CN104487655B - 地层环境采样设备、系统和方法 - Google Patents

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Abstract

在一些实施例中，一种设备和系统以及一种方法和物品可以操作以推进具有围绕密封衬垫(108)的采样和防护探针(100)抵靠着钻孔壁，以调节与所述探针的流体流动入口相关联的区域的尺寸，其中所述入口区域(104)的所述尺寸可选择地且递增地可变，并且以通过激活耦合到所述探针中的至少一个流体通道(128)上的至少一个泵(344)将流体抽吸到所述流体流动入口中。公开了额外的设备、系统和方法。

Description

地层环境采样设备、系统和方法
背景技术
在油田经常执行采样程序以减少风险。举例来说，地层流体的给定样本越接近地表示所研究的地层中的实际状况，在样本的进一步分析期间诱发误差的风险就越低。因为这个原因，由于在井场的分离、实验室中的重新混合期间以及测量仪器和用于将流体混合为表示原始储层流体的组合物的技术中的差异积聚的误差，因此井下样本通常优于表面样本。然而，就时间和费用而言，井下采样还可能昂贵，例如当因为采样效率低所以采样时间增加时。
附图说明
图1A是根据本发明的各种实施例的地质层采样和防护探针的俯视平面图，并且图1B到图1D是根据本发明的各种实施例的地质层采样和防护探针的截面侧视图。
图2A和图2B图示根据本发明的各种实施例的地质层采样和防护探针的额外实施例的俯视平面图。
图3A是根据本发明的各种实施例的数据获取系统和井下工具的框图。
图3B图示根据本发明的各种实施例的井下工具。
图4图示本发明的电缆系统实施例。
图5图示本发明的随钻系统实施例。
图6是图示根据本发明的各种实施例的若干方法的流程图。
图7是根据本发明的各种实施例的包含特定机器的制品的框图。
具体实施方式
石油和天然气行业使用地层压力测试工具来测量地下地质层中的流体(包含气体)的压力以及它们的流动性。这些工具包含电缆或钻探管传送装置，例如RDTTM和HSFT-IITM工具，以及工具。
地质层可以呈现广泛范围的压力、流体特征(例如，黏度)和渗透性。为了促进快速、精确的测量，井下采样工具有时具有改变下降体积和速率以获得可选择的下降压力和压力累积特征曲线的能力。举例来说，下降体积和速率可以受到控制以减少堵塞流线的机会，当下降期间的压差较大且样本探针前方的岩石断裂、驱动岩石颗粒进入样本流线时有时会发生流线的堵塞。下降速率可以在采样期间用以控制压力并且避免流体中的相位变化。因此，在采样时可以通过改变下降速率完成压力调节以保持样本流体高于起泡点。
在常规的下降采样顺序中，采样探针是收缩的并且探针传送工具(例如，地层测试工具)移动到井下的一定深度处，测试点位于所述深度处。均衡阀开启以使在测试之前测量井眼流体静压成为可能。当地层测试仪位于测试深度处时，采样探针延伸以与钻孔岩石表面密封啮合。在采样探针部署之前或同时，均衡阀闭合以隔离流线(其液压地连接到压力计、探针和预测试室)与钻孔。
在采样探针与岩石表面的密封啮合期间，存在压力计测量的频繁压力改变(例如，轻微增大)，这可以通过采样探针和/或均衡阀闭合的密封作用引起。随后预测试活塞以可控速率移动以减小流线中的压力以及采样探针处的压力，开始下降时间。随着活塞移动，压力减小并且理想地以希望的下降压力稳定，这主要是受到预测试活塞移动的速率控制。当采样时也是这种情况，其中使用较长的泵送周期以移除探针附近的地层中的井眼流体，因此可以获得相对未被污染的样本。在一些情况下，地层测试仪泵用于执行压力测试，非常类似预测试。
在预测试活塞停止移动之后，压力开始累积，这标志着下降时间的结束。可使用其它机构来终止下降活动，例如，闭合阀门以隔离预测试活塞，或者从流线泵送-这可以被称为“关井(shut-in)”。通常，压力累积速率反映了下降速率并且压力在可渗透地层(即，具有大于1毫达西/厘泊的流动性的地层)中极其迅速地稳定。压力累积通常持续若干分钟直至最终累积压力已经稳定为止。
在具有低渗透性的地层中，例如，具有小于1毫达西/厘泊的流动性的地层，流体并不容易流动到采样探针中。因此，当预测试活塞移动时，在下降期间减小的大部分压力是由流线中的流体的膨胀决定的，因此实际上流动到地层中的流体的体积仅表示活塞体积移位的一部分。
当活塞停止移动或流线关井时，压力增大比下降压力减小缓慢的多。这是因为地层流体从采样探针井底表面移动到地层测试仪中并且重新压缩流线流体。一旦活塞位移体积已经进入到流线中，压力最终稳定，但是取决于若干因素这可能耗时超过一个小时。
已经开发出等式来表征改变下降压力(Pdd)和累积压力(Pbu)所耗费的时间。这些概括如下：
这些等式中的变量是所属领域的技术人员已知的，并且如下定义：
q＝cc/秒，流速
q0＝cc/秒，下降流速
rs＝cm，探针半径
rp＝cm，探针半径
Ms＝毫达西/厘泊，流动性
Pf*＝psi，地层压力
ts_dd＝下降时间的开始
te_dd＝下降时间的结束
t'＝T-ts_dd下降时间的秒
t＝T-te_dd＝累积时间的秒
T＝秒，实际测试时间
τp＝探针形状系数
ct＝1/psia，总压缩系数
Vfl＝cc，流线体积
