CN1912341B - 流体分析方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于分析流体的流体分析装置，该流体分析装置包括室、流体运动装置、加压装置和至少一个传感器。室限定用于接收流体的评估空腔。流体运动装置具有向流体施加压力的压力介质以引起流体在空腔中移动。加压装置以连续的方式改变流体的压力。所述至少一个传感器与流体连通用于感测流体的至少一个参数，同时以连续的方式改变流体的压力。

Description

流体分析方法和设备

技术领域

本发明涉及一种通过设置在穿过地下岩层的井孔中的井下工具进行地下地岩层的地层评估技术。更具体地，但并非作为限制，本发明涉及一种进行岩层流体测量的技术。

背景技术

钻井用以探测并生产碳氢化合物。推进在其末端处具有钻头的井下钻孔工具进入地面，以形成井孔。当推进钻孔工具时，通过钻孔工具抽吸钻探泥浆，取出钻头，以冷却钻孔工具并带走切削物。钻探泥浆又形成与井孔排成直线的泥饼。

在钻孔操作过程中，期望执行井孔所穿透的岩层的各种评估。在一些情况中，可以移走钻孔工具，并将钢丝绳工具展开至井孔中，以测试和/或采样岩层。在其他情况中，钻孔工具可以配备用以测试和/或采样周围的岩层的装置，并且钻孔工具可以用于执行测试或采样。这些采样或测试例如可以用于探测有价值的碳氢化合物。

岩层评估常常需要将岩层的流体吸入用于测试和/或采样的井下工具。各种装置，例如取样器从井下工具处延伸，以与围绕井孔的岩层的流体建立连通，并将流体吸入井下工具。典型的取样器是从井下工具延伸的圆形部件，并抵靠井孔的侧壁定位。取样器的末端处的橡胶封隔器用于与井孔的壁建立密封。用于与井孔形成密封的另一装置被称作双封隔器。利用双封隔器，两个弹性体环在工具周围径向膨胀，以隔离在其之间的一部分井孔。该环形构成与井孔壁的密封，并允许流体吸入到井孔的隔离部分，并进入井下工具中的入口。

与井孔排成直线的泥饼常常用于辅助取样器和/或双封隔器与井孔壁进行密封。一旦构成密封，通过降低井下工具中的压力，经入口将岩层的流体吸入井下工具。在U.S.专利Nos.6,301,959；4,860,581；4,936,139；6；585,045；6,609,568和6,719,049和U.S.专利申请No.2004/0000433中描述了用于井下工具的取样器和/或封隔器的例子。

对吸入到井下工具的流体进行典型的岩层评估。已经存在了对进入井下工具的流体进行各种测量。预测试和/或样品收集的现有技术。

可以测试通过井下工具的流体，以确定各种井下参数或特性。碳氢化合物容器流体的各种特性，比如容器状态下流体的粘度、密度和相特性，可以用于评估潜在的储量，用于确定多孔介质中的流动并且除此以外设计完井、分离、处理和计量系统。

此外，流体的样品可在井下工具中收集，并在表面处收回。井下工具在一个或多个样品室或瓶子中存储岩层流体，并将瓶子收回至地面，同时保持岩层流体加压。在U.S.专利No.6688390中描述了这种类型的采样的例子。这种样品有时被称作活流体。然后可以将这些流体发给合适的实验室，以用于进一步的分析。典型的流体分析或表征可以包括例如成分分析、流体特性和相特性。在一些情况下，也可以在井位置表面处利用可运输的实验室系统进行这种分析。

已经开发了执行活流体的表面测试技术。许多流体测量会需要一小时或更多时间。例如，利用相特性分析或确定，流体作为单相、液体或气体开始。温度保持恒定。以一系列微小的进程膨胀容积。在膨胀容积中的下一进程之前，压力必须保持恒定。为了加快稳定压力需要的时间，流体积极混合。这种混合典型地包括搅动、搅拌、剪切、振动和/或另外传输流体体积。在容积膨胀过程或步骤过程中，采用光学技术检测分离相的出现。例如，2微米分辨率高压照相机可以经由光学窗口照相，并且利用近红外线(NIR)可以进行光吸收的测量。

在采样过程中，容器流体可以显示多种相变。这些转变常常是当流体吸入到工具和/或回收至表面时出现的冷却、压力耗尽和/或成分变化导致的。流体相特性的表征是设计和优化矿场开发和生产的关键。岩层流体的温度(T)和压力(P)的改变常常引起多相分离(例如液体-蒸汽、液体-固体、液体-液体、蒸汽-液体等)以及相重组。类似地，单相气体典型地具有包络，在该包络处液体相分离，已知为露点。这些改变可以影响岩层评估过程中进行的测量。此外，在采样和在表面或现场外实验室处的测试之间存在时间上的明显延迟。

