(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
累層中の炭化水素系流体の圧縮率をダウンホールにおいて測定する為の試錐孔装置であって、
ａ）試験領域と、
ｂ）累層流体を前記試験領域に導入する為の導管と、
ｃ）前記試験領域中の流体にかかっている圧力を測定する手段と、
ｄ）前記試験領域中の流体にかかっている圧力を変える手段と、
ｅ）少なくとも近赤外線を前記試験領域中に放射する光源と、
ｆ）前記試験領域と光学的に連結しているスペクトル検出器と、
ｇ）前記スペクトル検出器と前記圧力測定手段とに連結している処理手段と
を備え、前記処理手段が、前記圧力測定手段により得られる少なくとも二つの測定値から求められる圧力変化、および前記スペクトル検出器により得られる、前記各圧力測定値に対応する少なくとも二つの測定値の関数から、炭化水素系流体の圧縮率を求めることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記試験領域が、前記光源と前記スペクトル検出器との間に設置された透明な管もしくは室であって、その中を炭化水素系流体が流れる、請求項１に記載の試錐孔装置。
【請求項３】
前記該スペクトル検出器が、前記試験領域中の流体を透過した光の強度を少なくとも一つの波長で測定する手段を含んでなるものである、請求項１に記載の試錐孔装置。
【請求項４】
前記少なくとも一つの波長が複数の波長を含んでなるものである、請求項３に記載の試錐孔装置。
【請求項５】
前記少なくとも一つの波長が約１６６０ナノメートルを含んでなるものである、請求項３に記載の試錐孔装置。
【請求項６】
前記スペクトル検出器が、前記試験領域中の流体を透過した光の強度を少なくとも一つの波長域で測定する手段を含んでなるものである、請求項１に記載の試錐孔装置。
【請求項７】
前記少なくとも一つの波長域が約１６４０〜約１６７５ｎｍの範囲を含んでなるものである、請求項６に記載の試錐孔装置。
【請求項８】
前記圧力変化が一平方インチ当たり少なくとも２０００ポンド（ｐｓｉ）の変化を含んでなるものである、請求項１に記載の試錐孔装置。
【請求項９】
前記処理手段によって、以下の等式
【数１】
0003958023.tif 000006
（式中、βは前記流体の前記圧縮率であり、Ψは前記少なくとも一つの波長でのピーク面積であり、ΔＰと∂Ｐは前記圧力変化であり、ΔΨと∂Ψはピーク面積の変化であり、Ｔは温度である）に従う圧縮率を求めることができる、請求項３に記載の試錐孔装置。
【請求項１０】
前記ピーク面積が、前記光源の既知の放射の関数として、また前記スペクトル検出器により得られる前記測定値の関数として求められるものである、請求項９に記載の試錐孔装置。
【請求項１１】
前記圧力変更手段が、少なくとも一つの弁と、前記導管に連結されたポンプとからなっている、請求項１に記載の試錐孔装置。
【請求項１２】
累層中の炭化水素系流体の圧縮率を求める為の方法であって、
ａ）累層から炭化水素系流体のサンプルを得る工程と、
ｂ）第一の圧力下で前記サンプルの第一のスペクトル分析を行って、第一のスペクトル結果を得る工程と、
ｃ）前記サンプル、もしくはそれと同等の炭化水素系流体のサンプルを、前記第一の圧力とは異なる第二の圧力に付す工程と、
ｄ）前記第二の圧力下で前記サンプル、もしくは前記のような同等のサンプルの第二のスペクトル分析を行って、第二のスペクトル結果を得る工程と、
ｅ）前記第一の圧力の値、前記第二の圧力の値、並びに前記第一及び第二のスペクトル結果から炭化水素系流体の圧縮率の値を求める工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記第二の圧力が、前記第一の圧力と一平方インチ当たり少なくとも２０００ポンド（ｐｓｉ）異なっている、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第一のスペクトル分析が、サンプルを透過した光の強度を少なくとも一つの近赤外波長で測定する工程を含んでなり、また前記第二のスペクトル分析が、サンプルを透過した光の第二の強度を前記少なくとも一つの近赤外波長で測定する工程を含んでなるものである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記少なくとも一つの近赤外波長が複数の近赤外波長を含んでなるものである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも一つの近赤外波長が約１６６０ナノメートルを含んでなるものである、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第一のスペクトル分析が、サンプルを透過した光の強度を少なくとも一つの近赤外波長域で測定する工程を含んでなり、また前記第二のスペクトル分析が、サンプルを透過した光の第二の強度を前記少なくとも一つの近赤外波長域で測定する工程を含んでなるものである、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも一つの近赤外波長域が約１６４０〜約１６７５ｎｍの範囲を含んでなるものである、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記圧縮率値が、以下の等式
【数２】
0003958023.tif 000007
（式中、βは前記流体の前記圧縮率であり、Ψは前記少なくとも一つの波長でのピーク面積であり、ΔＰと∂Ｐは前記圧力変化であり、ΔΨと∂Ψはピーク面積の変化であり、Ｔは温度である）に従って求められるものである、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記第一の圧力と前記第二の圧力が、前記サンプルの泡立ち点圧よりも高い、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
累層中の炭化水素系流体の圧縮率をダウンホールにおいて測定する為の試錐孔装置であって、
ａ）試験領域と、
ｂ）累層流体を前記試験領域に導入する為の導管と、
ｃ）前記試験領域中の流体にかかっている圧力を測定する為のセンサーと、
ｄ）前記試験領域中の流体にかかっている圧力を変える手段と、
ｅ）少なくとも近赤外線を前記試験領域中に放射する光源と、
ｆ）前記試験領域と光学的に連結しているスペクトル検出器と、
ｇ）前記スペクトル検出器と前記センサーとに連結しているプロセッサーと
を備え、前記プロセッサーが、前記センサーにより得られる少なくとも二つの圧力測定値から求められる圧力変化、および前記スペクトル検出器により得られる、前記各圧力測定値に対応する少なくとも二つの測定値の関数から、炭化水素系流体の圧縮率を求めることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、下向きに開けた試錐孔における流体の分析に関するものである。より詳しくは、本発明は、地質層中の炭化水素系流体の圧縮率を現場で測定する為の装置、及び方法に関するものである。
【０００２】
本発明は、共同所有されているZimmerman等の米国特許第４，８６０，５８１号、Zimmerman等の米国特許第４，９３６，１３９号、Safinya等の米国特許第４，９９４，６７１号、Mullins等の米国特許第５，１６７，１４９号、Mullins等の米国特許第５，２０１，２２０号、Goodeの米国特許第５，２４７，８３０号、Mullins等の米国特許第５，２６６，８００号、Hines等の米国特許第５，３３１，１５６号、Mullins等の米国特許第５，８５９，４３０号、及びMullinsの米国特許第５，９３９，７１７号に関連したものである。これらの特許は全て、参考として本明細書中に引用するものである。
【０００３】
【従来の技術】
自然界に存在する炭化水素系流体には、乾燥天然ガス、湿性ガス、凝縮液、軽油、黒色油、重油、及び重質粘稠タールを含む、広い範囲の流体が含まれる。これらの様々な炭化水素系流体の、密度、粘度、及び圧縮率といった物性は、かなり変動する。それに加えて、各炭化水素系流体組成物の、それぞれが独自の物性を持つ明確に異なる気体相、液体相、及び固体相への分離は、圧力と温度の特定の条件下で生じる。これを一般的に、炭化水素の「相挙動」と呼ぶ。
【０００４】
炭化水素の埋蔵量の経済的価値、生産方法、回収効率、生産用機械設備・装置の設計等は全て、貯留炭化水素系流体の物性と相挙動によって決まる。その為、炭化水素の貯留層を発見した後に、炭化水素の流体特性と相挙動を正確に求めることが重要であり、それによって、貯留層の開発が経済的に現実味があるかどうかを判断することができ、また現実味がある場合には、貯留層の開発に適した構想、及び計画を採用することができる。このことを念頭に置くと、累層中の流体をダウンホールにおいて（現場で）分析できることが非常に望ましい、ということが当業者には分かるであろう。
【０００５】