Δtdd＝秒，下降时间
这些等式和变量显示工具设计可以改变所使用的体积和速率以获得希望的下降压力。因为常规样本探针的入口区域是固定尺寸的，所以控制下降压力的标准方法涉及预测试体积和移动速率的变化。然而，在低渗透性、弱岩石条件下，当预测试体积和移动速率仅仅是可访问的变量时可能难以获得希望的下降压力。
本发明人已经发现一种即使在呈现低渗透性条件下也可用于获得选定下降压力的机构。这是通过用可调节的防护探针围绕样本探针以改变总体入口尺寸实现的。虽然现有技术允许静态地选择防护探针入口尺寸，方法是收回井下工具以根据预期的地层测试条件改变较大和较小的防护探针，但是本发明的各种实施例允许递增地且动态地改变防护探针入口尺寸的尺寸，而无需收回所述工具，以适应此类条件的宽的多的范围。
可调节的防护探针的另一优势在于可以在采样过程本身获得的改进。在现有技术中，通常有一个防护探针用于使流场集中在探针附近以减少采样时间。在一些实施例中，具有围绕样本探针的一个以上防护探针或流动环，与单个防护环相比可以增强采样能力。可以进一步调节集中效果以改进样本质量或减少采样时间。此外，防护件的形状未必需要是围绕样本探针的简单的环，而是可以实施可变的入口尺寸和形状以基于地层和流体特性优化采样和压力测试这两者。
举例来说，在低渗透性地层中通常希望较低的流速。然而，大部分地层测试仪存在对速率控制的限制。在这些时候，防护探针上的较大的截面区域可以增强控制下降压力的能力。如果还可以使防护探针表面入口区域尺寸更小，那么这具有与对于更加可渗透的地层以较高速率流动相同的效果，进一步扩展了与附接地层测试工具相关联的有用操作的范围。
因此，对改变预测试体积和速率的提高就是改变横截面流动区域，流体穿过所述区域被抽吸到采样装置中。除防护件的尺寸之外，防护件形状也可以从圆形环变化为椭圆形形状。在一些实施例中使用大型封隔器，所述封隔器延伸以密封采样探针上方和下方的井眼。现将更详细地描述本发明的这些和其它实施例。
在一些实施例中，可以通过控制防护探针入口区域获得可变防护探针入口区域尺寸(例如，调节防护探针入口区域的有效半径，其中在数学上防护探针入口区域相当于由具有基本上圆形入口区域构造的防护探针所占据的区域)。改变防护探针入口区域尺寸的一个方法包括控制一个或多个密封区域的尺寸，地层流体穿过所述密封区域被抽吸到流线中。可以具有多种形状的防护探针密封区域的组合构成总体防护探针入口区域尺寸。
因此，可以通过使用一个以上密封区域来改变防护探针入口区域尺寸，每个密封区域具有固定和/或可变尺寸。因此，在一些实施例中，密封表面被用作圆形密封元件(例如，被布置为一系列同心或非同心密封区域)，包括柔性密封唇口，所述密封唇口与钻孔壁啮合或脱啮以形成与希望的入口区域匹配的等效的防护探针入口半径，所述希望的入口区域相对于所遇到的特定地层条件是有用的。结果是，当井下条件改变时，总体防护探针入口区域可以发生变化以匹配改变条件，从而以动态方式获得希望的下降和累积，而无需移动地层测试工具以物理地改变探针。
在另一个实施例中，单独的预测试活塞或泵可以连接到每个防护探针上以分别地控制流速和压力。通过控制与每个防护探针相关联的个别下降速率，压力可以在环之间发生变化以获得改进的测试结果。举例来说，通过观测来自采样探针和防护探针的不同速率和压力，有可能确定局部的地层岩石特性，例如，渗透性、流动性、表皮系数和各向异性。以此方式，对探针附近的地层中的流场的更大控制可以操作以进一步改进采样。
图1A是根据本发明的各种实施例的地质层采样和防护探针的俯视平面图100，并且图1B到图1D是根据本发明的各种实施例的地质层采样和防护探针的截面侧视图100'、100″、100″'。采样和防护探针100'、100″、100″'的截面视图中的每一者图示啮合和脱啮一系列同心密封元件112从而有效地形成可变尺寸的入口区域104的不同组合。这是许多实施例的特征：在测试工具放置在单个深度处时改变探针流动入口区域的能力。此类灵活性的结果是扩展了地层测试和采样能力，节省了钻探时间。
现在参考图1A到图1D，可以看到中心采样探针114被同心密封元件112围绕，所述密封元件可以与井眼的壁密封地啮合。密封元件112可以包括具有弹性体唇口116的金属基底，其中唇口116可以由橡胶制成。穿过入口区域104的流动是使用密封元件112可调节的，所述密封元件可以通过推进它们以抵靠着井眼啮合密封区域，或者使用采样和防护探针100中的控制机构或附接到采样和防护探针100的工具缩回它们以曝露额外量的流动入口区域而激活。一个或多个密封衬垫108可以围绕入口区域104，以包含一个或多个可选择的密封元件112。
在一些实施例中可以使用地层采样和防护探针100内部或外部的阀门132来控制流体的流动(例如，在采样和防护探针100″'中)。流体流动由密封元件112引导穿过流动入口区域104。阀门132可以自动激活以获得希望的下降压力和流动区域，可能使用嵌入式传感器P，例如，压力传感器。密封元件112和/或阀门132可用于将来自入口区域104的一个或多个流体通道128选择性地耦合到单个流体流线124。一个或多个泵(见图3中的泵344)可以通过阀门132或直接地耦合到一个或多个密封元件112，以在必要时调节每个密封元件112的泵送压力。
