專利名稱：用于對地下地層中的重油進(jìn)行采樣的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明披露的內(nèi)容主要涉及地下地層流體采樣，而更具體地，涉及對 在地下地層中的重油進(jìn)行采樣的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
用于勘探地下地層的一種技術(shù)涉及獲得井下地層流體的樣本。諸如 MDT和CHDT (Schlumberger的商標(biāo))等工具對于獲得和分析這種流體樣 本極其有用。諸如MDT (見例如授予Urbanosky的美國專利No.3，859,851 以及授予齊默曼(Zimmerman)等的美國專利No. 4,860,581，其以引用的 方式整體并入本文中)等的工具典型地包括地層接口，例如協(xié)同設(shè)置有一 個或多個壁接合封隔器的流體進(jìn)口或管狀探針，所述壁接合封隔器將地層 接口 (例如進(jìn)口或采樣探針)與井內(nèi)流體和/或其他污染物隔離開。這種 工具也典型地包括一個或多個采樣室、用于控制地層壓力和采樣室壓力之 間的壓降的裝置、以及用于獲得與采樣到的流體相關(guān)的信息的各種傳感器 (例如壓力傳感器、溫度傳感器和/或光學(xué)傳感器)，所述采樣室通過輸油 管(具有其中所設(shè)置的一個或多個控制閥)連接到地層接口。光學(xué)傳感器可以采用例如OFA、 CFA或LFA (所有都是Schlumberger 的商標(biāo))模塊(見例如，授予Safmya等的美國專利No.4，994，671、授予 Mullins的美國專利No. 5， 266， 800和授予Mullins的美國專利No. 5， 939, 717，所有這些專利以引用的方式整體并入本文中)以確定采樣 流體的成分。CHDT在許多方面與MDT相類似，但是還包括用于對套管穿 孔(perforating a casing)的機(jī)構(gòu)(例如鉆削機(jī)構(gòu))。這種鉆削機(jī)構(gòu)的示例 可以在文獻(xiàn)"Formation Testing and Sampling through Casing," &7/7e7Q^ei^eK Spring 2002中找到，所述文獻(xiàn)以引用的方式整體并入 本文。然而，諸如MDT和CHDT等工具典型地被用于獲得具有相對低的粘性 (例如通常達(dá)到30mPa.s)的地層石油的樣本。盡管這種工具已經(jīng)被用于 對更高粘度的流體進(jìn)行采樣，但是采樣過程經(jīng)常需要多次適配和許多小 時。由于輕原油的全球儲量減少，重油和瀝青的勘探對于維持全球供給己 經(jīng)變得更為重要。當(dāng)評估重油或瀝青地層時，獲得該地層的代表性的樣本 來確定合適的生產(chǎn)方法是有利的。然而，由于重油和瀝青的低流動性，采 用許多公知的輕原油采樣技術(shù)對這些地層進(jìn)行采樣可能是困難的或不可 能的。例如試圖在不首先增加這些流體的流動性的情況下對重油或瀝青進(jìn) 行采樣，可能導(dǎo)致過大的水位降低壓力，所述過大的水位降低壓力可以造 成用于抽取流體的泵或泵送(pumpout)單元的失效、地層的失效(例如， 斷裂、壓裂和/或塌陷)禾B/或相變，并因此采樣得到的流體的成分改變。 進(jìn)而，這種過大的水位降低壓力可能導(dǎo)致沙層的產(chǎn)生，這可能使采樣工具 密封失效。盡管增加采樣口或探針的面積可以一定程度上降低水位降低壓 力，但是在不對采樣工具的總體尺寸以及在采樣口或探針周圍進(jìn)行有效密 封的能力構(gòu)成負(fù)面影響的情況下可能很難獲得增大的采樣口或探針面積。有助于重油和瀝青地層的低流動性的一個因素是這些流體的高粘度。 因此，基本降低地層中重油和瀝青的粘度可以幫助增加流動性以足以獲得 樣本。 一些用于增加地層流體的流動性的公知的方法涉及通過各種裝置加熱地層，所述裝置將稀釋劑注入地層，或?qū)⑷軇┳⑷氲貙?。加熱地層通常采用加熱元件、地層中的一些石油的現(xiàn)場燃燒和熱流進(jìn) 入地層的循環(huán)，通過熱傳導(dǎo)實現(xiàn)。然而，這些公知的方法主要依賴于地層 的熱傳導(dǎo)，于是，必須被加熱的地層的體積經(jīng)常比釆樣得到的體積大得多， 導(dǎo)致長的采樣時間以及采樣工具被陷于井筒中的概率更大。發(fā)明內(nèi)容用于對地下地層中的流體進(jìn)行采樣的示例的方法涉及通過歐姆加熱 和電介質(zhì)加熱中的一種方式在地下地層的一部分中產(chǎn)生熱量。所述示例的方法也通過將頂替流體經(jīng)由多個地層接口 (formation interface)中的至少 一個注入地下地層的被加熱部分，來給地下地層的被加熱部分增壓，并從 地下地層的被加熱部分，經(jīng)由多個地層接口中的至少一個，收集被頂替流 體造成的流動的流體的樣本。用于對來自地下地層的流體進(jìn)行采樣的示例設(shè)備包括地層接口，用 于以液壓的方式連接到地下地層；多個電極以及線圈中的至少一個，用于 通過歐姆加熱和電介質(zhì)加熱中的一種方式在地下地層的一部分中產(chǎn)生熱 量；和收集容器，用于保持從地下地層中提取的流體樣本。所述示例設(shè)備 還包括增壓裝置，所述增壓裝置用于將至少一些頂替流體注入地下地層， 以朝向收集容器推進(jìn)流體樣本。用于對地下地層中的流體進(jìn)行采樣的另一個示例方法，包括加熱地下 地層的一部分、通過將頂替流體注入地下地層給地下地層的被加熱部分增 壓，以及收集由頂替流體造成的流動的流體的樣本。用于對來自地下地層的流體進(jìn)行采樣的另一個示例設(shè)備包括地層接 口，地層接口以液壓的方式連接到地下地層；加熱器，配置用于將熱量提 供給地下地層的一部分；收集容器，用于保持從地下地層經(jīng)由地層接口提 取的流體樣本；以及增壓裝置，用于將頂替流體注入地下地層，以朝向收 集容器推進(jìn)流體樣本。用于對地下的流體進(jìn)行采樣的另一個示例方法涉及降低地下地層的 一部分中的流體的粘度；通過將頂替流體注入地下地層給具有被降低了粘 度的流體的地下地層的所述部分增壓；以及收集由頂替流體增壓的流體的 樣本。


圖1A示出從鉆井機(jī)配備進(jìn)井筒的示例的井下鉆削工具； 圖1B示出從鉆井機(jī)配備進(jìn)井筒的示例的井下鋼索工具；圖2是可以用于實現(xiàn)圖1A和1B的示例工具的示例的采樣工具的示意 性框圖；圖3示出可以由在此所述的示例的設(shè)備用于從地下地層中提取流體， 例如重油或瀝青的示例方法；圖4是與圖1A和1B的井筒壁的一部分連接的圖2的示例的采樣工具的局部側(cè)視圖；圖5是圖2的示例的采樣工具的另一個局部側(cè)視圖，所述采樣工具將頂 替流體的一部分從頂替流體容器經(jīng)由地層接口注入地下地層的被加熱的 部分；圖6是與圖1A和1B的井筒壁連接的圖2的示例的采樣工具的另一個局 部側(cè)視圖；圖7和8是可以用于實現(xiàn)圖2的示例工具的示例的采樣工具的電氣構(gòu)造 的示意性框圖；圖9是可以用于實現(xiàn)在此所述的示例的采樣設(shè)備的示例的地層接口的圖10A-D示出電源和電極配置的示例的示意性框圖，所述配置可以用 于實現(xiàn)在此所述的示例的方法和設(shè)備；圖11A-D示出四個示例的電極的排列或布局，所述排列或布局可以用 于實現(xiàn)在此所述的示例的方法和設(shè)備；圖12是配備在圖1A和1B中的井筒中的另一個示例的采樣工具的側(cè)視圖；圖13是包括用于加熱地層的感應(yīng)線圈的另一個示例的采樣工具的側(cè) 視圖；圖14A是包括用于加熱地層的微波天線的另一個示例的采樣工具的 側(cè)視圖；圖14B是圖14A的示例的釆樣工具的局部主視圖。
