CN113969783B - 井下流体分层取样系统及分层取样方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种井下流体分层取样系统及分层取样方法，该系统包括井下工具结构和地面结构；井下工具结构包括引导部，引导部通过控制回路短节连接磁定位短节，磁定位短节连接第一封隔器，第一封隔器连接第一敷缆管，第一敷缆管上串接电控取样筒结构，电控取样筒结构内设置筒体中心通道和至少一个取样通道，取样通道的入口与取样层对应设置，第一敷缆管连接第二封隔器，第二封隔器连接泵组，泵组连通有第二敷缆管，磁定位短节、第一封隔器、第一敷缆管、电控取样筒结构、第二封隔器、泵组和第二敷缆管之间均通过电气及液压快速接头导电连接。本发明能快速经济的一趟管柱多层取样，提高井下流体分层取样效率，装置适应多种井型，提高可靠性，降低成本。

Description

井下流体分层取样系统及分层取样方法

技术领域

本发明涉及石油开采技术领域，尤其涉及一种井下流体分层取样系统及分层取样方法。

背景技术

随着国内油田开发转入中后期，含水率持续升高，主体技术转向精细化，如精细分层注水、精细分层采油等技术逐渐取得规模应用。油田为稳产或提高经济效益，在适当时候调整开发方案，在此过程中，需提前、定量认识现有井(包含未实施、已实施精细开发技术的老井)的油藏动态特点，如哪一层的含水率高、高多少、出砂量、地层压力值等等，用以指导方案调整。对于已经实施了精细开发技术的井，可通过依次打开某层同时关闭其余层的方式取样来获得以上数据；对于未实施精细开发技术的井，则需要借助其他设备来实现取样。然而现有取样技术存在作业时间长、现场施工复杂、可靠性低、不适合套管井、不能取到单层真实地层样本、测试费用高昂等缺点。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种井下流体分层取样系统及分层取样方法，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种井下流体分层取样系统及分层取样方法，克服现有技术中存在的问题，本发明能快速经济的一趟管柱多层取样，提高井下流体分层取样的效率，整套装置适应多种井型，可显著提高实施可靠性，降低成本。

本发明的目的是这样实现的，一种井下流体分层取样系统，包括井下工具结构和地面结构；

所述井下工具结构包括设于远离井口一端的引导部，所述引导部靠近井口的一端通过控制回路短节连接磁定位短节，所述磁定位短节靠近井口的一端连接第一封隔器，所述第一封隔器靠近井口的一端连接第一敷缆管，第一敷缆管的内腔构成第一护管流体通道，所述第一敷缆管上串接电控取样筒结构，所述电控取样筒结构内设置筒体中心通道和至少一个取样通道，取样通道的入口与取样层对应设置，所述取样通道用于对应取样层的流体流通至筒体中心通道；所述第一敷缆管靠近井口的一端连接第二封隔器，所述第二封隔器内轴向贯通设置封隔器流体通道，所述第二封隔器靠近井口的一端连接泵组，所述泵组内轴向贯通设置泵组流体通道，所述泵组用于建立流体循环使取样层的流体流经对应的取样通道至筒体中心通道；所述泵组靠近井口的一端连通有第二敷缆管，第二敷缆管的内腔构成第二护管流体通道；第一护管流体通道、筒体中心通道、封隔器流体通道、泵组流体通道和第二护管流体通道呈连通设置；

第二敷缆管、泵组、第二封隔器、第一敷缆管、电控取样筒结构和第一封隔器内穿设电缆，电缆远离井口的一端电连接控制回路短节；磁定位短节、第一封隔器、第一敷缆管、电控取样筒结构、第二封隔器、泵组和第二敷缆管之间均通过电气及液压快速接头导电连接；

所述地面结构包括连续管作业机和控制部，电缆位于井口的一端与所述控制部电连接，控制回路短节、磁定位短节、第一封隔器、电控取样筒结构、第二封隔器、泵组和连续管作业机均与所述控制部电连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述电气及液压快速接头包括接头内管，所述接头内管的内腔构成轴向贯通的接头流体通道；所述接头内管的外壁上套设绝缘套结构，所述绝缘套结构的侧壁内沿轴向穿设导电铜套，所述导电铜套用于磁定位短节、第一封隔器、第一敷缆管、电控取样筒结构、第二封隔器、泵组和第二敷缆管之间相邻电缆的导电连接，所述绝缘套结构的外壁上包覆接头外管，所述接头内管和所述接头外管的端部均设置花键式插接结构，所述接头外管的外侧扣设油壬接头。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一敷缆管为双层金属管，所述第一敷缆管包括同轴且径向间隔设置的护缆内管和护缆外管，所述护缆内管和所述护缆外管之间的环空构成电缆通道，护缆内管的内腔构成护管流体通道。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一敷缆管为敷缆连续管结构，所述第一敷缆管包括管本体，所述管本体的外壁上敷设绝缘耐腐套，所述绝缘耐腐套内敷设电缆，管本体的内腔构成护管流体通道。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第二敷缆管为敷缆连续管结构，所述第二敷缆管包括管本体，所述管本体的外壁上敷设绝缘耐腐套，所述绝缘耐腐套内敷设电缆，管本体的内腔构成护管流体通道。

