專利名稱：基于壓力脈沖的分層流體監(jiān)測及取樣裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及深部地層內(nèi)流體取樣及監(jiān)測領(lǐng)域，更具體涉及一種井下保真取樣及監(jiān)測裝置，適合于地下流體的保真取樣。
背景技術(shù)：
地下流體(包括石油、油氣、地下水、氣藏、咸水、淺層水等地下流體)調(diào)查工作內(nèi)容包括了解地下流體的特性與地質(zhì)條件、流體的成分、濃度、分布范圍及其在地下環(huán)境中的傳輸狀況與變化趨勢，以及流體對人民健康與生活環(huán)境所帶來的潛在危害。在地下流體研究中監(jiān)測與取樣技術(shù)是科學(xué)研究和工程應(yīng)用中非常重要的技術(shù)。各個企業(yè)與研究工作者非常重視各種流體取樣技術(shù)，對取樣技術(shù)也進(jìn)行了深入地研究，并研制了多種取樣器具。
目前有各種各樣的取樣技術(shù)，主要有Bailer取樣器、不連續(xù)間隔取樣器、地下水取樣泵及直接推進(jìn)原位地下水取樣用裸露過濾網(wǎng)型取樣器、密閉過濾網(wǎng)型取樣器、 Waterloo取樣器、U型深部取樣器等各種類型的取樣器。它們各有特點，但總的來說不能精確控制取樣速率、取樣量，也不能完全保證取樣的溫度和壓力條件和取樣狀態(tài)一致，也不能知道地下流體的確切狀態(tài)，特別是多相流體狀態(tài)條件下流體性質(zhì)的監(jiān)測，例如氣液兩相狀態(tài)；同時無法滿足對地下多地層開展取樣的要求，多相低速流動狀況下，進(jìn)入鉆孔內(nèi)部的流體量不足以滿足取樣器最小取樣容積情況下，如何劇烈擾動地下流場條件下取樣，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代高精度分析的要求。
地下流體監(jiān)測方法一般采用常規(guī)壓力溫度傳感器監(jiān)測、測井、三維地震、井間地震、電磁波法等高成本的地球物理和地球化學(xué)方法，對多相流監(jiān)測而言，監(jiān)測結(jié)果解釋存在多解性和不確定性，一般需要多種監(jiān)測方法共同監(jiān)測，協(xié)同解釋得到地下流體的性質(zhì)，這樣導(dǎo)致整體監(jiān)測成本居高不下，地下流體監(jiān)測方法中缺少簡單、直接的分析方法。
申請人于2011年03月16日申請了一項(井內(nèi)分層氣液兩相流體保真取樣裝置)， 專利申請?zhí)枮?011100063499. 7，其技術(shù)方案是一種井內(nèi)分層氣液兩相流體保真取樣裝置，它包括取樣裝置由封隔器系統(tǒng)、液體進(jìn)樣系統(tǒng)、氣體進(jìn)樣系統(tǒng)、自動多通閥門、取樣系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)，在鉆井內(nèi)壁或者套管內(nèi)壁裝有封隔器系統(tǒng)、液體進(jìn)樣系統(tǒng)、氣體進(jìn)樣系統(tǒng)、自動多通閥門、取樣系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)；封隔器系統(tǒng)包括第一封隔器、第二封隔器、第三封隔器、 第四封隔器；液體進(jìn)樣系統(tǒng)包含液體進(jìn)樣管路和液體過濾器，液體進(jìn)樣管路包含第一層進(jìn)樣管路、第二層進(jìn)樣管路、第三層進(jìn)樣管路；第一層進(jìn)樣管路、第二層進(jìn)樣管路、第三層進(jìn)樣管路分別穿至第一封隔器、第二封隔器和第三封隔器下部，其末端分別連接第一層進(jìn)樣過濾器、第二層進(jìn)樣過濾器和第三層進(jìn)樣過濾器；氣體進(jìn)樣系統(tǒng)包含氣體進(jìn)樣管路和液體過濾器，氣體進(jìn)樣管路包括第一層進(jìn)樣管路、第二層進(jìn)樣管路、第三層進(jìn)樣管路；第一層進(jìn)樣管路、第二層進(jìn)樣管路、第三層進(jìn)樣管路分別穿至第一封隔器、第二封隔器和第三封隔器下部，其末端分別連接第一層進(jìn)樣過濾器、第二層進(jìn)樣過濾器和第三層進(jìn)樣過濾器；氣體進(jìn)樣系統(tǒng)包含氣體進(jìn)樣管路和氣體過濾器，氣體進(jìn)樣管路包括第一層進(jìn)樣管路、第二層進(jìn)樣管路、第三層進(jìn)樣管路；氣體過濾器包括第一層進(jìn)樣過濾器、第二層進(jìn)樣過濾器、第三層進(jìn)樣過濾器；第一層進(jìn)樣管路、第二層進(jìn)樣管路、第三層進(jìn)樣管路分別穿至第一封隔器、第二封隔器和第三封隔器下部；第二取樣管與第四單向閥、第五閥門相連，第一壓力/流量控制管分別與第六閥門、第三中繼裝置相連，第七背壓閥與第二取樣管相連，第四單向閥通過取樣管分別與第三中繼裝置、自動控制多通閥門相連；溫控系統(tǒng)包括第一保溫層、第二分布式溫控元件、第三內(nèi)部溫度傳感器，第二分布式溫控元件與取樣管和壓力/流量控制管緊貼，第三內(nèi)部溫度傳感器與取樣管和壓力/流量控制管緊貼，第一保溫層包裹第二分布式溫控元件、第三內(nèi)部溫度傳感器和取樣管和壓力/流量控制管。該技術(shù)方案非常適合深部氣體和液體的保真取樣，但是不能了解地下多相流體的狀態(tài)，另外由于鉆井的內(nèi)部空間非常大，高達(dá)數(shù)百升到數(shù)立方米，而取樣量一般只有數(shù)升到數(shù)十升，太大則改變地下流體分布，該裝置在地下流體流速較低狀態(tài)時，鉆孔內(nèi)部取樣得到的數(shù)據(jù)值滯后和偏低，不能反映真實地下流體成分變化，特別需要對流體成分變化臨界值進(jìn)行高精度分析是，不能滿足取樣的要求。 低流速條件下，特別是氣體飽和度非常低的條件下，取樣部分相對于可取氣樣大時，該取樣裝置無法取的合適的氣體樣品。
本申請在該技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)，使之能夠取樣的同時，開展瞬態(tài)脈沖方法監(jiān)測地下多相流體的狀態(tài)，更多了解地下流體的狀態(tài)；同時通過脈沖和降壓過程中產(chǎn)生在鉆孔內(nèi)部的壓力波動形成鉆孔內(nèi)部與地層水體之間交換和混合，非常小幅度和小范圍地改變流體場和流體成分條件下，更加精確的獲取地層流體樣品。
現(xiàn)代工程運用中對取樣的精度和地下監(jiān)測的要求越來越高，如何保證高精確取樣的同時監(jiān)測地下流體的狀態(tài)？如何做到精確獲取地下樣品？如何真實反映低流速條件下的地層流體性狀？這是監(jiān)測裝置迫切需要解決的問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點和不足，滿足現(xiàn)有的取樣要求，在于提供了一種基于壓力脈沖的分層流體監(jiān)測及取樣裝置，實現(xiàn)對地下氣液兩相流體的監(jiān)測，采用瞬態(tài)脈沖法監(jiān)測地下流體的壓縮性質(zhì)和地層的滲透性質(zhì)，可分析得到地下流體基本性質(zhì)與比例；該裝置直接、簡單的了解地下流體的比例和定性分析地下流體的性狀，是其他監(jiān)測方法的有效補(bǔ)充，對于提高地下流體分析的精度效果明顯；并實現(xiàn)對不同層位氣液兩相流體精確取樣，精確控制取樣速率和取樣過程中的溫度、壓力條件，在取樣過程和取樣后可以保持樣品的溫度、壓力與地下流體的壓力和溫度較為一致。采用大容量中繼容器相對于U 型取樣器底部管路內(nèi)保真樣品，本裝置增加大底部容積，增加保真樣品的容量，同時減少在管路內(nèi)流動過程中的混合與降壓失真的比例，減少采取的樣品與其他流體接觸；同時利用脈沖過程和壓力釋放過程中的鉆孔內(nèi)部與地層流體交換混合作用，增強(qiáng)了鉆孔內(nèi)部流體的代表性，更加真實的反應(yīng)地層流體的性質(zhì)，特別適合低流速條件下的取樣分析。本裝置原理和結(jié)構(gòu)簡單，裝配簡單，提高系統(tǒng)的可靠度和降低制作成本。非常適合地下多地層的氣液兩相流體的監(jiān)測與保真采樣。
