Способы и устройства анализа флюидов в скважине

Способы и устройства анализа флюидов в скважине

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области техники анализа находящихся в скважине флюидов геологического пласта для оценки и проверки пласта в целях разведки и разработки буровых скважин добычи углеводородов, таких как нефтяные или газовые буровые скважины. Более точно настоящее изобретение касается способов и устройств для отделения (отбор) пластовых флюидов и получения характеристик изолированных флюидов, находящихся в скважине.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Анализ флюида в скважине является важной и эффективной исследовательской технологией, обычно используемой для оценки характеристик и природы геологических пластов, содержащих месторождения углеводородов. При этом разведка и разработка месторождения нефти включают в себя анализ флюида в скважине для определения петрофизических и флюидных свойств углеводородных коллекторов. Определение характеристик флюида необходимо для точной оценки экономической жизнеспособности углеводородного коллекторного пласта.

Обычно в скважине в коллекторных пластах определяется сложная смесь флюидов, таких как нефть, газ и вода. Находящиеся в скважине флюиды, называемые также пластовые флюиды, имеют характеристики, включая давление, температуру, объем, в числе других свойств флюидов, которые определяют фазовое поведение различных составляющих элементов флюидов. Чтобы оценивать подземные пласты, окружающие ствол скважины, часто требуется получить образцы пластовых флюидов в стволе скважины для определения характеристик флюидов, в том числе анализа состава, свойств флюида и фазового поведения. Опускаемый на тросе инструмент исследования пласта раскрыт, например, в патентах US 3780575 и 3859851, а пробник коллекторного пласта (RFT) и модульный динамический пробник пласта (MDT) от Шлюмберже являются примерами инструментов отбора образцов для извлечения образцов пластовых флюидов из ствола скважины для анализа на поверхности.

Пластовые флюиды при скважинных условиях по составу, давлению и температуре отличны от флюидов в условиях на поверхности. Например, температуры внутри буровой скважины могут находиться в диапазоне от 300°F. Когда образцы находящихся в скважине флюидов транспортируются на поверхность, происходит изменение температуры флюидов с сопутствующими изменениями объема и давления. Изменения флюидов в результате транспортировки на поверхность могут вызывать фазовое разделение между газообразными и жидкими фазами в образцах и изменения характеристик состава пластовых флюидов.

Также известны технологии для поддержания давления и температуры образцов, извлеченных из скважины, чтобы получать образцы на поверхности, которые соответствуют находящимся в скважине пластовым флюидам. В известных системах образцы, отобранные в скважине, сохраняются в специальной камере пробника пласта и транспортируются на поверхность для лабораторного анализа. Во время переноса образца из-под поверхности в лабораторию на поверхности, образцы часто переносятся из одной колбы или контейнера для проб в другую колбу или контейнер, такие как резервуар для транспортирования. При этом образцы могут повреждаться при переносе из одного сосуда в другой.

Более того, давление и температура образца часто изменяется во время доставки образцов с места расположения скважины в удаленную лабораторию, несмотря на технологии, используемые для сохранения образцов при условиях в скважине. Известно, что при переносе и транспортировке образцов пластового флюида они повреждаются или портятся формированием пузырьков, осаждением твердой фазы в образце, в числе других затруднений, связанных с изменением характеристик пластовых флюидов для анализа на поверхности и в скважине флюида.

Кроме того, лабораторный анализ в удаленном месте требует много времени. Выдача данных анализа образца занимает в пределах от пары недель до месяцев для всестороннего анализа образца, что препятствует возможности удовлетворять потребности пользователей в результатах в реальном времени. Как правило, интервал времени для получения результатов, относящихся к анализу пластовых флюидов на поверхности, составляет несколько месяцев после того, как образец был отправлен в удаленную лабораторию.

Для устранения недостатков анализа пластовых флюидов, проводимых на поверхности, новейшие разработки для анализа флюида в скважине включают в себя технологии определения характеристик пластовых флюидов внутри скважины или в стволе скважины. При этом MDT может включать в себя один или более модулей анализа флюидов, таких как анализатор композиционных флюидов (CFA) и анализатор неочищенных флюидов (LFA) от Шлюмберже, например, для анализа находящихся в скважине флюидов, отбираемых инструментом, когда как флюиды находятся в скважине.

