CN108691535A - 一种随钻地层压力测量仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种随钻地层压力测量仪，包括具有外壳、探头、探针和流体管的探头装置；与流体管连通的测试容器，其中，在第一压力作用下，探头能带动探针和流体管相对于外壳轴向向外移动，在第二压力作用下，探针和流体管相对于探头轴向向外移动。该测量仪能保证提取地层流体的纯度和测量的精确度。

Description

一种随钻地层压力测量仪

技术领域

本发明涉及油田、矿山等行业的井下工程技术领域，特别是涉及一种随钻地层压力测量仪。

背景技术

随钻测量工具是国际钻井高技术的重要组成部分，应用这些高技术产品可提高大位移井、高难度水平井的工程控制能力和地层评价能力，从而提高油层的钻遇率。

其中，随钻地层压力测量仪可用来测量地层压力。其优点是，钻头刚钻开地层即进行测试，钻井液对所测地层污染小，压力测量精度高，能更好地反应地层真实压力状况。随钻地层压力测量仪解决了在大斜度井、大位移井中传统测量工具下入难等问题。

现有技术中，随钻地层压力测量仪主要采用单级探头。在测试过程中，由于井下环境复杂，常出现沟通地层流体困难，或封隔不完全而造成的测试压力值失真等问题。

发明内容

针对上述问题的部分或全部，本发明提出了一种随钻地层压力测量仪。该测量仪通过多次推靠后才能使得流体管沟通测试容器，能大大提高地层压力测量的准确性。

根据本发明，提供一种随钻地层压力测量仪，包括：

具有外壳、探头、探针和流体管的探头装置，

与流体管连通的测试容器，

其中，在第一压力作用下，探头能带动探针和流体管相对于外壳轴向向外移动，在第二压力作用下，探针和流体管相对于探头轴向向外移动。

在一个实施例中，探头的第一端延伸到外壳的第一空间内，并在探头的第一端设置径向延伸的第一凸台以将第一空间分为密闭的第一室和第二室，

探针的第一端延伸到探头的第二空间内，并在探针的第一端设置径向延伸的第二凸台以将第二空间分为第三室和第四室，

流体管设置在探针的内腔中并轴向穿过探针、探头和外壳以与测试容器连通，

其中，第一室通过第一支路与油箱连通，第二室和第四室通过第三支路与油箱连通，第一室和第三室通过两个互为反向的第三顺序阀连通。

在一个实施例中，测试容器的一端设置第一活塞、第五室和第六室，其中，第六室通过第二支路与油箱连通以通过注液施力于第一活塞，第五室与第三支路连通以通过注液施力于第一活塞。

在一个实施例中，在第五室内设置弹性件以限定第一活塞的位置。

在一个实施例中，在连通第三支路和第五室的支路上以及和第二支路上设置双向锁，双向锁的进口分别设置在第三支路和第二支路的油箱端，双向锁的出口分别与第五室和第六室连通。

在一个实施例中，在测试容器的开口处设置平衡阀以使得测试容器与外界连通或截止，平衡阀具有第二活塞、第七室和第八室，其中，第七室与第一支路连通以使得向第七室内注液后液压力施力于第二活塞，第八室与第三支路连通以使得向第八室内注液后液压力施力于第二活塞。

在一个实施例中，在第七室与第一支路连接的支路上设置第一蓄能器，在第一蓄能器和第七室之间的支路上设置并联的第二单向阀和第一顺序阀。

在一个实施例中，在油箱与第一支路、第二支路和第三支路之间的主路上设置柱塞泵，在柱塞泵的下游端设置第四支路，在第四支路上设置与油箱连接的两位两通的电磁阀。

在一个实施例中，在第二室和第四室连通的第三支路上设置第二蓄能器，并在第二蓄能器和油箱之间设置并联的第五单向阀和第二顺序阀。

在一个实施例中，在主路上设置溢流阀。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在第一压力作用下，探头等能相对于外壳轴向向外运动，先使得探头坐封，从而封隔钻井液和地层流体以保证测量的精准性。然后，在第二压力作用下，探针相对于探头运动，以保证探针能突出探头而穿透井壁表面的泥饼抽吸到原始地层流体，从而保证测量的真实性。由此，通过使用测量仪的多次推靠，能起到先封隔再连通的目的，保证了取流体的纯度和测量的精确度。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1示意性地显示了根据本发明的一个实施例的测量仪；