為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施
一種基于壓力脈沖的分層流體監(jiān)測及取樣裝置，它由封隔器系統(tǒng)、液體進(jìn)樣系統(tǒng)、 氣體進(jìn)樣系統(tǒng)、自動多通閥門、取樣系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、和外部壓力/流量控制部分、瞬態(tài)脈沖系統(tǒng)共同組成。封隔器系統(tǒng)包括第一個封隔器、第二個封隔器、第三個封隔器、第四個封隔4器等若干個封隔器(等數(shù)字依次類推，五到二十個)，形成相對獨立的層空間，消除或削弱層間干擾；液體進(jìn)樣系統(tǒng)包括第一層進(jìn)樣管路、第二層進(jìn)樣管路、第三層進(jìn)樣管路等若干進(jìn)樣管路(等數(shù)字依次類推，四到二十個)、過濾器(數(shù)量與進(jìn)樣管路數(shù)量相同)包括第一層進(jìn)樣過濾器、第二層進(jìn)樣過濾器、第三層進(jìn)樣過濾器等若干進(jìn)樣過濾器(等數(shù)字依次類推， 三到二十個)，形成獨立取樣層位；氣體進(jìn)樣系統(tǒng)為氣體進(jìn)樣管路包括第一層進(jìn)樣管路、 第二層進(jìn)樣管路、第三層進(jìn)樣管路等若干進(jìn)樣管路(等數(shù)字依次類推，四到二十個)；第一過濾器包括第一層進(jìn)樣過濾器、第二層進(jìn)樣過濾器、第三層進(jìn)樣過濾器等若干進(jìn)樣過濾器 (等數(shù)字依次類推，四到二十個)，形成獨立取樣層位；自動控制多通閥門、取樣系統(tǒng)包括第一壓力/流量控制管、第二取樣管路、第三中繼裝置；第四單向閥、第五閥門、第六閥門、第七背壓閥；溫控系統(tǒng)包括第一保溫層、第二分布式溫控元件、第三內(nèi)部溫度傳感器；外部壓力/流量控制系統(tǒng)(為標(biāo)準(zhǔn)壓力或流量控制設(shè)備)、外部防護(hù)；壓力脈沖系統(tǒng)包含壓力容器通過管路、多個閥門、壓力傳感器組成；外部防護(hù)為一般材料。在鉆井內(nèi)壁或者套管內(nèi)裝有封隔器系統(tǒng)、液體進(jìn)樣系統(tǒng)、氣體進(jìn)樣系統(tǒng)、自動多通閥門、取樣系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、壓力脈沖系統(tǒng)。液體進(jìn)樣系統(tǒng)穿過封隔器系統(tǒng)與自動多通閥門連接，自動多通閥門連接與取樣系統(tǒng)連接，可進(jìn)行液體取樣，其連接方法如圖1所示，連接方式及起到的作用如具體實施中的內(nèi)容。
一種基于壓力脈沖的分層流體監(jiān)測及取樣裝置，它包括取樣裝置由封隔器系統(tǒng)、 液體進(jìn)樣系統(tǒng)、氣體進(jìn)樣系統(tǒng)、自動多通閥門、取樣系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、壓力脈沖系統(tǒng)，在鉆井內(nèi)壁或者套管內(nèi)壁裝有封隔器系統(tǒng)、液體進(jìn)樣系統(tǒng)、氣體進(jìn)樣系統(tǒng)、自動多通閥門、取樣系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)；封隔器系統(tǒng)包括第一封隔器、第二封隔器、第三封隔器、第四封隔器；液體進(jìn)樣系統(tǒng)包含液體進(jìn)樣管和第一過濾器，液體進(jìn)樣管包含第一層進(jìn)樣管、第二層進(jìn)樣管、第三層進(jìn)樣管；第一層進(jìn)樣管、第二層進(jìn)樣管、第三層進(jìn)樣管分別穿至第一封隔器、第二封隔器和第三封隔器下部，其末端分別連接過濾器、過濾器和過濾器，氣體進(jìn)樣系統(tǒng)包含氣體進(jìn)樣管和第二過濾器，氣體進(jìn)樣管包括第一層進(jìn)樣管、第二層進(jìn)樣管、第三層進(jìn)樣管；第二過濾器包括第一層進(jìn)樣過濾器、第二層進(jìn)樣過濾器、第三層進(jìn)樣過濾器；第一層進(jìn)樣管、第二層進(jìn)樣管、第三層進(jìn)樣管分別穿至第一封隔器、第二封隔器和第三封隔器下部，取樣系統(tǒng)中第二取樣管與第四單向閥、第五閥門相連，第一壓力/流量控制管分別與第六閥門、第三中繼裝置相連，第七背壓閥與第二取樣管相連，第四單向閥分別與第三中繼裝置、自動控制多通閥門相連；溫控系統(tǒng)包括第一保溫層、第二分布式溫控元件、第三內(nèi)部溫度傳感器，第二分布式溫控元件與取樣管和壓力/流量控制管緊貼，第三內(nèi)部溫度傳感器與取樣管和壓力/ 流量控制管緊貼，第一保溫層包裹第二分布式溫控元件、第三內(nèi)部溫度傳感器和取樣管和壓力/流量控制管，其特征在于壓力脈沖系統(tǒng)中壓力容器通過管路與閥門、閥門、壓力傳感器形成壓力脈沖系統(tǒng)，并通過自動控制多通閥門與地下氣體進(jìn)樣系統(tǒng)連接，液體進(jìn)樣系統(tǒng)與液體自動多通閥門連接，氣體進(jìn)樣系統(tǒng)與氣體自動多通閥門連接。所述的第五取樣室與第二取樣管相連，連接之后的裝置外部包裹第三保溫層。
取樣系統(tǒng)所述的第三中繼裝置包括第一中繼滑塊、第二高壓容器、第三保溫層、第四壓力/流量控制室、第五取樣室，第一中繼滑塊位于第二高壓容器內(nèi)部，分隔第二高壓容器為第四壓力/流量控制室和第五取樣室兩部分，第四壓力/流量控制室與第一壓力/流量控制管相連，第五取樣室與第二取樣管相連，連接之后的裝置外部包裹第三保溫層。
壓力脈沖系統(tǒng)中壓力容器通過管路與閥門、壓力傳感器連接形成壓力脈沖系統(tǒng)， 并通過自動控制多通閥門與地下流體進(jìn)樣系統(tǒng)連接。封隔器系統(tǒng)封隔器系統(tǒng)的特點為若干個(一般為四到二十個封隔器)封隔器相互串聯(lián)形成封隔器(系統(tǒng))，封隔器之間分隔地層，形成相對封閉的取樣環(huán)境。封隔器(系統(tǒng))的座封、解封等操作方式與傳統(tǒng)封隔器相同。不同之處在與不同層位的液體進(jìn)樣管路和氣體進(jìn)樣管路穿過封隔器，形成對不同層位的進(jìn)樣。
液體進(jìn)樣系統(tǒng)和氣體進(jìn)樣系統(tǒng)每個層位具有相應(yīng)的氣體進(jìn)樣管路和液體進(jìn)樣管路，從而形成對不同層位的氣體和液體進(jìn)行取樣；在各個進(jìn)樣管路底部設(shè)置過濾器和過濾器，防止大顆粒雜質(zhì)或者懸浮物進(jìn)入進(jìn)樣系統(tǒng)和取樣系統(tǒng)降低自動控制多通閥門、單向閥門、背壓閥等元件的工作效果。
