CN110230490A - 一种适用于测量井下地层流体压力的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于测量井下地层流体压力的方法和装置，装置包括地面设备和井下仪器，井下仪器与地面设备连接，地面设备包括立管，立管上安装有三通管，三通管处安装有压力传感器，压力传感器通过数据线连接无线压力传感器主机，无线压力传感器主机连接吸盘天线，吸盘天线信号连接无线收发器，无线收发器连接数据处理仪，井下仪器包括推靠组件，推靠组件上安装有推靠模块和探头模块，本发明通过不同井深设置不同推靠力的大小，在浅井测量时，可以节省井下仪器的能耗，同时降低因推靠力太大对井壁压力破坏风险。在深井测量时，合理地增大推靠力，使密封探头与井壁泥饼之间的密封可靠，减少环空压力对地层流体的影响，从而提高测量的准确性。

Description

一种适用于测量井下地层流体压力的方法和装置

技术领域

本发明涉及井下仪器技术领域，具体为一种适用于测量井下地层流体压力的方法和装置。

背景技术

中国专利CN106555582A《一种随钻地层压力测量装置以及测量地层压力的方法》公开了一种随钻地层压力测量装置以及测量地层压力的方法，该装置包括壳体，壳体内设置有探针腔、降压活塞腔和设置在降压活塞腔一侧的且连通域降压活塞腔的测量腔；呈管状的且内腔连通于降压活塞腔的探针和压力传感器。压力传感器的探头设置在内腔室或连通于内腔；以及液压驱动系统。这种随钻地层压力测量装置结构简单，操作方便，能实地测量地层压力数据。

但该专利无法满足不同深度和不同流度地层压力测量的需要，存在测不准的问题。在实际钻井过程中，随着井深的增加，钻具与井眼之间的环空压力增大，因此需要工具上探头推靠井壁的压力增大，这样才能保证测量过程中完全隔绝钻具与井眼之间的泥浆压力，使测量不受外界泥浆侵入的影响。另外对于不同流度的地层流体，采用不同测量模式可以提高测量效率和准确度。例如，进行低流度、低渗透率的地层测量时，采用较小抽汲体积和较长的等待流体恢复时间会取得更好的测量效果；当进行高流度和高渗透率的地层测量时，我们可以采用较大的抽汲体积和较短的等待流体恢复时间，会提高测量效率，并降低系统损耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于测量井下地层流体压力的方法和装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种适用于测量井下地层流体压力的装置,装置包括地面设备和井下仪器，所述井下仪器与地面设备连接，所述地面设备包括立管，所述立管上安装有三通管，所述三通管处安装有压力传感器，所述压力传感器通过数据线连接无线压力传感器主机，所述无线压力传感器主机连接吸盘天线，所述吸盘天线信号连接无线收发器，所述无线收发器连接数据处理仪，所述井下仪器包括推靠组件，所述推靠组件上安装有推靠模块和探头模块，所述探头模块内设有探针组件，所述推靠组件与外部液压系统连接，所述推靠组件一端还分别设置环空和地层流体压力传感器、水眼压力传感器，所述推靠组件一侧内腔设有采样室组件，所述采样室组件一侧设置电机泵阀组件，所述电机泵阀组件与一侧的油囊组件连接，所述推靠组件一端安装有高压密封塞，所述推靠组件一侧还设有电路组件。

优选的，所述外部液压系统包括油箱、轴向柱塞泵、电机、转速控制器和差压传感器，所述轴向柱塞泵通过管道连通油箱，所述轴向柱塞泵连接电机，所述电机连接转速控制器，还包括溢流阀和安全阀，所述溢流阀和安全阀并联连接在油箱管路上，所述差压传感器设置在油箱管路和轴向柱塞泵管路上，所述差压传感器连接转速控制器。

优选的，所述采样室组件包括采样室本体，所述采样室本体内部中心安装有活塞，所述采样室本体一端设有回油口，所述采样室本体一端内腔设置活塞头，所述活塞头上安装有位移传感器，所述活塞与活塞头之间安装有弹簧，所述活塞与弹簧连接处设置压力控制口，所述压力控制口处设置传感器识别码。

优选的，所述探针组件包括探针本体，所述探针本体上端部设置硬质合金镶嵌件，所述探针本体表面还设有地层流体孔道，所述地层流体孔道内流通地层流体。

优选的，其使用方法包括以下步骤：

A、当进行随钻地层压力测量时，地面系统需要下传指令给井下仪器。通过下传不同的编码方式，让井下仪器选择预设的测量方式，该测量方式中设定了与深度和泥浆比重相关的推靠力信息，该信息转换为泵的出口压力作为系统的工作压力，随后井下仪器在该模式下自行测量；

