本發(fā)明涉及一種用于在井的井下流體取樣或流體噴射的多功能井下電纜工具。本發(fā)明還涉及一種用于在井下流體取樣或流體噴射的井下系統(tǒng)和使用根據(jù)本發(fā)明的多功能井下電纜工具的噴射方法。

背景技術：

當執(zhí)行井下操作時，工具管柱裝配成執(zhí)行特定操作，并且為了執(zhí)行另外的操作，需要將工具管柱帶到地面以與另一工具裝配來執(zhí)行所述另外的操作。在兩種操作之間再裝配工具管柱和將工具管柱運到地面和從地面運走兩者都是消耗時間并且因而昂貴的，因為石油鉆機在操作期間不生產(chǎn)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是完全或部分地克服現(xiàn)有技術的上述缺點和不足。更具體地，本發(fā)明的目的是提供一種改進的井下工具，其能夠執(zhí)行多種操作，而不需要被帶到地面進行再裝配。

將從下面的描述中變得顯而易見的上述目的和眾多的其它目的、優(yōu)點和特征通過根據(jù)本發(fā)明的方案來實現(xiàn)，即借助于用于流體取樣和流體噴射的多功能井下電纜工具來實現(xiàn)，所述多功能井下電纜工具包括：

–具有泵開口的泵，以及

–流體腔室，其用于收集流體樣品或存儲待噴射的流體，所述流體腔室具有與泵開口連接的第一腔室端部和包含用于與井流體連通的腔室開口的第二腔室端部，其中所述流體腔室具有腔室壁并且包括：

–將流體腔室分成第一腔室區(qū)段、第二腔室區(qū)段和第三腔室區(qū)段的第一活塞和第二活塞，所述第一活塞與第一活塞桿的第一端連接，第二活塞與第二活塞桿的第一端連接，

–配置成支承第一活塞桿的第一支承件，

–配置成支承第二活塞桿的第二支承件，以及

-設置在第一活塞和第一支承件之間的第一彈簧以及設置在第二活塞和第二支承件之間的另一第一彈簧，以使得當泵提供在活塞上的一定的壓力差時，迫使活塞朝一個方向移動，因此觸發(fā)第一彈簧的彈力并且允許流體從一個腔室區(qū)段流向另一腔室區(qū)段，以用于至少在第一腔室區(qū)段或第三腔室區(qū)段收集流體樣品或用于噴射至少在第二腔室區(qū)段中提供的流體。

通過在活塞和支承件之間布置彈簧，彈力被觸發(fā)成使得當泵停止時，迫使活塞進入其初始封閉位置，因此密封第二腔室區(qū)段。因此當輸送待噴射流體時，第二腔室區(qū)段也被密封。

另外，泵可提供在第一腔室區(qū)段中的抽吸壓力，并且沿朝向所述泵的一個方向在活塞上施加力，從而允許流體分別地從第二腔室區(qū)段流入第一腔室區(qū)段和從第三腔室區(qū)段流入第二腔室區(qū)段。當泵提供在第一腔室區(qū)段內(nèi)的抽吸壓力時，流體被抽吸到第三腔室區(qū)段中。

同樣地，泵可提供在第一腔室區(qū)段中的壓縮壓力，并且使活塞在遠離所述的泵的相反方向中移動，從而允許流體分別地從第一腔室區(qū)段流入第二腔室區(qū)段和從第二腔室區(qū)段流入第三腔室區(qū)段。

當泵提供在第一腔室區(qū)段中的壓縮壓力時，流體從第三腔室區(qū)段噴射出來。

如上所述的多功能井下電纜工具可還包括第二彈簧，該第二彈簧與支承件鄰接并且與活塞桿的第二端連接。

另外，活塞可布置在支承件的一側并且活塞桿的第一端可穿過支承件中的孔口，活塞桿的第二端布置在支承件的相反側。

每一支承件可具有至少一個通孔，以允許流體從一個腔室區(qū)段流到另一腔室區(qū)段。

進一步地，每一支承件可包括至少一個凹陷部，該凹陷部提供用于流體從一個腔室區(qū)段到另一個腔室區(qū)段的通路。

另外，所述腔室壁可包括至少一個第一周向突伸部，該第一周向突伸部布置成在所述活塞中的一個活塞的封閉位置與該活塞相對，從而提供兩個腔室區(qū)段之間的密封。

另外，所述至少一個第一周向突伸部可朝向腔室的第一端部和第二端部漸縮。

同樣地，所述腔室壁可包括沿流體腔室的縱向延伸方向布置的至少一個凹槽，所述凹槽布置為在活塞的打開位置與所述活塞相對，在所述活塞的打開位置允許流體從一個腔室區(qū)段流入另一個腔室區(qū)段。

