專利名稱：能夠降低污染的取樣方法
相關(guān)申請的交叉引用本申請是申請日為2000年11月14日、申請?zhí)枮?9/712,373的臨時申請的繼續(xù)申請部分，其全部內(nèi)容在本文中加以參考引用。
背景技術(shù)：
2、相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)很久以來，石油公司就已經(jīng)認識到需要從井下提取地層流體的樣本，以用于化學(xué)和物理分析，而且本發(fā)明的受讓人-Schlumberger公司多年以來一直在進行這種取樣操作。被叫做流體儲存層的地層流體樣本通常要在儲存層的使用期限內(nèi)盡可能早地收集起來，以在地面尤其是專用的實驗室內(nèi)進行分析。這種分析所提供的信息對烴類儲存層的設(shè)計和開發(fā)及評價儲存層的生產(chǎn)能力和屬性都非常重要。
井筒取樣的過程包括將取樣工具下放到井筒內(nèi)，從而通過取樣工具的探頭部件和井筒壁之間的接合收集一種或多種地層流體樣本，其中取樣工具可以是由Schlumberger公司擁有并生產(chǎn)的MDTTM地層探測工具。取樣工具在整個接合部分上形成一個壓差，從而使地層流體流入取樣工具中的一個或多個樣本腔室內(nèi)。這種方法和類似的方法已在美國專利4860581、4936139(均轉(zhuǎn)讓給Schlumberger公司)；5303775、5377755(均轉(zhuǎn)讓給Western Atlas公司)和5934374(轉(zhuǎn)讓給Halliburton公司)中公開。
已經(jīng)知道在“取樣部件”中需要設(shè)置至少一個通常為多個這樣的樣本腔室及相關(guān)的閥門、流送管路連接，而且已經(jīng)應(yīng)用到Schlumberger的MDT型工具上。Schlumberger目前擁有多種這樣的樣本部件和樣本腔室，而且每一種都能夠在一定的條件下具有一定的優(yōu)點。
“死區(qū)”是一個用于表示存在于密封閥和樣本腔室本身之間的空間的術(shù)語，其中密封閥設(shè)置在樣本腔室的樣本腔的入口處。操作時，該空間與樣本腔室內(nèi)的剩余流動系統(tǒng)內(nèi)通常充滿了流體、氣體或真空(通常為低于大氣壓力的空氣)，但在許多情況下并不需要真空，因為當密封閥打開時，真空將產(chǎn)生巨大的壓降。因此，目前，許多高質(zhì)量的樣本都是利用“低沖擊”技術(shù)來采集的，在這種技術(shù)中，死區(qū)內(nèi)幾乎一直充滿流體，流體通常為水。無論在哪種情況下，當采集樣本時，用于充滿死區(qū)的物質(zhì)都會進入并收集到地層流體樣本中，從而污染了樣本。
該問題如圖1所示，圖中示出了通過二級管路11與流送管路9相連接的樣本腔室10。由流送管路9流入次級管路11中的流體由手動截止閥17和可由地面控制的密封閥15來控制。在將包括有樣本腔室10的工具下放到鉆孔(圖1中未示出)中之前，手動截止閥17通常在地面上處于開啟狀態(tài)，然后，在將包括有樣本腔室10的工具從鉆孔中取出后，該閥在地面上關(guān)閉，以有效密封收集到的流體樣本。這樣，由流送管路9進入樣本腔室10的地層流體基本上可以通過由地面經(jīng)鎧裝電纜(也叫做“有線線路”，這在本領(lǐng)域內(nèi)是公知的)傳送的電子指令而打開和關(guān)閉密封閥16來控制。這種樣本流體收集過程中存在的問題在于死區(qū)流體DV與通過流送管路9輸送的地層流體一起被收集在樣本腔室10內(nèi)，這樣就污染了流體樣本。迄今為止，尚沒有已知的樣本腔室或部件解決由收集在流體樣本中的死區(qū)物質(zhì)而導(dǎo)致的污染問題。
本發(fā)明涉及一種能夠解決或至少減小上述一些問題或所有問題的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
在一個圖示的實施例中，本發(fā)明涉及一種取樣部件，該部件用于一種能夠插入地下井筒內(nèi)從而獲取流體樣本的工具上。這種樣本部件包括一個用于容納和存放高壓流體的樣本腔室。一個活塞滑動安裝在該樣本腔室內(nèi)并限定了一個樣本空腔和一個緩沖空腔，這兩個空腔的容積可隨活塞的運動而改變。第一流送管路用于通過樣本部件與從地下巖層中獲得的流體聯(lián)通。一第二流送管路將第一管路和樣本空腔連接在一起。一第三管路將第一管路和樣本腔室的緩沖腔連接在一起，用來與由緩沖腔流出的緩沖流體相聯(lián)通。一個能夠在一關(guān)閉位置和一打開位置之間移動的第一閥設(shè)置在第二管路內(nèi)，用于使流體流由第一管路流向樣本腔。當?shù)谝婚y處于打開位置上時，樣本腔和緩沖腔與第一流送管路流體聯(lián)通，因此具有大體相同的壓力。
該取樣部件還包括一個設(shè)置在第一流送管路上的第二閥，而第一流送管路又設(shè)置在第二流送管路和第三流送管路之間；第二流送管路在所述第二閥的上游與所述第一流送管路相連接。第三流送管路可在第二閥的下游與所述第一流送管路相連接。還可以設(shè)置一個與樣本腔室相連接的第四閥，其用來與從樣本腔中流出的流體聯(lián)通。第四流送管路也可與第一流送管路相連接，從而能夠通過第四管路使預(yù)裝在樣本腔內(nèi)的流體被地層流體沖出。在一個具體的實施例中，第四流送管路與位于第二閥下游的第一管路相連接。一第三閥可被設(shè)置在第四流送管路上，用于控制流過第四管路的流體流量。樣本部件可以是一種通過有線線路輸送的地層檢測工具。在本發(fā)明的實施例中，在樣本腔和緩沖腔之間存在一個小于50psi(3.5Kg/cm2)的壓差。在本發(fā)明的其它實施例中，樣本空腔和緩沖空腔之間的壓差小于25psi(1.76Kg/cm2)和小于5psi(0.35Kg/cm2)。
另一實施例包括一個用于從地下井筒中獲取流體樣本的取樣部件。該取樣部件包括一個用于容納和存放高壓流體的樣本腔室，一個活塞可移動地設(shè)置在該腔室內(nèi)，從而形成一個樣本空腔和一個緩沖空腔，這些空腔的容積可隨活塞的移動而改變。用于與由地下巖層獲取的流體相聯(lián)通的第一流送管路穿過取樣部件延伸，同時一個第二管路將第一流送管路與樣本空腔連接在一起。一個第三流送管路將第一流送管路和樣本腔室的緩沖空腔連接在一起，用來與從緩沖空腔流出的流體相聯(lián)通。能夠在一關(guān)閉位置和一打開位置之間移動的第一閥設(shè)置在第二流送管路中，用來與從第一管路流向樣本空腔的流體流動聯(lián)通。能夠在一關(guān)閉位置和一打開位置之間移動的第二閥設(shè)置在位于第二和第三流送管路之間的第一流送管路內(nèi)。當?shù)谝婚y和第二閥處于打開位置上時，樣本空腔和緩沖空腔與第一流送管路流體聯(lián)通，因此具有相等的壓力。樣本空腔和緩沖空腔之間的壓差小于50psi(3.5Kg/cm2)，小于25psi(1.76Kg/cm2)或小于5psi(0.35Kg/cm2)。
