Устройство и способ для контроля давления пробы скважинного флюида

Изобретение относится к устройствам и способам для контроля давления пробы скважинного флюида, доставляемого к поверхности скважины из зоны, расположенной в глубине скважины. Отбирают c помощью насоса пробу пластового флюида под давлением. Проба флюида в дальнейшем сжимается с помощью подвижного поршня, приводимого в действие гидростатическим давлением в скважине через клапан. Сжатая проба пластового флюида содержится под высоким давлением внутри камеры с фиксированным объемом для доставки к поверхности скважины. Подвижный поршень представляет собой внешнюю и внутреннюю втулки, подвижные друг относительно друга. За один прием в скважину могут опускаться сразу несколько резервуаров для отбора проб из нескольких зон с минимальными затратами времени. Резервуары могут опустошаться на поверхности скважины с помощью эвакуационного давления, таким образом постоянно обеспечивая сохранение давления пробы флюида выше заранее выбранного давления. Повышается надежность отбора проб флюида из различных мест ствола скважины. 6 н. и 29 з.п. ф-лы, 14 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение касается технологии бурения земли и отбора проб пластовых флюидов из ствола скважины. Конкретнее, изобретение касается способов и устройств для отбора проб пластовых флюидов из глубокой скважины и сохранения in situ состава пробы (т.е. соответствующего пластовым условиям) после подъема на поверхность.

Уровень техники

Пластовые флюиды в скважинах добычи углеводородных продуктов обычно представляют собой смесь нефти, газа и воды. Давление, температура и объем пластовых флюидов определяют фазовое соотношение этих составляющих. В глубинных формациях высокие давления скважинного флюида в скважине часто приводят к растворению газа в нефти при давлении выше давления насыщения. После понижения давления смешанные или растворенные смеси газов отделяются от жидкой фазы пробы. Точное измерение давления, температуры и состава пластового флюида конкретной скважины представляет коммерческий интерес с точки зрения возможной добычи жидкостей из скважины. Эти данные также предоставляют информацию, позволяющую достичь максимальной выработки и продуктивности конкретного углеводородного месторождения.

Некоторые способы и устройства позволяют производить анализ скважинных флюидов непосредственно в глубине скважины. Патент США №5361839, выданный Гриффиту и др. (1993), предлагает преобразователь для генерирования выходных характеристик пробы флюида в глубине скважины. Патент США №5329811, выданный Шульцу и др. (1994), предлагает устройство и способ для определения (оценки) давления и объема образца скважинного флюида в глубине скважины.

Другие способы и устройства обеспечивают подъем пробы скважинного флюида из скважины на поверхность для последующего исследования. Патент США №4583595, выданный Женихову и др. (1986), предлагает поршневой механизм для отбора проб скважинного флюида. Патент США №4721157, выданный Берзину (1988), предлагает подвижную клапанную втулку для отбора проб скважинного флюида в камеру. Патент США №4766955, выданный Петерману (1988), предлагает поршень с распределительным клапаном для отбора проб скважинного флюида, а патент США №4903765, выданный Зункелю (1990), предлагает пробоотборник скважинного флюида с временной задержкой. Патент США №5009100, выданный Грубберу и др. (1991), предлагает тросовый пробоотборник для отбора проб скважинного флюида с заданной глубины ствола скважины; патент США №5240072, выданный Шульцу и др. (1993), предлагает кольцевой пробоотборник, чувствительный к давлению, для множественного отбора проб скважинного флюида через различные интервалы времени и глубины; патент США №5322120, выданный Би и др. (1994), предлагает гидравлическую систему, приводимую в действие электричеством, для множественного отбора проб скважинного флюида в глубине скважины.

Температура в нижней части ствола глубоких скважин часто превышает 300 градусов F (~150°С). Когда горячая проба пластового флюида доставляется к поверхности, где температура составляет 70 градусов F (21°С), возникшее в результате этого падение температуры приводит к сжатию пробы пластового флюида. Если объем при этом не меняется, такое сжатие существенно понижает давление пробы. Падение давления изменяет in situ параметры флюида, соответствующие пластовым условиям, и может привести к фазовому разделению между жидкостями и газами, растворенньми в пробе пластового флюида. Фазовое разделение значительно изменяет характеристики пластового флюида и снижает возможность оценки фактических свойств пластового флюида.

Для преодоления этих ограничений были разработаны различные способы и устройства, позволяющие сохранить неизменным давление пробы пластового флюида. Патент США №5337822, выданный Масси и др. (1994), предлагает сжатие пробы пластового флюида с помощью гидравлического поршня, приводимого в действие сжатым газом высокого давления. Точно так же патент США №5662166, выданный Шаммаи (1997), предлагает использование сжатого газа для сжатия пробы пластового флюида. Патенты США №№5303775 (1994) и 5377755 (1995), выданные Мичайлсу и др., предлагают реверсивный поршневой насос для подъема давления в пробе пластового флюида выше давления насыщения таким образом, чтобы последующее охлаждение не понизило давление флюида ниже давления насыщения.

