(57)【要約】  石油生産井で使用されるナノ材料トレーサ用の携帯型検知システムが提供される。携帯型送りシステムには、ハイドロサイクロンやカルボイなどの分離装置、濾過媒体を有する濾過装置、廃棄物容器、分光計が含まれる。携帯型検知システムは、ラップトップなどの携帯型コンピュータを含むか、携帯型コンピュータに接続されてもよい。携帯型検知システムは、坑口装置または生産ラインを一切修正することなく、坑口装置に接続することができる。さらに、携帯型検知システムは、手動または自動ポンプやその他の可動部品なしでサンプルの分離、濾過、および検出を実行し、重力と、サンプルの既存の流体圧力とを利用して、分離、濾過、および検出のための流体の流れを促進することができる。
2020510144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
坑口装置を修正することなく前記坑口装置に接続可能な分離装置であって、前記分離装置は前記坑口装置から生産流体のサンプルを受け取り、且つ前記サンプル中の原油と水を分離するように構成され、前記分離装置は電力なしで動作可能なハイドロサイクロンまたはカルボイを含む、分離装置と、
前記分離装置に接続され、且つ濾過媒体を含む濾過装置であって、前記濾過装置は、前記分離装置から受け取った分離された流体を濾過するために電力なしで動作可能である、濾過装置と、
前記濾過装置に接続され、前記濾過装置から濾過された流体を受け取り、且つ前記濾過された流体のスペクトルを測定するように動作可能な分光計と
を備えた、坑井から生産された流体中のナノ材料トレーサを検出するための携帯型システム。
【請求項２】
有線接続を介して前記分光計に結合された携帯型コンピュータを含む、請求項１に記載の携帯型システム。
【請求項３】
前記分光計は、前記有線接続を介して前記携帯型コンピュータからのみ電力を受け取るように動作可能である、請求項２に記載の携帯型システム。
【請求項４】
前記濾過装置から原油を受け取るように配置された廃棄物容器を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の携帯型システム。
【請求項５】
前記廃棄物容器は、前記スペクトルの測定後に、前記分光計から前記濾過された流体を受け取るようにさらに配置される、請求項４に記載の携帯型システム。
【請求項６】
前記濾過媒体が、ゼオライトを含む粘土を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の携帯型システム。
【請求項７】
前記分光計は、試験セルに光を放出するように配置された発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオードアレイを含み、前記試験セルは前記濾過された流体を含むように構成される、請求項１から６のいずれか一項に記載の携帯型システム。
【請求項８】
前記スペクトルがある波長でナノ粒子トレーサによって放出された蛍光を示すように、前記サンプルは前記ナノ粒子トレーサを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の携帯型システム。
【請求項９】
前記坑口装置がスピゴットを含むラインを含み、前記分離装置が前記スピゴットに接続されるように構成される、請求項１から８のいずれか一項に記載の携帯型システム。
【請求項１０】
前記システムは、ポンプを含まない、請求項１から９のいずれか一項に記載の携帯型システム。
【請求項１１】
サンプル中の原油と水を分離するように構成された分離装置内の坑口装置から生産流体の前記サンプルを受け取り、前記分離装置は電力なしで動作可能なハイドロサイクロンまたはカルボイを含み、前記分離装置は前記坑口装置を修正することなく前記坑口装置に接続されることと、
前記分離装置によって、前記サンプル中の前記原油と前記水を分離することと、
前記分離装置に接続された濾過装置によって、前記分離された水を濾過し、前記濾過装置は濾過媒体を含むことと、
前記濾過装置に接続された分光計を介して、前記濾過された水のスペクトルを測定することと
を含む、坑井から生産された流体中のナノ材料トレーサを検出する方法。
【請求項１２】
有線接続を介して前記分光計から携帯型コンピュータに前記測定値を送信することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記分光計は、前記有線接続を介して前記携帯型コンピュータからのみ電力を受け取るように動作可能である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記分離装置に接続された廃棄物容器に前記分離された原油を廃棄することを含む、請求項１１、１２、または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記濾過媒体がゼオライトを含む粘土を含む、請求項１１、１２、１３、または１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記分光計は、試験セルに光を放出するように配置された発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオードアレイを含み、前記試験セルは前記濾過された流体を含むように構成される、請求項１１、１２、１３、１４、または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記スペクトルがある波長でナノ粒子トレーサによって放出された蛍光を示すように、前記サンプルは前記ナノ粒子トレーサを含む、請求項１１、１２、１３、１４、１５、または１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記坑口装置がスピゴットを含むラインを含み、前記分離装置を前記スピゴットに接続することを含む、請求項１１、１２、１３、１４、１５、１６または１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、炭化水素貯留層の分析に関する。より具体的には、本開示の実施形態は、そのような貯留層に導入された蛍光トレーサの検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