在又一實施例中，本發(fā)明涉及一種用于從被一井筒穿過的地下巖層中獲取流體的裝置。該裝置包括一個探頭部件，當將該裝置安裝在井筒內(nèi)時，該部件用于在裝置和地層之間形成流體聯(lián)通。一個泵部件能夠通過探頭部件將流體從巖層吸入裝置內(nèi)。一個取樣部件能夠收集通過泵送部件從地層中抽出的地層流體樣本。該取樣部件包括一個用于容納并存放流體的腔室和一個滑動設(shè)置在該腔室內(nèi)的活塞，從而形成一個樣本空腔和一個緩沖空腔，這些空腔的容積可隨活塞的移動而改變。第一流送管路與泵送部件流體聯(lián)通，以用于通過取樣部件從地層中獲取的流體聯(lián)通。一個第二流送管路將第一流送管路和樣本空腔連接在一起，一個第一閥設(shè)置在第二流送管路中，用于控制由所述第一流送管路流向樣本空腔的流體流量。當?shù)谝婚y處于打開位置上時，樣本空腔和緩沖空腔與第一流送管路流體聯(lián)通，因此其具有相等的壓力。
該裝置還可包括一個第二閥，該閥設(shè)置在介于第二和第三流送管路之間的第一流送管路內(nèi)。第二流送管路與位于第二閥上游的第一流送管路相連接，而第三流送管路與位于第二閥下游的第一流送管路相連接。一第四流送管路可與樣本腔室的樣本空腔相連接，用來與流出樣本空腔的流體聯(lián)通。第四流送管路還可與第一流送管路相連接，從而使預(yù)先裝在樣本空腔內(nèi)的所有流體能夠通過第四流送管路被地層流體沖出。第四流送管路可與位于第二閥下游的第一流送管路相連接，而且可包括一個第三閥，該閥用于控制通過第四流送管路流出的流體流量。該裝置可以是一種通過有線管路輸送的地層檢測工具。
本發(fā)明的裝置通常為一種通過有線管路運送的地層檢測工具，盡管本發(fā)明的優(yōu)點也可應(yīng)用到同時測井和鉆井(LWD)工具上，例如安裝有鉆桿柱的地層檢測裝置。樣本腔和緩沖腔之間的壓差可小于50psi(3.5Kg/cm2)，小于25psi(1.76Kg/cm2)或小于5psi(0.35Kg/cm2)。
本發(fā)明的再一實施例可包括一種用于由被一井筒穿過的地層中獲取流體的方法。該方法包括下述步驟將一地層檢測裝置安裝到一個井筒內(nèi)，該檢測裝置包括一個取樣腔室，該腔室內(nèi)設(shè)置有一個可移動的活塞，從而限定一個樣本空腔和一個緩沖空腔。這樣，就可在裝置和地層之間形成流體聯(lián)通，而且在該裝置內(nèi)，由地層通過第一流送管路流出的流體通過安裝在第一管路下游的泵產(chǎn)生運動。這樣，就在樣本空腔和第一流送管路之間、緩沖空腔和第一管路之間形成了聯(lián)通，從而使樣本空腔、緩沖空腔和第一流送管路具有相等的壓力。將緩沖流體從緩沖空腔內(nèi)取出，從而在取樣腔室內(nèi)移動活塞并將地層流體樣本輸送到取樣腔室的樣本空腔內(nèi)。接著，將該裝置從井筒內(nèi)取出，以收回已收集到的樣本。
該方法還包括通過使至少部分地層流體穿過樣本空腔產(chǎn)生移動的方式將預(yù)先裝在樣本空腔內(nèi)的至少部分流體沖出并在沖出步驟后收集容納在樣本空腔內(nèi)的地層流體。沖出步驟可用流入和流出樣本空腔的流送管路來實現(xiàn)。沖出步驟可包括將預(yù)裝流體從井孔內(nèi)沖出或沖入裝置內(nèi)的主流送管路內(nèi)。該方法還可包括下述步驟當將裝置從井筒內(nèi)取出時，將收集在樣本空腔內(nèi)的流體保持在一種狀態(tài)下。
在一個特定的實施例中，當將緩沖流體從緩沖空腔內(nèi)取出并將排出的緩沖流體輸送到裝置內(nèi)的主流送管路內(nèi)時，地層流體通過活塞的移動從樣本空腔內(nèi)被抽出。樣本空腔和第一流送管路之間的壓力差可小于50psi(3.5Kg/cm2)，小于25psi(1.76Kg/cm2)，或小于5psi(0.35Kg/cm2)。與地層壁接合的探頭部件和與探頭部件流體聯(lián)通的泵部件將使流體從地層流入裝置內(nèi)，而且探頭和泵部件均設(shè)置在該裝置內(nèi)。


參照在附圖中示出的最佳實施例，更加清楚地理解本發(fā)明實現(xiàn)上述特征、優(yōu)點和目的的方式。
但是應(yīng)該知道附圖僅示出了本發(fā)明的典型實施例，并非是對本發(fā)明范圍的限定，因為本發(fā)明可包括其它等同的實施例。
在附圖中圖1為現(xiàn)有取樣部件的示意圖，圖中示出了死區(qū)的污染問題；圖2和3為現(xiàn)有地層檢測裝置及其各個組成部件的示意圖；圖4A-D為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，設(shè)置有死區(qū)沖洗部分的取樣部件的順序示意圖；圖5A-B為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，具有另一流動方向的取樣部件的視圖；圖6A-D為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的取樣部件的示意圖，其中當樣本被收集在一個取樣腔室內(nèi)時，緩沖流體被排回主流送管路中；圖7A-D為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的取樣部件的順序示意圖，其中一個泵用于抽出流體并使地層流體進入樣本腔室內(nèi)；
圖8A-D為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的取樣部件安裝有充氣部件的順序示意圖；圖9A-D為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的取樣部件的順序示意圖，其中一個泵用于抽出緩沖流體，從而使地層流體進入樣本腔室內(nèi)；和圖10A-D為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的取樣部件的順序示意圖，其中一個泵用于抽出流體，從而使地層流體進入樣本腔室內(nèi)。
對本發(fā)明的詳細說明圖1為現(xiàn)有取樣部件10的示意圖，圖中示出了流體從流送管路12經(jīng)流送管路14和兩個閥16、18流入取樣部件10內(nèi)的方式。在該實例中，存在一個死區(qū)DV，該死區(qū)不能被沖掉，因此就會污染收集在取樣部件10內(nèi)的所有樣本流體。此外，收集到的流體樣本在取樣操作過程中還可能受到壓力變化的作用，因為取樣操作能夠改變流體的特性。
現(xiàn)參照圖2和3所示的現(xiàn)有技術(shù)，圖中示出了一種可與本發(fā)明一起使用的裝置。圖2和3所示的裝置A是一種模塊化的結(jié)構(gòu)，但也可采用一種整體式的工具。裝置A是一種向下鉆進的工具，該工具可通過一個有線管路(未示出)下放到井筒內(nèi)，用于對地層特性進行檢測。這種工具的一個實例就是MDT(Schlumberger的商標)型工具。為簡明起見，圖中沒有示出與工具A相連接的有線管路、電源和與通訊有關(guān)的電子元件。在工具的整個長度上延伸的輸電線和通訊線路整體上由標記8表示。這些電源和通訊部件對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是公知的，而且已廣泛應(yīng)用于商業(yè)中。這種控制設(shè)備通常在與工具相連接的有線線路附近在工具的最上部安裝，同時電線穿過工具延伸到各個元件上。
