Узел зонда (варианты) и способ отбора пробы текучей среды из подземного пласта с использованием узла зонда

Узел зонда (варианты) и способ отбора пробы текучей среды из подземного пласта с использованием узла зонда

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к способам оценки подземного пласта с помощью узла зонда, транспортируемого на скважинном инструменте, находящемся в стволе скважины, проходящем через подземный пласт. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способам уменьшения загрязнения пластовых текучих сред, всасываемых в скважинный инструмент и/или оцениваемых скважинным инструментом посредством узла зонда.

Для локализации и добычи углеводородов бурят стволы скважин. Для формирования ствола скважины, проходящего через интересующий подземный пласт (или направляемого к этому пласту, чтобы проходить через него), в грунт опускают колонну скважинных труб и инструментов с буровым долотом не ее конце, обычно называемую в данной области техники «бурильной колонной». По мере продвижения бурильной колонны, вниз по этой бурильной колонне прокачивают буровой раствор, выходящий у бурового долота для охлаждения этого бурового долота, удаления выбуренной породы и управления давлением в скважине. Буровой раствор, уходящий от бурового долота, течет обратно вверх, к поверхности, через кольцевое пространство, образованное между бурильной колонной и стенкой ствола скважины, и фильтруется в колодце на поверхности для повторного использования посредством бурильной колонны. Буровой раствор используют также для формирования фильтрационной корки с целью облицовки ствола скважины.

Часто желательно осуществлять различные оценки пластов, через которые проходит ствол скважины, во время буровых операций, например, в течение периодов, когда бурение фактически временно прекращено. В некоторых случаях, бурильная колонна может быть оснащена одним или несколькими буровыми инструментами для тестирования и/или отбора проб подземного пласта. В других случаях, бурильную колонну можно извлекать из ствола скважины (это называется «рейсом»), и опускать в этот ствол скважины инструмент, спускаемый на тросе, для тестирования и/или отбора проб пласта. Такие буровые инструменты и инструменты, спускаемые в скважину на тросе, а также другие инструменты для ствола скважины, транспортируемые на трубах, сворачиваемых в бухты, также называются в нижеследующем тексте просто «скважинными инструментами». Отборы проб или тесты, проводимые такими скважинными инструментами, можно использовать, например, для локализации значимых углеводородов и управления их добычей.

Оценка пласта часто требует всасывания текучей среды из пласта в скважинный инструмент для тестирования и/или отбора проб. Из скважинного инструмента выступают различные устройства, такие как зонды и/или пакеры, для изоляции области стенки ствола скважины и установления тем самым связи посредством текучей среды с пластом, окружающим ствол скважины. После этого текучую среду можно всасывать в скважинный инструмент с помощью зонда и/или пакера.

В типичном зонде используется корпус, который выдвигается из скважинного инструмента и несет на своем внешнем конце пакер, предназначенный для расположения у боковой стенки ствола скважины. Конфигурация таких пакеров в типичном случае предусматривает один относительно крупный элемент, который может легко деформироваться, вступая в контакт с неровной стенкой ствола скважины (в случае оценки части ствола скважины, не закрепленной обсадными трубами) и сохраняя при этом прочность и достаточную целостность для того, чтобы выдержать прогнозируемые перепады давления. Эти пакеры можно опускать в ствол скважины на различных скважинных инструментах.

Еще одно устройство, используемое для формирования уплотнений с боковой стенкой ствола скважины, называют двойным пакером. При наличии двойного пакера вокруг скважинного инструмента в радиальном направлении проходят два эластомерных кольца, изолируя заключенный между ними участок ствола скважины. Эти кольца образуют уплотнение со стволом скважины и допускают всасывание текучей среды в скважинный инструмент через изолированный участок ствола скважины.

Созданную в виде фильтрационной корки облицовку ствола скважины часто используют для того, чтобы способствовать зонду и/или пакеру в создании надлежащего уплотнения со стенкой ствола скважины. Сразу же после создания уплотнения текучая среда из пласта всасывается в скважинный инструмент через имеющееся в нем впускное отверстие за счет понижения давления в скважинном инструменте. Примеры зондов и/или пакеров, используемых в скважинных инструментах, описаны в патентах США №№6301959, 4860581, 4936139, 6585045, 6609568 и 6719049, а также в заявке №2004/0000433 на патент США.