原油は、燃料および石油化学原料として使用される炭化水素の、世界の主な供給源である。地下の炭化水素を探索する際の重要な問題の１つは、目に見えない環境の探査および特性評価に関連している。炭化水素鉱床が発見され、開発および採鉱の準備ができたら、貯留層地質学者および貯留層エンジニアが、目に見えない大量の岩石のモデリングにおいて多くの仮定を行わなければならない。例えば、貯留層の高浸透性経路の地図を作ることが望ましい場合がある。
【０００３】
場合によっては、化学トレーサ（例えば放射性化学トレーサ）に注入液が導入され得る。ただし、使用される大量の化学トレーサは高価な場合がある。さらに、化学トレーサの使用には、分析のための収集および研究室への輸送が必要であり、収集および研究室での処理は、化学トレーサの使用に追加コストを増すこともある。
【０００４】
ナノ材料（例えば、ナノ粒子）トレーサは、化学トレーサに代わる効果的で安価な代替品を提供する。例えば、蛍光ナノ粒子トレーサは、化学トレーサと同様の方法で使用されてもよい。ただし、ナノ材料トレーサの使用には、分析のための収集および研究室への輸送が依然として必要になる場合があり、どちらも貯留層および関連する地層の分析にコストおよび時間が増す。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
蛍光ナノ材料トレーサは、副次生産された坑井の貯留層油回収を強化するために貯留層分析に使用されてもよい。炭素ベースの蛍光ナノ粒子トレーサ（「Ａ−ドット」を含む、または「Ａ−ドット」と呼ばれることもある）または「ナノ材料トレーサ」もしくは「ナノ材料トレーサエージェント」と呼ばれる他の機能化された蛍光ナノ粒子もしくはナノテクノロジベースのトレーサは、高温および高塩分環境での十分な長期安定性により、坑井間の地下の通過を乗り切ることができる。このようなトレーサは、注入井を介して貯留層に導入され、その後貯留層を通って流れる。トレーサは、坑井間の流路を追跡するだけでなく、貯留層に関する情報を取得するためにも使用することができ、貯留層を介してナノ材料の蛍光の変化の形で情報を転送してもよい。トレーサは次に、サンプリング、検出、およびテスト用の生産井から地表に戻って回収され得る。例えば、炭素ベースのナノ粒子は特定の波長で蛍光発光し、したがって、蛍光分光法を使用して、ナノ粒子が生産井に到達するときにナノ粒子を見分けることができる。
【０００６】
通常、サンプルの収集は、定期的に現場に移動し、各現場の坑井からサンプルを収集することにより、手動で行われる。蛍光検出の準備のためのサンプルの精製は、非常に時間がかかる場合がある。例えば、複数のジクロロメタン（ＤＣＭ）抽出には、各期間に収集された各サンプルに対して約３０時間の研究室での時間が必要な場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態では、坑井から生成された流体中のナノ材料トレーサを検出するための携帯型システムである。携帯型システムは、坑口装置を修正することなく坑口装置に接続可能な分離装置を含む。分離装置は、坑口装置から生産流体のサンプルを受け取り、サンプル中の原油と水を分離するように構成されている。分離装置は、電力なしで動作可能なハイドロサイクロンまたはカルボイを含む。携帯型システムは、分離装置に接続され、且つ濾過媒体を含む濾過装置をさらに含む。分離装置は、分離装置から受け取った分離された流体を濾過するために、電力なしで動作可能である。携帯型システムはまた、濾過装置に接続され、濾過装置から濾過された流体を受け取り、且つ濾過された流体のスペクトルを測定するように動作可能な分光計を含む。
【０００８】
いくつかの実施形態では、携帯型システムは、有線接続を介して分光計に結合された携帯型コンピュータを含み、いくつかの実施形態では、分光計は有線接続を介して携帯型コンピュータからのみ電力を受け取るように動作可能である。いくつかの実施形態では、携帯型システムは、濾過装置から原油を受け取るように配置された廃棄物容器を含む。いくつかの実施形態では、廃棄物容器は、スペクトルの測定後に、分光計から濾過された流体を受け取るようにさらに配置される。いくつかの実施形態では、濾過媒体は、ゼオライトを含む粘土を含む。いくつかの実施形態では、分光計は、試験セルが濾過された流体を含むように構成されるように、試験セルに光を放出するように配置された発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオードアレイを含む。いくつかの実施形態において、ある波長でナノ材料トレーサによって放出された蛍光をスペクトルが示すように、サンプルはナノ材料トレーサを含む。いくつかの実施形態では、携帯型システムはポンプを含まない。
【０００９】
別の実施形態では、サンプル中の原油と水を分離するように構成された分離装置内の坑口装置から生産流体のサンプルを受け取ることを含む、坑井から生産された流体中のナノ材料トレーサを検出する方法が提供される。分離装置は電力なしで動作可能なハイドロサイクロンまたはカルボイを含み、分離装置は坑口装置を修正することなく坑口装置に接続されている。この方法はまた、分離装置によりサンプル中の原油と水を分離し、分離装置に接続された濾過装置により、分離された水を濾過することを含む。濾過装置は濾過媒体を含む。方法は、濾過装置に接続された分光計を介して、濾過された水のスペクトルを測定することをさらに含む。
【００１０】