如圖2的實施例所示，裝置A包括一個液壓動力模塊C、一個封隔器模塊P和一個探頭模塊E。探頭模塊E設(shè)置有一個探頭部件10，該部件用于滲透性檢測或流體取樣。當根據(jù)公知的技術(shù)采用能夠確定非均質(zhì)滲透性和垂直的儲油層結(jié)構(gòu)的工具時，可將一多探頭模塊F添加到探頭模塊E中，如圖2所示。多探頭模塊F設(shè)置有一個凹入式的探頭部件12和14。
液壓動力模塊C包括泵16、容器18和能夠控制泵16的操作的電機20。低油開關(guān)22也構(gòu)成了控制系統(tǒng)的一部分，而且用于調(diào)整泵16的操作。
液壓流體管路24與泵16的排放口相連接并通過液壓動力模塊C延伸到相鄰的模塊內(nèi)，以用作一個液壓動力源。在圖2所示的實施例中，根據(jù)所采用的結(jié)構(gòu)的不同，液壓流體管路24穿過液壓動力模塊C延伸到探頭模塊E和/或F內(nèi)。液壓回路通過圖2所示的液壓流體回流管26由探頭模塊E回到液壓動力模塊C，在模塊C內(nèi)，其終止于容器18。
圖3所示的抽出模塊M用于以下述方式處理不需要的樣本通過流送管路54泵送流體到鉆孔內(nèi)，或用于將流體從鉆孔泵送到流送管路54內(nèi)，以對封隔器28和30加壓。此外，抽出模塊M可用于通過探頭模塊E或F將流體從井筒內(nèi)抽出，接著擠出容納在樣本腔模塊S內(nèi)的緩沖流體將地層流體泵送到樣本腔模塊S內(nèi)。
由泵91的液壓流體驅(qū)動的雙向活塞泵92可被調(diào)節(jié)，以從流送管路54內(nèi)抽出流體并通過流送管路95處理不需要的樣本，或者，也可對其進行調(diào)節(jié)，以能夠?qū)⒘黧w從鉆孔(通過流送管路95)內(nèi)泵送到流送管路54內(nèi)。抽出模塊還可被設(shè)置在使流送管路95與流送管路54相連接的位置上，從而能夠?qū)⒘黧w從流送管路54的下游抽出并泵送到上游，反之亦然。抽出模塊M設(shè)置有能夠調(diào)節(jié)活塞泵92并使流體管路54與流體管路95相對準的所需控制部件，目的是完成抽出工序。在這里，應(yīng)該知道活塞泵92可用于將樣本泵送到取樣腔室模塊S內(nèi)，這包括對所需樣本加壓及利用抽出模塊M將樣本從取樣腔室模塊S內(nèi)抽出。如果需要，抽出模塊M還可用于實現(xiàn)壓力恒定或保持恒定速度的噴射。如果具有足夠的動力，那么抽出模塊M可用于以足夠高的速度噴射流體，以形成微裂隙，從而用于測定地層的應(yīng)力。
或者，圖2所示的跨式封隔器28和30可通過活塞泵92利用鉆孔流體實現(xiàn)加壓(充氣)和卸壓(放氣)。從圖中可以容易地看到有選擇地驅(qū)動抽出模塊M，從而驅(qū)動活塞泵92，同時有選擇地驅(qū)動控制閥96并使閥I膨脹和壓縮能夠使封隔器28和30有選擇地膨脹和收縮。封隔器28和30可被安裝到裝置A的外周緣32上，而且可由能夠與井筒流體相容并能夠適應(yīng)井筒溫度的彈性材料制成。封隔器28和30內(nèi)可設(shè)置有一個空腔。當活塞泵92處于操作狀態(tài)下，而且充氣閥I被正確調(diào)整時，流體將從流送管路54經(jīng)充氣/放氣閥I和流送管路38流入封隔器28和30內(nèi)。
如圖2所示，探頭模塊E設(shè)置有一個探頭部件10，該探頭部件可相對裝置A有選擇地移動。探頭部件10的移動是通過探頭驅(qū)動器40的工作開始的，該探頭驅(qū)動器40使液壓管路24、26與管路42和44對準。探頭46被安裝在一個機架48上，該機架可相對裝置A移動，探頭46可相對機架48移動。這些相對移動是由一個控制器40通過將流體從流送管路24和26內(nèi)有選擇地引入流送管路42、44內(nèi)開始的，從而使框架48最初向外移動到能夠與鉆孔壁(未示出)相接觸的位置上。機架48的伸出有利于在使用過程中保持工具的穩(wěn)定性，而且使探頭46鄰近鉆孔壁。由于一個目的在于獲取地層壓力的精確讀數(shù)，該壓力反應(yīng)在探頭46處，因此最好穿過已經(jīng)形成的泥餅將探頭46進一步插入到與地層相接觸的位置上。這樣，液壓管路24與管路44的對準將使探頭46通過相對機架48的移動而產(chǎn)生的相對運動移動到地層中。探頭12和14的操作與探頭10的操作類似，因此這里不再贅述。
當封隔器28和30已被充氣并且/或者對探頭10和/或探頭12、14進行調(diào)節(jié)后，就可以開始對地層進行流體的抽出檢測。樣本流送管路54由探頭模塊E內(nèi)的探頭46向下在一個介于封隔器28和30之間的位置上延伸到外周緣32，并通過相鄰的模塊延伸到取樣模塊S內(nèi)。根據(jù)所需的結(jié)構(gòu)，垂直探頭10和凹入式探頭12、14允許地層流體通過一個或多個電阻檢測單元56、壓力檢測部件58和一個預(yù)檢機構(gòu)59流入樣本流送管路54內(nèi)。流送管路64允許地層流體流入樣本管路54內(nèi)。當使用模塊E或多個模塊E和F時，將隔離閥62安裝在電阻傳感器56的下游側(cè)。在關(guān)閉位置上，隔離閥62限制管路的內(nèi)部容積，從而提高通過壓力計58完成的動態(tài)檢測的精確度。在完成壓力檢測后，隔離閥62打開，以使流體通過管路54流入其它模塊內(nèi)。
當開始取樣時，最初獲得的地層流體非?？赡鼙荒囡灪蜑V液所污染。因此，在收集樣本前，最好將這些污染物從樣本流中清除掉。這樣，抽出模塊M就用于首先從裝置A內(nèi)將通過跨式封隔器28、30或垂直探頭10，或凹入式探頭12或14采集到的地層樣本排入流送管路54內(nèi)。
流體分析模塊D包括一個光學(xué)流體分析器99，該分析器99非常適合于表示出管路54內(nèi)的流體在哪里能夠接受，從而收集到高質(zhì)量的樣本。光學(xué)流體分析器99用于鑒別各種不同的油、氣體和水。均被轉(zhuǎn)讓給Schlumberger的美國專利4994671；5166747；5939717和5956132及其它公開的專利對分析器99作出了詳細的說明，因此這里不再贅述，但其內(nèi)容作為參考引用。
當從裝置A內(nèi)排出污染物時，地層流體能夠繼續(xù)流經(jīng)穿過相鄰模塊例如精密壓力模塊B、流體分析模塊D、抽出模塊M、流量控制模塊N及多個可能連接的樣本腔室模塊S延伸的樣本流送管路54，如圖3所示。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道通過使樣本流送管路54沿各個模塊的長度延伸，不需要增加工具的整體直徑就能夠?qū)⒍鄠€取樣腔室模塊S堆疊在一起?；蛘?，如下所述，單個取樣模塊S可設(shè)置有多個小直徑的取樣腔室，例如通過將這些小直徑的取樣腔室以距取樣模塊的軸線的距離相等的方式并排設(shè)置。因此，在將工具拉到地面上之前，該工具就能夠收集到更多的樣本，而且還可應(yīng)用到較小的鉆孔中。
