NO313716B1 - Fremgangsmåte og testinstrument for fremskaffelse av en pröve av et porefluid med intakt fase - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt en fremgangsmåte og et apparat for testing av grunnformasjoner under jordoverflaten, og særlig en fremgangsmåte og et apparat for å ta prøver av porevæske (connate fluid) ved formasjonstrykk, gjenvinning av prøvetagningene og transport av disse til et laboratorium for analyse mens formasjonstrykket opprettholdes. Enda mer spesielt angår foreliggende oppfinnelse prøvekar som benyttes i forbindelse med flere prøvetagninger i felten på grunnformasjoner under jordoverflaten, hvor prøvekarene er løsbart montert til flerprøve-instrumenter og kan skilles fra disse for separat transport til et egnet sted for laboratorie-undersøkelser, eller for analyser på stedet.

Prøvetagningen av fluider som forefinnes i grunnformasjoner under jordoverflaten omfatter en fremgangsmåte for testing av formasjonssoner av mulig interesse ved å fremskaffe en prøve av eventuelt forekommende fluider som er tilstede, for senere analyse i laboratorie-omgivelser, mens det utøves så liten skade som mulig på de testede formasjoner. Formasjonsprøven er i hovedsak en punktprøve av den mulige produksjon fra grunnformasjoner under jordoverflaten. Dessuten foretas en kontinuerlig opptegning av styringen og av rekkefølgen til begivenheter som inntreffer mens testen utføres, ved overflaten. Fra disse opptegnelser kan verdifull informasjon angående trykk og permeabilitet samt data som bestemmer fluidets kompressibilitet, tetthet og relative viskositet, fremskaffes for analyse av reservoarer i grunn-formas j onen.

Tidligere kjente prøvetagningsinstrumenter for fluider i formasjoner er f.eks. beskrevet i US-patent nr. 2.674.313. Disse instrumenter har ikke på alle måter vært hensiktsmessi-ge da de har vært begrenset til å foreta én enkelt prøve ved hver nedsending i borehullet. Senere utviklede instrumenter egner seg også for flere prøvetagninger, men hvor vellykket disse prøvetagningsutstyr har blitt, har i noen grad vært avhengig av karakteristikkene til de spesielle formasjoner som skal testes. Når f.eks. formasjonene var av en ikke-konsoli-dert type, krevdes et annet samplingsapparat enn ved steder hvor formasjonene var konsoliderte.

Flerprøve-instrumenter for bruk nede i borehullet er blitt utviklet med bevegbare samplingsprober innrettet for å bringes i inngrep med borehullets vegg ved den formasjon som har vært civ interesse, for deretter å trekke ut fluid-sampler fra veggen og måle trykket. Ved denne type instrumenter for bruk nede i borehullet, er det typisk å benytte et internt bevegbart stempel som på hydraulisk eller elektrisk måte kan resiproseres for å øke det innvendige volum til et kammer anordnet Jior opptak av fluid inne i instrumentet etter inngrep med borehullets vegg. Denne virkemåten reduserer trykket ved grenseflaten mellom instrumentet og formasjonen, noe som forårsaker at fluid strømmer fra formasjonen inn i det fluid-mottagende kammer i verktøyet. Tidligere har stemplene bare forårsaker en sugende virkning når de beveger seg i én bestemt retning. Ved tilbakeslaget av stempelet vil dette ganske enkelt tømme ut prøvetagningen av fluidet i formasjonen gjennom den samme åpning som prøven ble tatt med, og utfører således ingen pumping. Dessuten vil enveis-virkende stempler med et pumpende system av denne natur bare være i stand til å bevege fluidet som blir pumpet i én retning og dermed forårsake at samplingssystemet blir relativt langsomt-virkende .

Tidligere kjente flerprøve-instrumenter for bruk nede i borehull var ikke forsynt med muligheten for stort sett kontinuerlig pumping av formasjonsfluidet. Selv verktøy med stor kapasitet har tidligere vært begrenset av en maksimal innsamlingskapasitet, ved drift nede i hullet, på bare ca. 1000 cm<3>, og de har derfor ikke tidligere hatt mulighet for på selektiv måte å pumpe ulike fluider til og fra formasjonen, til og fra borehullet, fra borehullet til formasjonen, eller fra formasjonen til borehullet. US-patent nr. 4.513.612 beskriver et "Multiple Flow Rate Formation Testing Device and Method" og viser hvordan et relativt lite volum kan tømmes ut i borehullet eller tvinges tilbake til formasjonen. Bruken av "passive" ventiler som er vist i forbindelse med denne fremgangsmåten, utelukker tilbakerettet strømning. Denne fremgangsmåten innebærer begrensning til ett slag i reverserende strømningsretning, omtrent som ved en injeksjonskanyle, men det er ikke mulig å overføre store volumer av fluid mellom to reservoarer på en nær kontinuerlig måte ved hjelp av denne fremgangsmåten. Det er derfor ønskelig å tilveiebringe et samplingsverktøy som muliggjør anvendelse nede i borehullet og har en bedret pumpekapasitet med ubegrenset kapasitet for uttømming av formasjonsfluid i borehullet og med muligheten for å oppnå en to-veis pumping av fluidet, slik at man kan få en reversering av strømningen, noe som tillater at fluid kan overføres til eller fra en formasjon. Det er videre ønskelig å tilveiebringe et prøveinstrument for bruk nede i borehull med mulighet for selektiv pumping av ulike fluider slik som formasjonsfluid, kjente oljetyper, kjente sammensetninger av vann, kjente blandinger av olje og vann, kjente gass/væske-blandinger og/eller brønnkompletteringsfluid for dermed å tillate bestemmelse på stedet av formasjonspermeabilitet, relativ permeabilitet og relativ viskositet og å verifisere virkningen som et utvalgt fluid for behandling av formasjonen har på produktiviteten av porefluid som foreligger i formasjonen.