在本发明的一较佳实施方式中，所述电控取样筒结构包括至少一个呈筒状设置的取样器本体，所述取样器本体串接于所述第一敷缆管上，所述取样器本体上设置轴向贯通的本体中心孔，本体中心孔构成所述筒体中心通道；所述取样器本体的侧壁内沿轴向设置所述取样通道，所述取样通道上设置能与取样器本体外侧连通的取样入口，所述取样入口构成取样通道的入口，所述取样通道上还设置能与所述筒体中心通道连通的取样出口，所述取样出口允许流体自取样通道单向流入筒体中心通道；所述取样器本体上分别连接设置电控配产器，所述电控配产器用于控制所述取样出口的开闭；所述电控配产器内穿设电缆且所述电控配产器与所述控制部电连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述电控配产器设置于取样出口处，所述电控配产器上设置开度可调的取样水嘴，取样水嘴的出口和取样水嘴的入口处均设置水嘴压力传感器，所述水嘴压力传感器与所述控制部电连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述电控配产器为可控开关阀，可控开关阀的一阀口处设置所述取样水嘴，可控开关阀上电连接配产执行机构和配产控制电路，配产控制电路接收控制部的指令，配产执行机构用以完成取样水嘴的开度调节；在取样出口处设有单向阀，单向阀用以允许取样流体自取样通道单向流入筒体中心通道。

在本发明的一较佳实施方式中，所述电控取样筒结构包括多个轴向间隔设置的取样器本体，各取样器本体的取样入口分别与各取样层对应设置，所述第一敷缆管上位于相邻取样器本体之间设置取样封隔器，所述取样封隔器内穿设电缆且所述取样封隔器与所述控制部电连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一封隔器和所述第二封隔器均为电控封隔器，所述电控封隔器包括坐封胶筒、挤压结构和坐封驱动结构，所述坐封驱动结构包括坐封驱动电机，所述坐封驱动电机通过坐封丝杠机构连接于所述挤压结构上，所述挤压结构用于径向推拉所述坐封胶筒以进行坐封或解封；所述电控封隔器内穿设电缆且所述电控封隔器与所述控制部电连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述泵组和所述第二敷缆管之间还通过电气及液压快速接头连接有电控锚定器，所述电控锚定器内穿设电缆且所述电控锚定器与所述控制部电连接。

本发明的目的还可以这样实现，一种分层取样方法，包括以下步骤：

步骤a、组装前述的井下流体分层取样系统；

步骤b、将井下工具结构下入井内；

步骤c、坐封井下工具结构；

步骤d、根据入口处的水嘴压力传感器测定的流体压力值，适度开启取样水嘴的入口；

步骤e、开启泵组，使取样水嘴前后流体流动，判断是否达到取样条件；

步骤f、达到取样条件后，提取取样层流体，完成取样后关闭该取样通道；

步骤g、单个取样层取样时，步骤f完成后，停泵解封；

多个取样层取样时，步骤f完成后，重复步骤d至步骤f，直至各取样层的取样完成。

由上所述，本发明提供一种井下流体分层取样系统及分层取样方法具有如下有益效果：

本发明提供的井下流体分层取样系统，采用电气及液压快速接头进行相邻部件的电气和液压通道的快速连接，同时满足作业要求的机械强度，拆装快速且可靠性高；第一敷缆管和第二敷缆管依靠其机械强度实现井下工具结构在套管内的下入及连续拖动，同时保护同行的电缆，为井下电控设备提供持续且可靠的电能和信息传输通道；电控取样筒结构可以通过设置多个可控的取样通道完成多个取样层的隔离采样，实现一趟管柱多层取样；第一封隔器和第二封隔器采用电控封隔器，可多次快速坐封解封，实现一趟管柱多层取样的工艺要求；电控锚定器能够降低泵组工作时产生的振动对封隔器密封性能的影响，同时能控制坐封精度，保证坐封点可靠不错动；

本发明的井下流体分层取样系统及分层取样方法，适用于石油工业中各种井型的井下流体分层取样，实现快速且精准的流体样本获取，可显著提高取样效率和实施可靠性，降低成本。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明的井下流体分层取样系统的结构示意图。

