CN102803653B - 井下传感器系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种用于传感设备的传感器模块，所述传感设备配置用于在钻孔中的井下操作。所述传感器模块包括具有多个传感器以传感选取的地层参数的传感器阵列和用于传感器阵列的每个传感器的选择的和独立的操作的控制系统。传感器阵列的每个传感器配置或者设计为用于个体的和独立的通信和控制的离散的传感器单元。传感器阵列的每个传感器可以具有相关联的电子元器件模块，该模块提供与控制系统的标准化的电子连接。

Description

井下传感器系统及其方法

相关申请

本申请要求于2009年4月10日提交的美国临时专利申请序列号No.61/168,218的优先权，该美国临时专利申请的整个内容在此通过参考引入。

技术领域

本发明涉及用于评估和测试地层以为了勘探和开采烃生产井例如油或者气井的地质地层的取样和分析的领域。更特别地，本公开涉及利用具有配置或者设计为具有离散的、独立的、具有个体控制和通信功能的传感器的传感器阵列的井下设备的方法和系统。在此，本公开提供用于利用配置或者设计用于井下油田应用的即插即用构型的测井工具的井下传感器系统结构。

背景技术

井下取样和分析是典型地用于确定具有烃沉积物的地质地层的特征和属性的重要的且有效率的调查技术。在此，典型的油田勘探和开采包括用于确定烃藏储的岩石学、矿物学和流体学属性的井下取样和分析。这样的特征对于烃藏储地层的经济可用性的精确评估是密不可分的。

典型地，流体例如油、气和水的复杂混合物在井下在藏储地层中被发现。井下流体，其也可以称作地层流体，除了其它流体属性之外，具有包括压力、温度、体积的特征。为了评价围绕钻孔的地下地层，通常希望评估流体的特征，包括组分分析、流体属性和相特性。例如在美国专利3,780,575和3,859,851中公开了一种有线地层测试工具，并且Schlumberger的ReservoirFormationTester(RFT)andModularformationDynamicsTester(MDT)是这样的工具的例子。

在井下取样和分析的最新发展包括用于隔离井眼或者钻孔中的井下地层流体并评估该流体的特征的技术。在此，MDT可包括一个或多个流体分析模块，例如Schlumberger的CompositionFluidAnalyzer(CFA)andLiveFluidAnalyzer(LFA)，以当流体仍位于井下时分析通过工具取样的井下流体。在这样的井下取样和分析模块中，被在井下取样和分析的地层流体流动通过与取样和分析模块相关联的传感器模块。这样的井下取样和分析模块还典型地包括其它的传感器类型以获得关于地质地层的相关的重要数据。

在上方描述类型的典型传感器模块中，传感器是所述模块的一体部分，并且井下工具配置或者设计用于通过固定和特定的传感器构型进行操作。在此，传感器单元的增加或者移除要求重新设计和重新配置包括与工具相关的控制和通信功能的工具。增大传感器阵列的尺寸意味着总的工具尺寸必须增大以容纳额外的传感器单元。类似地，一个或多个传感器单元的修理要求整个工具被装运或者转运以便进行需要的操作。此外，新的传感器设计的实地测试通过构建包括新的传感器的新的工具原型而完成，这增加了对新传感器开发和测试的复杂性。

因为新的传感器的设计和开发已经发展并且井下分析的能力已经增长，已经感觉到一种对提供容易的传感器连接和移除的柔性的且可配置的井下工具结构的需求。在此，作为具有独立控制和通信能力的离散的单元的井下传感器的可用性将消除用于井下分析的典型的固定结构的传感器系统中存在的一些限制。

相应地，将认识到，存在一种希望，即改进传统的井下传感器系统，以为了使得该系统更加柔性并且更加适用于井下应用。本申请人认识到，上面描述类型的现有井下系统可以通过实施新的机械、电和软件基础结构而得以改进，这有利于基于即插即用结构的离散的、模块化的传感器单元。

在前面提及的传统系统的限制并不是穷举的，而是会降低以前已知的井下系统的效率的许多限制中的一部分。但是，上面内容足以表明，在过去既有的井下传感器系统将值得予以改进。

发明内容

针对上面讨论的背景技术以及井下取样和分析系统领域已知的其它因素，本公开提供一种关于用于地质地层的井下特征的方法和系统的改进的传感器系统结构。特别地，本公开的一些实施例提供利用新颖的传感器阵列结构的方法和系统，其中所述传感器阵列结构具有即插即用能力和具有相关通信和控制能力的离散的、独立的传感器元件。