I alle tidligere kjente tilfeller omfatter fler-prøvningsutstyr for sampling nede i borehullet en fluidkrets for samplingssystemet og denne krever at porevæsken som trekkes ut fra formasjonen, sammen med et vilkårlig fremmed materiale slik som finkornet sand, stein, slamkaker, osv. som samplingsproben støter på, kan trekkes inn i et kammer med relativt lite volum og tømmes ut i borehullet når verktøyet lukkes som vist i US-patent nr. 4.416.152. Før verktøyet lukkes, kan det tillates at en prøvetagning flyter inn i en prøvetagningstank gjennom en separat, men parallelt anordnet krets. Andre fremgangsmåter gjør det mulig å innsamle prøve-tagningen gjennom den samme fluidkretsen.

US-patent nr. 3.813.936 beskriver et ventilelement 55 i spalte 11, linjene 10-25, og denne ventilen tvinger innsamlet fluid fra borehullet til å foreta en "tilbakerettet strøm" gjennom et skjermelement når "ventilelementet 55" trekker seg tilbake. Denne reverserte strøm med begrenset volum tenkes å rense skjermelementet og kan, særlig fordi den har et svært begrenset volum, ikke sammenlignes med en to-veis strøm som er beskrevet i foreliggende oppfinnelse.

Slamfiltrat tvinges inn i formasjonen under borepro-sessen. Dette filtrat må skylles ut av formasjonen før en sann, ikke-forurenset prøve av porefluidet kan innhentes. Tidligere kjent utstyr har en første prøvetagningstank for innsamling av filtratet og en andre prøvetagningstank for innsamling; av porefluidet. Problemet med denne prosedyren er at volumet til filtratet som skal fjernes er ukjent. Av denne grunn er det ønskelig å pumpe ned formasjonsfluid som er forurenset; med filtrat fra grunnformasjonen inntil ikke-forurenset: porefluid kan identifiseres og produseres. Konven-sjonelle tiest-instrumenter for bruk nede i borehullet har ikke noen ubegrenset kapasitet for pumping av fluid og kan derfor ikke sikre en fullstendig utskylling av forurensnings-stoffet i filtratet før sampling foretas.

Estimater av formasjonens permeabilitet gjennomføres rutinemes.'3ig fra trykkendringer som oppnås med ett eller flere prøvetagningsstempler. Disse analyser krever at visko-siteten til fluidet som strømmer under pumpeprosessen er kjent. Dette oppnås best ved å injisere et fluid med kjent viskositet fra verktøyet inn i formasjonen og sammenligne dets viskositet med det mottatte formasjonsfluid. Permeabili-teten som bestemmes på denne måten kan deretter på pålitelig måte sammenlignes med formasjonene i brønner på andre steder for å optimalisere gjenvinningen av fluid.

En reversibel pumperetning vil også tillate at et kjent fluid injiseres fra verktøyet eller borehullet inn i grunn-formas j onen. F.eks. kan et behandlingsfluid som er lagret i en innvendig tank eller et innvendig rom i instrumentet, eller som trekkes ut fra borehullet, injiseres i grunn-forma sjonen. Etter at injeksjonen har skjedd, kan en ekstra nedtrekni.ng og/eller prøvetagning finne sted for å bestemme virkningen av behandlings- eller kompletteringsfluidet på produktiviteten til formasjonen. Tidligere kjente instrumenter for prøvetagning av formasjonen har ikke vært utstyrt med muligheter for å fastlegge det optimale samplingstrykk. Foreliggende oppfinnelse muliggjør også en positiv fremgangsmåte for å overvinne differensiell fastholdelse av pakningen ved pumping av fluid inn i formasjonen under høyt trykk, slik at pakningen bringes ut av sitt leie.

WO 91/12411 beskriver en testinstrument for brønnfluider og en fremgangsmåte for innhenting av hydrokarbonprøver i en fase fra dype brønner. Testinstrumentet senkes til den nød-vendige dybden, og et innvendig prøvekammer åpnes så for å la brønnfluid inntre i en styrt hastighet, <p>g deretter stenges prøvekammeret automatisk. Brønnfluid-prøven settes umiddel-bart under høyt trykk for å holde prøven i sin opprinnelige form i en fase til den kan analyseres. Prøven er trykksatt ved hjelp av et hydraulisk drevet flytende stempel som drives av gass under høyt trykk som virker på et annet flytende stempel. Når prøvetagningen settes i gang, f.eks. av en intern klokke, er hele sekvensen automatisk. Det er også beskrevet en transportbeholder for prøven for å separere prøven fra verktøyet og holde det i form av en fase under transport til et laboratorium for analyse.

Foreliggende oppfinnelse overvinner vanskelighetene ved tidligere kjent teknikk, idet den frembringer en fremgangsmåte og et apparat for å fastlegge det trykk, det volum og den temperatur (PVT) som råder på stedet under målingen, ved å benytte et dobbeltvirkende, to-veis fluidstyringssystem som innbefatter en dobbeltvirkende, to-veis stempelpumpe som er i stand til å foreta en pumpende aktivitet i begge slag-retninger og er i stand til å gi en to-veis fluidstrøm ved hjelp av ventilbevegelser og, som gir mulighet for en selektiv uttømming av det mottatte porefluid i brønnen eller i karet som rommer prøven, eller pumping av fluid fra borehullet eller fra et kar som inneholder prøvetagningen ut i formasjonen. Prøvetagningene av porefluidet blir fremskaffet på en slik måte at prøven ikke gjennomgår noen faseseparasjon ved noe som helst tidspunkt under prosessen med å tilveiebringe prøven.

Et grunnleggende prinsipp ved foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en ny fremgangsmåte for fremskaffelse av en prøvetagning av porefluidet fra en grunnformasjon under jordoverflaten, for å gjenvinne prøvetagningen til overflaten og for å fremskaffe et trykksikkert kar for transport av prøvetagningen til et egnet laboratorium for analyseformål, mens trykket som forelå i formasjonen opprettholdes.

