CN102182452A - 毛细管测压装置 - Google Patents

Abstract

本发明的毛细管测压装置是由地面和井下两部分组合而成，在地面至少装有气源，数据处理终端、测量仪表、带有恒流源的气流控制装置；在井下至少装有精确控制传压筒，用毛细管将井上部分和井下部分连接起来，就构成了毛细管则压装置。其目的是：使毛细管测压装置不论在下井安装还是使用过程中，只要毛细管泄漏，都不会导致井下液体经过传压筒进入到毛细管，井下气体几乎也无法通过传压筒进到毛细管，毛细管泄漏时还能够及时自动检测报警，使毛细管测压装置彻底摆脱现有故障，从而提高安装成功率，降低安装成本，提高毛细管测压装置数据监测的可靠性，降低故障率，延长使用寿命。

Description

毛细管测压装置

技术领域

本发明属于石油开采技术领域，尤其涉及到一种井下毛细管测压技术。

背景技术

油田井下毛细管测压技术是20世纪80年代初发展起来的一门新的压力测试技术，由美国PRUETT公司首创。由于它独特的技术特点和优势，在各油田受到普遍欢迎并正在广泛应用。

毛细管测压装置分为井下和地面两部分。井下部分包括：井口穿越器、过电缆封隔器穿越器、毛细钢管、毛细管保护器、传压筒。地面部分由氮气源、氮气增压泵、空气压缩机、安全吹扫系统、压力变送器、计算机、数据采集控制系统组成。毛细管和传压筒中均充满氮气，氮气气源由在井口的普通工业氮气瓶提供，必要时使用高压氮气压缩机将氮气吹扫至毛细管及井下传压筒中。传压筒底端开孔与井筒液体连通，其内容积一般比毛细管内容积大几十倍，以保证在下井作业需要剪断毛细管放出氮气时，不至于导致井下液体进入到毛细管，同时，在井下压力变化时，保持传压筒内气一液两相界面深度的基本稳定。

毛细管测压装置的工作原理是：把传压筒下到井下，井下测压点处的压力作用在传压筒内的气柱上，由气体传递压力至井口，由压力变送器测得地面一端毛细管内的氮气压力后，将信号传送到数据采集器，数据采集器将压力数据显示并储存起来。记录下来的井口氮气压力数据由计算机回放后处理，根据测压深度和井筒温度完成由井口氮气压力向井下测点压力的计算。

多年来，人们发现，毛细管测压虽然有诸多优点，但是，就是怕毛细管进入液体，而毛细管一旦进入液体就很难清除掉，积液堆积起来就出现了毛细管堵塞故障。而一旦堵塞，轻则使测量数据不能代表井下实际情况，重则甚至因无法吹扫造成装置报废。

导致液体进入毛细管的原因有三个：一个是下井作业过程中过封隔器和井口时必须剪断毛细管，一个是毛细管装置泄漏；另一个是井下气体混入到毛细管并沿毛细管上升后冷凝成液体。

为避免堵塞发生，人们采用了几种手段，首先是加大井下传压筒的容积，使毛细管在泄漏时传压筒储存的气体为堵塞泄漏提供有足够的气体释放时间，第二个是下井过程中大量频繁吹扫氮气，使传压筒尽可能少进入液体，第三个是在使用中定期吹扫毛细管。

中国实用新型专利ZL 200520087339.6公开了一种能够方便检验密封性能，同时还可以避免由于频繁吹扫带来麻烦和影响进度的可试压传压筒。

但是，这种可试压传压筒装有活塞剪钉，密封性能的检验也只能在远低于活塞剪钉剪断压力的前提下进行，为了监测井下压力，投入工作前必须加大压力推动活塞剪断剪钉，这样的结果是：下到井下包括传压筒在内的毛细管柱经过剪断压力后各部分密封是否还可靠就无从知晓了。

所以，中国实用新型专利ZL 200520087339.6只是部分的解决了下井过程中剪断毛细管 造成的液面上升问题，密封性能的检验并不可靠。其他靠加大传压筒容积避免毛细管进液毕竟是有局限的措施，同时传压筒容积太大带来的问题还有一个井下压力变化反应不灵敏，短时间压力波动大部分被传压筒容积腔吸收的问题，至于毛细管泄漏和井下气体进入到毛细管造成的积液堵塞，除了采用无法彻底的吹扫措施之外，目前已知的技术都没有办法解决，这就严重的影响了装置的可靠性和寿命，有时甚至造成下井安装失败。