參照圖2和3，流量控制模塊N包括一個流量傳感器66、一個流量控制器68、活塞71、容器72、73和74、一個可選擇調(diào)節(jié)的限制部件，例如閥70。這樣，就可以通過采用上述的設(shè)備，以特定的流速得到預(yù)定的樣本大小。
這樣，取樣腔室模塊S就能夠用于收集到由流送管路54運送并由流量控制模塊N調(diào)節(jié)的流體樣本，這樣做比較有利，但對應(yīng)流體取樣而言，這不是必需的。首先參照圖3所示的上部取樣腔室模塊S，一個閥80處于打開狀態(tài)下，閥62、62A和62B處于關(guān)閉狀態(tài)下，這樣就能夠?qū)⒐苈?4內(nèi)的地層流體導(dǎo)入位于取樣腔室模塊S的腔室84內(nèi)的樣本收集空腔84C內(nèi)，此后，閥80關(guān)閉，以隔離樣本。腔室84設(shè)置有一個樣本收集空腔84C和一個增壓/緩沖空腔84p。這樣，就可以將工具移動到不同的位置上，而且可反復(fù)執(zhí)行該過程。收集到的其它樣本可存放在任意數(shù)量的附加樣本腔室模塊S內(nèi)，這些模塊可通過以合適方式對準閥連接在一起。例如，在圖3中示出了兩個樣本腔室S。在通過截流閥80的操作而使上腔充滿后，可通過打開與腔室90的樣本收集空腔90C相連接的截流閥88將后面的樣本存放在最下面的樣本腔室模塊S內(nèi)。腔室90設(shè)置有一個樣本收集空腔90C和一個增壓/緩沖空腔90p。應(yīng)該知道每個樣品腔室模塊都設(shè)置有自己的控制部件，如圖3中的100和94所示。根據(jù)將要進行的檢測性質(zhì)，可以將任意數(shù)量的樣本腔室模塊S或無樣本腔室模塊用于具體結(jié)構(gòu)的工具上。另外，樣本模塊S也可以是一種容納有多個樣本腔室的多樣本模塊，如上所述。
應(yīng)該知道以全壓力井筒流體形式存在的緩沖流體可應(yīng)用于設(shè)置在腔室84和90內(nèi)的活塞之后部，以進一步控制輸送到樣本模塊S的地層流體的壓力。為此，閥81和83打開，抽出模塊M的活塞泵92必須工作，以使流送管路54內(nèi)的流體壓力超過井筒壓力。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種作用能夠降低或抑止在壓力下降過程中所產(chǎn)生的壓力脈沖或“沖擊”。這種沖擊小的取樣方法已經(jīng)應(yīng)用到從松散地層中收集流體樣本的具體環(huán)境中，另外該方法還通過活塞泵92允許樣本流體過壓。
已經(jīng)知道可根據(jù)需要完成的目的的不同，而采用不同結(jié)構(gòu)的裝置A。對于基礎(chǔ)取樣而言，液壓動力模塊C可與電動模塊L、探頭模塊E和多個樣本腔室模塊S接合使用。為確定容器的壓力，液壓動力模塊C可與電力模塊L、探頭模塊E和精密壓力模塊B一起使用。為了能夠在容器中不污染樣本，液壓動力模塊C可與電力模塊L、探頭模塊E及流體分析模塊D、抽出模塊D和多樣本腔室模塊S一起使用?？赏ㄟ^將電力模塊L與封隔器模塊P、精密壓力模塊B和樣本腔室模塊S接合使用來執(zhí)行模擬鉆桿檢測(DST)。當然，也可采用其它結(jié)構(gòu)，而且可用該工具根據(jù)所要實現(xiàn)的目的的不同來裝配這樣的結(jié)構(gòu)。該工具可以是一種整體式的結(jié)構(gòu)，也可以是一種模塊化的結(jié)構(gòu)，但是，對于不需要所有屬性的使用者來說，模塊化結(jié)構(gòu)具有更大的靈活性，而且降低了成本。
如上所述，樣本流送管路54還穿過一個精密壓力模塊B延伸。模塊B的精密計量儀器98可安裝在靠近探頭12、14或46和/或靠近流送管路32之入口的位置上，從而由于流體的可壓縮性而減少內(nèi)部管路的長度，而流體的可壓縮性又會影響壓力測量的靈敏度。精密計量儀器98通常要比應(yīng)力計58更加敏感，從而相對時間更加精確地測量壓力。計量儀器98最好是一個石英壓力計，石英壓力計根據(jù)石英晶體的頻率特性通過溫度和壓力進行壓力測量，這種測量方法要比用應(yīng)變計進行的較簡單的應(yīng)力測量更加精確。還可以采用控制機構(gòu)的合適閥門部件使計量儀器98和58交變操作，從而充分利用其敏感度上的差別和承受壓差的能力。
裝置A的各個模塊可按下述方式制造使其能夠快速連接到一起。模塊間的平齊連接用于替代凸起/凹槽連接，以避免在井筒環(huán)境下出現(xiàn)可能夾帶污染物的位置。
樣本收集過程中的流量控制允許采用不同的流速。流量控制用于盡可能迅速地獲取有用的流體樣本，從而使有線線路和/或工具由于在滲透性高的環(huán)境下有泥漿滲入工具中而導(dǎo)致糾纏在一起的概率最小。在滲透性差的環(huán)境下，流量控制能夠非常有效地防止將地層流體樣本的壓力降低到低于其氣泡點或瀝青沉淀點。
具體而言，上述的“低沖擊取樣”方法用于在壓力下降過程中使地層流體的壓降最小，從而減小對地層的“沖擊”。在可達到的最小壓降條件下取樣，還會增加使地層流體壓力保持在高于瀝青沉淀點的壓力及上述氣泡點壓力之上。在一種實現(xiàn)壓降最小的方法中，樣本腔室保持在上述的井筒流體靜壓力下，將同族流體抽到工具內(nèi)的速度可通過測量計58監(jiān)控工具的入口管路壓力并通過泵92調(diào)整地層流體的流速和/或流量控制模塊N來控制，從而僅在監(jiān)控壓力上產(chǎn)生最小壓降，而監(jiān)控壓力使流體從地層中流出。這樣，就可以通過調(diào)整地層流體的流速降低壓降。
現(xiàn)參照圖4A-4D，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的樣本模塊SM。該樣本模塊包括一個用于容納并存放高壓地層流體的樣本腔室10?；钊?12滑動設(shè)置在腔室110內(nèi)，以限定一個樣本收集空腔110c和一個增壓/緩沖空腔110p，這些空腔的容積隨活塞112在腔室110內(nèi)的移動而改變。第一流送管路54用來聯(lián)通通過樣本模塊SM從地下巖層中獲取的流體(接合圖2和3所作的上述說明)。一個第二流送管路114將第一流送管路54和樣本空腔110c連接在一起，一個第三流送管路116將樣本空腔110c和第一流送管路54或樣本模塊SM內(nèi)的一個出口(未示出)連接在一起。
第一密封閥118設(shè)置在第二流送管路114中，用于控制流體從第一管路54流向樣本空腔110c的流量。一個第二密封閥120設(shè)置在第三流送管路116中，用于控制從樣本空腔110c流出的流體流量。這樣，就可以利用第一管路54內(nèi)的地層流體和密封閥118和120將預(yù)先裝在由樣本空腔110c和部分流送管路114和116限定而成的“死區(qū)”內(nèi)并由密封閥118和120密封的流體分別沖出。
圖4A示出了閥118和120一開始處于關(guān)閉狀態(tài)下，從而使通過上述模塊與工具A的第一流送管路54(包括第一流送管路54上穿過樣本模塊SM的那部分)聯(lián)通的地層流體從旁路流入樣本腔室10內(nèi)。這種旁通操作允許新近導(dǎo)入地層流體中的污染物通過工具A被沖洗出去，直到流體中的污染物數(shù)量降低到可以接受的水平。其操作方式可參照對光學(xué)流體分析器99的上述說明。
