專利名稱：井下傳感器系統(tǒng)及其方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于評估和測試地層以為了勘探和開采烴生產(chǎn)井例如油或者氣井的地質地層的取樣和分析的領域。更特別地，本公開涉及利用具有配置或者設計為具有離散的、獨立的、具有個體控制和通信功能的傳感器的傳感器陣列的井下設備的方法和系統(tǒng)。在此，本公開提供用于利用配置或者設計用于井下油田應用的即插即用構型的測井工具的井下傳感器系統(tǒng)結構。
背景技術：
井下取樣和分析是典型地用于確定具有烴沉積物的地質地層的特征和屬性的重要的且有效率的調查技術。在此，典型的油田勘探和開采包括用于確定烴藏儲的巖石學、礦物學和流體學屬性的井下取樣和分析。這樣的特征對于烴藏儲地層的經(jīng)濟可用性的精確評估是密不可分的。典型地，流體例如油、氣和水的復雜混合物在井下在藏儲地層中被發(fā)現(xiàn)。井下流體，其也可以稱作地層流體，除了其它流體屬性之外，具有包括壓力、溫度、體積的特征。為了評價圍繞鉆孔的地下地層，通常希望評估流體的特征，包括組分分析、流體屬性和相特性。例如在美國專利3，780，575和3，859，851中公開了一種有線地層測試工具，并且Schlumberger 的 Reservoir Formation Tester (RFT) and Modular formation DynamicsTester(MDT)是這樣的工具的例子。在井下取樣和分析的最新發(fā)展包括用于隔離井眼或者鉆孔中的井下地層流體并評估該流體的特征的技術。在此，MDT可包括一個或多個流體分析模塊,例如Schlumberger的 Composition Fluid Analyzer (CFA) and LiveFluid Analyzer (LFA),以當流體仍位于井下時分析通過工具取樣的井下流體。在這樣的井下取樣和分析模塊中，被在井下取樣和分析的地層流體流動通過與取樣和分析模塊相關聯(lián)的傳感器模塊。這樣的井下取樣和分析模塊還典型地包括其它的傳感器類型以獲得關于地質地層的相關的重要數(shù)據(jù)。在上方描述類型的典型傳感器模塊中，傳感器是所述模塊的一體部分，并且井下工具配置或者設計用于通過固定和特定的傳感器構型進行操作。在此，傳感器單元的增加或者移除要求重新設計和重新配置包括與工具相關的控制和通信功能的工具。增大傳感器陣列的尺寸意味著總的工具尺寸必須增大以容納額外的傳感器單元。類似地，一個或多個傳感器單元的修理要求整個工具被裝運或者轉運以便進行需要的操作。此外，新的傳感器設計的實地測試通過構建包括新的傳感器的新的工具原型而完成，這增加了對新傳感器開發(fā)和測試的復雜性。因為新的傳感器的設計和開發(fā)已經(jīng)發(fā)展并且井下分析的能力已經(jīng)增長，已經(jīng)感覺到一種對提供容易的傳感器連接和移除的柔性的且可配置的井下工具結構的需求。在此，作為具有獨立控制和通信能力的離散的單元的井下傳感器的可用性將消除用于井下分析的典型的固定結構的傳感器系統(tǒng)中存在的一些限制。相應地，將認識到，存在一種希望，即改進傳統(tǒng)的井下傳感器系統(tǒng)，以為了使得該系統(tǒng)更加柔性并且更加適用于井下應用。本申請人認識到，上面描述類型的現(xiàn)有井下系統(tǒng)可以通過實施新的機械、電和軟件基礎結構而得以改進，這有利于基于即插即用結構的離散的、模塊化的傳感器單元。
在前面提及的傳統(tǒng)系統(tǒng)的限制并不是窮舉的，而是會降低以前已知的井下系統(tǒng)的效率的許多限制中的一部分。但是，上面內(nèi)容足以表明，在過去既有的井下傳感器系統(tǒng)將值得予以改進。

發(fā)明內(nèi)容
針對上面討論的背景技術以及井下取樣和分析系統(tǒng)領域已知的其它因素，本公開提供一種關于用于地質地層的井下特征的方法和系統(tǒng)的改進的傳感器系統(tǒng)結構。特別地，本公開的一些實施例提供利用新穎的傳感器陣列結構的方法和系統(tǒng)，其中所述傳感器陣列結構具有即插即用能力和具有相關通信和控制能力的離散的、獨立的傳感器元件。在本公開的一些實施例中，井下工具或者模塊配置或者設計來支持傳感器即插即用能力。在此，離散的傳感器單元被設置為具有標準化的電源、通信和機械接口 ；與井下工具的管線中的流體的標準化的接口，也就是，標準化的管線和壓力密封構型，用于井下流體分析(DFA);包括發(fā)送和接收命令/查詢給控制器的能力的獨立的通信能力；包括建立控制器和傳感器之間的初始的通信的能力以及通過包括控制器和傳感器的再配置以適應指定的傳感器單元的使用的適當順序的命令的彼此配置的能力的獨立的控制和配置能力。所述傳感器單元配置或者設計來與井下工具接口以使得硬件修改不是必需的，也就是，傳感器單元的物理安裝是標準化的。