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Title:
INTEGRAL GAS SPRING ASSEMBLY AND FORMATION FLUID SAMPLER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/024352
Kind Code:
A1
Abstract:
Disclosed are an integral gas spring assembly and a formation fluid sampler. The gas spring assembly comprises a cylinder body, a piston, a sealing element and a gas injection port, wherein high-pressure nitrogen is filled between the piston and the bottom of the cylinder body, so that a compressed nitrogen cavity is formed in the cylinder body; the piston generates an upward thrust force under the action of the high-pressure nitrogen, wherein the effective stroke of the piston is H; the length of the cylinder body is less than the sum of the length of the piston and the effective stroke H of the piston, and a part of the piston can move out of the cylinder body. The sealing element is arranged at the external diameter of the gas spring assembly, and when entirely arranged in a formation fluid sampling bottle, the gas spring assembly can move up and down and separate a sampling cavity from a slurry cavity. The gas spring assembly uses the volume increased by the extension of the piston to compensate the volume dose which is reduced with the temperature drop after the formation fluid sampling bottle conducts sampling, and uses the thrust force of the piston to maintain a predetermined pressure maintaining the value of a formation fluid at the same time.

Inventors:
TAN XIANZHONG (CN)
Application Number:
PCT/CN2013/090641
Publication Date:
February 26, 2015
Filing Date:
December 27, 2013
Export Citation:
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Assignee:
CHINA NAT OFFSHORE OIL CORP (CN)
CHINA OILFIELD SERVICES LTD (CN)
International Classes:
E21B49/08; F16F9/00
Foreign References:
CN2482609Y2002-03-20
CN201339470Y2009-11-04
CN103410506A2013-11-27
CN1614384A2005-05-11
CN201487116U2010-05-26
CN202484175U2012-10-10
EP2624887A22013-08-14
DE202012010132U12013-02-01
Attorney, Agent or Firm:
AFD CHINA INTELLECTUAL PROPERTY LAW OFFICE (CN)
北京安信方达知识产权代理有限公司 (CN)
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Claims:
权 利 要 求 书

1、 一种整体式气弹簧组件, 包括:

缸体, 所述缸体的外径上设有密封件, 并且所述缸体能够安装在密封容 器内并利用所述密封件实现密封;

活塞, 所述活塞设置在所述缸体内;

其中所述活塞与所述缸体底部之间填充有高压氮气, 从而在所述缸体内 形成一个压缩氮气腔;

所述活塞在所述高压氮气的作用下产生向上的推力, 其中所述活塞的有 效行程为 H;

所述缸体的长度小于所述活塞的长度与所述活塞的有效行程 H之和, 所 述活塞的一部分能够移动到所述缸体外。

2、 如权利要求 1所述的整体式气弹簧组件, 其中, 所述整体式气弹簧组 件设置成能够安装在密封容器之内, 使得所述密封容器内的液体或气体受温 度降低而引起的体积减少量可利用所述整体式气弹簧组件的活塞的行程来补 偿; 在所述密封容器内维持的压力由所述活塞的推力与活塞面积所决定。

3、 一种地层流体取样器, 包括:

取样瓶外壳,

如所述权利要求 1或 2所述的整体式气弹簧组件, 其安装于所述取样瓶 外壳内,

其中所述整体式气弹簧组件密封并分隔所述取样瓶外壳的上取样腔和下 取样腔, 且所述整体式气弹簧组件可在所述取样瓶外壳内上下移动。

4、 如权利要求 3所述的地层流体取样器, 其中, 所述地层流体取样器设 置成能够在井下获取液态或气态的地层高压原状流体返回地面后, 通过所述 整体式气弹簧组件的活塞移动所产生的推力维持所述地层高压原状流体的压 力不低于所需要的值。

Description:
一种整体式气弹簧组件及地层流体取样器

技术领域

本发明涉及石油勘探设备技术领域, 尤其涉及一种整体式气弹簧组件及 地层流体取样器。

背景技术

石油勘探过程中, 需要用地层测试仪器下井抽取地层流体样品, 当地层 测试仪器返回地面后, 为保持所获样品不因温度的降低而发生相变, 通常需 要使取样瓶具有压力补偿及维持装置。

目前国内外普遍釆用高压氮气作为 "气垫" 的压力补偿方式, 即在同一 个取样瓶外壳内, 增加一个 "活塞" , 并隔离出一个高压氮气腔作为保压气 垫。 结合图 1所示, 这种方法是在取样瓶内直接串联了一个氮气腔 , 而这种 氮气腔不是一个独立的密封整体, 应用极为不便。 该结构制作复杂、 成本上 升, 不但容易产生氮气泄漏到样品腔的被污染现象 , 而且还需要一套高压注 气设备, 每次取样作业之后需要泄压、 拆卸、 保养、 重新装配、 注气、 密封 等一系列维修保养工作, 操作十分不便, 频繁施工的维修保养难度也很大。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题, 本发明提供了一种耐高温、 耐高压、 免 充气、 寿命长的整体式气弹簧组件, 包括:

缸体, 所述缸体的外径上设有密封件, 并且所述缸体能够安装在密封容 器内并利用所述密封件实现密封;

活塞, 所述活塞设置在所述缸体内;

其中所述活塞与所述缸体底部之间填充有高压 氮气, 从而在所述缸体内 形成一个压缩氮气腔;

所述活塞在所述高压氮气的作用下产生向上的 推力, 其中所述活塞的有 效行程为 H; 所述缸体的长度小于所述活塞的长度与所述活 塞的有效行程 H之和, 所 述活塞的一部分能够移动到所述缸体外。 其中, 所述气弹簧组件可以安装在密封容器之内, 使得所述密封容器内 的液体或气体受温度降低而引起的体积量减少 可利用所述气弹簧组件的活塞 的行程来补偿; 在所述密封容器内维持的压力由所述活塞的推 力与活塞面积 所决定。 本发明还提供了一种地层流体取样器, 包括:

取样瓶外壳,

如上所述的整体式气弹簧组件, 其安装于所述取样瓶外壳内,

其中所述整体式气弹簧组件密封并分隔所述取 样瓶外壳的上取样腔和下 取样腔, 且所述整体式气弹簧组件可在所述取样瓶外壳 内上下移动。

其中, 所述地层流体取样器设置成能够在井下获取液 态或气态的地层高 压原状流体返回地面后, 通过所述整体式气弹簧组件的活塞移动所产生 的推 力维持所述地层高压原状流体的压力不低于所 需要的值。 与相关技术相比, 本申请上述方案具有如下有益效果:

1、本申请利用整体式气弹簧组件的活塞体积 偿作用, 解决地层流体取 样后随温度下降而减少的体积, 同时利用氮气弹簧的活塞顶力产生预定的地 层流体保压值;

2、 本申请整体式气弹簧组件具有免维护、 工作寿命高的特点, 可以专业 化制作, 并大大简化取样操作流程, 同时取样瓶的结构简单, 制造成本较低;

3、本申请所述的取样器中的气弹簧组件是 个整体制成的元件(高寿命 10000 次以上、 免维护) , 可直接放入取样瓶内, 高压氮气在气弹簧组件内 部, 而不是在取样瓶里, 因而相当于双层瓶子结构, 在保养取样瓶时, 氮气 弹簧不用放气, 无需每次作业都重新充气, 相较于现有技术, 其操作非常方 便;

4、 本申请气弹簧组件起到密封和隔离取样瓶内的 取样腔和泥浆腔的作 用, 由气弹簧活塞进行体积填充、 且气弹簧活塞产生的推力 (压强) 维持地 层高压原状流体的压力不低于所需要的值; 5、本申请气弹簧组件的外径上有密封件, 当整体置于地层流体取样瓶内 时, 气弹簧组件可以上下移动并分隔取样腔和泥浆 腔。 本发明利用气弹簧组 件的活塞伸出所增加的体积来补偿地层流体取 样瓶在取样后随温度下降而减 少的体积量, 同时利用气弹簧的活塞顶力维持预定的地层流 体保压值; 6、本申请气弹簧可以填充不同压力的高压氮 , 以形成不同压力等级的 气弹簧, 进而匹配不同取样地层压力, 从而满足维持地层高压原状流体的压 力不低于所需要值的要求; 用户可以通过地层压力来选取不同压力等级的 整 体式气弹簧;

7、 本申请气弹簧组件镶套在取样瓶内, 属于双层结构, 氮气不容易泄漏 到地层流体取样腔, 而且工作更加安全、 可靠。 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中 阐述, 并且, 部分地从说 明书中变得显而易见, 或者通过实施本发明而了解。 本发明的目的和其他优 点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所 特别指出的结构来实现和获得。

附图概述 附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解 , 并且构成说明书的一部 分, 与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术 方案, 并不构成对本发明 技术方案的限制。

图 1是现有技术的地层流体取样器的示意图;

图 2是本发明一个实施例的气弹簧组件的示意图

图 3是本发明另一实施例的气弹簧组件的示意图

图 4是本发明实施例的气弹簧组件应用于密闭容 内的工作示意图; 图 5 是本发明实施例的地层流体取样器装配气弹簧 组件后的总装示意 图;

