CN101397901B - 生产测井的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产测井的装置和方法。生产测井装置(1)包括：连接模块(2)，它为设置在井眼(WB)内的泵装置(PA)下方的生产测井装置(1)提供机械支承、并允许流体流入泵装置(PA)；电子模块(3)，它包括绞车控制器(31)、动力模块(32)和遥测模块(33)；微型绞车(4)；系泊装置(5)，它包括闭锁机构以确保微型测井工具(6)的有效接合；以及微型测井工具(6)，它包括至少一个传感器(63)、并且通过线缆(7)与微型绞车(4)连接。

Description

生产测井的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种生产测井的装置和方法。本发明在油田工业领域有特殊的应用。

背景技术

“生产测井”是一种常见的、形成已久的技术，用于判断在油气井中各种生产深度的产层对地面观测到的总流量和流体组分的贡献。许多不同类型的传感器和工具结构都被用来做该技术需要的测试。在一个油藏压力足以使流体从地层流到井眼的自产井中，将测井工具下入井中是较为简单的，所述测井工具包括位于线缆或细钢丝绳上的这种生产测井传感器。

在一个油藏压力不足以使流体从地层GF流到井眼WB的油气井，需要利用一个如图1所示的能将流体提升到地面ST的泵装置PA(常缩写为ESP：电潜泵)。流体流入到泵装置下方的井眼中。在所述泵的上方，流体一般在生产油管PT里流动，该生产油管PT即为所述泵装置将流体输出到地面的通道。显然，在任一情况下，获得泵装置下方的生产测井的数据是必要的，也就是流体流入井眼处的测井数据。然而，这样一种泵装置PA却成为将测井工具TL下入到井眼WB内的一个机械障碍。

第一种已知的能在泵装置下方进行测井的技术是在油管上安装一个分支，即为所知的“Y形工具”YT。所述泵装置PA被安置在Y形工具YT的一个分支里。通过移走Y形工具YT的另外一个分支里的堵塞器后，所述测井工具能被下入到泵装置PA的下方。但是，这项技术要求在测井前移走堵塞器，并且在测井完成后将堵塞器放回去。还有，当采用这项技术进行生产测井数据采集时，必须要将线缆LN的四周密封。此外，所述泵装置需要被机械地绕过，这限制了所述泵装置和测井工具的尺寸。

第二种已知的能在泵装置下方进行测井的技术在美国专利US6,120,261中进行了描述。该文件描述了适于串装在油管上的组合电动机和电潜泵装置。该泵装置包括空心驱动轴，该空心驱动轴具有固定到电动机转子上的下游端，该下游端在旋转时油管轴线轴向对齐。泵的叶轮安装在空心驱动轴的上游端。空心驱动轴也包括进液口和出液口以及安装在驱动轴内部的单向阀，当泵工作时，单向阀关闭。当单向阀在打开位置时，线缆工具能通过空心驱动轴到达泵装置下方的位置。但是，这项技术需要对泵装置的结构做较大的调整。此外，该项技术比普通泵装置贵很多。

发明内容

本发明的目的是提出一种开采油气井时测井的方法和装置，该方法和装置能克服现有测井方法和装置的至少一个缺陷。

根据一个方面，本发明设计一种生产测井装置，该生产测井装置包括：

连接模块，它为设置在井眼内的泵装置下方的生产测井装置提供机械支承、并允许流体流入泵装置；

电子模块，它包括绞车控制器、动力模块和遥测模块；

微型绞车；

系泊装置，它包括闭锁机构以确保微型测井工具的有效接合；以及

微型测井工具，它包括至少一个传感器、并且通过线缆与微型绞车连接。

微型绞车为电动齿轮鼓(motor-gear-drum)装置。

微型绞车有自动卷绕能力，并且包括深度测量装置和张力测量装置。

系泊装置还可包括给微型生产测井工具传送动力和指令、并且在微型生产测井工具闭锁在系泊装置时从微型生产测井工具重新获得测量数据的感应耦合链接。

微型生产测井工具还可包括电池和存储器，并且所述微型生产测井工具还可通过细钢丝绳与微型绞车相连接。

可以选择地是，微型生产测井工具可以通过导电线缆连接到微型绞车。有利地是，所述导电线缆可以从系泊装置向所述测井工具传送电力、并且在测井工具与系泊装置之间实现实时通讯。