В модулях анализа флюидов в скважине описанного выше типа, пластовые флюиды, которые должны анализироваться в скважине, обтекают модуль датчика, связанный с модулем анализа флюидов, такой как модуль спектрометра, который анализирует протекающие флюиды, например, посредством инфракрасной абсорбционной спектроскопии. При этом оптический анализатор флюида (OFA), который может быть расположен в модуле анализа флюидов, может распознавать флюиды в циркуляционном потоке и определять количество содержания нефти и воды. В патенте US 4994671 раскрыто скважинное устройство, содержащее камеру пробника, источник света, спектральный детектор, базу данных и процессор. Флюиды, протекающие из пласта в камеру пробника, анализируются посредством направления света на флюиды, детектирования спектра прошедшего и/или отраженного света, и обработки информации (на основании информации в базе данных, относящейся к разным спектрам), для определения характеристик пластовых флюидов.

В дополнение, в патентах US 5167149 и 5201220 раскрыто устройство для оценки количества газа в потоке флюида. Призма прикреплена к окну в потоке флюида, и свет направляется через призму в окно. Свет, отраженный от поверхности раздела окна/потока флюида под определенными заданными углами, детектируется и анализируется для наличия газа в потоке флюида.

Как изложено в патенте US 5266800, отслеживание спектра оптического поглощения образцов флюида, полученного по прошествии времени, предоставляет возможность определять, когда скорее пластовые флюиды, чем фильтрат бурового раствора, являются втекающими в модуль анализа флюидов. Кроме того, как указано в патенте US 5331156 посредством выполнения измерений оптической плотности (OD) потока флюида при некоторых определенных интенсивностях, могут количественно определяться нефтяные и водяные фракции двухфазового потока флюида.

С другой стороны, образцы, извлеченные из скважины, анализируются в лаборатории на поверхности посредством использования узла регулирования давления и объема (PVCU), который работает при температуре окружающей среды, и нагрева образцов флюида до пластовых условий. При этом не имеется прибора PVCU, который был бы способен работать при высокотемпературных условиях скважины. Традиционные устройства для изменения объема образцов флюида при условиях скважины используют гидравлическое давление, но имеют один недостаток, заключающийся в том, что трудно точно регулировать длину хода и скорость плунжера при условиях в скважине вследствие изменений вязкости и расширения нефти, которые вызываются экстремальными температурами в скважине. Более того, при высоких давлениях в скважине происходят утечки нефти в кольцевых уплотнениях, что требует дополнительного технического обслуживания устройства.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической задачей настоящего изобретения является создание способов и устройств для анализа пластовых флюидов в скважине посредством отбора флюидов из пласта и/или ствола скважины в проточную линию модуля анализатора. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения флюиды отбирают с помощью блока регулирования давления и объема (PVCU), который интегрирован в проточную линию, а характеристики отобранных флюидов определяют с использованием PVCU.

Преимущественно PVCU подходит для использования в скважине, и поскольку проточная линия и/или PVCU находящегося в скважине инструмента используются для отбора пластовых флюидов, нежелательные пластовые флюиды могут легко дренироваться и замещаться пластовыми флюидами, которые пригодны для определения характеристик в скважине. Другой полезный результат, полученный посредством отбора пластовых флюидов согласно настоящему изобретению, состоит в том, что анализ давления - объема - температуры (PVT) флюидов может выполняться при или близко к условиям в скважине с использованием PVCU согласно настоящему изобретению.

Ясно, что существует необходимость в исследованиях в скважине, которые дают точные результаты находящихся там продуктов в соответствии с отбором образцов находящимся в скважине инструментом, таким как пробник пласта.

Анализ пластовых флюидов в скважине, который является достоверным и сопоставимым с лабораторными анализами, устраняет проблемы разрушения образца пластового флюида, обусловленные транспортированием на поверхность.

