EA011817B1

EA011817B1 - Downhole uses of piezoelectric motors

Info

Publication number: EA011817B1
Application number: EA200701812A
Authority: EA
Inventors: Рокко Дифоджио; Цзаедун Ли; Раджасингам Турайраджасингам
Original assignee: Бейкер Хьюз Инкорпорейтед
Priority date: 2005-03-07
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2009-06-30
Also published as: JP2008537577A; WO2006096452A2; US20060198742A1; EP1856412A2; WO2006096452A3; CA2600032A1; CN101137844A; EA200701812A1; CN100572801C

Abstract

There described a sampling system used in collecting samples of connate fluid from within hydrocarbon bearing formations. The sampling system comprises a sonde disposed within a wellbore formed proximate to the formation of interest. The sonde includes a sample probe insertable into the formation and a drawdown pump in fluid communication with the sample probe. The drawdown pump is motivated by an associated electrically responsive material, where the electrically responsive material can be comprised of a piezoelectric material, a electroactive polymer, or some other electrically responsive material.

Description

Предпосылки создания изобретения Область техники, к которой относится изобретениеBACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention

Настоящее изобретение в основном относится к области добычи углеводородов. Точнее говоря, настоящее изобретение относится к устройству для взятия проб реликтового флюида (флюидного раствора), содержащего углеводороды пласта.The present invention generally relates to the field of hydrocarbon production. More specifically, the present invention relates to a device for sampling a relic fluid (fluid solution) containing formation hydrocarbons.

Уровень техникиState of the art

Взятие проб реликтового флюида, содержащегося в подземных пластах (толщах пород), предусматривает метод тестирования участков пласта, представляющих возможный интерес с точки зрения перспективности наличия углеводородов. Этот метод включает получение образца любых наличествующих в пласте флюидов (текучих сред) для дальнейшего анализа в лабораторных условиях при нанесении минимально возможного ущерба пластам, из которых берутся пробы. Взятие пробы пласта главным образом представляет собой точечное тестирование возможной производительности подземных пластов. Дополнительно во время теста на поверхности земли производится непрерывный учет управляющих команд и последовательности выполнения работ. Благодаря этому учету могут быть получены ценные для анализа пластового резервуара данные о давлении и проницаемости пласта, равно как и данные, определяемые способностью флюида к сжатию, его плотностью и относительной вязкостью.Sampling of the relic fluid contained in underground formations (rock strata) provides a method for testing sections of the formation that are of possible interest from the point of view of the prospectivity of the presence of hydrocarbons. This method involves obtaining a sample of any fluids (fluids) present in the formation for further analysis in the laboratory when causing the least possible damage to the formations from which samples are taken. Formation sampling is primarily a spot test of the potential productivity of underground formations. Additionally, during the test on the surface of the earth, the control teams and the sequence of work are continuously recorded. Due to this accounting, valuable data on reservoir pressure and permeability, as well as data determined by the compressibility of the fluid, its density and relative viscosity, can be obtained for analysis of the reservoir.

Обычно взятие проб реликтового флюида включает помещение каротажного зонда 10 в скважину 5 при помощи каротажного кабеля 8. На внешней части каротажного зонда 10 друг против друга располагаются пробоотборник 14 и прижимное приспособление 12. Когда пробоотборник 14 оказывается рядом с представляющим интерес пластом 6, данное приспособление 12, выдвигаясь, надавливает на внутреннюю поверхность скважины 5, вдавливая тем самым пробоотборник 14 в пласт 6. Край пробоотборника 14 пронзает внешний диаметр скважины 5 и устанавливает соединение для движения флюида между реликтовым флюидом пласта 6 и пробоотборником 14. Как будет показано более подробно ниже, после внедрения пробоотборника 14 в пласт 6, реликтовый флюид может быть закачен внутрь каротажного зонда 10 при помощи расположенного здесь насоса.Typically, relic fluid sampling involves placing the logging tool 10 in the borehole 5 using a logging cable 8. On the outside of the logging tool 10, a sampler 14 and a clamping device 12 are opposed to each other. When the sampler 14 is next to the formation 6 of interest, this tool 12 , advancing, presses on the inner surface of the well 5, thereby pushing the sampler 14 into the reservoir 6. The edge of the sampler 14 pierces the outer diameter of the well 5 and establishes a connection for moving I relict of fluid between the fluid reservoir 6 and sampler 14. As will be shown in more detail below, after the introduction of probe 14 into the formation 6, connate fluid can be pumped into the logging tool 10 is positioned by means of a pump.

Использовавшиеся ранее измерительные приборы для взятия проб флюида, такие как, к примеру, описанные в И8 2674313, были не достаточно успешными в коммерческой эксплуатации, поскольку их можно было использовать лишь для одного единичного теста при каждом погружении каротажного зонда в ствол скважины. Появившиеся позднее измерительные приборы были пригодны для многочисленных тестов, однако успех применения таких измерительных приборов в определенной мере зависел от специфических характеристик тестируемых пластов. Например, в случае рыхлых пластов требовалось применять иные измерительные приборы, чем в случае затвердевших пластов.Previously used measuring instruments for sampling fluid, such as, for example, those described in I8 2674313, were not quite successful in commercial operation, since they could be used for only one unit test at each immersion of the logging probe in the wellbore. The measuring instruments that appeared later were suitable for numerous tests, however, the success of using such measuring devices to a certain extent depended on the specific characteristics of the tested formations. For example, in the case of loose formations, it was necessary to use other measuring instruments than in the case of hardened formations.

Для проведения многократного тестирования были разработаны скважинные измерительные приборы с выдвигающимися пробоотборными зондами, которые ввинчиваются в стену ствола скважины и извлекают образцы флюида из представляющих интерес пластов, а также измеряют давление флюида в пласте. Традиционно такие скважинные измерительные приборы содержат внутренний поршень для отбора флюида из пласта, который под воздействием гидравлической силы или электричества совершает возвратно-поступательные движения с целью втягивания реликтового флюида из пласта в измерительный прибор.For multiple testing, borehole measuring instruments with retractable sampling probes have been developed that are screwed into the borehole wall and extract fluid samples from the reservoirs of interest, and also measure the fluid pressure in the reservoir. Traditionally, such downhole measuring devices comprise an internal piston for collecting fluid from the formation, which, under the influence of hydraulic force or electricity, makes reciprocating movements to draw the relic fluid from the formation into the measuring device.

Обычно эти скважинные измерительные приборы для многократного тестирования содержат встроенную систему циркуляции флюида системы отбора проб, в которой извлекаемый из пласта реликтовый флюид, вместе с любыми инородными веществами, такими как мелкий песок, камни, глинистая корка и так далее, встречаемыми пробоотборным зондом, втягивается в относительно небольшую полость, а затем выбрасывается в ствол скважины, когда измерительный прибор закрывается. Пример такого устройства может быть найден в И8 4416152. Перед закрытием измерительного прибора проба флюида может попадать в резервуар для проб благодаря отдельной, но параллельной системе циркуляции флюида. Согласно другим методам возможна выборка проб благодаря той же самой системе циркуляции.Typically, these downhole measuring instruments for repeated testing contain an integrated fluid circulation system of a sampling system in which the relic fluid extracted from the formation, together with any foreign substances such as fine sand, stones, clay cake, and so on, encountered by the sampling probe, is drawn into a relatively small cavity, and then thrown into the wellbore when the meter is closed. An example of such a device can be found in I8 4416152. Before closing the measuring device, the fluid sample can enter the sample tank due to a separate but parallel fluid circulation system. Other methods allow sampling due to the same circulation system.

Другой пример системы циркуляции флюида, использующейся в системе отбора проб реликтового флюида, показан на фиг. 2. В данном случае реликтовый флюид закачивается из пласта 6 через пробоотборник 14 и систему циркуляции флюида 22 при помощи насоса 20. Возвратно-поступательное движение поршня 19 внутри насоса 20 приводит к возникновению перепада давления, под воздействием которого реликтовый флюид всасывается в насос 20. Приведение в действие насоса 20 осуществляется благодаря источнику давления 26, воздействие которого на насос 20 осуществляется по гидроконтуру 24. Контрольные клапана 28, расположенные внутри гидроконтура 24 и внутри системы циркуляции флюида системы отбора проб 22, управляют течением флюида внутри этих жидкостных контуров. Более детальное описание этой системы циркуляции можно найти в И8 5303775 (МтсйаеИ и другие).Another example of a fluid circulation system used in a relic fluid sampling system is shown in FIG. 2. In this case, the relict fluid is pumped from the formation 6 through the sampler 14 and the fluid circulation system 22 using the pump 20. The reciprocating movement of the piston 19 inside the pump 20 leads to a pressure drop, under the influence of which the relict fluid is sucked into the pump 20. Bringing the pump 20 is driven by a pressure source 26, which acts on the pump 20 through the hydraulic circuit 24. Control valves 28 located inside the hydraulic circuit 24 and inside the fluid circulation system Sampling systems 22 control the flow of fluid within these fluid circuits. A more detailed description of this circulation system can be found in I8 5303775 (Mtsaye and others).