具體實施方式
一些示例在上述附圖中示出，并在下文中被詳細(xì)地描述。在描述這些 示例時，相似的或相同的附圖標(biāo)記用于表示相似或相同的元件。所述附圖不一定按照比例繪制，為了清晰和簡明起見，所述附圖的一些特征和一些 視圖可以在比例上或示意性地進(jìn)行夸張。在此所述的示例的方法和設(shè)備可以用于對地下地層中的流體進(jìn)行采 樣。更具體地，在此所述的示例的方法和設(shè)備可特別用于對相對粘度較大 的地下地層流體(例如重油和瀝青)進(jìn)行采樣。如上所述，對重油、瀝青、 和/或其他相對粘度較大的地下地層流體進(jìn)行采樣的一些公知的方法主要 依賴于樣本所被提取的地下地層的傳導(dǎo)加熱。然而，主要依賴于傳導(dǎo)加熱 的情況可能導(dǎo)致不得不加熱比所需的樣本流體的體積大許多倍的地層體 積。進(jìn)而，這種基于傳導(dǎo)加熱的途徑耗時相對較多，且可能需要多個小時 以充分地加熱待采樣的地層體積。于是，在此所述的示例的方法和設(shè)備可 以優(yōu)選地，但不是必須地用于通過直接在地層中生成或產(chǎn)生熱量來加熱待 采樣的地下地層的一部分。因此，待采樣的地層的給定體積可以比上述基 于傳導(dǎo)加熱的公知的途徑加熱得基本上更迅速。然而，也可以使用其他的加熱方法，包括但不限于，對地層應(yīng)用熱墊(hotpad)，提供井下熱流體等。更具體地，通過使電流在地層的一部分中流動可以在地層中產(chǎn)生熱 量，由此直接地加熱地層部分。換句話說，在此所述的示例的方法和設(shè)備 可以主要依賴于歐姆或焦耳加熱(所生成的電流以地層的電阻率作為熱量 耗散電能)來加熱待采樣的地下地層的一部分。電流可以通過靜電的或電 流的過程經(jīng)由多個電極產(chǎn)生或通過以至少一個線圈的感應(yīng)或磁過程產(chǎn)生 電流。替代地，可以通過電介質(zhì)加熱或微波加熱地層中的分子在地層中產(chǎn) 生熱量。另外，在此所述的示例的方法和設(shè)備可以采用緩沖劑(buffer)或頂 替流體(也可以用作溶劑或稀釋劑)促進(jìn)在地下地層的被加熱部分中待采 樣的流體的流動性。更具體地，在此所述的示例的方法和設(shè)備可以首先使 電流在樣本流體所被提取的地下地層的一部分中流動，由此加熱并降低地 層的所述部分中的地層流體的粘度。當(dāng)待采樣的流體己經(jīng)被充分地加熱時 (例如，基于檢測到的被加熱的流體的粘度、與地層的被加熱部分相關(guān)聯(lián) 的流動性改變的檢測等)，示例的方法和設(shè)備可以將緩沖劑或頂替流體注 入地層的被加熱部分。被注入的緩沖劑或頂替流體透過地層的被加熱部分，并給其中的被加熱的地層流體增壓，以促進(jìn)被加熱的地層流體的流動 和朝向?qū)Φ貙恿黧w進(jìn)行采樣的地層接口推進(jìn)流體。采樣過程可以在任何緩 沖劑或頂替流體進(jìn)入地層接口 (例如，采樣口或探針)之前結(jié)束，所述地 層接口提取被加熱的地層流體的樣本。使用緩沖劑或頂替流體給被加熱的地層流體增壓，與主要基于傳導(dǎo)地 層加熱的公知的地層流體采樣技術(shù)相比，實質(zhì)上降低了提取地層流體樣本 所需的水位降低壓力(即，能夠使用更高的采樣壓力)。因此，在此所述 的示例的地層流體采樣設(shè)備和方法實質(zhì)上降低了改變被采樣的流體的相 和/或成分的可能性。用于在此所述的示例的采樣方法和設(shè)備的被降低的 水位降低壓力也降低了地層塌陷或其他地層毀壞和/或?qū)τ谟糜谔崛〉貙?流體樣本的泵送裝置的毀壞的可能性。在此所述的一些示例中，用于建立與地下地層的流體連通并從此對流 體進(jìn)行采樣的設(shè)備包括熱源，所述熱源用于增加地下地層的一部分的溫 度。所述熱源可以采用多個電極或至少一個感應(yīng)線圈實現(xiàn)，所述多個電極 與地下地層進(jìn)行電氣連接。在一些示例中，電極透過井筒壁的泥餅襯里(mudcake lining),使得與地層進(jìn)行電接觸，且將交流或直流電壓施加到 電極上以使電流在地層的所述部分中流動。然而，如果井筒流體和泥餅的 導(dǎo)電性足夠好，就不需要穿透泥餅。所生成的電流在地層的電阻率上為熱 量耗散能量。在一些示例的實施方式中，生成電流的電極與用于釆樣或產(chǎn)生地層流 體的地層接口和/或用于將緩沖劑或頂替流體注入地下地層的被加熱部分 的地層接口成一體。在其他的示例的實施方式中，電流生成電極與地層接 口是分立的，并可以設(shè)置在地層接口之間?？梢圆捎弥T如例如同心環(huán)、多 邊形等的各種電極的幾何形貌將電極聚焦以在待加熱的地層的所述部分 中獲得所需的電流通路和/或分布。在此所述的示例的地層接口可以包括與待采樣的地層流體連接的第 一出油管或流送管(flowline)、采樣探針或筒，和/或其他裝置，以及與待 采樣的地層流體連接的第二出油管或流送管、注入探針或筒，和/或其他 裝置。泵、泵送裝置等和收集容器可以與第一出油管、采樣探針或筒等流 體連接，以提取和保持從地層的被加熱部分獲得的流體樣本。增壓裝置(例如泵、活塞等)以及用于保持緩沖劑或頂替流體的流體容器可以與第二出 油管、注入探針或筒和/或其他裝置流體連接，使得至少一些頂替流體被 注入地下地層的被加熱部分，以朝向第一出油管推進(jìn)被加熱的地層流體的 樣本，并將所述樣本推進(jìn)到收集容器內(nèi)。在此所述的示例的方法和設(shè)備也可以采用控制器，所述控制器用于響應(yīng)于檢測到地下地層的所述部分的被加熱體積融合(merging),開始將緩 沖劑或頂替流體注入地下地層的被加熱部分?？梢曰诖┻^地層的被加熱 部分的壓力脈沖傳遞的改變，檢測這種融合。例如，穿過地層的被加熱部 分的壓力干擾測試可以表征被加熱的體積的融合。替代地或附加地，示例 的方法和設(shè)備可以采用諸如例如核磁共振單元或模塊的粘度測量單元，來 檢測在地層的被加熱部分中的流體的粘度。因此，當(dāng)檢測到的粘度到達(dá)足 夠低的值時，緩沖劑或頂替流體可以被注入以促進(jìn)被加熱地層流體的流 動?？刂破骺梢愿郊拥鼗蛱娲赜糜诳刂齐姌O用于加熱地層的一部分以 防止對地層的加熱過度所采用的方式，所述對地層的過度加熱可能毀壞待 采樣的地層流體。尤其，控制器可檢測到地層的溫度，并響應(yīng)于檢測到超 過預(yù)定的閾值溫度的溫度，控制器可以停止加熱地層，直至所檢測到的溫 度降到閾值以下為止。