图2A和图2B图示根据本发明的各种实施例的地质层采样和防护探针200的额外实施例的俯视平面图。此处可以看到还可以通过使用具有不同孔隙、形状和相对位置的多个密封元件212(必要时围绕多个采样探针114)来改变探针入口区域104。在这些采样和防护探针200'、200″中，示出了伸长的椭圆形形状(例如，体育场形状)以包含各种密封元件212构造。
在采样和防护探针200'的实例中，由密封衬垫108界定的伸长的椭圆形孔隙与多个采样探针114和同心密封元件212一起使用以改变防护探针入口区域104，并且因此改变等效入口半径。在采样和防护探针200″的实例中，若干非同心密封元件212和探针114位于由密封衬垫108界定的区域内。在每种情况下，可以通过啮合一个或多个密封元件212来改变地质层采样和防护探针200的有效入口区域104，所述密封元件协作以界定入口区域104。如先前所述，这可以通过使用机械移动、阀门和/或泵通过将密封元件212推进到与井眼的密封啮合中而实现。当个别采样探针114由一个或多个较大探针密封区域围绕时，相应入口112、212可以单独地啮合或结合个别采样探针114。同样，阀门和/或泵可用于有效地改变复合入口区域104用于地质层采样和防护探针100、200。
在一些情况下，多个非同心狭槽236作为密封元件安置在入口区域104内(一个或多个采样探针114可以安置在狭槽236中的每一者内)。每个狭槽236的纵轴可以基本上平行于采样和防护探针200的纵轴220以及井下工具的纵轴。虽然未示出，但是每个狭槽236的纵轴也可以基本上垂直于采样和防护探针200的纵轴220。每个狭槽236可以单独地激活用于与井眼密封啮合，可能使用弹性体材料以使狭槽236的外边缘成直线。
图3A是根据本发明的各种实施例的数据获取系统300和井下工具304'的框图。图3B图示根据本发明的各种实施例的井下工具304″、304″'、304″″。
连同系统300一起操作的设备可以包括井下工具304(例如，泵送地层评估工具)，所述井下工具包含一个或多个地层采样和防护探针100、200、阀门132、跨式双封隔器340和泵344。应注意，虽然如此示出了井下工具304，但是本发明的一些实施例可以使用电缆测井工具主体来实施。然而，出于清楚和经济的原因，并且为了不与所图示的各种实施例混淆，此后者实施方案尚未明确地在此图中示出。
系统300可以包含逻辑电路342，可能包括采样控制系统。逻辑电路342可用于获取流线下降和累积压力数据以及地层流体特性数据。
数据获取系统300可以耦合到工具304，以接收由采样和防护探针100、200生成的信号和数据，以及来自可以包含在探针密封件(例如，图1中的传感器P)中的其它传感器的信号和数据。数据获取系统300和/或其任何组件可以位于井下，可能在工具外壳或工具主体中，或者在表面366处，可能作为表面测井设施中的计算机工作站356的一部分。
在本发明的一些实施例中，井下设备可以操作以执行工作站356的功能，并且这些结果可以被传输到表面366和/或直接用于控制井下采样系统，可能使用遥测收发器(发射器-接收器)344。处理器330可以在从采样和防护探针100、200中获取并且储存在存储器350中的数据上操作，所述数据可能呈数据库334的形式。处理器330的操作可以引起围绕工具304的地层的各种特性的确定。
在一些实施例中，可变入口区域采样和防护探针100、200的作用可以结合跨式双封隔器340的操作。在这种情况下，采样和防护探针100、200可以是先前示出的任何类型。此处封隔器340可以分别地激活以在必要时在相同位置处执行多个测试。此外，若干组跨式双封隔器340可以变化的间距使用，从而改变采样和防护探针100、200可用的流体的有效体积。
结合多个跨式双封隔器340的作用可以极大地增加测试灵活性。多种较小间隔或甚至一个较大间隔连同间隔的组合一起可以都得到测试。这些类型的变化的实例可以相对于实施例看到，所述实施例是相对于井下工具304'、304″、304″'和304″″所图示。具有这种可用的多样性有时可以用于更好地识别地层和给定地层测试间隔上的渗透性的变化。这些构造还可以增强采样活动，由于围绕探针的隔离间隔充当防护件，抽吸大部分侵入流体，所以中心样本探针可用于按需要收集样本。
如图所示，多个阀门132和泵344的使用提供多种不同的流体流动路径。举例来说，虽然先前已经示出流线可以连接到单个预测试缸或泵(例如，通过图1中的单个流线124)，但是也可能将采样和防护探针100、200的每个部分和/或入口或封隔器间隔连接到单独的泵344或预测试室，可能使用个别流体通道128。类似于图1中的那些探针还可以用于增加测试和采样灵活性。这确保了井眼的每个曝露部分处的下降/累积流动和压力的调节。
此组合机构有时允许流体传感器检测每个部分内的污染和流体类型，进一步增强工具304的间隔的采样能力。本质上，此构造提供独立可选择的样本室348。举例来说，使用单独的流动路径可以采用各种分析方法，例如曝露的流动区域之间的干扰测试以确定渗透性各向异性。因此，现在参考图1到图3，可以看到可以实现许多实施例。
