取樣室組件和方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]通過將聯(lián)接至鉆頭的鉆井工具前行到地中，鉆出井眼，從而定位和生產(chǎn)碳?xì)浠衔铩ｃ@井工具和其它井下工具可設(shè)有和/或聯(lián)接至一個(gè)或多個(gè)在井下可操作的裝置，以對(duì)周圍地層的流體取樣?？梢瞥鲢@井工具，并且可將電纜工具部署到所述井眼內(nèi)，以對(duì)地層的流體取樣。在位于所述井下鉆井工具或電纜工具中的一個(gè)或多個(gè)取樣室中收集樣品。可將取樣室安裝在所述工具的接箍的外周附近，以便于將它們從鉆臺(tái)移除。然而，所述工具接箍在運(yùn)行期間可能會(huì)受到旋轉(zhuǎn)彎曲和其它應(yīng)力。
【附圖說明】
[0002]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，通過下文詳細(xì)說明可最佳地理解本發(fā)明。應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種構(gòu)件不是按照比例繪制的。實(shí)際上，為了討論清楚，各種特征的尺寸可任意地增大或縮小。
[0003]圖1是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的可采用取樣室組件的井場(chǎng)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0004]圖2A是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的圖1中井下工具的一部分的示意圖。
[0005]圖2B是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的圖2A中井下工具的剖視圖。
[0006]圖3是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的取樣模塊的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0007]圖4是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的取樣模塊的一個(gè)實(shí)施例的剖視圖。
[0008]圖5A是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的可在圖4的取樣模塊中采用的取樣室接口的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0009]圖5B是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的可在圖4的取樣模塊中采用的取樣室接口的另一實(shí)施例的示意圖。
[0010]圖6A是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的可在圖4的取樣模塊中采用的顯示在中間位置的取樣室接口的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。
[0011]圖6B是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的圖6A處于加載位置的取樣室接口的示意圖。
[0012]圖6C是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的圖6A的取樣室接口的分解圖。
[0013]圖6D是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的圖6C的凸輪的俯視圖。
[0014]圖6E是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的圖6A處于取樣位置的取樣室接口的示意圖。
[0015]圖7是描繪根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的用于取樣的方法的流程圖。圖8是根據(jù)本公開的一個(gè)或多個(gè)方面的可采用取樣室組成的井場(chǎng)系統(tǒng)的另一實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]應(yīng)理解，下文公開內(nèi)容提供了許多不同的實(shí)施例，或用于實(shí)現(xiàn)各種實(shí)施例的不同特征的實(shí)例。下文對(duì)構(gòu)件和布置的特定實(shí)例進(jìn)行說明，以簡(jiǎn)化本公開內(nèi)容。當(dāng)然，這些特定實(shí)例僅為實(shí)例，并不是意圖限制。另外，本公開內(nèi)容會(huì)在各種實(shí)例中重復(fù)標(biāo)號(hào)和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清晰，并且本身不表示所討論的各種實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系，除非特別指出表示關(guān)系。