图2：为本发明的井下流体分层取样系统内电缆连接示意图。

图3：为用于单个取样层的本发明的井下流体分层取样系统的示意图。

图4：为用于多个取样层的本发明的井下流体分层取样系统的示意图。

图5：为本发明的电气及液压快速接头的结构示意图。

图6：为本发明的第一敷缆管为双层金属管时的横截面示意图。

图7：为本发明的第一敷缆管为敷缆连续管结构时的横截面示意图。

图8：为本发明的电控配产器的原理图。

图9：为本发明的第一封隔器的原理图。

图10：为本发明的电控锚定器的原理图。

图11：为本发明的磁定位短节的基本电路原理图。

图中：

300、井下流体分层取样系统；301、系统采液通道；

100、井下工具结构；

1、引导部；

2、控制回路短节；

3、磁定位短节；31、感应线圈；32、磁铁；33、放大电路；34、整形电路；35、磁定位电源；36、磁定位信号输出单元；

41、第一封隔器；410、封隔器流体通道；411、坐封胶筒；412、挤压结构；413、坐封驱动电机；414、坐封丝杠机构；415、坐封行星减速器；416、胶筒压力传感器；417、坐封控制电路；42、第二封隔器；

51、第一敷缆管；510、第一护管流体通道；511、护缆内管；512、护缆外管；513、管本体；514、绝缘耐腐套；52、第二敷缆管；520、第二护管流体通道；

6、电控取样筒结构；60、筒体中心通道；61、取样通道；611、取样入口；612、取样出口；62、取样器本体；63、电控配产器；631、配产执行机构；632、配产控制电路；633、单向阀；64、取样封隔器；

7、泵组；70、泵组流体通道；

8、电气及液压快速接头；80、接头流体通道；81、接头内管；82、绝缘套结构；83、导电铜套；84、接头外管；

9、电控锚定器；91、卡瓦；92、锚定丝杠机构；93、锚定驱动电机；94、锚定行星减速器；95、锚定控制电路；

200、地面结构；201、连续管作业机；202、控制部；

401、井口；402、电缆。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图11所示，本发明提供一种井下流体分层取样系统300，包括井下工具结构100和地面结构200；

井下工具结构100包括设于远离井口一端的引导部1，在本实施方式中，引导部1采用斜尖；引导部1靠近井口401的一端通过控制回路短节2连接磁定位短节3(磁定位技术为现有技术)，磁定位短节3靠近井口的一端连接第一封隔器41，磁定位短节3可以标定第一封隔器41的坐封位置，确保封层区间的准确性；第一封隔器41靠近井口的一端连接第一敷缆管51，第一敷缆管51的内腔构成第一护管流体通道510，第一敷缆管51上串接电控取样筒结构6，电控取样筒结构6内设置筒体中心通道60和至少一个取样通道61，取样通道61的入口与取样层对应设置，取样通道61用于对应取样层的流体流通至筒体中心通道60；电控取样筒结构6可以通过设置多个可控的取样通道完成多个取样层的隔离采样，实现一趟管柱多层取样。

第一敷缆管51靠近井口的一端连接第二封隔器42，第一封隔器41和第二封隔器42内轴向贯通设置封隔器流体通道410，第二封隔器42靠近井口的一端连接泵组7，泵组7内轴向贯通设置泵组流体通道70，泵组7用于建立流体循环使取样层的流体流经对应的取样通道至筒体中心通道60；泵组7为取样层的流体流动提供动力，根据需求和工况，可设计为流体举升到地面或者流体仅举升至第二封隔器42以上两种形式。为确保泵组7不空吸，在下井前，将泵的入口以下至电控取样筒结构6上端充满液体(电控取样筒结构6内设置避免流体自内向外流出的单向阀)；

泵组7靠近井口的一端连通有第二敷缆管52，第二敷缆管52的内腔构成第二护管流体通道520；第一敷缆管51和第二敷缆管52依靠其机械强度实现井下工具结构100在套管内的下入及连续拖动，同时保护同行的电缆，为井下电控设备提供持续且可靠的电能和信息传输通道；

第一护管流体通道510、筒体中心通道60、封隔器流体通道410、泵组流体通道70和第二护管流体通道520呈连通设置构成系统采液通道301，在本实施方式中，磁定位短节将系统采液通道封闭；

第二敷缆管52、泵组7、第二封隔器42、第一敷缆管51、电控取样筒结构6和第一封隔器41内穿设电缆402，电缆402远离井口的一端电连接控制回路短节2；磁定位短节3、第一封隔器41、第一敷缆管51、电控取样筒结构6、第二封隔器42、泵组7和第二敷缆管52之间均通过电气及液压快速接头8导电连接；