いくつかの実施形態では、方法は、有線接続を介して分光計から携帯型コンピュータに測定値を送信することを含む。いくつかの実施形態では、分光計は、有線接続を介して携帯型コンピュータからのみ電力を受け取るように動作可能である。いくつかの実施形態では、方法は、分離装置に接続された廃棄物容器に分離された原油を廃棄することを含む。いくつかの実施形態では、濾過媒体は、ゼオライトを含む粘土を含む。いくつかの実施形態では、分光計は、試験セルが濾過された流体を含むように構成されるように、試験セルに光を放出するように配置された発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオードアレイを含む。いくつかの実施形態において、スペクトルがある波長でナノ材料トレーサによって放出された蛍光を示すように、サンプルはナノ材料トレーサを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の一実施形態による炭化水素生産環境および坑口装置に接続された携帯型検知システムのブロック図である。
【００１２】
【図２】本開示の一実施形態による携帯型検知システムの構成要素のブロック図である。
【００１３】
【図３】本開示の一実施形態による、図２に示されるような構成要素を有する例示的な携帯型検知システムによって得られた測定値のプロットである。
【００１４】
【図４】本開示の一実施形態による携帯型検知システムの構成要素のブロック図である。
【００１５】
【図５】本開示の一実施形態による携帯型検知システムの動作のプロセスのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ここで、本開示の実施形態を示す添付の図面を参照して、本開示をより完全に説明する。しかしながら、本開示は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、例示された実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が徹底的、且つ完全であり、本開示の範囲を当業者に完全に伝えるように提供されている。
【００１７】
ナノ粒子トレーサなどの蛍光ナノ材料トレーサは、目標貯留層における現場での検知および介入に使用できる。このようなナノ材料トレーサは、高温環境および高塩分環境の両方で十分な長期安定性を備えており、トレーサが坑井間の地下の通過を乗り切ることができる。ナノ材料トレーサは、注入井を介して貯留層に導入でき、貯留層内を流れる。次いで、ナノ材料が生産井戸から地表に戻って回収されたときに、ナノ材料トレーサをサンプリングして検出することができる。本明細書で使用される用語「ナノ材料」には、ナノ粒子が含まれるが、これに限定されない。
【００１８】
本開示の実施形態は、蛍光ナノ材料トレーサのリアルタイム検出用の携帯型検知システムを含む。携帯型検知システムは、地層の炭化水素貯留層にアクセスするために掘削された坑井に結合された坑口装置のサンプルラインまたは生産ライン上のスピゴットに接続されてもよい。いくつかの実施形態では、携帯型検知システムは、ハイドロサイクロン、廃棄物ドラム、濾過装置、分光計、および携帯型コンピュータを含む。いくつかの実施形態では、携帯型検知システムは、２つ以上のハイドロサイクロンを含んでもよい。いくつかの実施形態では、携帯型検知システムは、カルボイ、廃棄物ドラム、濾過装置、分光計、および携帯型コンピュータを含む。
【００１９】
有利なことに、携帯型検知システムは、坑口装置および生産ラインを変更することなくサンプリングおよび検出を実行できる。本開示で議論されるように、携帯型検知システムは既存の坑口装置スピゴットに接続され、得られたサンプルは生産ラインに再導入されない。さらに、いくつかの実施形態では、携帯型検知システムは、ポンプまたは他の可動部品を含まず、分光計を介する分離、濾過および流れのために、サンプルの流体圧力および重力のみを使用する。携帯型検知システムは、既存のサンプリングおよび検知システムと比較して、必要な電力が低減され得る。例えば、本明細書に記載の携帯型検知システムの実施形態は、ポンプ、自動サンプラ、高圧操作もしくは装置、またはそれらの任意の組み合わせを含まなくてもよく、したがって既存のシステムと比較して必要な電力を低減する。さらに、携帯型検知システム全体が携帯型であり、遠隔コンピュータにデータを送信せずに現場での分析を可能にし得る。携帯型検知システムはまた、費用対効果の高い定期的なサンプル収集および検出も提供する。
【００２０】
本明細書に記載の実施形態で使用する例示的なナノ粒子トレーサは、約４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長で励起できる官能基を有する炭素ベースのナノ粒子（Ａ−ドットを含むか、またはＡ−ドットと呼ばれる）を含んでもよい。蛍光量子収率（すなわち、放出された光子／吸収された光子）は約１０％であってもよく、一般に、いくつかの実施形態では約４００〜約５００ｎｍの範囲であり得る励起波長に依存しない。いくつかの実施形態では、放射は約４４０ｎｍの波長で監視され得るが、他の実施形態では、放射は他の波長でも監視され得る。いくつかの実施形態では、励起時に、例示的なナノ粒子トレーサは、約４４０ｎｍ〜約４７５ｎｍの波長で検出され得る蛍光を放射してもよい。他の実施形態では、本開示に記載された携帯型検知システムを使用して、蛍光能力を有する他のナノ材料トレーサを検知できることを理解されたい。
【００２１】
図１は、本開示の一実施形態による、坑口装置１０４に接続された携帯型検知システム１０２を示す炭化水素生産環境１００のブロック図である。理解されるように、坑口装置１０４は、貯留層からの炭化水素の生成を可能にする坑井１０６を介して炭化水素貯留層に結合されてもよい。坑井１０６は、１つまたは複数の蛍光ナノ材料トレーサの導入を介して分析される生産井であってもよい。例えば、ナノ材料トレーサが坑口装置１０４を介して坑井１０６を出ることができるように、１つまたは複数の蛍光ナノ材料トレーサを、坑井１０６と流体接続する注入井に注入することができる。
【００２２】
