированы для получения характерных «подписей», которые могут позволить упростить количественное определение добавок. Любой из обсуждаемых выше способов мечения может упростить количественное определение. Количественное определение добавок к буровому раствору может выполняться при исследованиях на поверхности, в реальном масштабе времени, а также в скважине. Возможно, что добавки к буровому раствору могут быть помечены ортогонально. Описанное в данной заявке ортогональное мечение означает, что множество добавок в буровом растворе могут быть помечены по-разному. Это позволит оператору анализировать эффективность различных добавок в одном образце. Эти добавки могут оцениваться одновременно, не взаимодействуя друг с другом. В качестве примера, разные добавки могут быть помечены разным флуорофором, причем каждый флуорофор излучает свет на разных длинах волн. Флуорофор может быть флуоресцентным химическим соединением, которое может повторно излучать свет при световом возбуждении. Может использоваться любой подходящий флуорофор. Подходящий флуорофор может включать, но не ограничиваясь этим: производные ксантена, производные цианина, производные скварена, производные нафталина, производные кумарина, производные оксадиазола, производные антрацена, производные пирена, производные оксазина, производные акридина, производные арилметина, производные тетрапиррола или любые другие их комбинации. Различные флуорофоры могут быть идентифицированы по длине волны, которую они излучают после возбуждения света. Длина волны излучения может составлять от около 400 нм до около 750 нм, или от около 400 нм до около 600 нм, или от около 600 нм до около 750 нм.

[0021] Любая подходящая добавка к буровому раствору может быть химически помечена, как описано в данной заявке. Подходящие добавки к буровому раствору могут включать, но не ограничиваясь этим, материалы для борьбы с поглощениями, углеводородные основы, ингибиторы глинистых сланцев, смазочные материалы и их комбинации. В некоторых случаях могут быть помечены две или более разных добавок к буровому раствору. Специалисты в данной области техники с помощью данного изобретения должны иметь возможность выбрать подходящую добавку к буровому раствору для мечения.

[0022] Одним типом добавки к буровому раствору, которая может быть помечена, могут быть материалы для борьбы с поглощениями. Материалы для борьбы с поглощениями являются материалами, которые вводят в буровой раствор, чтобы уменьшить и, возможно, предотвратить поток буровых растворов в непрочный, трещиноватый или кавернозный пласт. Химическое мечение материалов для борьбы с поглощениями может позволить оператору лучше определить эффективность материала для борьбы с поглощениями. Это также может помочь оператору корректировать материал для борьбы с поглощениями так, чтобы достичь оптимальных результатов и меньших потерь бурового раствора в пласте. Подходящий материал для борьбы с поглощениями может быть натуральным или синтетическим, разлагаемым или неразлагаемым, частицами или волокнами и их смесями.

[0023] Подходящие примеры материалов для материала для борьбы с поглощениями могут включать, но не ограничиваясь этим, песок, сланец, молотый мрамор, боксит, керамические материалы, стеклянные материалы, металлические гранулы, высокопрочные синтетические волокна, целлюлозные хлопья, древесину, полимерные материалы на основе смол (сшитые или сформированные иным образом), политетрафторэтиленовые материалы, кусочки ореховой скорлупы, отвержденные смолистые частицы, включая кусочки ореховой скорлупы, отвержденные смолистые частицы, включая кусочки скорлупы семечек, кусочки плодовых косточек, отвержденные смолистые частицы, включая кусочки плодовых косточек, композитные частицы и любую их комбинацию. Подходящие композитные частицы могут включать связующее вещество и материал наполнителя, причем подходящие материалы наполнителя могут включать диоксид кремния, оксид алюминия, высокодисперсный углерод, углеродную сажу, графит, слюду, диоксид титана, метасиликат, силикат кальция, каолин, тальк, диоксид циркония, бор, золу-унос, полые стеклянные микросферы, твердое стекло и любую их комбинацию. Материал для борьбы с поглощениями может присутствовать в буровом растворе в любом подходящем количестве, включая, но не ограничиваясь этим: от около 1% мас. до около 40% мас. в расчете на общую массу бурового раствора. В качестве альтернативного варианта, материал для борьбы с поглощениями может присутствовать в количестве от около 1% мас. до около 30% мас. или от около 10% мас. до около 30% мас. в расчете на общую массу бурового раствора. Например, материал для борьбы с поглощениями может присутствовать в буровом растворе в количестве около 5% мас., около 10% мас., около 20% мас., около 25% мас. или около 30% мас. в расчете на общую массу бурового раствора.

[0024] Кроме того, могут использоваться различные размеры материалов для борьбы с поглощениями. Например, материал для борьбы с поглощениями может включать два, три или четыре материала для борьбы с поглощениями разных размеров. Например, материалы для борьбы с поглощениями могут содержать частицы с распределением по размерам от около 2 мкм до около 1500 мкм. Например, материал для борьбы с поглощениями может иметь распределение размеров частиц около 5 мкм или около 25 мкм, или около 50 мкм, или около 100 мкм, или около 400 мкм, или около 600 мкм, или около 1000 мкм. В таких примерах материалы для борьбы с поглощениями разного размера могут быть помечены разными химическими метками для обеспечения независимого количественного определения. Например, каждый размер материала для борьбы с поглощениями может быть помечен разным флуоресцентным цветом.

[0025] Углеводородная основа может быть другим типом добавки к буровому раствору, которая может быть химически помечена. Углеводородная основа может быть дисперсионной средой бурового раствора на нефтяной основе, в которой буровой раствор может быть эмульсией типа «вода в нефти» с водой в качестве дисперсной фазы и углеводородной основой в качестве дисперсионной среды. В буровом растворе может использоваться любая подходящая углеводородная основа, включая, но не ограничиваясь этим, фракционный дистиллят сырой нефти; жирное производное кислоты, сложного эфира, простого эфира, спирта, амина, амида или имида; насыщенный углеводород; ненасыщенный углеводород; разветвленный углеводород; циклический углеводород; и любую их комбинацию. Сырая нефть может быть разделена на фракционные дистилляты в зависимости от температуры кипения фракций в сырой нефти. Пример подходящего фракционного дистиллята сырой нефти включает дизельное топливо. Насыщенный углеводород может быть алканом или парафином. Например, насыщенный углеводород может включать изоалкан, линейный алкан или циклический алкан. Примеры подходящих насыщенных углеводородов могут включать комбинацию изоалкана и н-алкана или смеси минеральных масел, которые содержат алканы и циклические алканы. Ненасыщенный углеводород может включать алкен, алкин или ароматический углерод. Алкен может включать изоалкен, линейный алкен или циклический алкен. Линейный алкен может включать линейный альфа-олефин или внутренний олефин. Углеводородная основа может присутствовать в буровом растворе в любом подходящем количестве, включая количество в диапазоне от около 1% мас. до около 90% мас., от около 30% мас. до около 80% мас. или от около 50% мас. до около 70% мас. в расчете на общую массу бурового раствора. Например, углеводородная основа может присутствовать в буровом растворе в количестве около 10% мас., около 20% мас., около 30% мас., около 40% мас., около 50% мас., около 60% мас., около 70% мас., около 80% мас. или около 90% мас. в расчете на общую массу бурового раствора.

[0026] Другим типом добавки к буровому раствору, которая может быть химически помечена, могут быть ингибиторы глинистых сланцев. Ингибитор глинистых сланцев может использоваться для замедления гидратации, набухания и разрушения глинистых сланцев. Примеры подходящих ингибиторов глинистых сланцев могут включать, но не ограничиваясь этим, амины, гликоли, полиакриламиды, частично гидролизованные полиакриламиды, поливинилпирролидоны, поливиниловые спирты и или любую их комбинацию. Ингибитор глинистых сланцев может присутствовать в буровом растворе в любом подходящем количестве, включая количество в диапазоне от около 0,1% мас. до около 5% мас. в расчете на общую массу бурового раствора, включая, но не ограничиваясь, около 0,1 мас. %, около 1% мас., около 2% мас., около 3% мас., около 4% мас. или около 5% мас..

[0027] Еще одним типом добавки к буровому раствору, которая может быть химически помечена, могут быть смазочные материалы. Смазочный материал может использоваться для снижения крутящего момента (трения при вращении) и сопротивления (осевого трения) в стволе скважины, а также для смазки подшипников долота, если они не герметизированы. Примеры подходящих смазывающих материалов могут включать, но не ограничиваясь этим, растительные масла, олефины, фосфонаты, сложные эфиры, гликоли, стеклянные шарики и или любую их комбинацию. Смазочный материал может присутствовать в буровом растворе в любом подходящем количестве, включая количество в диапазоне от около 1% мас. до около 10% мас. в расчете на общую массу бурового раствора. В качестве альтернативного варианта, смазочный материал может присутствовать в буровом растворе в количестве в диапазоне от около 1% мас. до около 4% мас. или от около 5% мас. до около 8% мас. в расчете на общую массу бурового раствора.

