оценка параметров продуктивного пласта при бурении

Формула изобретения

1. Модуль отбора проб инструмента отбора проб при бурении, помещаемого в ствол скважины при проникновении в подземные пласты, содержащий:

воротник бура, выполненный с возможностью присоединения к буровой колонне инструмента отбора проб при бурении, причем воротник бура имеет по меньшей мере одну выемку, проходящую вдоль его наружной поверхности и в его полость, при этом воротник бура имеет внутри канал для прохождения через него бурового раствора;

по меньшей мере одну камеру пробоотборника, выполненную с возможностью размещения в полости воротника бура;

по меньшей мере одну линию потока в воротнике бура, которая выполнена с возможностью соединения с камерой пробоотборника для прохождения в нее скважинного флюида, и по меньшей мере одну крышку, выполненную с возможностью размещения вокруг по меньшей мере одной выемки воротника бура, посредством чего в выемке съемно удерживается камера пробоотборника.

2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит дивертер потока для выборочного направления флюида по меньшей мере через одну линию потока.

3. Модуль по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна линия потока выборочно соединена по текучей среде с пластом и стволом скважины.

4. Модуль по п.1, отличающийся тем, что канал имеет множество выступов, проходящих между полостью по меньшей мере одной выемки.

5. Модуль по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит по меньшей мере один держатель, выполненный с возможностью съемного удерживания камеры пробоотборника в воротнике бура.

6. Модуль по п.8, отличающаяся тем, что держатель содержит амортизатор.

7. Модуль по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна крышка включает по меньшей мере одно кольцо, размещаемое вокруг внешней поверхности воротника бура.

8. Модуль по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна крышка имеет по меньшей мере одно окно в ней.

9. Модуль по п.1, отличающийся тем, что он размещен в инструменте отбора проб при бурении, содержащем устройство передачи флюида, соединяемое с бурильной колонной инструмента отбора проб при бурении и выполненное с возможностью создания соединения по текучей среде с пластом, причем устройство передачи флюида имеет входное отверстие для получения скважинного флюида.

10. Способ отбора проб при бурении с помощью инструмента отбора проб при бурении, помещаемого в ствол скважины при проникновении в подземные пласты, согласно которому:

размещают камеру пробоотборника в выемку во внешней поверхности воротника бура инструмента отбора проб при бурении и внутрь полости в нем;

размещают крышку над выемкой воротника бура;

вводят инструмент отбора проб при бурении внутрь ствола скважины;

устанавливают связь по текучей среде между инструментом отбора проб при бурении и пластом;

всасывают пластовый флюид в инструмент отбора проб при бурении через входное отверстие в инструменте отбора проб при бурении;

и осуществляют прохождение пластового флюида от входного отверстия до камеры пробоотборника.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что дополнительно возвращают на поверхность инструмент отбора проб при бурении.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что дополнительно удаляют крышку с воротника бура.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что дополнительно удаляют камеру пробоотборника из воротника бура.

14. Способ по п.10, отличающийся тем, что дополнительно используют камеру пробоотборника, съемно установленную в воротнике бура.

Описание изобретения к патенту

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область изобретения

Настоящее изобретение относится к технологиям оценки заглубленных пластов. Точнее, настоящее изобретение относится к технологиям сбора и/или хранения образцов скважинного флюида, полученных из заглубленных пластов.

2. Предшествующий уровень техники

Стволы скважин бурятся, чтобы определять местонахождение и добывать углеводороды. Скважинный буровой инструмент, с коронкой бура на конце, продвинут внутрь земли, чтобы образовать ствол скважины. По мере продвижения бурового инструмента буровой раствор нагнетают из поверхностного резервуара для раствора сквозь буровой инструмент и за пределы буровой коронки, чтобы охладить буровой инструмент и удалить обломки выбуренной породы. Скважинный флюид выходит из буровой коронки и течет в обратном направлении на поверхность для повторной циркуляции сквозь инструмент. Буровой раствор также используется для образования фильтрационной корки бурового раствора на стенках скважины, чтобы облицевать ствол скважины.

Во время бурения требуется выполнять различные оценки пластов, через которые проходит ствол скважины. В некоторых случаях буровой инструмент может быть снабжен устройствами для тестирования и/или отбора проб окружающих пластов. В некоторых случаях буровой инструмент может быть удален, и в ствол скважины может быть введен кабельный инструмент для тестирования и/или отбора проб пласта. См., например, патенты США № 4860581 и 4936139. В других случаях буровой инструмент может быть использован для выполнения тестирования и/или отбора проб пласта. См., например, патент/заявку США № 5233866, 6230557, 20050109538 и 20040160858. Эти образцы и/или тесты могут быть использованы, например, для определения местонахождения полезных углеводородов.

Оценка параметров продуктивного пласта часто требует, чтобы пластовый флюид был помещен в скважинный инструмент для тестирования и/или отбора проб. Различные устройства передачи флюидов, такие как зонд, обычно отходят от скважинного инструмента и контактируют со стенкой ствола скважины для установления связи по текучей среде с окружающими пластами ствола скважины и втягивания флюида в скважинный инструмент. Типичный зонд - это кольцевой элемент, отходящий от скважинного инструмента и размещаемый против стенки ствола скважины. Резиновый пакер на конце зонда используют, чтобы образовать затвор со стенкой ствола скважины.

Другое устройство, используемое для образования затвора со стенкой ствола скважины, относится к сдвоенному пакеру. У сдвоенного пакера два эластомерных кольца растягиваются радиально по окружности инструмента для изолирования участка ствола скважины между ними. Кольца образуют уплотнение со стенкой ствола скважины и дают возможность флюиду быть втянутым в изолированный участок ствола скважины и во впускное отверстие скважинного инструмента. Облицовка фильтрационной коркой бурового раствора ствола скважины часто полезна для содействия зонду и/или сдвоенному пакеру в образовании затвора со стенкой ствола скважины. Как только затвор образован, флюид оттягивается из пласта в скважинный инструмент через впускное отверстие посредством 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 и патентной заявке США № 2004/0000433.

В случаях, когда требуется образец скважинного флюида, оттянутого в инструмент, проба может быть собрана в одной или более камерах пробоотборника или колбах, размещенных в скважинном инструменте. Примеры таких камер пробоотборника и технологий отбора проб, используемых в устройствах, спускаемых на кабеле, описаны в патенте США № 6688390, 6659177 и 5303775. Примеры таких камер пробоотборника и технологий отбора, используемых в бурильных инструментах, описаны в патенте/заявке США № 5233866 и 2005/0115716. Как правило, камеры пробоотборника скважинного инструмента являются съемными, как показано, например, в патенте/заявке США № 6837314, 4856585 и 6688390.