Во время процесса бурения в пласт попадает фильтрат бурового раствора. Прежде чем можно будет получить беспримесный образец реликтового флюида, данный фильтрат бурового раствора должен быть вымыт из пласта. Часто этот фильтрат бурового раствора попадает внутрь пробоотборника 14 и мешает проникновению реликтового флюида внутрь устройства для проб. Устройства для взятия проб, согласно известному уровню техники, оборудованы двумя резервуарами, в первом собирается фильтрат бурового раствора, а во втором реликтовый флюид. В данном случае проблемой является то, что неясен объемDuring the drilling process, mud filtrate enters the formation. Before a pure relict fluid sample can be obtained, this mud filtrate must be washed out of the formation. Often, this mud filtrate enters the sampler 14 and interferes with the penetration of the relict fluid into the sampler. According to the prior art, sampling devices are equipped with two reservoirs; in the first, mud filtrate is collected, and in the second, relict fluid. In this case, the problem is that the volume is unclear

- 1 011817 фильтрата бурового раствора, подлежащего удалению. По этой причине является желательным отвод загрязненного фильтратом бурового раствора реликтового флюида из пласта до появления и добычи беспримесного реликтового флюида. Традиционные скважинные измерительные приборы не обладают возможностью неограниченной перекачки флюида и, следовательно, не могут обеспечить полное вымывание фильтрата бурового раствора, загрязнителя к моменту отбора проб.- 1 011817 mud filtrate to be removed. For this reason, it is desirable to drain the relict fluid contaminated with the filtrate from the formation before the appearance and production of pure relict fluid. Traditional downhole measuring instruments do not have the ability to unlimited fluid transfer and, therefore, cannot ensure complete leaching of the mud filtrate, contaminant at the time of sampling.

Согласно стандартной методике оценка проницаемости пласта производится благодаря анализу показателей изменения давления возникающего в ходе работы одного или нескольких поршней для отбора флюида из пласта. Такие анализы требуют знаний о параметрах вязкости флюида перекачиваемой насосом. Подобная информация может быть получена путем впрыска флюида с известными параметрами вязкости из измерительного прибора в пласт и сравнения этих параметров с параметрами вязкости флюида, полученного из пласта. Параметры проницаемости, полученные данным образом, достоверным образом могут быть сопоставлены с параметрами проницаемости пластов прилегающих скважин с целью оптимизации добычи флюида.According to the standard methodology, the permeability of the formation is assessed by analyzing the indicators of the pressure change occurring during the operation of one or more pistons to select fluid from the formation. Such analyzes require knowledge of the viscosity parameters of the fluid pumped by the pump. Similar information can be obtained by injecting a fluid with known viscosity parameters from the measuring device into the formation and comparing these parameters with the viscosity parameters of the fluid obtained from the formation. The permeability parameters obtained in this way can be reliably compared with the permeability parameters of the adjacent well strata in order to optimize fluid production.

При извлечении на поверхность жидкостные характеристики флюида могут быстро измениться, поэтому необходимо, чтобы процесс ее извлечения происходил как можно более быстро. Однако является важным, чтобы можно было контролировать скорость протекания флюида, чтобы не допустить падения его давления ниже его точки насыщения (газом) (образования пузырьков), поскольку результат измерения характеристик раздельных флюидов не будет являться репрезентативным. После того, как эти компоненты будут выделены из раствора, они обычно не могут воссоединиться, что приводит к появлению нерепрезентативной выборки результатов измерения характеристик флюидов, обладающих измененными свойствами.When removed to the surface, the fluid characteristics of the fluid can change rapidly, so it is necessary that the process of its extraction occur as quickly as possible. However, it is important that the fluid flow rate can be controlled in order to prevent its pressure from falling below its saturation point (gas) (bubble formation), since the result of measuring the characteristics of separate fluids will not be representative. After these components are separated from the solution, they usually cannot reconnect, which leads to the appearance of a non-representative sample of measurements of the characteristics of fluids with altered properties.

Недавно разработанные испытательные приборы с резервуарами обладают возможностью измерения давления реликтового флюида в точке насыщения в момент отбора его проб. Подобное может быть достигнуто с помощью использования известных технологий светопроводимости, позволяющих обнаруживать пузырьки в флюиде. Однако у данного метода есть некоторые недостатки, проявляющиеся, когда во флюиде присутствуют твердые частицы, что иногда приводит к получению ошибочных результатов измерений. Другие методы включают захват определенного объема флюида и постепенное его увеличение при постоянной температуре. Данные изменения объема и давления образуют график изменения давления в зависимости от величины объема, что позволяет определить величину показателя давления в точке насыщения. Эта величина предположительно располагается в зоне графика, где график давления и объема больше не является линейным.Recently developed test instruments with reservoirs have the ability to measure the pressure of the relict fluid at the saturation point at the time of sampling. This can be achieved by using known light transmission technologies that detect bubbles in a fluid. However, this method has some disadvantages that appear when solid particles are present in the fluid, which sometimes leads to erroneous measurement results. Other methods include capturing a certain volume of fluid and gradually increasing it at a constant temperature. These changes in volume and pressure form a graph of pressure changes depending on the volume, which allows you to determine the value of the pressure indicator at the saturation point. This value is supposedly located in the graph area, where the pressure and volume graph is no longer linear.

К сожалению применяющиеся в настоящее время насосные устройства, совмещенные с приборами для отбора проб, имеют присущие им недостатки. Например, контроль за электрическими или гидравлическими источниками использующихся в настоящее время насосных систем не является точным, в результате чего это проявляется в неспособности полностью контролировать скорость операций насосов. Невозможность же полного контроля над скоростью операций насосов не позволяет мгновенно отключать систему накачки в случае падения давления реликтового флюида ниже его точки насыщения, а также затрудняет возможность аккуратного измерения значения этого показателя. Взятие же проб реликтового флюида при давлении флюида ниже его точки насыщения оказывает негативное влияние на точность результатов теста. Таким образом, существует необходимость в способах взятия проб реликтового флюида, при которых реликтовая флюидная жидкость может быть получена и проанализирована при известных показателях давления не изменяющих состояние полученного образца.Unfortunately, the pumping devices currently in use, combined with sampling instruments, have their inherent disadvantages. For example, the control of the electrical or hydraulic sources of the currently used pumping systems is not precise, resulting in the inability to fully control the speed of the pumps. The impossibility of full control over the speed of operation of the pumps does not allow you to instantly turn off the pump system in the event that the pressure of the CMB fluid drops below its saturation point, and also makes it difficult to accurately measure this indicator. Sampling of the relict fluid at a fluid pressure below its saturation point negatively affects the accuracy of the test results. Thus, there is a need for methods for sampling the relic fluid in which the relic fluid can be obtained and analyzed at known pressure indices that do not change the state of the obtained sample.

Краткое изложение сущности изобретенияSummary of the invention

В настоящем изобретении предлагается насос для отбора пробы флюида из пласта, содержащий поршень, цилиндр, форма которого позволяет поршню проникать в него, а также приводное средство, функционально соединенное с ним. Приводное средство выполнено из электрочувствительного материала (реагирующего на стимуляцию электрическим током). Альтернативно данный электрочувствительный материал может представлять собой пьезокомпозит или электроактивный полимер. По выбору, пьезокомпозит может представлять собой как одиночный пьезоэлектрический сегмент, так и по меньшей мере два различных пьезоэлектрических сегмента. Приводное средство насоса может, по выбору, быть представлено пьезоэлектрическим двигателем, выбранным из группы, включающей линейный пьезоэлектрический двигатель и роторный пьезоэлектрический двигатель. Функциональное соединение насоса для отбора флюида может представлять собой как непосредственное механическое крепежное приспособление, расположенное между указанным приводным средством насоса и поршнем, или гидроконтур.The present invention provides a pump for sampling fluid from a formation containing a piston, a cylinder whose shape allows the piston to penetrate into it, and also a drive means operatively connected to it. The drive means is made of an electrosensitive material (responsive to stimulation by electric current). Alternatively, the electrosensitive material may be a piezocomposite or an electroactive polymer. Optionally, the piezocomposite may be a single piezoelectric segment, or at least two different piezoelectric segments. The pump drive means may optionally be a piezoelectric motor selected from the group consisting of a linear piezoelectric motor and a rotary piezoelectric motor. The functional connection of the fluid sampling pump can be a direct mechanical fastener located between the pump drive means and the piston, or a hydraulic circuit.

Насос для отбора пробы флюида из пласта может дополнительно содержать контур обратной связи и блок управления работой насоса, где контур обратной связи включает устройство контроля давления, функционально связанное с блоком управления работой насоса. Устройство контроля давления снабжает данными о давлении флюида внутри цилиндра, а блок управления работой насоса можно запрограммировать для автоматического регулирования операциями этого насоса, основываясь на данных о давлении флюида внутри цилиндра, что позволяет поддерживать давление флюида внутри цилиндра выше уровня его точки насыщения.The fluid sampling pump may further comprise a feedback loop and a pump operation control unit, where the feedback loop includes a pressure monitoring device operatively coupled to the pump operation control unit. The pressure control device provides data on the fluid pressure inside the cylinder, and the pump control unit can be programmed to automatically control the operation of this pump, based on data on the fluid pressure inside the cylinder, which allows maintaining the fluid pressure inside the cylinder above its saturation point.

