NO333422B1 - Anordning til isolering av en delprove fluid samt fremgangsmate til uthenting av en prove med hoyt trykk av fluid fra en formasjon i grunnen - Google Patents

Abstract

Det er gitt en anordning (20) og en fremgangsmåte for evaluering av en delprøve av brønnfluid ved brønnens overflate når prøven transporteres til brønnens overnate fra en nedihulls brønnhullslokalisering (11). Oppfinnelsen samler inn en prøve av formasjonsfluid under trykk. Fluidprøven blir videre trykksatt med et forskyvbart stempel (94) som er drevet av det hydrostatiske brønnhullstrykk. Den trykksatte formasjonsfluidprøven befinner seg under høyt trykk inne i et kammer (95) med fast volum for opphenting til brønnens overflate. Flere innsamlingstanker (30) kan senkes inn i brønn- hullet under samme kjøring for å ta prøver fra forskjellige soner med minimal riggtid. Et par ventiler (75) og (76) i serie langs tilførsels/utløpskanalen (78) for hver tank (30) besørger ekstrahering av en fylt prøve for å refisere prøvens integritet mens den fremdeles er på stedet. Tankene (30) kan tømmes ved brønnens overflate med et evakueringstrykk slik at fluidprøvens trykk til enhver tid opprettholdes over et valgt trykk eller transporteres til et analyselaboratorium.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører feltet boring i grunnen og innsamling av prøver av formasjonsfluid fra et brønnhull, mer bestemt vedrører oppfinnelsen fremgangsmåter og anordninger til innsamling av en prøve fra formasjonen i en dyp brønn og preservering av in situ sammensetningen av prøven ved opphenting til overflaten. Så snart prøven er hentet opp beskriver denne oppfinnelsen fremgangsmåter og anordninger til å isolere og ekstrahere en delprøve for en feltbestemmelse av kvaliteten av den primære prøve uten å endre den primære prøves sammensetning.

GB 2348222 A omtaler en prøvetakningsmodul som omfatter et prøvekammer for oppsamling av en formasjonsfluidprøve og et valideringskammerfor å samle opp en betydelig mindre prøve fra formasjonsfluid. Valideringskammeret kan fjernes fra prøvetakningsmodulen for selvstendig evaluering. Den lille prøven tas følgelig fra valideringskammeret ved fjerning av valideringskammeret i stedet for at den ekstraheres via kanalen.

Fluider fra formasjonen i grunnen i en hydrokarbon-produserende brønn omfatter typisk en blanding av olje, gass og vann. Trykk, temperatur og volum i forma-sjonsfluidene styrer faserelasjonen mellom disse bestanddelene. I en undergrunns-formasjon inneholder brønnfluider under høyt trykk ofte gass inne i oljen over boble-punkttrykket. Når trykket reduseres, som når man hever en in situ innsamlet prøve av formasjonsfluidet til overflaten, adskilles de oppløste gassformede forbindelsene fra prøven av væskefasen. Det nøyaktige mål for trykk, temperatur og sammensetningen av formasjonsfluidet fra en bestemt brønn påvirker den kommersielle interesse til å produsere fluider som er tilgjengelig fra brønnen. Dataene gir også informasjon om prosedyrer for å maksimere kompletteringen og produksjonen fra det respektive hyd-rokarbonreserovar.

Visse teknikker analyserer brønnfluidene nedihulls i brønnhullet. US patent nr 5.361.839 tilhørende Griffith el al. (1993) beskrev en transduser for å generere en utgang som er representativ for fluidprøvekarakteristika nedihulls i et brønnhull. US patent nr 5.329.811 tilhørende Schultz et al. (1994) beskrev en anordning og fremgangsmåte til å fastsette data for trykk og volum for en nedihulls brønnfluidprøve.

Andre teknikker samler inn en brønnfluidprøve for opphenting til overflaten. US patent nr. 4.583.595 tilhørende Czenichow et al (1986) beskrev en stempelaktuert mekanisme for innsamling av en brønnfluidprøve. US patent nr. 4.721.157 tilhørende Berzin (1988) beskrev en forskyvbar ventilhylse for innsamling av en brønnfluidprøve i et kammer. US patent nr 4.766.955 tilhørende Petermann (1988) beskrev et stempel som var i inngrep med en kontrollventil for innsamling av en brønnfluidprøve, og US patent nr 4.903.765 tilhørende Zunkel (1990) beskrev en tidsforsinket brønnfluid-prøvetaker. US patent nr 5.009.100 tilhørende Gruber et al. (1991) beskrev en kabel-prøvetaker for innsamling av en brønnfluidprøve fra en valgt brønnhullsdybde. US patent nr 5.240.072 tilhørende Schultz et al. (1993) beskrev en trykkresponsiv ring-romsprøvetaker forflere prøver for å muliggjøre innsamling av brønnfluidprøver ved forskjellige tids- og dybdeintervaller, og US patent nr 5.322.120 tilhørende Be et al.

(1994) beskrev et elektrisk aktuert hydraulisk system for innsamling av brønnfluidprø-ver dypt i et brønnhull.

Nedihullstemperaturer i et dypt brønnhull overstiger ofte 148,9 °C. Når en varm formasjonsfluid prøve hentes opp til overflaten ved for eksempel 21,1 °C, forårsaker det resulterende fallet i temperatur at formasjonsfluidprøven trekker seg sammen. Hvis volumet i prøven er uendret gjør en slik sammentrekking at prøvetrykket reduseres vesentlig. Et trykkfall endrer formasjonsfluidets in situ parametere, hvilket forårsaker faseseparasjon, for eksempel mellom væsker og oppløste gasser i formasjonsflu-idprøven. Som et annet eksempel kan dramatiske trykkforandringer i en formasjons-prøve utfelle oppløste faststoffer så som vokser og asfaltiner. Disse typene av faseseparasjon representerer vesentlige og reversible endringer i formasjonsfluidets karakteristika, og reduserer muligheten for å evaluere de faktiske egenskaper til formasjonsfluidet.

For å overvinne denne begrensningen har det blitt utviklet forskjellige teknikker for å opprettholde trykket i formasjonsfluidprøven. US patent nr 5.337.822 tilhørende Massie et al. (1994) beskriver konseptet med trykksetting av en formasjonsfluidprøve med et hydraulisk drevet stempel som er drevet av en høytrykksgass. Tilsvarende beskriver US patent nr 5.662.166 tilhørende Shammai (1997) bruk av en trykksatt gass for å fylle formasjonsfluid-prøven. US patent nr 5.303.775 (1994) og 5.377.755

(1995) tilhørende Michaels et al. beskriver en toveis fortrengningspumpe for å øke trykket i formasjonsfluidprøven over boblepunktet, slik at etterfølgende avkjøling ikke reduserer fluidtrykket til under boblepunktet.

Mer nylig har US patent søknad med serienummer 09/648.410 tilhørende Paul A. Reinhardt, innlevert 25. august 2000, beskrevet et prøveekstraherings-system med flere tanker, hvor hver prøvetank i en magasinbærer har et totrinns stempelkammer som in situ brønnhullstrykket i et fluid inne i et prøveopphentingskammer i en dyp brønn forsterkes med for å overvinne konsekvensene av sammentrekking når en fluidprøve i en dyp brønn hentes opp til jordens overflate. Ved grenseflaten for anordningen, hvor hver av flere uavhengig uttagbare tanker skilles fra et felles påfyllings-magasin, blir en liten mengde av høytrykks formasjonsfluid isolert inne i en prøve-overføringskanal mellom en magasinfordelingsventil og en stengeventil for tanken. Selv om begge ventiler er lukket når en individuell tank tas ut fra sin respektive nisje i magasinet, ventileres denne lille mengden av fluid til atmosfæren som et forbered-ende trinn for å adskille tanken fra magasinet for individuell transport og prøvetesting.

Selv om mengden av dette atmosfærisk ventilerte fluidet er liten, er det viktig å observere karakteren og kvaliteten av det ventilerte fluidet som en kvalitativ ledetråd for fluidet inne i hovedlegemet i prøvekammeret. Til tross for ekstrem forsiktighet i prosedyrer for nedihulls prøvetaking, er det likevel mulig at kabelmagasinet returnerer med kontaminerte prøver i én eller flere tanker. Slik kontaminering kan for eksempel ta form av vann som siver inn fra andre strata, slamkake som er avsatt mot borehullets vegg, eller borefluid i brønnhullet. Filtrat fra oljebasert boreslam er et særlig problem.

Prøver må være representative for fluid i formasjonen, og må følgelig være hovedsakelig fri for kontaminanter fra boreoperasjoner. Særlig må prøver inneholde mindre enn noen få prosent filtrat fra et oljebasert slam for at denne prøven skal være representativ for formasjonsfluidet. Vanligvis er 10% kontaminering i en prøve for mye for en pålitelig trykk/volum/temperaturanalyse. Innsamling av en prøve av formasjonsfluid som er så ren og renere enn dette er vanskelig å oppnå. Videre er det essensielt å kjenne den relative kontaminering i en prøve med en rimelig grad av sikkerhet på det tidspunktet prøven ekstraheres. Den fysiske og intellektuelle innsats ved engasjementet for å ekstrahere en prøve fra en dyp brønn er av en slik størrelse at gjentakelse av innsatsen om mulig bør unngås. Det er følgelig ønskelig å fremskaf-fe en liten delprøve av de uthentede fluidene for å bestemme om hvorvidt kontamine-ringsnivået er tilstrekkelig lavt til å rettferdiggjøre laboratorieanalyse.

Det er absolutt nødvendig at denne delprøven ekstraheres uten å endre de fysiske egenskaper i den primære prøven som er reservert for en mer kostbar laboratorieanalyse.

Det er derfor en hensikt med den foreliggende oppfinnelse på en kontrollerbar måte å få ta i en del av overføringskanalens fluid med henblikk på feltanalyse. Det er også en hensikt med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe midler for å evaluere karakteren av en fluidprøve som er innestengt i et høyttrykks-tankkammer uten å risikere integriteten til prøvens sammensetning.

Disse og andre hensikter med den foreliggende oppfinnelse som vil fremgå av den følgende beskrivelse av de foretrukne utførelser oppnås med en anordning til isolering av en delprøve av fluid fra en formasjon i grunnen, hvilken anordning omfatter: et fluidmottakende kammer med høyt trykk, og en kanal for mottak og uttøm-ming av brønnformasjonsfluid inn i og fra kammeret;

idet anordningen er kjennetegnet ved

et mellomliggende volum inne i kanalen avgrenset av minst to ventiler i nevnte kanal, hvorved delprøven av formasjonsfluid ekstraheres fra det mellomliggende volum via kanalen uten vesentlig forstyrrelse av sammensetningen av formasjonsfluid i det mottakende kammer.

Foretrukne utførelsesformer av anordningen er videre utdypet i kravene 2 til og med 10.