发明内容

本发明是针对解决现有问题提出来的，其目的是：使毛细管测压装置不论在下井安装还是使用过程中，只要毛细管泄漏，都不会导致井下液体经过传压筒进入到毛细管，井下气体几乎也无法通过传压筒进到毛细管，毛细管泄漏时还能够及时自动检测报警，使毛细管测压装置彻底摆脱现有故障，从而提高安装成功率，降低安装成本，提高毛细管测压装置数据监测的可靠性，降低故障率，延长使用寿命。

本发明的毛细管测压装置是由地面和井下两部分组合而成，在地面至少装有气源，数据处理终端、测量仪表、带有恒流源的气流控制装置；在井下至少装有精确控制传压筒，用毛细管将井上部分和井下部分连接起来，就构成了毛细管则压装置。

带有恒流源的气流控制装置至少由等效的一个排气阀、一个恒流源、一个进气阀组成。根据需要，其中的排气阀可以是一个或多个，最好是两个，一个排气阀进口与恒流源出口连通，它的出口与大气连通；另一个排气阀进口与恒流源进口连通，它的出口与大气连通；其中的进气阀进口与恒流源进口连通，进气阀出口与恒流源出口连通；其中的恒流源进口与气源连通，出口与通往井下的毛细管连通。根据需要，这些阀门可以是手动或是自动或是二者的不同组合。

精确控制传压筒至少由上下接头、外筒、内浮筒、浮力控制阀、远程控制阀和毛细管接头部构成。精确控制传压筒通过上下接头完成自身与下井管柱部件相连接，通过毛细管接头与毛细管连接。通过内浮筒连接浮力控制阀，浮力控制阀与远程控制阀连通，远程控制阀与毛细管接头连通。根据需要，内浮筒可以制成下部开孔或是密封的，但是最好是制成下部开孔的钟罩式零件。远程控制阀大致由动力控制部分、换向保持机构和阀门三部分构成。其中的的动力部分由阻尼孔、阻尼腔、膜片或是活塞构成。

数据处理终端是一个可以但不限于运行程序、采集存储数据，具有和外部通讯功能的电子设备。

测量仪表至少由一个测量毛细管压力的仪表组成，根据需要可以增加多个不同的仪表，本案例由三个压力仪表组成，分别完成气流控制装置前后压力和套管压力的测量。

附图说明：

说明书附图1是本发明毛细管测压装置的原理图。

图中：1是井筒，其上部是套管；2是精密控制传压筒；3是毛细管；4是套管测量压力仪表；5是进气阀；6是装于恒流源前的排气阀；7是数据处理终端；8是毛细管压力测量仪 表；9是安装于恒流源后的排气阀；10是气体恒流源；11是装于恒流源前的压力测量仪表；12是气源。

说明书附图2是精确控制传压筒示意图。

图中：1是传压筒下接头；2是传压筒下部与外界的连通孔；3是内浮筒；4是外筒；5是浮力控制阀芯；6是上接头；7是毛细管接头的进气通道；8是阻尼孔；9是阻尼腔；10是膜片(也可以是活塞)；11是换向保持器；12是远程控制阀芯延长连接部分；13是远程控制阀芯；14是阀口和两个阀的连接通道。

具体实施方式：

本发明给出的是解决毛细管测压问题的技术方案，实施本方案时要根据油田需要的具体项目进行设计。

下面根据一个实施例说明实施本发明时具体实施方案的制定过程。

给定条件：有一口4000米深的观察井，没有封隔器，套压放空后测动液面在1000米，要求下毛细管测压装置，测量深度4000米，系统要求可靠，能够正确监测地下压力变化、动液面变化、毛细管泄漏后自动报警和气源不足报警。

根据上述情况，制定与本发明密切相关的实施方案如下：

1、确定系统工作压力

本例中，井深4000米，动液面1000米，液柱3000米，以液体全是水估算，4000米井下压力30MPa，按1.5倍安全系数考虑，确定系统压力45MPa，可以据此进行相关产品选型设计；

2、确定气源

选氮气瓶经45MPa氮气增压泵增压后给系统供气；

3、确定带有恒流源的气流控制装置

在45MPa压力等级下，选择阀门和恒流源构成带有恒流源的气流控制装置，如果采购不到，可以根据氮气减压器的原理自行设计恒流源，是比较简单合理的方法。恒流源的设计原理是：忽略压力变化影响，在流道不变、压力差不变的情况下，流量就不会改变，它相当于把减压器原来减压参考腔通大气的部分改为和输出部分连接起来，变为以输出压力为减压器的参考腔，此时的减压器就变成了恒流源；也可以采用以跟踪流量信号为参考点控制调节阀的方法构成恒流源。