因此，期望提供能够执行代表岩层中流体的岩层评估的技术。进一步期望这种技术提供精确和实时测量。这种岩层评估将需要在井孔操作的尺寸和时间限制下工作，并且优选在井下执行。这种流体分析装置能够实施本发明期望的这种岩层评估。

发明内容

在至少一个方面中，本发明涉及一种用于分析流体的流体分析装置，该流体分析装置包括室、流体运动装置、加压装置和至少一个传感器。室限定用于接收流体的评估空腔。流体运动装置具有向流体施加压力的压力介质，以引起流体在空腔中移动。加压装置以连续的方式改变流体的压力。至少一个传感器与流体连通，以用于感测流体的至少一个参数，同时以连续的方式改变流体的压力。

在一种型式中，室特征在于当做流动管线，比如再循环回路。在另一型式中，室包括流动管线，与流动管线连通并限定评估空腔的旁路回路，以及定位在流动管线和旁路回路的评估空腔之间的至少一个阀门，用于选择性地将流体从流动管线转移进入旁路回路的评估空腔。

在另一型式中，流体运动装置包括泵。可选择的是，流体运动装置包括定位在评估空腔中并形成流体中的涡流的混合部件。在这种型式中，期望在涡流中至少定位一个传感器。

在又一型式中，集成流体运动装置和加压装置，并且共同包括第一外壳、第二外壳、第一活塞和第二活塞。第一外壳限定与室的评估空腔连通的第一空腔。第二外壳限定与室的评估空腔连通的第二空腔，第一空腔具有大于第二空腔的横截面积的横截面积。在第一空腔中定位并在第一空腔中可移动的第一活塞；以及在第二空腔中定位并在第二空腔中可移动的第一活塞；其中第一和第二活塞的运动是同步的，以同时引起流体的移动和腔中压力的变化。

在为了检测流体的相变而设计的型式中，至少一个传感器包括压力传感器。温度传感器和泡点传感器，压力传感器用于读出腔的评估空腔中的压力。温度传感器用于读出评估空腔中流体的温度。泡点传感器用于检测流体中泡的形成。

在另一型式中，本发明涉及一种定位在具有壁并穿透地下岩层的井孔中的井下工具，岩层其中具有的流体，井下工具包括外壳、流体连通装置和流体分析装置。流体连通装置从外壳可延伸。以用于密封与井孔壁的接合，流体连通装置具有用于接收来自岩层的流体的至少一个入口。在外壳中定位的流体分析装置，用于分析流体，该流体分析装置包括室、流体运动装置、加压装置和至少一个传感器。室限定用于接收来自流体连通装置的流体的评估空腔。流体运动装置具有向流体施加压力的压力介质，以引起流体在空腔中移动。加压装置以连续的方式改变流体的压力。至少一个传感器与流体连通，以用于感测流体的至少一个参数，同时以连续的方式改变流体的压力。

在一种型式中，流体连通装置包括至少两个入口，其中一个入口接收来自岩层的未开发的流体，在该型式中，井下工具进一步包括接收来自流体连通装置的一个入口的未开发的流体并将流体运输到评估空腔的流动管线。

本发明也涉及一种用于测量井孔中未知流体的参数的方法，该井孔穿透其中有流体的岩层。在该方法中，以与井孔壁密封的接合形式定位井下工具的流体连通装置。将流体从岩层吸出来，并进入井下工具中的评估空腔。在评估空腔中移动流体。并当流体在评估空腔中移动时，采样流体的数据。

在该方法的一种型式中，连续改变评估空腔中的压力，同时采样数据。

在该方法的另一种型式中，基于采样数据确定流体的泡点。

在该方法的又一另一种型式中，作为来自主流动管线的旁路回路进一步限定评估空腔，并且其中该方法进一步包括步骤：转移来自主流动管线的流体进入分离的评估空腔；再循环分离的评估空腔中的流体；并且采样分离的评估空腔中的转移流体的数据，同时再循环转移流体。

在进一步的型式中，混合在分离的评估空腔中收集的流体，而后再循环该混合流体。然后采样混合流体的数据，同时再循环混合流体。

一方面，流体连通装置是双封隔器，并且未知流体是未开发的流体。

附图说明

可以参照在附图中所示的实施例，更具体地对以上简要概括的本发明进行更加具体的描述，以便可以详细理解本发明的上面叙述的特征和优点。然而，需要指出，附图仅描述了本发明的典型实施例，并且不认为其限制了发明的范围，对于本发明来说可以准许其它的等效实施例。

