浅谈高压物性取样器的应用

浅谈高压物性取样器的应用

段建武

中法渤海地质服务有限公司， 天津市 滨海新区 300450

摘要：PVT取样是获取原始地层资料的重要途径，井下PVT样是为了充分认识该地区地层流体性质和相态特征变化。取得地层条件下的具有代表性的流体样品。取样结束后可以将取样器内的样品转移到样瓶内并运送到实验室，用来确定地层条件下流体的物理性质参数，这些参数主要用于油（气）田储量计算、开发方案编制和油（气）田开发过程中的动态研究。

关键词：触发方式  取样器  取样方法  托筒

现在的井下取样器目前分为常规PDS取样器和单项SPS取样器，两种取样器的区别是常规取样器取得的样品为常规样，无法对样品保压，单项取样器增加了氮气室能够对样品加压，保证取样室内部样品始终处于单项状态。

一、取样方式介绍

取样方法有电缆和钢丝携带下入到井内，在无法采用钢丝或电缆下入时，我们会使用到托筒携带取样器的方法。电缆和钢丝携带取样器的的方式存在一定的限制性，比如气井防喷系统容易冰堵，无法实现密封，第二种是防喷系统的高度不能满足取样器的长度。钢丝携带取样器的优点在于准备时间短，防喷系统简单，可以根据样品的质量反复进行取样，电缆及数字钢丝地面控制取样的优点是可以随时通过电脑观察到取样点的压力温度，比钢丝携带式更加准确了解地层的流体性质，随时可以在地面触发取样。其缺点是防喷系统复杂，准备时间较长。DST托筒携带取样器的优点是可随管柱下入到取样位置，减少作业时间，可携带多个托筒和取样器下井，缺点是无法判断取得的样品的质量及取样是否成功。

二、取样器种类介绍

图1  PDS取样器示意图

PDS(Positive Displacement Sampler) 取样器是由取样室、空气室、时钟控制室三个部分组成。

适合在多种环境下操作的取样设备，通过井下压力温度选择适合的流量调节器，控制样品进入取样室的速度，从而保证了样品的质量。取样器是靠井下压力作用，当时钟到达预定时间后，取样室与空气室形成通路，井下流体从取样孔进入取样室，将取样室内的置换液置换到空气室，取样器关闭后强制锁死，防止样品漏失。

图2  SPS取样器示意图

SPS（Single Phase Sampler ）是由取样室、氮气室、空气室、时钟控制室四个部分组成，它是在PDS取样器的基础上升级版，在取样室与空气室之间增加了氮气室。

当取样器下入到预定取样深度并触发后，井下压力推动取样室内的活塞将缓冲油置换到空气室。当取样室的缓冲油被完全置换到空气室后，活塞组件将预制关断组件压缩，从而针阀体向上移动并拉动锁定装置到预定位置，锁住样品，然后将氮气室与取样室连接部位的氮气释放杆打开，将氮气压力传输到取样室的活塞上，从而使取样室的样品一直处于压缩状态，氮气室加压的氮气需要高于原始的地层压力(大约 2000 p.s.i.以上)。从而达到为取样室的样品增压效果，使得样品处于压缩状态，取样器在从井下取出到地面的过程中不会受温度影响而改变样品的性质，所以样品一直保持单项状态。

图3  托筒取样器示意图

托筒的基本功能是用作DST测试工具的一部分，该工具是一个带有偏心全通径的同心托筒。托筒上配有破裂盘，通过将环空流体增加到预定压力来触发取样器。DST测试作业完成后，将托筒起钻至地面。现场可以操作将取样器内部样品转移到单相样瓶中，方便运输到实验室，对样品进行分析。

三、触发方式介绍

   1.机械时钟由发条和齿轮组合而成，带有一把专用的时间设定钥匙。分别有2.5h、5h、10h、24h、48h时钟，可根据不同作业要求选取相对应时间的时钟，生产井取样需要稳产过程，一般选用大量程机械时钟来满足作业要求。

   2.地面触发是由电动马达和地面控制系统组成，是通过地面控制盒连接电缆给井下电动马达供电，使马达前端锥头旋转来触发取样器。地面控制系统需安装在机房内，由220v电源供电使用，地面控制系统可同时连接电脑观察井下流体压力、温度变化，等待适合取样后调换到取样位置并按动按钮给井下马达供电触发取样器。   