Существующие способы и устройства для поддержания пластового давления в пробе ограничены многими факторами. Предварительно напряженные или компрессионные пружины не подходят, так как необходимые усилия сжатия требуют применения исключительно больших пружин. Сдвиговые (режущие) механизмы негибкие и не позволяют просто проводить множественный отбор проб из различных мест ствола скважины. Газовые заряды могут быть причиной внезапной (взрывной) разгерметизации уплотнений и загрязнения пробы. Газовые системы создания предварительного давления требуют сложных систем, включая резервуары, клапаны и регуляторы, которые являются дорогими, занимают много места в стесненном пространстве скважины и требуют обслуживания и ремонта. Электрические или гидравлические насосы требуют управления с поверхности и имеют другие подобные ограничения.

Таким образом, имеется потребность в улучшенной системе, способной компенсировать потерю гидростатического давления в скважине настолько, чтобы проба пластового флюида могла быть поднята на поверхность скважины при давлении в ней, максимально близком к пластовому. Система должна быть надежна и способна отбирать пробы из различных мест ствола скважин.

Краткое изложение сущности изобретения

Данное изобретение предлагает устройство и способ для контроля давления в сжатой пробе скважинного флюида, взятой из глубины ствола скважины в земле. Устройство включает в себя корпус, имеющий полую внутреннюю часть. Во внутренней части корпуса находится составной поршень, ограничивающий камеру для пробы флюида, причем поршень может перемещаться в пределах внутренней части корпуса для выборочного изменения объема камеры для пробы флюида. Составной поршень состоит из внешней втулки и внутренней втулки, подвижной относительно внешней втулки. Однако перемещение внутренней втулки относительно внешней является однонаправленным. Внешний насос извлекает пластовой флюид и подает под давлением в камеру для пробы флюида. Открытый позиционный клапан позволяет сжатому скважинному флюиду перемещать вышеназванный поршень для сжатия пробы флюида в камере для пробы флюида так, чтобы проба флюида оставалась сжатой, когда она поднята к поверхности скважины.

Способ изобретения осуществляется на практике опусканием корпуса в ствол скважины. Составной поршень перемещается в камере для пробы пластовым флюидом, поданным внешним насосом. После заполнения камеры клапан открывается для того, чтобы ввести скважинный флюид при гидростатическом давлении ствола скважины с воздействием на поршень для того, чтобы переместить указанный поршень для сжатия пробы скважинного флюида внутри камеры для отбора проб флюида. За счет того что площади поршня разные, усилие на внутренней втулке составного поршня неуравновешенно, тем самым обеспечивая сжатие пробы флюида за счет уменьшения объема. Уменьшенный объем фиксируется механическим фиксатором положения составного поршня относительно камеры для проб.

Краткое описание чертежей

Преимущества и дальнейшие аспекты изобретения будут без труда оценены любым, имеющим обычные навыки в данной области техники, так как они становятся более понятными из нижеследующего подробного описания, рассматриваемого совместно с сопутствующими чертежами, среди которых;

фиг.1 - это схема сечения земли, иллюстрирующая окружение, в котором работает изобретение;

фиг.2 - это схема изобретения в рабочей сборке с совместно действующими вспомогательными устройствами;

фиг.3 - это схема описываемой системы извлечения и подачи пластового флюида;

фиг.4 - это изометрическая проекция магазина емкостей для проб;

фиг.5 - это изометрическая проекция данного изобретения;

фиг.6 - это осевой разрез изобретения в изометрической проекции;

фиг.7 - это детальный разрез изобретения по месту (концу) входа пробы;

фиг.8 - это детальный разрез сборки согласно изобретению по участку с камерой для проб;

фиг.9 - это детальный разрез конца составного поршня по месту входа гидростатического давления из ствола скважины;

фиг.10 - это осевой разрез изобретения в изометрической проекции в ходе получения пробы пластового флюида;

фиг.11 - это детальный разрез составного поршня, находящегося в положении, обеспечивающем вход скважинного флюида;

фиг.12 - это детальный разрез относительного осевого смещения элементов составного поршня;

фиг.13 - это осевой разрез изобретения в ходе извлечения пробы; и

фиг.14 - это осевой разрез изобретения в ортогональной проекции.

Описание предпочтительных вариантов реализации изобретения

На фиг.1 схематично представлено поперечное сечение земли 10 вдоль ствола скважины 11. Обычно скважина, по меньшей мере частично, заполнена смесью жидкостей, включающей в себя воду, буровой раствор и пластовые флюиды, которые являются природными для формаций земли, через которые проходит скважина. В дальнейшем эти смеси жидкостей будут называться “скважинные флюиды”. Термин “пластовой флюид” в дальнейшем будет применяться для обозначения определенного пластового флюида, исключающего любые существенные смеси или загрязнения жидкостями, изначально (в природе) не присутствующими в определенной формации.

Внутри скважины 11 на нижнем конце кабеля 12 подвешено устройство 20 для сбора проб пластового флюида. Трос 12 обычно пропускают через шкив 13, установленный на деррике 14. Разматывание и сматывание троса осуществляют с помощью лебедки, установленной, например, на обслуживающий грузовой автомобиль 15.

