專利名稱：：用于烴類井的測量探測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種測量探測裝置，特別是涉及用于烴類井(hydrogenwell)的測量探測裝置。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式涉及一種用于水平或高度偏斜的烴類井的測量探測裝置。
背景技術(shù)：
：為了對生產(chǎn)中的烴類井執(zhí)行監(jiān)視和診斷，希望獲得一定數(shù)量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)多數(shù)是物理數(shù)據(jù)。從本質(zhì)上講，所述數(shù)據(jù)涉及在井中流動的多相流體(諸如流速、各相的比例、溫度、壓力等)。所述數(shù)據(jù)也可能涉及所述井本身的某種特性橢圓度、傾斜度等等…對于操作者來說尤其重要的數(shù)據(jù)涉及平均流速和出現(xiàn)在多相流體中的各相的比例。為了獲得這種數(shù)據(jù)，需要將傳感器設(shè)置在井下，以分析所述流體的特性以及它們的速度。這種傳感器(光或電)通常由臂所承載，該臂樞轉(zhuǎn)從而在閉合位置和開啟位置之間移動，所述閉合位置位于主體中，在所述開啟位置所述臂延伸跨過流體流。由樞轉(zhuǎn)臂和主體形成的組件被稱為“探測裝置”。隨后通過在所述井中下降和上升所述探測裝置執(zhí)行測量。對流出物的測量可以在井中進(jìn)行，此該井處所述工具直接接觸巖石結(jié)構(gòu)層或者井中壁部已經(jīng)被固結(jié)到其上的套管(casing)覆蓋。在所有情況下都可以遇到井的直徑由于堵塞而受限的問題，這種堵塞限制與存在生產(chǎn)元件相關(guān)或者在不具有套管的井中與井壁的坍塌有關(guān)。這就引出探測裝置強(qiáng)度的問題。所述探測裝置的結(jié)構(gòu)、特別是用于部署所述鉸接臂和用于將它們收回所述主體中的開啟/閉合機(jī)構(gòu)必須能使所述探測裝置沒有受到破壞(變形，彎曲)地克服所述堵塞限制穿過井中，并且當(dāng)所述探測裝置在井中上升和下降時都需要滿足上述條件。當(dāng)樞轉(zhuǎn)臂與井壁之間的摩擦系數(shù)變得太大時，會出現(xiàn)相同的問題，特別是在沒有套管的井中，這可能阻礙所述探測裝置沿所述井移動。已經(jīng)提出各種解決方案，特別是針對垂直井。在這種情況下，由于井通常加有套管(因此由于摩擦系數(shù)導(dǎo)致出現(xiàn)的問題較少)并且流出物的相位是天然地充分混合的(與擾亂液流的臂機(jī)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的約束不重要)，因此易于提出一種結(jié)實(shí)且可靠的機(jī)構(gòu)。例如，所述探測裝置可以居中于所述井中，并且它可以安裝有彈性片，通過彈性片變形可使所述探測裝置克服所述堵塞限制而通過，而不會出現(xiàn)任何如文件US5,661,237所述的堵塞風(fēng)險。另外，對于垂直井來說，由于所述流體的流相是被適當(dāng)混合的，易于設(shè)計(jì)傳感器的分布和數(shù)量。因此，例如，可以使用單個傳感器測量所述流出物的速度，該傳感器的測量結(jié)果幾乎不受到彈性片和所述探測裝置的臂的影響，當(dāng)跨過所述井布置所述探測裝置的臂時該臂阻礙部分輸送管。對于那些水平或高度偏斜的井來說，所述流出物的流動特性顯著變化并且構(gòu)成所述流出物的流體形成分隔(該分隔是流體密度的函數(shù))，從而以不同的速度行進(jìn)，并且可能非常慢(每秒鐘幾個厘米)，或者甚至以相反的方向流動。