附图并未按照实际的比例。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，随钻地层压力测量仪100包括探头装置1和测试容器3。其中，探头装置1具有外壳11、探头12、探针13和流体管14。测试容器3与流体管14连通，以使得地层流通过流体管14进入测试容器3，再对地层流体进行压力测量。在第一压力作用下，探头12能带动探针13和流体管14相对于外壳11轴向向外移动，以使得探头12抵接在井筒的内表面上，用于封隔地层流体和钻井液。然后，在第二压力作用下，探针13带动流体管14相对探头12轴向向外移动，使得探针13刺入井壁的泥饼中，从而沟通地层流体和测试容器3，引入地层流体，可进行测量地层流体压力操作。

由此，该测量仪100在测试地层压力过程中可以多次推靠，依次完成封隔和连通，能有效保证提取地层液体的有效性，从而提高测试精度。

本发明中，通过液压系统促动探头装置1。

在一个具体实施例中，外壳11构造为筒状。探头12的第一端延伸到外壳11的第一空间15内。在探头12的第一端设置第一凸台16，第一凸台16径向延伸以将第一空间15分为密闭的第一室17和第二室18。探针13的第一端延伸到探头12的第二空间19内。在探针13的第一端设置第二凸台20，第二凸台20径向延伸的以将第二空间19分为第三室21和第四室22。流体管14设置在探针13的内腔中并轴向穿过探针13、探头12和外壳11以与测试容器3连通。其中，第一室17通过第一支路5与油箱4连通，第二室18和第四室22通过第三支路6与油箱4连通，第一室17和第三室21通过两个互为反向的第三顺序阀23连通。从而，通过第一支路5从油箱4向第一室17内注入压力液，以促动探头12带动探针13和流体管14相对于外壳11轴向向外移动。当第一室17内的压力达到第二压力时，液体通过第三顺序阀23中的一个进入第三室21，而推动探针13相对探头12运动。在这个推靠过程中，第一支路5作为推靠支路以供给压力液。并且，由于第二室18和第四室22与油箱4也连通，则第三支路6作为回油支路，以将第二室18和第四室22中的液体回流到油箱4中。

具体地，在从油箱4到第一室17的方向上，在第一支路5上依次设置有第三单向阀51、第一安全阀52和第二电磁阀53。其中，第三单向阀51用于防止第一支路5上的液体回流。第一安全阀52防止第一支路5上的液体压力过高，保护液压系统。例如，该第一安全阀52的整定压力大约为17兆帕。第二电磁阀53构造为两位三通形式，其一个接口与第三单向阀51的出口连接，一个接口与第一室17连接，一个接口与油箱4连接。在推靠过程中，也就是，探头12和探针13相对轴向向外移动过程中，第二电磁阀53打开，油箱4中的液体依次通过第三单向阀51和第二电磁阀53进入第一室17，以向第一室17供给压力油。而在探头装置1复位过程中，也就是，探头12和探针13轴向向内移动以回复初始位置，第一室17中的液体通过第二电磁阀53回到油箱4中。

