專利名稱：用于獲得井產流體樣品的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及用于對井產流體取樣的系統(tǒng)和方法。井筒鉆在包括流 體的儲層中，而且取樣工具被用于獲得流體樣品以用于評價。
背景技術：
在井的使用年限的各種階段，產出流體的幾種特性可以測井得到。測 井工具被用于評價生產井和注入井中的單相或多相流。測井工具管柱大體 包括用于測量例如流體速度、壓力和溫度的每個期望參數的幾個特定傳感 器。測井工具是需要地面讀取和數據獲得的相對復雜的設計。此外，設計 必須容納內部電子器件以及貫穿線路以確保與給定測井工具上方和下方的 其它模塊的連接。除了相對于流動流體獲得的測井數據，用于壓力、體積、溫度(PVT) 分析的代表性儲層流體樣品的收集進一步優(yōu)化了從儲層的未來的生產。但 是，在測井過程中井產流體樣品的收集很困難。取樣工具必須捕獲加壓的 流體樣品并把該加壓樣品返回地面以在基本原始條件下分析。盡管許多取 樣工具已經被設計而能夠在測井管柱內運行，但是這導致在生產環(huán)境中并 不實用的相對昂貴而且復雜的裝置。這樣的取樣工具依賴于定時器的觸發(fā) 而不能從地面選擇性地觸發(fā)。此外，這些取樣工具必須安裝在測井管柱的 底部，這有力地排除了本身必須位于測井管柱底部的流動測徑儀的使用。 因此，需要能夠選擇性地從地面觸發(fā)并可安裝在測井管柱任意位置的取樣 工具。發(fā)明內容大體上，本發(fā)明提供了有利于在測井過程中對井產流體取樣的系統(tǒng)和 方法。取樣工具可以連接在測井管柱的任何位置以移動到井下位置。取樣 工具包括具有內部樣品腔室的殼體、和能夠從地面選擇性地觸發(fā)以把井產 流體樣品吸入樣品腔室的裝置。取樣工具和容納的井產流體樣品接著可以從井筒撤回以進行井產流體樣品的分析。


以下將參照附圖描述本發(fā)明的某些實施例，其中類似的附圖標記表示類似的部件，而且圖1是根據本發(fā)明實施例的部署在井筒中的測井系統(tǒng)的正視圖；圖2是根據本發(fā)明實施例的可以用在圖1中的測井系統(tǒng)中的取樣工具結構的示意圖；圖3是根據本發(fā)明實施例的取樣工具的更加詳細的示意圖；圖4是圖3所示的取樣工具的替換實施例的示意圖；圖5是圖3所示的取樣工具的替換實施例的示意圖；圖6是圖3所示的取樣工具的替換實施例的示意圖；和圖7是根據本發(fā)明實施例的與攪拌和加熱系統(tǒng)結合的取樣工具的示意圖。
具體實施方式
在下面的描述中，給出大量的細節(jié)以提供對本發(fā)明的理解。但是，本 領域技術人員應當認識到本發(fā)明可以沒有這些細節(jié)而進行、而且來自描述 的實施例的大量改變或修改是可能的。本發(fā)明大體涉及用于從儲層取出流體的代表性樣品的系統(tǒng)和方法，例 如來自油井的油和/或氣的代表性流體樣品。取樣工具與測井工具管柱一 起使用以利于收集例如PVT樣品，同時取樣工具選擇性地連接到測井管柱 內。取樣工具也可被構造具有旁路以容納通信線路，例如電氣線路或光纖 線路，以與布置在取樣工具上方或下方的設備通信。這種性能也有利于把 取樣工具沿著測井管柱放置在任何位置。此外，取樣工具可以在中心工廠制備、運輸到井場、連接到工具管柱、在井下運行以回收井產流體樣品、 從井筒收回、從測井工具管柱取下、并運輸到樣品分析廠，而不需要轉移 井產流體樣品。這大大有利于保持樣品質量的能力。該系統(tǒng)和方法可以與各種井下測井系統(tǒng)使用。 一個例子顯示在圖1中， 并包括用于評價井22中例如流動特性的油井特性的測井系統(tǒng)20。測井系統(tǒng) 20大體包括置于井筒26中的測井工具管柱24，該井筒在地下儲層或儲藏層28中鉆出或形成。井筒26可以是裸眼井筒或下套管井筒。測井工具管 柱24被懸掛在位于例如地球表面32的井口 30下方。測井工具管柱24由 例如線纜、管子或鉆柱的部署系統(tǒng)34懸掛。在顯示的實施例中，測井工具管柱24包括多個測井工具或模塊，例如 模塊36和38。模塊36和38可包括用于檢測各種井參數的設備，井參數例 如為當產出流體通過井筒26向上流動時產出流體的流動特性。 