地層流體採樣設備和方法

2023-12-09 23:01:51 2

專利名稱：地層流體採樣設備和方法
技術領域：
本發明總體涉及地層流體採樣，特別涉及一種改進的儲層流體採樣模塊，所述採樣模塊用於將一種高質量儲層流體樣品帶回地面進行分析。
長期以來，石油公司已經認識到獲取井下地層流體樣品進行化學和物理分析的重要性，本發明的受讓人Schlumberger多年來已經進行了這樣的採樣。地層流體(也被稱為儲層流體)樣品通常在儲層使用期限中被儘早地收集在地面進行分析，特別是在特定的實驗室中進行分析。分析結果對於碳氫化合物儲油層開採以及探明儲油層的儲量和性能是非常重要的。
鑽井採樣的方法包括將採樣設備(諸如屬於Schlumberger和由Schlumberger提供的MDTTM地層測試設備)下放到井眼中以利用所述採樣設備的一個探頭元件和井壁之間的接合來收集一個或多個地層流體樣品。所述採樣設備在穿過這種接合方向上產生一個壓力差以使地層流體流入到所述採樣設備內的一個或多個樣品腔室中。這個方法和類似的方法披露在美國專利No.4,860,581；No.4,936,139(都受讓給Schlumberger)；No.5,303,775；No.5,377,755(都受讓給WesternAtlas)；和No.5,934,374(受讓給Halliburton)中。
在「樣品模塊」內設置至少一個(通常為多個)這樣的樣品腔室、相關聯的閥和流體管路連接部件的重要性是已知的，並且在Schlumberger的MDT設備中具有特定的優點。近年來，Schlumberger具有幾種類型的這種樣品模塊和樣品腔室，每一種都在特定的環境下提供了優勢。但是，沒有一種這樣的樣品模塊/腔室的結合具有下列所有的特性使一種充填氣體作用在所收集的樣品上以更好地控制樣品壓力；可在高達25000磅/平方英寸的內部壓力下加熱到高達400°F的溫度以促使樣品流體成分回復成溶液；其容積能夠保證從井位直接輸送到實驗室而無需轉移所收集的樣品；以及可用作一個儲放容器。也並不得知在採樣過程中使死角容積最小化以減少所述樣品被一種預先充填的流體(諸如水)汙染的樣品模塊/腔室。
為了克服上述缺點，本發明的一個主要目的在於，提供一種能夠將一種高質量地層流體樣品帶到地面進行分析的設備和方法。
本發明的另一個目的在於，提供一種能夠在地面處在高達25000磅/平方英寸的內部壓力下可被安全加熱到至少400°F溫度的樣品腔室。
本發明的另一個目的在於，提供一種樣品腔室，所述樣品腔室可被加壓以使一個樣品保持在「單相」狀態，即，當所述樣品冷卻時必須保持一定的壓力以使諸如氣體和瀝青烯的樣品成分保持溶液狀態，所述諸如氣體和瀝青烯的樣品成分在由於樣品混合物的冷卻而導致的壓力降低過程中通常會從混合物中分離出來。對於當樣品冷卻時通過保持壓力而不能處於溶液狀態的成分諸如石蠟可利用在地面為所述腔室提供熱量來使其重新結合。本發明的另一個目的在於，提供一種能夠保證輸送的樣品腔室，以便如果需要的話，可直接將所述樣品輸送到實驗室用於分析而無需在井位處從樣品腔室中轉移樣品。
本發明的另一個目的在於，提供一種樣品腔室，所述樣品腔室適於用作一種儲存容器，即，所述樣品成分不會通過含有樣品腔室內樣品的密封件洩露。
本發明的另一個目的在於，提供一種樣品腔室，所述樣品腔室的容積適於標準的PVT採樣，但不會太大以致在需要時不能被輸送到一個單獨的可輸送的樣品瓶中，大多數樣品腔室的容積為600毫升或更小。
本發明的另一個目的在於，提供一種獨立的確認樣品腔室，所述確認樣品腔室的容積大大小於所述樣品腔室，但是在加熱方面更安全並且更易於使分離的樣品成分在地面重新結合以便在井位處確認所述樣品的質量。
上述目的以及其它各個目的和優點是通過一個用於一井下設備中的樣品模塊來達到的，所述井下設備用於從由一個井眼所穿透的地下巖層獲取流體。所述樣品模塊包括一個由所述模塊所附帶的樣品腔室以及一個由所述模塊所附帶的確認腔室(validation chamber)，所述樣品腔室用於收集利用所述井下設備從地層所獲取的流體樣品，所述確認腔室用於收集一個大大小於所述樣品腔室的地層流體樣品。所述確認腔室可在不防礙所述樣品腔室的情況下在地面從所述樣品模塊上取下。
所述樣品腔室和確認腔室是以一種並聯或串聯的方式與所述井下設備中的一個樣品流體管路相連通以使所述腔室可根據需要同時或順序地被流體充填。
當所述樣品模塊隨著所述井下設備從井眼中被抽出時，所述樣品腔室最好能夠使儲放在其中的樣品保持在一種單相狀態下。這裡所用的「單相」一詞指的是，一個腔室內的樣品壓力被保持或控制到這樣一個程度，即，僅利用壓力使諸如氣體和瀝青烯的樣品成分保持溶液狀態，所述諸如氣體和瀝青烯的樣品成分在由於從井眼中抽出而產生的樣品混合物的冷卻通常會致使該樣品成分從混合物中分離出來。所述樣品可在地面處被再次加熱以使由於冷卻而從溶液中分離出來的樣品成分(諸如石蠟)重新結合。或者，當所述樣品模塊從井眼中被抽出時，所述確認腔室能夠使儲放在其中的流體樣品保持在一種單相狀態下。
在收集樣品和將所述樣品模塊從井眼中抽出後，所述樣品腔室在地面最好能夠安全地經受加熱，並且能夠被加熱到促使所述腔室內的在抽取過程中由於冷卻而被分離的樣品成分重新結合所需的溫度。
所述樣品腔室最好被牢固地安裝以保證輸送。
希望所述樣品腔室適於在基本上不使收集在其中的樣品降解的情況下使樣品儲放一段不確定的時間。達到這個目的的一種解決方案是所述樣品腔室包括金屬對金屬的密封件，其中的金屬對金屬的密封件可作為用於使收集在所述腔室中的樣品被隔離的最終截止密封件。
另一方面，本發明提供一種用於一個井下設備中的改進的樣品腔室，所述井下設備用於從由一個井眼所穿透的地下巖層獲取流體。所述改進的樣品腔室包括，一個基本上為圓筒形的主體，所述腔室主體能夠在通過井下設備收集地層流體樣品和將所述樣品腔室從鑽井中抽出後在地面安全地經受加熱，並且能夠被加熱到促使所述腔室內的樣品成分重新結合所需的溫度。另外，所述主體被牢固地安裝以保證輸送。至少一個可滑動的浮動活塞位於所述主體內，所述浮動活塞能夠限定一個流體收集腔和一個加壓腔，所述加壓腔可被加載以控制收集在所述收集腔中的樣品壓力。可設置另一個這樣的活塞以形成第三個腔，在樣品收集過程中可利用其中的一種緩衝流體。金屬對金屬的密封件用作一個使收集在所述主體收集腔中的樣品被隔離的最終截止密封件。