Det er videre et trekk ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en ny fremgangsmåte og et nytt apparat for å fremskaffe en fluidprøve fra en grunnformasjon under jordoverflaten, styre samplingstrykket på ønsket måte, og deretter tilbakeføre prøvetagningen av porefluidet og bringe denne til et egnet laboratorium for analyse; mens det modifiserte trykket i prøven opprettholdes.

Et ytterligere trekk ved foreliggende oppfinnelse er å fremskaffe en ny fremgangsmåte og et nytt apparat for å skaffe tilveie og gjenvinne prøvetagninger med opprinnelige egenskaper (connate samples) fra grunnformasjoner under jordoverflaten, hvor apparatet for frembringelse av prøven utgjør en komponent av et flerprøve-instrument for bruk nede i borehullet og omfatter et demonterbart prøvekar eller prøvebehol-der inne i hvilken fluidet kan gjenvinnes og transporteres til et laboratorium for analyse mens fluidprøven opprettholdes under forutbestemte trykkforhold som overskrider boblepunktstrykket for fluidprøven.

Et ytterligere trekk ved foreliggende oppfinnelse er å fremskaffe: en ny fremgangsmåte og et nytt apparat for å tilveiebringe en prøve av porefluid (connate fluid) fra en grunnformsisjon under jordoverflaten, ved formasjonens temperatur og bringe fluidprøven under overtrykk inne i et kar for gjenvinning av prøven, slik at formasjonsprøven vil oppretthoJ.de et trykk over prøvens boblepunkt for å unngå faseseparaisjon etter at prøvekaret og prøven har kjølt seg ned til overflatetemperatur.

Kort sagt kan de forskjellige trekk ved foreliggende oppfinnelse realiseres på effektiv måte ved tilveiebringelse av et testinstrument for bruk nede i borehull i formasjonen, hvilket instrument i tillegg til at det er i stand til å gjennomføre flere forutbestemte tester nede i borehullet av formasjonen og formasjonsfluidet, er innrettet til å gjenvinne og romme minst én prøve av porefluidet som kan transporteres cil overflaten sammen med testinstrumentet for formasjonen. Deretter separeres prøven, som holdes under formasjonstrykk eller et trykk som overskrider formasjonstrykket, fra testinstrumentet og føres til et egnet laboratorium for analyse.

Fordeler som nevnt ovenfor oppnås ved hjelp av en frem-gangmåte og et instrument ifølge oppfinnelsen slik det er angitt i de nedenfor fremsatte patentkrav.

For å oppnå de ovennevnte fordeler omfatter testinstrumentet for formasjonstesting en prøvetagende seksjon som avgrenser minst ett og fortrinnsvis flere opptaksenheter eller beholdere for prøvetagning. Hver av disse opptaksenheter omfatter et demonterbart prøvetagningskar eller tank som er koblet til de respektive fluidførende passasjer i instrumentet. Prøven trekkes ut av formasjonen ved hjelp av instrumentets prøvetagningsprobe, og overføres deretter til prøvetagningskaret ved hjelp av en hydraulisk energisert, to-veis, aktivt virkende stempelpumpe som er plassert inne i instrumentet. For å forenkle oppfyllingen av prøvetagnings-tanken med porefluid uten å redusere trykket til fluidet, ved noe punkt under innsamlingen av prøven, til en verdi under boblepunktet til porefluidet, trykkbalanseres prøvetagnings-tanken i forhold til borehulltrykket ved formasjonsnivået før den fylles. Dermed vil porefluidet oppnå samme fasekarakteri-stikker som det opprinnelig hadde når prøvetagningstanken fylles. Etter fylling av prøvetagningstanken, og for å kompensere for avkjøling av prøvetagningstanken og dens innhold etter at den er trukket bort fra borehullet og til overflaten og kanskje ført videre til et fjerntliggende laboratorium for undersøkelser, er stempelpumpen utstyrt med en mulighet for å danne overtrykk i fluidprøven til et nivå som ligger godt over boblepunktet for prøven. Den hydraulisk energiserte stempelpumpe som foretar fyllingen av prøvetagningstanken med prøvetagningsfluidet, styres slik at trykket til porefluidet øker inne i prøvetagningstanken slik at når tanken og dens innhold avkjøles, så vil porefluidet og prøven av dette opprettholde et trykk som overskrider formasjonstrykket. Dette trekket kompenserer for temperaturendringer og hindrer faseseparasjon av porefluidet som et resultat av avkjøling av prøvetagningstanken og dens innhold.

Etter at prøvetagningstanken er trukket tilbake fra borehullet sammen med instrumentet for testing av borehullet, opprettholdes trykket inne i fluidets tilførselspassasje fra instrumentpumpen til prøvetagningstanken ved det tidligere etablerte trykknivå inntil en manuelt betjenbar tankventil lukkes. Deretter blir pumpens tilførselslinje luftet for å fjerne trykkeit oppstrøms fra den lukkede prøvetagningstank-ventil. Ettei: at dette er gjort, blir prøvetagningstanken og dens innhold fjernet fra instrumentet ved ganske enkelt å skru ut noen få festebolter. Prøvetagningstanken er dermed fri til å trekkes tilbake fra instrumentet og forsynes med beskyttende avslutninger slik at den får en tilstand egnet for forsendelse til et passende laboratorium. For at de ovennevnte trekk, fordeler og formål med foreliggende oppfinnelse skal kunne forstås fullstendig i detalj, vises også til en mer spesifikk forklaring av oppfinnelsen som i korthet er omtalt ovenfor, idet det henvises til utførelser som er nærmere illustrert på de ledsagende tegninger.

