(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体中の磁性粒子を分析するためのコレクタリーダであって、前記流体は、前記コレクタリーダに対して移動し、前記コレクタリーダは、
磁石のアレイであって、前記磁石のアレイの磁化方向は、前記流体中に高磁場勾配の領域を生成するように変動され、前記磁石のアレイは、前記流体中に懸下されるように構成され、前記磁石のアレイは、軸とディスクフィンとを伴うディスクとして構成され、前記ディスクフィンは、前記流体によって衝撃を受けると、前記軸上で前記ディスクを高速に回転させる、磁石のアレイと、
前記アレイに引きつけられた前記粒子を空間的に濃縮するように構成されたストッパと、
前記ストッパによって濃縮された前記粒子を励起するように構成された源と、前記磁性粒子によって放出された粒子励起徴候を捕捉するように構成された検出器とを含む、リーダと
を備える、コレクタリーダ。
【請求項２】
前記アレイ内の隣接する磁石は、反対の磁化極性を有するか、またはハルバッハアレイとして構成されている、請求項１に記載のコレクタリーダ。
【請求項３】
前記源は、Ｘ線を用いて前記粒子を励起し、前記検出器は、結果として生じる粒子Ｘ線蛍光を測定する、請求項１に記載のコレクタリーダ。
【請求項４】
前記ストッパに隣接するＸ線に対して透過性のウィンドウをさらに含む、請求項１に記載のコレクタリーダ。
【請求項５】
前記源は、光学的に前記粒子を励起し、前記検出器は、結果として生じる光学蛍光を測定する、請求項１に記載のコレクタリーダ。
【請求項６】
前記源は、前記粒子を励起し、前記検出器は、
Ｘ線蛍光と、
光学蛍光と、
原子吸光と、
原子分光法と、
中性子活性化と、
誘導結合プラズマ質量分析と、
Ｘ線光電子分光法と
のうちの１つ以上を使用して、粒子励起を測定する、請求項１に記載のコレクタリーダ。
【請求項７】
前記ストッパは、Ｖ型である、請求項１に記載のコレクタリーダ。
【請求項８】
前記リーダは、前記アレイから少なくとも１０フィートにある、請求項１に記載のコレクタリーダ。
【請求項９】
流体を生産するパイプを含む生産井と、少なくとも２つの注入井とによって穿通されている地下リザーバの観察を行うための方法であって、前記方法は、
第１の注入井を介して、トレーサ粒子の第１のセットを第１の地下の場所に送達し、第２の注入井を介して、トレーサ粒子の第２のセットを第２の地下の場所に送達することと、
前記生産井を介して前記リザーバから外への流体を生産することであって、前記流体を生産することは、コレクタを使用して、前記生産された流体中のトレーサ粒子を濃縮することを含み、前記コレクタは、
前記生産井パイプ内に位置付けられた磁石のアレイであって、前記アレイ内の隣接する磁石は、反対の磁化極性を有するか、または前記アレイは、線形アレイであり、前記流体は、前記アレイに対して移動する、磁石のアレイと、
前記アレイに磁気的に引きつけられた前記粒子を捕捉し、分析のためにそれらを移送するように構成されている、可撤性シースと
を備える、ことと、
前記生産された流体中の前記トレーサ粒子の第１のセットの存在または不在を検出し、前記生産された流体中の前記トレーサ粒子の第２のセットの存在または不在を検出することと
を含み、
前記トレーサ粒子は、それぞれ、磁性材料と、識別要素とを含み、前記トレーサ粒子の第１のセット内の識別要素は、前記トレーサ粒子の第２のセット内の識別要素とは異なり、前記トレーサ粒子の存在または不在を検出することは、
Ｘ線蛍光分光法と、
原子吸光と、
原子分光法と、
中性子活性化と、
光学蛍光と、
誘導結合プラズマ質量分析と、
Ｘ線光電子分光法と
のうちの１つ以上を使用して、１つ以上の識別要素を検出することによって実施される、方法。
【請求項１０】
前記生産井を介して、前記リザーバから外への流体を生産することはさらに、磁気抽出を使用して、前記生産された流体中のトレーサ粒子を濃縮することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記生産井を介して、前記リザーバから外への流体を生産することはさらに、コレクタを使用して、前記生産された流体中のトレーサ粒子を濃縮することを含み、前記コレクタは、
磁石のアレイであって、前記流体は、前記アレイに対して移動する、磁石のアレイと、
前記アレイに磁気的に引きつけられた前記粒子を空間的に濃縮するように構成されたストッパと
を備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記生産された流体中の前記トレーサ粒子の第１のセットと、前記トレーサ粒子の第２のセットとの比率を判定することによって、前記生産された流体中の前記第１の注入井からの流体と、前記第２の注入井からの流体との比率を判定することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
流体中の磁性粒子を分析するためのコレクタリーダであって、前記流体は、前記コレクタリーダに対して移動し、前記コレクタリーダは、
磁石のアレイであって、前記磁石のアレイの磁化方向は、前記流体中に高磁場勾配の領域を生成するように変動され、前記磁石のアレイは、パイプの非磁性区分を囲繞するカラーとして構成され、前記アレイの軸および前記パイプの軸は、一致し、前記アレイは、その軸上で回転するように構成されている、磁石のアレイと、
前記アレイに引きつけられた前記粒子を空間的に濃縮するように構成されたストッパと、
前記ストッパから磁性粒子を除去するクリーナと、
前記ストッパによって濃縮された前記粒子を励起するように構成された源と、前記磁性粒子によって放出された粒子励起徴候を捕捉するように構成された検出器とを含む、リーダと
を備える、コレクタリーダ。
【請求項１４】
