專利名稱：地層測試器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供ー種主要用于石油測井的測井儀器，具有多種功能。包括對地層壓カ和儲(chǔ)集層流體進(jìn)行測量和識(shí)別功能，泵抽排功能，泵驅(qū)動(dòng)取樣等功能的地層測試器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有地層測試器，以斯倫貝謝公司的MDT地層測試器為代表，典型配置如圖I (a)。在井筒(I)中，地層測試器由一系列串接在一起的功能裝置組成，通常包含能源供給、測量、控制和通信裝置(2);探頭或封隔器裝置(3)，其特征是具有能伸出或擴(kuò)張，也能回收或回縮，并且能座封或封隔井壁的封隔器；流體識(shí)別裝置(4);泵抽排裝置(5)，它是ー個(gè)可通 過被座封或封隔的井壁抽吸和驅(qū)動(dòng)地層流體的泵系統(tǒng)；取樣裝置(6)和底鼻(7)等。另外，儀器中還安裝有各種測量地層環(huán)境和流體物理特性的傳感器。其主要功能有a)采用探頭和封隔器封隔井壁；進(jìn)行預(yù)測試，通過抽吸和檢測壓力恢復(fù)等過程來測量地層壓カ和滲透率；b)在流體管路上設(shè)置傳感器測量地層流體的物理特性；c)利用常規(guī)取樣裝置的相對負(fù)壓進(jìn)行常規(guī)取樣。d)采用泵抽排方式將樣品管線中的地層流體排至井筒，排出受泥漿污染的地層流體，獲得更接近實(shí)際地層流體的測量結(jié)果，此功能可稱之為“外排”；e)與d)功能相反，采用泵抽排方式將井筒泥漿吸入樣品管線，作為工作流體供一些特殊用途使用，此功能可稱之為“吸入”;f)采用泵抽排方式將樣品管線的地層流體泵入取樣筒，此功能可稱之為“泵驅(qū)動(dòng)取樣”；g)與f)功能相反，采用泵抽排方式將預(yù)先貯存在取樣筒中工作流體經(jīng)樣品管線泵入目標(biāo)地層中，此功能可稱之為“泵驅(qū)動(dòng)注入”。其中功能d)和e)的特點(diǎn)是，流體管線與井筒之間連通，儀器內(nèi)部樣品管線流體在樣品管線與井筒之間流動(dòng)和交換，根據(jù)流動(dòng)方向不同區(qū)分為“外排”和“內(nèi)吸”；功能f)和g)的特點(diǎn)是，流體管線不與井筒聯(lián)通，流體沿著樣品管線從儀器的一端被泵輸送至另一端，或者自上而下，或者自下而上。目前現(xiàn)有技術(shù)的泵抽排裝置(5)的原理框圖如圖2所示。該系統(tǒng)包括雙向流體泵組合(以下簡稱泵)(13)、換向閥(12)、以及樣品管路(11)、(14)和(15)，還有ー個(gè)通向井筒的ロ(16)。樣品管路(11)和(14)分別連接封隔器樣品管線和取樣筒(取樣筒還可以是貯存工作液的貯液筒)，封隔器和取樣筒可以根據(jù)需要對調(diào)位置。換向閥(12)被設(shè)計(jì)成一組手動(dòng)切換的閥件組合而成。泵(13)是ー個(gè)可雙向泵，它通常由ー組電液控制、液壓驅(qū)動(dòng)的往復(fù)式泥漿泵和ー組流體整流閥的組合而成。與本發(fā)明有關(guān)的工作原理是當(dāng)換向閥(12)的公共ロ A與選通ロ B聯(lián)通，其C ロ截止，泵(13)A ロ吸入，B ロ排出時(shí)，流體從樣品管線(11)和(14)經(jīng)過樣品管線(15)、ロ
(16)抽排至井筒(I)，實(shí)現(xiàn)上述功能d)。而當(dāng)泵(13)反向運(yùn)轉(zhuǎn)吋，B ロ吸入，A ロ排出，實(shí)現(xiàn)上述功能e)。在事先關(guān)閉通向井筒的口(16)的前提下，當(dāng)換向閥(12)的公共口 A與選通口 C接通，其B 口截止，泵(13)A 口吸入，B 口排出時(shí)，流體從樣品管線(14)經(jīng)樣品管線(15)抽排至樣品管線(11)，即圖2中從左至右。而當(dāng)泵(13)反向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，流體從樣品管線(11)經(jīng)樣品管線(15)抽排至樣品管線(14)，即圖2中從右至左。這樣，根據(jù)封隔器和樣筒相對位置的不同，就將流體從封隔器泵入樣品筒，或者反向流動(dòng)。于是，可實(shí)現(xiàn)上述功能f)和g)。