Несмотря на эти достижения технологий отбора проб, остается потребность в создании камеры пробоотборника и/или технологии отбора проб с более эффективным отбором проб в неблагоприятных средах бурения. Желательно, чтобы такие технологии были пригодны к использованию в ограниченном пространстве скважинного бурильного инструмента и обеспечивали свободный доступ к образцу. Такие технологии предпочтительно должны обеспечивать одно или более из нижеперечисленного, среди прочих: выборочный доступ к камерам пробоотборника и/или их замену; зажимные механизмы для удержания камеры пробоотборника; изоляцию от ударов, колебаний, циклических деформаций и/или других скважинных напряжений; предохранение герметизирующего механизма камеры пробоотборника; управление термическими напряжениями, относящимися к камере пробоотборника, без инициирования сфокусированных напряжений или возможности подвергнуть риску эффективность процесса; дублирующие держатели и/или предохранители камеры пробоотборника; и модульный принцип камер пробоотборника. Такие технологии также предпочтительно должны быть достигнуты без использования дорогостоящих материалов, чтобы достигнуть желаемого удобства и простоты в использовании.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Некоторым терминам даны определения в данном описании, тогда как некоторые другие термины использованы в этом описании в своем первоначальном значении:

"Электрический" и "электрически" относятся к соединению(ям) и/или линии(ям) для передачи электронных сигналов.

"Электронные сигналы" означают сигналы, которые способны передавать электрическую энергию и/или данные (например, двоичные данные).

"Модуль" означает часть скважинного инструмента, в частности многофункционального или комплексного скважинного инструмента, имеющего два или более модулей для выполнения обособленной или дискретной функции.

"Модульные" средства приспособлены к (взаимному) соединению модулей и/или инструментов и возможно сконструированы с использованием стандартизованных деталей и размеров для трансформируемости и разнообразного использования.

"Однофазный" относится к пробе скважинного флюида, находящейся в камере пробоотборника, и означает, что давление в камере поддерживается или управляемо в такой степени, что компоненты пробы, которые сохранены в растворе только благодаря давлению, такие как бензины и асфальтены, не должны выделяться из раствора, по мере того, как проба охлаждается после возврата камеры из ствола скважины.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

По меньшей мере, согласно одному аспекту настоящего изобретения предложен модуль отбора проб инструмента отбора проб при бурении, помещаемого в ствол скважины при проникновении в подземные пласты. Инструмент включает воротник бура, по меньшей мере одну камеру пробоотборника, по меньшей мере одну линию потока и по меньшей мере одну крышку. Воротник бура соединен с бурильной колонной инструмента отбора проб при бурении. Воротник бура имеет по меньшей мере одну выемку, проходящую вдоль его наружной поверхности и внутрь его полости. Воротник бура имеет канал для прохождения через него бурового раствора. Камера пробоотборника расположена в полости воротника бура. Линия потока в воротнике бура соединена с камерой пробоотборника, чтобы передавать в нее скважинный флюид. Крышка расположена вокруг по меньшей мере одной выемки воротника бура, посредством чего камера пробоотборника съемно там удерживается.

Согласно другому аспекту изобретения предложен способ отбора проб при бурении с помощью инструмента отбора проб при бурении, помещаемого в ствол скважины при проникновении в подземные пласты. Способ включает размещение камеры пробоотборника через выемку в наружной поверхности воротника бура инструмента отбора проб при бурения и внутрь полости в нем; размещение крышки вокруг выемки воротника бура; введение инструмента отбора проб при бурении внутрь ствола скважины; установление связи по текучей среде между инструментом отбора проб при бурении и пластом; всасывание пластового флюида в инструмент отбора проб при бурении через входное отверстие инструмента отбора проб при бурении и прохождение пластового флюида от входного отверстия до камеры пробоотборника. Однако в описании могут быть распознаны и другие аспекты изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Более подробное описание изобретения, кратко изложенного выше, приведено со ссылками на варианты его осуществления, которые проиллюстрированы приложенными чертежами. Необходимо отметить, однако, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только типичные варианты осуществления этого изобретения и не могут поэтому считаться ограничивающими заявленное изобретение, поскольку изобретение может допускать другие, также эффективные, варианты его осуществления.

Фиг.1 - схематичное изображение буровой площадки, имеющей скважинный инструмент, расположенный в стволе скважины, проходящей сквозь подземные пласты, причем скважинный инструмент имеет систему отбора проб при бурении ("SWD").

Фиг.2A - изображение продольного сечения участка скважинного инструмента (Фиг.1), показывающее модуль отбора проб системы более детально, причем модуль отбора проб имеет систему транспортировки флюида и множество камер пробоотборника.

Фиг.2B - изображение горизонтального поперечного сечения модуля отбора проб (Фиг.2A) по линии сечения 2B-2B.

Фиг.3 - схематичное изображение системы транспортировки флюида по Фиг.2A и 2B.

Фиг.4A - частичное сечение модуля отбора проб (Фиг.2A), имеющего сменную камеру пробоотборника, защищенную крышкой из двух частей.

Фиг.4B - частичное сечение модуля отбора проб, имеющего сменную камеру пробоотборника, защищенную составной крышкой, содержащей множество частей.

Фиг.5A - подробное изображение участка модуля отбора проб по Фиг.4A, показывающее переходное устройство более подробно.

Фиг.5B - изометрическое изображение, с частичным сечением, альтернативного модуля отбора проб и переходного устройства.

Фиг.6A-6D - подробное изображение с сечением участка модуля отбора проб (Фиг.4A), показывающее амортизатор более подробно.

Фиг.7 - изометрическое изображение альтернативного амортизатора, имеющего держатель, используемый с модулем отбора проб (Фиг. 4A).

Фиг.8A - дополнительный вид амортизатора (Фиг.7), помещенного в воротник бура.

Фиг.8B - изображение в разобранном виде альтернативного амортизатора и воротника бура.

Фиг.8C - изометрическое изображение, частично в сечении, альтернативного амортизатора и воротника бура.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для того чтобы вышеперечисленные признаки и преимущества настоящего изобретения могли быть поняты подробнее, далее дано детальное описание изобретения, кратко описанного выше, со ссылками на варианты его осуществления, которые проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. Необходимо отметить, однако, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только типичные варианты осуществления этого изобретения и не могут поэтому рассматриваться как ограничивающие изобретение, поскольку изобретение может допускать другие, такие же эффективные, варианты его осуществления.

Фиг.1 изображает буровую площадку 1, включающую буровую установку 10 со скважинным инструментом 100, подвешенным на ней и проходящим далее в ствол скважины 11 с помощью бурильной колонны 12. Скважинный инструмент 100 в нижнем конце имеет буровую коронку 15, которая используется для продвижения скважинного инструмента в пласт и образования ствола скважины.

Бурильная колонна 12 вращается роторным столом 16, питаемым устройством (не изображено), который зацепляет ведущую бурильную трубу 17 в верхнем конце буровой колонны. Бурильная колонна 12 подвешена на крюке 18, прикрепленном к талевому блоку (также не изображенному), через ведущую бурильную трубу 17 и роторное шарнирное соединение 19, которое позволяет вращаться бурильной колонне относительно крюка.

Буровая установка изображена как сборка наземной платформы и буровой вышки 10, используемой для формирования ствола скважины 11 ротационным бурением общеизвестным способом. Средний специалист в данной области техники поймет, однако, что настоящее изобретение также может применяться в других скважинах ротационного бурения и не ограничено наземными буровыми установками.

