專利名稱：井中流體試樣的取樣工具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種沉入井中的取樣工具，用于在鉆井或開采油、氣或水的過程中收集試樣，它包括一個管形中空的并且最好是圓筒形的主體。
在鉆井過程和烴類生產(chǎn)過程中，必須收集儲層中的氣體/液體試樣。這是通過將一個取樣工具沉入井中在不同深度處收集試樣來完成的。然后把取樣器提升至地面并將試樣從取樣工具轉(zhuǎn)移至一個合適的運輸瓶中，以便進一步對試樣的化學和物理性能進行試驗室分析。
用于獲得氣體/液體試樣的取樣工具基本上由一個管狀圓筒形主體構成，它包括一個用于保存所采的氣體/液體試樣的儲存室和打開和關閉室的入口的閥。除去儲存室之外，該設備還包括用于測量壓力、溫度等的各種電子設備。取樣器通過一根具有絕緣銅芯的提升纜與地面相連。使用在管內(nèi)的機械轉(zhuǎn)舵桿也能夠從地面對聯(lián)樣工具進行機械控制。用轉(zhuǎn)舵桿打開和關閉用來供給氣體/液體試樣的閥。
具有儲存室的取樣工具通常包括一個浮動活塞，用于把氣體/液體試樣和反壓介質(zhì)機械地分開。反壓介質(zhì)用于控制從儲層進入貯存室的流量。在取樣過程中，氣體/液體試樣流入活塞一側的室中，將反壓介質(zhì)從缸體中壓出，進入常壓室。在活塞和缸體壁之間具有0-環(huán)密封。這些0-環(huán)容易受到與缸體壁的摩擦以及通常與非常具有腐蝕性的烴接觸而引起的磨損。此外，該密封使流體能從活塞一側滲出到另一側。因此，該工具的缺點是烴類從活塞一側泄露到活塞另一側的反壓介質(zhì)中，當氣體/液體試樣的一部分由于磨損的活塞密封的原因而從試樣中泄露或滲透出去的話，該氣體/液體試樣將不再具有代表性，不得不重復試驗。這將顯著地增加取得油-和氣體試樣的成本，特別是開采海底油田時由于鉆采時間非常寶貴更是如此。
取樣的另一方法是使用具有用于打開閥門和裝滿貯存室的時間控制系統(tǒng)的工具。這一方法是不方便的，因為當設備下入井中時常常出現(xiàn)問題而拖延時間。時間控制系統(tǒng)和使用轉(zhuǎn)舵桿來打開閥門兩者均離不開比較復雜的機械系統(tǒng)。所述機械系統(tǒng)容易受到磨損和損壞，這樣導致在損壞的設備和需要重復試驗上增加開支。
本發(fā)明的主要目的是為了改進獲得有代表性的氣體/液體試樣的方法，采用該方法不會帶來從貯存室向反壓室泄露的危險。本發(fā)明的進一步的目的是提供一種可靠的和容易使用并能快速準確取樣的設備。
本發(fā)明的這些和其他目的能通過下述的設備來完成，并且本發(fā)明被進一步限定和表述在所附的權利要求中。
因為已知設備的問題涉及到活塞密封環(huán)和復雜的機械結構這兩方面，因此必須用其他形式的密封或隔膜替換0-環(huán)并且廣泛地簡化取樣工具的結構。由于在所有活塞/缸體結構中都需要0-環(huán)或密封，因此必須尋找一種沒有活塞也能將反壓介質(zhì)和氣體/液體試樣分開的結構。本發(fā)明人考慮了不同的解決方案后，試圖使用一個管形隔膜來將試樣和反壓介質(zhì)分開。通過對這種結構進行試驗，發(fā)現(xiàn)有幾種類型的隔膜可提供一種堅固和不可滲出的密封。如果柔性隔膜是使用不可滲出的材料制成，將消除從儲存室向含有反壓介質(zhì)的室泄露的危險。
本發(fā)明的取樣工具主要包括一個圓筒形主體，它具有兩個通道和基本上設置于所說主體每一端的閥。一個通道通向反壓介質(zhì)的室，而另一通道通向氣體/液體儲存室。反壓介質(zhì)的室由一個外管的內(nèi)壁和一個在外管內(nèi)部的一個管的外壁限定。內(nèi)管是用柔性材料，最好是用鉛制成。