地面结构200包括连续管作业机201和控制部202，电缆402位于井口的一端与控制部202电连接，控制回路短节2、磁定位短节3、第一封隔器41、电控取样筒结构6、第二封隔器42、泵组7和连续管作业机201均与控制部202电连接。在本实施方式中，自井口向内下入的电缆有4根，其中2根传递电源动力，2根传递信号，从地面的控制部202一直联通到井内底部的控制回路短节2处。

连续管作业机201实现井下工具结构100的下入及拖动，控制部202包括控制单元和信号处理单元，信号处理单元接收处理井下工具结构100测量的井下数据(磁定位短节3标定位置、取样层流体压力等)并将数据转达至控制单元，控制单元控制井下工具结构100的动作，从而实现井下坐封位置的确定，控制井下工具结构100的机械动作，判断取样条件以及完成取样等等。

本发明提供的井下流体分层取样系统，采用电气及液压快速接头进行相邻部件的电气和液压通道的快速连接，同时满足作业要求的机械强度，拆装快速且可靠性高；第一敷缆管和第二敷缆管依靠其机械强度实现井下工具结构在套管内的下入及连续拖动，同时保护同行的电缆，为井下电控设备提供持续且可靠的电能和信息传输通道；电控取样筒结构可以通过设置多个可控的取样通道完成多个取样层的隔离采样，实现一趟管柱多层取样；本发明的井下流体分层取样系统，适用于石油工业中各种井型的井下流体分层取样，实现快速且精准的流体样本获取，可显著提高取样效率和实施可靠性，降低成本。

进一步，如图5所示，电气及液压快速接头8包括接头内管81，接头内管81的内腔构成轴向贯通的接头流体通道80，接头内管81的外壁上套设绝缘套结构82，绝缘套结构82的侧壁内沿轴向穿设导电铜套83，导电铜套83用于磁定位短节3、第一封隔器41、第一敷缆管51、电控取样筒结构6、第二封隔器42、泵组7和第二敷缆管52之间相邻电缆的导电连接，绝缘套结构82的外壁上包覆接头外管84，接头内管81和接头外管84的端部均设置花键式插接结构，接头外管84的外侧扣设油壬接头。

为了实现井下工具结构100上各部件的快速连接，各部件的两端均加工成标准的连接结构，与电气及液压快速接头8快速电气及机械连接。电气及液压快速接头8采用模块化、标准化设计并制造，方便在整个井下工具结构100上多处使用，并实现各相邻部件内的电缆快速可靠连接。

进一步，第一敷缆管51可以为双层金属管或敷缆连续管结构，依靠其机械强度实现管柱在套管内的下入及连续拖动，同时保护同行的电缆，为井下电控设备提供持续且可靠的电能和信息传输通道。

取样层距离较近时(即管缆距离较近)，第一敷缆管51采用双层金属管即可，如图6所示，第一敷缆管包括同轴且径向间隔设置的护缆内管511和护缆外管512，护缆内管511和护缆外管512之间的环空构成电缆通道，护缆内管511的内腔构成护管流体通道。双层金属管的两端设置能与电气及液压快速接头8匹配连接的连接端头，连接端头内设有电缆过孔，经过电缆通道的电缆穿过电缆过孔后其端头插接于导电铜套83内，通过电气及液压快速接头8实现第一敷缆管51与其他部件的导电连接。

第一敷缆管51为敷缆连续管结构时，如图7所示，第一敷缆管51包括管本体513，管本体513的外壁上敷设绝缘耐腐套514，绝缘耐腐套514内敷设电缆，管本体513的内腔构成护管流体通道。管本体513采用金属连续管，管本体513的外壁上设非金属的绝缘耐腐套514，通过挤出工艺将电缆敷设入绝缘耐腐套514的侧壁内，起到绝缘和保护电缆的作用，适用于距离更长的管缆连接。敷缆连续管结构的两端设置能与电气及液压快速接头8匹配连接的连接端头，连接端头内设有电缆过孔，敷设入绝缘耐腐套514侧壁内的电缆穿过电缆过孔后其端头插接于导电铜套83内，通过电气及液压快速接头8实现第一敷缆管51与其他部件的导电连接。

进一步，第二敷缆管52为敷缆连续管结构，第二敷缆管52包括管本体513，管本体513的外壁上敷设绝缘耐腐套514，绝缘耐腐套514内敷设电缆，管本体513的内腔构成护管流体通道。管本体513采用金属连续管，管本体513的外壁上设非金属的绝缘耐腐套514，通过挤出工艺将电缆敷设入绝缘耐腐套514的侧壁内，起到绝缘和保护电缆的作用。敷缆连续管结构的两端设置能与电气及液压快速接头8匹配连接的连接端头，连接端头内设有电缆过孔，敷设入绝缘耐腐套514侧壁内的电缆穿过电缆过孔后其端头插接于导电铜套83内，通过电气及液压快速接头8实现第一敷缆管51与其他部件的导电连接。