另外，所述凹槽可為周向的。

另外，所述腔室壁可包括兩個凹槽，當活塞在其封閉位置時，一個凹槽布置在活塞的一側，另一凹槽布置在活塞的另一側。

另外，所述活塞桿的第二端可包括將第二彈簧和該第二端連接的突出部。

另外，限定腔室壁的工具殼體可包括至少兩個殼體部件，所述殼體部件且彼此可拆卸地連接且與第二腔室區(qū)段相對。

另外，第二腔室區(qū)段可具有設置有可拆卸的塞子的出口，以用于在表面處取出樣品或使用待噴射的流體填充第二腔室區(qū)段。

另外，活塞可具有最接近流體腔室的端部的第一活塞直徑、最接近第二腔室區(qū)段的第二活塞直徑、布置在第一活塞直徑和第二活塞直徑之間的周向凹槽和布置在所述凹槽中的密封元件，所述第二活塞直徑小于所述第一活塞直徑，以允許流體從所述第二腔室區(qū)段經(jīng)過第二活塞直徑并且朝向腔室壁迫壓/推動密封元件。

另外，剪切銷或剪切盤可布置在活塞桿中的凹槽中以阻止活塞發(fā)生不期望的滑動。

另外，腔室的內(nèi)表面和活塞的表面可包括一層陶瓷，例如S_iO(氧化硅)或玻璃。

本發(fā)明還涉及一種用于在井的井下流體取樣和流體噴射的井下系統(tǒng)，其包括：

–如上所述的多功能井下電纜工具，以及

–井下驅動單元，例如用于在井中推進系統(tǒng)前進的井下牽引器。

本發(fā)明還涉及一種使用如上所述的多功能井下電纜工具的取樣方法，其包括如下步驟：

–將所述工具布置在井中的預定位置處，

–借助泵在第一腔室區(qū)段中提供抽吸壓力，

–迫使第一活塞朝向所述泵移動，以允許井流體從第二腔室區(qū)段流向第一腔室區(qū)段，以及

–迫使第二活塞朝向所述泵移動，以允許井流體從第三腔室區(qū)段流向第二腔室區(qū)段，通過在流體腔室的第二端部中的開口抽吸井流體進入第三腔室區(qū)段并且進一步進入第二腔室區(qū)段。

最后，本發(fā)明還涉及一種使用如上所述的多功能井下電纜工具的噴射方法，其包括如下步驟:

-使用流體填充第二腔室區(qū)段，

-將工具布置在井中的預定位置處，

-借助泵在第一腔室區(qū)段提供壓縮壓力，

-迫使第一活塞遠離泵，以允許井流體從泵進入第二腔室區(qū)段，以及

-迫使第二活塞遠離泵，以允許井流體從第二腔室區(qū)段進入第三腔室區(qū)段并且通過在流體腔室的第二端部中的開口流出。

附圖說明

下面將參考后附的示意圖更詳細地描述本發(fā)明及其許多優(yōu)點，所述示意圖出于示例目的僅示出了一些非限制性的實施例，圖中：

圖1示出了多功能井下電纜工具的截面圖，

圖2示出了在噴射模式下的圖1的多功能井下電纜工具，

圖3示出了在取樣模式下的圖1的多功能井下電纜工具，

圖4示出了沿圖1中線A-A的截面圖，

圖5示出了另一多功能井下電纜工具的截面圖，

圖6示出了另一多功能井下電纜工具的截面圖，

圖7示出了另一多功能井下電纜工具的截面圖，

圖8示出了另一多功能井下電纜工具的截面圖，

圖9示出了具有如在圖10中所示的特殊活塞設計的另一多功能井下電纜工具的截面圖，

圖11示出了一種井下系統(tǒng)，以及

圖12示出了用于支承活塞桿的支承件，

所有的附圖是高度示意性的，未必按比例繪制，并且它們僅示出了闡明本發(fā)明所必需的那些部件，省略或僅暗示了其它部件。

具體實施方式

圖1示出了用于在井2的井下流體取樣和/或流體噴射的多功能井下電纜工具1。所述工具的雙功能可以一次執(zhí)行。所述多功能井下電纜工具1包括具有泵開口5的泵4并且所述泵與包括在工具殼體30中的流體腔室6連接。所述流體腔室用于在井下收集流體3的取樣或者存儲在井下待噴射的流體3。流體腔室6具有與通過泵4的開口5流體連接的第一腔室端部7和包含腔室開口9的第二腔室端部8，該腔室開口9布置為靠近井2的底部并且配置成提供與工具周圍環(huán)境的流體連通。流體腔室6具有腔室壁10并且包括第一活塞11和第二活塞12，所述第一活塞和第二活塞將流體腔室分為第一腔室區(qū)段13、第二腔室區(qū)段14和第三腔室區(qū)段15。該第一腔室區(qū)段13與泵4流體連接并且第三腔室區(qū)段15和開口9流體連接。第一活塞11與第一活塞桿17的第一端16連接，并且第二活塞與第二活塞桿19的第一端18連接。第一支承件20沿第一活塞桿17可滑動地布置以用于支承所述第一活塞桿，并且第二支承件21沿第二活塞桿19可滑動地布置以用于支承第二活塞桿。在第一活塞11和第一支承件20之間設置有第一彈簧22，22a，在第二活塞12和第二支承件21之間設置有另一第一彈簧22，22b，使得當泵4在活塞上產(chǎn)生壓力差時，迫使活塞沿一個方向移動，因而觸發(fā)第一彈簧的彈力并且允許流體從一個腔室區(qū)段流入另一個腔室區(qū)段。

通過設置由泵送方向機械地啟動的兩個活塞，在活塞之間設置流體腔室區(qū)段，以能夠截留流體，即，吸入流體樣品或截留通過腔室開口待噴射的流體。因此，待從井下工具被噴射的流體至少布置在第二腔室區(qū)段中并且來自井的流體樣品被至少吸入到第一腔室區(qū)段中和/或第三腔室區(qū)段中。當操作時，工具將流體抽吸到優(yōu)選地為所有腔室區(qū)段中，或者工具將至少在第二腔室區(qū)段中截留的流體或者優(yōu)選地還有在第一腔室區(qū)段和第三腔室區(qū)段中截留的流體噴射出工具。待噴射的流體例如乙醇在輸送過程中不與井流體自然混合，因此即使如果第三腔室區(qū)段填充有乙醇流體，盡管第三腔室區(qū)段與井的周圍環(huán)境連通，流體也不會混合。取決于從哪個泵送方向噴出工具，泵保持泵送在第一腔室區(qū)段中或在第三腔室區(qū)段中的流體。通過這種方式，流體優(yōu)選被吸入到第一腔室區(qū)段、第二腔室區(qū)段和第三腔室區(qū)段中，至少直到流體樣品截留在第二腔室區(qū)段中。

將活塞布置在活塞和支承件之間提供了一種簡單的機械解決方案，其中彈力被觸發(fā)成當泵不運行時，活塞被迫移動到其初始封閉位置中，因此密封第二腔室區(qū)段，即，流體腔室區(qū)段截留流體樣品或待噴射到井中的流體。

當噴射流體例如來溶解在井2中的氫氧化合物堵塞物41時，如在圖2中示出的，第二腔室區(qū)段14填充有流體，例如乙醇，并且工具1布置在井2中與氫氧化合物堵塞物41相對。然后啟動泵4以提供壓縮壓力，因此使第一活塞11沿相反方向遠離泵4，允許流體從第一腔室區(qū)段13流入第二腔室區(qū)段14，同時，第二活塞12也遠離泵4，以允許流體從第二腔室區(qū)段14流入第三腔室區(qū)段15，如用箭頭標示的。工具1周圍的井流體以這種方式通過泵的出口44被吸入到第一腔室區(qū)段13中，越過第一活塞11并且通過第一支承件20進入到第二腔室區(qū)段14并且與含乙醇流體混合。在第二腔室區(qū)段14中的混合流體3流動越過第二活塞進入第三腔室區(qū)段15，然后通過第二支承件21并且通過在第二腔室端部8中的開口9流出，并隨后朝向氫氧化合物堵塞物41噴射以溶解氫氧化合物堵塞物41。取決于噴射操作的目的，第二腔室區(qū)段14可以在地面填充有各種清潔流體。開口9可設置有剪切盤、翼片件、閥等。另外，取決于泵送方向，噴射也可通過泵的出口44發(fā)生。但是，如果待被泵送出工具的流體是酸，流體從開口9噴出，以使得酸不會進入泵。

