CN101201003B - 用于对重油油藏取样的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了用于从烃类油藏中隔离或控制操纵重油组分的样品的方法和系统。本发明的方法实施例包括利用地面泵和包含井下泵的完井系统使受热流体在油藏的第一区域内循环一段时间，并且其流量足以产生可流动的重油组分，其中所述油藏的第一区域中存在或确信存在重油组分，所述完井系统包括取样工具；并且利用所述取样工具对可流动的重油组分进行取样。本摘要符合摘要的要求。根据37CFR1.72(b)，本摘要不应当作为对权利要求书范围和意思的限制。

Description

用于对重油油藏取样的方法和系统
技术领域
本发明一般涉及在样品源存在的温度和压力条件下或者在至少不同于环境温度的温度下进行流体样品处理和/或界面流变学测量的领域，其包括但不限于油藏烃类和水基流体、钻井泥浆、压裂液和具有多相(固相和液相)的类似物质。
背景技术
获取地层流体样品以进行化学和物理分析的客观需要一直受到石油公司的重视，本发明的受让人斯伦贝谢(Schlumberger)公司已经进行这种取样有好多年了。地层流体的样品，也称作油藏流体，通常会在油藏寿命之内尽可能早的进行采集以在地面进行分析，尤其是在专业实验室内进行分析。通过这些分析得到的信息为规划和开发烃类油藏以及油藏产能和特性评价提供了关键的信息。
井眼取样工艺包括将取样工具下入井眼中，通过在取样工具的探测器组件与井眼壁之间接合，从而采集地层流体的一种或多种样品。许多已公知的取样工具产生穿过这一接合的压差以便引导地层流体流入取样工具内的一个或多个样品室。这种工艺和类似的工艺在下述美国专利中进行了描述：US4,860,581、US4,936,139(二者均被转让给了斯伦贝谢公司)；US5,303,775、US5,377,755(二者均被转让给了Western Atlas)；和US5,934,374(被转让给了哈里伯顿(Halliburton))。井下取样工具的其它示例在美国专利US6,223,822、US6,457,544、US6,668,924、以及美国公开专利申请US20050082059、US20050279499和US20060175053中进行了描述，这些专利全部转让给了本申请的受让人。这些参考文献所公开的井下取样工具在本文中作为参考而被引用。在“样品模块”内安装有至少一个，并且常常为多个这样的样品室和相关阀和流动管线连接装置的客观需要也是已公知的。每一种类型的取样工具对于特定的情况具有特定的优点。现有技术中的工具通常为用于刚钻出的新井的探测器取样工具，所述的新井充满过平衡的泥浆并在高压井眼和低压油藏之间具有密封泥饼。本发明适用于泥浆已被移除、没有泥饼并且井眼内的压力低于油藏压力的开采井中。环状流体取样通过隔热线圈进行放热进行增强的，而不是探测器取样。然而，对于粘度超过1000cp的石油来说，现有的取样方法和工具可能是不够的。
由于随着时间的推移轻质烃油逐渐被采尽，多年来重油已经吸引了石油公司的注意力。重油油藏需要热力增产措施以降低重油的粘度，从而使重油能够流动。开发新的重油油藏的可行性取决于随温度变化而变化的石油粘度。对于不同的重质原油，这种流体性质是不同的，并且其常常通过在实验室内对流体样品进行测量而获得。这种测量对于重油开发的财务模型是必要的，因为使其流动所需热量而产生的金额是开采成本的主要部分。在现有技术中，这反过来又产生了从油藏中获得重油样品的需求。获得这一样品本身就需要热量，因而没有热量所述重油是不能流动的，这就意味着重油取样需要就地(原位)加热。
尽管例如使用电线圈加热部分油藏并在之后利用取样设备从该区域获得样品是可能的，但是，这不是一种简单的计划，因为利用电缆输送足够的功率是不可能的。表示为热量/小时的更多的功率可通过泵送非常热的流体而进行输送。然而，从地面沿着常规的有关向下泵送热油以输送热量不是一种可行的选择，因为在地面受热的流体会在到达取样区时由于热传导而损失了大部分热量，所述流体会在井眼内流动数千米。因此，对油藏区域内的部分重油油藏进行加热的方法是在现有技术中存在的一直以来但是仍未满足需要的需求，所述的油藏区域是需要在该区域布置取样工具并同时获取样品的区域，并且实际上利用一种设备和所述设备的一部分对所述油藏进行取样，所述设备用于向目标油藏区域输送热量。如果这能够实现并能将油藏流体泵送到地面是更加有利的。
发明内容
根据本发明，描述了用于从具有重油组分的油藏中对重油组分进行取样的方法和系统，所述方法和系统使用完井系统、隔热管、受热流体和环形井下取样工具。本发明的方法和系统适用于对去除泥浆的、没有泥饼的开采井进行取样，该开采井的井眼内的压力小于油藏压力。不是最初用于对刚完钻井进行取样的探测器取样工具，本发明方法和系统中的取样工具而是环形流体取样工具，并且这些取样工具是通过利用隔热线圈而不是探测器取样工具进行热量输送而得以增强的。在此使用的短语“重油组分”指的是至少一部分包含重油的组分。术语“重油”可以具有不同的意思，本申请不倾向于受限于任何特殊的定义。一组公开的定义是由Unite Nation Information Centre for HeavyCrude and Tar Sands提供的定义，其将沥青定义为粘度大于10,000厘泊(cP)的石油；粘度小于10,000厘泊(cP)并且密度在10°API和20°API之间的石油定义为重油；特重油的密度小于10°API。本申请的方法和系统可适用于这些定义下的沥青、重油和特重油，在此使用的术语“重油”用来包括一种或多种这些定义的组分，除非另外指出的除外。一般来说，本发明的方法和系统可用于获得粘度为1000厘泊(cP)或更大粘度的样品。