背景技術(shù)：
的應(yīng)用為提高地層測試的效果做出了改進(jìn)，但不足之處在于換向閥
(12)以及口(16)都是手動(dòng)閥，需要在下井前，人工設(shè)定和切換。因此整個(gè)儀器的泵抽排功能只能在上述d)+e)或者功能與f)+g)之間選擇使用。為了提高取樣質(zhì)量，應(yīng)避免取樣壓力過低造成樣品的品相變化，希望在測井過程中，先進(jìn)行泵抽排，排出高污染地層流體，再利用泵系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)取樣，并且控制取樣過程和樣 品的貯存壓力。因此，進(jìn)一步改進(jìn)的需求是上述d)、e)、f)、g)功能可在井下可控制切換；還需要對取樣裝置和取樣過程控制改進(jìn)，進(jìn)一步提高取樣質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
3. I組成和功能本發(fā)明的地層測試器，基本組成與現(xiàn)有儀器相同，如圖I所示，至少包含能源供給、測量、控制和通信裝置(2);探頭或封隔器裝置(3)，其特征是具有能伸出或擴(kuò)張，也能回收或回縮，并且能座封或封隔井壁的封隔器；泵抽排裝置(5)，它是一個(gè)可通過被座封或封隔的井壁抽吸和驅(qū)動(dòng)地層流體的泵系統(tǒng)；取樣裝置(6)等。該儀器與現(xiàn)有地層測試器相t匕，主要的改進(jìn)在于以下方面一是泵抽排系統(tǒng)的改進(jìn)，在泵抽排裝置的流體管線上設(shè)置了以流體控制閥為主的流體控制裝置，實(shí)現(xiàn)了泵抽排系統(tǒng)不同功能之間的控制轉(zhuǎn)換。二是取樣裝置和取樣方法的改進(jìn)，采用了擠出腔底部具有溢流閥的取樣裝置，以配合泵驅(qū)動(dòng)取樣。三是樣品壓力控制的改進(jìn)，在泵驅(qū)動(dòng)取樣之后，采用泵驅(qū)動(dòng)流體壓力控制技術(shù)，為超壓樣品減壓使其接近原地層壓力。四是在借助增設(shè)的流體控制閥，在泵抽排系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，暫時(shí)將吸入口和泵出口聯(lián)通，實(shí)現(xiàn)泵和電機(jī)的空載啟動(dòng)。關(guān)于各有關(guān)改進(jìn)的設(shè)計(jì)方案和具體實(shí)施，結(jié)合說明書


分述之。3. 2泵抽排系統(tǒng)的改進(jìn)圖3是本發(fā)明地層測試器的泵抽排裝置的簡圖。該裝置有樣品管線(21)、閥(22)、閥(23)、樣品管線(24)、泵(25)、樣品管線(26)、閥(27)。閥(22)、閥(23)和閥(27)，它們在控制裝置的控制下可以開啟(使流體可通過)和截止，既可以是電動(dòng)的，也可以是電液轉(zhuǎn)換液壓驅(qū)動(dòng)的流體控制閥。樣品管線(21)與閥(22)的口 (22a)和閥(23)的(23a)連接。閥(22)的口 (22b)與泵(25)的口(25a)連接。閥(23)的口(23b)與樣品管線(26)和泵(25)的口(25b)、閥(27)的口(27b)連接。閥(27)的口(27a)直接或間接地與通向井筒的流體口(28)連通，所述的間接地連接，是指根據(jù)需要還可以設(shè)置過濾器，或者再增加其他的控制閥從而進(jìn)一步控制其流動(dòng)。樣品管線(21)或樣品管線(24)，兩者之一連接通向被封隔器(3a)封隔的井壁的流體管路(3b)，該管路還可以是管路和閥的組合，通常為了有效地控制壓力測試和取樣，在探頭或封隔器裝置中還需設(shè)置控制和隔離流體的一組閥，此細(xì)節(jié)非本發(fā)明內(nèi)容，不再詳述。