專利名稱：可膨脹式封隔器組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于井下操作的可膨脹式封隔器組件，特別涉及適用于地層流體取樣的可膨脹式封隔器。
背景技術(shù)：
在油井被鉆出后，操作者通常需要獲得井下數(shù)據(jù)，諸如壓力測(cè)量和用于分析的井下流體樣品。這些任務(wù)通常由測(cè)井下井儀來完成，諸如模塊化鋼絲繩工具或者具有評(píng)估能力的鉆井工具，該具有評(píng)估能力的鉆井工具使用能夠接合地層并且建立流體連通以進(jìn)行壓力測(cè)量和獲得流體樣品的探頭。流體通常通過探頭中的入口被抽入到測(cè)井下井儀中。在一些情況下，諸如對(duì)于堅(jiān)固的、低滲透性的地層，取樣探頭通常被可膨脹的雙封隔器組件代替。這樣的探頭和封隔器系統(tǒng)的示例例如在授權(quán)給Schlumberger的美國專利US 4860581和US 4936139中被描述。
圖1A-1B示例性地示出了分別在放氣和膨脹的狀態(tài)下的雙封隔器元件10的常規(guī)結(jié)構(gòu)。封隔器元件10沿著在穿透地下地層的鉆孔中被鋼絲繩14輸送的測(cè)井下井儀12被隔開。盡管示出了鋼絲繩工具，被鉆桿柱、盤管等輸送的其他測(cè)井下井儀也適于這樣的任務(wù)。當(dāng)被膨脹時(shí)，封隔器元件10相互配合以密封或者隔離井孔壁18的一段16，從而提供了一個(gè)流動(dòng)區(qū)域，利用該流動(dòng)區(qū)域可使得流體從周圍地層流出。
當(dāng)封隔器元件(通常由橡膠制成)膨脹時(shí)，它們的端部通常保持大的變形量和彎曲應(yīng)力，這可導(dǎo)致周圍撕裂和系統(tǒng)失效。另外，由于井孔通常表現(xiàn)出高溫，特別在大的深度處，因此封隔器元件通常遭受很大的熱應(yīng)力。
人們?cè)噲D防止封隔器失效。因此，可膨脹式封隔器主體或者元件通常裝有采用金屬纜線或者板條的形式的加強(qiáng)件。盡管這些加強(qiáng)件可用于提高封隔器元件的壽命，但在當(dāng)封隔器元件膨脹并且與高溫井孔的壁18接合時(shí)遭受的高應(yīng)力下加強(qiáng)件可塑性變形并且產(chǎn)生不希望的擠壓(如圖1B-1C中所示)。另外，支撐件(即，金屬板條或者纜線)可具有有限的強(qiáng)度，并且封隔器元件的撓性材料-通常為橡膠-隨著溫度升高而強(qiáng)度減小。所產(chǎn)生的變形可是不可回復(fù)的，從而阻止封隔器元件在取樣后收縮到所需直徑內(nèi)。換言之，封隔器不太可能成功地回復(fù)到圖1A中所示的外形。這樣，當(dāng)使用這些所謂的“板條封隔器”時(shí)，增加了卡在井孔中的危險(xiǎn)。
盡管在封隔器技術(shù)中存在一些改進(jìn)，但仍然需要一種在苛刻的井孔狀態(tài)下具有長壽命的封隔器。希望這樣一種封隔器限制或者抑制封隔器在井孔操作中經(jīng)受的變形以達(dá)到“較平緩”的膨脹形狀(例如，避免圖1B-1C的擠壓外形)并且從而提高封隔器的壽命。最好，這樣一種解決方案適于與已知的封隔器主體或者元件結(jié)合使用。還希望封隔器收縮到它們的初始形狀(例如，如圖1A中所示)以減小測(cè)井下井儀卡在井孔中的可能性。最好，這樣一種解決方案可使用周圍的井孔流體壓力以達(dá)到所需的收縮，并且平衡施加在測(cè)井下井儀的每一個(gè)封隔器上的載荷。
在雙封隔器組件中產(chǎn)生的另一個(gè)問題涉及封隔器元件之間的軸向間距。當(dāng)該距離增大時(shí)，例如為了增大井孔壁的隔離區(qū)域，在分離封隔器的芯棒處彎曲的危險(xiǎn)通常增大。因此，需要一種解決在分隔的雙封隔器組件中的彎曲風(fēng)險(xiǎn)的方案。
定義在說明書中對(duì)于某些術(shù)語在第一次使用時(shí)進(jìn)行了定義，同時(shí)對(duì)說明書中使用的某些其他術(shù)語定義如下“可展開的”指的是可從一個(gè)位置或者構(gòu)造移動(dòng)到另一個(gè)位置或者構(gòu)造，特別是利用膨脹或者展開。
“朝內(nèi)”指的是朝向物品或者一組物品的中心或者中部(例如，朝向封隔器的中心)。
“下部”指的是在井孔內(nèi)位置較深(例如，具有兩個(gè)端部支撐件的封隔器的下端支撐件)。
“芯棒”指的是其他部件布置、組裝或者支撐在其周圍的棒、桿、心軸或者管狀元件，特別用于在井孔內(nèi)執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)操作。
“外部”指的是放置于或位于物理極端或者極限。
“朝外”指的是朝向遠(yuǎn)離物品或者一組物品的中心或者中部(例如，朝向遠(yuǎn)離封隔器的中心)。
“上部”指的是在井孔內(nèi)位置較淺(例如，雙封隔器構(gòu)造的上封隔器)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種可膨脹式封隔器組件，包括具有一對(duì)端部的可膨脹的第一管狀元件和用于將第一管狀元件的相應(yīng)端部固定在設(shè)置于第一管狀元件內(nèi)的芯棒周圍的第一對(duì)環(huán)形端部支撐件。第一環(huán)形支撐組件可從其中一個(gè)端部支撐件展開以在其加壓和膨脹后加強(qiáng)第一管狀元件。
最好，第一環(huán)形支撐組件可通過在其一個(gè)端部處與其中一個(gè)端部支撐件樞接來展開?；蛘?，可展開的特征可由其他適合的擴(kuò)展或者展開裝置來提供，諸如在第一環(huán)形支撐組件(作為一個(gè)整體或者利用其單獨(dú)的部件)和其中一個(gè)端部支撐件之間的類似柱塞的接合。這樣的選擇通過本發(fā)明是可以預(yù)見的并且被認(rèn)為在其保護(hù)范圍內(nèi)。
最好，其中一個(gè)端部支撐件是可移動(dòng)的并且另一個(gè)端部支撐件相對(duì)于芯棒被固定。但是，本發(fā)明延展到其中兩個(gè)端部支撐件相對(duì)于芯棒固定的實(shí)施例。
第一管狀元件包括本領(lǐng)域已知的撓性或者彈性材料。端部支撐件最好是金屬的并且每一個(gè)包括用于接收第一管狀元件的一端的環(huán)部。
第一環(huán)形支撐組件最好在其與樞接端相對(duì)的端部處是可擴(kuò)展的。環(huán)形支撐組件的各個(gè)實(shí)施例使用呈環(huán)形布置的多個(gè)指狀物或者板條并且每一個(gè)在其一端處與可移動(dòng)的端部支撐件或者固定的端部支撐件樞接。
在環(huán)形支撐組件使用板條的情況下，最好每一個(gè)板條具有從其樞接端增大到其另一端的寬度，并且板條被布置以使得每一個(gè)板條與相鄰的板條部分交疊。
封隔器組件可包括一對(duì)環(huán)形支撐組件，每一個(gè)環(huán)形支撐組件在其中一個(gè)端部與第一對(duì)環(huán)形端部支撐件中的一個(gè)樞接以在其加壓和膨脹后加強(qiáng)第一管狀元件。