第一敷缆管51和第二敷缆管52不仅能实现管柱在套管内的下入及连续拖动，保护同行的电缆，同时也用作井下工具结构100的过渡管柱，用以串联各个部件并调整它们之间的距离，通过调整其长度实现第一封隔器41和第二封隔器42之间的卡距调整，实现单一或多取样油层(目标油层)的封堵；或需要对多取样层进行取样时，调整第一敷缆管51的长度，满足取样需求。在本发明的一具体实施例中，通过预先制造的定长的敷缆连续管或者定长的双层金属管来实现长度或距离的调整，可预先制造两端设有连接端头的标准管，长度为1米、2米、5米或10米，其长度根据实际需求确定，标准管可快速组成任意长度(一般不超过20米)，满足现场需求。

进一步，如图1、图2、图3、图4所示，电控取样筒结构6包括至少一个呈筒状设置的取样器本体62，取样器本体62串接于第一敷缆管51上，取样器本体62上设置轴向贯通的本体中心孔，本体中心孔构成前述的筒体中心通道；取样器本体62的侧壁内沿轴向设置取样通道61，取样通道61上设置能与取样器本体62外侧连通的取样入口611，取样入口611构成取样通道的入口，取样通道61上还设置能与筒体中心通道60连通的取样出口612，取样出口612允许流体自取样通道61单向流入筒体中心通道60；取样器本体62上连接设置电控配产器63，电控配产器63用于控制取样通道61的开闭；电控配产器63内穿设电缆且电控配产器与控制部202电连接。在本实施方式中，电控配产器63上设置开度可调的取样水嘴，取样水嘴的出口和取样水嘴的入口处均设置水嘴压力传感器，水嘴压力传感器与控制部202电连接。电控配产器63控制取样通道61的开闭以完成筒体中心通道60与取样层之间的沟通和封闭，电控配产器63通过调整取样水嘴的开度来控制进入筒体中心通道60的流体的速度和压力，避免遇到高压力层时，取样通道内外突然沟通造成冲击，导致工具被破坏。电控配产器的水嘴前后均设置水嘴压力传感器(可同时设置温度传感器，以同时检测取样层的压力和温度)，用以判断流体是否稳定，从而确定此后取样所得即为该取样层的取样流体。

如图8所示，电控配产器63实质上是一个可控开关阀，可控开关阀的一阀口处设置前述的取样水嘴，取样水嘴(执行机构)在控制部(控制电路)的指令下，用以控制筒体中心通道60与取样器本体62外侧(井筒环空)的联通与关闭，可控开关阀上电连接配产执行机构631和配产控制电路632，配产执行机构631连接用于传递电源动力的2个电缆，配产控制电路632连接用于传递信号的2个电缆。配产控制电路632接收控制部202的指令，通过配产执行机构631完成阀口的调整及取样水嘴的开度调节；在取样水嘴与筒体中心通道60之间即取样出口处设有单向阀633，单向阀633用以允许取样流体自取样通道单向流入筒体中心通道60，防止筒体中心通道60内的液体流向井筒，也就是说在电控配产器63打开状态下，液体只能从井筒流向筒体中心通道60。因为单向阀633的作用，可保证该取样层流体体不受外界液体污染。电控配产器63(可控开关阀)用于沟通取样层流体(井液)，取样器本体62用于采集取样层流体(井液)，二者控制逻辑有别，比如，需要采样的时候，先打开电控配产器63(可控开关阀)，将取样层流体(井液)引入筒体中心通道60，然后根据设计选择某一个取样器本体62与筒体中心通道60沟通，完成该层取样。

需要一次下井多层取样时，如图4所示，电控取样筒结构6包括多个轴向间隔设置的取样器本体62，其数量由取样层的数量确定；各取样器本体62的取样入口611分别与各取样层对应设置，第一敷缆管51上位于相邻取样器本体62之间设置取样封隔器64，取样封隔器64内穿设电缆且取样封隔器64与控制部电连接。对其中一个取样层进行取液，当液流稳定达到取样要求后，打开对应的取样通道的电控配产器63的取样水嘴(电控配产器63上设有分配单元，分配单元的作用在于一趟管柱取样时，将多层的取样层流体分配到不同的取样器本体62内，分配单元指向哪个取样器本体62，哪个取样器本体62就处于工作状态，而其他的取样器本体62处于封闭状态。靠近电控配产器63(可控开关阀)的入口处有单向阀，用来引入流体进入取样器本体62，同时防止取样器本体62内的取样层流体返回到筒体中心通道60中；出口处也设有单向阀，其作用是沟通筒体中心通道60，在分配单元改变取样层后，防止井液进入已经完成采样的取样器本体62)，一定时间后关闭电控配产器63，实现该层的取样。在进入下一层取样流程后，开启另一个取样通道，完成取样。以此实现一趟管柱多层取样。