在本公开的一些实施例中，井下工具或者模块配置或者设计来支持传感器即插即用能力。在此，离散的传感器单元被设置为具有标准化的电源、通信和机械接口；与井下工具的管线中的流体的标准化的接口，也就是，标准化的管线和压力密封构型，用于井下流体分析(DFA)；包括发送和接收命令/查询给控制器的能力的独立的通信能力；包括建立控制器和传感器之间的初始的通信的能力以及通过包括控制器和传感器的再配置以适应指定的传感器单元的使用的适当顺序的命令的彼此配置的能力的独立的控制和配置能力。所述传感器单元配置或者设计来与井下工具接口以使得硬件修改不是必需的，也就是，传感器单元的物理安装是标准化的。

在本公开的其它的实施例中，在此公开的即插即用结构提供在各种类型的工具传送物中使用相同类型的传感器而不必修改工具的能力以使得可以在不同的工具系统之间实现数据采集的一致性。

根据本公开的一个方面提供一种配置用于钻孔中的井下操作的井下流体表征设备。所述设备包括具有传感器阵列的流体分析模块，传感器阵列的每个传感器配置或者设计用于探测所围绕地层的特定特征。传感器安置为离散的单元并与流体取样和分析模块的管线相关联。每个传感器包括与系统控制和遥测单元相关的个体的并且独立的控制和通信能力。

在本公开的一些方面，提供一种配置用于在钻孔中的井下操作的井下流体表征系统。系统包括：具有壳体的流体取样和分析模块；在壳体中的用于从地层抽回的流体流动通过在钻孔内的井下的流体取样和分析模块的管线，该管线具有用于流体进入流体取样和分析模块的第一末端和用于流体退出流体取样和分析模块的第二末端；具有多个安置为与管线流体连通以探测选择的地层参数的传感器的传感器阵列；和配置或者设计用于传感器阵列的每个传感器的选择性和独立操作的控制系统。传感器阵列的每个传感器包括配置或者设计用于个体的和独立的通信和控制的离散的传感器单元。

在本公开的一些实施例中，传感器阵列的每个传感器可以具有相关联的电子元器件模块，所述模块提供与控制系统的标准化的电子连通性。在在此的其它实施例中，相同的电子元器件模块可以与传感器阵列的每个传感器相关联。

在在此的又另一实施例中，传感器阵列的每个传感器安置在相应的传感器端口中以使得每个传感器与管线流体连通。在一些方面，传感器阵列的每个传感器可以从壳体外面接近。在本公开的再又一实施例中，传感器阵列的每个传感器可以是可互换的和可更换的。

在本公开的一些实施例中，传感器阵列的每个传感器位于壳体内部。进一步的实施例包括与传感器阵列的至少一个其它的传感器互连的传感器阵列的每个传感器。在在此公开的方面中，所述流体取样和分析模块包括传感器块和在传感器块中的配置或者设计用于保持传感器阵列的多个传感器的多个传感器端口。在在此公开的又其它方面，传感器端口和传感器阵列的每个传感器可以具有相应的标准化形状以使得是可互换的。本公开的某些实施例提供位于管线上的传感器阵列的每个传感器。传感器阵列的每个传感器可位于壳体内部，并包括电连接器和管线的一部分。多个传感器可线性安置以使得管线部分和每个传感器的电连接器与相应的管线部分和传感器阵列的至少一个其它的传感器的电连接器连接。传感器阵列的每个传感器可以是管状的并且多个传感器可以具有相同的外径。

在在此公开的一些实施例中，控制系统可以配置或者设计用于与用于传感器阵列的每个传感器的控制和通信的地表系统通信。在进一步的实施例中，控制系统可以配置或者设计来基于例如即插即用结构提供传感器阵列的每个传感器的位置和身份给地表系统。控制系统可以配置或者设计用于通过用于传感器阵列的每个传感器的控制和配置的地表系统进行数据遥测，和/或控制系统可以配置或者设计为从传感器阵列的每个传感器采集传感器数据。在在此公开的一些实施例中，控制系统可包括多个传感器控制系统，每个传感器控制系统集成有多个传感器的相应传感器。