重油组分可包括但不限于包含烃类(包括硫化氢、硫醇和其它含硫化合物的含硫烃类)、水、有机和/或无机固体的组分，并且可包括胶束、大分子、球粒、树脂、沥青烯、烃类和水基流体、钻井泥浆、压裂液和具有多相(固相和液相)的类似物质。使用本发明方法和系统所获取的重油组分样品包括每一种相中的一种或多种。换言之，重油组分可包括一种或多种液相，一种或多种固相以及一种或多种气相。另一种可选方式是，根据所使用的取样工具，所述取样工具可将气体与液体部分分离。
本发明的一个方面是对重油组分进行取样的方法，该方法包括：
(a)利用地面泵和包含井下泵的完井系统使受热流体在油藏的第一区域内循环一段时间，并且其流量(flow rate)足以产生可流动的重油组分，其中所述油藏的第一区域中存在或确信存在重油组分，所述完井系统包括取样工具；以及
(b)使用取样工具对可流动的重油组分进行取样。
本发明方法的特定实施例可包括：
(a)在重油油藏的第一部段附近的井眼内安装完井系统；所述完井系统包括：
(i)非隔热管；
(ii)连接到非隔热管一端的井下泵；以及
(iii)旁通管；
(b)通过旁通管插入隔热挠性管，所述隔热挠性管的远端具有连接到其上的取样工具；
(c)利用地面泵使受热的非挥发性油通过隔热挠性管并被泵送到油藏的第一部段中；
(d)使用井下泵将至少一部分受热的非挥发性油泵送到地面，直到受热重油开始从油藏的第一部段流动；
(e)停止地面泵，从而停止泵送受热的非挥发性油，但利用井下泵保持泵送；以及
(f)使用取样工具对重油进行取样。
本发明的方法包括：在第一区域附近在井眼内插入堵塞器，如砂塞，以便可以对第一区域之上的油藏的一个或多个其它区域进行取样。本发明的其它方法包括分析所取样的重油组分的粘度；循环、取样和分析的步骤可以重复用于油藏的一个或多个其它区域。本发明的另外的方法包括使用至少粘度分析结果制作从油藏中开采重油组分的财务模型(financial model)。对重油组分的取样时可以同步关闭地面泵，或可以根据定时器设定取样次数或间隔。
本发明的方法可包括在取样工具上测量温度对时间的关系，并且可选地记录取样温度对时间的关系。这可以是靠电池供电的记忆测量装置。本发明的典型方法包括在不同的温度下对井眼的相同区域进行取样，并且利用所泵送的受热流体对所述温度进行控制。使用地面加热器用于向流过隔热管并到达取样区域的受热流体提供变流体温度。这样就允许测量油藏采油量，该采油量为不同温度的函数，这种不同温度下的取样可在油藏的不同深度或区域进行重复。因此本发明的方法可用于对作为油藏温度和深度的函数的重油开采进行取样。
本发明的另一方面是实施本发明方法的系统。
本发明的方法和系统在本发明的详细描述和随后的权利要求书的基础上将变得显而易见。
附图说明
本发明的目的和其它所希望的特征可以通过下面的描述和附图来获得，其中：
图1为本发明的一种系统和方法的示意图。
图2为用于本发明方法和系统中的Y形工具的侧视示意图。
图3为用于本发明方法和系统中的现有技术的堵塞器的局部剖视图，该堵塞器配置在图2所示的Y形工具中的旁通管中。
图4为图3所示的堵塞器的内密封机构的剖视图。
图5A，图5B，图5C和图5D示出了用于本发明方法和系统中的现有技术的取样工具的剖视图。
图6A，图6B，图6C和图6D示出了用于本发明方法和系统中的现有技术的取样转移系统的剖视图。
图7和图8示出了用于本发明方法和系统中的两种现有技术的同心挠性管实施例的剖视图。
但是，应该注意的是：附图不是按比例进行绘制的，而仅仅是用于示出本发明的典型实施例，因此不被视为限制本发明的范围，对于本发明来说可以允许其它的等效实施例。
具体实施方式
在下面的说明书中，进行了许多细节描述以利于理解本发明。但是，本领域技术人员应该理解的是本发明在没有这些细节描述的情况下也能实践，并且对所描述的实施例可以作出多种变化或修改。术语“油藏”可包括可由一个或多个井眼进入的烃类储层。术语“井眼”包括下套管井眼、下套管和水泥胶结井眼或裸眼井眼，并且可以是任意类型的井，包括但不局限于开采井、非开采井、实验井、探井和类似的井。井眼可以是垂直的、水平的，在垂直和水平方向之间呈任意角度的、定向的或非定向的、以及其各种组合的井眼，例如具有非垂直部分的直井。短语“高温，高压”指的是在大气压以上和20℃以上的任何温度和压力。
重油藏一般为低压并且常常低于流体静力。这意味着，即使受热到粘度减小时，重油也不会自然流到地面。因此，重油藏需要人工举升系统。因此，对油藏进行加热的同时进行取样的本发明的方法和系统与人工举升系统相适合。
用于提升井的同时提供通向油藏的技术是已公知的，其使用称为Y形工具的旁通管，从所述Y形工具的一条腿配置井下泵，如电潜泵(ESP)或螺杆泵(PCP)。如现在所使用的，这种旁通管允许非隔热挠性管通向所述油藏。这种非隔热挠性管可用来泵送流体，如水、增产流体(如酸)、堵水流体(如胶体和水泥)。但是，泵送受热流体通过非隔热挠性管是不实际的，这是因为受热流体到达油藏之前，导热金属挠性管会损失掉流体的大部分热量。本发明方法和系统克服了这种缺陷。
本发明的系统包括完井系统，本发明的方法包括在油藏中对重油组分取样之前在井眼内安装完井系统。除了指油井完成操作之外，在此使用的术语“完井系统”和“完井”用作名词。本发明的完井系统包括但不局限于下套管完井系统、混合完井系统、挠性管完井系统、双层完井系统、高温完井系统、高压完井系统、高温/高压完井系统、多层完井系统、自然完井系统、人工举升完井系统、局部完井系统、初级完井系统、无油管完井系统以及类似的完井系统。另外，一个或多个初级完井部件可包括一个或多个在此描述的铁基合金。在此使用的短语“初级完井部件”包括但不局限于油井或气井的主要部件，其包括采油管柱，其可以使完井的特定类型或设计起设计的作用。初级完井部件主要依赖于完井系统的类型，如在电潜泵完井系统中的泵和马达组件。