另外，多數(shù)這種井沒有套管并且所述探測裝置與巖壁接觸，因此，考慮到井的塌陷部分和摩擦系數(shù)較高的地帶，會出現(xiàn)被阻塞的風(fēng)險。此后，由于這些特性，所述探測裝置的出現(xiàn)使所述流動受到更大的干擾，從而無法使用彈性片。最后，在這種類型的井中，為了支撐工具自身的重量，所述彈簧片會被制得尺寸很大，使其無法使用。因此提出了如文件GB2294074所述的用于關(guān)閉所述探測裝置的臂的其它方案。然而，那些方案描述了在所述臂和所述探測裝置本體之間使用樞轉(zhuǎn)鏈接，從而在出現(xiàn)阻塞或有障礙的情況下關(guān)閉所述壁。在這種情況下，由于沒有防止所述阻擋臂以與所述封閉方向相反的方向旋轉(zhuǎn)，所以這種方案不能令人滿意。由于所述工具隨后繼續(xù)沿井上升或下降，這就會導(dǎo)致堵塞所述臂并且使所述臂彎曲，從而破壞所述探測裝置。為了修理所述工具或替換所述工具，需要停止進(jìn)行測量，這樣成本是很高的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種測量探測裝置，其特性能使其通過障礙物或者任何干擾在其中進(jìn)行測量的管道的形狀的其它部件，并且使其在沿井上升或沿井下降時都可以做到這一點(diǎn)，同時將對所述探測裝置及其承載的所述傳感器的破壞減至最小。出于這個目的，本發(fā)明提供一種用于烴類井的測量探測裝置，所述探測裝置包括主體、下游臂和上游臂，所述臂的至少其中之一安裝有用于確定井中流體流動特性的測量裝置，所述探測裝置的特征在于，所述下游和上游臂分別通過第一和第二滑動樞轉(zhuǎn)鏈接連接到所述主體。所述探測裝置的打開/關(guān)閉機(jī)構(gòu)的操作特性允許所述臂在每次所述探測裝置通過所述障礙物時或當(dāng)所述臂中的一個由于相對于井壁的摩擦系數(shù)過大而受到阻滯的任何時候可以適當(dāng)?shù)卣郫B。該兩個滑動樞轉(zhuǎn)鏈接能夠使遇到障礙的所述臂到達(dá)適于使所述探測裝置關(guān)閉的位置，而不是使所述臂受到阻塞或被彎曲，這種情況例如在現(xiàn)有技術(shù)的探測裝置可能發(fā)生，在現(xiàn)有技術(shù)中僅通過樞轉(zhuǎn)鏈接方式操作所述臂關(guān)閉機(jī)構(gòu)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述下游臂和所述上游臂分別通過第一和第二樞轉(zhuǎn)鏈接連接到一滑塊的第一和第二端。以這種方式，下游臂、上游臂和滑塊形成能夠相對于所述主體滑動的子組件。通過所述滑塊，可以簡化和加強(qiáng)所述子組件的結(jié)構(gòu)。因此，所述臂延伸穿過需要對其特性進(jìn)行測量的流體，并且位于所述主體和所述滑塊之間，其中所述主體和所述滑塊在井的直徑方向上彼此相對。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，所述探測裝置具有首先通過第三樞轉(zhuǎn)鏈接連接到所述主體并且隨后通過第三滑動樞轉(zhuǎn)鏈接連接到所述滑塊上的輔助臂。如果所述探測裝置設(shè)置有光學(xué)傳感器，那么這個輔助臂是特別有用的。光纖是不可延伸的并且它們的伸展特性很差。因此，由于其連接到所述主體和連接到所述滑塊上的方式，所以該輔助臂無法相對于主體滑動，從而保持所述纖維不受拉。在發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述輔助臂由兩個平行片構(gòu)成并且/或者下游臂和/或上游臂由通過橋部互連的兩個平行片構(gòu)成。這個特征具有幾個功能。首先，使用所述片使得可以使臂具有對管道中的流體流動具有最小干擾的形狀。