进一步，如图1、图2、图9所示，第一封隔器41和第二封隔器42均为电控封隔器，电控封隔器包括坐封胶筒411、挤压结构412和坐封驱动结构，坐封驱动结构包括坐封驱动电机413，坐封驱动电机413通过坐封丝杠机构414连接于挤压结构412上，挤压结构412用于径向推拉坐封胶筒411以进行坐封或解封；电控封隔器内穿设电缆且电控封隔器与控制部202电连接。在本发明的一具体实施例中，坐封驱动电机413输出轴通过坐封行星减速器415连接坐封丝杠机构414，坐封驱动电机413上连接坐封控制电路417，坐封驱动电机413连接用于传递电源动力的2个电缆，坐封控制电路417连接用于传递信号的2个电缆。坐封控制电路417接收控制部202的指令。坐封驱动电机413带动坐封丝杠机构414正转(顺时针或逆时针)，挤压结构412正行程向径向外侧挤压坐封胶筒411，坐封胶筒411外胀密封顶抵井筒实现坐封；坐封驱动电机413带动坐封丝杠机构414反转(逆时针或顺时针)，挤压结构412反行程，坐封胶筒411内缩离开井筒实现解封。坐封胶筒411的前后设有胶筒压力传感器416，用以监测封隔层段的压力，同时验证坐封效果。采用电控封隔器作为第一封隔器41和第二封隔器42，可多次快速坐封解封，实现一趟管柱多层取样的工艺要求。

进一步，如图1、图2所示，泵组7和第二敷缆管52之间还通过电气及液压快速接头8连接有电控锚定器9，电控锚定器9内穿设电缆且电控锚定器9与控制部202电连接。电控锚定器9能够降低泵组7工作时产生的振动对封隔器(第一封隔器41和第二封隔器42)密封性能的影响，同时能控制坐封精度，保证坐封点可靠不错动。

如图10所示，在本实施方式中，电控锚定器9包括卡瓦91、锚定丝杠机构92和锚定驱动电机93，锚定驱动电机93上连接锚定控制电路95，锚定控制电路95接收控制部202的指令；锚定驱动电机93通过锚定丝杠机构92与卡瓦91连接，锚定丝杠机构92在锚定驱动电机93的作用下径向推拉卡瓦91；电控锚定器9内穿设电缆且电控锚定器9与控制部202电连接。锚定驱动电机93连接用于传递电源动力的2个电缆，锚定控制电路95连接用于传递信号的2个电缆。在本发明的一具体实施例中，锚定驱动电机93正转(顺时针或逆时针)，驱动锚定丝杠机构92正行程，将卡瓦91涨出锚定；锚定驱动电机93反转(逆时针或顺时针)，驱动锚定丝杠机构92反行程，将卡瓦91收回解卡。为提高锚定驱动电机输出轴的扭矩，锚定驱动电机输出轴通过锚定行星减速器94连接锚定丝杠机构92。

进一步，磁定位短节3可以标定第一封隔器41的坐封位置，确保封层区间的准确性。磁定位短节3的基本电路原理如图11所示，磁定位短节3内设置感应线圈31，感应线圈31的两侧设置磁铁32，感应线圈31上顺序电连接放大电路33和整形电路34，整形电路34上连接磁定位电源35和磁定位信号输出单元36，磁定位电源35连接用于传递电源动力的2个电缆，磁定位信号输出单元36连接用于传递信号的2个电缆。磁定位短节3通过位置变化时感应线圈31内磁通量变化产生电动势的原理来确定坐封位置。

本发明还提供一种分层取样方法，其包括以下步骤：

步骤a、组装井下流体分层取样系统300；

组装前，应准备井筒：在作业前由采油厂完成洗井、通井、测井等相关工作，确定取样层等位置，为组装提供长度等参数；

根据井筒准备过程中得到的数据，根据取样层的位置确定各封隔器的卡距和位置，确定第一敷缆管51的长度，根据井深配套第二敷缆管52及地面的连续管作业机201等；

根据取样层的数量确定取样器本体62的数量，将所需数量的取样器本体62串接于第一敷缆管51上，各取样器本体62的安装位置由各取样层的位置确定；单个取样层时，其连接状态如图3所示，多个取样层时，其连接状态如图4所示；