本出願人は、累層流体を現場で分析する為の試錐孔用の道具であるＭＤＴ（Schlumbergerの商標）を提供し、工業的に成功を博している。このＭＤＴは、共同所有されているUrbanoskyの米国特許第３，８５９，８５１号及び第３，７８０，５７５号、並びにZimmerman等の米国特許第４，８６０，５８１号及び第４，９３６，１３９号（これらの特許は、参考として本明細書に引用するものである）の各明細書に記載されているのと実質的に同じ方法で、流体の流れを累層から抜き出して分析する為のものである。ＭＤＴのモジュールであるＯＦＡ（Schlumbergerの商標）により、ＭＤＴによって抜き出された流れの中の流体が何であるかが確認でき、また前に述べた関連特許の各明細書に記載されている方法に基づいて、オイルと水の含有率が得られる。特に前述のSafinya等の米国特許第４，９９４，６７１号は、試験室と、流体のサンプルをこの試験室に送る手段と、好ましくは近赤外線と可視光を放射する光源と、スペクトル検出器と、データベース手段と、処理手段とを含む、試錐孔装置を提供するものである。累層から試験室に抜き出された流体の分析は、流体に光を当て、透過及び／もしくは後方散乱した光のスペクトルを検出し、その情報を、流体中の水とオイルの量を求める為に然るべく処理することにより行う。前述のMullinsの米国特許第５，２６６，８００号明細書に記載されているように、得られた流体のサンプルの光吸収スペクトルを一定時間モニターすることで、泥濾液に抗して累層オイルがどの時点で得られているかを知ることができる。このようにして、累層オイルを適確に分析することができ、且つ種類毎に定量することができる。更に、前述のHines等の米国特許第５，３３１，１５６号明細書に記載されているように、前もって決めた特定のエネルギーで流体の流れの光学濃度を測定することにより、二相からなる流体流れのオイル画分と水画分を定量してもよい。
【０００６】
Safinya等、Mullins、及びHines等の特許は、ダウンホールでの流体の分析において大きな前進を示すものであって、累層中に存在しているオイルと水の分析に特に有用である。現場でのガスの定量及び分析の問題は、前述のMullins等の米国特許第５，１６７，１４９号、第５，２０１，２２０号、第５，８５９，４３０号、及び第５，９３９，７１７号の各明細書、並びにO.C. Mullins et al.,“Effects of high pressure on the optical detection of gas by index-of-refraction methods”, Applied Optics, Vol. 33, No. 34, pp. 7963-7970 (１９９４年１２月１日）で扱われている。特にMullins等の米国特許第５，８５９，４３０号明細書には、分流器と分光写真分析を利用してダウンホールにおいて累層ガスの組成分析を行う為の方法、及び装置が開示されている。より詳しくは、この装置には、累層ガスを分離した流れに変える為の変換手段と、その流れの中の累層ガスを分析する為の分離ガス分析モジュールとが含まれている。’６４７号出願の方法と装置は、累層流体中にどのようなタイプのガスが存在しているかを知るのに有用である。一方、Mullins等の米国特許第５，９３９，７１７号は、新たに発見されたオイルを処理するのに必要な生産設備の規模、及びタイプを決めるのに必要とされるガス−オイル比（ＧＯＲ）を現場で求める為の方法、及び装置に関するものである。
【０００７】
オイル、ガス、及び水のダウンホールでの分析と定量、並びにガス−オイル比については上記のように大きな進歩を遂げたにもかかわらず、炭化水素の圧縮率といった炭化水素の物性に関する補助的な情報が要求されている。炭化水素の圧縮率を求めることは、少なくとも二つの理由で望ましい。第一に、生産を行うと貯留流体の圧力が低下する。この貯留圧の低下の度合いは、圧縮率の関数である。これは、高圧縮率の流体は、適度の生産を行った場合、それらの圧は維持されるのに対し、非常に圧縮率の低い流体は、適度の生産でも著しく圧力が低下するからである。圧力が低下すると、生産速度の低下、及び場合によっては望ましくない相変化が生じる。生産を開始する前に、貯留層の圧挙動を予測することができるということが重要であり、その為には、流体の圧縮率を知る必要がある。
【０００８】
第二に、圧縮率は、貯留層の容積を求める助けとしても用いることができる。特に、地表下の構造を映像化し、累層中の区画の大きさと形状を確認する為に、三次元地震法を用いることが多い。また、地表下の累層にしみ込んでいる流体の圧縮率の変動を確認にする為に、W.J. Ostrander, Geophysics, 49, 1637 (1984) に記載されているような振幅−オフセット（amplitude versus offset (AVO)）法を、三次元地震法において用いることができる。従って、地震のデータを再処理して、炭化水素の貯留区画の大きさ、及び形状をより良く推定する為に、直接得た圧縮率測定値を用いることができる。