Анализ в скважине устраняет задержку, связанную с переносом образцов пластового флюида в лабораторию на поверхности, обеспечивает получение результатов в реальном времени в месте расположения скважины.

Определение характеристик флюида, выполняемое над флюидами, которые выделены из пласта или ствола скважины и являются относительно стабильными, находясь в статическом состоянии, имеет тенденцию быть более точным по сравнению с анализом в скважине флюидов, которые находятся в активном состоянии, т.е. протекают по скважине при определении их характеристик.

Образец флюида, отобранный из проточной линии инструмента, по сравнению с образцом флюида в камере отбора образцов инструмента, находящегося в скважине, обладает полезными преимуществами, так как отобранный флюид может проверяться на качество и замещаться другим более точно отобранным флюидом, если качество первоначального флюида было признано неудовлетворительным для определения характеристик флюида. При этом возможно промывать проточную линию модуля анализа флюидов и отбирать свежий пластовый флюид для анализа, в то время как инструмент находится в скважине, тогда как традиционные камеры и контейнеры отбора образцов могут не иметь средства для дренирования отобранного образцом флюида и поучения другого образца пластового флюида, когда инструмент расположен в скважине.

Отбор флюида в скважине при условиях, которые, по существу, аналогичны условиям пласта или ствола скважины, обеспечивает существенные преимущества при определении свойств флюида, поскольку определение точки начала кипения требует меньше времени при условиях в скважине по сравнению с лабораторными условиями на поверхности.

В предпочтительных вариантах осуществления способов и устройства по настоящему изобретению инструмент для использования в скважине обеспечивает отбор пластовых флюидов из пласта или ствола скважины в проточную линию инструмента. Преимущественно проточная линия инструмента может включать в себя блок регулирования давления и объема (PVCU), который интегрирован в проточную линию, чтобы изменения давления и объема отобранных пластовых флюидов были возможны при условиях скважины. Отобранные пластовые флюиды могут анализироваться путем измерения свойств флюида, таких как состав, газовый фактор (GOR), BTU (британские тепловые единицы), плотность, вязкость, сжимаемость; определения фазового поведения флюидов, такого как давление появления асфальтенов, точка начала кипения, точка росы; и измерения значений давления и температуры флюида.

В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство для анализа флюидов в скважине содержит множество устройств, например уплотнительные клапаны, которые могут избирательно управляться для остановки и запуска потока пластовых флюидов на по меньшей мере участках проточной линии, и один или более датчиков, связанных с проточной линией устройства. В одном из предпочтительных вариантов осуществления блок PVCU содержит насос, например, шприцевого типа, который оперативно соединен с проточной линией, чтобы характеристики пластовых флюидов, отобранных в PVCU, могли изменяться путем изменения объема флюидов.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения пластовый флюид удерживается или отбирается в проточную линию посредством уплотнительных клапанов. Преимущественно могут определяться характеристики отобранного флюида. В одном из аспектов изобретения оптический датчик может измерять требуемые свойства флюида, такие как углеводородный состав, GOR, BTU отобранного пластового флюида. В еще одном аспекте изобретения такое устройство, такое как датчик плотности и вязкости, может измерять дополнительные требуемые свойства флюида, например плотность и вязкость флюида. В качестве еще одного аспекта изобретения датчик давления/температуры (измеритель P/T) может измерять давление и температуру флюида отобранного пластового флюида.

Преимущественно PVCU может изменять давление флюида посредством расширения объема пластового флюида внутри проточной линии. В еще одном аспекте изобретения сжимаемость флюида может измеряться с помощью изменяемого объема или изменяемого давления, или могут определяться изменение плотности флюида или уровень оптического поглощения.

В еще одном аспекте настоящего изобретения давление отобранного пластового флюида может понижаться до определенного давления из условия, чтобы осаждался асфальтен. Например, оптические датчики могут использоваться для определения осаждения асфальтенов. Дальнейшее понижение давления может привести к тому, что газовые составляющие будут отделяться от жидкой фазы. Например, ультразвуковой датчик и оптические датчики могут использоваться для определения выброса пузырьков газа.