前記クリーナは、前記パイプの非磁性区分の内面上の突起である、請求項１３に記載のコレクタリーダ。
【請求項１５】
流体を生産するパイプを含む生産井と、少なくとも２つの注入井とによって穿通されている地下リザーバの観察を行うための方法であって、前記方法は、
第１の注入井を介して、トレーサ粒子の第１のセットを第１の地下の場所に送達し、第２の注入井を介して、トレーサ粒子の第２のセットを第２の地下の場所に送達することと、
前記生産井を介して前記リザーバから外への流体を生産することと、
前記生産された流体中の前記トレーサ粒子の第１のセットの存在または不在を検出し、前記生産された流体中の前記トレーサ粒子の第２のセットの存在または不在を検出することと
を含み、
前記トレーサ粒子は、それぞれ、識別要素を含有する層によって囲繞されている、フェライトまたは鉄合金磁性材料を含み、前記トレーサ粒子の第１のセット内の識別要素は、前記トレーサ粒子の第２のセット内の識別要素とは異なり、前記層は、保護シェルによって被覆され、前記トレーサ粒子の存在または不在を検出することは、
Ｘ線蛍光分光法と、
原子吸光と、
原子分光法と、
中性子活性化と、
光学蛍光と、
誘導結合プラズマ質量分析と、
Ｘ線光電子分光法と
のうちの１つ以上を使用して、１つ以上の識別要素を検出することによって実施される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１４年６月２３日に出願された「Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｗｅｌｌ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  Ｔｒａｃｅｒ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」という題名の米国仮特許出願第６２／０１５，７１３号から優先権を主張する。上記出願は、その全体として参照することによって本明細書において援用される。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、地下リザーバ内でのトレーサの使用に関し、より具体的には、トレーサ粒子に適用されるＸ線蛍光透視法または他の類似分析技法を使用する注入井識別に関する。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
種々の産業が、地下リザーバからの天然資源の抽出を目的として、地中に流体を注入する。いくつかの実施例は、１）フラッキング、２）ＣＯ２および／または水を注入井を介して生産井に注入することによる油井の刺激、３）生産井に平行して油井内を流れる流体を挿入することによる重油井の刺激、４）蒸気を注入することによる刺激、５）炭化水素（オイルおよびガス）の二次回収、６）ウラニウムの原位置回収（「ＩＳＲ」）等を含む。いくつかの場合では、複数の注入井および１つ以上の生産井が、地下リザーバに通貫する。注入井からの流体は、生産井に流動し得る。多くの場合、流体がどの注入井に由来するかを把握することが望ましい。他の場合では、注入井からの流体は、飲料水汚染等の汚染源となり得る。多くの場合、汚染の起源を判定することが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（実施形態の概要）
生産坑井および２つ以上の注入坑井によって穿通される、地下リザーバを観察するための方法が、提供される。トレーサ粒子の第１のセットは、１つの注入坑井によってリザーバに送達されるが、トレーサ粒子の第２のセットは、第２の注入坑井を介してリザーバに送達される。トレーサ粒子の第１のセットは、第１の識別要素を含むが、トレーサ粒子の第２のセットは、第２の識別要素を含む。各トレーサ粒子は、磁性材料を含む。生産井から生産される流体中のトレーザ粒子の第１のセットまたは第２のセットからの粒子の存在もしくは不在は、生産流体中の識別要素を使用する、Ｘ線蛍光（「ＸＲＦ」）分光法または別の類似分析技法によって判定される。特定の注入井および生産井からの流体流動（またはその不在）が、したがって、判定されることができる。これは、油井によって横断される層群の特性を確立し、層群内に含有される炭化水素の探査および生産における効率を増加させることに役立つ。
【０００５】
本発明のいくつかの実施形態では、生産井から生産される流体中のトレーサ粒子の第１のセットまたは第２のセットからの粒子の存在もしくは不在は、流体を使用して判定されるが、流体は、依然として生産坑井内にある。他の実施形態では、磁気的に抽出されたトレーサ粒子を伴う流体が、生産坑井から除去され、外部で分析される。
【０００６】
本発明の種々の好ましい実施形態では、流体中の磁性トレーサ粒子が、コレクタリーダ内の磁石のアレイによって濃縮される。アレイ内の隣接する磁石の磁化方向は、アレイの近傍の流体中に高磁場勾配の領域を生成するように配向される。トレーサ粒子は、高磁場勾配のこれらの領域内に集まり、分析のために捕捉される。リーダは、捕捉された粒子内のＩＤ要素を励起し、励起された粒子によって放出される粒子励起徴候を検出する。トレーサ粒子は、次いで、粒子励起徴候から識別されることができる。
【０００７】
一実施形態では、コレクタリーダは、坑井の内側の回転ディスクとして構成される、磁石アレイを含む。磁石アレイによってディスクの縁に引きつけられた磁性粒子は、アレイが回転するにつれてストッパによってすくい取られる。リーダは、ストッパによって濃縮された粒子内のＩＤ要素を励起し、結果としてトレーサ粒子から放出される徴候を検出する。具体的実施形態では、Ｘ線蛍光が、収集された粒子を分析するために採用される。
【０００８】