В соответствии с данным изобретением, предпочтительный вариант конструкции устройства 20 для сбора проб схематично изображен на фиг.2. Предпочтительно, когда такое устройство для сбора проб является последовательной сборкой из нескольких секций устройства, соединенных впритык друг к другу при помощи винтовых втулок уплотняющих единиц 23. Сборка секций устройства согласно данному изобретению может включать в себя блок 21 подачи гидравлической энергии и экстрактор 22 пластового флюида. Ниже экстрактора 22 размещается блок 24 мотора/насоса с большим рабочим объемом для продувки линии. Ниже насоса с большим рабочим объемом расположен блок 25 аналогичного мотора/насоса с меньшим рабочим объемом, который точно (количественно) контролируется, как более подробно описано относительно фиг.3. Обычно одну или большее количество секций 26 в виде магазина резервуаров присоединяют ниже насоса с меньшим рабочим объемом. Каждая секция 26 в виде магазина может иметь три или более резервуара 30 для пробы флюида.

Экстрактор 22 пластового флюида включает в себя выдвижной всасывающий зонд 27, напротив которого расположены упоры 28 в стенку скважины. И всасывающий зонд 27, и расположенные напротив него упоры 28 выдвигаются с помощью гидравлики для надежного закрепления на стенках скважины. Конструкция и подробности работы устройства 22 извлечения флюида более подробно описаны в патенте США №5303775, описание которого включено сюда в качестве ссылки.

Действие устройства обеспечивается электричеством, подаваемым от обслуживающего грузового автомобиля 15 по кабелю 12 к блоку 21 подачи гидравлической энергии. Как видно из фиг.3, в состав блока 21 подачи гидравлической энергии входит мотор 32 переменного тока, приводящий в действие гидравлический поршневой насос 34. Гидравлический поршневой насос создает давление в замкнутой гидравлической системе 36. Гидравлическая система управляется приводимым в действие с помощью соленоида четырехходовым клапаном 47, например, для привода моторной части 42 интегрированного блока 25 поршневого насоса/мотора. Насосная часть 44 блока 25 насоса/мотора контролируется датчиком 46 положения штока, например, для контроля подаваемого насосом объема. Пластовой флюид, втянутый через всасывающий зонд 27, направляется клапаном 48, управляемым соленоидом, попеременно в разные камеры насоса 44 и далее к распределителю 49 резервуаров. Таким путем объемы проб выбранного пластового флюида извлекаются непосредственно из нужного места формаций и доставляются к назначенным камерам проб среди нескольких устройств 30 с резервуарами для проб.

На промежуточных подэтапах в процессе извлечения пластового флюида согласно данному изобретению используется блок 24 мотора/насоса с большим рабочим объемом для продувки трубопроводов пластового флюида между всасывающим зондом 27 и насосом 25 с малым рабочим объемом. Так как эти подэтапы не требуют точного дозирования, измерение объема подачи насоса не требуется. В остальном секция 24 мотор/насос может быть такой же, как секция 25 мотор/насос, за исключением того предпочтения, что насос секции 24 имеет большую емкость рабочего объема.

Представляемая секция 26 в виде магазина, изображенная на фиг.4, включает в себя цилиндр 50 с пазами. Желательно изготавливать цилиндр 50 для размещения трех или четырех резервуаров 30. Каждый резервуар 30 быстро устанавливается в соответствующую нишу 51 с помощью байонетного замка. Два или более цилиндров 50 соединяют с помощью втулки 23 с внутренней резьбой, которая закреплена от осевого перемещения к одному концу одного из цилиндров, но свободно вращается относительно оси цилиндра. Втулку 23 наворачивают на наружную резьбу сопряженной соединительной бобышки 52 для обеспечения герметичности в месте стыка между ними, вследствие чего каналы 54 протока жидкости, просверленные в торце каждой бобышки 52, постоянно герметизированы по всему соединению.

На фиг.5, 6 и 7 показано, что каждый резервуар 30 включает в себя герметичный цилиндрический корпус 60, который ограничен с противоположных концов цилиндрическими вставками. Во вставке нижнего торца находится клапанная подсборка 62, имеющая присоединительную бобышку 63 и проводящий флюид патрубок 66, выступающий вдоль его оси. Канал 68 в патрубке 66 выборочно связан соответствующим каналом 54 с распределителем 49 резервуаров и, в конечном счете, с всасывающим зондом 27 экстрактора 22 пластового флюида. Поток флюида в канале 68 выпрямляется обратным клапаном 69. В клапанной подсборке 62 имеется тракт 74 для потока пластового флюида между каналом 68 и резервуаром пластового флюида внутри герметичного корпуса 60. Управляемый соленоидом отсечной клапан 76 установлен для выборочного открытия и закрытия пропускного канала в тракте 74. Как лучше всего видно на изометрическом детальном сечении на фиг.1, выпускной клапан 78 избирательно закрывает шунтирующий канал 79, соединенный с трактом 74 для потока флюида.

Возвращаясь к осевому сечению на фиг.6, видно, что вставка верхнего торца герметичного корпуса включает в себя подсборку 64 с каналом 70 входа флюида, который соединяет внутренний канал 80 герметичного корпуса 60 с резьбовым гнездом 72 для присоединения патрубка, аналогичного применяемому в насосно-компрессорных колоннах. Канал 70 обычно открыт для потока флюида между внутренним каналом 80 и скважинной (in situ) средой. Во внутреннем канале 80 герметичного корпуса 60 находится подсборка 82 подвижного захвата, которая включает в себя соосную сборку внутренней передвижной/блокируемой втулки 86 с внешней подвижной втулкой 84, как это показано на фиг.8. Блокирующий поршневой шток 90 соединен с внешней подвижной втулкой 84 контровочным болтом 88, как это показано на фиг.9. Канал 92 флюида, проходящий вдоль по штоку 90, напрямую связывает внутреннюю поверхность 96 свободного (плавающего) поршня 94 с открытым в ствол скважины каналом 70. Свободный поршень 94 закреплен от осевого перемещения во внутреннем отверстии подвижной/блокируемой втулки 86 стопорным кольцом 98. Смешивающийся шар 99 размещен внутри получающей пробу (пластовой флюид) камеры 95, которая геометрически определена как переменный объем, ограниченный стенками внутреннего канала 80 герметичного корпуса 60, клапанной подсборкой 62 и торцевой поверхностью подсборки 82 подвижного захвата.