В настоящее время есть способы проведения различных измерений, предварительного тестирования и/или отбора проб текучих сред, которые попадают в скважинный инструмент. Вместе с тем, обнаружено, что когда пластовая текучая среда проходит в скважинный инструмент, различные загрязняющие вещества, такие как текучие среды ствола скважины и/или буровой раствор, могут попасть - и часто попадают - в инструмент вместе с пластовыми текучими средами. Эта проблема иллюстрируется на фиг.1, где изображен подземный пласт 16, пронизанный стволом 14 скважины и содержащий природную текучую среду 22. Слой фильтрационной корки 15 облицовывает боковую стенку 17 ствола 14 скважины. Из-за вторжения фильтрата бурового раствора в пласт во время бурения, ствол скважины окружен цилиндрическим слоем, который называют зоной 19 проникновения, содержащей загрязненную текучую среду 20, которая может смешиваться или не смешиваться с желаемой природной текучей средой 22, заключенной в пласте за боковой стенкой ствола скважины, и окружает загрязненную текучую среду 20. Поскольку загрязненная текучая среда 20 склонна располагаться около стенки 17 ствола скважины в зоне 19 проникновения, она может оказывать негативное влияние на качество измерений и/или проб пластовых текучих сред. Кроме того, загрязнение может вызывать дорогостоящие задержки в операциях в стволе скважины ввиду необходимости затрачивать дополнительное время на больший объем тестирования или отбора проб. Помимо этого, такие проблемы могут приводить к ложным результатам, которые оказываются ошибочными и/или бесполезными.

На фиг.2А показаны типичные режимы течения пластовых текучих сред во время их прохождения из подземного пласта 16 в скважинный инструмент 1а, транспортируемый на тросе. Скважинный инструмент 1а располагают рядом с пластом 16, и из этого скважинного инструмента выпускают зонд 2а, проходящий через фильтрационную корку 15 и вступающий в плотный контакт с боковой стенкой 17 ствола 14 скважины. Таким образом, зонд 2а сообщается посредством текучей среды с пластом 16, вследствие чего и оказывается возможным пропускание пластовой текучей среды в скважинный инструмент 1а. Сначала, как показано на фиг.1, зона 19 проникновения окружает боковую стенку 17 и содержит загрязненную текучую среду 20. По мере создания перепада давления скважинным инструментом 1а для всасывания текучей среды из пласта 16 загрязненная текучая среда 20 из зоны 19 проникновения сначала всасывается (этот конкретный момент не показан на фиг.1 или 2А) в зонд, что дает текучую среду, непригодную для отбора проб. Однако после прохождения некоторого количества текучей среды 20 через зонд 2а природная текучая среда 22 прорывается через зону 19 проникновения и начинает попадать в скважинный инструмент 1а через зонд 2а. Более конкретно, как показано на фиг.2А, центральная часть загрязненной текучей среды 20, текущей из зоны 19 проникновения в зонд, создает путь для природной текучей среды 22, а остальная часть добываемой текучей среды представляет собой загрязненную текучую среду 20. Задача состоит в том, как приспособиться к потоку пластовых сред таким образом, чтобы можно было надежно собирать природную текучую среду в скважинном инструменте 1а во время отбора проб.

На фиг.2А показаны типичные режимы течения пластовых сред, когда они проходят из подземного пласта 16 в скважинный инструмент 1b, транспортируемый на бурильной колонне. Скважинный инструмент 1b транспортируется среди одного или нескольких буровых инструментов для скважинных исследований во время бурения (СИВБ), каротажа во время бурения (КВБ) или других таких инструментов, известных специалистам в данной области техники (либо сам может быть таким инструментом). Скважинный инструмент 1b использует зонд 2b для введения в плотный контакт с пластом 16 и всасывания текучей среды из него аналогично тому, как это происходит в случае скважинного инструмента 1а и зонда 2а, описанных выше.

Поэтому для достоверного тестирования желательно выделять достаточно «чистую» или «природную» текучую среду или отделять ее от загрязненной текучей среды. Иными словами, содержание загрязнений в пластовой текучей среде должно быть малым либо их не должно быть вообще. Были предприняты попытки воспрепятствовать попаданию загрязнений в скважинный инструмент вместе с пластовой текучей средой. Например, как показано в патенте США №4951749, располагали фильтры в зондах, чтобы блокировать попадание загрязнений в скважинный инструмент вместе с пластовой текучей средой.