Det skal imidlertid bemerkes at de ledsagende tegninger bare illustrerer typiske utførelser av foreliggende oppfinnelse og derfor ikke må betraktes som begrensende for opp-finnelsens utførelse, idet oppfinnelsen også kan gjennomføres ved like effektive, men noe anderledes utformede utførelser. Fig. 1 ei' en prinsipp-skisse som viser et blokkskjema som illustrerer et formasjonstestende instrument konstruert i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse posisjonert ved formasjonsnivå inne i et borehull, med sin samplingsprobe i kommunikasjon med formasjonen for gjennomføring av tester og tilveiebringelse av én eller flere formasjons-sampler eller prøvetagninger med bibehold av de egenskaper som forelå da formasjonen ble dannet (connate samples). Fig. 2 viser en skjematisk fremstilling av endel av en fler-tester for anvendelse nede i borehull i formasjonen, konstruert i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse, og viser skjematisk en stempelpumpe og et par prøvetagningstanker inne i instrumentet. Fig. 3 viser en skjematisk fremstilling av en to-veis virkende, hydraulisk drevet, aktivt forskyvbar stempelpumpemekanisme og styringssystemet for kon-troll av pumpetrykket til den samme. Fig. 4 viser en skjematisk fremstilling av en to-veis stempelpumpe og kontrollventilkrets som representerer en alternativ utførelse av foreliggende oppfinnelse . Fig. 5 viser et lengdesnitt av en ferdigmontert trykk-prøvetank som er konstruert i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse.

Det vises nå mer detaljert til tegningene, særlig til fig. 1, hvor endel av borehullet 10 som trenger gjennom endel av grunnformasjonene 11, er vist i et vertikalt lengdesnitt. Inne i borehullet 10 befinner det seg et prøvetagnings- og måleinstrument 13 som står i forbindelse med en kabel eller vaier 12. Prøvetagnings- og måleinstrumentet omfatter et hydraulisk kraftsystem 14, en lagringsseksjon 15 for prøve-tagningen samt en seksjon 16 for å foreta selve prøvetag-ningen. Seksjonen for prøvetagningsmekanismen 16 omfatter minst en selektivt forflyttbar pute 17 som kan bringes i kontakt med borehullets vegg, et selektivt aktiviserbart fluid som påvirker samplingsprobens element 18 og et to-veis virkende pumpe-element 19. Pumpe-elementet 19 kan også være anbragt over samplingsproben 18, dersom dette er fordelaktig.

Under drift blir samplings- og måleinstrumentet 13 posisjonert inne i borehullet 10 ved å gi ut eller trekke inn kabel 12 fra vinsjen 19 som kabelen 12 er kveilet opp på. Dybdeinformasjon fra dybdeindikator 20 føres til signalpro-sessoren 21 og opptegningsapparat 22 når instrumentet 13 befinner seg ved siden av en grunnf ormas jon som er av interesse. Elektriske styringssignaler fra styringskrets 23 overføres gjennom elektriske ledere som rommes i kabelen 12, til instrumentet 13.

Disse elektriske styringssignaler påvirker en hydraulisk pumpe i det hydrauliske kraftsystem 14 som bare er vist skjematisk, i fig. 1, noe som frembringer hydraulisk kraft for drift av instrumentet og som gir en hydraulisk kraft som forårsaker at puten 17 og det fluid-kontrollerende element 18 beveges sideveis fra instrumentet 13 til inngrep med grunnformasjonen 11 og det to-veis virkende pumpe-element 19. Det fluid-påvirkende element eller samplingsproben 18 kan deretter plasseres i fluidoverførende forbindelse med grunn-formas j onen 11 ved hjelp av elektriske styringssignaler fra styringskretsene 23 som selektivt påvirker solenoid-styrte ventiler inne i instrumentet 13 for opptak av en prøve av forekommende, produserbare porefluid som rommes i grunnformasjonen som undersøkes.

Som vist i den delvis gjennomskårne og skjematisk fremstilling i fig. 2, omfatter testinstrumentet 13 for grunn-formas j onen, i henhold til fig. 1, en to-veis virkende stempelpumpe-mekanisme som er vist i hovedtrekkene som 24 og som er forklart nærmere i forbindelse med fig. 3. Inne i instrumentet 13 er det også tilveiebragt minst én, dog fortrinnsvis et par, prøvetagningstanker som er vist på generell måte ved 2 6 og 28, og som kan være helt identiske dersom dette ansees fordelaktig. Stempelpumpe-mekanismen 24 avgrenser et pai' motsatt rettede pumpekamre .30 og 32 som står i fluidforbindelse med de respektive prøvetagningstanker via tilførselsledningene 34 og 36. Tømming av de respektive pumpekamre: ut i tilførselslinjen til en utvalgt prøve-tagningstsmk 26 eller 28, styres ved hjelp av elektrisk energisert.e treveis ventiler 27 og 29 eller ved et hvilket som helst annet egnet styringsventilarrangement som gjør det mulig å foreta en selektiv fylling av prøvetagningstankene. De respektive pumpekamre er også vist slik at de har mulighet for f luidf orbindelse med grunnf ormas j onen som er av interesse under jordoverflaten, via pumpekammerets tilførselslinjer 38 og 40 som er avgrenset i samplingsproben 18 i fig. 1 og som styres av passende ventiler som vist i fig. 3 og nærmere diskutert nedenfor. Tilførselspassasjene 38 og 40 kan være forsynt med kontrollventiler 39 og 41 for å tillate at overtrykk i fluidet pumpes fra kamrene 30 og 32, dersom dette er ønskelig.

