一种基于钻井的多相流保真取样装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于钻井的多相流保真取样装置，地面控制系统中压力源通过驱动管连接控制面板，U型取液管中控制管路、取样管路上端与地面控制系统下端与液体进样管连接，液体进样管下端穿过封隔器系统与多孔管井下液体进样系统连接，I型取气管中气体控制及取样管上端连接地面控制系统，下端穿过封隔器系统与气体过滤取样器连接，I型取气管中气体过滤取样器与多孔管井下液体进样系统中多孔管进样装置彼此通过自动多通阀门并联，温控系统中的液体温度传感器、气体温度传感器分别与U型取液管的取样管路和I型取气管的控制及取样管相连，结构简单、长期使用成本低廉、耐久性优越、适用地层范围广，适合油‑水‑气体系多相流体保真取样。

【技术实现步骤摘要】
一种基于钻井的多相流保真取样装置
本技术属于深地工程中的混合流体保真取样与油气等资源开采
，更具体涉及一种地层多相流体取样的装置，它适用于基于多孔管取样容器与静置平衡的地下多相取样与地表分离于一体的地层多相流体保真取样。
技术介绍
随着油气田开发进入中后期，采出液的含水量越来越高,油井开采成本越来越大，大部分油气田为高含水率油气田；部分油气田开始其采用新工艺，包括气驱、气水交替驱替开采等工艺，油田井下流体环境随着开采过程与各种新开采工艺的使用变得更加复杂。油气行业对于勘探开采油气田样品状态与真实性越来越重视，取得原位保真油气样品资料对油气田行业至关重要，至少包含气-液(油水)等多相成分的保真取样。因而对井下流体进行保真取样，具体研究油品物性不管是对于环保还是油田自身效益来说都是紧要目的，然而随着采油开发的进行，多相流体的同时取样变的越来越困难。另外，地热、CO2地质封存、地下能源与废弃物地下储存、深部地质科研等工程同样面临复杂地质条件下的原位保真多相取样难的问题，迫切需要一种能对多相流体同时保真取样的技术，准确地了解井下流体性质与成分分析和研究井下流体状态的变化。世界各国对井下流体取样技术都有深入研究，目前有各种各样的取样设备：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取样器等。它们各有特点，但总的来说不能精确控制取样速率与取样量；在井下进行流体取样的U型管取样技术(U-tube)是美国伯克利实验室的BarryFreifeld研发的采样系统(美国专利技术专利“Deviceusefulasaboreholefluidsampler(US9863245B2)”)，已在美国Frio咸水层、澳大利亚Otway、德国Ketzin等示范工程率先应用，达到了预期的效果。U型管地下流体取样技术已经被大幅度改进(如“井内分层气液两相流体保真取样装置”、“基于压力脉冲的分层流体监测及取样装置”)并开展多次现场实验，实验结果表明改进后的U型管取样技术在井下各个确定深度开展流体取样的效果良好，技术方案已经成熟可应用于井下各个深度流体的取样。不过这些基于U型取样管的取样技术只针对一个确定深度取样(单相液相流体)，但如何进行多相液体与气体混合样品的保真取样还需要进一步的改进，如：轻质油、水、重质油、添加流体等存在界面的多相液体。特别是多相流体由于重力分离，在底层内呈层状分布，就需要多相流体的全段保真取样技术。目前的井下分离取样技术为通过与取样泵(潜水电泵、螺杆泵、机抽泵等)连接的多相流分离取样器取样；取样器分离的工作方式为通过多相流重力分异与离心运动，因泵体的存在需要定时检修，部分泵(如潜水电泵)使用深度浅、机械寿命低、持续使用能力差，存在一定的制约性。而油田的井下取样技术主要使用老式机械取样器，取样过程中取样筒始终保持打开状态，无法保证样品为预定层位样品所取的样品；既不能确保取样层位样品的代表性，又无法保证样品的真实性。定深取样虽然为保真取样，但是由于其每次取样需要采用专业设备并打开采油井或其他钻井井口，由此取样频率低且成本高。油田使用的油水分离方式为油水分离器等分离设备，在井下依靠重力沉降与离心分异在井下直接进行油水分离，将水回注到地下。虽然能在指定深度的地层工作，但样品采取过程中，降压降温明显，流体成分含量较之于原始地层内已有明显改变，依靠油水分离设备进行取样也无法保证保真取样。现阶段井下油水分离器主要分两种：重力式与水力旋流器式井下油水分离器，重力式井下分离器是利用密度分异和自然沉降的原理进行井下油水分离的装置，其成本较低但分离效率低，不能准确判断油水分离界面，且由于依靠重力分离过程十分缓慢，需要严格控制单个沉降杯中流体的流速与分离量。当所分离量加大时需要多个分离单元进行工作才能保证油水分离的有效性，造成分离器体积过大且难以适应大部分的油田井下环境，因此其实用性差。