有利地是，生产测井装置可以通过线缆连接到地面单元，所述线缆将泵装置连接到地面设备上。

根据另外一个方面，本发明涉及一种生产测井方法，其包括以下步骤：

在泵装置下方连接根据本发明的生产测井装置，所述生产测井装置包括连接模块、电子模块、微型绞车、系泊装置和微型生产测井工具，所述微型生产测井工具闭锁在系泊装置内；

将泵装置和生产测井装置一起定位在井眼内；以及

指令微型绞车，以将微型生产测井工具布置在泵装置下方的井眼内，并且对深度层段进行测井。

所述生产测井方法还可以进一步包括将实时测量数据从微型测井工具发送到电子模块。

可以选择地是，所述生产测井方法还可以进一步包括：

将测量数据存储在微型生产测井工具内、并将所述数据传送给电子模块；

使微型测井工具回到系泊装置内；以及

重新获得从微型测井工具传送到电子模块的数据。

所述生产测井方法还包括通过线缆驱动生产测井装置并给它提供动力，所述线缆将泵装置连接到地面设备。

因此，本发明能在生产井内的泵装置下方进行测井，而不使用任何特殊的Y形工具。在本发明的装置能够在井下被安置长时间的情况下，本发明有很多优点，包括能够以规则的时间间隔执行多次生产测井数据获取，而不需要重复布设线缆。

简化的微型绞车设计和小型化的生产测井工具能使任何生产测井传感器在泵装置下方运行而不用考虑井眼直径的大小。

本发明的生产测井装置可以被设计成接近实时的结构或者实时结构。当设计成接近实时结构时，只要测井结束并且微型生产测井工具已经回到它的系泊装置时，就可从工具存储器中获得测量数据。当设计成实时结构时，在进行测井操作的期间，测量数据就能被传递到地面。上述两种结构都不需要将测井工具回到地面就能解释测井数据，因此，也就没有时间延误。

本发明的这些和其它方面将通过下面的具体实施例加以详细阐明。

附图说明

本发明通过示例来说明，但不局限于附图，图中类似的标号表示类似的元件。

图1示意性地显示了典型的陆上油气井区域、以及根据现有技术的泵装置和测井工具；

图2示意性地显示了典型的陆上油气井区域、以及根据本发明的泵装置和测井工具；

图3和4是分别示意性地显示根据第一实施例和第二实施例的本发明泵装置和生产测井装置的详细示意图。

具体实施方式

图2示意性地示出了井眼WB钻井作业已经完成、套管柱已经被下入并且固井作业已经被完成之后典型的陆上油气井位置和油气地层上方的地面设备。套管CA已经被射孔PF，以使油气地层的选择部分与井眼连通。此外，生产油管PT和泵装置PA已插入井眼WB中。泵装置PA将油气流出物HE举升到地面。油气流出物HE通过泵装置下方的射孔PF进入井眼WB，并且在生产油管PT内流向地面处理设备ST。虽然在附图中并未示出，但是当没有生产油管时，流体也可以简单地在其中安装有泵装置的套管内流动。

根据本发明，当油气井生产时进行测井的生产测井装置1连接到泵装置PA，并优选设置在泵装置PA下方。

在这个示例中，地面设备SE包括钻机、地面处理设备ST和地面单元SU。地面单元可以是通过线缆CB连接到生产测井装置的车辆。生产测井装置1收集的测量数据可以通过一些已知的技术传递到地面单元SU，或者也可以保存在生产测井装置的存储器里，以便当将存储器收回到地面时进行随后的处理。地面单元SU包括合适的电子装置和软件装置PR，以便对生产测井装置1所提供的测量数据进行处理、分析和保存。

可以利用已经在位以便向泵装置输送电力的电缆来实现从地面的电力输送、以及井下设备与地面单元之间的通讯。这种通讯方式在执行用于表征泵装置性能的测量并将测量数据输送回地面方面在油田应用领域已经非常普遍了。在这样的实施方式下，由于没有额外线缆需要布置，独立的地面单元SU的需求将只限制到提供相对简单的计算机和用于处理这些遥测信号的电子装置。另外，这种实施方式会消除或至少减少对生产测井常常所需的很多地面硬件的需求(填料盒、压力控制设备、复杂的井口设备等)。

图3和图4是分别示意性地显示根据第一实施例和第二实施例的本发明泵装置和生产测井装置的详细示意图。

泵装置PA装配到井眼WB内并且例如通过堵塞器9固定到套管CA上。泵装置的输出口与生产油管PT相连。泵装置PA为标准的电潜泵。有益地是，对其进行改进以便允许电力和遥测连接件能够连接到安装在下方的生产测井装置1上。