Som nevnt ovenfor er ett av de viktige trekkene ved foreliggende oppfinnelse å sørge for at porefluid skaffes tilveie på en slik måte at prøven ikke gjennomgår noen faseseparasjon under dens fremskaffelse og håndtering frem til det punkt da laboratorieanalysen gjennomføres. Dette trekk oppnås tilfredsstilt ved å styre trykket til porevannet som trekkes ut fra grunnformasjonen av den to-veis virkende pumpe 24 og ved å styre innføringen av porevann i prøvetagnings-tanken 26 eller 28 slik at dets trykk ved et vilkårlig tidspunkt ikke faller under boblepunkt-trykket til prøven av porevann. Dette forhold blir i det minste delvis oppnådd ved å styre den hydraulisk energiserte drift av den to-veis virkende uttrekkspumpe 24 i overensstemmelse med trykk-tUstandene i borehullet ved formasjonsnivå. Under henvisning til fig. 3 innbefatter den to-veis virkende stempelpumpe-mekanisme 24 et pumpehus 42 som danner en innvendig sylindrisk overflate eller sylinder 44, inne i hvilken det befinner seg et bevegelig opplagret stempel 46 som står i forseglende forbindelse med den indre sylindriske overflate 44 ved hjelp av én eller flere stempelringer eller forseglinger 48. Stempelet 46 inndeler det innvendige kammer til sylinderen i stempelkamrene 50 og 52. Fra stempelet 46 strekker det seg ut et par motsatt rettede pumpestenger 54 og 56 som er forsynt med pumpestemplene 58 og 60 ved sine respektive ytre ender, og disse stempler opptas på bevegelig måte inne i pumpekamrene 62 og 64 som igjen er avgrenset av motsatt rettede pumpesylindre 66 og 68 med redusert diameter og disse er igjen avgrenset av motsatt rettede utvidelser på pumpe-huset 42. Idet pumpemotorens stempel 46 beveges i en retning ved hjelp av hydraulisk energisering, vil pumpestempelet på grunn av sin bevegelse utføre et trykkpumpeslag mens det motsatt rettede pumpestempel gjennomfører et sugeslag for å trekke fluid inn i sitt pumpekammer.

Pumpekamrene er anbragt i selektiv kommunikasjon med prøvetagningens forsyningslinje 70, og fra denne overføres porefluid fra grunnformasjonen til pumpekamrene 62 eller 64 på en måte som bestemmes av retningen til stempelets bevegelse i pumpen. Fluidets tilførselslinje 70 står i kommunikasjon med pakningen eller samplingsproben til testinstrumentet for formasjonen. Strømmen av fluid i linjen 70 er ensrettet, og styres av kontroll(tilbakeslags-)ventilene 72 og 74. Pumpekamrene 62 og 64 står også i kommunikasjon med en pumpetøm-ningslinje 76 som i sin tur står i kommunikasjon med én av prøvetagningstankene for fylling av denne, eller i kommunikasjon med borehullet, noe som bestemmes av en passende ventil-styring sem ikke er vist på figuren. Fluidets strømning i linjen 76 er også ensrettet og styres av kontrollventilene 78 henholdsvis 80.

For drift av montasjen som omfatter uttrekksstempelet på en måte som forhindrer faseseparasjon av porefluid under uttrekking og pumping, benyttes et forhold ved styringen av pumpemotoren som virker slik at inntaks- og tømningstrykkene til den to-veis virkende pumpe styres slik at de ligger innenfor et smalt trykkområde som er forutbestemt til å forhindre faseseparasjon av porefluidet. Trykket i tilførsels-linjen 70 kan overvåkes av en trykkmåler 108 slik at man får informasjon for styring av pumpen som påvirker bevegelsen av pumpemotorens stempel 46. For dette formål sørger uttrekksstempelet og dets montasje for styring av trykkdifferansen mellom trykket i den foreliggende prøvetagningslinje og det minste prøvetagningstrykk som foreligger under uttrekning. Styring av dette differensialtrykk gjennomføres ved hjelp av en trykkregulator som styrer strømmen av hydraulisk olje som beveger pumpens motorstempel 46. For dette formål er de hydrauliske oljeforsyningslinjene 82 og 84, som henholdsvis kommuniserer med stempelkamrene 50 og 52, forsynt med solenoid-styrte kontrollventiler 86, henholdsvis 88. Disse til-førselslinjer er også forsynt med tømnings- eller returlinjer 90 og 92 som omfatter normalt lukkede pilotventiler 94 henholdsvis 96, som er styrt til åpen tilstand som reaksjon på trykk som er meddelt dem av tilførselslinjer 98 henholdsvis 100 for pilottrykk. Dermed vil, når tilførselslinjen 82 settes under trykk, dens trykk kommuniseres videre via en pilotlinje 98 til pilotventilen 96, hvorved pilotventilen åpnes og tillater at hydraulisk olje i stempelkammeret 52 videreføres til sumpen eller reservoaret mens pumpens motorstempel 46 beveger seg mot pumpens sylinder 68. Det motsatte forhold inntreffer når stempelet 46 beveger seg i motsatt retning, slik som ved åpning av den solenoid-styrte ventil 88.

Hydraulisk olje føres videre til tilførselslinjene 82 og 84 ved hjelp av en hydraulisk tilførselslinje 102 som står i kommunikasjon med en kilde 104 med hydraulisk fluid under trykk, med sitt trykk styrt av en trykkregulator 106.

Fig. 4 viser en forenklet skjematisk fremstilling av endel av et instrument anbragt nede i et borehull for å gjennomføre trykk-volum-temperatur (PVT)-målinger nede i borehullet med den kabelforbundne formasjonstester mens den befinner seg presset mot grunnformasjonen. I tilfeller hvor differensiell fastklebing er et problem, kan prøven tas inn i en tank hvoretter verktøyet kan lukkes og beveges langsomt opp eller ned i borehullet mens PVT-analysen gjennomføres på fluidet i samplingstanken. Et av formålene med dette er å fastlegge boblepunktet for fluid/gass-prøvene som er samlet inn fra grunnformasjonen som er av interesse.