另一方面，本發明提供一種用於從由一個井眼所穿透的地下巖層獲取流體的設備。所述設備包括一個探頭組件，當所述設備位於所述井眼內時用於在所述設備和地層之間建立流通關係；以及一個用於將流體從地層抽到所述設備中的泵組件。設置一個樣品腔室以收集由所述泵組件從地層抽取的地層流體的一個樣品，以及設置一個確認腔室以收集一個明顯小於樣品腔室的地層流體樣品。所述確認腔室可在不防礙所述樣品腔室或其中物質的情況下在地面處從所述設備上取下。
當所述井下設備從井眼中被抽出時，最好使儲放在所述樣品腔室中的樣品保持在一種單相狀態下。在這個方面，所述樣品腔室可包括至少一個位於其中的可滑動的浮動活塞，所述浮動活塞限定了一個流體收集腔和一個加壓腔。在所述設備中的一個流體管路在所述探頭組件、泵組件以及所述樣品腔室的流體收集腔之間建立一個相互流通的關係。所述設備中的一個加壓系統為所述加壓腔加載以利用所述浮動活塞控制收集在所述收集腔內的樣品壓力。所述加壓系統最好包括一個與所述樣品腔室的加壓腔相連通的閥，所述閥可在使所述加壓腔與一個流體源斷開和流通的位置之間移動，該流體源的壓力高於輸送到所述收集腔中的地層流體的壓力。
所述加壓系統可在從地層收集所述樣品的過程中或在將所述設備從井眼返回地面的過程中或者在這兩個過程中控制收集在所述收集腔中的樣品壓力。為了使所述加壓系統可在從地層收集所述樣品的過程中控制收集在所述收集腔中的樣品壓力，壓力高於所收集樣品流體壓力的流體源可以是鑽井流體。為了使所述加壓系統在將所述設備從井眼返回地面的過程中控制收集在所述收集腔中的樣品壓力，壓力高於所收集樣品流體壓力的流體源可以是一個所述設備所附帶的惰性氣體源，諸如氮氣。
所述設備可是一種利用鋼絲繩輸送的地層測試設備，但也不必受此限制。
另一方面，本發明提供了一種用於從由一個井眼所穿透的地下巖層獲取流體的方法，所述方法包括將一個設備置於所述鑽井內、在所述設備和地層之間建立流通關係以及使地層中的流體移動到所述設備中的步驟。移動到所述設備中的地層流體的一個樣品被輸送到一個用於將所述樣品收集在其中的樣品腔室內，並且移動到所述設備中的地層流體的一個明顯較小的樣品被輸送到一個用於將所述明顯較小的樣品收集在其中的確認腔室內。在將所述設備從井眼中抽出以取出所收集的樣品後，所述很小的樣品可被檢驗並且與儲放在所述樣品腔室中的樣品無關。
下面將參照附圖對本發明的優選實施例進行詳細地描述，從中可以容易地理解本發明的上述特徵、優點和目的。
但是，應該注意的是，這些附圖僅是用於描述本發明的實施例，因此不是對本發明保護範圍的限定，本發明允許其它效果等同的實施例。
在附圖中

圖1和圖2示出了現有技術所涉及的地層測試設備和其各個模塊部件；圖3示出了本發明所涉及的用於一個地層測試設備中的樣品模塊；圖3A是本發明所涉及的一個樣品腔室的截面圖；圖4示出了本發明所涉及的一個樣品腔室中所包含的一個基本氣體充填系統；圖5A和圖5B示出了本發明所涉及的一個樣品模塊中所包含的另兩種氣體充填系統；圖6A-圖6C是樣品腔室/樣品模塊結構的各種實施例的截面圖；圖7示出了本發明所涉及的一個樣品腔室中用於充填一種緩衝流體的裝置；圖8示出了死角容積(dead volume)的概念，希望使其最小化；圖9A和圖9B示出了本發明所涉及的以順序的方式充填一個樣品腔室和確認腔室的兩種結構；圖10A和圖10B示出了本發明所涉及的同時充填一個樣品腔室和確認腔室的兩種結構；圖11A至圖11C示出了本發明所涉及的利用流經確認腔室的地層流體以順序的方式充填一個樣品腔室和確認腔室的三種結構；圖12示出了本發明所涉及的與一個確認腔室進行同時充填的多個樣品腔室；
圖13A-圖13D示出了下列步驟，這些步驟包括充填一個樣品腔室，關閉所述樣品腔室，利用一個單獨的氣體充填腔室從所述樣品腔室中將一部分樣品抽到所述確認腔室，以及關閉樣品腔室和確認腔室。
圖14A-圖14D示出了下列步驟，這些步驟包括利用一個樣品模塊流體管路衝洗地層流體，同時將地層流體的樣品收集在所述樣品模塊的一個樣品腔室和確認腔室中，封閉所收集的樣品並利用所述兩個腔室中的一種緩衝流體為它們充填氣體，以及在將所述樣品模塊抽出到地面的過程中保持所收集的樣品壓力；圖15示出了一個帶有一個氣體充填腔室的樣品模塊，其中為樣品腔室和確認腔室中的緩衝流體進行的加壓不取決於所述樣品模塊中的流體管路。
首先參見現有技術的圖1和圖2，其中示出了一種本發明待改進的優選設備。圖1和圖2的設備A最好是模塊式結構，但也可採用一種整體式設備。所述設備A是一個井下設備，可利用一個鋼絲繩(未示出)將該設備放入到井眼(未示出)中以進行地層性能測試。為了清楚起見，圖中未示出與所述設備相連的鋼絲繩、電源以及相關的電子通信設備。輸電線和通信線貫穿所述設備的整個長度，由附圖標記8表示。這些電源和通信部件對於本領域普通技術人員是已知的並且過去已應用於商業中。這種類型的控制裝置通常安裝在所述設備的最上端並靠近與所述設備相連的鋼絲繩連接件，所述控制裝置具有貫穿所述設備與各個部件相連的電線。
如圖1中所示，所述設備A具有一個液壓模塊C、一個封隔器模塊P和一個探頭模塊E。所示的探頭模塊E具有一個探頭組件10，所述探頭組件10可用於滲透性試驗或流體採樣。當按照已有技術使用該設備確定各向異性滲透率和立式儲油構造時，如圖1中所示，可在所述探頭模塊E上附加一個多探頭模塊F。多探頭模塊F具有水平探頭組件12和沉降探頭(sink probe)組件14。
所述液壓模塊C包括泵16、儲液器18和用於控制所述泵操作的馬達20。低壓油開關(low oil switch)22也構成了所述控制系統的一部分並用於調節泵16的操作。應該注意的是，可利用氣動或液壓裝置控制所述泵的操作。
液壓流體管路24與所述泵16的排出口相連並且貫穿所述液壓模塊C進入到用作一個液壓源的相鄰模塊中。在圖1所示的實施例中，液壓流體管路24穿過液壓模塊C並經過探頭模塊E和/或F(取決於所用的結構)進入到封隔器模塊P中。利用液壓流體回流管路26使所述液壓迴路閉合，在圖1中，所述液壓流體回流管路26從探頭模塊E延伸回到液壓模塊C並終止於所述液壓模塊C中的儲液器18處。
