[发明专利]获取地层性质的方法和装置

说明书

本发明的领域是关于井下仪，特别是那些适用于测量地层渗透率、压力和采集地层流体样品的井下仪。

过去，井下仪已被用来获取地层流体样品。通过使流体流过一电阻率测试室来分析它们，流体的酸度和湿度也被测量。

井下采样仪是由一条金属绳悬挂着放到钻井中，一对安装在井下仪上的封隔器，当它们膨胀时与钻井壁形成密封接触，从而隔离出一段钻井。流体经过井下仪上的一个开口从两个封隔器之间的隔离段中被抽取出来，它们的电阻率也被测量。电阻率的测量结果通过金属绳传送到地面，当电阻率成为常数时，表明未被钻井泥浆成分污染的地层流体已被抽入到井下仪中。抽入的流体被导入一个分立的室中，在那里测量流体的氧化还原势、酸度和温度。这些结果也通过金属绳传送到地面。根据测试结果决定样品是保留在室内还是抽回到钻井。如果样品被抛弃，那么封隔器被收缩，井下仪就移到钻井内另一个不同的位置继续采样。这一过程不断重复，直到井下仪中所有的样品室中都装满了所要求的样品。这样的采样仪在题为“获取选择的地层流体样品的方法和仪器”的美国专利No.4，535，843中有详细说明。在，843号专利中，采样仪器仅用于获取供分析用的地层流体，而不用于测量地层渗透率，因此不关心样品进入仪器的流率。

过去，地层流体样品是通过一个探头采集的，它贯穿钻井壁，通常被一个由与井中流体相容的材料制成的密封件所环绕。典型的结构是，探头上的流体开口被一个安装在支撑平板上的弹性环状密封垫所环绕，通过井下仪上的传动机构，支撑平板可横向移动。在井下仪相对的一边，有一个可选择伸展的固定装置，与可移动的密封垫结合起来用以决定井下仪的位置，使得采样点与井液有效地隔离。

过去使用的采样仪包括一个压力传感器。然而，在一个测试过程中，仍然要关心能不能探测样品是否真的被采集了，如果样品进入了井下仪，那么样品进入样品室有多快。

某些地层测试仪对于地层流体进入井下仪使用了一个“水缓冲装置”。象在美国专利No.3，001，554中所说明的，这种装置包括一个装在封闭样品室中的可移动的活塞件，用以确定样品室中的上下空间。样品室的入口是在活塞的上方，上部空间最初是处在大气压状态，下部空间充满了一种合适的、几乎不可压缩的流体，例如水。另一个室或者叫液体存储器最初也是空的，它的容积等于或大于下部空间，通过一个限流器，例如节流孔，与下部空间相通。当地层流体进入样品室空着的上部时，活塞从它起始的升高位置逐渐向下移动，通过节流孔把水从样品室的下部排入最初是空着的液体存储器。

在这种装置中可以看到，流量控制是通过改变节流孔的大小实现的，水通过节流孔从下部空间排到节流孔下方的液体存储器。这种结构不能用于直接控制地层流体进入井下仪的流率。按照地层渗透率、节流孔的大小和节流孔下方的压力，在这种井下仪中可能出现如下的情形，当样品管路（sampleline）中的压力降到地层流体的始沸点以下时，管路中的压力降就大到足以形成气体层，当这样的气体层发生时，井下仪将不能给出可用于确定地层渗透率的可解释的结果，同时会采集不到有代表性的流体样品。

其它的不用水缓冲的流体采集系统已被使用。在美国专利No.3，653，436中，地层流体被采集到一个最初是空着的样品室中。井下仪包括一个压力传感器来检测流管压力，在极端低的流率下，流管压力只有轻微升高，直到样品室几乎充满为止，测得的压力都不会有明显的增加。在这种结构中，流体采样速率是不可控的。

在美国专利No.3，859，850中可以看到水缓冲型采样系统的改进。在，850专利中，可选择操作的阀门被开启，使得样品导入装置和样品收集装置相联系，样品收集装置包括一个最初是空着的第

一收集室，它与第二样品收集室的一个空的易卸的部分串连相接，第二样品收集室被装在其中的一个可移动活塞件分成两部分，正常情况下活塞被装在第二室封闭部分的压缩空气压向第二室的入口。当流体样品进入样品收集装置时，在第一室具有足够的压力开始移动活塞件使地层流体开始充入第二室之前，第一室先被充满了。通过观测充满第一室所需时间，地层流体进入的流率可被估算出来。

一旦第一室被充满，地层流体的压力等于压缩空气的压力，活塞就向第二室中充满空气部分的运动进一步压缩空气，因此对地层流体施加一个成比例增加的反向压力，测量这个压力从而获得第二个测量结果，由此可估算如果有任何地层流体进入第二室，它的速率是多大。

还有其它的采样装置，它通过包括一个弹性密封的探头在地层固定点上隔离样品点与井液来采集地层流体样品，对它们的描述在美国专利No.3，943，468和英国专利申请Nos.GB2172630A和GB2172631A可看到。