在本公開的其它的實施例中，在此公開的即插即用結構提供在各種類型的工具傳送物中使用相同類型的傳感器而不必修改工具的能力以使得可以在不同的工具系統(tǒng)之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的一致性。根據(jù)本公開的一個方面提供一種配置用于鉆孔中的井下操作的井下流體表征設備。所述設備包括具有傳感器陣列的流體分析模塊，傳感器陣列的每個傳感器配置或者設計用于探測所圍繞地層的特定特征。傳感器安置為離散的單元并與流體取樣和分析模塊的管線相關聯(lián)。每個傳感器包括與系統(tǒng)控制和遙測單元相關的個體的并且獨立的控制和通信能力。在本公開的一些方面，提供一種配置用于在鉆孔中的井下操作的井下流體表征系統(tǒng)。系統(tǒng)包括具有殼體的流體取樣和分析模塊；在殼體中的用于從地層抽回的流體流動通過在鉆孔內(nèi)的井下的流體取樣和分析模塊的管線，該管線具有用于流體進入流體取樣和分析模塊的第一末端和用于流體退出流體取樣和分析模塊的第二末端；具有多個安置為與管線流體連通以探測選擇的地層參數(shù)的傳感器的傳感器陣列；和配置或者設計用于傳感器陣列的每個傳感器的選擇性和獨立操作的控制系統(tǒng)。傳感器陣列的每個傳感器包括配置或者設計用于個體的和獨立的通信和控制的離散的傳感器單元。
在本公開的一些實施例中，傳感器陣列的每個傳感器可以具有相關聯(lián)的電子元器件模塊，所述模塊提供與控制系統(tǒng)的標準化的電子連通性。在在此的其它實施例中，相同的電子元器件模塊可以與傳感器陣列的每個傳感器相關聯(lián)。在在此的又另一實施例中，傳感器陣列的每個傳感器安置在相應的傳感器端口中以使得每個傳感器與管線流體連通。在一些方面，傳感器陣列的每個傳感器可以從殼體外面接近。在本公開的再又一實施例中，傳感器陣列的每個傳感器可以是可互換的和可更換的。
在本公開的一些實施例中，傳感器陣列的每個傳感器位于殼體內(nèi)部。進一步的實施例包括與傳感器陣列的至少一個其它的傳感器互連的傳感器陣列的每個傳感器。在在此公開的方面中，所述流體取樣和分析模塊包括傳感器塊和在傳感器塊中的配置或者設計用于保持傳感器陣列的多個傳感器的多個傳感器端口。在在此公開的又其它方面，傳感器端口和傳感器陣列的每個傳感器可以具有相應的標準化形狀以使得是可互換的。本公開的某些實施例提供位于管線上的傳感器陣列的每個傳感器。傳感器陣列的每個傳感器可位于殼體內(nèi)部，并包括電連接器和管線的一部分。多個傳感器可線性安置以使得管線部分和每個傳感器的電連接器與相應的管線部分和傳感器陣列的至少一個其它的傳感器的電連接器連接。傳感器陣列的每個傳感器可以是管狀的并且多個傳感器可以具有相同的外徑。在在此公開的一些實施例中，控制系統(tǒng)可以配置或者設計用于與用于傳感器陣列的每個傳感器的控制和通信的地表系統(tǒng)通信。在進一步的實施例中，控制系統(tǒng)可以配置或者設計來基于例如即插即用結構提供傳感器陣列的每個傳感器的位置和身份給地表系統(tǒng)。控制系統(tǒng)可以配置或者設計用于通過用于傳感器陣列的每個傳感器的控制和配置的地表系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)遙測，和/或控制系統(tǒng)可以配置或者設計為從傳感器陣列的每個傳感器采集傳感器數(shù)據(jù)。在在此公開的一些實施例中，控制系統(tǒng)可包括多個傳感器控制系統(tǒng)，每個傳感器控制系統(tǒng)集成有多個傳感器的相應傳感器。提供一種用于取樣和表征位于油田儲藏地中的井下的地層流體的工具。該工具包括流體分析模塊，其具有用于從地層抽回的流體流動通過所述流體分析模塊的管線，所述管線具有用于流體進入所述流體分析模塊的第一末端和用于流體退出所述流體分析模塊的第二末端；和具有多個安置為與所述管線流體連通以探測所選取的地層參數(shù)的傳感器的傳感器陣列，其中所述傳感器陣列的每個傳感器包括配置或者設計用于個體的和獨立的通信和控制的離散的傳感器單元。在本公開的又其它方面，提供一種配置用于在一個或者多個鉆孔中的井下操作的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括具有用于接收傳感器的第一傳感器接收器的第一工具，和具有用于接收傳感器的第二傳感器接收器的第二工具。第一和第二傳感器接收器每個具有相同的構型，并且第一和第二工具是不同類型的工具。提供一種利用井下工具的地層流體井下表征方法。所述方法包括部署用于取樣和表征位于油田儲藏地中的井下的地層流體的井下工具。所述工具包括流體分析模塊，其具有用于從地層抽回的流體流動通過流體分析模塊的管線，所述管線具有用于流體進入流體分析模塊的第一末端和用于流體退出流體分析模塊的第二末端。所述方法進一步包括提供具有多個與管線流體連通以探測選取的地層參數(shù)的傳感器的傳感器陣列；和配置用于傳感器陣列的每個傳感器的選擇的和獨立的操作的控制系統(tǒng)，其中傳感器陣列的每個傳感器包括配置或者設計用于個體的和獨立的通信和控制的離散的傳感器單元。在在此公開的一些方面，所述方法可包括輸入工具構型到控制和通信模塊中；輸入傳感器構型到控制和通信模塊中；基于傳感器構型配置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；開始工具通信；驗證工具和傳感器構型；和基于工具和傳感器構型的驗證結果開始數(shù)據(jù)采集。其它的優(yōu)點和新穎特征將在隨后的描述中提出，或者可以由本領域技術人員通過閱讀在此的材料或者實踐在此描述的原理而習得。在此描述的一些優(yōu)點可以通過在權利要求中所述的方式實現(xiàn)。