自動控制多通閥門自動控制多通閥門為電路控制的多聯(lián)通閥門，產(chǎn)品為標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)產(chǎn)品(市場購置)，例如自動六通閥、自動八通閥等閥門，其主要作用為控制不同的進(jìn)樣管路和與取樣管路對接。自動控制多通閥門的控制電纜采用石油、天然氣工業(yè)用的電纜。
自動控制多通閥門、液體進(jìn)樣管路、氣體進(jìn)樣管路共同控制進(jìn)入取樣系統(tǒng)樣品的層位、氣液流體和壓力脈沖的層位；同時減少了取樣裝置以上管路數(shù)量。
取樣系統(tǒng)取樣系統(tǒng)采用了壓力/流量控制管路、閥門、中繼裝置、取樣管路、單向閥、閥門和背壓閥。閥門與外部壓力/流量控制部分連接，通過外部壓力/流量控制部分控制中繼裝置的工作，形成中繼裝置內(nèi)的進(jìn)樣與出樣。單向閥保證取樣系統(tǒng)只能單向進(jìn)樣。
中繼裝置中部的中繼滑塊將高壓容器分隔為取樣室和壓力/流量控制室。壓力/ 流量控制室中充滿液體或氣體，其密度低于采取流體的密度，取樣系統(tǒng)通過連接在其上的外部壓力/流量控制設(shè)備實現(xiàn)對取樣室的壓力和流量控制。關(guān)閉閥門和背壓閥，通過外部壓力/流量控制系統(tǒng)降低壓力/流量控制室內(nèi)壓力，中繼滑塊將壓力/流量控制室內(nèi)壓力傳遞到取樣室，并分隔壓力/流量控制室和取樣室兩部分流體。當(dāng)取樣室壓力略低于取樣地層流體壓力時，取樣室開始進(jìn)樣，同時中繼滑塊滑動，壓力/流量控制室容積減小；開啟閥門或者背壓閥，通過外部壓力/流量控制系統(tǒng)增加壓力/流量控制室內(nèi)壓力或體積，壓力 /流量控制室擴(kuò)張，中繼滑塊滑動，取樣室開始出樣，同時背壓閥保證出口處壓力近似或者高于地下流體的壓力。中繼裝置外部包裹保溫層以保持樣品的溫度，實現(xiàn)樣品溫度的保持。 中繼裝置也可以采用同類工業(yè)產(chǎn)品，例如南通飛宇的中繼裝置。
溫控系統(tǒng)溫控系統(tǒng)包括溫度傳感器(市場標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，如傳統(tǒng)溫度傳感器、光纖溫度傳感器)，分布式溫控元件(如分布式電阻絲、加熱管路等)、保溫層、外部溫度控制部件和電源共同組成，通過溫控系統(tǒng)使得取樣管路的溫度與取樣地層的溫度保持一致，或保持為預(yù)定的溫度。溫控系統(tǒng)保持流體的溫度條件。溫控系統(tǒng)包括溫度傳感器，分布式溫控元件、保溫層、外部溫度控制部件和電源共同組成，其連接參照標(biāo)準(zhǔn)的溫控電路系統(tǒng)連接方式進(jìn)行連接。
外部壓力/流量控制系統(tǒng)(外部壓力/流量控制系統(tǒng)為標(biāo)準(zhǔn)的壓力泵、計量泵， 如果采用壓力控制，可采用高精度的恒壓泵，如ISCO 1000D泵，流量控制可采用高壓計量泵)管路與外部壓力/流量控制設(shè)備連接，開啟閥門，外部壓力/流量控制部件可以為恒流泵、流量泵、計量泵、壓力源，這樣可以精確控制中繼裝置的取樣室內(nèi)的流量和壓力，保證進(jìn)樣和取樣過程中，流體壓力近似或不低于進(jìn)樣地層的流體壓力。6
外部壓力/流量控制系統(tǒng)與取樣系統(tǒng)相連接形成完整取樣部分，可以完成進(jìn)入中繼容器的取樣室內(nèi)的流體取樣。
外部壓力/流量控制系統(tǒng)聯(lián)合溫控系統(tǒng)保證樣本不會因為壓力/溫度變化而導(dǎo)致的流體相變或者流體中溶解物的離析/解吸等變化而造成樣品性質(zhì)的變化，
外部防護(hù)若需要保護(hù)裝置，可在整個裝置外設(shè)置鎧甲層，保護(hù)內(nèi)部元件和保溫層。鎧甲可采用一般金屬管、塑料、橡膠、多層防護(hù)、內(nèi)嵌鋼絲網(wǎng)的塑料復(fù)合層等材料制作。 制作方法參考一般設(shè)備保護(hù)層的制作方法。
基于壓力脈沖的地下流體監(jiān)測方法
壓力脈沖試驗中，我們需要獲得施加瞬態(tài)壓力脈沖后，試驗段壓力隨時間變化與流體相態(tài)變化關(guān)系?？梢圆捎迷囼炛抵苯訉Ρ全@取地下流體的基本情況，或者采用基于基本假設(shè)的計算。比較可靠和切實可行的操作方法為曲線對比，試驗結(jié)果與地層在不同氣相飽和度條件下的壓力衰減曲線對比，可以初步定量的了解地下的氣液流體比例?？捎矛F(xiàn)場瞬態(tài)脈沖滲透系數(shù)測量的表達(dá)公式[李小春，王穎，魏寧.變?nèi)輭毫γ}沖滲透系數(shù)測量方法研究[J]，巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2008，27 (12) :2482 M87.Bredehoeft，J. D.， Papadopulos, S.S. , A method for determining the hydraulic properties of tight formations [J], Water Resources Research, 1980,16(1) :233 238]計算氣液兩相條件下的等效滲透系數(shù)，然后根據(jù)氣相條件下的滲透系數(shù)與液相條件下的滲透系數(shù)的比例進(jìn)行計算，該方法只是初步解法
K = (kg*Sg/ μ g+kw* (I-Sg) /uw) w
K為瞬態(tài)脈沖法換算得到的平均滲透系數(shù)，kg為地層氣體滲透系數(shù)，kw為液體滲透系數(shù)，Sg為氣體飽和度，μ g為氣體粘度，μ w為水體粘度；
由于脈沖結(jié)果受多種因素的影響，脈沖法的精確解法計算方法有待進(jìn)一步研究深化，該方法只是近似求解方法。
液體取樣裝置的使用方法
1、按照本發(fā)明安裝和調(diào)試整個監(jiān)測和取樣裝置；
2、取樣部分開啟應(yīng)該和脈沖監(jiān)測操作分開一定時間間隔，避免相互影響；
3、將取樣器連接外部壓力/流量控制設(shè)備，壓力/流量控制室中充入流體(例如 油、水等液態(tài)，其密度需要低于取樣的密度，最好采用隊、He、低密度和化學(xué)性質(zhì)較為惰性的氣體)，將取樣器中繼容器的取樣室體積調(diào)整為最小。
4、按照取樣地層厚度關(guān)系調(diào)整封隔器系統(tǒng)內(nèi)不同層位封隔器之間的間距，然后采用石油、天然氣、地礦等部門標(biāo)準(zhǔn)方法將取樣裝置放入鉆孔內(nèi)，下封隔器過程中注意取樣管路和壓力/流量控制管路纏繞問題，最好固定在油管或者鋼絲纜上面，并坐封封隔器系統(tǒng)。
5、調(diào)整取樣裝置的溫度與取樣范圍的溫度一致，溫度控制士0. 2度范圍是很容易達(dá)到的；同時地層流體的壓力達(dá)到穩(wěn)定。
6、調(diào)整自動控制多連閥門，調(diào)整到取樣層位和液體進(jìn)樣管路，從而控制取樣的層位和流體相態(tài)。
7、開啟外界壓力/流量控制設(shè)備，開啟閥門(或者降低背壓閥的控制壓力，降低管路內(nèi)壓力)，開啟閥門，通過外部壓力/流量控制設(shè)備促使中繼滑塊滑動，取樣室容積擴(kuò)張， 壓力/流量控制室容積減少，地下深部流體通過單向閥進(jìn)入取樣室，使得中繼裝置的取樣室進(jìn)樣?？刂仆獠繅毫?流量控制設(shè)備的壓力或者流速，例如控制計量泵活塞運動速度， 流體不會由于取樣速度過快引起壓力或溫度變化而導(dǎo)致流體性質(zhì)發(fā)生改變。