別の実施形態では、コレクタリーダは、坑井の外部の回転カラーとして構成される、磁石アレイを含む。磁石アレイによってカラーの内側に引きつけられた磁性粒子は、アレイが回転するにつれてＶ型ストッパによって濃縮される。リーダは、濃縮されたトレーサ粒子内のＩＤ要素を励起し、結果として生じる放出徴候を検出する。具体的実施形態では、光学蛍光が、収集された粒子を分析するために採用される。
【０００９】
別の実施形態では、コレクタリーダは、シースによって囲繞される磁石の線形アレイを含む。線形アレイは、坑井に挿入され、流体中の粒子が、磁石アレイによって引きつけられ、シースによって捕捉される。捕捉された粒子は、坑井から除去され、外部リーダによって分析される。リーダは、粒子内のＩＤ要素を励起し、トレーサ粒子の起源を識別する、結果として生じる放出徴候を検出する。
【００１０】
コレクタリーダの種々の実施形態では、アレイ内の磁石構成は、隣接する磁石において反対の極性を伴う、永久磁石を含んでもよい。他の実施形態では、ハルバッハアレイが、採用されてもよい。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
流体中の磁性粒子を分析するためのコレクタリーダであって、前記流体は、前記コレクタリーダに対して移動し、前記コレクタリーダは、
ａ．磁石のアレイであって、前記アレイ内の隣接する磁石は、反対の磁化極性を有する、磁石のアレイと、
ｂ．前記アレイに引きつけられた前記粒子を空間的に濃縮するように構成されたストッパと、
ｃ．前記ストッパによって濃縮された前記粒子を励起するように構成された源と、前記磁性粒子によって放出された粒子励起徴候を捕捉するように構成された検出器とを含む、リーダと
を備える、コレクタリーダ。
（項目２）
流体中の磁性粒子を分析するためのコレクタリーダであって、前記流体は、前記コレクタリーダに対して移動し、前記コレクタリーダは、
ａ．磁石のアレイであって、前記アレイ内の隣接する磁石は、ハルバッハアレイとして構成されている、磁石のアレイと、
ｂ．前記アレイに引きつけられた前記粒子を空間的に濃縮するように構成されたストッパと、
ｃ．前記ストッパによって濃縮された前記粒子を励起するように構成された源と、前記磁性粒子によって放出された粒子励起徴候を捕捉するように構成された検出器とを含む、リーダと
を備える、コレクタリーダ。
（項目３）
流体中の磁性粒子を分析するためのコレクタリーダであって、前記流体は、前記コレクタリーダに対して移動し、前記コレクタリーダは、
ａ．磁石のアレイであって、前記磁石のアレイの磁化方向は、前記流体中に高磁場勾配の領域を生成するように変動される、磁石のアレイと、
ｂ．前記アレイに引きつけられた前記粒子を空間的に濃縮するように構成されたストッパと、
ｃ．前記ストッパによって濃縮された前記粒子を励起するように構成された源と、前記磁性粒子によって放出された粒子励起徴候を捕捉するように構成された検出器とを含む、リーダと
を備える、コレクタリーダ。
（項目４）
流体中の磁性粒子を分析するためのコレクタリーダであって、前記流体は、前記コレクタリーダに対して移動し、前記コレクタリーダは、
ａ．磁石の線形アレイであって、前記アレイ内の隣接する磁石は、反対の極性を有する、磁石の線形アレイと、
ｂ．前記アレイを囲繞する可撤性シースであって、前記シースは、前記アレイに引きつけられた前記粒子を捕捉するように構成されている、シースと、
ｃ．ストッパによって濃縮された前記粒子を励起するように構成された源と、前記磁性粒子によって放出された粒子励起徴候を捕捉するように構成された検出器とを含む、リーダと
を備える、コレクタリーダ。
（項目５）
前記源は、Ｘ線を用いて前記粒子を励起し、前記検出器は、結果として生じる粒子Ｘ線蛍光を測定する、項目１〜４のうちの１項に記載のコレクタリーダ。
（項目６）
前記ストッパに隣接するＸ線に対して透過性のウィンドウをさらに含む、項目１〜３のうちの１項に記載のコレクタリーダ。
（項目７）
前記源は、光学的に前記粒子を励起し、前記検出器は、結果として生じる光学蛍光を測定する、項目１〜４のうちの１項に記載のコレクタリーダ。
（項目８）
前記源は、前記粒子を励起し、前記検出器は、
Ｘ線蛍光と、
光学蛍光と、
原子吸光と、
原子分光法と、
中性子活性化と、
誘導結合プラズマ質量分析と、
Ｘ線光電子分光法と
のうちの１つ以上を使用して、粒子励起を測定する、項目１〜４のうちの１項に記載のコレクタリーダ。
（項目９）
前記ストッパは、Ｖ型である、項目１〜３のうちの１項に記載のコレクタリーダ。
（項目１０）
前記アレイは、前記流体中に懸下されるように構成されている、項目１〜４のうちの１項に記載のコレクタリーダ。
（項目１１）
前記アレイは、軸を伴うディスクとして構成され、前記ディスクは、前記流体によって衝撃を受けると、前記ディスク軸上で前記ディスクを高速に回転させるフィンを含む、項目１０に記載のコレクタリーダ。
（項目１２）
前記アレイは、パイプの非磁性区分を囲繞するカラーとして構成され、前記アレイの軸および前記パイプの軸は、一致し、前記アレイは、その軸上で回転するように構成されている、項目１〜３のうちの１項に記載のコレクタリーダ。
（項目１３）
前記ストッパから磁性粒子を除去するクリーナをさらに含む、項目１２に記載のコレクタリーダ。
（項目１４）
前記クリーナは、前記パイプの非磁性区分の内面上の突起である、項目１３に記載のコレクタリーダ。
（項目１５）
前記リーダは、前記アレイから少なくとも１０フィートにある、項目１〜４のうちの１項に記載のコレクタリーダ。
（項目１６）
流体を生産するパイプを含む生産井と、少なくとも２つの注入井とによって穿通されている地下リザーバの観察を行うための方法であって、前記方法は、
ａ．第１の注入井を介して、トレーサ粒子の第１のセットを第１の地下の場所に送達し、第２の注入井を介して、トレーサ粒子の第２のセットを第２の地下の場所に送達することと、
ｂ．前記生産井を介して、前記リザーバから外への流体を生産することと、