兩者中的另一個(gè)，連接通向取樣裝置出)的樣品入口(6a)，該管路還可以是管路和閥的組合，通常為了實(shí)現(xiàn)取樣裝置的預(yù)充填和轉(zhuǎn)樣，還需設(shè)置必要的其他流體控制閥，它們通常是手動(dòng)操作的。顯然在一串儀器中探頭和封隔裝置、取樣裝置都不限于一個(gè)；并且還可以掛接更多具有獨(dú)立功能的其他裝置和模塊。本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容之一是在樣品管路系統(tǒng)中增加了一組流體控制閥，從而實(shí)現(xiàn)了多種工作模式的控制轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明的泵抽排系統(tǒng)至少具有四種工作模式，下面說明其原理和功能。模式一，泵抽排地層流體功能(外排)。當(dāng)閥(27)開啟，閥(23)截止，閥(22)開啟，泵(25)正向工作，泵口 (25a)吸入，泵口 (25b)排出時(shí)，系統(tǒng)可將樣品管線(21)和(24)的地層流體抽排至井筒。(此情形下，若當(dāng)閥(22)截止時(shí)，則只能抽排樣品管線(24)中的流體。)模式二，將井筒泥漿抽排至流體管線(內(nèi)吸)。當(dāng)各閥按上述模式一置位，泵(25)反向工作即可將井筒流體抽排至相應(yīng)的樣品管線。該模式可先利用井筒泥漿作為工作流體，驅(qū)動(dòng)大型封隔器封閉更大范圍的井壁，再進(jìn)行取樣。模式三，泵驅(qū)動(dòng)取樣模式。當(dāng)閥(22)截止、(27)截止，閥(23)開啟，當(dāng)泵正向工作時(shí)，可驅(qū)動(dòng)流體自右至左流動(dòng)，反向工作時(shí)，則自左至右流動(dòng)。根據(jù)封隔器和取樣裝置的掛接順序，選擇相應(yīng)的泵工作方向，即可將地層流體泵入取樣裝置。模式四，反向注入模式，即將工作流體注入地層。當(dāng)各閥按上述“模式三”置位，同樣根據(jù)封隔器和貯樣筒的掛接順序，選擇相應(yīng)的泵工作方向，即可將工作流體注入被封隔器封隔的地層中去。上述四種模式中，泵驅(qū)動(dòng)取樣模式，是本發(fā)明的改進(jìn)重點(diǎn)，其目的是采用控制抽吸速度實(shí)現(xiàn)取樣壓力的控制，它與節(jié)流控制相結(jié)合可獲得更好的效果。該方式還不依賴預(yù)先充氣的緩沖裝置，可簡化取樣裝置，減小儀器規(guī)模和長度。由于可在井下控制切換這四種工作模式，對于取樣操作可以先按“模式一”運(yùn)行，泵抽排高污染的地層流體至井筒，隨后再進(jìn)行泵驅(qū)動(dòng)取樣。3. 3取樣裝置的改進(jìn)為配合泵驅(qū)動(dòng)取樣，可采用現(xiàn)有的常規(guī)取樣裝置，它通常是一個(gè)取樣筒和緩沖筒的組合，緩沖筒用于提供負(fù)壓，收集來自擠出腔的預(yù)充填流體。為了簡化取樣裝置結(jié)構(gòu)，本發(fā)明對取樣裝置作如下改進(jìn)，使之不再需要緩沖筒，可縮短儀器長度。如圖5所示，取樣裝置(6)包括樣品管線(6a)、節(jié)流密封閥(6b)、貯樣腔(6c)、隔離裝置(6d)、被擠壓腔(6e)、閥(6f)、閥(6h)和閥(6g)。隔離裝置(6d)通常是一個(gè)活塞裝置，也可以是膠囊等隔離裝置，閥(6f)、閥(6h)用于預(yù)充填和轉(zhuǎn)樣操作。本發(fā)明的特征是，在被擠出腔^e)的固定端需設(shè)置一個(gè)溢流單向閥^f)。溢流單向閥^f)的流體溢出口可直接通向井筒，也可經(jīng)過傳統(tǒng)的節(jié)流再間接地通向井筒。