完成井下工具结构100的组装；

布置井场，完成地面结构200的安装，并与井下工具结构100连接。

步骤b、将井下工具结构100下入井内；

步骤c、坐封井下工具结构100；

具体地，根据磁定位短节3测定的位置对比准备工作中的测井数据，确定第一封隔器41和第二封隔器42的坐封位置，到达坐封位置时，控制部202控制第一封隔器41和第二封隔器42坐封，使得取液层(产层)仅与两封隔器之间密封段沟通，同时控制电控锚定器9锚定，锁定坐封；

步骤d、取样通道61的取样入口611处取样层流体压力测定：根据入口处的水嘴压力传感器测定的流体压力值，适度开启取样水嘴的入口；

步骤e、开启泵组，使取样水嘴前后流体流动，由排量、压力、水嘴开度等参数判断流体是否已经稳定，并通过排液时间判断原封闭环空内的残余液体是否已经排空或者目前的混合流体是否已经是或近似是取样层流体。在本发明的一具体实施例中，排出防止空吸而预先充满的液体(原封闭环空中)5倍体积的液体，认为此时的流体已经是取样层流体。

步骤f、提取取样层流体：在判断达到取样条件后，开启取样通道，并完成取样后关闭该取样通道；

取样层流体从取样入口611进入筒体中心通道60，经第一护管流体通道510、封隔器流体通道410、泵组流体通道70和第二护管流体通道520，举升至地面，或者在一定位置返排到井筒内。

步骤g、单个取样层取样时，步骤f完成后，停泵解封；

多个取样层取样时，步骤f完成后，重复步骤d至步骤f，直至各取样层的取样完成。多个取样层取样时，通常应该由上至下逐层取样，目的是尽可能避免层间液体的污染，提高取样的准确性。

由上所述，本发明提供一种井下流体分层取样系统及分层取样方法具有如下有益效果：

本发明提供的井下流体分层取样系统，采用电气及液压快速接头进行相邻部件的电连接和机械连接，拆装快速且可靠性高；第一敷缆管和第二敷缆管依靠其机械强度实现井下工具结构在套管内的下入及连续拖动，同时保护同行的电缆，为井下电控设备提供持续且可靠的电能和信息传输通道；电控取样筒结构可以通过设置多个可控的取样通道完成多个取样层的隔离采样，实现一趟管柱多层取样；第一封隔器和第二封隔器采用电控封隔器，可多次快速坐封解封，实现一趟管柱多层取样的工艺要求；电控锚定器能够降低泵组工作时产生的振动对封隔器密封性能的影响，同时能控制坐封精度，保证坐封点可靠不错动；

本发明的井下流体分层取样系统及分层取样方法，适用于石油工业中各种井型的井下流体分层取样，实现快速且精准的流体样本获取，可显著提高取样效率和实施可靠性，降低成本。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种分层取样方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a、组装井下流体分层取样系统；

所述井下流体分层取样系统包括井下工具结构和地面结构；

所述井下工具结构包括设于远离井口一端的引导部，所述引导部靠近井口的一端通过控制回路短节连接磁定位短节，所述磁定位短节靠近井口的一端连接第一封隔器，所述第一封隔器靠近井口的一端连接第一敷缆管，第一敷缆管的内腔构成第一护管流体通道，所述第一敷缆管上串接电控取样筒结构，所述电控取样筒结构内设置筒体中心通道和至少一个取样通道，取样通道的入口与取样层对应设置，所述取样通道用于对应取样层的流体流通至筒体中心通道；所述第一敷缆管靠近井口的一端连接第二封隔器，所述第二封隔器内轴向贯通设置封隔器流体通道，所述第二封隔器靠近井口的一端连接泵组，所述泵组内轴向贯通设置泵组流体通道，所述泵组用于建立流体循环使取样层的流体流经对应的取样通道至筒体中心通道；所述泵组靠近井口的一端连通有第二敷缆管，第二敷缆管的内腔构成第二护管流体通道；第一护管流体通道、筒体中心通道、封隔器流体通道、泵组流体通道和第二护管流体通道呈连通设置；

第二敷缆管、泵组、第二封隔器、第一敷缆管、电控取样筒结构和第一封隔器内穿设电缆，电缆远离井口的一端电连接控制回路短节；磁定位短节、第一封隔器、第一敷缆管、电控取样筒结构、第二封隔器、泵组和第二敷缆管之间均通过电气及液压快速接头导电连接；

所述地面结构包括连续管作业机和控制部，电缆位于井口的一端与所述控制部电连接，控制回路短节、磁定位短节、第一封隔器、电控取样筒结构、第二封隔器、泵组和连续管作业机均与所述控制部电连接；

