用於烴類井的測量探測裝置的製作方法

2023-08-08 10:59:06

專利名稱：：用於烴類井的測量探測裝置的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種測量探測裝置，特別是涉及用於烴類井(hydrogenwell)的測量探測裝置。本發明的優選實施方式涉及一種用於水平或高度偏斜的烴類井的測量探測裝置。
背景技術：
：為了對生產中的烴類井執行監視和診斷，希望獲得一定數量的數據，這些數據多數是物理數據。從本質上講，所述數據涉及在井中流動的多相流體(諸如流速、各相的比例、溫度、壓力等)。所述數據也可能涉及所述井本身的某種特性橢圓度、傾斜度等等…對於操作者來說尤其重要的數據涉及平均流速和出現在多相流體中的各相的比例。為了獲得這種數據，需要將傳感器設置在井下，以分析所述流體的特性以及它們的速度。這種傳感器(光或電)通常由臂所承載，該臂樞轉從而在閉合位置和開啟位置之間移動，所述閉合位置位於主體中，在所述開啟位置所述臂延伸跨過流體流。由樞轉臂和主體形成的組件被稱為「探測裝置」。隨後通過在所述井中下降和上升所述探測裝置執行測量。對流出物的測量可以在井中進行，此該井處所述工具直接接觸巖石結構層或者井中壁部已經被固結到其上的套管(casing)覆蓋。在所有情況下都可以遇到井的直徑由於堵塞而受限的問題，這種堵塞限制與存在生產元件相關或者在不具有套管的井中與井壁的坍塌有關。這就引出探測裝置強度的問題。所述探測裝置的結構、特別是用於部署所述鉸接臂和用於將它們收回所述主體中的開啟/閉合機構必須能使所述探測裝置沒有受到破壞(變形，彎曲)地克服所述堵塞限制穿過井中，並且當所述探測裝置在井中上升和下降時都需要滿足上述條件。當樞轉臂與井壁之間的摩擦係數變得太大時，會出現相同的問題，特別是在沒有套管的井中，這可能阻礙所述探測裝置沿所述井移動。已經提出各種解決方案，特別是針對垂直井。在這種情況下，由於井通常加有套管(因此由於摩擦係數導致出現的問題較少)並且流出物的相位是天然地充分混合的(與擾亂液流的臂機構相關聯的約束不重要)，因此易於提出一種結實且可靠的機構。例如，所述探測裝置可以居中於所述井中，並且它可以安裝有彈性片，通過彈性片變形可使所述探測裝置克服所述堵塞限制而通過，而不會出現任何如文件US5,661,237所述的堵塞風險。另外，對於垂直井來說，由於所述流體的流相是被適當混合的，易於設計傳感器的分布和數量。因此，例如，可以使用單個傳感器測量所述流出物的速度，該傳感器的測量結果幾乎不受到彈性片和所述探測裝置的臂的影響，當跨過所述井布置所述探測裝置的臂時該臂阻礙部分輸送管。對於那些水平或高度偏斜的井來說，所述流出物的流動特性顯著變化並且構成所述流出物的流體形成分隔(該分隔是流體密度的函數)，從而以不同的速度行進，並且可能非常慢(每秒鐘幾個釐米)，或者甚至以相反的方向流動。另外，多數這種井沒有套管並且所述探測裝置與巖壁接觸，因此，考慮到井的塌陷部分和摩擦係數較高的地帶，會出現被阻塞的風險。此後，由於這些特性，所述探測裝置的出現使所述流動受到更大的幹擾，從而無法使用彈性片。最後，在這種類型的井中，為了支撐工具自身的重量，所述彈簧片會被製得尺寸很大，使其無法使用。因此提出了如文件GB2294074所述的用於關閉所述探測裝置的臂的其它方案。然而，那些方案描述了在所述臂和所述探測裝置本體之間使用樞轉連結，從而在出現阻塞或有障礙的情況下關閉所述壁。在這種情況下，由於沒有防止所述阻擋臂以與所述封閉方向相反的方向旋轉，所以這種方案不能令人滿意。由於所述工具隨後繼續沿井上升或下降，這就會導致堵塞所述臂並且使所述臂彎曲，從而破壞所述探測裝置。為了修理所述工具或替換所述工具，需要停止進行測量，這樣成本是很高的。