閥^f)的特征是，當(dāng)被擠壓腔^e)的壓力相對于井筒壓力達(dá)到或超過溢流開啟壓力Pon時(shí)溢流，低于恢復(fù)關(guān)閉壓力Poff時(shí)閉合，其溢流開啟壓力Pon不小于O. 005MPa,且不大于lOMPa，宜選取O. 7 IMPa范圍。其恢復(fù)關(guān)閉壓力Poff小于等于溢流開啟壓力Pon03. 4樣品壓力控制的改進(jìn)采用泵驅(qū)動(dòng)取樣方式時(shí)，貯樣腔的樣品壓力在不使用負(fù)壓緩沖裝置的情況下將達(dá)到或超過地層壓力，這時(shí)可通過開啟閥(27)，泵反向驅(qū)動(dòng)減壓，使其恢復(fù)到接近地層壓力的目標(biāo)值。泵驅(qū)動(dòng)取樣過程中，閥(27)處于關(guān)閉位置，通過監(jiān)測樣品管路的壓力(或位置傳感器等方法)可確認(rèn)貯樣腔(6c)被注滿。此時(shí)開啟閥(27)，泵(25)反向工作，即可將貯樣腔(6c)內(nèi)的超壓樣品抽排出，使其降壓，通過檢測樣品管線的壓力，當(dāng)其達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，調(diào)整結(jié)束?？蓪⑼ㄟ^預(yù)測試獲得的地層壓力作為目標(biāo)值，并且給定一個(gè)誤差帶作為控制參數(shù)。具體的壓力控制方法為公知技術(shù)不再詳述。 3. 5泵的空載啟動(dòng)對于泵(25)而言，在泵兩端差壓較大時(shí)啟動(dòng)較困難，主要影響因素是壓差阻力、摩擦阻力和啟動(dòng)電流限制三個(gè)方面。具體控制方法是，在泵啟動(dòng)前暫時(shí)將閥(22)和閥(23)同時(shí)打開，此時(shí)泵(25)兩端聯(lián)通，泵可空載啟動(dòng)。此改進(jìn)對于本發(fā)明的部分實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)，閥(22)和閥(23)可以獨(dú)立是改進(jìn)的前提。

圖I是本發(fā)明所涉及的地層測試器的示意圖，本發(fā)明的主要組成與之相同。根據(jù)各模塊掛接順序不同，有兩種典型的布局，分別如圖1(a)和圖1(b)所示。圖中序號(hào)I為井筒，地層測試器包含能源供給、測量、控制和通信裝置(2)、探頭或封隔器裝置(3)、流體識(shí)別裝置(4)、泵抽排裝置(5)、取樣裝置(6)和底鼻(7)等。圖2是現(xiàn)有地層測試器的泵抽排裝置的簡圖。其中包含泵(13)、換向閥(12)、以及樣品管路(11)、(14)和(15)，還有一個(gè)通向井筒的口 1(16)。圖3是本發(fā)明的地層測試器所包含的泵抽排裝置的簡圖和實(shí)施例。其中包含樣品管線(21)、閥(22)、閥(23)、樣品管線(24)、泵(25)、樣品管線(26)、閥(27)。圖4是本發(fā)明包含的泵抽排裝置的另一個(gè)實(shí)施例的局部變化，一個(gè)三通閥(31)可取代閥(22)和閥(23)兩者的組合。圖5是本發(fā)明的地層測試器所包含的取樣裝置￠)的一個(gè)實(shí)施例。5具體的實(shí)施方式本發(fā)明對地層測試器的具體改進(jìn)在于泵抽排裝置的改進(jìn)、取樣裝置的改進(jìn)和控制方法的改進(jìn)。其中，泵抽排裝置的改進(jìn)可單獨(dú)實(shí)施，也可以與另兩項(xiàng)改進(jìn)合并進(jìn)行。因此，本發(fā)明可以有不同的實(shí)施方式。實(shí)施例I :根據(jù)本發(fā)明所述原理和結(jié)構(gòu)，可僅對泵抽排裝置進(jìn)行改進(jìn)，掛接現(xiàn)有的常規(guī)取樣裝置?？沙Ｒ?guī)取樣，也可按泵驅(qū)動(dòng)取樣方式進(jìn)行。實(shí)施例2 :泵抽排裝置改進(jìn)后，可掛接本發(fā)明提出的在被擠壓腔(6e)固定端具有溢流單向閥^f)的取樣裝置。這種形式的取樣裝置不需要連接節(jié)流緩沖裝置，在掛接多個(gè)取樣裝置的情況下可有效縮短儀器長度。實(shí)施例3 :對于泵抽排裝置的改進(jìn)也可以有不同的實(shí)施方案，圖3中的閥(22)和閥(23)兩者的組合，可以被圖4中的三通閥(31)代替。