生产测井装置1包括连接模块2、电子模块3、微型绞车4、系泊装置5(docking station)、线缆7A，7B和微型生产测井工具6。

连接模块2将生产测井装置1连接到泵装置PA上。其为在泵装置下方的生产测井装置1提供机械支承，同时允许流体进入泵装置。连接模块2包括流入口和流出口。流入口可以设置在连接模块2的四周。流出口与泵装置的流入口对应。这些设置能使流入到泵装置的流动最大。连接模块2还允许从泵装置1到电子模块3和微型绞车4的电连接和可能的光学连接。通常，生产测井装置1通过连接模块连接到泵装置，泵装置PA和生产测井装置1位于井眼内所需深度处。

电子模块3为电子元件预装件，包括绞车控制器31、向微型生产测井工具6供应动力的动力模块32和遥测模块33。电子模块还可包括用于整个生产测井装置1的常用动力装置。绞车控制器31控制微型绞车4的运行。例如，动力模块32可以包括感应耦合连接，以便在微型生产测井工具6锁定在系泊装置5上时向微型生产测井工具6提供动力。遥测模块33例如通过线缆CB提供遥测数据给地面设备并从地面设备接收遥测数据。可以选择地是，可以使用在遥测模块和地面设备之间互换指令或数据的其它方式，比如泥浆脉冲技术。有利地是，线缆CB还可向电子模块3和微型绞车4提供动力。

微型绞车4可以是小型电动齿轮鼓装置。该装置能将微型生产测井工具6布置在泵装置下方的所需深度。有利的是，微型绞车具有自动卷绕的能力，并且具有深度测量装置41和张力测量装置42。深度测量装置测定微型生产测井工具6相对于地面水平的深度位置。有利地是，微型绞车是紧凑的并且具有有限的能力，因为相对于油气井总深度(即相对于地面)来说，在泵装置PA下方的测量长度距离一般都较小。微型绞车4通过电子模块3由地面进行电力供给和控制。

当生产测井装置1下入到井眼内或从井眼中取出时、或当微型生产测井工具6在井下不运行时，系泊装置5提供围绕微型生产测井工具6的保护套52。有利地是，系泊装置5包括闭锁机构，以保证微型生产测井工具6在除了正在进行测量时之外的任何时候有效接合。这能有效防止在线缆或工具头部产生过大的应力。系泊装置5还可包括感应耦合链接51。这能传递动力给微型生产测井工具6、能设计下一个测量程序、并且当微型测井工具以将在下文中详细描述的存储模式运行时重新获取储存在微型测井工具6内的之前测得的数据。

微型测井工具6包括至少一个传感器63。该传感器可以是各种类型的传感器，并且可以提供关于油气地层和/或关于包含在地层内或流入井眼内的油气流出物的的各种测量数据。例如，传感器可以进行压力、温度、流速、滞留率(即，特定深度处井眼内水、油和气的比例)、传导率、电阻系数等的测量数据。一旦由于微型绞车在绞车控制器31的指令下开始运行而使微型测井工具6位于所需深度处，地层的选择区域的特征参数或者微型测井工具附近的流体的特征参数都可被测量。这种测量可以在其他方位和其他深度重复实施。由于绞车和微型生产测井工具受到的井下压力是一样的，没有必要在它们之间设置压力控制装置，因而也没必要用很大的重量来使测井工具下降到井眼内。此外，在探测中测试层位所需测井线缆的长度通常远远小于井的深度，因此，测井线缆的长度和重量跟普通的从地面下入井内进行的生产测井作业相比，可以有很大程度的减少。因而，线缆和微型缆车所支承的总重量要比下入传统生产测井工具小。生产测井工具能以自动方式运行，在工具安装好后能有规律的进行例行的生产测井并持续很长时间。例如，为了监控井特征的变化，生产测井工具可每天运行。这为井评价打开了潜在的新市场。

图3示意性地示出了第一实施例的本发明的生产测井装置1。在第一实施例中，微型测井工具6在记忆模式下运行，即所需的数据被储存在微型生产测井工具里。根据第一实施例的微型生产测井工具6包括电池61、存储器62、至少一个传感器63，所述微型生产测井工具6通过细钢丝绳7A与微型绞车5相连接。细钢丝绳7A不是电缆，通常也不包括任何可以实现与微型生产测井工具6的实时遥测的部件。当微型生产测井工具在记忆模式下工作时，测量数据被获得并储存在存储器62。当微型生产测井工具6装在系泊装置5内时，如当其完成获取后，感应耦合链接51能给电池61充电、能设计下一个所需的获取顺序、并且重新获取存储在存储器62内的数据。