Буровой флюид или буровой раствор 26 аккумулирован в резервуаре 27, сформированном на буровой установке. Насос 29 подает буровой раствор 26 внутрь бурильной колонны 12 через вход в шарнирном соединении 19, заставляя буровой раствор течь вниз в бурильную колонну 12, как обозначено направляющей стрелкой 9. Буровой раствор выходит из бурильной колонны 12 через выходы в буровой коронке 15 и затем циркулирует вверх в пространстве между внешней стороной бурильной колонны и стеной ствола скважины, названном кольцевым зазором, как обозначено направляющими стрелками 32. Таким образом, буровой раствор смазывает буровую коронку 15 и выносит осколки разбуренной породы пластов на поверхность, по мере того как он возвращается в резервуар 27 для рециркуляции.

Скважинный инструмент 100, иногда называемый оборудованием низа обсадной колонны (BHA), предпочтительно размещен около буровой коронки 15 (другими словами, в пределах нескольких длин воротника бура от буровой коронки). Оборудование низа обсадной колонны включает различные детали, обладающие возможностью измерять, обрабатывать и хранить информацию, так же как и средства связи с поверхностью. Также предпочтительно предусмотрено устройство телеметрии (не показано) для поддержания связи с оборудованием на поверхности (не показано). Оборудование низа обсадной колонны 100 далее включает систему отбора проб во время бурения ("SWD") 230, включающую модуль передачи флюида 210 и модуль отбора проб 220. Модули предпочтительно размещены в воротнике бура для выполнения различных функций оценки параметров продуктивного пласта (подробно описано ниже). Как показано на Фиг.1, модуль передачи флюида 210 предпочтительно размещен смежно с модулем отбора проб 220. Модуль передачи флюида изображен с зондом с входным отверстием для получения пластового флюида. Также могут быть предусмотрены дополнительные устройства, такие как насосы, измерительные приборы, датчики, мониторы или другие устройства, используемые при отборе скважинных проб и/или тестировании. Хотя на Фиг.1 изображено устройство в виде модульной конструкции с конкретными компонентами в определенных модулях, инструмент может быть единым, или его отдельные части могут быть модульным. Модули и/или узлы в нем могут быть размещены в различных конфигурациях по всему скважинному инструменту.

Модуль передачи флюида 210 имеет устройство передачи флюида 214, например зонд, предпочтительно размещенный в стабилизирующей пластине или ребре 212. Пример устройства передачи флюида, которое может использоваться, продемонстрировано в патентной заявке США № 20050109538, полное содержание которой включено в настоящее описание в качестве ссылки. Устройство передачи флюида снабжено входным отверстием для получения скважинного флюида и линией потока (не показано), проходящей в скважинный инструмент для передачи туда флюида. Устройство передачи флюида предпочтительно подвижно между выдвинутым и втянутым положениями для того, чтобы выборочно взаимодействовать со стенкой ствола скважины 11 и добывать множество образцов флюида из пласта F. Как показано, может иметься задний поршень 250 для создания связи по текучей среде со стенкой ствола скважины.

Примеры устройств передачи флюида, которые могут использоваться, такие как зонды или пакеры, описаны подробнее в патентах/заявках США № 2005/0109538 и 5803186. Могут быть использованы разнообразные устройства передачи флюида, самостоятельно или в сочетании с выступающими устройствами, такими как стабилизирующие пластины или ребра.

Фиг.2A и 2B изображают участок скважинного инструмента 100 с модулем отбора проб 220 (Фиг. 1), показанного более детально. Фиг.2A - продольное сечение участка модуля зондирования 210 и модуля отбора проб 220. Фиг.2B - горизонтальное поперечное сечение модуля отбора проб 220 вдоль линий сечения 2B-2B Фиг.2A.

Модуль отбора проб 220 предпочтительно размещен в воротнике бура 302, который может быть присоединен с помощью резьбового соединения к смежному воротнику бура оборудования низа обсадной колонны, такого как модуль зондирования 210 (Фиг.1). Воротник бура имеет сердечник 326, укрепленный в нем. Канал 323 находится между сердечником и воротником бура для протеканий через него бурового раствора, как обозначено стрелками.

Камера пробоотборника, воротник бура и связанные с ними детали могут быть изготовлены из высокопрочных материалов, таких как сплавы легированной нержавеющей стали, титан или инконель. Однако материалы могут быть подобраны таким образом, чтобы достичь требуемого соответствия теплового расширения между компонентами. В частности, может быть желательным использовать комбинацию дешевых, высокопрочных и ограниченно терморасширяющихся материалов, таких как peek (полиэфир-эфирнитом) или кевлар.

Переходное устройство 322 выполнено на одном конце, чтобы обеспечить гидравлическую и/или электрическую связь со смежным воротником бура. При желании дополнительное переходное устройство 324 может быть выполнено на другом конце для соединения со смежными воротниками бура. Таким образом, жидкость и/или сигналы можно передавать между модулем отбора проб и другими модулями, как описано, например, в патентной заявке США № 11/160240. В этом случае такие переходные устройства предпочтительно выполнены для установления связи по текучей среде между модулем передачи флюида и модулем пробоотборника для прохождения пластового флюида, полученного модулем передачи флюида, в модуль пробоотборника.

Переходное устройство 322 изображено находящимся на верхнем конце модуля отбора проб 220 для соединения со смежным модулем передачи флюида 210. Однако необходимо принять во внимание, что один или более модулей передачи флюида и/или модули зондирования могут быть помещены в скважинный инструмент с одним или более переходным устройством на одном или обоих его концах для соединения между смежными модулями.

Модуль отбора проб имеет систему передачи флюида 301 для пропускания флюида через воротник бура 302. Система передачи флюида включает первичную линию потока флюида 310, которая проходит от переходного устройства в скважинный инструмент. Линия предпочтительно связана по текучей среде с гидравлической линией модуля передачи флюида посредством переходного устройства для получения добытого флюида. Как показано, линия потока флюида помещена в сердечник 326 и проводит флюид, полученный от модуля передачи флюида, через модуль отбора проб.

Как показано, система передачи флюида 301 также имеет вторичную линию потока флюида 311 и линию слива флюида 260. Вторичная линия потока отводит флюид от первичной линии потока флюида 310 для его сбора в одну или более камер 314 пробоотборника. Дополнительные линии потока флюида, такие как линия слива флюида 260, могут также иметься для отвода потока в ствол скважины или другое место в скважинном инструменте. Как показано, имеется дивертер потока 332 для выборочного отведения флюида в различные места. Отведение флюида в требуемые места могут обеспечивать один или более таких дивертеров.

Камеры пробоотборника могут быть снабжены различными устройствами, такими как клапана, поршни, напорные камеры или другие устройства для содействия в управлении улавливанием флюида и/или сохранения качества такого флюида. Каждая камера 314 пробоотборника приспособлена для получения образца пластового флюида, полученного через зонд 214 (Фиг.1) посредством первичной линии потока флюида 310 и соответствующих вторичных линий потока флюида 311.