提供一种用于取样和表征位于油田储藏地中的井下的地层流体的工具。该工具包括：流体分析模块，其具有用于从地层抽回的流体流动通过所述流体分析模块的管线，所述管线具有用于流体进入所述流体分析模块的第一末端和用于流体退出所述流体分析模块的第二末端；和具有多个安置为与所述管线流体连通以探测所选取的地层参数的传感器的传感器阵列，其中所述传感器阵列的每个传感器包括配置或者设计用于个体的和独立的通信和控制的离散的传感器单元。

在本公开的又其它方面，提供一种配置用于在一个或者多个钻孔中的井下操作的系统。所述系统包括具有用于接收传感器的第一传感器接收器的第一工具，和具有用于接收传感器的第二传感器接收器的第二工具。第一和第二传感器接收器每个具有相同的构型，并且第一和第二工具是不同类型的工具。

提供一种利用井下工具的地层流体井下表征方法。所述方法包括部署用于取样和表征位于油田储藏地中的井下的地层流体的井下工具。所述工具包括流体分析模块，其具有用于从地层抽回的流体流动通过流体分析模块的管线，所述管线具有用于流体进入流体分析模块的第一末端和用于流体退出流体分析模块的第二末端。所述方法进一步包括提供具有多个与管线流体连通以探测选取的地层参数的传感器的传感器阵列；和配置用于传感器阵列的每个传感器的选择的和独立的操作的控制系统，其中传感器阵列的每个传感器包括配置或者设计用于个体的和独立的通信和控制的离散的传感器单元。在在此公开的一些方面，所述方法可包括输入工具构型到控制和通信模块中；输入传感器构型到控制和通信模块中；基于传感器构型配置数据采集系统；开始工具通信；验证工具和传感器构型；和基于工具和传感器构型的验证结果开始数据采集。

其它的优点和新颖特征将在随后的描述中提出，或者可以由本领域技术人员通过阅读在此的材料或者实践在此描述的原理而习得。在此描述的一些优点可以通过在权利要求中所述的方式实现。

附图说明

附图示出某些实施例并且作为说明书的一部分。与下面的描述一起，附图示出和说明本发明的一些原理。

图1是本公开的方法和系统的示例性操作环境的横截面示意图。

图2是根据本公开的用于井下工具的一种可能构型的示意图。

图3示出根据本公开的用于地层流体的井下分析的一种可能构型。

图4A和4B示意性地示出根据本公开的井下工具模块的又另一可能的实施例。

图5A-5D示出根据本公开的用于离散的传感器单元的各接口构型。

图6是根据本公开的用于利用离散的传感器单元的井下流体分析的一种可能的方法的流程图。

在整个附图中，相同的附图标记和描述表示相似的但不一定是相同的元件。尽管在此描述的原理受制于各种修改和替代形式，但是特定实施例已经通过例子在附图中示出并且在此将详细描述。然而，应当理解，本发明并不打算限制到公开的特定形式。而是，本发明包括落在所附权利要求的范围内的所有修改、等同和替换。

具体实施方式

下面描述本发明的示例性实施例和方面。当然，应当认识到，在任何这样的实际实施例的研发中，许多特定于实施例的决定必须被做出以实现研发者的目标，例如符合关于系统和关于商业的限制，其从一个实施例到另一实施例会有所不同。而且，应当认识到，这样的研发努力会是复杂和耗时的，但是虽然如此对于具有本公开的权益的普通技术人员来说是一项常规的事项。

在整个说明书中，“一个实施例”、“实施例”、“一些实施例”、“一个方面”、“方面”或者“一些方面”意味着关于所述实施例或者方面描述的特定特征、结构、方法或者特点被包括在本发明的至少一个实施例中。这样，术语“在一个实施例中”或者“在实施例中”或者“在一些实施例中”在整个说明书的不同地方出现并不必须全部参照相同的实施例。而且，特定的特征、结构、方法或者特点可以在一个或多个实施例中以任何适当的方式组合。词语“包含”和“具有”应当具有与词语“包括”相同的意思。

而且，本发明的方面少于单一公开实施例的全部特征。这样，在具体实施方式之后的权利要求在此明确并入该具体实施方式部分中，每项权利要求自身作为本发明的一个单独的实施例。

在此的公开涉及可以用于促进和改善地质地层的井下分析的各技术的构思。本公开虑及能够将公开的技术应用于各种传感系统，例如粘度传感器、密度传感器、流量计、化学物品例如H₂S、CO₂、CH₄等的传感器、荧光检测器、气-油比率(GOR)传感系统、光谱传感器及其他典型地用于地下藏储的检测和表征的相似的传感设备。