在从油箱4到第二室18和第四室22的方向上，在第三支路6上依次设置有两位三通的第四电磁阀61和第二蓄能器64，在第四电磁阀61和第二蓄能器64之间还设置有并联的第二顺序阀62和第五单向阀63。其中，第四电磁阀61的一个接口与油箱4连接，用于向第二室18和第四室22内供油，一个接口与第二蓄能器64连接，另一接口又通过支路与油箱4连接，以回油。在推靠过程中，第二室18和第四室22的体积缩小，其中的液体通过第二顺序阀62后，再通过第四电磁阀61回流到油箱4中。而在复位过程中，第四电磁阀61打开，以使得油箱4中的压力液通过第四电磁阀61后，再通过第五单向阀63进入第二室18和第四室22中，从而促动探头12和探针13轴向向内运动。通过设置第二蓄能器64，在遇到紧急情况时，例如，测量仪100断电的情况下，第二蓄能器64可以提供压力源，向第二室18和第四室22中注入压力液，实现探头12和探针13的回收，保证井下安全。

根据本发明，测试容器3的一端设置第一液缸42，并设置第一活塞31，使得第一活塞31的第一端深入到第一液缸42中将第一液缸42的内腔分为第五室32和第六室33，而第一活塞31的第二端插入到测试容器3的内腔中。在第六室33和油箱4之间设置第二支路7，以使得通过第二支路7能向第六室33内注入压力液，从而促动第一活塞31运动，而增加测试容器3的体积。在探头装置1推靠完成中，通过第二支路7向第六室33内注入压力液，使得测试容器3的体积增加，其中的压力下降，有助于地层流体顺利地被抽吸到测试容器3中。在第六室33的体积增加时，第五室32的体积减小，所以第五室32通过管线连接到第三支路6的第四电磁阀61和第二顺序阀62之间，以作为回油支路。

具体地，在第二支路7上，从油箱4到第六室33的方向上，依次设置有第四单向阀71、第二安全阀72和第三电磁阀73。其中，第四单向阀71为了防止第二支路7上的液体回流到油箱4中。第二安全阀72保护第二支路7，以防压力过高。例如，该第二安全阀72的整定压力大约为17兆帕。而第三电磁阀73的一个接口与油箱4连接，用于向第六室33内供油，一个接口与第六室33连接，另一接口又通过支路与油箱4连接，以回油。在抽吸过程中，油箱4中的压力液打开第四单向阀71后，通过第三电磁阀73，进入到第六室33中，从而促动第一活塞31移动，以增加测试容器3的容积。在此过程中，第五室32的容积变小，其中的液体通过第四电磁阀61回流到油箱4中。而通过第三支路6向第五室32内注压力液时，促动第一活塞31移动，第五室32内的容积增加时，第六室33的容积变小，其中的液体通过第三电磁阀73回流到油箱4。

在一个优选的实施例中，在第五室32内设置弹性件34，以限定第一活塞31的位置。在连通第三支路6和第五室32的支路上以及第二支路7上设置双向锁74。双向锁74的一个进口设置在第三支路6的油箱端，并位于第四电磁阀61和第五室32之间。双向锁74的另一个进口设置在第二支路7的油箱端，并位于第三电磁阀73和第六室33之间。双向锁74的一个出口与第五室32连通，而另一个出口与第六室33连通。通过设置双向锁74可以控制第一活塞31的停止位置，从而控制抽吸体积。

在一个实施例中，在测试容器3的开口处设置平衡阀35，以使得测试容器3与外界连通或截止。具体地，平衡阀35具有第二液缸43、第一端设置在第二液缸43中的第二活塞36，第二活塞36将第二液缸43的内腔分为第七室37和第八室38。第七室37与第一支路5连通，能向第七室37内注液后液压力施力于第二活塞36移动，从而使得测试容器3与外界截止。在推靠过程中，油箱4向第一支路5泵送压力液，压力液通过第二电磁阀53后一部分被泵送到第一室17中，促动探头12移动，一部分进入第七室37推动第二活塞36封堵测试容器3的出口。具体地，在第二电磁阀53和第七室37之间设置有第一蓄能器39，而在第一蓄能器39和第七室37之间设置并联的第二单向阀40和第一顺序阀41。通过设置第一蓄能器39能在外界压力波动情况下，补偿第一支路5内压力波动，保证探头12的可靠坐封。。第八室38在第四电磁阀61和第二顺序阀62之间与第三支路6连通，以在第二活塞36向第八室38方向移动过程中，第八室38的体积减小，其中的液体通过第四电磁阀61回流到油箱4中。另外，在探头装置100复位过程中，油箱4中的液体的一部分通过第四电磁阀61进入第八室38中，促动第二活塞36运动，使得测试容器3与外界连通，以保证探头12和探针13的顺利回收。