【０００９】
流体の圧縮率は、圧力の変化に伴われる体積の僅かな変化として定義されるものである。数学的には、圧縮率βは、以下の等式
【数３】
0003958023.tif 000002
（式中、∂Ｖは体積の変化であり、Ｖは初期の体積であり、∂Ｐは圧力の変化であり、Ｔは既知の一定の温度である）により定義される。
【００１０】
累層流体の圧縮率を現場で求める為の現在知られている方法には、様々なものがある。音波検層器により、累層内での圧縮波と剪断波の速度を測定することができる。もし岩盤の弾性が他の手段によって分かるのであれば、しみ込んでいる流体の圧縮率を、測定した速度から求めることができるかもしれない。例えば、J. E. White著、「Underground Sound」、エルセビア・パブリッシング社、ニューヨーク（１９８３年）を参照のこと。しかしながら、この方法による圧縮率の測定は「動的」であって、必ずしも信頼できる結果が得られるわけではない。また、前記のＭＤＴのような試錐孔流体試験器は、既知の体積圧縮容量で圧力計を用いることにより、流体の圧縮率の測定に使用することができる。しかしながら、小さい体積変化の正確な測定値を、特にダウンホールで得るのは極めて難しい。その上、体積のような外因的性質の測定には、測定にかかわる流体は全て望ましい流体である、という確実性が要求される。これも、ダウンホールにおいて確保するのは困難である。
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明の目的は、炭化水素系流体の圧縮率を現場で求める為の方法、及び装置を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、体積圧縮荷重の測定を必要としない、炭化水素系流体の圧縮率の測定方法、及び測定装置を提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、現在入手可能な試錐孔用の道具を利用して炭化水素系流体の圧縮率を測定する為の方法を提供することである。
【００１４】
本発明の更なる目的は、炭化水素系流体の圧縮率を、流体を他の特性の直接測定に付すことにより、現場で測定することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
以下で詳しく論じるこれらの目的に適う本発明の方法と装置は、特定の近赤外（ＮＩＲ）波長での炭化水素の光吸収特性に関する、本発明者らによる発見に由来するものである。特に、累層中の特定の炭化水素系流体に関して、圧力の変化により生じる特定の波長での光吸収量の変化は、炭化水素系流体の圧縮率に直接関係することを発見した。換言すれば、炭化水素系流体にかかっている圧力が変化すると、特定の波長でその流体に吸収される光の量が変化し、またこれら二つの関係は、その流体の圧縮率の直接的な指標となる。それに加えて、異なる炭化水素については、炭化水素の質量濃度と光学的「ピーク面積」との間に、それぞれ異なる比例関係があることを発見した。ここでピーク面積とは、その炭化水素についての、特定の吸収ピーク付近の吸収スペクトルの積分値として定義されるものである。
【００１６】
従って、本発明に係る方法には、累層流体をＮＩＲ照射に付して、６，０００ｃｍ−１、及び／もしくはその付近、並びに／又は５，８００ｃｍ−１、及び／もしくはその付近（それぞれ、メタンの吸収ピークと粗オイルの吸収ピーク）にあるピークのスペクトル吸収量の測定を行えるＯＦＡタイプの道具を準備する工程と、二つの異なる圧力下でスペクトル吸収量を測定する工程と、ピーク面積の変化、圧力の変化、及び測定したピーク面積そのものから圧縮率を求める工程とが含まれる。本発明の好ましい態様によれば、圧力は、測定間で少なくとも２０００ｐｓｉ、好ましくは４０００ｐｓｉ以上、上昇させる。なお、１ｐｓｉは０．０７０３１ｋｇｆ／ｃｍ２（６．８９５×１０３Ｎ／ｍ２）である。
【００１７】