举例来说，设备可以包括具有至少一个密封元件112、212的地质层采样和防护探针100、200以提供可选择的递增地可变尺寸的入口区域104。出于本文档的目的，在尺寸上“递增地可变的”入口区域意味着防护探针入口区域尺寸被设计成以有限数目的固定增量得以向上或向下调节，这是随着多个密封元件的使用发生的，所述多个密封元件界定可以在根据本文所描述的若干实施例的密封啮合中选择性地应用于钻孔壁的密封区域。它并不意味着包含防护探针(如果存在的话)具有连续地可变入口尺寸，提供基本上无限数目的可能的区域组合。
入口区域尺寸的选择可以由处理器控制。因此，设备可以包括处理器330，以基于下降压力传感器响应(例如，来自传感器P)来调节尺寸。
采样和防护探针100、200可以具有一个以上密封衬垫，或仅一个密封衬垫。因此，设备可以包括单个密封衬垫108，所述密封衬垫围绕含有至少一个可选择内部密封元件的入口区域104。这些元件可以包括密封元件112、212。因此，所述设备的入口区域104可以包括多个独立地可移动的同心密封元件112、212(见图1A和图2A)或非同心密封元件242(见图2B)。
入口区域104可以具有相同尺寸或不同尺寸的多个可移动的或静止的密封元件(例如，当密封元件112、212、242不是可延伸或可收缩的时)。密封元件中的每一者，无论是可移动的或静止的，可以通过将它们中的一个或多个耦合到流线124而独立地激活。因此，在一些实施例中，入口区域104包括安置在入口区域104内的多个非同心的可移动的或不可移动的密封元件(例如，制造为图2B中的静止入口的密封元件242)。
单独的入口可以沿入口区域内的线路安置(例如，沿探针220的纵轴，所述纵轴可以基本上平行于井下工具的纵轴)。因此，在一些实施例中，多个非同心入口242基本上成直线地安置在入口区域104内。
入口区域104可以多种形状构造，可能包括较小区域的组合。举例来说，具有基本上圆形形状的入口区域104(见图1A)可能相对易于制造，而形成如体育场(见图2A)的入口区域104可能更难以制作，但是也在密封探针(例如，在给定区域上方使用较小抽吸)与钻孔内的其围绕环境方面更有效。长方形或椭圆形设计(例如，体育场形状)还可以提供分层信息，否则的话，当使用非长方形(例如，圆形或正方形)入口区域104时是难以获得分层信息的。
从防护探针到工具中的流线的多个流体通道可以通过入口区域104的物理构造以及入口区域零件(例如，同心密封元件)的相对位置而确定，以将流体样品从探针表面134引导到内部流线124。因此，在一些实施例中，多个流体通道128可以通过朝向或远离采样和防护探针100、200的表面134上的密封接触点移动同心密封元件112而选择性地从入口区域104耦合到单个流体流线124。
从采样和防护探针100、200到流线124的多个流体通道128可以通过阀门132开启/闭合，并且大体上用于依次或基本上同时将流体样品从探针表面134引导到内部流线124。因此，设备可以包括多个阀门132以选择性地将对应的多个流体通道128从入口区域104耦合到单个流体流线124。
一个或多个传感器P可以嵌入在密封件108、通道128，和/或流线124中。因此，所述设备可以包括一个或多个传感器P，例如，下降/累积压力传感器。还可以实现其它实施例。
举例来说，图4图示本发明的电缆系统464实施例，并且图5图示本发明的随钻系统564实施例。因此，系统464、564可以包括作为电缆测井操作的一部分的工具主体470的部分或作为井下钻探操作的一部分的井下工具524的部分。
图4示出了电缆测井操作期间的井。钻探平台486配备有井架488，所述井架支撑起重机490。
石油和天然气井的钻探通常是使用连接在一起的钻探管道的柱进行的，以便形成钻柱，所述钻柱穿过转台410降低到井眼或钻孔412中。此处假定钻柱已经临时从钻孔412中移除以允许电缆测井工具主体470(例如，探针或探头)通过电缆或测井缆线474降低到钻孔412中。通常，工具主体470降低到关注区域的底部并且随后以基本上恒定速度向上拉动。
在向上的行程期间，在一系列深度处工具移动可以暂停并且工具被设定成将流体泵送到包含在工具主体470中的采样和防护探针100、200中。各种仪器(例如，传感器)可用于邻近钻孔412(以及工具主体470)在地表下的地质层414上执行测量。测量数据可以井下储存和/或处理(例如，通过地表下的处理器330、逻辑电路342和存储器350)或传送到表面测井设施492用于存储、处理和分析。测井设施492可以配备有用于不同类型的信号处理的电子设备，所述信号处理可以通过图3中的系统300的组件的任何一或多者实施。类似地层评估数据可以在钻探操作期间(例如，在随钻测井(LWD)操作期间，并且引申开来，在随钻采样期间)收集和分析。
在一些实施例中，工具主体470包括地层测试工具，所述地层测试工具用于穿过井眼从地下地层获得流体样本并且对所述样本进行分析。地层测试工具通过电缆缆线474悬浮于井眼中，所述缆线将工具连接到表面控制单元(例如，包括如图3中所描绘的工作站356等)。地层测试工具可以部署在井眼中位于连续管、接合钻探管、硬连线钻探管之上，或通过任何其它合适的部署技术。