B、外部液压系统通过安装在液压泵出口的差压传感器值反馈给控制系统，实现泵出口压力稳定，并可以通过设定差压传感器的采样值增大或减小泵出口压力值，从而改变密封探头的推靠力，以适应不同深度的地层压力测量；

C、同时，该外部液压系统通过安装在采样室活塞的上的位移传感器值反馈到控制系统，实现采样室活塞位移量的控制，从而实现采样空间的体积控制，以适应不同流度地层的压力测量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过不同井深设置不同推靠力的大小，在浅井测量时，可以节省井下仪器的能耗，同时降低因推靠力太大对井壁压力破坏风险。另外，在深井测量时，合理地增大推靠力，使密封探头与井壁泥饼之间的密封可靠，减少环空压力对地层流体的影响，从而提高测量的准确性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明外部液压系统控制原理图；

图3为本发明采样室组件结构示意图；

图4为本发明探针组件结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种适用于测量井下地层流体压力的装置,装置包括地面设备和井下仪器，所述井下仪器与地面设备连接，所述地面设备包括立管1，所述立管1上安装有三通管2，所述三通管2处安装有压力传感器3，所述压力传感器3通过数据线连接无线压力传感器主机4，所述无线压力传感器主机4连接吸盘天线5，所述吸盘天线5信号连接无线收发器6，所述无线收发器6连接数据处理仪7，所述井下仪器包括推靠组件8，所述推靠组件8上安装有推靠模块9和探头模块10，所述探头模块10内设有探针组件11，所述推靠组件8与外部液压系统连接，所述推靠组件8一端还分别设置环空和地层流体压力传感器12、水眼压力传感器13，所述推靠组件8一侧内腔设有采样室组件14，所述采样室组件14一侧设置电机泵阀组件15，所述电机泵阀组件15与一侧的油囊组件16连接，所述推靠组件8一端安装有高压密封塞17，所述推靠组件8一侧还设有电路组件18。

本发明中，外部液压系统包括油箱19、轴向柱塞泵20、电机21、转速控制器22和差压传感器23，所述轴向柱塞泵20通过管道连通油箱19，所述轴向柱塞泵20连接电机21，所述电机1连接转速控制器22，还包括溢流阀24和安全阀25，所述溢流阀24和安全阀25并联连接在油箱19管路上，所述差压传感器23设置在油箱管路和轴向柱塞泵管路上，所述差压传感器23连接转速控制器22。

本发明中，采样室组件14包括采样室本体26，所述采样室本体26内部中心安装有活塞27，所述采样室本体26一端设有回油口28，所述采样室本体26一端内腔设置活塞头29，所述活塞头29上安装有位移传感器30，所述活塞27与活塞头29之间安装有弹簧31，所述活塞27与弹簧31连接处设置压力控制口32，所述压力控制口32处设置传感器识别码33。采样室活塞的结构形式：采用不同截面的双活塞结构，两个活塞之间的空间通过一个可以开关的电磁阀与泵出口连通；实现采样室活塞定位移控制的方法：安装在采样室活塞上的位移传感器值反馈到电磁阀的控制电路中，当该值满足预设值时，控制电磁阀关闭油路，使活塞稳定在当前位置，从而实现采样空间定体积控制。

本发明中，探针组件11包括探针本体34，所述探针本体34上端部设置硬质合金镶嵌件35，所述探针本体34表面还设有地层流体孔道36，所述地层流体孔道36内流通地层流体37。探针中心流道的过滤结构形式：探针顶部采用硬质合金，增大与井壁推靠时的耐磨性，采用周向小孔与中心流道连通，避免大颗粒物体进入中心孔造成堵塞。

本发明的使用方法包括以下步骤：

A、当进行随钻地层压力测量时，地面系统需要下传指令给井下仪器。通过下传不同的编码方式，让井下仪器选择预设的测量方式，该测量方式中设定了与深度和泥浆比重相关的推靠力信息，该信息转换为泵的出口压力作为系统的工作压力，随后井下仪器在该模式下自行测量；

B、外部液压系统通过安装在液压泵出口的差压传感器值反馈给控制系统，实现泵出口压力稳定，并可以通过设定差压传感器的采样值增大或减小泵出口压力值，从而改变密封探头的推靠力，以适应不同深度的地层压力测量；

C、同时，该外部液压系统通过安装在采样室活塞的上的位移传感器值反馈到控制系统，实现采样室活塞位移量的控制，从而实现采样空间的体积控制，以适应不同流度地层的压力测量。