從圖2中可以看出，可利用所述泵出模塊M將流體經過流體管路54泵入所述井眼中以排出多餘的樣品，或者可利用所述泵出模塊M將流體從所述井眼泵入到流體管路54中以使跨式封隔器28和30膨脹。另外，可利用所述泵出模塊M將地層流體從所述井眼中抽出並使之經過探頭模塊E或F，接著將所述地層流體泵入到樣品腔室模塊S中以與其中的一種緩衝流體接觸。下面將對這個過程進行進一步描述。
利用來自泵91的液壓流體進行驅動的雙向活塞泵92可用於從流體管路54抽出流體並通過流體管路95排出多餘的樣品或者用於將流體從所述井眼(經過流體管路95)泵送到流體管路54。所述泵出模塊M具有必要的控制裝置以調節泵92並使流體管路54和流體管路95對齊，從而完成所述泵出過程。應該注意的是，在這裡，所述泵92可用於將樣品泵入到一個或多個樣品腔室模塊S中，並按照需要為所述樣品加壓，利用泵出模塊M將樣品從所述一個或多個樣品腔室模塊S泵出。如果需要的話，泵出模塊M還可用於完成恆壓噴射或以恆定流量噴射。如果具有足夠的動力，所述泵出模塊可以足夠大的流量噴射流體以便能夠形成用於地層應力測量的微裂縫。
或者，可利用來自泵16的液壓流體使如圖1中所示的跨式封隔器28和30膨脹和收縮。可以看出，以可選擇的方式驅動所述用於驅動泵92的泵出模塊M與以可選擇的方式操作控制閥96及膨脹和收縮閥I相結合能夠以可選擇的方式使封隔器28和30膨脹或收縮。封隔器28和30安裝在所述設備A的外周邊32，並且最好是由一種與井下流體和井下溫度相容的彈性材料製成。封隔器28和30中具有一個腔。當泵92在工作並且膨脹閥I設置適當時，從流體管路54流出的流體經過膨脹/收縮裝置I和流體管路38流入到封隔器28和30。
如圖1中所示，所述探頭模塊E具有探頭組件10，所述探頭組件10可相對於所述設備A以可選擇的方式移動。探頭組件10的移動是由探頭驅動器40的操作啟動的，所述探頭驅動器40可使液壓流體管路24和26與流體管路42和44對齊。探頭46安裝在一個框架48上，所述框架48相對於所述設備A是可移動的，所述探頭46相對於框架48是可移動的。這些相對移動是由控制器40啟動的，通過以可選擇的方式將流體從流體管路24和26引入到流體管路42和44中使所述框架48開始向外移動並與井壁(未示出)接觸。在使用過程中，框架48的延伸有助於使所述設備穩定以及使探頭46與鑽井鄰接。由於一個目的是獲得地層中壓力的精確讀數，所述壓力反映在探頭46處，因此希望使探頭46進一步插入到所形成的泥餅中並與地層接觸。這樣，探頭46相對於框架48的移動使液壓流體管路24和流體管路44對齊，從而使探頭46相對移動到地層中。探頭12和14的操作與探頭10類似，這裡就不再分開描述。
在封隔器28和30膨脹和/或設置探頭46和/或探頭12和14以後，可開始進行地層的開採試驗。樣品流體管路54從探頭模塊E的探頭46經過相鄰模塊向下延伸到所述外周邊32的處在封隔器28和30之間的一個位置處、並進入樣品模塊S中。這樣，立式探頭46和沉降探頭12和14使地層流體根據所需結構經過電阻率測量單元56、壓力測量裝置58和預測試結構59中的一個或多個而進入到樣品流體管路54中。當使用模塊E或多個模塊E和F時，隔離閥62安裝在電阻率傳感器56的下遊。在關閉位置，隔離閥62限制內部流體管路的容量，提高由壓力計58所完成的動態測量的精度。在進行了初始壓力試驗後，可打開隔離閥62以使流體流到其它模塊。
當得到了初始樣品時，初始獲得的地層流體通常夾雜有泥餅和過濾液。需要在收集一個或多個樣品之前從樣品液流中去除這種雜質。因此，所述泵出模塊M用於在設備A中對通過跨式封隔器28、30的輸入口64或立式探頭46或沉降探頭12或14進入到流體管路54的地層流體樣品進行淨化。
流體分析模塊D包括光學流體分析器99，所述光學流體分析器99特別適用於顯示流體管路54中的流體的位置，所述流體分析模塊D適於收集一個高質量樣品。光學流體分析器99能夠識別各種油、氣體和水。都受讓於Schlumberger的美國專利No.4,994,671；No.5,166,747；No.5,939,717；和No.5,956,132以及其它已知的專利詳細地描述了分析器99，這裡不再重複，這些文獻都作為本發明的參考。
當將設備A中的雜質衝淨時，地層流體可連續地流經樣品流體管路54，所述樣品流體管路54貫通相鄰的模塊，諸如精確壓力模塊B、流體分析模塊D、泵出模塊M(圖2)、流動控制模塊N以及可連接的任意數量的樣品腔室模塊S。本領域普通技術人員可認識到，利用一個沿著各個模塊長度的樣品流體管路54，無需增大所述設備的總直徑即可將多個樣品腔室模塊S堆疊在一起。或者，如下面將描述的，一個單獨的樣品模塊S可裝有多個小直徑樣品腔室，例如可並排設置這樣的腔室並且使這些腔室相對於所述樣品模塊的軸線是等距的(見圖6C)。因此，所述設備在被拉到地面之前可取到更多的樣品並且可用於較小的井中。
參見圖1和圖2，流動控制模塊N包括一個流動傳感器66、一個流動控制器68和一個可選擇調節的限制裝置(諸如一個閥70)。利用上述設備與儲液器72、73和74結合能夠以一定的流量獲得一個預定樣品體積。利用活塞71以及使儲液器73的直徑小於儲液器74的直徑來使儲液器74的壓力保持在大約1/3井眼壓力。這是鑽井流體用作一種緩衝流體以控制流體管路54中的流體壓力以及所獲取樣品壓力的一個示例。
接著，可利用樣品腔室模塊S收集通過流體管路54輸送的一個流體樣品，其中，利用來自由流動控制模塊N所調節的活塞非採樣側的緩衝流體來控制所述活塞運動，這種方式對於流體採樣是有利的但不是必需的。參見圖2中的上部樣品腔室模塊S，打開一個閥80並使閥62、62A和62B保持關閉狀態，這樣就將流體管路54中的地層流體引入到樣品腔室模塊S的腔室84中的樣品收集腔84C中，接著關閉閥80以使樣品被隔離。然後，所述設備可移動到各個位置並重複上述過程。所取到的其它樣品可被儲放在任意數量的其它樣品腔室模塊S中，所述任意數量的其它樣品腔室模塊S可利用對閥的適當調節而被連接在一起。例如，圖2中示出了兩個樣品腔室S。在利用截止閥80的操作而使上部腔室被流體充填以後，通過打開與腔室90的樣品收集腔90C相連的截止閥88而使下一個樣品被儲放在最下部的樣品腔室模塊S中。應該注意的是，每一個樣品腔室模塊都具有自己的控制組件，如圖2中的附圖標記100和94所示。在特定的所述設備結構中使用任意數量的樣品腔室模塊S或不使用樣品腔室模塊，這取決於所要進行的測試性質。另外，樣品模塊S可以是一種多樣品模塊，如上述和下面將描述的，所述多樣品模塊具有多個樣品腔室。