封隔器組件通常將在可膨脹的雙封隔器的支撐中使用適用于測(cè)井下井儀中的芯棒。因此，封隔器組件還可包括具有一對(duì)端部的可膨脹的第二管狀元件和用于將第二管狀元件的相應(yīng)端部固定在芯棒周圍的第二對(duì)環(huán)形端部支撐件。第一和第二對(duì)端部支撐件相互配合以在第一和第二管狀元件之間限定一軸向間距。第二環(huán)形支撐組件在其一個(gè)端部與第二對(duì)端部支撐件中的一個(gè)樞接以在其加壓和膨脹后加強(qiáng)第二管狀元件。
最好，第二對(duì)端部支撐件中的一個(gè)端部支撐件是可動(dòng)的，另一個(gè)端部支撐件相對(duì)于芯棒是固定的。
在使用雙封隔器的封隔器組件實(shí)施例中，第一和第二對(duì)端部支撐件的每一個(gè)的下端部支撐件最好是可動(dòng)的端部支撐件?；蛘撸谝缓偷诙?duì)端部支撐件中的外端部支撐件是可動(dòng)的端部支撐件。
封隔器組件的特定實(shí)施例還裝有能夠使得第一對(duì)端部支撐件的可動(dòng)端部支撐件從膨脹位置移動(dòng)到收縮位置的第一收縮組件。這樣的實(shí)施例還可裝有能夠使得第二對(duì)端部支撐件的可動(dòng)端部支撐件從膨脹位置移動(dòng)到收縮位置的第二收縮組件。在這些實(shí)施例中，最好，與第一和第二收縮組件的每一個(gè)相關(guān)的可動(dòng)的端部支撐件裝有大于其朝外的表面區(qū)域的朝內(nèi)表面區(qū)域，從而當(dāng)?shù)谝缓偷诙軤钤粶p壓和收縮時(shí)井孔流體壓力在低壓腔室上方施加使得可動(dòng)的端部支撐件向外移動(dòng)的凈作用力。
本發(fā)明的封隔器組件的特定實(shí)施例還包括在第一和第二管狀元件中間的軸向間距中由芯棒所攜帶的可膨脹的扶正器以抵抗芯棒的彎曲。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種可膨脹式封隔器組件，包括具有一對(duì)端部的可膨脹的第一管狀元件和用于將第一管狀元件的相應(yīng)端部固定在設(shè)置于第一管狀元件內(nèi)的芯棒周圍的第一對(duì)環(huán)形端部支撐件。其中一個(gè)端部支撐件是可動(dòng)的，另一個(gè)端部支撐件相對(duì)于芯棒是固定的。提供第一止動(dòng)件以限制可動(dòng)的端部支撐件的軸向移動(dòng)。
在特定實(shí)施例中，可動(dòng)的端部支撐件裝有大于其朝外的表面區(qū)域的朝內(nèi)表面區(qū)域，從而當(dāng)?shù)谝还軤钤粶p壓和收縮時(shí)井孔流體壓力施加使得可動(dòng)的端部支撐件向外移動(dòng)的凈作用力。
封隔器組件和可動(dòng)的端部支撐件可被設(shè)置成圍繞固定在芯棒上的套筒軸向移動(dòng)的形式。套筒具有對(duì)應(yīng)于可動(dòng)的端部支撐件的朝內(nèi)和朝外的表面區(qū)域的階梯形半徑。
封隔器組件還可包括第一環(huán)形支撐組件，第一環(huán)形支撐組件在其一個(gè)端部與其中一個(gè)端部支撐件樞接以在其加壓和膨脹后加強(qiáng)第一管狀元件。
封隔器組件通常將在可膨脹的雙封隔器的支撐中使用適用于測(cè)井下井儀中的芯棒。因此，封隔器組件還可包括具有一對(duì)端部的可膨脹的第二管狀元件和用于將第二管狀元件的相應(yīng)端部固定在芯棒周圍的第二對(duì)環(huán)形端部支撐件。其中一個(gè)端部支撐件是可動(dòng)的，另一個(gè)端部支撐件相對(duì)于芯棒是固定的。提供第二止動(dòng)件以限制可動(dòng)的端部支撐件的軸向移動(dòng)。
在特定實(shí)施例中，可動(dòng)的端部支撐件裝有大于其朝外的表面區(qū)域的朝內(nèi)表面區(qū)域，從而當(dāng)?shù)谝还軤钤粶p壓和收縮時(shí)井孔流體壓力施加使得可動(dòng)的端部支撐件向外移動(dòng)的凈作用力。第一和第二對(duì)端部支撐件相互配合以在第一和第二管狀元件之間限定軸向間距。封隔器組件的這樣的實(shí)施例還可包括第二環(huán)形支撐組件，第二環(huán)形支撐組件在其一個(gè)端部與其中一個(gè)端部支撐件中的一個(gè)樞接以在其加壓和膨脹后加強(qiáng)第二管狀元件。
在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種可膨脹式封隔器組件，包括設(shè)置在適用于設(shè)置在井孔中的測(cè)井下井儀中的芯棒周圍的一對(duì)可膨脹式封隔器，所述封隔器以一定軸向間距分隔開。芯棒由位于第一和第二封隔器中間的軸向間距中的可膨脹的扶正器攜帶以抵抗芯棒的彎曲。
所述扶正器可包括沿著芯棒攜帶的一對(duì)支撐件，至少一個(gè)支撐件可沿著芯棒軸向移動(dòng)。這些實(shí)施例的扶正器還包括多對(duì)(最好三對(duì))鉸接的臂。每一對(duì)臂具有與相應(yīng)的支撐件樞接的第一端和相互樞接的第二端。致動(dòng)器由芯棒攜帶以促使每一個(gè)可動(dòng)的支撐件軸向移動(dòng)，從而使得每一對(duì)臂的樞接的第二端徑向向外移動(dòng)以在井孔壁上施加使得芯棒基本上置于井孔中心的作用力。
所述扶正器還可包括多個(gè)彈簧葉片，每一個(gè)彈簧葉片具有與相應(yīng)的支撐件樞接的端部以使彈簧葉片位于相應(yīng)的鉸接臂對(duì)和井孔壁之間。彈簧葉片和樞接臂相互配合以在井孔壁上施加使得芯棒基本上置于井孔中心的作用力。
本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種圍繞設(shè)置在穿透地下地層的井孔中的芯棒展開所攜帶的一對(duì)隔開的可膨脹式封隔器的方法。該方法包括對(duì)封隔器加壓以隔離井孔壁的環(huán)形部分、通過井孔壁的被隔離的部分收集一個(gè)或者多個(gè)地層流體的樣品以及對(duì)封隔器減壓以使芯棒在井孔內(nèi)移動(dòng)。該方法還包括下列步驟中的一個(gè)或者多個(gè)在加壓步驟中利用環(huán)形支撐組件限制封隔器的變形；限制可動(dòng)的端部支撐件的軸向移動(dòng)；以及基本上使得芯棒定心于所述封隔器中間以抵抗芯棒的彎曲。
每一個(gè)封隔器可包括具有一對(duì)端部的可膨脹的第一管狀元件和用于圍繞芯棒固定第一管狀元件的相應(yīng)端部的第一對(duì)環(huán)形端部支撐件。最好，其中一個(gè)端部支撐件是可動(dòng)的，另一個(gè)端部支撐件相對(duì)于芯棒是固定的。在這些實(shí)施例中，限制變形步驟是利用在其一個(gè)端部與一個(gè)端部支撐件樞接以在其加壓和膨脹后加強(qiáng)第一管狀元件的環(huán)形支撐組件來實(shí)現(xiàn)的。