[0017]圖1是根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)或多個(gè)方面的設(shè)備的至少一部分的示意圖。所示構(gòu)件包含井場(chǎng)1、鉆機(jī)10和通過鉆柱12從鉆機(jī)10懸置到井眼11內(nèi)的井下工具100。井下工具100在其下端部設(shè)置有鉆頭15，鉆頭用于使井下工具前進(jìn)到地層中，并且形成井眼。轉(zhuǎn)臺(tái)16與位于鉆柱的上端處的方鉆桿17接合，并使鉆柱12轉(zhuǎn)動(dòng)。鉆柱12通過方鉆桿17和允許鉆柱相對(duì)附接至游車(未示出)的鉤件18旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)環(huán)19而從所述鉤件懸垂。
[0018]形成在井場(chǎng)處的坑27中儲(chǔ)存鉆井流體或泥漿26。如圖1中方向箭頭9所示，栗29通過轉(zhuǎn)環(huán)19中的端口，將鉆井流體26輸送至鉆柱12內(nèi)，通過鉆柱12，引導(dǎo)鉆井流體向下流動(dòng)。鉆井流體26通過鉆頭15中的端口流出鉆柱12，然后如方向箭頭32所示，通過限定在鉆柱12外側(cè)和井眼11的壁之間的環(huán)空向上循環(huán)。鉆井流體26使鉆頭15潤(rùn)滑，并當(dāng)其返回至坑27再循環(huán)時(shí)，其攜帶地層巖肩向上到地面。
[0019]井下工具100，有時(shí)稱為井底鉆具總成(“BHA”)，可位于鉆頭15附近(例如，在離鉆頭幾個(gè)鉆鋌的長(zhǎng)度內(nèi))。井下工具100包含具有各種能力，諸如測(cè)量、處理和存儲(chǔ)信息的構(gòu)件。還設(shè)置有遙測(cè)裝置(未示出)，從而與地面單元(未示出)通信。
[0020]井下工具100還包含隨鉆取樣(“SWD”)系統(tǒng)230，隨鉆取樣系統(tǒng)230具有可以單獨(dú)地或共同地容納在一個(gè)或多個(gè)鉆鋌內(nèi)的流體連通模塊210和取樣模塊220，以執(zhí)行各種地層評(píng)價(jià)功能。流體連通模塊210可以位于取樣模塊220鄰近處，并且可包含一個(gè)或多個(gè)栗、計(jì)量器、傳感器、監(jiān)控器和/或也可用于井下取樣和/或測(cè)試的其它裝置。如圖1中所示的井下工具100具有包括布置在某些模塊內(nèi)的特定構(gòu)件的模塊化構(gòu)造。然而，井下工具100可為整體的，并且其所選部分可以為模塊化的。這些模塊和/或其中的這些構(gòu)件可以遍布井下工具100以各種布置方式定位。
[0021]流體連通模塊210包含流體連通裝置214，流體連通裝置可位于穩(wěn)定器片體或肋狀件212內(nèi)。流體連通裝置214可包含一個(gè)或多個(gè)探針，或用于從地層F和/或井眼11接收取樣流體的其它進(jìn)口。流體連通裝置214還包含延伸到井下工具100內(nèi)的流動(dòng)路徑(未示出)，以使流體從其穿過。流體連通裝置214可在伸出位置和縮回位置之間移動(dòng)，以選擇性地接合井眼11的壁且從地層F獲得一個(gè)或多個(gè)流體樣品。流體連通模塊210還可包含支撐活塞250，該支撐活塞與流體連通裝置214大致相反地延伸，從而有助于將流體連通裝置214定位成抵靠在井眼11的壁上。
[0022]圖2A和2B是更詳細(xì)地示出包括圖1的取樣模塊220的井下工具100的至少一部分的示意圖。圖2A是流體連通模塊210和取樣模塊220至少一部分的縱向剖面圖。圖2B是沿圖2A中剖面線2B-2B截取的取樣模塊220的水平剖面圖。
[0023]取樣模塊220可容納在可與井下工具100的相鄰鉆鋌，諸如流體連通模塊210螺紋連接的鉆鋌302內(nèi)。鉆鋌302可包含支撐在其中的心軸326。通道323可在心軸326與鉆鋌302之間延伸，以允許泥漿從其中穿過(如圖2A中的箭頭所示)。取樣模塊220還可包含處于其端部的接口 322，以提供與流體連通模塊210和/或另一相鄰的鉆鋌或模塊的液壓和/或電連接?？稍诹硪欢颂幵O(shè)置另外的接口 324，從而視需要可操作地連接至相鄰的鉆鋌。通過這種方式，可在取樣模塊220與其它模塊之間傳遞流體和/或信號(hào)。例如，可提供這種接口，以在流體連通模塊210和取樣模塊220之間建立流體連通，從而將流體連通模塊210接收的地層流體傳遞至取樣模塊220。
[0024]圖2A中示出的接口 322布置在取樣模塊220的井上端處，從而可操作地連接相鄰的流體連通模塊210。然而，在其它實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)流體連通和/或取樣模塊可位于井下工具100中，該井下工具具有一個(gè)或多個(gè)接口(例如，接口 322、接口 324和/或其它接口)位于其一端部或兩端部處，以可操作地與相鄰模塊連接。也可在流體連通模塊210與取樣模塊220之間設(shè)置一個(gè)或多個(gè)介入模塊。
