具有可调节流体通道的高压正交偏振显微镜检查池及使用方法

专利名称：具有可调节流体通道的高压正交偏振显微镜检查池及使用方法
技术领域：
本发明总体上涉及在存在于流体源的温度和压力条件或至少与环境 不同的温度下的流体分析领域，所述流体包括但不限于具有一种或多种相 (气体、固体和液体)的储层烃和水基流体、钻井泥浆、压裂液等。
背景技术：
在压力、温度、流体混合和/或化学组成中的一个或多个变化的影响下， 流体体系可能含有或者产生令人感兴趣的固体粒子。 一种研究方法利用通 过流体样品的可见光研究这些固体粒子的产生和性质。相对于日益增加的 光源功率，存在装置和实验的局限性，还有一些流体样品与其它样品相比
传播更少的光；因此，能够在研究中改变流体样品的厚度是适宜的。而且， 在样品保持在令人感兴趣的压力和温度下或附近的同时进行这种改变是 适宜的。
转让给Core Laboratories的美国专利7,079,242公开了用于测定在流体 样品中的粒子的特性的方法和装置。该方法包括使光通过观察池(view cell) 的窗口以观察在加压流体中的令人感兴趣的粒子。泵的操作导致样品流体 通过观察池，所述观察池具有连接到室上的端口，所述室具有位于该室的 任一侧的窗口以允许在样品流体横穿该室时目视检查它。室的尺寸可以是 可调节的，以在流体样品的性质变化时保持预定的光透过样品流体。然而， 手动或液压式调节样品室的尺寸需要使池窗口旋转。如果一个人希望使用 偏振光研究流体，则因为窗口的晶轴的对准将通过旋转变化，这是不利的。
转让给Bruker Analytische Messtechnik GmbH的美国专利5,003,174公 开了一种光学高压观察池，所述观察池具有对红外光谱优化的阶梯式窗 口。通过根据该专利赋予测量池的窗口以阶梯式设计，可以通过合宜地选 择池窗口的中心圆柱形颈部的尺寸，使限定样品室的表面之间的距离变得如所需要的那么小，从而使得可以实现具有某些测量所需的极短光路的 室。然而，这种装置要求将所述池拆卸并且用不同的中心圆柱形颈部长度 的窗口重新装配以改变样品室尺寸，这是不合宜并且耗时的，并且没有论 述使用偏振光。
转让给Wedgewood Technology的美国专利5，905，271公开了一种具有
微动光路长度调节和光度校准的在线光学传感器，其中可调节的光路与流 动的产品流相交。公开的装置显然允许以比以前的在线光学传感器的公差 大数量级的精确度调节通过产品流的光路长度，并且允许在不干扰光学系 统的通路长度或者降低来自系统的信号的情况下插入和除去校准标准 (calibration standards)。尽管在这种装置中似乎可以在不改变窗口的对准的 情况下调节通路长度，但是没有论述偏振光或正交偏振滤光器的使用；只 是论述了用于进入检测器的光的滤谱器和校准滤光器。
Karan和Ratulowski描述了用于在视觉上测量压力高达3000psi[21MPa] 的含蜡原油的倾点和其它性质的目测技术和装置。含气石油蜡出现温度 (WAT)的测量是使用高压正交偏振显微镜和激光-基固体检测系统进行的。 Karan, K.， Ratulowski, J.，"使用新实验室技术对含蜡原油性能的测量"， SPE 62945 (2000)，石油工程师协会(《ara", AT.， / a w/oM^A:/, ■/， "7Weosw meW
Ratulowski等的"流动确保和海底生产率闭合具有连通性的回路以 及测量"，SPE论文90244(2004)，石油工程师有限公司协会(i "/w/oH^/ "
Co"wec"W(y a"d Meoswreme"^s", 5P五 ^Pa/ er f2004」 Socz'砂 o/
尸"ra/eww /"c.)描述了在监测和优化烃生产系统中管理烃流动中 断的风险的动态方法，包括在储层、井眼和海底基础设施的生产过程中实 时测量的使用。