ｃ．前記生産された流体中の前記トレーサ粒子の第１のセットの存在または不在を検出し、前記生産された流体中の前記トレーサ粒子の第２のセットの存在または不在を検出することと
を含み、
前記トレーサ粒子は、それぞれ、磁性材料と、識別要素とを含み、前記トレーサ粒子の第１のセット内の識別要素は、前記トレーサ粒子の第２のセット内の識別要素とは異なり、前記トレーサ粒子の存在または不在を検出することは、Ｘ線蛍光分光法を使用して、１つ以上の識別要素を検出することによって実施される、方法。
（項目１７）
流体を生産するパイプを含む生産井と、少なくとも２つの注入井とによって穿通されている地下リザーバの観察を行うための方法であって、前記方法は、
ａ．第１の注入井を介して、トレーサ粒子の第１のセットを第１の地下の場所に送達し、第２の注入井を介して、トレーサ粒子の第２のセットを第２の地下の場所に送達することと、
ｂ．前記生産井を介して前記リザーバから外への流体を生産することと、
ｃ．前記生産された流体中の前記トレーサ粒子の第１のセットの存在または不在を検出し、前記生産された流体中の前記トレーサ粒子の第２のセットの存在または不在を検出することと
を含み、
前記トレーサ粒子は、それぞれ、磁性材料と、識別要素とを含み、前記トレーサ粒子の第１のセット内の識別要素は、前記トレーサ粒子の第２のセット内の識別要素とは異なり、前記トレーサ粒子の存在または不在を検出することは、
原子吸光と、
原子分光法と、
中性子活性化と、
光学蛍光と、
誘導結合プラズマ質量分析と、
Ｘ線光電子分光法と
のうちの１つ以上を使用して、１つ以上の識別要素を検出することによって実施される、方法。
（項目１８）
前記生産井を介して、前記リザーバから外への流体を生産することはさらに、磁気抽出を使用して、前記生産された流体中のトレーサ粒子を濃縮することを含む、項目１６または項目１７に記載の方法。
（項目１９）
前記生産井を介して、前記リザーバから外への流体を生産することはさらに、コレクタを使用して、前記生産された流体中のトレーサ粒子を濃縮することを含み、前記コレクタは、
ａ．磁石のアレイであって、前記流体は、前記アレイに対して移動する、磁石のアレイと、
ｂ．前記アレイに磁気的に引きつけられた前記粒子を空間的に濃縮するように構成されたストッパと
を備える、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
前記生産井を介して、前記リザーバから外への流体を生産することはさらに、コレクタを使用して、前記生産された流体中のトレーサ粒子を濃縮することを含み、前記コレクタは、
ａ．磁石のアレイであって、前記アレイ内の隣接する磁石は、反対の磁化極性を有し、前記アレイは、線形アレイであり、前記流体は、前記アレイに対して移動する、磁石のアレイと、
ｂ．前記アレイに磁気的に引きつけられた前記粒子を捕捉し、分析のためにそれらを移送するように構成されている、可撤性シースと
を備える、項目１６または項目１７に記載の方法。
（項目２１）
磁石のアレイは、前記生産井パイプ内に位置付けられている、項目１６または項目１７に記載の方法。
（項目２２）
磁石のアレイは、前記生産井パイプの外部に位置付けられている、項目１６または項目１７に記載の方法。
（項目２３）
前記トレーサ粒子は、識別要素を含む、フェライトまたは鉄合金磁性材料から成る、項目１６または項目１７に記載の方法。
（項目２４）
前記トレーサ粒子は、識別要素を含有する層によって囲繞されている、フェライトまたは鉄合金磁性材料から成る、項目１６または項目１７に記載の方法。
（項目２５）
前記トレーサ粒子は、識別要素を含有する層によって囲繞されている、フェライトまたは鉄合金磁性材料から成り、前記層はさらに、保護シェルによって囲繞されている、項目１６または項目１７に記載の方法。
（項目２６）
前記生産された流体中の前記トレーサ粒子の第１のセットと、前記トレーサ粒子の第２のセットとの比率を判定することによって、前記生産された流体中の前記第１の注入井からの流体と、前記第２の注入井からの流体との比率を判定することをさらに含む、項目１６または項目１７に記載の方法。
【００１１】
前述の実施形態の特徴は、付随の図面を参照して検討される、以下の詳細な説明を参照することによって、より容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明のある実施形態における、いくつかの注入坑井によって囲繞される生産坑井を図式的に示す。
【図２】図２は、図１の油井現場における、注入坑井のうちの１つから地下リザーバを通した生産坑井への流体の流動を示す。
【図３】図３は、本発明のある実施形態による、生産坑井から生産される流体中の流体の源である注入坑井を識別する、プロセスを示す。
【図４】図４Ａ〜４Ｃは、図３の実施形態において使用され得る、トレーサ粒子を示す。
【図５】図５は、隣接する磁石が反対の極性を有する、永久磁石のアレイの一部における磁束線を示す、図である。
【図６】図６は、本発明のある実施形態による、坑井内に置かれるコレクタリーダ装置の断面図である。
【図７】図７は、図６の実施形態における、回転ディスクとして構成される永久磁石のアレイにおける磁束線を示す。
【図８】図８は、高磁束勾配の領域における図７のディスクの縁上に収集されたトレーサ粒子と、ディスクが回転するにつれて収集された粒子を濃縮するストッパとを示す。
【図９】図９は、流体流動によって衝撃を受けると、ディスクを回転させるフィンを示す、図７の回転ディスクの斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明のある実施形態における、磁石アレイが坑井の外部のカラーとして構成されるコレクタリーダを示す、分解斜視図である。
【図１１】図１１は、アレイが交番極性の磁石を含む、図１０の磁石アレイカラーの断面を示す。