坑口装置１０４は、坑井１０６に関連する活動および状態を制御および調整する複数の構成要素を含むことができる。例えば、坑口装置１０４は一般に、坑井１０６を介して生成された炭化水素を送る本体、バルブ、およびシールを含む。図示された実施形態では、坑口装置１０４は、クリスマスツリー１０８と呼ばれるバルブ、スプール、および継手のアセンブリを含むか、またはアセンブリに結合されてもよい。クリスマスツリー１０８は、様々な流路（例えば、穴）を含むことができ、また、坑井１０６を操作するためのバルブ、継手、および制御装置を含むことができる。したがって、生成された炭化水素（例えば、油）は、出荷または貯蔵施設に送られる前に、クリスマスツリー１０８を介して坑井１０６から流れる。
【００２３】
携帯型検知システム１０２は、携帯用ケースで坑井１０６の現場まで運ばれてもよい。有利なことに、本明細書で説明するように、携帯型検知システム１０２は、携帯性、有用性、および坑井現場への輸送を容易にするために、バッテリー、ポンプ、または他の電動の構成要素を省略してもよい。図１に示されるように、携帯型検知システム１０２は、スピゴット１１２を介して坑口装置１０４のライン１１０（例えば、生産ラインまたはサンプルラインなどの生産流体を輸送するライン）に接続されてもよい。例えば、ライン１１０は、坑口装置１０４を介して坑井１０６から生成された流体を運ぶ生産ラインからサンプルを提供してもよい。以下でさらに説明するように、携帯型検知システム１０２は、スピゴット１１２を開くことにより、ライン１１０を介して生産流体のサンプルを受け取ってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、スピゴット１１２は、ライン１１０からサンプルを取得するように操作されることによって定期的に手動で開かれてもよい。以下に説明するように、携帯型検知システム１１０は、サンプルから流体を分離、濾過、および分析して、坑井１０６を特徴付けるのに使用されるナノ材料トレーサの存在を検出することができる。
【００２４】
図２は、本開示の一実施形態による携帯型検知システム２００およびその様々な構成要素を示している。図２に示すように、携帯型検知システム２００は、１つまたは複数のハイドロサイクロン２０２、廃棄物容器２０４、濾過媒体２０８を有する濾過装置２０６、および携帯型分光計２１０を含むことができる。いくつかの実施形態では、システム２００は、携帯型コンピュータ２１２を含むか、または携帯型コンピュータ２１２に接続されてもよい。以下に説明するように、いくつかの実施形態では、携帯型検知システム２００は、ポンプ、自動サンプラまたは他の可動部品を含まず、分光計を介する分離、濾過および流れのために、サンプルの圧力および重力のみを使用する。
【００２５】
いくつかの実施形態では、可搬性および坑井現場への輸送を容易にするために、携帯型検知システム２００の構成要素をケース、ハウジング、または他の筐体に収容することができる。例えば、いくつかの実施形態では、１つまたは複数のハイドロサイクロン２０２、廃棄物容器２０４、濾過装置２０６、および携帯型分光計２１０は、携帯用ケースに収容され、坑井の現場に輸送されてもよい。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のハイドロサイクロン２０２、廃棄物容器２０４、濾過装置２０６、および携帯型分光計２１０をケースから取り外し、次に本明細書で説明した方法で図２に示すように接続して使用することができる。いくつかの実施形態では、携帯型コンピュータ２１２もまた、ケースまたは他の筐体に含まれてよい。
【００２６】
ハイドロサイクロン２０２は、線２１４で示され、図１に関して上述したように、坑口装置のスピゴットへの接続を可能にするコネクタを含むことができる。したがって、携帯型検知システム２００は、坑口装置または生産ラインを一切変更することなく、坑口装置に接続することができる。例えば、ハイドロサイクロン２０２のコネクタは、ホース、パイプ、または他のチューブを介して坑口装置スピゴットに接続されてもよい。いくつかの実施形態では、システム２００は、坑口装置から得られたサンプルの圧力を低下させるために、ハイドロサイクロン２０２と坑口装置との間に配置された圧力計およびチョークを含んでもよい。
【００２７】
ハイドロサイクロン２０２は、坑口装置から収集されたサンプルから油と水を分離することができる。いくつかの実施形態では、ハイドロサイクロンはコンパクトまたはミニチュアハイドロサイクロン（「ミニサイクロン」とも呼ばれる）であってもよく、１リットルボトルとほぼ同じサイズを有してもよい。理解されるように、ハイドロサイクロン２０２は、重力と、油と水との密度の差を利用して、可動部品なしで、油を水から分離することができる。低密度流体（例えば、油）はハイドロサイクロンの上部から出て（線２１６で示す）、高密度流体（例えば、水）はハイドロサイクロンの底部から出る（線２１８で示す）。したがって、いくつかの実施形態では、ハイドロサイクロン２０２は、手動もしくは自動ポンプ、電力、または他の同様の要件なしで、サンプリングされた流体の分離を実行することができる。いくつかの実施形態では、携帯型検知システム２００は、本明細書で説明するように、直列に配置され、坑口装置に接続された２つのハイドロサイクロンを含むことができる。いくつかの実施形態では、ハイドロサイクロン２０２は、米国ウィスコンシン州シダーバーグのＣｈｅｍｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．によって製造された小型ハイドロサイクロンであってもよい。
【００２８】
図２の線２１６によって示されるように、ハイドロサイクロン２０２内のサンプルから分離された油は、廃棄物容器２０４（例えば、ドラム）に向けられてもよい。例えば、ハイドロサイクロン２０２の上部のコネクタは、ホース、パイプ、または他の適切なチューブを介して廃棄物容器２０４に接続されてもよい。廃棄物容器２０４のサイズは、携帯型検知システム２００によって廃棄される分離された油および他の流体の収集に十分な容積を確保し、なお携帯型検知システム２００の携帯性を維持するのに適したサイズのままであるように選択することができる。例えば、いくつかの実施形態では、廃棄物容器２０４は、複数日、複数週、またはそれ以上の期間などの期間にわたるサンプルの期間収集を可能にするようにサイズ設定されてもよい。