井下旋流器式分离器是离心分离装置的典型代表，利用油水密度差与高速旋流运动的油水混合物中的两种流体受到离心力的不同促使油水分离，整个分离过程持续时间短，分离器体积小，但是需要大功率马达或多级旋流才能保证分离效率，分离过程中压力变化非常大，对场地适应性要求高，部分油田需要化学助剂造成油层污染；另外其有他不确定性的影响因素(如温度与压力的变化等)限制旋流器的分离效果，使用成本高，持续能力差，保真程度也差。因此需要对现有的井下油水分离进行改进，更好地研究各油田地下流体特征与自然条件、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，需要一种大小适中，结构简单的井下油水分离取样装置。专利技术专利“井内分层气液两相流体保真取样装置”(CN102108861A)提供了一种基于井下气液两相取样的技术方法，其取样方法虽然能够达到保真取样的要求，其中液相为混合液体，但无法对静置重力分离的多相混合流体保真取样(只能气-液两相，液体只能为单相液体或混合状态的液体)，每个取样层内的气液相的取样点只能是确定的深度，不能考虑取样段内不同深度的样品取样，亦不能考虑不同相液体在地下的比例(深度范围)等信息。同时地面设备需要增加地面油水分离装置，也不适用更加复杂的地下环境，包含气-水-油-添加剂等多相、气-液等多相样品取样分析。目前气液两相流体取样装置中科院武汉岩土所已包含有多项专利，而超过气水两相的多相流体的全段保真取样技术仍然属于空白，因此需要一款能保真取样的多相流体取样(气-水-油等多相流体且分层条件)的装置及方法。如何做到让取样器成本低廉、维护简单，如何克服场地限制，如何减小分离器体积，如何进行多相分离，如何提高分离效率如何多相流体取样，保真取样这是现阶段多相流体取样器需要解决的问题。
技术实现思路
本技术改进现有取样设备的缺陷克服以上方法的技术困难，本技术的目的是在于提供了一种钻井多相流保真取样的装置，与原取样装置相比能保障取样时样品流体的稳定性，确保样品的真实性同时，结构简单，安装与操作便捷，维护简单；本装置主要采用U+I型取样管为基本控制单元，部分驱动流体取样过程中可反复使用，长期监测的高频率取样与成本优于其他类型的定深取样设备，适用范围广，适用于各种油气、地矿、水文等领域各种深度与环境的多相流体保真取样与环境监测领域。为了实现上述的目的，本技术采用以下技术方案：其技术构思是：在钻井内封隔器系统坐封的多层位目标取样地层中，可以同时在不同深度上进行气-油-水等多相组分按照流体成分的等比例取样，并可以判别不同流体的比例和深度。取样方式为保真(保温保压)取样，取样方法采用本技术的提供取样方式配合地面控制系统进行多相混合流体进量控制与定容保真取样，在井下流体到达地面后进行最后的多相分离。按照本技术制造对应的取样装置，依据目标地层的深度、地层流体、单次取样量确定整套装置的规格大小与具体参数，下井后首次取样前用清水清洗取样装置管路，并用高压驱动流体排出杂物填充满取样装置后即可开始取样。待多相流体混合物样品填充完满多孔管井下液体进样系统内腔，并静置平衡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于钻井的多相流保真取样装置，它包括地面控制系统(1)、U型取液管(2)、封隔器系统(3)、I型取气管(4)、多孔管井下液体进样系统(5)、温控系统(6)、自动多通阀门(7)，其特征在于：地面控制系统(1)中的压力源(10)通过第一驱动管(11)连接控制面板(13)，U型取液管(2)中的控制管路(21)、取样管路(22)、液体进样管(23)末端互相连接，液体进样管(23)还包括第一层液体进样管(231)、第二层液体进样管(232)、第三层液体进样管(233)，控制管路(21)、取样管路(22)上端与地面控制系统(1)下端与液体进样管(23)连接，液体进样管(23)安装液体单向阀(20)连通自动多通阀门(7)后，穿过封隔器系统(3)与多孔管井下液体进样系统(5)连接，I型取气管(4)中的气体控制及取样管(41)上端连接地面控制系统(1),下端连通自动多通阀门(7)后，穿过封隔器系统(3)与I型取气管(4)中的气体过滤取样器(42)连接，气体过滤取样器(42)中第一层气体过滤取样器(421)、第二层气体过滤取样器(422)、第三层气体过滤取样器(423)，分别与多孔管井下液体进样系统(5)中第一层多孔管进样装置(51)、第二层多孔管进样装置(52)、第三层多孔管进样装置(53)彼此通过自动多通阀门(7)并联，依次放置在第一封隔器(31)、第二封隔器(32)、第三封隔器(33)、第四封隔器(34)坐封的不同深度独立取样层位中，温控系统(6)中的液体温度传感器(63)、气体温度传感器(64)分别与U型取液管(