4、精确控制传压筒

精确控制传压筒的承压部分仍然可以按照45MPa选择，传压筒的直径可以按照具体井筒直径适当留有安全施工空间确定，传压筒的长度可以根据内浮筒浮力需要确定。但是，内外筒主体可以看作是非承压部件，所以，材质和壁厚的选择主要要从施工和管柱安全、连接强度、用户要求、可靠性要求等几个方面来考虑设计余量。安装到精确控制传压筒上的远程控制阀和浮力控制阀一般需要自行设计。

浮力阀比较简单，浮筒上顶一个阀芯，浮力大时，阀门就关严了。内浮筒最简单的方式 是设计成下部非密封的形式，类似于倒扣的杯子。

远程控制阀的动力控制部分是利用气体阻尼原理制成的。最简单的方式是：一个刚性的容积腔的一端装有膜片或者活塞，阻尼腔有一个和外界连通的小孔，称为阻尼孔，当外界压力突然改变时，由于阻尼孔的节流作用，膜片或者活塞就会向压力低的方向移动，这种移动就可以推动阀芯动作，通过换向保持器，使阀门保持在一个状态，而下次再改变压力时，阀芯就会向相反方向动作，这样就完成了开关。

这里的换向保持器需要自行设计，可以参照现有的各种类似机械动作产品机构，比如：按压式圆珠笔、机械自锁按钮等。

5、数据处理终端和测量仪表

数据处理终端和测量仪表应该根据需要选购或者设计，其原则是满足功能和可靠性的要求，本例中，要求监测井下压力、动液面和毛细管泄漏，这就要求监测毛细管出口压力，套管压力，根据这两个压力变化利用流体力学原理计算动液面和管道泄漏，同时还要有气源不足报警，这还要监测气源压力。根据这些要求对软件程序设计进行评估，再根据评估结果做出数据处理终端采购或者设计的方案。

根据系统压力、测量点数和测量精度、可靠性等原则选择压力仪表，一般应该选择压力变送器测量压力，需要测量温度的，选择温度变送器。

设计制作都完成了，组装起来，就构成了本发明的毛细管测压装置。

由于在精确控制传压筒上装有远程控制阀，这样就可以于下井前在地面将毛细管测压装置装配起来，以便对远程控制阀的可靠性和管路系统密封的可靠性，以及管道泄漏报警和气源不足报警功能的可靠性等所有功能进行全面检查验证。要知道，本发明以前的毛细管测压装置是无法全面完成这些检查和验证的。

远程控制阀是通过操作地面气流控制装置的进气阀和排气阀实现的。因为进排气阀可以快速的允许气流通过，使阻尼孔节流发生作用，造成阻尼室内外明显的压力差，造成膜片或活塞的运动，以推动远程控制阀开关。而成正常工作过程供气则是通过恒流源实现的，因为恒流源流量非常微小，阻尼孔相对于恒流源来说是太大了，所以它不会改变阻尼室内外的压力，膜片当然不会运动。

实施本发明的优越性是非常突出的。

本发明用恒流吹气的方式，防止井下流体进入到毛细管，解决了井下气体进入到毛细管带来的各种问题；增加了压力变送器，使得该监测系统通过软件的开发具有了毛细管泄漏自

我监测的功能，一旦毛细管系统出现故障，系统就能够很快的发出警报，操作人员就可

以尽快处理，避免故障不能及时处理导致的事故发生，这使得该系统的可靠性大大提高。

精确控制传压筒是一种“气容”，起到滤波稳压作用；其中的内浮筒是液位传感控制部件，一旦管汇发生泄漏失压，井下液体进入传压筒下部，达到浮力控制阀关闭条件，内浮筒的浮力就会使浮力控制阀关闭，这样，传压筒内的气体就会停止从毛细管中流出，保证了失压情况下传压筒内液体不会上升到上部，从而保证了毛细管不会进入液体，一旦修好管路，重新恢复压力，气体进入传压筒，液体就会从底部被排出，恢复正常测试状态；这种结构的 另一个作用是：下井作业时即便是井下有液体，加上远程控制阀的双层作用，井下液体绝对不会进入到毛细管。