图 6是本发明实施例的地层流体取样器装配气弹 组件后的体积补偿示 意图。

本发明的较佳实施方式 下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细 说明。 需要说明的是, 在 不冲突的情况下, 本发明实施例及实施例中的特征可以相互任意 组合。

如图 2和图 3所示, 本发明实施例的气弹簧组件主要包括缸体、 活塞、 内密封件、 外密封件、 注气口等, 其中, 所述缸体的外径上设有密封件, 并 且所述缸体能够安装在密封容器内并利用所述 密封件实现密封, 缸体内设有 活塞, 且活塞与缸体底部之间填充有高压氮气, 从而在缸体内形成一个压缩 氮气腔。 活塞在高压氮气的作用下产生向上的推力, 活塞的有效行程为 H。

其中, 缸体可具有两种型式的缸体长度, 一种为如图 2所示的长缸体, 即缸体的长度大于或等于活塞的长度与活塞的 有效行程 H之和, 此时活塞在 缸体内移动; 另一种为如图 3所示的短缸体, 即缸体的长度小于活塞的长度 与活塞的有效行程 H之和, 此时活塞的一部分移动到缸体外。

上述的气弹簧组件, 便于制造和专业化生产, 可以做成不同压力等级的 产品直接提供现场使用, 高压氮气无需每次更换, 免维护, 大大简化了现场 操作人员的工作难度和技术要求。

如图 4所示, 上述的气弹簧组件设置成可以应用于密封容器 之内, 使得 当密封容器内的液体或气体受温度降低而体积 减少时, 可用气弹簧组件的活 塞行程(伸出) 来补偿减少的体积量; 其维持的压力则由气弹簧活塞(在有 效行程 H以内) 的推力与活塞面积所决定。

此外, 本发明实施例还提供了一种地层流体取样器, 如图 5所示, 该地 层流体取样器包括取样瓶, 及一些装配件和密封元件, 其中取样瓶外壳内装 有上述的气弹簧组件, 该气弹簧组件起到隔离取样瓶里的上取样腔( 即地层 流体取样腔)和下取样腔(即泥浆腔) 、 以及取样腔的保压装置作用。

如图 6所示为取样器在井下获取地层高压原状流体 液体或气体)后, 依靠上述气弹簧组件弥补体积和压力损失的示 意图。 利用气弹簧组件的补偿 活塞顶力 Q和活塞行程 H, 根据以下公式来补偿地层流体取样腔因温度下 降 减少的体积量 V, 维持地层流体样品在预定的保压压力 P以上:

保压压力?=活塞顶力 Q/活塞面积 S;

补偿体积 =活塞面积 S*活塞行程 H。 结合图 5、 图 6所示, 本发明实施例的氮气弹簧组件在地层流体取样 器 中的使用过程如下: 在地层流体取样瓶内, 单独装进一组完全独立和自密封 的高压 "气弹簧组件" , 该组件在取样瓶内可上下移动, 并把灌装地层流体 的 "取样腔" 和井筒泥浆的 "泥浆腔" 隔离开来; 同时, 利用气弹簧的活塞 复位行程 H, 补偿取样腔随温度降低而减少的体积; 利用气弹簧的能量(活 塞推力) , 保持所获样品的压力维持在所需要的值以内。 釆用本发明实施例的地层流体取样器, 通过气弹簧组件中的活塞移动和 产生的推力, 可以弥补地层流体 "取样腔" 随温度下降产生的体积减少量, 同时还可以为此样品腔内提供足够压力维持。

此外, 本发明实施例的地层流体取样器中, 气弹簧组件是一个整体制成 的元件, 可直接放入取样瓶内, 高压氮气在气弹簧组件内部, 而不是在取样 瓶里, 相当于双层瓶子结构, 相较于相关技术, 其操作非常方便, 保养取样 瓶时, 气弹簧不用放气, 而无需每次作业都重新充气。

本发明实施例的气弹簧可以填充不同压力的高 压氮气, 以形成不同压力 等级的气弹簧, 进而匹配不同取样地层压力, 从而满足维持地层高压原状流 体的压力不低于所需要值的要求; 用户可以通过地层压力来选取不同压力等 级的整体式气弹簧。

本领域的技术人员应该明白, 虽然本发明所揭露的实施方式如上, 但所 述的内容仅为便于理解本发明而釆用的实施方 式, 并非用以限定本发明。 任 何本发明所属领域内的技术人员, 在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前 提下, 可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与 变化, 但本发明的专利 保护范围, 仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

工业实用性 本发明实施例通过利用整体制成的气弹簧组件 , 能够弥补地层流体 "取 样腔" 随温度下降产生的体积减少量, 同时利用气弹簧的活塞顶力维持预定 的地层流体保压值, 结构简单且制造成本较低。