[发明专利]基于压力脉冲的分层流体监测及取样装置

说明书

技术领域

本发明涉及深部地层内流体取样及监测领域，更具体涉及一种井下保真取样及监测装置，适合于地下流体的保真取样。

背景技术

地下流体(包括石油、油气、地下水、气藏、咸水、浅层水等地下流体)调查工作内容包括了解地下流体的特性与地质条件、流体的成分、浓度、分布范围及其在地下环境中的传输状况与变化趋势，以及流体对人民健康与生活环境所带来的潜在危害。在地下流体研究中监测与取样技术是科学研究和工程应用中非常重要的技术。各个企业与研究工作者非常重视各种流体取样技术，对取样技术也进行了深入地研究，并研制了多种取样器具。

目前有各种各样的取样技术，主要有：Bailer取样器、不连续间隔取样器、地下水取样泵及直接推进原位地下水取样用裸露过滤网型取样器、密闭过滤网型取样器、Waterloo取样器、U型深部取样器等各种类型的取样器。它们各有特点，但总的来说不能精确控制取样速率、取样量，也不能完全保证取样的温度和压力条件和取样状态一致，也不能知道地下流体的确切状态，特别是多相流体状态条件下流体性质的监测，例如：气液两相状态；同时无法满足对地下多地层开展取样的要求，多相低速流动状况下，进入钻孔内部的流体量不足以满足取样器最小取样容积情况下，如何剧烈扰动地下流场条件下取样，已经不能满足现代高精度分析的要求。

地下流体监测方法一般采用常规压力温度传感器监测、测井、三维地震、井间地震、电磁波法等高成本的地球物理和地球化学方法，对多相流监测而言，监测结果解释存在多解性和不确定性，一般需要多种监测方法共同监测，协同解释得到地下流体的性质，这样导致整体监测成本居高不下，地下流体监测方法中缺少简单、直接的分析方法。

申请人于2011年03月16日申请了一项(井内分层气液两相流体保真取样装置)，专利申请号为2011100063499.7，其技术方案是：一种井内分层气液两相流体保真取样装置，它包括：取样装置由封隔器系统、液体进样系统、气体进样系统、自动多通阀门、取样系统、温控系统，在钻井内壁或者套管内壁装有封隔器系统、液体进样系统、气体进样系统、自动多通阀门、取样系统、温控系统；封隔器系统包括第一封隔器、第二封隔器、第三封隔器、第四封隔器；液体进样系统包含液体进样管路和液体过滤器，液体进样管路包含第一层进样管路、第二层进样管路、第三层进样管路；第一层进样管路、第二层进样管路、第三层进样管路分别穿至第一封隔器、第二封隔器和第三封隔器下部，其末端分别连接第一层进样过滤器、第二层进样过滤器和第三层进样过滤器；气体进样系统包含气体进样管路和液体过滤器，气体进样管路包括第一层进样管路、第二层进样管路、第三层进样管路；第一层进样管路、第二层进样管路、第三层进样管路分别穿至第一封隔器、第二封隔器和第三封隔器下部，其末端分别连接第一层进样过滤器、第二层进样过滤器和第三层进样过滤器；气体进样系统包含气体进样管路和气体过滤器，气体进样管路包括第一层进样管路、第二层进样管路、第三层进样管路；气体过滤器包括第一层进样过滤器、第二层进样过滤器、第三层进样过滤器；第一层进样管路、第二层进样管路、第三层进样管路分别穿至第一封隔器、第二封隔器和第三封隔器下部；第二取样管与第四单向阀、第五阀门相连，第一压力/流量控制管分别与第六阀门、第三中继装置相连，第七背压阀与第二取样管相连，第四单向阀通过取样管分别与第三中继装置、自动控制多通阀门相连；温控系统包括第一保温层、第二分布式温控元件、第三内部温度传感器，第二分布式温控元件与取样管和压力/流量控制管紧贴，第三内部温度传感器与取样管和压力/流量控制管紧贴，第一保温层包裹第二分布式温控元件、第三内部温度传感器和取样管和压力/流量控制管。该技术方案非常适合深部气体和液体的保真取样，但是不能了解地下多相流体的状态，另外由于钻井的内部空间非常大，高达数百升到数立方米，而取样量一般只有数升到数十升，太大则改变地下流体分布，该装置在地下流体流速较低状态时，钻孔内部取样得到的数据值滞后和偏低，不能反映真实地下流体成分变化，特别需要对流体成分变化临界值进行高精度分析是，不能满足取样的要求。低流速条件下，特别是气体饱和度非常低的条件下，取样部分相对于可取气样大时，该取样装置无法取的合适的气体样品。

本申请在该技术方案的基础上进一步改进，使之能够取样的同时，开展瞬态脉冲方法监测地下多相流体的状态，更多了解地下流体的状态；同时通过脉冲和降压过程中产生在钻孔内部的压力波动形成钻孔内部与地层水体之间交换和混合，非常小幅度和小范围地改变流体场和流体成分条件下，更加精确的获取地层流体样品。