還應該注意的是，呈全壓力井眼流體形式的緩衝流體可被施加到腔室80和90中的活塞背面以便進一步控制被輸送到樣品模塊S處的地層流體的壓力。為此，打開閥81和83，並且必須使泵出模塊M的泵92對流體管路54中的流體施加的泵送壓力超過井眼壓力。可以發現，這種操作方式可阻抑或減小在壓降試井(drawdown)過程中所經受的壓力脈衝或壓力「衝擊」。對於從疏鬆地層獲得流體樣品，採用這種低衝擊採樣方法是特別有利的。
人們已知，設備A所採用的各種結構取決於所需完成的目的。對於基本採樣，液壓模塊C可與電源模塊L、探頭模塊E和多個樣品腔室模塊S結合使用。對於儲層壓力的確定，液壓模塊C可與電源模塊L、探頭模塊E和精確壓力模塊B結合使用。對於在儲層環境下的未受汙染的採樣，液壓模塊C可與電源模塊L、探頭模塊E、流體分析模塊D、泵出模塊M和多個樣品腔室模塊S結合使用。對於一個模擬鑽杆測試(DST)試驗，電源模塊L可與封隔器模塊P、精確壓力模塊B和樣品腔室模塊S結合使用。也可採用其它結構並且這些結構的採用也取決於所述設備所需完成的目的。所述設備可是整體式結構和模塊式結構，但是對於不需要具有所有特性的使用者來說，模塊式結構具有更大的適應性和較低的成本。
如上所述，樣品流體管路54還貫通一個精確壓力模塊B。模塊B的精確壓力計98最好近可能地靠近探頭12、14或46安裝以縮短內部流體管路的長度，這是因為流體的可壓縮性可能會影響壓力測量的響應性。為了使壓力相對於時間的測量更精確，精確壓力計98應比應變儀58更敏感。精確壓力計98最好是一種石英壓力計，石英壓力計可通過一種石英晶體的與溫度和壓力相關的頻率特性進行壓力測量，人們已知，石英壓力計的測量精度高於應變儀的單一應變測量精度。還可通過為控制機構裝上適當的閥以交叉的方式操作精確壓力計98和應變儀58，從而可使它們在承受不同壓力時發揮不同的敏感性和性能。
設備A的單個模塊應該能夠快速地連接在一起。最好利用凸/凹式連接件取代在這些模塊之間的平齊式連接件，以避開通常在井下環境中可能聚集雜質的部位。
在樣品收集過程中的流動控制允許使用不同的流速。流動控制對於近可能快地獲取有意義的地層流體樣品是有用的，這樣可在高滲透率的情況下減小由於泥漿滲入到地層中而粘住鋼絲繩和/或所述設備的可能性。在低滲透率的情況下，流動控制非常有助於防止在壓力低於起泡點或瀝青烯沉澱點(asphaltene ptecipitation point)的情況下抽出地層流體樣品。
特別地，上述「低衝擊採樣」方法能夠使地層流體中的壓降在壓降試井過程中降至最小，從而使得對地層的」衝擊「達到最小。在所能夠達到最小壓降的情況下採樣還可提高使地層流體壓力保持在瀝青烯沉澱點以上和起泡點以上的可能性。在一個能夠達到使所述壓降最小的目的的方法中，樣品腔室保持在上述井眼流體靜壓力處，並且通過監測經過應變儀58的所述設備的輸入流體管路壓力且調整經過泵92和/或流動控制模塊N的地層流體流速來控制原生流體抽入到所述設備中的速度以便僅使能從地層中形成流體流動的所監測壓力中的壓降達到最小。這樣，通過調整地層流體流速使所述壓降達到最小。
現參見圖3，圖3以適用於諸如上述地層測試設備A的一個井下設備中的樣品模塊SM的形式示出了本發明的一個方面。應該注意的是，儘管利用鋼絲繩輸送的設備是目前優選使用的，但是本發明是用於井下設備中而不是用於一個利用鋼絲繩輸送的地層測試設備中、諸如用於鑽杆和撓形油管中。樣品模塊SM包括樣品腔室110，所述樣品腔室110用於收集一個經過根據以上設備和方法所述的井下設備所獲得的地層流體的滿容量PVT樣品。
從圖3A中更詳細示出的樣品腔室110是對現有技術中的樣品腔室進行的改進，它包括一個基本上為圓筒形的合金鋼主體110b，所述合金鋼主體110b能夠安全地承受當將所述樣品腔室從鑽井中抽出後在地面處對所述樣品腔室再次加熱到促使所述腔室內的樣品成分重新結合所需的溫度。這樣的溫度通常不高於150°F，但是在一些情況下可高達400°F，諸如當從非常深的井中獲取樣品時。地面再加熱通常是利用將加熱帶施加到所述樣品腔室的外部或將所述腔室浸入到一個溫度控制容器或池中來完成的。在這樣的加熱過程中，通過使一個壓力計與設置在所述樣品腔室中的一個密封埠相連來監測壓力。能夠使所述樣品腔室安全地承受這種溫度的主要方法是為所述腔室主體安裝一個用於使收集在所述腔室中的樣品與所述腔室隔離開的金屬對金屬的密封件110s，並且為諸如一個安全閥或與樣品流體或緩衝流體相連的連接器設置一個用於排出當在地面對所述樣品腔室再次加熱時所述腔室主體內可能升高的過大壓力的壓力控制裝置。
另外，所述樣品腔室主體110b應該被牢固地安裝以保證輸送。實質上，這要求所述樣品容積被限制在600毫升並且在所述腔室主體內存在最少為百分之十的氣頂以便在所述腔室主體受到撞擊的情況下防止收集在其中的碳氫化合物成分潛在揮發。下面將對充填氣頂的用途進行描述。
另外，人們希望樣品腔室110能夠在基本上不使收集在其中的樣品降解的情況下使樣品儲放一段不確定的時間。達到這種目的的一種解決方案是使樣品腔室中所包括的金屬對金屬的密封件110s作為上述在所述樣品腔室中所收集樣品的最終截止密封件。這樣，對於樣品腔室110，採用金屬對金屬的密封件代替彈性密封件能夠提供一些優點。