图1是具有内部流体分析装置的井下钢丝绳工具的示意、部分横截面图，所述内部流体分析装置具有从钻塔悬吊的钢丝绳工具；

图2是具有内部流体分析装置的井下钻孔工具的示意、部分横截面图，所述内部流体分析装置具有从钻塔悬吊的井下钻孔工具；

图3是具有对准抵靠在井孔侧壁的取样器、与传送来自取样器的岩层流体的内部流动管线连通的流体分析装置的评估流动管线路的图1的井下工具的一部分图示；

图4是具有对准抵靠在井孔侧壁的取样器、与传送来自取样器的岩层流体的内部流动管线连通的流体分析装置的评估流动管线路的图1的又一型式的井下工具的一部分图示；

图5A是具有对准抵靠在井孔侧壁的取样器、与传送来自取样器的岩层流体的内部流动管线连通的流体分析装置的评估流动管线路的图1的另一型式的井下工具的一部分的示意性表示；

图5B是示出了评估流动管线中岩层流体的往复运动的图5A的井下工具的图示；

图6是具有对准抵靠在井孔侧壁的取样器、与传送来自取样器的岩层流体的内部流动管线连通的流体分析装置的评估流动管线路的图1的另一型式的井下工具的一部分图示；

图7是具有对准抵靠在井孔侧壁的取样器、与传送来自取样器的岩层流体的内部流动管线连通的流体分析装置的评估流动管线路的图1的另一型式的井下工具的一部分图示。

定义

因为某些术语首次使用，对贯穿该说明书地某些术语进行限定，同时下面对用于该说明书中的某些其他术语进行限定：

“环形的”意思是涉及或形成环，也就是线、带或以例如圆或椭圆的封闭曲线的形状设置。

“污染流体”意思是通常不适用于碳氢化合物流体采样和/或评估的流体，因为该流体包括污染物，比如来自钻凿钻孔中泥的滤液。

“井下工具”意思是通过比如钻柱、钢丝绳以及盘绕管，进入井孔中使用的工具，以用于执行涉及评估、制造和/或感兴趣的一种或多种地下岩层处理的井下操作。

“可操作地连接”意思是为了传送或传导信息、压力、能量或物质(包括流体)的直接或间接连接。

“未开发的流体”意思是在流体采样和分析矿场中足够纯净的、原始的、原生的和无污染的或另外考虑的地下流体，容许代表给定岩层，以用于有效的碳氢化合物采样和/或评估。

“流体”意思是“未开发的流体”或“污染流体”。

“连续的”意思是通过时间？空间或次序的不停延伸来标记。

具体实施方式

在上面指出的图中示出了本发明目前优选的实施例，并在下面详细描述。在描述优选实施例中，类似或相同的参考数字用于确定通用或同样的部件。不必依比例衡量附图，并且为清楚和简明起见，按比例或示意性的夸大示出了附图的某些特征和某些视图。

图1描述了从钻塔12悬入井孔14的依据本发明构造的井下工具10。井下工具10可以是能够执行岩层评估的任何类型的工具、比如钻孔、盘绕管或其它井下工具。图1的井下工具10是借助钢丝绳电缆16从钻塔12展开进入井孔14的传统的钢丝绳工具，并且邻近岩层F处定位图1的井下工具10。在美国专利Nos.4,860,581和4,936,139中描述了可以使用的钢丝绳工具的例子。

井下工具10配备有适于密封井孔14的壁20(下文中称为“壁20”或“井孔壁20”)的取样器18，并如箭头所示地从岩层F将流体吸入井下工具10。支持活塞22和24有助于抵靠井孔壁20推动井下工具10的取样器18。井下工具10也配备有依据本发明设置的流体分析装置26，以用于分析岩层流体。具体地是，流体分析装置26能够执行岩层评估和/或井下流体的分析，比如从岩层F产生的岩层流体。流体分析装置26借助于评估流管46接收来自取样器18的岩层流体。

图2描述了依据本发明构造的井下工具30的另一例子。图2的井下工具30是钻孔工具，其可以在一种或多种(或可以是自身)测量同时钻孔(MWD)的钻孔工具。测井同时钻孔(LWD)的钻孔工具或本领域的技术人员已知的其他钻孔工具之间转换。井下工具30连接至通过钻塔12驱动的钻柱32，以形成井孔14。井下工具30包括适于密封井孔14的壁20的取样器18a，以如箭头所示地从岩层F将流体吸入井下工具30。井下工具30也配备有流体分析装置26，以用于分析吸入井下工具30的岩层流体。流体分析装置26接收经由流动管线46来自取样器18a的岩层流体。