Другие способы, направленные на то, чтобы воспрепятствовать проникновению загрязнений во время отбора проб, предложены в публикованной заявке №2004/0000433 на патент США, авторы Hill и др., и в патенте США №6301959, авторы Hrametz и др. На фиг.3 и 4 приведены схематические иллюстрации решения, предусматривающего использование зонда в соответствии с патентом Hrametz. Hrametz описывает подушку 13 для отбора проб, механически прижатую к стенке ствола скважины. Из центра подушки выступает трубка 18 зонда, которая соединена проточной трубой 23а с камерой 27а для проб. Зонд окружен защитным кольцом 12, имеющим отверстия, сообщенные с его собственными проточной трубой 23b и камерой 27b для проб. Эта конфигурация предназначена для создания зон таким образом, что текучая среда, текущая в зонд, по существу, не содержит загрязняющую текучую среду ствола скважины.

Несмотря на такие достижения в сборе проб текучей среды, сохраняется потребность в уменьшении загрязнения при оценке пласта. В некоторых случаях, перекрестный поток между соседними проточными трубами может вызвать загрязнение между ними. Желательно разработать способы, помогающие уменьшить поток загрязнения текучей среды, попадающий в скважинный инструмент, и/или изолировать чистую пластовую среду от загрязнений, когда чистая текучая среда попадает в скважинный инструмент. Желательно также выполнить такую систему обеспечивающей достижение - помимо прочих - одной или нескольких из нижеследующих целей: обеспечение приемлемого уплотнения с пластом; увеличение потока чистой текучей среды в инструмент; оптимизация потока текучей среды в скважинный инструмент; предотвращение загрязнения чистой текучей среды, когда она попадает в скважинный инструмент; отделение загрязненной текучей среды от чистой текучей среды; оптимизация потока текучей среды в скважинный инструмент с уменьшением загрязнения чистой текучей среды, текущей в скважинный инструмент; и/или обеспечение гибкости при манипулировании текучими средами, текущими в скважинный инструмент.

Определения

Определения некоторых терминов, употребляемых по всему этому описанию, приводятся при их первом употреблении, а определения некоторых другие терминов, употребляемых в этом описании, приводятся ниже.

Термин «кольцевая» («кольцевой», «кольцевое») означает нечто, образующее кольцо или относящееся к нему, т.е. трубу, полосу или конструкцию в форме замкнутой кривой, такой как окружность или эллипс.

Термин «загрязненная текучая среда» означает текучую среду, которая в целом неприемлема для отбора проб и/или оценки углеводородной текучей среды, потому что эта текучая среда содержит загрязняющие вещества, такие как фильтрат бурового раствора, используемого при бурении ствола скважины.

Термин «скважинный инструмент» обозначает инструменты, опускаемые в ствол скважины с помощью таких средств, как бурильная колонна, трос и трубы, свертываемые в бухты, для проведения скважинных операций, связанных с оценкой, добычей и/или управлением разработкой в одном или нескольких интересующих подземных пластах.

Термин «оперативно соединенный» («оперативно соединенная») означает нечто, прямо или косвенно соединенное с целью передачи или переноса информации, силы, энергии или веществ (включая текучие среды).

Термин «природная текучая среда» означает текучую среду, которая является достаточно чистой, нетронутой, первородной, незагрязненной или иной, рассматриваемой при сборе проб текучей среды и анализе месторождения как приемлемый представитель некоторого заданного пласта для осуществления отбора достоверных проб углеводородов и/или их достоверной оценки.

