專(zhuān)利名稱(chēng)：地層評(píng)價(jià)裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用布置在井眼內(nèi)的井下工具進(jìn)行地層評(píng)價(jià)的技術(shù)，所述的井眼穿透地下地層。尤其是，本發(fā)明涉及減少抽汲入井下工具和/或由井下工具進(jìn)行評(píng)價(jià)的地層流體的污染的技術(shù)。
背景技術(shù)：
鉆出井眼以確定和生產(chǎn)烴類(lèi)。其末端具有鉆頭的井下鉆具鉆進(jìn)到地層中從而形成一個(gè)井眼。在鉆具鉆進(jìn)時(shí)，將鉆井液泵入，使之穿過(guò)鉆具并從鉆頭排出，以冷卻鉆具并將鉆屑帶離。鉆井液從鉆頭排出并返回到地面以穿過(guò)鉆具進(jìn)行再循環(huán)。所述的鉆井液也被用于形成襯在井眼的泥餅。
在鉆井作業(yè)期間，需要對(duì)井眼所穿透地層進(jìn)行各種評(píng)價(jià)。在某些情況下，所述的鉆具可設(shè)置有對(duì)周?chē)貙訙y(cè)試和/或取樣的裝置。在某些情況下，可將鉆具移走并將鋼絲繩工具布置到井眼中以對(duì)地層進(jìn)行測(cè)試和/或取樣。在其它情況下，所述的鉆具可用于完成測(cè)試或取樣。例如，這些取樣或測(cè)試可用于確定有價(jià)值的烴類(lèi)。
地層評(píng)價(jià)常常需要將地層流體抽汲入井下工具以進(jìn)行測(cè)試和/或取樣。各種裝置(如探頭)從井下工具伸出以與井眼周?chē)牡貙有纬闪黧w連通并將流體抽汲入井下工具。一種典型的探頭為環(huán)形元件，其從井下工具伸出并定位靠在井壁上。探頭末端的橡膠封隔器用于與井壁形成密封。另一種與井壁形成密封的裝置為雙管封隔器。利用雙管封隔器，兩個(gè)彈性環(huán)相對(duì)于所述工具徑向膨脹從而封隔其間一部分井眼。所述的環(huán)與井壁形成密封并允許流體進(jìn)入封隔的井眼部分和進(jìn)入井下工具的入口。
襯在井眼的泥餅通常有助于探頭和/或雙管封隔器與井壁形成密封。一旦密封形成，通過(guò)降低井下工具內(nèi)的壓力使地層流體穿過(guò)入口進(jìn)入井下工具。用于井下工具的探頭和/或封隔器的示例在美國(guó)專(zhuān)利US6,301959、US4,860,581、US4,936,139、US6,585,045、US6,609,568、US6,719,049和申請(qǐng)?zhí)枮?004/0000433的美國(guó)專(zhuān)利中進(jìn)行了描述。
通常根據(jù)抽汲入鉆井工具的流體而進(jìn)行地層評(píng)價(jià)。目前存在著對(duì)進(jìn)入井下工具的流體進(jìn)行各種測(cè)試、預(yù)測(cè)試和/或取樣收集的技術(shù)。然而，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)貙恿黧w進(jìn)入井下工具的時(shí)候，各種污染物(如井眼流體和/或鉆井液)可能會(huì)隨著地層流體一起進(jìn)入井下工具。這些污染物會(huì)影響對(duì)地層流體的測(cè)試和/或取樣的質(zhì)量。此外，由于需要另外的時(shí)間來(lái)進(jìn)行更多的測(cè)試和/或取樣，污染物可引起井眼操作的昂貴的時(shí)間延誤。另外，這些問(wèn)題還可產(chǎn)生不正確和/或不能使用的錯(cuò)誤結(jié)果。
因此，需要進(jìn)入井下工具的地層流體足夠‘清潔’或‘原始’以進(jìn)行有效的測(cè)試。換句話說(shuō)，地層流體應(yīng)該具有很少或者沒(méi)有污染物。人們一直試圖消除隨地層流體進(jìn)入井下工具的污染物。如美國(guó)專(zhuān)利US4,951,749所述，將過(guò)濾器安裝在探頭內(nèi)以阻止污染物隨地層流體一起進(jìn)入井下工具。此外，如授權(quán)給Hrametz的美國(guó)專(zhuān)利US6,301,959所示，探頭安裝有護(hù)圈以在污染流體進(jìn)入探頭時(shí)使其轉(zhuǎn)離清潔流體。
盡管存在著進(jìn)行地層評(píng)價(jià)和試圖消除污染物的技術(shù)，但是仍需要控制流過(guò)井下工具的流體的流動(dòng)，以在污染物進(jìn)入和/或穿過(guò)井下工具時(shí)減少污染物。需要有能夠?qū)⑽廴疚飶那鍧嵙黧w中分離的技術(shù)。還需要能夠完成下述一種或多種功能的技術(shù)，其中分析穿過(guò)管線的流體，選擇性地控制流過(guò)井下工具的流體的流動(dòng)，響應(yīng)于探測(cè)到的污染物，去除污染物和/或靈活處理井下工具內(nèi)的流體。

發(fā)明內(nèi)容
在至少一個(gè)方面，本發(fā)明涉及一種減少污染的地層評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其用于設(shè)置在穿透地層的井眼內(nèi)的井下工具中，所述地層內(nèi)含有原始流體和被污染的流體。所述的系統(tǒng)包括至少兩個(gè)用于接收地層流體的入口，至少一條流體地連接到至少兩個(gè)入口中至少一個(gè)的評(píng)價(jià)管線以使原始流體進(jìn)入所述的井下工具，至少一條流體地連接到至少一個(gè)入口的清潔管線，以使被污染的流體進(jìn)入所述的井下工具，至少一條流體地連接到評(píng)價(jià)管線和/或清潔管線的流體管路，以選擇性地將流體抽汲到其內(nèi)，至少一個(gè)流體連接器，以選擇性地在評(píng)價(jià)管線和/或清潔管線之間建立流體連通，以及至少一個(gè)傳感器以測(cè)量評(píng)價(jià)管線和/或清潔管線內(nèi)的井下參數(shù)。