在一个实施例中，在油箱4与第一支路5、第二支路7和第三支路6之间的主路8上设置柱塞泵81，用于泵送液体供给支路(例如第一支路5等)。并且，柱塞泵81由电机82驱动。在柱塞泵81的出口端设置第四支路9。在第四支路9上设置两位两通的第一电磁阀91，该第一电磁阀91的一端接口与柱塞泵81的出口连通，而另一端接口与油箱4连通。在压力测量仪100开始推靠前，电机82启动带动柱塞泵81工作，第一电磁阀91被打开，则压力液通过第一电磁阀91回流至油箱4，从而可以卸掉液压系统中的外载荷，使电机82在轻载条件实现启动，保证电机82可靠启动。

在一个实施例中，在主路8上设置溢流阀83，用于设定液压系统的压力。例如，该溢流阀83的整定压力为15兆帕。通过设定溢流阀83工作压力，可防止液压系统压力过高，对整个液压系统进行过载保护。在主路8上还设置有第一单向阀84，以防止液体回流。第一单向阀84设置在溢流阀83和柱塞泵81之间。

液压测量仪100还包括多个过滤器10，其设置在液压管线上以保护每个液压元件，避免油液污染而损坏。例如，在溢流阀83的入口端设置过滤器10以保护溢流阀83。

该液压测量仪100还包括用于控制各电磁阀91、53、73、61的控制器101，其能控制各电磁阀91、53、73、61运行状态，满足不同的动作需求。为了监控液压流道内的液体压力，在主路8和测试容器3上分别设置有压力表102，以得到两处的压力值。

下面根据图1详细描述测量仪100的工作过程。

首先，启动该测量仪100。具体地，控制器101启动电机82动作，并带动柱塞泵81。同时，打开第一电磁阀91，实现电机82的轻载启动。

然后，进行推靠作业。在此时，第一电磁阀91被关闭。控制器101打开第二电磁阀53，则油箱4中的压力液一部分进入第一室17内，使探头12带动探针13和流体管14相对应外壳11轴向向外移动，探头12移动到位完成分隔。在第一室17的压力达到预设值，第三顺序阀23中的一个被打开，压力液进入第三室21中，并推动探针13和流体管14相对探头12轴向向外运动。探针13插入到地层中，使得流体管14和测试容器3连通。此时，第二室18和第四室22中的液体通过第二顺序阀62和第四电磁阀61后回流到油箱4。另外，在推靠过程中，油箱4中的压力液一部分通过第一顺序阀41进入到第七室37中，推动第二活塞36轴向移动，封堵测试容器3的开口，使得测试容器3与外界截止。此时，在第二活塞36移动过程中，第八室38受压缩，其中液体通过第四电磁阀61后回流油箱4。并且，在推靠过程中，可以为第一蓄能器39蓄能，充液体。

再次，进行抽吸操作。此时，第二电磁阀53处于打开状态。通过控制器101使得第三电磁阀73打开，液体依次通过第四单向阀71、第三电磁阀73和双向锁74后进入第六室33，并推动第一活塞31移动，使得测量容器3的内容积增大。由于利用第二活塞36封闭了测量容器3的开口，所以对地层流体产生了抽吸作用。地层流体通过流体管14进入到测量容器3内。同时，第五室32内的流体通过第四电磁阀61后回流至油箱4。