儲存室由鉛管的內(nèi)壁和兩個固定在一個U-型件上的支撐楔限定的。U-型件和鉛管及支撐楔的組件在鉛管內(nèi)部形成了一個氣密室。
在將該設備沒入井中取樣之前，外管和內(nèi)管之間的室充有反壓介質(zhì)，例如乙二醇，并且柔性管收縮在U-型件和支撐楔周圍，因而空氣和其他可能的污染性氣體/流體這樣被壓出取樣室。隨后將取樣工具沉入井中給定的取樣深度。隨著排出反壓介質(zhì)的閥朝向一個常壓室或直接朝向取樣組件周圍的儲層打開的同時，氣體/液體供給通道的閥被打開。氣體/液體試樣將充入鉛管內(nèi)的儲存室。隨著該室充入氣體/液體試樣，該管將逐漸被壓回成為其初始的圓筒形。同時，反壓室的容積減小，并且反壓介質(zhì)逐漸被壓入常壓室。通過調(diào)整反壓介質(zhì)通過一個噴嘴的流量能夠調(diào)整取樣速度。
常壓室的容積小于儲存室的容積。這意味著儲存室具有最大充入量時仍有一些介質(zhì)留在反壓室中。使兩個室的容積不同的目的在于防止鉛管發(fā)生金屬與金屬的接觸并因此被刺破。當完成取樣時，由提升纜將取樣組件升至地面。隨后不改變壓力和體積將氣體/液體試樣轉(zhuǎn)移到合適的運輸和儲存瓶中，以便進行運輸和分析。
下面將參照

圖1-3詳細描述本發(fā)明的其它特征，其中，
圖1表示本發(fā)明的取樣工具;
圖2a、b、c是該取樣工具A-A、B-B、和C-C向的橫剖視圖;
圖3表示幾個相互連接的取樣工具，及其中一個取樣工具的縱剖視圖。
圖1表示取樣工具1，它包括主要由一個可壓縮的管9分隔開的兩個室12、14。取樣工具1包括一個以圓筒形式存在的外管2，用于抵抗儲層壓力。在外管2內(nèi)是一個組件13，它形成了一個氣體/液體試樣的氣密室12。虛線15表示當管9被壓縮時這個組件的情況。室14由外管2的內(nèi)側和被壓縮管的9的外側限定的。內(nèi)部組件13包括支撐楔5和6、U-型件10、以及最好由鉛制成的管9。管9可用其它合適的材料制成?；疽笫沁@些材料是柔性的并且是不可滲透的。對于柔性不如鉛的金屬，重要的是要使管具有一個用于壓縮的被消弱了的區(qū)域，壓縮則從該區(qū)域開始。如果使用例如橡膠那樣的柔性材料，則不需有被消弱了的區(qū)域。通常，由試樣的類型確定可壓縮管所選用的材料。安裝支撐楔形5和6，并使其固定于U型件的每一端。U-型件和支撐楔5和6形成一個組件，它位于鉛管9內(nèi)部。例如通過膠或焊接將鉛管9固定在支撐楔5和6上，并因此形成一個氣密組件，它具有用于氣體/液體試樣的室12。
支撐楔6具有中心軸向孔8，它的孔口在鉛管9內(nèi)?？?用于使氣體/液體試樣供向儲存或保存室12。在開始取氣體/液體試樣之前室14充有反壓介質(zhì)。這就有可能在控制條件下逐漸充滿室12。支撐楔5和6其一端是圓環(huán)形的，另一端是傾斜的。在室14的充入過程中，支撐楔的傾斜端使鉛管從圓環(huán)形平滑地轉(zhuǎn)變?yōu)閴嚎s狀態(tài)。
圖2示出了取樣工具橫剖圖A、B和C。在剖面A-A中，鉛管9和支撐楔5和6是圓環(huán)形的。在室12和14的充滿過程中，鉛管的這一部分將保持不變形。組件13的橫剖面略小于外管2的內(nèi)部橫剖面。在管2內(nèi)側和管9外側之間的間隙將總是充有一些反壓介質(zhì)，并因此減少了鉛管的磨損。該間隙使組件13的插入變得簡單并且在室14的充入過程中它也允許反壓介質(zhì)的流動。橫剖圖B-B表示當氣體/液體試樣的室12被充滿時鉛管的形狀。在此狀態(tài)下鉛管9將具有其初始形狀。在充入過程中，室12內(nèi)的氣體/液體試樣已經(jīng)顯著地減小了室14的容積并將反壓介質(zhì)壓入一個單獨的常壓室(未示出)。橫剖圖C-C表示鉛管被壓在U-型件10內(nèi)部上的取樣組件，如圖1虛線15所示那樣。這是當取樣工具準備使用并且充滿如乙醇那樣的反壓流體時的形狀。在充入過程中，反壓介質(zhì)在鉛管9外部流動并將鉛管9壓向U-型件的內(nèi)壁，并因此減小儲存室12的容積使之近似于零。
