CN1028049C

CN1028049C - 井中流体试样的取样工具

Info

Publication number: CN1028049C
Application number: CN90110449A
Authority: CN
Inventors: 埃纳尔·博
Original assignee: Norsk Hydro ASA
Current assignee: Norsk Hydro ASA
Priority date: 1989-12-20
Filing date: 1990-12-20
Publication date: 1995-03-29
Anticipated expiration: 2005-12-20
Also published as: CA2071953A1; DE69011129D1; RU2065525C1; NO895139D0; DE69011129T2; US5277252A; DK0506737T3; EP0506737A1; WO1991009207A1; CN1053656A; AU644833B2; BR9007930A; NO169192B; NO895139L; KR920703961A; AU6905991A; EP0506737B1; JPH05502705A; NO169192C

Abstract

在钻井或油、气或水生产中沉入井中收集流体试样的取样工具，包括一管形中空的圆筒形的部件，它具有两由可压缩管隔开的室。该取样工具包括：一抵抗储层压力的圆筒形外管。外管内部设有形成气体/液体试样的气密储存室和反压介质室的管形组件。反压介质室通过将压缩管压到一U型件的内部形成。取样时，储存室的容积将增加，相应的反压介质室的容积则减小。气体/液体试样与反压介质完全隔开是通过可压缩管的不可渗性实现的，故试样可代表所采储层的气体/液体。

Description

本发明涉及一种沉入井中的取样工具，用以在钻井或开采油、气或水的过程中收集试样，它包括一个管形中空的并且最好是圆筒形的主体。

在钻井过程和烃类生产过程中，必须收集储层中的气体/液体试样。这是通过将一个取样工具沉入井中在不同深度处收集试样来完成的。然后把取样器提升至地面并将试样从取样工具转移至一个合适的运输瓶中，以便进一步对试样的化学和物理性能进行试验室分析。

用于获得气体/液体试样的取样工具基本上由一个管状圆筒形主体构成，它包括一个用于保存所采的气体/液体试样的储存室和打开和关闭室的入口的阀。除去储存室之外，该设备还包括用于测量压力、温度等的各种电子设备。取样器通过一根具有绝缘铜芯的提升缆与地面相连。使用在管内的机械转舵杆也能够从地面对取样工具进行机械控制。用转舵杆打开和关闭用来供给气体/液体试样的阀。

具有储存室的取样工具通常包括一个浮动活塞，用以把气体/液体试样和反压介质机械地分开。反压介质用以控制从储层进入贮存室的流量。在取样过程中，气体/液体试样流入活塞一侧的室中，将反压介质从缸体中压出，进入常压室。在活塞和缸体壁之间具有O型环密封。这些O型环容易受到与缸体壁的摩擦以及通常与非常具有腐蚀性的烃接触而引起的磨损。此外，该密封使流体能从活塞一侧渗出到另一侧。因此，该工具的缺点是：烃类从活塞一侧泄露到活塞另一侧的反压介质中，当气体/液体试样的一部分由于磨损的活塞密封的原因而从试样中泄露或渗透出去的话，该气体/液体试样将不再具有代表性，不得不重复试验。这将显著地增加取得油和气体试样的成本，特别是开采海底油田时，由于钻采时间非常宝贵，更是如此。

取样的另一方法是使用具有用以打开阀门和其后装满贮存室的时间控制系统的工具。这一方法是不方便的，因为当设备下入井中时，常常出现问题而拖延时间。时间控制系统和使用转舵杆来打开阀门两者均离不开比较复杂的机械系统。所述机械系统又容易受到磨损和损坏，这样导致在损坏的设备和需要重复试验上增加开支。

本发明的主要目的在于提供一种在钻井或油、气或水生产过程中用以沉入井中收集试样的取样工具，该取样工具能可靠地工作和容易使用并能快速准确取样，采用本发明的工具可获得有代表性的气体/流体试样且不会带来从贮存室向反压介质室泄露的危险性。