Videre oppnås hensiktene med foreliggende oppfinnelse ved en fremgangsmåte til uthenting av en prøve med høyt trykk av fluid fra en formasjon i grunnen, hvilken fremgangsmåte omfatter et trinn for: ekstrahering av en prøve av fluid fra en formasjon i grunnen;

pumping av prøven gjennom en tilførsels/utløpskanal inn i en prøvemottak-ende tank, idet det i kanalen har en første ventil fjernt fra kammeret og en andre ventil nær kammeret for avgrensning av en miniatyrprøve av formasjonsfluid mellom

disse; og

heving av kammeret til jordens overflate idet fremgangsmåten er kjennetegnet ved: stenging av den første ventilen;

blanding av prøven i nevnte mottaende kammer med miniatyrprøven;

stenging av den annen ventil; og

åpning av den første ventil for å slippe ut miniatyrprøven av formasjonsfluid via kanalen.

Foretrukne utførelsesformer av fremgangmåten er videre utdypet i kravene 12 til og med 16.

Fra fordelingsventilen kan den pumpede fluidstrømmen ledes langs respektive tilførsels-utløpskanaler som har minst to ventiler mellom fordelingsventilen og et res-pektivt prøvemottakingskammer. Det er vesentlig at de to ventilene er posisjonert langs en respektiv tilførsels/utløpskanal, slik at kanalens volum mellom de to ventilene er større enn kanalens volum mellom fordelingsventilen og den ytterste av de to ventilene. I tillegg bør kanalens volum mellom de to ventilene være ca 1% til 1,5% eller mer av prøvekammerets volum.

Prøvetanker som har et sammensatt stempel inne i det indre i et tankhus er omtalt. Det sammensatte stempel avgrenser fluidprøvekammeret hvor stemplet er bevegelig inne i husets indre for selektivt å endre volumet av fluidprøvekammeret. Det sammensatte stemplet omfatter en ytre hylse og en indre hylse. Den indre hylsen er bevegelig i forhold til den ytre hylsen, og begge er bevegelige i forhold til huset. Bevegelsen av den indre hylsen i forhold til den ytre hylsen er imidlertid i en retning. Begge hylsene forflyttes mot enden med lavest overtrykk (the lower head end) ved å fylle prøveinnsamlingskammeret med formasjonsfluid. En del av stempelflaten på den ytre hylse inkluderer en fluidoverføringskanal som er strømningsregulert av en vanligvis stengt ventil. Ventilen åpnes med fysisk inngrep med enden av tankhuset med lavest overtrykk (the lower head end of the tank housing). Den nedre ende av huset inkluderer en kanal som kan åpnes direkte mot brønnhullets fluid via en ventil i magasinlegemet som styres fra overflaten. Når den ytre hylsestempelventil åpnes ved inngrep med husets laveste overtrykk (the lower housing end), slippes følgelig brønnhullsfluid ved brønnhullstrykk inn gjennom det ytre hylsestempel inn i et indre kammer. Brønnhullstrykk i det indre kammer forflytter den indre hylse i forhold til den ytre hylse, hvorved den faste struktur av den indre hylses sylinderkant tvinges inn i prøvekammeret for høytrykksvæsken. Siden prøvekammeret for høytrykksvæsken er et fullstendig fylt væskevolum, penetrerer den indre hylsens sylinderkant prøvekam-meret kun ved kompresjon av væsken.

Når magasinet og alle tankene returneres til overflaten skilles hver tank fra magasinet enten for transport til et analyselaboratorium eller for umiddelbar analyse av prøven. Fordi fluidprøvene alltid inneholder en viss prosentandelfiltrat (kontaminering), er det viktig å fastsette nivået for kontaminering uten å endre prøvens volum inne i prøvekammeret og før man pådrar seg kostnadene ved laboratorieanalyse. Ofte er kontaminering mindre enn 10% akseptabelt. Under visse tilstander kan imidlertid en prøve ha over 30% kontaminering, og dette er vanligvis uakseptabelt.

For adskillelse av en tank fra magasinet stenges den ytre ventilen i kanalen. Fluid i tilførsels/utløpskanalen mellom fordelingsventilen i tankens magasin og den ytre ventilen i kanalen ventileres gjennom brønnhullets fluidventil i magasinet. Forskjellige fremgangsmåter kan anvendes for å undersøke eller hente opp delprøven for prøvekvalitet eller kontamineringsnivå. For eksempel kan et seglass eller en optisk port anvendes i delprøvens kanal for å visualisere eller optisk bestemme prøvekvali-teten. Andre fremgangsmåter kan inkludere overføring av prøven til en kontrollert omgivelse for analyse.

Når tanken er fri fra magasinet kan en mottakertank med lavt trykk innfestes til tilførsels/utløpskanalens nippel som funksjonerer som et forbindelses-grensesnitt mellom tanken og magasinet. Med ventilen for tanken i tilførsels/utløpskanalen nær-mest høytrykkskammeret i tanken stengt, åpnes den ytre ventilen for å slippe det formasjonsfluidet som er innestengt mellom de to ventilene i kanalen inn i lavtrykks-mottakeren hvor det kan feltundersøkes. Fra slik feltundersøkelse kan det bestem-mes om hvorvidt prøven er for sterkt kontaminert av brønnhullsvann, olje, slamkake, borefluid eller oljefiltrat fra oljebasert boreslam.

Etter at feltprøven er ekstrahert, blir den ytre ventil i kanalen igjen stengt og tanken anordnet for fullføring av laboratorieanalysen.