8、達(dá)到取樣體積后，開啟閥門(或者調(diào)整背壓閥，取液體樣品時保證取樣管路內(nèi)流體壓力接近或取樣層位的流體壓力)，開啟外界壓力/流量控制設(shè)備推動中繼裝置內(nèi)中繼滑塊滑動，取樣室容積減少并出樣。
9、取樣完畢后，重復(fù)5-7過程，為保證取樣的保真程度，同一層位取樣最好2次以上，第一次為清洗取樣系統(tǒng)，第二次為進(jìn)樣。
10、試驗完畢后，解封封隔器系統(tǒng)，取出整個取樣裝置。
注意事項在取樣之前需要重復(fù)5-7過程一次，清洗取樣裝置內(nèi)部雜質(zhì)；氣體取樣為等待取樣出氣體積聚一定時間后直接開通閥門81連接取樣器進(jìn)行氣體取樣。
脈沖法監(jiān)測部分的使用方法如下
1、等待地下流體平衡，平衡時間取決于取樣量和周圍流體壓力恢復(fù)時間，一般考慮0. 5小時 數(shù)個小時之間；
2、關(guān)閉閥門82，開啟閥門83，壓力容器84內(nèi)充滿地下氣體成分中沒有或影響較少的氣體，如He、隊等化學(xué)性質(zhì)較為惰性的氣體；達(dá)到設(shè)定的脈沖壓力，關(guān)閉閥門83。
3、調(diào)整氣體進(jìn)樣自動控制多通閥門42，對應(yīng)地下監(jiān)測的層位；
4、開啟閥門82，對地下進(jìn)行脈沖，同時記錄壓力傳感器86的脈沖壓力變化數(shù)據(jù)。
5、待壓力衰減平穩(wěn)后，關(guān)閉閥門82，脈沖結(jié)束。
6、脈沖結(jié)束后，開啟閥門81將脈沖進(jìn)入地下流體中的氣體釋放，同時可以抽取氣體樣品；減少脈沖氣體對地下流體體系的影響；
7、壓力衰減曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線對比，初步定量分析地下氣液比例。
氣體取樣部分也可采用以下方法
等待一定的時間，地層中氣相流體在氣體取樣口匯集一定程度后，開啟閥門81進(jìn)行降壓取樣。
本發(fā)明具有下列優(yōu)點和積極效果
1、實現(xiàn)一個取樣裝置對不同層位流體監(jiān)測和分別取樣，實現(xiàn)對地下流體系統(tǒng)的較全面的監(jiān)測和取樣，獲取氣液兩相流體的比例、流體成分，真正實現(xiàn)對地下流體狀態(tài)的全面保真監(jiān)測。
2、同時利用脈沖過程和壓力釋放過程中的鉆孔內(nèi)部與地層流體交換混合作用，鉆孔內(nèi)部流體更多反應(yīng)了地層流體的性質(zhì)，增強(qiáng)了鉆孔內(nèi)部流體的代表性，更加真實的反應(yīng)地層流體的性質(zhì)。特別對低流速條件的取樣具有非常積極的效果。
3、脈沖衰減壓力曲線為地下壓力標(biāo)定提供了基礎(chǔ)，時刻校正地下壓力傳感器的數(shù)值，實現(xiàn)更高精度的監(jiān)測地下流體壓力。
4、脈沖氣體可作為地下氣體的載氣，獲取地下氣體成分(氣體成分高精度分析后減去載氣比例，獲得地下真實氣體成分比例)，特別適合低流速流動條件的取樣。
5、精確控制取樣速率和取樣過程中的溫度、壓力條件，在取樣過程和取樣后可以保持樣品的溫度、壓力與地下流體的壓力和溫度較為一致。
6、采用分時的方法充分利用各個部分，減少了元件數(shù)量，特別是壓力/流量控制管路和取樣管路；同時原理和結(jié)構(gòu)簡單，裝配簡單，提高系統(tǒng)的可靠度和降低制作成本。
總之，由于本發(fā)明性能價格比高，因此可廣泛應(yīng)用于各種現(xiàn)場試驗對地下復(fù)雜流體取樣分析的項目中。


圖1為一種井內(nèi)取樣及流體狀態(tài)監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖2為一種井內(nèi)取樣及流體狀態(tài)監(jiān)測裝置的溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖3為一種井內(nèi)取樣及流體狀態(tài)監(jiān)測裝置的取樣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖4為一種井內(nèi)取樣及流體狀態(tài)監(jiān)測裝置的中繼裝置結(jié)構(gòu)示意圖5為一種井內(nèi)取樣及流體狀態(tài)監(jiān)測裝置的氣體和液體進(jìn)樣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖6為一種井內(nèi)取樣及流體狀態(tài)監(jiān)測裝置的封隔器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖7為一種井內(nèi)取樣及流體狀態(tài)監(jiān)測裝置的壓力脈沖系統(tǒng)；
圖8為C井壓力脈沖監(jiān)測試驗結(jié)果；
圖9為D井壓力脈沖監(jiān)測試驗結(jié)果；
圖10壓力脈沖壓力值標(biāo)定后測試結(jié)果；
圖11采用N2載氣后分析的結(jié)果；
圖12采用脈沖與未采用脈沖的結(jié)果監(jiān)測對比示意圖。
其中
10-封隔器系統(tǒng)(為不同層位封隔器的統(tǒng)稱，包含以下部件)
11-第一個封隔器；(具體參見制作方法，市場均能購置)；
12-第二個封隔器；(具體型號見制作方法，市場均能購置)
13-第三個封隔器；(具體型號見制作方法，市場均能購置)
14-第四個封隔器；(具體型號見制作方法，市場均能購置)
15-等數(shù)字依次類推；(4-20個)
20-液體進(jìn)樣系統(tǒng)(為液體進(jìn)樣管路21與過濾器22的統(tǒng)稱)
21-液體進(jìn)樣管路(不同層液體進(jìn)樣管路的統(tǒng)稱，包含以下部件)
211-第一層進(jìn)樣管路；
212-第二層進(jìn)樣管路；
213-第三層進(jìn)樣管路；
214-等數(shù)字依次類推；(4-20個)
22-過濾器(不同層進(jìn)樣過濾器的統(tǒng)稱，包含以下部件)
221-第一層進(jìn)樣過濾器(具體型號參見制作方法，市場均能購置)；
222-第二層進(jìn)樣過濾器；(具體型號參見制作方法，市場均能購置)
223-第三層進(jìn)樣過濾器；(具體型號參見制作方法，市場均能購置)
224-等數(shù)字依次類推；(4-20個)
30-氣體進(jìn)樣系統(tǒng)(為氣體進(jìn)樣管路31與過濾器32的統(tǒng)稱)
31-氣體進(jìn)樣管路(不同層氣體進(jìn)樣管路的統(tǒng)稱，包含以下部件)
311-第一層進(jìn)樣管路；
312-第二層進(jìn)樣管路；
313-第三層進(jìn)樣管路；
314-等數(shù)字依次類推；(4-20個)
32-過濾器(為不同層進(jìn)樣過濾器的統(tǒng)稱，包含以下部件)
321-第一層進(jìn)樣過濾器(具體型號參見制作方法，市場均能購置或任何型號)
322-第二層進(jìn)樣過濾器(具體型號參見制作方法，市場均能購置或任何型號)
323-第三層進(jìn)樣過濾器(具體型號參見制作方法，市場均能購置或任何型號)
324-等數(shù)字依次類推；(4-20個)