附圖示出某些實施例并且作為說明書的一部分。與下面的描述一起，附圖示出和說明本發(fā)明的一些原理。圖I是本公開的方法和系統(tǒng)的示例性操作環(huán)境的橫截面示意圖。圖2是根據(jù)本公開的用于井下工具的一種可能構型的示意圖。圖3示出根據(jù)本公開的用于地層流體的井下分析的一種可能構型。圖4A和4B示意性地示出根據(jù)本公開的井下工具模塊的又另一可能的實施例。圖5A-5D示出根據(jù)本公開的用于離散的傳感器單元的各接口構型。圖6是根據(jù)本公開的用于利用離散的傳感器單元的井下流體分析的一種可能的方法的流程圖。在整個附圖中，相同的附圖標記和描述表示相似的但不一定是相同的元件。盡管在此描述的原理受制于各種修改和替代形式，但是特定實施例已經(jīng)通過例子在附圖中示出并且在此將詳細描述。然而，應當理解，本發(fā)明并不打算限制到公開的特定形式。而是，本發(fā)明包括落在所附權利要求的范圍內(nèi)的所有修改、等同和替換。
具體實施例方式下面描述本發(fā)明的示例性實施例和方面。當然，應當認識到，在任何這樣的實際實施例的研發(fā)中，許多特定于實施例的決定必須被做出以實現(xiàn)研發(fā)者的目標，例如符合關于系統(tǒng)和關于商業(yè)的限制，其從一個實施例到另一實施例會有所不同。而且，應當認識到，這樣的研發(fā)努力會是復雜和耗時的，但是雖然如此對于具有本公開的權益的普通技術人員來說是一項常規(guī)的事項。在整個說明書中，“一個實施例”、“實施例”、“一些實施例”、“一個方面”、“方面”或
者“一些方面”意味著關于所述實施例或者方面描述的特定特征、結構、方法或者特點被包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。這樣，術語“在一個實施例中”或者“在實施例中”或者“在一些實施例中”在整個說明書的不同地方出現(xiàn)并不必須全部參照相同的實施例。而且，特定的特征、結構、方法或者特點可以在一個或多個實施例中以任何適當?shù)姆绞浇M合。詞語“包含”和“具有”應當具有與詞語“包括”相同的意思。而且，本發(fā)明的方面少于單一公開實施例的全部特征。這樣，在具體實施方式
之后的權利要求在此明確并入該具體實施方式
部分中，每項權利要求自身作為本發(fā)明的一個單獨的實施例。在此的公開涉及可以用于促進和改善地質地層的井下分析的各技術的構思。本公開慮及能夠將公開的技術應用于各種傳感系統(tǒng)，例如粘度傳感器、密度傳感器、流量計、化學物品例如H2S、C02、CH4等的傳感器、熒光檢測器、氣-油比率(GOR)傳感系統(tǒng)、光譜傳感器及其他典型地用于地下藏儲的檢測和表征的相似的傳感設備。如在整個說明書和權利要求書中使用的，術語“井下”表示地下環(huán)境，特別地，在井眼中?！熬鹿ぞ摺狈悍旱赜糜诒硎居糜诘叵颅h(huán)境的任何的工具，包括但不限于，日志記錄工具、成像工具、聲學工具、永久監(jiān)測工具和組合工具。在此公開的各技術可以用于促進和改進在井下工具和系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集和分析。在此，提供井下工具和系統(tǒng)，其利用傳感裝置陣列，該陣列配置或者設計用于在井下傳感器工具或者模塊中容易地附連和拆卸，其中所述井下傳感器工具或者模塊被部署以為了傳感關于在鉆孔內(nèi)的井下環(huán)境和工具參數(shù)的數(shù)據(jù)的目的。在此公開的工具和傳感系統(tǒng)可以有效地傳感和存儲關于井下工具的部件以及在升高的溫度和壓力下的地層參數(shù)的特征。在油田勘探和開采中感興趣的化學物質和化學屬性也可以通過由本公開想到的傳感系統(tǒng)進行測量和存儲。傳感系統(tǒng)在此可以結合到諸如有線日志記錄工具、邊測量邊鉆井和邊日志記錄