Før eller etter at tilstrekkelig mengde formasjonsfluid er skyllet ut av grunnformasjonen, enten til en tank eller til borehullet, gjennomfører testinstrumentet for grunn-formas j onen en måling av trykk, temperatur og volum på en begrenset prøve av formasjonsfluidet. Dette gjennomføres ved bruk av den dobbeltvirkende to-veis pumpemekanisme som gir mulighet for å foreta gjennompumpning. Den forenklede illu-strasjon i fig. 4, viser en hydraulisk drevet trykkfor-syningspumpe 104 som representerer den hydrauliske fluid-tilførsel som tømmer ut hydraulisk fluid under trykk gjennom en pilotleder 108 med trykkforsyning under styring av et par solenoid-ventiler 110 og 112 sammen med en tilbakeslagsventil 114. Disse normalt stengte solenoid-ventiler blir operert selektivt for å dirigere strømmen av hydraulisk fluid fra den hydrauliske pumpe 104 til en normalt åpen, to-veis, slam-fluidventil som generelt er vist ved 116 og 118. Montasjen av slam-fluidventilen vist i 116, omfatter to separate kontrollventiler som kan være satt inn mellom linjene 70, 76 og kammeret 64, idet strømmen av fluid i kammeret 66 fastlegges av hvilket sett av kontrollventiler som er innstilt til den viste posisjon i fig. 4. Når stempelet 60 beveger seg mot venstre entrer fluid kammeret 64 fra linjen 70, og når stempelet 60 beveger seg mot høyre tømmes fluid ut fra kammeret 64 til linjen 76. Når solenoid-ventilen 110 påvirkes til å innstille de to nedre slam-fluidventiler i kontrollventilmontasjen 116 mellom kammeret 64 og linjene 70 og 76, entrer fluidstrømmen kammeret 64 fra linjen 7 6 når stempelet 60 beveger seg til venstre og fluid tømmes fra kammeret 64 til linjen 70 når stempelet 60 beveger seg mot høyre. Tilsvarende pumpeaksjon inntreffer ved stempelet 58, pumpe-kammeret 62 og slam kontrollventilmontasjen 118. Den selektive strøm av fluid mot en prøvetagningstank eller porehullet styres dermed av posisjonen til slam-kontroll-ventilmontasjene 116 og 118 på koordinert måte.

Som nevnt i forbindelse med fig. 2 er det ønskelig å oppnå en fylling av prøvetagningstanken 26 uten å tillate eller forårsake at trykket til fluidprøven synker under boblepunktet til porefluidet. Dette oppnås ved å pumpe fluid ved hjelp av den to-veis virkende stempelpumpe 24 inn i en prøvetagningstank som er trykkbalansert med hensyn på fluid-trykket i porehullet ved formasjonsnivå. Prøvetagningstanken som er visst skjematisk i fig. 2 og mer detaljert i fig. 5, utfører dette trekk. Som vist omfatter prøvetagningstank 26 et tanklegeme med struktur 120 som dammer en indre sylinder avgrenset av en innvendig sylindrisk vegg 122 og motsatte endeflate:: 124 og 126. Et frittflytende stempellegeme 128 er bevegelig anbragt inne i sylinderen og omfatter én eller flere forseglinger vist ved 132 og 134, og disse gir stempelet evnen til å motstå høye trykk og etablerer et positivt forseglende samvirke mellom stempel og den innvendige, sylindriske tetningsflate 122. Forseglingene 132 og 134 er typisk høytrykksforseglinger og gir dermed prøvetagnings-tanken muligheten for å romme et porefluid ved trykk som typisk tilsvarer formasjonstrykket, selv i svært dype brønner. Stempelet 128 er et frittflytende stempel som i sin utgangsstilling typisk er posisjonert slik at dets endeflate 13 6 ligger an mot endevegg 124 i sylinderen. Stempelet virker til å inndele sylinderen i et prøveopptagende kammer 138 og et trykkbalanserende kammer 140. Når prøvetagningstanken er full, vil stempelet ligge an mot en støtteskulder 126 til en stengeplugg 142. I denne understøttede posisjon vil stempelet fungere som en innvendig tankavslutning og vil forhindre lekkasje av fluidtrykk fra den ene enden av prøvetagnings-tanken.

Mens endeveggen 24 til sylinderen på typisk måte er bygget sammen med samplingstankens struktur, er endeveggen 126 avgrenset av en eksternt gjenget plugg 142 som er opptatt i en innvendig gjenget seksjon 144 med forstørret diameter i samplingstankens hus 120. Stengepluggen 144 omfatter én eller flere forseglinger slik som vist ved 146, som etablerer en positiv forsegling mellom stengepluggen og den innvendige sylindriske overflate 122 til tankhuset. Stengepluggen utgjør en endeflens 148 som er tilpasset til å passe mot en ende-skulder 150 til samplingstankens hus når pluggen er fullstendig skrudd inn i huset. Huset og pluggflensen avgrenser flere utvendige rom 152 og 154 som kan betjenes av en skiftenøkkel eller av et hvilken som helst egnet verktøy som muliggjør at stengeplugg 142 skrus fast inn i samplingstankens legeme eller skrus ut og trekkes bort fra samplings tanken, avhengig av forholdene.

Samplingstankens plugg 142 avgrenser en trykkbalanserende passasje 156 som kan lukkes av en liten stengeplugg 158 som mottas av en innvendig gjenget hylse 160 som befinner seg sentralt ved endeflens 148. Mens den er anbragt nede i borehullet vil stengepluggen 158 ikke være tilstede, og dermed tillates at formasjonstrykket trenger seg inn i det trykk-balanserende kammer 140. For å sikre at det ikke skjer noen trykkoppbygning inne i kammeret 140 når stengepluggen 158 skrus inn i sitt opptaksrom, er det anbragt en ventilasjons-passasje 162 i endeflensen til stengepluggen 142, og denne tjener til å ventilere bort luft eller væske som kan fore-ligge inne i stengepluggens opptaksrom.