另一方面，本發(fā)明涉及一種減少污染的地層評(píng)價(jià)工具，該工具設(shè)置在穿透地層的井眼內(nèi)，所述地層內(nèi)含有原始流體和被污染的流體。所述的工具包括可從外殼伸出的流體連通裝置以與井壁密封結(jié)合，至少兩個(gè)用于接收地層流體的入口，至少一條設(shè)置在外殼內(nèi)并流體地連接到至少一個(gè)入口的評(píng)價(jià)管線，以使原始流體進(jìn)入所述的井下工具，至少一條流體地連接到所述入口的清潔管線，以使被污染的流體進(jìn)入所述的井下工具，至少一條流體地連接到評(píng)價(jià)管線和/或清潔管線的流體管路，以選擇性地將流體抽汲入其中，至少一個(gè)流體連接器，以選擇性地在評(píng)價(jià)管線和/或清潔管線之間建立流體連通，以及至少一個(gè)傳感器，以測(cè)量評(píng)價(jià)管線和/或清潔管線內(nèi)的井下參數(shù)。
又一方面，本發(fā)明涉及一種評(píng)價(jià)含有原始流體和被污染流體的地層的方法。該方法包括一個(gè)井下工具，該井下工具具有至少兩個(gè)用于將流體抽汲入井下工具內(nèi)的至少一條評(píng)價(jià)管線和至少一條清潔管線的入口。所述的井下工具設(shè)置在穿透地層的井眼內(nèi)，流體選擇性地被抽汲入評(píng)價(jià)管線和/或清潔管線，在評(píng)價(jià)管線與清潔管線之間選擇性地建立流體連通，測(cè)量評(píng)價(jià)管線和/或清潔管線內(nèi)流體的井下參數(shù)。
最后，在又一方面，本發(fā)明涉及一種將流體抽汲入井下工具的方法，所述的井下工具可定位在穿透地層的井眼內(nèi)，所述地層內(nèi)含有原始流體和被污染的流體。所述的方法包括定位井下工具的流體連通裝置，其與井壁密封結(jié)合，在流體連通裝置的至少一條評(píng)價(jià)管線與地層之間建立流體連通，在流體連通裝置的至少一條清潔管線與地層之間建立流體連通，在清潔泵的泵速下將流體泵入清潔管線，在評(píng)價(jià)泵的泵速下將流體泵入評(píng)價(jià)管線，以不連續(xù)的時(shí)間間隔選擇性地改變清潔泵和/或評(píng)價(jià)泵的泵速，并在時(shí)間間隔之后對(duì)評(píng)價(jià)管線和/或清潔管線內(nèi)的流體進(jìn)行地層評(píng)價(jià)。


為了詳細(xì)地理解本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做出更詳細(xì)地描述和對(duì)上面簡(jiǎn)明地總結(jié)，所述的實(shí)施例在附圖中示出。然而應(yīng)該指出，附圖僅僅示出了本發(fā)明典型的實(shí)施例，因此不能認(rèn)為其是對(duì)本發(fā)明范圍的限制，本發(fā)明允許具有其它等效的實(shí)施例。
圖1為示意圖，其部分地示出了設(shè)置在地層附近井眼內(nèi)的井下地層評(píng)價(jià)工具的剖面。
圖2為圖1所示的部分地層評(píng)價(jià)工具的示意圖，其中示出了接收地層流體的流體流動(dòng)系統(tǒng)。
圖3為井下工具和圖2所示的流體流動(dòng)系統(tǒng)的詳盡示意圖。
圖4A為使用不同步泵速的流過(guò)圖2中井下工具的流體的流量曲線。圖4B1-4為分別通過(guò)圖4A中的A-D點(diǎn)的流過(guò)圖2所示井下工具的流體的示意圖。
圖5A為使用同步泵速的通過(guò)圖2中井下工具的流體的流量曲線。圖5B1-4為分別通過(guò)圖5A中的A-D點(diǎn)的流過(guò)圖2所示井下工具的流體的示意圖。
圖6A為使用部分同步泵速的通過(guò)圖2中井下工具的流體的流量曲線。圖6B1-4為分別通過(guò)圖6A中的A-D點(diǎn)的流過(guò)圖2所示井下工具的流體的示意圖。
圖7A為使用偏離同步泵速的通過(guò)圖2中井下工具的流體的流量曲線。圖7B1-5為分別通過(guò)圖7A中的A-E點(diǎn)的流過(guò)圖2所示井下工具的流體的示意圖。
圖8A為使用偏離同步泵速的通過(guò)圖2中井下工具的流體的流量曲線。圖8B1-5為分別通過(guò)圖8A中的A-E點(diǎn)的流過(guò)圖2所示井下工具的流體的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例在上述的附圖中示出并將在下面進(jìn)行詳細(xì)描述。在描述優(yōu)選實(shí)施例的過(guò)程中，相似或相同的附圖標(biāo)記用于表示相同或相似的部件。附圖沒(méi)有必要按比例，并且為了清晰簡(jiǎn)明，附圖特定的特征和特定的視圖在比例上可能有些夸張或者是示意性的。
圖1示出了與本發(fā)明一起使用的井下工具。可使用能夠完成地層評(píng)價(jià)的任意井下工具，如鉆井工具、撓性管或其它井下工具。圖1所示的井下工具為利用電纜16從鉆機(jī)12下入到井眼14中并定位在地層F附近的常規(guī)鋼絲繩工具10。井下工具10具有適于與井壁密封并將流體從地層抽汲入井下工具的探頭18。雙管封隔器21也被示出，以便表明各種流體連通裝置(如探頭和/或封隔器)可用于將流體抽汲入井下工具。備用活塞19有助于將井下工具和探頭推靠在井壁上。
圖2為圖1所示部分井下工具10的示意圖，其示出了流體流動(dòng)系統(tǒng)34。探頭18優(yōu)選從井下工具伸出以與井壁結(jié)合。所述探頭具有封隔器20以與井壁密封。該封隔器與井壁接觸并與襯在井眼的泥餅22形成密封。泥餅滲入井壁從而形成井眼的侵入帶24。侵入帶包含有泥漿和污染周?chē)貙拥钠渌哿黧w，所述周?chē)貙影ǖ貙覨并且部分清潔地層流體26包含在其中。
探頭18優(yōu)選具有至少兩條管線，一條評(píng)價(jià)管線28和一條清潔管線30?？梢岳斫?，在使用雙管封隔器的時(shí)候，入口可設(shè)置在其間以將流體抽汲入井下工具的評(píng)價(jià)管線和清潔管線。用于將流體抽汲入單獨(dú)管線的流體連通裝置的示例(如探頭和雙管封隔器)，在授權(quán)給本發(fā)明的受讓人的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)6719049和公開(kāi)號(hào)為20040000433的專(zhuān)利申請(qǐng)和授權(quán)給Halliburton的US6,301,959專(zhuān)利中進(jìn)行了描述。