沥青质是重的高度芳香性分子，其由于在压力和/或温度的降低或者与 不相容的流体共混而常常从油中沉淀(参见A. Hammami和J. Ratulowski 在Asphaltene, Heavy Oils and Petroleomics, Oliver C. Mullins, Eric Y， Sheu, Ahmed Hammami, Alan Marshall, Editors, Kluwer Academic Publications,沥青质在生产系统中的沉淀和沉积流动确保概论，第23章，2006)。沥青质 还含有多种极性化合物，并且可能含有包含氧、氮和硫的分子内物种，这 可以使沥青质分子表面是活性的。这种表面活性可能导致沥青质沉积在工 艺装置和传输管道的壁上，并且允许沥青质参与油包水乳液的稳定化。各 个沥青质分子的表面活性的"强度"取决于沥青质组成的变化。存在下列实 验证据沥青质的小的特定细馏分是造成在固体表面上发现的沉积物的原
因(参见例如M. Zougari， S. Jacobs, A. Hammami， G. Broze， M. Flannery， J. Ratulowski和A. Stankiewicz,"新的有机固体沉积和用于含气石油的控制 装置设计和应用"，能量和燃料，20(2006)1656-1663(M.Zougari, S.Jacobs, A. Hammami， G. Broze， M. Flannery， J. Ratulowski and A. Stankiewicz, "Wove/ Orgam,c So"c/DepowYz'ow and Cow ro/Devz'ce/or Zive (9z7s;Des〖g" — c^/oWE^ergy cS: FweA ， 20 (2006) 1656-1663)。
当前研究在储层流体中的沥青质的实验方法包括在目视或非目视的 压力-体积-温度(PVT)池中检测固体沉积物。在与石油储层内或者石油生产 工艺中经历的那些类似的压力和温度条件下，将烃基流体置于PVT池内 部。然后改变流体的压力和/或温度，以促使固体沉淀物(例如沥青质)的形 成。可以使用近红外线检测器、x-射线检测或通过高压、高温显微镜方法 的目视检测进行在烃流体中的固体形成的检测。在这些检测方法中使用的 装置只限于悬浮粒子检测，并且不能改变池尺寸，它们也不使用偏振光来 分析(即，它们不能区别沥青质和蜡)。它们还限于足够透明以允许足够的 光通过的流体(即，它们不能与黑油一起使用)。
在沉淀的沥青质的情况下，可以使用高温高压过滤收集沥青质聚集体 和/或絮凝物。尽管通常使用，但是高压高温过滤方法包括一些分析沥青质 沉淀物的潜在地严重的局限性。首要和明显的局限性在于絮凝物尺寸和 回收的沥青质的量取决于过滤器的孔尺寸。而且，必须很仔细以不通过产 生跨过过滤器的太大压降导致沉淀的固体(蜡和/或沥青质)磨擦通过过滤 器的孔。其次，通过过滤收集的沥青质通常含有捕集油，所述的捕集油含 有溶解的有机固体(蜡或沥青质)。存在这些溶解的固体，特别是沥青质， 可能在除去捕集油的过程中沉淀的风险。于是，来自捕集油的固体将携带 过滤的沥青质沉淀物通过，因此表示可能影响随后的分析表征的"污染物"。最后，在过滤的固体(例如沥青质)上完成的任何测量将只提供关于"平 均"沥青质性能的信息。目前的规程不允许使用可调节通路长度的池和偏 振光对单独的絮凝物和/或聚集体取样和分析，所述的分析是可以显示聚集
体之间的化学组成的可能变化的实践(exercise)。采用可调节的通路长度、 高温高压池和偏振光，可能可以检测对沥青质的表面活性和聚集特性的这 些组成变化。
通过使用可调节的通路长度的观察池和偏振光，在研究表示存在于样 品源的那些或至少与环境实验室条件不同的温度和压力下的样品的性能 的装置和方法的领域中，存在长期但是至今未满足的需求。

发明内容