[0028] Может быть приготовлен буровой раствор, который содержит химически меченую добавку к буровому раствору. Буровой раствор может использоваться при бурении ствола скважины, и он может быть предназначен для ряда функций, таких как охлаждение бурового долота, перенос шлама на поверхность, обеспечение давления для поддержания устойчивости ствола скважины и предотвращения выбросов и/или герметизации ствола скважины. Подходящий буровой раствор может включать буровые растворы на нефтяной основе и буровые растворы на водной основе. Подходящие буровые растворы на нефтяной основе могут включать углеводородную основу, такую как описана выше. Углеводородная основа может быть дисперсионной средой бурового раствора на нефтяной основе, в которой буровой раствор может быть эмульсией типа «вода в нефти» с водой в качестве дисперсной фазы и углеводородной основой в качестве дисперсионной среды. Подходящие буровые растворы на водной основе могут включать пресную воду, соленую воду (например, воду, содержащую растворенную в ней одну или более солей), рассол (например, насыщенную соленую воду), морскую воду и любые их комбинации.

[0029] Буровые растворы могут также включать любую из множества добавок к буровому раствору, которые обычно используются на нефтяных месторождениях, как известно специалистам в данной области техники. Они могут включать, но не обязательно ограничиваясь этим, углеводородные основы, соли, ингибиторы глинистых сланцев, смазочные материалы, поверхностно-активные вещества (например, пенообразователь, пеногаситель, смачивающий агент, детергент и ингибитор коррозии), умягчители воды (например, карбонат натрия), поглотители кислорода, биоциды, регуляторы pH, понизители фильтрации, загустители, утяжелители (кроме соли), материалы для борьбы с поглощениями и ингибиторы коррозии (кроме поверхностно-активного вещества) и их комбинации. Как описано выше, одна или более из этих добавок могут быть химически помечены.

[0030] С помощью химического мечения добавок к буровому раствору химически меченые добавки к буровому раствору могут образовывать характерные «подписи», которые могут обеспечить упрощенное количественное определение добавок. Любой из вышеуказанных способов мечения может упростить количественное определение. Концентрация химически меченых добавок к буровому раствору может контролироваться на поверхности, в скважине и/или посредством исследований в реальном масштабе времени. Для определения концентрации химически модифицированной добавки к буровому раствору могут быть проведены дискретные исследования при возврате флюида на поверхность. Исследования внутри ствола скважины могут выполняться в реальном масштабе времени и могут обеспечить использование более высоких уровней автоматизации, которые могут получать информацию о концентрации и использовать ее для проведения операций определения автоматического дозирования и обслуживания добавок. Информация о составе в реальном времени может использоваться для разработки автоматизированной системы маршрутизации флюидов для отвода флюидов различного происхождения (т.е. отделения состава для обработки ствола скважины от естественных пластовых флюидов).

[0031] Далее будет описан один способ определения концентрации химически меченой добавки к буровому раствору в буровом растворе. Может быть получен образец бурового раствора. Может быть выполнен анализ данного бурового раствора в скважине или на поверхности. Например, анализом может являться спектроскопия в ультрафиолетовой и видимой областях спектра. Информация, полученная в результате анализа, например, данные спектроскопии в ультрафиолетовой и видимой областях спектра, затем могут быть переданы оператору на площадке или за ее пределами. Затем оператор на основе спектрографических данных может оценить концентрацию химически меченой добавки к буровому раствору. Затем оператор на основании данных может принять решение добавить химически меченую добавку к буровому раствору в буровой раствор.

[0032] Калибровочная кривая в ультрафиолетовой и видимой частях спектра для возвратного бурового раствора может быть получена путем измерения спектра в ультрафиолетовой и видимой частях спектра по меньшей мере двух различных концентраций химически меченых добавок к буровому раствору в буровом растворе для определения концентрации химически меченой добавки к буровому раствору. В других вариантах реализации изобретения для повышения точности калибровочной кривой можно использовать более двух концентраций химически меченых добавок к буровому раствору.

[0033] Перед измерениями должны быть известны по меньшей мере две различные концентрации химически меченых добавок к буровому раствору, чтобы можно было получить зависимость между концентрацией химически меченой добавки к буровому раствору и спектром в ультрафиолетовой и видимой области. Для построения калибровочной кривой регистрируют спектры поглощения для разных концентраций раствора одних и тех же химически меченых добавок к буровому раствору; определяют интенсивность полос поглощения (абсорбции) в точке максимального поглощения или λ_макс по меньшей мере одной из полос поглощения и затем наносят на график зависимости поглощения (максимума поглощения) от концентрации A=f(c). Как только калибровочная кривая получена, концентрацию химически меченой добавки к буровому раствору в образце можно затем определить путем сравнения образца с калибровочной кривой.

[0034] Калибровочную кривую можно построить на площадке или за ее пределами. Поскольку калибровочная кривая может быть использована для точного определения концентрации химически маркированной добавки к буровому раствору в возвратном буровом растворе, место, в котором создается калибровочная кривая, является произвольным. Однако в некоторых примерах может быть полезно получить калибровочную кривую на площадке, чтобы позволить оператору скважины получить калибровочную кривую для той же партии химически меченой добавки к буровому раствору, используемой в скважине.

[0035] Для получения спектров в ультрафиолетовой и видимой областях спектра можно использовать спектрофотометр в ультрафиолетовой и видимой областях спектра. Спектрофотометр в ультрафиолетовой и видимой областях спектра измеряет количество света, поглощенного на каждой длине волны ультрафиолетовой и видимой областей электромагнитного спектра. В обычном спектрофотометре в ультрафиолетовой и видимой областях спектра расщепляют луч света; одну половину луча (луч образца) направляют через ячейку, содержащую образец. Ячейка должна быть прозрачной для ультрафиолета и видимого света, чтобы предотвратить поглощение луча ячейкой. Другую половину луча (эталонный луч) направляют через идентичную ячейку, которая не содержит соединения, а содержит только растворитель.

[0036] В других примерах для обнаружения химически меченой добавки к буровому раствору могут использоваться способы обнаружения обратного рассеяния. Способы обнаружения обратного рассеяния позволяют проводить количественную оценку компонентов, когда жидкости являются непрозрачными, и, следовательно, предотвращают пропускание света в диапазоне ультрафиолетового и видимого излучения. Датчики флуоресцентного излучения и обратного рассеяния на передней поверхности являются общедоступными и позволяют легко выполнять количественный анализ флуоресцентного излучения в полевых условиях. Как указано выше, концентрация определяется либо в скважине, либо на буровой площадке рядом со скважиной, либо вдали от буровой площадки.

[0037] Для обнаружения химической метки в определяемом полимере может использоваться волоконно-оптический зонд, соединенный со спектрофотометром и источником света.

[0038] В некоторых примерах данного изобретения спектральная плотность в ультрафиолетовой и видимой области химической метки имеет λ_макс в диапазоне от 400 нм до 750 нм. Например, спектральная плотность в ультрафиолетовой и видимой области химической метки имеет λ_макс, которая может быть в диапазоне от 600 нм до 750 нм или от 400 до 550 нм. Эти диапазоны выбраны таким образом, чтобы избежать измерения спектров поглощения вблизи ультрафиолетового диапазона, который может иметь большое количество помех от других компонентов бурового раствора.

[0039] В других примерах данного изобретения химически меченая добавка к буровому раствору также может быть идентифицирована посредством изотопной маркировки. Изотопная маркировка является способом, используемым для отслеживания прохождения изотопа или атома с вариацией через реакцию, метаболический путь или клетку. В изотопной маркировке существует множество способов обнаружения наличия маркированных изотопов; с помощью их массы, колебательной моды или радиоактивного распада. Масс-спектрометрия или ядерный магнитный резонанс обнаруживает разницу в массе изотопа, в то время как инфракрасная спектроскопия обнаруживает разницу в колебательных модах изотопа. Ускорительная масс-спектрометрия также используется для обнаружения низких уровней радиоактивности в образцах, но редко используется из-за высокой стоимости оборудования и сложности при подготовке образцов. Концентрацию химически меченой добавки к буровому раствору с радиоактивным изотопом можно определять так же, как и концентрацию флуоресцентного соединения. Способ включает получение калибровочной кривой путем измерения радиоактивного изотопа или радиоактивных изотопов по меньшей мере для двух различных концентраций химически меченой добавки к буровому раствору. Затем определяют концентрацию образца, сравнивая количество радиоактивного изотопа в образце с калибровочной кривой. На фиг. 1 проиллюстрирована структурная схема системы 100 мониторинга и обработки бурового раствора для определения концентрации одного или более компонентов бурового раствора. Как проиллюстрировано, система 100 мониторинга и обработки флюида обычно может содержать бак 102 для хранения бурового раствора и систему 104 анализа флюида. Часть бурового раствора из бака 102 для хранения бурового раствора может подаваться по линии 106 бака для хранения бурового раствора в систему 104 анализа флюида, которая может быть выполнена с возможностью выполнения измерений на части бурового раствора, подаваемого в нее. Система 104 анализа флюида выполнена с возможностью анализа бурового раствора с использованием любого подходящего метода анализа. После анализа флюида часть бурового раствора может быть возвращена в бак 102 для хранения бурового раствора через линию 108 возврата.