【図１２】図１２は、図１０に示される実施形態のストッパ部分の断面である。
【図１３】図１３は、アレイがハルバッハアレイとして構成される、図１０の実施形態のための代替磁石アレイカラー構成の断面を示す。
【図１４】図１４は、本発明の別の実施形態における、永久磁石の線形アレイを使用するコレクタリーダの断面側面図である。
【図１５】図１５は、図１４の実施形態における、コレクタリーダ線形アレイの断面端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（特定実施形態の詳細な説明）
本発明の種々の実施形態では、生産坑井および２つ以上の注入坑井によって穿通される、地下リザーバを観察するための方法が、提供される。トレーサ粒子の第１のセットは、１つの注入坑井によってリザーバに送達されるが、トレーサ粒子の第２のセットは、第２の注入坑井を介してリザーバに送達される。トレーサ粒子の第１のセットは、第１の識別要素を含むが、トレーサ粒子の第２のセットは、第２の識別要素を含む。生産井から生産される流体中のトレーザ粒子の第１のセットまたは第２のセットからの粒子の存在もしくは不在は、生産流体中の識別要素を使用する、Ｘ線蛍光分光法によって判定される。特定の注入井および生産井からの流体流動（またはその不在）が、したがって、判定されることができる。本発明の好ましい実施形態では、この識別は、Ｘ線透過ウィンドウを通してＸＲＦを使用することによって、生産される流体を使用して遂行されることができるが、流体は、依然として生産井内にある。他の実施形態では、磁性材料を含むトレーサ粒子は、Ｘ線透過ウィンドウを通したＸ線蛍光分光法による識別のために、磁気、流体力学、機械システム、またはそれらの任意の組み合わせを使用することによって、依然としてパイプ内にある、生産される流体から濃縮される。またさらなる実施形態では、流体または磁気的に濃縮された粒子は、オイル流から除去され、オイルパイプの外側で分析される。またさらなる実施形態では、光学蛍光透視法または別の類似技法が、トレーサ粒子内の識別要素を識別するために採用される。
【００１４】
図１は、いくつかの注入坑井２０によって囲繞される生産坑井１０を図式的に示す。注入坑井２０は、いくつかの生産井１０の周辺に配列され得る。各注入坑井２０は、地下リザーバ１５に流体を注入し得る。１つ以上の注入坑井に注入された流体は、生産坑井１０に流動し得る。図２は、注入坑井２０のうちの１つから地下リザーバ１５を通した生産坑井１０への流体の流動を示す。したがって、生産坑井から生産される流体は、リザーバから抽出された他の流体とともに、１つ以上の注入坑井に注入された流体を含有し得る。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態では、図３に示されるように、生産坑井１０から生産される流体の源を判定するためのプロセス１００が、提供される。トレーサ粒子が、流体とともに注入坑井に挿入される（１１０）。特定の注入坑井に挿入されたトレーサ粒子の識別特性は、他の注入坑井２０のいずれかに注入されたトレーサ粒子の識別特性とは異なる。トレーサ粒子を運搬する注入された流体は、注入坑井を下って、地下リザーバ１５中に流動する（１２０）。流体は、続けて生産坑井から生産され（１３０）、生産流体中に存在するトレーサ粒子の識別特性を判定するように分析される（１４０）。生産流体中のトレーサ粒子の識別特性と、各個々の注入坑井に注入されたトレーサ粒子のＩＤ特性との整合は、具体的注入井、すなわち、トレーサ粒子がリザーバ１５０に進入した油井の識別を可能にする。
【００１６】
本発明の具体的実施形態では、トレーサ粒子は、複数の源が区別される、または各源のわずかな寄与が定量化されることを可能にする、磁性成分（例えば、フェライトまたは磁気酸化物）およびいくつかの区別可能識別（「ＩＤ」）要素のうちの１つを有する、マイクロタグまたはナノタグであり得る。図４Ａ〜４Ｃは、タグの例証的実施例を示す。図４Ａは、磁性であり、ＩＤ要素を含有する、混合フェライトを伴うトレーサ粒子３０を示す。図４Ｂは、ＩＤ要素を含有する層４５によって囲繞される磁性コア４０を伴うトレーサ粒子を示すが、図４Ｃは、磁性コア５０、ＩＤ要素層５２、および保護外側シェル５４を伴うトレーサ粒子を示す。保護外側シェルは、地下オイル生産層内の高温および／または高圧に対して保護することができ、例えば、限定されないが、ＴｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３であってもよい。周知のフェライトは、それらの磁性を判定する種々の元素を含有する。これらの元素は、限定ではないが、Ｎｉ、Ｙ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃｏ、およびＣｕを含む。各トレーサ粒子３０、４０、５０の磁性成分は、本発明の種々の実施形態では、分析のための磁場勾配を使用して、生産される流体流からの粒子の濃縮または抽出を可能にする。（注記：本発明の種々の実施形態における磁性トレーサ粒子濃縮および抽出の詳細は、以下に提示される。）このように濃縮されると、トレーサ粒子の検出は、これらの粒子が生産流体中の溶液または懸濁液中に均一に分散される場合よりも容易である。他の実施形態では、トレーサ粒子のＩＤ要素は、生産坑井１０を通してトレーサ粒子を運搬する流体中でリアルタイムに直接読み取られることができる。種々の実施形態では、トレーサ粒子は、直径が、例えば、１０ｎｍ〜３０ｎｍに及び得、他の実施形態では、トレーサ粒子は、０．１μｍ〜１０μｍを上回るように及び得る。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態では、Ｘ線蛍光分光法（「ＸＲＦ」）が、生産される流体中のトレーサ粒子内の具体的ＩＤ要素の存在または不在を検出するために使用される。