根据本发明，描述使用可调节的通路长度的观察池和偏振光，在样品 源的典型(或至少与环境条件不同)的温度和压力条件下研究样品的性能的 装置和方法。样品的温度和压力条件可以是石油储层或其它含烃地质地层 的那些条件，但是本发明不受这样的限制。样品在温度和压力方面可以在 环境之下、环境或环境之上，包括但不限于包含烃(包括酸性烃，所述酸性 烃可以包含硫化氢、硫醇和其它含硫化合物)、水、有机和/或无机固体的 组合物，并且可以包括胶束、大分子、小球、树脂、沥青质、蜡晶体、烃 以及具有多相(气体、固体和液体)的水基流体、钻井泥浆、压裂液等。样 品组合物可以包含每一种相的一个或多个。换言之，样品组合物可以包含 一个或多个液相、 一个或多个固相和一个或多个气相。可以使用本发明的 装置区别并且定量(通过粒径分析)蜡和沥青质沉淀物，并且还可以用于水 合物研究(即，降到-20。C以及更低的温度)。
概括地，本发明的装置包含池体、流体流动通道和两个窗口保持组件， 所述窗口保持组件包含两个或更多个光透射窗口。本发明的装置的独特特 征在于可以在不改变窗口的晶体对准的情况下调节窗口之间的间隙。具 有这种能力的一个原因在于利用偏振光的性质的流体研究可以在调节流
体样品的厚度的同时进行。而且，这种间隙调节可以在将池加压的同时进 行。本发明中的装置是观察池，该观察池预期用于研究在高达并且超过25,000 psi[172 MPa]的压力下、在宽的温度范围内的流体，同时保持改变 研究的静止或流动的流体样品的厚度的能力。
本发明的一个方面是池装置，该池装置包含
(a) 具有流体流通通道和光通道的池体，所述光通道与流体流通通道相 交于池体中的可调节光路长度的流体分析区，所述池体由能够将至少在流 体分析区中的温度和压力保持至少与环境条件不同以及在含烃储层的典 型的某些实施方案的材料组成；
(b) 在光通道中的第一和第二光透射窗口 ，每一个窗口具有与窗口的纵 轴纵向对准的至少一条晶轴，所述窗口具有限定可调节光路长度的流体分 析区的相对、隔开、基本上平坦的表面，每一个窗口具有各自的窗口固定 器(holders)，第一窗口与其窗口固定器旋转式分离，第二窗口旋转式连接 到其窗口固定器上，第一窗口固定器能够逐渐平移(translate)第一窗口，从 而调节光路长度(任选地，如果将蓝宝石用于窗口，并且使用正交偏振滤光 器，则a-轴是取向的)；禾口
(c) 位于光通道中的第一和第二光偏振滤光器，第一滤光器任选位于光 入口和第一窗口固定器之间，第二滤光器任选位于光出口和第二窗口固定 器之间的光通道中。
每一个窗口和窗口固定器对可以是相应窗口保持组件的部件， 一个窗 口保持组件包含第一窗口、第一窗口固定器、在第一窗口及其窗口固定器 之间的第一隔体和在隔体和第一窗口固定器之间的滚柱轴承组件。第一窗 口可以具有附着于其上的第一轴套(sleeve)，第一轴套可以转而通过一个或 多个定位销钉连接到其隔体上。第一密封组件液压式密封第一窗口组件， 并且将被测试的流体限制到流体分析区中，所述流体分析区被限定在第一 和第二窗口的相对、隔开、基本上平坦的表面之间。这种第一窗口保持组 件允许第一窗口平移更靠近或更远离第二窗口 ，从而调节在第一和第二窗 口的相对、隔开、基本上平坦的表面之间的距离，因此调节流体分析区的 大小。重要的是，在此移动过程中，第一窗口通过滚柱轴承组件与其隔体 和窗口固定器旋转式分离。
第二窗口保持组件可以包含第二窗口、其窗口固定器、在第二窗口及
其固定器之间的第二隔体、附着在第二窗口周围的第二轴套，第二轴套转而通过一个或多个定位销钉连接到第二隔体上，并且第二密封组件液压式 密封第二窗口组件，并且将被测试的流体限制到流体分析区中。第二窗口 组件可以用于设定窗口的相对、基本上平坦的表面之间的初始间隙或距
离，和对准(aligned)窗口的晶轴。重要的是，第二窗口旋转式连接到其窗 口固定器和隔体上。
第一偏振滤光器可以位于配备有旋转臂的固定器中，所述旋转臂可以 是通过任选到逻辑装置如计算机的机械或无线连接手动操作或自动操作 的。第二偏振滤光器类似地被固定在固定器中，并且可以或者可以不配备 有旋转臂或其它部件。