参考图1，图1实际上为示意图，在此描述的简单井下取样工具ST连接在隔热挠性管14的井下或远端，其刚好在循环口C下方。在每一个取样深度，例如从垂直井眼WB的底部开始，受热流体(如受热轻油)沿隔热管14向下循环，并且使用井下泵(未示出)通过非隔热管泵回地面，如箭头所示。可以调节地面泵和井下泵的泵速，以便保持从油藏到井眼井的生产压差。在几小时(或几天)之后，邻接隔热管的油藏变得温和。邻接隔热挠性管14远端的受热重油组分的部分HHO本身开始流动。受热重油组分HHO与更轻的受热流体混合，并且均通过井下泵泵送到地面。最后关闭所述地面泵，阻止受热流体的循环。所述井下泵将继续进行泵送，只有重油组分形成流动。在本发明方法的某些实施例中，一旦地面泵停止沿隔热管向下泵送受热流体，在取样之前就必须等待一会儿。一旦取出样品，那么应当将具有取样工具ST的隔热挠性管14尽可能快地从井中撤回，受热流体注入重新开始通过循环口C。这就避免了隔热管和/或取样工具卡在井眼内，所述井眼充满了当其冷却时变成高粘重质原油的受热重油。随后必须比井眼冷却速度更快的速度进行取样，这一事实要求对个人进行培训。否则当其“凝固”为高粘重质原油柱时将不可能重返井中。
用于本发明方法和系统中的典型井下取样工具与如图2所示的Y形工具一致，可以靠电池供电并且包括操作时钟。在本发明的某些实施例中，这种靠电池供电的、时钟操作生产取样工具是有效的，同步阻止受热流体的循环并且对可流动的重油进行取样。当受热重油组分的体积减少时，受热重油组分的开采速度快速减小。因此，在阻止受热流体从地面循环之后不久，启动(或在计时器上自动触发)井下取样工具ST进行操作。这就使关闭地面泵和时钟操作井下取样器同步进行。这种取样操作在井眼上每间隔一段时间重复进行。用于本发明方法和系统中的井下取样工具包括2英寸(5cm)直径(或更小)的取样工具，其能够获得围绕所述取样工具的环空流体样品。在典型的实施例中没有探测器、泵等多种复杂的井下取样工具。在一些实施例中，所述工具简单包括空腔和根据时钟指令打开的阀，所述整个工具足够小以便能够通过Y形工具，优选不大于2英寸(5cm)的隔热管。在由Schlumberger(斯伦贝谢)生产的商业名称为PST的已公知工具中，生产测井工具通常使用在下套管井中。
如上所述，本发明方法和系统可包括测量取样工具上、取样工具处或取样工具内温度对时间的关系，以及任意记录取样温度对时间的关系。这也可以使用与取样工具成一整体的靠电池供电的记忆测量子单元。本发明的典型方法包括在不同的温度下对井眼的相同区域进行取样，不同的温度由所泵送的受热流体的温度进行控制。地面加热器用于向流过隔热挠性管并到达取样区域的受热流体提供变流体温度。这允许测量油藏采油量，该采油量为不同温度的函数，并且这种不同温度下的取样可在油藏的不同深度或区域重复。因此本发明的方法可用于对作为油藏温度和深度的函数的重油开采进行取样。
再次参考图1，为了确保只有受热重油组分HHO从井下取样器ST的上部和下部流动，堵塞器P可以安装在井眼WB内，例如砂塞。所述堵塞器P与取样器ST下面的井眼隔离，并且阻止来自先前受热的更深油藏区的任何残流重油组分流入取样器。这些堵塞器可以通过隔热挠性管14设置和去除。
本发明的受热流体起到将热传递至岩层区域的作用，重油组分样品可以从所述岩层区域获得。所述受热流体可从气体、蒸汽、液体和其组合物中选择，也可以从水、有机化学制品、无机化学制品以及其混合物中选择。在一些实施例中，受热流体包括非挥发性轻油或非挥发性轻油的化合物。所述组分主要依赖于开采可流动的重油组分所需的特定压力和温度。受热流体的组分还依赖于泵送受热流体的地面和井下泵的能力。众所周知，油藏流体在高压和高温条件下常常含有悬浮颗粒。这些颗粒可以为第二液相(烃类或水基)的形式或固态(有机或无机)的形式。这些颗粒的存在与石油流体形态的相有关，因此这些颗粒的天然和/或合组分可以随着压力、温度或总组分的变化而变化。为了改善对颗粒相形态的理解，需要获得悬浮颗粒在限定压力和温度条件下的样品，以用于随后的分析特性。受热流体组分可以深思熟虑后选择。在本发明方法和系统种用于加热和循环的本发明的流体包括有机和无机液体及其它们的组合。理想地是，它们是非挥发性、非易燃的液体，但是这不需要严格要求。更严格的标准为所选择的流体不会对要取样的油藏造成显著的损害。合适的有机液体可以从脂肪族和芳香族的化合物或其混合物中选择。脂肪族化合物可以是直链和/或支链或从1至大约20个碳原子的循环链。合适的直链烃类可包括n-己烷、n-庚烷和其类似物质。合适的支链烃类可包括异辛烷和其类似物质，同时合适的循环链烃类可包括环己烷和其类似物质。合适的芳香族烃类可包括苯、甲苯、(邻，间和对)二甲苯和其类似物质。可以使用各种类型的石油溶剂油，如无味石油溶剂油。用于石油溶剂油的典型成分如下：具有体积百分比0.1％的最大芳香族含量的脂肪族溶剂己烷，数值为29的贝壳松脂-丁醇，初始沸点为149
Figure 2007101997262_0
(65℃)，干点大约为156
Figure 2007101997262_1
(69℃)，质量密度为0.7g/cc。在欧洲委员会，石油溶剂油的成分来自指令2002/96/EC(WEEE)的条款11(2)。如果油藏可以容忍这些组分，可以使用各种含水乙二醇溶液，如使用在汽车和卡车中的水和乙二醇的混合物。