40-自動控制多通閥門；
41-液體進(jìn)樣自動控制多通閥門(市場均能購置或任何型號)；
42-氣體進(jìn)樣自動控制多通閥門(市場均能購置或任何型號)；
50-取樣系統(tǒng)，包含以下部件；
51-壓力/流量控制管路；
52-取樣管路；
53-中繼裝置；(具體型號參見制作方法)；
531-中繼滑塊；
532-高壓容器(具體型號參見制作方法，市場均能購置)；
533-保溫層；
534-壓力/流量控制室；
535-取樣室;
54-單向閥(具體型號參見制作方法，市場均能購置)；
55-閥門(具體型號參見制作方法，市場均能購置)；
56-閥門(具體型號參見制作方法，市場均能購置)；
57-背壓閥(具體型號參見制作方法，市場均能購置)；
60-溫控系統(tǒng)；(為溫控元件的統(tǒng)稱，包含以下部件)
61-保溫層；
62-分布式溫控元件(具體型號參見制作方法，市場均能購置)；
63-內(nèi)部溫度傳感器(具體型號參見制作方法，市場均能購置)；
70-鉆井或套管內(nèi)壁；
80-壓力脈沖系統(tǒng)；
81-閥門(市場均能購置或任何型號)；
82-閥門(市場均能購置或任何型號)；
83-閥門(市場均能購置或任何型號)；
84-壓力容器(市場均能購置或任何型號)；
85-管路(市場均能購置或任何型號)；
86-壓力傳感器(市場均能購置或任何型號)。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例詳細(xì)說明
一種井內(nèi)取樣及流體狀態(tài)監(jiān)測裝置，它包括取樣裝置由封隔器系統(tǒng)10、液體進(jìn)樣系統(tǒng)20、氣體進(jìn)樣系統(tǒng)30、自動多通閥門40、取樣系統(tǒng)50、溫控系統(tǒng)60、壓力脈沖系統(tǒng)80，在鉆井內(nèi)壁或者套管內(nèi)壁70裝有封隔器系統(tǒng)10、液體進(jìn)樣系統(tǒng)20、氣體進(jìn)樣系統(tǒng)30、 自動多通閥門40、取樣系統(tǒng)50、溫控系統(tǒng)60 ；封隔器系統(tǒng)10包括第一封隔器11、第二封隔器12、第三封隔器13、第四封隔器14等若干封隔器(數(shù)字依次類推，封隔器數(shù)量可為4-20 個)共同組成；第一封隔器11、第二封隔器12、第三封隔器13、第四封隔器14可采用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，例如Y241和TO41封隔器，第一封隔器11、第二封隔器12、第三封隔器13、第四封隔器 14之間的連接方式參見石油、天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法，例如Y241多級封隔系統(tǒng)和TO41多級封隔系統(tǒng)的連接方式。液體進(jìn)樣系統(tǒng)20包含液體進(jìn)樣管21和第一過濾器22，液體進(jìn)樣管 21包含第一層進(jìn)樣管211、第二層進(jìn)樣管212、第三層進(jìn)樣管213 (等數(shù)字依次類推，至少包含4-20個)；液體進(jìn)樣系統(tǒng)20的過濾器22包括第一層進(jìn)樣過濾器221、第二層進(jìn)樣過濾器 222、第三層進(jìn)樣過濾器223等若干過濾器(數(shù)字依次類推，數(shù)量可為4-20個)；不同層的液體進(jìn)樣管路分別穿過對應(yīng)的封隔器進(jìn)入對應(yīng)的取樣層位，例如第二層進(jìn)樣管212穿過第一封隔器11、第二封隔器12，在第二封隔器12和第三封隔器13之間取水樣。第一層進(jìn)樣管211、第二層進(jìn)樣管212、第三層進(jìn)樣管213分別連接第一層進(jìn)樣過濾器221、第二層進(jìn)樣過濾器222、第三層進(jìn)樣過濾器223的方式可采用焊接、卡套連接、螺口接頭等方式，可參照一般方法進(jìn)行。第一層進(jìn)樣管211、第二層進(jìn)樣管212、第三層進(jìn)樣管213分別穿至第一封隔器11、第二封隔器12和第三封隔器13下部，其末端分別連接過濾器221、過濾器222和過濾器223，氣體進(jìn)樣系統(tǒng)30包含氣體進(jìn)樣管31和第二過濾器32，氣體進(jìn)樣管31包括第一層進(jìn)樣管311、第二層進(jìn)樣管312、第三層進(jìn)樣管313 (等數(shù)字依次類推，至少包含4_20個)； 過濾器32包括第一層進(jìn)樣過濾器321、第二層進(jìn)樣過濾器322、第三層進(jìn)樣過濾器323 (等數(shù)字依次類推，至少包含4-20個)；不同層的氣體進(jìn)樣管路分別穿過對應(yīng)的封隔器進(jìn)入對應(yīng)的取樣層位，例如第三層進(jìn)樣管路313穿過第一封隔器11、第二封隔器12、第三封隔器 13，位于第三封隔器13下部和第四封隔器14之上，有利于取特定地層內(nèi)的氣樣；第二過濾器32包括第一層進(jìn)樣過濾器321、第二層進(jìn)樣過濾器322、第三層進(jìn)樣過濾器323 ’第一層進(jìn)樣管311、第二層進(jìn)樣管312、第三層進(jìn)樣管313分別穿至第一封隔器11、第二封隔器12 和第三封隔器13下部，取樣系統(tǒng)50中第二取樣管52與第四單向閥Μ、第五閥門55相連， 第一壓力/流量控制管51分別與第六閥門56、第三中繼裝置53相連，第七背壓閥57與第二取樣管52相連，第四單向閥M分別與第三中繼裝置53、自動控制多通閥門41相連；溫控系統(tǒng)60包括第一保溫層61、第二分布式溫控元件62、第三內(nèi)部溫度傳感器63，第二分布式溫控元件與取樣管52和壓力/流量控制管51緊貼，第三內(nèi)部溫度傳感器63與取樣管52 和壓力/流量控制管(51)緊貼，第一保溫層61包裹第二分布式溫控元件62、第三內(nèi)部溫度傳感器63和取樣管52和壓力/流量控制管51，其特征在于壓力脈沖系統(tǒng)80中壓力容器84通過管路85與閥門83、閥門82、壓力傳感器86形成壓力脈沖系統(tǒng)，并通過自動控制多通閥門42與地下氣體進(jìn)樣系統(tǒng)30連接，液體進(jìn)樣系統(tǒng)20與液體自動多通閥門41連接， 氣體進(jìn)樣系統(tǒng)30與氣體自動多通閥門42連接。
所述的第五取樣室535與第二取樣管52相連，連接之后的裝置外部包裹第三保溫層 533。
自動控制多通閥門40為電路控制的多通閥門，產(chǎn)品為標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)產(chǎn)品，例如自動六通閥、自動八通閥等閥門，其主要作用為控制不同的進(jìn)樣管路和與單向閥M對接。自動控制多通閥門的控制電纜采用石油、天然氣工業(yè)用的電纜。
取樣系統(tǒng)50包含第一壓力/流量控制管51、第二取樣管52、第三中繼裝置53 ；第三中繼裝置53，第四單向閥M、第五閥門55、第六閥門56、第七背壓閥57 ；第三中繼裝置53 可采用本專利中內(nèi)容，也可采用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品本發(fā)明中的第三中繼裝置53包括第一中繼滑塊 531、第二高壓容器532、第三保溫層533、第四壓力/流量控制室534、第五取樣室535。