當(dāng)在偏斜或水平的烴類井中使用所述探測裝置時，由于流出物的各相分開并且以不同的速度行進(jìn)，這一點(diǎn)是非常重要的，因此如果希望所述測量結(jié)果是可靠的，不對所述流動有太大的干擾非常重要，特別是對所述流體的流速進(jìn)行測量時。所述片之間的橋用于加強(qiáng)所述組件。優(yōu)選地，所述測量裝置被嵌入所述臂中，即所述片中，特別是在所述橋部的位置，因此也可以保護(hù)所述測量裝置，特別是防止與所述井的巖石結(jié)構(gòu)層碰撞。優(yōu)選地，所述下游臂和/或上游臂連接到電機(jī)組件，電機(jī)組件能夠使所述臂相對所述主體的運(yùn)動受到控制，所述電機(jī)組件可以被去激勵(deactivatable)。使用所述電機(jī)可以從地面控制所述探測裝置臂的打開和關(guān)閉。通過這一特征，當(dāng)將所述探測裝置在烴類井中下放至進(jìn)行測量的地帶時，可以保護(hù)所述傳感器。此后，可以在進(jìn)行測量時打開和關(guān)閉所述探測裝置，從而使所有分布在所述臂上的測量裝置掃過所述管的直徑，從而增加測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。優(yōu)選地，所述電機(jī)組件和下游臂和/或上游臂之間的鏈接可以被斷開。以這種方式，所述探測裝置組件更易于輸送，不但是因?yàn)樗龉ぞ弑恢频酶o湊，而且因?yàn)樗鲭姍C(jī)組件與所述探測裝置本身相比更加結(jié)實(shí)，因此保護(hù)裝置僅需設(shè)置用來覆蓋所述探測裝置。本發(fā)明的其它優(yōu)勢和特征在結(jié)合附圖的下述說明進(jìn)行描述，其中圖1是構(gòu)成本發(fā)明一個實(shí)施例的工具的示意圖；圖2a至圖2d是示意圖，示出由本發(fā)明的探測裝置的臂所占據(jù)的各個位置；以及圖3a至圖3d是示意圖，示出在所述探測裝置下放到井中時，探測裝置的臂遇到障礙物時如何移動。具體實(shí)施例方式圖1示出探測裝置1，其包括主體2和各個樞轉(zhuǎn)臂。該探測裝置的特定應(yīng)用涉及采集數(shù)據(jù)，用于描述烴類井中的流出物的流動的特性，特別是井是傾斜或水平的情況。例如，由所述探測裝置本體和所述臂構(gòu)成的組件連接到一組其它的測量組件(未示出)，該組測量組件被用于執(zhí)行在所述井中的其它類型的測量，諸如溫度、壓力等。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，所述探測裝置的本體和所述樞轉(zhuǎn)臂承載測量裝置，即用于測量多相比率以及在井中流動的流出物的流動速度的裝置。優(yōu)選地，當(dāng)沿井上升和下降時都對測量結(jié)果進(jìn)行采集。從圖1中清楚地看到這種探測裝置占據(jù)井中的離心位置，即主體2?？吭谒鼍谏?，并且當(dāng)探測裝置的臂處于打開位置時，它們徑向延伸離開所述本體。以這種方式，探測裝置元件的部署使得可以將對井中流體流動的干擾減至最小，因此限制測量誤差的風(fēng)險。在圖1所示的實(shí)施例中，下游臂、第一臂3從主體延伸到滑塊4的第一端B。通過所述滑塊4上點(diǎn)B的樞轉(zhuǎn)鏈接和連接到在A點(diǎn)形成滑動樞轉(zhuǎn)的樞轉(zhuǎn)鏈接的第一滑動鏈接，所述下游臂連接到所述主體上。這個滑動樞轉(zhuǎn)能夠使所述下游臂3在打開位置和關(guān)閉位置之間移動，打開位置對應(yīng)于延伸穿過承載需要對其特性進(jìn)行測量的流體流的管，在關(guān)閉位置所述下游臂抵靠所述主體2，如下詳細(xì)描述的那樣。比所述下游臂3更遠(yuǎn)離地表定位的一個上游臂、第二臂5從所述主體2延伸到所述滑塊4的第二端D。所述上游臂在點(diǎn)E處通過第二滑動樞轉(zhuǎn)鏈接被連接到所述主體以及通過一樞轉(zhuǎn)鏈接被連接到所述滑塊4上的點(diǎn)D。