CN111781019A - 一种泵抽模块和流体取样方法 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种泵抽模块，包括，泵抽缸、压力传感器、控制电路、处理器；所述泵抽缸包括一个横杆连接的双活塞、连接器、以及通过所述连接器相连接的两个缸体；所述双活塞将所述两个缸体分别分为液压缸和流体缸；所述液压缸中充满液压油，所述流体缸用于存放被抽取的流体；所述流体缸内侧设置所述压力传感器；所述压力传感器用于测量所述流体缸内流体的压力；所述处理器设置为根据流体缸内流体的压力，计算流体的泡点压力，根据计算得到的泡点压力，通过所述控制电路控制所述液压缸内的压力。本文还公开了一种采用所述泵抽模块进行流体取样的方法。

Description

一种泵抽模块和流体取样方法

技术领域

本公开涉及但不限于油气储层探测领域，尤其涉及一种泵抽模块和流体取样方法。

背景技术

流体抽取在油气开采中十分重要，泵抽模块是新一代油气层钻井中途测试中的关键模块。通过泵抽能够获取底层压力、储层样品以及相关的地质参数；泵抽量的精准控制以及泵抽过程的压力稳定对地层压力及样品获取的质量至关重要。现有泵抽模板一般采用远端控制，受其他模块影响较为严重，导致控制精度低；同时，现有泵抽行程较短，泵前进与后退两方向压力波动较大，导致取样过程中数据波动大，影响对样品的识别，最终影响取样的效率和效果。伴随勘探开发的深入，井温在175到204度之间的井的数量显著增加，逐步成为常态，传统泵抽模块的耐温能力为175度，难以适应。