Endeveggstrukturen 163 til tankhuset 120 avgrenser et ventilkammer 164 og med dette kommuniserer en inntakspassasje 166 for samplingen. Et ventilsete 168 er anbragt i forseglende posisjon i ventilkammeret 164 og avgrenser et innvendig avsmalnende ventilsete 170 som benyttes for å forsegle mot et tilsvarende avsmalnet ventilsete 171 til et ventilelement 172. Ventilelementet 172 er forseglet mot tanklegemet 120 ved hjelp av et ringformet forseglingselement 173 som er festet inne i forseglingskammeret over ventilelementet ved hjelp av en gjenget forseglingsplugg 174. For å tillate innføring av en prøve av porevannet i samplingskammeret 138, må ventilelementet 172 befinne seg i sin åpne tilstand slik at det avsmalnende ventilflaten 171 befinner seg i avstand fra det avsmalnende ventilsetet 170. Når en prøve av porefluidet introduseres i samplingskammeret 138 vil det utvikles en liten trykkdifferanse over stempelet 128, og fordi dette flyter fritt inne i sylinderen, vil stempelet bevege seg mot endeflaten 126 til stengepluggen 142. Når stempelet har be-veget seg til kontakt med endeflaten 12 6 til stengepluggen, vil samplingskammeret 138 være fullstendig fylt med porefluid. Høytrykksforseglingene til stempelet tillater at prøven utsettes for overtrykk for å opprettholde et trykknivå inne i prøvningstanken over boblepunktet til prøven når prøven og samplingstanken avkjøles. Dermed vil stempelfor-seglingene med sin evne til å bevare det høye trykket selv når overtrykk foreligger, forhindre lekkasje av samplings-fluidet fra samplingskammeret til den trykkbalanserende passasje. Stempelet tjener dermed også som en endeavslutning for samplingstanken.

Instrumentet for opptak av flere prøver nede i borehullet, vil opprettholde det allerede etablerte trykk i prøvekammeret mens instrumentet gjenvinnes fra borehullet. Før utløsning av dette forutbestemte trykk oppstrøms for prøvekammeret, vil ventilelement 174 beveges til sin stengte og forseglede posisjon og bringe den avsmalede endeoverflate 172 til et positivt forseglende inngrep med den avsmalnende ventilseteflaten 170. Lukning av ventilelement 174 gjennom-føres ved å introdusere et egnet verktøy, slik som f.eks. en skru-nøkkel, i utsparingen 176 i et utvendig tilgjengelig ventilelement 178. Etter at ventilelementet 174 er blitt stengt, vil trykket i samplingskammeret 138 bli opprettholdt selv om inntakspassasjen 166 oppstrøms for ventilen blir ventilert. Samplingstanken 126 kan adskilles fra instrumentet for transport til et egnet laboratorium etter at den opp-strømsrettede del av innløpet til samplingspassasjen 166 er blitt ventilert. Passasjen 166 blir da isolert fra de ytre omgivelser ved hjelp av en stengeplugg 180 som kan være nær identisk med stengeplugg 158. Deretter skrus et lokk eller deksel 182 på avslutningen av samplingstanken for å sikre beskyttelse av endedelen til denne under transport. Lokket 182 omfatter en ventilbeskyttende hylse 184 som strekker seg langs den ytre overflate av tanklegemet i tilstrekkelig avstand til å dekke og gi beskyttelse for ventilaktuatoren 178. Den dekkende hylsedel av lokket 182 sikrer at ventilaktuatoren 178 forblir utilgjengelig slik at ventilen ikke kan bli åpnet på utilsiktet måte. Dette trekket hindrer at det potensielt høye trykk til porefluidet i samplingskammeret 138 ved et uhell ventileres bort under håndtering.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte for fremskaffelse av en prøvetagning av et porefluid (connate fluid) med intakt fase fra en grunnformasjon (11) under jordoverflaten for påfølgende analyse, ved hjelp av et testinstrument (13) for formasjonstesting, hvilket instrument (13) omfatter en prøvetagningstank (26) med et innvendig fluidkammer (138), hvor prøvetagningstanken (26) er anbrakt i utskiftbar sammenstilling med testinstrumentet (12;) for formasjonstesting, og hvor fremgangsmåten omfatter følgende trekk: - po£3isjonering av testinstrumentet (13) inne i et borehull (10) slik at det står i fluidoverførende kommunikasjon med formasjonen (11), - fjerning av testinstrumentet (13) fra borehullet (10), - etter at testinstrumentet (13) er fjernet fra borehullet (10), adskilles prøvetagningstanken (26) fra testinstrumentet (13) og prøven av porefluidet i prøvetagningen med intakb fase slik den foreligger i fluidkammeret (138) til prøvetagningstanken (26), analyseres, karakterisert ved at fremgangsmåten også omfatter følgende trekk: - etablering av balansert trykkforhold mellom det innvendige fluidkammer i prøvetagningstanken (26) og fluidet i borehullet (10) ved formasjonsdybden, - overføring av porefluid fra formasjonen (11) til prøvetagningstanken (26) ved toveis-pumping av porefluidet mens trykket for porefluidet styres til å ligge innenfor et forutbestemt trykkområde for å forhindre faseseparasjon av porefluidet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at fremgangsmåten dessuten omfatter følgende trekk: etter at testinstrumentet (13) er fjernet fra borehullet (10) , adskilles prøvetagningstanken (26) fra testinstrumentet (13) og transporteres til et laboratorium for analyse av porefluidet med intakt fase.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at prøvetagningstanken (26) er innrettet slik at den kan fjernes fra testinstrumentet (13), og at fremgangsmåten omfatter følgende trinn: etter at testinstrumentet (13) er fjernet fra borehullet (10) adskilles prøvetagningstanken (26) fra testinstrumentet (13), hvorpå prøven av porefluid som foreligger deri analyseres.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den dessuten omfatter følgende trekk: mens testinstrumentet (13) befinner seg på nivå med formasjonen (11) som skal undersøkes i borehullet (10), økes trykket til porefluidet inne i prøvetagningstanken (26) til et tilstrekkelig høyt nivå til å kompensere for trykk-reduksjoner som følger ved avkjøling av prøvetagningstanken (26) fra f ormas jonstemperaturen til omgivelsestemperatur.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at prøvetagningstanken (26) er innrettet til å kunne fjernes fra testinstrumentet (13) og omfatter en inngangsåpning for et porefluid, hvilken inngangsåpning er forsynt med en lukkeventil, og hvor testinstrumentet (13) omfatter en tilførselsforbindelse for porefluid som kan kommunisere med prøvetagningstanken (26) og har en styringsventil for fluidtilførsel, idet fremgangsmåten omfatter følgende trekk: tilveiebringelse av et forutbestemt trykk i prøven av porefluidet inne i tilførselsforbindelsen for porefluid og prøvetagningstanken (26), stenging av styringsventilen for tilførsel av fluid før gjenvinning av testinstrumentet fra formasjonen for å opprettholde det forutbestemte trykk under denne gjenvinning av testinstrumentet (13) , stenging av inngangsventilen til prøvetagningstanken (26) etter at testinstrumentet (13) er gjenvunnet fra formasjonen (11), utbaléinsering av porefluid-trykket oppstrøms for stenge-ventilen ve;d inntaket etter at denne stengeventil er lukket, og fjerning av prøvetagningstanken (26) fra testinstrumentet (13) og forsendelse av dette til et laboratorium for analyse av porefluidet.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at overføringen av porefluid omfatter: pumping av porefluid fra formasjonen (11) inn i prøve-tagningstanken (26) på en slik måte at trykkforandringen i porefluidet holdes innenfor et område som forhindrer fase-separerinc.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at pumpingen utføres av en hydraulisk drevet stempelpumpe med minst ett pumpekammer forsynt med et stempel som kan forskyves, hvilket pumpekammer står i forbindelse med formasjonen (11) og prøvetagnings-tanken (26) via et fluidførende kanalsystem forsynt med ventiler, og hvor fremgangsmåten dessuten omfatter: frem- og tilbakebevegelse av stempelet og åpning og lukking av ventilene for å styre en ensrettet strøm av porefluidet fra formasjonen inn i pumpekamret forårsaket av stempelbeveg-elsen, og likeledes en strøm fra pumpekamret inn i prøvetag-ningstanken (26) .