溫控系統(tǒng)60包括第一保溫層61、第二分布式溫控元件62、第三內(nèi)部溫度傳感器 63 ；外部壓力/流量控制系統(tǒng)、外部防護(hù)組成，其連接關(guān)系是封隔器系統(tǒng)10包括第一封隔器11、第二封隔器12、第三封隔器13、第四封隔器14，第一封隔器11、第二封隔器12、第三封隔器13、第四封隔器14采用石油、天然氣行業(yè)中的多層封隔器連接；液體進(jìn)樣系統(tǒng)20包含液體進(jìn)樣管21和第一過濾器22，液體進(jìn)樣管21包含液體進(jìn)樣管包括第一層進(jìn)樣管路 211、第二層進(jìn)樣管路212、第三層進(jìn)樣管路213 (等數(shù)字依次類推，至少包含4_20個)；第一過濾器22包括第一層進(jìn)樣過濾器221、第二層進(jìn)樣過濾器222、第三層進(jìn)樣過濾器223 (等數(shù)字依次類推)，第一層進(jìn)樣管路211、第二層進(jìn)樣管路212、第三層進(jìn)樣管路213分別穿過第一封隔器11、第二封隔器12、第三封隔器13，更多層進(jìn)樣管路依次類推，每層進(jìn)樣管路末端連接對應(yīng)的第一過濾器22 ；不同層的液體進(jìn)樣管路分別穿至對應(yīng)的封隔器進(jìn)入對應(yīng)的取樣層位，每層進(jìn)樣管路末端連接對應(yīng)的第一層進(jìn)樣過濾器221、第二層進(jìn)樣過濾器222、 第三層進(jìn)樣過濾器223。氣體進(jìn)樣系統(tǒng)30包含氣體進(jìn)樣管31和第二過濾器32，氣體進(jìn)樣管31包括第一層進(jìn)樣管311、第二層進(jìn)樣管312、第三層進(jìn)樣管313 (等數(shù)字依次類推，至少包含4-20個)；第二過濾器32包括第一層進(jìn)樣過濾器321、第二層進(jìn)樣過濾器322、第三層進(jìn)樣過濾器323 (等數(shù)字依次類推，例如4-20個)；第一層進(jìn)樣管311、第二層進(jìn)樣管312、 第三層進(jìn)樣管313分別穿至第一封隔器11、第二封隔器12和第三封隔器13下部，更多層進(jìn)樣管路依次類推，每層進(jìn)樣管路末端連接過濾器；每層進(jìn)樣管路末端連接對應(yīng)的第一層進(jìn)樣過濾器321、第二層進(jìn)樣過濾器322、第三層進(jìn)樣過濾器323，不同層的氣體進(jìn)樣管路分別穿過對應(yīng)的封隔器進(jìn)入對應(yīng)的取樣層位。液體進(jìn)樣系統(tǒng)20的所有管路與液體自動控制多通閥門41連接形成完整的分層流體進(jìn)樣部分。氣體進(jìn)樣系統(tǒng)30與氣體自動控制多通閥門 42連接形成完整的分層壓力脈沖監(jiān)測系統(tǒng)及氣體取樣系統(tǒng)。
第二取樣管52與第四單向閥M、第五閥門55相連，第一壓力/流量控制管51分別與第六閥門56、第三中繼裝置53相連，第七背壓閥57與第二取樣管52相連，第四單向閥 54分別與第三中繼裝置53、自動控制多通閥門40相連；溫控系統(tǒng)60包括第一保溫層61、 第二分布式溫控元件62、第三內(nèi)部溫度傳感器63，第一壓力/流量控制管51穿過第一保溫層61，第二分布式溫控元件62與第一保溫層61相連，第二取樣管52與第三內(nèi)部溫度傳感器63相連；
第三中繼裝置53包括第一中繼滑塊531、第二高壓容器532、第三保溫層533、第四壓力/流量控制室534、第五取樣室535。第三保溫層533內(nèi)有第一中繼滑塊531、第二高壓容器532、第四壓力/流量控制室534、第五取樣室535，第一中繼滑塊531分別與第二高壓容器532、第四壓力/流量控制室534相連，第四壓力/流量控制室534與第一壓力/流量控制管51相連，第一中繼滑塊531分別與第二高壓容器532、第五取樣室535相連，第五取樣室535與第二取樣管52相連。整個裝置放入鉆井或套管內(nèi)壁70內(nèi)。
液體進(jìn)樣系統(tǒng)20的所有管路的一端均同液體自動控制多通閥門41連接，另外一端分別穿過封隔器系統(tǒng)10到對應(yīng)的層位；例如液體進(jìn)樣系統(tǒng)20的第二層進(jìn)樣管路212穿12過第一封隔器11、第二封隔器12，在第二封隔器12和第三封隔器13之間取水樣。進(jìn)樣管路穿過封隔器的方式可采用焊接、連接接頭等方式，可參照一般工藝和方法進(jìn)行。
氣體進(jìn)樣系統(tǒng)30的所有管路的一端均同氣體自動控制多通閥門42連接，例如氣體進(jìn)行系統(tǒng)30的第三層進(jìn)樣管路313穿過第一封隔器11、第二封隔器12、第三封隔器13， 在第三封隔器13和第四封隔器14之間取氣樣和進(jìn)行壓力脈沖試驗。氣體進(jìn)樣系統(tǒng)也可參照專利申請?zhí)枮?011100063499. 7中的內(nèi)容單獨設(shè)置，本申請中的取樣系統(tǒng)作為壓力脈沖部分開展。
通過自動控制多通閥門41和42選擇相應(yīng)的進(jìn)樣管路，可以實現(xiàn)對不同層位和不同流體類型進(jìn)行進(jìn)樣或壓力脈沖，例如氣體自動控制多通閥門42選擇氣體進(jìn)樣系統(tǒng)30的第二層進(jìn)樣管路312，連通單向閥M與管路312，則通過單向閥M的樣品為第二個封隔器 12與第三個封隔器13之間的氣體樣品。
取樣系統(tǒng)50與外部壓力/流量控制系統(tǒng)相連接形成保壓取樣部分，實現(xiàn)地下流體的保壓取樣，結(jié)合溫控系統(tǒng)60實現(xiàn)保溫取樣，這樣取樣系統(tǒng)50、溫控系統(tǒng)60和外部壓力/ 流量控制系統(tǒng)共同形成保真取樣部分。
分層流體進(jìn)樣部分與保真取樣部分在自動控制多通閥門40上部連接，從而實現(xiàn)將分層保真取樣。這些部件組合形成井內(nèi)分層氣液兩相流體保真取樣裝置。
1、取樣裝置
1-1)取樣裝置的整體結(jié)構(gòu)
取樣裝置由封隔器10、液體進(jìn)樣系統(tǒng)20、氣體進(jìn)樣系統(tǒng)30、自動多通閥門40、取樣系統(tǒng)50、溫控系統(tǒng)60、和外部壓力/流量控制部分共同組成，其中所有的部件采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Φ 口廣 BFI ；
1-2)制作方法
①為應(yīng)對地下高溫高壓條件和腐蝕性條件，所有的金屬材料建議采用316/316L 不銹鋼、哈氏合金、雙面合金等材料；密封材料為一般為密封性好、抗腐蝕能力強(qiáng)的柔性材料，例如聚四氟乙烯、改性丁晴橡膠、氟橡膠、PEEK材料，減少整個裝置在地下長期使用中的腐蝕和性能損失。
②裝置之間的接頭，不同系統(tǒng)接頭部位采用標(biāo)準(zhǔn)的卡套接頭或者直接焊接，已保證裝置在地下長期工作的可靠性。
③管路采用標(biāo)準(zhǔn)超長鋼管，管路連接處采用焊接，在鉆井內(nèi)最好沒有接頭。
④裝置的各個子系統(tǒng)參照下面的實施方案進(jìn)行。
2、封隔器系統(tǒng)10
封隔器系統(tǒng)10的特點為若干個封隔器形成封隔器系統(tǒng)，封隔器之間形成相對封閉的取樣環(huán)境。封隔器采用石油部門的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，例如YM1、Y341、W11等可多連的封隔器；同時封隔器上部設(shè)置管路孔后者連接，供氣液進(jìn)樣管路穿過封隔器。封隔器的座封、解封等方式同傳統(tǒng)封隔器，封隔器的選型參照石油、地礦部門的選型方法。