2)的取样管路(22)和I型取气管(4)的气体控制及取样管(41)相连，所述的多孔管井下液体进样系统(5)包含通过自动多通阀门(7)并联的第一层多孔管进样装置(51)、第二层多孔管进样装置(52)、第三层多孔管进样装置(53)，第一层多孔管进样装置(51)包括上下连接的第一层上部转接头(511)、第一层多孔管进样部(512)，第二层多孔管进样装置(52)包括上下连接的第二层上部转接头(521)、第二层多孔管进样部(522)，第三层多孔管进样装置(53)包括上下连接的第三层上部转接头(531)、第三层多孔管进样部(532)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于钻井的多相流保真取样装置，它包括地面控制系统(1)、U型取液管(2)、封隔器系统(3)、I型取气管(4)、多孔管井下液体进样系统(5)、温控系统(6)、自动多通阀门(7)，其特征在于：地面控制系统(1)中的压力源(10)通过第一驱动管(11)连接控制面板(13)，U型取液管(2)中的控制管路(21)、取样管路(22)、液体进样管(23)末端互相连接，液体进样管(23)还包括第一层液体进样管(231)、第二层液体进样管(232)、第三层液体进样管(233)，控制管路(21)、取样管路(22)上端与地面控制系统(1)下端与液体进样管(23)连接，液体进样管(23)安装液体单向阀(20)连通自动多通阀门(7)后，穿过封隔器系统(3)与多孔管井下液体进样系统(5)连接，I型取气管(4)中的气体控制及取样管(41)上端连接地面控制系统(1),下端连通自动多通阀门(7)后，穿过封隔器系统(3)与I型取气管(4)中的气体过滤取样器(42)连接，气体过滤取样器(42)中第一层气体过滤取样器(421)、第二层气体过滤取样器(422)、第三层气体过滤取样器(423)，分别与多孔管井下液体进样系统(5)中第一层多孔管进样装置(51)、第二层多孔管进样装置(52)、第三层多孔管进样装置(53)彼此通过自动多通阀门(7)并联，依次放置在第一封隔器(31)、第二封隔器(32)、第三封隔器(33)、第四封隔器(34)坐封的不同深度独立取样层位中，温控系统(6)中的液体温度传感器(63)、气体温度传感器(64)分别与U型取液管(2)的取样管路(22)和I型取气管(4)的气体控制及取样管(41)相连，所述的多孔管井下液体进样系统(5)包含通过自动多通阀门(7)并联的第一层多孔管进样装置(51)、第二层多孔管进样装置(52)、第三层多孔管进样装置(53)，第一层多孔管进样装置(51)包括上下连接的第一层上部转接头(511)、第一层多孔管进样部(512)，第二层多孔管进样装置(52)包括上下连接的第二层上部转接头(521)、第二层多孔管进样部(522)，第三层多孔管进样装置(53)包括上下连接的第三层上部转接头(531)、第三层多孔管进样部(532)。


2.根据权利要求1所述的一种基于钻井的多相流保真取样装置，其特征在于：所述的地面控制系统(1)包括压力源(10)、第一驱动管(11)、流体减压阀(12)、控制面板(13)、加压泵(14)；压力源(10)与第一驱动管(11)连接，在第一驱动管(11)上装有流体减压阀(12)，第一驱动管(11)与控制面板(13)连接；第一驱动管(11)在控制面板(13)内分别连接压力源压力表(P0)、第一液体驱动管(1101)、第一气体驱动管(1103)，第一气体驱动管(1103)安装第一气体驱动管阀门(1203)后末端分别与安装有气体取样压力表(P3)的第二气体驱动管(1104)、安装第一取气管阀门(1214)的第一气体取样管(1114)连接；第二气体驱动管(1104)连接I型取气管(4)中的气体控制及取样管(41)，第一气体取样管(1114)末端连通加压泵(14)后与气体取样容器(1401)、液体取样容器(1402)连接；第一液体驱动管(1101)安装有第一液体驱动管阀门(1201)，第一液体驱动管(1101)分别与安装第二液体驱动管阀门(1202)、液体驱动压力表(P1)的第二液体驱动管(1102)与安装第二液体取样管阀门(1212)的第二液体取样管(1112)连接，第二液体驱动管(1102)末端连接U型取液管(2)控制管路(21)；安装第二液体取样管阀门(1212)的第二液体取样管(1112)左端分别连接安装第一液体驱动管阀门(1201)的第一液体驱动管(1101)与安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏宁，李小春，杨列，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：新型
国别省市：湖北;42