在特定實(shí)施例中，該方法還包括利用周圍井孔壓力使得封隔器主動(dòng)收縮的步驟。因此，每一個(gè)封隔器可包括具有一對(duì)端部的可膨脹的管狀元件和用于圍繞芯棒固定第一管狀元件的相應(yīng)端部的一對(duì)環(huán)形端部支撐件。其中一個(gè)端部支撐件是可動(dòng)的，另一個(gè)端部支撐件相對(duì)于芯棒是固定的?？蓜?dòng)的端部支撐件裝有大于其朝外的表面區(qū)域的朝內(nèi)的表面區(qū)域。當(dāng)?shù)谝还軤钤p壓和收縮時(shí)井孔流體壓力施加使得可動(dòng)的端部支撐件向外移動(dòng)的凈作用力，從而利用井孔流體壓力主動(dòng)地收縮封隔器。
定心步驟還可利用使用多個(gè)鉸接臂的扶正器來實(shí)現(xiàn)。
從下面的描述和技術(shù)方案中可以明顯地看出本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)。


為了能夠詳細(xì)理解本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)，下面參照附圖中所示的實(shí)施例對(duì)以上簡單概括的本發(fā)明進(jìn)行更具體的描述。但是，應(yīng)該注意的是，附圖僅示出了本發(fā)明的典型實(shí)施例，因此不能被認(rèn)為是對(duì)其保護(hù)范圍的限制，本發(fā)明可允許其他等效的實(shí)施例。
圖1A是現(xiàn)有技術(shù)所涉及的裝有一對(duì)可膨脹式封隔器的鋼絲繩輸送的測(cè)井下井儀的示意圖。
圖1B示出了圖1A中的測(cè)井下井儀，其中封隔器膨脹并且在各個(gè)低壓側(cè)經(jīng)受擠壓。
圖1C詳細(xì)示出了圖1B的上封隔器。
圖2-3是適合使用本發(fā)明的已知鋼絲繩輸送的測(cè)井下井儀的示意圖。
圖4A示出了具有可膨脹式封隔器和環(huán)形支撐組件的測(cè)井下井儀。
圖4B示出了圖4A的測(cè)井下井儀，其中封隔器膨脹并且環(huán)形支撐組件膨脹以抵抗封隔器擠壓。
圖5A示出了根據(jù)圖4A中的截面線5A-5A得到的部分截面圖。
圖5B示出了根據(jù)圖4B中的截面線5B-5B得到的部分截面圖。
圖5C示出了根據(jù)圖4B中的截面線5C-5C得到的部分截面圖。
圖6A示出了一種可膨脹式封隔器和可選擇的第一環(huán)形支撐組件的一部分。
圖6B示出了膨脹的圖6A的封隔器，并且可選擇的第一環(huán)形支撐組件膨脹以抵抗封隔器擠壓。
圖7A示出了一種可膨脹式封隔器和可選擇的第二環(huán)形支撐組件的一部分。
圖7B示出了膨脹的圖7A的封隔器，并且可選擇的第二環(huán)形支撐組件膨脹以抵抗封隔器擠壓。
圖8A示出了一種可膨脹式封隔器和可選擇的第三環(huán)形支撐組件的一部分。
圖8B示出了膨脹的圖8A的封隔器，并且可選擇的第三環(huán)形支撐組件膨脹以抵抗封隔器擠壓。
圖9示出了收縮組件。
圖10A示出了用于可膨脹式封隔器的圖4A-B的環(huán)形支撐組件和圖9的收縮組件。
圖10B示出了膨脹的圖10A的封隔器，并且環(huán)形支撐組件膨脹以抵抗封隔器擠壓。
圖11示出了具有雙封隔器組件的鋼絲繩工具，雙封隔器組件裝有用于抵抗在封隔器中間的工具部分彎曲的扶正器。
圖12示出了裝有分別具有圖9的收縮組件的一對(duì)可膨脹式封隔器的測(cè)井下井儀，其中上封隔器被倒置以使得兩個(gè)相應(yīng)的封隔器的低壓側(cè)固定。圖12的測(cè)井下井儀還裝有圖11中所示的一種可選擇的扶正器。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)參見現(xiàn)有技術(shù)圖2和圖3，其中示出了本發(fā)明適用的設(shè)備的一個(gè)示例。其他測(cè)井下井儀，諸如鉆孔、盤管、完井或者其他工具也可使用。設(shè)備A是可利用鋼絲繩(未示出)被降到井孔(未示出)中以進(jìn)行地層性能測(cè)試的測(cè)井下井儀。設(shè)備A在授權(quán)給Schlumberger的美國專利US 4860581和US 4936139中被詳細(xì)描述。為了便于理解，設(shè)備的一些細(xì)節(jié)在這里被描述。為了清楚起見，與工具A與鋼絲繩的連接以及電源和關(guān)于通訊的電子器件未示出。在工具的整個(gè)長度上延伸的電源和通訊線用附圖標(biāo)記208表示。這些電源和通訊部件對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的并且過去已經(jīng)用于商業(yè)應(yīng)用。這種類型的控制設(shè)備通常安裝在靠近工具與鋼絲繩的連接的工具的最上端，并且電線穿過工具延伸到各個(gè)部件。
如圖2的實(shí)施例中所示，設(shè)備A具有液壓動(dòng)力模塊C、封隔器模塊P和探頭模塊E。所示的探頭模塊E具有一個(gè)可用于滲透性測(cè)試或者流體取樣的探頭組件210。當(dāng)根據(jù)已知技術(shù)利用該工具確定各向異性滲透性和垂直儲(chǔ)油層構(gòu)造時(shí)，多探頭模塊F可被加入到探頭模塊E，如圖2中所示，多探頭模塊F具有沉降探頭組件212和214。其他模塊L、B、D也可被使用。
液壓動(dòng)力模塊C包括泵216、儲(chǔ)液容器218和控制泵216的操作的馬達(dá)220。低油開關(guān)222還形成了控制系統(tǒng)的一部分并且用于調(diào)節(jié)泵216的操作。
液壓流體線224與泵216的排液口相連并且穿過液壓動(dòng)力模塊C延伸到用作液壓動(dòng)力源的相鄰模塊中。在圖2中所示的實(shí)施例中，根據(jù)所用的構(gòu)造，液壓流體線224穿過液壓動(dòng)力模塊C延伸到探頭模塊E和/或F中。利用液壓流體返回線226使得液壓回路閉合，在圖2中液壓流體返回線226從探頭模塊E延伸返回到液壓動(dòng)力模塊C，液壓流體返回線226在液壓動(dòng)力模塊C終止于儲(chǔ)液容器218處。
如圖3中所示，泵出模塊M可利用泵送流體通過流線254進(jìn)入井孔中排出不需要的樣品，或者用于將流體從井孔泵送到流線254中以使得可膨脹的雙封隔器(也被稱為跨式封隔器)228和230膨脹。另外，泵出模塊M可用于將流體從井孔通過探頭模塊E或者F抽取地層流體，接著將地層流體泵送到樣品腔室模塊S中抵抗其中的緩沖流體。由來自于泵291的液壓流體供給能量的往復(fù)泵292可被調(diào)整以從流線254抽取和通過流線295排出不需要的樣品，或者它可被調(diào)整以將流體從井孔(通過流線295)泵送到流線254。該泵出模塊也可被構(gòu)造成在該處流線295與流線254相連以使流體可從流線254的下游部分被抽取并且被泵送到上游，反之亦然。
泵出模塊M具有必需的控制裝置以調(diào)節(jié)活塞泵292和使得流線254與流線295對(duì)準(zhǔn)來完成泵出程序。應(yīng)該注意的是，這里活塞泵292可用于將樣品泵送到樣品腔室模塊S中，包括如果需要對(duì)這樣的樣品過壓，以及利用泵出模塊M將樣品從樣品腔室模塊S泵出。如果需要的話，泵出模塊M還可用于完成恒定壓力或者恒定流量注射。利用足夠的動(dòng)力，泵出模塊M可用于以足夠高的流量注射流體以為地層的應(yīng)力測(cè)量產(chǎn)生微細(xì)裂縫。