3、氣體進(jìn)行系統(tǒng)30和液體進(jìn)樣系統(tǒng)20
每個層位具有相應(yīng)的氣體進(jìn)樣管路31和液體進(jìn)樣管路21，從而形成對不同層位的氣體和液體的取樣；在各個進(jìn)樣管路底部設(shè)置過濾器22和過濾器32，防止大顆粒雜質(zhì)或絮狀物進(jìn)入取樣部分降低閥門元件的密封效果和工作效果。
4、自動控制多通閥門40。
自動控制多通閥門40為電路控制的多通閥門，采用石油、天然氣、地礦行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，例如自動高壓六通進(jìn)樣閥、高壓電磁六通閥等，也可以在標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品基礎(chǔ)上改進(jìn)，提高其長期工作的可靠度和性能，其主要作用為控制不同的液體進(jìn)樣管路系統(tǒng)21和氣體進(jìn)樣管路系統(tǒng)31中任一進(jìn)樣管路與管路52和管路85對接。多通閥門41和42為活動部件需要特別高的可靠性，產(chǎn)品選擇需要特別注意。若氣體進(jìn)樣管路31和液體進(jìn)樣管路21的管路非常多，在此多通閥門下可采用兩個以上的多通閥門串并聯(lián)疊加(參照標(biāo)準(zhǔn)操作方法)， 轉(zhuǎn)接更多的進(jìn)樣管路，實現(xiàn)更多進(jìn)樣管路連接到單向閥M上。自動控制多通閥門40控制電纜采用石油、天然氣、地礦等行業(yè)用的標(biāo)準(zhǔn)電纜。
5、取樣系統(tǒng)50
5-1)結(jié)構(gòu)
取樣系統(tǒng)50的結(jié)構(gòu)如圖3，采用了壓力/流量控制管路51、閥門56、中繼裝置53、 取樣管路52、閥門55、背壓閥57和單向閥M。閥門56與外部壓力/流量控制部分連接，通過外部壓力/流量控制部分控制中繼裝置的工作，形成中繼裝置53內(nèi)的進(jìn)樣與出樣。單向閥M保證取樣部分只能取樣，不會對取樣地層形成影響。
5-2)制作方法
①為應(yīng)對地下高溫高壓條件和腐蝕性條件，所有的金屬材料建議采用316/316L 不銹鋼、雙面合金等材料；密封材料為一般橡膠、塑料等密封性好的柔性材料，例如聚四氟乙烯、聚乙烯、橡膠、硅橡膠、PEEK材料，減少整個裝置在地下長期使用中的腐蝕。
②加工該裝置時，不同系統(tǒng)接頭部位采用卡套接頭或者直接焊接，已保證裝置在地下長期工作的可靠性。
6、中繼裝置53 (結(jié)構(gòu))
中繼裝置可采用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)可采用如圖4結(jié)構(gòu)，中繼滑塊531將高壓容器 532分隔為兩個室，其中一個為取樣室535、另外一個為壓力/流量控制室534。壓力/流量控制室534中充滿液體或氣體，通過連接在其上的外部壓力/流量控制設(shè)備實現(xiàn)對取樣室535的壓力和流量控制。同時中繼裝置外部包裹保溫層533以控制溫度；中繼裝置也可以采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)產(chǎn)品達(dá)到相似作用和性能。
7、溫控系統(tǒng)
A、結(jié)構(gòu)
溫控系統(tǒng)60如圖2，包括溫度傳感器63，電路提供電源、分布式溫控元件(如分布式電阻絲、溫控管路等)62、保溫層61、外部溫度控制部件共同組成，通過溫度控制部分使得取樣器和管路的溫度保持與取樣地層的溫度一致，或保持取樣裝置的溫度為預(yù)定的溫度。
B、加工方法
分布式溫控元件62采用分布式溫控方式，一般地層的溫度相對地表溫度較高，溫度控制主要采用加熱，加熱元件可以采用分布式電阻絲、水浴管路等加熱裝置，加熱部件均為常規(guī)元件，市面有售。若分布式溫控元件62起制冷作用，可采用水浴管路等控制壓力/ 流量控制管路51和取樣管路52內(nèi)流體的溫度。
保溫層61采用低導(dǎo)熱率的橡膠或塑料構(gòu)成。
溫度傳感器63緊貼壓力/流量控制管路51和取樣管路52，傳感器63與壓力/流量控制管路51和取樣管路52之間最好涂導(dǎo)熱硅膠或其他軟接觸材料，保證溫度傳感器的感知的溫度與壓力容器內(nèi)的流體溫度一致，溫度傳感器可采用FBG光柵傳感、光纖傳感器、 電阻式傳感器等，推薦使用光纖光柵溫度傳感器，可不用電纜、提高傳感器數(shù)量，降低腐蝕風(fēng)險、提高溫度控制精度。
外部控制器根據(jù)溫度傳感器63數(shù)據(jù)控制分布式溫控元件62進(jìn)行溫度調(diào)整，控制方法參照標(biāo)準(zhǔn)溫控方法。
外部溫度控制部件采用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，例如溫度控制器、NI的Labview軟件控制和德州儀器的邏輯運算+電加熱或制冷器提供熱能或冷能；
8、取樣器閥門控制部分
閥門51、閥門56、背壓閥57。通過閥門開啟和關(guān)閉取樣過程和取樣壓力，以較好的控制閥門的運作。這些閥門為外部控制，不在鉆井內(nèi)部，選擇余地比較大，可采用手動閥門即可，亦可以采用電磁閥門。
9、外部壓力/流量控制部分
管路51與外部壓力/流量控制部分連接，外部控制部件可以為流量泵、恒壓泵、計量泵、壓力源，內(nèi)部采用的介質(zhì)可同壓力脈沖介質(zhì)一致，與地下流體成分不同，對地下流體為化學(xué)惰性的流體，如&、He等流體，這樣可以精確控制取樣系統(tǒng)50的中繼裝置53內(nèi)的壓力或流量，保證取樣過程中，地層流體的壓力不發(fā)生較大變化(一般情況下，需要高于地層流體壓力)，聯(lián)合溫度控制系統(tǒng)減少采取的樣本不因壓力/溫度劇烈變化而發(fā)生相變、溶解氣體解析和液體溶解物的離析等變化而產(chǎn)生樣本的物理和化學(xué)性質(zhì)變化，盡可能保持樣本的原狀。
10、管路、電纜等連接部件
管路51和管路52 —般采用管剛度較高且整體有一定柔性的高壓管道連接取樣系統(tǒng)與外部壓力/流量控制部分；管路可采用常用管路，超長管路，管路長度最好采用一次到達(dá)中繼裝置53的長度，或者中間采用少量焊接連接，同時與油管或鋼絲纜緊捆住，保證管路不會因自重受力而斷掉。例如1//8、1/4、1/2、1英寸、5111111、101111113161^不銹鋼鋼管，閥門采用泄漏率極低的電磁閥門，例如TESC0M，SffAGELOK等公司生產(chǎn)的電磁閥均滿足要求。電纜為一般針對高溫高壓條件的電纜，數(shù)據(jù)傳輸線為長距離數(shù)據(jù)傳導(dǎo)線，保證傳感器的信號保真率。
11、外部防護(hù)
若需要保護(hù)保溫層，可在整個裝置外設(shè)置鎧甲層，保護(hù)內(nèi)部元件和保溫層。鎧甲可采用一般聚四氟乙烯、不銹鋼材料、復(fù)合材料制作。制作方法參考一般設(shè)備保護(hù)層的制作方法。
12、其他附加裝置