最后，进行复位操作。通过控制器101关闭第二电磁阀53和第三电磁阀73。打开第四电磁阀61，使得油箱4中的液体一部分通过第四电磁阀61进入第二室18和第四室22中，从而推动探针13和探头12轴向向内回退。此时，第三室21中的液体通过第三顺序阀23中的另一个进入第一室17中，并通过第二电磁阀53回流至油箱4中。同时，油箱4中的液体一部分通过第四电磁阀61进入第五室32中，以推动第一活塞31复位。此时，第六室33中的液体通过双向锁74和第三电磁阀73回流到油箱4中。同时，油箱4中的液体一部分通过第四电磁阀61进入第八室38中，以推动第二活塞36运动，从而使得测试容器3与外界连通，此刻，使得探头12和探针13的回退变得容易。此时，第七室37中的液体通过第二单向阀40和第二电磁阀53回流到油箱4中。在复位过程中，对第二蓄能器64蓄能。

需要说明的是，用语“第一压力”、“第二压力”表示在不同压力下测量仪100会有不同的运动，而压力值的大小是根据实际工况的不同进行设置的，在本申请中并不限定具体压力值的大小。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种随钻地层压力测量仪，其特征在于，包括：

具有外壳、探头、探针和流体管的探头装置，

与所述流体管连通的测试容器，

其中，在第一压力作用下，所述探头能带动所述探针和所述流体管相对于所述外壳轴向向外移动，在第二压力作用下，所述探针和所述流体管相对于所述探头轴向向外移动。

2.根据权利要求1所述的测量仪，其特征在于，所述探头的第一端延伸到所述外壳的第一空间内，并在所述探头的第一端设置径向延伸的第一凸台以将所述第一空间分为密闭的第一室和第二室，

所述探针的第一端延伸到所述探头的第二空间内，并在所述探针的第一端设置径向延伸的第二凸台以将所述第二空间分为第三室和第四室，

所述流体管设置在所述探针的内腔中并轴向穿过所述探针、所述探头和所述外壳以与所述测试容器连通，

其中，所述第一室通过第一支路与油箱连通，所述第二室和所述第四室通过第三支路与所述油箱连通，所述第一室和所述第三室通过两个互为反向的第三顺序阀连通。

3.根据权利要求2所述的测量仪，其特征在于，所述测试容器的一端设置第一活塞、第五室和第六室，其中，所述第六室通过第二支路与所述油箱连通以通过注液施力于所述第一活塞，所述第五室与所述第三支路连通以通过注液施力于所述第一活塞。

4.根据权利要求3所述的测量仪，其特征在于，在所述第五室内设置弹性件以限定所述第一活塞的位置。

5.根据权利要求3或4所述的测量仪，其特征在于，在连通所述第三支路和所述第五室的支路上以及所述第二支路上设置双向锁，所述双向锁的进口分别设置在所述第三支路和所述第二支路的油箱端，所述双向锁的出口分别与所述第五室和所述第六室连通。

6.根据权利要求3到5中任一项所述的测量仪，其特征在于，在所述测试容器的开口处设置平衡阀以使得所述测试容器与外界连通或截止，所述平衡阀具有第二活塞、第七室和第八室，其中，所述第七室与所述第一支路连通以使得向所述第七室内注液后液压力施力于所述第二活塞，所述第八室与所述第三支路连通以使得向所述第八室内注液后液压力施力于所述第二活塞。

7.根据权利要求6所述的测量仪，其特征在于，在所述第七室与所述第一支路连接的支路上设置第一蓄能器，在所述第一蓄能器和所述第七室之间的支路上设置并联的第二单向阀和第一顺序阀。

8.根据权利要求3到7中任一项所述的测量仪，其特征在于，在所述油箱与所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路之间的主路上设置柱塞泵，在所述柱塞泵的出口端设置第四支路，在所述第四支路上设置与所述油箱连接的两位两通的电磁阀。

9.根据权利要求2到8中任一项所述的测量仪，其特征在于，在所述第二室和所述第四室连通的第三支路上设置第二蓄能器，并在第二蓄能器和所述油箱之间设置并联的第五单向阀和第二顺序阀。

10.根据权利要求8所述的测量仪，其特征在于，在所述主路上设置溢流阀。