使用在本发明方法和系统中的一组组分在申请日为2006年6月26日的美国专利申请11/426,359(69 5706)中已经公开，这篇文献全文在此作为参考。所公开的组分包括沥青烯溶剂和降粘剂，所述沥青烯溶剂和降粘剂以某种比例存在，以便能够基本上降低含有沥青烯的物料(如重油，沥青和类似物质)的粘度，同时在油藏中在生产油管内或当混合或接触含有沥青烯的物料时基本上不使沥青烯沉积。在某些实施例中，降粘剂可以是烃蒸气或气体(室温和压力)，沥青烯溶剂可包括甲苯或甲苯等同物。这些化合物在油藏条件下(大约5Mpa和293K)具有更大的摩尔体积，以便对流动的稀释重油的重力效应最大，并且在单气相或油藏条件下的超临界状态下和/或在注入压力和温度下可以存在，并且在环境温度下(至少与异辛烷一样高)具有高蒸气压力，以便能够简单通过降低压力或者选择增加热量来使采出油的组分进行再循环。所述沥青烯溶剂和降粘剂在温度高于大约273K时至少部分混溶。所述沥青烯溶剂和降粘剂可以以从大约100∶1到大约1∶100，或者从大约10∶1到大约1∶10的范围的体积或摩尔比存在。所述降粘剂可以从具有1至大约20个碳原子的直链、支链和循环链烷烃，1至大约20个碳原子的单烷烃，二氧化碳，吡咯烷酮如n-甲基-2-吡咯烷酮和其混合物中选择。某些有用的降粘剂可以具有石蜡的特征。某些实施例可包括从大约3至大约8个碳原子的n-烷烃，如丙烷。在某些实施例中可以使用降阻剂，如天然和合成表面活性剂，其中在本文中的“天然”指的是在天然重质原油或沥青中存在的化学制品。表面活性剂可以从阴离子、阳离子、非离子、两性表面活性剂以及两种或多种组合物中选择。在此提供一些例子。沥青烯溶剂可以从包括苯和通式(I)中的苯衍生化合物和盐以及其混合物中选择，
Figure S2007101997262D00091
其中所包括的R1-R6是单独从氢，羟基，卤素，硝酸盐，胺，硫酸盐，羧基，酰胺和其类似物，直链和支链烷基取代基，芳香族，环，烷芳基，芳烷基取代基或其混合物中选择的原子团，并且其中R组可以是每一个含有1-30个碳原子。例如可包括甲苯和甲苯等同物，如苯，(邻，间和对)二甲苯，苯乙烯，甲苯或其混合物。在此使用的术语“苯衍生物”指的是具有结合到中心苯核心的1至6个取代基的化合物。多环芬香烃如萘，蒽和菲也可以存在。天然和/或合成的树脂，树脂芳香化合物和其类似物也可以是有效的沥青烯溶剂。
用于本发明方法和系统的完井系统包括从地面延伸到所要取样的油藏中的一个或多个区域的非隔热或“标准”油管(连接或非连接)，以及从一条腿上悬挂井下泵，另一条腿上悬挂旁通管的Y形工具。这些特征中的每一个在此详细地讨论，如适合的地面泵和井下取样器。
用于本发明的Y形工具和所附的旁通管和井下泵在图2中示出。其中示出了生产油管70，生产油管转换器2，控制接头8和Y形工具6。在图2的右侧示出了泵接头50，泵出口压头52，泵出站压力口54，井下泵56(所示的是由Schlumberger生产型号为ESPCP S20F170的井下泵)，泵转子适配器58，泵入口60，泵保护器62，马达64，传感器单元66以及引导器68。其中也示出了作为Teleswivel的已公知的操作装置72，旁通管74以及再入导向器76。
从Y形工具6悬挂的所述旁通管74的尺寸可设定为其内部直径或孔足以容纳图1中更小直径的隔热挠性管14，例如2英寸(5cm)外部直径的隔热挠性管。该隔热管的外部直径的尺寸可设定为该隔热管可以按照需要纵向移动通过所述旁通管。虽然可使用单个非隔热管以及单个隔热挠性管，但是并不要求使用。例如，依赖于局部油管供应和井眼的示意剖面，可以使用多种长度的非隔热管和隔热挠性管来取样不同区域的油藏。
用于Y形工具的以前的挠性管测井堵塞器依赖于黄铜套内的狭窄间隙，以提供动态水力密封。但是，由于其椭圆度，磨损，以及由于堵塞器长度限制而使密封件的长度受到限制，从而导致所述挠性管的不规则的几何形状，这种形状对所泵送流体的再循环引起相当大的渗漏通道。在大于1500到2000m3/天的高流速井中，600到800m3的渗漏仍然是可以忍受的，在没有过度加热ESP的情况下仍然能够带来好的结果。因此在完井系统中设计黄铜套对高流速井来说是足够的，在此条件下，世界上大部分国家利用挠性管Y形工具测井。但是，在低流速井中所有流体再循环，使生产测井无效并且过度加热ESP。新堵塞器设计可以克服这种问题，并且在名称为“具有高度完整的内密封的堵塞器”(Logging Plug with High Integrity Internal Seal)的美国公开专利申请20050279494中已经进行了描述，这篇文献在此全文作为参考。由于可以用于结合改进的密封件的堵塞器壁厚受到较大挠性管和小型旁通管的限制，因此它是一个技术挑战。在某些油藏中要求使用2英寸(5cm)的挠性管，以达到长水平井的TD。应该考虑将挠性管作为柱塞，并且具有柔性的密封机构。在复杂的场地测试中，堵塞器优选用于密封6000英尺(1830m)的2英寸(5cm)挠性管，所述挠性管在变速度和变压力情况下运动。这种新型堵塞器能够使多种测井在低流速井中通过。