Предлагается также способ отбора проб реликтового флюида из подземного пласта, включающийA method for sampling relict fluid from an underground reservoir is also provided, including

- 2 011817 спуск насоса для отбора флюида в скважину, граничащую с подземным пластом, установление сообщения для движения флюида между насосом и подземным пластом, а также управление работой насоса при помощи приводного средства. Приводное средство для приведения в действие насоса для отбора флюида функционально соединено с ним и содержит электрочувствительный материал. Данный способ дополнительно включает снабжение приводного средства, электрической энергией. Материал приводного средства может состоять из пьезокомпозита, который может представлять собой как одиночный сегмент, так и по меньшей мере два различных пьезоэлектрических сегмента. Пьезокомпозит может представлять собой пьезоэлектрический двигатель, который выбирают из группы, включающей линейный пьезоэлектрический двигатель и роторный пьезоэлектрический двигатель. При желании, электрочувствительный материал может состоять из электроактивного полимера.- 2 011817 launching a pump to select fluid into a well adjacent to the subterranean formation, establishing a message for fluid movement between the pump and the subterranean formation, and also controlling the operation of the pump by means of a drive means. The drive means for driving the fluid extraction pump is operatively coupled to it and contains an electrosensitive material. This method further includes supplying the drive means with electrical energy. The material of the drive means may consist of a piezocomposite, which may be a single segment, or at least two different piezoelectric segments. The piezoelectric composite may be a piezoelectric motor that is selected from the group consisting of a linear piezoelectric motor and a rotary piezoelectric motor. If desired, the electrosensitive material may consist of an electroactive polymer.

Упомянутое функциональное соединение может осуществляться прямым механическим крепежным соединением приводного средства и поршня, а также может содержать гидроконтур. Данный способ может далее включать контроль за давлением внутри цилиндра и операции контроля за работой насоса для отбора флюида, основывающиеся на давлении флюида внутри цилиндра, что позволит поддерживать давление взятой пробы внутри цилиндра выше уровня давления, при котором достигается точка насыщения. Насос для отбора флюида может обеспечивать как постоянное давление, так и постоянный объемный расход.Mentioned functional connection may be a direct mechanical fastening connection of the drive means and the piston, and may also contain a hydraulic circuit. This method may further include monitoring the pressure inside the cylinder and monitoring operations of the pump for fluid sampling based on the pressure of the fluid inside the cylinder, which will allow maintaining the pressure of the sample taken inside the cylinder above the pressure level at which the saturation point is reached. A fluid sampling pump can provide both constant pressure and constant volume flow.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Ниже изобретение более подробно рассмотрено со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых: на фиг. 1 изображен частичный боковой вид в разрезе каротажного зонда для взятия образца флюида, размещенный в скважине;Below the invention is described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: in FIG. 1 is a partial cross-sectional side view of a logging tool for taking a fluid sample located in a well;

фиг. 2 является иллюстрацией насоса для отбора флюида (из пласта) согласно известному уровню техники;FIG. 2 is an illustration of a fluid recovery pump (from the formation) according to the prior art;

на фиг. 3А-3Г изображен вид в перспективе материалов, реагирующих на стимуляцию электрическим током;in FIG. 3A-3G depict a perspective view of materials responsive to stimulation by electric current;

на фиг. 4 изображен боковой вид одного из вариантов насоса для отбора флюида, согласно приведенному описанию настоящего изобретения;in FIG. 4 is a side view of one embodiment of a fluid sampling pump according to the description of the present invention;

на фиг. 5 изображен один из вариантов насоса для отбора флюида, согласно приведенному описанию настоящего изобретения;in FIG. 5 depicts one embodiment of a fluid sampling pump as described herein;

на фиг. 6 изображен частичный боковой вид в разрезе одного из вариантов насоса для отбора флюида, согласно приведенному описанию настоящего изобретения.in FIG. 6 is a partial cross-sectional side view of one embodiment of a fluid sampling pump according to the description of the present invention.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

На фиг. 4 показан вид в разрезе одного из вариантов предлагаемого в настоящем изобретении насоса 56 для отбора флюида из пласта. В данном варианте насос 56 для отбора флюида содержит корпус 57, один конец которого образует цилиндр 58, а другой конец содержит полость 66. Цилиндр 58 имеет, соответственно, по существу цилиндрическую форму для помещения внутри него поршня 68. Поршень 68, обладающий дискообразной конфигурацией, должен аналогичным образом быть по наружному диаметру, по существу, круглым и имеющим форму, позволяющую ему совершать осевые возвратнопоступательные перемещения внутри цилиндра 58. Полость 66, будучи изображенной по существу цилиндрической, может иметь и другие формы, а также изменяющуюся площадь поперечного сечения вдоль своей длины. Как будет описано более подробно ниже, полость 66 должна обладать формой, позволяющей внедрять в нее секцию электрочувствительного материала.In FIG. 4 shows a sectional view of one embodiment of a pump 56 for extracting fluid from a formation of the present invention. In this embodiment, the fluid extraction pump 56 comprises a housing 57, one end of which forms a cylinder 58, and the other end comprises a cavity 66. The cylinder 58 has a correspondingly substantially cylindrical shape for receiving a piston 68 inside it. A piston 68 having a disc-shaped configuration it should likewise be in the outer diameter substantially circular and shaped to allow it to make axial reciprocating movements inside the cylinder 58. The cavity 66, being shown to be substantially cylindrical, may have other forms, as well as changing the cross-sectional area along its length. As will be described in more detail below, the cavity 66 must have a shape that allows you to embed in it a section of electrically sensitive material.

По краю окружности поршня 68 может располагаться уплотнение 69. Является предпочтительным, чтобы данное уплотнение 69 состояло из упругого пластичного материала, такого как полимер, который способен обеспечить герметичное уплотнение по внешнему диаметру поршня 68. Это герметичное уплотнение должно изолировать давление внутри цилиндра 58 со стороны 71 поршня от давления внутри цилиндра со стороны поршневого штока 70.A seal 69 may be located around the circumference of the piston 68. It is preferable that the seal 69 consist of an elastic plastic material, such as a polymer, that is capable of providing a tight seal along the outer diameter of the piston 68. This tight seal should isolate the pressure inside cylinder 58 from side 71 piston from the pressure inside the cylinder from the piston rod side 70.

Насос 56 для отбора флюида, показанный на фиг. 4, также включает трубопровод 60 для всасывания флюида, с концом, примыкающим к впускному отверстию 61 в корпусе 57 насоса. Поскольку впускное отверстие 61 проходит через наружную поверхность корпуса 57 и достигает полости цилиндра 58, трубопровод 60 для всасывания флюида, таким образом, соединяется с цилиндром 58, позволяя флюиду из пласта протекать в цилиндр. Другой конец трубопровода 60 для всасывания флюида соединен с пробоотборником 14, что позволяет флюиду из пласта попадать через пробоотборник в трубопровод. В трубопроводе 60 для всасывания флюида расположен впускной запорный клапан 62. Через этот впускной запорный клапан 62 флюид может течь лишь в направлении впускного отверстия 61, но не от впускного запорного клапана 62 к пробоотборнику 14.The fluid sampling pump 56 shown in FIG. 4 also includes a fluid suction pipe 60, with an end adjacent to an inlet 61 in the pump housing 57. Since the inlet 61 passes through the outer surface of the housing 57 and reaches the cavity of the cylinder 58, the fluid suction pipe 60 is thus connected to the cylinder 58, allowing fluid from the formation to flow into the cylinder. The other end of the fluid suction pipe 60 is connected to the sampler 14, which allows fluid from the formation to enter the pipe through the sampler. An inlet check valve 62 is located in the fluid suction pipe 60. Through this inlet check valve 62, fluid can flow only in the direction of the inlet 61, and not from the inlet check valve 62 to the sampler 14.

Данный вариант насоса 56 для отбора флюида также содержит трубопровод 64 для отвода флюида, один конец которого примыкает к выпускному отверстию 65, а другой конец соединен с резервуаромхранилищем флюида (не показан), что позволяет ей протекать из трубопровода для отвода флюида в резервуар-хранилище. В трубопроводе для отвода флюида 64 расположен выпускной запорный клапан 63, чье расположение позволяет флюиду течь от насоса 56 для отбора флюида к резервуару-хранилищу флюида, препятствуя движению флюида от резервуара-хранилища к насосу 56 для отбора флюида. ПоThis embodiment of the fluid withdrawal pump 56 also includes a fluid outlet 64, one end of which is adjacent to an outlet 65 and the other end is connected to a fluid storage tank (not shown), which allows it to flow from the fluid withdrawal pipe to the storage tank. An outlet shutoff valve 63 is located in the fluid withdrawal conduit 64, whose location allows fluid to flow from the fluid collection pump 56 to the fluid storage tank, preventing fluid from moving from the storage reservoir to the fluid collection pump 56. By

- 3 011817 добно впускному отверстию 61, выпускное отверстие 65 проходит через наружную поверхность корпуса 57, позволяя, тем самым, флюиду попадать из цилиндра 58 в трубопровод 64 для отвода флюида.- 3 011817 is similar to the inlet 61, the outlet 65 passes through the outer surface of the housing 57, thereby allowing the fluid to enter from the cylinder 58 into the conduit 64 for draining the fluid.

На фиг. 3А-3Г показан вид в перспективе примеров электрочувствительных материалов. Такие материалы, реагирующие на стимуляцию электрическим током, преобразуют электрическую энергию в механическую и могут увеличиваться в объеме или сжиматься под воздействием электрического тока. Электрочувствительные материалы, могут быть представлены пьезокомпозитами, электроактивными полимерами, искусственными мускулами, так и другими подобными материалами.In FIG. 3A-3G show a perspective view of examples of electrosensitive materials. Such materials that respond to stimulation by electric current convert electrical energy into mechanical energy and can increase in volume or contract under the influence of electric current. Electro-sensitive materials can be represented by piezocomposites, electroactive polymers, artificial muscles, and other similar materials.