或者，可利用活塞泵292使得圖2中所示的可膨脹的雙封隔器228和230充填井孔流體和排出井孔流體。可以容易地看出，泵出模塊M的選擇性啟動(dòng)以驅(qū)動(dòng)活塞泵292，與控制閥296的選擇性操作和閥I的膨脹和收縮結(jié)合，可導(dǎo)致封隔器228和230的選擇性膨脹或者收縮。封隔器228和230安裝在設(shè)備A的外圍232，并且使用通常由與井孔流體和溫度相容的彈性材料構(gòu)成的主體或者元件。封隔器元件被安裝以使封隔器228和230中具有腔室。當(dāng)活塞泵292被操作并且膨脹閥I被適當(dāng)設(shè)定時(shí)，來自于流線254的流體通過膨脹/收縮閥I，并且通過流線238流到封隔器228和230。
在封隔器228和230已經(jīng)膨脹和/或設(shè)定探頭210和/或探頭212和214后，地層的流體抽取測(cè)試可開始。樣品流線254從在探頭模塊E中的探頭246在封隔器228和230之間的位置處向下延伸到外圍232通過相鄰的模塊和進(jìn)入樣品模塊S中。這樣，垂直探頭210和沉降探頭214根據(jù)所需構(gòu)造利用一個(gè)或者多個(gè)阻力測(cè)量單元256、壓力測(cè)量裝置258和預(yù)測(cè)試機(jī)構(gòu)259使得地層流體進(jìn)入樣品流線254中。另外，流線264使得地層流體進(jìn)入到樣品流線254中。當(dāng)利用模塊E或者多模塊E和F時(shí)，隔離閥262被安裝在阻力傳感器256的下游。在該閉合位置，隔離閥262限制內(nèi)部流線體積，提高由壓力計(jì)258實(shí)施動(dòng)態(tài)測(cè)量的精度。在進(jìn)行初始的壓力測(cè)試后，隔離閥262可被打開以允許流體通過流線254進(jìn)入到另一個(gè)模塊中。
樣品腔室模塊S接著可被使用以收集通過流線254輸送并且被流動(dòng)控制模塊N調(diào)節(jié)的流體樣品，流動(dòng)控制模塊N是有益的但對(duì)于流體采樣不是必需的。首先參照?qǐng)D3中的上樣品腔室模塊S，閥280被打開并且閥262、262A和262B保持關(guān)閉，這樣將流線254中的地層流體引導(dǎo)到樣品腔室模塊S的腔室284中的樣品收集腔室284C中，接著改變閥280以隔離樣品。腔室284具有樣品收集腔室284C和加壓/緩沖腔室284p。接著工具可被移動(dòng)到不同的位置并且過程重復(fù)?，F(xiàn)將對(duì)用于測(cè)井下井儀(諸如上述工具A)的特定的方面或者本發(fā)明進(jìn)行描述。圖4A-4B示出了裝有可膨脹式封隔器組件410的測(cè)井下井儀400的一部分。盡管這樣的封隔器組件通常設(shè)有成對(duì)的雙封隔器元件，但這里為了簡單和清楚起見，僅示出了一個(gè)具有相應(yīng)的支撐組件426的一個(gè)封隔器元件412。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，除了雙封隔器構(gòu)造以外，單個(gè)封隔器元件已經(jīng)獨(dú)立地用于某些應(yīng)用中。圖4A示出了收縮以延伸到井孔418中和從井孔418伸出的封隔器元件412，而圖4B示出了膨脹的封隔器元件412并且環(huán)形支撐組件426膨脹以抵抗封隔器元件擠壓。
可膨脹式封隔器組件410包括具有一對(duì)端部414、416的可膨脹的管狀封隔器元件412和用于圍繞至少部分地設(shè)置在第一管狀封隔器元件412內(nèi)的芯棒424固定第一管狀封隔器元件412的相應(yīng)端部414、416的具有各自的環(huán)部419、421的第一對(duì)環(huán)形端部支撐件420、422。下端部支撐件422是可動(dòng)的，而上端部支撐件420相對(duì)于芯棒424是固定的?；蛘?，假設(shè)封隔器元件412被適當(dāng)構(gòu)造以允許附加的彈性變形，上和下端部支撐件可是固定的(未示出)。
第一環(huán)形支撐組件426可通過在其一個(gè)端部430處與下端部支撐件422樞接而從下端部支撐件422展開以在其加壓和膨脹(即充填膨脹)后加強(qiáng)第一管狀封隔器元件412。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，展開的其他方式(例如滑動(dòng)平移)可適當(dāng)使用。環(huán)形支撐組件426用作管狀封隔器元件412的外機(jī)械支撐，并且有效地橋接了端部支撐422(為金屬的)和井孔壁418之間的間隙。這用于使撓性管狀封隔器元件412解除了必須提供機(jī)械強(qiáng)度以支撐其自身的壓力(例如，利用諸如板條的加強(qiáng)插件)。支撐組件提供支撐以幫助管狀封隔器元件412在井孔壁418和封隔器芯棒424之間形成密封。
第一環(huán)形支撐組件426在其與樞接端430相對(duì)的端部432處可膨脹，從而在管狀封隔器元件412膨脹后組件426變成截錐形(見圖4B)。封隔器組件可包括第二環(huán)形支撐組件428，第二環(huán)形支撐組件428在其端部429與上端部支撐件420樞接以在其加壓和膨脹(即充填膨脹)后進(jìn)一步加強(qiáng)第一管狀元件。盡管所示的本實(shí)施例使用兩個(gè)環(huán)形支撐組件426、428，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，也可使用這樣一個(gè)組件。在后一種情況下，一個(gè)環(huán)形支撐組件通常位于管狀封隔器元件412的低壓側(cè)(例如，在流體采樣雙封隔器組件中暴露在低壓的一側(cè))，這是由于該側(cè)經(jīng)受的擠壓和大的變形大于管狀封隔器元件的高壓側(cè)(即，暴露在周圍井孔壓力下的一側(cè))。
環(huán)形支撐組件的各個(gè)實(shí)施例可使用采用環(huán)形布置的多個(gè)指狀物或者板條，所述多個(gè)指狀物或者板條在其至少一個(gè)端部處與可動(dòng)的端部支撐件和/或固定端部支撐件樞接。圖5A示出了被包含在第一環(huán)形支撐組件426中的多個(gè)板條434的根據(jù)圖4A中的截面線5A-5A的部分截面圖。所示的板條434使用階梯狀橫截面設(shè)計(jì)，其中兩個(gè)板形部分436、438都略微彎曲以遵循管狀封隔器元件412的彎曲周邊，并且徑向取向的頸部440連接板形部分436、438。該設(shè)計(jì)使得相鄰板條434容易相互交疊以共同限定環(huán)形支撐組件426。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，其他較簡單的橫截面設(shè)計(jì)(例如一個(gè)板形界面)也可被使用。