Если изолированный флюид является газовым конденсатом, когда флюид находится при определенном давлении, конденсатная нефть может выходить из газового конденсата. Например, оптический датчик может использоваться для определения конденсатной нефти. Зависимые от времени свойства могут отслеживаться для определения гравитационного разделения фаз. После завершения измерений отобранный образец флюида может дренироваться в буровой раствор, свежий пластовый флюид возвращаться в проточную линию для промывки проточной линии, и образец пластового флюида может захватываться в камеру или колбу отбора образцов находящегося в скважине инструмента для транспортирования на поверхность для лабораторного анализа.

Согласно изобретению модуль анализа флюидов устройства определения характеристик флюида в скважине включает в себя проточную линию, чтобы пластовые флюиды протекали через модуль анализа флюидов. По меньшей мере одно избирательно действующее устройство, такое как клапан и/или насос, в предпочтительных вариантах осуществления изобретения может быть предусмотрено для отбора некоторого количества флюидов в проточную линию. По меньшей мере один датчик расположен на проточной линии для измерения интересующих параметров, относящихся к флюидам в проточной линии.

В предпочтительных вариантах осуществления изобретения каждое из первого и второго избирательно действующего устройства содержит клапан. В других вариантах осуществления изобретения одно из избирательно действующего устройства содержит насос, например, в модуле откачки, а другое содержит клапан. Предпочтительно насосный узел, такой как насос шприцевого типа, интегрированный с проточной линией, предусмотрен для изменения давления и объема изолированных флюидов.

Один или более датчиков, таких как спектральный датчик, оптически присоединенный к проточной линии; флуоресцентный и газовый датчик; датчик плотности; датчик давления; датчик температуры; датчик пузырьков/газа; основанный на MEMS (микроэлектромеханической системе) датчик; формирователь изображений; датчик удельного сопротивления; датчик химических составов; и датчик рассеяния, предусмотрены на проточной линии для определения характеристик пластовых флюидов в проточной линии. В предпочтительных вариантах осуществления предусмотрена байпасная проточная линия, а избирательно действующие устройства предназначены для отбора флюидов из байпасной проточной линии. Циркуляционная линия связывает первый конец байпасной проточной линии со вторым концом байпасной проточной линии, чтобы отобранные флюиды могли подвергаться циркуляции в циркуляционной линии и байпасной проточной линии посредством циркуляционного насоса.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения один или более из спектрального детектора, оптически присоединенного к проточной линии; детектора флуоресценции и газа; датчика химических составов; и датчика удельного сопротивления предусмотрены в проточной линии для измерения требуемых параметров флюидов, протекающих через проточную линию, и один или более из датчика плотности; измерителя давления; измерителя температуры; детектора пузырьков/газа; основанного на MEMS датчика; формирователя изображений; и системы детектора рассеяния предусмотрены для измерения требуемых параметров флюидов, находящихся в байпасной проточной линии.

Согласно настоящему изобретению предложен способ определения в скважине характеристик пластовых флюидов с использованием находящегося в скважине инструмента, содержащего модуль анализа флюидов в проточной линии. Способ заключается в том, что отслеживают по меньшей мере первый требуемый параметр, относящийся к пластовым флюидам, протекающим по проточной линии; когда определенный критерий для первого интересующего параметра является удовлетворительным, ограничивают поток пластовых флюидов в проточной линии посредством работы множества избирательно действующих устройств для выделения пластовых флюидов на участке проточной линии модуля анализа флюидов, и определяют характеристики отобранных флюидов посредством одного или более датчиков в проточной линии.

Другие предпочтительные варианты осуществления способа включают в себя определение характеристик отобранных флюидов посредством определения одного или более свойств флюида, в том числе в одном из предпочтительных вариантов осуществления посредством изменения давления отобранных флюидов изменением объема отобранных флюидов перед определением свойства или свойств флюида, например, одного или более из сжимаемости флюида, появления осаждения асфальтенов, точки начала кипения и точки росы. Другой предпочтительный вариант осуществления способа включает в себя осуществление циркуляции отобранного флюида по замкнутому контуру проточной линии и определение характеристик отобранных флюидов, например, посредством определения фазового поведения отобранных флюидов. Преимущественно зависимые от времени свойства могут отслеживаться для детектирования гравитационного разделения фаз.

Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения предложен инструмент для определения характеристик пластовых флюидов, расположенных в скважине в коллекторе месторождения нефти. Модуль анализа флюидов включает в себя проточную линию, чтобы пластовые флюиды протекали через него, с байпасной проточной линией и циркуляционной линией, соединяющей первый конец байпасной проточной линии со вторым концом байпасной проточной линии, чтобы флюиды в проточной линии могли циркулировать под действием циркуляционного насоса. По меньшей мере один датчик расположен на байпасной проточной линии для измерения требуемых параметров флюида в байпасной проточной линии.

Дополнительные преимущества и признаки изобретения будут изложены в нижеследующем описании.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения поясняются ниже со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает схему размещения устройства в скважине согласно изобретению.

Фиг.2 - схему одного из вариантов осуществления системы для анализа пластовых флюидов в скважине согласно изобретению.

Фиг.3 - схему одного из предпочтительных вариантов осуществления инструментальной колонны с модулем анализа флюидов, содержащим узел регулирования давления и объема (PVCU) для анализа пластовых флюидов в скважине согласно изобретению.

Фиг.4 - схему одного из вариантов осуществления модуля анализа флюидов с устройством PVCU для определения в скважине характеристик флюидов посредством отбора пластовых флюидов согласно изобретению.

Фиг.5 - схему устройства PVCU с матрицей датчиков в модуле анализа флюидов, согласно изобретению.

Фиг.6 - схему системы детектора рассеяния устройства PVCU согласно изобретению.

Фиг.7 - блок-схему последовательности операций способа для определения в скважине характеристик пластовых флюидов согласно изобретению.

Фиг.8 - диаграмму изменение сжимаемости образца флюида согласно изобретению.

Фиг.9 - схему еще одного варианта осуществления устройства для определения в скважине характеристик флюидов согласно изобретению.

Фиг.10 - схему еще одного варианта осуществления устройства для определения в скважине характеристик флюидов согласно изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение не ограничено конкретными раскрытыми формами. Скорее изобретение должно покрывать все модификации, эквиваленты и альтернативные варианты, подпадающие под объем изобретения, который определен прилагаемой формулой изобретения.

Ниже раскрыты варианты осуществления и изобретения.

Настоящее изобретение применимо для разведки и разработки месторождений нефти в областях, там где требуется анализ флюидов в скважине с использованием одного или более модулей анализа флюидов, например в модульном динамическом пробнике пласта (MDT) фирмы Шлюмберже.

На фиг.1 схематически представлено поперечное сечение рабочей среды согласно изобретению. Служебный автомобиль 10 расположен в месте расположения скважины, содержащей ствол скважины или скважину 12 со скважинным инструментом 20, подвешенным к концу троса 22. Понятно, что вместо того, чтобы спускать на тросе устройство могло бы использоваться на разливной линии, в воротнике каротажа во время бурения, в скрученной трубной обвязке или в качестве аппаратных средств стационарной или полустационарной установки. Ствол 12 скважины содержит в себе флюиды, такие как вода, фильтрат бурового раствора, пластовые флюиды и т. п. Колонна 20 скважинного инструмента и трос 22 разработаны для служебного автомобиля 10, (фиг.1).

На фиг.2 представлен примерный вариант осуществления системы 14 для анализа и отбора образцов в скважине пластовых флюидов согласно изобретению, например, если служебный автомобиль 10 расположен в месте расположения скважины. Система 14 ствола скважины содержит колонну 20 скважинного инструмента, который может использоваться для аналица земных пластов и анализа состава флюидов из пласта. Скважинный инструмент 20 подвешен в стволе скважины 12 к нижнему концу многожильного каротажного кабеля или троса 22, намотанного на лебедку 16. Каротажный кабель 22 электрически присоединен к системе 24 электрического управления на поверхности, содержащей электронное оборудование и системы обработки для скважинного инструмента 20.