При подводе электрической энергии к пьезоэлектрическому материалу последний начинает испытывать напряжение, что заставляет его увеличиваться в объеме. Когда же подача электрической энергии прекращается, данное напряжение исчезает, и материал сжимается. Перечень пьезоэлектрических материалов потенциально пригодных для использования в данном варианте изобретения включает (без ограничения ими) керамику, кварц, поликристаллическую пьезоэлектрическую керамику, аналогичные кварцу кристаллы, такие как берлинит (А1РО₄) и ортофосфат кристаллы галлия (СаРО₄), керамика со структурами перовскита или вольфрамовой бронзы (ВаТ1О_З, КиЬО₃, Ь1ПЬО₃, Ь1ТаО_З, В1ЕеО_З, Ν;·ιχ\νθ₃. Βα₂ΝαΝ6₅Ο₅, РЬ₂К№>₅О₁₅).When electric energy is supplied to a piezoelectric material, the latter begins to experience stress, which causes it to increase in volume. When the supply of electrical energy stops, this voltage disappears, and the material is compressed. The list of piezoelectric materials potentially suitable for use in this embodiment of the invention includes (without limitation) ceramics, quartz, polycrystalline piezoelectric ceramics, quartz-like crystals such as berlinite (A1PO ₄ ) and gallium orthophosphate crystals (CaPO ₄ ), ceramics with perovskite or tungsten bronze (ВаТ1О _З , КиОО ₃ , Л1ПОО ₃ , Л1ТаО _З , В1ЕеО _З , Ν; · ιχ \ νθ _3. Βα ₂ ΝαΝ6 ₅ Ο ₅ , РЬ ₂ К№> ₅ О ₁₅ ).

Перечень подходящих для использования полимерных материалов, реагирующих на стимуляцию электрическим током, включает любые изоляционные полимеры или резину (или их комбинацию), которые деформируются в ответ на приложение электростатической силы или деформация которых является результатом изменения в электрическом поле. В частности, служащие примером материалы включают силиконовые эластомеры, акриловые эластомеры, такие как акриловый эластомер УНВ 4910, полиуретаны, термопластовые эластомеры, сополимеры, содержащие поливинилиденфторид, чувствительные к давлению склеивающие вещества, флуороэластомеры, полимеры, содержащие части силикона и акрила, и т. п. вещества. Полимеры, содержащие части силикона и акрила, могут включать, к примеру, сополимеры, содержащие части силикона и акрила, полимерные смеси, включающие силиконовый эластомер и акриловый эластомер.The list of suitable polymeric materials that are responsive to electrical stimulation includes any insulating polymers or rubber (or a combination thereof) that deform in response to the application of electrostatic force or the deformation of which results from changes in the electric field. In particular, exemplary materials include silicone elastomers, acrylic elastomers such as UNV 4910 acrylic elastomer, polyurethanes, thermoplastic elastomers, copolymers containing polyvinylidene fluoride, pressure sensitive adhesives, fluoroelastomers, polymers containing parts of silicone and acrylic, and the like. . substance. Polymers containing parts of silicone and acrylic may include, for example, copolymers containing parts of silicone and acrylic, polymer blends comprising a silicone elastomer and an acrylic elastomer.

В случае с электрочувствительным материалом в варианте, изображенном на фиг. 3А-3Г и фиг. 4, электрочувствительный материал (ЭЧМ), увеличивается в объеме под воздействием электрического тока. Увеличение объема показано со ссылкой на сравнение фиг. ЗА и 3Б. На фиг. ЗА изображен пример ЭЧМ 50 длины Ь₁ в его расслабленном или неактивированном состоянии. Для пояснения свойств материала, способного к расширению в результате стимуляции электрическим током, на фиг. ЗБ представлен ЭЧМ 50а, чье изображение показывает, как данный материал реагирует на воздействие электричеством. На фиг. ЗБ ЭЧМ 50 увеличился в сравнении с ЭЧМ 50 фиг. ЗА, и его длина возросла с Ь₁ до Ь₁ + АЬ₁; где Ь₁ + АЬ₁ больше, чем Ь₁. Увеличение зависит от размеров неактивированного материала, равно как и от количества электрического тока или электрического напряжения поданного к материалу. Считается, что специалист в данной области техники сможет определить адекватные размеры материала и необходимое количество электроэнергии для достижения желаемых целей и средств по настоящему изобретению.In the case of the electrosensitive material in the embodiment shown in FIG. 3A-3G and FIG. 4, an electrosensitive material (EFM) increases in volume under the influence of electric current. The increase in volume is shown with reference to the comparison of FIG. FOR and 3B. In FIG. An example of an ECM 50 of length b ₁ is shown in its relaxed or inactive state. To explain the properties of a material capable of expanding as a result of stimulation by electric current, in FIG. The ST is represented by an EFM 50a, whose image shows how this material reacts to exposure to electricity. In FIG. ST EFM 50 increased in comparison with EFM 50 of FIG. 3A, and its length increased from b ₁ to b ₁ + b ₁ ; where b ₁ + b _{1 is} greater than b ₁ . The increase depends on the size of the non-activated material, as well as on the amount of electric current or voltage supplied to the material. It is believed that a person skilled in the art will be able to determine adequate material sizes and the required amount of electricity to achieve the desired goals and means of the present invention.

В качестве альтернативы, как показано на фиг. ЗВ и ЗГ, электрочувствительный материал может представлять собой сегментный ЭЧМ 52 состоящий из по меньшей мере двух сегментов 54, последовательно уложенных в продольном направлении. На фиг. ЗВ изображен вид в перспективе сегментного ЭЧМ 52 в расслабленном состоянии, при воздействии прилагаемой электрической энергии на сегментный ЭЧМ 52 он расширяется до образования расширенного ЭЧМ 52а (фиг. ЗЭ) с длины равной Ь₂ до длины равной Ь₂ + ЛЬ₂; где Ь₂ + ЛЬ₂ больше, чем Ь₂. При помощи сегментной конструкции может быть получено преимущество, выражающееся в большем контроле и гибкости увеличения объема ЭЧМ. В данном случае отдельный сегмент 54 может быть увеличен в объеме путем выборочного воздействия на него электрической энергией, либо совокупные сегменты 54 могут последовательно увеличиваться в объеме, чтобы воздействовать на манеру расширительного воздействия, осуществляемого расширением объема сегментного ЭЧМ 52. Необходимо отметить, что в то время как на фиг. ЗА-ЗГ изображено лишь линейное расширение, ЭЧМ (50, 52) могут также увеличиваться и в радиальном направлении.Alternatively, as shown in FIG. SV and ZG, the electrosensitive material may be a segmented EFM 52 consisting of at least two segments 54, sequentially laid in the longitudinal direction. In FIG. ЗВ shows a perspective view of a segmented ЭММ 52 in a relaxed state, when the applied electric energy acts on a segmented ЭММ 52, it expands to form an expanded ЭЧМ 52а (Fig. ЗЭ) from a length equal to L ₂ to a length equal to L ₂ + L ₂ ; where L ₂ + db ₂ is greater than L _2. With the help of a segmented construction, an advantage can be obtained that is expressed in greater control and flexibility in increasing the volume of the ECM. In this case, an individual segment 54 can be increased in volume by selectively exposing it to electric energy, or the total segments 54 can be sequentially increased in volume in order to influence the manner of the expansion effect carried out by expanding the volume of the segmented EMI 52. It should be noted that at that time as in FIG. ZA-ZG shows only linear expansion, the EFM (50, 52) can also increase in the radial direction.

Во время проведения соответствующей операции реликтовый флюид, находящийся в представляющем интерес пласте 6, попадает в пробоотборник 14, проходит вдоль трубопровода 60 для всасывания флюида во впускное отверстие 61, заполняя таким образом цилиндр 58. Обычно, когда цилиндр 58 заполняется реликтовым флюидом, поршень 68 движется вниз по направлению к полости 66. Это движение может осуществляться в результате перепада давления, оказываемого на поршень 68, вызываемого присутствием флюида, либо в результате воздействия пружины (не показана), помещаемой внутрь цилиндра 58 и возвращающей поршень обратно.During the corresponding operation, the relic fluid in the formation of interest 6 enters the sampler 14, runs along the pipe 60 for sucking fluid into the inlet 61, thereby filling the cylinder 58. Typically, when the cylinder 58 is filled with the relic fluid, the piston 68 moves down towards cavity 66. This movement may be due to the pressure drop exerted on the piston 68 caused by the presence of fluid, or as a result of a spring (not shown) placed mine inside cylinder 58 and returning the piston back.