除以上實(shí)施例外，關(guān)于系統(tǒng)管路的布置，流體口的設(shè)計(jì)，也可以采取不同的具體結(jié)構(gòu)形式，并且加裝起過濾作用的過濾器，加裝起節(jié)流和隔離作用的其他輔助控制閥。閥(22)、閥(23)和閥(27)，本發(fā)明推薦采用以電液轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)形式。由電磁閥驅(qū)動(dòng)液壓閥產(chǎn)生壓力信號(hào)，再用壓力信號(hào)驅(qū)動(dòng)流體控制閥作為優(yōu)選方案。本發(fā)明具體實(shí)施時(shí)，可采用模塊化的儀器布局，泵抽排裝置(5)即可安裝在探頭或封隔器裝置(3)之上方，也可以掛接于其下方。·
權(quán)利要求
1.一種測井儀器，具有封隔井壁，用泵來抽吸和驅(qū)動(dòng)地層流體，進(jìn)行測試和取樣的功能；包含能伸出或擴(kuò)張，也能回收或回縮，并且能座封或封隔井壁的封隔器，還包含可通過被座封或封隔的井壁抽吸地層流體的泵，以及能源供給裝置、測量和控制裝置和通信裝置，其特征在于 a)有樣品管線(21)、閥(22)、閥(23)、樣品管線(24)、泵(25)、樣品管線(26)、閥(27)和通向井筒的流體口(28);閥(22)、閥(23)和閥(27)在控制裝置的控制下可以開啟和截止; b)樣品管線(21)與閥(22)的口(22a)和閥(23)的口 (23a)連接；閥(22)的口 (22b)與泵(25)的口 (25a)連接；閥(23)的口 (23b)與樣品管線(26)和泵(25)的口(25b)、閥(27)的口(27b)連接；閥(27)的口(27a)直接或間接地與通向井筒的流體口(28)連通； c)樣品管線(21)或樣品管線(24)，兩者之一連接通向被封隔器(3a)封隔的井壁的管路(3b)，兩者的另一個(gè)至少連接一個(gè)通向取樣裝置(6)的樣品入口(6a)，管路(3b)還可以是管路和閥的組合。
2.如權(quán)利要求I所述的測井儀器，其特征在于可以用一個(gè)三通閥(31)代替閥(22)和閥(23)兩者之組合，三通閥(31)的公共口(31a)代替和閥(22)的口(22a)和閥(23)的口(23a)，三通閥(31)的選通口 (31b)和選通口 (31c)分別代替閥(22)的口 (22b)和閥(23)的口 (23b)。
3.如權(quán)利要求I、權(quán)利要求2所述的測井儀器，其特征在于 a)至少串接一個(gè)取樣裝置出)，在其樣品入口^a)與貯樣腔^c)之間至少有一個(gè)閥(6b)，在其被擠壓腔^e)的底部至少有一個(gè)溢流單向閥(6f)； b)溢流單向閥^f)的流體溢出口直接或間接地通向井筒，當(dāng)被擠壓腔^e)的壓力相對于井筒壓力達(dá)到或超過溢流開啟壓力Pon時(shí)溢流，低于恢復(fù)關(guān)閉壓力Poff時(shí)閉合，其溢流開啟壓力Pon不小于0. 005MPa，且不大于lOMPa，其恢復(fù)關(guān)閉壓力Poff小于等于溢流開啟壓力Pon。
全文摘要
本發(fā)明是一種主要用于石油測井的地層測試器，包含能源供給、測量、控制和通信裝置、能座封和封隔井壁的封隔器、泵抽排裝置、取樣裝置等。其特征是泵抽排裝置有一組流體控制閥，可控制地層流體樣品的流向，可在井下實(shí)現(xiàn)多種泵抽排工作模式的轉(zhuǎn)換。除具有泵抽排功能外，可采用泵驅(qū)動(dòng)形式連續(xù)地取樣。還采用了在被擠出腔底部加裝有溢流閥的取樣裝置。提出了在泵驅(qū)動(dòng)取樣后，對超壓樣品減壓使其接近原地層壓力的控制方法。
文檔編號(hào)E21B49/08GK102808616SQ20111015700
公開日2012年12月5日 申請日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者張保安, 楊午林, 李軍虎, 李霖峰, 張向維, 張宏, 蔣書立, 蔣文利, 容海波, 宛憲偉, 李娜 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七0五研究所高技術(shù)公司