图4示意性地示出了第二实施例的本发明的生产测井装置1。在第二实施例中，微型生产测井工具6以“实时”模式运行，即测量数据被实时传输到电子模块3。根据第二实施例的微型生产测井工具6只包括至少一个传感器63，并且通过线缆7B和微型绞车5相连。线缆7B通常为电缆或光缆，其能经过微型绞车5在微型生产测井工具6与电子模块3之间实现动力和/或遥测连接。线缆7B能向微型测井工具6传送充足动力，并且还能控制它的运行并实时获得其测量数据。此外，电池和/或存储器都变得不必要。

作为未示出的替代实施例，生产测井工具1还可以包括牵引装置，该牵引装置能进入泵装置下方的井眼高度倾斜的部位。

尽管已经与分析装置在陆上油气井领域特殊的应用相关地描述了本发明，但是本发明也可以应用到海上油气井领域。此外，本领域技术专家可以意识到本发明可以应用在任何需要在井下泵装置的下方进行测量的其它场合，如水井里，因此，本发明也并不仅限于应用在油田领域。

上文中的附图及文字描述仅仅是举例说明，而不是限制本发明。

任何在权利要求中提及的附图标记都不应该用来解释成对权利要求的限制。词语“包括”并不排除其他并未在权利要求中提及的部件的存在。前文提到的“一”或者“一个”并未排除多个类似元件的存在。

Claims (11)

1.一种生产测井装置（1），包括：

连接模块（2），它为设置在井眼（WB）内的泵装置（PA）下方的生产测井装置（1）提供机械支承、并允许流体流入泵装置（PA），所述连接模块与所述泵装置（PA）是独立的、并且将所述生产测井装置连接到所述泵装置（PA）；

电子模块（3），它包括绞车控制器（31）、动力模块（32）和遥测模块（33）；

通过所述电子模块自动化的微型绞车（4）；

系泊装置（5），它包括闭锁机构以确保在系泊期间微型生产测井工具（6）与所述生产测井装置的有效接合；以及

所述微型生产测井工具（6）包括至少一个传感器（63）、并且通过线缆（7）与微型绞车（4）连接，以便能够进行有规律的生产测井运行，从而监控井特征的变化；

其中，当所述生产测井装置被设置在井眼（WB）内时，所述系泊装置（5）整体地位于所述微型绞车下方。

2.如权利要求1所述的生产测井装置（1），其特征在于，所述微型绞车（4）是电动齿轮鼓装置。

3.如权利要求2所述的生产测井装置（1），其特征在于，所述微型绞车（4）包括深度测量装置（41）和张力测量装置（42）。

4.如权利要求1所述的生产测井装置（1），其特征在于，所述系泊装置（5）还包括给微型生产测井工具（6）传送动力和指令、并且在微型生产测井工具（6）闭锁在系泊装置（5）时从微型生产测井工具（6）重新获得测量数据的感应耦合链接（51）。

5.如权利要求1所述的生产测井装置（1），其特征在于，所述微型生产测井工具（6）还包括电池（61）和存储器（62），并且所述线缆是细钢丝绳。

6.如权利要求1所述的生产测井装置（1），其特征在于，所述线缆是电缆或光缆。

7.如权利要求1所述的生产测井装置（1），其特征在于，所述生产测井装置（1）通过另一线缆（CB）连接到地面单元（SU），所述另一线缆（CB）将泵装置（PA）连接到地面设备（SE）。

8.一种生产测井的方法，包括以下步骤：

将如权利要求1-7任一权利要求所述的生产测井装置（1）在泵装置（PA）下方通过所述连接模块（2）连接到所述泵装置（PA），所述微型生产测井工具（6）闭锁在系泊装置（5）内；

将泵装置（PA）和生产测井装置（1）一起定位在井眼（WB）内；以及

指令微型绞车（4），以将微型生产测井工具（6）布置在泵装置（PA）下方的井眼（WB）内，并且对深度层段进行测井。

9.如权利要求8所述的生产测井的方法，其特征在于，所述方法还包括将实时测量数据从微型生产测井工具（6）发送到电子模块（3）。

10.如权利要求8所述的生产测井的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将测量数据存储在微型生产测井工具（6）内、并将所述数据传送给电子模块（3）；

使微型生产测井工具（6）回到系泊装置（5）内；以及

重新获得从微型生产测井工具（6）传送到电子模块（3）的数据。

11.如权利要求8所述的生产测井的方法，其特征在于，所述方法还包括：通过另一线缆（CB）驱动生产测井装置（1）并给它提供动力，所述另一线缆（CB）将泵装置（PA）连接到地面设备（SE）。

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