盡管示例的方法和設(shè)備示出具有用于液壓連接到地層的地層接口，所 述地層接口以探針或筒實現(xiàn)，但是可以替代地采用圍繞進(jìn)口的可膨脹跨隔 封隔器(straddle packer)實現(xiàn)一個或更多個地層接口 。進(jìn)而， 一個或更多 個地層接口可以選擇性地包括穿孔機(jī)構(gòu)。在此回到圖1A，示出從鉆井機(jī)配備進(jìn)井筒102的示例的井下鉆削工具 100。示例的井下鉆削工具100可以配置用于實現(xiàn)在此所述的示例的地層流 體采樣方法和設(shè)備。鉆削工具100被配備在鉆柱104上，并具有鉆頭106，所 述鉆頭106用于鉆入地中和鉆入地下地層108中，以形成井筒102。隨著鉆 削工具100更深地穿入地下地層108，鉆探泥漿(未示出)襯在井筒102的 壁上，以形成泥餅IIO。附加地， 一些鉆探泥漿通過井筒102的壁穿入地下 地層108，以形成侵入帶112，污染一些包含在地下地層108內(nèi)的純凈流體。如圖1 A所示，鉆削工具IOO設(shè)置有采樣工具I 14,所述采樣工具114包括一個或更多個接口118,所述接口H8可以從鉆削工具100延伸，并以泥餅110 建立密封。備用活塞116可以從鉆削工具100延伸，以通過提供用于將接口 118推靠在泥餅110上的力而輔助建立該密封。當(dāng)密封形成時，來自地下地 層108的流體可以經(jīng)由采樣工具114流入鉆削工具100。如下更詳細(xì)所述，示例的一個或更多個地層接口118以地層流體可以 從地層108中采樣或產(chǎn)生的方式進(jìn)行配置。地層接口118也可以配置用于將 緩沖劑或頂替流體注入地層108以促進(jìn)其中的地層流體的位移。亦如下文 更詳細(xì)地所述，示例的采樣工具114也可以包括用于加熱地層108的一部分 的熱源(未示出)。尤其， 一個或更多個電極(未示出)可以設(shè)置用于使 電流在地層108中流動，以對地層108進(jìn)行歐姆加熱并且因此對其中的地層 流體進(jìn)行歐姆加熱。圖1B示出從鉆井機(jī)配備進(jìn)井筒102的示例的井下鋼絲繩工具(wire linetool) 120。鋼絲繩工具120可以用于替代圖1A的鉆削工具100或除了圖 1A的鉆削工具100之外再采用鋼絲繩工具120，以實現(xiàn)在此所述的示例的流 體采樣方法和設(shè)備。在一些情況下，鋼絲繩工具120可以在去除鉆柱104 之后被降低到井筒102中。鋼絲繩工具120可以包括采樣工具122,所述采樣 工具122包括類似于如圖1A所示的鉆削工具的接口和備用活塞的一個或更 多個接口128以及備用活塞124。采樣工具122被推進(jìn)襯在井筒102的壁上的 泥餅110中，以采用如下文更詳細(xì)地描述的示例的方法和設(shè)備收集來自地 下地層108的流體樣本。除去如圖1A和1B所示的運(yùn)輸工具之外，其他的工 具或運(yùn)輸工具(例如盤管、套管鉆井(casing drilling)以及井下工具的其 他變體)都可以用于實現(xiàn)在此所述的示例的地層流體采樣方法和設(shè)備。圖2是可以用于實現(xiàn)圖1A和1B的示例工具100和120的示例的采樣工 具200的示意性框圖。如圖2所示，示例的采樣工具200包括示出為探針或 筒的多個地層接口202和204，但是可以替代地以用于通過襯在井筒壁(例 如，井筒102)上的泥餅通過界面連接或流體連接到地下地層(例如，圖 1A和1B的地層108)的任何其他所需的方式配置。地層接口202和204被封 隔器206 (例如彈性體墊)圍繞以便以常規(guī)的方式促進(jìn)工具200靠在井筒壁 上的密封。如下文更詳細(xì)所述，地層接口202配置用于從地下地層產(chǎn)生或提取地層流體，以經(jīng)由出油管或流送管210將流體樣本收集到樣本流體容器或器 皿208中。地層接口204也配置用于將頂替流體從頂替流體容器或器皿212 經(jīng)由出油管或流送管214注入地下地層，以促進(jìn)由工具200收集的流體樣本 的流動。各種類型的緩沖劑或頂替流體可以被用于示例工具200中。例如， 氮?dú)?、二氧化碳、二溴乙?dibromethane)、和/或由化學(xué)反應(yīng)在井下生 成的蒸汽，可以被用于頂替流體容器212中。替代地，井筒流體可以被用 作頂替流體。為了提供用于加熱被采樣的地下地層的一部分的熱源，示例工具200 包括一個或多個電源216,所述電源216例如通過接口202和204與地層進(jìn)行 電氣連接，以使得地層接口202和204也用作電極。以這樣的方式，電源216 可以將交流電或直流電能傳遞給地層接口202和204，所述接口202和204 又與地下地層的一部分電氣和流體連接。尤其，電流可以在地層接口202 和204之間(即在電極202和204之間)的地層中流動，以通過接口202和204 之間的地層的所述部分的電阻率將電能作為熱量耗散，由此對接口202和 204之間的地層的所述部分進(jìn)行歐姆加熱。隨著接口202和204之間的地下 地層的所述部分被加熱，其中的任何地層流體的粘度可以被降低，以促迸 其經(jīng)由接口202的產(chǎn)生或提取。示例工具200包括增壓裝置或泵218，所述增壓裝置或泵218用于將頂 替流體從容器212經(jīng)由接口204 (例如，探針或筒)注入地下地層。示例工 具200還包括泵送裝置或泵220，所述泵送裝置或泵220用于從地下地層產(chǎn) 生或提取地層流體，并將其存儲在樣本流體容器208中，以供后續(xù)分析(例 如井上和/或井下分析)，或?qū)⑵鋬A倒入井筒(未示出)。為了測量或檢測 與被采樣的地層的所述部分相關(guān)聯(lián)的壓力，采樣工具200包括壓力傳感器 222和224，所述壓力傳感器222和224分別被連接到出油管214和210。示例 的采樣工具200也可以包括用于測量或檢測被加熱和被采樣的地層的所述 部分的溫度的溫度傳感器226。盡管一個溫度傳感器被示出與出油管210 相關(guān)聯(lián)，但是溫度傳感器226可以位于其他位置，和/或可以使用多個溫度 傳感器。示例工具200還包括用于控制工具200的操作的控制器228，以加熱地 下地層的一部分，將頂替流體注入地層的被加熱的部分，并提取被加熱的地層流體的樣本。尤其，控制器228以可操作的方式連接到電源216、泵218 和220、壓力傳感器222和224以及溫度傳感器226,以控制其操作以實現(xiàn)在 此所述的示例的流體采樣方法?？刂破?28也可以經(jīng)由通信連接裝置或總 線230被以通信方式和/或可操作的方式連接到地面計算機(jī)(未示出)等。 因此，控制器228可以接收來自地面上的操作員的命令，和/或可以將原始 數(shù)據(jù)、分析結(jié)果等傳送到地面計算機(jī)。盡管示例工具200的地層接口202和204被示出為一體的電極和探針或 筒(即，生產(chǎn)探針/筒和注入探針/筒)，但是也可以替代地采用單獨(dú)的電極 和出油管或流送管。