如在整个说明书和权利要求书中使用的，术语“井下”表示地下环境，特别地，在井眼中。“井下工具”泛泛地用于表示用于地下环境的任何的工具，包括但不限于，日志记录工具、成像工具、声学工具、永久监测工具和组合工具。

在此公开的各技术可以用于促进和改进在井下工具和系统中的数据采集和分析。在此，提供井下工具和系统，其利用传感装置阵列，该阵列配置或者设计用于在井下传感器工具或者模块中容易地附连和拆卸，其中所述井下传感器工具或者模块被部署以为了传感关于在钻孔内的井下环境和工具参数的数据的目的。在此公开的工具和传感系统可以有效地传感和存储关于井下工具的部件以及在升高的温度和压力下的地层参数的特征。在油田勘探和开采中感兴趣的化学物质和化学属性也可以通过由本公开想到的传感系统进行测量和存储。传感系统在此可以结合到诸如有线日志记录工具、边测量边钻井和边日志记录边钻井的工具、常设监测系统、钻头、钻套、探测装置等的工具系统中。为了本公开的目的，当术语有线、电缆线、滑线(slickline)或者盘绕管子或者传送物的任一被使用时，应当理解，所提及的部署装置或者任何适当的等效装置的任一可以用于本公开而不超出本发明的精神和范围。

本公开的某些方面能够应用于利用诸如Schlumberger的ModularFormationDynamicsTester(MDT)中的流体取样和分析模块在诸如井下流体取样和分析的领域的油田勘探和开采。

如前面提及的，本公开的传感系统配置和设计来用于附连到现有的工具串。在此，可以解决用户对增加到工具串的新的传感器的需求，其中所述工具串通过简单地布置新的传感器到工具串中而在实地部署。总的工具成本和工具长度可以降低，因为为了通过增加新的传感器而增加传感器的数量并不需要额外的模块。此外，试验原型或者工程原型传感器可以被部署以通过利用关于传感器的附连和配置的简单的程序而简单地布置新的传感器在工具串中而进行实地测试。这样的能力缩短了开发时间并降低向着新的传感系统的商业化的研发成本。

在在此公开的一些实施例中，传感器阵列的每个传感器可以具有相关联的电子元器件模块，该模块提供与传感器控制系统的标准化的电子连接。在此，通过利用用于传感器阵列中的每个传感器的相同的标准化的电子元器件模块，模块化传感器系统的灵活性被最大化。在某些情形下，相同的标准化的传感器模块用于所有的传感器场合会是不实际的。例如，各种传统的传感器系统用于既有的井下传感系统中。进一步地，不断进行的传感器研发可能并不提供完全与模块化传感器系统的电子元器件完全兼容的传感器。因此，在其中兼容性在传感器电子元器件中并不可实现的情形中，本公开提出将标准化的电子元器件模块用于传感器阵列的每个传感器。

本申请人已经注意到可以由本公开的标准化的电子元器件模块解决的各种类型的电子兼容性问题。例如，兼容性问题出现在工具通信和/或工具控制类型中的电子电力供应例如电压、功率、大地隔离等中，出现在特定的工具需求例如工具给电、工具复位、工具程序设计等中。为了解决这些问题，本公开提出一种适当尺寸的标准电子元器件模块，其定位在每个传感器上以使得在传感器阵列中的传感器之间的差异尽可能地被消除。因为标准的电子元器件模块将提供用于全部类型的传感器的统一的连接性，既有传感器、新研发的传感器以及将来的模块化传感器可以用于本公开的井下传感系统中而没有不适当的限制，从而使得能够具有在此描述的即插即用的能力。

本公开想到利用在此公开的用于井下工具和设备的即插即用结构，其中所述井下工具和设备被用于不同的油田应用中，例如，有线藏储监测或者生产日志记录、钻井和测量、完井等。在此，具有不同传送物的不同类型的工具可以容易地用于相同类型的传感器。对于这样的系统，例如，压力读取可以在测井操作中通过插接到有线工具中的压力传感器进行。监测工具然后可以配以相同类型的传感器，因为在缆线和监测工具中用于该类型的传感器的接收器会是相同的。更进一步地，相同的原样的传感器可以通过简单地将其从一个工具拔下并插接到另一工具上而用于各工具中。通过上述系统，将易于关联通过不同工具接收的数据，这将因此有利于藏储的全局解释，因为具有相同物理学意义、分辨率、精度的相同类型的测量结果可以通过井下工具系统获得。而且，这样的数据可以利用传统的软件进行译码以提供好得多的藏储评估作为给客户的回应产品。