从上面的传压筒结构分析，我们不难得出如下结论：

由于传压筒毛细管连通部有可关断的远程控制阀门，所以它允许下井作业过程中超过井下使用压力的试压，也就是说可以象地面压力管道系统的试压规范一样进行试压。

在下井过程中，可以不受时间限制任意自由的操作安装每一个接头，而装完每一个接头都可以重新试压到规范压力，以检查接头密封的可靠性；

由于浮力控制阀的作用，在整个施工中不进行吹扫作业井下液体也不会进入到毛细管；

假定有一天地面高压管汇发生了泄漏，由于浮力控制阀的作用毛细管就是真的失压了，液体也绝不会进入到毛细管。

可以看到，这些技术措施的采用，毛细管堵塞的问题消除了。

为解决周期吹扫问题，本发明公开了高压氮气恒流源，它的气源压力远高于井下压力，它的恒流流量在毛细管内产生的水力损失可以忽略不计，不管井下压力怎样变化，它都能持续不断的将井下流体严格排除在毛细管之外，使井下无论是气体还是液体，都没有进入到毛细管的机会。

可以看到，由于采用不间断恒流供气监测井下压力，使得原来那种周期性吹扫带来的监测数据可靠性差的问题彻底消除了。

由于增加了井口套管压力检测，结合毛细管传压筒压力检测，编制出合适的软件，还能随时检查毛细管测压系统是否发生泄漏，以及泄漏的孔隙大小以及大概其的位置，还能够监测井筒动液面的变化，这种精确控制传压筒不必给毛细管泄漏保存备用气体，整个容积小了，消除了大容积传压筒监测井下压力不敏感的弊端，这给科学合理的分析地下情况提供了不可替代的数据资源。

Claims (12)

1.一种由地面和井下两部分组合而成的毛细管测压装置，在地面至少装有气源、数据处理终端、测量仪表、带有恒流源的气流控制装置；在井下至少装有精确控制传压筒，用毛细管将井上部分和井下部分连接起来。

2.根据权利要求1所述的毛细管测压装置，其特征在于地面部分安装带有恒流源的气流控制装置。

3.根据权利要求1所述的毛细管测压装置，其特征在于井下部分装有精确控制传压筒。

4.根据权利要求1和权利要求2所述的毛细管测压装置，其特征在于其中的带有恒流源的气流控制装置至少由等效的一个排气阀、一个恒流源、一个进气阀组成。

5.根据权利要求1和权利要求4所述的毛细管测压装置，其特征在于所说的带有恒流源的气流控制装置，根据需要，其中的排气阀可以是一个或多个，最好是两个，一个排气阀进口与恒流源出口连通，它的出口与大气连通；另一个排气阀进口与恒流源进口连通，它的出口与大气连通；其中的进气阀进口与恒流源进口连通，进气阀出口与恒流源出口连通；其中的恒流源进口与气源连通，出口与通往井下的毛细管连通。

6.根据权利要求1和权利要求5所述的毛细管测压装置，其特征在于根据需要，这些阀门可以是手动或是自动或是二者的不同组合。

7.根据权利要求1和权利要求3所述的毛细管测压装置，其特征在于精确控制传压筒至少由上下接头、外筒、内浮筒、浮力控制阀、远程控制阀和毛细管接头部构成。

8.根据权利要求1和权利要求7所述的毛细管测压装置，其特征在于精确控制传压筒通过上下接头完成自身与下井管柱部件相连接，通过毛细管接头与毛细管连接；通过内浮筒连接浮力控制阀，浮力控制阀与远程控制阀连通，远程控制阀与毛细管接头连通。根据需要，内浮筒可以制成下部开孔或是密封的，但是最好是制成下部开孔的钟罩式零件。

9.根据权利要求1和权利要求8所述的毛细管测压装置，其特征在于远程控制阀大致由动力控制部分、换向保持机构和阀门三部分构成。

10.根据权利要求1和权利要求10所述的毛细管测压装置，其特征在于其中的动力部分由阻尼孔、阻尼腔、膜片或是活塞构成。

11.根据权利要求1所述的毛细管测压装置，其特征在于数据处理终端是一个可以但不限于运行程序、采集存储数据，具有和外部通讯功能的电子设备。

12.根据权利要求1所述的毛细管测压装置，其特征在于测量仪表至少由一个测量毛细管压力的仪表组成，根据需要可以增加多个不同的仪表。 

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