這種非一體的地層接口在下文將結(jié)合圖9和12進(jìn)行更 詳細(xì)的描述。圖3示出可以由在此所述的示例的設(shè)備從地下地層中提取流體，例如 相對粘性較大的流體(諸如重油或瀝青)，的示例方法300。示例的方法300 被示出為多個框或操作，所述操作可以采用例如由機(jī)器可讀代碼和指令等 組成的、存儲在有形介質(zhì)(例如光盤、軟盤、半導(dǎo)體存儲器等)上的以及 可由處理器或其他處理單元(例如，圖2的控制器228)執(zhí)行的軟件或程序 實現(xiàn)。然而，軟件和/或硬件的任意組合可以被用于實現(xiàn)圖3的示例的框。 例如，專用的數(shù)字和/或模擬電路(例如，特定用途集成電路、離散半導(dǎo) 體器件、無源部件等)可以用于實現(xiàn)與圖3的框相關(guān)聯(lián)的操作。進(jìn)而，可 以改變框的次序，且可以手動執(zhí)行一個或更多個與框相關(guān)聯(lián)的操作，或者 在不偏離所述示例的精神的情況下去除一個或多個與框相關(guān)聯(lián)的操作。在此，回到圖3的示例的方法300,采樣工具(例如圖2的采樣工具200) 被降低進(jìn)入井筒(框302)。這種降低可以經(jīng)由鋼索或鋼絲繩、鉆柱、盤管 等實現(xiàn)。當(dāng)采樣工具被定位到待采樣的地層附近或與之緊接時，地層接口 (例如接口202和204)被連接到地層(框304)。在框304中的地層接口的 連接可以包括出油管或流送管(例如探針或筒)的流體連接以及電極到待 采樣的地層的電氣連接。地層接口可以從采樣工具延伸，而備用活塞等可 以用于將地層接口推進(jìn)襯在井筒壁上的泥餅中，并形成與該下面的地層的 流體和電氣接觸。應(yīng)當(dāng)理解，在導(dǎo)電的井筒流體中，電接觸是不需要的。然后通過例如將電能(例如經(jīng)由電源216的交流電壓或直流電壓)施 加到電極(例如接口202和204)上，以使得電流流經(jīng)所述電極之間的地層的一部分來加熱地層(框306)。因為地層的電阻率，所以隨著電流流經(jīng)地層，電能被耗散為熱量，所述熱量進(jìn)一步通過地層被傳導(dǎo)或擴(kuò)散。替代地， 地層可以采用電介質(zhì)加熱進(jìn)行加熱。地層的溫度可以被監(jiān)測(例如通過控制器228和溫度傳感器226)并與 預(yù)定的閾值相比較以確定是否已經(jīng)超過安全的地層溫度(框308)。閾值溫 度可以選擇用于確保地層溫度不超過地層流體可以被分解或被以其他形 式毀壞的溫度。如果在框308中超過安全的地層溫度，地層加熱可以被中 斷或停止(框310)。例如，在圖2的示例工具200中，控制器228可以使得 電源216從電極(例如地層接口202和204)中去除電能。 一旦加熱被中斷， 則監(jiān)測地層溫度以確定何時溫度回到安全水平(框312)。當(dāng)?shù)貙訙囟纫呀?jīng) 到達(dá)安全水平時，如果需要，則示例的方法300回到框306以繼續(xù)或重新開 始地層的加熱。測量到的溫度可以被用于確定待采樣的地層流體的粘度。在壓力下，粘度il。對溫度的依賴性可以由等式(1)中的沃格爾(Vogel)的經(jīng)驗法則描述如下<formula>formula see original document page 15</formula> (1)其中參數(shù)e、 f^卩g可以由對測量到的值的調(diào)整確定。更普遍地，地層流體的粘度T1(T， p)可以由沃格爾-富爾徹-塔曼(Vogel-Fulcher-Tammann， VFT)經(jīng)驗等式(2)表示如下<formula>formula see original document page 15</formula> (2)其中6個參數(shù)a、 b、 c、 d、 e和T?？梢酝ㄟ^對測量到的粘度進(jìn)行回歸而獲得。 在加熱過程中。地層溫度可以顯現(xiàn)出梯度，以使得地層溫度并且因此 其中的地層流體的溫度在更接近地層接口或電極的位置上初始最高，并隨 著與電極的距離的增加而降低。因此，在加熱過程中，地層的多個被加熱 的體積初始被較低溫度的體積分隔，并由此不交疊。然而，隨著加熱過程 的進(jìn)行，這些初始分隔的加熱體積或區(qū)域可以融合或交疊，以形成地層流 體粘度比周圍的非交疊體積或區(qū)域低的區(qū)域。在加熱過程中，示例的方法300確定是否地層準(zhǔn)備好采樣(框314)。 在框314的確定可以通過監(jiān)測地層接口處的壓力(例如壓差、在一個接口處的壓力、在接口之間的壓力脈沖的傳播等)和檢測被采樣的地層的被加熱的體積的融合來實現(xiàn)。在圖2的示例的實施方式中，控制器228可以采用 壓力傳感器222和224檢測地層接口202和204處的壓力變化，所述壓力變化 表示被采樣的地層的被加熱的區(qū)域或體積的融合?？赡軐τ趯崿F(xiàn)框314的 操作有用的一些公知技術(shù)可以基于例如在美國專利No. 4， 742， 459中所述 的技術(shù)，美國專利No. 4，742,459以引用的方式整體并入本文。如果在框 314中，地層沒準(zhǔn)備好采樣，則控制回到框306以繼續(xù)加熱過程。如果在框314中地層準(zhǔn)備好采樣，則頂替或緩沖流體可以被注入地層 的被加熱部分以促進(jìn)被加熱的地層流體的流動(框316)。在圖2的示例中， 控制器228可以操作泵218以將頂替流體從頂替流體容器212經(jīng)由出油管或 流送管214和接口或探針204注入地層的被加熱部分。以這種方式注入增壓的頂替流體進(jìn)一步降低了從地層中提取流體所需的水位降低壓力(drawdown pressure),并因此，降低或消除改變流體樣本的狀態(tài)(即形 成氣相)和/或毀壞地層等的可能性。隨著頂替流體給被加熱的地層流體增壓，示例的方法300對地層流體 進(jìn)行采樣(框31S)。在圖2的示例中，控制器228可以操作泵220經(jīng)由接口 202和出油管210抽取、提取或產(chǎn)生被加熱的地層流體，并將提取的地層流 體存儲在樣本流體容器208中。在框318中的流體采樣操作優(yōu)選在任何頂替 流體到達(dá)地層接口202之前完成。 一旦在框318中的流體采樣操作完成，則 示例的方法300結(jié)束。圖4是連接到井筒102 (圖1A)的壁的一部分400的圖2的示例的采樣工 具200的局部側(cè)視圖。如圖所示，地層接口 (formation interface) 202 和204用作電極，所述電極被電氣連接到地下地層108。電極202和204被連 接到電源216 (圖2)以使得電極202和204發(fā)出交疊的電場402和404，所述 交疊的電場402和404透過地下地層108并使電流從中流過。所生成的電流 主要在區(qū)域406中流動，在所述區(qū)域406中，電場402和404交疊并因此對對 應(yīng)于區(qū)域406的地層108的一部分進(jìn)行歐姆加熱。