【００２９】
また図２に示されるように、ハイドロサイクロン２０２内のサンプルから分離された水は、濾過媒体２０８を有する濾過装置２０６に向けられてもよい。例えば、ハイドロサイクロン２０２の底部のコネクタは、ホース、パイプ、または他の適切なチューブを介して濾過装置２０６に接続されてもよい。濾過装置２０６は、分離された水からの蛍光ナノ材料トレーサの検出を妨げる可能性がある有機化合物、金属、およびエマルジョンなどの汚染物質を分離してもよい。いくつかの実施形態では、濾過装置２０６は、手動または自動ポンプ、電力、または他の同様の要件なしで、ハイドロサイクロン２０２から分離された水の濾過を実行してもよい。
【００３０】
濾過装置は、濾過媒体２０８を含んでもよい。濾過媒体２０８は、ナノ材料トレーサの特性を変更せず、且つ濾過装置２０４および携帯型検知システム２００の使用可能寿命を延ばすためにあまり速く消費されない媒体であってもよい。いくつかの実施形態では、濾過装置２０６は、濾過媒体２０８を含むドラムであってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、濾過装置２０６は、約５ガロンの濾過媒体２０８を含む５ガロンドラムであってもよい。
【００３１】
いくつかの実施形態において、濾過媒体２０８は、粒状濾過媒体であってもよく、ゼオライト系粘土（すなわち、ゼオライトを含む粘土）であってもよい。いくつかの実施形態において、濾過媒体は、米国イリノイ州イースト・ダンディーにあるＨｙｄｒｏｓｉｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＬＴＤ．によって製造されたＨｙｄｒｏｓｉｌであってもよい。そのような実施形態では、５％のオイルカットを有する約５００ｍｌのサンプルサイズの場合、５ガロンの濾過媒体の寿命は７００サンプル、またはいくつかの実施形態では、毎週４サンプルの割合で１７０週のサンプリングの寿命を有し得る。
【００３２】
図２の線２２０によって示されるように、濾過装置２０６からの濾過された水は、携帯型分光計２１０に供給され得る。例えば、濾過装置のコネクタは、ホース、パイプ、または他の適切なチューブを介して分光計２１０に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、分光計２１０は、携帯型コンピュータ２１２から受け取った電力のみによって電力を供給されてもよい。他の実施形態では、分光計は、別個のバッテリー（例えば、分光計のハウジング内のバッテリー）によって電力供給されてもよく、または別個のバッテリーと携帯型コンピュータ２１２から受け取った電力との組み合わせによって電力供給されてもよい。
【００３３】
分光計２１０は、ＬＥＤまたはレーザダイオードアレイ２２２およびフローセル２２４を含むことができる。フローセル２２４は、分光計２１０を通して濾過された水のサンプルを移動させることができ、ＬＥＤ２２２は、サンプルに光を放出することができる。次いで、ナノ材料トレーサによって放出された蛍光は、分光計２１０の検出器（例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイ）によって検出されてもよい。いくつかの実施形態では、例えば、ＬＥＤまたはレーザダイオードアレイ２２２は、約３インチ×３インチ×３インチの寸法を有するモジュール式ＬＥＤであってもよい。いくつかの実施形態では、分光計２１０は、米国フロリダ州ダニーディンのＯｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｉｎｃ製のＯｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ  ＵＳＢ２０００であってもよい。分光計２１０は、特定の間隔でフローセル２２４内のサンプルの測定値を取得してもよい。いくつかの実施形態では、分光計２１０は、少なくとも１０億分の１（ｐｐｂ）の濃度でナノ材料トレーサを検出してもよい。いくつかの実施形態では、分光計２１０は、約２００ｎｍ〜約１１００ｎｍの検出範囲を有してもよい。
【００３４】
いくつかの実施形態では、図２の線２２６によって示されるように、分光計２１０によって分析された濾過された水は、廃棄物容器２０４に向けられてもよい。例えば、携帯型分光計２１０の出口（例えば、フローセル２２４に接続された出口）は、ホース、パイプ、または他のチューブを介して廃棄物容器２０４のコネクタに接続されてもよい。廃棄物容器２０４は、定期的な時間間隔で、または廃棄物容器２０４が特定の量の流体を含むときなど、定期的にオンサイトまたはオフサイトの廃棄施設へと空にすることができる。
【００３５】
分光計２１０からの測定値は、有線接続２２８などを介して携帯型コンピュータ２１２に送信されてもよい。携帯型コンピュータ２１２は、分光計２１０から受信した測定値を保存してもよい。いくつかの実施形態では、携帯型コンピュータ２１２は、測定値を表示し、測定値を分析し（例えば、測定値対１つまたは複数のパラメータのプロットを生成し）、そして、いくつかの実施形態では、測定値を別のコンピュータに送信するための、ユーザインタフェースを提供してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、携帯型コンピュータ２１２は、保存された測定値を無線ネットワーク（例えば、セルラネットワーク）を介して別のコンピュータに送信してもよい。
【００３６】
いくつかの実施形態では、携帯型コンピュータ２１２は、ラップトップ、タブレット、スマートフォン、または他の適切な携帯型コンピュータ２１２であってもよい。いくつかの実施形態では、携帯型コンピュータ２１２は、耐候性ラップトップなどの耐候性コンピュータであってもよい。携帯型コンピュータ２１２は、例えば、プロセッサ、メモリ、およびディスプレイを含んでもよい。プロセッサ（本開示で使用される場合「プロセッサ」という用語はマイクロプロセッサを含む）は、分光計２１０から受信したデータを受信および処理する能力を有する１つまたは複数のプロセッサを含んでもよい。プロセッサはまた、シングルコアプロセッサおよびマルチコアプロセッサを含んでもよく、グラフィックプロセッサを含んでもよい。