Краткое изложение сущности изобретения

По меньшей мере, в одном своем аспекте, настоящее изобретение относится к узлу зонда, предназначенному для применения со скважинным инструментом, расположенным в стволе скважины, окруженном слоем загрязненной текучей среды. Ствол скважины проходит через подземный пласт, имеющий природную текучую среду, расположенную вне слоя загрязненной текучей среды. Узел зонда включает корпус зонда, выполненный с возможностью выдвижения из скважинного инструмента. Корпус зонда несет пакер, который имеет дистальную поверхность, приспособленную для введения в плотный контакт с участком ствола скважины. Пакер имеет внешний диаметр и внутренний диаметр (или периферию), при этом внутренний диаметр ограничен каналом, проходящим через пакер. Пакер предпочтительно выполнен эластомерным, например из резины, пригодной для условий ствола скважины. Пакер также снабжен одним или несколькими каналами, выполненными в дистальной поверхности и расположенными с возможностью ограничения кольцевого прочистного заборника между внутренним и внешним диаметрами. В упомянутом одном или нескольких каналах расположено множество распорок, которые оперативно соединены, ограничивая гибкое распорное кольцо. Через пакер проходит, по меньшей мере, один перепускной канал для пропускания одной из природной текучей среды, загрязненной текучей среды и их комбинаций между упомянутым одним или несколькими каналами и первым впускным отверстием в корпусе зонда. Первое впускное отверстие в корпусе зонда сообщается посредством текучей среды со скважинным инструментом. В канале, проходящем через пакер, плотно установлена пробоотборная трубка для пропускания природной текучей среды ко второму впускному отверстию в корпусе зонда. Второе впускное отверстие в корпусе зонда также сообщается посредством текучей среды со скважинным инструментом.

В конкретном варианте осуществления, корпус зонда выполнен с возможностью выдвижения под действием гидравлического давления, прикладываемого со стороны скважинного инструмента. Пробоотборная трубка также может быть выполнена с возможностью выдвижения из корпуса зонда под действием гидравлического давления, прикладываемого со стороны скважинного инструмента.

Пробоотборная трубка предпочтительно снабжена фильтром для фильтрации частиц из природной пластовой текучей среды, поступающей в пробоотборную трубку. В предпочтительном варианте, пробоотборная трубка также оснащена поршнем, который выполнен с возможностью выдвижения из корпуса зонда для выброса частиц из пробоотборной трубки при выдвижении поршня относительно пробоотборной трубки. Такой поршень может включать, например, выполненный в нем осевой перепускной канал и одно или более перфорационных отверстий в его боковой стенке для пропускания природной текучей среды, допускаемой в пробоотборную трубку, в этот осевой перепускной канал. Осевой перепускной канал сообщается посредством текучей среды с корпусом зонда.

Распорки пакера могут быть выполнены как единое целое с пакером, или, если они достаточно гибкие, распорки могут быть запрессованы в один или несколько каналов пакера. Соответственно, пакер может быть снабжен одним непрерывным кольцевым каналом, выполненным в дистальной поверхности между внутренним и внешним диаметрами пакера, либо снабжен множеством каналов, выполненных в дистальной поверхности и расположенных с возможностью ограничения кольцевого прочистного заборника между внутренним и внешним диаметрами пакера. В последнем случае, пакер снабжен множеством перепускных каналов, каждый из которых проходит через него для пропускания одной из природной текучей среды, загрязненной текучей среды и их комбинаций между одним из каналов и первым впускным отверстием в корпусе зонда.

В конкретном варианте осуществления, каждый из перепускных каналов в пакере облицован трубкой, например, для распирания перепускных каналов под действием сжимающей нагрузки на пакер. Такие трубки могут быть выполнены как единое целое с пакером, например, путем заливки пакера вокруг этих трубок.

Кольцевой прочистной заборник, ограниченный одним или несколькими каналами в пакере, предпочтительно является круглым. Желательны определенные отношения размеров, характеризующие кольцевой прочистной заборник. В частности, внутренний диаметр кольцевого прочистного заборника в предпочтительном варианте приблизительно в 2-2,5 раза больше, чем внутренний диаметр пробоотборной трубки. Кроме того, внешний диаметр кольцевого прочистного заборника в предпочтительном варианте приблизительно 2,5-3 раза превышает внутренний диаметр пробоотборной трубки. Помимо этого, внешний диаметр кольцевого прочистного заборника приблизительно в 1,2 раза больше, чем внутренний диаметр кольцевого прочистного заборника.