進(jìn)而，區(qū)域406中的任何 地層流體的粘度將隨著區(qū)域406的溫度的增加而降低。另外，示例的采樣工具200包括封隔器206，所述封隔器可以被連接到 采樣工具200周圍的泥餅(未示出)，以形成密封。由封隔器206形成的密封可以防止另外的鉆井泥漿透過接口202和204附近的地下地層108。如果 另外的鉆井泥漿被允許透過接口202和204附近的地下地層108，則更多純 凈的流體可能被污染，造成更大的侵入?yún)^(qū)112并降低獲得流體的代表性樣 本的可能性。圖5是示例的采樣工具200的另一個局部側(cè)視圖，所述采樣工具200將 頂替流體500的一部分從頂替流體容器212 (圖2)經(jīng)由地層接口204注入地 下地層108的被加熱的部分406。頂替流體500的所述部分給地層108的部分 406增壓，并由此將區(qū)域406中的任何地層流體朝向生產(chǎn)地層接口202推進(jìn)。 這降低了在接口202處所需的水位降低壓力，以從地層108的區(qū)域406提取 被加熱的地層流體。如以上結(jié)合圖3的描述，當(dāng)注入頂替流體500以增強(qiáng)被 加熱的地層流體的流動性時，在地層接口202處的地層流體的收集在頂替 流體500進(jìn)入地層接口202之前可以被中斷，以防止地層流體樣本的污染。圖6是與井筒102的壁連接的示例的釆樣工具200的另一個局部側(cè)視 圖。在所示的示例中，出油管210和214被表示為分別流體連接到地層接口 202和204，以將流體傳播到采樣工具200和地下地層108和從采樣工具200 和地下地層108傳播流體。另外，壓力傳感器222和224被分別連接到出油 管214和210，并可以用于通過檢測出油管210和214中的壓力隨著頂替流體 被注入或地層流體被采樣而升高或降低，來確定地下地層108的兩個或更 多個被加熱部分或體積何時融合或匯合。如上所述，地層接口202和204 也用作用于生成電流線(currentline) 600的電極，所述電流線600表示對 地下地層108進(jìn)行歐姆加熱的電流。如以上結(jié)合圖3進(jìn)行的描述，地下地層108的部分或體積可以首先開始 加熱，最快的加熱典型地發(fā)生在地層接口202和204附近。當(dāng)?shù)叵碌貙覫08 的這些被加熱體積到達(dá)一定的閾值溫度時，在這些體積內(nèi)的流體的粘度被 充分降低，使得流體被認(rèn)為是流動的。因此，在加熱開始之后的短暫時間 里，可能存在地下地層108的兩個獨(dú)立的流動部分或體積。隨著時間的推 移，隨著地下地層108內(nèi)的更多的流體到達(dá)閾值溫度并成為流動的，地下 地層108的流動部分可能，大體沿著電流線600進(jìn)行擴(kuò)展。隨著時間的推移， 熱量將以由地下地層108的熱傳導(dǎo)屬性確定的速率被從電流線600向外傳 導(dǎo)或擴(kuò)散。終于，地下地層108的兩個單獨(dú)的流動部分或體積可以隨著電流線600附近的流體成為流動的而被融合或合并。在存在地下地層108的兩個單獨(dú)的流動的部分或體積的期間中，壓力 傳感器222和224可以確定(例如經(jīng)由圖2的控制器228)在地下地層108內(nèi) 的流體不是充分可流動的。然而，當(dāng)兩個或更多個獨(dú)立的流動部分合并時， 壓力傳感器222和224可以確定存在足夠的流動性。例如，在流體的獨(dú)立的 流動部分還沒有被合并時，頂替流體500可以在地層接口204處將已知的壓 力施加在地下地層108上。當(dāng)流體的獨(dú)立的流動部分合并時，壓力傳感器 222監(jiān)測該壓力并可以檢測壓力的降低。當(dāng)壓力傳感器222檢測到壓力的降 低時，地層接口204可以將頂替流體500注入地下地層108以促進(jìn)流體樣本 在生產(chǎn)接口202中的產(chǎn)生。在表示地層中的電能耗散的示例的計算中，交流電流/從電導(dǎo)率為。 的均勻介質(zhì)中的體積K的球狀電極發(fā)出。從電極以半徑r在基本體積d^(LS 中的電能耗散d尸由等式(3)給出-16tt cr a*其中/二lA， a^0.01S'm—1，且Flm, d/M). 6 W.nf3，而對于rO. lm， d/^600W'nT3， 而這足以加熱地層和允許地層流體的采樣。該示例幫助解釋最接近電極的 地下地層的體積的加熱更快的趨勢。應(yīng)當(dāng)注意，在圖6的示例中，電流線600的形狀或弧可能依賴于與電極 (即，地層接口202和204)連接的電源的頻率。例如，電流線600可能具 有弓形的形狀，與以1000Hz頻率的電流線600的弓形的形狀相比，所述弓 形的形狀以500Hz的頻率從電極延伸得更遠(yuǎn)。電流線600的形狀也可以由地 下地層108的電阻率或阻抗的小變化確定。然而，電流將沿著電阻最小的 路徑流動，因此，電流線600的路徑可能以難于預(yù)見的方式通過地下地層 108變化，并因此，示例的電流線600僅僅為通常電學(xué)行為的表示。圖7是可以用于實現(xiàn)圖2的示例的采樣工具200的示例的采樣工具的電 氣構(gòu)造700的示意性框圖。圖7的示例的構(gòu)造700包括與探針筒706和708流 體連接的出油管或流送管702和704。尤其，探針筒706和708也形成與地層 108電氣連接的電極，所述探針筒706和708電氣連接到交流電源710,以使 得探針筒706和708中的一個被連接到電源710的一個端子，而端部706和708中的另一個被連接到電源710的另一端子。筒706和708使電流沿著地層 108中的電流線712流動，并經(jīng)由絕緣層714和716與地層接口的剩余部分、 出油管702和704等電絕緣。環(huán)繞筒706和708的是附加的電極718和720，所 述附加的電極718和720可以用作保護(hù)電極(或屏蔽電極)或無源聚焦電極 (passive focusing dectrode)。這種聚焦電極可以被用于引導(dǎo)電流712沿著 所需路徑通過地下地層108。圖8是類似于圖7的構(gòu)造700的構(gòu)造800的示意性框圖。如示例的構(gòu)造 800所示，絕緣層714和716被實現(xiàn)為形成探針筒的部分的絕緣圓筒部分或 環(huán)。盡管在所示的示例中，電極718和720被示出實現(xiàn)為無源聚焦電極，但 是這些電極可以被實現(xiàn)為有源聚焦電極。圖9是可以用于實現(xiàn)在此所述的示例的采樣設(shè)備的示例的地層接口 900的側(cè)視圖。與上述示例的地層接口202和204形成對比，示例的地層接 口900包括頂替流體注入探針902、采樣探針904和多個電極906、 908、 910 和912，所述電極與探針902和904是非一體的或分開的。電極906-912被設(shè)置 在注入探針902和采樣探針904之間，以加熱地層108的被縮減的體積，這縮短了采樣時間，并由此降低了因為太長的停留時間造成采樣工具(例如， 采樣工具200)變得卡在井筒102中的風(fēng)險。 