发明内容

以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。

本公开提供一种泵抽模块，包括，

泵抽缸、压力传感器、控制电路、处理器；

所述泵抽缸包括一个横杆连接的双活塞、连接器、以及通过所述连接器相连接的两个缸体；所述双活塞将所述两个缸体分别分为液压缸和流体缸；

所述液压缸中充满液压油，所述流体缸用于存放被抽取的流体；

所述流体缸内侧设置所述压力传感器；所述压力传感器用于测量所述流体缸内流体的压力；

所述处理器设置为根据流体缸内流体的压力，计算流体的泡点压力，根据计算得到的泡点压力，通过所述控制电路控制所述液压缸内的压力。

一些示例性的实施例中，所述流体缸靠近所述连接器，所述液压缸远离所述连接器；

所述双活塞位于液压缸一侧的截面面积大于所述双活塞位于流体缸一侧的截面面积。

一些示例性的实施例中，所述液压缸内侧设置位移传感器；所述位移传感器用于测量所述双活塞的移动量；

所述处理器还设置为，通过控制所述液压缸内压力差以控制所述双活塞的移动速度。

一些示例性的实施例中，所述处理器根据流体缸内流体的压力，计算流体的泡点压力，根据计算得到的泡点压力，通过所述控制电路控制控制所述液压缸内的压力，包括：

所述处理器根据所述压力传感器获取所述双活塞运动过程中所述流体缸的压力变化，计算得到流体的泡点压力；

在所述泵抽取样过程中，所述控制电路控制两个液压缸内的压力差以控制所述双活塞的移动速度，保持流体缸内的流体压力大于所述流体的泡点压力。

一些示例性的实施例中，所述泵抽模块还包括：液压控制单元；

所述控制电路还设置为，通过所述液压控制单元控制所述液压缸内的压力。

一些示例性的实施例中，所述处理器还设置为，泵抽取样完成后，通过所述控制电路控制所述液压控制单元给所述液压缸加压，保持所述流体缸的流体压力大于流体的泡点压力。

一些示例性的实施例中，所述泵抽模块的采用集成式电路设计，所述泵抽模块中包括的各器件至少是接触高温205度仍正常工作的器件；

所述泵抽模块提供一个或多个总线式接口，供其他模块连接所述泵抽模块。

一些示例性的实施例中，每一个流体缸上分别设置一个吸入口和一个排出口；

所述控制器还设置为，根据双活塞的移动方向，控制一个流体缸上吸入口打开，排出口关闭；控制另一个流体缸上的排出口打开，吸入口关闭。

一些示例性的实施例中，所述泵抽模块还包括机械阀和液压控制单元；

每一个吸入口和排出口分别设置一个机械阀；

所述控制一个流体缸上吸入口打开，排出口关闭；控制另一个流体缸上的排出口打开，吸入口关闭，包括：

所述控制电路通过所述液压控制单元控制所述一个流体缸上吸入口的机械阀打开，排出口的机械阀关闭；所述控制电路通过所述液压控制单元控制所述另一个流体缸上排出口的机械阀打开，吸入口的机械阀关闭。

本公开实施例还提供一种流体取样方法，包括，

将上述任意所述的泵抽模块放置于井下的预定位置；

所述泵抽模块中的处理器通过所述控制电路控制所述泵抽缸的液压缸内的压力，使所述流体缸吸入流体。

一些示例性的实施例中，吸入流体完成后，从井下提升所述泵抽到地面时，所述方法还包括：

所述泵抽模块中的处理器通过所述控制电路给所述液压缸加压，保持所述流体缸的流体压力大于流体的泡点压力。

本公开提供的泵抽模块能够更精确定量抽取井下流体，保持流体性状，提升泵抽的精度和可靠性。采用至少耐高温205的器件的集成式泵抽模块，能够大幅度提升泵抽模块的耐温能力和环境适应性。

附图说明

图1为一种作业设备的框架结构示例；

图2本公开实施例中一种泵抽模块的逻辑结构；

图3本公开实施例中泵抽模块中泵抽缸结构图；

图4本公开实施例中泵抽模块示例图；

图5本公开实施例中一种泵抽模块的逻辑结构；

图6本公开实施例中一种流体抽取方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

实施例一

本实施例中提供一种泵抽模块20，如图2所示，包括：

总线式接口F1、控制电路C1，泵抽缸B1，石英压力传感器(E1，E2)，液压控制单元H1，四个常开机械阀(V1，V2，V3，V4)，处理器G1。

其中，所述泵抽缸B1如图3所示，包括1个横杆301连接的双活塞302、连接器303、以及通过所述连接器303相连接的两个缸体；所述双活塞分别将所述两个缸体分别分为液压缸A1\A4和流体缸A2\A3。

所述液压缸A1\A4中充满液压油；

所述流体缸A2\A3用于存放被抽取的流体。

所述流体缸A2\A3内侧分别设置所述石英压力传感器E1，E2(图2未体现)；所述石英压力传感器E1，E2用于测量所述流体缸内流体的压力；

所述处理器G1设置为，根据流体缸内流体的压力，计算流体的泡点压力，并通过所述控制电路C1控制两个液压缸A1\A4的压力差。根据2个液压缸的压力差推动所述泵抽缸B1中双活塞302的前进与后退，完成对井下流体的抽吸。

其中，泡点压力根据本领域相关方案计算，不限于特定的方案，其具体计算方案不属于本发明限定的范围。

一些示例性的实施例中，每一个流体缸分别设置2个开口，每一个开口对应设置一个所述常开机械阀，即2个流体缸共设置4个开口，共对应4个常开机械阀(V1，V2，V3，V4)。每一个流体缸上的2个开口，一个设置为吸入口，另一个设置为排出口。在进行流体抽取的过程中，至少保持一个吸入口和一个排出口打开。一些示例性的实施例中，一个流体缸的一个吸入口打开，其排出口关闭，吸入流体；相应地，另一个流体缸的吸入口关闭，其排出口打开，排出其中流体的。根据活塞移动的方向对应设定即可。根据上述示例，本领域技术人员能够知晓不同情况下的各开口机械阀的打开或关闭情况。其中，所述液压控制单元H1控制各常开机械阀(V1，V2，V3，V4)的开关。