評(píng)價(jià)管線伸入井下工具并用于使清潔的地層流體進(jìn)入井下工具以進(jìn)行測(cè)試和/或取樣。評(píng)價(jià)管線伸入取樣室35以對(duì)地層流體進(jìn)行取樣。清潔管線30伸入井下工具并用于使被污染的流體離開(kāi)流入評(píng)價(jià)管線的清潔流體。被污染的流體可通過(guò)出口37排入井眼中。一個(gè)或多個(gè)泵36可用于使流體穿過(guò)管線。一個(gè)分流器或擋板優(yōu)選設(shè)置在評(píng)價(jià)管線和清潔管線之間以便分離其中流過(guò)的流體。
現(xiàn)在參看圖3，其中更加詳盡地示出了圖2所示的流體流動(dòng)系統(tǒng)34。在該圖中，流體通過(guò)探頭18而被抽汲入評(píng)價(jià)管線和清潔管線。在流體流入井下工具時(shí)，侵入帶24(如圖2)內(nèi)被污染的流體穿過(guò)，以便清潔流體26可進(jìn)入評(píng)價(jià)管線28(如圖3)。被污染的流體被抽汲入清潔管線并離開(kāi)評(píng)價(jià)管線，如箭頭所示。圖3示出了具有清潔管線的探頭，所述的清潔管線相對(duì)于探頭表面形成了一個(gè)環(huán)。然而，可以理解，也可以應(yīng)用其它一個(gè)或多個(gè)入口和貫穿探頭的管線的其它布局。
評(píng)價(jià)管線28和清潔管線30從探頭18伸出并穿過(guò)井下工具的流體流動(dòng)系統(tǒng)34。評(píng)價(jià)管線和清潔管線可選擇性地與貫穿流體流動(dòng)系統(tǒng)的管線連通，這里將對(duì)其做詳盡描述。圖3所示的流體流動(dòng)系統(tǒng)具有在流體從地層附近的上游位置流到穿過(guò)井下工具的下游位置時(shí)控制清潔和/或被污染流體流動(dòng)的多個(gè)特征。所述的系統(tǒng)具有多種流體測(cè)試和/或控制裝置，如管線(28，29，30，31，32，33，35)、泵36、預(yù)測(cè)試活塞40、取樣室42、閥44、流體連接器(48，51)和傳感器(38，46)。所述的系統(tǒng)還可具有各種附加裝置，如限流器、分流器、處理器和用于控制流動(dòng)和/或進(jìn)行各種地層評(píng)價(jià)操作的其它裝置。
評(píng)價(jià)管線28從探頭18伸出并流體地連接到貫穿井下工具的管線上。評(píng)價(jià)管線28優(yōu)選具有預(yù)測(cè)試活塞40a和傳感器，如壓力計(jì)38a和流體分析儀46a。清潔管線30從探頭18伸出并流體地連接到貫穿井下工具的管線上。清潔管線30優(yōu)選具有預(yù)測(cè)試活塞40b和傳感器，如壓力計(jì)38b和流體分析儀46b。傳感器(如壓力計(jì)38c)可連接到評(píng)價(jià)管線28和清潔管線30以測(cè)量它們之間的參數(shù)，如壓差。這些傳感器可按照需要沿著流體流動(dòng)系統(tǒng)的任意管線設(shè)置在其它位置。
可設(shè)置一個(gè)或多個(gè)預(yù)測(cè)試活塞以將流體抽汲入井下工具并進(jìn)行預(yù)測(cè)試操作。預(yù)測(cè)試通常用于在流體通過(guò)探頭而被抽汲入井下工具時(shí)產(chǎn)生井下壓力跟蹤和管線內(nèi)的壓力產(chǎn)生。當(dāng)結(jié)合具有評(píng)價(jià)管線和清潔管線的探頭使用時(shí)，預(yù)測(cè)試活塞可沿著每一管線設(shè)置以產(chǎn)生地層曲線，這些曲線可用來(lái)進(jìn)行比較和分析。此外，預(yù)測(cè)試活塞可用于將流體抽汲入井下工具以打破沿著井壁的泥餅。所述的活塞可同步循環(huán)或者以不同的速度循環(huán)以便調(diào)整和/或產(chǎn)生穿過(guò)各自管線的壓差。
在作業(yè)期間，預(yù)測(cè)試活塞還可用于診斷和/或探測(cè)問(wèn)題。在所述活塞以不同的速度循環(huán)時(shí)，可確定管線之間隔離的完整性。在穿過(guò)一條管線的壓力變化反映在第二管線時(shí)，則顯示出管線之間存在著不完全的隔離。管線之間缺少隔離可顯示出管線之間存在著不完全的密封?；钊h(huán)期間的穿過(guò)管線的壓力讀數(shù)可用于幫助診斷任意問(wèn)題或者確認(rèn)操作的充分性。
流體流動(dòng)系統(tǒng)可具有流體連接器，如轉(zhuǎn)換器48和/或連接器51，以在評(píng)價(jià)管線和清潔管線(和/或流體地連接到其上的管線)之間傳輸流體。這些裝置可沿著流體流動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置在各個(gè)位置以使流體從一條或多條管線轉(zhuǎn)向流到所需的部件或井下工具部分。如圖3所示，可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換器48可用于使評(píng)價(jià)管線28與管線32流體連通，并使清潔管線30與管線29流體連通。換句話說(shuō)，來(lái)自管線的流體可按照需要選擇性地在各條管線之間轉(zhuǎn)換。作為示例，流體可從管線28轉(zhuǎn)向流到管路50b，并且流體可從管線30轉(zhuǎn)向流到管路50a。
連接器51在圖3中示出，其包括多個(gè)閥44a，44b，44c，44d以及相關(guān)的連接器管線52和54。閥44a允許流體從管線29流到連接器管線54和/或穿過(guò)管線31流到管路50a。閥44b允許流體從管線32流到連接器管線54和/或穿過(guò)管線35流到管路50b。閥44c允許流體在閥44a和44b上游的管線29，32之間流動(dòng)。閥44d允許流體在閥44a和44b下游的管線31，35之間流動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)可使評(píng)價(jià)管線和清潔管線之間的流體選擇性的混合。例如，這可用于選擇性地使流體從管線流到一條或兩條取樣管路50a，50b。