[0040] Бак 102 для хранения бурового раствора может быть любым сосудом, подходящим для хранения бурового раствора. Например, бак 102 для хранения бурового раствора может включать контейнер, например, барабан или резервуар, или ряд контейнеров, которые могут соединяться или могут не соединяться. В бак 102 для хранения бурового раствора может подаваться буровой раствор из линии 110 первоначальной подачи бурового раствора, которая обеспечивает первоначальную подачу бурового раствора в бак 102 для хранения бурового раствора. Однако первоначальная подача бурового раствора не подразумевает, что буровой раствор не циркулировал повторно или не циркулировал в стволе скважины, а просто указывает на то, что в данный момент эта подача не циркулирует или не используется иным образом в стволе скважины.

[0041] Добавки к буровому раствору могут быть химически помечены, а затем они могут быть добавлены в буровой раствор. Добавки к буровому раствору могут быть химически помечены химической меткой или множеством химических меток с использованием любого подходящего способа. В неограничивающем примере химические метки могут включать: флуоресцирующие молекулы, атомы с характерной «подписью» в масс-спектрометрии, магнитные частицы, квантовые точки, флуоресцирующие наночастицы, флуорофор и или любую их комбинацию. Химические метки могут быть ковалентно связаны с добавкой к буровому раствору любым подходящим способом. При необходимости химически меченые добавки к буровому раствору могут быть добавлены через линию 112 подачи добавок к буровому раствору к баку 102 для хранения бурового раствора на основе анализа, выполненного системой 104 анализа флюида. Могут быть использованы любые подходящие химически меченые добавки к буровому раствору. Подходящие химически меченые добавки к буровому раствору могут включать, но не ограничиваясь этим, углеводородные основы, ингибиторы глинистых сланцев, смазочные материалы, материалы для борьбы с поглощениями или любую их комбинацию. В качестве альтернативного варианта или дополнительно, в примере результаты анализа могут быть использованы для модификации процесса производства бурового раствора. После того, как добавки к буровому раствору были добавлены в буровой раствор, могут выполняться повторные исследования бурового раствора с использованием системы 104 анализа флюида для проверки правильности составления бурового раствора, или буровой раствор может быть направлен в скважину через ствол скважины 114 с помощью бурового насоса 116 для использования при операциях бурения.

[0042] Бак 102 для хранения бурового раствора может содержать смесительную систему 118 для смешивания содержимого бака 102 для хранения бурового раствора, а также любых добавок к буровому раствору. Например, смесительная система 118 выполнена с возможностью смешивания бурового раствора в баке 102 для хранения бурового раствора с буровым раствором из линии 110 первоначальной подачи бурового раствора, буровым раствором из линии 108 возврата, химически мечеными добавками к буровому раствору, дополнительными безводными флюидами, водными флюидами или их комбинациями. Как правило, смесительная система 118 может быть выполнена с возможностью предотвращения осаждения твердых частиц в буровом растворе. В смесительной системе 118 может использоваться любой подходящий способ смешивания для смешивания бурового раствора. Например, смесительная система 118 может содержать статический смеситель, динамический смеситель или другой подходящий смеситель. Бак 102 для хранения бурового раствора может дополнительно содержать подходящее насосное оборудование (не показано) для перекачки бурового раствора в баке 102 для хранения бурового раствора в систему 104 анализа флюида по линии 106 бака для хранения бурового раствора.

[0043] Система 104 анализа флюида выполнена с возможностью анализа части бурового раствора непрерывным или прерывистым образом, при необходимости, в зависимости от того, является ли непрерывным или прерывистым поток, проходящий через систему 104 анализа флюида. Буровой раствор может содержать химически меченую добавку к буровому раствору. Система 104 анализа флюида может содержать один или более измерительных приборов 120 для измерения концентрации бурового раствора при одновременном применении различных методов для буровых растворов. Например, измерительный прибор(ы) 120 может включать: флуоресцентный анализатор, оптический анализатор, масс-спектрометр, магнитный датчик, спектрометр электронного парамагнитного резонанса или спектрометр ЯМР.

[0044] Хотя система 104 анализа флюида показана в баке 102 для хранения бурового раствора, примеры, описанные в данной заявке, предполагают размещение системы 104 анализа флюида в любой точке в системе 100 мониторинга и обработки флюида. Например, один или более измерительных приборов 120 системы 104 анализа флюида может, в качестве альтернативного варианта, размещаться в системе 122 восстановления первоначальных свойств бурового раствора (обсуждается ниже), баке 102 для хранения бурового раствора, а также в стволе скважины или в трубопроводе на выходе из ствола скважины. В связи с этим, примеры, описанные в данной заявке, предполагают измерение концентрации при применении различных методов в любой точке процесса обработки бурового раствора, так что может осуществляться мониторинг и/или, при необходимости, последующая корректировка бурового раствора. Некоторые методы могут включать использование флуоресцентного анализатора. В флуоресцентном анализаторе используется луч света для возбуждения электронов в молекулах определенных соединений, что вызывает излучение ими света. Другой метод может включать использование оптического анализатора. Оптический анализатор (т. е. спектрометр) может измерять свойства света в определенной части электромагнитного спектра. Другие методы могут включать использование масс-спектрометра. Масс-спектрометр ионизирует химические соединения и сортирует ионы в зависимости от их отношения массы к заряду. Кроме того, метод может включать спектрофотометрический метод. Спектрофотометрический метод может включать количественное измерение отражающих или пропускающих свойств материала в зависимости от длины волны. В этом методе может использоваться видимый свет, ближний ультрафиолетовый свет или свет в ближней инфракрасной области спектра. Любой другой подходящий метод или способ может использоваться отдельно или в сочетании с другим методом или способом.

[0045] Анализ, выполняемый системой 104 анализа флюида, может выполняться в сочетании с компьютерной системой 124, соединенной с ней с возможностью связи. Как проиллюстрировано, компьютерная система 124 может быть внешним компонентом системы 104 анализа флюида, однако компьютерная система 124 может, в качестве альтернативного варианта, содержать внутренний компонент системы 104 анализа флюида, не выходя за пределы объема данного изобретения. Компьютерная система 124 может быть соединена с системой 104 анализа флюида посредством линии 126 связи. Линия 126 связи может включать: непосредственное (проводное) соединение, частную сеть, виртуальную частную сеть, локальную сеть, глобальную сеть (wide area network - WAN) (например, систему связи на основе Интернета), систему беспроводной связи (например, систему спутниковой связи, систему мобильной телефонной связи), любую их комбинацию или любую другую подходящую линию связи.

[0046] Компьютерная система 124 может быть любой подходящей системой обработки данных, включая, но не ограничиваясь этим, компьютер, карманное устройство или любое другое подходящее устройство. Компьютерная система 124 может содержать процессор 128 и энергонезависимое машиночитаемое запоминающее устройство 130, соединенное с возможностью связи с процессором 128. Процессор 128 может включать: один центральный процессор или может быть реализован распределенным образом на одном или более процессорах в одном или более местах. Примеры энергонезависимого машиночитаемого запоминающего устройства 130 включают: оперативные запоминающие устройства (ОЗУ), постоянные запоминающие устройства (ПЗУ), оптические устройства (например, CD или DVD), дисководы и тому подобное. Энергонезависимое машиночитаемое запоминающее устройство 130 выполнено с возможностью хранения машиночитаемого программного кода, который может выполняться процессором 128 для обработки и анализа данных измерений, сгенерированных системой 104 анализа флюида, корректировки параметров системы 100 мониторинга и обработки флюида, и/или управления частью или всей системой 100 мониторинга и обработки флюида. Кроме того, на основании результатов измерений концентрации бурового раствора, измеренных системой 104 анализа флюида при приложении электрического поля, процессором 128 может выполняться программный код для определения концентрации одной или более добавок к буровому раствору в буровом растворе. Концентрация может быть определена, например, с использованием корреляции, выведенной между анализируемыми свойствами. Одновременно можно анализировать более одного бурового раствора. Химически меченые добавки к буровому раствору могут быть помечены ортогонально, это означает, что химически меченые добавки к буровому раствору помечают таким образом, что они не оказывают влияния друг на друга.