图3为用于本发明方法和系统中的现有技术的测井堵塞器的局部剖视图，其示出了如图2所示的Y形工具的旁通管74，图4为图3的测井堵塞器的内部密封机构的剖视图。图3示出了根据公开的美国专利申请20050279494并且用于本发明中的测井堵塞器10，该堵塞器配置在井眼(未示出)中的旁通管74内，并且具有在其内延伸隔热挠性管14以在本发明中进行油藏取样。测井堵塞器10包括上部接头16，内密封壳体18以及位于上述二者之间的内密封组件20，该密封组件内密封组件20用于在隔热挠性管14和内密封壳体18的孔之间进行密封。所述测井堵塞器10还包括外密封组件22，该外密封组件22用于在测井堵塞器的外表面和旁通管74的孔之间形成密封。如现有技术一样，所述外密封组件22包括许多V形环状密封件24并由外密封壳体26从底部支承。盘簧28紧靠外密封壳体26的底部，并且在其相对端还紧靠内套管30。所述盘簧28包含在支承环32内，所述支承环安装在外密封壳体26和内套筒30之间。测井堵塞器10的下部主体34围绕内套筒30，并且延伸到下部接头36，剪切销钉38安装在该下部接头36内。该剪切销钉38将该下部接头36固定到保持套筒40上，直到在完成取样操作的情况下从旁通管74开始去除隔热挠性管14为止。转换器42在44处连接到测井堵塞器10内部的隔热挠性管14的底部，并且在其井下端支承井下取样工具42(所述工具在附图5A-5D中进行更充分地描述)。在开始取样操作时，附在隔热挠性管14上的测井堵塞器10被插入旁通管74内，直到测井堵塞器10座封在旁通管74的孔内的抛光短节中。然后，外部V字形环状密封件24通过结合旁通管74的孔来阻止井眼流体在测井堵塞器10的外部周围通过。其后，当隔热挠性管14通过测井堵塞器10(目前其在旁通管14内静止)的孔时，继续将隔热挠性管14布置到井眼中。图4详细描述的内密封组件20确保在隔热挠性管14和测井堵塞器10的孔之间一直保持高度的完整密封，以在挠性管操作期间阻止井眼流体通过这条路径再循环入旁通管74内。
现在参看图4，图3的内密封组件20以剖面的形式示出，但是在其内没有隔热挠性管14。内密封组件20包括上部环状密封件21，上部盖密封件23，中心环状密封件25，下部盖密封件27以及下部环状密封件29。除了其密封作用之外，每一个环状密封件21，25，29帮助保持各自相邻的盖密封件，充当碎屑阻挡层，并且对在其内移动的隔热挠性管14起到轴承的作用。例如，所述环状密封件21，25，29由低摩阻材料如PEEK制成。盖密封件23，27是自动的并且抗挤压。每一个盖密封件23，27包括在密封孔内由盖环23B，27B围绕的弹性O形环23A，27A。例如，所述O形环23A，27A由氟化橡胶制成，所述盖环23B，27B由高级PTFE，如Avalon89制成。当O形环23A，27A由弹性体制成时，它们对盖密封件23，27施加力以在盖环23B，27B和隔热挠性管14之间一直保持良好接触，无论挠性管中存在任何残余弯曲或在其剖面中存在任何扭曲变形。应该注意的是，当还需要进一步加强密封件的弹性时，盖密封件23，27中的每一个可包括多个O形环23A，27A。
在地面上，可以使用热发生器和地面泵，以在完井系统的旁通管的合适位置沿隔热挠性管向下泵送受热流体。任意地面泵和热发生器可以用于这些目的。地面泵(如水平泵送系统(“HPS”))一般包括驱动器(其可以为马达)，涡轮，柴油或非柴油内燃机，发电机和其类似的装置，在一些情况下可结合保护器，密封室和其类似物，以及安装在水平滑架上的泵。水平泵送系统可使用在本发明中以将受热流体泵送到要求取出一种和多种样品的油藏区域。如受让人的专利US6,425,735中所述，可以在水平滑架的马达安装面上将马达固定结合到水平滑架上。所述泵可以通过安装组件结合到水平滑架上，该安装组件可包括支承件(如固定支承件)和夹紧组件。所述泵可以通过支承件驱动结合到马达上。另一种可选方式是，所述支承件可以是用于连接泵送管道(如从所述泵延伸的两个泵送管道中的一个)的外部管道组件。
井下泵可以从与受热流体和Y形工具相匹配的任意井下泵中进行选择，其中“受热”意思是在150
Figure 2007101997262_2
(65℃)以上的任意温度。这种泵是已公知的，其可以是来自Schlumberger、商业名称为“Hotline ESP”的泵。所述井下泵可以是容积泵或离心泵。合适的容积泵包括螺杆泵(progressive cavity pump)(PCP)，如图2讨论的型号ESPCP S20F170。也可以使用其它的螺杆泵，如来自Kudu IndustriesInc.，Calgary，Alberta，Canada的商业名称为“15 TP 600 SL”，“30TP 650 SL”，“80 TP 400 SL”，“1000 TP 200 SL”的泵。在500rpm转速和零压头的情况下，这些螺杆泵分别可以泵送15，27，80，和1000m3/天。所述井下泵可以是电潜泵(ESP)，如商标为AxiaTM的泵送系统，其可以从Schlumberger Technology Corporation中得到或进行改进。这种类型的泵具有经过简化的双元件泵-马达构造，并且这种泵在壳体内具有一级或多级，以及组合马达以及保护器。所述泵可以增加整体入口和出口压头。几乎没有机械连接，这有助于更快地安装这些螺杆泵并具有更高的稳定性。组合马达和保护器组件(商标为ProMotorTM)可以在受控环境下进行预充满，并且可以包括测量井下温度和压力的整体装置。使用在本发明方法和系统中的可选择的电潜泵结构包括配置在电缆上的ESP，以及配置在挠性管并搭接在所述挠性管(所述油管充当生产介质)外侧的电力电缆上的ESP。例如，三个“在顶部”的马达可驱动三个泵级，所有泵级被封装在壳体内。所述泵级可具有相同的泵级数量和性能特征，并且一些泵级可以具有不同的性能特征。可以提供独立的保护器，以及任选的压力/温度表，井下安全阀(SSSV)以及化学剂注入心轴。底部入口螺杆泵(顶部具有马达)技术已经存在许多年了。在挠性管内确保安装泵级，马达和保护器是很重要的，这能够加快安装、以及减少电缆防护和在充气井中起下引起的取出次数。