當獲取井下樣品時，工具1被浸入到井2中并且被布置在其中要獲取樣品的預定位置。然后，泵4提供抽吸壓力，從而使第一活塞11沿朝向泵4的方向移動，如在圖3中示出的，以允許流體從第二腔室區(qū)段14流入第一腔室區(qū)段13，而第二活塞2也朝向泵4移動，允許流體從第三流體腔室區(qū)段15流入第二腔室區(qū)段14，如箭頭所標示的。工具1周圍的井流體以這種方式通過腔室開口9被吸入到流體腔室6中，進入第三腔室區(qū)段15，經(jīng)過第二支承件21，然后經(jīng)過第二活塞12，并且隨后進入到第二腔室區(qū)段14中。在第二腔室區(qū)段14中流體經(jīng)過第一支承件20，然后經(jīng)過第一活塞11，并隨后流入到泵開口5中，并且通過在泵4中的出口44流出。泵繼續(xù)將流體泵送到流體腔室6中以確保在工具1中于表面處出現(xiàn)的所有流體與井流體進行交換，然后泵停止，然后彈力使第一和第二活塞11、12回到它們的封閉位置，因此密封包括流體樣品的第二腔室區(qū)段14。另外，取決于泵送方向，取樣也可以通過泵的出口44的發(fā)生。

泵由通過電纜57供電的電機56驅動。為了使泵從提供抽吸壓力轉換到提供壓縮壓力，僅僅需要轉換泵的旋轉，該轉換可以在井下操作而不需要將工具帶到地面，因此節(jié)約了大量的操作時間。

如在圖1-3中示出的，第一活塞11布置在第一支承件20的一側，第一活塞桿17的第一端16穿過在第一支承件中的孔口23。第一活塞桿17的第二端24布置在第一支承件20的相對側。第二活塞12通過相同的方式布置在第二支承件21的一側，并且第二活塞桿19的第一端18穿過在第二支承件21中的孔口23。第一活塞桿的第二端24布置在第一支承件20的相對側。通過這種方式，支承件能夠在和活塞一起相對于泵前后移動的同時支承和控制活塞桿。

為了允許流體流過支承件，每一支承件具有至少一個通孔25，以在當活塞在它們的打開位置時允許流體從一個腔室區(qū)段流入另一腔室區(qū)段。因此，即使活塞在它們的封閉位置，流體能夠通過所述支承件。

在圖1-3中，當活塞在它們的打開位置時流體能夠通過活塞，如在圖2和3中示出的，因為腔室壁包括沿著流體腔室6的縱向方向28(在圖1中示出)布置的至少兩個凹槽27，當活塞在其封閉位置時一個凹槽布置在活塞的一側，如在圖1中示出的，并且另一凹槽布置在活塞的另一側。為了提供越過活塞的流體通道，在活塞的打開位置活塞與凹槽相對布置。圖4是圖1沿A-A線截取的截面圖，示出了凹槽27的排布。

彈簧的特征參數(shù)可以尺寸設計為適于井下壓力，以使得工具在井中上下移動時，即使井壓力變化，活塞仍保持在它們的密封和封閉位置，將流體截留在第二腔室區(qū)段中。

在圖1中，第一支承件20布置在第二腔室區(qū)段14中并且第二支承件21布置在第三腔室區(qū)段5中。在圖6中，第一支承件20布置在第一腔室區(qū)段13并且第二支承件21布置在第二腔室區(qū)段14中。

在圖1-3中，限定腔室壁的工具殼體30包括至少兩個殼體部件30a，30b。所述殼體部件彼此可拆卸地連接且與第二腔室區(qū)段14相對，使得可以通過拆除兩個殼體部件30a，30b從第二腔室區(qū)段14收集流體樣品。第二腔室區(qū)段還可以通過設置有可拆卸塞子32的出口31而排空或填充，以在表面處取出樣品或使用待噴射的流體填充第二腔室區(qū)段14。通過移動活塞，第一腔室區(qū)段和/或第三腔室區(qū)段兩者也能夠被排空。

在圖5中，多功能井下電纜工具1還包括與第一支承件20鄰接并且與第一活塞桿17的第二端24連接的第二彈簧29，和與第二支承件21鄰接并且與第二活塞桿19的第二端24連接的另一第二彈簧29。