或者，一些示例性的实施例中，每一个流体缸分别设置1个开口，每一个开口对应设置双向机械阀，共2个双向机械阀，所述双向机械阀可以被设置为关闭、吸入或排出。因此，相应地，在流体抽取过程中，一个流体缸开口上的机械阀被设置为吸入，则另一个流体缸上的机械阀被设置为排出。其中，所述液压控制单元H1控制各双向机械阀的关闭、吸入或排出。

一些示例性的实施例中，所述泵抽缸的实物设计图如图4所示。

其中，根据图3可知，双活塞302将缸体分隔成两个液压缸和两个流体缸；通过两液压缸的压差推动活塞前进与后退，完成对井下流体的抽吸。在液压缸端安装了高精度线性位移传感器，能精确测量图3中左边活塞的移动量，进而得到抽吸体积与速度；即双活塞的截面面积一定，测量出活塞移动量，即可计算得到吸抽流体的体积，再根据对应吸抽时间即可计算出吸抽速度。

2个液压缸活塞面积A1与A4相等，2个流体缸A2和A3的活塞面积相等，这样在活塞前进或后退过程中不会出现压力波动，保证泵抽的稳定性；从图3中可以看出，A1的有效面积大于A2的有效面积(A2需除掉中间连接杆面积)，根据受力分析，即流体缸产生的压强大于液压缸的压强，这样在井下作业时能产生高压，防止取样时产生相变。

因在换向时(活塞前进到头换方向，或者后退到头换方向)压力拨动较大，流态影响较大，对后续流体性质数据采集极为不利，因此采用了长冲程设计，减少换向次数。一些示例性的实施例中，所述双活塞的冲程至少为221mm。

为获得原状地层流体，在泵抽过程中泵速不能过快，以避免导致压降太大，流体相态发生变化；为防止相态变化，需要知道流体的泡点压力，在本实施例所述的泵抽模块中包括高精度石英压力传感器E1、E2，所述石英压力传感器E1、E2测量活塞运动过程中流体缸压力的变化，进而由所述处理器G1计算得到流体的泡点压力；在泵抽过程中，通过液压控制单元H1控制液压缸的液压变化速度(即控制两个液压缸的液压差变化速度)，进而控制所述泵抽缸B1中双活塞302的移动速度，保持流体压力始终在泡点压力之上，确保流体不会发生相变。

一些示例性的实施例中，泵抽取样完成后，流体从井下提到地面的过程中，因温度下降，压力也随之下降；若在井下不进行补压，则所取流体到达地面时极有可能出现因压力降的过大导致相态发生变化，影响对井下流体性质的识别。为避免出现该现象，通过在取样时加高压，这样即使提到地面的过程中压力降低，但仍能保持在泡点压力之上，不会发生相态变化。即，泵抽取样完成后，通过所述控制电路C1控制所述液压控制单元H1给液压缸加压，保持所述流体缸的流体压力大于流体的泡点压力。

一些示例性的实施例中，当抽取的流体保存在流体缸A3时，在取样完成后，给液压缸A1加压；或者，当抽取的流体保存在流体缸A2时，在取样完成后，给液压缸A4加压。

一些示例性的实施例中，所述泵抽模块的采用集成式电路设计，所述泵抽模块中包括的各器件至少是接触高温205度仍正常工作的器件，以满足高温环境的泵抽需要，使得泵抽模块的耐温能力和适用范围大幅提升。

所述泵抽模块的处理器G1和控制电路C1采用集成式电路设计，整体泵抽模块通过所述至少一个总线式接口F1供其它模块连接，组合式构建多个功能井下作业设备。例如，可以与其他模块，例如：探测模块、流体识别模块组合，通过所述总线式接口连接，构建成多功能作业设备。