Когда необходимое количество флюида поступит в цилиндр 58, ЭЧМ 50, помещенный в полости 66, подвергается стимуляции электрическим током. Необходимо отметить, что сегментный ЭЧМ 52 может использоваться вместо ЭЧМ 50, или оба этих меняющих свой объем материала могут быть использованы одновременно. Как обсуждалось ранее, электрический стимул приводит к увеличению объема ЭЧМ 50, это увеличение объема, в свою очередь, толкает поршневой шток 70, заставляя последний выйти из полости 66. Поскольку поршневой шток 70 выходит из полости 66 (ход поршня вверх), поршень 68When the required amount of fluid enters the cylinder 58, the ECM 50, placed in the cavity 66, is subjected to stimulation by electric current. It should be noted that the segmented EFM 52 can be used instead of the EFM 50, or both of these volume-changing materials can be used simultaneously. As previously discussed, an electric stimulus leads to an increase in the volume of the ECM 50, this increase in volume, in turn, pushes the piston rod 70, forcing the latter to leave the cavity 66. Since the piston rod 70 leaves the cavity 66 (upward stroke), the piston 68

- 4 011817 перемещается вдоль цилиндра 58, прилагая движущую силу к флюиду, находящемуся внутри цилиндра 58. Данная движущая сила повышает давление флюида, заставляя его, тем самым, перемещаться из цилиндра 58 через выпускное отверстие 65 и трубопровод 64 для отвода флюида в резервуар-хранилище. Как хорошо известно, стратегическое позиционирование и ориентирование впускного и выпускного запорных клапанов (62, 63) позволяет флюиду двигаться в цилиндр 58 из пласта 6 во время хода поршня вниз и из цилиндра 58 в резервуар-хранилище флюида во время хода поршня вверх.- 4 011817 moves along the cylinder 58, applying a driving force to the fluid inside the cylinder 58. This driving force increases the pressure of the fluid, causing it to move from the cylinder 58 through the outlet 65 and the pipe 64 for draining the fluid into the storage tank . As is well known, the strategic positioning and orientation of the inlet and outlet shutoff valves (62, 63) allows the fluid to move into the cylinder 58 from the formation 6 during the stroke of the piston down and from the cylinder 58 into the storage tank of the fluid during the stroke of the piston up.

В другом возможном варианте, как показано пунктирными линиями на фиг. 4, трубопровод 60а для всасывания реликтового флюида соединен с корпусом 57 при помощи впускного отверстия 61а. В данном случае впускное отверстие 61а проходит через насос 56 для отбора флюида в зоне корпуса 57, находящейся поблизости от ЭЧМ, размещенного в полости 66. В данной конфигурации выталкивание поршня 68 в цилиндр 58 под воздействием увеличения объема ЭЧМ 50 уменьшает давление на тыльную сторону поршня 68 втягивая, таким образом, пластовую жидкость из пласта 6. Более того, подобно впускному отверстию 61а, выпускное отверстие 65а данного альтернативного варианта осуществления изобретения аналогичным образом расположено поблизости от ЭЧМ, размещенного в полости 66. Таким образом, жидкость, втянутая в цилиндр 58 во время увеличения объема ЭЧМ 50, выталкивается из цилиндра 58 во время хода поршня 68 вниз.In another possible embodiment, as shown by dashed lines in FIG. 4, a relic fluid suction pipe 60a is connected to the housing 57 via an inlet 61a. In this case, the inlet 61a passes through the pump 56 for collecting fluid in the area of the housing 57 located close to the EFM located in the cavity 66. In this configuration, pushing the piston 68 into the cylinder 58 under the influence of increasing the volume of the EFM 50 reduces the pressure on the back of the piston 68 thus drawing in the formation fluid from the formation 6. Moreover, like the inlet 61a, the outlet 65a of this alternative embodiment of the invention is similarly located close to the ECM, of cavity 66. Thus, fluid drawn into cylinder 58 during the increase in volume of the EFM 50 is ejected from the cylinder 58 during the downward stroke of the piston 68.

Вариант насоса 56 для отбора флюида, изображенный на фиг. 5, включает удлиненный корпус 57а с цилиндром 58а, по существу, цилиндрической формы для продольного перемещения поршня 68а внутри этого цилиндра. Аналогично поршню 68 в варианте, изображенном на фиг. 4, поршень 69а обладает дискообразной конфигурацией, позволяющей ему совершать осевые перемещения внутри цилиндра 58а. Однако используемые в данном случае поршневые штоки (74, 75) данного варианта осуществления изобретения отходят соответствующим образом от обеих сторон поршня (71а, 72а). Поршневые штоки (74, 75) входят в соответствующую переднюю и заднюю полости (76, 73), расположенные в противоположных концах цилиндра 58а. Далее, в данном варианте осуществления изобретения, трубопроводы для всасывания флюида 60а соединяются с цилиндром 58а посредством впускных отверстий 61а, находящихся по обеим сторонам от поршня 68а. Аналогичным образом трубопроводы для отвода флюида соединяются с цилиндром 58а посредством выпускных отверстий 65а, которые также располагаются по обеим сторонам от поршня 68а. На другом конце трубопроводы 60а для всасывания флюида соединены с пробоотборником, что позволяет реликтовому флюиду попадать в цилиндр 58а по этим трубопроводам. Как и в случае с вариантом, показанным на фиг. 5, в данном варианте осуществления изобретения другой конец трубопроводов 64а для отвода флюида подсоединен к резервуару-хранилищу флюида, взятого в качестве образца. В трубопроводе 60 для всасывания флюида расположены впускные запорные клапана 62а, которые позволяют флюиду течь лишь в направлении цилиндра 58а. В трубопроводах 64а для отвода флюида расположены выпускные запорные клапаны 63а, которые позволяют флюиду течь из цилиндра в направлении к резервуару-хранилищу флюида, взятого в качестве образца, но препятствуют его обратному движению. В каждой из полостей 76, 73 расположено определенное количество ЭЧМ 50.The fluid pump 56 embodiment of FIG. 5 includes an elongated housing 57a with a cylinder 58a of substantially cylindrical shape for longitudinal movement of the piston 68a within the cylinder. Similar to piston 68 in the embodiment shown in FIG. 4, the piston 69a has a disc-shaped configuration allowing it to perform axial movements within the cylinder 58a. However, the piston rods (74, 75) of this embodiment of the invention used in this case extend accordingly from both sides of the piston (71a, 72a). Piston rods (74, 75) enter the corresponding front and rear cavities (76, 73) located at opposite ends of the cylinder 58a. Further, in this embodiment, the fluid suction lines 60a are connected to the cylinder 58a via inlets 61a located on both sides of the piston 68a. Similarly, fluid removal conduits are connected to cylinder 58a via outlets 65a, which are also located on both sides of piston 68a. At the other end, fluid intake lines 60a are connected to a sampler, which allows relic fluid to enter cylinder 58a through these lines. As with the embodiment shown in FIG. 5, in this embodiment, the other end of the fluid discharge conduits 64a is connected to a sample storage tank. Inlet fluid inlet pipe 60 has inlet shutoff valves 62a that allow fluid to flow only in the direction of cylinder 58a. Exhaust shutoff valves 63a are located in the fluid removal conduits 64a, which allow fluid to flow from the cylinder toward the storage tank of the fluid taken as a sample, but inhibit its reverse movement. In each of the cavities 76, 73 there is a certain amount of ECM 50.

При работе варианта осуществления изобретения, изображенного на фиг. 5, осевое перемещение поршня 68а осуществляется в результате стимуляции любого из ЭЧМ 51, находящихся в передней полости 76, или ЭЧМ 53, находящихся в задней полости 73. Как было отмечено выше, стимуляция электрическим током реагирующих на это воздействие материалов может вызывать увеличение их размеров. В случае с насосом 56а для отбора флюида увеличение размера ЭЧМ 51 или ЭЧМ 53 приводит к движению поршня 68а вдоль оси цилиндра 58а. Перемещение поршня 68а в любом направлении приводит к увеличению давления флюида внутри цилиндра 58а в части, которую поршень 68а сдвигает вперед, что заставляет жидкость из этой части перемещаться в резервуар-хранилище флюида через трубопровод 64 для отвода флюида. Более того, в другой части цилиндра 58а давление флюида уменьшается, что приводит к всасыванию реликтового флюида из пласта 6 в пробоотборник 14, и далее в данную часть цилиндра 58а. Когда ход поршня 68а достигает своего предела, стимулирование электричеством увеличенного в объеме ЭЧМ 51 или 53 прекращается и электрическая энергия затем начинает подаваться к другому ЭЧМ 51 или 53, чтобы повторить процесс одновременного выдавливания флюида из одной части цилиндра 58а и всасывания флюида в другую часть цилиндра. Соответственно стимулирование электричеством не должно одновременно осуществляться в отношении обоих ЭЧМ 51 и ЭЧМ 53, а наоборот, должно применяться в раздельной последовательности. Использование настоящего изобретения, таким образом, позволяет извлекать образцы реликтового флюида под давлением из представляющего интерес пласта 6 и помещать их в резервуар для проб для последующего анализа. Сохранение реликтового флюида под давлением позволяет содержать образец выше точки насыщения флюида сохраняя все компоненты внутри взятой пробы.In the operation of the embodiment of FIG. 5, the axial movement of the piston 68a occurs as a result of stimulation of any of the EFM 51 located in the front cavity 76, or the EFM 53 located in the rear cavity 73. As noted above, the stimulation of materials reacting to this effect by electric current can cause an increase in their size. In the case of a fluid sampling pump 56a, an increase in the size of the EFM 51 or EFM 53 causes the piston 68a to move along the axis of the cylinder 58a. Moving the piston 68a in any direction increases the fluid pressure inside the cylinder 58a in the part that the piston 68a pushes forward, causing the liquid from this part to move into the fluid storage tank through the pipe 64 to divert the fluid. Moreover, in another part of the cylinder 58a, the fluid pressure decreases, which leads to the absorption of the relic fluid from the formation 6 into the sampler 14, and then to this part of the cylinder 58a. When the stroke of the piston 68a reaches its limit, the stimulation of the electromagnetically enlarged EFM 51 or 53 is stopped and the electric energy then begins to be supplied to the other EFM 51 or 53 to repeat the process of simultaneously squeezing out the fluid from one part of the cylinder 58a and sucking the fluid into another part of the cylinder. Accordingly, stimulation by electricity should not be carried out simultaneously for both EFM 51 and EFM 53, but rather should be applied in a separate sequence. Using the present invention, thus, it is possible to extract samples of the CMB fluid under pressure from the formation of interest 6 and place them in a sample tank for subsequent analysis. Preservation of the relic fluid under pressure allows the sample to be kept above the saturation point of the fluid while retaining all components within the sample taken.