Корпусное стопорное кольцо 100, имеющее внутренние кольцевые зубцы 102 и внешние кольцевые зубцы 104, избирательно соединяет шток 90 с внутренней подвижной/блокируемой втулкой 86. Избирательное соединение зубчатого стопорного кольца 100 позволяет втулке 86 перемещаться вдоль по оси штока 90 от поршня 84, но запрещает любое реверсирование этого перемещения.

Другой конструктивной деталью внутренней подвижной/блокируемой втулки 86 является герметизированная перегородка 122 между противоположными концами втулки 86. Камера 124, образованная между перегородкой 122 и поршневым днищем 106 штока 90, герметична, и давление в ней соответствует атмосферному давлению, существующему в камере во время сборки устройства.

Корпусное стопорное кольцо 100, находящееся между блокирующим поршневым штоком 90 и стенкой внутреннего канала внутренней подвижной/блокируемой втулки 86 над перегородкой 122, не создает препятствия для распространения давления флюида. Следовательно, камера 126 между перегородкой 122 и корпусным стопорным кольцом 100 работает при том же самом давлении флюида, что и камера 120 наполнения скважинного флюида, когда клапан 110 наполнения открыт.

Продолжая обращаться к фиг.9, видно, что основание свободного поршня/втулки 84 включает в себя клапан 110 наполнения, имеющий штифт 112, прижатый пружиной 114 к уплотняющему седлу 116. Штифт имеет стержень 118, выступающий из торцевой плоскости свободного поршня/втулки 84. Когда торцевая плоскость свободного поршня/втулки 84 прижимается к внутренней поверхности верхней подсборки 64 (фиг.11), штифт 112 выходит из соединения с уплотняющим седлом 116 и пропускает скважинный флюид в камеру 120 наполнения, как показано на фиг.11 и 12. Камера 120 наполнения геометрически определена как переменный объем, ограниченный кольцевым пространством между внешним периметром штока 90 и внутренним каналом 85 внешней подвижной втулки 84.

Принцип действия

Подготовка резервуаров 30 для проб перед спуском в скважину включает в себя закрытие выпускного клапана 78 и открытие отсечного клапана 76. С помощью энергии и под управлением аппаратуры, установленной на обслуживающем грузовом автомобиле 15, устройство для отбора проб спускается в скважину до желаемого места отбора пробы. После достижения нужной позиции блок 21 подачи гидравлической энергии дистанционно включается с обслуживающего грузового автомобиля 15. Гидравлическая энергия от блока 21 направляется к блоку 22 экстрактора пластового флюида для расположения всасывающего пластовой флюид зонда 27 и упоров 28 на стенках скважины. Всасывающий зонд 27 обеспечивает изолированный, прямой канал для потока по существу чистого пластового флюида. Такой поток пластового флюида во всасывающий зонд 27 изначально вызван всасыванием насоса 24 с большим рабочим объемом, который приводится в действие блоком 21 подачи гидроэнергии. Насос 24 большого объема работает в течение предопределенного периода времени для обеспечения промывки распределительных каналов от загрязненных скважинных флюидов пластовым флюидом, забранным всасывающим зондом 27. Когда предопределенный для промывки каналов интервал времени заканчивается, гидроэнергия переключается от насоса 24 большого объема к поршневому насосу 25 малого объема. Обращаясь к фиг.3, видим, что пластовой флюид, забираемый от всасывающего зонда 27 насосом 25, направляется попеременно четырехходовым клапаном 48 в противоположные камеры 44. В то же время клапан 48 направляет напор из камер, например, к многопроходному поворотному клапану 49, который далее направляет пластовой флюид к нужному резервуару 30 для проб.

Пластовой флюид поступает в резервуар 30 через канал 68 патрубка и направляется через обратный клапан 69 и по тракту 74 потока в получающую пробу камеру 95. Отсечной клапан 76 резервуара открывают перед спуском резервуара в скважину. Давление накачиваемого пластового флюида в получающей пробу камере 95 перемещает как внешнюю подвижную втулку 84, так и внутреннюю подвижную/блокируемую втулку 86, против постоянного давления скважины во внутреннем канале 80 герметичного корпуса 60, как это показано на фиг.10. Когда давление пробы пластового флюида внутри камеры 95, получающей пробы пластового флюида, достигает предельного давления нагнетания насоса 25, обратный клапан высокого давления закрывается и запирает пробу пластового флюида внутри камеры 30 для пробы и прохода 74.