[0047] Компьютерная система 124 может дополнительно содержать один или более интерфейс(ов) 132 ввода-вывода ("input/output - I/O"), связанных с возможностью связи с процессором 128. Интерфейсом(ами) 132 ввода/вывода может быть любая подходящая система для соединения компьютерной системы 124 с линией связи, такой как непосредственное соединение, частная сеть, виртуальная частная сеть, локальная сеть, глобальная сеть ("WAN"), система беспроводной связи или их комбинации; запоминающее устройство, такое как запоминающее устройство 134; внешнее устройство, такое как клавиатура, монитор, принтер, устройство распознавания голоса или мышь; или любая другая подходящая система. Запоминающее устройство 134 выполнено с возможностью хранения данных, необходимых для системы 104 анализа флюида для выполнения анализа флюида. Например, запоминающее устройство 134 выполнено с возможностью хранения коллекции эквивалентных схемных моделей, которые могут использоваться во время EIS анализа). Запоминающее устройство 134 может быть или содержать: дисководы компакт-дисков, дисководы гибких дисков, жесткие диски, флеш-память, твердотельные накопители и тому подобное. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что подходящие системы обработки данных могут включать: дополнительные, меньшее количество и/или другие компоненты, отличные от описанных для компьютерной системы 124.

[0048] Программное обеспечение для обработки и анализа данных, встроенное в систему 104 анализа флюида и/или установленное в компьютерной системе 124, может использоваться для анализа данных, сгенерированных системой 104 анализа флюида. Эта процедура может быть автоматизирована таким образом, что анализ происходит без необходимости ввода или контроля оператора. Кроме того, оператор может выбирать из нескольких ранее введенных параметров или может повторно вызывать ранее измеренные данные. При необходимости, любые данные могут передаваться и/или сохраняться на внешнем запоминающем устройстве (например, USB-накопителе).

[0049] Далее со ссылкой на фиг. 1, буровой раствор может быть доставлен в ствол скважины из бака 102 для хранения бурового раствора посредством бурового насоса 116 через скважинную линию 114. Буровой насос 116 может быть насосом или насосной системой любого типа, пригодной для циркуляции бурового раствора в подземном пласте под достаточным давлением. Буровой раствор, который циркулировал в стволе скважины, может быть возвращен в бак 102 для хранения бурового раствора через циркуляционную линию 136 возврата бурового раствора и подан в систему 122 восстановления первоначальных свойств бурового раствора для приведения в определенное состояние циркулирующего бурового раствора перед его возвратом в бак 102 для хранения бурового раствора. Система 122 восстановления первоначальных свойств бурового раствора может быть или содержать одно или более из следующего: встряхивающее устройство (например, вибросито), центрифуга, гидроциклон, сепаратор (включая магнитный и электрический сепараторы), отстойник, пескоотделитель, сепаратор, фильтр (например, фильтр из диатомита), теплообменник и любое оборудование для регенерации флюида. Система 122 восстановления первоначальных свойств бурового раствора может дополнительно содержать: один или более датчиков, измерительных преобразователей, насосов, компрессоров и тому подобного, используемых для мониторинга, корректировки и/или восстановления бурового раствора и различных добавок, добавляемых в него. После того, как буровой раствор был восстановлен, буровой раствор может быть возвращен в бак 102 для хранения бурового раствора через линию восстановленного бурового раствора.

[0050] На фиг. 2 проиллюстрирован пример буровой установки 200, в которой может использоваться система 100 мониторинга и обработки бурового раствора, проиллюстрированная на фиг. 1, описанная в данной заявке, для определения концентрации одной или более добавок к буровому раствору. Следует отметить, что хотя на фиг. 2, в общих чертах, проиллюстрирована наземная буровая система, специалисты в данной области техники легко поймут, что принципы, описанные в данной заявке, в равной степени применимы к операциям подводного бурения, при которых используются плавучие или морские платформы и буровые установки, не выходя за пределы объема данного изобретения.

[0051] Как проиллюстрировано, буровая установка 200 может содержать буровую платформу 204, которая поддерживает буровую вышку 206, содержащую талевый блок 208 для подъема и спуска бурильной колонны 210. Бурильная колонна 210 может включать, но не ограничиваясь этим: бурильную трубу и гибкие насосно-компрессорные трубы малого диаметра, как обычно известно специалистам в данной области техники. Ведущая бурильная труба 212 может поддерживать бурильную колонну 210, в то время как она может опускаться через роторный стол 214. Буровое долото 216 может быть прикреплено к дальнему концу бурильной колонны 210 и может приводиться в движение либо с помощью забойного двигателя и/или посредством вращения бурильной колонны 210 с поверхности скважины. Без ограничения, буровое долото 216 может включать: долота шарошечного типа, долота типа «PDC» с поликристаллическими алмазными вставками, долота, армированные природными алмазами, любые раздвижные буровые расширители, расширительные долота, керновые буровые долота и тому подобное. При вращении бурового долота 216, с его помощью можно создать ствол 218 скважины, который проникает в различные подземные пласты 220.

[0052] Буровая установка 200 может дополнительно содержать систему 100 мониторинга и обработки бурового раствора, как в общих чертах описано в данной заявке. Буровой насос 116 системы 100 мониторинга и обработки бурового раствора, в частности, включает: любые каналы, трубопроводы, автоцистерны, трубчатые элементы и/или трубы, используемые для гидравлической транспортировки бурового раствора 222 в скважину, любые насосы, компрессоры или двигатели (например, на поверхности или в скважине), используемые для приведения в движение бурового раствора 222, любые клапаны или связанные с ними соединения, используемые для регулирования давления или скорости потока бурового раствора 222, и любые датчики (например, давления, температуры, скорости потока и т. д.), измерительные преобразователи и/или их комбинации и тому подобное.

[0053] Буровой насос 116 может прокачивать по замкнутой системе буровой раствор 222 через подводящий трубопровод 224 и к ведущей бурильной трубе 212, которая транспортирует буровой раствор 222 в скважину через внутреннюю часть бурильной колонны 210 и через одно или более отверстий в буровом долоте 216. Буровой раствор 222 может затем быть прокачан по замкнутой системе обратно на поверхность через кольцевое пространство 226, образованное между бурильной колонной 210 и стенками ствола 218 скважины. На поверхности циркулирующий в замкнутом цикле или отработанный буровой раствор 222 может подаваться в систему 122 восстановления первоначальных свойств бурового раствора через циркуляционную линию 136 возврата бурового раствора. После прохождения через систему 122 восстановления первоначальных свойств бурового раствора «очищенный» буровой раствор 222 может быть помещен в ближайший бак 102 для хранения бурового раствора. Хотя проиллюстрировано, что она расположена на выходе из ствола 218 скважины через кольцевое пространство 226, специалисты в данной области техники без труда поймут, что система 122 восстановления первоначальных свойств бурового раствора может быть размещена в любом другом месте в буровой установке 200 для облегчения ее надлежащего функционирования, не выходя за пределы объема данного изобретения.

[0054] Все еще обращаясь к фиг. 2, система 100 мониторинга и обработки бурового раствора может дополнительно содержать систему 104 анализа флюида, которая может быть расположена на раме, поддерживаемой на буровой платформе 204. Система 104 анализа флюида может, например, непрерывно или периодически измерять концентрацию бурового раствора 222. Как проиллюстрировано, буровой раствор 222 может быть взят из бака 102 для хранения бурового раствора через линию 106 бака для хранения бурового раствора, причем анализируемый буровой раствор может быть возвращен в бак 102 для хранения бурового раствора через линию 108 возврата. В качестве альтернативного варианта, концентрация бурового раствора 222 может быть измерена, записана и/или проанализирована в системе 122 восстановления первоначальных свойств бурового раствора или в любом другом подходящем месте, при этом даже, если это необходимо, в скважине 218.

[0055] Таким образом, система 100 мониторинга и обработки бурового раствора может преимущественно осуществлять мониторинг концентрации одной или более добавок к буровому раствору с использованием описанных в данной заявке типовых способов. Система 100 мониторинга и обработки бурового раствора также может генерировать автоматические предупреждения персоналу, когда концентрации отклоняются от заданных безопасных пределов, и/или автоматически добавлять дополнительные количества одной или более добавок к буровому раствору, когда концентрации отклоняются от заданных безопасных пределов.