Fordelene og ytterligere aspekter ved oppfinnelsen vil klart anerkjennes av de som har ordinær kunnskap innen området etter som oppfinnelsen bedre forstås med henvisning til de følgende detaljerte beskrivelse når den ses i sammenheng med de ledsagende tegninger, hvor: Fig.1 er et skjematisk snitt gjennom grunnen som viser oppfinnelsens operasjonelle omgivelse; Fig. 2 er et skjematisk riss av oppfinnelsen i operativ sammenstilling med sam-virkende støttende verktøy; Fig. 3 er et skjematisk riss av et representativt leveringssystem for ekstrahering av formasjonsfluid; Fig. 4 er et isometrisk riss av et magasin for prøvetakingstanker; Fig. 5 er et isometrisk riss av en isolert prøvetakingstank; Fig. 6 er et aksialt snittriss av en prøvetakingstank for trykkforsterkning; Fig. 7 er et skjematisk riss av den foreliggende oppfinnelse; Fig. 8 viser et snitt gjennom en detalj ved oppfinnelsen; Fig. 9 viser et snitt gjennom en detalj ved oppfinnelsen, delvis i kombinasjon med magasinets kontrollventiler. Fig. 1 viser skjematisk et tverrsnitt gjennom grunnen 10 langs lengden av en brønnhullspenetrering 11. Brønnhullet vil vanligvis være i det minste delvis fylt med en blanding av væsker inkludert vann, blandinger av vann og olje, boreslam og for-masjonsfluider som er karakteristiske for de formasjoner i grunnen som er penetrert av brønnhullet. Heretter blir slike fluidblandinger benevnt «brønnhullsfluider». Utryk-ket «formasjonsfluid» viser heretter til et bestemt formasjonsfluid som ikke har noen vesentlig innblanding eller kontaminasjon av fluider som ikke finnes naturlig i den be-stemte formasjonen. Selv om det i den teoretiske verden er et mål å oppnå prøver av formasjonsfluid som er fri for brønnhullsfluid, er den virkelige verdens realitet at de fleste prøver av formasjonsfluid i en viss grad vil være kontaminert. En hensikt med den foreliggende oppfinnelse er følgelig å evaluere dette nivå av kontaminering.

Inne i brønnhullet 11 ved den nedre ende av en kabel 12 er det opphengt et prøvetakingsverktøy 20 for formasjonsfluid. Kabelen 12 blir ofte ført over en trinse 13, som holdes av et boretårn 14. Utplassering av kabelen og opphenting av denne ut-føres med en drevet vinsj som for eksempel føres av en servicelastebil 15.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er en foretrukket utførelse av et prøvetakingsverktøy 20 skjematisk vist på fig. 2. Slike prøvetakingsverktøy er fortrinnsvis en seriell sammenstilling av flere verktøysegmenter som er sammenbundet ende mot ende med gjengede hylser i innbyrdes klemforbindelser 23. En sammenstilling av verktøysegmenter som er passende for den foreliggende oppfinnelse kan inkludere en hydraulisk kraftenhet 21 og en formasjons-fluidekstraktor 23. Nedenfor ekstraktoren 23 er en motor/pumpeenhet 24 med stort fortrengningsvolum anordnet for ledningsspyling. Nedenfor pumpen med stort volum er det en tilsvarende motor/pumpeenhet 25 som har et mindre fortrengningsvolum som kvantitativt overvåkes som beskrevet mer utførlig med henvisning til fig. 3. Én eller flere tankmagasin-seksjoner 26 er vanligvis sammenstilt nedenfor pumpen med det lille volum. Hver magasinseksjon 26 kan ha én, to, tre eller flere fluidprøvetanker 30.

Formasjons-fluidekstraktoren 22 omfatter en fremførbar sugesonde 27 som står motsatt boreveggsstempler 28. Både sugesonden 27 og de motsatte stempler 28 er hydraulisk fremførbare for å bringe sugesonden i fast inngrep med brønnhullets vegger. Konstruksjon og operasjonelle detaljer ved fluidekstraherings-verktøyet 22 er mer utførlig beskrevet i US patent nr 5.303.775, hvis beskrivelse inkorporeres heri ved denne referanse.

Operasjon av verktøyet kan for eksempel drives med elektrisitet som leveres fra servicelastebilen 15 langs kabelen 12 til den hydrauliske krafttilførselsenhet 21. Andre systemer for tilførsel av elektrisk energi til verktøyet kan inkludere en verktøy-holder i borestrengen som har en slamdrevet nedihullsgenerator og som bruker slam-søylen til dataoverføring.

Med henvisning til fig. 3 omfatter komponentene i den hydrauliske krafttilfør-selsenhet 21 en A.C. eller D.C. motor 32 som er koplet til å drive en hydraulisk kraft-fortrengningspumpe 34. Den hydrauliske kraftpumpen tilfører energi til en hydraulisk krets 36 som danner en lukket sløyfe. Den hydrauliske kretsen styres for eksempel av solenoidaktuerte ventiler 47, for å drive motorseksjonen 42 i en integrert fortrengnings-pumpe/motorenhet 25. Pumpepartiet 44 i pumpe/motorenheten 25 overvåkes ved hjelp av midler så som for eksempel en stang-posisjonssensor 46 for å rapportere pumpefortrengningsvolumet ved enhver posisjon av stangen. Formasjonsfluid som trekkes gjennom sugesonden 27' blir ved hjelp av en solenoidstyrt ventil 48 ledet til annethvert kammer i pumpen 44 og til en fjernstyrt tankfordeler 49. Ved å bli ledet på denne måten blir prøvevolumer av valgt formasjonsfluid ekstrahert direkte fra respektive in situ formasjoner og levert til utpekte prøvekammere blant de flere prøvetankverktøy 30.