邊鉆井的工具、常設監(jiān)測系統(tǒng)、鉆頭、鉆套、探測裝置等的工具系統(tǒng)中。為了本公開的目的，當術語有線、電纜線、滑線(slickline)或者盤繞管子或者傳送物的任一被使用時，應當理解，所提及的部署裝置或者任何適當?shù)牡刃аb置的任一可以用于本公開而不超出本發(fā)明的精神和范圍。本公開的某些方面能夠應用于利用諸如Schlumberger的ModularFormationDynamics Tester(MDT)中的流體取樣和分析模塊在諸如井下流體取樣和分析的領域的油田勘探和開米。如前面提及的，本公開的傳感系統(tǒng)配置和設計來用于附連到現(xiàn)有的工具串。在此，可以解決用戶對增加到工具串的新的傳感器的需求，其中所述工具串通過簡單地布置新的傳感器到工具串中而在實地部署。總的工具成本和工具長度可以降低，因為為了通過增加新的傳感器而增加傳感器的數(shù)量并不需要額外的模塊。此外，試驗原型或者工程原型傳感器可以被部署以通過利用關于傳感器的附連和配置的簡單的程序而簡單地布置新的傳感器在工具串中而進行實地測試。這樣的能力縮短了開發(fā)時間并降低向著新的傳感系統(tǒng)的商業(yè)化的研發(fā)成本。在在此公開的一些實施例中，傳感器陣列的每個傳感器可以具有相關聯(lián)的電子元器件模塊，該模塊提供與傳感器控制系統(tǒng)的標準化的電子連接。在此，通過利用用于傳感器陣列中的每個傳感器的相同的標準化的電子元器件模塊，模塊化傳感器系統(tǒng)的靈活性被最大化。在某些情形下，相同的標準化的傳感器模塊用于所有的傳感器場合會是不實際的。例如，各種傳統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)用于既有的井下傳感系統(tǒng)中。進一步地，不斷進行的傳感器研發(fā)可能并不提供完全與模塊化傳感器系統(tǒng)的電子元器件完全兼容的傳感器。因此，在其中兼容性在傳感器電子元器件中并不可實現(xiàn)的情形中，本公開提出將標準化的電子元器件模塊用于傳感器陣列的每個傳感器。本申請人已經(jīng)注意到可以由本公開的標準化的電子元器件模塊解決的各種類型的電子兼容性問題。例如，兼容性問題出現(xiàn)在工具通信和/或工具控制類型中的電子電力供應例如電壓、功率、大地隔離等中，出現(xiàn)在特定的工具需求例如工具給電、工具復位、工具程序設計等中。為了解決這些問題，本公開提出一種適當尺寸的標準電子元器件模塊，其定位在每個傳感器上以使得在傳感器陣列中的傳感器之間的差異盡可能地被消除。因為標準的電子元器件模塊將提供用于全部類型的傳感器的統(tǒng)一的連接性，既有傳感器、新研發(fā)的傳感器以及將來的模塊化傳感器可以用于本公開的井下傳感系統(tǒng)中而沒有不適當?shù)南拗?，從而使得能夠具有在此描述的即插即用的能力。本公開想到利用在此公開的用于井下工具和設備的即插即用結構，其中所述井下工具和設備被用于不同的油田應用中，例如，有線藏儲監(jiān)測或者生產(chǎn)日志記錄、鉆井和測量、完井等。在此，具有不同傳送物的不同類型的工具可以容易地用于相同類型的傳感器。對于這樣的系統(tǒng)，例如，壓力讀取可以在測井 操作中通過插接到有線工具中的壓力傳感器進行。監(jiān)測工具然后可以配以相同類型的傳感器，因為在纜線和監(jiān)測工具中用于該類型的傳感器的接收器會是相同的。更進一步地，相同的原樣的傳感器可以通過簡單地將其從一個工具拔下并插接到另一工具上而用于各工具中。通過上述系統(tǒng)，將易于關聯(lián)通過不同工具接收的數(shù)據(jù)，這將因此有利于藏儲的全局解釋，因為具有相同物理學意義、分辨率、精度的相同類型的測量結果可以通過井下工具系統(tǒng)獲得。而且，這樣的數(shù)據(jù)可以利用傳統(tǒng)的軟件進行譯碼以提供好得多的藏儲評估作為給客戶的回應產(chǎn)品。如在下面進一步詳細描述的，本公開的即插即用傳感器可以用于各種類型的傳送系統(tǒng)中以利用相同傳感器或者相同類型的傳感器獲得測量結果。在此，具有相同設計和校準特征的傳感器將通過傳送系統(tǒng)提供相似的數(shù)據(jù)。本公開進一步思及能夠將公開的技術應用于常設的監(jiān)測系統(tǒng)、海底管線或者完井，在那里在部署傳感器承載器后多個傳感器可以被降低或者改變或者維修而沒有過多的停工期或者復雜的工具替換和重配置。現(xiàn)轉到附圖，其中相同的附圖標記表示相同的部分，圖I是本公開的示例性操作環(huán)境的橫截面的示意圖，其中鉆孔工具20在具有鉆孔或者井眼12的鉆井工地懸置在纜線22的末端。圖I示出一種可能的設置，通過本公開可以想到其它的操作環(huán)境。典型地，鉆孔12包含諸如水、泥漿過濾物、地層流體等的流體組合。鉆孔工具20和纜線22典型地相對于鉆井工地處的服務車輛(未示出)而進行結構設計和安置。圖I的示例性系統(tǒng)可以用于地層流體的井下分析和取樣。鉆孔系統(tǒng)包括鉆孔工具20，其與遙測和控制裝置和電子元器件以及地表控制和通信設備(在圖I中總的表示為“計算機系統(tǒng)”)相關聯(lián)，可以用于測試地球地層和分析來自地層的流體的組分這樣的系統(tǒng)的一個例子是上述的Schlumberger的MDT工具。