閥44a和44b還可作為隔離閥使用，以便將管線29，32內(nèi)的流體同閥44a，44b下游的流體流動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)的其余流體隔離開(kāi)。所述的隔離閥關(guān)閉以隔離井下工具內(nèi)固定量的流體(即地層與閥44a，44b之間管線內(nèi)的流體)。位于閥44a和/或44b上游固定量的流體用于進(jìn)行井下測(cè)試，如壓力和流動(dòng)性。
在某些情況下，如在取樣期間，需要維持評(píng)價(jià)管線和清潔管線之間的分離。例如，這可通過(guò)關(guān)閉閥44c和/或44b來(lái)完成，以防止流體在管線29和32之間或管線31和35之間流動(dòng)。在其它情況下，管線之間的流體連通可用于進(jìn)行井下測(cè)試，如地層壓力測(cè)試和/或流動(dòng)性測(cè)試。例如，這可通過(guò)關(guān)閉閥44a，44b，打開(kāi)閥44c和/或44d來(lái)完成，以使流體分別流過(guò)管線29和32，或31和35。在流體流入管線時(shí)，沿著管線設(shè)置的壓力計(jì)可用于測(cè)量壓力并確定探頭與井壁之間接觸面上的流量和過(guò)流面積的變化。這一信息可用于產(chǎn)生地層流動(dòng)性。
閥44c，44d還可使流體在井下工具內(nèi)的管線之間穿過(guò)以防止管線之間產(chǎn)生壓差。如果缺少這樣一個(gè)閥，管線之間的壓差會(huì)使流體從一條管線流出并在穿過(guò)地層之后返回進(jìn)入井下工具內(nèi)的另一條管線，這樣可改變測(cè)試數(shù)據(jù)，如流動(dòng)性和壓力。
連接器51也可用于使流體流動(dòng)系統(tǒng)下游的部分與流體流動(dòng)系統(tǒng)上游部分相隔離。例如，連接器51(即通過(guò)關(guān)閉閥44a，44b)可用于使流體從連接器上游位置流到井下工具的其它部分，如穿過(guò)閥44j和管線25從而避免了流體管路。在另一示例中，通過(guò)關(guān)閉閥44a，44b和打開(kāi)閥44d，這一結(jié)構(gòu)可用于使流體在管路50之間通過(guò)和/或通過(guò)閥44k和管線39流到井下工具的其它部分。這一結(jié)構(gòu)還可用于使流體在其它部件和流體管路之間通過(guò)而不與探頭流體連通。這在某種情況下是有益的，如連接器的下游具有另外的部件(如另外的探頭和/或流體管路模塊)的情況下。
操作連接器51以便關(guān)閉閥44a和44d及打開(kāi)閥44d。在這一結(jié)構(gòu)中，來(lái)自?xún)蓷l管線的流體可從連接器51上游的位置流到管線35?？蛇x擇地是，關(guān)閉閥44b和44d并且打開(kāi)閥44a和44c，以便來(lái)自?xún)蓷l管線的流體可從連接器51上游的位置流到管線31。
管路50a和50b(有時(shí)稱(chēng)作取樣或流體管路)優(yōu)選包括泵36、取樣室42、閥44和相關(guān)管線以選擇性地抽汲流體穿過(guò)井下工具?？墒褂靡粭l或多條管路。為了描述的目的，描述兩條不同的管路，但是可使用相同或其它各種管路。
管線31從連接器51伸至管路50a。設(shè)置閥44e以選擇性地使流體流入管路50a。流體可從管線31經(jīng)過(guò)閥44e轉(zhuǎn)向流到管線33a1并通過(guò)排出口56a進(jìn)入井眼?？蛇x擇地是，流體可從管線31經(jīng)過(guò)閥44e并穿過(guò)管線32而轉(zhuǎn)向流到閥44f?？煞謩e在管線33a1和33a2上設(shè)置泵36a1和36a2。
經(jīng)過(guò)管線33a2的流體可通過(guò)閥44f并通過(guò)管線33b1轉(zhuǎn)向流到井眼，或者通過(guò)管線33b2轉(zhuǎn)向流到閥44g。泵36b可設(shè)置在管線33b2上。
經(jīng)過(guò)管線33b2的流體可通過(guò)閥44g流到管線33c1或管線33c2。當(dāng)轉(zhuǎn)向流到管線33c1時(shí)，流體可通過(guò)閥44h并通過(guò)管線33d1轉(zhuǎn)向流到井眼，或者通過(guò)管線33d2流回。當(dāng)轉(zhuǎn)向流到管線33c2時(shí)，流體在取樣室42內(nèi)聚積。緩沖管線33d3伸入到井眼和/或流體地連接到管線33d2上。泵36c設(shè)置在管線33d3上以抽汲從中穿過(guò)的流體。
管路50b具有閥44e’以選擇性地使流體從管線35流入管路50b。流體可經(jīng)過(guò)閥44e’進(jìn)入管線33c1’，或者進(jìn)入管線33c2’直至進(jìn)入取樣室42b。穿過(guò)管線33c1’的流體可通過(guò)閥44g’流入管線33d1’并向外流入井眼，或者流入管線33d2’。緩沖管線33d3’從取樣室42b伸入到井眼和/或流體地連接到管線33d2’上。泵36d設(shè)置在管線33d3’上以抽汲從中穿過(guò)的流體。
各種流動(dòng)結(jié)構(gòu)都可用于流動(dòng)控制管路。例如可包括另外的取樣室。一個(gè)或多個(gè)泵可設(shè)置在一條或多條貫穿管路的管線上。多個(gè)閥和相關(guān)的管線可用于將流體泵送至和轉(zhuǎn)向流到取樣室中和/或井眼中。
所述的管路可按照?qǐng)D3所示的一樣相鄰設(shè)置?？蛇x擇地是，所有或部分管路可設(shè)置在井下工具附近并通過(guò)管線流體連通。在某些情況下，部分管路(以及其它工具的其它部分，如探頭)可設(shè)置在模塊內(nèi)，該模塊可以各種結(jié)構(gòu)形式連接以構(gòu)成所述的井下工具。多條管路可設(shè)置在各種位置和/或結(jié)構(gòu)中。一條或多條管路可用于連接到貫穿井下工具的一條或多條管路上。