Som deltrinn i prosedyren for ekstrahering av formasjonsfluid ifølge den foreliggende oppfinnelse, anvendes motor/pumpeenheten 24 med stort volum til å spyle strømningslinjene for formasjonsfluid mellom sugesonden 27 og pumpen 25 med lite volum. Motor-pumpeenheten 24 kan ellers være hovedsakelig den samme som motor/pumpeenheten 25, med unntak av den preferanse at pumpen i enheten 24 har en større fortrengnings-volumkapasitet pr. slag.

En representativ magasinseksjon 26 er på fig. 4 vist idet den inkluderer en kor-rugert sylinder 50. Sylinderen 50 er fortrinnsvis fabrikkert til å romme tre til seks tanker 30. Hver tank 30 er operativt innsatt i en respektiv nisje 52 med en bayonett-innstikk-montering. To eller flere sylindere 50 er forbundet med en innvendig gjenget hylse 23 som er aksialt fastholdt til den motsatte ende av en annen sylinder. Hylsen 23 dreies på de utvendige gjenger av et motsvarende skjøteboss 53 for å trekke bosset inn i en mellomliggende tett klemforbindelse, hvorved fluidstrømningskanal-ene 54 som er båret inn i enden av hvert boss 53 tettes kontinuerlig over skjøten.

Fig. 5 og 6 viser hver tank 30 omfattende et sylindrisk trykkhus 60 som er teg-net med sylindriske sidevegger 63 og 64 i motsatte ender. Den nedre sidevegg 63 omfatter en ventildelsammenstilling som har et skjøteboss og en fluidkanalnippel 66 som rager aksialt ut fra denne. En kanal 68 inne i nippelen 66 er selektivt forbundet med en ikke vist respektiv kanal til tankfordelerventilen 49, og til sist til sugesonden 27 i formasjonsfluidekstraktoren 22. Med hensyn til fig. 9, en fjernstyrt spyleventil 102 inne i legemet av magasinet 30 forbinder nippelkanalen 68 selektivt med brønnhullets fluidomgivelse, eller alternativt, forbinder kanalen 70 i den øvre sidevegg 64 til brønnhullets fluidomgivelse.

Som vist på fig. 8 og 9, inne i ventildelsammenstillingen 63 er det en forleng-else 74 av tilførsels/utløps-strømningsløpet fra nippelkanalen 68 til en ytre ventil 175. Tilførsels/utløps-strømningsløpet fortsetter serielt fra den ytre ventil 175 med en mellomliggende kanal 78 til en indre ventil 76. Fra den indre ventil 76 fortsetter tilfør-sels/utløpskanalen med en indre kanal 104 inn i det primære prøvekammer 95. Begge ventiler 75 og 76 er i stand til fullstendig å blokkere strømmen i tilførsels/ut-løpskanalen. Kanalen 68 er følgelig forbundet til den ytre ventil 75 på den nedstrøms side av ventilsetet. Den mellomliggende kanal 78 er forbundet til den ytre ventil 75 på den oppstrøms side av ventilsetet og på den nedstrøms side av den indre ventil-ens 76 sete. Den indre kanalen 104 er forbundet til den indre ventilen 76 oppstrøms ventilsetet. Ventilene 75 og 76 er posisjonert slik at volumet 78 mellom den indre og ytre ventilen er større enn volumet mellom fordelerventilen 49 og den ytre ventilen 75 i tanken. I tillegg er kanalens mellomliggende volum fortrinnsvis ca 1% til ca. 1,5% av prøvekammerets volum. Størrelsen av delprøvens volum er et meget viktig element av prøvens in situ kvaliteter, så vel som størrelsen av prøven, for å foreta en tilfreds-stillende konklusjon. Volumet av prøvekammeret 95 kan representativt være i størrel-sesorden 400 til 1 .OOOcm3.

Selv om operasjonen av ventilene 75 og 76 fortrinnsvis er manuell, skal det forstås at mange typer av fjernaktuerte ventiler også kan brukes til dette formål. Særlig kan ventilene 75 og 76 være elektrisk drevne solenoidventiler eller fluiddrevne motorventiler.

Det skal igjen vises til det aksiale halve snitt på fig. 6, hvor trykkhusets øvre sidevegg omfatter et rørstykke 64 som har en innløpskanal 70 for brønnhullsfluid som forbinder den innvendige boring 80 i trykkhuset 60 med en gjenget rørnippelfat-

ning 72. Kanalen 70 er et fluidstrømningsløp mellom den innvendige boring 80 og in situ brønnhullsomgivelsen som er fjernstyrt av magasinets spyleventil 102.

Inne i den innvendige boring 80 i trykkhuset 60 er det en delsammenstilling 82 for en forskyvbar lomme som omfatter den koaksiale sammenstilling av en indre forskyvbar/låse hylse 86 inne i en ytre forskyvbar hylse 84 som strekker seg fra en stempelvegg 88. En låsestempelstang 90 er i en enhet med den ytre forskyvbare hylse 84 ved hjelp av en holdebolt gjennom stempelveggen 88. En fluidkanal 92 langs lengden av stangen 90 danner en åpen kommunikasjon mellom den indre flate av et flytende stempel 94 og den åpne brønnhullskanalen 70. Det flytende stem-

pel 94 er ved hjelp av en holdering aksialt innelukket inne i den indre boring i den indre forskyvbare/låsende hylse 86. En blandekule 99 er plassert inne i mottakskammeret 95 for prøve (formasjonsfluid) som er geometrisk avgrenset som det variable volum inne i den innvendige boring 80 i trykkhuset 60 mellom ventildelsammenstillingen og endeområdet av delsammenstillingen 82 for den forskyvbare lomme.