一個或更多個電源(未示出) 可以與電極906-912連接，以使電流在地層中沿著例如線或路徑914流動。圖9的示例的構(gòu)造卯0還包括與生產(chǎn)筒或接口904連接的生產(chǎn)活塞916 以及與注入筒或接口902連接的注入活塞918。活塞916和918可以用于替代 圖2的泵220和218以及容器208和212，以減小與采樣工具相關(guān)聯(lián)的采樣流 體的寄生體積。采樣流體的寄生體積的這種減少使得待加熱的地層的數(shù)量 相對縮減，并因此收集給定的流體樣本的體積所需的時間也減少。在以圖9的示例的構(gòu)造900的操作中，隨著電極906-912加熱地下地層 108，注入活塞918可以將壓力施加給頂替流體920，所述頂替流體920將壓 力施加給在地下地層108內(nèi)的流體。諸如例如圖2中所述的壓力傳感器222 的壓力傳感器可以監(jiān)測被頂替流體920施加于地下地層108中的流體上的 壓力。隨著地下地層108的被加熱部分內(nèi)的流體流動性逐漸增加，頂替流 體920上的壓力降低。壓力的下降可以通過增加或降低由注入活塞918施加 給頂替流體920的力的量而被補(bǔ)償。來自頂替流體920的壓力使得地下地層108的被加熱部分中的流動性的流體的樣本流進(jìn)生產(chǎn)筒904和生產(chǎn)活塞 916。生產(chǎn)活塞916可以通過采用吸力吸入流體樣本而輔助流體樣本流進(jìn)生 產(chǎn)活塞916。生產(chǎn)活塞916也可以由生產(chǎn)容器替代，以被動地收集被頂替流 體920推動的流體樣本。
具有在地層接口902和904的兩側(cè)延伸的封隔器922，所述封隔器922 倚靠井筒壁沿著圓周方向配備。隨著注入活塞918將壓力施加在頂替流體 920上，頂替流體920被推入地下地層108中，并在每個方向上施加壓力。 如果壓力使得井筒壁在被加熱的地層流體產(chǎn)生流動之前彎曲或屈服，則在 地層接口卯2和井筒102之間可能出現(xiàn)液壓短路。封隔器922支撐井筒壁， 并防止在地層接口902和井筒102之間的液壓短路。
圖10A-D是可以用于在采樣工具中配備的多個電極的示例的電源連 接或配置的示意性框圖。下面結(jié)合圖10A-D進(jìn)行描述的電源可以是交流電 (AC)和/或直流電(DC)的電壓源和域電流源的任意組合。另外，在 這些示例中所述的電源可以具有相等或不相等的電壓、電流、相移和/或 頻率。AC、 DC、電壓、電流、相移和/或頻率可以基于例如待采樣的地層 的電阻率或阻抗測量值進(jìn)行選擇。
圖IOA示出示例的配置IOOO，在所述示例的配置1000中，電源1002、 1004和1006以所示的串聯(lián)或?qū)盈B的方式連接到電極1008、 1010、 1012和 1014。電源1002-1006中的每個電源被連接到電極1008-1014的各個電極對 上，以使得在電極1008-1014的每個電極對上所施加的能量可以單個地或 獨(dú)立地配置或控制。這種單個的可配置性可能尤其對單個地、動態(tài)地調(diào)整 能量有用，所述能量被傳遞給由電極1008-1014的對應(yīng)的電極對加熱的地 層的部分以促進(jìn)地層(例如，地層10S)均勻加熱。例如，如果地下地層 的一個部分加熱得比其他部分慢(例如，由于更高的電阻率、更高的導(dǎo)熱 性等)，則被傳遞給那個部分附近的或?qū)?yīng)于那個部分的電極的電壓或能 量可被增加以使所述部分加熱得更快。
圖10B示出另一個示例的配置1020，在所述配置1020中，電源1022和 1024被連接到各個電極對1026、 1030以及1028、 1032，以形成流經(jīng)被加熱 的地層的交疊電流。換句話說，在電極1026和1030之間流動的電流與在電 極1028和1030之間流動的電流交疊。這可能使得對應(yīng)于交疊的區(qū)域的地下地層的部分比基本上不存在電流交疊的其他部分加熱得更快。圖10C示出另一個示例的配置1040，在所述配置中，電源1042和1044 被單獨(dú)連接到各個電極對1046、 1048以及1050、 1052上，以形成在被加熱 的地層中不交疊的電流。圖10C的配置1040可能對需要在電源1042和1044 之間的電隔離和在被加熱區(qū)域之間基本沒有電流交疊的情況尤其有益。在 配置1040中，因為小電流至零(沒有)電流將在電極1048和1050之間流動， 所以在這些電極之間的地層的部分將比在電極1046和1048之間的區(qū)域和 在電極1050和1052之間的區(qū)域加熱得相對慢。圖10D示出另一個示例的配置1060，在所述的示例配置1060中，單電 源1062被并聯(lián)連接到多個源電極(或源極)1064、 1066、 1068和1070。電 流可以從源電極1064-1070流動到返回電極(未示出)，所述返回電極可以 不位于任何地層接口探針或筒之間。例如，返回電極可以與與源電極 1064-1070相對的井筒壁進(jìn)行電氣連接，使得電流圍繞井筒在圓周上流動。 在具有幾乎均勻的電阻率的地下地層中，圖10D的所示示例可以在井筒周 圍提供相對均勻或一致的加熱，并允許流體樣本從井筒中的多個位置被收 集。盡管圖10A-D示出示例的電源和電極配置，但是應(yīng)當(dāng)注意這些配置并 不是限制性的。所示的示例僅僅是說明性的，而電源配置的特定的實施方 式可以采用示例的配置或其他的配置的任意組合。例如，實施方式可以采 用更多個或更少個電極和/或電源，所述電極和/或電源配置用于基于電阻 率、滲透性和/或其他相關(guān)測量值，有效地加熱地下地層的一部分。在前面的示例中描述的電極可以以任意數(shù)量的方式配置。圖11A-D示 出四種示例的幾何形貌或布局，其中每一種都采用四個電極。為了盡可能 快地使地下地層內(nèi)的流體的樣本流動，電極布局的選擇可以依賴于生產(chǎn)接 口和注入接口的位置。在圖11A-D中的每個電極可以具有不同的電勢，或 者兩個或更多個電極可以具有相同的電勢。圖11 A-D是用于配備在采樣探 針上的多個電極的示例的幾何形貌或配置。盡管這些示例的幾何形貌和配 置被示出，但是應(yīng)當(dāng)注意，可以使用對于使電流在地下地層中流動有益的 任何其他幾何形貌或配置。此外，任何電極的幾何形狀和配置可以適用于 被應(yīng)用于地下地層的任意數(shù)量的電極。圖11A示出具有四個互相間隔的橢圓形電極的示例的電極配置。該配置可能對于結(jié)合圖10A-D所述的任何電源連接有益。例如，在任意電極對 之間的電壓可以被單獨(dú)地配置用于將電流(即熱量)集中到地下地層的特 定部分或體積上。盡管圖11A示出橢圓形電極，但是電極可以替代地被配 置成任何幾何形狀的組合。
圖11B示出具有四個同心的多邊形的電極的示例的電極配置。該配置 可能對于將電流(即熱量)從電極配置的中心徑向地集中有益。盡管圖11B 示出矩形的電極，但是所述電極可以被配置成任何幾何形狀的組合。另外， 在圖11B中的配置中的一些電極可以被實現(xiàn)為保護(hù)電極(或屏蔽電極)或聚焦電極，以更好地控制電流迸入地層的滲透。