本发明的这些和其他目的能通过下述的设备来完成，并且在所附的权利要求中对本发明作进一步的限定和说明。

因为已知设备的问题涉及到活塞密封环和复杂的机械结构这两方面，因此必须用其他形式的密封或隔膜替换O型环并且广泛地简化取样工具的结构。由于在所有活塞/缸体结构中都需要O型环或密封，因此必须寻找一种没有活塞也能将反压介质和气体/液体试样分开的结构。本发明人考虑了不同的解决方案，试图使用一个管形隔膜来将试样和反压介质分开。通过对这种结构进行试验，发现有几种类型的隔膜可提供一种坚固和不可渗出的密封。如果柔性隔膜是使用不可渗出的材料制成，将消除从储存室向含有反压介质的室泄露的危险。

本发明的取样工具主要包括一个圆筒形主体，它具有两个通道和基本上设置于所说主体每一端的阀。一个通道通向反压介质的室，而另一通道通向气体/液体储存室。反压介质的室由一个外管的内壁和一个在外管内部的一个管的外壁限定。内管是用柔性材料，最好是用铅制成。

储存室由铅管的内壁和两个固定在一个U型件上的支撑楔限定的。U型件和铅管及支撑楔的组件在铅管内部形成了一个气密室。

在将该设备没入井中取样之前，外管和内管之间的室充有反压介质例如乙二醇，并且柔性管叠绕在U型件和支撑楔周围，因而空气和其他可能的污染性气体/流体就这样被压出取样室。随后将取样工具沉入井中给定的取样深度。随着排出反压介质的阀朝向一个常压室或直接朝向取样组件周围的储层打开的同时，气体/液体供给通道的阀被打开。气体/液体试样将充入铅管内的储存室。随着该室充入气体/液体试样，该管将逐渐被压回成为其初始的圆筒形。同时，反压室的容积减小，并且反压介质逐渐被压入常压室。通过调整反压介质通过一个喷嘴的流量能够调整取样速度

常压室的容积小于储存室的容积。这意味着储存室具有最大充入量时仍有一些介质留在反压室中。使两个室的容积不同的目的在于防止铅管发生金属与金属的接触并因此被刺破。当完成取样时，由提升缆将取样组件升至地面。随后不改变压力和体积将气体/液体试样转移到合适的运输和储存瓶中，以便进行运输和分析。

下面将参照图1-3详细描述本发明的其它特征，其中，

图1表示本发明的取样工具;

图2a、b、c是该取样工具在A-A、B-B、C-C方向上的横剖视图;

图3表示几个相互连接的取样工具，及其中一个取样工具的纵剖视图。

图1表示取样工具1，它包括主要由一个可压缩的管9分隔开的两个室12、14。取样工具1包括一个取圆筒形式的外管2，用于抵抗储层压力。在外管2内是一个组件13，它形成了一个气体/液体试样的气密室12。虚线15表示当管9被压缩时这个组件13的情况。室14由外管2的内侧和被压缩的管9的外侧限定的。内部组件13包括支撑楔5和6、U型件10、以及最好由铅制成的管9。管9可用其它合适的材料制成。基本要求是这些材料是柔性的并且是不可渗透的。对于柔性不如铅的金属，重要的是要使管具有一个用于压缩的被消弱了的区域，压缩则从该区域开始。如果使用例如橡胶那样的柔性材料，则不需有被消弱了的区域。通常，由试样的类型确定可压管所选用的材料。安装支撑楔5和6，并使其固定于U型件的每一端。U型件和支撑楔5和6形成一个组件，它位于铅管9内部。例如通过胶剂或焊接将铅管9固定在支撑楔5和6上，并因此形成一个气密组件，它具有用于气体/液体试样的室12。

支撑楔6具有中心轴向孔8，它的孔口在铅管9内。孔8用于使气体/液体试样供向储存或保存室12。在开始取气体/液体试样之前室14充有反压介质。这就有可能在控制条件下逐渐充满室12。支撑楔5和6其一端是圆环形的，另一端是倾斜的。在室14的充入过程中，支撑楔的倾斜端使铅管从圆环形平滑地转变为压缩状态。