Låseringen 100 for legemet har innvendige og utvendige ringer med mothaker som selektivt forbinder stangen 90 med den indre forskyvbare/låsende hylse 86. Den selektive forbindelse med låseringen 100 med mothaker gjør hylsen 86 kan bevege seg koaksialt langs stangen 90 fra stemplet 84, men forhindrer enhver reversering av bevegelsen.

En annen konstruksjonsdetalj ved den indre forskyvbare/låsende hylse 86 er den tettede deleveggen 122 mellom de motsatte ender av hylsen 86. Kammeret 124 som er dannet mellom deleveggen 122 og stempelhodet 106 på stangen 90 tettes med atmosfærisk trykk i kammeret på tidspunktet for sammenstilling.

Låseringen 100 for legemet mellom låsestempelstangen 90 og veggen i den indre boring i den indre forskyvbare/låsende hylse 86 over deleveggen 122 tilveiebringer ikke en fluidtrykkbarriere. Kammeret 126 mellom deleveggen 122 og låseringen 100 for legemet funksjonerer følgelig ved det samme fluidtrykk som overfyllingskammeret 120 for brønnhullsfluidet når overfyllingsventilen 110 åpnes.

Med forsatt henvisning til fig. 6, basis i det flytende stemplets vegg 84 inkluderer en overfyllingsventil 110 som har en stift 112 som av en fjær er forspent mot et tetningssete. Stiften 112 inkluderer en spindel som rager forbi endeplanet av stempelveggen 85. Når endeplanet av stempelveggen 85 presses mot den innvendige overflate av det øvre rørstykket 64, forflyttes stiften 112 fra inngrep med tetningssetet for å slippe brønnhullsfluid inn i overfyllingskammeret 120. Overfyllingskammeret 120 er geometrisk definer som det variable volum som er avgrenset av det ringformede rom mellom den ytre omkrets av stangen 90 og den indre boring 85 i den ytre forskyvbare hylse 84.

Det kan ikke legges for mye vekt på rengjøring av prøvetankkammerne, kanalene og andre kar for å fjerne tilstedeværelsen av alle kontaminerende substanser som kommer i kontakt med en formasjonsprøve. Alle innvendige komponenter bør typisk rengjøres med et løsemiddel så som toluen for å fjerne hydrokarbonrester. Klargjøring av prøvetankene 30 før nedihulls utplassering inkluderer åpning av ventilene 74 og 75. Under krafttilførsel og styring av instrumenteringen som bæres av servicelastebilen 15, lokaliseres prøvetakingsverktøyet ned i hullet på den ønskede prøveinnsamlings-lokalisering. Når det lokaliseres koples den hydrauliske kraftenhet 21 inn ved fjernstyring fra servicelastebilen 15. Hydraulisk kraft fra enheten 21 ledes til formasjonsfluid-ekstraktorenheten 22 for at sugesonden 27 for formasjonsfluid og stempelstøttene 28 for boringens vegg skal komme i inngrep med boringens vegg. Så snart den er i inngrep tilveiebringer sugesonden 27 en isolert direkte fluid-strømningskanal for ekstrahering av formasjonsfluid. Slik strøm av formasjonsfluid inn i sugesonden 27 fremkalles først med suging fra en pumpe 24 med stort volum, som drives av den hydrauliske kraftenhet 21. Initialt trekkes det imidlertid ut et lite volum for en trykktest for å bekrefte at sonden 27 er i inngrep med borehullets vegg. Når spyleventilen 102 settes til å lede strømmen av formasjonsfluid fra pumpen med stort volum inn i brønnhullet, opereres pumpen 24 med stort volum under en forhåndsbe-stemt tidsperiode for å skylle kontaminerte brønnhullsfluider fra prøvefordelingskana-len med en strøm av formasjonsfluid som er trukket ut gjennom sugesonden 27. Når det forhåndsbestemte intervall for skylling av ledningen er avsluttet, kan hydraulisk kraft koples over fra pumpen 24 med stort volum til stempelpumpen 25 med lite volum, og spyleventilen 102 sjaltes for å forbinde kanalen 70 i den øvre sidevegg med brønnhullet. Med henvisning til fig. 3, formasjonsfluid som trekkes ut med sugesonden 27 ved hjelp av pumpen 25 føres frem og tilbake med et kanalstyringssystem, så som det som er vist med fireveisventilen, 48, inn i suksessivt motsatte kam-

mere 44, Samtidig leder ventilen 48 utstrømningen fra kammerne 44 til en ventilmani-fold 49, som kan være en serie av ventilsett 102 og 49, for eksempel som vist på

fig. 9, som videre leder formasjonsfluidet inn i den ønskede prøvetank 30.

Formasjonsfluid kommer inn i tanken 30 gjennom nippelkanalen 68 og ledes langs strømningsløpene 74, 78 og 104, inn i prøvemottakskammeret 95. Trykk i det pumpede formasjonsfluid i mottakskammeret 95 forskyver både den ytre forskyvbare hylse 84 og den indre forskyvbare/låsende hylse 86, mot det stående brønnhullstrykk i den indre boring 80 i trykkhuset 60. Når prøvemottakskammeret 95 er fullt, vil basis-planet av veggen 85 på det ytre forskyvbare hylsestempel komme i inngrep med den innvendige overflate av det øvre rørstykket 64. Spindelen på ventilstiften 112 blir derved aksialt forflyttet for å åpne overfyllingsventilen 110. Innvendige kanaler inne i den ytre forskyvbare hylse 84 leder brønnhullsfluid fra setet i ventilen 110 inn i overfyllingskammeret 120. Brønnhullstrykket i overfyllingskammeret 120 ligger an mot den indre forskyvbare låsende hylse 86 over tverrsnittsarealet av overfyllingskamme-

ret 120 ringrom.