一個或多個 取樣工具40可取下地連接到模塊36和38之間的測井管柱24內。在顯示 的特定例子中，顯示了兩個取樣工具40，盡管各種取樣工具可以沿著測井 管柱在各種位置使用。例如，幾個取樣裝置40可連續(xù)地安裝并在不同時間 選擇性地啟動以獲得獨特的流體樣品。每個取樣工具40通過例如本領域技術人員公知的用于連續(xù)地連接測井 管柱部件的傳統(tǒng)機構與測井工具管柱24的其它部件連接在一條直線上。此 外，每個取樣工具40被形成為外部直徑不比測井管柱部件例如測井管柱模 塊36和38的外部直徑大。受限制的外部直徑有利于沿著測井工具管柱在 任意位置使用一個或多個取樣工具，而不需要提供任何在其它方面干擾測 井工具管柱插入和從井筒取出的擴大區(qū)域。測井系統(tǒng)20還包括一個或多個用于在地面控制裝置44與取樣工具40 和/或其它測井管柱模塊之間傳輸信號的通訊線路42。通訊線路42也能被 用于進行取樣工具40與取樣工具上方的模塊例如模塊36之間、取樣工具 40與取樣工具下方的模塊例如模塊38之間、或布置在取樣工具40的相反 端部的模塊之間的通訊。通訊線路42可被用于傳輸各種信號，包括電信號、 光學信號或用于井下通訊的其它類型信號。通過有線系統(tǒng)，例如那些利用電氣或纖維光學線路的系統(tǒng)，每個取樣工具40可包括旁路，通訊線路穿過 旁路在取樣工具內延伸。取樣工具40被設計成從地下儲層提取井產流體樣品以利于儲層評價過 程。井筒26內的流體被移入特定的取樣工具40內并在基本原始條件下被 容納在其中。當取樣工具40被回收到特定的位置以進行分析時井產流體樣 品被保持。例如，測井系統(tǒng)20可以通過部署系統(tǒng)34撤回，并且每個取樣 工具40可以被從測井工具管柱24分開，也就是取下。每個取樣工具40也 可以被構造成當加壓流體樣品保持容納在工具內時進行取樣工具40的安全 合法的運輸。這種在取樣工具內輸送井產流體樣品的能力確保直到樣品在例如PVT實驗室內被分析為止樣品保持在原始條件下。在取樣工具40內保 持井產流體樣品也消除了對井場處另外的操作/處理設備的需要，從而節(jié) 約了大量成本。此外，每個取樣工具40可被設計成在樣品被從裝置轉移之 前把井產流體樣品恢復回到井底條件，正如下面進一步詳細描述的。參見圖2，顯示了取樣工具40之一的一般性的例子。取樣工具40包括 具有內部樣品腔室48的殼體46?？梢苿硬考?0被可移動地置于樣品腔室 48內并將緩沖流體52與可以被吸入樣品腔室48內的井產流體樣品分開。 例如，可移動部件50可以包括密封并可滑動地安裝在樣品腔室48內的移 動活塞。當取樣工具40被部署在井筒26內的期望位置時，井產流體樣品 通過產生壓差經過例如閥54被吸入樣品腔室48內。在這個實施例中，取 樣工具40包括樣品進入結構56，例如端蓋，井產流體樣品通過高的外部井 筒壓力與樣品腔室48內的低的內部壓力之間的壓差經過樣品進入結構被吸 入。井產流體樣品進入樣品腔室48如箭頭58所示。壓差可以通過利用例如閥54把樣品腔室48用作容納選擇性地與更高 周圍井筒壓力隔離的可壓縮流體的大氣腔室而形成。當閥打開時，壓差致 使井產流體樣品流入樣品腔室48。在其它應用中，正如下面更詳細討論的， 緩沖流體52包括基本不可壓縮流體，例如液壓流體，其可以通過排出結構 60選擇性地從樣品腔室48排出。例如，簡單便宜的觸發(fā)裝置62可以連接 到排出結構60以控制緩沖流體52的流出。緩沖流體52的流出產生了壓差， 該壓差引起可移動部件50通過樣品腔室48并致使井產流體樣品在與緩沖 流體相反的可移動部件50 —側進入樣品腔室48。觸發(fā)裝置62的一個實施例顯示在圖3中。在這個實施例中，觸發(fā)裝置 62包括連接到置于排出結構60中的閥66上的電致動裝置64。例如，電致 動裝置64可包括通過絲杠連接到閥66以致動閥66的螺線管或電馬達。電 致動裝置64通過殼體46封裝在大氣或低壓腔室68內。當電致動裝置64 供給動力時，閥66被致動到期望的打開位置，這允許緩沖流體52通過排 出結構60以期望的速度從樣品腔室48流出并進入低壓腔室68。