在本发明的该方面中的装置包括其中池体、窗口固定器、隔体、轴套、 滚柱轴承和密封组件可以包含选自金属(例如，不锈钢、镍合金等)、塑料 和陶瓷中的相同或不同材料的装置。用于流体入口和出口连接的高压管道 配件也可以包含这些材料中的一种或多种。管道配件和窗口固定器可以通 过螺纹连接而连接到池体上，但是这不是必需的连接模式。
窗口可以包含具有能够忍耐需要的温度和压力条件的适合的光学性 能(基本上透明的)和机械性能的任何天然或合成材料。适合的材料包括蓝 宝石和石英。本发明的装置的某些实施方案可以具有两个或更多个观察 口。可以是UV、可见光、IR或其它电磁源的所用光源产生光束，该光束 进入并且通过产生全部或部分偏振光束的偏振滤光器中的一个，然后通过 穿过第一窗口组件的孔，并且通过流体样品分析区。所述光继续通过第二 窗口组件，并且到达第二偏振滤光器上。在流体样品中的结晶材料(如蜡) 使透射的偏振光的偏振面旋转。因此，如果两个偏振滤光器位移90。，则 只有通过样品中的结晶材料的光将通过第二滤光器(即，偏振面旋转90°)， 在此操作员或计算机可以观察到出射的光。因此，如果两个偏振滤光器对 准，则通过结晶材料(如蜡)的光将不通过第二滤光器，因此不会被操作员 或计算机观察到；然而，通过或绕过非结晶材料(如沥青质)的光将通过第 二滤光器，在此操作员或计算机可以观察到出射的光。利用这些知识，可 以区别共存的结晶和非结晶材料。在本发明中的装置可以包含多于一个的 观察口，例如，大体上垂直于流体和光路中的一个或两个的纵轴安置的一 个或多个观察口 。 一个观察口可以允许照相机或其它电荷耦合器在视觉上到达样品分析区。另一个观察口可以允许来自第二光的光进入样品分析 区。在某些实施方案中， 一个或多个观察口可以允许在样品开始通过样品 分析区直至它离开样品区的时间观察样品。
在本发明的该方面中的装置包括其中密封组件可以包含选自机械阻 挡层、界面阻挡层和任何其它形式的阻挡层的材料的装置，所述材料将防 止样品经过窗口泄漏。机械阻挡层的一个实例可以是弹性体膜；界面阻挡 层的一个实例可以是在两种不互溶流体之间的界面。
可以将本发明的装置的某些实施方案描述为高压正交偏振显微镜检 查池，所述显微镜检査池包含
(a) 具有流体流通通道和光通道的池体，所述光通道与流体流通通道相
交于池体中的可调节光路长度的流体分析区；
(b) 第一光通道组件，其连接到池体上并且包含第一偏振滤光器、第一 窗口保持组件和第一光透射窗口，第一窗口保持组件包含通过其部分限定 光通道的第一孔，第一窗口保持组件包含第一窗口固定器和在光路长度的
调节过程中用于将第一窗口从第一窗口固定器上旋转分离的装置；和
(c) 第二光通道组件，其连接到池体上，并且包含第二偏振滤光器、第 二窗口保持组件和第二光透射窗口，第二窗口保持组件包含通过其部分限 定光通道的第二孔，第二窗口保持组件包含第二窗口固定器和用于允许第 二窗口和第二窗口固定器的旋转式连接的装置。
在某些实施方案中，在光路长度的调节过程中用于将第一窗口从第一 窗口固定器上旋转分离的装置可以包含在第一窗口和第一窗口固定器之 间的第一隔体、附着于第一窗口上的第一轴套、连接第一轴套和第一隔体 的一根或多根销钉和在第一隔体和第一窗口固定器之间的滚柱轴承组件； 并且用于允许第二窗口和第二窗口固定器的旋转式连接的装置可以包含 在第二窗口和第二窗口固定器之间的第二隔体、附着于第二窗口上的第二
轴套以及连接第二轴套和第二隔体的一根或多根销钉。尽管所描述的用于 旋转式连接和旋转式分离的装置在本发明的装置的某些实施方案中是有 用的，但是本发明的装置和方法不限于这些部件和它们的实施方案，并且 在本发明中考虑其它在功能上等价的部件和它们的实施方案。
本发明的另一个方面是观察样品的方法， 一种方法包括(a) 在本发明的装置中，设定在窗口的相对、基本上平坦的表面之间的 初始距离，并且对准窗口的晶轴；