3.加压式触发取样器的控制系统通常用在DST井下工具的取样器托筒上，代替了传统的机械时钟及电动马达，取样器托筒配备有破裂盘，当需要取样时将环空流体增加到预定的压力打破破裂盘，压力传输到取样器触发机构内部，前端的杆是由压力控制来使其延长，从而达到触发取样器的效果。

四、应用中解决的案例

1.采油平台生产井作业中由于该层位没有原始地层样品资料，需要井下PVT取样，获取原始地层资料，该井为Y管柱分采井，需将取样器下入到引鞋以下套管内取样，存在一定难度，第一次根据设计要求使用的钢丝携带取样器到井下取样，首先通过钢丝下入压力计对取样位置及上下测流压梯度，起出压力计回放数据显示正常，随后下入取样器到取样位置取样，到达井口后将取样器内样品转移到样瓶内部，现场做泡点显示样瓶内部是水样。现场分析原因由于井斜(49.36°-50.41 °)和低泵速导致油水在井筒高、低部位分布不均，取样点附近井下温度低（48.6 ℃），同时井下原油粘度高，当油水混合时，水的流动性好，水被缓慢的汲取首先进入取样室，当取样室装满（600ml），游动活塞碰到预置关断组件，关闭取样器，导致原油无法进入取样室。现场工程师和甲方建议改变取样方式，将钢丝携带取样方法变成电缆携带取样器直读取样，经过长时间在取样位置的流压梯度测试观察，确认流压梯度值可以取样后，通过地面控制系统触发取样，取样器到达地面后，确认取样成功并将样品转样到取样瓶内，现场泡点显示为油样，成功录取了该地层的PVT数据。

2.探井取样作业时，刚刚引进DST托筒取样时，经常出现取样失败情况，1.触发机构触发杆不能将取样器触发，随后经过陆地调试研究发现触发机构连接部位间隙大于0.4毫米以上将不能触发取样器，经过改良将触发机构连接部位使用不同厚度的垫片将其延长，成功解决不能触发问题。2.取样器取完样后取样室上的锁定销定被切断，导致取样失败，随后经过研究确定为取样室上部的预制关断组件与活塞连杆连接不到位和取样室下部针阀体与活塞连杆连接松动，导致取样器内部组件变长，使得取样室下部的安全锁堵不能移动到指定位置，所以锁定销定被切断。

3.陆地煤层气井取样，首先需要通过钢丝携带压力计在井下测试相应的压力梯度，通过数据准确找到合适的取样位置，因为取样器在取样过程中需要一定压力将取样室内部活塞推动，活塞再将取样室内部的缓冲油通过流量调节器推到空气室，流量调节器最小压力为500PSI、温度大于50℃才可以通过流体，该井井下压力低于500PSI，温度低于50℃，此种情况如果正常下入取样器，井内流体无法正常进入取样筒内，不能将取样室活塞推动，会造成取样失败。现场通过将取样器内部组件结构改变，将流量调节器内部结构改变，使其流量变大，降低取样室活塞移动摩阻，延长取样器在井下的取样时间。通过以上三方面的调解，提高了该种取样器在低温低压井取样的成功率，保证了本井井下资料录取。

五、注意事项

1. 取样器下井前，重点检查取样器内部是否已经预置了正确的压力。
2. 机械时钟在作业前，要在地面做功能试验，观察机械时钟是否在设定时间到达触发位置。
3. 电动马达在作业前，地面给其供电，观察马达是否能正常运转。
4. 托筒加压触发机构作业前，地面用手压泵检查，触发前端是否能正常向前移动，并检查两支触发前端移动的长度是否一样。
5. 取样器保养时，应注意所有密封位置不要涂抹太多润滑油，防止密封圈过度膨胀。
6. 取样结束后，取样器内部存在高压，搬运过程中要格外小心，防止碰撞。

六、结论

随着我国能源发展的进步，石油工具也在不断的创新，会有更多高技术含量的工具和工艺。在以后的工作中，继续总结经验，克服困难，为公司的发展奉献自己的一份力量。作为年轻人要向前辈们学习，学习他们的不怕苦不怕累的精神。

参考文献：

［1］张兴华，杨子，冯卫华，赵启彬，施洋.单相和置换式PVT取样技术在探井测试中的研究[J].石油工业技术监督，2014(02):34-36.