所述电控取样筒结构包括至少一个呈筒状设置的取样器本体，所述取样器本体上分别连接设置电控配产器，所述电控配产器用于控制取样通道的取样出口的开闭；所述电控配产器内穿设电缆且所述电控配产器与所述控制部电连接；

所述电控配产器设置于取样出口处，所述电控配产器上设置开度可调的取样水嘴，取样水嘴的出口和取样水嘴的入口处均设置水嘴压力传感器，所述水嘴压力传感器与所述控制部电连接；

步骤b、将井下工具结构下入井内；

步骤c、坐封井下工具结构；

步骤d、根据取样水嘴的入口处的水嘴压力传感器测定的流体压力值，适度开启取样水嘴的入口；

步骤e、开启泵组，使取样水嘴前后流体流动，判断是否达到取样条件；

步骤f、达到取样条件后，提取取样层流体，完成取样后关闭该取样通道；

步骤g、单个取样层取样时，步骤f完成后，停泵解封；

多个取样层取样时，步骤f完成后，重复步骤d至步骤f，直至各取样层的取样完成。

2.如权利要求1所述的分层取样方法，其特征在于，所述电气及液压快速接头包括接头内管，所述接头内管的内腔构成轴向贯通的接头流体通道；所述接头内管的外壁上套设绝缘套结构，所述绝缘套结构的侧壁内沿轴向穿设导电铜套，所述导电铜套用于磁定位短节、第一封隔器、第一敷缆管、电控取样筒结构、第二封隔器、泵组和第二敷缆管之间相邻电缆的导电连接，所述绝缘套结构的外壁上包覆接头外管，所述接头内管和所述接头外管的端部均设置花键式插接结构，所述接头外管的外侧扣设油壬接头。

3.如权利要求2所述的分层取样方法，其特征在于，所述第一敷缆管为双层金属管，所述第一敷缆管包括同轴且径向间隔设置的护缆内管和护缆外管，所述护缆内管和所述护缆外管之间的环空构成电缆通道，护缆内管的内腔构成护管流体通道。

4.如权利要求2所述的分层取样方法，其特征在于，所述第一敷缆管为敷缆连续管结构，所述第一敷缆管包括第一管本体，所述第一管本体的外壁上敷设第一绝缘耐腐套，所述第一绝缘耐腐套内敷设电缆，第一管本体的内腔构成护管流体通道。

5.如权利要求3或4所述的分层取样方法，其特征在于，所述第二敷缆管为敷缆连续管结构，所述第二敷缆管包括第二管本体，所述第二管本体的外壁上敷设第二绝缘耐腐套，所述第二绝缘耐腐套内敷设电缆，第二管本体的内腔构成护管流体通道。

6.如权利要求5所述的分层取样方法，其特征在于，所述取样器本体串接于所述第一敷缆管上，所述取样器本体上设置轴向贯通的本体中心孔，本体中心孔构成所述筒体中心通道；所述取样器本体的侧壁内沿轴向设置所述取样通道，所述取样通道上设置能与取样器本体外侧连通的取样入口，所述取样入口构成取样通道的入口，所述取样通道上还设置能与所述筒体中心通道连通的取样出口，所述取样出口允许流体自取样通道单向流入筒体中心通道。

7.如权利要求1所述的分层取样方法，其特征在于，所述电控配产器为可控开关阀，可控开关阀的一阀口处设置所述取样水嘴，可控开关阀上电连接配产执行机构和配产控制电路，配产控制电路接收控制部的指令，配产执行机构用以完成取样水嘴的开度调节；在取样出口处设有单向阀，单向阀用以允许取样流体自取样通道单向流入筒体中心通道。

8.如权利要求6所述的分层取样方法，其特征在于，所述电控取样筒结构包括多个轴向间隔设置的取样器本体，各取样器本体的取样入口分别与各取样层对应设置，所述第一敷缆管上位于相邻取样器本体之间设置取样封隔器，所述取样封隔器内穿设电缆且所述取样封隔器与所述控制部电连接。

9.如权利要求5所述的分层取样方法，其特征在于，所述第一封隔器和所述第二封隔器均为电控封隔器，所述电控封隔器包括坐封胶筒、挤压结构和坐封驱动结构，所述坐封驱动结构包括坐封驱动电机，所述坐封驱动电机通过坐封丝杠机构连接于所述挤压结构上，所述挤压结构用于径向推拉所述坐封胶筒以进行坐封或解封；所述电控封隔器内穿设电缆且所述电控封隔器与所述控制部电连接。

10.如权利要求5所述的分层取样方法，其特征在于，所述泵组和所述第二敷缆管之间还通过电气及液压快速接头连接有电控锚定器，所述电控锚定器内穿设电缆且所述电控锚定器与所述控制部电连接。