Как показано, камеры пробоотборника предпочтительно съемно размещены в выемке 303 в воротнике бура 302. Крышка 342 размещена вокруг камер пробоотборника и воротника бура 302 для удержания камер пробоотборника.

Как видно на горизонтальном сечении вдоль линии 2B-2B Фиг.2A, показанном на Фиг.2B, модуль отбора проб имеет три камеры 314 пробоотборника. Камеры 314 пробоотборника предпочтительно равномерно расположены с интервалом в 120° внутри корпуса. Однако необходимо отметить, что одна или более камер пробоотборника разнообразной конфигурации могут быть размещены с разными конфигурациями в воротнике бура. Дополнительные камеры пробоотборника могут также быть размещены в дополнительных вертикальных положениях вблизи скважинного инструмента и/или модуля.

Камеры предпочтительно размещены на периферии воротника бура 302. Как показано, камеры съемно размещены в выемках 303 в воротнике бура 302. Выемкам придают форму для вмещения камер пробоотборника. Предпочтительно, камеры пробоотборника расположены в выемках таким образом, чтобы предотвратить повреждение, когда они подвергаются воздействию неблагоприятных условий скважины.

Канал 318 проходит через скважинный инструмент. Канал предпочтительно образует множество радиально-выдающихся выступов 320. Число выступов 320 предпочтительно равно числу камер 314 пробоотборника, то есть трем (Фиг.2B). Как показано, выступы 320 выдаются между камерами 314 пробоотборника с расстоянием между интервалами приблизительно в 60°. Предпочтительно, выступы расширяют размеры канала вблизи камер пробоотборника, чтобы дать возможность проходить буровому раствору внутри него.

Каналу 318 с выступами предпочтительно придают такую форму, чтобы обеспечить адекватное проходное сечение для бурильного раствора, который пропускают через бурильную колонну через камеры 314 пробоотборника. Предпочтительно, чтобы камеры и/или контейнеры были расположены в сбалансированной конфигурации, которая уменьшает тенденции к биению, вызванные ротационным бурением, уменьшает эрозию скважинного инструмента и упрощает производство. Желательно, чтобы была обеспечена такая конфигурация, которая оптимизирует механическую прочность модуля отбора проб, при этом облегчая течение флюида. Конфигурация, желательно, должна быть приспособлена для повышения удобства использования скважинного инструмента и системы отбора проб при бурении.

Фиг.3 - схематическое изображение системы потока флюида 301 из модуля отбора проб 220 (Фиг.2A-2B). Как описано выше, система потока флюида 301 включает дивертер потока 332 для выборочного отвода потока через модуль отбора проб и множество камер 314 пробоотборника. Дивертер потока выборочно отводит флюид от первичной линии потока 310 к вторичной линии потока 311, ведущей к камерам 314 пробоотборника, и/или линии слива 260, ведущей к стволу скважины.

Один или более клапанов линии потока флюида могут иметься для выборочного отвода флюида к требуемым положениям по всему скважинному инструменту. В некоторых случаях флюид отводят к камере(рам) пробоотборника для накопления. В других случаях флюид может быть отведен к стволу скважины, каналу 318 или в другие требуемые положения.

Вторичные линии потока флюида 311 разветвляются от первичной линии потока флюида 310 и проходят к камерам 314 пробоотборника. Камеры пробоотборника могут быть любого типа, известного в данной области техники для сбора проб скважинного флюида. Как показано, камеры пробоотборника предпочтительно включают подвижный поршень 360, определяющий переменный объем полости проб 307 и переменный объем полости буфера 309. Полость проб приспособлена для получения и размещения пробы флюида. Полость буфера обычно содержит буферную жидкость, которая оказывает давление на поршень для поддерживания разницы давления между полостями, достаточную, чтобы поддерживать давление пробы, по мере того как она передается в полость проб. При необходимости с камерами пробоотборника могут быть использованы дополнительные компоненты, такие как компенсаторы давления, камеры нагнетания, датчики и другие.

Камера пробоотборника также предпочтительно снабжена перемешивателем 362, размещенным в камере пробоотборника. Перемешиватель может быть выполнен в виде вращающейся лопасти или другого устройства смешивания, способного к перемещению флюида в камере пробоотборника для сохранения его качества.

Каждая камера 314 пробоотборника имеет контейнерные клапаны 330a, 330b. Контейнерные клапаны 330a предпочтительно выполнены с возможностью осуществления соединения по текучей среде полости проб камер пробоотборника с линией потока флюида 311. Клапаны камеры 330b выборочно осуществляют соединение по текучей среде буферной полости камер пробоотборника с источником давления, такого как ствол скважины, азот, нагнетаемый в камеру, или другой источник давления. Каждая камера 314 пробоотборника также связана с совокупностью клапанов линии потока 328a, 328b внутри дивертера потока/маршрутизатора 332 для управления потоком флюида в камеру пробоотборника. Один или более клапанов линии потока могут быть выборочно активированы, чтобы дать возможность флюиду из линии потока 310 проникнуть в полость проб одной или более камер пробоотборника. Контрольный клапан может использоваться на одной или более линиях потока для ограничения потока на линии.

Дополнительные клапаны могут быть установлены в различных положениях вдоль линии потока для обеспечения выборочного соединения по текучей среде между ними. Например, клапан 334, такой как перепускной или затворный клапан, предпочтительно выполнен в линии слива 260 для обеспечения выборочного соединения по текучей среде со стволом скважины. Это позволяет пластовому флюиду селективно выталкивать жидкость из линии потока 260. Эта жидкость обычно сбрасывается из линии слива 260 и боковой стенки корпуса инструмента 329. Клапан 334 может также быть предпочтительно открыт в скважину при заданной установленной разнице давлений. Клапан 334 может быть перепускным или запорным, управляемым пассивно, активно или заданным разгрузочным давлением. Перепускной клапан 334 может быть использован для промывки линии потока 310 перед отбором образцов и/или для предотвращения сверхдавления проб флюида, закачанных в соответствующую камеру 314 пробоотборника. Перепускной клапан может также быть использован как предохранительное устройство для предотвращения поглощения избыточного давления на поверхности. Дополнительные линии потока и клапаны могут также быть выполнены, как требуется, чтобы управлять потоком флюида через инструмент. Например, линия потока ствола скважины 315 предпочтительно обеспечена для образования связи по текучей среде между буферными полостями 309 и стволом скважины. Клапаны 330b позволяют установить селективную связь по текучей среде с буферными камерами.

В случаях, когда в колонне функционируют составные модули отбора проб 220, соответствующие перепускные клапаны 334 могут быть использованы выборочным способом, например, чтобы действовать, когда заполняются камеры пробоотборника каждого соответствующего модуля 220. Таким образом, в то время как пробы флюида направлены в первый модуль отбора проб 220, его соответствующий перепускной клапан 334 может быть действующим. Когда все камеры 314 пробоотборника из первого модуля отбора проб 220 заполнены, его перепускной клапан не действует. Перепускной клапан дополнительного модуля отбора проб может тогда быть задействован, чтобы дать возможность промывки линии потока в дополнительном модуле отбора проб до сбора проб (и/или для защиты от избыточного давления). Установку в заданное положение и активацию таких клапанов можно осуществить вручную или автоматически для достижения требуемого режима.