Вариант насоса 78 для отбора флюида, изображенный на фиг. 6, включает поршень 80, цилиндр 82, поршневой шток 86, сегмент 88 ЭЧМ, стержневой анкер 92, установочную поверхность 94, защемляющий ограничитель 100 движения поршня при такте расширения, защемляющий ограничитель 102 движения поршня при такте сжатия и, опционально, гаситель 98 колебаний. Установочная поверхность 94 далее включает опоры 95, которые отходят перпендикулярно от основного корпуса установочной поверхности 94. Опоры 95 содержат первое 97 и второе 99 отверстия, в которые помещены соответствующиеThe fluid pump 78 shown in FIG. 6 includes a piston 80, a cylinder 82, a piston rod 86, an EFM segment 88, a rod anchor 92, a mounting surface 94, a pinched piston movement stopper 100 at an expansion stroke, a pinched piston movement stopper 102 at a compression stroke, and, optionally, a vibration damper 98. The mounting surface 94 further includes supports 95 that extend perpendicularly to the main body of the mounting surface 94. The supports 95 comprise first 97 and second 99 openings into which respective

- 5 011817 защемляющие ограничители движения поршня (100, 102). Цилиндр 82 выполнен вытянутым и располагается внутри в целом цилиндрического кожуха 84. Внутренний диаметр цилиндра 82 позволяет поршню 80 входить в цилиндр в продольном направлении и осуществлять в нем осевые возвратнопоступательные движения. Поршень 80 обладает дискообразной конфигурацией с округлым наружным диаметром, который должен соответствовать размерам и конфигурации внутреннего диаметра цилиндра 82. Является предпочтительным, чтобы соответствующие размеры наружной окружности поршня 80 и внутреннего диаметра цилиндра были достаточно близки, чтобы образовать герметичное уплотнение вдоль наружного диаметра поршня 80. Для герметизации на наружном диаметре поршня 80 могут располагаться уплотнения (не показаны).- 5 011817 jamming piston limiters (100, 102). The cylinder 82 is elongated and located inside the generally cylindrical casing 84. The inner diameter of the cylinder 82 allows the piston 80 to enter the cylinder in the longitudinal direction and to carry out axial reciprocating movements in it. The piston 80 has a disc-shaped configuration with a rounded outer diameter, which should correspond to the size and configuration of the inner diameter of the cylinder 82. It is preferable that the corresponding dimensions of the outer circumference of the piston 80 and the inner diameter of the cylinder are close enough to form a tight seal along the outer diameter of the piston 80. For sealing on the outer diameter of the piston 80 may be seals (not shown).

Поршневой шток 86 прикреплен к тыльной части поршня 80 и выходит из кожуха цилиндра 84 через отверстие 85, расположенное на задней части кожуха цилиндра 84. С другого своего края поршневой шток 86 соединен с передней частью ЭЧМ 88. Для препятствования вытеканию флюида из отверстия 85 вокруг поршневого штока 86 внутри цилиндра рядом с отверстием 85 может располагаться кольцевое уплотнение 96.A piston rod 86 is attached to the rear of the piston 80 and exits the cylinder shell 84 through an opening 85 located on the rear of the cylinder shell 84. From its other end, the piston rod 86 is connected to the front of the ECM 88. To prevent fluid from flowing out of the hole 85 around the piston the rod 86 inside the cylinder next to the hole 85 may be an o-ring 96.

На промежутке между кожухом цилиндра 84 и ЭЧМ 88 поршневой шток 86 проходит через защемляющий ограничитель 100 движения поршня при такте расширения. Защемляющий ограничитель 100 движения поршня при такте расширения входит в первое отверстие 97 одной из опор 95. Внутренний диаметр первого отверстия 97 больше, чем внешний диаметр поршневого штока 86, что позволяет защемляющему ограничителю 100 движения поршня располагаться внутри данного отверстия. Как показано, защемляющий ограничитель движения поршня представляет собой единичную деталь в форме кольца охватывающую часть длины поршневого штока 86; однако защемляющий ограничитель движения поршня может также состоять из одной или более деталей расположенных по радиусу в промежутке между поршневым штоком 86 и диаметром первого отверстия 97.Between the cylinder cover 84 and the ECM 88, the piston rod 86 passes through the pinch stop 100 of the piston during the expansion stroke. The pinch stopper 100 of the piston movement during the expansion stroke enters the first hole 97 of one of the supports 95. The inner diameter of the first hole 97 is larger than the outer diameter of the piston rod 86, which allows the pinch stopper 100 of the piston to be located inside this hole. As shown, the pinch piston limiter is a single ring-shaped part covering a portion of the length of the piston rod 86; however, the pinched piston limiter may also consist of one or more parts located radially between the piston rod 86 and the diameter of the first hole 97.

Выборочное активирование защемляющего ограничителя 100 движения поршня приводит к давлению данного ограничителя на поршневой шток 86, сила которого достаточна для эффективного защемления поршневого штока 86 в опоре 95, в силу чего прекращается перемещение поршневого штока 86 относительно опоры 95. Примеры материалов, подходящих для изготовления ограничителя 100, включают надувной пакер, увеличивающиеся в размерах материалы и электрочувствительные материалы, такие как пьезоэлектрические материалы и электроактивные полимеры.Selectively activating the jamming stopper 100 of the piston leads to pressure of the stopper on the piston rod 86, the force of which is sufficient to effectively pinch the piston rod 86 in the support 95, thereby stopping the movement of the piston rod 86 relative to the support 95. Examples of materials suitable for the manufacture of the limiter 100 include an inflatable packer, expandable materials, and electrosensitive materials such as piezoelectric materials and electroactive polymers.

Стержневой анкер 92 с одного края соединяется с задней частью ЭЧМ 88 и проходит через защемляющий ограничитель 102 движения поршня при такте сжатия, прежде чем завершиться в опциональном гасителе 98 колебаний. Другой конец стержневого анкера 92 может входит в гаситель 98 колебаний через отверстие 93, проходящее через стенку гасителя 98 колебаний. В гасителе 98 колебаний содержится сжимаемая жидкость, такая как, к примеру, но не ограничиваясь этим примером, силиконовое масло, соляной раствор или жидкость из пласта. Кольцевые уплотнения 96 располагаются рядом с отверстием 93, чтобы воспрепятствовать вытеканию жидкости из гасителя 98 колебаний.The rod anchor 92 is connected at one end to the rear of the ECM 88 and passes through the pinch stopper 102 of the piston during compression stroke before terminating in the optional vibration damper 98. The other end of the rod anchor 92 may enter the vibration damper 98 through an opening 93 passing through the wall of the vibration damper 98. The vibration damper 98 contains a compressible fluid, such as, for example, but not limited to, silicone oil, brine, or formation fluid. O-rings 96 are located adjacent to the bore 93 to prevent fluid from flowing out of the vibration damper 98.

Сегмент 88 ЭЧМ предпочтительно состоит из электрочувствительного материала, такого как пьезокомпозит, электроактивный полимер или любой другой электрочувствительный материал. Сегмент 88 ЭЧМ варианта изобретения изображенного на фиг. 6 показан в виде серии помещенных в стек элементов 90, где каждый из таких элементов обладает, по существу, одинаковыми размерами. Однако сегмент 88 ЭЧМ альтернативным образом может состоять из целой несегментированной части электрочувствительного материала. Далее, помещенные в стык элементы 90 могут также быть разных размеров. Кроме этого, специфические материалы, из которых состоят отдельные элементы 90, могут варьироваться, например, один или более элементов 90 могут состоять из пьезоэлементов, в то время как остальные элементы 90 могут состоять из электроактивных полимеров.The EFM segment 88 preferably consists of an electrically sensitive material, such as a piezocomposite, an electroactive polymer, or any other electrically sensitive material. The HFM segment 88 of the embodiment of FIG. 6 is shown as a series of stacked elements 90, where each of such elements has substantially the same dimensions. However, the EFM segment 88 may alternatively consist of a whole non-segmented portion of the electrosensitive material. Further, the jointed elements 90 may also be of different sizes. In addition, the specific materials that make up the individual elements 90 may vary, for example, one or more elements 90 may consist of piezoelectric elements, while the remaining elements 90 may consist of electroactive polymers.