ＸＲＦは、試料の要素組成物を測定するための感受性非接触技法である。（ＸＲＦは、１９９９年６月にＷｉｌｅｙによって出版された、Ｒｏｎ  Ｊｅｎｋｉｎｓによる「Ｘ−Ｒａｙ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ」（第２版）に詳細に説明される。ＸＲＦはまた、２００６年にＳｐｒｉｎｇｅｒによって出版された、Ｂｅｃｋｈｏｆｆ，Ｂ．、Ｋａｎｎｇｉｅsｅｒ，Ｂ．、Ｌａｎｇｈｏｆｆ，Ｎ．、Ｗｅｄｅｌｌ，Ｒ．、Ｗｏｌｆｆ，Ｈ．（共同執筆）による「Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｐｒａｃｔｉｃａｌ  Ｘ−Ｒａｙ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  Ａｎａｌｙｓｉｓ」にも詳細に説明される。これらの参照文献はそれぞれ、その全体が、参照することによって本明細書に組み込まれる。）生産井１０から生産される流体は、Ｘ線を用いて調査される。調査される流体試料のＸ線スペクトルは、生産される流体中にあるトレーサ粒子内に存在する具体的要素に対応する、種々のピークを含む。トレーサ粒子の各セット内のＩＤ要素は、粒子の各セットのＸＲＦ徴候が地下リザーバ１５内で使用されるトレーサ粒子の全ての他のセットの徴候と区別され得るように選定される。トレーサ粒子の各セットは、１つの注入坑井にのみ注入されるため、トレーサ粒子のその特定のセットのＸＲＦ徴候の検出は、特定の注入井からの流体が生産された流体に寄与したことを示す。Ｘ線断面に応じて、種々の要素が、異なる検出限界において検出可能である。低検出閾値を伴う元素または酸化物が、ＩＤ要素として好ましい。１５０百万分率を下回って検出可能である原子元に基づいて、本発明の具体的実施形態では、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、またはＴａが、ＩＤ要素として選定されてもよい。本発明の好ましい実施形態では、単一原子元または酸化物が、トレーサ粒子の特定のセットのためのＩＤ要素として使用される。特定のＩＤ要素のＸＲＦ徴候の強度は、特定の注入井からの流体の生産された流体への寄与を判定することに役立ち得る。これらの要素の選択は、種々の用途では、坑井環境内の酸化物のコスト、毒性、および化学的安定性に基づき得る。これらの要素のいくつかの酸化物は、極めて安定しており、良好な保護層、例えば、Ｃｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２を作製するであろう。
【００１８】
本発明の他の好ましい実施形態では、
原子吸光と、
原子分光法と、
中性子活性化と、
光学蛍光と、
誘導結合プラズマ質量分析と、
Ｘ線光電子分光法と
のうちの１つ以上が、トレーサ粒子内のＩＤ要素を判定するために使用される。粒子内のＩＤ要素は、使用されるべき分析技法に従って選択される。例えば、光学蛍光が分析技法として使用される場合、量子ドットが、トレーサ粒子内の磁性材料と組み合わせられるＩＤ要素として使用されてもよい。分析は、パイプ内で流体試料を用いて行われてもよく、またはいくつかの場合では、流体試料が、パイプの外部での分析のためにパイプから除去されてもよい。
【００１９】
（磁性トレーサ粒子収集および分析）
本発明の種々の好ましい実施形態では、流体中の磁性トレーサ粒子が、永久磁石であり得る、磁石のアレイによって濃縮される。アレイ内の隣接する磁石の磁化方向は、アレイの近傍の流体中に高磁場勾配の領域を生成するように配向される。トレーサ粒子は、高磁場勾配のこれらの領域内に集まり、分析のために捕捉される。リーダは、捕捉された粒子内のＩＤ要素を励起し、励起された粒子によって放出される粒子励起徴候を検出する。トレーサ粒子は、次いで、粒子励起徴候から識別されることができる。
【００２０】
図５は、柔軟性磁束リターン２３０上の交番極性永久磁石２０５のアレイ２００の一部を示す。磁束は、反対極性の磁石間の界面に最大勾配を伴う曲線２１０によって示される。（磁石の極性は、ベクトル２２０によって示されるとおりである。）磁石の表面２４０の近傍の流体中に懸濁される磁性粒子は、より高い磁束勾配の部位に優先的に集まるであろう。磁場勾配
【化１】
0006474840.tif 000002
における磁性粒子への力は、
【数１】
0006474840.tif 000003
であり、式中、ｍは、粒子の磁気双極モーメントである。一般的なソフトフェライトに関して、飽和磁化は、約０．２＊１０６Ａ／ｍであり、比透磁率は、１００〜１０００である。比透磁率を１００と仮定すると、わずか２０００Ａ／ｍ（２５ガウスと同等）の磁場が、粒子の磁化を飽和させるであろう。現在の永久磁石から利用可能な強い磁場を考慮して、簡易化するために、飽和磁化が達成されると仮定することができる。粒子への力および流体を通した達成可能なドリフト速度は、磁場勾配に比例する。Ｌｍａｇ２５０の特徴的な間隔または周期を伴う交番極性永久磁石（例えば、ＳｍＣｏまたはＮｄＦｅＢ）のアレイに関して、磁場勾配は、約２＊Ｂ０／Ｌｍａｇである。粘度μの流体を通して進行する直径ｄの球状粒子に関して、摩擦係数（力と速度との比率）ｆ＝３πμｄである。したがって、所与の粒子サイズおよび磁石間隔に関して、粒子速度が、導出されることができる。
【００２１】
本発明の種々の実施形態では、種々のコレクタリーダ実装が、以下に説明されるような磁石アレイを使用して、磁性トレーサ粒子の磁気濃縮および収集を利用することができる。
【００２２】
Ｉ．流体充填パイプの内部の磁石アレイディスク