圖11C和11D示出具有兩組同心電極的示例的電極配置。圖11C示出具 有同心的矩形電極，而圖UD示出具有同心圓或同心環(huán)形狀的電極。所示 的配置可以用于將電極一體形成到如圖2、 4、 6、 7和8所示的探針筒中。 圖11C和11D的電極可以采用保護(hù)電極(或屏蔽電極)或聚焦電極實現(xiàn)， 以更好地控制電流進(jìn)入被加熱的地層的滲透。盡管圖11C-D示出分別具有 大體矩形和圓形幾何形狀的電極，但是所述電極可以被配置成任意幾何形 狀的組合，以獲得所需的加熱效果。
圖12是配備在井筒102中的另一個示例的采樣工具1200的側(cè)視圖。采樣工具1200可以通過鉆桿、鋼索、盤管或任何公知或己經(jīng)幵發(fā)出來的其他 配備工具(未示出)配備。示例的采樣工具1200具有電極模塊1202和1204, 所述電極模塊可以用于通過生成經(jīng)過地層108的電流或使電流流經(jīng)地層 108，來加熱地下地層108。更具體地，電極模塊1202相對于采樣探針模塊 1206位于井口側(cè)，而另一個電極模塊1204相對于采樣探針模塊1206位于井 底側(cè)。每個電極模塊1202和1204由絕緣元件1208與采樣探針模塊1206電隔 離。通過將采樣探針模塊1206與電極模塊1202和1204隔離，電流被迫使通 過地下地層108而不是通過采樣探針模塊1206短路。通過包含在電極上的 垂直隔離(未示出)，電流可以被允許優(yōu)先地在任何所需的方位角的范圍 內(nèi)流經(jīng)地下地層108。在另一個示例的配置(未示出)中，電流在方位角 上遍及2n的方位角流動。
由電極模塊1202和1204提供的加熱加熱比上述示例的設(shè)備更大的地層108的體積。當(dāng)?shù)叵碌貙?08的一部分被充分加熱時，采樣探針模塊1206 可以采用上述示例中所示的技術(shù)提取地層流體。除了采用壓力測量來確定 地層108何時被充分加熱以被采樣或作為采用壓力測量來確定地層108何 時被充分加熱以被采樣的替代，示例地采樣工具1206可以包括核磁共振 (NMR)單元1210，以檢測地層108的被加熱部分內(nèi)的地層流體的粘度。以 這樣的方式，當(dāng)所檢測到的粘度足夠低時，采樣模塊可以將頂替流體注入， 并提取如上結(jié)合其他示例所述的被加熱的地層流體的樣本。圖13是配備在井筒102中的另一個示例的采樣工具1300的側(cè)視圖。采 樣工具1300可以通過鉆桿、鋼索、盤管或任何公知或己經(jīng)開發(fā)出來的其他 配備工具(未示出)配備。示例的采樣工具1300傳送至少一個感應(yīng)線圈 1304，所述感應(yīng)線圈1304可以用于通過使電流1310流經(jīng)地層108或感應(yīng)經(jīng) 過地層108的電流13I0,來加熱地下地層108。更具體地，感應(yīng)線圈1304位 于采樣模塊1320的注入探針1324和采樣探針1322之間，且更優(yōu)選地，但不 是必須地位于井筒壁的附近。任選方式是，鐵磁芯1306被置于感應(yīng)線圈 1304中，用于加強(qiáng)由線圈生成的磁場。在另一個示例的配置(未示出)中， 多個線圈被置于采樣模塊1320之上，例如在注入探針1324和采樣探針1322之間。由感應(yīng)線圈1304提供的加熱可以很好地適用于井筒流體導(dǎo)電性不太 好(例如，新泥、油基泥)的情況。當(dāng)?shù)叵碌貙?08的一部分被充分加熱 時，采樣探針模塊1320可以采用在上述示例中所示的技術(shù)提取地層流體。圖14A是包括用于加熱地層的微波天線的另一個示例的采樣工具 1400的側(cè)視圖。采樣工具1400可以通過鉆桿、鋼索、盤管或任何公知或已 經(jīng)開發(fā)出來的其他配備工具(未示出)配備。示例的采樣工具1400包括采 樣模塊1440，其主視圖在圖14B中詳細(xì)示出。采樣模塊1440包括具有縮回 位置(未示出)和伸出位置的伸出機(jī)構(gòu)1402。在伸出位置，伸出機(jī)構(gòu)1402 配置用于將封隔器1406應(yīng)用于穿過地層108的井筒102的壁上，以將井筒壁的一部分密封起來。當(dāng)在伸出位置時，伸出機(jī)構(gòu)進(jìn)一步配置用于建立出油 管或流送管1424A-D、 1423和地層108之間的流體連通。如圖14A和14B所示，采樣模塊包括四個注入接口 1454A-D和一個采 樣接口1453，所述注入接口1454A-D被置于四個外圍注入出油管或流送管1424A-D的末端，所述采樣接口1453被置于一個中心采樣出油管或流送管 1423的末端。電源1410被電氣連接到四個注入接口 1454A-D和采樣接口 1453，用于在地層中生成電磁場。盡管四個外圍注入接口和一個中心采樣 接口在圖14A-B中示出，但是可以存在不同數(shù)量的采樣和/或注入接口。進(jìn) 而，采樣接口可以包括具有樣本流送管和清除流送管的保護(hù)探針。由電源1410在地層中生成的電磁場用于通過地層中的介質(zhì)加熱或分 子的微波加熱，在地層的一部分中產(chǎn)生或生成熱量，如下詳細(xì)所述。由電源1410生成的電磁波在地層中透射。在地層中電磁波的透射深度 可以由等式(4)確定S = l/V^7 (4) 其中o '和u '分別是與采樣模塊鄰接的地層的部分的電導(dǎo)率和導(dǎo)磁率。等 式4示出場的透射深度根據(jù)f—"2而降低。于是，在電導(dǎo)率為0.01Snf的地層 中，100MHz頻率的電磁波的透射深度是大約0.5m，而10kHz頻率的電磁波 的透射深度是大約50ra。然后，電磁輻射可以被碳?xì)浠衔?、原生水或封存水或由偶極子弛豫 (dipole relaxation)注入的流體吸收。電磁吸收隨著被輻射的流體的屬性 而變化，更具體地隨著由Sr = s' -i,給定的被輻射的流體的復(fù)數(shù)相對介電 常數(shù)(complex relative electric permittivity)變化。所述復(fù)數(shù)相對 介電常數(shù)的實部可依賴于頻率，為介電常數(shù)s'，而虛部s、a/(cos。)考慮在 電導(dǎo)率o的被輻射流體內(nèi)的電耗散。虛部s"和等式(4)通過等式(5)確 定電磁場的吸收系數(shù)ou:2 (2;r/)Vg'這示出吸收系數(shù)as可以隨著頻率的增加而增加。更特別地，吸收系數(shù)ou是 透射深度的倒數(shù)。假定復(fù)數(shù)介電常數(shù)恒定，則當(dāng)頻率從O. 1GHz降低到10kHz 時，吸收系數(shù)as大約變小兩個數(shù)量級。于是，由等式(4)和(5)所述的模型(或其他任何模型)可以用于 利于選擇電源1410的頻率。所述選擇可以優(yōu)化透射深度并因此優(yōu)化由電磁 波加熱的體積。所述選擇可以替代地或附加地優(yōu)化吸收系數(shù)以及由此優(yōu)化1 —CT、V2一l(5)24地層中的溫度增長的速度。盡管本發(fā)明已經(jīng)在此對示例的制造方法、制造設(shè)備和制造產(chǎn)品進(jìn)行了 描述，但是本發(fā)明的覆蓋范圍并不限于此。相反，本發(fā)明覆蓋字面地或等 同原則下完全落入所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍中的每種制造方法、制造設(shè)備禾口制造產(chǎn)品o