В еще одном аспекте, в настоящем изобретении предложен альтернативный узел зонда, включающий корпус зонда, выполненный с возможностью выдвижения из скважинного инструмента, и внешний пакер, несомый корпусом зонда, для введения в плотный контакт с первым кольцевым участком ствола скважины. Внешний пакер имеет сквозной канал. В сквозном канале внешнего пакера расположена пробоотборная трубка, образующая между ними кольцевое пространство. Пробоотборная трубка выполнена с возможностью выдвижения из корпуса зонда и несет внутренний пакер на своем дистальном конце для введения в плотный контакт со вторым кольцевым участком ствола скважины в пределах первого кольцевого участка. Первое впускное отверстие в корпусе зонда сообщается посредством текучей среды с кольцевым пространством для допуска одной из природной текучей среды, загрязненной текучей среды и их комбинаций в скважинный инструмент. Второе впускное отверстие в корпусе зонда сообщается посредством текучей среды с пробоотборной трубкой для прохождения природной текучей среды в скважинный инструмент.

Пробоотборная трубка предпочтительно снабжена фильтром для фильтрации частиц из природной текучей среды, проходящей в пробоотборную трубку. В конкретном варианте осуществления, фильтр представляет собой перфорированный участок пробоотборной трубки. Пробоотборная трубка также предпочтительно оснащена внешним фланцем для выброса частиц из пробоотборной трубки при выдвижении пробоотборной трубки относительно внешнего пакера.

В конкретном варианте осуществления, внутри пробоотборной трубки может быть расположен поршень, который выполнен с возможностью выдвижения из корпуса зонда для выброса частиц из пробоотборной трубки при выдвижении поршня относительно пробоотборной трубки. Поршень может включать, например, выполненный в нем осевой перепускной канал и одно или несколько перфорационных отверстий в его боковой стенке для пропускания природной текучей среды, проходящей в пробоотборную трубку, в этот осевой перепускной канал. Осевой перепускной канал сообщается посредством текучей среды с корпусом зонда.

На своем дистальном конце пробоотборная трубка предпочтительно имеет пакер.

В конкретном варианте осуществления, соответствующем этому аспекту настоящего изобретения, узел зонда может включать трубчатую распорку, расположенную в кольцевом пространстве, для придания опоры внешнему пакеру. Трубчатая распорка может быть снабжена фильтром для фильтрации частиц из природной текучей среды, загрязненной текучей среды, или их загрязнений, проходящих в кольцевое пространство. Фильтр может включать перфорированный участок трубчатой распорки. Более конкретно, трубчатая распорка и пробоотборная трубка могут быть снабжены фильтрами, которые взаимодействуют, фильтруя природную текучую среду, загрязненную текучую среду или их комбинации, допускаемые в кольцевое пространство.

Аналогично пробоотборной трубке, трубчатая распорка может быть выполнена с возможностью выдвижения из корпуса зонда под гидравлическим давлением, прикладываемым со стороны скважинного инструмента. Пробоотборная трубка в предпочтительном варианте выполнена с возможностью выдвижения в большей степени, чем трубчатая распорка, для компенсации эрозии ствола скважины, в частности у пробоотборной трубки или около нее.

В дополнительном аспекте, в настоящем изобретении предложен способ отбора пробы природной текучей среды из подземного пласта, пронизанного стволом скважины, окруженным слоем загрязненной текучей среды. Предлагаемый способ включает этапы, на которых создают уплотнение у первого кольцевого участка ствола скважины и создают уплотнение у второго кольцевого участка ствола скважины в пределах первого кольцевого участка. Эти этапы приводят к изоляции кольцевого участка ствола скважины между первым и вторым кольцевыми участками, а также к изоляции кругового участка ствола скважины в пределах первого кольцевого участка. После этого осуществляют всасывание текучей среды, включая одну из природной текучей среды, загрязненной текучей среды и их комбинаций, через изолированный кольцевой участок ствола скважины. Кроме того, осуществляют всасывание природной текучей среды через изолированный круговой участок ствола скважины. Предлагаемый способ предпочтительно включает дополнительный этап сбора природной текучей среды через изолированный круговой участок ствола скважины.

В конкретном варианте осуществления, соответствующем предлагаемому способу, создают уплотнение у первого кольцевого участка с помощью выдвигаемого внешнего пакера, а также создают уплотнение у второго кольцевого участка с помощью выдвигаемого внутреннего пакера. Внутренний пакер выполнен с возможностью выдвижения за пределы внешнего пакера. Внешний и внутренний пакеры являются компонентами узла зонда, транспортируемого на скважинном инструменте, расположенном в стволе скважины. В этом варианте осуществления, этапы всасывания и сбора текучей среды осуществляют с помощью узла зонда и скважинного инструмента.