图1所示的现有作业设备，是综合多个功能的作业设备，采用一个控制电路进行整体控制，控制电路一般放置于设备的顶部。例如，整支设备长达37米，泵抽模块与控制电路相隔较远，在取样过程中时常出现控制命令延迟、误码等问题，导致控制精度、设备整体稳定性和可靠性较差。

另外，受电路设计的影响(信号传输依赖其他模块)，不同功能模块之间的位置相对固定，不能满足自由组合的需要。

一些示例性的实施例中，所述泵抽模块，具备独立的处理器G1和控制电路C1。所述处理器G1、控制电路C1与泵抽模块所包含的其他子模块集成后，成为具备独立泵抽取样功能的独立功能模块，通过总线式接口F1与其他功能模块一起构建综合的多功能设备，所述泵抽模块所包括的压力控制、抽取控制、泡点压力计算等子功能都由泵抽模块内集成的处理器G1和控制电路C1完成，能够独立完成全部设点功能，控制精度和可靠性相比于现有集中控制的方案大有提升。本实施例所述的泵抽模块，只需外部模块或设备提供电源、通讯通道，即可通过所述总线式接口被接入，能够突破结构的限制，被灵活组合构建综合功能的设备(仪器)。

可以看到，本实例中的处理器、控制电路都集成在泵抽模块中，能够就近处理控制指令和处理采集数据，泵抽模块的稳定与可靠性显著提高。泵抽模块成为独立功能单元，不受其他模块影响，能够提升整体组合的灵活性，为现场作业提供更大的自由度和灵活性。

实施例二

本实施例中提供一种泵抽模块50，如图5所示，包括：

泵抽缸B1、压力传感器E1/E2、控制电路C1、处理器G1；

所述泵抽缸B1包括一个横杆301连接的双活塞302、连接器303、以及通过所述连接器相连接的两个缸体；所述双活塞将所述两个缸体分别分为液压缸(A1、A4)和流体缸(A2、A3)；

所述液压缸(A1、A4)中充满液压油，所述流体缸(A2、A3)用于存放被抽取的流体；

所述流体缸内侧设置所述压力传感器；所述压力传感器用于测量所述流体缸(A2、A3)内流体的压力；

所述处理器G1设置为根据流体缸(A2、A3)内流体的压力，计算流体的泡点压力，根据计算得到的泡点压力，通过所述控制电路C1控制所述液压缸(A1、A4)内的压力。

一些示例性的实施例中，所述流体缸(A2、A3)靠近所述连接器303，所述液压缸(A1、A4)远离所述连接器303；

所述双活塞302位于液压缸(A1、A4)一侧的截面面积大于所述双活塞302位于流体缸(A2、A3)一侧的截面面积。

一些示例性的实施例中，所述液压缸(A1、A4)内侧设置位移传感器；所述位移传感器用于测量所述双活塞的移动量；如图3所示，位移传感器设置于左侧液压缸内侧，所述位移传感器为高精度线性位移传感器；可选地，所述位移传感器也可以设置在右侧。

所述处理器G1还设置为，通过控制所述液压缸(A1、A4)内压力差以控制所述双活塞302的移动速度。

一些示例性的实施例中，所述处理器G1根据流体缸(A2、A3)内流体的压力，计算流体的泡点压力，根据计算得到的泡点压力，通过所述控制电路C1控制控制所述液压缸(A1、A4)内的压力，包括：

所述处理器G1根据所述压力传感器获取所述双活塞302运动过程中所述流体缸的压力变化，计算得到流体的泡点压力；

在所述泵抽取样过程中，所述控制电路控制两个液压缸(A1、A4)内的压力差以控制所述双活塞的移动速度，保持流体缸(A2、A3)内的流体压力大于所述流体的泡点压力。其中，泡点压力根据本领域相关方案计算，不限于特定的方案，其具体计算方案不属于本发明限定的范围。