【００３７】
携帯型コンピュータ２１２はまた、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性メモリ、およびＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードドライブ、その他の適切な光学、磁気、またはソリッドステートの記憶媒体、あるいはそれらの組み合わせなどの不揮発性メモリを含むことができるメモリ（１つまたは複数の有形の非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含んでもよい）を含んでもよい。携帯型コンピュータ２１２のメモリは、例えば、分光計２１０から受信したデータを処理し、携帯型コンピュータ２１２のディスプレイなどに分光計２１０から受信したデータを表示するための、実行可能なコンピュータコードを含んでもよい実行可能なコンピュータコードを格納してもよい。
【００３８】
したがって、携帯型コンピュータ２１２は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、または他の適切なディスプレイなどのディスプレイも含んでもよい。ディスプレイは、ユーザが分光計２１０からデータを取得および表示することを可能にし得るユーザインタフェース（例えば、グラフィカルユーザインタフェース）を表示してもよい。いくつかの実施形態では、携帯型コンピュータ２１２は、タッチスクリーンディスプレイを含むことができ、且つユーザがそれを介してユーザインタフェースと対話することができるタッチセンシティブ要素を含むか、またはタッチセンシティブ要素を設けることができる。いくつかの実施形態では、携帯型コンピュータ２１２は、表内に、または測定値のグラフ（例えば、以下の図３に示すような強度対波長のグラフ）としてなど、分光計２１２から得られた測定値を表示してもよい。
【００３９】
いくつかの実施形態では、携帯型コンピュータ２１２は、携帯型コンピュータ２１２と携帯型検知システム２００の坑井現場から離れた他のコンピュータとの間の通信を提供するネットワークインタフェースを含むことができる。そのようなネットワークインタフェースは、有線ネットワークインタフェースカード（ＮＩＣ）、無線（例えば、無線周波数）ネットワークインタフェースカード、またはそれらの組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態では、携帯型コンピュータ２１２は、分光計２１０から得られた測定データを坑井現場から離れた別のコンピュータへ送信し得る。
【００４０】
図３は、上述し図２に示したような構成要素を有する例示的な携帯型検知システムによって得られた測定値のプロット３００を示している。サンプルは、例示的生産井から取得された。測定値は、直列の２つのハイドロサイクロンを有し、濾過媒体としてＨｙｄｒｏｓｉｌを使用した携帯型検知システム２００の一実施形態から生成された。したがって、図３に示されるプロットは、測定された蛍光強度（ｙ軸３０２上および秒当たりのカウント数）対波長（秒単位（ｓ）でｘ軸３０４に示される）を示す。
【００４１】
図３に示されるように、測定されたサンプルに存在するナノ粒子トレーサは、約４４０ｎｍで強度ピーク３０６を示した。ナノ粒子トレーサの強度ピーク４４０ｎｍがはっきりと現れており、他の汚染物質からの他の蛍光ピークは存在しないため、本開示で説明する携帯型検知システムの有効性を示している。すなわち、ナノ粒子トレーサの検出を妨げる可能性のある蛍光ピークを潜在的に有する他の汚染物質は、上記の分離（例えば、ハイドロサイクロン２０２を介する）および濾過（例えば、濾過装置２０６を介する）の間に十分に除去された。
【００４２】
図４は、本開示の別の実施形態による携帯型検知システム４００およびその様々な構成要素を示している。図４に示すように、携帯型検知システム４００は、通気されたカルボイ４０２、廃棄物容器４０４、濾過媒体４０８を有する濾過装置４０６、および携帯型分光計４１０を含み得る。いくつかの実施形態では、システム４００は、携帯型コンピュータ４１２を含むか、または携帯型コンピュータ４１２に接続されてもよい。以下に説明するように、いくつかの実施形態では、携帯型検知システム４００は、ポンプまたは他の可動部品を含まず、分光計を介する分離、濾過および流れのために、サンプルの圧力および重力のみを使用する。
【００４３】
いくつかの実施形態では、可搬性および坑井現場への輸送を容易にするために、携帯型検知システム４００の構成要素をケース、ハウジング、または他の筐体に収容することができる。例えば、いくつかの実施形態では、通気されたカルボイ４０２、廃棄物容器４０４、濾過装置４０６、および携帯型分光計４１０は、携帯用ケースに収容され、坑井現場に輸送されてもよい。いくつかの実施形態では、通気されたカルボイ４０２、廃棄物容器４０４、濾過装置４０６、および携帯型分光計４１０をケースから取り外し、次に本明細書で説明した方法で図４に示すように接続して使用することができる。いくつかの実施形態では、携帯型コンピュータ４１２もまた、ケースまたは他の筐体に含まれてよい。
【００４４】
通気されたカルボイ４０２は、線４１４で示され、図１に関して上述したように、生産ラインへの接続を可能にするためのコネクタを含むことができる（例えば、坑口装置のスピゴットを介して）。したがって、携帯型検知システム４００は、坑口装置または生産ラインを一切修正することなく、坑口装置に接続することができる。例えば、ハイドロサイクロン２０２のコネクタは、ホース、パイプ、または他のチューブを介して坑口装置スピゴットに接続されてもよい。いくつかの実施形態では、システム４００は、サンプルが通気されたカルボイ４０２に入る前に、坑口装置から得られたサンプルの圧力を低下させるために、通気されたカルボイ４０２と坑口装置との間に配置された圧力計およびチョークを含んでもよい。