当图1和图2描述了井下工具中的流体分析装置26时，可以理解可以在井址或用于执行流体测试的现场以外处配备这种装置。通过在井下工具中定位流体分析装置26，可以收集涉及井下流体的实时数据。然而，也可以期望和/或必须测量表面和现场以外位置处的流体。在这种情况中，可以将流体分析装置定位在可传送至期望位置处的外壳中。可选择的是，可将流体样品带至表面或现场以外的位置，并在这种位置处于流体分析装置中测试。可以分析和比较来自各种位置的数据和测试结果。

图3是描述了流体流动系统34的图1的井下工具10的一部分的示意图。取样器18优选从井下工具10的外壳35延伸，以用于与井孔壁20接合。取样器18配备有用于密封井孔壁20的封隔器36。封隔器36接触井孔壁20，并形成与和井孔14排成行的泥饼40。泥饼40渗透进入井孔壁20，并在井孔14周围产生侵入带42。侵入带42包含泥和污染周围岩层的其他井孔流体，包括岩层F和包括在此的未开发的流体44的一部分。

流体流动系统34包括从取样器18中的入口延伸的评估流动管线46。虽然描述了将流体吸入井下工具的取样器，还可以使用其他流体连通装置。在US专利Nos.4,860,581和4,936,139中描述了用于将流体吸入流动管线的流体流通装置的例子，比如取样器和双封隔器。

评估流动管线46延伸进入井下工具10，并用于通过流体，比如为了预测试、分析和/或采样而进入井下工具10的未开发的流体44。评估流动管线46延伸至用于收集未开发的流体44的样品的样品室50。流体流动系统34也可以包括通过流动管线46吸入流体的泵52。

当图3示出了用于从岩层吸入流体的井下工具的示例结构时，本领域的熟练技术人员可以理解，可以使用多种结构的流动管线、泵、样品室、阀和其他装置，并且不试图限制本发明的范围。

如上面讨论的，井下工具10配备有分析岩层流体的流体分析装置26。具体地是，流体分析装置26能够实现井下测量，比如岩层流体的相测量、粘度测量和/或密度测量。通常，流体分析装置26具有室60。流体运动装置62、加压装置64和一个或多个传感器66(在图4、5A、5B，6和7中示出多个传感器，并为清楚起见而通过参照数字66a-g编号)。

室60限定用于接收岩层流体的评估空腔68。应理解，室60可以具有能够接收岩层流体的任何结构，并允许流体如这里所述的运动，从而实现测量。例如，如图3中所示，可以作为与评估流动管线46连通的旁路流动管线实现腔60，以定位岩层流体或将岩层流体转移进入旁路流动管线中。流体分析装置26也可以配备第一阀70、第二阀72和第三阀74，以用于选择性地将岩层流体转移进入室60或从室60中出来，以及将腔60与评估流动管线46隔离。

如图所示，为了将岩层流体转移进入室60，第一阀70和第二阀72打开，同时第三阀74关闭。转移岩层流体进入室60，同时泵52移动岩层流体。然后，第一阀70和第二阀72关闭，以隔离或分离室60中的岩层流体。如果期望，第三阀74可以打开，以允许井下工具10的常规或不同的操作。例如，阀74可以打开，并且阀70和72关闭，同时评估室60中的流体。可以如期望地添加附加的阀和流动管线或室，以促进流体的流动。

流体运动装置62用于移动和/或混合评估空腔68中的流体，以增强流体的均匀性、空化作用和循环。流体优选通过评估空腔68移动，以提高传感器66获得的测量精度。通常，流体运动装置62具有施加压力至岩层流体的压力介质，以引起岩层流体在评估空腔68中再循环。

流体运动装置62可以是能够施加压力至岩层流体。以引起在评估空腔68中再循环和任意混合岩层流体的任何类型的装置。流体运动装置62在室60中再循环通过传感器66的岩层流体。流体运动装置62可以是能够在室60中再循环岩层流体的任何类型的泵或装置。例如，流体运动装置62可以是正位移泵，比如齿轮泵、旋转叶片泵、螺旋泵、叶轮泵、蠕动泵或活塞和步进空腔泵。

当流体运动装置62混合流体，可以紧邻近在通过流体运动装置62形成的涡流中的流体运动装置62的排放侧定位一个传感器66(典型地具有光学吸收传感器的特征)。传感器66可以是能够测量流体参数的任何类型的传感器，比如实现光学吸收测量的传感器或装置。