В дополнительном аспекте, в настоящем изобретении предложено устройство для характеристики подземного пласта, пронизанного стволом скважины, окруженным слоем загрязненной текучей среды. Подземный пласт имеет природную текучую среду, расположенную вне слоя загрязненной текучей среды. Устройство включает скважинный инструмент, выполненный с возможностью транспортировки внутри ствола скважины, и узел зонда, несомый скважинным инструментом, для отбора проб текучей среды. Узел зонда предпочтительно оснащен так, как описано выше, т.е. узел зонда включает корпус зонда, внешний пакер и пробоотборную трубку, расположенную в расточенном канале внешнего пакера и несущую внутренний пакер на своем дистальном конце. Предусмотрен также исполнительный механизм для перемещения корпуса пакера между отведенным положением для транспортировки скважинного инструмента и выдвинутым положением для отбора проб текучей среды. Исполнительный механизм предпочтительно задействуется также для перемещения пробоотборной трубки между отведенным положением и выдвинутым положением таким образом, что внутренний пакер вступает в плотный контакт со вторым кольцевым участком ствола скважины.

В конкретном варианте осуществления, предлагаемое устройство дополнительно включает проточную трубу, проходящую через участок скважинного инструмента и сообщающуюся посредством текучей среды с первым и вторым впускными отверстиями узла зонда для поступления одной из природной текучей среды, загрязненной текучей среды и их комбинаций в скважинный инструмент. Внутри скважинного инструмента установлен один или несколько насосов для всасывания одной из природной текучей среды, загрязненной текучей среды и их комбинаций в скважинный инструмент через проточную трубу. Внутри скважинного инструмента также предпочтительно имеется камера для проб, в которую попадает одна из природной текучей среды, загрязненной текучей среды и их комбинаций из насоса (насосов), а также инструмент для анализа текучей среды, всасываемой в скважинный инструмент через проточную трубу и насос (насосы). Скважинный инструмент может быть выполнен с возможностью транспортировки внутри ствола скважины с помощью троса, бурильной колонны или труб, сворачиваемых в бухты.

В еще одном аспекте, в настоящем изобретении предложен пакер для применения с узлом зонда, несомого на скважинном инструменте, транспортируемом в стволе скважины, пронизывающем подземный пласт, окруженный слоем загрязненной текучей среды, причем подземный пласт имеет природную текучую среду, заключенную в нем вне слоя загрязненной текучей среды. Пакер включает эластомерный корпус пакера, имеющий дистальную поверхность, приспособленную для введения в плотный контакт с участком ствола скважины. Корпус пакера имеет внешний диаметр и внутренний диаметр, причем внутренний диаметр ограничен расточенным каналом, проходящим через корпус пакера. Корпус пакера также снабжен одним или несколькими каналами, выполненными в дистальной поверхности и расположенными в кольцевом прочистном заборнике между внутренним и внешним диаметрами. В одном или нескольких каналах корпуса пакера расположено множество каналов, которые оперативно соединены, ограничивая гибкое распорное кольцо. Через корпус пакера простирается, по меньшей мере, один перепускной канал для пропускания одной из природной текучей среды, загрязненной текучей среды и их комбинаций через корпус пакера.

Для подробного изучения вышеуказанных признаков и преимуществ настоящего изобретения, более конкретное описание изобретения, вкратце изложенное выше, можно привести со ссылками на конкретные варианты его осуществления, которые проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. Вместе с тем, следует отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только типичные варианты осуществления этого изобретения, так что их не нужно считать ограничивающими объем притязаний, потому что изобретение может принимать и другие, столь же эффективные конкретные формы.

Фиг.1 представляет схематический вид в вертикальном разрезе подземного пласта, пронизанного стволом скважины, облицованным фильтрационной коркой.

Фиг.2А-2В представляют схематические виды в вертикальном разрезе соответствующих скважинных инструментов, транспортируемых на тросе и транспортируемых на бурильной колонне, причем каждый из этих инструментов расположен в стволе скважины, показанном на фиг.1, вместе с зондом, введенным в контакт с пластом, а также изображено течение загрязненной и природной текучей среды в скважинный инструмент.

Фиг.3 представляет схематический вид в вертикальном разрезе известного скважинного инструмента, в котором применяется пакер с защитным кольцом для изоляции пластовой текучей среды, текущей в пробоотборную трубку.