本発明によれば、炭化水素系流体の圧縮率を測定する為に提供される試錐孔装置は、試験領域と、累層流体をこの試験領域に導入する為の導管と、試験領域中の流体にかかっている圧力を上昇させる手段と、試験領域中の流体にかかっている圧力（もしくは圧力の変化）を測定する手段と、少なくとも近赤外線を試験領域中に放射する光源と、試験領域と光学的に連結しているスペクトル検出器と、このスペクトル検出器に連結しているプロセッサーとを含むものである。試験領域は、光源からスペクトル検出器に向けられた光が累層流体によって遮られるように、光源とスペクトル検出器との間に設置された透明な管もしくは室である。スペクトル検出器は、試験領域中の累層流体を透過した光のスペクトルを測定できる分光計であるのが好ましい。プロセッサーは、好ましくはマイクロプロセッサーである。
【００１８】
本発明の更なる目的、及び利点は、以下の詳細な説明と添付した図面を参照することで、当業者には明らかになることであろう。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、生産検層と試錐孔調査検層の両方に、特に適用可能である。しかしながら簡潔にする為に、本明細書での説明は、主として試錐孔調査検層に向けることにする。また、本明細書、及び「特許請求の範囲」においては、「試錐孔」、及び「試錐孔用の道具」という語には、（ケーシングパイプの挿入された）坑井、及び坑井や試錐孔で用いる道具が包含されるものと解釈しなければならない。大地の累層を試験し、累層１４からの流体の組成を分析する為の、本発明に合う試錐孔用の道具１０を図１に示す。図に示すように、累層表面上に置かれた適切なウィンチ（図示せず）に通常の方法で巻いてある典型的な多心ケーブル１５の下端から、道具１０を試錐孔１２の中に吊り下げる。ケーブル１５は、累層表面上で、電気制御装置１８と電気的に連結されているのが好ましい。道具１０には、道具制御装置１６のダウンホール部分を囲んでいる細長い本体１９が含まれている。この細長い本体１９にはまた、本体を挟んで反対側にそれぞれ配置された、選択的に伸長可能な流体導入集成装置２０と、選択的に伸長可能な道具固定部材２１とが設けられている。流体導入集成装置２０は、圧力もしくは流体が近接する地層と連通するように、試錐孔１２の壁の選ばれた部分を選択的に封鎖するか、もしくは切り離す為に取り付けられている。得られた流体が流れる流体分析モジュール２５も、道具１０に含まれている。その後、流体を出口（図示せず）から排出させてもよいし、累層から得た流体を入れて取っておくことのできる、一つ、もしくはそれ以上の流体集積室２２及び２３に送ってもよい。流体導入集成装置、流体分析区画、及び流体集積室への流路の制御は、電気制御装置１６及び１８によりなされる。
【００２０】
累層流体のサンプルを得る為の方法、及び装置の更なる詳細は、Urbanoskyの米国特許第３，８５９，８５１号、第３，８１３，９３６号、及び第３，８１１，３２１号の他、Zimmerman等の米国特許第４，８６０，５８１号、及び第４，９３６，１３９号の各明細書を参照すれば得られるであろう。これらの特許は、参考として本明細書に引用するものである。しかしながら本発明は、累層流体を得る為のどのような特定の方法、もしくは装置にも限定されるものではないと理解すべきである。
【００２１】
さて、図２を参照すると、好ましい流体分析モジュール２５には、光源３０と、（図１の流体導入集成装置２０に連結される）流体サンプル管３２と、光ファイバー３４と、ファイバーカップラーもしくはディストリビューター３６及びそれに付属する検出器アレイ３８を含むフィルター分光写真器３９とが含まれていることが分かる。光源３０は、ほぼ大気圧に保たれたタングステン−ハロゲン白熱灯であるのが好ましい。この光源３０は、１〜２．５ミクロンの近赤外波長域から約０．５ミクロンまで比較的明るく輝き、また許容される０．３５〜０．５ミクロンの光を発するものである。光源３０からの光線は、光学繊維束３４の少なくとも一部によって、光源から流体サンプルに運ばれるのが好ましい。光学繊維束３４は、様々な部分に分かれているのが好ましい。第一の分割部分３４ａは、光源３０からディストリビューター３６に直接向かっていて、光源をサンプリングするのに用いられる。第二の部分３４ｂは、サンプル管３２の通っている光学セル３７に向けられていて、流体サンプルに光を当てるのに用いられる。第三の光学繊維束３４ｄは、流体サンプルを透過した光、もしくは流体サンプル中で散乱した光を集めて、その光を、流体サンプルの吸収スペクトルを測定する為にフィルター分光写真器に供給するものである。必ずしも好ましいわけではないが、必要に応じて、第四の光学繊維束３４ｃで、サンプルから実質的に後方散乱した光を分光写真分析用に集める。後方散乱スペクトルは、複数の相が同時に存在している場合に有用なことがある。フィルター分光写真器３９に向ける光学繊維束を選ぶ為に、三位ソレノイド（図示せず）を用いる。チョッパ（図示せず）により、検出器に低周波数のノイズが発生しないよう、５００Ｈｚで分光写真器に向ける光を調節するのが好ましい。