鉆孔工具20典型地從卷繞在絞車(未示出)上的多導體日志記錄電纜或者纜線22的下端懸置在鉆孔12中。日志記錄纜線22典型地電耦合到具有用于鉆孔工具20的適當?shù)碾娮釉骷吞幚硐到y(tǒng)的地表電氣控制系統(tǒng)。鉆孔工具20包括罩住在圖I中示意性地示出的各電子元件和模塊的長型主體26，用于給鉆孔工具20提供必要的和期望的功能?？蛇x擇性地延伸的流體接納組件28和可選擇性地延伸的工具錨定構件30分別安置在長型主體26的相對兩側上。流體接納組件28能夠用于選擇性地密封或者隔離鉆孔壁12的選取部分以使得與相鄰泥土地層連通的壓力或者流體得以建立。流體接納組件28可以是單一的探針模塊29 (如在圖I中公開的)和/或包裝模塊31 (同樣在圖I中示意性地示出)。鉆孔工具的例子公開在美國專利3，780，575,3, 859，851和4，860，581中。一個或者多個流體取樣和分析模塊32設置在工具主體26中。從地層和/或鉆孔獲得的流體經(jīng)由流體分析模塊32流動通過管線33，然后可以通過泵出模塊38的端口排出。或者，在管線33中的地層流體可以被導向到一個或多個流體收集腔室34和36，例如1、23/4或者6加侖的樣品腔室和/或六個450cc的多樣品模塊，用于接收和保持從地層獲得的流體以便輸送到地表。流體接納組件、一個或多個流體分析模塊、流徑和收集腔室及鉆孔工具20的其他操作元件通過電氣控制系統(tǒng)例如地表電氣控制系統(tǒng)24進行控制。電氣控制系統(tǒng)24及其他位于工具主體26中的控制系統(tǒng)例如可以包括關于工具20中的地層流體的特征的處理能力，如在下面更詳細地描述的。系統(tǒng)14在它的各個實施例中可包括與鉆孔工具20可操作地連接的控制處理器40?？刂铺幚砥?0在圖I中示出為控制系統(tǒng)24的元件。在此公開的方法可以實施在計算機程序中，其中所述計算機程序在位于例如控制系統(tǒng)24中的處理器40中運行。在操作中，程序被耦合以經(jīng)由纜線電纜22例如從流體取樣和分析模塊32接收數(shù)據(jù)，以及傳輸控制信號到鉆孔工具20的操作元件。計算機程序可以存儲在與處理器40相關聯(lián)的適當?shù)挠嬎銠C可用存儲介質上，可以存儲在外部計算機可用存儲介質上并電子耦合到處理器40以便根據(jù)需要進行使用。存儲介質可以是當前已知的存儲介質中的任何一種或多種，例如適配在磁盤驅動器中的磁盤、或者光學可讀CD-ROM、或者任何其它類型的可讀裝置，包括中切換的遠程通信鏈路上耦合的遠程存儲裝置，或者適用于在此描述的目的和對象的將來的存儲介質。在本公開的一些實施例中，在此公開的方法和設備可以實施在Schlumberger的地層測試工具即Modular Formation Dynamics Tester (MDT)的一個或多個流體取樣和分析模塊中。在此，地層測試器，例如MDT，可以設置有改進的關于地層流體的井下表征和地層流體樣品的收集的功能。地層測試工具可以用于連同地層流體的井下表征對地層流體取樣。本公開提供具有多個用于如圖I所示的井下流體分析器的離散的傳感器的方法和設備。傳感器陣列的每個傳感器被配置或者設計用于通過利用即插即用技術而獨立的連接和移除，并包括控制和通信功能，其使得傳感器能夠分別進行控制和配置。圖2示出根據(jù)本公開的傳感器構型的一個實施例。在圖2中本公開的總的構思被示出，其中各個傳感器直接安裝在管線上并可以定位在工具殼體(未示出)內(nèi)部或者可以能從工具殼體外面接近(如圖3所示)。如在圖2的示例性實施例中示出的，每個傳感器可以分別地連接或者附連到管線并可以配置或者設計為與地表設備單獨地或者通過控制板進行通信。在傳感器陣列中的每個傳感器可以設置有即插即用能力并可配置或者設計為以使得具有獨立控制和通信特征。在此，標準化的傳感器形狀和/或標準化的接收器或者插座可以根據(jù)在此公開的原理提供或者不提供。在圖2的實施例中，可以在管線和遙感器包之間提供標準的機械接口以使得傳感器包具有顯著的設計靈活性而不會增大工具復雜性。圖3示出用于井下流體取樣和分析的地層測試工具的一種可能的構型。流體分析器模塊包括在如圖I所示的工具串中并包括具有用于井下流體分析的多個傳感器的傳感器陣列。在一個可能的構型中，如圖3所示，一個或多個傳感器(例如，圖3中的傳感器A-C)可以安裝在流體分析器模塊中的一個或者多個傳感器端口(例如，圖3中的傳感器端口 1-3)中。