现转而参考图5，可以看到系统564如何也可以形成位于井506的表面504处的钻探设备502的部分。钻探设备502可以为钻柱508提供支持。钻柱508可以操作以穿透转台410，以穿过地表下的地层414钻探钻孔412。钻柱508可以包含钻杆516、钻探管518和底部钻具组合件520，所述组合件可能位于钻探管518的下部。
底部钻具组合件520可以包含钻探套管522、井下工具524和钻头526。钻头526可以操作以通过穿透表面504和地表下的地层414形成钻孔412。井下工具524可以包括任何数目的不同类型的工具，包含MWD(随钻测量)工具、LWD工具等。
在钻探操作期间，钻柱508(可能包含钻杆516、钻探管518和底部钻具组合件520)可以通过转台410旋转。此外或者替代地，底部钻具组合件520也可以通过位于井下的马达(例如，泥浆马达)旋转。钻探套管522可用于向钻头526添加重量。钻探套管522也可以操作以使底部钻具组合件520变硬，允许底部钻具组合件520传递增加的重量到钻头526，并且继而辅助钻头526穿透表面504和地表下的地层414。
在钻探操作期间，泥浆泵532可以将钻探流体(有时被所属领域的技术人员熟知为“钻泥”)从泥浆坑534穿过软管536泵送到钻探管518中并且向下到达钻头526。钻探流体可以从钻头526流出并且穿过钻探管518与钻孔412的侧面之间的环形区域540返回到表面504。钻探流体随后可以返回到泥浆坑534，在泥浆坑中此类流体得到过滤。在一些实施例中，钻探流体可用于冷却钻头526，以及在钻探操作期间为钻头526提供润滑。另外，钻探流体可用于移除通过操作钻头526形成的地表下的地层钻屑。
因此，现在参考图1到图5，可以看到在一些实施例中，系统464、564可以包含井下工具304、524，和/或电缆测井工具主体470，以容纳一个或多个设备和/或系统，与上文所描述的和在图1到图3中所图示的设备和系统类似或相同。频繁地调适电缆工具用于当电缆传送不可能时在钻柱中使用。举例来说，这可以是适应高度偏离的钻孔或水平井的情况。因此，出于本文档的目的，术语“外壳”可以包含井下工具304、524或电缆测井工具主体470中的任何一或多者(每个具有外壁，所述外壁可用以围住或附接到仪器、传感器、流体采样装置，例如，探针、压力测量装置，例如，传感器、密封件、处理器和数据获取系统)。井下工具304、524可以包括LWD工具或MWD工具。工具主体470可以包括例如耦合到测井缆线474上的电缆测井工具，包含探针或探头。因此可以实现许多实施例。
举例来说，在一些实施例中，系统464、564可以包括外壳和机械地耦合到所述外壳上的一个或多个地质层采样和防护探针100、200。地质层探针100、200可以具有一个或多个流体入口，所述流体入口具有可选择的递增地可变尺寸的入口区域。
因此本文所描述的探针100、200可以附接到多种外壳。举例来说，所述外壳可以包括电缆工具主体470或井下工具304、524，例如，MWD工具。
在一些实施例中，系统464、564可以包含跨式双封隔器以捕获外壳与钻孔壁之间的流体。因此，系统464、564可以包括机械地耦合到外壳上的独立地激活的跨式双封隔器340，当探针100、200未与钻孔壁接触时(例如，见图3)所述封隔器340可构造成沿外壳的选定长度隔离流体和/或束缚可用于通过探针100、200摄入的流体体积。
在一些实施例中，系统464、564可以包含显示器496，以可能以图形形式呈现泵送容积流速、测量的饱和压力、密封压力、探针压力和其它信息。系统464、564还可以包含：计算逻辑电路，可能作为表面测井设施492的一部分，或计算机工作站454，以接收来自流体采样装置(例如，探针100、200)的信号；多相流动检测器；压力测量装置(例如，传感器P)；探针位移测量装置和其它仪器以确定将对流体采样装置中的密封件放置和泵进行的调节，以确定钻孔密封触点的质量以及各种地层特征。
地质层采样和防护探针100、200；密封衬垫108；密封元件112、212；采样探针114；流体线路124；流体通道128；阀门132；狭槽236；系统300、464、564；井下工具304、524；处理器330；数据库334；跨式双封隔器340；逻辑电路342；泵344；存储器350；工作站356；转台410；工具主体470；钻探平台486；井架488；起重机490；测井设施492；显示器496；钻探设备502；钻柱508；钻杆516；钻探管518；底部钻具组合件520；钻探套管522；井下工具524；钻头526；泥浆泵532；软管536；以及传感器P在本文中都可以表征为“模块”。
如设备和系统300、464、564的设计者所需要的以及如对各种实施例的特定实施方案所适用的，此类模块可以包含硬件电路、处理器、存储器电路、软件程序模块和对象、固件和/或其组合。举例来说，在一些实施例中，此类模块可以包含在设备和/或系统操作模拟包中，例如，软件电信号模拟包、电力使用和分配模拟包、功耗/散热模拟包，和/或用于模拟各种潜在实施例的操作的软件和硬件的组合。
还应了解各种实施例的设备和系统可在除测井操作之外的应用中使用，并且因此各种实施例未受到此限制。设备和系统300、464、564的说明意图提供对各种实施例的结构的大体理解，并且它们并不意图用作对可能利用本文所描述的结构的设备和系统的所有元件和特征的完整描述。