本発明の好ましい実施形態では、図６の全体的断面に示されるように、コレクタリーダ装置３００が、トレーサ粒子内のＩＤ要素を識別するために採用される。永久磁石の回転ディスクアレイ３２０が、坑井３１５内に設置される。ディスクは、図面の平面に垂直な軸３２１上で高速に回転する。流体３１０がアレイによって流動し、アレイが高速に回転するにつれて、ディスクは、磁性トレーサ粒子３２４を引きつける。図７に描写されるように、このアレイ内の磁石は、矢印によって示されるように、磁化方向において交番する。（図６〜９では、アレイ内の各磁石は、その磁化方向を示す矢印によって識別される。）柔軟性磁束リターン３１８が、ディスク内に提供される。これらの磁石は、隣接する磁石間に最大磁束勾配３２２の面積を作成する。磁性トレーサ粒子が、これらの最大勾配３２２の面積に優先的に引きつけられる。図８に示されるように、ストッパ３３５が、ディスクが高速に回転するにつれて、ディスクから収集された粒子３２４を剥離することによって、トレーサ粒子を収集し、したがって、それを濃縮するために提供される。本実施形態では、ストッパ３３５は、シャベルとして成形されるが、ストッパのための他の形状、例えば、Ｖ型もまた、可能である。図８は、磁性粒子がディスクの縁上に優先的に集まる面積３２４を示す、ディスクアレイ３２０の拡大側面図である。ディスクが高速に回転するにつれて、ストッパ３３５から剥離され、それによって保持されている粒子もまた、示される。これらの濃縮されたトレーサ粒子は、次いで、分析されることができる。
【００２３】
図６に再び目を向けると、リーダ４００が、コレクタリーダ装置３００のために提供される。本実施形態では、リーダ４００は、Ｘ線を放出するＸ線管４１０とＸ線検出器４３０とを組み合わせる。Ｘ線は、坑井３１５の壁におけるＸ線透過ウィンドウ４２０を通して、ストッパ３３５内の磁性トレーサ粒子に衝突する。Ｘ線によって励起されると、これらのトレーサ粒子は、磁気トレーサ粒子内のＩＤ要素に特有の波長を伴う二次Ｘ線を放出することができる。これらの二次Ｘ線は、検出器４３０によって受信され、存在するＩＤ要素に特有の電子徴候が、生成される。したがって、トレーサ粒子の組成物が、判定されることができる。
【００２４】
図９は、フィン３４０がディスクの側面上に提供される、本発明の実施形態におけるディスク３２０の斜視図である。流体３１０がディスクを過ぎて流動し、フィンに衝突するにつれて、ディスクは、回転する。フィン３４０はまた、図９に示されないディスクの側面上にも提供され得ることに留意されたい。
【００２５】
他の好ましい実施形態では、図６のリーダ４００は、検出され得る特徴的な徴候、例えば、光学蛍光等を放出するために、収集された磁性トレーサ粒子を励起し得る源４１０および検出器４３０のための任意の技術を採用してもよい。同様に、ハルバッハアレイ等の他の磁石アレイ構成が、使用されてもよい。（ハルバッハ構成は、以下に説明される。）さらに、他の実施形態では、その磁化方向がディスクの近傍の流体中に高磁束勾配の領域を生成するように変動される、永久磁石の任意のアレイ構成が、トレーサ粒子を収集するために使用されてもよい。
【００２６】
ＩＩ．流体充填パイプの外部の磁石アレイディスク
本発明の別の好ましい実施形態では、図１０の分解斜視図に示されるように、コレクタリーダ装置５００が、トレーサ粒子内のＩＤ要素を識別するために採用される。非磁性材料５０５（例えば、Ｔｉ合金）のパイプの薄い区分が、坑井内の従来のパイプ区分に取って代わる。永久磁石の回転アレイ５１０が、カラーとしてこのパイプ区分を囲繞する。このアレイは、パイプ区分５０５を中心として回転し、ポート５３５を通してカラーアクチュエータモータによって駆動され、モータは、示されない。非磁性パイプ区分５０５の軸およびカラー５１０の軸は、一致する。筐体５３０が、上記の構成要素を含有するように提供される。流体５０２が、図１０に示されるように流動する。
【００２７】
図１１は、本実施形態における、磁性アレイカラー５１０の構成の上下図である。図１１に描写されるように、このアレイ内の磁石５１２は、矢印によって示されるように、磁化方向において交番する。柔軟性磁束リターン５１４が、カラー内に提供される。これらの磁石は、カラーの内部の隣接する磁石間に最大磁束勾配の面積を生成する。磁気トレーサ粒子が、流体５０２がカラー５１０のレベルを過ぎて流動するにつれて、これらの最大磁束勾配の面積に優先的に引きつけられ、これらの磁石接合部の近傍の非金属パイプ５０５の内面上に集まる。Ｖ型ストッパ５１６が、非金属パイプ５０５の内壁に引きつけられる。このストッパは、図１２の断面に示される。カラーアクチュエータモータ（図示せず）がその軸上でカラーを回転させるにつれて、内側パイプ壁上に収集された磁性トレーサ粒子が、Ｖ型ストッパ５１６に向かって回転する。ストッパ５１６の「Ｖ」は、分析のために、パイプ内のウィンドウ５２０の下にトレーサ粒子を濃縮する。
【００２８】
粒子クリーナ５１８が、分析後にストッパ５１６から粒子を除去するために提供される。粒子クリーナは、図１１に示されるように、非金属パイプ区分５０５の内壁上の突起である。カラーがモータによって収集回転方向と逆の方向に回転されると、ストッパ内の粒子は、パイプ５０５の内壁に沿って移動し、ストッパ５１６から離れる。最終的に、これらの粒子は、パイプ壁上の隆起５１８に当たり、流体中に戻るように分散される。コレクタリーダ装置５００は、したがって、さらなる粒子収集および分析のために準備される。
【００２９】
段落３７および３９に説明されるようなリーダ４００が、提供される。ポート５２５が、リーダ源から励起エネルギー（例えば、Ｘ線）を入力し、結果として生じる励起徴候を検出器に導くために、筐体５３０に提供される。（源または検出器のいずれも、明確化のためにここでは示されない。）非金属パイプ区分５０５におけるウィンドウ５２０が、Ｖ型ストッパによって収集された粒子から／へのエネルギーアクセスおよびエネルギー退出のために提供される。回転カラー５１０における対応するウィンドウ５４５が、カラーの周回毎に一度ウィンドウ５２０にわたって回転し、したがって、カラーを通したエネルギーアクセスおよび退出を可能にする。トレーサ粒子内のＩＤ要素を識別するための徴候の分析は、上記に説明されるとおりである。