图2a、2b和2c分别示出了取样工具沿图1中的A-A，B-B和C-C线截取的横剖图。在图2a所示的沿图1的A-A线截取的剖面图中，铅管9和支撑楔5和6是圆环形的。在室12和14的充满过程中，铅管的这一部分将保持不变形。组件13的横剖面略小于外管2的内剖横剖面。在管2内侧和管9外侧之间的间隙将总是充有一些反压介质，并因此减少了铅管的磨损。该间隙使组件13的插入变得简单并且在室14的充入过程中它也允许反压介质的流动。在图2b所示的沿图1的B-B线截取的横剖图中示出了当气体/液体试样的室12被充满时铅管的形状。在此状态下铅管9将具有其初始形状。在充入过程中，室12内的气体/液体试样已经显著地减小了室14的容积并将反压介质压入一个单独的常压室（未示出）。在图2c所示的沿图1的C-C线截取的横剖图中示出了铅管被压在U型件10内部上的取样组件的情况，如图1虚线15所示那样。这是当取样工具准备使用并且充满如乙醇那样的反压流体时的形状。在充入过程中，反压介质在铅管9外部流动并将铅管9压向U型件的内壁，并因此减小储存室12的容积使之近似于零。

当开始收集气体/液体试样时，通向储层的通道随着通向常压室的通道打开的同时被打开。气体/液体试样受储层压力的作用流入铅管内部，因此在铅管另一侧的反压介质被压入常压室。在取样过程中，气体/液体试样和反压介质由于铅隔膜的存在而完全被隔开。反压介质使得储存室12能够平滑地被充满，并且不会使铅管产生不必要的拉紧。反压介质的常压室其容积小于储存室。一些反压介质将因此而保留在铅管的外侧，并防止铅管发生金属对金属的接触或被刺破。

图3示出了一个完整的取样系统，它包括用于控制取样操作的阀3、4。外管2在其两端具有螺纹18，用于联接阀系统3、4。支撑楔5和6是不相同的。支撑楔中的一个，在此实例中是支撑楔6，其具有阳螺纹部分7，用以与阀系统的阴螺纹部分相联接。阀系统除去控制通道的打开/关闭外还能起到与辅助取样工具16、17联接部分的作用。包括支撑楔和U型件的铅管在车间组装后，在那里在它被作为一个组件安装在外壳中之前，已进行强度和气密试验。

通过使用按照本发明的取样器，人们已经获得了一种气体/液体试样与反压介质相分开的取样工具。它不可能从储存室向反压室泄漏或渗出试样。按照本发明的储存室其制造和使用是简单的，并且没有易于磨损的部件。因此，这种取样器造价低，使用可靠。

Claims

1、在钻井或油、气或水生产过程中用以沉入井中收集试样的取样工具(1)，包括一个管形中空的并且为圆筒形的外管部件(2)，其特征在于，该圆筒形外管部件(2)具有设置于其各端的阀(3和4)，在该圆筒形部件(2)中装有一个可缩瘪的管形组件(9)，用以将反压介质室(14)与气体/液体试样的室(12)隔开，该管形组件(9)在其两端具有固定的支撑楔(5和6)，用以限定气体/液体试样的内室(12)。

2、如权利要求1所述的取样工具，其特征在于，支撑楔（5和6）被固定在一个U型件（10）的两端，并与所述U型件（10）一起形成一个组件。

3、如权利要求1所述的取样工具，其特征在于，组件（9）和包括支撑楔（5和6）和U型件的组件是可更换的。

4、如权利要求1所述的取样工具，其特征在于，支撑楔（5和6）以及U型件（10）在不与组件（9）进行永久接触的所有拐角处都是圆形的。

5、如权利要求1所述的取样工具，其特征在于，组件（9）是由可压缩的管形材料如铅制成。