对地层中的井下流体进行采集和取样是公知的。例如，在石油勘探和开采工业中，由于各种目的，如确定地层烃类流体油藏的存在、组分以及产能，需要采集和分析地层流体样品。这一方面的石油勘探和开采过程在发展的开发战略上是至关重要的，并且大大影响财政开支和储蓄。井下取样工具的例子在US4,860,581、US 4,936,139、US6,223,822、US 6,457,544、US 6,668,924以及公开的美国专利申请US20050082059、US 20050279499和US 20060175053中已经公开，这些文献均已转让给本发明的受让人。用于获得地层流体样品的各种其它的方法和装置也已经提出。例如，发明人为Ciglenec等的US6,230,557、发明人为Jones的US6,223,822、发明人为Wilson的US4,416,152、发明人为Davis的US3,611,799以及国际申请专利号WO96/30628已经改进了某些探测器和相关技术以改善取样。在取样过程分离清洁流体的其它技术也已经获得发展。例如，发明人为Hrametz等的US6,301,959专利公开了一种具有两条液压管的取样探测器，以从井眼的两个区域回收地层流体。井眼流体被吸入保护区，该保护区与吸入探测器区域的流体分离。尽管在取样中已经存在这些进步，但是仍然需要发展对重油组分的流体进行取样所改进技术。
图5A-5D示出了用于本发明方法和系统中的环形井下取样工具80的操作的四个阶段。这种特殊的取样工具是已公知的，其来自Schlumberger、商业名称为“单相油藏取样器(SRS)”，但是也可以使用其它的等同取样器。取样工具80可与油田转换单元(FTU)102，可选择的加热套以及单相取样瓶(SSB)103结合使用，如图6A-6D所示。SRS取样工具80为井下压力补偿取样工具，并且其在光滑管道、电线、挠性管、抽油杆或束输送器(SCAR-A)上以多达8种工具的管柱延伸。每一种工具具有自己的时钟82，其在决定管柱上的各个工具在何时或在什么井深进行采样方面具有完全的灵活性。SRS取样工具能够在15,000psi(103MPa)的工作压力，22,500psi(155MPa)的测试压力以及400
Figure 2007101997262_3
(204℃)的温度下进行工作。
根据本发明的方法和系统，为了采集样品，SRS取样工具80连接到隔热挠性管的远端，并且通过Y形工具的旁通管74而被输送到井下。每一个SRS受到高温时钟82或电子时钟的激发从而独立地进行取样，所述高温时钟8可以是具有12小时以上延迟时间的机械时钟，所述电子时钟适用于多达几周长期持续操作。另一种可选方式是，当SRS在作为DST管柱的一部分的取样输送器(SCAR-A)内延伸时安全膜(rupturedisk)可被触发并通过施加环空压力而受到激励。所述取样工具包括主体81、气室84、调节阀86、关闭装置87、用于缓冲液的室88以及取样孔90。取样工具80还包括浮式活塞91、充满压力补偿流体的室92、膜分隔器94以及充满氮气或其它惰性气的另一室96。固定活塞93和滑阀(spool valve)95完成井下取样工具的方案。
当燃烧时，取样工具80通过受热重油(HHO)油藏流体的受控驱替来获取600cc的样品，所述油藏流体作用在样品室内部的浮式活塞91上。完整的取样过程花费大约5分钟，并以图5A(运动位置)，图5B(开始取样)，图5C(完成取样并关闭取样室)和图5D(压力补偿)中的四个步骤示出。在地面上排出的氮气主要为压力补偿流体，同时取样孔90关闭。机械或电动时钟82设定调节阀86的打开时间。在开始取样时，调节阀86通过时钟82打开。缓冲液88通过气室94，并且浮式活塞91通过油藏流体HHO的进入而移动。在完成取样时，样品室充满油藏流体HHO。浮式活塞91作用在关闭装置87上，同时固定活塞93移入与HHO样品隔离的样品室。机械锁定关闭装置87确保取样工具的孔90不再打开。当完成关闭动作后，滑阀95打开，以释放压力补偿流体92。当使用标准(非隔热)的挠性管取回工具时，温度通常会降低并且样品收缩。但是，与在此所暗示的一样，通过隔热挠性管的受热流体的再次流动可以使其降至最低。通过压力补偿流体92使样品保持预定压力。在运动之前通过氮气充气压力来确定预定压力。
在成功取样后，SRS样品室通过机械和液压进行锁定。然后通过释放预定的氮气进行充气，从而使所述样品在取回过程中保持在油藏压力或保持在油藏压力之上。室96内的氮气的作用就像通过作用在缓冲液88上的浮式活塞91而作用在HHO样品上的弹簧一样，所述缓冲液可以是合成油，这样就避免了HHO样品的氮气污染。所述取回压力一般设定在泡点压力之上的几千psi(或几百MPa)，或在沥青烯研究的情况下，压力设定在油藏压力之上。
取样工具依赖于样品和大气之间的弹性密封，因此对于长期样品储存或运输来说是不切合实际的。当将取样工具取回到地面时，样品因此就在油藏条件下从取样工具转入压力补偿样品筒103，如图6A-6D所示，图6A示出了最初的设备安装，图6B示出了样品转移的开始，图6C示出了转移的完成，图6D示出了氮气或其它惰性流体气顶的形成。样品筒可以是已公知的，其来自Schlumberger、商业名称为单相取样瓶或(SSB)，但是可以是任何类似结构的取样瓶。取样工具的制备和井场样品的转移可利用商业名称为Field Transfer Unit(FTU)102来完成，其可以是Schlumberger供应的便携式工作站，该工作站具有用于氮气、合成油和水/乙二醇混合物的三个专用高压泵。在油藏温度之上转移样品可以通过使用加热套(未示出)进行。所述系统还包括用于收集水/乙二醇的容器104，压力表109和氮气(或其它惰性气体)供应源N2。样品筒103包括活塞107和充满水/乙二醇溶液(例如)的变容积腔105。