[0056] В дополнение к количественному определению добавок к буровому раствору, химическое мечение добавок к буровому раствору может позволить увеличить различие между пластовыми флюидами и добавками к буровому раствору. Подземные пласты часто могут содержать сложные смеси алифатических углеводородов, ароматических соединений, гетероатомных молекул, анионных и катионных солей, кислот, песков, илов, глин и множества других компонентов. Добываемый пластовой флюид может содержать смесь любого количества флюидов, присутствующих в пласте, а также химических веществ и флюидов, которые были введены в пласт во время этапа бурения. Во многих случаях может быть предпочтительно взять образцы добываемого флюида, чтобы исследовать их различные свойства. Образцы могут быть взяты из добываемых флюидов на поверхности или взяты непосредственно из подземных пластов с использованием специального оборудования. Некоторые характеристики, полученные в результате исследований, могут влиять на разработку, экономическое обоснование и проектирование, а также производство оборудования. Некоторые заключения, которые можно сделать на основании скважинных образцов, могут включать проектирование производственных объектов, совместимость с трубопроводным транспортом, стоимость реализации продукции и стоимость активов месторождения.

[0057] Однако флюиды и химические реактивы, вводимые в пласт при бурении, могут оказывать влияние на исследования, проводимые на добываемых пластовых флюидах, таких как нефть. Результаты испытаний для добываемых пластовых флюидов, загрязненных добавками бурового раствора, могут привести к искаженным результатам. Часто добавки бурового раствора сложно отделить от добываемых флюидов, и сигналы, создаваемые добавками к буровому раствору, сложно отличить от сигналов, создаваемых пластовыми флюидами. Однако с помощью химического мечения добавки к буровому раствору можно отличить от пластовых флюидов.

[0058] Способы могут включать циркуляцию бурового раствора, содержащего химически меченую добавку к буровому раствору, в стволе скважины во время бурения. Испытательное оборудование, такое как скважинное, наземное и оборудование, работающее в реальном масштабе времени, а также компьютерные модели выполнены с возможностью исследования и количественного определения химически меченых добавок к буровому раствору и исключения их вклада из анализа пластовых флюидов. Используемый в данной заявке термин «пластовые флюиды» может представлять любые флюиды, которые изначально присутствуют в пласте. Химически меченая добавка к буровому раствору может содержать загрязненные флюиды в стволе скважины, включая пластовые флюиды, что препятствует или искажает данные, собранные в результате испытаний на добываемом пластовом флюиде. Количество химически меченой добавки к буровому раствору в образце добываемого пластового флюида может быть определено количественно путем измерения сигнала, создаваемого характерным материалом для мечения. При условии, что известно количество химически меченой добавки к буровому раствору, присутствующей в образце, сигнал химически меченого бурового раствора, полученный в результате других исследований, таких как, например, спектрографический анализ, может быть вычтен из сигнала от общего образца добываемого пластового флюида, чтобы получить сигнал без шума или вклада бурового раствора с химическим мечением. В другом примере характерный материал для мечения может перемещать спектральный сигнал или другие измеряемые сигналы так, чтобы он больше не перекрывался со спектральным сигналом или другим сигналом от пластового флюида. В некоторых примерах в буровой раствор может быть добавлено множество химически меченых добавок к буровому раствору, каждая из которых имеет уникальный или одинаковый характерный материал для мечения. В таких примерах вклад каждой химически меченой добавки к буровому раствору может быть количественно определен и вычтен из результирующего сигнала. Методика может применяться к любым флюидам, которые контактировали с химически меченой добавкой к буровому раствору в стволе скважины, таким как сам буровой раствор или любые другие флюиды, присутствующие в стволе скважины, вблизи области ствола скважины или пласта.

[0059] На фиг. 3 проиллюстрирована примерная конфигурация оборудования 300, которая может использоваться для получения образца пластового флюида. Как проиллюстрировано, конфигурация оборудования 300 может содержать буровую вышку 308, расположенную на поверхности 302, с помощью которой бурильная колонна 304 подвешивается в скважине 306, расположенной в подземном пласте 324. Объем в скважине 306 вокруг бурильной колонны 304 может быть кольцевым пространством 310. Буровая колонна 304 может содержать буровое долото 312, множество исполнительных механизмов и датчики, схематически проиллюстрированные элементом 314, инструмент 316 для исследования пласта и секцию 318 телеметрии, посредством которой скважинное оборудование устанавливает связь с наземной телеметрической системой 320. Компьютер 322 может содержать устройства ввода/вывода, память, запоминающее устройство и сетевое коммуникационное оборудование, включая оборудование, необходимое для подключения к Интернету, приема данных от скважинного оборудования и отправки команд на скважинное оборудование. Следует отметить, что хотя на фиг. 3 проиллюстрирован инструмент 316 для исследования пласта на бурильной колонне 304, инструмент 316 для исследования пласта также может использоваться на других подходящих средствах транспортировки, таких как талевый канат (как показано на фиг. 4). Например, оборудование и методы, описанные в данной заявке, также могут применяться в условиях оборудования, в котором используется каротажный кабель или тросовый канат. Например, инструмент 316 для исследования пласта может быть опущен в скважину 306 с использованием бурильной трубы с проводом, каротажного кабеля, гибких насосно-компрессорных труб малого диаметра (проводных или беспроводных) или тросового каната. Затем посредством инструмента 316 для исследования пласта может быть взят образец пластового флюида.

[0060] В конфигурации оборудования измерения в процессе бурения или каротажа в процессе бурения, такой как проиллюстрирована на фиг. 3, электропитание для инструмента 316 для исследования пласта может обеспечиваться посредством аккумуляторной батареи, турбины, приводимой в действие движением бурового раствора, или трубы с проводом с поверхности, или посредством некоторых других распространенных средств. В конфигурации оборудования талевого каната или тросового каната электропитание может обеспечиваться посредством аккумуляторной батареи или посредством электропитания, подаваемого с поверхности через проводную бурильную трубу, каротажный кабель, гибкие насосно-компрессорные трубы малого диаметра или тросовый канат, или посредством некоторых других распространенных средств.

[0061] В некоторых системах и способах буровое оборудование может не находиться на суше, как проиллюстрировано на фиг. 3, а может находиться на заболоченной местности или в море. В таких условиях буровая вышка 308 (или другая часть оборудования, которая выполняет функцию буровой вышки) может быть расположена на буровой платформе, такой как полупогружная буровая установка, буровое судно или самоподнимающаяся буровая установка. Бурильная колонна 304 может проходить от буровой вышки 308 через толщу воды к морскому дну и в подземный пласт 324.

[0062] В соответствии с фиг. 3, инструмент 316 для исследования пласта может содержать силовую секцию телеметрии (не показана), посредством которой инструмент 316 для исследования пласта может обмениваться данными с другими исполнительными устройствами и датчиками 314 в бурильной колонне 304, секции 318 телеметрии бурильной колонны и/или непосредственно с наземной телеметрической системой 320. В одном варианте реализации изобретения силовая секция телеметрии (не показана) также может быть портом, через который может осуществляться управление и мониторинг различных исполнительных механизмов (например, клапанов) и датчиков (например, датчиков температуры и давления) в инструменте 316 для исследования пласта. Силовая секция телеметрии (не показана) может содержать компьютер, который может осуществлять функции управления и мониторинга. Функции управления и мониторинга могут выполняться компьютером в другой части бурильной колонны (не показана) или компьютером 322 на поверхности.

[0063] Инструмент 316 для исследования пласта может содержать секцию зонда пласта (не показана), которая может извлекать образец пластового флюида. Образец пластового флюида может содержать химически меченые добавки к буровому раствору. Инструмент 316 для исследования пласта может отбирать образцы пластового флюида непосредственно в подземном пласте. Образец пластового флюида затем может быть отправлен на поверхность для испытаний или может быть подвергнут испытанию непосредственно в подземном пласте с использованием специального оборудования. Пластовой флюид может быть исследован на различные свойства. Образец может быть проанализирован, чтобы отличить пластовой флюид от химически меченых добавок к буровому раствору. Это может быть выполнено путем измерения сигнала, генерируемого характерным материалом для мечения, и последующего учета этих сигналов в последующих тестах. Для анализа сигнала, создаваемого характерным материалом для мечения, может использоваться любой подходящий метод. В неограничивающем примере может быть известно количество химически меченой добавки к буровому раствору, присутствующей в образце, и сигнал, который она генерирует при других исследованиях. Вклад при спектрографическом испытании для сигнала, производимого химически меченой добавкой к буровому раствору, может быть вычтен из сигнала, полученного от всего образца пластового флюида. Это позволит исследовать пластовую жидкость без учета шума, производимого химически меченой добавкой к буровому раствору. Это может обеспечить более точные измерения пластового флюида, так как исследование учитывает шум, производимый химически меченой добавкой к буровому раствору. Исследования образца могут выполняться на поверхности или в подземном пласте. Исследования на образце могут выполняться с использованием вышеописанного специального оборудования и компьютера 322, или они могут выполняться вручную.

