用於井下取樣罐的連續數據記錄器的製作方法
2023-09-20 05:32:10
專利名稱：用於井下取樣罐的連續數據記錄器的製作方法
技術領域：
本發明主要涉及井底取樣領域，尤其是涉及對目標參數進行連續測量並且在將碳氫化合物樣品採集到井下樣品腔後在現場進行分析以保證樣品的完整性直到將樣品轉移至進行樣品分析的實驗室。
背景技術：
存在於碳氫化合物生產井中的地層流體典型地包括油，氣和水的混合物。有限空間內地層流體的壓力、溫度和體積決定了這些組份的相關係。在地下巖層中，高的井內流體壓力在高於泡點壓力時常常將氣體夾帶在油內。當壓力降低時，夾帶的或溶解的氣體混合物從液相樣品中分離。來自一口特定井的壓力，溫度和地層流體組成的精確測量會影響從該井中生產流體的經濟效益。該數據同樣可提供與各個碳氫化合物儲層的最大化完井和生產的程序的相關信息。
某些技術有助於井筒中井底地層流體的分析。Brown等人提出的美國專利號為6,467,544的專利申請描述了一個樣品腔，其具有一個可滑動設置的活塞以在活塞一側限定一個樣品腔並在活塞另一側限定一個緩衝腔。Griffith等人(1993)提出的美國專利號為5,361,839的專利申請公開了一種產生代表井筒中井底流體樣品特性的輸出的轉換器。Schultz等人(1994)提出的美國專利號為5,329,811的專利申請公開了一種估測井筒內流體樣品的壓力和容積數據的方法和裝置。
其他的技術採集井中流體樣品以取回到地面。Czenichow等人(1986)提出的美國專利號為4,583,595專利申請公開了一種用於採集井內流體樣品的活塞致動機構。Berzin(1988)提出的美國專利號為4,721,157專利申請公開了一種在腔室內採集井內流體樣品的移動的閥套。Petermann(1988)提出的美國專利號為4,766,955的專利申請公開了一種採集井內流體樣品的與控制閥接合的活塞，Zunkel(1990)提出的美國專利號為4,903,765的專利申請公開了一種時間延遲的井內流體取樣器。Gruber等人(1991)提出的美國專利號為5,009,100的專利披露了一種從選定的井筒深度處採集井內流體樣品的纜繩取樣器，Schultz等(1993)提出的美國專利5,240,072的專利申請公開了一種在不同的時間和深度間隔允許井內流體樣品採集的多樣品環空壓力響應取樣器，和Be等人(1994)提出的美國專利號為5,322,120的專利申請公開了一種在井筒深處採集井內流體樣品的電致動液壓系統。
井筒深處的井下溫度常常超過300°F。當將熱的地層流體樣品取回到70°F的表面時，溫度的下降導致地層流體樣品收縮。如果樣品的體積不變，那麼這樣的收縮實質上減少了樣品的壓力。壓力的降低改變了原位置地層流體的參數，並可允許液體與夾帶在地層流體樣品內的氣體的相分離。相分離將嚴重改變地層流體的特性，減少精確評價地層流體實際特性的能力。
為了克服該限制，發展了各種保持地層流體樣品壓力的技術。Massie等人(1994)提出的美國專利號為5,337,822的專利申請利用一個由高壓氣體提供動力的液壓驅動的活塞對地層流體樣品增壓。相似的，Shammai(1997)提出的美國專利號為5,662,166的專利申請公開了一種增壓氣體以對地層流體樣品增壓。Michaels等人(1994)提出的美國專利號為5,303,775和(1995)提出的美國專利號為5,377,755的專利申請公開了一種雙向容積式泵，該泵用於將地層流體樣品的壓力增加到泡點之上，以便隨後的冷卻不會將流體的壓力降低到泡點之下。