【００４５】
通気されたカルボイ４０２は、坑口装置から収集されたサンプルから油と水を分離し得る。理解されるように、通気されたカルボイ４０２は、重力と、油と水との密度の差を利用して、可動部品なしで、油を水から分離することができる。より高密度の流体（例えば、水）は、通気されたカルボイ４０２の底部に沈降し、通気されたカルボイ４０２の底部から出ることができる（線４１６で示されるように）。したがって、いくつかの実施形態では、通気されたカルボイ４０２は、手動もしくは自動ポンプ、電力、または他の同様の要件なしで、サンプリングされた流体の分離を実行することができる。
【００４６】
図４の線４１８で示されるように、通気されたカルボイ４０２内のサンプルから分離された油は、廃棄物容器４０４（例えば、ドラム）に廃棄されてもよい。例えば、カルボイ内の分離された油は、廃棄物容器４０４内に定期的に廃棄されてもよい。廃棄物容器４０４のサイズは、携帯型検知システム４００によって廃棄される分離された油および他の流体の収集に十分な容積を確保し、なお携帯型検知システム４００の携帯性を維持するのに適したサイズのままであるように選択することができる。例えば、いくつかの実施形態では、廃棄物容器４０４は、複数日、複数週、またはそれ以上の期間などの期間にわたるサンプルの期間収集を可能にするようにサイズ設定されてもよい。
【００４７】
また図４に示されるように、通気されたカルボイ４０２内のサンプルから分離された水は、濾過媒体４０８を有する濾過装置４０６に向けられてもよい。例えば、通気されたカルボイ４０２の底部のコネクタは、ホース、パイプ、または他の適切なチューブを介して濾過装置４０６に接続されてもよい。濾過装置４０６は、上述の濾過装置２０６と同様の方法で動作してもよい。いくつかの実施形態では、濾過装置４０６は、手動または自動ポンプ、電力、または他の同様の要件なしで、通気されたカルボイ４０２から分離された水の濾過を実行してもよい。
【００４８】
濾過装置４０６は、濾過媒体４０８を含んでもよい。いくつかの実施形態では、濾過装置４０６は、濾過媒体４０８を含むドラムであってもよい。例えば、いくつかの実施形態では、濾過装置４０６は、約５ガロンの濾過媒体４０８を含む５ガロンドラムであってもよい。
【００４９】
濾過媒体４０８は、上述の濾過媒体２０８と同様であってもよい。いくつかの実施形態では、濾過媒体４０８は粒状濾過媒体であってもよく、ゼオライト系粘土であってもよい。いくつかの実施形態において、濾過媒体は、米国イリノイ州イースト・ダンディーにあるＨｙｄｒｏｓｉｌ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＬＴＤ．によって製造されたＨｙｄｒｏｓｉｌであってもよい。そのような実施形態では、５％のオイルカットを有する約５００ｍｌのサンプルサイズの場合、５ガロンの濾過媒体の寿命は７００サンプル、またはいくつかの実施形態では、毎週４サンプルの割合で１７０週のサンプリングの寿命を有し得る。
【００５０】
図４の線４２０によって示されるように、濾過装置４０６からの濾過された水は、携帯型分光計４１０に供給され得る。例えば、濾過装置４０６のコネクタは、ホース、パイプ、または他の適切なチューブを介して分光計４１０に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、分光計４１０は、携帯型コンピュータ４１２から受け取った電力のみによって電力供給されてもよい。他の実施形態では、分光計は、別個のバッテリー（例えば、分光計のハウジング内のバッテリー）によって電力供給されてもよく、または別個のバッテリーと携帯型コンピュータ４１２から受け取った電力との組み合わせによって電力供給されてもよい。
【００５１】
分光計４１０は、上述の分光計２１０と同様であってもよく、同様の方法で動作するＬＥＤまたはレーザダイオードアレイ４２２およびフローセル４２４を含んでもよい。いくつかの実施形態では、例えば、ＬＥＤまたはレーザダイオードアレイ４２２は、約３インチ×３インチ×３インチの寸法を有するモジュール式ＬＥＤであってもよい。いくつかの実施形態では、分光計４１０は、米国フロリダ州ダニーディンのＯｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｉｎｃ製のＯｃｅａｎ  Ｏｐｔｉｃｓ  ＵＳＢ２０００であってもよい。分光計４１０は、特定の間隔でフローセル４２４内のサンプルの測定値を取得してもよい。いくつかの実施形態では、分光計４１０は、少なくとも１０億分の１（ｐｐｂ）の濃度でナノ材料トレーサを検出してもよい。いくつかの実施形態では、図４の線４２６によって示されるように、分光計４１０によって分析された濾過された水は、廃棄物容器４０４に向けられてもよい。例えば、携帯型分光計４１０の出口（例えば、フローセル４２４に接続された出口）は、ホース、パイプ、または他のチューブを介して廃棄物容器４０４のコネクタに接続されてもよい。
【００５２】
分光計４１０からの測定値は、有線接続４２８などを介して携帯型コンピュータ４１２に送信されてもよい。携帯型コンピュータ４１２は、分光計４１０から受信した測定値を保存してもよい。ここでも、いくつかの実施形態では、携帯型コンピュータ４１２は、ラップトップ、耐水性ラップトップ、タブレット、スマートフォン、または他の適切な携帯型コンピュータ４１２であってもよい。いくつかの実施形態では、携帯型コンピュータ４１２は、測定値を表示し、測定値を分析し（例えば、測定値対１つまたは複数のパラメータのプロットを生成し）、そして、いくつかの実施形態では、無線ネットワークを介するなど、測定値を別のコンピュータに送信するためのユーザインタフェースを提供してもよい。携帯型コンピュータ４１２は、上述の携帯型コンピュータ２１２と同様であってもよく、同様の構成要素を含んでもよい。
【００５３】