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at den frem- og tilbake-gående pumpebevegelse av stempelet styres i avhengighet av forskjellen mellom trykket i porefluidet og det minste prøve-tagningstrykk som foreligger under nedføring av instrumentet (13) .

9. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at styringen omfatter: regulering av trykket til hydraulisk fluid som introduseres i stempelpumpen for styring av bevegelseshastigheten til stempelet.

10. Formasjonstestings- og prøvetagningsinstrument (13) for fremskaffelse av en faseintakt prøve av et porefluid (connate fluid) fra en grunnformasjon (11) under jordoverflaten som gjennornskjæres av et borehull (10), hvilket formasjonstestings- og prøvetagningsinstrument omfatter: kommunikasjonsanordninger (18) for å etablere fluid-kommunikasjon mellom formasjonen (11) og en prøvetagnings-krets (38,40) for fluidet som befinner seg inne i instrumentet (13) , en prøvetagningstank (26) inne i instrumentet (13) og i kommunikasjon med prøvetagningskretsen (38,40), en pumpe (19) med forskyvbart stempel og nedførbar i borehullet plassert inne i instrumentet (13) og forsynt med et pumpekammer (62,64) som står i kommunikasjon på styrt måte med prøvetagningskretsen (38,40) for fluidet, hvilken nedfør-bare pumpe (19) er innrettet til å trekke en prøve av porefluidet fra formasjonen (11) og pumpe dette porefluid inn i prøvetagningstanken (26), og trykkutøvende anordninger (39,41) for å opprettholde trykket i porefluidet i prøvetagningstanken innenfor det forutbestemte trykkområde mens instrumentet (13) trekkes opp fra borehullet (10) og inntil laboratorieanalyse av innholdet er påbegynt,karakterisert ved at det dessuten omfatter; styringsanordninger (46) for føring og toveis-pumping av porefluidet mens det holdes innenfor et forutbestemt trykkområde som er tilstrekkelig høyt til å hindre faseseparasjon av porefluidet.

11. Instrument ifølge krav 10, karakterisert ved at instrumentet omfatter trykk-balanserende anordninger for å balansere trykket i prøvetagningstanken (26) mot trykket i borehullet(10) før prøven av porefluid tas fra grunnformasjonen(11) under j ordoverflaten.

12. Instrument ifølge krav 11, karakterisert ved at de trykk-balanserende anordninge:r omfatter: et frittflytende stempel inne i prøvetagningstanken som avgrenser et prøvetagningskammer og et trykk-balanserende kammer i prøvetagningstanken, idet det trykk-balanserende kammer er åpent mot trykket i borehullet, en inntakspassasje for en prøve av porefluid avgrenset av prøvetagningstanken og innrettet for kommunikasjon med pumpen for tømming og nedtrekking av porefluid, og forseglingsanordninger innrettet for å forsegle prøve-tagningen inne i prøvetagningstanken etter at denne er fylt, ved å stenge inntaket for prøven.

13. Instrument ifølge krav 12, karakterisert ved at de trykkforseglende anordninger til prøvetagningstanken ved inntaket for porefluidet omfatter: en høytrykksventil anbragt i prøvetagningstanken og innrettet til å kunne beveges til en åpen posisjon for dermed å gi adgang for porefluidprøven til prøvetagningskamret og innrettet til å kunne beveges til en lukket posisjon for å blokkere: dette inntaket.

14. Instrument ifølge krav 13, karakterisert ved at høytrykksventilen til prøvetagningstanken er en manuelt betjenbar ventil som er lukket når prøvetagningstrykket opprettholdes av testinstrumentet for formasjonstesting.

15. Instrument ifølge krav 14, karakterisert ved at instrumentet omfatter en ventilasjonsåpning for prøvetagningen innrettet til å styre en selektiv utlufting av prøvetagningens inngang oppstrøms for prøvetagningsventilen med høyt trykk, etter at denne er lukket for å tillate adskillelse av prøvetagningstanken fra testinstrumentet slik at prøvetagningstanken kan transporteres til et egnet laboratorium.