參見圖3A，樣品模塊SM還包括確認腔室112，所述確認腔室112實質上是一個較小的樣品腔室110，所述確認腔室112用於收集顯著小於較大的滿容積樣品腔室的地層流體樣品。對於這方面，收集在樣品腔室110中的樣品容積在500至600毫升左右，而在確認腔室112中的樣品容積最好在50至60毫升左右，因此，所述確認腔室的重量大大地被降低並且與樣品腔室相比，對其在井位處的再次加熱也是更安全的。所述確認腔室的另一個特別的優點是可在不防礙樣品腔室的情況下在地面將所述確認腔室從樣品模塊上拆下，特別是在不防礙收集在樣品腔室中的樣品的情況下。所述確認腔室還可被加熱以促使在從井眼抽取過程中可能被分離的樣品流體成分的重新結合，但是由於所述確認腔室中的樣品將在井位處被檢驗以確認收集在樣品腔室110中的滿容積樣品，因此所述確認腔室是不可輸送的。
可順序地或同時隨著所述較大的「PVT」樣品一起從井眼中獲取較小的確認樣品，也可從所述滿容積樣品排出並以分離的方式從所述滿容積樣品中獲取所述較小的確認樣品。但是，重要的是，在獲取PVT樣品的同時獲取所述確認樣品可使兩種樣品之間的差異最小化。與比較大的滿容積PVT樣品相比，所述確認樣品在再次加熱方面除了更安全和容易以外，還更易於促使其成分通過地面上的這種加熱而重新結合。通常，在地面處的確認無需一個完全的PVT分析，這主要是因為發現存在雜質。由於這個原因，所述確認樣品可維持在單相下(另一方面，意味著壓力補償)或不維持在單相下。
本領域普通技術人員會認識到，樣品模塊SM可與井下設備(諸如地層測試設備A)結合以提高這種設備的流體採樣能力。在這個方面，本發明提出了一種與改進樣品模塊SM相結合的用於獲得可靠且高質量的地層流體樣品的改進的井下設備，該設備包括一個用於在該設備和地下巖層之間建立流通關係的探頭組件(例如，上述探頭模塊E、F)和一個用於將流體從地層抽到所述設備中的泵組件(例如，上述泵出模塊M)。
存在幾種不同的用於獲得一種高質量(PVT)樣品和一個確認樣品的方法。最重要的是從獲取樣品(至少所述PVT樣品)到分析樣品的時間內保持一個單相樣品。這最好通過為所述樣品充填一種惰性氣體來達到，在從井眼抽出所述樣品腔室的過程中，當樣品溫度下降時，所述惰性氣體由於其特性會損失很小的壓力。充氣系統可包含在所述樣品腔室本身中或可包含在樣品模塊中，最好將氮氣用作充填氣體。
圖4和圖5示出了兩種充氣方法。圖中示出了在一個所收集的樣品的背部上維持一個氣頂的概念以使由於樣品冷卻而導致的壓力降低最小化並且增大保持一種「單相」樣品的可能性。除了有利於樣品成分在加熱條件下重新結合以外，在需要轉移樣品的情況下，一種單相樣品可使樣品轉移對於樣品完整性而言是更可靠的。為一種所收集的流體樣品充填氣體的概念是已知的並且在受讓給0i1Phase SamplingServices(Schlumberger的一個部門)的美國專利No.5,337,822中被詳細描述，這篇專利的內容在這裡作為參考。
圖4示出了在樣品腔室110內充氣的用途。預先通過樣品腔室110中的一個埠(未示出)將充填氣體引入到加壓腔120中並利用活塞121為腔122中的一種緩衝流體加壓。腔122中的緩衝流體接著通過活塞123為收集腔124中的樣品加壓。在這個實施例中，在一個井下設備的樣品腔室110進入到井眼中之前根據所預料的井下環境使充填氣體達到一個設定壓力。樣品腔室110還可包括阻擋機構(未示出，但是下面在圖14A-14D中示出)，當樣品腔室關閉後，所述阻擋機構可使腔120中的充填氣體移動活塞121或者使腔122中的緩衝流體移動活塞123。或者，在獲取所述樣品之後，利用充填氣體壓力來控制收集腔124中的樣品流體壓力。活塞123包括彈性密封件(圖3A中的附圖標記110e)，但是由於緩衝流體和所收集的樣品處於相同的壓力下，因此在穿過所述彈性密封件的方向上不存在由於壓力作用而導致的氣體移動。
充氣結構可以幾種不同的方式重新調整，圖5A和圖5B中示出了其中兩種。在這些圖中，充填氣體處於樣品模塊SM(未示出)中，所述樣品模塊SM內帶有樣品腔室110。用於釋放充填氣體的控制機構也在所述樣品模塊中並且當樣品腔室的樣品部分在一個或多個截止閥的作用下被關閉時啟動所述控制機構。這些結構適用於一種較小且不複雜的樣品腔室110，這是因為氣體控制機構位於所述腔室的外側。圖5A中示出了將腔120中的充填氣體與腔122中的緩衝流體分隔開的活塞121以及將腔122中的緩衝流體與收集腔124中的地層流體分隔開的活塞123。圖5B示出了另一種結構，其中氮氣N被直接充填到所述加壓腔中，因此充填氣體與緩衝流體B混合在一起以便按照需要為腔124中的樣品流體加載。
還有其它用於在一個樣品上保持壓力的方法，例如一種通過一個能夠檢測腔124壓力的壓力計(未示出)來檢測壓力並進行動作以使所述壓力保持在一個設定限度之上的電動機械系統。這樣的方法都在本發明的保護範圍內，這裡不再進一步描述。
為了使線路和流體管路貫穿所述樣品模塊，在樣品腔室中加入了特定的設計。有兩種設計所述樣品模塊的基本方法。一個模塊，稱之為SMb，被認為是一種獨木舟類型的模塊，另一個模塊SMa，被認為是一種環形模塊。所述兩種基本概念分別在圖6A和圖6B中示出，圖6C中示出了具有多個樣品腔室的獨木舟類型的變型模塊SMc的概念。
獨木舟類型的模塊SMb裝有一個用於接收細長圓筒形樣品腔室110b的U形通道，並且使樣品腔室110b在設計上更簡單(實質上是一個管狀壓力容器)，使所述樣品腔室成為一個性價比更高的輸送和儲放容器。但是，這種獨木舟類型的模塊由於需要布置如圖6B中所示的電源/控制/通信線路通道154b和流體管路54b而形成了一種更為複雜的載體。
另一方面，所述環形模塊SMa使線路通道154a和流體管路54a的布置簡化，但是使如在圖6A中所示的以管套管方式設計的樣品腔室110a複雜化。在這個實施例中，樣品流體收集在環形腔124a中。
圖6C示出了一種獨木舟類型樣品模塊的變型，可使多個樣品腔室110在各自的U形通道的區域內。另外，這種獨木舟類型的模塊由於需要布置線路通道和流體管路(都未示出)而形成了一種更為複雜的載體，但是使樣品腔室更簡單並且可使樣品腔室從樣品模塊中拆下。