加压装置64优选以连续的方式改变腔60中岩层流体的压力。加压装置64可以是能够与室60连通、并连续改变(和/或步进式改变)室60中岩层流体的压力的任何类型的设备或装置。在图3中示出的例子中，加压装置64配备有减压腔82、外壳84、活塞86和活塞运动控制装置88。活塞86具有外表面90，其协同外壳86以限定减压腔82。活塞运动控制装置88控制外壳84中活塞86的位置，以有效地改变减压腔82的体积。

当减压腔82的容积改变时，室60中的容积和压力也改变。因此，当减压腔82变大时，室60中的压力减小。类似地，当减压腔82变小时，室60中的压力增大。活塞运动控制装置88可以是能够实现活塞86的位置变化的任何类型的电和/或机械装置。例如，活塞运动控制装置88可以是在活塞86上的流体上加压的泵，或经由机械连接可操作地连接至活塞86的电动机，比如柱、凸缘或螺旋螺钉。

传感器66可以是能够感测有助于确定流体特征的信息的任何类型的装置，比如岩层流体的相特性。尽管在图3中仅示出了一个传感器66，流体分析装置26也可以配备多于一个的传感器66，例如如图6和7中所示。传感器66可以是例如压力传感器、温度传感器、密度传感器、粘度传感器、照相机、视细胞、NIR等等。优选至少采用一个传感器66进行光学吸收测量。在这种情况中，可以邻近窗(未示出)定位传感器66，以使传感器66可以观察或关于岩层流体的相变进行确定。例如，传感器66可以是允许通过个体观察岩层流体或当岩层流体通过时通过窗获得其图像的摄像机，从而可分析这些图像以判断泡的出现或指示岩层的相态变化。

流体分析装置26也配备与流体运动装置62、传感器66和活塞运动控制装置88通信的信号处理器94。信号处理器94优选控制活塞运动控制装置88和流体运动装置62，以实现室60中岩层流体的运动。处理器也可以以预定方式连续改变岩层流体的压力。尽管于此描述的信号处理器94仅作为以连续的方式改变腔60中的压力，可以理解，信号处理器94适于以任何预定方式变改腔60中的压力。例如，信号处理器94可以以连续的方式、步进方式或其组合的方式控制活塞运动控制装置88。信号处理器94也用于收集和/或操作通过传感器66产生的数据。

信号处理器94可以经由任何合适的通信链路与流体运动装置62、传感器66和/或活塞运动控制装置88通信，比如电缆或电线通信链路、航线通信链路、红外通信链路、微波通信链路等。尽管在对井下工具10的外壳35地描述中描述了信号处理器94，应理解，可以关于井下工具10远程配备信号处理器94。例如，可以在位于井位置或井位置远处的监控站处配备信号处理器94。信号处理器94包括能够执行推理的一个或多个电或光学装置，以实现流体运动装置62和活塞运动控制装置88的控制，以及收集来自于此所述的传感器66的信息。信号处理器也可与第一阀70、第二阀72和第三阀74通信，并控制第一阀70、第二阀72和第三阀74，以如上面所述地选择性地转移流体进入评估腔68，或从评估腔68流出。为简明起见，已从图3省略了表示在信号处理器94和第一阀70、第二阀72和第三阀74之间通信的线。

在使用中，如上面讨论的，信号处理器94可以用于选择性地激励阀70、72和/或74，以转移岩层流体进入腔60。信号处理器94可以关闭阀70和72，以隔离或分离腔60中的岩层流体。然后信号处理器94也可以激励流体运动装置62，以再循环方式移动腔60中的岩层流体。如图3中所示，再循环形成通过再加压装置64、传感器66和流体运动装置62的回路。由以流体连通结合的一系列流动管线组成该回路，以形成流动回路。在小的空间中，比如在井下工具中，流体典型地行进通过狭窄的流动管线。在这种狭窄流动管线中混合常常是困难的。因此在回路中循环流体，以当它通过狭窄流动管线时增强流体的混合。在不包括狭窄流动管线的其他应用中，也期望用这种回路混合。

信号处理器94激励活塞运动控制装置88，以便以预定方式开始改变室60中的压力。在一个例子中，信号处理器94启动活塞运动控制装置88，以合适的速率连续对室60中的岩层流体减压，以在短时间内实现相测量，有时小于15分钟。当对室60连续减压时，信号处理器94收集来自传感器66的数据，以优选实现光学吸收测量(也就是散射)，同时也监控室60中的压力，以提供对岩层流体相特性的精确测量。