To trykkilder virker motsatt overfyllingskammerets kraft på den forskyvbare/låsende hylse 86. En kilde er formasjonsfluidtrykket i prøvekammeret 95 som ligger an mot den ringformede endeseksjon av den forskyvbare/låsende hylse 86, slik det ble tilveiebrakt av pumpeenheten 25 med lite volum. Det andre trykket som virker motsatt overfyllingskammeret trykk er det lukkede atmosfærekammer 124 som virker på are-alet av den ringformede delevegg 122. Initialt begunstiger kraftbalansen på den forskyvbare/låsende hylse 86 overfyllingskammeret side til å presse den ringformede ende av hylsen 86 inn i prøvekammeret 95. Siden det flytende formasjonsfluid er hovedsakelig imkompresibelt, gjør inntrengningen av den faste struktur i hylsens 86 ringrom inn i prøvekammerets volum at trykket øker eksponensielt i prøvekammeret inntil det oppnås en endelig kraftlikevekt. Ikke desto mindre, ved trykkene i denne omgivelse, kan det oppnås målbar væskekompresjon.

Denne aksiale bevegelse av den indre forskyvbare/låsende hylse 86 i forhold til den ytre hylse 84 overføres også til stempelstangen 90, som fastholdes til den ytre hylse 84 via holdebolten gjennom stempelveggen 85. Hylsens 86 delevegg 122 forflyttes følgelig mot stempelhodet 106 for å komprimere den gassformede atmosfære i kammeret 124 for derved å øke likevektskreftene.

På grunn av de innvendige og utvendige ringer med mothaker på låse-

ringen 100 for legemet, opprettes bevegelse av stemplet 90 i forhold til den indre forskyvbare hylse 86 for å opprettholde denne volumetriske inntrengning av struktu-

ren 86 i prøvekammerets volum.

Ved å komprimere volumet av formasjonsfluidprøven, blir fluidprøvens trykk

mye høyere enn brønnhullstrykket, men lavere enn sikkert arbeidstrykk for kammeret. Selv om dette sterkt økede in situ trykket faller når den innelukkede formasjonsprøve fjernes fra brønnhullet, kan de operative komponenter designes slik at, ved overflate-vante overtrykk når og der hvor den innsamlede formasjonsprøve fjernes fra brøn-nen, prøvetrykket ikke faller under boblepunktet for oppløst gass. Bevegelse av den indre forskyvbare/låsende hylse 86 komprimerer ytterligere den innsamlede formasjonsfluid prøve over trykkøkningskapasiteten for pumpen 25. Slik kompresjon fortsetter inntil den ønskede trykkøkning er oppnådd.

For eksempel kan en nedihulls fluidprøve ha et hydrostatisk brønnhullstrykk på 68,95 MPa. Den typiske kompressibilitet for et slikt fluid er 5 x 10"<6> slik at en volumre-duksjon på kun 8% vil heve fluidprøvens trykk med 100,3 MPa til 1179,3 MPa, for et trykkøkningsforhold på 2,6 til 1,0. Når magasinseksjonen 26 og den innsamlede for-masjonsfluidprøve er hevet til overflaten av brønnhullet 11, vil formajonsfluidprøvens temperatur avkjøles, hvilket returnerer formasjonsfluidprøvens trykk mot det opprin-nelige trykk på 68,95 MPa. Hvis nedihullsfluidtemperaturen er 132,2 °C og brønnhul-lets 11 overflatetemperatur er 21,1 °C, vil det resulterende fall i temperatur på

111,1 °C senke fluidprøvens trykk med ca 105,48 MPa i et fast volum, hvilket resulte-rer i et fluidprøvetrykk ved overflaten på ca 73,77 MPa.

For å holde volumet i fluidprøvekammeret 95 konstant når magasinet 26 tas ut fra brønnhullet 11, fastholdes den indre forskyvbare/låsende hylse 86 til den ytre forskyvbare hylse 84 under opphenting av magasinet 26. Oppfinnelsen oppnår den faste relasjon ved hjelp av låseringen 100 for legemet. Denne mekanismen muliggjør en tilføyelse av en ytterligere trykkøkning til formasjonsfluidprøvens trykk inne i prøve-kammeret 95 som en proporsjonalitet av in situ brønnhullstrykket. For eksempel kan magasinseksjonen 26 deretter senkes til ytterligere dybder innenfor et brønnhull 11 hvor det hydrostatiske trykket er større enn en tidligere prøveekstrahering. Økningen i det hydrostatiske brønnhullstrykk overføres gjennom overfyllingsventilen 112, inn i overfyllingskammeret 120, for ytterligere å bevege den indre forskyvbare/låsende hylse 86, og for ytterligere å komprimere formasjonsfluidprøven inne i prøvekamme-ret 95 til et større trykk. Slik trykkøkning kan oppnås raskt, og magasinet 26 kan tas opp til overflaten av brønnhullet 11 før en signifikant mengde varme fra den ytterligere brønnhullsdybde overføres til den tidligere innsamlede formasjonsfluid prøve.