低壓腔室 68可由端蓋70密封以可靠地將緩沖流體52和井產流體樣品保持在取樣工 具40內。當緩沖流體52從樣品腔室48流入低壓腔室68內時，可移動部 件50被拖曳通過樣品腔室48，樣品腔室48與周圍井筒環(huán)境之間產生的壓 差通過吸入結構56把井產流體樣品吸入樣品腔室48內。在這個實施例中，設置內部旁路72，以引導通過取樣工具40的通訊線 路42。正如顯示的，內部旁路72被形成有沿著或通過殼體46縱向延伸的 導管74。內部旁路72確保在取樣工具40上方和下方的測井工具管柱內的 模塊之間、地面控制裝置44與取樣工具40下方的模塊之間、和/或取樣 工具40與測井工具管柱24內的其它模塊之間進行通訊。例如，內部旁路72和通訊線路42可被用于利用從地面控制裝置44提 供的信號選擇性地操作電致動裝置64。有效地，電致動裝置64的操作，例 如電動馬達的操作，可以用作啟動取樣和/或控制緩沖流體52從樣品腔室 48流入低壓腔室68的流速的觸發(fā)器。但是，電致動裝置64的操作也可根 據容納在取樣工具40內的邏輯線路啟動。此外，觸發(fā)裝置62可以從地面 供給能量，或電源可以是本地電源，例如內部電池。取樣工具40的進一步的實施例顯示在圖4中。在這個實施例中，取樣 工具40包括容納的能量源76，以利于在儲層壓力或該壓力之上回收井產流 體樣品。例如，井產流體樣品可以恢復到儲層壓力以改善在地面位置處對 井產流體樣品的分析。加壓是通過使用能量源76來把移置的緩沖流體52 逆著可移動部件或移動活塞50移動回到取樣腔室48內，而可移動部件或 移動活塞50又逆著儲層流體樣品移動以增加流體樣品的壓力。例如，能量 源76可包括取樣工具殼體46內的設計成用于容納壓縮流體的另外腔室78， 壓縮流體為例如壓縮氮氣。壓縮氮氣用作逆著緩沖流體52并從而逆著移動 活塞50的彈性元件，從而壓縮樣品流體。移動活塞或其它結構82可以用 在壓縮氮氣與緩沖流體52之間，與可移動部件50的使用類似。此外，壓 縮氮氣可以通過各種已知的機構釋放，包括手動或自動致動的閥。壓力補 償也可被使用以補償井產流體樣品離開井筒時井產流體樣品的熱收縮。此 外，如果由于例如對緩沖流體52的熱效應而使相對于內部緩沖流體聚集的 壓力增加到預定極限值以上時，閥66或另外的閥可以被設計成提供卸壓。大體參見圖5，顯示了取樣工具40的另一個實施例。在這個實施例中， 井產流體樣品吸入的觸發(fā)是通過利用位于殼體46內的泵80產生壓差而實 現(xiàn)的。在這個實施例中，電致動裝置64包括連接到泵80的馬達，該馬達 選擇性地運行泵80以從樣品腔室48通過排出結構60的閥66撤回緩沖流 體52。泵80和馬達64在諸如清潔液壓油的清潔緩沖流體內運行，其能夠 使用簡單便宜的泵和馬達部件，例如簡單的旋轉軸向活塞泵、螺桿泵或齒輪泵。在這個實施例中，取樣操作通過借助源自地面或局部地在取樣工具40 內的控制信號啟動馬達64而被開始。當馬達64供給泵80動力時，流體從 樣品腔室48泵入低壓腔室68內。泵80可以被定位成泵送緩沖流體52，例 如液壓油，經過馬達以幫助冷卻馬達64。但是，可供選擇地，泵80可以被 用于將緩沖流體52輸出進入周圍井筒中而不是低壓腔室68內。這個后面 的實施例消除了對低壓腔室的需要，這進一步降低了取樣工具40的復雜性 和長度。此外，當緩沖流體52被泵送到周圍井筒時，包括泵80和馬達64 的觸發(fā)裝置62可以被壓力平衡到周圍井筒壓力以使壓差降到最小。泵80也可以通過泵送緩沖流體52返回進入樣品腔室48并逆著可移動 部件50而被用于對井產流體樣品加壓。泵80可以被單獨使用或與能量源 76結合使用以減少泵80的作用。例如，能量源76可以被用于基本對井產 流體樣品加壓，而泵80可被用于對加壓進行進一步調節(jié)。泵80對井產流體樣品加壓的作用也可以通過使用在周圍井筒中發(fā)現(xiàn)的 外部壓力而降低到最小，如圖6所示。在這個實施例中，通過活塞82—側 暴露到低壓腔室68和緩沖流體52而相反一側暴露到井筒壓力，緩沖流體 52與井筒隔離。暴露到井筒壓力通過穿過殼體46的開口 84提供。