通常情況下，流體例如水將被充填到介于密封閥118和120之間的死區(qū)空間內(nèi)，以降低當密封閥118、120打開時地層流體所承受的壓降。當需要將地層流體樣本收集在樣本腔室10的樣本空腔110c內(nèi)，而且分析器99指示出流體中已基本沒有污染物時，第一步驟就是從死區(qū)空間內(nèi)將水(盡管也可以使用其它流體，但下文將接合水來加以說明)沖出。這一步驟是通過打開密封閥118和120并通過關(guān)閉設(shè)置在工具A內(nèi)的另一模塊X中的閥122而堵住第一流送管路54來實現(xiàn)的，如圖4B所示。這種操作將使地層流體通過第一密封閥118和樣本空腔110c“流入”，并通過第二密封閥120“流出”，以將其輸送到鉆孔中。這樣，存放在密封閥118和120之間的死區(qū)容積內(nèi)的外部水將被無污染的地層流體沖出。
在短時間的沖洗后，第二密封閥120關(guān)閉，如圖4C所示，以使地層流體充滿樣本空腔110c。由于樣本空腔已被充滿，因此存放在緩沖/增壓空腔110p內(nèi)的緩沖流體將通過活塞112的移動而移向鉆孔。
工具A中的各個模塊能夠被移動到與地層相接合的模塊(例如圖2中的模塊E、F和/或P)之上方或下方。這種接合是在一個被稱為取樣點的位置上形成的。圖5A至B示出了用于將管路中的截流閥122安裝在樣本模塊M本身上的結(jié)構(gòu)，同時保留其將樣本模塊放置在取樣點上方或下方的能力。截流閥122用于將流體流從在圖5A中位于樣本腔室110下方的取樣點和在圖5B中位于樣本腔室110上方的取樣點轉(zhuǎn)移到樣本空腔110c內(nèi)。兩個附圖均示出了地層流體經(jīng)過第一密封閥118從第一流送管路54轉(zhuǎn)向流入到該第二流送管路114。通過第三管路116和第二密封閥120從第一管路54轉(zhuǎn)移到第二管路114內(nèi)。流體流過樣本空腔110c并通過第三管路116和第二密封閥120返回第一管路54。這樣，就可以將管路54內(nèi)的地層流體輸送到工具A的其它模塊中或排放到鉆孔內(nèi)。
圖4A至D和圖5A至B所示的實施例將緩沖空腔110p內(nèi)的緩沖流體與鉆孔流體直接接觸的位置上。這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)上述的低沖擊取樣方法。樣本腔室110還可以按下述方式構(gòu)造在活塞后方?jīng)]有緩沖流體，僅用空氣充滿緩沖腔室110p。這樣就形成了標準的空氣墊取樣方法。但是，為利用工具A的各個模塊的其它某些性能，緩沖空腔110p內(nèi)的緩沖流體必須沿一定路線返回管路54。這樣，在這些情況下，空氣可能不是最佳的。
在某些實施例中，本發(fā)明還可裝配有一個與樣本腔室110的緩沖空腔110p相連接的第四管路124，如圖6A-D所示，以用來與流入和流出緩沖空腔110p的緩沖流體聯(lián)通。第四管路124還與位于截流閥122下游側(cè)的第一管路54相連接，從而使收集在樣本空腔110c內(nèi)的流體樣本通過第四管路124將緩沖流體從緩沖空腔110p內(nèi)排入第一管路54內(nèi)。
一個第五管路126與第四管路124及第一管路54相連接，第一管路54的連接部分可位于第一管路54與第二管路114之連接部分的上游側(cè)。第四管路124和第五管路126能夠控制緩沖流體，以在活塞112上產(chǎn)生一個用于將流體樣本有選擇地吸入樣本空腔110c內(nèi)的壓差。下面將參照圖7A至D對該過程加以詳細說明。
緩沖流體沿一定的路線通過管路124和126流向位于管路密封閥122上方和管路密封閥122下方的第一管路54。根據(jù)地層流體是否從頂部流向底部(如圖6A-D所示)或從底部流向頂部，打開緩沖流體管路124、126中相應(yīng)的手動閥128、130中的一個，同時關(guān)閉二者中的另外一個手動閥。在圖6A至D中，流體流從樣本模塊SM的頂部出發(fā)并從樣本模塊的底部流出，從而使頂部手動閥130關(guān)閉，而底部手動閥128打開。樣本模塊最初的設(shè)置是使第一和第二密封閥118、120關(guān)閉，而管路密封閥122打開，如圖6A所示。
當需要地層流體的樣本時，第一步驟還用來沖掉位于第一和第二密封閥118和120之間的死區(qū)容積內(nèi)的流體。該步驟如圖6B所示，其中密封閥118和120處于打開狀態(tài)，而管路密封閥122處于關(guān)閉狀態(tài)。這些閥的設(shè)置能夠通過樣本空腔110c轉(zhuǎn)移地層流體并沖洗死區(qū)容積。
在短時間的沖洗后，第二密封閥120關(guān)閉，如圖6C所示。接著，地層流體充滿樣本空腔110c，而且緩沖空腔110p內(nèi)的緩沖流體由活塞112通過第四管路124流入管路54內(nèi)，同時打開手動閥128。由于緩沖流體現(xiàn)正流過第一管路54，因此其能夠與工具A的其它模塊聯(lián)通。當緩沖流體離開樣本腔室110時，流量控制模塊N可用于控制緩沖流體的流速?；蛘?，也可通過將泵送模塊M放置在樣本模塊SM的下方將緩沖流體抽出樣本腔室，從而降低樣本空腔110c的壓力并將地層流體吸入樣本空腔內(nèi)(如下所述)。另外，當泵送模塊出現(xiàn)故障時，還可將一個具有氣墊的標準樣本腔室用作緩沖流體的出口。而且，管路54能夠與鉆孔聯(lián)通，從而重新執(zhí)行上述的低震動取樣方法。
一旦樣本空腔110c被充滿，而且活塞12到達其上部極限位置時，如圖6D所示，在關(guān)閉第一和第二密封閥118、120并重新打開管路密封閥122之前，收集到的樣本可能處于過壓狀態(tài)下(如上所述)。
低震動取樣方法已經(jīng)作為在收集流體樣本時能夠最小化地層流體之壓力降的方法建立起來。如上所述，常規(guī)的方式在于以下述方式構(gòu)造樣本腔室110使處于流體靜壓力作用下的鉆孔流體通過緩沖空腔110p與活塞112直接聯(lián)通。一種泵，例如泵送模塊M的活塞泵，用于降低與容器聯(lián)通的口的壓力，從而使地層或地層流體流入工具A內(nèi)。泵送模塊M被放置在容器取樣點和樣本模塊SM之間。當需要取樣時，地層流體被轉(zhuǎn)移到樣本腔室內(nèi)。由于樣本腔室的活塞112受到流體靜壓力的作用，因此泵必須將地層流體的壓力至少提高到流體靜壓力的水平上，目的是充滿樣本空腔110c。當樣本空腔充滿后，泵可用于使地層流體的壓力進一步提高到高于流體靜壓力的水平，目的是減少在將地層流體帶到地面時由于冷卻而產(chǎn)生的壓力損失。
這樣，在低震動取樣過程中，泵送模塊M必須降低容器界面處的壓力，然后將泵的排出口或出口處的壓力升高到至少等于流體靜壓力的水平。但是，地層流體必須流過泵送模塊才可完成上述操作。因為在該過程中泵送模塊可能產(chǎn)生額外的壓降，因此這是一個應(yīng)該引起注意的問題，但由于設(shè)置有單向閥、減壓閥、進入口等等，因此尚未在井筒壁上發(fā)現(xiàn)這種問題。這些外部壓降可能對樣本的完整性產(chǎn)生一些負面影響，尤其是在下降的壓力位于地層流體的起泡點或瀝青析出點(asphaltene drop-out point)附近的情況下。