如上所述，樣品腔室110必須是可輸送的，即，它必須符合諸如theU.S.Department of Transportation和Transport Canada的運輸管理代理處的設計要求，以及符合管轄使用所述設備的地區的其它部門的設計要求。所述樣品腔室還可被設計成一種可以接收的儲放容器。為了達到這些目的，當所述設備到達地面時在一個操作者封閉所述樣品腔室後不採用彈性密封件來保持樣品壓力。這樣，本發明需要取消用於保持加壓樣品的彈性密封件或使它們的數量達到最少。在獲取樣品後在井下或地面啟動的最終截止密封件應該都是金屬對金屬的，以使氣體不能穿過密封件移動，從而不會破壞實際的樣品成分。儘管例如通過使樣品與緩衝流體接觸可使彈性密封件保持壓力平衡，但是由於彈性密封件不適於長加熱/加壓周期，因此使彈性密封件最少化還能使對所述容器的加熱更安全。
除了可被輸送和可儲放以外，樣品腔室110還必須可被加熱到以符合儲放條件，並且設計安全性因素必須能夠使所述容器在高達25000磅/平方英寸的壓力下被加熱到高達400°F的溫度。如果需要的話，可安裝一個壓力安全系統(例如，圖9B中所示的安全閥)以減輕一個壓力過大的腔室潛在的危險。用於這樣一個系統的優選方法是監測所述樣品腔室內的壓力並能夠利用所述樣品腔室上的一個連接件以人工的方式排出流體壓力。
所述樣品腔室還使得能在一個恰恰低於儲層壓力的最小壓降下獲取一個地層流體樣品，接著提高壓力以使壓力處在儲層壓力或高於儲層壓力，在一些情況下，使之大大高於儲層壓力，甚至高於井眼壓力。在要求壓力高於井眼壓力的情況下，如上面根據地層測試設備A所描述的內容，需要使一種處在儲層壓力或高於儲層壓力的緩衝流體與需要被泵送的樣品接觸。所述樣品腔室還可使所述緩衝流體與一個能夠控制流體流動的裝置連通以使獲取樣品的流速可被控制，因此使緩衝流體必須流回到流體管路中。
圖7示出了樣品模塊SM和樣品腔室110，所述樣品腔室110的腔122中具有一種緩衝流體，利用活塞123使腔124中所收集的樣品與所述緩衝流體保持壓力連通以使所述樣品上的壓力降達到最小。這可通過下列方式來達到，即，使緩衝流體與井眼液體靜壓力相連通(低衝擊採樣)、將緩衝流體送至一個由樣品模塊SM所帶有的常規流動調節器或將所述流通送至流體管路並利用一個與上述用於設備A的類似模塊N的流動控制模塊進行調節。
「死角容積」指的是當獲取樣品時不能被抽出的在流體管路和樣品腔室內所包含的流體或氣體的容積。換言之，在樣品收集過程中留在樣品中的多餘的容積。因此，死角容積中的流體或氣體混合在樣品流體中並汙染所述樣品。在所述的設計中，存在一些死角容積是不可避免的，但是希望使這些死角容積最小化以保證一個PVT質量的樣品。
本發明的樣品模塊和樣品腔室還可使「死角容積」最小化並當所述樣品腔室被封閉時防止氣體損失。死角容積的流體通常包括空氣以及諸如水的其它流體，所述諸如水的其它流體通常用於預先充填樣品模塊SM中的流體管路。死角容積的最小化主要通過限制在隔離閱和樣品腔室和確認腔室之間的流體管路長度以及使這些腔室之間的流體管路長度最小化來實現的。圖8示出了由在截止閥130和132之間的流體管路長度所限制的死角容積流體的跨度，在本發明中，使在截止閥130和132之間的流體管路長度最小化可避免樣品被汙染。下面將示出使死角容積最小化的各種實施例。
當採樣時，如果不能在同一區域同時獲取三個PVT質量樣品，通常希望能夠獲取至少兩個。因此，樣品模塊SM應該使多個樣品腔室110在同一採樣深度下被充填。所述樣品模塊最好包括至少兩個用於在每一個採樣點處被地層流體充填的PVT樣品腔室110。這些腔室可被順序地(一個接著另一個)充填或同時充填。它們的入口之間的距離應該到達最小以保證進入每一個腔室的流體的相似性並使死角容積最小化。
圖9至圖12中示出了PVT樣品腔室和確認樣品腔室的幾種可能的結合方式。圖9A和圖9B示出了兩個用於以順序或連續的方式進行充填的樣品腔室110和確認腔室112的排列方式實施例。順序充填指的是一個樣品腔室在另一個樣品腔室之前被充填。
圖9A示出的是，一個輸出口140被設置在樣品活塞123衝程的端部附近以使樣品腔室110的收集腔124在打開輸出口140以利用流體管路54提供流體壓力以及所述樣品開始充填確認腔室112之前被完全充填。
圖9B示出了放置在確認腔室112的緩衝流體輸出管路144中的安全閥142。安全閥142是保持關閉的以防止流體流入到確認樣品收集腔124v中，直至樣品腔室110的腔124中的樣品壓力高於安全閥的安全壓力時安全閥142才打開。這樣可使滿容積樣品腔室110在較小的確認腔室112之前被樣品充填。應該注意的是，在圖9B中的實施例中由於增加了流體管路長度，因此圖9B中的順序充填結構使死角容積大於圖9A中所示的結構，在圖9A中所示的結構中死角容積被最小化。
圖10A和圖10B示出了兩個用於同時充填樣品的樣品腔室110和確認腔室112的實施例。同時充填指的是兩個腔室同時被樣品充填的充填方式。
在圖10A中，通過打開密封閥150和截止閥146和148使流體管路54中的流體充填各自的收集腔124和124v，從而使腔室110和112被同時充填。緩衝流體腔122和122v通向具有基本上相同壓力的緩衝流體或相同的緩衝流體源，從而使腔室110和112基本上同時被充填。
圖10B示出了另一種同時充填的結構，這種結構與圖10A的實施例相比能夠減小死角容積，這是因為流體管路和閥150、146和148的布置比較緊湊。在所示的特定結構中，確認腔室112的取向與圖10A中的取向是顛倒的以使截止閥146和148布置在中部。
實際上，同時充填結構很可能會導致一個腔室在另一個腔室之前被充填，這是由於摩擦力的不同所引起的。因此，這種方法在技術上被認為是順序充填，但是腔室充填的順序與圖9A和圖9B中所示的純粹的順序充填方式是不同的。
大多數樣品腔室設計基於以下幾個原因採用了至少一個活塞，這些原因包括使死角容積最小化，控制樣品上的壓降，易於抽取用於分析的樣品以及簡化設計。圖11A-圖11C中示出了一種樣品模塊的布置，其中確認腔室112中沒有設置活塞。圖11A示出的是，樣品腔室110通過流體管路54與確認腔室112是串聯布置的。截止閥152、148和146都是打開的，調整密封閥150和151以使流體流經確認腔室112和密封閥150，這樣流體不會被導入到樣品腔室110中。
在圖11B中，調整密封閥150將流經確認腔室112的流體引入樣品腔室110的流體收集腔124中。在該圖中，活塞123在樣品腔室110的底部移動到大約為所述腔室內部容積一半的高度，排出腔122中的緩衝流體。