圖1-3的第一彈簧都是可以壓縮和伸展的，而同時產(chǎn)生用于當所述泵未被啟動時使活塞回到它們的封閉位置的彈力。在圖5中，當?shù)谝粡椈蛇h離泵移動時(在噴射模式中)，第一彈簧被壓縮，并且當活塞向泵移動時(在取樣模式中)，第二彈簧被壓縮。

在圖1-5中，腔室壁10設置有凹槽并且在圖6中，腔室壁包括兩個第一周向突伸部26，在活塞的封閉位置，所述第一周向突伸部布置為與其中一個活塞相對，提供兩個腔室區(qū)段之間的密封。一旦圖6中活塞朝向或遠離泵移動，允許流體沿著活塞的周向通過活塞。這是由于第一軸向突伸部朝向腔室的第一端部和第二端部漸縮。

另外，在圖6中示出的多功能井下電纜工具1設置有在活塞桿的第二端處的突出部35，該突出部將第二彈簧和第二端連接并且當?shù)诙椈杀粔嚎s時阻止第二彈簧離開活塞桿的第二端。

在圖7中，第一支承件20布置在第一腔室區(qū)段13中，并且第二支承件21布置在第二腔室區(qū)段14中。腔室壁設置有如在圖4的截面圖中示出的相同的凹槽27。

在圖8中的支承件與活塞桿的第二端連接，并且第一彈簧與在腔室壁10中的突出部47和支承件連接，以使得彈簧提供可縮回和可壓縮的彈力。因此，在圖8中支承件和活塞一起移動。

在圖9中，第一活塞和第二活塞11,12具有最接近流體腔室的端部的第一活塞直徑D₁和最接近第二腔室區(qū)段的第二活塞直徑D₂?；钊O置有其中布置有密封元件24的周向凹槽。因此，凹槽布置為在第一直徑和第二直徑之間。第一活塞直徑小于第二活塞直徑，允許流體從第二腔室區(qū)段通過第一活塞直徑并且朝向腔室壁推動密封元件，如在圖10的放大視圖中示出的。

通過使第一活塞直徑小于第二活塞直徑，當工具回到井的頂部時，流體樣品具有大于井流體很多的壓力，以助于向外擠壓密封元件，從而提供第二腔室區(qū)段和另一腔室區(qū)段之間的更好的密封，這是由于流體樣品和周圍環(huán)境井流體之間的壓力差增加。

在圖12中，示出了具有凹陷部43的第一支承件20。凹陷部43和使用虛線示出的工具殼體一起形成流體通路45，以使得當支承件布置在工具殼體中時流體能夠通過支承件。第二支承件與在圖12中示出的第一支承件相同。

如可以在圖5中看到的，在活塞桿的凹槽中布置有剪切銷或剪切板，以阻止活塞不希望的滑動直到達到特定的壓力，在該特定壓力下時，允許剪切銷或剪切盤和活塞滑動。當工具在井管狀結構向下移動或生產(chǎn)套管向下移動期間，工具可以經(jīng)常碰撞到限制部、凸出部等，并且通過設置剪切剪銷或剪切盤，在這些碰撞期間，活塞不會無意地移動并且在第二腔室中截留的流體因此不會泄露。

另外，腔室的內(nèi)表面和活塞的表面可包括一層陶瓷，例如SiO或玻璃。這些腔室因此能夠裝載酸或腐蝕性流體。

流體或井流體是指存在于油井或氣井井下的任何類型的流體，如天然氣、石油、油基泥漿、原油、水等。氣體是指存在于井、完井、或裸井中的任何類型的氣體組分，并且油是指任何類型的油組分，例如原油，含油流體等。氣體、油和水流體可因此均分別包括除氣體、油和/或水之外的其它元素或物質(zhì)。

在工具沒有完全沒入到套管中時，可以使用驅動單元51，例如井下牽引器以將工具完全推到井中的合適位置處，如在圖11中示出的，以推進井下系統(tǒng)100在井或套管55中前進。井下牽引器可具有設置有輪的可伸出臂52，其中輪53接觸套管55的內(nèi)表面以推進牽引器和工具在套管中前進。井下牽引器可以是能夠在井的井下推動或拉動工具的任何種類的驅動工具，例如Well

套管、生產(chǎn)套管或井管狀結構表示在井下使用的與石油或天然氣生產(chǎn)相關的任何種類的管、管道、管狀件、襯管、管柱等。

盡管上面結合本發(fā)明的優(yōu)選實施例對于本發(fā)明進行了描述，顯而易見的，本領域的普通技術人員可以想到若干種修改而不偏離下面權利要求所限定的本發(fā)明的范圍。