一些示例性的实施例中，所述双活塞的冲程至少为221毫米。

一些示例性的实施例中，所述泵抽模块还包括：液压控制单元H1；

所述控制电路C1还设置为，通过所述液压控制单元H1控制所述液压缸内的压力。

一些示例性的实施例中，所述处理器G1还设置为，泵抽取样完成后，通过所述控制电路C1控制所述液压控制单元H1给所述液压缸加压，保持所述流体缸的流体压力大于流体的泡点压力。

一些示例性的实施例中，所述泵抽模块的采用集成式电路设计，所述泵抽模块中包括的各器件至少是接触高温205度仍正常工作的器件。

一些示例性的实施例中，所述泵抽模块提供一个或多个总线式接口F1，供其他模块连接所述泵抽模块。

一些示例性的实施例中，每一个流体缸(A2、A3)上分别设置一个吸入口和一个排出口；

所述控制器还设置为，根据双活塞的移动方向，控制一个流体缸上吸入口打开，排出口关闭；控制另一个流体缸上的排出口打开，吸入口关闭。

或者，一些示例性的实施例中，每一个流体缸(A2、A3)上各设置一个开口；所述开口被设置为关闭、吸入或排出状态；

所述控制器还设置为，根据双活塞的移动方向，控制一个流体缸上开口为吸入状态；控制另一个流体缸上的开口为排出状态。

一些示例性的实施例中，所述泵抽模块还包括机械阀V和液压控制单元H1；

每一个吸入口和排出口分别设置一个所述机械阀V；

所述控制一个流体缸上吸入口打开，排出口关闭；控制另一个流体缸上的排出口打开，吸入口关闭，包括：

所述控制电路C1通过所述液压控制单元H1控制所述一个流体缸上吸入口的机械阀打开，排出口的机械阀关闭；所述控制电路C1通过所述液压控制单元H1控制所述另一个流体缸上排出口的机械阀打开，吸入口的机械阀关闭。

可以看到，本实例中的处理器、控制电路都集成在泵抽模块中，能够就近处理控制指令和处理采集数据，泵抽模块的稳定与可靠性显著提高。泵抽模块成为独立功能单元，不受其他模块影响，能够提升整体组合的灵活性，为现场作业提供更大的自由度和灵活性。

实施例三

本实施例提供一种流体取样方法，其流程如图6所示，包括，

步骤601，将上述实施例中所述的泵抽模块放置于井下的预定位置；

步骤602，所述泵抽模块中的处理器通过所述控制电路控制所述泵抽缸的液压缸内的压力，使所述流体缸吸入流体。

一些示例性的实施例中，步骤602中，所述控制所述泵抽缸的液压缸内的压力，使所述流体缸吸入流体，包括：

所述处理器根据所述泵抽模块中压力传感器获取所述双活塞运动过程中所述流体缸的压力变化，计算得到流体的泡点压力；

在所述泵抽取样过程中，控制两个液压缸内的压力差以控制所述双活塞的移动速度，保持流体缸内的流体压力大于所述流体的泡点压力。

其中，泡点压力根据本领域相关方案计算，不限于特定的方案，其具体计算方案不属于本发明限定的范围。

一些示例性的实施例中，步骤602中，所述控制所述泵抽缸的液压缸内的压力，使所述流体缸吸入流体，还包括：

所述控制器根据所述泵抽缸中双活塞的移动方向，控制一个流体缸上吸入口打开，排出口关闭；控制另一个流体缸上的排出口打开，吸入口关闭。

一些示例性的实施例中，步骤602中，通过所述泵抽缸中的液压控制单元打开或关闭所述吸入口和排出口。

一些示例性的实施例中，吸入流体完成后，从井下提升所述泵抽到地面时，所述方法还包括：

步骤603，所述泵抽模块中的处理器通过所述控制电路给所述液压缸加压，保持所述流体缸的流体压力大于流体的泡点压力。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的全部或部分步骤可以使用计算机程序流程来实现，所述计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中，所述计算机程序在相应的硬件平台上(如系统、设备、装置、器件等)执行，在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用集成电路来实现，这些步骤可以被分别制作成一个个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