如在下面进一步详细描述的，本公开的即插即用传感器可以用于各种类型的传送系统中以利用相同传感器或者相同类型的传感器获得测量结果。在此，具有相同设计和校准特征的传感器将通过传送系统提供相似的数据。

本公开进一步思及能够将公开的技术应用于常设的监测系统、海底管线或者完井，在那里在部署传感器承载器后多个传感器可以被降低或者改变或者维修而没有过多的停工期或者复杂的工具替换和重配置。

现转到附图，其中相同的附图标记表示相同的部分，图1是本公开的示例性操作环境的横截面的示意图，其中钻孔工具20在具有钻孔或者井眼12的钻井工地悬置在缆线22的末端。图1示出一种可能的设置，通过本公开可以想到其它的操作环境。典型地，钻孔12包含诸如水、泥浆过滤物、地层流体等的流体组合。钻孔工具20和缆线22典型地相对于钻井工地处的服务车辆(未示出)而进行结构设计和安置。

图1的示例性系统可以用于地层流体的井下分析和取样。钻孔系统包括钻孔工具20，其与遥测和控制装置和电子元器件以及地表控制和通信设备(在图1中总的表示为“计算机系统”)相关联，可以用于测试地球地层和分析来自地层的流体的组分这样的系统的一个例子是上述的Schlumberger的MDT工具。

钻孔工具20典型地从卷绕在绞车(未示出)上的多导体日志记录电缆或者缆线22的下端悬置在钻孔12中。日志记录缆线22典型地电耦合到具有用于钻孔工具20的适当的电子元器件和处理系统的地表电气控制系统。钻孔工具20包括罩住在图1中示意性地示出的各电子元件和模块的长型主体26，用于给钻孔工具20提供必要的和期望的功能。可选择性地延伸的流体接纳组件28和可选择性地延伸的工具锚定构件30分别安置在长型主体26的相对两侧上。流体接纳组件28能够用于选择性地密封或者隔离钻孔壁12的选取部分以使得与相邻泥土地层连通的压力或者流体得以建立。流体接纳组件28可以是单一的探针模块29(如在图1中公开的)和/或包装模块31(同样在图1中示意性地示出)。钻孔工具的例子公开在美国专利3,780,575、3,859,851和4,860,581中。

一个或者多个流体取样和分析模块32设置在工具主体26中。从地层和/或钻孔获得的流体经由流体分析模块32流动通过管线33，然后可以通过泵出模块38的端口排出。或者，在管线33中的地层流体可以被导向到一个或多个流体收集腔室34和36，例如1、23/4或者6加仑的样品腔室和/或六个450cc的多样品模块，用于接收和保持从地层获得的流体以便输送到地表。

流体接纳组件、一个或多个流体分析模块、流径和收集腔室及钻孔工具20的其他操作元件通过电气控制系统例如地表电气控制系统24进行控制。电气控制系统24及其他位于工具主体26中的控制系统例如可以包括关于工具20中的地层流体的特征的处理能力，如在下面更详细地描述的。

系统14在它的各个实施例中可包括与钻孔工具20可操作地连接的控制处理器40。控制处理器40在图1中示出为控制系统24的元件。在此公开的方法可以实施在计算机程序中，其中所述计算机程序在位于例如控制系统24中的处理器40中运行。在操作中，程序被耦合以经由缆线电缆22例如从流体取样和分析模块32接收数据，以及传输控制信号到钻孔工具20的操作元件。

计算机程序可以存储在与处理器40相关联的适当的计算机可用存储介质上，可以存储在外部计算机可用存储介质上并电子耦合到处理器40以便根据需要进行使用。存储介质可以是当前已知的存储介质中的任何一种或多种，例如适配在磁盘驱动器中的磁盘、或者光学可读CD-ROM、或者任何其它类型的可读装置，包括中切换的远程通信链路上耦合的远程存储装置，或者适用于在此描述的目的和对象的将来的存储介质。

在本公开的一些实施例中，在此公开的方法和设备可以实施在Schlumberger的地层测试工具即ModularFormationDynamicsTester(MDT)的一个或多个流体取样和分析模块中。在此，地层测试器，例如MDT，可以设置有改进的关于地层流体的井下表征和地层流体样品的收集的功能。地层测试工具可以用于连同地层流体的井下表征对地层流体取样。