發明內容本發明的目的在於提出一種測量探測裝置，其特性能使其通過障礙物或者任何幹擾在其中進行測量的管道的形狀的其它部件，並且使其在沿井上升或沿井下降時都可以做到這一點，同時將對所述探測裝置及其承載的所述傳感器的破壞減至最小。出於這個目的，本發明提供一種用於烴類井的測量探測裝置，所述探測裝置包括主體、下遊臂和上遊臂，所述臂的至少其中之一安裝有用於確定井中流體流動特性的測量裝置，所述探測裝置的特徵在於，所述下遊和上遊臂分別通過第一和第二滑動樞轉連結連接到所述主體。所述探測裝置的打開/關閉機構的操作特性允許所述臂在每次所述探測裝置通過所述障礙物時或當所述臂中的一個由於相對於井壁的摩擦係數過大而受到阻滯的任何時候可以適當地摺疊。該兩個滑動樞轉連結能夠使遇到障礙的所述臂到達適於使所述探測裝置關閉的位置，而不是使所述臂受到阻塞或被彎曲，這種情況例如在現有技術的探測裝置可能發生，在現有技術中僅通過樞轉連結方式操作所述臂關閉機構。在本發明的優選實施例中，所述下遊臂和所述上遊臂分別通過第一和第二樞轉連結連接到一滑塊的第一和第二端。以這種方式，下遊臂、上遊臂和滑塊形成能夠相對於所述主體滑動的子組件。通過所述滑塊，可以簡化和加強所述子組件的結構。因此，所述臂延伸穿過需要對其特性進行測量的流體，並且位於所述主體和所述滑塊之間，其中所述主體和所述滑塊在井的直徑方向上彼此相對。在一個優選實施例中，所述探測裝置具有首先通過第三樞轉連結連接到所述主體並且隨後通過第三滑動樞轉連結連接到所述滑塊上的輔助臂。如果所述探測裝置設置有光學傳感器，那麼這個輔助臂是特別有用的。光纖是不可延伸的並且它們的伸展特性很差。因此，由於其連接到所述主體和連接到所述滑塊上的方式，所以該輔助臂無法相對於主體滑動，從而保持所述纖維不受拉。在發明的優選實施例中，所述輔助臂由兩個平行片構成並且/或者下遊臂和/或上遊臂由通過橋部互連的兩個平行片構成。這個特徵具有幾個功能。首先，使用所述片使得可以使臂具有對管道中的流體流動具有最小幹擾的形狀。當在偏斜或水平的烴類井中使用所述探測裝置時，由於流出物的各相分開並且以不同的速度行進，這一點是非常重要的，因此如果希望所述測量結果是可靠的，不對所述流動有太大的幹擾非常重要，特別是對所述流體的流速進行測量時。所述片之間的橋用於加強所述組件。優選地，所述測量裝置被嵌入所述臂中，即所述片中，特別是在所述橋部的位置，因此也可以保護所述測量裝置，特別是防止與所述井的巖石結構層碰撞。優選地，所述下遊臂和/或上遊臂連接到電機組件，電機組件能夠使所述臂相對所述主體的運動受到控制，所述電機組件可以被去激勵(deactivatable)。使用所述電機可以從地面控制所述探測裝置臂的打開和關閉。通過這一特徵，當將所述探測裝置在烴類井中下放至進行測量的地帶時，可以保護所述傳感器。此後，可以在進行測量時打開和關閉所述探測裝置，從而使所有分布在所述臂上的測量裝置掃過所述管的直徑，從而增加測量結果的準確性。優選地，所述電機組件和下遊臂和/或上遊臂之間的連結可以被斷開。以這種方式，所述探測裝置組件更易於輸送，不但是因為所述工具被製得更緊湊，而且因為所述電機組件與所述探測裝置本身相比更加結實，因此保護裝置僅需設置用來覆蓋所述探測裝置。