所采集样品的最小尺寸或数量由所选择的特定分析(一般为粘度)方法所需的最小样品来决定。一些普遍应用的组分分析技术只需要毫微克重量的材料来进行正确分析，但是粘度分析需要相当大体积的样品。根据所需样品的体积，需要多种样品采集以采集用于分析的足够的材料。为了这些和其它原因，本发明的系统和方法可自动进行。所采集的样品包括气相、液相、超临界相和其任意它们的组合物。所述样品可包括在升高的温度和压力下的任何样品，其包括但不仅仅限于包含烃类(包括硫化氢、硫醇和其它含硫化合物的含硫烃类)、水、有机和/或无机固体的组分，并且可包括胶束、大分子、球粒、树脂、沥青烯、烃类和水基流体、钻井泥浆、压裂液和具有多相(固相和液相)的类似物质。
隔热挠性管最近才能得到。例如，名叫MAJUS的英国公司正在利用海底管线技术来研制这种挠性管。这家公司的挠性管预计2000m的热损失仅仅为5％。采用这种专用的挠性管，可以在没有很多热损失的情况下泵送受热流体，并且可以向油藏供应热量同时从油藏泵送流体。
如公开日为2006年8月10日受让给英国的MAJUS的美国公开专利US20060175053A1所述，在隔热管的两条管道之间提供隔离存在几种可能性，这篇文献在此全文作为参考。图7示出了特别适合本发明方法和系统的挠性管4的剖视图。使用已公知的“管中管”技术来生产挠性管4。第一内管202确保流体的运输。所述第一内管202由与第一内管202同心的更大直径的第二外管210机械保护。在两条管之间设有绝热体220。真空是很好的绝热体，但是管的长度很长则存在问题，由于两条管之间的环空的压应力和引起管中的压曲应力的热变化，因此真空绝热不能确保两条管道彼此不接触。这种接触首先消除了两条管道之间的绝热真空，也导致相当大的热损失，尤其因为管道由金属材料制成。这些接触可以通过在两条管道之间设置引导分隔器250来避免。在管道之间可以引入抗压的刚性隔热体22，该隔热体可以充当分隔器以阻止管道接触。用于制造这些分隔器的材料必须具有良好的绝热特性。这种材料可以优选是微孔材料。所述微孔材料为US6,145,547中描述的类型，这篇文献在此全文作为参考，并且优选通过压碎粉末(例如含有极大部分的二氧化硅和小部分二氧化钛的混合物)来很好地获得。这种受压的微孔材料的密度优选在200和400kg/m3之间。当将其放置在低压环境地两条管道之间中时，这种材料的绝热性能大大改进。所述低压优选在1毫巴和大气压之间，并且通过在同心管道202和210之间使用真空泵160获得。如果使用所述微孔材料来整体充满两条管道之间的空间，那么可以获得由所述微孔材料充满的分隔器。从机械的角度来看，也可以以大约0.1至大约1米范围的间隔沿油管4定位分隔器，从而确保绝热体的加固以抵抗任何压碎，所述分隔器由平均长度为几厘米的微孔材料制成。
绝热体220也可以从夹入多层粉末240的反射荧光片230构造的多层超绝热体制成，如美国专利申请号20050100702所述，在此全文作为参考，并且在图8示意性地示出。所述荧光片由反射片，例如铝构成，所述粉末沉积在该反射片上，并且围绕本身螺旋形卷绕。所述粉末240具有大致等于40毫微米孔径的粒度，其尺寸数量级为气体分子的平均自由行程，所述粉末放置在所述孔径内并且其密度在50至150kg/m3之间。优选的是，在在隔热挠性管的两条管道之间保持10-2和1毫巴之间的压力。通过将多层反射荧光片230与大约10-2至1毫巴的部分真空结合使用来制造绝热体220是可能的。这种绝热体能够将开采区加热到接近200℃的温度，并使重油组分的粘度大大降低，从而保证令人满意的样品。
隔热挠性管在US6,015,015中也进行了描述，在此全文参考。在具体实施例中，在此描述的隔热挠性管包括连续挠性管组合，该连续挠性管包括设置在外挠性管内的内挠性管。两管的长度限定了隔热环空，或者可以包含绝热材料。如US6,015,015所述和上述的MAJUS的公开专利申请US20060175053一致，应该理解的是，“提供绝热”的一种意思是提供真空。真空可包括绝热材料。许多扶正器纵向间隔设置在所述环空内以所述挠性管。所述组合本身具有足够的柔韧性，以便能够卷绕在可运输的卷轴上，并且所述组合本身具有足够的刚性在井眼内注入。在井下操作中尺寸一般受到限制。一般要求挠性管组合实施其作用，同时使组合的外部直径最小。因为这个原因，与US6,015,015提及的一样，与偏心油管不同，当使用双层管时“同心”挠性管可以具有更高的成本效率和有效设计。当考虑将双层挠性管柱卷绕在卷轴上的操作时，同心还具有结构上的好处。但是，应该理解的是，如果其不同心或如果许多“扶正器”分隔但不保持精确的同心，那么绝热双层挠性管就能够起作用。
形成有用的隔热挠性管的内管长度和外管长度中的每一个可具有至少几百或几千英尺或米。有用的隔热挠性管显示了足够的结构完整性，并且具有柔性和刚性，以重复卷绕在井眼上或从井眼上退绕开，并且重复注入和从井眼取出，如US6,015,015描述的一样。在内挠性管和外挠性管之间的环空可以被密封以阻止与挠性管外部的环境流体连通。通常为了排除与外部环境的流体连通而在环空内提供至少受限的内部流体连通，所述环空可被密封。在此使用的同心隔热挠性管的特定实施例中，在所述隔热挠性管的一端处，内挠性管长度可固定到外挠性管长度上，而在长度组合的另一端处两个长度都可结合到伸缩接头上。在区域的每一端，内部长度在外部长度或伸缩接头处可再次密封，从而密封两条管道之间的环空。