由于存在這些問題，因此現(xiàn)在提出一種接合本發(fā)明之優(yōu)點的新型取樣方法。該方法涉及到用泵送模塊M降低上述容器界面處的壓力。但是，樣本模塊SM放置在取樣點和泵送模塊之間。圖7A-D示出了這種結(jié)構(gòu)。泵送模塊M用于通過第一管路54和打開的第三密封閥122將地層流體泵送到工具A內(nèi)，如圖7A所示，直到確定出樣本為所需的樣本。這樣，樣本模塊SM的第一密封閥118和第二密封閥120就會打開，第三管路密封閥122關(guān)閉，如圖7B所示。這就使管路54內(nèi)的地層流體通過樣本空腔110c轉(zhuǎn)移并沖洗位于閥118和120之間的死區(qū)液體。在短時間的清洗后，第二密封閥120關(guān)閉。然后，泵送模塊M僅與緩沖空腔110p內(nèi)的緩沖流體聯(lián)通。緩沖流體的壓力通過泵送模塊得以降低，而泵送模塊的出口以流體靜壓力通向鉆孔。由于緩沖流體的壓力已下降到低于容器壓力的水平，因此就降低了位于活塞112后方的樣本空腔110c內(nèi)的壓力，從而將地層流體吸入樣本空腔內(nèi)，如圖7C所示。當樣本空腔110c充滿時，可通過關(guān)閉第一密封閥118(第二密封閥120已經(jīng)處于關(guān)閉狀態(tài)下)來收集樣本。該方法的優(yōu)點在于地層流體不會受到任何由于泵送模塊而產(chǎn)生的外來壓降的影響。而且，設(shè)置在探頭或封隔器模塊內(nèi)的取樣點附近的壓力計將顯示出在容器壓力進入樣本空腔110c處的實際壓力(加/減靜水壓頭差)。
除了在前的附圖示出了一種能夠用高壓氣體對緩沖流體空腔110p加壓，以保持樣本空腔110c內(nèi)的地層流體壓力高于容器壓力的部件外，圖8A-D示出了一種與圖7A-D相類似的結(jié)構(gòu)和方法。這樣就無需用泵送模塊對收集到的樣本進行過壓。在該實施例中，兩個特殊的添加部分在于設(shè)置在第四管路124中并用于控制緩沖流體從緩沖空腔110p流出的另一密封閥132，另一個添加部分是一個充料模塊GM，該模塊GM包括一個第五密封閥134，該密封閥在氣體腔室140之空腔140c內(nèi)的高壓流體與緩沖流體聯(lián)通時用于控制。腔室140設(shè)置有一個樣本收集空腔140C和一個增壓/緩沖空腔140p。
緩沖流體中的密封閥132可用于確保樣本腔室110內(nèi)的活塞112在沖洗樣本空腔的過程中不移動。在圖7A至D所示的實施例中，沒有設(shè)置能夠有效防止活塞112產(chǎn)生移動的部件。在對死區(qū)進行沖洗的過程中，樣本空腔110c內(nèi)的壓力等于緩沖空腔110p內(nèi)的壓力，因此活塞112在活塞密封件的摩擦力的作用下不會產(chǎn)生移動。為確?；钊划a(chǎn)生移動，最好采取一種能夠在緩沖流體內(nèi)實現(xiàn)鎖定的確定的方法，例如密封閥132。其它方法也可以得到，例如使用一種開啟壓力低的減壓部件，這樣就能夠保證與沖洗死區(qū)容積相比，排出緩沖流體需要更大的壓力。密封閥132還用于收集緩沖流體，當其被空腔140c內(nèi)的高壓氮氣充料流體充滿時。
利用圖8A至D的實施例進行取樣的方法與上述其它實施例的方法非常相似。當?shù)貙恿黧w流過各個模塊被泵送到管路54內(nèi)，以最小化對流體的污染時，如圖8A所示，第三密封閥122打開，同時第一和第二密封閥118和120及緩沖密封閥132和充料模塊密封閥134均關(guān)閉。當需要樣本時，第一和第二密封閥118和120打開，第三管路密封閥122關(guān)閉，緩沖流體密封閥132仍保持關(guān)閉狀態(tài)。這樣，地層流體就能夠通過樣本空腔110c被泵送，從而將介于閥118和120之間的死區(qū)空間內(nèi)的所有水沖出，如圖8B所示。在短時間的沖洗后，緩沖密封閥132打開，第二密封閥120關(guān)閉(第一密封閥118仍保持打開狀態(tài))，地層流體開始充填樣本空腔110c，如圖8C所示。
一旦樣本空腔110c被充滿，那么第一密封閥118就會關(guān)閉，緩沖密封閥132關(guān)閉，第三管路密封閥122打開，以使泵送和經(jīng)管路54的流動繼續(xù)進行。為用充料模塊GM對地層流體進行加壓，第五密封閥134打開，以使充料流體與緩沖空腔110p聯(lián)通。當工具被帶到地面時，閥134仍然打開，從而即使樣本空腔110冷卻，在樣本空腔110c內(nèi)仍然保持地層流體具有較高的壓力。作為Schlumberger公司的一個部門的Oilphase已經(jīng)開發(fā)出另一種利用第五密封閥134起動氣體模塊GM內(nèi)的充料流體的工具和方法，具體見美國專利5337822所述，該專利文件在本文中作為參考引用。在這種工具和方法中，通過在瓶子110內(nèi)的樣本腔室內(nèi)裝設(shè)閥門，就能夠使其本身關(guān)閉緩沖和取樣口，接著打開一個通向充料流體的口，從而對樣本加壓。
即使在圖8A至D所示的實施例中沒有設(shè)置充料模塊，圖7A至D所示的上述低震動取樣方法仍然可以使用。另外，由于設(shè)置有在將地層流體收集到樣本空腔110c內(nèi)后能夠收集緩沖流體的密封閥132，因此，泵送模塊M可反向工作，從而沿其它方向完成泵送。換言之，泵送模塊可用于對緩沖空腔110p內(nèi)的緩沖流體加壓，而緩沖流體又作用于活塞112上，這樣就能夠?qū)κ占跇颖究涨?10c內(nèi)的地層流體進行加壓。實際上，該方法將重復(fù)上述的標準低震動方法。對緩沖流體起作用的第四密封閥132能夠關(guān)閉，以收集壓力合適的樣本。
圖9A至D示出了本發(fā)明的另一實施例，在該實施例中，樣本模塊SM設(shè)置在取樣點和泵送模塊M之間。泵送模塊M用于通過管路54泵送地層流體并打開密封閥122，如圖9A所示，直到確定出為所需要的樣本為止。在緩沖流體的管路126中，手動閥130打開，手動閥128關(guān)閉。
當為所需要的樣本時，樣本模塊SM的密封閥118打開，如圖9B所示。這樣就使管路54中的部分流體通過密封閥118轉(zhuǎn)移到樣本空腔110c內(nèi)。在本發(fā)明的各個不同實施例中，一般要在緩沖空腔110p的出口處設(shè)置一個單向閥機構(gòu)(未示出)。為使管路54與緩沖空腔110p內(nèi)的流體直接聯(lián)通，應(yīng)該拆下單向閥機構(gòu)。當將單向閥拆除后，管路54內(nèi)的壓力將大體等于樣本腔室110的緩沖空腔110p內(nèi)的壓力。