本發明的其它優勢和特徵在結合附圖的下述說明進行描述，其中圖1是構成本發明一個實施例的工具的示意圖；圖2a至圖2d是示意圖，示出由本發明的探測裝置的臂所佔據的各個位置；以及圖3a至圖3d是示意圖，示出在所述探測裝置下放到井中時，探測裝置的臂遇到障礙物時如何移動。具體實施例方式圖1示出探測裝置1，其包括主體2和各個樞轉臂。該探測裝置的特定應用涉及採集數據，用於描述烴類井中的流出物的流動的特性，特別是井是傾斜或水平的情況。例如，由所述探測裝置本體和所述臂構成的組件連接到一組其它的測量組件(未示出)，該組測量組件被用於執行在所述井中的其它類型的測量，諸如溫度、壓力等。在本發明的優選實施例中，所述探測裝置的本體和所述樞轉臂承載測量裝置，即用於測量多相比率以及在井中流動的流出物的流動速度的裝置。優選地，當沿井上升和下降時都對測量結果進行採集。從圖1中清楚地看到這種探測裝置佔據井中的離心位置，即主體2停靠在所述井壁上，並且當探測裝置的臂處於打開位置時，它們徑向延伸離開所述本體。以這種方式，探測裝置元件的部署使得可以將對井中流體流動的幹擾減至最小，因此限制測量誤差的風險。在圖1所示的實施例中，下遊臂、第一臂3從主體延伸到滑塊4的第一端B。通過所述滑塊4上點B的樞轉連結和連接到在A點形成滑動樞轉的樞轉連結的第一滑動連結，所述下遊臂連接到所述主體上。這個滑動樞轉能夠使所述下遊臂3在打開位置和關閉位置之間移動，打開位置對應於延伸穿過承載需要對其特性進行測量的流體流的管，在關閉位置所述下遊臂抵靠所述主體2，如下詳細描述的那樣。比所述下遊臂3更遠離地表定位的一個上遊臂、第二臂5從所述主體2延伸到所述滑塊4的第二端D。所述上遊臂在點E處通過第二滑動樞轉連結被連接到所述主體以及通過一樞轉連結被連接到所述滑塊4上的點D。所述上遊臂因此可以與處於打開位置和關閉位置之間的下遊臂相同的方式移動。優選地，這個臂具有用於測量所述流體的各相的速度的裝置6，該裝置沿整個上遊臂設置，從而在所述相被分隔時拾取每個相的速度。也可以將所述臂的端部的傳感器加倍，從而在管或井的較高部分改善測量的可靠性。如圖1所示，也可以將速度測量裝置直接定位在所述探測裝置的主體2上。在一個實施例中，所述速度測量裝置是微型推進器，也公知為微型旋轉器。上遊臂和下遊臂相對於所述主體可以上下執行的滑動的幅度由定位在所述主體上的止擋件(abutment)限定，清楚起見省略了該止擋件。每個樞轉連結B和D也都具有止擋件(未示出)，從而限制所述臂相對於所述滑塊的樞轉。優選地，為了避免所述臂被彎曲的風險，所述臂最多能夠佔據它們與所述滑塊對齊的位置(如下圖3c所示)。在圖1的實施例中，本發明的探測裝置還具有在所述主體和所述滑塊4之間延伸並且在所述上遊臂和下遊臂之間定位的輔助臂7。所述輔助臂通過樞轉連結連接到所述主體上的點F並且通過滑動樞轉連結連接到所述滑塊上的點C。這樣，該輔助臂無法相對探測主體滑動，因此能將光學傳感器8定位在其上，該傳感器特別適用於確定所述流出物的液體和氣體流相之間的比率，所述流出物沿著所述井流動的並且通常包括三種相油、水和氣。連接到光學傳感器的光學纖維是不可延伸的，從而避免了所述纖維的破壞。還優選的是，將所述輔助臂的頂部內的傳感器加倍，從而改善在所述管的較高部分的測量可靠性。優選地，所述下遊臂和上遊臂由通過橋部互連的平行片構成。所述測量裝置(即速度傳感器或電子傳感器)隨後優選地安裝在所述橋部之下，以將它們相對於結構層的壁保護起來。所述橋部還具有加強所述臂並且因此增加本發明探測裝置的壽命的另一種優點。