圖5B示出了根據(jù)圖4B中的截面線5B-5B的處于膨脹的位置的環(huán)形支撐組件426的部分橫截面。圖5C類似地示出了根據(jù)圖4B中的截面線5C-5C的處于膨脹的位置的環(huán)形支撐組件426的部分橫截面。這樣，如圖4B中所示，最好每一個(gè)板條434的寬度從其樞接端部430到其另一個(gè)膨脹的端部432增大，盡管這樣一種寬度型面不是必需的。另外，板條的交疊構(gòu)造被設(shè)計(jì)成能夠適應(yīng)端部432膨脹以與井孔壁418接合，同時(shí)在相鄰板條434之間連續(xù)保持至少部分交疊的形式。這確保管狀封隔器元件412在其可能經(jīng)受擠壓和塑性變形的區(qū)域上被完全支撐，如圖1B-1C所示。
這樣，管狀封隔器元件412的膨脹使得元件的直徑從直徑D1增大到直徑D2，如圖4A-4B、5A和(特別是)5C中所示。通過以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的方式將周圍的井孔流體泵送到管狀封隔器元件412的腔室441中來實(shí)現(xiàn)這樣的膨脹，在一定程度上如參照上面圖2-3的測(cè)井下井儀A描述的。通過以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的方式將腔室441內(nèi)的井孔流體排回到井孔中使管狀封隔器元件412收縮。
分別具有適當(dāng)?shù)膹椈蓜偠鹊囊粋€(gè)或者多個(gè)彈簧支撐442被使用，以在管狀封隔器元件412收縮時(shí)有助于使得環(huán)形支撐組件和管狀封隔器元件412回復(fù)到圖4的它們的初始工作位置。每一個(gè)彈簧支撐442具有與一個(gè)或者多個(gè)板條434和下端部支撐件422相連的端部，并且在管狀封隔器元件412膨脹(見圖4B)后彎曲到其中彈簧支撐的剛度使得封隔器元件412回到其收縮位置的位置。
圖6A-6B示出了位于井孔618中并且順序展開一種可選擇的環(huán)形支撐組件626的可膨脹式封隔器組件610的一部分。圖6A示出了在收縮位置的環(huán)形支撐組件，圖6B示出了在膨脹位置的環(huán)形支撐組件。以與圖4A-4B中所示的實(shí)施例類似的方式，管狀封隔器元件612具有一對(duì)端部(僅示出了端部616)和具有各自的環(huán)部(僅示出了環(huán)部621)的第一對(duì)環(huán)形端部支撐件(僅示出了端部支撐件622)，以用于圍繞至少部分地設(shè)置在第一管狀封隔器元件612內(nèi)的芯棒624固定第一管狀封隔器元件612的相應(yīng)端部。下端部支撐件622是可動(dòng)的，而上端部支撐件(未示出)相對(duì)于芯棒624是固定的。
封隔器組件610以不同于上述封隔器組件410的方式操作，特別是其中環(huán)形支撐組件626從端部支撐件622展開的方式。這樣，環(huán)形支撐組件包括可在形成于端部支撐件622周圍的多個(gè)各自通道635內(nèi)滑動(dòng)偏移的多個(gè)板條。以本領(lǐng)域已知的方式(例如，裝在芯棒624內(nèi)或者可操作地與芯棒624相連的泵和閥的操縱下)通過一個(gè)或者多個(gè)流線633從芯棒提供液壓流體，以引導(dǎo)板條634在圖6A的收縮工作位置和圖6B的延伸支撐位置之間協(xié)調(diào)移動(dòng)。通道635最好流體地互連以被一起加壓和減壓。
圖7A-7B示出了順序展開一種可選擇的環(huán)形支撐組件726的可膨脹式封隔器組件710的一部分。圖7A示出了在收縮位置的環(huán)形支撐組件，圖7B示出了在膨脹位置的環(huán)形支撐組件。以與圖4A-4B中所示的實(shí)施例類似的方式，管狀封隔器元件712具有一對(duì)端部(僅示出了端部716)和具有各自的環(huán)部(僅示出了環(huán)部721)的第一對(duì)環(huán)形端部支撐件(僅示出了端部支撐件722)，以用于圍繞至少部分地設(shè)置在第一管狀封隔器元件712內(nèi)的芯棒724固定第一管狀封隔器元件712的相應(yīng)端部。下端部支撐件722是可動(dòng)的，而上端部支撐件(未示出)相對(duì)于芯棒724是固定的。
封隔器組件710以與上述封隔器組件410類似的方式操作，不同之處在于其中在管狀封隔器元件712收縮后封隔器組件710收縮到其工作位置的方式。特別是，上述實(shí)施例的彈簧支撐442被滑動(dòng)套筒742代替，滑動(dòng)套筒742向下移動(dòng)(例如，裝在芯棒724內(nèi)或者可操作地與芯棒724相連的泵和閥的操縱下)到下部位置，以使得管狀封隔器元件712和基本上構(gòu)成環(huán)形支撐組件726的板條734的外端732膨脹，如圖7B中所示。在管狀封隔器元件712收縮后，套筒742向上移動(dòng)以有助于管狀封隔器元件712和環(huán)形支撐組件726的收縮。
圖8A-8B示出了順序展開一種可選擇的環(huán)形支撐組件826的可膨脹式封隔器組件810的一部分。圖8A示出了在收縮位置的環(huán)形支撐組件810，圖8B示出了在靠近井孔壁818的膨脹位置的環(huán)形支撐組件810。以與圖4A-4B和7A-7B中所示的實(shí)施例類似的方式，管狀封隔器元件812具有一對(duì)端部(僅示出了端部816)和具有各自的環(huán)部(僅示出了環(huán)部821)的第一對(duì)環(huán)形端部支撐件(僅示出了端部支撐件822)，以用于圍繞至少部分地設(shè)置在第一管狀封隔器元件812內(nèi)的芯棒824固定第一管狀封隔器元件812的相應(yīng)端部。下端部支撐件822是可動(dòng)的，而上端部支撐件820相對(duì)于芯棒824是固定的。
封隔器組件810以與上述封隔器組件410和710類似的方式操作，不同之處在于其中環(huán)形支撐組件的端部830與下部端部支撐件822樞接的方式以及其中在管狀封隔器元件812收縮后封隔器組件810收縮到其工作位置的方式。這樣，環(huán)形支撐組件826的端部830限定了緊密安裝在下端部支撐件822的環(huán)部821的凹槽821r內(nèi)的凸緣。
另外，上述實(shí)施例的彈簧支撐442和套筒742被施加在管狀封隔器元件812和基本上構(gòu)成環(huán)形支撐組件826的板條834之間的粘接劑842代替。因此，在收縮后板條834隨著管狀封隔器元件812到達(dá)圖8A的收縮工作位置。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，板條834與管狀封隔器元件812通過粘接劑842的粘接在其膨脹后在管狀封隔器元件812中產(chǎn)生了一個(gè)特定的張力，以趨于將元件偏壓回到其工作位置，從而在其收縮過程中有助于封隔器組件810的收縮。
盡管圖4A-8B的封隔器組件實(shí)施例分別被示出為僅具有一個(gè)管狀封隔器元件，但這樣的封隔器組件的典型構(gòu)造使用沿著芯棒隔開的雙封隔器元件。因此，封隔器組件還可包括具有一對(duì)端部的可膨脹的第二管狀封隔器元件(圖中未示出)和用于將第二管狀封隔器元件的相應(yīng)端部固定在芯棒周圍的第二對(duì)環(huán)形端部支撐件(圖中未示出)。通常，第二對(duì)端部支撐件中的一個(gè)是可動(dòng)的，并且另一個(gè)端部支撐件相對(duì)于芯棒是固定的。第一和第二對(duì)端部支撐件相互配合以在第一和第二管狀封隔器元件之間限定軸向間距(類似圖1B的間距16)。第二環(huán)形支撐組件在其一個(gè)端部與第二對(duì)端部支撐件中的一個(gè)樞接以在其加壓和膨脹后加強(qiáng)第二管狀封隔器元件。