Клапаны 328a, 328b предпочтительно выполнены в линии потока 311 для установления селективной связи по текучей среде между первичными линиями потока 310 и полостью проб 307. Эти клапаны могут выборочно приводиться в действие для открытия и закрытия вторичных линий потока 311 последовательно или независимо. Клапаны 328a, 328b предпочтительно являются клапанами с электрическим управлением, выполненные с возможностью селективной связи по текучей среде. Эти клапаны также предпочтительно приводятся в действие селективно. Эти клапаны могут быть снабжены подпружиненным стержнем (не показан), который смещает клапаны или к открытому, или к закрытому положению. В некоторых случаях в качестве этих клапанов могут быть выбраны имеющиеся на рынке внешние или запорные клапаны.

Для приведения в действие клапанов прикладывают электрический ток через внешние кольцевые прокладки, вызывая их ослабление, что в свою очередь освобождает пружины для выталкивания их соответствующих стержней в другое, нормальное положение. Хранение проб флюида может быть, следовательно, достигнуто приведением в действие (первых) клапанов 328a из смещенных закрытых положений в нормальные открытые положения, что позволяет пробам флюида входить и заполнять камеры 314 пробоотборника. Собранные пробы могут быть герметично закрыты приведением в действие (вторых) клапанов 328b из смещенных открытых положений в стандартные закрытые положения.

Клапаны предпочтительно выборочно задействованы для облегчения прохождения потока флюида через линии потока. Также клапаны могут быть использованы для герметичного закрытия флюида в камерах пробоотборника. При герметичном закрытии камер пробоотборника они могут быть сняты для тестирования, оценки и/или транспортировки. Клапаны 330a (клапан 330b может оставаться открытым для подачи давления флюида ствола скважины на заднюю часть контейнерного поршня 360) предпочтительно приводятся в действие после того, как модуль отбора проб 220 вынут из ствола скважины для обеспечения физического доступа оператора на поверхности. Соответственно защитная крышка (описанная ниже) может быть снабжена окном для быстрого доступа управляемых вручную клапанов, даже тогда, когда покрытие перемещено к положению, закрывающему выемки камер пробоотборника 303 (Фиг.4).

Один или более клапанов могут быть дистанционно управляемыми с поверхности, например, с использованием стандартной телеметрии с гидроимпульсным каналом связи или других подходящих средств телеметрии (например, бурильной трубы с линией связи). Модуль отбора проб 220 может быть снабжен своим собственным модемом и электроникой (не показано) для того, чтобы расшифровать и выполнять сигналы телеметрии. Альтернативно, один или более клапанов могут быть приведены в действие вручную. Для такого приведения в действие также могут быть обеспечены скважинные процессоры.

Специалист в данной области техники поймет, что могут быть использованы разнообразные клапаны. Специалист в данной области техники поймет, что могут быть использованы другие конструкции камер пробоотборника. Специалист в данной области техники поймет, что могут быть использованы другие конструкции системы потока флюида.

Фиг.4A и 4B изображают способы съемного размещения камер пробоотборника в скважинном инструменте. Фиг.4A изображает камеру пробоотборника, удерживаемую в скважинном инструменте крышкой, такой как кольцо или муфта, установленной с возможностью скольжения вокруг внешней поверхности воротника бура для закрытия одной или более находящихся там выемок. Фиг.4B изображает крышку, такую как пластина, расположенную поверх выемки в воротнике бура.

Фиг.4A - частичное сечение модуля отбора проб 220, показывающее находящуюся там камеру 314 пробоотборника. Камера пробоотборника помещена в выемку 303 воротника бура 302. Воротник бура имеет канал 318 для прохода через него бурового раствора.

Крышка 342 расположена вокруг воротника бура для удержания камеры пробоотборника в скважинном инструменте. Камеры 314 пробоотборника помещены в выемки 303 воротника бура 302. Крышка 342 предпочтительно является кольцом, скользящим образом расположенным вокруг воротника бура 302 для обеспечения доступа к камерам 314 пробоотборника. Такой доступ позволяет вставлять и вынимать камеры 314 пробоотборника в/из воротника бура 302.

Крышка 342 действует как затвор в форме защитной цилиндрической крышки, которая предпочтительно плотно подогнана к участку воротника бура 302. Крышка 342 является подвижной между положениями закрытия (см. Фиг.4A) и открытия (не показано) одной или более выемок 303 в воротнике бура. Крышка, таким образом, обеспечивает выборочный доступ к камерам 314 пробоотборника. Крышка также предпочтительно предотвращает попадание больших частиц, таких как осколки разбуренной породы, из ствола скважины в выемку, когда она находится в закрытом положении.

Крышка 342 может содержать одну или более составных частей, которые подвижны вдоль воротника бура 302. Крышка предпочтительно имеет внешнюю поверхность, обеспечивающую механическую защиту от среды бурения. Крышка также предпочтительно размещена вокруг камеры пробоотборника и подогнана к ней, чтобы закрыть выемку(и) и/или защитить камеру пробоотборника в этом положении и предотвратить повреждение из-за неблагоприятных условий, таких как удар, наружные абразивные силы и вибрация.

Крышка 342 связана с воротником бура 302 для обеспечения выборочного доступа к камерам пробоотборника. Как показано, крышка имеет первую секцию 342a и вторую секцию 342b. Первая секция 342a крышки удерживается на месте вокруг воротника бура 302 посредством соединительного средства, такого как зацепляющая резьба 344 для соединения внутренней поверхности первой секции 342a крышки и внешней поверхности воротника бура 302.

Крышка может быть образована как единая часть или может включать две или более дополняющие друг друга секции. Например, Фиг.4A показывает крышку 342 с первой и второй секциями 342a, 342b. И первая секция 342a, и вторая секция 342b предпочтительно скользяще размещены вокруг проема 305 корпуса скважинного инструмента 302. Первая секция 342b покрытия может быть перемещена вокруг воротника бура до тех пор, пока она не упрется в обращенный к низу уступ 347 корпуса. Регулировочная шайба 345, или гофрированная мембрана, пакет пружинных шайб или другие устройства, способные к аксиальному нагружению корпуса с удержанием их на месте, могут быть размещены между уступом 347 и первой секцией 342b. Вторая секция 342a может также быть скользяще размещена вокруг воротника бура 302. Секции крышки имеют дополняющие друг друга ограничители 348, выполненные с возможностью соединения между собой. Вторая секция покрытия может быть соединена с первой секцией до или после расположения секций вокруг воротника бура. Первая секция к тому же навинчена на воротник бура посредством резьбового соединения 344.

Секции крышки могут затем быть повернуты относительно воротника бура 302 для затягивания резьбового соединения 344 и удержания секции крышки на месте. Предпочтительно, крышки закреплены для создания предварительного натяга секций крышки и уменьшения (или исключения) относительного перемещения между секциями крышки и корпусом инструмента 302 во время бурения.