Во время работы насос 78 для отбора флюида, изображенный на фиг. 6, функционирует подобно описанным ранее насосам для отбора флюида из пласта (56, 56а), то есть насос 78 для отбора флюида соединен с пробоотборником 14 посредством трубопровода 15. Реликтовый флюид всасывается в цилиндр 82 благодаря разнице давления в цилиндре 82 и пласте 6. Перепад давления может создаваться путем понижения давления внутри цилиндра вследствие обратного хода поршня 80 в продольном направлении внутри цилиндрического кожуха 84. Перемещение поршня 80 совершается благодаря выборочному возбуждению сегмента 88 ЭЧМ и использованию, как защемляющего ограничителя 100 движения поршня при такте расширения, так и защемляющего ограничителя 102 движения поршня при такте сжатия. К примеру, стимулирование сегмента 88 ЭЧМ при одновременном ослаблении защемляющего ограничителя 102 движения поршня при такте сжатия позволяет сегменту 88 ЭЧМ увеличиваться в размерах в ответ на прилагаемое внешнее стимулирование электрическим током. Благодаря расширению сегмента 88 ЭЧМ стержневой анкер 92 проталкивается через защемляющий ограничитель 102 движения поршня при такте сжатия в направлении от сегмента 88 ЭЧМ. По завершении цикла расширения сегмента 88 ЭЧМ активируется защемляющий ограничитель 102 движения поршня при такте сжатия фиксируя, тем самым, стержневой анкер 92. После этого внешнее стимулирование сегмента 88 ЭЧМ электрическим током прекращается, в то время как защемляющий ограничитель движения поршня при такте расширения 100 находится в свободном деактивированном состоянии. Прекращение внешнего стимулированияDuring operation, the fluid withdrawal pump 78 shown in FIG. 6 operates similarly to the previously described fluid withdrawal pumps (56, 56a), that is, the fluid withdrawal pump 78 is connected to the sampler 14 via line 15. Relic fluid is sucked into cylinder 82 due to the pressure difference in cylinder 82 and reservoir 6. Differential of pressure can be created by lowering the pressure inside the cylinder due to the reverse stroke of the piston 80 in the longitudinal direction inside the cylindrical casing 84. The movement of the piston 80 is accomplished by selectively exciting the EFM segment 88 and using it as SHCHEMLYAEV limiter 100 of the piston during the expansion stroke, and pinches the limiter 102 when the piston compression stroke. For example, stimulating the EFM segment 88 while loosening the pinch stopper 102 of the piston during compression stroke allows the EFM segment 88 to increase in size in response to the applied external stimulation by electric current. Due to the expansion of the EFM segment 88, the rod anchor 92 is pushed through the pinch stopper 102 of the piston during compression stroke in the direction from the EFM segment 88. At the end of the expansion cycle of the EFM segment 88, the pinch stopper of the piston movement 102 is activated during the compression stroke, thereby fixing the rod anchor 92. After that, the external stimulation of the EPC segment 88 by electric current is stopped, while the pinch stopper of the piston movement at the extension stroke 100 is free deactivated state. Termination of external stimulation

- 6 011817 сегмента 88 ЭЧМ электрическим током позволяет сегменту 88 ЭЧМ сжаться до нормального или ненапряженного состояния. Сжимание сегмента 88 ЭЧМ во взаимодействии с ослаблением защемляющего ограничителя 100 движения поршня при такте расширения приводит к перемещению поршневого штока 86 в направлении к сегменту 88 ЭЧМ, что, в свою очередь, ведет к перемещению поршня 80 в цилиндре в обратном направлении.- 6 011817 segment 88 of the EMF by electric current allows the segment 88 of the EMF to contract to a normal or unstressed state. The compression of the EFM segment 88 in conjunction with the weakening of the pinch stopper 100 of the piston during the expansion stroke causes the piston rod 86 to move toward the EFM segment 88, which in turn leads the piston 80 to move in the cylinder in the opposite direction.

Длина хода поршня каждой последовательности стадий ослабления/активизации зависит от количества и типа электрочувствительного материала, использованного в сегменте 88 ЭЧМ, равно как и от количества и типа приложенного внешнего стимулирования. Последовательно повторяющиеся вышеописанные стадии ослабления/активизации и стимулирования оказывают постепенное воздействие на перемещение поршня, позволяя насосу 78 для отбора флюида втянуть достаточное количество реликтового флюида в цилиндр 82 для последующего анализа. Типичные объемы взятого для проб флюида могут варьироваться от 30 кубических сантиметров до более чем 900 кубических сантиметров, и часто находятся на уровне около 56 кубических сантиметров. Однако фактическое количество взятой для проб флюида зависит от специфического пласта, из которого извлекается данная жидкость, поэтому объем цилиндра 82 должен быть достаточным, чтобы вместить объем флюида отбираемой для проб.The piston stroke length of each sequence of attenuation / activation stages depends on the amount and type of electrosensitive material used in the EFM segment 88, as well as on the amount and type of external stimulation applied. Successively repeating the above described stages of weakening / activation and stimulation have a gradual effect on the movement of the piston, allowing the pump 78 for the selection of fluid to draw a sufficient amount of relict fluid into the cylinder 82 for subsequent analysis. Typical volumes of fluid sampled can range from 30 cubic centimeters to more than 900 cubic centimeters, and are often around 56 cubic centimeters. However, the actual amount of fluid sampled depends on the specific formation from which the fluid is extracted, so the volume of cylinder 82 should be sufficient to accommodate the volume of fluid sampled.

По причине высокой чувствительности реагирующих на стимуляцию электрическим током материалов скорость перемещения и такт поршня 80 могут контролироваться с высокой точностью, что позволяет обеспечить давление внутри цилиндра 82 выше показателя точки насыщения реликтового флюида. Таким образом, одним из многих преимуществ, получаемых в результате применения предлагаемого в настоящем изобретении насоса для отбора флюида, является то, что выверенные дискретные перемещения поршня 80 не приводят к образованию больших динамических сил, которые образуются по причине циклов ускорения/замедления использующихся в настоящее время стандартных двигателей насосов для отбора флюида из пласта. Более того, по причине высокой чувствительности реагирующих на стимуляцию электрическим током материалов, скорость рабочих циклов насосов для отбора флюида из пласта согласно настоящему изобретению находится строго внутри приемлемых границ для таких эксплутационных применений.Due to the high sensitivity of materials responding to electric stimulation, the speed of movement and the stroke of the piston 80 can be controlled with high accuracy, which allows providing a pressure inside the cylinder 82 above the saturation point of the CMB fluid. Thus, one of the many advantages resulting from the use of the fluid sampling pump of the present invention is that the discrete displacement of the piston 80 verified does not lead to the formation of large dynamic forces due to the acceleration / deceleration cycles currently used. standard pump motors for taking fluid out of a formation. Moreover, due to the high sensitivity of materials responding to electric stimulation, the speed of the operating cycles of the pumps for fluid extraction from the formation according to the present invention is strictly within acceptable limits for such operational applications.

Давление внутри цилиндра 82 может контролироваться при помощи присоединенного устройства контроля давления. Использование устройства 83 контроля давления также позволяет контролировать приведение в действие насоса 78 для отбора флюида для целей поддержания давления внутри цилиндра 82 выше точки насыщения взятой пробы флюида. Последовательность отбора флюида из пласта может происходить при постоянном давлении или при постоянной объемной скорости потока. Значения показателей уровня давления, измеряемого устройством 83 контроля давления, передаются посредством контура 87 обратной связи к блоку 79 управления насосом. Устройство 83 контроля давления может быть представлено датчиком давления и может обнаруживать наличие давления в любом узле контроля давления, который известен в настоящее время или который будет разработан в будущем. Например, устройство 83 контроля давления может контролировать уровень давления при помощи сжатого воздуха или при помощи преобразователей, которые преобразуют механическую энергию в электрическую, таких как кварцевые элементы или пьезоэлектрические составные элементы. Показатели измеряемого давления могут быть получены как в цифровом, так и в аналоговом виде.The pressure inside the cylinder 82 can be controlled using an attached pressure control device. The use of a pressure monitoring device 83 also allows you to control the actuation of the fluid extraction pump 78 to maintain the pressure inside the cylinder 82 above the saturation point of the fluid sample taken. The sequence of fluid withdrawal from the formation can occur at constant pressure or at a constant volumetric flow rate. The values of the pressure level measured by the pressure monitoring device 83 are transmitted via the feedback loop 87 to the pump control unit 79. The pressure monitoring device 83 can be represented by a pressure sensor and can detect the presence of pressure at any pressure monitoring unit that is currently known or will be developed in the future. For example, the pressure monitoring device 83 can control the pressure level with compressed air or with transducers that convert mechanical energy into electrical energy, such as quartz cells or piezoelectric components. Measured pressure indicators can be obtained both in digital and in analog form.

Блок 79 управления насосом, как известно из уровня техники, может состоять из программируемого устройства, такого как компьютер или микропроцессор, запрограммированного, чтобы анализировать показатели значений измеряемого уровня давления внутри цилиндра 82 и сравнивать их с показателем значения уровня давления точки насыщения реликтового флюида. При этом блок 79 управления насосом может быть запрограммирован таким образом, что в случае, если эти два показателя давления окажутся в пределах заранее установленного диапазона уровней давления, блок управления насосом может скорректировать работу насоса 78 для отбора флюида так, чтобы уровень давления флюида внутри цилиндра 82 оставался выше его точки насыщения. Команды управления предпочтительно являются цифровыми и передаются к рабочим узлам 77 насоса 78 для отбора флюида по контуру 81 управления. Рабочие узлы 77 включают детали, обведенные пунктирной линией на фиг. 6, а также узлы, использующиеся для подвода и контроля электрического(их) сигнала(ов), подаваемого к деталям, обведенным пунктирной линией. Специалисты в данной области техники смогут установить необходимый диапазон давлений, ниже которого давление в цилиндре не должно опускаться. Также в силах специалистов запрограммировать систему контроля и управления таким образом, чтобы сравнивать полученные показатели давления с уровнем давления точки насыщения флюида и влиять на бок управления насосом, когда эти показатели попадают в упомянутый установленный диапазон давлений.The pump control unit 79, as is known in the art, may consist of a programmable device, such as a computer or microprocessor, programmed to analyze the values of the measured pressure level inside the cylinder 82 and compare them with the pressure value of the pressure point of the relic fluid saturation point. At the same time, the pump control unit 79 can be programmed so that if these two pressure indicators fall within a predetermined range of pressure levels, the pump control unit can adjust the operation of the pump 78 for fluid selection so that the fluid pressure level inside the cylinder 82 remained above its saturation point. The control commands are preferably digital and transmitted to the operating units 77 of the pump 78 for fluid sampling along the control loop 81. Work units 77 include parts surrounded by a dashed line in FIG. 6, as well as the nodes used to supply and control the electric signal (s) supplied to the parts circled by a dashed line. Specialists in the art will be able to set the required pressure range, below which the pressure in the cylinder should not fall. It is also in the power of specialists to program the monitoring and control system in such a way as to compare the obtained pressure indicators with the pressure level of the fluid saturation point and influence the pump control side when these indicators fall within the specified pressure range.