(b) 使偏振滤光器中的一个或两个旋转使得滤光器是正交偏振的；
(c) 调节窗口的相对、基本上平坦的表面之间的距离；
(d) 使第一偏振滤光器旋转，并且允许适量的偏振光通过第一窗口和样 品分析区；
(e) 使被分析的样品流入样品分析区中；和
(f) 在样品流过样品分析区的同时，观察样品的一个或多个特征。 在本发明的该方面中的方法包括其中步骤(a)-(e)可以以列举的顺序或
不同的顺序进行并且步骤(f)可以在步骤(e)之中或之后进行的方法。在本发 明中的其它方法包括使用第二窗口固定器完成步骤(c)并且使用第一窗口 固定器完成步骤(d)的方法。使偏振器正交和不正交的方法允许区别结晶粒 子与非晶态粒子。
通过审阅本发明的详细的说明以及后附权利要求，本发明的装置和方 法的这些和其它特征将变得更加明显。


在下列说明和附图中，解释其中可以获得本发明的目的和其它需要的 特性的方式，在附图中
图l是在本发明中的装置的示意性横截面图；和
图2是在本发明中的第二装置的示意性横截面图。
然而，应当指出附图不是按比例绘制的，并且只说明本发明的典型实 施方案，因此不被认为限制其范围，因为本发明可以承认其它等效的实施 方案。
具体实施例方式
在下列描述中，阐述大量的细节以提供本发明的理解。然而，本领域 技术人员应当理解可以将本发明在没有这些细节的情况下实践，并且来自 所述的实施方案的许多变化和修改可以是可能的。如在背景技术部分中说明的，在压力、温度、流体混合和/或化学组成 的一个或多个的变化的影响下的流体可以含有或者产生令人感兴趣的固 体粒子。 一种研究方法使用通过流体样品的可见光研究这些固体粒子的产 生和性质。相对于日益增加的光源功率，存在装置和实验的局限性，还有 一些流体样品与其它样品相比传播更少的光；因此，能够在研究中改变流 体样品的厚度是适宜的。而且，在样品保持在令人感兴趣的压力和温度下 或附近的同时进行这种改变是适宜的。本发明的装置和方法的一个目的是 提供用于使用偏振光和显微镜观察加压的流体样品的装置。
在图1中说明了在本发明中的装置的一个实施方案100，该实施方案 100有时被称为"高压正交偏振显微镜检查池或HPCPM池〃。尽管实施方案 100使用可见光源，但是这并不排除使用其它电磁源。实施方案IOO包含 池体l，所述池体l由高强度材料(镍合金是一种选择)制成，包含分别各自 具有内孔9，和10，的窗口固定器9和10。 ？L9'、 IO，形成大体上沿着池体I的轴 2的光路的主要部分。光路与流体通路相交于两个蓝宝石窗口4a、 4b之间 的可调间隙5，所述流体通路大体上与池体以3表示的另一根轴对准。在实 施方案IOO中，蓝宝石窗口4a、 4b在形状方面为圆柱形，并且具有其与它 们的纵轴对准的晶体a-轴，但是本发明不限于圆柱形窗口，并且可以使用 其它晶体取向。环绕每个窗口的是容纳到窗口4a、 4b之间的区域并且沿着 流体通路的测试流体的密封组件6a、 6b。窗口4a、 4b各自受到相应的隔体 7和8的支持，所述隔体7和8由淬硬不锈钢(或其它适合的材料)制成，并且 被研磨至很高的平面度规格。隔体7、 8受到抵抗池内的流体压力的相应窗 口固定器9、 IO的限制。隔体7还起着使窗口4b与窗口固定器9旋转式连接 的关键作用，而隔体8起着使窗口固定器10与窗口4a旋转式分离的关键作 用。在实施方案IOO中，使用通过使用高温粘合剂附着到窗口4b上的轴套 1 lb和通过窗口隔体7并且进入窗口固定器9的一个或多个定位销钉，使窗 口固定器9旋转式连接到其隔体7和蓝宝石窗口4b上。将这种部分旋转用来 设置在装置内的间隙5的初始距离，并且还用来对准窗口4a、 4b的晶体a-轴。相反，使用滚柱轴承组件12，使窗口固定器10与窗口4a旋转式分离。 在实施方案100中，将隔体8指向(index to)池体l并且通过一个或多个定位销钉18a连接到轴套lla上。在实施方案IOO中沿着光路的其它部件包括 偏振滤光器13a、 13b以及偏振滤光器固定器14和15。