平衡閥44i和相關(guān)的管線49與管線29連接。一個(gè)或多個(gè)這樣的平衡閥可沿著評(píng)價(jià)和/或清潔管線設(shè)置以平衡管線與井眼之間的壓力。這種平衡使得井下工具與井眼之間的壓差得到平衡，以便井下工具不會(huì)粘靠在地層上。此外，平衡管線有助于在增壓流體上升到地面時(shí)管線內(nèi)部排出增壓流體和氣體。該閥可沿一條或多條管線的設(shè)置在各個(gè)位置?？稍O(shè)置多個(gè)平衡閥，尤其是在希望將壓力限制在多個(gè)區(qū)域時(shí)?？蛇x擇地是，井下工具內(nèi)的其它閥44可設(shè)置成自動(dòng)打開(kāi)以在多個(gè)區(qū)域平衡壓力。
多種閥可用于引導(dǎo)和/或控制穿過(guò)管線的流體的流動(dòng)。這些閥可包括單向閥、轉(zhuǎn)換閥、限流閥、平衡閥、隔離閥或者旁通閥和/或能夠控制流體流動(dòng)的其它裝置。閥44a-k可為選擇性地使流體通過(guò)管線的雙位閥。然而，它們還可以是允許從中通過(guò)有限量流體的閥。轉(zhuǎn)換閥48可以是這樣一種閥，其可用于使流體從評(píng)價(jià)管線28轉(zhuǎn)向流到第一取樣管路以及從清潔管線轉(zhuǎn)向流到第二取樣管路，并且然后將取樣管線切換到第二取樣管路和將清潔管線切換到第一取樣管路。
一個(gè)或多個(gè)泵可穿過(guò)管線進(jìn)行設(shè)置以控制穿過(guò)其中的流體的流量。泵的位置可用于協(xié)助通過(guò)井下工具的特定部分抽汲流體。所述的泵還可用于選擇性地使通過(guò)一條或多條管線的流體以所需的速度和/或壓力流動(dòng)。對(duì)所述的泵進(jìn)行操作可用于協(xié)助確定井下地層參數(shù)，如地層流體壓力、地層流體的流動(dòng)性等。通常設(shè)置泵是為了利用管線和閥來(lái)控制通過(guò)所述系統(tǒng)的流體的流動(dòng)。例如，一個(gè)或多個(gè)泵可設(shè)置在特定閥、取樣室、傳感器、儀表或其它裝置的上游和/或下游。
可選擇性地對(duì)所述的泵進(jìn)行激勵(lì)和/或協(xié)調(diào)以按照需要將流體抽汲入每一條管線，例如，可升高連接到清潔管線的泵的泵速和/或可降低連接到評(píng)價(jià)管線上的泵的泵速，以便優(yōu)化抽汲入評(píng)價(jià)管線的清潔流體的量。一個(gè)或多個(gè)這樣的泵可沿著管線進(jìn)行設(shè)置以選擇性地增加流過(guò)管線的流體的泵送速度。
可設(shè)置一個(gè)或多個(gè)傳感器，如流體分析儀46a，46b(即授權(quán)給本發(fā)明的受讓人的美國(guó)專(zhuān)利US4,994,671中所述的流體分析儀)和壓力計(jì)38a，38b，38c。各種傳感器都可用于確定井下參數(shù)，如含量、污染程度、化學(xué)物質(zhì)含量(如特定化學(xué)品/物質(zhì)的百分比)、流體力學(xué)參數(shù)(粘度、密度、特定相的百分比等)、電磁參數(shù)(如電阻率)、熱參數(shù)(如溫度)、動(dòng)態(tài)參數(shù)(如體積流量或質(zhì)量流量)、光學(xué)參數(shù)(吸收率或輻射率)、輻射性、壓力、溫度、鹽度、Ph值、放射性(伽馬和中子和光譜能量)、碳含量、粘土組分和含量、氧含量和/或其它關(guān)于流體的數(shù)據(jù)和/或相關(guān)的井下條件以及其它。傳感器數(shù)據(jù)可被采集并被傳遞到地面和/或在井下進(jìn)行處理。
可優(yōu)選地是，一個(gè)或多個(gè)傳感器為設(shè)置在評(píng)價(jià)管線38a、清潔管線38b上的壓力計(jì)38，或者穿過(guò)二者用于確定它們之間壓差的壓力計(jì)38c。另外的壓力計(jì)可設(shè)置在沿管線的各個(gè)位置。所述的壓力計(jì)可用于比較各自管線上的壓力大小以進(jìn)行故障判定，或者用于其它的分析和/或診斷。測(cè)試數(shù)據(jù)可被收集、傳遞到地面和/或在井下進(jìn)行處理。單獨(dú)這一數(shù)據(jù)或與傳感器數(shù)據(jù)結(jié)合可用于確定井下情況和/或做出決定。
一個(gè)或多個(gè)取樣室可沿著管線設(shè)置在各個(gè)位置。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，描述單獨(dú)一個(gè)帶有活塞的取樣室。然而，可以理解，可使用一個(gè)或多個(gè)各種類(lèi)型的取樣室。所述的取樣室可與管線相互連接，所述的管線伸入其它取樣室、井下工具的其它部分、井眼和/或其它裝料室。取樣室的示例及相關(guān)的結(jié)構(gòu)可在申請(qǐng)?zhí)栁?003042021和專(zhuān)利號(hào)為6467544和6659177中見(jiàn)到，這些專(zhuān)利或?qū)＠暾?qǐng)受讓給本發(fā)明的受讓人?？蓛?yōu)選的是，設(shè)置取樣室以收集清潔流體。此外，理想的是設(shè)置取樣室以便有效地和高質(zhì)量地接收清潔的地層流體。從一條或多條管線中流出的流體可被收集在一個(gè)或多個(gè)取樣室內(nèi)和/或被排放到井眼中。不需要包括取樣室，尤其是對(duì)于含有被污染流體的清潔管線。
在某些情況下，取樣室和/或特定的傳感器(如流體分析儀)可設(shè)置在探頭附近和/或泵的上游。從靠近地層的點(diǎn)或流體源來(lái)感測(cè)流體參數(shù)常常是有益的。在泵的上游進(jìn)行測(cè)試和/或取樣同樣是有益的。所述的泵對(duì)通過(guò)泵的流體進(jìn)行攪拌，在獲得清潔樣品之前，這種攪拌能夠擴(kuò)散正在通過(guò)泵的流體的污染和/或增加時(shí)間。通過(guò)在泵的上游進(jìn)行測(cè)試和取樣，可避免這些攪拌和污染物的擴(kuò)散。