Ved overflaten av brønnhullet 11 stenges den ytre ventil 75 av de to ventiler 75 og 76 for å stenge formasjonsfluidprøven inne i kammeret 95. Mens den fremdeles er forbundet med magasinet 26, og den indre ventil 76 er åpen, sjaltes spyleventi-

len 102 til å ventilere nippelkanalen 68 til utsiden av den ytre ventil 75. Tanken 30 kan deretter sikkert tas ut fra sin respektive nisje 52 i magasinet 26.

Med tanken 30 isolert fra magasinet 26, og den indre ventil 76 åpen, blir tanken 30 oppvarmet og omrørt for å gjenopprette homogenitet til fluidet i kanalene 104 og 78 med fluidet i prøvekammeret 95. Deretter stenges ventilen 76, og en mottakende tank, ikke vist, kan forbindes til nippelen 66. Ved å stenge den indre ventilen 76, reduseres det innelukkede rommelige volum ved inntrengningen av ventilstiftelemen-tet. En slik reduksjon av rommelig volum øker trykket i delprøven i kanalen 78. Den mottakende tanken inkluderer et kompensasjonsstempel for å oppta volumendringen og opprettholde in situ prøvekvalitetene. Den ytre ventilen 35 blir deretter åpnet for å avgi brønnhullsfluid som er innestengt i kanalen 78 mellom ventilene 75 og 76. Denne fluidprøven med lite volum som er innestengt i den mottakende tanken kan forsyne operatører med en indikasjon på kontaminerings-nivået for det fluidet som faktisk er innestengt i prøvekammeret 95. Slamfiltrat, brønnhullsvann, slamkake, borefluid og andre kontaminanter er lette å skille ut fra denne fluidprøven. Hvis kon-tamineringen er usedvanlig stor, blir det umiddelbart kjent, mens alt prøvetakingsut-styr er på brønnstedet, at en annen prøveinnsamlingsprosedyre kanskje må gjen-nomføres.

Claims (16)

1. Anordning til isolering av en delprøve av fluid fra en formasjon i grunnen, hvilken anordning (20) omfatter: et fluidmottakende kammer (95) med høyt trykk, og en kanal for mottak og ut-tømming av brønnformasjonsfluid inn i og fra kammeret (95); idet anordningen er karakterisert ved: et mellomliggende volum inne i kanalen avgrenset av minst to ventiler (75, 76) i nevnte kanal, hvorved delprøven av formasjonsfluid ekstraheres fra det mellomliggende volum via kanalen uten vesentlig forstyrrelse av sammensetningen av formasjonsfluid i det mottakende kammer (95).

2. Anordning (20) ifølge krav 1, hvor det mottakende kammer (95) og kanalen er strukturelt kombinert innenfor et uavhengig huselement.

3. Anordning (20) ifølge krav 2, hvor det mottakende kammer (95) omfatter en struktur med variabelt volum.

4. Anordning (20) ifølge krav 1, hvor de mellomliggende volum er ca 1% eller mer av volumet av det mottakende kammer (95).

5. Anordning (20) i henhold til krav 1, videre omfattende et ekstraheringsverktøy for formasjonsfluid, en mottakende tank (30) for formasjonsprøve og en pumpe (24, 25) for overføring av prøven fra ekstraheringsverktøyet til tanken (30), idet den mottakende tanken (30) har et prøvemottakende kammer (95), kanalen og de minst to ventilene (75, 76).

6. Anordning (20) ifølge krav 5, omfattende den første ventilen er fjernstyrt.

7. Anordning (20) ifølge krav 6, omfattende den andre ventilen er fjernstyrt.

8. Anordning (20) ifølge krav 5, hvor flerheten tanker (30) er operativt kombinert i et magasin, idet hver tank (30) i flerheten kan adskilles fra magasinet, og minst to av ventilene (75, 76) kan adskilles fra magasinet sammen med hver av tankene (30).

9. Anordning (20) ifølge krav 8, omfattende en første fjernstyrt ventil i kanalen som er fastholdt inne i magasinet, uavhengig av nevnte flertall tanker (30).

10. Anordning (20) ifølge krav 9, omfattende en annen fjernstyrt ventil i nevnte kanal fastgjort inne i magasinet uavhengig av nevnte flertall tanker (30) for selektiv ventilering av fluidtrykk fra nevnte kanal.

11. Fremgangsmåte til uthenting av en prøve med høyt trykk av fluid fra en formasjon i grunnen, hvilken fremgangsmåte omfatter et trinn for: ekstrahering av en prøve av fluid fra en formasjon i grunnen; pumping av prøven gjennom en tilførsels/utløpskanal (78) inn i en prøvemot-takende tank (30), idet det i kanalen har en første ventil fjernt fra kammeret (95) og en andre ventil nær kammeret (95) for avgrensning av en miniatyrprøve av formasjonsfluid mellom disse; og heving av kammeret (95) til jordens overflate idet fremgangsmåten er karakterisert ved: stenging av den første ventilen; blanding av prøven i nevnte mottaende kammer (95) med miniatyrprøven; stenging av den annen ventil; og åpning av den første ventil for å slippe ut miniatyrprøven av formasjonsfluid via kanalen.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor en fjernstyrt ventil i kanalen mellom en pumpe (24, 25) og den første ventil åpnes etter at den annen ventil er stengt.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor volumet av miniatyrprøven er ca 1 % eller mer enn volumet i den prøvemottakende tank (30).

14. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor trykket av formasjonsfluid som er fylt i beholderen økes over in situ trykket før heving av kammeret (95) til overflaten.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, hvor trykket i formasjonsfluidet i kammeret (95) økes ved en mekanisk reduksjon av kammervolumet.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor prøven også oppvarmes inne i kammeret (95) før stenging av den annen ventil.