圖9示出了封隔器收縮組件910。該收縮組件通常以可膨脹的雙封隔器構(gòu)造形式使用，諸如這里所述的那些，在該情況下，圖9將示出雙封隔器構(gòu)造中的每一個(gè)封隔器元件的下端部。封隔器收縮組件910包括具有一對(duì)端部(一個(gè)標(biāo)號(hào)為916)的可膨脹的管狀封隔器元件912和一對(duì)環(huán)形端部支撐件922(僅示出了后者)，所述環(huán)形端部支撐件用于圍繞至少部分地設(shè)置在第一管狀封隔器元件912內(nèi)的芯棒924固定管狀封隔器元件912的相應(yīng)端部(例如，通過配合的螺紋916t和922t)。下端部支撐件922是可動(dòng)的，而上端部支撐件(未示出)相對(duì)于芯棒924是固定的?？蓜?dòng)的端部支撐件922裝有最好大于其朝外的表面區(qū)域A3的朝內(nèi)的表面區(qū)域(A1+A2)，從而當(dāng)管狀封隔器元件912被減壓和收縮(即體積收縮變小)時(shí)周圍井孔流體壓力(作用在這些區(qū)域上)施加使得可動(dòng)的端部支撐件向外移動(dòng)(即，對(duì)于下端部支撐件922向下)的凈作用力。
圖9示出了在向上滑動(dòng)以使得封隔器膨脹之前處于下部位置的下端部支撐件922。如上所述，在下端部支撐件922上的收縮力(向下)是由Dmin和Dmax之間的差和朝內(nèi)的表面區(qū)域(A1+A2)與朝外的表面區(qū)域A3之間的相應(yīng)的差而產(chǎn)生的。這樣，在周圍井孔流體在封隔器組件910周圍提供流體靜壓時(shí)，通常產(chǎn)生收縮力。該收縮力最好在井孔操作中一直作用在下端部支撐件922上以在低流體靜壓環(huán)境下收縮封隔器元件912。另外，收縮力最好不在高流體靜壓環(huán)境下阻礙封隔器膨脹。
在圖9的實(shí)施例中，可動(dòng)的端部支撐件922被設(shè)置以沿著固定在芯棒924上套筒944軸向移動(dòng)。套筒944具有限定了最小直徑Dmin和最大直徑的Dmax的階梯形半徑，最小直徑Dmin和最大直徑的Dmax又對(duì)應(yīng)于可動(dòng)的端部支撐件922的朝內(nèi)的表面區(qū)域(A1+A2)與朝外的表面區(qū)域A3?？蓜?dòng)的端部支撐件922和套筒944相互配合形成低壓腔室948，低壓腔室948被施加大氣壓力、接近真空或者其他適合的低壓，并且被環(huán)形密封921、923密封(例如，高溫O形圈)。在周圍井孔流體壓力下低壓腔室948使得可動(dòng)的端部支撐件922相對(duì)于套筒944移動(dòng)。
套筒944最好裝有設(shè)置在密封低壓腔室948中的機(jī)械止動(dòng)件946以限制可動(dòng)的端部支撐件922沿著套筒軸向移動(dòng)。在管狀封隔器元件912的膨脹過程中，止動(dòng)件946防止下端部支撐件922的底部上升過大和失去與套筒944的底部密封接合。另外，通過限制下端部支撐件922的向上移動(dòng)，止動(dòng)件946在彎曲半徑小和應(yīng)力集中很大的其下端916附近減小管狀封隔器元件912經(jīng)受的變形。所達(dá)到(比較適度)的變形通過避免可能出現(xiàn)在常規(guī)可膨脹式封隔器的類似正方形過渡區(qū)域來延長封隔器元件912的使用壽命，例如當(dāng)封隔器元件在可動(dòng)的端部支撐件附近彎曲時(shí)。另外，通過機(jī)械止動(dòng)件946限制下端部支撐件922的向上移動(dòng)被設(shè)計(jì)成增大在封隔器元件912中產(chǎn)生的張力和抑制封隔器元件或者其中金屬插件(如果使用的話)的塑性變形。
這里所述的止動(dòng)件在封隔器組件內(nèi)獨(dú)立提供效用，因此，可相對(duì)于封隔器收縮組件獨(dú)立使用。另外，止動(dòng)件無需采用硬的止動(dòng)機(jī)構(gòu)，如止動(dòng)件946所示，相反可是順從的(例如，包括彈簧部件)，以在可動(dòng)的端部支撐件的較長的軸向移動(dòng)上施加更緩和的限制力。
圖10A-10B示出了施加在可膨脹式封隔器組件上的圖4A-4B的環(huán)形支撐組件和圖9的收縮組件。圖10A示出了在收縮位置的環(huán)形支撐組件，圖10B示出了在膨脹位置的環(huán)形支撐組件。因此，可膨脹式封隔器組件1010包括具有一對(duì)端部1014、1016的可膨脹的管狀封隔器元件1012和具有各自的環(huán)部1019、1021的一對(duì)環(huán)形端部支撐件1020、1022，以用于圍繞至少部分地設(shè)置在第一管狀封隔器元件1012內(nèi)的芯棒1024固定管狀封隔器元件1012的相應(yīng)端部。下端部支撐件1022是可動(dòng)的，而上端部支撐件1020相對(duì)于芯棒1024是固定的。
可動(dòng)的端部支撐件1022裝有最好大于其朝外的表面區(qū)域A3的朝內(nèi)的表面區(qū)域(A1+A2)，從而當(dāng)管狀封隔器元件1012被減壓和收縮(即體積收縮變小)時(shí)周圍井孔流體壓力(作用在這些區(qū)域上)施加使得可動(dòng)的端部支撐件向外移動(dòng)(即，對(duì)于下端部支撐件1022的情況是向下)的凈作用力。
可動(dòng)的端部支撐件1022圍繞固定在芯棒1024上套筒1044軸向移動(dòng)。套筒1044具有限定了最小直徑Dmin和最大直徑的Dmax的階梯形半徑，最小直徑Dmin和最大直徑的Dmax又對(duì)應(yīng)于可動(dòng)的端部支撐件1022的朝內(nèi)的表面區(qū)域(A1+A2)與朝外的表面區(qū)域A3。在周圍井孔流體壓力下密封低壓腔室1048，使得可動(dòng)的端部支撐件1022相對(duì)于套筒1044移動(dòng)。套筒1044最好裝有設(shè)置在密封低壓腔室1048中的機(jī)械止動(dòng)件1046(實(shí)質(zhì)上是圍繞其最大直徑部分的擴(kuò)張環(huán))，以限制可動(dòng)的端部支撐件1022沿著套筒軸向移動(dòng)。在管狀封隔器元件1012的膨脹過程中止動(dòng)件1046防止下端部支撐件1022的底部上升過大和失去與套筒1044的底部密封接合。