【００２２】
上述したように、光学繊維束３４ｂにより、光が流体サンプルに向けられる。流体サンプルは、流体導入集成装置２０によって累層から得られ、管３２中の流体分析区画２５に送られる。サンプル管３２は、サファイア製の窓のある部分４０を含む、２×６ミリメートルの長方形の流路であるのが好ましい。この窓部分４０は、サンプルに光を当てる為に光線を調整する光学セル３７に設置されている。サファイアを窓用に選んだのは、それが好ましい光源のスペクトルに対して実質的に透明であり、しかも耐摩耗性が高いからである。図２に概略を示すように、窓部４０は、高い内圧に耐えられるよう、管３２の他の部分に比べて比較的厚くするとよい。光学繊維束３４ｂ及び３４ｄは、正反射が生じないよう、窓部４０に対して垂直でないのが好ましい。窓部は、それらを透過光の光路の中央に保つ為に、図２に示すように、中心軸からややはずれて設けられている。検出器からの信号はデジタル化され、多重送信され、ケーブル１５を経て、図１に示す処理用電子装置１８に送られる。
【００２３】
検出器アレイ３８の各エレメントには特定の波長バンド用の帯域フィルターが設けられている、ということが当業者には分かるであろう。好ましい本態様によれば、本発明を実施するのに、Schlumberger製のＭＤＴを用いる。ＭＤＴは、以下の波数、もしくはそれらに近い波数の光を検出できる１０個のエレメントからなる検出器アレイを有している。２１０００ｃｍ−１、１８６００ｃｍ−１、１５４５０ｃｍ−１、９３５０ｃｍ−１、７７５０ｃｍ−１、６９２０ｃｍ−１、６２５０ｃｍ−１、６０００ｃｍ−１、５８００ｃｍ−１、及び５１８０ｃｍ−１。初めの三つの波数は、青色、緑色、及び赤色の可視光を表していることが分かるであろう。前に述べた米国特許第５，２６６，８００号明細書に記載されているタイプの分析を行うには、これらのチャンネル、及びそれらに近いＮＩＲチャンネルを用いるのが好ましい。残りの波数はＮＩＲスペクトルに入り、前述のその他の文献に記載されている様々な分析を行うのに用いられる。
【００２４】
前に示したように、検出器アレイのエレメントにより、管３２中の流体を通過する光の強度を、１０の異なる波長バンドで測定することができる。しかしながら、本発明の目的の為には、波数約５８００ｃｍ−１、もしくは波数約６０００ｃｍ−１のＮＩＲ光を検出できる検出器が一つあればよい。しかし好ましくは、５８００ｃｍ−１用と６０００ｃｍ−１用の、少なくとも二つの検出器を用いる。基線強度、言い換えると、累層流体により吸収されることのない光の波長の強度、を測定できる検出器、例えばどのような累層流体にも吸収されることのない９３５０ｃｍ−１用の検出器、もしくは炭化水素によっては吸収されることはないが、水には吸収される６９２０ｃｍ−１用の検出器、を一つ、もしくは二つ設けるのも好ましい。特定の波長での流体の光学濃度は、以下の等式（２）により求められる。
【数４】
0003958023.tif 000003
式中、Ｉ(λ）は波長λで測定した強度であり、Ｉ(光源)はその波長での光源の強度である。従って、波長λでの強度が光源の強度に等しい場合には吸収がなく、等式（２）の分数は１になり、一方、ＯＤ（λ）は０になる。波長λでの強度が光源の強度の１／１０である場合には、等式（２）の分数は１０になり、ＯＤ（λ）は１になる。λでの強度が小さくなるにつれて、光学濃度ＯＤ（λ）が大きくなることが分かるであろう。
【００２５】
上述の通り、光源の強度の測定は、サンプルを通過する光を、吸収が生じない波長で測定することにより行うのが好ましい。これにより、後方散乱により生じるあらゆる光の損失が相殺され、光学濃度のより正確な測定値が得られる。
【００２６】
図３には、図２の近赤外流体分析モジュール２５の為の流体電子制御装置１００の概略図を示す。流体電子制御装置１００は、流体導入集成装置２０と、配管３２と、少なくとも一つの弁１１５(例えば遮断弁)と、ポンプ１２５（所望ならばポンプアウトモジュールの一部であってもよい）と、圧力計１３５とを含んでいるのが好ましい。これら全てが、電気制御装置１６及び１８の内の一つにあるマイクロプロセッサー（図示せず）に電子的に連結されているのが好ましい。図４に示されているように、２００で、流体導入集成装置２０はマイクロプロセッサーからの命令を受けて、その中に流体を流入させ、光学セル３７の中を通っている配管３２に流す。