本公開構想到一種可以安裝在多個傳感器端口的任何一個中的標準化的傳感器。即插即用的傳感器能力通過能夠識別安裝在特定傳感器端口上的特定傳感器的地表采集系統(tǒng)提供，而不會對現(xiàn)有系統(tǒng)進行過多的再配置或者修改。在此，地表采集系統(tǒng)具有與傳感器數(shù)據(jù)處理軟件連接以使得整個系統(tǒng)以無縫方式可靠性地且安全地進行操作的能力。在本公開的一個可能的實施例中，工具構型可以輸入到地表的計算機系統(tǒng)(再一次地，在圖I中示出)。工具構型給地表系統(tǒng)提供關于什么工具模塊被包括在了工具串中的信息，并且模塊的配置，例如，工具串的配置(如圖I所示)在工具串的井下部署之前被輸入到地表控制系統(tǒng)。關于流體分析器傳感器的構型也可以輸入到地表計算機，例如，在流體分析器模塊(如圖3所示)中的傳感器的順序和位置被輸入到地表控制系統(tǒng)中。在此，本公開構想到各種可能性以使得構型數(shù)據(jù)可以通過操作者手動輸入和/或可以通過利用適當?shù)募床寮从霉δ苤苯佑删鹿ぞ咛峁?。在任一情形下，地表計算機連接與安裝的傳感器相關聯(lián)的資料處理軟件。這樣的資料處理軟件可以配置或者設計用于處理來自井下工具和
傳感器的數(shù)據(jù)。與每個傳感器或者傳感器模塊相關聯(lián)的傳感器電子元器件被配置或者設計來通過利用適當?shù)臄?shù)據(jù)遙測來提供傳感器數(shù)據(jù)到地表系統(tǒng)。與井下工具的通信通過地表計算機開始以檢驗工具和傳感器構型是否正確。一旦井下工具和工具和傳感器構型被精確地檢驗和驗證，地表計算機開始從井下工具采集數(shù)據(jù)。以這種方式，使用即插即用類型結構的容易性在地表數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和具有在傳感器陣列中的多個傳感器的井下工具之間提供。在圖3的實施例中，工具結構設置成用于支撐用于模塊化傳感器塊中的即插即用傳感器(A，B，C)的三個縫槽或者杯。注意到，傳感器和傳感器縫槽的數(shù)量并不限于三個，可以提供期望的任何數(shù)量。傳感器設計和尺寸以及傳感器縫槽是標準化的以使得可以安裝個體的傳感器到設置在傳感器塊中的任何的傳感器空間中。圖3的傳感器和傳感器縫槽可以直接從工具殼體之外接近，不必從殼體中抽出的電子元器件機殼(chassis)以為了安裝或者移除傳感器。圖3還示出具有與傳感器A-C不同構型的另一傳感器D。傳感器D安裝在塊中的傳感器端口中，但是不能從工具殼體之外直接接近。但是，傳感器D具有小的包裝尺寸，具有普通的電子元器件和導線接口，從而該傳感器構型提供額外的能力。在傳感器D的例子中，即插即用能力被保持用于傳感器結構的電子元器件和/或軟件部分，以使得整個工具長度就減小，同時模塊中的傳感器總數(shù)增大。圖4A和4B示出傳感器陣列結構，其中多個傳感器以鏈形式安置在工具殼體內(nèi)部。陣列的每個傳感器包括管線和電連接部分(如圖4B所示)，所述管線和電連接部分互連井下工具串的相鄰的傳感器或者模塊。在圖4A和4B的構型中，傳感器可以通過分離或者附連連接器部分而簡單地移除或者增加。適當?shù)臋C械連接器，例如刺入式(stabber)連接器，可以用于機械地連接和保持互連的傳感器。因此，傳感器位置的配置或者再配置以及用其它的傳感器進行更換可以容易地完成而沒有過多的停工期和工具修改。而且，殼體罩圍繞互連的傳感器以使得提供機械穩(wěn)定性和防護給傳感器模塊和工具附近的人員。例如，在如圖4A和4B所示的實施例中的殼體罩給工具操作者提供安全性以防止工具內(nèi)部的爆炸性壓力。圖5A和5B示出控制板和傳感器陣列之間的結構。如上描述的，根據(jù)本公開的每個傳感器具有公共的接口、傳感器電子元器件和傳感器通信能力?？刂瓢逯闻c傳感器通信的公共接口以便控制和數(shù)據(jù)采集。例如，公共的接口可以是串行外圍設備接口(SPI)、控制器區(qū)域網(wǎng)(CAN)、RS232類型的通信協(xié)議的任何一個。傳感器導線和連接器可以對所有傳感器是公用的。因為傳感器通信協(xié)議和數(shù)據(jù)形式是相同的，控制板并不需要知道什么傳感器連接到了哪個端口?？刂瓢鍙牡乇碛嬎銠C相繼發(fā)送命令和/或查詢到每個傳感器，并順次地從互連的傳感器采集數(shù)據(jù)。采集的數(shù)據(jù)利用遙測技術發(fā)送給地表計算機。圖5B示出根據(jù)本公開的另一接口結構。由于傳感器電子元器件的復雜性，全部的傳感器電子元器件可以不安裝到傳感器包中，額外的傳感器電子元器件板可以為了該目的而提供。在圖5B的情形下，盒傳感器包括用于額外的板的開口空間。