環(huán)形支撐組件1026在其一個(gè)端部1030處與下端部支撐件1022樞接以在其加壓和膨脹(即充填膨脹)后加強(qiáng)第一管狀封隔器元件1012。環(huán)形支撐組件1026用作管狀封隔器元件1012的機(jī)械支撐，并且有效地橋接了端部支撐1022(為金屬的)和井孔壁1018之間的間隙。這用于減輕撓性管狀封隔器元件1012必須提供機(jī)械強(qiáng)度以支撐其自身的壓力(例如，利用加強(qiáng)插件)，并且使得管狀封隔器元件1012更可靠地起作用，以在井孔壁1018和封隔器芯棒1024之間形成適當(dāng)?shù)拿芊狻?br> 環(huán)形支撐組件1026在其與樞接端1030相對(duì)的端部1032處可膨脹，從而在管狀封隔器元件1012膨脹后組件1026變成截錐形(見圖10B)。盡管所示的本實(shí)施例使用一個(gè)環(huán)形支撐組件1026，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，可在上端部支撐1020處使用另外一個(gè)這樣的支撐組件。
圖11示出了具有雙封隔器組件的鉆井工具1110，所述雙封隔器組件裝有有助于抵抗在封隔器中間的工具部分彎曲的扶正器1160。這樣，所示的鉆井工具1110是由多個(gè)互連的芯棒1150a、1150b和1150限定的，利用鉆柱1114使得鉆井工具1110進(jìn)入到由井孔壁1118限定的井孔中。所述工具適于在被可膨脹的雙封隔器元件1112隔離的井孔壁1118的一部分1116內(nèi)獲得地層流體樣品。
可膨脹的扶正器1160由在第一和第二封隔器1110中間的軸向間距中的芯棒1150b所攜帶，以在流體采樣操作中抵抗芯棒的彎曲。芯棒1150b表示在封隔器元件1112之間的所謂的“間隔鉆柱”的至少一部分，它在封隔器元件之間提供所需的軸向間距。因此，扶正器1160用作間隔鉆柱的一個(gè)元件。扶正器1160包括沿著芯棒1150a設(shè)置的一對(duì)支撐件1162、1164，至少一個(gè)支撐件可沿著芯棒軸向移動(dòng)。這些實(shí)施例的扶正器還包括多對(duì)(最好三對(duì))鉸接臂1166。每一對(duì)臂具有與相應(yīng)的支撐件1162、1164樞接的第一端和在樞軸連接處1168相互樞接的第二端。
致動(dòng)器(未示出)由互連的芯棒1150a/b/c中的一個(gè)攜帶，用于促使每一個(gè)可動(dòng)的支撐件(在支撐件1162、1164中)軸向移動(dòng)，以使每一對(duì)臂的樞接第二端1168徑向向外移動(dòng)以在井孔壁1118上施加一個(gè)基本上使得芯棒置于井孔中心的作用力。
在裸井(即，露出的)采樣操作中，扶正器1160最好還包括多個(gè)彈簧葉片1170，每一個(gè)彈簧葉片具有與相應(yīng)的支撐件1162、1164樞接的端部，以使彈簧葉片1170位于相應(yīng)的鉸接臂對(duì)1166和井孔壁1118之間。彈簧葉片1170和樞接臂1166相互配合以在井孔壁上施加使得芯棒(最好所有三個(gè)芯棒1150a/b/c)基本上置于井孔中心的作用力。扶正器的其他方面對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是已知的，例如，如美國專利US 5,358,039的教導(dǎo)證明-盡管這樣的扶正器不被認(rèn)為已經(jīng)在前應(yīng)用到這里所述的封隔器組件。
圖12示出了裝有一對(duì)可膨脹式封隔器元件1212a，b的測(cè)井下井儀1200，可膨脹式封隔器元件1212a，b都具有類似圖9的組件910的收縮組件，上封隔器1212a被倒置以使各個(gè)封隔器元件的低壓側(cè)(即，內(nèi)端部支撐件)被固定。這不同于常規(guī)雙封隔器構(gòu)造，其中第一和第二對(duì)端部支撐件的每一個(gè)的下端部支撐件是可動(dòng)的端部支撐件以適應(yīng)封隔器膨脹。當(dāng)兩個(gè)這樣的封隔器元件之間的壓力減小到液體靜壓以下以使得地層流體在井孔壁的隔離部分(圖12中未示出)上流動(dòng)時(shí)，上端部支撐件的上側(cè)處于受拉加載，而下部元件處于擠壓加載。圖12的所謂的“倒置的”構(gòu)造示出了被固定端部支撐件1222a固定在底部處的上封隔器元件1212a，這樣消除了在上端的拉力載荷。
這樣，上封隔器元件1212a使用了可動(dòng)的上端部支撐件1220a和固定的下端部支撐件1222a。相反，下封隔器元件1212b使用了固定的上端部支撐件1220b和可動(dòng)的下端部支撐件1222b。以與圖9的可動(dòng)的端部支撐件922和套筒944類似的方式，可動(dòng)的端部支撐件1220a、1222b與各自的套筒1244a、1244b相互配合以在其收縮后主動(dòng)地收縮管狀封隔器元件1212a、1212b。這樣，在周圍井孔流體壓力作用在不同的朝內(nèi)的表面區(qū)域(A1+A2)和朝外的表面區(qū)域A3上的情況下，可動(dòng)的端部支撐件1220a將向上移動(dòng)，可動(dòng)的端部支撐件1222b將向下移動(dòng)。在周圍井孔流體壓力下，密封的低壓腔室(未用標(biāo)號(hào)表示)允許可動(dòng)的端部支撐件相對(duì)于套筒移動(dòng)。
圖12的測(cè)井下井儀還裝有圖11中所示的一種可選擇的扶正器。扶正器1260與扶正器1160的類似之處在于，它使用鉸接臂1266，鉸接臂具有與相應(yīng)的支撐件1262、1264樞接的第一端和在樞軸連接處1268相互樞接的第二端。圖12的扶正器1260沒有類似圖11的葉片的彈簧葉片，盡管這樣的葉片也可被使用(通常用于裸井環(huán)境)。
在該實(shí)施例中，下支撐件1264是固定的，而上支撐件1262是可動(dòng)的。利用包括活塞1280和活塞桿1282的致動(dòng)器促使上支撐件1262沿著芯棒1250軸向移動(dòng)。利用液壓流體壓力使得活塞在缸體1284內(nèi)往復(fù)移動(dòng)，從而根據(jù)需要使得上致動(dòng)器向上移動(dòng)和向下移動(dòng)，以延伸和收縮鉸接臂1266的樞接端1268。在這樣的延伸后，利用足夠的作用力使得端部1268接觸井孔壁1218以將扶正器1260牢固地保持在井孔中心內(nèi)。固定在芯棒1250的直徑減小部分周圍的螺旋彈簧1286朝向其上部位置偏壓上支撐件，從而在缺省條件下使得端部1268向內(nèi)移動(dòng)到工作位置。
與缸體壓力相對(duì)的活塞1280的一側(cè)具有作用在其上的間隔壓力(即，當(dāng)封隔器元件1212a，b膨脹時(shí)被隔離的井孔間隔中的壓力)。這樣，當(dāng)間隔中的壓力降低時(shí)，由活塞1280施加在活塞桿1282上的作用力增大，即使活塞缸體壓力保持恒定。這提供了在穩(wěn)定化臂1266和端部1268上的增大的作用力以克服當(dāng)間隔壓力降低時(shí)產(chǎn)生的增大的彎曲力。在扶正器活塞1280不需要很大的壓力差以達(dá)到適合的定心力的應(yīng)用中，可由用于對(duì)封隔器元件1212a，b(不一定在同一個(gè)流線上)加壓的同樣的流體對(duì)活塞缸1284加壓，并且活塞1280中與缸體壓力相對(duì)的一側(cè)可與液體靜壓(即，在封隔器間隔外的井孔壓力)相連。這樣，活塞1280上的壓力僅是封隔器膨脹壓力。
兩個(gè)或多個(gè)致動(dòng)活塞的使用將允許扶正器臂1266獨(dú)立展開。例如，這將考慮到在非圓形截面的井孔中定中心。另外，多個(gè)這樣的穩(wěn)定器部分可同時(shí)使用，這將允許任何所需的封隔器間隔或間隔長度。