由於恢復過程的不確定性，任何在恢復的單相原油上所進行的壓力-體積-溫度(PVT)實驗室分析都是值得懷疑的。當使用常規的樣品罐時，人們試圖通過將井筒樣品增壓至一個遠高於井下地層的壓力(4500psi或更高)以將冷卻和分離成兩相的問題最小化。嘗試利用額外的增壓將足夠的額外原油擠壓入罐的固定體積內，當冷卻至表面溫度時，原油仍然在足夠的壓力下以保持單相狀態並且至少保持在井底壓力。
因為當原油樣品收縮時，氣墊膨脹以保持原油中的壓力，因此，單相罐的氣墊使它更容易將樣品保持在單相狀態。然而，如果原油收縮太多，氣墊(膨脹至與原油收縮差不多)可以膨脹至通過氣墊施加到原油上的壓力下降到地層壓力以下並且允許原油內的瀝青質沉澱或形成氣泡的點。因此，需要從樣品被帶到表面開始監測樣品的完整性，直到將樣品輸送到實驗室分析。
發明內容
本發明說明了以上描述的相關領域的缺點。本發明提供了對從地層鑽孔或井筒底部採集的被增壓的井筒流體樣品的完整性進行連續監測的裝置和方法。一旦採集到井底樣品，一個連接於井底樣品腔的連續數據記錄裝置(CDR)將對井底樣品的溫度和壓力進行周期性測量。對樣品採用近紅外，中紅外和可見光分析方法以在現場提供樣品的性質和汙染程度的分析。現場分析包括確定氣油比，API重度和各種可通過訓練的神經網絡或化學計量公式估算的其他參數。還可提供一個撓性的機械諧振器以測量流體的密度和粘度，其他參數可以根據它們的值利用訓練的神經網絡或化學計量公式估算。將樣品罐加壓，加載或增壓以消除將樣品輸送至CDR進行分析產生的不利壓降或其他影響。
為了詳細理解本發明，結合相關附圖，參考下面示例性實施例的詳細描述，其中相同的部件採用相同的附圖標記，其中圖1為解釋本發明操作環境的地層剖面示意圖；圖2為本發明的組件與支撐部件配合操作的示意圖；圖3為代表性的地層流體抽取和輸送系統的示意圖；圖4為本發明的連續數據記錄模塊的示例性實施例的示意圖。
具體實施例方式
圖1示意性地描述了沿井筒穿透件11的地層10的剖面圖。通常，井筒至少部分充滿了包括水、鑽探流體和井筒穿透的地層固有的地層流體的液體混合物。在下文中，這樣的流體混合物被稱作「井筒流體」。術語「地層流體」在下文中指不包括任何實質的混合物或被非自然存在於特定地層內的流體造成的汙染物的特定地層流體。
在纜繩12底端懸掛在井筒11內的是地層流體取樣工具20。該纜繩12通常由井架14支撐的滑輪13傳送。纜繩的部署和取回通過服務車輛15攜帶的動力絞盤進行。
依照本發明，圖2示意性地說明了取樣工具20的一個示意性的實施例。可取的是，這樣的取樣工具為由相互壓縮接頭23的螺套首尾連接的幾個工具段的一系列組件。適於本發明的工具段的一個部件可包括一個液壓動力單元21和一個地層流體抽取器23。在抽取器23的下面，為清除管線提供了一個大的工作容量馬達/泵單元24。在大的容積泵的下面是一個具有一個如相對於圖3更廣泛描述的可被定量監測的較小的工作容量的相似的馬達/泵單元25。通常，在小容積泵的下面組裝一個或多個樣品罐倉部分26。每一個樣品罐倉部分26可擁有三個或更多個流體樣品罐30。
地層流體抽取器22包括一個與井壁支腳28相對的可延伸的吸入探針27。吸入探針27和相對支腳28都是可液壓延伸的以與井筒壁牢固接合。流體抽取工具22的結構和操作細節在美國專利號為5,303,775的專利中得到了更廣泛的描述，其詳細說明被結合在此申請中。