本発明によれば、２０２で、マイクロプロセッサーによる制御の下、弁１１５が閉じられる。その後、２０４で、光学セル中の流体に関して、一つ、もしくはそれ以上の所望の波長での光吸収量の測定値を含む光学測定値を記録し、また圧力計１３５により測定された流体の圧力も記録する。その後、２０６で、ポンプ１２５を用いて、光学セル３７中の流体の圧力を上昇させる。以下で更に詳しく論じるように、流体の圧力は少なくとも２０００ｐｓｉ、好ましくは約４０００ｐｓｉ上昇させるのが好ましい。２０８で、所望の波長での吸収量の、二組目の測定値を、圧力計１３５により測定された流体の圧力と共に記録する。その後、２１０で、炭化水素系流体の圧縮率を、二つの異なる圧力下で得た光学測定値（換言すればスペクトル吸収量）に基づいて計算する。どのように圧縮率を求めるかについての詳細は、図５〜図７を参照しながら以下に述べる。
【００２７】
特定の炭化水素系流体については、吸収の大きさは、その流体の圧力に依存する。圧力が高いほど、吸収量は大きい。本発明によれば、圧力の変化により生じる吸収量の変化は流体の圧縮率に直接関係する、ということが実験的に確認された。図５は、純粋なメタンガスの場合の、圧力の変化により生じる光吸収スペクトルの変化を示すものである。特に、圧力を２ｋｐｓｉから２０ｋｐｓｉに上昇させると、１６４０〜１６７５ｎｍの範囲にある吸収ピーク（言い換えると「メタン吸収ピーク」）に対応する光学濃度が、約０．３から約０．７に上昇することが分かる。
【００２８】
図５に示す各曲線の下の部分を積分することにより、「ピーク面積」（換言すると光学濃度ピークの下の面積）が分かる。図６に示すように、異なる温度で光学的に求めたメタンのピーク面積は、それらの温度におけるメタンの質量濃度に比例する。同様に、図７に示すように、メタン−ヘプタン炭化水素混合物の光学的に求めたピーク面積は、この混合物の様々な温度における質量濃度に比例する。図７を図６と比べると、ピーク面積と質量濃度の間の比例関係を示す線の傾きは、分析中の炭化水素系流体、もしくは炭化水素系流体の混合物に固有のものであることが分かるであろう。
【００２９】
上記の事柄を考慮すると、流体の体積の（圧力の変化による）相対的な変化は、等式
∂Ｖ／Ｖ  ＝  −∂ρ／ρ  （３）
（Ｖは流体の体積であり、ρは流体の濃度である）に従って、濃度の変化と関係している筈である。濃度ρとピーク面積Ψの間には比例関係があるので、換言すれば  Ψ＝ｍρ（ｍは定数）であるので、
∂Ψ  ＝  ｍ∂ρ          （４）
となる。従って、等式(１)、(３)、及び（４）を用いると、
【数５】
0003958023.tif 000004
となる。式中、βは流体の圧縮率であり、∂Ψはピーク面積の差であり、∂Ｐは圧力の差であり、またピーク面積Ψは圧力の変化により変わる変数である。等式（５）は、以下の等式
【数６】
0003958023.tif 000005
によって概算できることに注目しなければならない。式中、Ψは好ましくは初めのピーク面積であり、またΔΨ＝∂Ψ、ΔＰ＝∂Ｐである。等式(５)と等式（６）から、どのような与えられた温度においても、圧力の変化で割った(圧力の変化により生じる)ピーク面積の変化と、ピーク面積そのものとから流体の圧縮率を求めることができる、ということが明らかである。本発明によれば、圧力の変化は圧力計１３５により測定し、一方、ピーク面積の変化は光センサーにより測定する。特定のセンサーを用いた場合、ピーク面積は、そのセンサーの生データ値（Ｉ(λ)）と等式（２）とから求められることに注目すべきである。言い換えれば、ピーク面積は、そのチャンネルの波長幅に対する光学濃度である。従って、本発明の好ましい態様によれば、累層中にあると思われる炭化水素系流体のピーク面積に対応する波長用の、例えば６，０００ｃｍ−１と５，８００ｃｍ−１（それぞれ、メタンの吸収ピークと粗オイルの吸収ピーク）、及び／もしくはそれら付近用の光センサーを用いる。
【００３０】
従って、本発明に係る方法には、累層流体をＮＩＲ照射に付して、６，０００ｃｍ−１と５，８００ｃｍ−１（それぞれ、メタンの吸収ピークと粗オイルの吸収ピーク）、及び／もしくはそれら付近にあるピークのスペクトル吸収量を測定することのできるＯＦＡタイプの道具を準備する工程と、二つの異なる圧力下でスペクトル吸収量を測定する工程と、ピーク面積の変化と、圧力の変化と、ピーク面積そのものとから流体の圧縮率を求める工程とが含まれる。
【００３１】