井下工具10也配备用于选择性地将岩层流体转移进入样品室50或经由返回线98转移至井孔14的第四阀96。井下工具10也可以配备从样品室50的后侧延伸的出口99。

应理解在井下工具10和30中可以各种方式应用流体分析装置26。关于井下工具10中并入流体分析装置26的以上说明同样适用于井下工具30。此外，通过本发明实现关于流体分析装置26对井下工具10和30的各种修改。关于井下工具10的多种修改在下面描述。然而，应当理解，这些修改同样可用于井下工具30。

应当理解，相特性测量不是仅可以进行的测量，虽然相位边界确定对搅动更灵敏为似是而非的，也期望精确测量，例如多成分混合物中的密度和粘度。实际上，利用连续或步进减压可以做到测量。如果是步进式，利用相同的样品或优选来自流动管线的流体的新鲜试样，通过对相位边界执行两次减压，操作的附加模式变为可能。如果采用分立的压力步骤，那么具有恒定减压的第一减压引起相位边界压力的粗评估。粗评估可用于以对数减小步尺寸减小压力的第二减压周期：随着压力减小，例如对数地减小压力减量的幅度(或以一些其他数学方式，使压力减量减小)，因为压力趋于从第一测量获得的评估。在低于该评估的压力处，随着压力减小，压力步尺寸增大，该程序可以给出更精确的答案。

温度和最小程度的井下工具10或30中的压力可以不等于容器F的温度和压力。为了获得所需状态的从井下工具10或30的状态处测量的值的评估，期望包括容器温度和压力以及随温度和压力变化的特性的评估，以及这些值与可以从一组温度和压力至另一组外推的模型组合。因此，期望在该区域处执行测量，并同时改变至另一区域，或缩回井下工具10或30，从而可以测量需要的导数，而后与状态的方程组合。

现在讨论图4-7。为了简化图4-7，不示出信号处理器94和相关的通信链路。

在图4中示出的是井下工具10a，类似于以上所述的参照图3的井下工具10的结构和功能，除了井下工具10a配备有两个流体分析装置26。具有多流体分析装置26的优点允许井下工具10a回收岩层流体的一种以上的样品，并且同时或间歇地测试样品。允许比较样品的结果，以提供井下测量的精度的更好指示。尽管在图4中仅出了两个流体分析装置26，应理解，井下工具10a可以在井下工具中的各种位置处配备任何数量的流体分析装置26。在图4中示出的例子中，每一流体分析装置26选择性地与评估流动管线46通信。也可以理解，可以独立地操作流体分析装置26和/或在独立的流动管线上使用。

在图5A和5B中示出的是井下工具10b，其类似于以上所述的参照图3的井下工具10的结构和功能，除此以外井下工具10b包括泵装置180，所述泵装置180结合图3的流体运动装置62和加压装置64的功能性。图5A示出了在上行冲程位置处具有泵装置的井下工具10b，并且图5B示出了在下行冲程位置处具有泵装置的井下工具10b。泵装置180配备有第一容器182、第二容器184、活塞装置186和原动力电源188。

活塞装置186包括在第一容器182中可滑动定位的第一主体192，以限定与评估空腔68连通的第一室193。活塞装置186也包括在第二容器184中可滑动定位的第二主体194，以限定与评估空腔68连通的第二室196。图5a和5b描述了第一和第二主体192和194的运动。

动力电源188移动活塞装置186的第一和第二主体192和194，因为第一和第二主体192和194的相对位置改变，在室60中分离的岩层流体通过传感器66a-e、并在第一和第二腔193和196之间转移。为了在第一和第二主体192和194移动时引起压力变化，第一室193具有直径A，并且第二室196具有直径B、直径B优选小于直径A。因为第一和第二室193和196具有不同的直径，当第一和第二主体192和194移动时，第一室193、第二室196和评估空腔68组合成的容积改变。

动力电源188同时在如图5B中所示的第一方向200上移动第一和第二主体192和194，以引起岩层流体F经过传感器66a-e从第二腔196移动至第一腔193，同时对评估空腔68减压。例如，如果在距离(ds)的运动过程中，第一室193中的第一主体192抽进大约5cc的流体，并且第二室196中的第二主体194推出大约4.8cc的流体，将存在大约0.2cc的纯增加，同时大约4.88cc的岩层流体移动通过传感器66a-e。

动力电源188可以是任何装置或能够移动第一主体192和第二主体194的装置。例如活塞装置186可以包括连接至第一主体192和第二主体194的驱动螺钉202。动力电源188可利用电动机204驱动驱动螺钉202，电动机204可操作地连接至定位于驱动螺钉202上的驱动螺母206。可选择的是，液压泵可以复位或控制活塞装置186的位置。