在本申請中，術(shù)語“相等”、“相同的壓力”、“大體相同的壓力”及其它類似術(shù)語用于表示一管路或一個裝置內(nèi)的兩個位置之間的相對壓力。當流體流自由流過一條管路時，將產(chǎn)生摩擦壓力損失，這是公知的，在本申請的范圍內(nèi)，這些常規(guī)和輕微的壓差不會產(chǎn)生明顯的影響。因此，在本申請中，可以認為在一個系統(tǒng)中相互流體聯(lián)通并能夠自由流動的兩個位置具有相同的壓力。在本發(fā)明的某些實施例中，樣本空腔110c和緩沖空腔110p之間的相等壓力是指小于50psi(3.5Kg/cm2)的壓差。在本發(fā)明的其它實施例中，樣本空腔110c和緩沖空腔110p之間的相等壓力是指小于25psi(1.76Kg/cm2)的壓差。在本發(fā)明的另外一些實施例中，樣本空腔110c和緩沖空腔110p之間的相等壓力是指小于10psi(0.70Kg/cm2)的壓差。在本發(fā)明的又一些實施例中，樣本空腔110c和緩沖空腔110p之間的相等壓力是指小于5psi(0.35Kg/cm2)的壓差。在本發(fā)明的再一些實施例中，樣本空腔110c和緩沖空腔110p之間的相等壓力是指小于2psi(0.14Kg/cm2)的壓差。
泵送模塊M除了與管路54內(nèi)的流體聯(lián)通外還與緩沖空腔110p內(nèi)的緩沖流體聯(lián)通。由于手動閥130處于打開狀態(tài)下，因此緩沖空腔110p內(nèi)的緩沖流體與管路54內(nèi)的流體具有相等的壓力。這樣，就能夠通過泵送模塊M將緩沖流體從緩沖空腔110p內(nèi)除掉，其出口返回到位于靜壓力井筒內(nèi)的鉆孔。當將流體從緩沖空腔110p內(nèi)除掉時，活塞112將移動，從而將地層流體抽入樣本空腔110c內(nèi)，如圖9C所示。
由于密封閥118和手動閥130保持在打開位置上，因此在抽出和取樣過程中，樣本腔室110內(nèi)的壓力保持在大體與管路54內(nèi)的壓力相等的水平上。在打開的密封閥122上也可能存在不同的壓力，這種壓差是由流體在管路54內(nèi)通過打開或部分打開的密封閥112的限制而產(chǎn)生的。這種壓力差能夠為流體進入樣本空腔110c提供驅(qū)動力，同時樣本空腔110c和緩沖空腔110p保持在大體相同的壓力條件下。這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)低震動的取樣方法，該方法還具有其它優(yōu)點無需使樣本流體在與樣本腔室110隔開之前流過泵送模塊M。
當樣本空腔100c充滿時，如圖9D所示，閥118的關(guān)閉能夠收集樣本流體。一旦密封閥118關(guān)閉，那么通過管路54和泵送模塊M流動的流體流就會或者停止流動，或者當其它樣本或檢測模塊需要容器流體流動時繼續(xù)流動。
圖10A至D示出了本發(fā)明的又一實施例，該實施例設(shè)置有樣本模塊SM，該模塊設(shè)置在取樣點和泵送模塊M之間。除了添加一個在閥122的下游位置與管路54相連接的額外管路和閥120外，該實施例與圖9A至D所示的實施例類似，這樣就能夠在樣本空腔110c和管路54之間形成流體聯(lián)通。
泵送模塊M用來通過工具A經(jīng)管路54和打開的密封閥122泵送地層流體，如圖10A所示，直到確定樣本為所需時停止。在緩沖流體管路126中，手動閥130打開，手動閥128關(guān)閉。這樣，樣本模塊SM的密封閥118和120就會打開，同時密封閥122保持在其打開位置上，如圖10B所示。這就使管路54中的部分地層流體通過樣本空腔110c被轉(zhuǎn)移并沖洗介于閥118和120之間的死區(qū)液體。在短時間的沖洗后，密封閥120關(guān)閉。然后，泵送模塊M與管路54內(nèi)的流體及緩沖空腔110p內(nèi)的緩沖流體保持聯(lián)通。接著，緩沖流體通過泵送模塊從緩沖腔室110p內(nèi)移走，其出口返回處于靜壓力下的鉆孔內(nèi)。從緩沖空腔110p內(nèi)除去緩沖流體的操作使活塞112朝向樣本腔室110的緩沖端移動，從而將地層流體吸入樣本空腔內(nèi)，如圖10C所示。當樣本空腔110c充滿時，就可以通過關(guān)閉密封閥118(密封閥120已經(jīng)關(guān)閉)來收集樣本，如圖10D所示。與管路54流體聯(lián)通的流體樣本在抽出和取樣過程中具有相同的壓力，從而能夠低震動的取樣。該方法的某些優(yōu)點在于地層流體不會受到由于流過泵送模塊而產(chǎn)生的任何外部壓降的作用，或者由于泵送模塊內(nèi)的雜質(zhì)而導(dǎo)致的任何可能污染。設(shè)置在探頭或封隔器模塊的取樣點附近的壓力計將指示出容器壓力進入樣本空腔110c處的實際壓力(加/減流體靜壓頭差)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該清楚本發(fā)明在其保護范圍內(nèi)還可以其它特定的方式實施。因此，實施例僅是說明性的，并非是對本發(fā)明的限制。本發(fā)明的保護范圍由權(quán)利要求書來限定，而不是由前面的說明來限定，而且所有落入權(quán)利要求書范圍內(nèi)的修改和變形均屬于本發(fā)明的一部分。
權(quán)利要求
1.一種用于從一個被一井筒穿透的地下地層中獲取流體的裝置，其包括一個用于容納并存放高壓流體的樣本腔室；一個滑動安裝在所述腔室內(nèi)以限定一個樣本空腔和一個緩沖空腔的活塞，所述空腔的容積隨所述活塞的移動而改變；一個第一流送管路，其用來通過樣本模塊與從地層中獲取的流體聯(lián)通；一個將第一流送管路與樣本空腔連接在一起的第二流送管路；一個將第一流送管路與樣本腔室的緩沖空腔連接在一起的第三流送管路，以便聯(lián)通緩沖空腔和第一流送管路之間的緩沖流體；一個第一閥，該第一閥能夠在一關(guān)閉位置和一打開位置之間移動并設(shè)置在第二流送管路中以使來自第一管路的流體流與樣本空腔相聯(lián)通；其特征在于所述第一閥處于打開位置上，樣本空腔和緩沖空腔與第一流送管路流體聯(lián)通，因此具有大體相同的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括一個設(shè)置在第二流送管路和第三流送管路之間的所述第一流送管路中的第二閥。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其特征在于所述第二流送管路與位于所述第二閥上游的第一流送管路相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其特征在于所述第三流送管路與位于所述第二閥下游的第一流送管路相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括一個第四流送管路，該管路與樣本腔室的樣本空腔相連接以用來與流出樣本空腔的流體相聯(lián)通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其特征在于所述第四管路還與所述第一管路相連接，從而通過所述第四管路用地層流體將預(yù)裝在樣本空腔內(nèi)的所有流體沖洗出去。