在樣品罐的輸送包括將收集的樣品輸送至PVT實驗室的過程中或在樣品轉移的過程中，傳輸罐可能會經受可導致罐內壓力波動的變化的溫度和壓力。因此，獲得樣品壓力歷史的連續記錄是非常重要和有價值的信息。在一個示例性的實施例中，提供本發明的連續數據記錄器(CDR)來完成該任務。CDR包括一個不鏽鋼底盤，監測和記錄溫度，壓力以及其他流體參數的電子板，和為電子板提供動力的電池。在取樣、取回、樣品輸送、在地面PVT實驗室內樣品輸送的過程中，可以安裝CDR來記錄樣品的壓力、溫度、和其他井底流體參數。在樣品輸送至實驗室的過程中，本發明提供數據。通過CDR提供的數據對客戶和樣品服務提供者來說非常重要，這是因為在將樣品從井筒位置輸送到客戶的過程中，經常會犯錯誤或發生意外，這致使非常昂貴的樣品對於固體沉積研究毫無價值。客戶們不想為由於受溫度和壓力改變所破壞的樣品付錢。這些連續的數據歷史能夠使客戶們比以前任何時候更準確和完整地評價樣品的質量並且識別問題的來源。
當將樣品從井底樣品收集罐轉移到如實驗室分析罐的另一罐時，本發明解決了數據缺乏的問題。在樣品轉移的過程中，在所有的時間內最好將壓力保持在地層壓力以上以便於確保樣品不會閃蒸成兩相狀態。樣品上的壓力最好也保持在瀝青質從樣品中析出的壓力以上。缺乏適當的設備和人員培訓常常導致在樣品轉移中出現問題，這在過去常常被客戶忽略。然而，客戶們在獲取正確評價該問題的相關數據歷史方面表現出很大的興趣。
本發明提供從井下採集到從樣品罐轉移至實驗室分析的樣品的連續的溫度，壓力和其他流體參數讀數。該數據最好定期記錄，例如10次/分鐘，直到一周，然而，記錄周期也可以延長。為客戶提供說明樣品壓力，溫度和其他流體參數歷史的記錄的變量對時間的圖表。
本發明不需要兼顧整個樣品就能夠檢查儲層流體質。服務公司面臨的與任何現場分析相關的主要困難之一就是樣品恢復。如果樣品沒有徹底恢復，那麼任何取出的用於現場分析的子樣品將改變原始樣品的全部組成。該恢復過程或者是不可能的，或者常常是一個依賴於樣品組成的非常長的6-8小時的工作。
本發明提供一種不僅提供非常需要的壓力，溫度和其他流體參數的歷史，而且提供初步的現場PVT和其他分析的簡單而有效的辦法。本發明在樣品恢復的過程中提供大量所需的獨立的時間曲線(壓力和溫度)和樣品輸送過程中的數據。
本發明能夠使客戶將導致樣品質量損失的PVT實驗室錯誤與在現場進行的樣品服務的表現分離。因此，本發明能夠使樣品服務提供者在故障檢修和減少取樣問題中作更有效的工作。
現在參考圖4，示出了本發明的一個示例性的實施例。在一個示例性的實施例中，CDR710模塊連接於輸送部(DOT)經批准的井下取樣罐712。因此，該DOT樣品罐和CDR可一起轉移至客戶或實驗室，從而提供所關心的樣品性質的連續歷史。如上面描述的，將樣品增壓或對樣品施加壓力從而使樣品保持在地層壓力以上。CDR710包括一個主手控閥714，一個在單相罐712和主手控閥714之間的連接件716。CDR還包括包含近紅外/中紅外(NIR/MIR)的現場分析模塊738和可見光分析模塊738(未詳細示出)，處理器726(未詳細示出)，和撓性的機械諧振器727(未詳細示出)。該CDR還包括一個副手控閥732、樣品轉移口730、壓力計722(未詳細示出)、和記錄器725(未詳細示出)以及數據轉移口728。在一個示例性的實施例中，CDR710連接於DOT單相增壓或加壓罐712上。在一個示例性的實施例中，CDR710連接於樣品罐，在CDR主手控閥714和流體樣品740之間建立流體連通。最好通過一個在樣品罐活塞721後面的用泵加壓或增壓的壓力719對流體樣品740增壓或過壓以保持樣品740高於地層壓力。樣品740的一小部分進入關閉的主手控閥714和樣品740之間的流體通道718。主手控閥714打開並且樣品流體進入打開的主手控閥714和關閉的副手控閥732之間的流體通道718。