圖5C示出根據(jù)本公開的用于傳感器陣列的又另一接口結構。在圖5C的實施例中，在傳感器陣列中的每個傳感器直接連接遙測線路以用于控制和通信功能。如圖5C所示的構型提供增加的獨立性和可配置性給陣列中的每個傳感器，因為中間電子元器件被包括在傳感器包中并且與遙測線路的直接連接是可用的。圖示出根據(jù)本公開的用于傳感器陣列的再另一接口結構。在圖的實施例中，在傳感器陣列中的每個傳感器具有與其相關聯(lián)的電子元器件模塊以使得標準化的連接被提供給控制/遙測系統(tǒng)的電子元器件。如前在上面討論的，如圖所示的構型提供增加的靈活性給陣列中的每個傳感器，因為可以使用各種傳感器，而兼容性問題很少。在此，可以想到，相同的電子元器件包可以設置在每個傳感器上，從而簡化井下傳感系統(tǒng)的總體結構。圖6是利用本公開的系統(tǒng)的用于井下流體分析的一種可能的方法。井下工具被部署用于在鉆孔中的井下數(shù)據(jù)采集。工具配置被輸入到控制系統(tǒng)(步驟100)，并且傳感器配置被輸入(步驟102)以使得整個系統(tǒng)被配置和準備用于操作(步驟104)。在工具和傳感器配置驗證后(步驟106)，開始用于井下傳感器的數(shù)據(jù)采集(步驟108)。一般地，在此公開的技術可以實施在軟件和/或硬件上。例如，它們可以實施在操作系統(tǒng)內(nèi)核中、在單獨的用戶程序中、在捆綁在遙測和/或網(wǎng)絡應用中的庫程序包中、在專門構造的設備中、或者在網(wǎng)絡接口卡上。在一個實施例中，在此公開的技術可以實施在諸如操作系統(tǒng)的軟件中或者實施在運行于操作系統(tǒng)上的應用中。本技術的軟件或者軟件/硬件混合實施例可以實施在由存儲器中存儲的計算機程序選擇性促動或者重新配置的通用可編程設備上。這樣的可編程設備可以實施在通用的網(wǎng)絡主機設備例如個人電腦或者工作站上。進一步，在此公開的技術可以至少部分地實施在用于網(wǎng)絡裝置或者通用計算裝置的卡(例如，接口卡)上。已經(jīng)進行了前面的描述以僅僅為了示出和描述本發(fā)明及其實施例的一些例子。并不打算為窮舉的或者限制本發(fā)明到公開的任何精確形式?？梢曰谏厦娴慕虒нM行許多修改和變化。在此的方面被選取和描述以為了最好地解釋本發(fā)明的原理及其實際應用。前面的描述是為了使得本領域技術人員能夠最好地利用在各個實施例和方面中的本發(fā)明以及具有適于想到的特定用途的各種修改的本發(fā)明。意在的是，本發(fā)明的范圍由所附權利要求限定。
權利要求
1.一種配置用于在鉆孔中的井下操作的井下系統(tǒng)，包括 取樣和分析模塊，所述取樣和分析模塊包括 殼體； 在所述殼體中的用于從地層抽回的流體流動通過在所述鉆孔內(nèi)的井下取樣和分析模塊的管線，該管線具有用于流體進入所述流體取樣和分析模塊的的第一末端和用于流體退出所述流體取樣和分析模塊的第二末端； 具有多個安置為與所述管線流體連通以探測所選擇的地層參數(shù)的傳感器的傳感器陣列；和 配置或者設計用于所述傳感器陣列的每個傳感器的選擇的和獨立的操作的控制系統(tǒng)， 其中所述傳感器陣列的每個傳感器包括配置成或者設計成用于個體的和獨立的通信和控制的離散的傳感器單元。
2.如權利要求I所述的井下系統(tǒng)，其中，所述傳感器陣列的每個傳感器安置在相應的傳感器端口中以使得每個傳感器與所述管線流體連通。
3.如權利要求2所述的井下系統(tǒng)，其中，所述傳感器陣列的每個傳感器能夠從所述殼體外面接近。
4.如權利要求I所述的井下系統(tǒng)，其中，所述傳感器陣列的每個傳感器是可互換的和可更換的。
5.如權利要求I所述的井下系統(tǒng)，其中，所述傳感器陣列的每個傳感器位于所述殼體內(nèi)部。
6.如權利要求I所述的井下系統(tǒng)，其中，所述傳感器陣列的每個傳感器與所述傳感器陣列的至少一個其它的傳感器互連。
7.如權利要求I所述的井下系統(tǒng)，其中，所述流體取樣和分析模塊包括傳感器塊和在所述傳感器塊中的配置和設計用于保持所述傳感器陣列的多個傳感器的多個傳感器端口。
8.如權利要求7所述的井下系統(tǒng)，其中，所述傳感器端口和所述傳感器陣列的每個傳感器具有相應的標準化形狀以使得能夠互換。
9.如權利要求I所述的井下系統(tǒng)，其中，所述傳感器陣列的每個傳感器位于所述管線上。
10.如權利要求I所述的井下系統(tǒng)，其中，所述傳感器陣列的每個傳感器位于所述殼體內(nèi)部，并包括所述管線的一部分和電連接器， 其中所述多個傳感器線性安置以使得每個傳感器的所述管線部分和電連接器與所述傳感器陣列的至少一個其它的傳感器的相應的管線部分和電連接器連接。
11.如權利要求10所述的井下系統(tǒng)，其中，所述傳感器陣列的每個傳感器是管狀的并且所述多個傳感器具有相同的外徑。
12.如權利要求I所述的井下系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)配置或者設計用于與用于所述傳感器陣列的每個傳感器的控制和通信的地表系統(tǒng)通信。
13.如權利要求12所述的井下系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)配置或者設計來給所述地表系統(tǒng)提供所述傳感器陣列的每個傳感器的位置和身份。
14.如權利要求13所述的井下系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)基于即插即用結構自動提供所述傳感器陣列的每個傳感器的位置和身份給所述地表系統(tǒng)。