Кроме того, дополнительным преимуществом использования реагирующих на стимуляцию электрическим током материалов сегмента 88 ЭЧМ является тот факт, что дискретные постепенные перемещения насоса 78 для отбора флюида искусственно воспроизводят непрерывное или аналоговое перемещение поршня 80, что минимизирует или полностью устраняет динамическое воздействие от функционирования насоса, проявляющееся при работе использующихся в настоящее насосов для отбора флюида из пласта. Когда требуется освободить цилиндр 82 от флюида, последовательность стадий ослабления/активизации может быть изменена, что приведет к вводу поршня 80 в цилиндр 82, благодаря чемуIn addition, an additional advantage of using materials that are responsive to electric stimulation by materials of the EFM segment 88 is the fact that discrete gradual movements of the fluid extraction pump 78 artificially reproduce the continuous or analog movement of the piston 80, which minimizes or completely eliminates the dynamic effect of the operation of the pump, which manifests itself during operation of the currently used pumps for fluid extraction from the formation. When it is desired to free the cylinder 82 from the fluid, the sequence of attenuation / activation steps can be changed, which will lead to the introduction of the piston 80 into the cylinder 82, whereby

- 7 011817 жидкость будет выведена через выпускное отверстие цилиндра для последующего хранения и(или) анализа.- 7 011817 liquid will be discharged through the cylinder outlet for subsequent storage and / or analysis.

Добавление опционального гасителя 98 колебаний с содержащейся внутри его сжимаемой жидкостью ведет к приложению противодействующей силы по отношению к перемещению стержневого анкера 92, что компенсирует давление, оказываемое по отношению к поршню 80. Сила противодействия, возникающая внутри сжимаемой жидкости, может быть полезна в ситуациях, когда сила, прилагаемая защемляющими ограничителями движения поршня (100, 102), является ограниченной и не обладает достаточным уровнем для зажима поршневого штока 86, чтобы противодействовать силе давления флюида, которое она оказывает на поршень 80. Также выборочно свободный конец стержневого анкера 92 может содержать поршень (не показан), чтобы увеличить силу противодействия, прилагаемую гасителем 98 колебаний. Помимо этого, сила противодействия аккумулируется внутри сжимаемой жидкости и может быть трансформирована в поступательную силу, которая будет использована для проталкивания поршня 80 обратно в цилиндр 82 после завершения цикла взятия проб флюида. В качестве альтернативы жидкости может быть использована пружина или другое эластичное устройство или материал, кинетическая энергия которого может быть преобразована в потенциальную энергию и может быть временно сохранена.Adding an optional vibration damper 98 with the compressible fluid contained inside it leads to the application of a counteracting force with respect to the movement of the rod anchor 92, which compensates for the pressure exerted on the piston 80. The counteracting force arising inside the compressible fluid can be useful in situations where the force exerted by the clamping piston restraints (100, 102) is limited and does not have a sufficient level to clamp the piston rod 86 to counteract the pressure Nia fluid which it exerts on the piston 80. Also selectively free end of the anchor rod 92 may include a piston (not shown) to increase the reaction force damper 98 attached oscillations. In addition, the counter force is accumulated inside the compressible fluid and can be transformed into a translational force, which will be used to push the piston 80 back into the cylinder 82 after completion of the fluid sampling cycle. As an alternative to the liquid, a spring or other elastic device or material can be used, the kinetic energy of which can be converted into potential energy and can be temporarily stored.

Таким образом, описанное здесь изобретение хорошо адаптировано для выполнения задач, достижения целей и получения как описанных, так и для других преимуществ. В то время как предпочтительный вариант осуществления изобретения был описан лишь для целей раскрытия изобретения, существуют многочисленные изменения в деталях, необходимых для получения желаемых результатов. Например, электрочувствительный материал может быть использован для повышения давления гидравлических систем, где производимое гидравлическое давление используется для приведения в движение описанного здесь насоса для отбора флюида. Кроме того, описанные здесь варианты насосов могут быть задействованы для измерения физических характеристик флюида, таких как, к примеру, его плотность и вязкость. При этом для измерения вязкости флюида может быть применен Закон Пуазейля, для чего измеряется изменение давления на единицу длины трубки при протекании через нее заданного количества флюида. Другие способы измерения вязкости флюида включают вращение цилиндра в флюиде и измерение соответствующего крутящего момента возникающего в нем. Вращение цилиндра может выполняться при помощи использования роторного пьезоэлектрического двигателя. Эти и другие подобные модификации могут быть применены специалистами в данной области техники в рамках настоящего изобретения, объем притязаний которого определяется в прилагаемой формулой изобретения.Thus, the invention described herein is well adapted to accomplish tasks, achieve the ends, and obtain both the described and other advantages. While a preferred embodiment of the invention has been described only for the purpose of disclosing the invention, there are numerous changes in the details necessary to obtain the desired results. For example, an electrically sensitive material can be used to increase the pressure of hydraulic systems, where the generated hydraulic pressure is used to drive the pump for fluid collection described herein. In addition, the pump options described herein may be used to measure the physical characteristics of a fluid, such as, for example, its density and viscosity. In this case, to measure the viscosity of the fluid, the Poiseuille Law can be applied, which measures the change in pressure per unit length of the tube when a given amount of fluid flows through it. Other methods for measuring fluid viscosity include rotating a cylinder in a fluid and measuring the corresponding torque occurring therein. The rotation of the cylinder can be accomplished using a rotary piezoelectric motor. These and other similar modifications can be applied by specialists in the art in the framework of the present invention, the scope of which is defined in the attached claims.

Claims

1. A pump for sampling fluid from a formation containing a piston, a sampler for sampling a relic fluid, a cylinder configured to accommodate a piston inside and communicating with the sampler, and a drive means operably connected to the piston and made of an electrically sensitive material.

2. The pump according to claim 1, in which the electrosensitive material is a piezocomposite.

3. The pump according to claim 2, containing a piezoelectric motor.

4. The pump according to claim 3, in which the piezoelectric motor is selected from the group comprising a linear piezoelectric motor and a rotary piezoelectric motor.

5. The pump according to claim 1, in which the electrosensitive material is an electroactive polymer.

6. The pump according to claim 1, in which the aforementioned functional connection includes a direct mechanical fastening means located between the drive means and the piston.

7. The pump according to claim 1, in which the aforementioned functional compound includes a hydraulic circuit.

8. The pump according to claim 3, in which the piezocomposite includes at least two different piezoelectric segments.

9. The pump according to claim 1, further comprising a pump control unit and a feedback loop comprising a pressure control device operatively coupled to the pump control unit.

10. The pump according to claim 9, in which the pressure monitoring device is configured to provide data reflecting the fluid pressure inside the cylinder, and the pump control unit is programmed to control pump operations based on fluid pressure inside the cylinder with the ability to maintain fluid pressure inside the cylinder above saturation point level.

11. A method for sampling a relic fluid from a subterranean formation, during which a fluid injection pump is introduced into a well adjacent to the subterranean formation, a message is set for fluid movement between the fluid collection pump and the subterranean formation, and the operation of the pump for fluid selection is controlled by means of a drive means operatively connected to a fluid sampling pump and containing electrosensitive material.

- 8 011817

12. The method according to claim 11, in which the supply of electrical energy to the drive means.

13. The method according to claim 11, in which the electrosensitive material is a piezocomposite.

14. The method according to item 13, in which the piezocomposite is a piezoelectric motor.

15. The method of claim 14, wherein the piezoelectric motor is selected from the group consisting of a linear piezoelectric motor and a rotary piezoelectric motor.

16. The method according to claim 11, in which the electrosensitive material is an electroactive polymer.

17. The method according to claim 11, in which said functional connection is carried out directly by mechanical fastening means located between the drive means and the piston.

18. The method according to claim 11, in which said functional compound comprises a hydraulic circuit.

19. The method according to item 13, in which the piezocomposite includes at least two different piezoelectric segments.

20. The method according to item 13, in which additionally monitor the pressure inside the cylinder.

21. The method according to claim 20, in which additionally monitor the operation of the pump for sampling fluid based on the control of fluid pressure inside the cylinder, ensuring that the pressure inside the cylinder is above the saturation point of the fluid sample.

22. The method according to claim 11, in which the mode of operation of the pump for selecting fluid from the group including operation at constant pressure and operation at a constant volume flow is selected.