權(quán)利要求
1.一種用于對地下地層中的流體進(jìn)行采樣的方法，包括如下步驟通過歐姆加熱和電介質(zhì)加熱中的一種方式在地下地層的部分中產(chǎn)生熱量；通過將頂替流體注入地下地層的被加熱部分，給地下地層的被加熱部分增壓；以及經(jīng)由至少一個地層接口，從地下地層的被加熱部分，收集由頂替流體移動的流體的樣本。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，還包括如下步驟檢測地下地層的多 個被加熱體積的合并。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述給地下地層的被加熱部分增 壓的步驟包括響應(yīng)于檢測到地下地層的多個被加熱的體積的合并而對地 下地層的被加熱部分增壓。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，還包括如下步驟檢測在地下地層的 被加熱部分中的流體的粘度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述檢測被加熱部分中的流體的粘度的步驟包括進(jìn)行核磁共振測量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述給地下地層的被加熱部分增 壓的步驟包括響應(yīng)于對流體粘度的檢測，給地下地層的被加熱部分增壓。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中在地下地層的所述部分中產(chǎn)生熱 量的步驟包括基于地下地層的所述部分的溫度加熱地下地層的所述部分。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中收集流體的樣本的步驟包括在 頂替流體進(jìn)入所述至少一個地層接口之前收集流體的樣本。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述頂替流體包括氮?dú)?、二氧化碳、蒸汽或二溴乙烷中的至少一種。
10. —種用于對來自地下地層的流體進(jìn)行采樣的設(shè)備，包括 地層接口，用于以液壓的方式連接到地下地層；多個電極以及線圈中的至少一個，用于通過歐姆加熱和電介質(zhì)加熱中的一種方式在地下地層的部分中產(chǎn)生熱量；收集容器，用于保持經(jīng)由地層接口從地下地層中提取的流體樣本；以及增壓裝置，用于將頂替流體注入地下地層，以朝向收集容器推進(jìn)流體 樣本。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述多個電極以及線圈中的至 少一個包括與井下工具的主體電絕緣的多個電極，且其中地層接口被置于 所述電極之間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述多個電極以及線圈中的至 少一個與地層接口成一體。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述電極以及線圈中的至少一個被置于采樣探針和注入探針之間。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，還包括用于保持頂替流體的流體容器。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述電極以及線圈中的至少一 個包括聚焦電極。
16. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，還包括用于檢測在地層接口處的壓 力的壓力傳感器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，還包括用于測量地下地層的所述部 分的溫度的溫度傳感器。
18. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，還包括用于測量在地下地層的被加 熱部分中的流體的粘度的粘度測量單元。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述粘度測量單元包括核磁共振裝置。
20. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述多個電極以及線圈中的至 少一個包括多個電極，所述多個電極設(shè)置用于提供在所述電極之間流動的 電流的交疊。
21. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述頂替流體包括氮?dú)?、二?化碳、蒸汽或二溴乙垸中的至少一種。
22. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述收集容器包括采樣活塞， 所述采樣活塞配置用于減小與地層接口相關(guān)聯(lián)的采樣流體的寄生體積。
23. —種用于對地下地層中的流體進(jìn)行采樣的方法，包括如下步驟 加熱地下地層的部分；通過將頂替流體注入地下地層給地下地層的被加熱部分增壓；以及 收集由頂替流體移動的流體的樣本。
24. —種用于對來自地下地層的流體進(jìn)行采樣的設(shè)備，包括 地層接口，以液壓的方式連接到地下地層；加熱器，配置用于將熱量提供給地下地層的部分； 收集容器，用于保持從地下地層經(jīng)由地層接口提取的流體樣本；以及 增壓裝置，用于將頂替流體注入地下地層，以朝向收集容器推進(jìn)流體 樣本。
25. —種用于對地下地層中的流體進(jìn)行采樣的方法，包括如下步驟.-降低地下地層的部分中的流體的粘度；通過將頂替流體注入地下地層給具有被降低了粘度的流體的地下地 層的所述部分增壓；以及收集由頂替流體增壓的流體的樣本。
全文摘要
一種用于對地下地層中的流體進(jìn)行采樣的方法，包括步驟降低流體的粘度；給地下地層的一部分增壓；以及收集流體樣本。具體地，降低地下地層的一部分中的流體的粘度，并通過將頂替流體注入地下地層來給地下地層的一部分增壓。然后收集由頂替流體增壓的流體的樣本。
文檔編號E21B49/08GK101225739SQ20081000127
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月17日
發(fā)明者亞歷山大·F·扎照維斯基, 安東尼·羅伯特·福爾摩斯·古德溫, 雅克·R·塔巴努 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司