當活塞123在樣品腔室110內向上移動到其最大行程後，調整密封閥152使流體繞過確認腔室112和樣品腔室110被引入到流體管路54中。如圖11C中所示，這種操作具有將收集在腔室112和110內的樣品加以封閉的效果。根據需要，此時也可關閉截止閥152、148和146。
圖12示出了可由一個流體管路54充填多個樣品腔室以便在一個採樣點同時收集多個儲層流體樣品。該結構包括三個滿容積樣品腔室110和一個確認腔室112，所述這些腔室與適合的流體管路和閥並聯。本領域普通技術人員將認識到，這樣一種多個腔室的結構也可串聯在一起。
還可認識到，為了簡化，圖9至圖12中未示出氣體充填的裝置。實際上，儘管所述確認腔室可具有或不具有一個氣體充填系統，但是PVT樣品腔室110應設有一個氣體充填加壓系統以控制所收集樣品的壓力。
圖13A至圖13D示出了下列步驟，這些步驟包括順序充填一個樣品腔室，關閉所述樣品腔室，利用一個單獨的氣體充填腔室從所述樣品腔室中將一部分樣品抽到所述確認腔室，以及關閉樣品腔室和確認腔室。這些圖示出了設置一個用作加壓系統的氣體充填模塊的多種可能採用結構中的一種。這種結構使確認樣品直接從所述滿容積樣品腔室中排出。儘管所示的取向是優選的，但是在這種結構中的腔室可被顛倒以使樣品從頂部進入而不是從底部進入。這些結構示出了一個具有相關聯的流體管路、密封閥和截止閥的用以利用充填加壓氣體(諸如氮氣)來控制所收集樣品壓力的實施例。樣品腔室110裝有一個自關閉機構以減少將樣品腔室與流體管路隔離所需的閥的數量在本領域中是已知技術。也可具有加入多向密封閥以便進一步減少所需閥的數量的設計理念。
在圖13A中，地層流體流經流體管路54並通過密封閥150和截止閥146進入到收集腔124中。此時關閉閥162。在圖13B中，可以看到，通過充分提升活塞123充填樣品腔室110，由於腔122中的緩衝流體不再通過輸出閥156排出，因此在液壓作用下會防止所述提升的活塞進一步移動。此時，關閉輸出閥156並且關閉密封閥150以使流體管路54僅通向流體管路部分54a，使流體收集腔124和124v互連。在圖13C中，打開閥162和158，使流體管路54中的流體壓力充填到氣體充填腔室160的腔164中，迫使腔166中的氣體通過閥158加入到加壓腔120中。這會使活塞121和123向下移動，迫使在收集腔124中的流體通過閥146、150和148加入到確認腔室112的收集腔124v中。接著，在圖13D中，關閉閥162和158，將所收集的樣品封閉在腔室110和112內。根據需要，閥148此時也可被關閉。
圖14A至圖14D示出了布置樣品腔室110、確認腔室112和氣體充填腔室160的另一種結構，其中，樣品腔室110和確認腔室112設置在樣品模塊SM中並且氣體充填腔室設置在氣體充填模塊GM內。在該結構中，兩個腔室110和112是通過一種充填氣體進行壓力控制的並且是同時充填的。應該認識到，這種結構也可被變型為多個滿容積腔室和/或確認樣品腔室在樣品模塊SM內同時被充填的結構。
在圖14A中，泵出模塊M(如上所述)為流體管路54中的地層流體加壓。利用探頭模塊E和/或F從地層中抽取地層流體並且利用輸出閥170開始對經過流體管路54進入到井眼中的地層流體進行衝洗。此時，打開閥176、178和180使存在於腔122和122v中的緩衝流體受到井眼壓力的作用，從而使活塞121和121v移動到它們最上端的位置並抵靠著擋塊174和174v。實際上，井內流體可用作所述緩衝流體。
參見圖14B，在將雜質從流體管路54中的流體中被充分地衝淨後，關閉閥170並且使流體從流體管路54經過密封閥150和截止閥146流入到樣品腔室110的收集腔124中。類似地，同時使流體經過密封閥152和截止閥148流入到確認腔室112的收集腔124v中。為了達到這個目的，泵出模塊M必須克服作用在活塞123和123v上的井眼壓力。這樣，流體管路54中的流體必須以一個高於井眼壓力的壓力被泵送，從而使收集腔124和124v被充填並且迫使活塞123和123v壓靠著各自的擋塊172和172v。這還能排出存在於腔122和122v中的緩衝流體。這也是上述的低衝擊採樣方法。
在圖14C中，通過關閉密封閥150、152和178使所收集的樣品被封閉。打開閥158、159和161使流體管路54中的流體向下推動氣體充填腔室160中的活塞，為腔120和120v充填氮氣。這樣可向下移動活塞121、123、121v和123v以使收集在腔124和124v中的樣品被壓縮。
在圖14D中，當樣品返回地面時由於樣品的冷卻而使樣品被進一步壓縮，如活塞121、123、121v和123v的附加向下移動所示。在抽取樣品之後，以人工的方式關閉閥158、176、146、148、180和161。在一些情況下，在從模塊SM中取出腔室110和112之前還必須關閉閥159。儘管所示的閥159是一個電控密封閥，但是它也可是一個人工控制的截止閥。現在所述樣品腔室位於地面，在將樣品腔室從井眼中抽出的過程中所述腔124和124v中的樣品收縮。加壓腔120和120v中的氣體膨脹以使所收集樣品的壓力保持恆定，使樣品處於「單相」狀態。
圖15示出了另一個帶有一個氣體充填腔室160的樣品模塊SM，其中為相應樣品腔室110和確認腔室112中的緩衝流體122、122v的加壓不取決於所述樣品模塊中的流體管路54。
應該注意的是，所有樣品腔室(即PVT樣品腔室和確認腔室)都具有一個促使流體攪動的機構以利於樣品成分在地面處的重新結合。該機構可以是簡單的實心棒或是在樣品腔室內的不混溶的粘稠液體，當所述粘稠液體被搖動或倒置時，所述液體進入樣品中以促使樣品成分混合。該機構還可以是一個與所述腔室相連的攪拌機構或一種磁性攪拌機構。如果開發一個外部系統使其無需與樣品接觸即可對樣品進行攪動，諸如採用超聲波，也可不採用這種安裝在樣品腔室中的機構。
如上所述，本發明顯然能夠達到前面所述的目的和特徵以及在這裡所披露的設備中固有的其它目的和特徵。
目前的採樣設備不能令人滿意地將一種高質量的儲層樣品帶到地面。這種新的模塊優於目前的模塊。這種模塊可不受輸送設備的限制用於開放式或套管井中。