15.如權利要求12所述的井下系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)配置或者設計用于通過用于所述傳感器陣列的每個傳感器的控制和配置的地表系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)遙測。
16.如權利要求12所述的井下系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)配置或者設計用于從所述傳感器陣列的每個采集傳感器數(shù)據(jù)。
17.如權利要求12所述的井下系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)包括多個傳感器控制系統(tǒng)，每個傳感器控制系統(tǒng)集成有所述多個傳感器的相應傳感器。
18.—種配置為定位在井下以用于位于油田儲藏地中的井下的地層流體的取樣和表征的工具，包括 流體分析模塊，所述流體分析模塊包括 用于從地層抽回的流體流動通過所述流體分析模塊的管線，所述管線具有用于流體進入所述流體分析模塊的第一末端和用于流體退出所述流體分析模塊的第二末端；和 具有多個安置為與所述管線流體連通以探測選取的地層參數(shù)的傳感器的傳感器陣列，其中所述傳感器陣列的每個傳感器包括配置或者設計用于個體的和獨立的通信和控制的離散的傳感器單元。
19.一種配置用于在鉆孔內(nèi)井下操作的井下流體表征系統(tǒng)，包括 流體取樣和分析模塊，所述流體取樣和分析模塊包括 殼體； 用于從地層抽回的流體在鉆孔中在井下流動通過所述流體取樣和分析模塊的在所述殼體中的管線，所述管線具有用于流體進入所述流體取樣和分析模塊的第一末端和用于流體退出所述流體取樣和分析模塊的第二末端； 具有多個安置為與所述管線流體連通以探測選取的地層參數(shù)的傳感器的傳感器陣列；和 配置或者設計用于所述傳感器陣列的每個傳感器的選擇的和獨立的操作的控制系統(tǒng)，其中所述傳感器陣列的每個傳感器具有相關聯(lián)的電子元器件模塊，該電子元器件模塊提供與所述控制系統(tǒng)的標準化的電子連接。
20.如權利要求19所述的井下流體表征系統(tǒng)，其中，相同的電子元器件模塊與所述傳感器陣列的每個傳感器相關聯(lián)。
21.一種配置用于在一個或者多個鉆孔中的井下操作的系統(tǒng)，包括 第一工具，其包括用于接收第一傳感器的第一傳感器接收器；和 第二工具，其包括用于接收第二傳感器的傳感器接收器，其中，所述第一和第二傳感器接收器具有相同配置并且所述第一和第二工具是不同類型的工具。
22.如權利要求21所述的系統(tǒng)，其中，所述接收器和傳感器配置成用于即插即用功能。
23.如權利要求21所述的系統(tǒng)，其中，所述第一和第二工具通過不同的工具傳送物部署。
24.如權利要求21所述的系統(tǒng)，其中，所述第一和第二傳感器是相同的傳感器。
25.一種利用井下工具的地層流體的井下表征的方法，包括 部署用于取樣和表征位于油田藏儲中的井下的地層流體的井下工具，所述工具包括 流體分析模塊，所述流體分析模塊包括 用于從地層抽回的流體流動通過所述流體分析模塊的管線，所述管線具有用于流體進入所述流體分析模塊的第一末端和用于流體退出所述流體分析模塊的第二末端的管線； 提供具有多個與管線流體連通以探測選取的地層參數(shù)的傳感器的傳感器陣列；和 配置用于所述傳感器陣列的每個傳感器的選擇的和獨立的操作的控制系統(tǒng)， 其中所述傳感器陣列的每個傳感器包括配置或者設計用于個體的和獨立的通信和控制的離散的傳感器單元。
26.如權利要求25所述的地層流體的井下表征的方法，進一步包括 輸入工具配置到控制和通信模塊中； 輸入傳感器配置到所述控制和通信模塊中； 基于所述傳感器配置來配置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)； 開始工具通信； 驗證工具和傳感器配置；和 基于工具和傳感器配置的驗證結果開始數(shù)據(jù)采集。
全文摘要
一種用于傳感設備的傳感器模塊，所述傳感設備配置用于在鉆孔中的井下操作。所述傳感器模塊包括具有多個傳感器以傳感選取的地層參數(shù)的傳感器陣列和用于傳感器陣列的每個傳感器的選擇的和獨立的操作的控制系統(tǒng)。傳感器陣列的每個傳感器配置或者設計為用于個體的和獨立的通信和控制的離散的傳感器單元。傳感器陣列的每個傳感器可以具有相關聯(lián)的電子元器件模塊，該模塊提供與控制系統(tǒng)的標準化的電子連接。
文檔編號E21B49/00GK102803653SQ201080025804
公開日2012年11月28日 申請日期2010年4月12日 優(yōu)先權日2009年4月10日
發(fā)明者山手勉, 寺林徹, R.瓦斯奎斯, 金山和正, 細田裕司, S.布里奎特 申請人:普拉德研究及開發(fā)股份有限公司