計(jì)算機(jī)或者其它處理裝置優(yōu)選用于選擇性地激勵(lì)系統(tǒng)內(nèi)的各種裝置。所述的處理裝置可用于采集、分析、組合、傳遞、響應(yīng)和/或者另外的處理井下數(shù)據(jù)。井下工具可用于執(zhí)行響應(yīng)于處理器的指令。這些指令可用于完成井下操作。
在操作中，井下工具10(如圖1)與井眼相鄰設(shè)置，并且探頭18從井壁的密封處伸出。備用活塞19伸出有助于驅(qū)動(dòng)井下工具和探頭處于結(jié)合狀態(tài)。井下工具內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)泵36選擇性地受到激勵(lì)以將流體抽汲入一條或多條管線(如圖3)。通過(guò)所述的泵將流體抽汲入管線并通過(guò)閥而直接通過(guò)所需的管線。
圖4A-8B5描述了進(jìn)入探頭的流體的流動(dòng)，該探頭具有多條管線，如圖2和/或圖3所示的流體流動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)的管線。這些圖展示了控制進(jìn)入井下工具流體的流動(dòng)，以促進(jìn)清潔流體流入評(píng)價(jià)管線并減少污染。在每一幅圖中描述了流入探頭18并通過(guò)評(píng)價(jià)管線28和清潔管線30的流體的流動(dòng)。泵60，62被示意性地示出，其可操作地連接到管線28，30上，分別用于使流體穿過(guò)所述的管線。所示的泵62在高于評(píng)價(jià)泵60的速度下工作。然而，可以理解，所述的泵可以在相同的速度下工作，或者所述的清潔泵可在高于評(píng)價(jià)泵的速度下工作。為了描述的目的，在每一條管線上僅示出了一個(gè)泵。然而，每一管線上可使用任意數(shù)量的泵。這些泵可與圖3中所示的泵相同。
參看圖4A-4B4，其中示出了泵60，62，其在不同步模式下工作。圖4A示出了穿過(guò)評(píng)價(jià)管線28和清潔管線30(分別由線66和64表示)的流體的流量Q(y軸)對(duì)時(shí)間t(x軸)的曲線。圖4B1-B4示出了泵的操作和分別在圖4A中的點(diǎn)A-D流入探頭的流體的流動(dòng)曲線。
在圖4A中的A點(diǎn)，所述的泵工作并將流體抽汲入各自的評(píng)價(jià)管線和清潔管線。如圖4A1所示，部分地層流體進(jìn)入評(píng)價(jià)管線，部分流體進(jìn)入清潔管線。可優(yōu)選地是，被污染的流體24被抽汲入清潔管線以便僅有清潔流體26按照所示的方向流入評(píng)價(jià)管線。
在圖4A中的B點(diǎn)，清潔泵被停止，但是評(píng)價(jià)泵繼續(xù)工作。B點(diǎn)泵的相應(yīng)流量示出了通過(guò)清潔管線的流量(64)已經(jīng)停止，而通過(guò)評(píng)價(jià)管線的流量(66)仍在繼續(xù)。如圖4B2所示，被污染的流體不再被抽汲入清潔管線并離開(kāi)評(píng)價(jià)管線。在這種情況下，被污染的流體和清潔的流體都被抽汲入評(píng)價(jià)管線，如箭頭所示。
在圖4A中的C點(diǎn)，兩個(gè)泵正在泵送并且清潔管線的流量64增加了。如圖4A 3所示，所述的泵如前述的關(guān)于點(diǎn)A一樣重新工作。
在圖4A中的D點(diǎn)，清潔泵在泵送，但是評(píng)價(jià)管線被停止。D點(diǎn)泵的相應(yīng)流量示出了通過(guò)清潔管線的流量(64)仍在繼續(xù)，而通過(guò)評(píng)價(jià)管線的流量(66)已經(jīng)停止。如圖4B4所示，所述的流體不再被抽汲入評(píng)價(jià)管線。在這種情況下，被污染的流體和清潔流體可被抽汲入清潔管線，如箭頭所示。
參看圖5A-5B4，其中示出了泵60，62，其在同步模式下工作。除了兩個(gè)泵在B點(diǎn)和D點(diǎn)被關(guān)閉之外，這些圖和圖4A-4B4相同。在圖5A中的B點(diǎn)和D點(diǎn)，由泵抽汲入兩條管線的流量64a，66a停止。如圖5B2和圖4所示，在泵停止時(shí)所述的流體停止流入任一管線。
參看圖6A-6B4，其中描述了泵60，62，其在部分同步的模式下工作。除了兩個(gè)泵在B點(diǎn)被關(guān)閉之外，這些圖與圖4A-4B4相同。在圖6A中的B點(diǎn)，由泵抽汲入兩條管線的流量64b，66b停止。如圖6B2所示，所述的流體停止流入兩條管線。
參看圖7A-7B5，其中描述了泵60，62，其在偏離同步的模式下工作。除了在B點(diǎn)清潔泵被打開(kāi)而評(píng)價(jià)泵被關(guān)閉，在C點(diǎn)兩個(gè)都被關(guān)閉以及在D點(diǎn)清潔泵被打開(kāi)而評(píng)價(jià)泵被關(guān)閉之外，圖7A-7B5與圖4A-4B4相同。此外，在另外一個(gè)點(diǎn)E兩個(gè)泵都被打開(kāi)。圖7A中的結(jié)果曲線64c和66c示出了通過(guò)清潔管線的流量在C點(diǎn)停止，而通過(guò)評(píng)價(jià)管線的流量在從B點(diǎn)到D點(diǎn)的時(shí)間內(nèi)停止。
參考圖8A-8B5，其中描述了泵送和取樣操作。在這個(gè)示例中，泵60，62在圖7A-7B5所示的補(bǔ)償同步模式下工作。然而，取樣操作可在所述的任何模式下進(jìn)行。在圖8B1-5中除了取樣室42連接到評(píng)價(jià)管線中之外，這些圖與圖7A-7B5相同。閥66和68沿著管線28設(shè)置以選擇性地將流體轉(zhuǎn)向流到取樣室。