圧縮率の決定はピーク面積の変化の測定に左右されるので、ピーク面積の差がはっきり分かるように圧力の変化を選択しなければならない。上の等式（６）を用いると、高い圧力での炭化水素の典型的な圧縮率が約５×１０−６ｐｓｉ−１であり、（図５に示されているような）バンド幅の狭いチャンネルでのピーク面積の典型的な値が０．６ＯＤである場合、ピーク面積の変化を１パーセント（言い換えれば０．００６ＯＤ）とするには、圧力を約２０００ｐｓｉ上昇させなければならない。従って、本発明の好ましい態様によれば、圧力の増加は、少なくとも２０００ｐｓｉ、より好ましくは少なくとも４０００ｐｓｉとなるように選ぶ。
【００３２】
さて、図３、及び図４に戻ると、種々の圧力下で所望の光学測定値を得る為には、別の装置や方法を用いることができることが分かるであろう。例えば、先ず弁を閉じてから第一の光学測定を行うのではなく、光学セルを通って流れる流体は短時間では実質的に均一であると仮定して、弁を閉じる前に第一の光学測定を行うことができる。また、弁を一つ用いるのではなく、複数の弁を用いることができる。更に、本発明を実施する為には、ＯＦＡのような道具に既に組み込まれているポンプ、弁、及びその他の装置をコントロールすればよい、と解すべきである。或いは、本発明を実施する為に、専用の装置を、ＯＦＡのような道具に付け足すか、もしくは本発明の目的に合うように特に設計された道具に用いることができる、と解すべきである。
【００３３】
以上、流体の圧縮率をダウンホールにおいて光学的に測定する為の方法、及び装置について説明してきた。本発明の特定の態様を述べてきたが、本発明はそれらに限定されるものではない。本発明は当該技術分野で許される限りの広い範囲を含むものであり、また本明細書はそのように解釈されるべきものだからである。従って、本発明を、市販されている特定の道具（SchlumbergerのＯＦＡ）に関して説明してきたが、本発明は他の装置を用いて実施してもよいことが分かるであろう。また、特定の光学装置について説明してきたが、ピーク面積と、圧力の変化によるピーク面積の変化とを測定できるのであれば、他の装置も同じ様に用いることができる、ということが分かるであろう。従って、例えば、関心のもたれる波長のＮＩＲ波を供給することができるのであれば、別の光源を用いることができる。同じ様に、ファイバーオプティクスが好ましいが、光を光学セルに導く為には、別の手段を用いることができる。また、セルを通り抜ける光を集めてその量を分析する為には、別の手段を用いることもできる。同様に、流体サンプルを得て、加圧することに関して特定の装置を説明してきたが、流体サンプルを得る為に、またそのサンプルを加圧する為に他の装置を用いることができる、ということが分かるであろう。それに加えて、サンプルにかかっている圧力を上昇させることとして本発明を説明してきたが、適切な圧力差が得られるのであれば、圧力は低下させてもよいことが分かるであろう。圧力を低下させる場合には、流体の泡立ち点に達することがないように、言い換えると、光学セル中でガスが発生しないように、注意しなければならない。従って、本発明の精神、及び「特許請求の範囲」に記載した本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書で述べた発明に更に別の変更を加えることができる、ということが当業者には分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、累層流体を分析する為の試錐孔装置の概略図である。
【図２】図２は、図１の好ましい近赤外流体分析モジュールである光学装置の概略図である。
【図３】図３は、図１の近赤外流体分析モジュール用の流体電子制御装置の概略図である。
【図４】図４は、図３の流体電子制御装置のマイクロプロセッサーによる制御についてのフローチャートである。
【図５】図５は、メタンについて様々な圧力条件下で、波長に対して光学濃度をプロットしたグラフである。
【図６】図６は、メタンについて関心のもたれる様々な波長で、濃度に対して光学濃度ピーク面積をプロットしたグラフである。
【図７】図７は、メタン−ヘプタン炭化水素混合物について、濃度に対して光学濃度ピーク面積をプロットしたグラフである。
【符号の説明】
１０  試錐孔用の道具
１２  試錐孔
１４  累層
１５  多心ケーブル
１６  道具制御装置
１８  電気制御装置
１９  細長い本体
２０  流体導入集成装置
２１  道具固定部材
２２，２３  流体集積室
２５  流体分析モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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