[0064] На фиг. 4 проиллюстрирован пример буровой установки 400, в которой может использоваться система 100 мониторинга и обработки бурового раствора, проиллюстрированная на фиг. 1, описанная в данной заявке, для определения концентрации одной или более добавок к буровому раствору. В неограничивающем примере добавки к буровому раствору могут быть материалами для борьбы с поглощениями. Следует отметить, что хотя на фиг. 4, в общих чертах, проиллюстрирована наземная буровая система, специалисты в данной области техники легко поймут, что принципы, описанные в данной заявке, в равной степени применимы к операциям подводного бурения, при которых используются плавучие или морские платформы и буровые установки, не выходя за пределы объема данного изобретения.

[0065] Как проиллюстрировано, буровая установка 400 может содержать буровую платформу 204, которая поддерживает буровую вышку 206, содержащую талевый блок 408 для подъема и спуска бурильной колонны 210. Бурильная колонна 210 (со ссылкой на фиг. 2) может содержать, но не ограничиваясь этим: бурильную трубу и гибкие насосно-компрессорные трубы малого диаметра, как обычно известно специалистам в данной области техники. Ведущая бурильная труба 212 может поддерживать бурильную колонну 210, в то время как она может опускаться через роторный стол 414. Скважинный инструмент 416 может быть прикреплен к дальнему концу бурильной колонны 210. Как будет более подробно обсуждаться ниже, скважинный инструмент 416 может использоваться для мониторинга химически меченых добавок к буровому раствору в стволе 218 скважины.

[0066] Буровая установка 400 может дополнительно содержать систему 100 мониторинга и обработки бурового раствора, как в общих чертах описано в данной заявке. Буровой насос 116 системы 100 мониторинга и обработки бурового раствора, в частности, включает: любые каналы, трубопроводы, автоцистерны, трубчатые элементы и/или трубы, используемые для гидравлической транспортировки бурового раствора 222 в скважину, любые насосы, компрессоры или двигатели (например, на поверхности или в скважине), используемые для приведения в движение бурового раствора 222, любые клапаны или связанные с ними соединения, используемые для регулирования давления или скорости потока бурового раствора 222, и любые датчики (например, давления, температуры, скорости потока и т. д.), измерительные преобразователи и/или их комбинации и тому подобное. Буровой раствор 222 может содержать любую подходящую добавку. В некоторых примерах добавка может быть материалом для борьбы с поглощениями (или другой подходящей добавкой к буровому раствору), которая может быть химически помечена. Материал для борьбы с поглощениями может быть помечен любым подходящим способом, как описано выше. Как описано ранее, материал для борьбы с поглощениями может быть помечен с помощью флуоресцентной метки. Может использоваться любой подходящий материал для борьбы с поглощениями. Материал для борьбы с поглощениями может образовывать фильтрационный осадок 404. Фильтрационный осадок 404 может предотвратить потерю флюида в подземном пласте 220. Система 100 мониторинга и обработки бурового раствора может осуществлять мониторинг количества материала для борьбы с поглощениями с флуоресцентной меткой, присутствующего в буровом растворе 222. Зная количество материала для борьбы с поглощениями с флуоресцентной меткой, первоначально помещенного в буровой раствор, можно определить количество материала для борьбы с поглощениями, которое теряется в пласте. Кроме того, скважинный прибор 402 может выполнять измерения в стволе 218 скважины. Эти измерения могут включать количество химически меченых добавок в буровом растворе. Количество химически меченых добавок может определять количество добавок к буровому раствору, таких как материалы для борьбы с поглощениями, которые все еще находятся в буровом растворе. Эта информация может использоваться для создания визуального представления (например, изображения) химически меченой добавки к буровому раствору в подземном пласте или в фильтрационном осадке. Кроме того, может быть измерено количество добавок к буровому раствору, таких как материалы для борьбы с поглощениями, в стенке ствола скважины. Это может создать изображение и помочь определить количество используемой добавки к буровому раствору. Данные измерения могут быть обработаны для генерирования информации, соответствующей химически меченым добавкам к буровому раствору в фильтрационном осадке 404 и/или в подземном пласте 220. Данная информация может включать, например, изображение, представляющее химически меченые материалы для борьбы с поглощениями в фильтрационном осадке 404. Обработка может выполняться в скважине, на поверхности или в их комбинации.

[0067] Буровой насос 116 может прокачивать по замкнутой системе буровой раствор 222 через подводящий трубопровод 224 и к ведущей бурильной трубе 212, которая транспортирует буровой раствор 222 в скважину через внутреннюю часть бурильной колонны 210 и через одно или более отверстий в буровом долоте 216. Буровой раствор 222 может затем быть прокачан по замкнутой системе обратно на поверхность через кольцевое пространство 226, образованное между бурильной колонной 210 и стенками ствола 218 скважины. На поверхности циркулирующий в замкнутом цикле или отработанный буровой раствор 222 может подаваться в систему 122 восстановления первоначальных свойств бурового раствора через циркуляционную линию 136 возврата бурового раствора. После прохождения через систему 122 восстановления первоначальных свойств бурового раствора «очищенный» буровой раствор 222 может быть помещен в ближайший бак 102 для хранения бурового раствора. Хотя проиллюстрировано, что она расположена на выходе из ствола 218 скважины через кольцевое пространство 226, специалисты в данной области техники без труда поймут, что система 122 восстановления первоначальных свойств бурового раствора может быть размещена в любом другом месте в буровой установке 400 для облегчения ее надлежащего функционирования, не выходя за пределы объема данного изобретения.

[0068] Снова обращаясь к фиг. 4, система 100 мониторинга и обработки бурового раствора может дополнительно содержать систему 104 анализа флюида, которая может быть расположена на раме, поддерживаемой на буровой платформе 204. Система 104 анализа флюида может, например, непрерывно или периодически измерять концентрацию бурового раствора 222 и, следовательно, количество материала для борьбы с поглощениями, которое теряется. Как проиллюстрировано, буровой раствор 222 может быть взят из бака 102 для хранения бурового раствора через линию 106 бака для хранения бурового раствора, причем анализируемый буровой раствор может быть возвращен в бак 102 для хранения бурового раствора через линию 108 возврата. В качестве альтернативного варианта, концентрация бурового раствора 222 может быть измерена, записана и/или проанализирована в системе 122 восстановления первоначальных свойств бурового раствора или в любом другом подходящем месте, при этом даже, если это необходимо, в скважине 218. В некоторых примерах концентрация бурового раствора 222 может быть измерена, записана и/или проанализирована на поверхности ствола скважины в реальном масштабе времени в настольном инструменте и/или тому подобном. Эти результаты измерений вместе с известными значениями могут быть отправлены на устройство, которое может на основе полученной информации создавать изображение материала для борьбы с поглощениями, присутствующего в подземном пласте.

[0069] На фиг. 5 проиллюстрирован пример устройства 500, которое может использоваться для оценки химически меченых материалов для борьбы с поглощениями. Устройство 500 может использоваться на буровой площадке или в лаборатории за ее пределами. Любая подходящая химически меченая добавка к буровому раствору, такая как химически меченый материал для борьбы с поглощениями, может быть использована для получения исследуемого фильтрационного осадка 502 в стволе скважины. Для химического мечения добавки к буровому раствору может использоваться любой подходящий способ. В неограничивающем примере, материал для борьбы с поглощениями может быть помечен с помощью флуоресцентной метки. Для простоты пояснения устройство 500 в целом проиллюстрировано как совокупность его составных частей. Может использоваться любое подходящее устройство 500. Устройство 500 может быть выполнено в виде отдельного блока, в котором все составные части могут быть расположены внутри или вблизи отдельного блока. В качестве альтернативного варианта, устройство 500 может быть выполнено из отдельных модулей, содержащих один или более компонентов устройства 500, которые соединены таким образом, чтобы образовать функционирующее устройство 500.

[0070] Устройство 500 может содержать множество датчиков 506a-506c. Датчики 506a могут совместно называться датчиками 506a-506c и по-отдельности называться датчиком 506a бурового раствора, датчиком 506b осадка и выходным датчиком 506c. Могут использоваться любые подходящие датчики 506a-506c для добавок к буровому раствору с флуоресцентной меткой, включая, но не ограничиваясь этим: устройство с зарядовой связью и фотоэлектрические приемники, такие как фотоумножитель или фотодетектор. Датчики 506a-506c могут использоваться для выполнения множества измерений в разных местах. Датчик 506a бурового раствора может использоваться для измерения концентрации химически меченой добавки к буровому раствору в образцовом буровом растворе 508, расположенном в сосуде 510. Могут быть выполнены исследования любого подходящего образцового бурового раствора 508. Датчик 506b осадка может использоваться для измерения концентрации химически меченых добавок к буровому раствору в исследуемом фильтрационном осадке 502. Выходной датчик 506c можно использовать для измерения концентрации химически меченой добавки к буровому раствору в фильтрате 509, который выходит из сосуда 510 после того, как он пройдет через исследуемый фильтрационный осадок 502 и отверстие 514. Результаты измерений датчика затем могут быть отправлены на любое устройство, выполненное с возможностью обработки данных 512. В неограничивающем примере устройство, выполненное с возможностью обработки данных 512, может включать компьютер, планшет, мобильное устройство и/или любую их комбинацию.