本公开提供具有多个用于如图1所示的井下流体分析器的离散的传感器的方法和设备。传感器阵列的每个传感器被配置或者设计用于通过利用即插即用技术而独立的连接和移除，并包括控制和通信功能，其使得传感器能够分别进行控制和配置。

图2示出根据本公开的传感器构型的一个实施例。在图2中本公开的总的构思被示出，其中各个传感器直接安装在管线上并可以定位在工具壳体(未示出)内部或者可以能从工具壳体外面接近(如图3所示)。如在图2的示例性实施例中示出的，每个传感器可以分别地连接或者附连到管线并可以配置或者设计为与地表设备单独地或者通过控制板进行通信。在传感器阵列中的每个传感器可以设置有即插即用能力并可配置或者设计为以使得具有独立控制和通信特征。在此，标准化的传感器形状和/或标准化的接收器或者插座可以根据在此公开的原理提供或者不提供。在图2的实施例中，可以在管线和遥感器包之间提供标准的机械接口以使得传感器包具有显著的设计灵活性而不会增大工具复杂性。

图3示出用于井下流体取样和分析的地层测试工具的一种可能的构型。流体分析器模块包括在如图1所示的工具串中并包括具有用于井下流体分析的多个传感器的传感器阵列。在一个可能的构型中，如图3所示，一个或多个传感器(例如，图3中的传感器A-C)可以安装在流体分析器模块中的一个或者多个传感器端口(例如，图3中的传感器端口1-3)中。

本公开构想到一种可以安装在多个传感器端口的任何一个中的标准化的传感器。即插即用的传感器能力通过能够识别安装在特定传感器端口上的特定传感器的地表采集系统提供，而不会对现有系统进行过多的再配置或者修改。在此，地表采集系统具有与传感器数据处理软件连接以使得整个系统以无缝方式可靠性地且安全地进行操作的能力。

在本公开的一个可能的实施例中，工具构型可以输入到地表的计算机系统(再一次地，在图1中示出)。工具构型给地表系统提供关于什么工具模块被包括在了工具串中的信息，并且模块的配置，例如，工具串的配置(如图1所示)在工具串的井下部署之前被输入到地表控制系统。关于流体分析器传感器的构型也可以输入到地表计算机，例如，在流体分析器模块(如图3所示)中的传感器的顺序和位置被输入到地表控制系统中。在此，本公开构想到各种可能性以使得构型数据可以通过操作者手动输入和/或可以通过利用适当的即插即用功能直接由井下工具提供。在任一情形下，地表计算机连接与安装的传感器相关联的资料处理软件。这样的资料处理软件可以配置或者设计用于处理来自井下工具和传感器的数据。与每个传感器或者传感器模块相关联的传感器电子元器件被配置或者设计来通过利用适当的数据遥测来提供传感器数据到地表系统。与井下工具的通信通过地表计算机开始以检验工具和传感器构型是否正确。一旦井下工具和工具和传感器构型被精确地检验和验证，地表计算机开始从井下工具采集数据。以这种方式，使用即插即用类型结构的容易性在地表数据采集系统和具有在传感器阵列中的多个传感器的井下工具之间提供。

在图3的实施例中，工具结构设置成用于支撑用于模块化传感器块中的即插即用传感器(A，B，C)的三个缝槽或者杯。注意到，传感器和传感器缝槽的数量并不限于三个，可以提供期望的任何数量。传感器设计和尺寸以及传感器缝槽是标准化的以使得可以安装个体的传感器到设置在传感器块中的任何的传感器空间中。图3的传感器和传感器缝槽可以直接从工具壳体之外接近，不必从壳体中抽出的电子元器件机壳(chassis)以为了安装或者移除传感器。

图3还示出具有与传感器A-C不同构型的另一传感器D。传感器D安装在块中的传感器端口中，但是不能从工具壳体之外直接接近。但是，传感器D具有小的包装尺寸，具有普通的电子元器件和导线接口，从而该传感器构型提供额外的能力。在传感器D的例子中，即插即用能力被保持用于传感器结构的电子元器件和/或软件部分，以使得整个工具长度就减小，同时模块中的传感器总数增大。