所述上游臂因此可以與處于打開位置和關(guān)閉位置之間的下游臂相同的方式移動。優(yōu)選地，這個臂具有用于測量所述流體的各相的速度的裝置6，該裝置沿整個上游臂設(shè)置，從而在所述相被分隔時拾取每個相的速度。也可以將所述臂的端部的傳感器加倍，從而在管或井的較高部分改善測量的可靠性。如圖1所示，也可以將速度測量裝置直接定位在所述探測裝置的主體2上。在一個實(shí)施例中，所述速度測量裝置是微型推進(jìn)器，也公知為微型旋轉(zhuǎn)器。上游臂和下游臂相對于所述主體可以上下執(zhí)行的滑動的幅度由定位在所述主體上的止擋件(abutment)限定，清楚起見省略了該止擋件。每個樞轉(zhuǎn)鏈接B和D也都具有止擋件(未示出)，從而限制所述臂相對于所述滑塊的樞轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，為了避免所述臂被彎曲的風(fēng)險，所述臂最多能夠占據(jù)它們與所述滑塊對齊的位置(如下圖3c所示)。在圖1的實(shí)施例中，本發(fā)明的探測裝置還具有在所述主體和所述滑塊4之間延伸并且在所述上游臂和下游臂之間定位的輔助臂7。所述輔助臂通過樞轉(zhuǎn)鏈接連接到所述主體上的點(diǎn)F并且通過滑動樞轉(zhuǎn)鏈接連接到所述滑塊上的點(diǎn)C。這樣，該輔助臂無法相對探測主體滑動，因此能將光學(xué)傳感器8定位在其上，該傳感器特別適用于確定所述流出物的液體和氣體流相之間的比率，所述流出物沿著所述井流動的并且通常包括三種相油、水和氣。連接到光學(xué)傳感器的光學(xué)纖維是不可延伸的，從而避免了所述纖維的破壞。還優(yōu)選的是，將所述輔助臂的頂部內(nèi)的傳感器加倍，從而改善在所述管的較高部分的測量可靠性。優(yōu)選地，所述下游臂和上游臂由通過橋部互連的平行片構(gòu)成。所述測量裝置(即速度傳感器或電子傳感器)隨后優(yōu)選地安裝在所述橋部之下，以將它們相對于結(jié)構(gòu)層的壁保護(hù)起來。所述橋部還具有加強(qiáng)所述臂并且因此增加本發(fā)明探測裝置的壽命的另一種優(yōu)點(diǎn)。最后，所述片的流線形狀對將要對其特征進(jìn)行測量的流體流的干擾減到最小。通常，構(gòu)成上游臂和下流臂的所述片的外部形狀及其尺寸使得在全關(guān)閉位置中包括上游臂、下流臂、滑塊和可選輔助臂的所述組件被完全地包括在所述主體2的總體輪廓中。因此，在關(guān)閉位置，本發(fā)明的探測裝置基本上是圓柱形的，因此能夠輕松地在管中或在井中移動。優(yōu)選地，以與所述上游臂和下流臂相同的方式，將所述輔助臂制成兩個平行片。出于緊湊和關(guān)閉所述探測裝置的能力的原因，這些片應(yīng)該比所述上游片和下流片精細(xì)，從而所述輔助臂可以被容納在所述上游臂中并且全部地容納在所述關(guān)閉位置中。因此，例如，如果電子或光學(xué)傳感器被安裝在輔助臂上，對于它們來說優(yōu)選地是，將它們設(shè)置在所述下游臂的橋部的下面，以將相對巖石結(jié)構(gòu)層保護(hù)它們(例如)。如圖1所示，本發(fā)明的探測裝置可設(shè)置有電機(jī)組件8。優(yōu)選地，所述電機(jī)組件是可斷開的。這個特征使得可以將所述電機(jī)從所述探測裝置分開以利于運(yùn)輸操作。另外，所述電機(jī)組件也可以被去激勵，從而從地表控制探測裝置的打開和關(guān)閉；當(dāng)將探測裝置向需要測量流體特征的地帶下放到井中時，這樣做可以避免破壞所述探測裝置，因而特別有利。這個組件也使得可以連續(xù)地打開和關(guān)閉上游和下游臂，從而使它們掃描所述管或所述井的整個直徑，同時獲得測量結(jié)果，因此改善所獲得的結(jié)果。