[0071] В неограничивающем примере образцовый буровой раствор 508 может быть помещен в сосуд 510. Может использоваться любой подходящий сосуд 510. Сосуд 510 может иметь отверстие 514 в фильтрующем материале. Подходящий фильтрующий материал может включать, но не ограничиваясь этим, диск с отверстием 514 или фильтрующий диск. Фильтрующий диск может быть толщиной в диапазоне от около 10 мкм до около 10000 мкм, или от около 10 мкм до около 1000 мкм, или от около 100 мкм до около 5000 мкм. Образцовый буровой раствор 508 может быть помещен в сосуд 510. Чтобы протолкнуть образцовый буровой раствор 508 через отверстие 514, к образцовому буровому раствору 508 может быть приложено давление 516. При проталкивании образцового бурового раствора 508 через отверстие 514, может образовываться исследуемый фильтрационный осадок 502. Исследуемый фильтрационный осадок 502 может представлять собой фильтрационный осадок, который в данный момент образуется в стволе скважины, из которого поступил образцовый буровой раствор 508. Отверстие 514 может иметь любой подходящий размер или форму. Добавки к буровому раствору, такие как химически меченые материалы для борьбы с поглощениями или другие химически меченые добавки к буровому раствору, из образцового бурового раствора 508 могут остаться на исследуемом фильтрационном осадке 502. Концентрация химически меченых добавок к буровому раствору в образцовом буровом растворе 508 с помощью датчика 506 бурового раствора, в образцовом фильтрационном осадке 502 с помощью датчика 506b фильтрационного осадка и в фильтрате 509 с помощью выходного датчика 506c может затем отслеживаться во времени и отправляться в устройство, выполненное с возможностью обработки данных 512. Затем может быть выполнен анализ обработанных данных. Проанализированные данные могут быть использованы, например, для оценки химически меченых добавок к буровому раствору и их эффективности при образовании фильтрационного осадка. Затем проанализированные данные могут быть отправлены на буровую площадку, с которой поступил образцовый буровой раствор 508. Затем на основе проанализированных данных могут быть внесены корректировки в буровой раствор. Проанализированные данные могут также использоваться для корректировки материала(ов) для борьбы с поглощениями или их количественного определения для использования при составлении бурового раствора, который будет использоваться на буровой площадке.

[0072] Соответственно, в данном изобретении описываются способы, системы и устройства, в которых могут использоваться химически меченые добавки к буровому раствору при операциях цементирования. Способы, системы и устройства могут включать любое из следующих утверждений:

[0073] Утверждение 1. Способ, включающий: циркуляцию бурового раствора в стволе скважины, причем буровой раствор содержит химически меченую добавку к буровому раствору; и прохождение ствола скважины в один или более подземных пластов одновременно с циркуляцией бурового раствора.

[0074] Утверждение 2. Способ из утверждения 1, отличающийся тем, что химически меченая добавка к буровому раствору содержит добавку к буровому раствору и химическую метку, связанную с молекулами добавки к буровому раствору, причем химическая метка включает по меньшей мере одну метку, выбранную из группы, состоящей из: флуоресцирующих молекул и изотопа химического элемента.

[0075] Утверждение 3. Способ из утверждения 2, отличающийся тем, что химическая метка является ковалентно связанной с молекулами добавки к буровому раствору.

[0076] Утверждение 4. Способ из любого из предшествующих утверждений, отличающийся тем, что химически меченая добавка к буровому раствору содержит химическую метку в количестве, которое находится в диапазоне от около 0,0001 мол.% до около 10 мол.% в расчете на общее количество молей химически меченой добавки к буровому раствору.

[0077] Утверждение 5. Способ из любого из предшествующих утверждений, отличающийся тем, что химически меченая добавка к буровому раствору включает по меньшей мере одну добавку к буровому раствору, выбранную из группы, состоящей из: материала для борьбы с поглощениями, углеводородной основы, ингибитора глинистых сланцев, смазочного материала и любой их комбинации.

[0078] Утверждение 6. Способ из любого из предшествующих утверждений, дополнительно включающий: отбор образца пластового флюида, причем образец пластового флюида загрязнен некоторым количеством химически меченой буровой добавки к буровому раствору; количественное определение концентрации химически меченой добавки к буровому раствору в образце; и по меньшей мере частичное исключение концентрации химически меченой добавки к буровому раствору из анализа образца пластового флюида.

[0079] Утверждение 7. Способ из любого из предшествующих утверждений, отличающийся тем, что отбор образца пластового флюида включает спуск инструмента для исследования пласта в ствол скважины и извлечение образца пластового флюида в инструмент для исследования пласта.

[0080] Утверждение 8. Способ из любого из предшествующих утверждений, отличающийся тем, что количественное определение включает ультрафиолетовую спектроскопию.

[0081] Утверждение 9. Способ из любого из предшествующих утверждений, дополнительно включающий: отбор образца бурового раствора; определение концентрации химически меченой добавки к буровому раствору в образце бурового раствора; и корректировку состава бурового раствора, основываясь по меньшей мере частично на концентрации химически меченой добавки к буровому раствору.

[0082] Утверждение 10. Способ из любого из предшествующих утверждений, отличающийся тем, что определение концентрации включает ультрафиолетовую спектроскопию.

[0083] Утверждение 11. Способ из любого из предшествующих утверждений, отличающийся тем, что химически меченая добавка к буровому раствору включает материалы для борьбы с поглощениями с разными размерами частиц, причем разные размеры частиц материалов для борьбы с поглощениями являются химически мечеными с помощью разных флуорофоров, при этом каждый флуорофор излучает разную длину световой волны.

[0084] Утверждение 12. Способ из любого из предшествующих утверждений, отличающийся тем, что химически меченая добавка к буровому раствору включает различные добавки к буровому раствору, каждая из которых имеет химические метки, которые являются ортогональными друг к другу.

[0085] Утверждение 13. Способ из любого из предшествующих утверждений, дополнительно включающий: спуск скважинного инструмента на бурильной колонне в ствол скважины, проведение флуороскопических измерений в стволе скважины с помощью скважинного прибора и анализ результатов флуороскопических измерений для получения визуального представления химически меченой добавки к буровому раствору, которая находится в фильтрационном осадке или в подземном пласте.

[0086] Утверждение 14. Способ из любого из предшествующих утверждений, отличающийся тем, что химически меченая добавка к буровому раствору содержит материал для борьбы с поглощениями и флуоресцентные молекулы, присоединенные к молекулам материала для борьбы с поглощениями, причем материал для борьбы с поглощениями включает материалы для борьбы с поглощениями с разными размерами частиц, причем разные размеры частиц материалов для борьбы с поглощениями химически помечены с помощью разного флуорофора, причем каждый флуорофор излучает разную длину световой волны, при этом способ дополнительно включает: проведение флуороскопических измерений по меньшей мере части бурового раствора для количественного определения количества химически меченой добавки к буровому раствору в буровом растворе и корректировку состава бурового раствора, основываясь по меньшей мере частично на количественном определении химически меченой добавки к буровому раствору.

[0087] Утверждение 15. Система, содержащая: буровой раствор, содержащий химически меченую добавку к буровому раствору; бурильную колонну, которая содержит буровое долото и скважинный прибор; систему обработки данных, выполненную с возможностью приема результатов измерений от скважинного прибора для получения визуального представления химически меченой добавки к буровому раствору в подземном пласте или фильтрационном осадке.

[0088] Утверждение 16. Система из утверждения 15, отличающаяся тем, что скважинный прибор содержит флуоресцентный анализатор.

[0089] Утверждение 17. Система из утверждений 15 или 16, отличающаяся тем, что химически меченая добавка к буровому раствору содержит добавку к буровому раствору и химическую метку, связанную с молекулами добавки к буровому раствору.

[0090] Утверждение 18. Система из любого из утверждений 15-17, отличающаяся тем, что химическая метка является ковалентно связанной с молекулами добавки к буровому раствору.