可以包含各种实施例的新颖设备和系统的应用可以包含在高速计算机中使用的电子电路、通信和信号处理电路、调制解调器、处理器模块、嵌入式处理器、数据开关、专用模块，或其组合。此类设备和系统可以进一步被包含作为多种电子系统内的子组件，所述电子系统例如电视、蜂窝电话、个人计算机、工作站、收音机、视频播放器、车辆、用于地热工具的信号处理和智慧型转换器接口节点遥测系统等等。一些实施例包含多种方法。
举例来说，图6是图示操作具有可选择和递增地可变入口区域尺寸的防护探针的若干方法611的流程图。因此，处理器实施的方法611在一个或多个处理器上执行，所述处理器执行所述方法可以开始于框621处，其中推进(按需要)具有围绕衬垫的地质层防护探针以抵靠着钻孔壁密封衬垫。
方法611可继续到框625，以确定反馈是否用于调节入口区域尺寸。举例来说，压力传感器反馈可用于调节入口区域的尺寸。如果未使用反馈，那么方法611可以直接前进到框633，其中可能使用一系列密封元件调节防护探针的至少一个入口区域的尺寸，其中所述入口区域的尺寸可选择地且递增地可变。
如果反馈用于调节入口区域尺寸，那么方法611可以从框625继续到框629，其中进行操作以确定反馈的量，并且随后继续到框633，其中基于所述反馈调节入口区域的尺寸。举例来说，反馈可以通过传感器提供，例如，通过下降压力传感器提供。
在一些实施例中，防护探针密封元件是同心的，并且入口区域尺寸是通过推进/缩回一个或多个密封元件来调节。因此，在框633处调节入口区域尺寸的活动可以包括朝向钻孔壁推进包含在入口区域中的一组同心密封元件中的一些和/或远离钻孔壁缩回包含在入口区域中的所述组同心密封元件中的一些。
方法611可以继续到框637以包含通过激活耦合到防护探针中的至少一个流体通道上的至少一个泵将流体抽吸到流体入口区域中。
流体可以一次一个地或基本上同时地被抽吸穿过一个或多个选定密封元件。因此，在框637处的活动可以包括选择性地抽吸流体穿过包含在入口区域中的电子地选定数目的多个非同心密封元件。
抽吸到入口区域中的流体的选择可以通过单独的泵和/或阀门控制。因此，在框637处的活动可以包括操作耦合到非同心密封元件上的一个以上泵或一个以上阀门。
可以激活跨式双封隔器以捕获外壳与钻孔壁之间的流体；所捕获的流体随后可以被带入到探针中而无需使探针接触钻孔壁。因此，在框637处的活动可以包含将通过跨式双封隔器捕获的流体抽吸到一个或多个防护探针的流体入口区域中。
在框641处，方法611可以包含确定流体采样是否完成。如果是的话，那么方法611可以继续到框649，或在一些实施例中到框621。
如果流体采样未完成，在一些实施例中，方法611可以继续到框645，以包含激活至少两个跨式双封隔器以捕获流体作为在跨式双封隔器(钻孔工具)与钻孔壁之间捕获的流体。
在一些实施例中，可以穿过钻孔壁并且从通过跨式双封隔器隔离的区域以不同速率抽吸流体。两个活动之间的压力差可用于确定地层渗透性。因此，在框637处活动可以使用或不使用跨式双封隔器以第一流速和第一流体压力完成，并且随后继续在框645处激活(或重新激活)跨式双封隔器，并且返回到框637以捕获一些流体作为捕获的流体、以不同于第一速率的第二速率抽吸捕获的流体穿过流体入口，以确定与钻孔壁相关联的地层的渗透性。
方法611可以继续到框649以包含远离钻孔壁缩回地质层防护探针以破坏衬垫抵靠着钻孔壁的密封。如果跨式双封隔器用于隔离所述探针，那么流体可以随后被抽吸到防护探针中，或者取决于所希望的采样过程，所述工具可以移动到钻孔中的不同深度。
应注意本文中所描述的方法并不必须以所描述的顺序执行，或以任何特定的顺序执行。此外，相对于本文中确定的方法描述的各种活动可以反复、连续或并行的方式执行。包含参数、命令、操作数和其它数据的信息可以一个或多个载波的形式发送和接收。
设备100、200和系统300、464、564可以在可在一个或多个网络上操作的机器可访问和可读介质中实施。所述网络可以是有线的、无线的，或有线和无线的组合。设备100、200和系统300、464、564可用于实施尤其是与图6的方法611相关联的处理。模块可以包括硬件、软件和固件，或这些的任何组合。因此，可以实现额外的实施例。
举例来说，图7是根据本发明的各种实施例的包含特定机器702的制品700的框图。所属领域的一般技术人员在阅读并理解本发明后将理解可从基于计算机的系统中的计算机可读介质起动软件程序以执行所述软件程序中界定的功能的方式。
所属领域的一般技术人员将进一步理解可用于创建被设计成用于实施并执行本文中所公开的方法的一个或多个软件程序的各种编程语言。举例来说，所述程序可以使用面向对象语言，例如，Java或C++以面向对象的格式构造。在另一实例中，所述程序可以使用过程语言，例如，汇编语言或C语言以面向过程的格式构造。软件组件可以使用所属领域的一般技术人员熟知的多种机构中的任何一种来通信，例如，应用程序接口或进程间通信技术，包含远程过程呼叫。各种实施例的教示不限于任何特定的编程语言或环境。因此，可以实现其它实施例。