在清潔流體存在于評(píng)價(jià)管線內(nèi)時(shí)，所述的閥優(yōu)選受到激勵(lì)和/或所述的流體在某點(diǎn)流入取樣室。在圖8A-8B5所示的模式中，在泵循環(huán)之后進(jìn)行取樣以保證清潔流體流入評(píng)價(jià)管線28。如圖8B1-3所示，在泵工作的A-C點(diǎn)閥66關(guān)閉而閥68打開(kāi)。如圖8B4所示，在D點(diǎn)閥66打開(kāi)和閥68關(guān)閉以使流體開(kāi)始流入取樣室42。如E點(diǎn)和圖8B 5所示，流體開(kāi)始流入取樣室。
圖8A-8B5描述了與泵送模式結(jié)合的特定取樣操作。所述的取樣操作還可與其它泵送模式結(jié)合使用，如圖4-6中所述的那些模式。可優(yōu)選地是，控制所述的泵送和取樣以將清潔流體抽汲入取樣室和/或使被污染的流體從中離開(kāi)。檢測(cè)通過(guò)管線的流體以探測(cè)污染。在污染出現(xiàn)的地方，流體可從取樣室轉(zhuǎn)向，如轉(zhuǎn)向流到井眼中。
管線內(nèi)的流體還可利用其它裝置進(jìn)行控制以增加和/或降低一條或多條管線內(nèi)壓力。例如，取樣室內(nèi)的活塞和預(yù)測(cè)試活塞可縮回以將流體抽汲入其中。裝料(charging)、裝閥門(mén)、靜態(tài)壓力和其它技術(shù)也可用于控制管線內(nèi)的壓力。
從前面的描述中可以理解，在不脫離本發(fā)明真實(shí)精神的情況下可以對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選和替換實(shí)施例進(jìn)行各種修改和改變。這里所包含的裝置可手動(dòng)地和/或自動(dòng)地完成所需的操作?？砂凑招枰?或根據(jù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、探測(cè)的情況和/或由井下操作所獲得的分析數(shù)據(jù)進(jìn)行所述的操作。
這里的描述只是為了說(shuō)明的目的不應(yīng)該具有限制的意思。本發(fā)明的范圍應(yīng)該僅由后面的權(quán)利要求書(shū)的語(yǔ)言確定。權(quán)利要求中的術(shù)語(yǔ)“包括”意思為“至少包含”以便權(quán)利要求內(nèi)所引用特征列表為開(kāi)放組。除非進(jìn)行了特定地排除“A”，“an”和其它單數(shù)將包括復(fù)數(shù)形式。
權(quán)利要求
1.一種地層評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其用于可設(shè)置在穿透地下地層的井眼內(nèi)的井下工具中，所述地層內(nèi)含有原始流體和被污染的流體，其包括至少兩個(gè)用于接收地層流體的入口；至少一條流體地連接到至少兩個(gè)入口中的至少一個(gè)入口的評(píng)價(jià)管線，以使原始流體進(jìn)入所述的井下工具；至少一條流體地連接到至少兩個(gè)入口中的一個(gè)入口的清潔管線，以使被污染的流體進(jìn)入所述的井下工具；至少一條流體地連接到至少一條評(píng)價(jià)管線、至少一條清潔管線及其二者的結(jié)合中之一的流體管路，以選擇性地將流體抽汲到其內(nèi)；至少一個(gè)流體連接器，以選擇性地在評(píng)價(jià)管線與清潔管線之間建立流體連通；以及至少一個(gè)傳感器，以測(cè)量至少一條評(píng)價(jià)管線、至少一條清潔管線及其二者的結(jié)合中之一內(nèi)的井下參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的地層評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于其還包括可從外殼伸出以與井壁密封結(jié)合的流體連通裝置，至少兩個(gè)入口貫穿所述的流體連通裝置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的地層評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于所述的至少一個(gè)流體連接器適于使流體從至少一條評(píng)價(jià)管線的上游部分流到至少一條清潔管線的下游部分，或使流體從至少一條清潔的上游部分流到至少一條取樣管線的下游部分，或二者的組合。
4.如權(quán)利要求1或2所述的地層評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于所述的至少一個(gè)流體連接器連接到某一位置的管線上，該位置處于一個(gè)評(píng)價(jià)管線的關(guān)閉閥、清潔管線的關(guān)閉閥和二者組合中之一的上游。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的地層評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于所述的至少一個(gè)流體連接器連接到某一位置的管線上，該位置處于一個(gè)評(píng)價(jià)管線的關(guān)閉閥、清潔管線的關(guān)閉閥和二者組合中之一的下游。
6.如權(quán)利要求1或2所述的地層評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于其還包括至少一個(gè)平衡閥，該平衡閥從至少一條評(píng)價(jià)管線、至少一條清潔管線和二者的組合中之一上伸出，以流體地連接到井眼。
7.如權(quán)利要求1或2所述的地層評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于所述的至少一條流體管路包括至少一個(gè)泵，至少一個(gè)取樣室以及至少一個(gè)用于選擇性地將流體抽汲入井下工具的閥。
8.如權(quán)利要求1或2所述的地層評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于所述的至少一個(gè)傳感器適用于測(cè)量評(píng)價(jià)管線、清潔管線和二者的組合中至少之一內(nèi)的流體的性質(zhì)。
