[发明专利]用于利用微机电系统（MEMS）或其他传感器进行井下流体分析的装置

说明书

技术领域

本发明基本上涉及适合于生产碳氢化合物的井(比如油井或气井)的 勘探和开发中的地层评估和测试的井下流体分析。本发明尤其提供了用于 利用微机电系统(MEMS)或其他传感器对在这种井中产生的流体执行井 下分析的装置。

背景技术

为了评估井眼周围的地下地层的特性，经常想要获得来自井眼中各种 特定位置的地层流体样品。已经开发了能够在单个测井运转(run)中从地 层获取多个样品的工具。这种工具的例子可以在美国专利No.3780575和 美国专利3859851中找到。

斯伦贝谢(Schlumberger)的RFT和MDT工具代表了两种特定型式 的采样工具。特别地，MDT工具包括流体分析模块以便能够分析由该工 具采样的流体。图1表示这种井下工具10的示意图，该井下工具用于测 试地层和分析来自地层的流体的成分。井下工具10通过测井电缆15悬挂 在井眼12，该测井电缆以常规方式连接到地面系统18，该地面系统包括 适当的电子设备和处理系统，用于控制该工具和分析从井下工具10接收 到的信号。井下工具10包括细长体19，该细长体包围工具控制系统16 的井下部分。细长体19还带有可选择性延伸的流体导入组件(fluid admitting assembly)20(例如如以上提到的‘575和‘851专利所示，并且 如美国专利No.4860581所述，通过引用结合于此)和可选择性地延伸的 锚定构件21，它们分别布置在细长体19的相反侧上。流体导入或排出组 件20配备来用于选择性地密封或隔离井眼12的壁的一部分，从而建立与 相邻地层的压力或流体连通。流体分析模块25也包括在细长工具体19以 内，所获得的流体流过该模块。然后流体可以通过端口(未示出)排出回 到井眼中，或者可以被送到一个或多个样品室22，23以便在地面回收。 流体排出组件、流体分析部分以及到达样品室的流道的控制通过电控制系 统16，18来保持。

光学流体分析器(OFA)，其可以位于流体分析模块25中，可确认流 动流束(flow stream)中的流体并量化油与水的含量。美国专利No.4994671 (通过引用结合于此)描述了一种井眼装置，其包括测试腔、光源、光谱 探测器、数据库以及处理器。从地层抽入测试腔的流体通过使光对准流体、 检测透射和/或反向散射光的光谱并处理信息(基于数据库中涉及不同光谱 的信息)来分析，以便特征化地层流体。

此外，美国专利No.5167149和美国专利No.5201220(都通过引用结 合于此)描述了用于估计存在于流体流束(fluid stream)中的气体的量的 装置。棱镜附着在流体流束中的窗口且光通过棱镜射到窗口。检测和分析 从窗口/流体流动界面以特定角度反射的光，以指示气体在流体流束中的存 在。

如美国专利No.5266800(通过引用结合于此)中所述，可监测随着时 间的过去所获得的流体样品的光吸收光谱，以确定何时地层流体而不是泥 浆滤出物流入流体分析模块25。此外，如属于Hines的美国专利5331156 所述，通过以特定的预定能量对流体流束实施光密度测量(OD)，可以量 化二相流体流束的油和水的百分率。

除了或代替上述光流体分析，可能想得到其他地层流体特性的就地测 量。例如，对于将返回地面以便进一步分析的流体样品，在井下精确地测 量流体样品的密度、粘度、温度和压力可能是重要的。在样品瓶从现场地 点运送到实验室的过程中，流体特性可能会因为压力和温度方面的差异而 改变。必须精确地知晓原地条件以便在实验室中复制这些条件，从而进行 完全和精确地样品分析。不过，目前的与流体样品特性测量相关的井下分 析设备非常庞大且需要相当多的电源。此外，空间和能量在钻井工具中是 非常宝贵的，因此设备越小越有功率效率就越好。

本发明针对改善或至少减少以上标出的一个或多个问题。

发明内容

本发明致力于上述缺陷以及其他。特别地，本发明提供适合于井下应 用的MEMS或传感器封装(packaging)。根据本发明的一个方面，一种 MEMS或传感器封装包括结构壳体，至少部分地设置在结构壳体中的陶瓷 印刷电路板，附着(attach)和电连接到陶瓷印刷电路板的传感器以及设 置在陶瓷印刷电路板与结构壳体之间的第一环形密封件。所述结构壳体可 包括内凹部，以使得第一环形密封件设置在所述内凹部中。传感器处的压 力可趋向于使所述第一环形密封件变紧。