本領域普通技術人員顯然可以在不超出本發明保護範圍的情況下對本發明進行改進和變型。因此，本發明的實施例僅僅是為了對本發明進行描述而不是對本發明的限制。本發明的保護範圍是由後面的權利要求而不是由上述內容進行限定的，權利要求中所述的內容和權利要求的等同變化都將落入本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種用於一個井下設備中的樣品模塊，所述井下設備用於從由一個井眼所穿透的地下巖層獲取流體，所述樣品模塊包括一個由所述模塊所附帶的樣品腔室，所述樣品腔室用於收集利用所述井下設備從地層所獲取的地層流體樣品；以及一個由所述模塊所附帶的確認腔室，所述確認腔室用於收集一個明顯小於所述樣品腔室的地層流體樣品，所述確認腔室可在不防礙所述樣品腔室的情況下在地面從所述樣品模塊上取下。
2.如權利要求1的樣品模塊，其特徵在於，所述樣品腔室和確認腔室是以一種並聯的流體連通方式與所述井下設備中的一個樣品流體管路相連通以使所述腔室基本上同時被流體充填。
3.如權利要求1的樣品模塊，其特徵在於，所述樣品腔室和確認腔室是以一種串聯的流體連通方式與所述井下設備中的一個樣品流體管路相連通以使所述腔室以順序的方式被流體充填。
4.如權利要求1的樣品模塊，其特徵在於，當所述樣品模塊隨著所述井下設備從井眼中被抽出時，所述樣品腔室能夠將儲放在其中的樣品保持在一種單相狀態下。
5.如權利要求1的樣品模塊，其特徵在於，當所述樣品模塊隨著所述井下設備從井眼中被抽出時，所述樣品腔室和確認腔室能夠將儲放在其中的流體樣品保持在一種單相狀態下。
6.如權利要求1的樣品模塊，其特徵在於，在收集樣品和將所述樣品模塊從井眼中抽出後，所述腔室在地面能夠安全地經受加熱，並且能夠被加熱到促使所述腔室內的樣品成分重新結合所需的溫度。
7.如權利要求6的樣品模塊，其特徵在於，每一個所述腔室包括能夠使收集在所述腔室中的樣品被隔離的金屬對金屬的密封件以及用於排出在加熱過程中所述腔室內所產生的過多壓力的裝置。
8.如權利要求1的樣品模塊，其特徵在於，所述樣品腔室被牢固地安裝以保證輸送。
9.如權利要求8的樣品模塊，其特徵在於，所述樣品腔室包括一個樣品收集腔，所述樣品收集腔的容積不超過600毫升，所述樣品腔室包括用於為收集在所述樣品腔室內的樣品充填一個氣頂的裝置，所述氣頂的體積最少為所述樣品收集腔容積的百分之十。
10.如權利要求1的樣品模塊，其特徵在於，所述樣品腔室適於在基本上不使收集在其中的樣品降解的情況下使樣品儲放一段不確定的時間。
11.如權利要求10的樣品模塊，其特徵在於，所述樣品腔室包括金屬對金屬的密封件，其中的金屬對金屬的密封件可作為用於使收集在所述腔室中的樣品被隔離的最終截止密封件。
12.一種用於一個井下設備中的樣品腔室，所述井下設備用於從由一個井眼所穿透的地下巖層獲取流體，所述樣品腔室包括一個基本上為圓筒形的主體，所述腔室主體能夠在通過井下設備收集地層流體樣品和將所述樣品腔室從井眼中抽出後在地面安全地經受加熱，並且能夠被加熱到促使所述腔室內的樣品成分重新結合所需的溫度，所述主體被牢固地安裝以保證輸送；一個在所述主體內的可滑動的浮動活塞，所述浮動活塞能夠限定一個流體收集腔和一個加壓腔，所述加壓腔可充填一個體積至少為百分之十的氣頂以控制收集在所述收集腔中的樣品壓力；以及金屬對金屬的密封件，其用作一個使收集在所述主體收集腔中的樣品被隔離的最終截止密封件。
13.一種用於從由一個井眼所穿透的地下巖層獲取流體的方法，包括將一個設備設置於所述井眼內；在所述設備和地層之間建立流通關係；使地層中的流體移動到所述設備中；將移動到所述設備中的地層流體的一個樣品輸送到一個用於將所述樣品收集在其中的樣品腔室中；將移動到所述設備中的地層流體的一個明顯較小的樣品輸送到一個用於將所述較小的樣品收集在其中的確認腔室中，所述較小的樣品可被檢驗並且與儲放在所述樣品腔室中的樣品無關；以及將所述設備從井眼中抽出以取出所收集的樣品。
14.如權利要求13的方法，其特徵在於，所述地層流體樣品被基本上同時輸送到所述樣品腔室和確認腔室中。
15.如權利要求13的方法，其特徵在於，所述地層流體樣品被順序地輸送到所述樣品腔室和確認腔室中。
16.如權利要求13的方法，其特徵在於，所述方法還包括當所述井下設備從井眼中被抽出時將儲放在所述樣品腔室中的樣品保持在一種單相狀態下的步驟。
17.如權利要求13的方法，其特徵在於，所述方法還包括當所述井下設備從井眼中被抽出時將儲放在所述樣品腔室和確認腔室中的樣品保持在一種單相狀態下的步驟。
18.如權利要求16的方法，其特徵在於，所述樣品腔室包括一個位於其中的可滑動的浮動活塞，所述浮動活塞限定了一個流體收集腔和一個加壓腔，移動到所述設備中的地層流體樣品被輸送到所述收集腔中，所述方法還包括為所述加壓腔加載以控制輸送到所述收集腔中的樣品壓力的步驟。
19.如權利要求18的方法，其特徵在於，在從地層收集所述樣品的過程中為所述加壓腔加載以控制收集在所述收集腔中的樣品流體的壓力。
20.如權利要求19的方法，其特徵在於，利用井眼流體為所述加壓腔加載。
21.如權利要求18的方法，其特徵在於，在將所述設備從井眼中返回到地面的過程中為所述加壓腔加載以控制收集在所述收集腔中的樣品流體的壓力。
22.如權利要求21的方法，其特徵在於，利用一個惰性氣體源為所述加壓腔加載。
全文摘要
一種用於一個井下設備中的樣品模塊,井下設備用於從由一個井眼所穿透的地下巖層獲取流體。樣品模塊包括一個由該模塊所附帶的樣品腔室和一個由模塊附帶的確認腔室,樣品腔室用於收集利用井下設備從地層所獲得的流體,確認腔室用於收集一個大大小於樣品腔室的地層流體樣品。確認腔室可在不妨礙樣品腔室的情況下在地面從樣品模塊上取下。本發明還提供一種用於一個井下設備的改進的樣品腔室以及一種使用該樣品模塊和樣品腔室的方法。
文檔編號E21B49/08GK1269455SQ0010480
公開日2000年10月11日 申請日期2000年3月27日 優先權日1999年3月25日
發明者V·M·波爾澤, J·W·布朗, A·L·庫爾克吉安, T·L·隆, A·J·梅爾布尼, L·A·莫雷, R·P·茲默曼 申請人:施盧默格海外有限公司