井筒壓 力有效地用作能量源以幫助促使緩沖流體返回進入樣品腔室48并逆著可移 動部件50，以對井產流體樣品加壓。泵80可以被運行以進一步調節(jié)作用在 井產流體樣品上的緩沖流體52的壓力。在替換的實施例中，取樣工具40包括部件以利于樣品恢復到井底條件， 例如井底溫度、壓力和相條件。該恢復可以通過在取樣腔室48內部署攪拌 部件86而被促進，如圖7所示。攪拌部件86是可移動部件，其可以是具 有磁體88的磁性攪拌部件。例如，攪拌部件86可以被形成為具有環(huán)90， 磁體88安裝到環(huán)90上，其中環(huán)90能夠在樣品腔室48內經歷往復或旋轉 運動。當取樣工具40安裝在取樣工具安裝結構93中時，攪拌部件86的移動 由外部驅動機構92驅動。例如，驅動機構92可包括具有安裝到其上的驅 動磁體96的驅動環(huán)94。驅動磁體96被布置成使得磁極吸引并定位內部攪 拌部件86的磁體88，以便驅動磁體96的磁極通過排斥力移動攪拌部件86。驅動機構92通過傳動桿100連接到動力單元98。在這個實施例中，動力單元98以往復運動方式移動攪拌部件86通過樣品腔室48以利于混合容 納在樣品腔室48內的井產流體樣品。此外，加熱元件102可被包括在設計 中以在樣品腔室48內重新建立井產流體樣品的期望溫度。例如，當取樣工 具40安裝在攪拌裝置的安裝結構93中時，加熱元件102可包括置于取樣 工具40周圍的薄的蝕刻箔元件。加熱工具102可以被放置在驅動環(huán)94與 取樣工具40之間以同時加熱并攪拌井產流體樣品。此外，加熱元件102可 以包括集成傳感器或類似的電伴熱系統(tǒng)以利于控制施加到井產流體樣品的 熱量。動力單元98可以被設計成使用電馬達以通過帶驅動或鏈驅動來移動傳 動桿100?？晒┻x擇地，控制成限制移動長度的步進電機被用于移動傳動桿 100。在另一種替換中，往復運動通過使用限位開關106的簡單空氣邏輯控 制系統(tǒng)104而實現(xiàn)，限位開關被施加信號以倒轉供應到細長空氣腔室108 的空氣。在細長空氣腔室108內，活塞部件110通過倒轉(reverse)供應 到腔室108的空氣而被來回驅動?；钊考?10通過傳動桿100連接到驅 動環(huán)94以引起驅動環(huán)94的往復運動，從而在樣品腔室48內以往復運動的 方式驅動攪拌部件86。因此，盡管上面已經詳細描述了本發(fā)明的僅僅幾個實施例，本領域技 術人員將很容易地意識到許多改變是可能的而且本質上不脫離本發(fā)明的教 導。因此，這樣的改變意欲被包括在權利要求所限定的本發(fā)明的范圍內。
權利要求
1、一種用于對井筒流體取樣的系統(tǒng)，包括用于部署在井筒內的測井管柱；和連接到所述測井管柱的取樣工具，所述取樣工具具有樣品腔室、和在樣品腔室內用于將緩沖流體與樣品流體分開的可移動部件，其中，撤回緩沖流體產生導致所述可移動部件移動并將樣品流體吸入所述樣品腔室內的壓差。
2、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述可移動部件包括在樣 品腔室中的移動活塞。
3、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述取樣工具包括縱向導 管，通訊線路穿過所述縱向導管延伸到所述取樣工具下方的模塊。
4、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述取樣工具還包括可被 致動以撤回所述緩沖流體的閥。
5、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述取樣工具還包括可被 致動以撤回所述緩沖流體的泵。
6、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述取樣工具包括用于啟 動取樣的內部馬達。
7、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述取樣工具包括用于啟 動取樣的內部螺線管。