CDR手持讀出器726通過導線717連接於CDR。該閉合的副手控閥732在流體通道718中封閉一部分流體樣品，然而，樣品流體與壓力計722和記錄器723聯通。電池724為包括壓力計722，記錄器723和現場分析模塊738的CDR電子儀器提供動力。
利用溫度計729(未示出)和壓力計722(未詳細示出)測量溫度和壓力並利用記錄器725(未詳細示出)進行記錄。然後斷開手持讀出器並且關閉的主手控閥714隔離主手控閥與副手控閥之間的一部分樣品。可以打開副手控閥以使它能夠通過樣品轉移口鉤掛在現場設備上。現場分析模塊738包括進行NIR/MIR/可見光分析的設備以在現場或在連續的基礎上(on a continuousbasis)評價樣品的整體性。NIR/MIR/可見光分析在共同擁有的美國申請系列號為10/265,991中得到了披露，其全部內容結合在此作為參考。因此，CDR提供了樣品所關心的參數的連續記錄。目標參數包括樣品壓力、溫度和NIR/MIR/可見光歷史分析並且被連續記錄用於樣品。現場分析模塊728還包括一個如共同擁有的美國專利申請系列號為10/144,965描述的撓性的機械諧振器，其全部內容結合在此作為參考。CDR將以當前的頻率(1/5分鐘或1/10分鐘)讀取壓力，溫度和NIR/MIR/可見光分析數據並保存在存儲器上。一旦將CDR連接，就將保護蓋放置到正準備傳送到PVT實驗室的罐中。
也可在下降到井底之前在表面處連接CDR以在CDR和井下流體樣品之間提供流體連通。在這種結構下，在井下取樣前，取樣過程中，在將樣品上升到地面的過程中，和在將樣品輸送到實驗室的過程中都可以記錄壓力，溫度和NIR/MIR/可見光的分析數據，這樣對於樣品的整個壽命可提供連續的數據記錄。
在另外的實施例中，本發明的方法作為一組在計算機可讀介質上的計算機可執行指令得到實現，計算機可讀介質包括ROM，RAM，CDROM，Flash或其他任何計算機可讀介質，當執行時現在已知或未知的計算機可讀介質使計算機執行本發明的方法。
雖然前面公開的內容直接涉及本發明的示例性實施例，但是對本發明的各種修改對於本領域的技術人員來說都是明顯的。這意味著在所附權利要求範圍內的各種修改都包含在前面公開的內容中。為了更好地理解本發明的詳細描述，和為了對本領域的貢獻得到理解，本發明更多重要特徵的實施例得到了相當廣泛的概括。當然，本發明還有將在下文描述並形成所附權利要求主題的其他特點。
權利要求
1.一種監測地層流體樣品所關心的參數的裝置，包括容納地層流體樣品的井下樣品腔；和與地層流體樣品直接接觸以監測地層流體樣品所關心的參數的監測模塊。
2.根據權利要求1所述的裝置，還包括監測流體樣品壓力的壓力計。
3.根據權利要求1所述的裝置，還包括監測流體樣品溫度的溫度計。
4.根據權利要求1所述的裝置，還包括記錄流體樣品所關心的參數的記錄器。
5.根據權利要求1所述的裝置，還包括對流體樣品進行分析以確定流體樣品所關心的第一參數的分析模塊。
6.根據權利要求5所述的裝置，其中，該分析模塊還包括一個確定流體樣品所關心的參數的光分析系統。
7.根據權利要求5所述的裝置，其中，該分析模塊還包括確定流體樣品所關心的參數的撓性機械諧振器。