Фиг.4 представляет сечение на виде сбоку пакера согласно фиг.3.

Фиг.5 представляет схематический вид в вертикальном разрезе участка скважинного инструмента, имеющего систему для отбора проб текучей среды и узел зонда.

Фиг.5А показывает сечение узла зонда по линии 5А-5А на фиг.5.

Фиг.6 представляет подробный схематический вид узла зонда, альтернативного тому, который показан на фиг.5.

Фиг.7А-7F иллюстрируют различные конфигурации кольцевого прочистного заборника, который применяется в узле зонда.

Фиг.8А-8G иллюстрируют виды с торца для различных распорок или распорных элементов, которые применяются в кольцевом прочистном заборнике узла зонда.

Фиг.8Н-8N иллюстрируют виды в плане для различных распорок или распорных элементов, которые применяются в кольцевом прочистном заборнике узла зонда.

На фиг.9А-9В иллюстрируют дополнительные конфигурации распорок, которые применяются в кольцевом прочистном заборнике узла зонда.

Фиг.10А и 10В иллюстрируют различные формы перепускных каналов текучей среды, применяемые в узле зонда.

Фиг.11 представлен схематический вид в вертикальном разрезе узла зонда, альтернативного тому, который показан на фиг.5 и 6.

Фиг.12А-Е представляют подробные схематические виды в соответствующих рабочих последовательностях узла зонда, альтернативного тому, который показан на фиг.11.

Фиг.13 представляет схематический вид в вертикальном разрезе альтернативного узла зонда, имеющего трубчатый делитель.

Фиг.14 представляет поперечное сечение узла, показанного на фиг.13, проведенное вдоль секущей линии 14-14.

Фиг.15 представляет схематический вид в вертикальном разрезе узла зонда, показанного на фиг.23, с внутренним фланцем.

Фиг.16 представляет график, изображающий зависимость между перепадами давления и распределением долей производительности при отборе проб между заборником для проб и прочистным заборником.

На вышеуказанных чертежах показаны предпочтительные в настоящее время варианты осуществления настоящего изобретения, которые будут подробно описаны ниже. При описании предпочтительных вариантов осуществления сходные или идентичные позиции используются для обозначения общих или аналогичных элементов. Чертежи не обязательно выполнены в масштабе, а некоторые признаки и некоторые виды чертежей могут быть преднамеренно показаны в увеличенном масштабе или условно в целях ясности и выразительности изображения.

На фиг.5 показана система 526 для отбора проб текучей среды скважинного инструмента 510, содержащая узел 525 зонда и проточную секцию 521 для избирательного всасывания пластовой текучей среды в желаемый участок скважинного инструмента. Скважинный инструмент 510 транспортируется в стволе 514 скважины, окруженном зоной 519 проникновения, содержащей слой загрязненной текучей среды 520. Ствол 514 скважины проходит через подземный пласт 516, имеющий природную текучую среду 522, расположенную вне слоя загрязненной текучей среды 520.

Узел 525 зонда включает корпус 530 зонда, выполненный с возможностью избирательного выдвижения из скважинного инструмента 510 с помощью поршней 533 для выдвижения или другого подходящего исполнительного механизма для перемещения корпуса зонда между отведенным положением для транспортировки скважинного инструмента и выдвинутым положением для отбора проб текучей среды (причем последнее положение показано на фиг.5). Корпус 530 зонда несет цилиндрический пакер 531, который имеет дистальную поверхность 531s, приспособленную для введения в плотный контакт с фильтрационной коркой 515 и введения в плотный контакт с участком стенки 517 ствола скважины. Эта дистальная поверхность может быть выполнена с кривизной, как показано посредством поверхности 531s' в варианте осуществления пакера согласно фиг.6, для согласования с прогнозируемой кривизной стенки 517 ствола скважины с целью создания более надежного уплотнения с нею.