最後，所述片的流線形狀對將要對其特徵進行測量的流體流的幹擾減到最小。通常，構成上遊臂和下流臂的所述片的外部形狀及其尺寸使得在全關閉位置中包括上遊臂、下流臂、滑塊和可選輔助臂的所述組件被完全地包括在所述主體2的總體輪廓中。因此，在關閉位置，本發明的探測裝置基本上是圓柱形的，因此能夠輕鬆地在管中或在井中移動。優選地，以與所述上遊臂和下流臂相同的方式，將所述輔助臂製成兩個平行片。出於緊湊和關閉所述探測裝置的能力的原因，這些片應該比所述上遊片和下流片精細，從而所述輔助臂可以被容納在所述上遊臂中並且全部地容納在所述關閉位置中。因此，例如，如果電子或光學傳感器被安裝在輔助臂上，對於它們來說優選地是，將它們設置在所述下遊臂的橋部的下面，以將相對巖石結構層保護它們(例如)。如圖1所示，本發明的探測裝置可設置有電機組件8。優選地，所述電機組件是可斷開的。這個特徵使得可以將所述電機從所述探測裝置分開以利於運輸操作。另外，所述電機組件也可以被去激勵，從而從地表控制探測裝置的打開和關閉；當將探測裝置向需要測量流體特徵的地帶下放到井中時，這樣做可以避免破壞所述探測裝置，因而特別有利。這個組件也使得可以連續地打開和關閉上遊和下遊臂，從而使它們掃描所述管或所述井的整個直徑，同時獲得測量結果，因此改善所獲得的結果。一旦已經到達所述測量地帶，當希望在井中或管中下降或上升探測裝置同時使所述臂在遇到障礙時可以自由折入(fold)時，所述組件被去激勵。圖2a至2d示出探測裝置可以佔據的不同位置。圖2a示出處於最大打開位置的探測裝置。在點A和點E處分別用於下遊臂和上遊臂的滑動樞轉靠著所述主體，而所述樞轉連結B和D以及所述臂通過所述滑動樞轉的樞轉能夠使所述探測裝置在遇到阻塞物時折入而不會發生堵塞的危險。圖2b示出處於中間打開位置中的探測裝置，在該為止，包括下遊臂、上遊臂和滑塊的所述組件可在點A和E處相對於所述主體滑動並且在所述臂的B和E處相對於所述滑塊滑動，從而可使所述臂折入。圖2c和圖2d示出全關閉位置的兩種情況下的探測裝置。在這種情況下，包括下遊臂、上遊臂、滑塊和可選輔助臂的所述組件基本上與所述主體的外直徑齊平。在圖2c中，所述上遊臂和下遊臂可以通過在E處的所述滑動樞轉相對於所述主體滑動，所述滑動方向朝向地面，如箭頭f所示。隨後所述下遊臂繞點B和A樞轉。在圖2d的示例中，由於A處的滑動樞轉，所述上遊臂和下遊臂仍可以相對於主體滑動，這次滑動方向指向深入鑽井的方向，如箭頭F所示。隨後所述上遊臂繞點D和E樞轉。在所有這些位移示例中，藉助C處的滑動樞轉和F處的樞轉，輔助臂的運動跟隨所述下遊臂和上流臂的運動。圖3a至圖3d是示意圖，示出在向井深方向穿過管中的障礙物或沒有套管的井的情況下，由本發明的探測裝置佔據的連續位置。在遇到障礙物10之前，下遊臂和上遊臂沿所述連結A和E相對於所述主體自由移動。當所述上遊臂5遇到所述障礙物時，包括上遊臂、下遊臂3和滑塊4的組件滑動，直至其被阻擋，此時對於上遊臂來說，僅在E處的樞轉連結是有效的，如圖3b所示。此刻，上遊臂5開始向下折，直至滑塊4和所述臂對齊，如圖3c所示。所述滑塊4與下遊臂和上遊臂之間的連結(點B和D)安裝有止擋件(清楚起見未示出)，這就使得所述滑塊在經過障礙物時與所述臂對齊，從而使其易於封閉所述探測裝置。此後，如圖3d所示，當所述工具繼續前進時(未示出的表面機構控制所述探測裝置在井中的向下和向上運動)，所述探測裝置關閉，從而藉助在所述滑動樞轉連結A中滑動以及在樞轉B處樞轉的上遊臂經過障礙物10。