8.根據權利要求5所述的裝置，還包括一個由流體樣品所關心的第一參數估計流體樣品所關心的第二參數的神經網絡。
9.根據權利要求5所述的裝置，還包括一個由流體樣品所關心的第一參數估計流體樣品所關心的第二參數的化學計量公式。
10.根據權利要求4所述的裝置，還包括一個周期性記錄所關心的參數的處理器。
11.一種監測地層流體樣品所關心的參數的方法，包括在容納地層流體的樣品腔內收集井下樣品；建立與流體樣品的直接接觸；和監測流體樣品所關心的參數。
12.根據權利要求11所述的方法，還包括監測流體樣品的壓力。
13.根據權利要求11所述的方法，還包括監測流體樣品的溫度。
14.根據權利要求11所述的方法，還包括記錄流體樣品所關心的參數。
15.根據權利要求11所述的方法，還包括對流體樣品進行分析以確定流體樣品所關心的第一參數。
16.根據權利要求15所述的方法，其中，執行分析的步驟還包括執行確定流體樣品所關心的參數的光分析。
17.根據權利要求15所述的方法，其中，執行分析的步驟還包括執行撓性的機械諧振器分析以確定流體樣品所關心的參數。
18.根據權利要求15所述的方法，還包括使用神經網絡由流體樣品所關心的第一參數估計流體樣品所關心的第二參數。
19.根據權利要求15所述的方法，還包括使用化學計量公式由流體樣品所關心的第一參數估計流體樣品所關心的第二參數。
20.根據權利要求14所述的方法，還包括周期性地記錄所關心的參數。
21.一種包含計算機可執行指令的計算機可讀介質，當通過計算機執行該可執行指令時，所述計算機可讀介質執行監測地層流體樣品所關心的參數的方法，包括在樣品腔內收集井下樣品以包含地層流體；建立與流體樣品的直接接觸；和監測流體樣品所關心的參數。
22.根據權利要求21所述的介質，還包括監測流體樣品的壓力。
23.根據權利要求21所述的介質，還包括監測流體樣品的溫度。
24.根據權利要求21所述的介質，還包括記錄流體樣品所關心的參數。
25.根據權利要求21所述的介質，還包括執行對流體樣品的分析以確定流體樣品所關心的第一參數。
26.根據權利要求25所述的介質，其中，執行分析的步驟還包括執行確定流體樣品所關心的參數的光分析。
27.根據權利要求25所述的介質，其中，執行分析的步驟還包括執行確定流體樣品所關心的參數的撓性機械諧振器分析。
28.根據權利要求25所述的介質，還包括使用神經網絡由流體樣品所關心的第一參數估計流體樣品所關心的第二參數。
29.根據權利要求25所述的介質，還包括利用化學計量公式由流體樣品所關心的第一參數估計流體樣品所關心的第二參數。
30.根據權利要求24所述的介質，還包括周期性地記錄所關心的參數。
全文摘要
本發明提供一種連續監測在地層鑽孔或井筒底部採集的增壓的井筒流體樣品完整性的裝置和方法。該CDR通過測量井底樣品的溫度和壓力連續工作。近紅外，中紅外和可見光分析在少量樣品上進行以在現場對樣品性質和汙染程度提供分析。現場分析包括確定氣油比，API重度以及各種可以通過訓練的神經網絡或化學計量公式估計的其他參數。也可以提供一個撓性的機械諧振器來測量流體密度和粘度，其他的參數可以根據流體密度和粘度利用訓練的神經網絡或化學計量公式來估算。將樣品罐過壓或增壓以消除不利的壓降或將少量樣品轉移到CDR產生的其他影響。
文檔編號E21B49/08GK1784536SQ200480011868
公開日2006年6月7日 申請日期2004年4月29日 優先權日2003年5月2日
發明者H·M·沙姆邁, F·桑切斯, J·塞爾諾塞克, R·迪弗吉奧 申請人:貝克休斯公司