图4A和4B示出传感器阵列结构，其中多个传感器以链形式安置在工具壳体内部。阵列的每个传感器包括管线和电连接部分(如图4B所示)，所述管线和电连接部分互连井下工具串的相邻的传感器或者模块。在图4A和4B的构型中，传感器可以通过分离或者附连连接器部分而简单地移除或者增加。适当的机械连接器，例如刺入式(stabber)连接器，可以用于机械地连接和保持互连的传感器。因此，传感器位置的配置或者再配置以及用其它的传感器进行更换可以容易地完成而没有过多的停工期和工具修改。而且，壳体罩围绕互连的传感器以使得提供机械稳定性和防护给传感器模块和工具附近的人员。例如，在如图4A和4B所示的实施例中的壳体罩给工具操作者提供安全性以防止工具内部的爆炸性压力。

图5A和5B示出控制板和传感器阵列之间的结构。如上描述的，根据本公开的每个传感器具有公共的接口、传感器电子元器件和传感器通信能力。控制板支撑与传感器通信的公共接口以便控制和数据采集。例如，公共的接口可以是串行外围设备接口(SPI)、控制器区域网(CAN)、RS232类型的通信协议的任何一个。传感器导线和连接器可以对所有传感器是公用的。因为传感器通信协议和数据形式是相同的，控制板并不需要知道什么传感器连接到了哪个端口。控制板从地表计算机相继发送命令和/或查询到每个传感器，并顺次地从互连的传感器采集数据。采集的数据利用遥测技术发送给地表计算机。

图5B示出根据本公开的另一接口结构。由于传感器电子元器件的复杂性，全部的传感器电子元器件可以不安装到传感器包中，额外的传感器电子元器件板可以为了该目的而提供。在图5B的情形下，盒传感器包括用于额外的板的开口空间。

图5C示出根据本公开的用于传感器阵列的又另一接口结构。在图5C的实施例中，在传感器阵列中的每个传感器直接连接遥测线路以用于控制和通信功能。如图5C所示的构型提供增加的独立性和可配置性给阵列中的每个传感器，因为中间电子元器件被包括在传感器包中并且与遥测线路的直接连接是可用的。

图5D示出根据本公开的用于传感器阵列的再另一接口结构。在图5D的实施例中，在传感器阵列中的每个传感器具有与其相关联的电子元器件模块以使得标准化的连接被提供给控制/遥测系统的电子元器件。如前在上面讨论的，如图5D所示的构型提供增加的灵活性给阵列中的每个传感器，因为可以使用各种传感器，而兼容性问题很少。在此，可以想到，相同的电子元器件包可以设置在每个传感器上，从而简化井下传感系统的总体结构。

图6是利用本公开的系统的用于井下流体分析的一种可能的方法。井下工具被部署用于在钻孔中的井下数据采集。工具配置被输入到控制系统(步骤100)，并且传感器配置被输入(步骤102)以使得整个系统被配置和准备用于操作(步骤104)。在工具和传感器配置验证后(步骤106)，开始用于井下传感器的数据采集(步骤108)。

一般地，在此公开的技术可以实施在软件和/或硬件上。例如，它们可以实施在操作系统内核中、在单独的用户程序中、在捆绑在遥测和/或网络应用中的库程序包中、在专门构造的设备中、或者在网络接口卡上。在一个实施例中，在此公开的技术可以实施在诸如操作系统的软件中或者实施在运行于操作系统上的应用中。

本技术的软件或者软件/硬件混合实施例可以实施在由存储器中存储的计算机程序选择性促动或者重新配置的通用可编程设备上。这样的可编程设备可以实施在通用的网络主机设备例如个人电脑或者工作站上。进一步，在此公开的技术可以至少部分地实施在用于网络装置或者通用计算装置的卡(例如，接口卡)上。

已经进行了前面的描述以仅仅为了示出和描述本发明及其实施例的一些例子。并不打算为穷举的或者限制本发明到公开的任何精确形式。可以基于上面的教导进行许多修改和变化。在此的方面被选取和描述以为了最好地解释本发明的原理及其实际应用。前面的描述是为了使得本领域技术人员能够最好地利用在各个实施例和方面中的本发明以及具有适于想到的特定用途的各种修改的本发明。意在的是，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (19)

1.一种配置用于在钻孔中的井下操作的井下系统，包括：

取样和分析模块，所述取样和分析模块包括：

壳体；

在所述壳体中的用于从地层抽回的流体流动通过在所述钻孔内的井下取样和分析模块的管线，该管线具有用于流体进入所述流体取样和分析模块的的第一末端和用于流体退出所述流体取样和分析模块的第二末端；