一旦已經(jīng)到達(dá)所述測量地帶，當(dāng)希望在井中或管中下降或上升探測裝置同時使所述臂在遇到障礙時可以自由折入(fold)時，所述組件被去激勵。圖2a至2d示出探測裝置可以占據(jù)的不同位置。圖2a示出處于最大打開位置的探測裝置。在點(diǎn)A和點(diǎn)E處分別用于下游臂和上游臂的滑動樞轉(zhuǎn)靠著所述主體，而所述樞轉(zhuǎn)鏈接B和D以及所述臂通過所述滑動樞轉(zhuǎn)的樞轉(zhuǎn)能夠使所述探測裝置在遇到阻塞物時折入而不會發(fā)生堵塞的危險。圖2b示出處于中間打開位置中的探測裝置，在該為止，包括下游臂、上游臂和滑塊的所述組件可在點(diǎn)A和E處相對于所述主體滑動并且在所述臂的B和E處相對于所述滑塊滑動，從而可使所述臂折入。圖2c和圖2d示出全關(guān)閉位置的兩種情況下的探測裝置。在這種情況下，包括下游臂、上游臂、滑塊和可選輔助臂的所述組件基本上與所述主體的外直徑齊平。在圖2c中，所述上游臂和下游臂可以通過在E處的所述滑動樞轉(zhuǎn)相對于所述主體滑動，所述滑動方向朝向地面，如箭頭f所示。隨后所述下游臂繞點(diǎn)B和A樞轉(zhuǎn)。在圖2d的示例中，由于A處的滑動樞轉(zhuǎn)，所述上游臂和下游臂仍可以相對于主體滑動，這次滑動方向指向深入鉆井的方向，如箭頭F所示。隨后所述上游臂繞點(diǎn)D和E樞轉(zhuǎn)。在所有這些位移示例中，借助C處的滑動樞轉(zhuǎn)和F處的樞轉(zhuǎn)，輔助臂的運(yùn)動跟隨所述下游臂和上流臂的運(yùn)動。圖3a至圖3d是示意圖，示出在向井深方向穿過管中的障礙物或沒有套管的井的情況下，由本發(fā)明的探測裝置占據(jù)的連續(xù)位置。在遇到障礙物10之前，下游臂和上游臂沿所述鏈接A和E相對于所述主體自由移動。當(dāng)所述上游臂5遇到所述障礙物時，包括上游臂、下游臂3和滑塊4的組件滑動，直至其被阻擋，此時對于上游臂來說，僅在E處的樞轉(zhuǎn)鏈接是有效的，如圖3b所示。此刻，上游臂5開始向下折，直至滑塊4和所述臂對齊，如圖3c所示。所述滑塊4與下游臂和上游臂之間的鏈接(點(diǎn)B和D)安裝有止擋件(清楚起見未示出)，這就使得所述滑塊在經(jīng)過障礙物時與所述臂對齊，從而使其易于封閉所述探測裝置。此后，如圖3d所示，當(dāng)所述工具繼續(xù)前進(jìn)時(未示出的表面機(jī)構(gòu)控制所述探測裝置在井中的向下和向上運(yùn)動)，所述探測裝置關(guān)閉，從而借助在所述滑動樞轉(zhuǎn)鏈接A中滑動以及在樞轉(zhuǎn)B處樞轉(zhuǎn)的上游臂經(jīng)過障礙物10。當(dāng)所述探測裝置在管或井中經(jīng)過障礙物上升時，所發(fā)生的位移是相同，但是與參考如上圖3a至圖3d所述對稱。在具有高摩擦系數(shù)的區(qū)域(特別在沒有套管的井中)，本發(fā)明的探測裝置的功能是相同的，不同之處在于，所述滑塊4被例如相對巖石結(jié)構(gòu)層固定，而包括上游臂、下游臂和滑塊的組件滑動，直至所述組件到達(dá)滑動樞轉(zhuǎn)A和E上的兩個止擋件中的一個，此后所述臂的位移與參考圖3a至3d所述的相同或?qū)ΨQ。因此應(yīng)該清楚，通過本發(fā)明的探測裝置的所述臂的位移，可以避免所述臂在經(jīng)過障礙物時被堵塞的風(fēng)險，尤其是當(dāng)通過兩個滑動樞轉(zhuǎn)A和E的組合相對于所述主體滑動時。另外，由于與所述滑塊相連的滑動鏈接以及與所述主體相連的樞轉(zhuǎn)鏈接，所述輔助臂的位移可以使連接設(shè)置在該輔助臂上的測量裝置的線纜(特別是光學(xué)線纜)保持不打卷或延伸。權(quán)利要求1.