図５は、本開示の一実施形態による携帯型検知システムの動作のためのプロセス５００を示している。理解されるように、１つまたは複数のナノ材料トレーサは、注入井を介して貯留層に導入されてもよく、ナノ材料トレーサは貯留層を通って注入井と流体接続する生産井に流れる。したがって、プロセス５００を使用して、ナノ材料トレーサの導入後に、生産井を分析することができる。例えば、貯留層に存在する好ましくない油の掃引と回収条件を修正し、水攻法中の適合性を高めるため、または化学物質を貯留層の深部の目標に送達して湿潤性を変更し、界面張力を低減し、および／または油回収を強化するために、超透過性ゾーンを塞栓する、などの適切な介入活動を決定するために、生産井を分析することができる。
【００５４】
最初に、携帯型検知システムは、坑口装置のサンプルラインまたは生産ラインにおけるスピゴットに接続され得る（ブロック５０２）。他の実施形態では、携帯型検知システムは、坑口装置からの流体のサンプリングを可能にする任意の適切なラインまたはコネクタに接続されてもよい。本明細書で述べたように、携帯型検知システムは、坑口装置の修正を必要とせずに、坑口装置の既存の構成要素を使用して、坑口装置に接続することができる。例えば、携帯型送りシステムは、ホース、パイプ、または他のチューブを使用して、坑口装置ライン（例えば生産ライン）のスピゴットに接続できる。
【００５５】
サンプルラインまたは生産ラインのスピゴットを開いて、生産流体のサンプルを取得することができる（ブロック５０４）。いくつかの実施形態では、サンプルを得るために、スピゴットをオペレータが手動で開くことができる。そのような実施形態では、スピゴットを定期的に開いて、坑口装置から生産流体の期間サンプルを取得することができる。例えば、サンプルは、毎日、毎週、週に複数回、毎月、または他の適切な期間で取得できる。理解されるように、開いたスピゴットを介して得られた生産流体は加圧されてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、自動サンプルなしで、且つポンプまたは電動装置なしで、サンプルを取得することができる。
【００５６】
次に、サンプル内の流体は、携帯型検知システムのハイドロサイクロンまたはカルボイにおいて分離されてもよい（ブロック５０６）。分離は、可動部品なしで、且つポンプやその他の電動の構成要素を使用せずに、重力によって行われてもよい。例えば、上記で説明したように、サンプル内の高密度流体（例えば水）をサンプル内の低密度流体（例えば油）から分離することができる。いくつかの実施形態において、分離された油は、廃棄物容器に収集され得る（ブロック５０８）。例えば、分離された油はハイドロサイクロンの上部から廃棄物容器に向けられてもよく、または分離された油は定期的にカルボイから空にされ得る。
【００５７】
１つまたは複数のハイドロサイクロンまたはカルボイから分離された水は、濾過装置で濾過されてもよい（ブロック５１０）。上記のように、濾過装置は、分離された水中の蛍光ナノ材料トレーサの検出を妨げる可能性がある汚染物質を分離するための、且つナノ材料トレーサの特性を変更しない適切な濾過媒体を含むことができ、また適切な使用可能寿命を有する。濾過は、可動部品なしで、且つポンプやその他の電動の構成要素を使用せずに、重力、流体圧力、またはその両方によって行われてもよい。
【００５８】
次に、濾過水中のナノ材料トレーサを分光計で検出することができる（ブロック５１２）。一部の実施形態では、分光計は、携帯型コンピュータから受け取った電力によって、分光計のハウジングに直接結合したまたはハウジング内のバッテリーによって、あるいはバッテリーと携帯型コンピュータから受け取った電力との組み合わせによってのみ電力を供給できる。いくつかの実施形態では、分光計で使用される濾過された水はまた、廃棄物容器に収集されてもよい（ブロック５１４）。
【００５９】
分光計からの検出測定値は、保存および分析のために携帯型コンピュータに提供されてもよい（ブロック５１６）。例えば、上述のように、いくつかの実施形態では、携帯型コンピュータは、表内に、またはグラフ（例えば、強度対波長のグラフ）としてなど、携帯型分光計から受け取った測定値を表示してもよい。いくつかの実施形態では、携帯型コンピュータは、検出測定値を、ネットワーク（例えば、セルラーネットワーク）を介するなどして遠隔コンピュータに送信してもよい。
【００６０】
本開示では、範囲は、ある特定の値近辺から別の特定の値近辺まで、またはその両方として表現され得る。そのような範囲が表現される場合、別の実施形態は、ある特定の値から他の特定の値まで、またはその両方、ならびに前記範囲内のすべての組み合わせであることを理解されたい。
【００６１】
本開示の様々な態様のさらなる修正および代替の実施形態は、この説明に鑑みて当業者には明らかであろう。したがって、この説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示に記載される実施形態を実行する一般的な方法を当業者に教示することを目的とする。本開示において示され説明された形態は、実施形態の例として解釈されるべきであることを理解されたい。この説明の恩恵を受けた後の当業者には明らかなように、要素および材料は、本開示で図示および説明されたものと置き換えることができ、部品およびプロセスは逆にするか省略することができ、特定の特徴は独立して利用することができる。以下の特許請求の範囲に記載される本開示の精神および範囲から逸脱することなく、本開示に記載される要素に変更を加えることができる。本開示で説明されている見出しは、編集的な目的のためだけのものであり、説明の範囲を制限するために使用されることを意図するものではない。
【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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【国際調査報告】
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