在图6中示出的是井下工具10c，其类似于上述的参照图4的井下工具10a的结构和功能。除此以外井下工具10c进一步具有一个或多个隔离阀220和222。井下工具10c具有两个或多个流体分析装置26。如参照图4在上面讨论的，具有多个流体分析装置26的优点是允许井下工具10a或10c回收岩层的一种以上的样品，并同时或间隙地测试样品。允许比较样品结果，从而为井下测量的精度提供更好的指示。

除了将一个流体分析装置26的室60连接至另一流体分析装置26的室60的隔离阀220和222，井下工具10c允许隔离阀220和222是打开的，从而混合通过两个流体分析装置26分别分离的样品。然后可以关闭隔离阀220和222，并且通过流体分析装置26分别测试混合的岩层流体。

在图7中示出的是井下工具10d，其类似于以上所述的参照图4的井下工具10a的结构和功能，除此以外井下工具10d进一步配备取样器230，取样器230除具有评估流动管线46外，还具有清理流动管线232取样器，并且一个流体分析装置26连接至清理流动管线232。井下工具10d也配备连接至清理流动管线232的泵234，以用于将岩层污染流体从岩层吸出，并用于转移污染的流体至流体分析装置26。

流体分析装置26可以用于分析评估和清理流动管线46和232中的流体。从流体分析装置26产生的信息可以用于确定作为污染水平的信息。如示出的，评估流动管线46连接至样品室50，从而可以对流体采样。当污染水平降至低于可接受的水平时，进行典型地这种采样。所描述的清理流动管线232连接至井孔14，以将流体泵出工具10d。可选择的是，可以提供各种装配阀门，以如期望地选择性地将来自一个以上流动管线的液体转移进入样品室或井孔。

虽然示出了这里描述的井下工具具有将流体吸入井下工具的取样器。本领域的技术人员可以理解也可以使用将流体吸入井下工具的其他装置。例如，双封隔器可以在一个或多个流动管线的入口周围径向膨胀，以在其中隔离井孔14的一部分，并且将流体吸入井下工具。

此外，虽然于此示出和描述的流体分析装置26与井下工具10、10a、10b、10c、10d和30组合使用还应当理解可以在其他环境中采用该流体分析装置26，例如便携式实验室环境、或稳定的实验室环境。

从上面的描述可以理解，可以在本发明的优选和替代实施例中进行各种修改和改变，而不脱离它的实质精神。

该说明书仅出于解释目的，并且没有限制之意。仅通过下面的权利要求的语言确定本发明的范围。权利要求中的术语“包括”意指“至少包括”，以使权利要求中部件的叙述清单是开放的组“一”“一个”和其他单数词试图包括其复数形式，除非特别排除。

Claims (27)