Показанный на фиг.5А пакер 531 выполнен из подходящего материала (хорошо известного в данной области техники), такого как резина, и имеет внешний диаметр d₁ и внутренний диаметр d₂, при этом внутренний диаметр d₂ ограничен расточенным каналом (не обозначенным позицией), проходящим через пакер. Пакер 531 также снабжен каналом 534с, выполненным в его дистальной поверхности 531s и расположенным так, что он ограничивает кольцевой прочистной заборник 534i между внутренним и внешним диаметрами d₁, d₂. Пакер 531 может быть выполнен путем заливки материала пакера вокруг пробоотборной трубки 527 (также поясняемой ниже), что обеспечивает формирование как единого целого этих компонентов узла 525 пакера. Затем в дистальной поверхности 531s пакера (т.е. в его лицевой поверхности) выполняют заборный канал (или каналы, что тоже может быть) для создания области 534i кольцевого прочистного заборника.

Различные аспекты зонда, отображающие подробности, касающиеся распорок 534u₂, прочистного заборника 534i и связанных с ними каналов 534с согласно фиг.5, показаны на фиг.7А-9В. Хотя в варианте осуществления согласно фиг.5 и 5А показано наличие одного непрерывного канала 534с, изобретение охватывает и варианты осуществления пакера, предусматривающие наличие множеств дискретных каналов, которые расположены с возможностью ограничения кольцевого прочистного заборника 534i. Как показано на фиг.7А-7F, в пакере 531 можно использовать множество конфигураций, таких как единственный непрерывный канал 534с₁, множество отстоящих друг от друга трапецеидальных каналов 534с₂, отстоящих друг от друга круглых каналов 534с₃, отстоящих друг от друга прямоугольных каналов 534с₄, смежных трапецеидальных каналов 534с₅ и удлиненных каналов 534с₆. Канал и/или прочистные заборники могут быть расположены, образуя окружность, как показано на фиг.7А, и овал, как показано на фиг.7F, либо другие геометрии.

Фиг.7А-7F также иллюстрируют множество распорок 535 (также называемых распорными элементами), расположенных в одном или нескольких каналах. Эти распорки, а также другие конфигурации распорок проиллюстрированы подробнее на фиг.8H-8N. В распорках воплощаются различные формы, дополняющие формы каналов, а также возможно использование множества поперечных сечений, включая различные U-, V-, X- и Ω-образные сечения, воплощаемые в распорках 535u₁-535u₇ (показанных на фиг.8А-8G), и различные симметричные и несимметричные профили (показанные на фиг.8Н-8N).

Дополнительные альтернативные варианты осуществления распорок 535u_8-9 изображены на фиг.9А-9В. Так, в распорках может применяться множество параллельных линейных компонентов 534u, которые оперативно соединены (у верхних сторон распорок 535u₈ на фиг.9А; в центральных частях распорок 535u₉ на фиг.9В), образуя различные узлы в форме решеток или сит. Обычные специалисты в данной области техники поймут, что точно также можно применять множество разных других конфигураций для оперативного соединения множества распорок, вследствие чего возникает возможность достичь повышенной деформируемости пакера 531. Далее приведено пояснение преимуществ такой повышенной деформируемости.

Как показано на фиг.7А-F, распорки 535u в предпочтительном варианте оперативно соединены, ограничивая гибкое распорное кольцо, например, в форме звеньев цепи, и им придана форма замкнутой кривой, согласующейся с одним или несколькими каналами 534с. Фиг.8Н также демонстрирует, то что распорки 535 могут быть снабжены выполненным в них первым отверстием 556 для пропускания текучей среды в перепускные каналы 528 пакера (описываемые ниже) и вторым отверстием 558 для связывания распорок друг с другом и/или для крепления распорок внутри материала пакера. Эти отверстия могут иметь различные формы, размеры и конфигурации в соответствующих распорках. Специалисты в данной области техники поймут, что распорки облегчают желательное перемещение узла 525 зонда, в частности пакера 531, во время операций отбора проб (см., например, фиг.5). Причиной является то, что уплотнение, формируемое вдоль дистальной поверхности 531s пакера, зависит от деформируемости пакера вдоль его лицевой поверхности (в частности, это справедливо в приложениях, связанных с частями стволов скважин, не закрепленных обсадными трубами). Обычный пакер склонен перемещаться как твердый элемент. Это также справедливо до некоторой степени в тех обычных пакерах, где применяются твердые защитные кольца. Использование дискретных, но оперативно соединенных распорок в соответствии с настоящим изобретением придает пакеру 531 повышенную упругую деформируемость. Так, например, участки поверхности 531s пакера в пределах кольцевого прочистного