本发明“通过下传不同的编码方式，让井下仪器选择预设的测量方式，该测量方式中设定了与深度和泥浆比重相关的推靠力信息，该信息转换为泵的出口压力作为系统的工作压力，随后井下仪器在该模式下自行测量”可以只选择一种下传方式使井下仪器开始地层压力测量，推靠力的大小根据当前环空压力传感器的测量值进行计算设定。例如，在钻井井深为1238.87m的位置，井下仪器测定环空压力值为23.97MPa，此时可以选择推靠力为20KN顶紧密封探头和地层，然后进行地层压力测量。当钻至井深为1847.63m的位置时，测到的环空压力值为29.45MPa，此时的推靠力设定为26KN，如此类推，推靠力的大小与测量的环空压力值之间建立一个公式，该公式通过仿真计算和井下测量数据得到。

另外，在进行采样室活塞位移量的控制时，可以增加采样室体积的变化速率(mL/s)来更好地适应不同地层流度的测量，这需要增加一个变量泵，通过控制变量泵的转速，从而改变其排量，已达到改变采样室体积变化速率的目的。

综上所述，本发明通过不同井深设置不同推靠力的大小，在浅井测量时，可以节省井下仪器的能耗，同时降低因推靠力太大对井壁压力破坏风险。另外，在深井测量时，合理地增大推靠力，使密封探头与井壁泥饼之间的密封可靠，减少环空压力对地层流体的影响，从而提高测量的准确性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (5)

1.一种适用于测量井下地层流体压力的装置,装置包括地面设备和井下仪器，其特征在于：所述井下仪器与地面设备连接，所述地面设备包括立管(1)，所述立管(1)上安装有三通管(2)，所述三通管(2)处安装有压力传感器(3)，所述压力传感器(3)通过数据线连接无线压力传感器主机(4)，所述无线压力传感器主机(4)连接吸盘天线(5)，所述吸盘天线(5)信号连接无线收发器(6)，所述无线收发器(6)连接数据处理仪(7)，所述井下仪器包括推靠组件(8)，所述推靠组件(8)上安装有推靠模块(9)和探头模块(10)，所述探头模块(10)内设有探针组件(11)，所述推靠组件(8)与外部液压系统连接，所述推靠组件(8)一端还分别设置环空和地层流体压力传感器(12)、水眼压力传感器(13)，所述推靠组件(8)一侧内腔设有采样室组件(14)，所述采样室组件(14)一侧设置电机泵阀组件(15)，所述电机泵阀组件(15)与一侧的油囊组件(16)连接，所述推靠组件(8)一端安装有高压密封塞(17)，所述推靠组件(8)一侧还设有电路组件(18)。

2.根据权利要求1所述的一种适用于测量井下地层流体压力的装置，其特征在于：所述外部液压系统包括油箱(19)、轴向柱塞泵(20)、电机(21)、转速控制器(22)和差压传感器(23)，所述轴向柱塞泵(20)通过管道连通油箱(19)，所述轴向柱塞泵(20)连接电机(21)，所述电机(1)连接转速控制器(22)，还包括溢流阀(24)和安全阀(25)，所述溢流阀(24)和安全阀(25)并联连接在油箱(19)管路上，所述差压传感器(23)设置在油箱管路和轴向柱塞泵管路上，所述差压传感器(23)连接转速控制器(22)。

3.根据权利要求1所述的一种适用于测量井下地层流体压力的装置，其特征在于：所述采样室组件(14)包括采样室本体(26)，所述采样室本体(26)内部中心安装有活塞(27)，所述采样室本体(26)一端设有回油口(28)，所述采样室本体(26)一端内腔设置活塞头(29)，所述活塞头(29)上安装有位移传感器(30)，所述活塞(27)与活塞头(29)之间安装有弹簧(31)，所述活塞(27)与弹簧(31)连接处设置压力控制口(32)，所述压力控制口(32)处设置传感器识别码(33)。

4.根据权利要求1所述的一种适用于测量井下地层流体压力的装置，其特征在于：所述探针组件(11)包括探针本体(34)，所述探针本体(34)上端部设置硬质合金镶嵌件(35)，所述探针本体(34)表面还设有地层流体孔道(36)，所述地层流体孔道(36)内流通地层流体(37)。

5.实现权利要求1所述的一种适用于测量井下地层流体压力的装置的使用方法，其特征在于：其使用方法包括以下步骤：

A、当进行随钻地层压力测量时，地面系统需要下传指令给井下仪器。通过下传不同的编码方式，让井下仪器选择预设的测量方式，该测量方式中设定了与深度和泥浆比重相关的推靠力信息，该信息转换为泵的出口压力作为系统的工作压力，随后井下仪器在该模式下自行测量；

B、外部液压系统通过安装在液压泵出口的差压传感器值反馈给控制系统，实现泵出口压力稳定，并可以通过设定差压传感器的采样值增大或减小泵出口压力值，从而改变密封探头的推靠力，以适应不同深度的地层压力测量；

C、同时，该外部液压系统通过安装在采样室活塞的上的位移传感器值反馈到控制系统，实现采样室活塞位移量的控制，从而实现采样空间的体积控制，以适应不同流度地层的压力测量。