[发明专利]井下采样设备及其使用方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及对由井眼穿透的地层的评估。更具体地，本发明涉及一 种能够从地下地层收集流体样品的井下采样工具。

背景技术

石油公司长期以来一直期望获得井下地层流体样品用于化学和物理分 析，并且如此的采样已由本发明的受让人斯伦贝谢公司执行了许多年。地层 流体的样品也称为储层流体，其典型地在储层的周期中尽可能早地被收集， 用于在地面且特别地在专门实验室分析。此分析提供的信息在烃储层的计划 和开发中以及在储层的容量和性能的评估中至关重要。

井眼采样的过程包括使井下采样工具降低进入到井眼中，以通过工具的 探头部件和井眼的壁之间的接合收集地层流体的样品(或多种样品)，该采 样工具例如由斯伦贝谢拥有和提供的MDT线缆式地层测试工具。该采样工 具建立穿过这样的接合的压力差，以引导地层流体流入采样工具内的一个或 多个样品室。该过程和类似的过程被描述于美国专利Nos.4860581、4936139 (两者都已转让给斯伦贝谢)；美国专利Nos.5303775、5377755(两者都已 转让给Western Atlas)；以及美国专利No.5934374(已转让给Halliburton)。

在从地下地层获得流体样品的过程中可能遇到各种挑战。再参考石油相 关的产业，例如，流体样品从井眼中寻求，而井眼周围的泥土典型地具有污 染，例如来自在钻井中使用的泥浆的滤液(filtrate)。当从泥土中取出时，该 原料通常会污染容纳在地下地层内的干净的或“原生的”流体，这导致通常 对于烃流体采样和/或评估不可接受的流体。当流体被抽入井下工具中时，来 自钻井过程和/或井眼周围的污染物有时会与来自周围地层的流体一起进入 该工具。

为了进行地层的有效流体分析，流体采样优选地具有足够的纯度，以充 分地代表容纳在地层中的流体(也就是“原生的”流体)。换句话说，流体 优选地具有最少量的污染，以足够地或可接受地代表给定地层，用于有效的 烃采样和/或评估。因为流体采样穿过井眼、泥饼、混凝土和/或其它层，因 而在采样期间，当流体样品从地层流出并流入到井下工具中时，很难避免流 体样品受到污染。

已经提出了各种方法和装置用于获得地下流体，用于采样和评估。例如， Ciglenec等的美国专利No.6230557、Jones的美国专利No.6223822、Wilson 的美国专利No.4416152、Davis的美国专利No.3611799和国际专利申请No. WO 96/30628已经开发了一些探头和相关技术以改善采样。其它技术已经开 发以在采样期间分离出原生流体。例如，Hrametz等的美国专利No.6301959， 公开了具有两个液压管线的采样探头，以从井眼中的两个区域中取回地层流 体。井眼流体被提取到保护区域，与提取到保护区域中的流体分开。在公开 的国际申请WO 03/100219 A1中，公开了使用具有改变的流动面积比的内探 头和外探头的采样装置。

尽管采样有所进步，但对于重油和沥青，仍需要开发用于流体采样优化 的技术。这类烃流体的高粘度通常给代表性流体的采样带来具有巨大的挑 战。因而必需有效地现场减少重油的粘度而不用引入相和/或成分改变，以获 得具有代表性的样品。

为了增加储层的开采(recovery)系数而减小重油和沥青的粘度，许多 年来一直是石油工业关注的主题。一些用于减小粘度的方法已知，并且如今 在本领域中使用。很久以前已经确定加热重油和沥青将显著地减少流体的粘 度，从而增加了流体流动性。较小的热学改变将导致石油的粘度的相对较大 的下降。例如，AOSTRA技术报告#2，“The Thermodynamic and Transport Properties of Bitumens and Heavy Oils，Alberta Oil Sands Technology and Research Authority，July 1984”中已知，来自加拿大的典型的Athabasca沥青 的粘度可通过将温度从50℃增加到100℃而减小两个数量级。图1中的曲 线就是基于AOSTRA报告。粘度的如此降低将便于增加需要用于采样的粘 性石油或沥青的流动性。

现有概念上试验并测试过的方法的许多文献，以在储层中现场加热粘性 流体从而帮助开采。如下面参考已知的增强开采(recovery-enhancing)技术 的例子更详细地描述，这些技术通常不能直接地适于采样。