[0091] Утверждение 19. Устройство, содержащее: сосуд для хранения некоторого количества бурового раствора, фильтрующий материал, расположенный в сосуде, причем фильтрующий материал содержит по меньшей мере одно отверстие; датчик бурового раствора, установленный с возможностью измерения первой концентрации химически меченой добавки к буровому раствору в буровом растворе; датчик осадка, установленный с возможностью измерения второй концентрации химически меченой добавки к буровому раствору в фильтрационном осадке, образованном на фильтрующем материале; выходной датчик, установленный с возможностью измерения третьей концентрации химически меченой добавки к буровому раствору в фильтрационном осадке, образованном на фильтрующем материале; и систему обработки данных, соединенную с датчиком бурового раствора, датчиком осадка и выходным датчиком.

[0092] Утверждение 20. Устройство из утверждения 19, отличающееся тем, что каждый из: датчика осадка, выходного датчика и выходного датчика содержит фотоэлектрический приемник.

[0093] Вышеизложенное довольно широко описывает в общих чертах признаки и технические преимущества данного изобретения, чтобы можно было лучше понять последующее подробное описание изобретения. Далее будут описаны дополнительные признаки и преимущества изобретения, которые составляют предмет формулы изобретения. Специалистам в данной области должно быть понятно, что идея и описанные конкретные варианты реализации изобретения могут быть без труда использованы в качестве основы для модификации или разработки других вариантов реализации изобретения для достижения тех же целей данного изобретения. Специалистам в данной области также должно быть понятно, что такие эквивалентные варианты реализации изобретения не выходят за пределы сущности и объема изобретения, изложенных в прилагаемой формуле изобретения.

Хотя данное изобретение и его преимущества были описаны подробно, следует понимать, что различные изменения, замены и вариации могут быть сделаны в данной заявке без отклонения от сущности и объема изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения.

1. Способ количественного определения добавок к буровому раствору, включающий:

циркуляцию бурового раствора в стволе скважины, причем буровой раствор содержит химически меченые добавки к буровому раствору, причем химически меченые добавки к буровому раствору каждая независимо друг от друга помечена разным флуорофором, где каждый флуорофор излучает разную длину световой волны, и где химически меченые добавки к буровому раствору каждая содержит разную добавку к буровому раствору; и

прохождение ствола скважины в один или более подземных пластов одновременно с циркуляцией бурового раствора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что химически меченые добавки к буровому раствору содержат добавку к буровому раствору и химическую метку, связанную с молекулами добавки к буровому раствору, причем химическая метка включает по меньшей мере одну метку, выбранную из группы, состоящей из: флуоресцирующих молекул и изотопа химического элемента.

3. Способ по п.2, в котором химическая метка ковалентно связана с молекулами добавки к буровому раствору.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что химически меченые добавки к буровому раствору содержат химическую метку в количестве, которое находится в диапазоне от около 0,0001 мол.% до около 10 мол.% в расчете на общее количество молей химически меченых добавок к буровому раствору.

5. Способ по п.1, в котором химически меченые добавки к буровому раствору включают по меньшей мере одну добавку к буровому раствору, выбранную из группы, состоящей из: материала для борьбы с поглощениями, углеводородной основы, ингибитора глинистых сланцев, смазочного материала и любой их комбинации.

6. Способ по п.1, дополнительно включающий: отбор образца пластового флюида, причем образец пластового флюида загрязнен некоторым количеством химически меченых добавок к буровому раствору; количественное определение концентрации химически меченых добавок к буровому раствору в образце; и по меньшей мере частичное исключение концентрации химически меченых добавок к буровому раствору из анализа образца пластового флюида.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что отбор образца пластового флюида включает: спуск инструмента для исследования пласта в ствол скважины и извлечение образца пластового флюида в инструмент для исследования пласта.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что количественное определение включает ультрафиолетовую спектроскопию.

9. Способ по п.1, дополнительно включающий: отбор образца бурового раствора; определение концентрации химически меченых добавок к буровому раствору в образце бурового раствора; и корректировку состава бурового раствора, основываясь по меньшей мере частично на концентрации химически меченых добавок к буровому раствору.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что определение концентрации включает ультрафиолетовую спектроскопию.

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что химически меченые добавки к буровому раствору включают материалы для борьбы с поглощениями с разными размерами частиц, причем разные размеры частиц материалов для борьбы с поглощениями являются химически мечеными с помощью разных флуорофоров, при этом каждый флуорофор излучает разную длину световой волны.

12. Способ по п.1, дополнительно включающий: спуск скважинного инструмента на бурильной колонне в ствол скважины, проведение флуороскопических измерений в стволе скважины с помощью скважинного прибора и анализ результатов флуороскопических измерений для получения визуального представления химически меченых добавок к буровому раствору, которые находятся в фильтрационном осадке или в подземном пласте.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что химически меченые добавки к буровому раствору содержат материал для борьбы с поглощениями и флуоресцирующие молекулы, присоединенные к молекулам материала для борьбы с поглощениями, причем материал для борьбы с поглощениями включает материалы для борьбы с поглощениями с разными размерами частиц, причем разные размеры частиц материалов для борьбы с поглощениями химически помечены с помощью разного флуорофора, причем каждый флуорофор излучает разную длину световой волны, при этом способ дополнительно включает: проведение флуороскопических измерений по меньшей мере части бурового раствора для количественного определения количества химически меченой добавки к буровому раствору в буровом растворе и корректировку состава бурового раствора, основываясь по меньшей мере частично на количественном определении химически меченых добавок к буровому раствору.

14. Система для количественного определения добавок к буровому раствору, содержащая:

буровой раствор, содержащий химически меченую добавку к буровому раствору;

бурильную колонну, которая содержит буровое долото и скважинный прибор;

систему обработки данных, выполненную с возможностью приема результатов измерений от скважинного прибора для получения визуального представления химически меченой добавки к буровому раствору в подземном пласте или фильтрационном осадке, где визуальное представление включает представление в виде изображения материалов для борьбы с поглощениями, содержащих химически меченую добавку к буровому раствору, в фильтрационном осадке.

15. Система по п.14, отличающаяся тем, что скважинный прибор содержит флуоресцентный анализатор.

16. Система по п.14, отличающаяся тем, что химически меченая добавка к буровому раствору содержит добавку к буровому раствору и химическую метку, связанную с молекулами добавки к буровому раствору.

17. Система по п.16, отличающаяся тем, что химическая метка ковалентно связана с молекулами добавки к буровому раствору.

18. Устройство для количественного определения добавок к буровому раствору, содержащее:

сосуд для хранения некоторого количества бурового раствора;

фильтрующий материал, расположенный в сосуде, причем фильтрующий материал содержит по меньшей мере одно отверстие;

датчик бурового раствора, установленный с возможностью измерения первой концентрации химически меченой добавки к буровому раствору в буровом растворе;

датчик осадка, установленный с возможностью измерения второй концентрации химически меченой добавки к буровому раствору в фильтрационном осадке, образованном на фильтрующем материале;

выходной датчик, установленный с возможностью измерения третьей концентрации химически меченой добавки к буровому раствору в фильтрационном осадке, образованном на фильтрующем материале; и

систему обработки данных, соединенную с датчиком бурового раствора, датчиком осадка и выходным датчиком.

19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что каждый из: датчика осадка, выходного датчика, и каждый выходной датчик содержит фотоэлектрический приемник.

20. Способ количественного определения добавок к буровому раствору, включающий:

циркуляцию бурового раствора в стволе скважины, где буровой раствор содержит химически меченую добавку к буровому раствору, причем химически меченая добавка к буровому раствору включает материалы для борьбы с поглощениями с разными размерами частиц, причем разные размеры частиц материалов для борьбы с поглощениями являются химически мечеными с помощью разных флуорофоров, при этом каждый флуорофор излучает разную длину световой волны; и

прохождение ствола скважины в один или более подземных пластов одновременно с циркуляцией бурового раствора.

21. Способ количественного определения добавок к буровому раствору, включающий:

циркуляцию бурового раствора в стволе скважины, где буровой раствор содержит химически меченую добавку к буровому раствору, причем химически меченая добавка к буровому раствору содержит материал для борьбы с поглощениями и флуоресцирующие молекулы, присоединенные к молекулам материала для борьбы с поглощениями, причем материал для борьбы с поглощениями включает материалы для борьбы с поглощениями с разными размерами частиц, причем разные размеры частиц материалов для борьбы с поглощениями химически помечены с помощью разного флуорофора, причем каждый флуорофор излучает разную длину световой волны, при этом способ дополнительно включает: проведение флуороскопических измерений по меньшей мере части бурового раствора для количественного определения количества химически меченой добавки к буровому раствору в буровом растворе и корректировку состава бурового раствора, основываясь по меньшей мере частично на количественном определении химически меченой добавки к буровому раствору; и

прохождение ствола скважины в один или более подземных пластов одновременно с циркуляцией бурового раствора.