举例来说，制品700，例如,计算机、存储器系统、磁盘或光盘、一些其它存储装置和/或任何类型的电子装置或系统可以包含：一个或多个处理器704，所述处理器耦合到机器可读介质708，例如存储器(例如，可移除存储介质，以及包含电气、光学或电磁导体的任何存储器)，所述存储器具有储存在其上的指令712(例如，计算机程序指令)，在被一个或多个处理器704执行时引起机器702执行相对于上述方法描述的任何动作。
机器702可以采用特定的计算机系统的形式，所述计算机系统具有处理器704，所述处理器直接和/或使用总线716耦合到多个组件。因此，机器702可并入到图1到图5中所示出的设备100、200或系统300、464、564中，可能作为处理器330或工作站356的一部分。
现转而参考图7，可以看到机器702的组件可以包含主存储器720、静态或非易失性存储器724和大容量存储装置706。耦合到处理器704上的其它组件可以包含输入装置732，例如键盘，或光标控制装置736，例如鼠标。输出装置728，例如，视频显示器，可以位于机器702之外(如图所示)，或制成机器702的组成部分。
将处理器704和其它组件耦合到网络744的网络接口装置740也可以耦合到总线716。指令712可以利用多个众所周知的传输协议中的任一者(例如，超文本传送协议)通过网络接口装置740在网络744上发射或接收。取决于将要实现的特定实施例，耦合到总线716上的这些元件中的任何元件可以不存在、单个地呈现，或以多个数目呈现。
处理器704、存储器720、724和存储装置706可以各自包含指令712，在所述指令被执行时机器702执行本文中所描述的方法中的任何一或多者。在一些实施例中，机器702作为独立装置操作或者可以连接(例如，网络连接)到其它机器。在网络连接环境中，机器702可以服务器客户网络环境中的服务器或客户机的容量操作，或者作为对等(或分配)网络环境中的对等机。
机器702可以包括个人计算机(PC)、平板计算机、机顶盒(STB)、PDA、蜂窝式电话、万维网设备、网络路由器、开关或网桥、服务器、客户端，或能够执行指令集(顺序的或其它的)的任何特定机器，所述指令集指导将通过该机器采取的以实施本文所描述的方法和功能的动作。另外，虽然仅图示单个机器702，但还应采用术语“机器”以包含机器的任何集合，所述机器的集合分别地或联合地执行一个或多个指令集以执行本文论述的方法中的任何一或多者。
虽然机器可读介质708被示为单个介质，术语“机器可读介质”应该被理解为包含单个介质或多个介质(例如，集中或分配数据库，和/或相关联的高速缓冲存储器和服务器，和或多种存储介质，例如处理器704的寄存器、存储器720、724，以及储存一个或多个指令集712的存储装置706。术语“机器可读介质”还应被理解为包含能够储存、编码或携带指令集的任何介质，所述指令集由所述机器执行并且使机器702执行本发明的方法中的任何一或多者，或者所述介质能够对此类指令集利用的或与此类指令集相关联的数据结构进行储存、编码或携带。术语“机器可读介质”或“计算机可读介质”应相应地被理解为包含实体介质，例如，固态存储器以及光学介质和磁性介质。
各种实施例可以被实施为独立的应用(例如，无需任何网络功能)、客户端服务器应用或对等(或分配)应用。除通过传统的渠道销售或颁发执照之外，实施例也可以(例如)通过软件即服务(SaaS)、应用服务提供商(ASP)，或效用计算提供商部署。
使用本文中所公开的设备、系统和方法可以向地层评估客户提供在重复测量与移动工具之间的更明智的选择的机会。可以使用各种实施例收集的岩石特性的额外数据可以告知相同地层内的未来测试位置的选择、井眼、以及确定如何调节防护探针入口区域以增强密封和/或防止岩石破裂。可以带来增加的客户满意度。
形成本文的一部分的附图借助于图示示出(而并非进行限制)其中可以实践主题的特定实施例。对所图示的实施例进行足够详细的描述以使所属领域的技术人员能够实践在本文中所公开的教示。可以利用其它实施例并且从本文中导出其它实施例，使得可以在不脱离本发明的范围的前提下作出结构和逻辑的替代和变化。因此，此具体实施方式不应理解为具有限制性意义，并且各种实施例的范围仅通过所附权利要求书连同此权利要求书授权的等效物的完整范围一起界定。
仅为了方便起见，并且如果实际上公开了一个以上的发明或发明概念，则不希望自愿地将本申请案的范围限制为任何单一发明或发明概念，发明主题的此类实施例可以在本文中分别地和/或共同地被称为术语“发明”。因此，尽管在此已图示并且描述特定实施例，但应了解，适于实现相同目的的任何安排都可替代所示的特定实施例。本发明意图涵盖各种实施例的任何和所有调适或变化。对于所属领域的技术人员而言在审阅上述描述之后将显而易见上述实施例的组合以及本文中未具体描述的其它实施例。
本发明的摘要的提供符合37C.F.R.§1.72(b)对摘要将使读者迅速确定技术公开内容的本质的要求。应遵守以下理解：它将不会用于解释或限制权利要求书的范围或含义。此外，在上述具体实施方式中，可看到出于精简本发明的目的在单一实施例中将各种特征分组在一起。不应将此公开内容的方法解释为反映以下意图：所主张的实施例需要比每项权利要求中明确叙述的更多的特征。实际上，如所附权利要求书所反映，本发明主题在于少于单个所公开实施例的全部特征。因此，所附权利要求书在此并入具体实施方式中，其中每项权利要求作为单独的实施例具有独立性。