Крышка 342 может быть удалена с воротника бура 302 для обеспечения доступа к камерам пробоотборника. Например, крышка 342 может быть повернута для расцепления резьбового соединения 344 и обеспечения доступа к камере пробоотборника. Крышка 342 может быть снабжена одним или более окнами 346. Окно 346 крышки 342 может быть использовано для получения доступа к камере 314 пробоотборника. Окно может быть использовано для получения доступа к клапанам 330a, 330b камеры 314 пробоотборника. Окно 346 дает возможность на поверхности получить доступ к клапану с ручным управлением 330a без необходимости удаления крышки 342. Специалист в данной области техники также поймет, что крышка с окном может быть скреплена или, другими словами, соединена с корпусом инструмента 302 вместо того, чтобы быть к нему привинченной. Одно или более таких окон и/или крышек могут быть выполнены вокруг воротника бура, чтобы выборочно обеспечить доступ и/или защитить камеру пробоотборника в воротнике бура.

Камера пробоотборника предпочтительно съемно размещена в воротнике бура. Камера пробоотборника с одного конца поддерживается амортизатором 552. Переходное устройство 550 выполнено на противоположном конце, смежном с линией потока 311, для соединения с ним камеры пробоотборника. Переходное устройство 550 также предпочтительно приспособлено к разъемному прикреплению камеры пробоотборника к воротнику бура. Переходное устройство и амортизаторы могут быть использованы, чтобы помочь в удержании камеры пробоотборника в корпусе инструмента. Эти устройства могут быть использованы, чтобы обеспечить дублирующие механизмы удержания для камер пробоотборника в дополнение к крышке 342.

Фиг.4B изображает другой модуль отбора проб 220'. Модуль отбора проб 220' такой же, как модуль отбора проб 220 на Фиг.4A, за исключением того, что камера 314' пробоотборника удерживается в воротнике бура 302 крышкой 342', переходным устройством 550' и амортизатором 552. Крышка 342' включает множество частей крышки 342c и 342d.

Крышка 342d скользяще расположена в проеме 305 воротника бура 302. Крышка 342' предпочтительно выполнена в виде прямоугольной пластины, имеющей вдоль края консоль 385. Крышка может быть вставлена в воротник бура так, что консоль 385 взаимодействует с внутренней поверхностью 400 воротника бура. Консоль дает возможность крышке скользяще взаимодействовать с внутренней поверхностью воротника бура и там удерживаться. Одна или более крышек 342d обычно выполнены такой формы, что они могут быть опущены в проем 305 и скользить поверх камеры 314 пробоотборника (не показано) к требуемому положению вдоль проема полости камеры. Крышки могут быть снабжены отверстиями с конической фаской 374 для способствования перемещению крышки 342d. Крышка 342d может быть выполнена с одним или более окнами, таким как окна 346 (Фиг.4A).

Крышка 342c предпочтительно является прямоугольной пластиной, соединяемой с воротником бура 302 вокруг проема 305. Крышка предпочтительно подвижно соединена с воротником бура болтами, винтами или другими соединительными деталями. Крышка может быть скользяще размещена вдоль воротника бура и закреплена на месте. Крышка может быть снабжена держателями 381, отходящими от ее сторон и имеющими сквозные отверстия для вставления в них скрепляющих деталей.

Крышки, описанные здесь, предпочтительно имеют соответствующую ширину для плотного прилегания в пределах проема 305 воротника бура. Может быть использована одна или более таких крышек одной или различных конфигураций. Кроме того, крышка может быть снабжена устройствами, предотвращающими повреждения, такими как предохраняющие от деформации надрезы 390 в крышке 342 (Фиг.4B). Таким образом, крышки могут действовать как экраны.

Фиг.5A - детальное изображение участка модуля отбора проб (Фиг.4A), показывающее переходное устройство 550 более подробно. Переходное устройство включает гидравлический центрирующий манипулятор 340, обеспечивающий соединение по текущей среде камеры 314 пробоотборника с одной из вторичных линий потока 311. Камера 314 пробоотборника имеет коническую горловину 315, имеющую входное отверстие для пропускания через нее флюидов. Верхний участок гидравлического центрирующего манипулятора 340 находится в гидроизолирующем контакте с конической горловиной 315 камеры 314 пробоотборника, и нижний участок гидравлического центрирующего манипулятора - в гидроизолирующем контакте с вторичной линией потока 311 воротника бура 302.

Такие держатели предпочтительно размещены на каждом конце камер пробоотборника для съемного удерживания камеры пробоотборника. Первый конец камеры 314 пробоотборника может быть закреплен в поперечном направлении, например, горловиной 315 камеры пробоотборника. Противоположный конец обычно может также быть снабжен держателем. В других случаях противоположный конец может быть удержан на месте амортизатором 552 (Фиг.4A). Эти держатели могут быть полностью заменены друг другом, или могут быть использованы различные комбинации держателей.

Коническая горловина 315 камеры 314 пробоотборника вставлена в комплементарное коническое отверстие 317 в корпусе инструмента 302. Это взаимодействие конических поверхностей составляет часть держателя камеры пробоотборника. Коническая горловина может быть использована для обеспечения поперечной поддержки камеры 314 пробоотборника. Коническая горловина может быть использована в комбинации с другими устройствами, такими как аксиально-нагружающее устройство (описано ниже) для удерживания камеры пробоотборника на месте. Предпочтительно небольшие, если это имеет место, силы действуют на гидравлический центрирующий манипулятор 340 и его кольцевые уплотнения 341 для предотвращения износа материалов центрирующего манипулятора/затвора и их разрушения с течением времени. Отсутствие усилий в гидравлических уплотнениях 341 предпочтительно эквивалентны минимальным, если они имеют место, относительным перемещениям в уплотнениях 341, таким образом, сокращая вероятность утечки через уплотнения.

Фиг.5B - подробный вид участка модуля отбора проб 220' (Фиг.4B) с альтернативным переходным устройством по сравнению с Фиг.4A. Камера 314' пробоотборника (Фиг.5B) оборудована двуклинной или пирамидальной горловиной 315', которая взаимодействует с сопряженным с ней пирамидальным отверстием 317' корпуса инструмента 302. Гидравлический центрирующий манипулятор 340' размещен во входном отверстии пирамидальной горловины 315' для вставки в пирамидальное отверстие 317' для осуществления соединения по текучей среде камеры пробоотборника с линией потока 311. Предпочтительно имеются гидравлические уплотнители 341' для гидроизолирующего соединения камеры пробоотборника с воротником бура.

Это пирамидальное сцепление обеспечивает предохранение от скручивания камеры пробоотборника и препятствует ее вращению вокруг оси в пределах камеры пробоотборника. Эти функциональные возможности могут быть желательными для обеспечения надлежащего выравнивания задействованных вручную клапанов 330a' и 330b' в пределах выемки 303 камер 314 пробоотборника.