8、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述取樣工具包括壓力補 償系統(tǒng)，以在從井中取出取樣工具后重新建立儲層壓力。
9、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括置于所述取樣腔室 中的磁驅動攪拌器。
10、 一種用于井筒的設備，包括具有殼體的取樣工具，所述殼體形成樣品腔室以容納緩沖流體，所述 殼體封裝電動裝置以選擇性地移走緩沖流體，緩沖流體的移走產生將井產 流體樣品吸入所述樣品腔室的壓差。
11、 如權利要求io所述的設備，其特征在于，所述取樣工具包括用于穿過所述取樣工具延伸的通訊線路的導管。
12、 如權利要求10所述的設備，其特征在于，還包括由所述電動裝置致動的閥。
13、 如權利要求10所述的設備，其特征在于，還包括由所述電動裝置致動的泵。
14、 如權利要求10所述的設備，其特征在于，所述取樣工具可連接到 測井管柱，所述測井管柱具有與所述取樣工具的殼體的直徑匹配的直徑。
15、 如權利要求10所述的設備，其特征在于，還包括位于所述殼體內 的能量源，用于在將所述取樣工具從井筒中取出后將所述井產流體樣品加 壓到儲層壓力。
16、 如權利要求10所述的設備，其特征在于，還包括置于所述樣品腔 室內的磁驅動攪拌器。
17、 一種從地下儲層對井產流體取樣的方法，包括 將取樣工具連接到測井管柱； 將測井管柱延伸到井下；通過利用觸發(fā)裝置將緩沖流體從所述取樣工具移走而將井產流體樣品 吸入所述取樣工具；和當所述取樣工具被返回地面位置時將所述井產流體樣品保持在所述取 樣工具中。
18、 如權利要求17所述的方法，其特征在于，還包括形成所述取樣工 具，使其直徑不大于所述測井管柱的直徑。
19、 如權利要求17所述的方法，其特征在于，還包括提供穿過所述取 樣工具的有線通訊。
20、 如權利要求17所述的方法，其特征在于，還包括從地面位置觸發(fā) 所述觸發(fā)裝置以將所述井產流體樣品吸入所述取樣工具。
21、 如權利要求17所述的方法，其特征在于，還包括將所述觸發(fā)裝置 形成為連接到閥的內部馬達。
22、 如權利要求17所述的方法，其特征在于，還包括將所述觸發(fā)裝置 形成為連接到閥的內部螺線管。
23、 如權利要求17所述的方法，其特征在于，還包括將所述觸發(fā)裝置 形成為連接到泵的內部馬達。
24、 如權利要求17所述的方法，其特征在于，還包括當在地面位置時 攪拌井產流體樣品并將井產流體樣品恢復到其儲層壓力。
25、 一種系統(tǒng)，包括具有殼體的取樣工具，所述殼體具有內部樣品腔室，以在所述取樣工 具位于井筒中時獲得井產流體樣品，所述取樣工具還具有置于所述內部樣 品腔室中的磁性攪拌部件。
26、 如權利要求25所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于攪拌井產流 體樣品的攪拌裝置，所述取樣工具可安裝到所述攪拌裝置上，所述攪拌裝 置具有至少一個磁體，所述磁體安裝成用于往復運動以在所述內部樣品腔室中以相應往復運動移動所述磁性攪拌部件。
27、 如權利要求26所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括沿著所述攪拌裝 置布置以選擇性地加熱所述井產流體樣品的加熱元件。
全文摘要
一種系統(tǒng)和方法利于在測井操作中井產流體的取樣。取樣工具(40)可以連接到測井工具管柱(24)內并在井下輸送到井筒(22)內。在井筒內期望的位置，取樣工具可以被觸發(fā)以吸入井產流體樣品。井產流體樣品在取樣工具內被保持在基本原始的條件下以回收到期望的位置進行分析。
文檔編號E21B49/08GK101336334SQ200680052085
公開日2008年12月31日 申請日期2006年12月20日 優(yōu)先權日2006年2月1日
發(fā)明者D·麥克威廉, J·W·布朗, J·沙菲, M·英尼斯 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司