當所述探測裝置在管或井中經過障礙物上升時，所發生的位移是相同，但是與參考如上圖3a至圖3d所述對稱。在具有高摩擦係數的區域(特別在沒有套管的井中)，本發明的探測裝置的功能是相同的，不同之處在於，所述滑塊4被例如相對巖石結構層固定，而包括上遊臂、下遊臂和滑塊的組件滑動，直至所述組件到達滑動樞轉A和E上的兩個止擋件中的一個，此後所述臂的位移與參考圖3a至3d所述的相同或對稱。因此應該清楚，通過本發明的探測裝置的所述臂的位移，可以避免所述臂在經過障礙物時被堵塞的風險，尤其是當通過兩個滑動樞轉A和E的組合相對於所述主體滑動時。另外，由於與所述滑塊相連的滑動連結以及與所述主體相連的樞轉連結，所述輔助臂的位移可以使連接設置在該輔助臂上的測量裝置的線纜(特別是光學線纜)保持不打卷或延伸。權利要求1.一種用於烴類井的測量探測裝置(1)，所述探測裝置包括主體(2)、下遊臂(3)和上遊臂(5)，所述臂中的至少一個安裝有用於確定井中流體流的特性的測量裝置(6)，所述探測裝置的特徵在於，所述下遊臂和上遊臂分別通過第一和第二滑動樞轉連結(A和E)連接到所述主體上。2.根據權利要求1所述的測量探測裝置，其特徵在於，所述下遊臂(3)和所述上遊臂(5)分別通過第一和第二樞轉連結(B和D)連接到滑塊(4)的第一和第二端上。3.根據權利要求2所述的測量探測裝置，其特徵在於，所述下遊臂和所述上遊臂相對於所述滑塊的樞轉由第一和第二樞轉連結上的止擋件限定。4.根據權利要求2或3所述的測量探測裝置，其特徵在於，其具有首先通過第三樞轉連結(F)連接到所述主體上其次通過第三滑動樞轉連結(C)連接到所述滑塊上的輔助臂(7)。5.根據權利要求4所述的測量探測裝置，其特徵在於，所述輔助臂包括光學測量裝置(8)。6.根據權利要求4或5所述的測量探測裝置，其特徵在於，所述輔助臂由兩個平行片構成。7.根據權利要求4至6其中任何一項所述的測量探測裝置，其特徵在於，所述輔助臂(7)可以被容納在所述下遊臂(3)中。8.根據上述任何一項權利要求所述的測量探測裝置，其特徵在於，所述下遊臂和/或上遊臂由通過橋部互連的平行片構成。9.根據上述任何一項權利要求所述的測量探測裝置，其特徵在於，所述主體(2)的軸線相對於所述井的軸線偏離。10.根據上述任何一項權利要求所述的測量探測裝置，其特徵在於，所述下遊臂和上遊臂在關閉位置和打開位置相對於主體樞轉，在關閉位置所述臂被容納在所述主體中，在打開位置所述臂延伸跨過沿所述井流動的液流。11.根據上述任何一項權利要求所述的測量探測裝置，其特徵在於，所述下遊臂和/或上遊臂被連接到電機組件(9)，這樣可使所述臂相對於所述主體的運動受到控制，所述電機組件可以被去激勵。12.根據權利要求11所述的測量探測裝置，其特徵在於，所述電機組件與所述下遊和/或上遊臂之間的連接是可分開的。13.根據上述任何一項權利要求所述的測量探測裝置，其特徵在於，所述上遊臂具有用於測量在井中流動的流體速度的測量裝置(6)。全文摘要本發明公開一種用於烴類井的測量探測裝置(1)，所述探測裝置包括主體(2)、下遊臂(3)和上遊臂(5)，所述臂中的至少一個安裝有用於確定井中流體流的特性的測量裝置(6)；所述下遊和上遊臂分別通過第一和第二滑動樞轉連結(A和E)連接到主體上。文檔編號E21B47/01GK1688794SQ03823685公開日2005年10月26日申請日期2003年9月8日優先權日2002年9月10日發明者費比恩·森斯,讓-皮埃爾·奇扎克申請人:施藍姆伯格海外股份有限公司