Скважинный инструмент 20 (фиг.3) содержит продолговатый корпус 26, в котором размещены электронные компоненты и модули, которые схематично показаны на фиг.2 и 3, для получения необходимых или желательных параметров из колонны 20. Выдвижная сборка 28 приема флюида и выдвижной элемент 30 анкеровки инструмента размещены на противоположных сторонах продолговатого корпуса 26. Сборка 28 приема флюида обеспечивает избирательное перекрывание или изолирование требуемых участков стенки 12 ствола скважины, чтобы устанавливалась связь по давлению или флюиду с прилегающим земным пластом. Сборка 28 приема флюида может быть модулем 29 одиночного зонда (фиг.3) и/или модулем 31 пакера (фиг.3). Примеры скважинных инструментов раскрыты в вышеупомянутых патентах US 3780575 и 3859851, и в US 4860581.

Один или более модулей 32 анализа флюидов предусмотрены в корпусе 26 инструмента. Флюиды, отобранные из пласта и/или ствола скважины, протекают по проточной линии 33 через модуль или модули 32 анализа флюидов, а затем выходят через отверстие модуля 38 откачки. Альтернативно пластовые флюиды в проточной линии 33 могут направляться в одну или боле камер 34 и 36 сбора флюидов, таких как камеры образцов в 1, 2 3/4 или 6 галлонов, и/или шесть многоотборных модулей в 450 кубических сантиметров, для приема и удерживания флюидов, полученных из пласта, для транспортировки на поверхность.

Сборки приема флюидов, один или более модулей анализа флюидов, проток и камеры сбора, а также другие рабочие элементы колонны 20 скважинного инструмента управляются системами электрического управления, такими как поверхностная система 24 электрического управления (фиг.2). Предпочтительно система 24 электрического управления и другие системы управления, расположенные в корпусе 26 инструмента, включают в себя, например, процессор для определения характеристик пластовых флюидов в инструменте 20, как более подробно описано ниже.

Система 14 согласно изобретению в ее различных вариантах осуществления предпочтительно включает в себя управляющий процессор 40, связанный с колонной 20 скважинного инструмента. Управляющий процессор 40 показан на фиг.2 в качестве элемента системы 24 электрического управления. Предпочтительно способы по настоящему изобретению воплощены в компьютерной программе, которая осуществляется процессорои 40, расположены, например, в системе 24 управления. Во время работы по программе осуществляется прием данных, например, из модуля 32 анализа флюидов через тросовый кабель 22 и для передачи управляющих сигналов на рабочие элементы колонны 20 скважинного инструмента.

Компьютерная программа может храниться на используемом компьютером запоминающем носителе 42, связанном с процессором 40, или может храниться на внешнем используемом компьютером запоминающем носителе 44, и связана с процессором 40 для использования по необходимости. Носителем 44 могут быть любые один или более известных носителей, таких как магнитный диск, вставленный в дисковод, или оптически считываемый CD-ROM (ПЗУ на компакт-диске), или удобочитаемое устройство любого вида, в том числе удаленное запоминающее устройство, присоединенное через коммутируемую линию дальней связи, или будущие запоминающие носители, пригодные для назначений и целей, описанных в материалах настоящей заявки.

В предпочтительных вариантах осуществления изобретения способы и устройство могут быть воплощены в одном или более модулей анализа флюидов инструмента пробника пласта фирмы Шлюмберже, модульного динамического пробника пласта (MDT). Настоящее изобретение преимущественно предлагает инструмент пробника пласта, такой как MDT, с расширенными функциональными возможностями для определения в скважине характеристик пластовых флюидов и сбора образцов пластовых флюидов. При этом инструмент пробника пласта преимущественно может использоваться для отбора образцов пластовых флюидов и определения в скважине характеристик пластовых флюидов.