一種用于烴類井的測量探測裝置(1)，所述探測裝置包括主體(2)、下游臂(3)和上游臂(5)，所述臂中的至少一個安裝有用于確定井中流體流的特性的測量裝置(6)，所述探測裝置的特征在于，所述下游臂和上游臂分別通過第一和第二滑動樞轉(zhuǎn)鏈接(A和E)連接到所述主體上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量探測裝置，其特征在于，所述下游臂(3)和所述上游臂(5)分別通過第一和第二樞轉(zhuǎn)鏈接(B和D)連接到滑塊(4)的第一和第二端上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的測量探測裝置，其特征在于，所述下游臂和所述上游臂相對于所述滑塊的樞轉(zhuǎn)由第一和第二樞轉(zhuǎn)鏈接上的止擋件限定。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的測量探測裝置，其特征在于，其具有首先通過第三樞轉(zhuǎn)鏈接(F)連接到所述主體上其次通過第三滑動樞轉(zhuǎn)鏈接(C)連接到所述滑塊上的輔助臂(7)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測量探測裝置，其特征在于，所述輔助臂包括光學(xué)測量裝置(8)。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的測量探測裝置，其特征在于，所述輔助臂由兩個平行片構(gòu)成。7.根據(jù)權(quán)利要求4至6其中任何一項(xiàng)所述的測量探測裝置，其特征在于，所述輔助臂(7)可以被容納在所述下游臂(3)中。8.根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的測量探測裝置，其特征在于，所述下游臂和/或上游臂由通過橋部互連的平行片構(gòu)成。9.根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的測量探測裝置，其特征在于，所述主體(2)的軸線相對于所述井的軸線偏離。10.根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的測量探測裝置，其特征在于，所述下游臂和上游臂在關(guān)閉位置和打開位置相對于主體樞轉(zhuǎn)，在關(guān)閉位置所述臂被容納在所述主體中，在打開位置所述臂延伸跨過沿所述井流動的液流。11.根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的測量探測裝置，其特征在于，所述下游臂和/或上游臂被連接到電機(jī)組件(9)，這樣可使所述臂相對于所述主體的運(yùn)動受到控制，所述電機(jī)組件可以被去激勵。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的測量探測裝置，其特征在于，所述電機(jī)組件與所述下游和/或上游臂之間的連接是可分開的。13.根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的測量探測裝置，其特征在于，所述上游臂具有用于測量在井中流動的流體速度的測量裝置(6)。全文摘要本發(fā)明公開一種用于烴類井的測量探測裝置(1)，所述探測裝置包括主體(2)、下游臂(3)和上游臂(5)，所述臂中的至少一個安裝有用于確定井中流體流的特性的測量裝置(6)；所述下游和上游臂分別通過第一和第二滑動樞轉(zhuǎn)鏈接(A和E)連接到主體上。文檔編號E21B47/01GK1688794SQ03823685公開日2005年10月26日申請日期2003年9月8日優(yōu)先權(quán)日2002年9月10日發(fā)明者費(fèi)比恩·森斯,讓-皮埃爾·奇扎克申請人:施藍(lán)姆伯格海外股份有限公司