在用于使用实施方案100的研究的装置过程中，使偏振滤光器13a、 13b 旋转，使得它们的透射平面相互成90。。这种"正交的"偏振取向的作用在于， 阻挡沿着光路通过的所有光。这种调节是使用滤光器固定器14完成的。在 流体研究的过程中，使用旋转臂16，将偏振滤光器13a旋转90。，以将光损 耗降至最低或者以产生通过流体的光的消灭。基于粒子对偏振光具有的结 果，可以将偏振光用来区别在流体中出现的结晶和非结晶粒子。例如，蜡 粒子的结晶结构使光消偏振。因此，因为当偏振滤光器正交时，蜡粒子以 光点的形式出现，所以可以将蜡粒子与存在于流体中的其它粒子(如非晶态 沥青质粒子)区别。
可以通过高压管道配件17a、 17b到达沿着轴3的流体通路，所述高压 管道配件17a、 17b中的一个用于将样品流体注入池体l和注入间隙5，所 述的间隙5有时在此称为样品分析区。典型地，明确地控制流体的温度和 压力，因为它们通常是在流体研究中的关键实验变量。因此，可以将流体 入口管道连接到一个或多个压控泵上，并且整个装置位于环境控制的室 内。
图2是根据本发明的另一个装置实施方案200，通过包括流体流动通道 和流体分析区的平面所取的示意性横截面图。实施方案200包含两个流体 入口171a和171aa以及两个流体出口171b和171bb，以增加测试弹性。例如， 根据被测试的流体、操作者的要求等，流体样品可以横穿管道连接171a、 流动通路130a、流体分析区51、流动通路130b和/或130c。未图示到流体 泵的连接和其它配件。备选地，流体样品可以进入通过入口171aa、流体 流动通道130aa、样品分析区5 1并且根据需要通过流动通路130b和/或130c 和流体出口 171b和/或171bb离开。使用适合的未示出的阀门组将流体样品 导向需要的通路。如果在一条流体通道中产生例如过量的固体，则这可能 是有利的。在这些情形下，可以使用其它流体通道作为备选的流体样品通 道，或者加入溶剂以清洗阻塞的流体通道。
至少部分地是因为不同的流体传输不同水平的光能，所以本发明的装 置的间隙或流体分析区5的调节能力在流体研究中是适宜的。另外，因为局部的流体加热在实验上是有害的，所以简单地增加光源强度不是一种选
择。因此，在研究的过程中改变窗口4a、 4b之间的间隙5给本发明的装置
的分析能力增加了新的尺度。在本发明中的装置的设计允许在将流体加压 的同时改变在窗口之间的间隙的厚度，而不影响窗口晶轴和偏振滤光器的
初始对准。使窗口固定器IO以与其它部件分离的形式旋转调节窗口间距， 而不影响任何一个其它的池参数。
在一些实施方案中，整个装置可以是温控的。温控源包括液体浴、液 体夹套、珀耳帖装置、对流气体浴等。例如，可以使用对流空气浴将整个 装置中的温度控制在士1。C之内，并且在一些实施方案中，控制在士0.1。C之 内。如果要将波动最小化，则可以将本发明的装置与其环境隔开，以将装 置的波动最小化。
在本发明的装置实施方案的操作中，样品分析区会容纳有经受固体粒 子(例如蜡或沥青质)或第二液相的微滴将会形成的压力和温度条件的流 体。操作者使用显微镜或其它光学装置将能够直接观察这种微米尺寸的粒
子。使用本发明的装置和方法的样品流动条件(流速、温度和压力)可以是 自动化的。
流体样品可以是气体、液体、超临界流体及它们的任何组合，并且可 以含有水合物。流体样品可以包含处于环境之下、环境或环境之上的温度 和压力的任何样品，包括但不限于包含烃(包括酸性烃，所述酸性烃可以包 含硫化氢、硫醇和其它含硫化合物)、水、有机和/或无机固体的组合物， 并且可以包括(或经受导致其形成的条件)胶束、大分子、小球、树脂、沥 青质、蜡晶体、烃以及具有多相(固体和液体)的水基流体、钻井泥浆、压 裂液、储层流体等。流体样品可以包含每一种相中的一个或多个。术语"储 层"可以包括可通过一个或多个井眼获得的烃沉积物。"井眼"包括加套的、 加套和胶结的或裸眼井眼，并且可以任何类型的井，包括但不限于生产井、 非生产井、实验井、探井等。井眼可以是垂直、水平、在垂直和水平之间 的任何角度、转向或不转向的，以及它们的组合，例如，具有不垂直部分 的垂直井。短语"高温高压"指高于大气压和高于20。C的任何温度和压力条 件。实施方案100和200以及在本发明中的其它实施方案可以包括如在此