На фиг.4 показана схема одного из предпочтительных вариантов осуществления модуля 32 анализа флюидов с узлом 70 регулирования давления и объема (PVCU). В предпочтительном варианте осуществления изобретения устройство 70 PVCU может быть интегрировано в проточную линию 33 модуля 32. Один или более датчиков 11 (один датчик схематически изображен на фиг.4) и устройства 52 и 54 (в дальнейшем также указываемые как клапаны) для остановки и запуска потока флюидов связаны с проточной линией 33. Например, устройства 52 и 54 (фиг.4) могут быть уплотнительными клапанами, содержащими электрически управляемый шаговый двигатель со связанной плунжерной компоновкой для открывания и закрывания клапана. При этом устройства 52 и 54 могут быть любым пригодным устройством управления потоком, таким как насос, клапан или другое механическое и/или электрическое устройство, для запуска и остановки потока флюидов в проточной линии 33. Одно или более устройств 52 и 54 могут располагаться в модуле 32 анализа флюидов или могут быть расположены в других смежных модулях инструмента 20, таких как модуль 38 откачки. По мере необходимости для осуществления на практике настоящего изобретения могут использоваться комбинации устройств.

Устройство 70 PVCU включает в себя насос 71, например насос шприцевого типа. Насос 71 регулирует объем пластового флюида в проточной линии 33 между клапанами 52 и 54. Насос 71 содержит электрический импульсный двигатель 73 постоянного тока (DC); винт 79 на шаровой опоре; сборку 80 плунжера и втулки с кольцевым уплотнением (не показано); соединение 93 двигателя и винта на шаровой опоре; подшипники 77 винта на шаровой опоре; и муфту 75, соединяющую винт 79 на шаровой опоре с плунжером 80. Преимущественно устройство 70 PVCU и насос 71 работоспособны при высоких температурах вплоть до 200°C. Секция проточной линии 33 с впускным клапаном (например, клапаном 52) непосредственно связана с насосом 71 для уменьшения мертвого объема изолированного пластового флюида. При этом посредством расположения плунжера 80 насоса 71 вдоль такого же осевого направления, как и впускного сегмента проточной линии 33, мертвый объем изолированных флюидов снижается, поскольку объем флюидов, оставшихся в проточной линии 33 от ранее отобранных в образцы флюидов, воздействует на свойства флюида впоследствии отбираемых флюидов.

Проточная линия 33 может разветвляться на два направления, причем одна ветвь присоединяется к выпускному клапану, а другая соединяется с измерителем 64 давления/температуры для контроля характеристик давления/температуры пластовых флюидов в проточной линии 33. В варианте осуществления, изображенном на фиг.4, насос 71, например, содержит шаговый/импульсный двигатель 73 постоянного тока с передаточным механизмом для снижения эффекта свободного хода, винт 79 на шаровой опоре, компоновку 80 плунжера и втулки, и датчик 82 линейного положения, такой как потенциометр. Для снижения свободного хода двигателя может использоваться редукторный передаточный механизм 1/160, а для точного регулирования положения плунжера 80 может использоваться шаговый двигатель постоянного тока с импульсом в 1,8 градуса. Ось плунжера 80 может быть смещена от оси винта 79 на шаровой опоре и двигателя 73, так что суммарная длина инструмента минимизируется.

Во время работы вращательное движение двигателя 73 передается на осевое смещение плунжера 80 через винт 79 на шаровой опоре с направляющей шпонкой 91. Изменение объема может определяться согласно значению смещения плунжера 80, которое может измеряться непосредственно электрическим потенциометром 82, например, наряду с точным и переменным регулированием вращения двигателя 73, с одним импульсом в 1,8 градуса. Электрический импульсный двигатель 73 постоянного тока может изменять объем пластовых флюидов, удерживаемых в проточной линии, посредством приведения в движение плунжера 80, присоединенного к двигателю 73, в качестве управляющей электроники, использующей сигналы датчика положения. Поскольку предпочтительный вариант осуществления изобретения включает в себя импульсный двигатель и датчик положения высокого разрешения, работа PVCU может регулироваться с высокой степенью точности. Изменение объема рассчитывается по площади поверхности плунжера, умноженной на пройденное расстояние, регистрируемое датчиком смещения или линейного положения, таким как потенциометр, который соединен с плунжером. Во время изменения объема несколько датчиков, таких как датчики давления, температуры, химического состава и плотности, могут измерять свойства образца флюида, находящегося между двумя уплотнительными клапанами 52 и 54.