概括地，本發(fā)明的幾個(gè)方面提供可靠地展開圍繞穿透地下地層的井孔中設(shè)置的芯棒布置的一對(duì)間隔的可膨脹式封隔器。常規(guī)的利用可膨脹的雙封隔器進(jìn)行地層評(píng)估的方法包括下列步驟對(duì)封隔器加壓以隔離井孔壁的環(huán)形部分；通過井孔壁的被隔離的部分收集一個(gè)或者多個(gè)地層流體的樣品；以及對(duì)封隔器減壓以使芯棒在井孔內(nèi)移動(dòng)。本發(fā)明提供一種利用下列步驟的取樣方法和設(shè)備，這些步驟包括在加壓步驟中利用環(huán)形支撐組件限制封隔器的變形；利用周圍井孔壓力主動(dòng)收縮封隔器；以及基本上使得芯棒定心于所述封隔器中間以抵抗芯棒的彎曲。
從以上描述中應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍的基礎(chǔ)上可對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選和可選擇的實(shí)施例進(jìn)行各種變型和改進(jìn)。
所描述的內(nèi)容僅是說明性的，并且不應(yīng)該被認(rèn)為是限定性的。本發(fā)明的保護(hù)范圍僅是由下面的技術(shù)方案確定的。在技術(shù)方案中的術(shù)語“包括”指的是“至少包含”以使技術(shù)方案中所列的元件是一個(gè)開放的組?！癆”、“an”和其他單數(shù)形式包括其復(fù)數(shù)形式，特別說明的除外。
權(quán)利要求
1.一種可膨脹式封隔器組件，包括具有一對(duì)端部的可膨脹的第一管狀元件；用于將第一管狀元件的相應(yīng)端部固定在設(shè)置于第一管狀元件內(nèi)的芯棒周圍的第一對(duì)環(huán)形端部支撐件；以及可從其中一個(gè)端部支撐件展開以在其加壓和膨脹后加強(qiáng)第一管狀元件的第一環(huán)形支撐組件。
2.如權(quán)利要求1所述的封隔器組件，還包括用于限制可動(dòng)的端部支撐件的軸向移動(dòng)的第一止動(dòng)件。
3.如權(quán)利要求1所述的封隔器組件，其特征在于，第一環(huán)形支撐組件在其一個(gè)端部與其中一個(gè)端部支撐件樞接以在其加壓和膨脹后加強(qiáng)第一管狀元件。
4.如權(quán)利要求3所述的封隔器組件，其特征在于，第一環(huán)形支撐組件在其另一個(gè)端部是可膨脹的。
5.如權(quán)利要求4所述的封隔器組件，其特征在于其中一個(gè)端部支撐件是可動(dòng)的，另一個(gè)端部支撐件相對(duì)于芯棒是固定的；以及第一環(huán)形支撐組件包括呈環(huán)形布置的多個(gè)指狀物。
6.如權(quán)利要求3所述的封隔器組件，還包括具有一對(duì)端部的可膨脹的第二管狀元件；用于將第二管狀元件的相應(yīng)端部固定在芯棒周圍的第二對(duì)環(huán)形端部支撐件，第一和第二對(duì)端部支撐件相互配合以在第一和第二管狀元件之間限定一軸向間距；以及第二環(huán)形支撐組件，第二環(huán)形支撐組件在其一個(gè)端部與其中一個(gè)端部支撐件樞接以在其加壓和膨脹后加強(qiáng)第二管狀元件。
7.如權(quán)利要求6所述的封隔器組件，還包括由位于第一和第二管狀元件中間的所述軸向間距中的芯棒所攜帶的可膨脹的扶正器以抵抗芯棒的彎曲。
8.如權(quán)利要求7所述的封隔器組件，其特征在于，所述扶正器包括沿著芯棒攜帶的一對(duì)支撐件，至少一個(gè)支撐件可沿著芯棒軸向移動(dòng)；多對(duì)鉸接的臂，每一對(duì)臂具有與相應(yīng)的支撐件樞接的第一端和相互樞接的第二端；以及芯棒所攜帶的致動(dòng)器，用于促使每一個(gè)可動(dòng)的支撐件軸向移動(dòng)，從而使得每一對(duì)臂的樞接的第二端徑向向外移動(dòng)以在井孔壁上施加使得芯棒基本上置于井孔中心的作用力。
9.如權(quán)利要求8所述的封隔器組件，還包括多個(gè)彈簧葉片，每一個(gè)彈簧葉片具有與相應(yīng)的支撐件樞接的端部以使彈簧葉片位于相應(yīng)的鉸接臂對(duì)和井孔壁之間，彈簧葉片和樞接臂相互配合以在井孔壁上施加使得芯棒基本上置于井孔中心的作用力。
10.如權(quán)利要求7所述的封隔器組件，其特征在于，扶正器包括圍繞芯棒的圓周基本上等間隔的三對(duì)鉸接臂。
11.如權(quán)利要求1所述的封隔器組件，其特征在于，端部支撐件裝有大于其朝外的表面區(qū)域的朝內(nèi)表面區(qū)域，從而當(dāng)?shù)谝还軤钤粶p壓和收縮時(shí)井孔流體壓力施加使得可動(dòng)的端部支撐件向外移動(dòng)的凈作用力。
12.一種圍繞設(shè)置在穿透地下地層的井孔中的芯棒展開所攜帶的一對(duì)隔開的可膨脹式封隔器的方法，包括下列步驟對(duì)封隔器加壓以隔離井孔壁的環(huán)形部分；通過井孔壁的被隔離的部分收集一個(gè)或者多個(gè)地層流體的樣品；以及對(duì)封隔器減壓以使芯棒在井孔內(nèi)移動(dòng)；以及在加壓步驟中利用環(huán)形支撐組件限制封隔器的變形。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括利用限制可動(dòng)的端部支撐件移動(dòng)的機(jī)械止動(dòng)件阻止每一個(gè)封隔器變形。
14.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括利用施加在可動(dòng)的端部支撐件上的周圍井孔壓力主動(dòng)收縮封隔器的步驟。
15.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括基本上使得芯棒定心于所述封隔器中間以抵抗芯棒的彎曲。
全文摘要
利用可膨脹的雙封隔器進(jìn)行常規(guī)的地層評(píng)估包括下列步驟對(duì)封隔器加壓以隔離井孔壁的環(huán)形部分；通過井孔壁的被隔離的部分收集一個(gè)或者多個(gè)地層流體的樣品；以及對(duì)封隔器減壓以使芯棒在井孔內(nèi)移動(dòng)。提供有利地利用一種或多種下列步驟的取樣方法和設(shè)備，這些步驟包括在加壓步驟中利用環(huán)形支撐組件限制封隔器的變形；利用周圍井孔壓力主動(dòng)收縮封隔器；以及基本上使得芯棒定心于所述封隔器中間以抵抗芯棒的彎曲。
文檔編號(hào)E21B33/127GK1769643SQ200510118698
公開日2006年5月10日 申請(qǐng)日期2005年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月4日
發(fā)明者W·E·布倫南三世, C·隆費(fèi)爾德, A·阿佐馬尼迪斯, A·卡西亞盧皮 申請(qǐng)人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司