说明的对于温控的规定。在本发明的所有实施方案中，电源可以给光源供
电，并且可以给DVD、 VCR、监控器或其它观察装置供电。
尽管上面详细描述了本发明只有几个示例性实施方案，但是本领域技 术人员应当容易理解在本质上不偏离本发明的新教导和优点的情况下，在 示例性实施方案中许多修改是可以的。因此，所有这些修改意在包含于如 后附权利要求中所限定的本发明的范围内。
权利要求
1.一种装置，其包含(a)具有流体流通通道和光通道的池体，所述光通道与所述流体流通通道相交于所述池体中的可调节光路长度的流体分析区，所述池体由能够将至少在所述流体分析区中的温度和压力保持至少与环境条件不同的材料组成；(b)在所述光通道中的第一和第二光透射窗口，每一个窗口具有与所述窗口的纵轴纵向对准的至少一条晶轴，所述窗口具有限定所述可调节光路长度的流体分析区的相对、隔开、基本上平坦的表面，第一窗口具有第一窗口固定器并且第二窗口具有第二窗口固定器，第一窗口与第一窗口固定器旋转式分离，第二窗口旋转式连接到第二窗口固定器上，第一窗口固定器能够逐渐平移第一窗口，从而调节所述的光路长度；以及(c)位于所述光通道中的第一和第二光偏振滤光器。
2. 权利要求l所述的装置，其中第一窗口通过第一隔体和在第一隔体 和第一窗口固定器之间的滚柱轴承组件与第一窗口固定器旋转式分离。
3. 权利要求2所述的装置，其中第一隔体通过附着于第一窗口上的第 一轴套以及连接第一轴套和第一隔体的一根或多根销钉旋转式连接到第 一窗口上。
4. 权利要求l所述的装置，其中第二窗口通过附着于第二窗口上的第 二轴套、第二隔体和一根或多根销钉旋转式连接到第二窗口固定器上，所 述一根或多根销钉连接第二轴套、第二隔体和第二窗口固定器。
5. 权利要求l所述的装置，所述装置包含环绕第一窗口的第一密封组 件以及环绕第二窗口的第二密封件，第一和第二密封件将被测试的流体限 制在所述的流体分析区中，所述流体分析区被限定在第一和第二窗口的相 对、隔开、基本上平坦的表面之间。
6. 权利要求l所述的装置，其中第一窗口固定器通过螺纹配件连接到 池体上，允许第一窗口固定器旋转，并且逐渐平移第一窗口使其更靠近或 进一步远离第二窗口，从而调节在第一和第二窗口的相对、基本上平坦的表面之间的距离，因此调节所述流体分析区的尺寸，并且因而调节所述光 路长度。
7. 权利要求l所述的装置，其中第一偏振滤光器在光入口和第一窗口 固定器之间，并且被固定在配备有旋转臂的固定器中，并且第二偏振滤光 器位于光出口和第二窗口固定器之间的光通道中，并且被固定在可以或可 以不配备有旋转臂的单独的固定器中。
8. 权利要求7所述的装置，其中所述旋转臂选自手动操作的旋转臂和自动操作的旋转臂。
9. 权利要求l所述的装置，其中所述池体以及第一和第二窗口固定器 包含选自金属、塑料、陶瓷和它们的组合的相同或不同材料。
10. 权利要求l所述的装置，其中第一和第二窗口包含选自具有能够忍 耐需要的温度和压力条件的适合的光学和机械性能的天然和合成材料。
11. 权利要求10所述的装置，其中第一和第二窗口包含选自蓝宝石和 石英的材料。
12. 权利要求l所述的装置，所述装置包含两个或更多个观察口。
13. 权利要求l所述的装置，所述装置包含光源，其中所述光源选自 UV、可见光、IR或其它电磁源。