Также, когда получающая пробу камера 95 заполнена, торцевая плоскость внешней подвижной втулки 84 приходит в соприкосновение с внутренней поверхностью верхней подсборки 64. В связи с этим стержень 118 получает осевое перемещение и открывает клапан 110 наполнения. Внутренние каналы во внешней подвижной втулке 84 направляют скважинный флюид в камеру 120 наполнения. Давление скважинного флюида в камере 120 наполнения воздействует на подвижную/блокируемую втулку 84 по площади кольцевого поперечного сечения камеры 120 наполнения.

Против силы, действующей на подвижную/блокируемую втулку 86 со стороны камеры наполнения, действуют два источника давления. Один источник - давление пластового флюида в камере 95 пробы, действующее на кольцевое сечение торца подвижной/блокируемой втулки 86 и вызванное блоком 25 насоса малого объема. Другое давление, противодействующее давлению в камере наполнения, - давление в закрытой воздушной камере 124, действующее на поверхность кольцевой перегородки 122.

Первоначально силовой баланс на подвижной/блокируемой втулке 86 позволяет давлению со стороны камеры наполнения вдвинуть кольцевой торец втулки 86 в камеру 95 для проб. Так как жидкий пластовой флюид практически несжимаем, внедрение твердой кольцевой структуры втулки 86 в объем камеры для проб экспоненциально увеличивает давление в камере для проб до тех пор, пока не достигнуто конечное равновесие сил. Однако при давлениях этой среды умеренное (измеряемое) сжатие жидкости все же может быть достигнуто.

Это осевое движение внутренней подвижной/блокируемой втулки 86 относительно внешней втулки 84 также передается поршневому штоку 90, который прикреплен к внешней втулке 84 посредством контровочного болта 88. Следовательно, перегородка 122 втулки 86 перемещается по направлению к поршневому днищу 106, сжимая газовую атмосферу камеры 124, таким образом добавляя дополнительное усилие к силовому балансу.

Благодаря внутренним и внешним кольцевым зубцам 102 и 104, соответствующим корпусному стопорному кольцу 100, перемещение поршня 90 относительно внутренней подвижной втулки 86 выпрямлено (т.е. направлено только в одну сторону) для фиксации этого объемного вторжения конструкции 86 в объем камеры для проб.

После сжатия объема пробы пластового флюида давление в пробе флюида значительно выше давления в скважине. Хотя это сильно увеличенное in situ (в местных условиях) давление падает в замкнутой пробе флюида, вынутой из скважины, действующие компоненты можно спроектировать так, чтобы после подъема собранной пробы флюида из скважины давление пробы не упало ниже давления насыщения смешанного или растворенного газа. Движение внутренней подвижной/блокируемой втулки 86 производит дальнейшее сжатие взятой пробы пластового флюида выше максимального давления насоса 25. Такое сжатие продолжается до тех пор, пока желаемый коэффициент сжатия не будет достигнут.

Например, проба флюида может иметь гидростатическое давление скважины 10000 фунт/кв. дюйм (~69 МПа). Типичная сжимаемость для такой жидкости составляет 5×10^-6, то есть уменьшение объема только на восемь процентов поднимет давление в пробе флюида на 16000 фунт/кв. дюйм (~110 МПа) до 26000 фунт/кв. дюйм (~179 МПа), с коэффициентом сжатия 2,6 к 1,0. Когда секция 26 в виде магазина и собранная проба пластового флюида будут подняты к поверхности скважины 11, температура пробы пластового флюида снизится (охладится), таким образом возвращая давление пробы пластового флюида к первоначальному пластовому давлению 10000 фунт/кв. дюйм (~69 МПа). Если температура флюида в скважине составляет 270°F (~132°С) и температура на поверхности скважины 11 составляет 70°F (~21°C), то результирующее падение температуры на 200°F (111°С) понизит давление пробы флюида при неизменном объеме приблизительно на 15300 фунт/кв. дюйм (~105,5 МПа); таким образом, результирующее давление в пробе флюида на поверхности составит приблизительно 10700 фунт/кв. дюйм (~73,5 МПа).

Для сохранения объема камеры 95 для пробы флюида постоянным после вытаскивания магазина 26 из скважины 11 внутренняя подвижная/блокируемая втулка 86 зафиксирована относительно внешней подвижной втулки 84 во время извлечения магазина 26. В изобретении эта фиксация выполняется посредством корпусного стопорного кольца 100. Этот механизм позволяет увеличить давление на пробу пластового флюида внутри камеры 95 для пробы пропорционально местному (in situ) давлению в скважине. Например, секция 26 в виде магазина может последовательно опускаться на дополнительные глубины в скважине 11, где гидростатическое давление большее, чем при предшествующем отборе пробы. Гидростатическое повышение давления в скважине передается через клапан 110 наполнения в камеру 120 наполнения для дальнейшего перемещения внутренней подвижной/блокируемой втулки 86 и дальнейшего сжатия пробы пластового флюида внутри камеры 95 для пробы до большего давления. Такой рост давления может быть выполнен быстро, и магазин 26 будет поднят к поверхности скважины 11, прежде чем существенное количество теплоты, возникшее вследствие увеличившейся глубины погружения в скважину, будет передано предварительно отобранной пробе пластового флюида. На поверхности скважины 11 отсечной клапан 76 резервуара закрывают для захвата пробы пластового флюида. После этого выпускной клапан 78 может быть открыт, чтобы снять давление флюида в проходе между отсечным клапаном 76 резервуара и обратным клапаном 69 высокого давления. Этот сброс давления обеспечивает положительную индикацию давления флюида и облегчает изъятие резервуара 30 из магазина 26. Фиг.13 поясняет одну технологию для перемещения (удаления) пробы пластового флюида под давлением из камеры 95 для пробы флюида. Резервуар 30 соединяют с источником 130 давления, присоединяемым через отверстие 132 в верхней подсборке 64. Давление от источника 130 давления увеличивают до достижения давления, равного произведению обратного коэффициента сжатия на ожидаемое давление внутри камеры 95 для пробы флюида. Для давления пробы флюида 10000 фунт/кв. дюйм (~69 МПа), извлекающее давление должно быть:

1/2,6×10000=3850 фунт/кв. дюйм (~26,5 МПа)

После того, как обратный коэффициент сжатия достигнут, отсечной клапан 76 резко открывается и проба пластового флюида выходит через проход (или тракт) 74 в присоединенный трубопровод приемника. Обратное нагружающее давление может увеличиваться для вытеснения отобранной пробы пластового флюида до тех пор, пока край внутренней подвижной/блокируемой втулки 86 не упрется в клапанную подсборку 62. Продолжающаяся подача извлекающего флюида от источника 130 давления перемещает внешнюю подвижную втулку 84 относительно внутренней втулки 86. Следовательно, поршневое днище 106 упирается в свободный поршень 94, вытесняя практически всю пробу пластового флюида из камеры 95. Единственный объем внутри камеры 95, не удаляемый извлекающим давлением, находится в кольцевом пространстве между внешней подвижной втулкой 84 и клапанной подсборкой 62. После этого узлы резервуара 30 могут быть разобраны и установлены в начальное положение для следующего использования.

Резюмируя сказанное выше, изобретение позволяет одновременно (т.е. в ходе одной операции) опускать множество резервуаров 30 для сбора проб из различных зон внутри скважины 11. Каждый резервуар может избирательно использоваться для сбора различных проб при различных давлениях и сжимать каждую пробу с различными коэффициентами, превышающими давление насыщения газа, содержащегося в пробе. Эксплуатационные расходы при этом значительно снижаются, потому что требуется меньше времени на подготовку при произведении отбора проб из нескольких зон. Изобретение предотвращает уменьшение давления в каждой пробе флюида ниже давления насыщения, поэтому каждая проба, поднятая на поверхность скважины, имеет, по существу, то же самое давление, что и в момент отбора пробы в скважине. Изобретение выполняет эту функцию без применения расширяющихся газов, больших пружин и сложных механических систем. Проба флюида отбирается под давлением и дополнительно сжимается силой, полученной за счет гидростатического давления в скважине.

Хотя изобретение было описано на примере некоторых предпочтительных вариантов реализации, для любого специалиста, имеющего обыкновенные навыки в данной области техники, станет очевидным, что изменения и усовершенствования могут быть внесены в данное изобретение без отклонения от сущности изобретения в целом. Варианты реализации показаны здесь просто для иллюстрации концепции изобретения и не должны интерпретироваться как ограничивающие сущность изобретения.

1. Устройство для контроля давления сжатой пробы скважинного флюида, отобранной из глубины скважины, включающее в себя корпус, имеющий внутреннюю полость; поршень внутри названной полости корпуса для ограничения камеры для пробы флюида, причем названный поршень подвижен в пределах названной полости корпуса для избирательного изменения объема названной камеры для пробы флюида; насос для подачи пробы флюида под давлением в названную камеру для пробы флюида; и клапан, позволяющий сжатому скважинному флюиду передвигать названный поршень, причем названное перемещение поршня сжимает пробу флюида внутри названной камеры для пробы флюида таким образом, что проба флюида остается сжатой, когда проба флюида перемещена к поверхности скважины.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что также включает в себя обратный клапан, установленный между названным насосом и названной камерой для пробы флюида для предотвращения возврата названным поршнем пробы флюида к названному насосу.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что названный клапан присоединен к названному поршню.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что также включает в себя отсечной клапан резервуара, установленный между названным насосом и названной камерой для пробы флюида, для выборочного изолирования названной камеры для пробы флюида от давления названного насоса.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что также включает в себя стопор для фиксации названного поршня относительно названного корпуса для сохранения объема названной камеры для пробы флюида.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что названный поршень включает в себя внешнюю втулку и внутреннюю втулку, подвижную относительно названной внешней втулки, причем названный клапан способен обеспечить контакт между сжатым скважинным флюидом и названной внутренней втулкой для перемещения названной внутренней втулки относительно названной внешней втулки для сжатия пробы флюида.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что также включает в себя стопор для фиксации названной внутренней втулки относительно названной внешней втулки для сохранения объема названной камеры для пробы флюида.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что также включает в себя камеру наполнения между названной внутренней втулкой и названной внешней втулкой для приема сжатого скважинного флюида, так что флюид вызывает воздействие перепада давления на названную внутреннюю втулку для сдвига названной внутренней втулки относительно названной внешней втулки.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что также включает в себя атмосферную камеру между названной внутренней втулкой и названной внешней втулкой, давление в которой первоначально ниже гидростатического давления и которая уменьшается в объеме, когда названная внутренняя втулка перемещается относительно названной внешней втулки.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что также включает в себя второй поршень, связанный с названным корпусом для ограничения второй камеры для пробы флюида и соединенный с названным насосом и названным клапаном для избирательного сжатия пробы флюида до давления, отличного от давления флюида внутри другой камеры для пробы флюида.