【００３０】
別の好ましい実施形態では、ハルバッハアレイが、図１３に示されるように、カラー磁石アレイ５１０として使用される。本実施形態では、アレイ内の磁石は、示されるような磁化方向において交番する。この磁石構成は、磁石アレイの内面上の磁束勾配を最大限にする。したがって、磁性粒子収集が、増進される。カラーアレイ５１０の他の特徴は、上記に説明され、図１１に示されるカラーアレイと同一である。
【００３１】
ＩＩＩ．可撤性線形アレイ
本発明のさらなる好ましい実施形態では、図１４の側面断面に示されるように、コレクタリーダ装置６００が、トレーサ粒子内のＩＤ要素を識別するために採用される。永久磁石ディスク６２０、６２１の線形アレイ６０５が、坑井の側方におけるポート内に設置される。磁石ディスクは、外向き分極６２０から内向き分極６２１に（矢印によって示されるような）磁化方向において交番する。これらの磁石ディスクは、柔軟性磁性ロッド６１０上に装填されることができる。これらの磁石は、隣接する磁石間に最大磁束勾配の面積を作成する。磁気トレーサ粒子は、これらの最大勾配の面積に優先的に引きつけられ、アレイの外側上の磁石間の接合部に集まる。磁石ディスクの線形アレイ６０５は、アレイを包装する、ポリマーシース等のシース６３０中に摺動することができる。シース６３０は、流体がアレイ６０５を過ぎて流動するにつれて、アレイに引きつけられる磁性トレーサ粒子を閉じ込めることができる。これらの粒子は、次いで、分析のために坑井から除去されることができる。図１５は、アレイの端部から線形アレイの断面を示す。
【００３２】
外部リーダが、提供される（図示せず）。坑井から除去された粒子が、段落３７および３９に説明されるように分析される。粒子が坑井から除去されるため、リーダは、任意の従来の形状因子をとることができる。
【００３３】
（適用）
本発明の種々の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含む、もしくは１つ以上の適用方法において適用されることができる。
１．トレーサ粒子の表面化学のある修正は、粒子が注入井から生産井に進行している層群内に閉じ込められる流体の化学的特性についての情報をユーザが推測することに役立ち得る。
２．トレーサ粒子は、長時間持続するように設計されることができるため、それらは、帯水層中へのフラッキング液の流動を追跡するために使用されることができる。これは、フラッキング液の、特に、長時間後の環境影響をより良好に追跡することを可能にするであろう。
３．ＩＤ要素におけるトレーサ粒子がエンコードし得るいくつかの情報のうちの１つは、それらが地下リザーバに注入された日時であり得る。生産井における粒子の到着日時および源の注入井の識別は、層群を通して注入された流体の流率の判定を可能にするだけではなく、流体流動経路の幾何学形状をマッピングすることも可能にすることができる。
４．他の実施形態では、本識別方法は、砂の制御において使用されることができる。砂の制御のために砂利パッカーまたはメッシュが設置された後、トレーサ粒子が注入されている坑井に由来するタグが、パッカー内に閉じ込められ得る。読取デバイスが、完成パッカーと隣り合って恒久的に置かれることができ、トレーサ粒子のタグの源を検出するために使用されることができる。
５．また、砂の制御に関する、別の実施形態では、読取デバイス、例えば、ワイヤラインツールは、砂の制御を実施している砂利パッカーまたはメッシュに隣り合う生産井中に降下されることができ、したがって、生産されたオイルまたはガスの起源が、判定されることができる。
６．種々の実施形態では、本技術は、道路レベルの水漏出経路を判定するために、公益産業において使用されることができる。これは、いくつかの潜在的な源にトレーサ粒子を注入し、道路上の漏出から出るＩＤ要素を読み取ることによって行われることができる。
７．いくつかの実施形態では、上記に説明されるこれらのトレーサ粒子およびプロセスは、流体の混合が重要な役割を果たす、製造プラント内部の流体の経路を追跡するために使用されることができる。
８．いくつかの実施形態では、上記に説明されるこれらのトレーサ粒子およびプロセスは、より小さい川のより大きい川への寄与を追跡することができる。これは、水源の農業管理において特に重要である。
９．原材料の物流を改良するために、これらのトレーサ粒子は、異なる町または国からの大量の材料内に置かれることができる。異なる源からの原材料が混合されると、その原材料がどこに由来するかを把握または検証することがよく所望される。上記に説明されるプロセスおよびデバイスは、材料の起源を追跡および認証するために使用されることができる。
１０．上記に説明されるプロセスおよびデバイスは、複数の流体流のうちの１つから別の流体流への漏出を見出すことができる。
【００３４】
上記に説明される本発明の実施形態は、単に、例示的であることが意図され、多数の変形例および修正が、当業者に明白となるであろう。例えば、本発明の実施形態が、磁場を使用してトレーサ粒子を引きつけるために永久磁石を採用するものとして説明されたが、電磁石等、磁場を生成する他の方法が、本発明の他の実施形態において使用されてもよい。全てのそのような変形例および修正は、本発明の範囲内であることが意図される。本発明の実施形態が、限定されないが、続く請求項によって説明され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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