當開始收集氣體/液體試樣時，通向儲層的通道隨著通向常壓室的通道打開的同時被打開。氣體/液體試樣受儲層壓力的作用流入鉛管內(nèi)部，因此在鉛管另一側的反壓介質(zhì)被壓入常壓室。在取樣過程中，氣體/液體試樣和反壓介質(zhì)由于鉛隔膜的存在而完全被隔開。反壓介質(zhì)使得儲存室12能夠平滑地被充滿，并且不會使鉛管產(chǎn)生不必要的拉緊。反壓介質(zhì)的常壓室其容積小于儲存室。一些反壓介質(zhì)將因此而保留在鉛管的外側，并防止鉛管的金屬當金屬的接觸或被刺破。
圖3示出了一個完整的取樣系統(tǒng)，它包括用于控制取樣操作的閥3、4。外管2在其兩端具有螺紋18，用于聯(lián)接閥系統(tǒng)3、4。支撐楔5和6是不相同的。支撐楔形物中的一個(在此實例中是支撐楔6)具有陰螺紋部分7，用于與閥系統(tǒng)的陽螺紋部分相聯(lián)接。閥系統(tǒng)除去控制通道的打開/關閉外還能起到與輔助取樣工具16、17聯(lián)接部分的作用。包括支撐楔和U-型件的鉛管在車間組裝后，在那里在它被作為一個組件安裝在外殼中之前，已進行強度和氣密試驗。
通過使用按照本發(fā)明的取樣器，人們已經(jīng)獲得了一種氣體/液體試樣與反壓介質(zhì)相分開的取樣工具。它不可能從儲存室向反壓室泄漏或滲出試樣。按照本發(fā)明的儲存室其制造和使用是簡單的，并且沒有易于磨損的部件。因此，這種取樣器造價低，使用可靠。
權利要求
1.在鉆井或油、氣或水生產(chǎn)過程中用于沉入井中收集試樣的取樣工具(1)，包括一個管形中空的并且最好是圓筒形的部件(2)，其特征在于，在圓筒形部件(2)中裝有一個可收縮的管形組件(9)，用于將反壓介質(zhì)的室(14)與氣體/液體試樣的室(12)隔開。
2.如權利要求1所述的取樣工具，其特征在于，組件(9)在其兩端具有被固定的支撐楔(5和6)，用于限定氣體/液體試樣的內(nèi)室(12)。
3.如權利要求1所述的取樣工具，其特征在于，支撐楔(5和6)被固定在一個U-型件(10)的兩端，并與所述U-型件(10)一起形成一個組件。
4.如權利要求1所述的取樣工具，其特征在于，組件(9)和包括支撐楔(5和6)和U-型件的組件是可更換的。
5.如權利要求1所述的取樣工具，其特征在于，支撐楔(5和6)以及U-型件(10)在不與組件(9)進行永久接觸的所有拐角處都是圓形的。
6.如權利要求1所述的取樣工具，其特征在于，組件(9)是由可壓縮的管形材料最好是由鉛制成。
全文摘要
一種在鉆井或在油、氣或水生產(chǎn)過程中沉入井中收集所述流體試樣的取樣工具。該取樣工具(1)包括一個管形中空的并且最好是圓筒形的部件，它具有兩個由可壓縮的管(9)隔開的室(12，14)。該取樣工具包括一個圓筒形部件的外管(2)，用于抵抗儲層壓力。在外管(2)內(nèi)部設有組件(13)，它形成了氣體/液體試樣的氣密儲存室(12)和反壓介質(zhì)的室(14)。室(14)是通過將管(9)壓到一個U-型件(10)的內(nèi)部形成的。取樣過程中，室(12)的容積將增加，而相應于室(12)的容積的增加室(14)的容積將減小。
文檔編號E21B49/08GK1053656SQ90110449
公開日1991年8月7日 申請日期1990年12月20日 優(yōu)先權日1989年12月20日
發(fā)明者埃納爾·博 申請人:挪威海德羅公司