具有多个安置为与所述管线流体连通以探测所选择的地层参数的传感器的传感器阵列；和

配置或者设计用于所述传感器阵列的每个传感器的选择的和独立的操作的控制系统，

其中所述传感器阵列的每个传感器包括配置成或者设计成用于个体的和独立的通信和控制的离散的传感器单元，

所述传感器阵列的每个传感器是可互换的和可更换的，并且

所述传感器阵列的每个传感器位于所述管线上。

2.如权利要求1所述的井下系统，其中，所述传感器阵列的每个传感器安置在相应的传感器端口中以使得每个传感器与所述管线流体连通。

3.如权利要求2所述的井下系统，其中，所述传感器阵列的每个传感器能够从所述壳体外面接近。

4.如权利要求1所述的井下系统，其中，所述传感器阵列的每个传感器位于所述壳体内部。

5.如权利要求1所述的井下系统，其中，所述传感器阵列的每个传感器与所述传感器阵列的至少一个其它的传感器互连。

6.如权利要求1所述的井下系统，其中，所述流体取样和分析模块包括传感器块和在所述传感器块中的配置和设计用于保持所述传感器阵列的多个传感器的多个传感器端口。

7.如权利要求6所述的井下系统，其中，所述传感器端口和所述传感器阵列的每个传感器具有相应的标准化形状以使得能够互换。

8.如权利要求1所述的井下系统，其中，所述传感器阵列的每个传感器位于所述壳体内部，并包括所述管线的一部分和电连接器，

其中所述多个传感器线性安置以使得每个传感器的所述管线部分和电连接器与所述传感器阵列的至少一个其它的传感器的相应的管线部分和电连接器连接。

9.如权利要求8所述的井下系统，其中，所述传感器阵列的每个传感器是管状的并且所述多个传感器具有相同的外径。

10.如权利要求1所述的井下系统，其中，所述控制系统配置或者设计用于与用于所述传感器阵列的每个传感器的控制和通信的地表系统通信。

11.如权利要求10所述的井下系统，其中，所述控制系统配置或者设计来给所述地表系统提供所述传感器阵列的每个传感器的位置和身份。

12.如权利要求11所述的井下系统，其中，所述控制系统基于即插即用结构自动提供所述传感器阵列的每个传感器的位置和身份给所述地表系统。

13.如权利要求10所述的井下系统，其中，所述控制系统配置或者设计用于通过用于所述传感器阵列的每个传感器的控制和配置的地表系统进行数据遥测。

14.如权利要求10所述的井下系统，其中，所述控制系统配置或者设计用于从所述传感器阵列的每个采集传感器数据。

15.如权利要求10所述的井下系统，其中，所述控制系统包括多个传感器控制系统，每个传感器控制系统集成有所述多个传感器的相应传感器。

16.如权利要求10所述的井下系统，其中，所述传感器阵列的每个传感器具有相关联的电子元器件模块，该电子元器件模块提供与所述控制系统的标准化的电子连接。

17.如权利要求16所述的井下系统，其中，相同的电子元器件模块与所述传感器阵列的每个传感器相关联。

18.一种利用井下工具的地层流体的井下表征的方法，包括：

部署用于取样和表征位于油田藏储中的井下的地层流体的井下工具，所述工具包括：

流体分析模块，所述流体分析模块包括：

用于从地层抽回的流体流动通过所述流体分析模块的管线，所述管线具有用于流体进入所述流体分析模块的第一末端和用于流体退出所述流体分析模块的第二末端的管线；

提供具有多个与管线流体连通以探测选取的地层参数的传感器的传感器阵列；和

配置用于所述传感器阵列的每个传感器的选择的和独立的操作的控制系统，

其中所述传感器阵列的每个传感器包括配置或者设计用于个体的和独立的通信和控制的离散的传感器单元，

其中所述传感器阵列的每个传感器是可互换的和可更换的，并且

其中所述传感器阵列的每个传感器位于所述管线上。

19.如权利要求18所述的地层流体的井下表征的方法，进一步包括：

输入工具配置到控制和通信模块中；

输入传感器配置到所述控制和通信模块中；

基于所述传感器配置来配置数据采集系统；

开始工具通信；

验证工具和传感器配置；和

基于工具和传感器配置的验证结果开始数据采集。