14. 权利要求13所述的装置，其中所述光源产生进入并且通过产生全 部或部分偏振光束的第一偏振滤光器的光束，所述全部或部分偏振光束然 后通过穿过第一窗口固定器的第一孔，并且进入所述流体样品分析区，其 中根据样品内含物，所述偏振光的部分可以是去偏振的，并且去偏振光离 开所述样品分析区，通过第二窗口、通过第二窗口固定器的孔，并且通过 第二偏振滤光器出射，在此操作员或计算机可以观察到从第二偏振滤光器 出射的光。
15. —种高压正交偏振显微镜检查池，其包含(a) 具有流体流通通道和光通道的池体，所述光通道与所述流体流通通 道相交于所述池体中的可调节光路长度的流体分析区；(b) 第一光通道组件，其连接到池体上并且包含第一偏振滤光器、第一 窗口保持组件和第一光透射窗口 ，第一窗口保持组件包含通过其部分限定 所述光通道的第一孔，第一窗口保持组件包含第一窗口固定器和在所述光路长度的调节过程中用于将第一窗口从第一窗口固定器上旋转分离的装 置；以及(c) 第二光通道组件，其连接到池体上并且包含第二偏振滤光器、第二窗口保持组件和第二光透射窗口，第二窗口保持组件包含通过其部分限定 所述光通道的第二孔，第二窗口保持组件包含第二窗口固定器和用于允许 第二窗口和第二窗口固定器的旋转式连接的装置。
16. 权利要求15所述的装置，其中所述在光路长度的调节过程中用于 将第一窗口从第一窗口固定器上旋转分离的装置包含在第一窗口和第一 窗口固定器之间的第一隔体、附着于第一窗口上的第一轴套、连接第一轴 套和第一隔体的一根或多根销钉和在第一隔体和第一窗口固定器之间的 滚柱轴承组件。
17. 权利要求16所述的装置，其中所述用于允许第二窗口和第二窗口 固定器的旋转连接的装置包含在第二窗口和第二窗口固定器之间的第二 隔体、附着于第二窗口上的第二轴套以及连接第二轴套和第二隔体的一根 或多根销钉。
18. —种方法，所述方法包括(a) 在包含具有池体的测试池的装置中，所述池体包含流体流通通道和光通道，所述光通道与所述流体流通通道相交于所述池体中的可调节光路长度的流体分析区；在所述光通道中的第一和第二光透射窗口，每一个 窗口具有与所述窗口的纵轴纵向对准的晶轴，所述窗口具有限定所述可调 节光路长度的流体分析区的相对、隔开、基本上平坦的表面，设定在所述 窗口的相对、基本上平坦的表面之间的初始距离，并且对准所述窗口的晶 轴；(b) 使所述偏振滤光器的一个或两个旋转使得所述滤光器是正交偏振的；(C)调节在所述窗口的相对、基本上平坦的表面之间的距离；(d) 使第一偏振滤光器旋转，并且允许适量的偏振光通过第一窗口和所 述样品分析区；(e) 使被分析的样品流入所述样品分析区中；以及(f) 观察所述样品的 一个或多个特征。
19. 权利要求18所述的方法，所述方法包括将步骤(a)、 (b)、 (C)、 (d)和(e)以相继的顺序进行，并且在步骤(e)的过程中进行步骤(f)。
20. 权利要求18所述的方法，所述方法包括使用第二窗口固定器完成 步骤(c)，并且使用第一窗口固定器完成步骤(d)。
全文摘要
本发明描述了用于观察在非环境温度和压力下的样品的装置和方法。一种装置包含具有流体流通通道和光通道的池体，所述光通道与所述流体流通通道相交于可调节光路长度的流体分析区；在所述光通道中的第一和第二光透射窗口，每一个窗口具有与所述窗口的纵轴纵向对准的至少一条晶轴，所述窗口具有限定所述可调节光路长度的流体分析区的相对、隔开、基本上平坦的表面，第一窗口具有第一窗口固定器并且第二窗口具有第二窗口固定器，第一窗口与第一窗口固定器旋转式分离，第二窗口旋转式连接到第二窗口固定器上，第一窗口固定器能够逐渐移动第一窗口，从而调节所述光路长度；和第一和第二光偏振滤光器。
文档编号G01N21/05GK101285760SQ200810008638
公开日2008年10月15日 申请日期2008年2月1日 优先权日2007年4月10日
发明者克雷格·博尔曼, 托德·亚基莫夫斯基, 斯科特·雅各布斯, 特里·舍普科夫, 肯·西特科, 艾哈迈德·阿马米 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司