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征在于所述第四管路與位于第二閥下游的第一管路相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，還包括一個設(shè)置在所述第四管路中用來控制流過所述第四管路的流體流量的第三閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述裝置是一種通過有線線路輸送的地層檢測工具。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述裝置是一種井下鉆進工具。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述樣本空腔和緩沖空腔之間的壓差小于50psi(3.5Kg/cm2)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述樣本空腔和緩沖空腔之間的壓差小于25psi(1.76Kg/cm2)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述樣本空腔和緩沖空腔之間的壓差小于5psi(.35Kg/cm2)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，還包括一個探頭部件，當將所述裝置安裝在井筒內(nèi)時，該探頭部件用于在所述裝置和地層之間形成流體聯(lián)通；一個泵送部件，其用于通過所述探頭部件將地層流體吸入裝置內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述裝置是一種井下鉆進工具。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述樣本空腔和緩沖空腔之間的壓差小于50psi(3.5Kg/cm2)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述樣本空腔和緩沖空腔之間的壓差小于25psi(1.76Kg/cm2)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述樣本空腔和緩沖空腔之間的壓差小于5psi(.35Kg/cm2)。
19.一種用于從一個被一井筒穿過的地層中獲取流體的方法，其包括將一地層檢測裝置安裝在井筒內(nèi)，所述檢測裝置包括一個樣本腔室，該樣本腔室內(nèi)滑動安裝有一個浮動式活塞，從而限定一個樣本空腔和一個緩沖空腔；在所述裝置和地層之間建立流體聯(lián)通；利用一個設(shè)置在第一管路下游的泵使流體從地層經(jīng)裝置內(nèi)的第一管路流動；在所述樣本空腔和第一管路之間形成聯(lián)通，從而使樣本空腔和第一管路具有大體相同的壓力；在緩沖空腔和第一管路之間形成聯(lián)通，從而使緩沖空腔和第一管路具有大體相同的壓力；從緩沖空腔內(nèi)除去緩沖流體，以在樣本腔室內(nèi)移動活塞；將地層流體樣本輸送到樣本腔室的樣本空腔內(nèi)；和從井筒內(nèi)取出所述的裝置，以回收收集到的樣本。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，還包括通過使至少部分地層流體流過多個通向樣本空腔和由樣本空腔延伸出來的管路，將至少部分預(yù)裝在樣本空腔內(nèi)流體沖出。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，還包括在沖洗步驟后，收集樣本空腔內(nèi)的地層流體樣本的步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其特征在于用管路中的密封閥控制流過各個管路的流體流量。
23.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于沖洗步驟包括將預(yù)裝流體從鉆孔內(nèi)沖出的工序。
24.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其特征在于所述沖洗步驟包括將預(yù)裝流體沖入裝置內(nèi)的主管路內(nèi)的工序。
25.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，還包括當將裝置從井筒內(nèi)取出時，保持收集在樣本空腔內(nèi)的樣本處于一個狀態(tài)條件下的步驟。
26.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其特征在于當將緩沖流體從緩沖空腔內(nèi)抽出時，通過活塞的移動將地層流體吸入樣本空腔內(nèi)，而且樣本空腔和第一管路之間的壓差小于50psi(3.5Kg/cm2)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，其特征在于所述被排出的緩沖流體被轉(zhuǎn)移到裝置內(nèi)的主管路中。
28.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其特征在于當將緩沖流體從緩沖空腔內(nèi)抽出時，通過活塞的移動將地層流體吸入樣本空腔內(nèi)，而且樣本空腔和第一管路之間的壓差小于25psi(1.76Kg/cm2)
29.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其特征在于當將緩沖流體從緩沖空腔內(nèi)抽出時，通過活塞的移動將地層流體吸入樣本空腔內(nèi)，而且樣本空腔和第一管路之間的壓差小于5psi(.35Kg/cm2)。
30.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其特征在于將流體從地層吸入所述裝置內(nèi)的操作是通過一個與地層壁相接合的探頭部件和一個與探頭部件流體聯(lián)通的泵部件產(chǎn)生的，而且所述二部件均安裝在所述裝置內(nèi)。
全文摘要
一種用于井下鉆孔工具上的取樣模塊，其包括一個用于容納并存放高壓流體的樣本腔室。一個活塞滑動安裝在該腔室內(nèi)，以限定一個樣本空腔和一個緩沖空腔，而且這兩個空腔的容積隨活塞的移動而改變。第一管路用來通過取樣模塊與從地層中獲取的流體聯(lián)通。一個第二管路將第一管路和樣本空腔連接在一起，一個第三管路將第一管路與緩沖空腔連接在一起，用來與流出緩沖空腔的緩沖流體聯(lián)通。能夠在一關(guān)閉位置和一打開位置之間移動的第一閥設(shè)置在第二管路中，用來與由第一管路流向樣本空腔的流體流相聯(lián)通。當?shù)谝婚y處于打開位置上時，樣本空腔和緩沖空腔與第一管路流體聯(lián)通，因此其具有相同的壓力。
文檔編號E21B49/08GK1408987SQ0214273
公開日2003年4月9日 申請日期2002年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月20日
發(fā)明者V·M·波爾澤, J·W·布朗, A·L·庫爾克吉安 申請人:施盧默格海外有限公司