所述隔热管的内部管道的最大外部直径只由外管的内部直径和绝热的需求来限制，以便极大部分热不会由流过内管的受热流体损失。所述外管的外部直径只由所需的隔热管来限制，以能够定位在完井系统的旁通管内。设想一下，所述隔热管的内管的外部直径范围为1英寸(2.54cm)至大约5英寸(12.7cm)，同时外管长度的外部直径范围为2英寸(5.1cm)至大约6英寸(15.2cm)。所述环空优选大约为1/2英寸宽(大约1.25cm)。所述环空不需要在所有的位置具有相同的宽度。隔热挠性管的“隔离”从真空，惰性气体，松散颗粒，尤其从磨得很细的松散颗粒(如磨碎的目级(1.19mm)精细珍珠岩)以及它们的组合物中选择。
扶正器可以存在于用于本发明方法和系统中的隔热挠性管的内部和外部管道的环空中。使用的扶正器提供纵向通过扶正器的流体相通。这种相通由外部外围凹槽提供，也使径向热传导最小。优选的是，扶正器包括在5英尺至7英尺(1.5m-2.1m)或至少大约为6英尺(1.8m)的间隔在两条管道之间分隔的开口钢环。
虽然在上文中仅描述了本发明的几个典型的实施例，但是本领域的技术人员将易于理解在典型实施例中进行许多可能的修改，而本质上不会偏离本发明的新教导和优点。因此，所有的各种修改倾向于都被包括在本发明权利要求书限定的保护范围内。

Claims (19)

1.一种从油藏中获得重油样品的方法，包括：
利用地面泵和包含井下泵的完井系统使受热流体在油藏的第一区域内循环一段时间，并且其流量足以产生可流动的重油组分，其中所述油藏的第一区域中存在或确信存在重油组分，所述完井系统包括取样工具；以及
使用取样工具对可流动的重油组分进行取样。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的循环包括在油藏第一区域附近的井眼内安装完井系统，所述完井系统包括非隔热管、连接到非隔热管端部的井下泵以及旁通管。
3.如权利要求2所述的方法，包括穿过旁通管插入隔热挠性管，隔热挠性管的远端具有连接到其上的取样工具。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的受热流体为非挥发性油，所述的循环包括利用所述地面泵使受热的非挥发性油通过隔热挠性管并被泵送到油藏的第一区域中。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的循环包括利用井下泵将至少一部分受热的非挥发性油泵送到地面，直到受热重油组分开始从油藏的第一区域流动。
6.如权利要求5所述的方法，包括：停止地面泵，从而停止泵送受热的非挥发性油到油藏的第一区域中，但利用井下泵保持将受热的非挥发性油从油藏的第一区域泵送到地面。
7.如权利要求1所述的方法，包括：在取样之后将堵塞器插入第一区域附近的井眼内以便使第一区域附近的重油组分不能流动。
8.如权利要求1所述的方法，包括：分析可流动的重油组分的粘度。
9.如权利要求8所述的方法，包括：在油藏的多个区域内重复所述循环、取样和分析步骤。
10.如权利要求1所述的方法，包括：在循环停止之后基本上立即同步进行取样。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述受热流体从有机流体、无机流体以及它们的组合中进行选择。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述受热流体为有机流体，并且所述受热流体是从非挥发性轻油或非挥发性轻油的组合中进行选择的。
13.如权利要求1所述的方法，包括：在油藏第一区域的取样工具上、取样工具所在位置处或取样工具内部测量温度对时间的关系，并且可选地记录取样温度对时间的关系。
14.如权利要求13所述的方法，包括：利用受热流体控制取样工具上、取样工具所在位置处或取样工具内部的温度。
15.如权利要求14所述的方法，包括：利用地面加热器调整受热流体的温度，从而调整所要取样的第一区域的温度。
16.如权利要求15所述的方法，包括：在油藏的不同区域重复取样、调整温度和温度测量，并且测量重油组分的开采量，该开采量是温度和/或深度或油藏区域的函数。
17.一种从油藏中获得重油样品的方法，所述方法包括：
(a)在重油藏的第一区域附近的井眼内安装完井系统，所述完井系统包括：
(i)非隔热管；
(ii)连接到非隔热管一端的井下泵；以及
(iii)旁通管；
(b)通过旁通管插入隔热挠性管，所述隔热挠性管的远端具有连接到其上的取样工具；
(c)利用地面泵使受热的非挥发性油通过隔热挠性管并被泵送到油藏的第一区域中；
(d)将至少一部分受热的非挥发性油泵送到地面，直到受热重油开始从油藏的第一区域流动；
(e)停止地面泵，从而停止泵送受热的非挥发性油，但利用井下泵保持泵送流体；以及
(f)使用取样工具对重油进行取样。
18.一种从油藏中获得重油样品的系统，包括：
(a)重油油藏第一区域附近井眼内的完井系统，所述完井系统包括非隔热管、连接到非隔热管端部的井下泵以及具有一定内径的旁通管；
(b)隔热挠性管，所述隔热挠性管具有小于旁通管内径的外径以便使隔热挠性管能够纵向移动穿过旁通管，所述隔热挠性管的远端具有连接到其上的时钟操作的、电池供电的取样工具；
(c)用于使受热的非挥发性油穿过隔热挠性管并将受热的非挥发性油泵送到油藏第一区域内的地面泵。
19.如权利要求18所述的系统，其特征在于：所述井下泵从螺杆泵和电潜泵中进行选择，所述隔热挠性管具有包括内管和外管的管中管设计，在内管和外管之间形成有环空，所述环空充满隔热材料。
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