11. Устройство для контроля давления сжатой пробы скважинного флюида, отобранной из глубины скважины, включающее в себя корпус, имеющий внутреннюю полость; поршень внутри названной полости корпуса для ограничения камеры для пробы флюида, причем названный поршень подвижен в пределах названной полости корпуса для избирательного изменения объема названной камеры для пробы флюида, и названный поршень включает в себя внешнюю втулку и внутреннюю втулку, и внутренняя втулка подвижна относительно названной внешней втулки; насос для подачи пробы флюида под давлением в названную камеру для пробы флюида; удерживающее средство, служащее для удержания названной внешней втулки поршня относительно названного корпуса; и клапан, избирательно позволяющий сжатому скважинному флюиду передвигать названную внутреннюю втулку поршня относительно названной внешней втулки поршня, так что названный флюид сжимается внутри названной камеры для пробы флюида.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что также включает в себя клапан, выборочно блокирующий сообщение флюида между названным насосом и названной камерой для пробы флюида.

13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что названный клапан содержит обратный клапан.

14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что также включает в себя стопор для удержания названной внутренней втулки поршня неподвижной относительно названного корпуса.

15. Способ контроля давления сжатой пробы скважинного флюида из скважины, включающий в себя следующие этапы:

опускают корпус в скважину, причем названный корпус имеет поршень внутри полой внутренней части названного корпуса, который является подвижным для ограничения камеры для пробы флюида;

накачивают скважинный флюид в названную камеру для пробы флюида для отбора пробы скважинного флюида;

приводят в действие клапан для ввода скважинного флюида при гидростатическом давлении в скважине в контакт с названным поршнем для перемещения названного поршня, сжимающего пробу скважинного флюида внутри названной камеры для пробы флюида;

удерживают пробу скважинного флюида внутри названной камеры для пробы флюида в то время, как названный поршень перемещается, чтобы сжать пробу скважинного флюида внутри названной камеры для пробы флюида;

фиксируют названный поршень относительно названного корпуса для фиксации объема пробы скважинного флюида внутри названной камеры для пробы флюида после достижения скважинным флюидом выбранного давления, которое выше гидростатического давления в скважине; и

вытаскивают названный корпус на поверхность скважины.

16. Способ по п.15, отличающийся тем, что также включает в себя этап, на котором извлекают пробу скважинного флюида из названной камеры для пробы флюида при поддержании давления в пробе скважинного флюида выше выбранного давления.

17. Способ по п.15, отличающийся тем, что также включает в себя этап, на котором перемещают названный корпус к другой зоне внутри скважины после того, как названный поршень застопорен относительно названного корпуса, и далее включает в себя этапы, на которых накачивают вторую пробу скважинного флюида во вторую камеру для скважинного флюида, приводят в действие названный клапан для перемещения второго поршня с тем, чтобы сжать вторую пробу флюида, и фиксируют названный поршень относительно названного корпуса для фиксации объема второй пробы флюида.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что названное второе давление сжимает вторую пробу флюида до давления, большего, чем давление другой пробы флюида.

19. Способ по п.15, отличающийся тем, что также включает в себя этап, на котором опускают названный корпус внутрь скважины так, чтобы большее гидростатическое давление флюида передвинуло названный поршень для дальнейшего сжатия пробы скважинного флюида перед тем, как названный корпус поднимают на поверхность скважины.

20. Способ по п.15, отличающийся тем, что названный поршень сжимает пробу скважинного флюида до давления, при котором в пробе скважинного флюида не изменяются фазовые отношения, когда названный корпус поднимают на поверхность скважины.

21. Способ для передачи пробы пластового флюида земли с глубины добычи в скважине на поверхность скважины, причем названный способ включает в себя следующие этапы:

(a) опускают соединенную сборку скважинных устройств в скважину, причем названная сборка включает в себя устройство извлечения пластового флюида, резервуар для получения пробы пластового флюида и управляемый с поверхности насос для избирательного наполнения пластовым флюидом названного резервуара для получения пробы;

(b) позиционируют названное устройство извлечения пластового флюида на первой глубине скважины;

(c) извлекают пластовой флюид на названной первой глубине скважины;

(d) заполняют первый объем пробы в названном резервуаре для получения пробы соответствующим объемом пластового флюида с первой глубины;

(e) прикладывают местное (in situ) давление в скважине к элементу названного резервуара для получения пробы с тем, чтобы уменьшить первый объем пробы в названном первом резервуаре для получения пробы до второго объема пробы, меньшего, чем названный первый объем пробы, без вытеснения флюида из названного резервуара для получения пробы, вследствие чего первый объем пробы пластового флюида с первой глубины сжимается до давления, существенно большего, чем названное местное давление в скважине;

(f) конструктивно фиксируют названный второй объем пробы и

(g) поднимают сборку скважинных устройств на поверхность скважины.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что названная сборка скважинных устройств включает в себя второй резервуар для получения пробы, и названный способ далее включает в себя следующие этапы:

(a) повторно позиционируют названное устройство извлечения пластового флюида на второй глубине скважины перед подъемом названной сборки скважинных устройств на поверхность скважины;

(b) извлекают пластовой флюид на названной второй глубине скважины;

(c) заполняют первый объем пробы названного второго резервуара для получения пробы пластовым флюидом со второй глубины;

(d) прикладывают названное второе местное давление в скважине к элементу названного второго резервуара для получения пробы с тем, чтобы уменьшить первый объем пробы до второго объема пробы, меньшего, чем названный первый объем пробы, без вытеснения флюида из названного второго резервуара для получения пробы, вследствие чего первый объем пробы пластового флюида со второй глубины сжимается до давления, существенно большего, чем названное второе местное давление в скважине; и

(e) конструктивно фиксируют названный второй закрытый объем названного второго резервуара для получения пробы.

23. Способ по п.21, отличающийся тем, что названная конструктивная деталь названного резервуара для получения пробы имеет меньшую эффективную площадь рабочего давления в первом закрытом объеме, чем эффективная площадь рабочего давления, на которую воздействует названное давление в скважине.

24. Способ извлечения пробы пластового флюида земли, включающий в себя следующие этапы:

(a) подготавливают резервуар для получения пробы, имеющий камеру для пробы с переменным объемом;

(b) размещают названный резервуар для получения пробы в скважине;

(c) заполняют на месте (in situ) первый объем названной камеры для пробы первым объемом пластового флюида;

(d) прикладывают местное давление в скважине к конструктивной детали названного резервуара для получения пробы с тем, чтобы уменьшить названную камеру для пробы до второго объема, меньшего, чем названный первый объем, без вытеснения флюида из названной камеры для пробы, посредством чего названный пластовой флюид сжимается там до давления, существенно большего, чем названое местное давление в скважине;

(e) фиксируют положение второго объема названной конструктивной детали и

(f) удаляют названный резервуар для получения пробы из названной скважины.

25. Способ по п.24, отличающийся тем, что названная конструктивная деталь является подвижной перегородкой между местным скважинным флюидом и пластовым флюидом внутри названной камеры для пробы.

26. Способ, по п.24, отличающийся тем, что местное давление в скважине, приложенное к названной конструктивной детали, перемещает названную деталь в названную камеру для пробы с уменьшением ее объема.

27. Способ по п.26, отличающийся тем, что названный местный скважинный флюид действует на большую площадь названной конструктивной детали, чем пластовой флюид внутри названной камеры для пробы.

28. Устройство для подъема пробы пластового флюида земли из скважины, включающее в себя

(a) цилиндр, в котором имеется подвижный поршень для ограничения камеры переменного объема для пробы, причем названный поршень имеет подвижные относительно друг друга первый и второй элементы, воспринимающие давление, и каждый из названных воспринимающих давление элементов имеет соответствующие поверхности, воспринимающие давление в камере для пробы, и поверхности, воспринимающие давление в скважине, причем поверхность, воспринимающая давление в скважине, названного второго воспринимающего давление элемента больше, чем поверхность, воспринимающая давление в камере для пробы, названного второго воспринимающего давление элемента;

(b) насос для извлечения флюида из пласта земли и для подачи названного флюида через проводящий канал в названную камеру для пробы;

(c) первый клапан в названном проводящем канале для предотвращения реверсирования потока флюида из названной камеры для пробы;

(d) второй клапан для пропуска скважинного флюида к поверхности, воспринимающей давление в скважине, названного второго воспринимающего давление элемента, причем названный второй клапан размещается на названном первом воспринимающем давление элементе и приводится в действие с приходом названного первого воспринимающего давление элемента в положение, соответствующее максимальному объему камеры для пробы.

29. Устройство по п.28, отличающееся тем, что названные первый и второй воспринимающие давление элементы включают в себя коаксиально подвижные первый и второй втулочный элементы соответственно, причем второй втулочный элемент является подвижным внутри первого втулочного элемента.

30. Устройство по п.29, отличающееся тем, что названные первый и второй втулочные элементы содержат сопряженно связанные зубчатые элементы для ограничения взаимного относительного перемещения между названными втулочными элементами.

31. Устройство по п.30, отличающееся тем, что поверхность, воспринимающая давление в скважине, названного первого принимающего давление элемента включает в себя, по существу, целостную поверхность поршня поперек одного конца названного первого втулочного элемента, а названный клапан расположен внутри названной поверхности поршня.

32. Устройство по п.29, отличающееся тем, что названный цилиндр заканчивается с противоположных концов соответствующими торцевыми стенками, посредством чего названная камера переменного объема для пробы расширяется при смещении названного поршня вдоль по названному цилиндру к первой торцевой стенке.

33. Устройство по п.32, отличающееся тем, что названный второй клапан размещен на названном первом втулочном элементе и открывается при приближении названного поршня к названной первой стенке цилиндра.

34. Устройство по п.33, отличающееся тем, что названный второй клапан пропускает скважинный флюид между названными первым и вторым втулочными элементами для осевого перемещения названного второго втулочного элемента относительно названного первого втулочного элемента.

35. Устройство по п.34, отличающееся тем, что названные первый и второй втулочные элементы включают в себя выпрямитель совместного перемещения, вследствие чего перемещение названного второго втулочного элемента относительно названного первого втулочного элемента является однонаправленным.