9.如權(quán)利要求1或2所述的地層評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于其還包括至少一個(gè)預(yù)測(cè)試活塞，該活塞可操作性地連接到至少一條評(píng)價(jià)管線、至少一條清潔管線和二者的組合中之一上。
10.如權(quán)利要求1或2所述的地層評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于其還包括至少一個(gè)隔離閥，以選擇性地使流體流過(guò)至少一條評(píng)價(jià)管線、至少一條清潔管線和二者的組合中之一。
11.一種地層評(píng)價(jià)方法，所述地層內(nèi)含有原始流體和被污染流體，該方法包括將一個(gè)井下工具布置在穿透地層的井眼內(nèi)，該井下工具具有至少兩個(gè)入口，所述的至少兩個(gè)入口用于將流體抽汲入井下工具內(nèi)的至少一條評(píng)價(jià)管線和至少一條清潔管線中；選擇性地將流體抽汲入至少一條評(píng)價(jià)管線、至少一條清潔管線和二者的組合之一內(nèi)；可選擇性地在至少一條評(píng)價(jià)管線和至少一條清潔管線之間建立流體連通；以及測(cè)量至少一條評(píng)價(jià)管線、至少一條清潔管線和二者組合中之一內(nèi)的流體的井下參數(shù)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于其還包括使流體穿過(guò)流體管路。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于通過(guò)至少一個(gè)泵將流體泵入到流體管路內(nèi)。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述的選擇性地建立流體連通的步驟包括使流體從至少一條評(píng)價(jià)管線的上游部分流到至少一條評(píng)價(jià)管線的下游部分，或使流體從至少一條清潔管線的上游部分流到至少一條評(píng)價(jià)管線的下游部分，或者二者的組合。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述的選擇性地建立流體連通的步驟包括在某一位置連接所述管線，該位置處于一個(gè)評(píng)價(jià)管線的關(guān)閉閥、清潔管線的關(guān)閉閥和二者組合中之一的上游。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述的選擇性地建立流體連通地步驟包括在某一位置連接所述管線，該位置處于一個(gè)評(píng)價(jià)管線的關(guān)閉閥、清潔管線的關(guān)閉閥和二者組合中之一的下游。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于其還包括在井眼與至少一條評(píng)價(jià)管線、至少一條清潔管線和二者的組合中之一之間建立流體連通。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于其還包括分析所測(cè)的井下參數(shù)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于比較所述管線的井下參數(shù)。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于所測(cè)的井下參數(shù)為至少一條評(píng)價(jià)管線與至少一條清潔管線之間的壓差。
21.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述的井下工具還包括一組連接到至少一條評(píng)價(jià)管線上的流體流路，每一流體流路具有至少一個(gè)泵，以及所述的抽汲流體的步驟包括選擇性地將流體泵入到至少一條評(píng)價(jià)管線、至少一條清潔管線和二者組合中的之一內(nèi)。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于所述的泵選擇性地受到激勵(lì)以防止被污染的流體流入到評(píng)價(jià)管線內(nèi)。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于其還包括將流體從評(píng)價(jià)管線泵入到至少一個(gè)取樣室。
全文摘要
本發(fā)明提供一種減少污染的地層評(píng)價(jià)技術(shù)。所述的技術(shù)涉及將流體抽汲入井下工具內(nèi)，該井下工具設(shè)置在穿透地層的井眼內(nèi)，所述地層內(nèi)含有原始流體和被污染的流體。所述的流體被抽汲入至少兩個(gè)入口內(nèi)以接收地層流體。至少一條評(píng)價(jià)管線流體地連接到至少一個(gè)入口上以使原始流體進(jìn)入井下工具。至少一條清潔管線流體地連接到所述入口上以使被污染地流體進(jìn)入井下工具。至少一條流體管路流體地連接到評(píng)價(jià)管線和/或清潔管線上以選擇性地將流體抽汲入其內(nèi)。設(shè)置至少一個(gè)流體連接器以選擇性地在管線之間建立流體連通。設(shè)置至少一個(gè)傳感器以測(cè)量一條管線內(nèi)的井下參數(shù)。所述流體可選擇性地被泵送穿過(guò)管線以降低評(píng)價(jià)管線內(nèi)的污染。
文檔編號(hào)E21B49/10GK1743644SQ20051009766
公開(kāi)日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2005年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月31日
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