[发明专利]地层流体采样设备和方法

说明书

本发明总体涉及地层流体采样，特别涉及一种改进的储层流体采样模块，所述采样模块用于将一种高质量储层流体样品带回地面进行分析。

长期以来，石油公司已经认识到获取井下地层流体样品进行化学和物理分析的重要性，本发明的受让人Schlumberger多年来已经进行了这样的采样。地层流体(也被称为储层流体)样品通常在储层使用期限中被尽早地收集在地面进行分析，特别是在特定的实验室中进行分析。分析结果对于碳氢化合物储油层开采以及探明储油层的储量和性能是非常重要的。

钻井采样的方法包括将采样设备(诸如属于Schlumberger和由Schlumberger提供的MDTTM地层测试设备)下放到井眼中以利用所述采样设备的一个探头元件和井壁之间的接合来收集一个或多个地层流体样品。所述采样设备在穿过这种接合方向上产生一个压力差以使地层流体流入到所述采样设备内的一个或多个样品腔室中。这个方法和类似的方法披露在美国专利No.4,860,581；No.4,936,139(都受让给Schlumberger)；No.5,303,775；No.5,377,755(都受让给WesternAtlas)；和No.5,934,374(受让给Halliburton)中。

在“样品模块”内设置至少一个(通常为多个)这样的样品腔室、相关联的阀和流体管路连接部件的重要性是已知的，并且在Schlumberger的MDT设备中具有特定的优点。近年来，Schlumberger具有几种类型的这种样品模块和样品腔室，每一种都在特定的环境下提供了优势。但是，没有一种这样的样品模块/腔室的结合具有下列所有的特性：使一种充填气体作用在所收集的样品上以更好地控制样品压力；可在高达25000磅/平方英寸的内部压力下加热到高达400°F的温度以促使样品流体成分回复成溶液；其容积能够保证从井位直接输送到实验室而无需转移所收集的样品；以及可用作一个储放容器。也并不得知在采样过程中使死角容积最小化以减少所述样品被一种预先充填的流体(诸如水)污染的样品模块/腔室。

为了克服上述缺点，本发明的一个主要目的在于，提供一种能够将一种高质量地层流体样品带到地面进行分析的设备和方法。

本发明的另一个目的在于，提供一种能够在地面处在高达25000磅/平方英寸的内部压力下可被安全加热到至少400°F温度的样品腔室。

本发明的另一个目的在于，提供一种样品腔室，所述样品腔室可被加压以使一个样品保持在“单相”状态，即，当所述样品冷却时必须保持一定的压力以使诸如气体和沥青烯的样品成分保持溶液状态，所述诸如气体和沥青烯的样品成分在由于样品混合物的冷却而导致的压力降低过程中通常会从混合物中分离出来。对于当样品冷却时通过保持压力而不能处于溶液状态的成分诸如石蜡可利用在地面为所述腔室提供热量来使其重新结合。本发明的另一个目的在于，提供一种能够保证输送的样品腔室，以便如果需要的话，可直接将所述样品输送到实验室用于分析而无需在井位处从样品腔室中转移样品。

本发明的另一个目的在于，提供一种样品腔室，所述样品腔室适于用作一种储存容器，即，所述样品成分不会通过含有样品腔室内样品的密封件泄露。

本发明的另一个目的在于，提供一种样品腔室，所述样品腔室的容积适于标准的PVT采样，但不会太大以致在需要时不能被输送到一个单独的可输送的样品瓶中，大多数样品腔室的容积为600毫升或更小。

本发明的另一个目的在于，提供一种独立的确认样品腔室，所述确认样品腔室的容积大大小于所述样品腔室，但是在加热方面更安全并且更易于使分离的样品成分在地面重新结合以便在井位处确认所述样品的质量。

上述目的以及其它各个目的和优点是通过一个用于一井下设备中的样品模块来达到的，所述井下设备用于从由一个井眼所穿透的地下岩层获取流体。所述样品模块包括一个由所述模块所附带的样品腔室以及一个由所述模块所附带的确认腔室(validation chamber)，所述样品腔室用于收集利用所述井下设备从地层所获取的流体样品，所述确认腔室用于收集一个大大小于所述样品腔室的地层流体样品。所述确认腔室可在不防碍所述样品腔室的情况下在地面从所述样品模块上取下。

所述样品腔室和确认腔室是以一种并联或串联的方式与所述井下设备中的一个样品流体管路相连通以使所述腔室可根据需要同时或顺序地被流体充填。