Фиг.6A-D показывают участок модуля отбора проб 220 (Фиг.4A) более подробно. На этих чертежах модуль отбора проб 220 выполнен с иными конструкциями держателей 552a-d, применяемыми в качестве амортизаторов 552 и/или 552' (Фиг.4A-4B). Эти держатели способствуют поддержке камер 314 пробоотборника в пределах выемки 303 воротника бура 302. Крышка 342 также способствует удерживанию камер 314 пробоотборника в нужном положении. Держатель и/или крышка также предпочтительно обеспечивают амортизацию и, другими словами, способствуют предотвращению повреждения камеры пробоотборника.

Как показано на Фиг.6A, держатель 552a содержит осевое нагружающее устройство 1050 и шайбу 852. Между воротником бура 302 и держателем 552a имеется регулируемый установочный винт 851 для расположения камеры 314 пробоотборника с возможностью регулировки в пределах воротника бура. Шайба может представлять собой пакет тарельчатых пружин или другой пружинный механизм, противодействующий ударной нагрузке при бурении внутреннему давлению в камере пробоотборника и/или способствующий амортизации.

Камера пробоотборника предпочтительно имеет штырь 815, отходящий от ее конца. Штырь 815 предпочтительно выполнен для того, чтобы поддерживать шайбу 852 и осевое нагружающее устройство 1050 на конце камеры пробоотборника.

Фиг.6B показывает другой амортизатор 552b. Держатель 552b по существу является таким же, как держатель 552a, но не имеет установочного винта 851. В этой конструкции опора обеспечена крышкой 342'. Крышка 342' действует так же, как крышка 342, но снабжена ступенчатой внутренней поверхностью 343. Ступенчатая внутренняя поверхность образует выступ крышки 343, выполненный с возможностью удерживания камеры 314 пробоотборника в пределах воротника бура 302.

На Фиг.6C изображен амортизатор 552c такой же, как и амортизатор 552a (Фиг.6A), но он дополнительно снабжен гидравлическим подъемным приспособлением 1051 (домкратом). Гидравлический домкрат включает гидравлический цилиндр 1152, гидравлический поршень 1154 и гидравлический плунжер 1156, которые предназначены для создания аксиальной нагрузки на аксиально нагружаемую распорную шайбу 1050.

Когда крышка 342 открыта (не показано), гидравлический домкрат может быть выдвинут под воздействием находящейся под давлением рабочей жидкости (например, используя поверхностный источник), чтобы полностью сжать пружинную деталь 852. Осевой стопор (не показан) тогда может быть вставлен, и давление в гидравлическом цилиндре 1152 может быть сброшено. Длина осевого стопора предпочтительно устанавливается такой, чтобы противодействующая силе сжатия пружины сила пружинной детали была достаточна во всем интервале температур и/или давлений функционирования модуля отбора проб, даже если модуль отбора проб увеличивается в объеме больше, чем камера пробоотборника.

Когда крышка 342 отведена (не показано), гидравлический домкрат может быть выдвинут под воздействием рабочей жидкости под давлением (например, используя поверхностный источник) для полного сжатия шайбы 852. Осевой стопор 1158 тогда может быть вставлен, и давление в гидравлическом цилиндре 1152 может быть сброшено. Длина осевого стопора предпочтительно установлена такой, чтобы противодействующая силе сжатия пружины сила пружинной детали была достаточна, чтобы функционировать при различных скважинных температурах и давлениях.

Фиг.6D показывает другой амортизатор 552d с альтернативным домкратом 1051'. Амортизатор выполнен таким же, как амортизатор 552c (Фиг.6C), за исключением того, что используется другой домкрат. В этой конструкции домкрат включает противостоящие подающие винты 1060a и 1060b, ротационный стопор 1172 и винтовой домкрат 1062.

Винтовой домкрат 1062 взаимодействует с противостоящими подающими винтами 1060a и 1060b. Противостоящие подающие винты 1060a и 1060b снабжены резьбовыми соединениями 1061a и 1061b для сопряженной связи с резьбой на винтовом домкрате 1062. Когда крышка 342 открыта (не показано), расстояние между противостоящими подающими винтами 1060a и 1060b может быть увеличено посредством крутящего момента, приложенного к центральной, гексагональной перемычке 1171, пока не достигнуто требуемое сжатие пружинной детали 852. Тогда ротационный стопор 1172 может быть размещен вокруг центральной, гексагональной перемычки 1171 для предотвращения дальнейшего вращения.

Фиг.7 показывает альтернативный держатель 552e, используемый в качестве амортизатора для камеры пробоотборника, такого же типа, как изображен на Фиг. 4A. Держатель 552e включает осевую нагружающую распорку 1050' и головную деталь 715. Предпочтительно, осевая нагружающая распорка имеет плоскую боковую сторону 751 для взаимодействия с сопряженной плоской боковой стороной 752 штыря 815', находящегося на конце камеры 314 пробоотборника, и для предотвращения относительного вращения между ними. Головная деталь 715 имеет возможность быть вставленной в аксиально нагружаемую распорку 1050' и камеру пробоотборника для обеспечения соединения между ними. Пружинная деталь (не показана) может быть выполнена вокруг головной детали 815 камеры 314 пробоотборника между осевой нагружающей прокладкой и камерой пробоотборника.

Фиг.8A-8C показывают альтернативные держатели, используемые для камер 314 пробоотборника (Фиг.7). Фиг.8A изображает держатель 552e (Фиг.7), размещенный в воротнике бура 302a. Фиг.8B изображает альтернативный держатель 552f, имеющий осевую нагружающую распорку 1050", имеющую шпонку 808, вставляемую в воротник бура 302b'. Фиг.8C изображает альтернативный держатель 552g, имеющий радиальный держатель 860, соединенный с воротником бура 302c'. Воротники бура на этих чертежах могут быть такими же, как воротники бура 302, которые изображены на предыдущих чертежах, за исключением того, что они приспособлены, чтобы быть оснащенными соответствующими держателями. Предпочтительно, эти держатели и воротники бура выполнены с возможностью предотвращения вращения и бокового перемещения между ними и обеспечения торсионной опоры.

Как показано на Фиг.8A, аксиально нагружаемые распорки 1050' держателя 552e имеют на краях закругленные и плоские участки 804 и 805 соответственно. Воротник бура 302 имеет округлую полость 806, приспособленную для вставления в нее аксиально нагружаемой распорки 1050'.

На Фиг.8B держатель 552e включает осевую нагружаемую распорку 1050', имеющую прямоугольные края 810 и шпонку 808, отходящую от нее. Шпонка 808 предпочтительно имеет такую конфигурацию, чтобы она могла быть съемно вставлена в паз 812 воротника бура 302b'. Как показано, шпонка имеет удлинение 811 с вершиной 814 на одном ее конце. Вершина 814 может вставляться в паз 812, но препятствует удалению оттуда. Размеры паза 812 предпочтительно меньше, чем размеры вершины 814, и в пазу имеется внутренняя поверхность (не показано), которая плотно взаимодействует с вершиной для препятствования ее удалению. В некоторых случая бывает необходимо сломать вершину 814, чтобы позволить, когда требуется, удалить камеры пробоотборника. Возможно вершина может быть изготовлена и такой, что при заданной силе возможно осуществить ее удаление. Таким образом, желательно удерживать камеру 314 пробоотборника в заданном положении в воротнике бура во время бурения, но, когда требуется, должна иметься возможность ее удаления.