Claims (16)

1.一种地层环境采样设备，包括：
地质层探针，所述地质层探针具有至少一个流体流动入口，所述流体流动入口具有可选择的递增地可变尺寸的入口区域，其中，所述入口区域包括防护探针入口区域，所述防护探针入口区域具有递增地可调节尺寸；以及
处理器，所述处理器基于下降压力传感器响应来调节所述尺寸；
其中，所述入口区域包括多个独立地可移动的同心密封元件，所述入口区域的尺寸通过推进/缩回一个或多个同心密封元件来调节。
2.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：
围绕所述入口区域的单个密封衬垫，所述入口区域含有至少一个可选择内部密封元件。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述入口区域包括：
多个非同心的可移动的密封元件，所述密封元件安置在所述入口区域内。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，多个非同心入口基本上成直线地安置。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述入口区域形成如体育场。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，多个流体通道可以通过朝向或远离所述探针的表面上的密封接触点移动至少一个同心密封元件而选择性地从所述入口区域耦合到单个流体流线。
7.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：
多个阀门，所述阀门选择性地将对应的多个流体通道从所述入口区域耦合到单个流体流线。
8.一种地层环境采样系统，包括：
外壳；
地质层探针，所述地质层探针机械地耦合到所述外壳，所述地质层探针具有至少一个流体流动入口，所述流体流动入口具有可选择的递增地可变尺寸的入口区域，其中，所述入口区域包括防护探针入口区域，所述防护探针入口区域具有递增地可调节尺寸；以及
处理器，所述处理器基于下降压力传感器响应来调节所述尺寸；
其中，所述入口区域包括多个独立地可移动的同心密封元件，所述入口区域的尺寸通过推进/缩回一个或多个同心密封元件来调节。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述外壳包括电缆工具或随钻测量工具中的一者。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述入口区域包括：
多个非同心狭槽，所述狭槽作为密封元件安置在所述入口区域内，每个狭槽的纵轴基本上平行于所述外壳的纵轴。
11.根据权利要求8所述的系统，其进一步包括：
独立地可激活的跨式双封隔器，所述跨式双封隔器机械地耦合到所述外壳，当所述防护探针未与钻孔壁接触时，所述封隔器可构造成沿所述外壳的选定长度隔离流体、束缚可用于通过所述防护探针摄入的流体体积。
12.一种处理器实施的方法，所述方法在执行所述方法的一个或多个处理器上执行，所述方法包括：
推进具有围绕衬垫的地质层探针以抵靠着钻孔壁密封所述衬垫；
调节所述探针的流体流动入口的至少一个入口区域的尺寸，所述入口区域的所述尺寸可选择地且递增地可变，其中，所述入口区域包括防护探针入口区域，所述防护探针入口区域具有递增地可调节尺寸；以及
通过激活耦合到所述探针中的至少一个流体通道上的至少一个泵将流体抽吸到所述流体流动入口中；
其中，所述调节包括：基于来自下降压力传感器的反馈调节所述尺寸；
其中，所述调节包括：朝向所述钻孔壁推进包含在所述入口区域中的一组同心密封元件中的一些，和/或远离所述钻孔壁缩回包含在所述入口区域中的所述组同心密封元件中的一些。
13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：
激活至少两个跨式双封隔器以捕获所述流体作为在所述跨式双封隔器、钻孔工具、与所述钻孔壁之间捕获的流体；
破坏所述衬垫抵靠着所述钻孔壁的密封；以及
将捕获的流体抽吸到所述流体流动入口中。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述抽吸包括：
选择性地抽吸所述流体穿过包含在所述入口区域中的电子地选定数目的多个非同心密封元件。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，选择性地抽吸进一步包括：
操作耦合到所述非同心密封元件上的一个以上泵或一个以上阀门。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，抽吸流体是以第一流速在第一流体压力下完成的，其进一步包括：
激活跨式双封隔器以捕获所述流体中的一些作为捕获的流体；以及
以不同于所述第一流速的第二流速抽吸所述捕获的流体穿过所述流体流动入口，以确定与所述钻孔壁相关联的地层的渗透性。
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