Когда определено, что через проточную линию 33 протекают пластовые флюиды, удовлетворяющие определенным критериям, уплотнительные клапаны 52 и 54 закрываются для захвата пластовых флюидов в PVCU 70 при условиях в скважине. Электродвигатель 73 может приводиться в действие для изменения объема изолированных флюидов. Положение смещения плунжера 80 может измеряться непосредственно датчиком 82 плунжера, скрепленного посредством гаечного соединения 95 и муфты 75 с плунжером 80, в то время как импульсный вход в двигатель 73 точно регулирует скорость и расстояние перемещения плунжера 80. PVCU 70 конфигурируется на основании желательных рабочих характеристик двигателя, требуемых окружающими условиями в скважине, рабочим временем, редуктором и шагом винта на шаровой опоре. После того, как измерения характеристик флюидов завершены датчиками и измерительными устройствами модуля 32, плунжер 80 возвращается в свое первоначальное положение, а уплотнительные клапаны 52 и 54 открываются, так что PVCU 70 готов для еще одной операции.

На фиг.5 схематически представлен один из предпочтительных вариантов осуществления узла 70 регулирования давления и объема (PVCU), содержащего матрицу датчиков, скомпонованных в модуле 32 анализа флюидов согласно настоящему изобретению. Как показано на фиг.2, модуль 32 связан по флюиду через проточную линию 33 с пластом, окружающим ствол 12 скважины. В одном из предпочтительных вариантов осуществления устройство 70 PVCU содержит два уплотнительных клапана 52 и 54, связанных с проточной линией 33. Клапаны 52 и 54 расположены так, чтобы регулировать поток пластовых флюидов в сегменте проточной линии 33 и изолировать пластовые флюиды в сегменте проточной линии 33 между двумя клапанами 52 и 54. Согласно вариантам осуществления настоящего изобретения клапаны, такие как высокотемпературные клапаны высокого давления, пригодные для использования в скважине, могут использоваться для регулирования потока пластовых флюидов в проточной линии 33. Например, могут использоваться дроссельный и уплотнительный клапаны.

Один или более оптических датчиков, таких как 36-канальный оптический спектрометр 56, соединенный волоконно-оптическим жгутом 57 с оптическим элементом или рефрактометром 60, и/или детектор 58 флуоресценции и газа могут быть установлены на проточной линии 33 между уплотнительными клапанами 52 и 54. Оптические датчики преимущественно могут использоваться для определения характеристик флюидов, протекающих через или удерживаемых в проточной линии 33. В патентах US 5331156 и 6476384 и в публикации №2004/0000636 A1 раскрыты способы определения характеристик пластовых флюидов.

Датчик 62 плотности и/или датчики 64 давления/температуры также могут быть предусмотрены в проточной линии 33 для измерений плотности, давления и/или температуры по отношению к флюидам в сегменте проточной линии между уплотнительными клапанами 52 и 54. При этом датчики плотности и/или вязкости, такие как датчики рентгеновского излучения, датчики гамма-излучения, стержневые и проволочные датчики вибрации, преимущественно могут использоваться для определения характеристик флюидов согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

Датчик 74 удельного сопротивления и/или датчики 69 химического состава также могут быть предусмотрены на проточной линии 33 для измерений электрического сопротивления флюида и/или для выявления CO₂, H₂S, pH (водородного показателя), в числе других химических свойств, по отношению к флюидам в проточной линии между уплотнительными клапанами 52 и 54. В патенте US 4860581 раскрыто устройство для анализа флюидов посредством измерений в скважине давления и/или электрического сопротивления флюидов.

Ультразвуковой преобразователь 66 и/или микрообработанный и микроэлектромеханический (MEMS) датчик 68 плотности и вязкости также может быть предусмотрен для измерения характеристик пластовых флюидов, протекающих через или захваченных в проточной линии 33 между клапанами 52 и 54. В патенте US 6758090 и публикации 2002/0194906 A1 раскрыты способы и устройство для определения давления точки начала кипения и основанные на MEMS датчики флюидов соответственно.