[0025]取樣模塊220包含使流體從其中通過的流體流動(dòng)系統(tǒng)301。流體流動(dòng)系統(tǒng)301可包含主流動(dòng)路徑310，主流動(dòng)路徑從接口 322延伸至井下工具100中。流動(dòng)路徑310可通過接口 322，與流體連通模塊210的類似流動(dòng)路徑流體連通，以接收由此接收的流體。流動(dòng)路徑310可以以允許從流體連通模塊210接收的流體通過采樣模塊220的方式設(shè)置在心軸326 中。
[0026]流體流動(dòng)系統(tǒng)301還可包含從流動(dòng)路徑311和排放流動(dòng)路徑260。從流動(dòng)路徑311可將來自主流動(dòng)路徑310的流體轉(zhuǎn)向至一個(gè)或多個(gè)取樣室314，以在其中收集。也可設(shè)置排放流動(dòng)路徑260和/或其它流動(dòng)路徑，以將流體轉(zhuǎn)向至井眼11和/或井下工具100中的其它位置。例如，可操作一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)轉(zhuǎn)向器332，以選擇性地將流體轉(zhuǎn)向至諸如取樣室和/或井眼的位置。
[0027]取樣室314可包含一個(gè)或多個(gè)閥、活塞、壓力室和/或可操作地幫助采集地層流體和/或保持地層流體的質(zhì)量的其它裝置。這些取樣室314每個(gè)都可操作以通過主流動(dòng)路徑310和相應(yīng)的從流動(dòng)路徑311接收通過流體連通裝置214(見圖1)獲得的取樣地層流體。取樣室被可移除地定位在延伸穿過鉆鋌302的外周的相應(yīng)孔口 303中。可將一個(gè)或多個(gè)蓋342定位在一個(gè)或多個(gè)孔口 303上面，從而協(xié)助固位取樣室314并且保護(hù)其不受鉆井環(huán)境的影響。
[0028]如沿圖2A中的線2B-2B截取的水平橫截面以及圖2B中所示，取樣模塊220可包含以120°間距均勻地間隔隔開的三個(gè)取樣室314。然而，取樣模塊220可包含以各種布置方式定位的任何數(shù)量的取樣室314。圖2B還示出包含多個(gè)徑向突起的凸瓣320的通道318。凸瓣320的數(shù)目可等于取樣室314的數(shù)目，以使凸瓣320可在兩個(gè)取樣室314之間距離它們分別間隔開約60°的方位突出。凸瓣320擴(kuò)大通道318的流動(dòng)面積，從而允許鉆井流體以大于圓形橫截面通道的流速通過。
[0029]圖3是取樣模塊220的流體流動(dòng)系統(tǒng)301的至少一部分的示意圖。如上所述，流體流動(dòng)系統(tǒng)301可包含流動(dòng)轉(zhuǎn)向器332，該流動(dòng)轉(zhuǎn)向器可操作地通過取樣模塊320和取樣室314進(jìn)行選擇性地分流。例如，流動(dòng)轉(zhuǎn)向器322可將來自主流動(dòng)路徑310的流體選擇性地轉(zhuǎn)向到通往取樣室314的從流動(dòng)路徑311，和/或通往井眼的排放流動(dòng)路徑260。如圖3中所示，可操作流動(dòng)路徑和閥構(gòu)成的系統(tǒng)301，從而視需要，選擇性地將流體轉(zhuǎn)向至整個(gè)井下工具上的期望位置，諸如取樣室314、井眼、通道318和/或其它期望的位置。
[0030]每個(gè)從流動(dòng)路徑311都從主流動(dòng)路徑310分支出來，并且延伸到相應(yīng)的取樣室314，在特定實(shí)施例中，取樣室314可包含瓶子、容器或其它適當(dāng)?shù)那皇?。如圖3中所示，取樣室314中的一個(gè)或多個(gè)可包含活塞360，活塞限定了可變?nèi)莘e的取樣腔307和可變?nèi)莘e的緩沖腔309。例如，取樣腔307可接收和容納流體樣品，而緩沖腔309可容納被設(shè)計(jì)為向活塞360施加壓力的緩沖流體。因而，取樣室314可操作以在兩個(gè)腔307/309之間保持壓差，當(dāng)樣品流入取樣腔307時(shí)，所述壓差足以保持樣品的壓力。取樣室314中的一個(gè)或多個(gè)還可包含或者也可與其結(jié)合使用的一個(gè)或多個(gè)壓力補(bǔ)償器、壓力室、傳感器和/或其它構(gòu)件。取樣室314中的一個(gè)或多個(gè)可包含攪動(dòng)器362，諸如旋轉(zhuǎn)葉片和/或使流體在取樣室314內(nèi)移動(dòng)的其它混合裝置。
[0031]每個(gè)取樣室314都可包含一個(gè)或多個(gè)閥330a，所述閥330a可操作以選擇性地將取樣室314的取樣腔307流體連接至它們相應(yīng)的流動(dòng)路徑311。每個(gè)取樣室314還可包含一個(gè)或多個(gè)閥330b，所述閥330b可操作以選擇性地將取樣室314的緩沖腔309流體連接至壓力源，諸如井眼、充氮室和/或其它壓力源。每個(gè)取樣室314都可流體聯(lián)接至流動(dòng)轉(zhuǎn)向器322內(nèi)的一組可用于控制