壓力溫度監(jiān)測裝置，壓力和溫度監(jiān)測裝置可以設(shè)定與任何需要關(guān)注的部位，本發(fā)明保護(hù)主要部件，具體的壓力溫度傳感器可隨具體要求設(shè)定。本鉆井取樣及流體監(jiān)測裝置可以與其他設(shè)備捆綁，例如光纖監(jiān)測設(shè)備、微震監(jiān)測等設(shè)備協(xié)同工作，共同組成地下監(jiān)測及取樣裝置，本發(fā)明不涉及相關(guān)領(lǐng)域，此處不贅述相關(guān)裝置。
裝置的壓力脈沖監(jiān)測與取樣的具體操作參照發(fā)明內(nèi)容中的操作內(nèi)容；
實施案例
內(nèi)蒙古通遼CO2咸水層封存試驗現(xiàn)場采用兩層壓力脈沖的流體監(jiān)測及取樣裝置對地下水氣流體進(jìn)行了分析和取樣，取樣情況良好，下層取樣深度250-220m，上層深度 160-120m,對下層姚家組地層開展脈沖監(jiān)測，結(jié)果如圖8所示，隨著氣體運移到監(jiān)測井位置，壓力脈沖數(shù)據(jù)發(fā)生了明顯變化，通過標(biāo)定數(shù)據(jù)對比，可以推斷地下氣體與液體的比例； 另外采用液體取樣系統(tǒng)單次取樣水樣3. 2L，氣體取樣系統(tǒng)取其他樣品約70L (標(biāo)況)。取出的水樣在取樣裝置后降壓分析，通過軟件合成地下條件下的流體狀況，取樣結(jié)果良好。通過壓力脈沖監(jiān)測地下氣體飽和度的變化，其中C井內(nèi)監(jiān)測到明顯的飽和度變化，如圖8所示， D井內(nèi)為液體，氣體飽和度幾乎為零，同時D井未取出氣體樣品，如圖9所示。
地下壓力傳感器漂移比較厲害，同時由于長期腐蝕，導(dǎo)致一定程度上的漂移，由于地表的壓力傳感器可校核、壓力精度相對較高，采用瞬態(tài)脈沖數(shù)據(jù)標(biāo)定地下壓力傳感器，獲得精度更高的壓力曲線，圖10所示；另外，部分井內(nèi)地下氣體含量不足以滿足取樣器要求， 采用隊載氣壓力脈沖之后進(jìn)行分析氣體成分結(jié)果如圖11所示。改進(jìn)后裝置的壓力波動取樣濃度的相應(yīng)速度高于未采用壓力脈沖取樣的速率，詳見圖12，更加精確的了解地下的實際流體狀態(tài)。通過監(jiān)測可以監(jiān)測不同時刻地下流體的氣液比例、氣體成分、液體成分，結(jié)合監(jiān)測的壓力溫度數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對地下流體的基本狀態(tài)的全面監(jiān)測。
權(quán)利要求
1.一種基于壓力脈沖的分層流體監(jiān)測及取樣裝置，它包括取樣裝置由封隔器系統(tǒng) (10),液體進(jìn)樣系統(tǒng)(20)、氣體進(jìn)樣系統(tǒng)(30)、自動多通閥門(40)、取樣系統(tǒng)(50)、溫控系統(tǒng)(60)、壓力脈沖系統(tǒng)(80)，在鉆井內(nèi)壁或者套管內(nèi)壁(70)裝有封隔器系統(tǒng)(10)、液體進(jìn)樣系統(tǒng)(20)、氣體進(jìn)樣系統(tǒng)(30)、自動多通閥門(40)、取樣系統(tǒng)(50)、溫控系統(tǒng)(60)；封隔器系統(tǒng)(10)包括第一封隔器(11)、第二封隔器(12)、第三封隔器(13)、第四封隔器(14);液體進(jìn)樣系統(tǒng)(20 )包含液體進(jìn)樣管(21)和第一過濾器(22 )，液體進(jìn)樣管(21)包含第一層進(jìn)樣管(211)、第二層進(jìn)樣管(212)、第三層進(jìn)樣管(213);第一層進(jìn)樣管(211)、第二層進(jìn)樣管 (212)、第三層進(jìn)樣管(213)分別穿至第一封隔器(11)、第二封隔器(12)和第三封隔器(13) 下部，其末端分別連接過濾器(221)、過濾器(222)和過濾器(223)，氣體進(jìn)樣系統(tǒng)(30)包含氣體進(jìn)樣管(31)和第二過濾器(32)，氣體進(jìn)樣管(31)包括第一層進(jìn)樣管(311)、第二層進(jìn)樣管(312)、第三層進(jìn)樣管(313);第二過濾器(32)包括第一層進(jìn)樣過濾器(321)、第二層進(jìn)樣過濾器(322)、第三層進(jìn)樣過濾器(323)；第一層進(jìn)樣管(311)、第二層進(jìn)樣管(312)、第三層進(jìn)樣管(313)分別穿至第一封隔器(11)、第二封隔器(12)和第三封隔器(13)下部，取樣系統(tǒng)(50)中第二取樣管(52)與第四單向閥(54)、第五閥門(55)相連，第一壓力/流量控制管(51)分別與第六閥門(56)、第三中繼裝置(53)相連，第七背壓閥(57)與第二取樣管 (52)相連，第四單向閥(54)分別與第三中繼裝置(53)、自動控制多通閥門(41)相連；溫控系統(tǒng)(60)包括第一保溫層(61)、第二分布式溫控元件(62)、第三內(nèi)部溫度傳感器(63)，第二分布式溫控元件與取樣管(52 )和壓力/流量控制管(51)緊貼，第三內(nèi)部溫度傳感器(63 ) 與取樣管(52)和壓力/流量控制管(51)緊貼，第一保溫層(61)包裹第二分布式溫控元件 (62)、第三內(nèi)部溫度傳感器(63)和取樣管(52)和壓力/流量控制管(51)，其特征在于壓力脈沖系統(tǒng)(80)中壓力容器(84)通過管路(85)與閥門(83)、閥門(82)、壓力傳感器(86) 形成壓力脈沖系統(tǒng)，并通過自動控制多通閥門(42)與地下氣體進(jìn)樣系統(tǒng)(30)連接，液體進(jìn)樣系統(tǒng)(20)與液體自動多通閥門(41)連接，氣體進(jìn)樣系統(tǒng)(30)與氣體自動多通閥門(42) 連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓力脈沖的分層流體監(jiān)測及取樣裝置，其特征在于所述的第五取樣室(53 與第二取樣管(5 相連，連接之后的裝置外部包裹第三保溫層(533)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于壓力脈沖的分層流體監(jiān)測及取樣裝置，在鉆孔或套管內(nèi)壁裝有取樣裝置由封隔器系統(tǒng)、液體進(jìn)樣系統(tǒng)、氣體進(jìn)樣系統(tǒng)、自動多通閥門、取樣系統(tǒng)、溫控等系統(tǒng)構(gòu)成，壓力脈沖系統(tǒng)中壓力容器通過管路與閥門、閥門、壓力傳感器形成壓力脈沖系統(tǒng)，并通過自動控制多通閥門與地下氣體進(jìn)樣系統(tǒng)連接，液體進(jìn)樣系統(tǒng)與液體自動多通閥門連接，氣體進(jìn)樣系統(tǒng)與氣體自動多通閥門連接。通過壓力脈沖判斷地層內(nèi)的流體狀態(tài)，同時精確控制地下流體取樣的層位，實現(xiàn)定溫壓條件下不同層位的氣液流體的分別取樣，提高取樣的響應(yīng)速率，特別是低流速條件下的精確取樣。該裝置、各個部件裝配簡單、適用鉆井內(nèi)多層流體狀態(tài)監(jiān)測和地下氣液兩相流體取樣。
文檔編號E21B47/06GK102505939SQ20111032366
公開日2012年6月20日 申請日期2011年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月21日
發(fā)明者李小春, 王穎, 魏寧 申請人:中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所