1.一种用于分析流体的流体分析装置，该流体分析装置包括：

限定用于接收流体的评估空腔的室；

具有压力介质的流体运动装置，所述压力介质对流体施加压力以引起流体在空腔中移动；

加压装置，以连续的方式改变流体的压力；以及

与流体连通的至少一个传感器，以用于感测流体的至少一个参数，同时流体的压力以连续的方式改变。

2.如权利要求1所述的流体分析装置，其中室的特征在于当做流动管线。

3.如权利要求2所述的流体分析装置，其中流动管线的评估空腔被构置成再循环回路。

4.如权利要求1所述的流体分析装置，其中室包括：

流动管线；

与流动管线连通并限定评估空腔的旁路回路；以及

定位在流动管线和旁路回路的评估空腔之间的至少一个阀门，以用于选择性地将流体从流动管线转移进入旁路回路的评估空腔。

5.如权利要求1所述的流体分析装置，其中流体运动装置包括泵。

6.如权利要求1所述的流体分析装置，其中流体运动装置包括定位在评估空腔中并形成流体中的涡流的混合部件，并且其中传感器定位在涡流中。

7.如权利要求1所述的流体分析装置，其中集成形成流体运动装置和加压装置，并且共同包括：

第一外壳，限定与室的评估空腔连通的第一空腔；

第二外壳，限定与室的评估空腔连通的第二空腔，第一空腔具有大于第二空腔的横截面积的横截面积；

在第一空腔中定位并在第一空腔中可移动的第一活塞；以及

在第二空腔中定位并在第二空腔中可移动的第二活塞；其中第一和第二活塞的运动是同步的，以同时引起流体的移动和室中压力的变化。

8.如权利要求1所述的流体分析装置，其中至少一个传感器包括：

压力传感器，用于读出室的评估空腔中的压力；

温度传感器，用于读出评估空腔中流体的温度；以及

泡点传感器，用于检测流体中泡的形成。

9.一种可定位在具有壁并穿透地下岩层的井孔中的井下工具，岩层中具有流体，该井下工具包括：

外壳；

可从外壳延伸的流体连通装置，用于与井孔壁密封的接合，流体连通装置具有用于接收来自岩层的流体的至少一个入口；

定位在外壳中用于分析流体的流体分析装置，该流体分析装置包括：

限定用于接收来自流体连通装置的流体的评估空腔的室；

具有压力介质的流体运动装置，所述压力介质对流体施加压力，以引起流体在评估空腔中移动；

改变流体压力的加压装置；以及

与流体连通的至少一个传感器，用于感测流体的至少一个参数。

10.如权利要求9所述的井下工具，其中加压装置以连续方式改变流体的压力，并且其中至少一个传感器感测流体的至少一个参数，同时流体的压力以连续的方式改变。

11.如权利要求9所述的井下工具，其中室的特征在于当做流动管线。

12.如权利要求11所述的井下工具，其中流动管线的评估空腔被构置成为再循环回路。

13.如权利要求9所述的井下工具，其中室包括：

流动管线；

与流动管线连通并限定评估空腔的第一旁路回路：以及

定位在流动管线和第一旁路回路的评估空腔之间的至少一个阀门，用于选择性地将流体从流动管线转移进入旁路回路的评估空腔。

14.如权利要求13所述的井下工具，其中室进一步包括与流动管线连通并形成分离的评估空腔的第二旁路回路。

15.如权利要求14所述的井下工具，进一步包括用于混合流体的装置，该流体来自由第一和第二旁路回路限定的评估空腔。

16.如权利要求9所述的井下工具，其中流体运动装置包括泵。

17.如权利要求9所述的井下工具，其中流体运动装置包括定位在评估空腔中并在流体中形成涡流的混合部件，且其中传感器定位在涡流中。

18.如权利要求9所述的井下工具，其中集成流体运动装置和加压装置，并且共同包括：

第一外壳，限定与室的评估空腔连通的第一空腔：

第二外壳，限定与室的评估空腔连通的第二空腔，第一空腔具有大于第二空腔的横截面积的横截面积；

在第一空腔中定位并在第一空腔中可移动的第一活塞；以及

在第二空腔中定位并在第二空腔中可移动的第二活塞，其中第一和第二活塞的运动是同步的，以同时引起流体的移动和室中压力的变化。

19.如权利要求9所述的井下工具，其中至少一个传感器包括：

压力传感器，用于读出室的评估空腔中的压力；

温度传感器，用于读出评估空腔中流体的温度；以及

泡点传感器，用于检测流体中泡的形成。

20.如权利要求9所述的井下工具，其中流体连通装置包括至少两个入口，一个入口接收来自岩层的未开发的流体，并且其中井下工具进一步包括接收来自流体连通装置的一个入口的未开发的流体并将流体输送入评估空腔的流动管线。

21.一种用于测量穿透其中具有流体的岩层的井孔中未知流体参数的方法，包括步骤：

将井下工具的流体连通装置定位成与井孔的壁密封接合；

将流体从岩层抽出，并汲入井下工具中的评估空腔；

在评估空腔中移动流体；以及

当流体在评估空腔中移动的同时采样流体数据。

22.如权利要求21所述的方法，进一步包括在采样数据的同时连续改变评估空腔中的压力的步骤。

23.如权利要求22所述的方法，进一步包括基于采样数据确定流体的泡点的步骤。

24.如权利要求21所述的方法，其中评估空腔被进一步限定当作主流动管线的旁路回路，并且其中该方法进一步包括步骤：

将来自主流动管线的流体转移进入分离的评估空腔：

再循环分离的评估空腔中转入的流体；并且在转入的流体受到再循环的同时，采样分离的评估空腔中转入流体的数据。

25.如权利要求24所述的方法，进一步包括步骤：

混合评估空腔和分离的评估空腔中的流体；

再循环混合流体；以及

在混合流体受到再循环的同时，采样混合流体的数据。

26.如权利要求21所述的方法，其中流体连通装置是双封隔器，并且其中未知流体是未开发的流体。

27.一种在具有壁并穿透地下岩层的井孔中定位的井下工具，岩层于其中具有流体，井下工具包括：

外壳；

可从外壳延伸的流体连通装置，用于与井孔壁密封接合，流体连通装置具有用于接收来自岩层的流体的至少一个入口；

定位在外壳中用于分析流体的流体分析装置，该流体分析装置包括：

限定构造成为再循环回路的评估空腔的室，用以接收来自流体连通装置的流体；

具有压力介质的流体运动装置，所述压力介质向流体施加压力以引起流体在再循环回路中再循环；

改变流体压力的加压装置；以及

与流体连通的至少一个传感器，用于感测流体的至少一个参数。

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