На Фиг.8C альтернативный держатель 552g содержит лапку 950, соединенную с воротником бура 302c'. Лапка 950 предпочтительно соединена с воротником бура 302c' посредством одного или более винтов 951. Предпочтительно лапка 950 радиально подвижна подобно петле. Лапка 950 имеет вогнутую внутреннюю поверхность 955, пригодную для взаимодействия и удерживания камеры 314 пробоотборника на месте в воротнике бура 302c'.

Предпочтительно показанные здесь держатели дают возможность выборочного удаления камер пробоотборника. Один или более таких держателей могут быть использованы, чтобы съемно удерживать камеру пробоотборника в воротнике бура. Предпочтительно такие держатели способствуют удержанию камеры пробоотборника на месте и предотвращают удары, вибрацию или другие разрушающие силы, воздействующие на камеру пробоотборника.

При эксплуатации модуль отбора проб соединен посредством резьбы со смежными воротниками бура для образования оборудования низа обсадной колонны. Ссылаясь на Фиг.1, модуль отбора проб может быть заранее смонтирован загрузкой камеры 314 пробоотборника в выемку 303 воротника бура 302. Переходное устройство 550 обеспечено посредством размещения одного конца камеры 314 пробоотборника смежно с линией потока 311.

Переходное устройство 550 (также известное как механизм предварительной загрузки) может быть отрегулировано на поверхности так, что приложена минимально приемлемая осевая или другая требуемая нагрузка, чтобы достигнуть необходимой изоляции контейнера в предполагаемом диапазоне рабочей температуры модуля отбора проб 220, таким образом, компенсируя более значительное тепловое расширение.

Держатель 552 может также быть соединен с противоположным концом камеры пробоотборника для удерживания камеры пробоотборника на месте. Крышка 342 может затем быть скользяще размещена вокруг камеры пробоотборника, чтобы закрепить ее на месте.

Переходное устройство 550 с гидравлическим соединением на (нижнем) конце может быть зафиксировано в поперечном направлении, например, коническими взаимодействующими поверхностями 315, 317 (см., например, Фиг.5A), как описано выше. Держатель 552 на противоположном (верхнем) конце обычно ограничивает аксиальное перемещение камеры 314 пробоотборника (см., например, Фиг.6A-8C). Эти два устройства действуют вместе для удержания камеры пробоотборника внутри воротника бура 302. Крышка 342 затем расположена вокруг камеры пробоотборника для плотного закрывания проема 305 камеры пробоотборника, как показано, например, на Фиг.4A.

Одна или более крышек, амортизаторы, держатели, камеры пробоотборника, воротники бура, жидкостные центрирующие манипуляторы и другие устройства могут быть использованы по одному и/или в комбинации, чтобы обеспечить способы защиты камеры пробоотборника и ее содержимого. Предпочтительно имеются дополнительные механизмы, чтобы получить требуемую конструкцию для защиты камеры пробоотборника. Как показано на Фиг.4, камера пробоотборника может быть вставлена в воротник бура 302 и удержана на месте переходным устройством 550, держателем 552 и крышкой 342. Чтобы достигнуть требуемой защиты, могут быть использованы различные конструкции таких узлов. Дополнительно, такая конструкция может облегчить удаление камеры пробоотборника из воротника бура.

Как только модуль отбора проб смонтирован, скважинный инструмент опускают в ствол скважины на бурильную колонну 12 (см. Фиг.1). Затем процесс отбора проб может быть осуществлен втягиванием флюида в скважинный инструмент через модуль зондирования 210 (фиг.1). Флюид проходит от модуля зондирования до модуля отбора проб через линию потока 310 (Фиг.2A). Затем флюид может быть отведен к одной или более камерам пробоотборника через дивертер 332 потока (Фиг.3).

Клапан 330b и/или 330a может остаться открытым. В частности, клапан 330b может остаться открытым, чтобы подвергнуть заднюю сторону поршня 360 камеры пробоотборника воздействию давления скважинного флюида. Обычная последовательность отбора проб начинается с измерения давления пластового флюида, сопровождаемого откачиванием, объединенным с анализом флюида in situ (на месте) (например, используя оптический жидкостной анализатор). Как только выкачано некоторое количество фильтрата бурового раствора, можно исследовать истинный пластовый флюид, так как он начинает поступать наряду с фильтратом. Как только отношение пластового флюида к фильтрату бурового раствора достигло приемлемого порога, может быть принято решение об отборе пробы. До этого момента жидкость, которая нагнетается из пласта, обычно проходит через датчик зонда 210 в ствол скважины посредством линии слива 260. Как правило, клапаны 328 и 335 закрыты, и клапан 334 открыт для направления потока флюида за пределы линии слива 260 в ствол скважины.

После того как выполнено это промывание, могут выборочно быть открыты электрические клапаны 328a для направления пробы флюида в соответствующие полости проб 307 камер 314 пробоотборника. Как правило, клапаны 334 и 335 закрыты, и клапаны 328a, 328b открыты для направления потока флюида в камеру пробоотборника.

Как только камеры 314 пробоотборника заполнены, как требуется, электрические клапаны 328b могут быть перемещены в закрытое положение для осуществления изоляции по текучей среде камеры 314 пробоотборника и извлечения образца для направления на поверхность. Электрические клапаны 328a, 328b могут быть дистанционно управляемы вручную или автоматически. Клапаны могут быть приведены в действие с поверхности, используя стандартную телеметрию по гидроимпульсному каналу связи или другие подходящие средства телеметрии (например, кабель бурильной трубы), или могут быть управляемы процессором (не показан) оборудования низа обсадной колонны 100.

Скважинный инструмент может затем быть вынут из ствола скважины 11. После изъятия модуля отбора проб 220 управляемые вручную клапаны 330a, 330b камеры 314 пробоотборника могут быть закрыты посредством открытия крышки 342, чтобы (дополнительно) изолировать там пробы флюида для безопасной транспортировки и хранения. Закрытые выемки 312 пробоотборника затем открывают, и камеры 314 пробоотборника могут быть изъяты оттуда для транспортировки их в подходящую лабораторию для проведения тестирования и оценки проб. После направления в лабораторию камеры пробоотборника и/или модуль могут быть заменены одним или более модулями отбора проб и/или камерами и опущены в ствол скважины для повторного получения образцов.

Из предшествующего описания понятно, что могут быть осуществлены различные модификации и предпочтительные и альтернативные варианты осуществления настоящего изобретения без отступления от его сути.

Это описание предназначено только для иллюстрации и не должно рассматриваться как ограничение изобретения. Рамки этого изобретения должны быть определены только формулой изобретения, приведенной далее. Термин "содержащий" в пределах формулы изобретения предназначен, чтобы значить "включая по меньшей мере" так, что перечисленный список составных частей в формуле изобретения является открытым набором или группой. Аналогично термины «содержащие», «имеющие» и «включающие» все предназначены, чтобы обозначить открытый набор или группу составных частей. Термины единственного числа предназначены, чтобы включить формы множественного числа, кроме специально исключенных.