上述实施例中的各装置/功能模块/功能单元可以采用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，也可以分布在多个计算装置所组成的网络上。

上述实施例中的各装置/功能模块/功能单元以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的计算机可读取存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种泵抽模块，其特征在于，包括，

泵抽缸、压力传感器、控制电路、处理器；

所述泵抽缸包括一个横杆连接的双活塞、连接器、以及通过所述连接器相连接的两个缸体；所述双活塞将所述两个缸体分别分为液压缸和流体缸；

所述液压缸中充满液压油，所述流体缸用于存放被抽取的流体；

所述流体缸内侧设置所述压力传感器；所述压力传感器用于测量所述流体缸内流体的压力；

所述处理器设置为根据流体缸内流体的压力，计算流体的泡点压力，根据计算得到的泡点压力，通过所述控制电路控制所述液压缸内的压力。

2.根据权利要求1所述的泵抽模块，其特征在于，

所述流体缸靠近所述连接器，所述液压缸远离所述连接器；

所述双活塞位于液压缸一侧的截面面积大于所述双活塞位于流体缸一侧的截面面积。

3.根据权利要求1所述的泵抽模块，其特征在于，

所述液压缸内侧设置位移传感器；所述位移传感器用于测量所述双活塞的移动量；

所述处理器还设置为，通过控制所述液压缸内压力差以控制所述双活塞的移动速度。

4.根据权利要求3所述的泵抽模块，其特征在于，

所述处理器根据流体缸内流体的压力，计算流体的泡点压力，根据计算得到的泡点压力，通过所述控制电路控制控制所述液压缸内的压力，包括：

所述处理器根据所述压力传感器获取所述双活塞运动过程中所述流体缸的压力变化，计算得到流体的泡点压力；

在所述泵抽取样过程中，所述控制电路控制两个液压缸内的压力差以控制所述双活塞的移动速度，保持流体缸内的流体压力大于所述流体的泡点压力。

5.根据权利要求1-4任一所述的泵抽模块，其特征在于，

所述泵抽模块还包括：液压控制单元；

所述控制电路还设置为，通过所述液压控制单元控制所述液压缸内的压力。

6.根据权利要求5所述的泵抽模块，其特征在于，

所述处理器还设置为，泵抽取样完成后，通过所述控制电路控制所述液压控制单元给所述液压缸加压，保持所述流体缸的流体压力大于流体的泡点压力。

7.根据权利要求1-4任一所述的泵抽模块，其特征在于，

所述泵抽模块的采用集成式电路设计，所述泵抽模块中包括的各器件至少是接触高温205度仍正常工作的器件；

所述泵抽模块提供一个或多个总线式接口，供其他模块连接所述泵抽模块。

8.根据权利要求1所述的泵抽模块，其特征在于，

每一个流体缸上分别设置一个吸入口和一个排出口；

所述控制器还设置为，根据双活塞的移动方向，控制一个流体缸上吸入口打开，排出口关闭；控制另一个流体缸上的排出口打开，吸入口关闭。

9.一种流体取样方法，其特征在于，包括，

将如权利要求1-8中任意一项所述的泵抽模块放置于井下的预定位置；

所述泵抽模块中的处理器通过所述控制电路控制所述泵抽缸的液压缸内的压力，使所述流体缸吸入流体。

10.根据权利要求9所述的探测方法，其特征在于，

吸入流体完成后，从井下提升所述泵抽到地面时，所述方法还包括：

所述泵抽模块中的处理器通过所述控制电路给所述液压缸加压，保持所述流体缸的流体压力大于流体的泡点压力。

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