CN111894557A - 一种随钻地层压力测量仪器的抽吸系统及其测试方法 - Google Patents

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CN111894557A CN202010772199.5A CN202010772199A CN111894557A CN 111894557 A CN111894557 A CN 111894557A CN 202010772199 A CN202010772199 A CN 202010772199A CN 111894557 A CN111894557 A CN 111894557A
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Abstract

本发明公开了一种随钻地层压力测量仪器的抽吸系统及其测试方法，包括抽吸油缸、液压锁Ⅰ、液压锁Ⅱ、电磁换向阀Ⅰ、电磁换向阀Ⅱ、油箱、地层流体管路、油源相通管路；电磁换向阀Ⅰ通过管线依次与液压锁Ⅰ、抽吸油缸连通；电磁换向阀Ⅱ通过管线依次与液压锁Ⅱ、抽吸油缸连通；油箱通过管线分别与电磁换向阀Ⅰ、电磁换向阀Ⅱ连通；油源相通管路通过管线分别与电磁换向阀Ⅰ、电磁换向阀Ⅱ连通。本发明以液压为主体，具有机、电、液、控制、测试高度一体化的特点；采用液压平衡原理，系统工作压力不受环境压力的影响，使各活塞的位移处于等压差状态；系统可实现顺序控制与数据采集；其抽吸测试过程简单，易于操控，有利于准确测量真实的地层压力。

Description

一种随钻地层压力测量仪器的抽吸系统及其测试方法
技术领域
本发明涉及一种随钻地层压力测量仪器的抽吸系统及其测试方法。
背景技术
对于深地勘探、油气开采、地热开发、CO2地质埋存、核废料地质处置等深地工程，地层压力是非常重要的基础参数之一，准确地获取地层压力意义重大。常规的地层压力获取方法主要包括地震波法、钻速法、测井法和地层测试法，但是常规地层压力获取方法均存在一定程度的不足。随着电缆地层测试技术的不断应用、发展以及钻井工程新需求的推动，20世纪90年代中后期，结合随钻测量技术提出了随钻地层压力测试的概念，将测试器安装于井底钻具组合中，在钻井作业暂停期间测试地层压力，在钻井过程中测试地层压力的井下仪器就是随钻地层压力测量仪器。专利201110000981.6发明了一种随钻地层压力测量仪器及其测量方法，所述随钻地层压力测量仪器进行测试时，按照预定程序启动液压系统，执行推靠动作，探测头在执行机构斜面作用下伸出，靠近并贴紧井壁，执行预测试动作，由地层通往仪器预测试室的通道，开启预测试室，抽取一定体积的地层流体样品，从而引起地层压力降，这一压力降以近似于球面形式向外传播；压降结束后，地层流体中未被扰动的部分又向低压区流动，直至压力恢复到原始地层压力。在这一过程中，仪器中安装的压力传感器将全程记录地层压力和时间的函数曲线。为了准确测量地层的真实压力，抽吸是测试的关键，只有进行了正常的抽吸形成压降后方可完成测试。因此，地层液体抽吸系统是整个地层压力测量装置的关键部件之一，它对测量装置的成败产生直接影响。为了确保能够准确测试地层压力，发明了一种用于随钻地层压力测量仪器的抽吸系统及其测试方法。
发明内容
本发明主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种随钻地层压力测量仪器的抽吸系统及其测试方法。
本发明解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种随钻地层压力测量仪器的抽吸系统，包括抽吸油缸、液压锁Ⅰ、液压锁Ⅱ、电磁换向阀Ⅰ、电磁换向阀Ⅱ、油箱、地层流体管路、油源相通管路；
所述抽吸油缸包括缸筒、活塞Ⅱ、活塞杆、活塞Ⅰ、缸头；所述缸筒内具有依次连通的缸头连接腔、大直径腔、小直径腔、地层流体管路接口腔，所述地层流体管路与地层流体管路接口腔连通，所述活塞Ⅱ、活塞Ⅰ分别安装在活塞杆的两端，所述活塞杆安装在缸筒内，并且活塞Ⅱ位于小直径腔内，活塞Ⅰ位于大直径腔内，所述缸头安装在缸筒内的缸头连接腔内，所述缸筒上径向设有与大直径腔相通的进油口B，所述缸头上设有与大直径腔相通的进油口A；
所述电磁换向阀Ⅰ具有A1口、P1口、T1口，所述电磁换向阀Ⅱ具有A2 口、P2口、T2口；
所述电磁换向阀Ⅰ的A1口通过管线依次与液压锁Ⅰ、抽吸油缸的进油口A 连通；所述电磁换向阀Ⅱ的A2口通过管线依次与液压锁Ⅱ、抽吸油缸的进油口 B连通；
所述油箱通过管线分别与电磁换向阀Ⅰ的T1口、电磁换向阀Ⅱ的T2口连通；
所述油源相通管路通过管线分别与电磁换向阀Ⅰ的T1口、电磁换向阀Ⅱ的 T2口连通。
进一步的技术方案是，所述地层流体管路上设有压力计。
进一步的技术方案是，该系统还包括液压油箱，所述液压锁Ⅰ、液压锁Ⅱ均位于液压油箱内。
进一步的技术方案是，所述活塞Ⅱ与小直径腔的内壁之间设有活塞密封圈Ⅱ。
进一步的技术方案是，所述活塞Ⅰ与大直径腔的内壁之间设有活塞密封圈Ⅰ。
进一步的技术方案是，所述缸头与缸头连接腔的内壁之间设有O型密封圈。
一种随钻地层压力测量仪器的抽吸系统的测试方法，包括以下步骤：
S1、随钻地层压力测量仪器启动并工作，仪器执行测试前准备指令，完成测试探测头推靠和橡胶密封元件座封动作；
S2、控制电磁换向阀Ⅰ的电磁铁断电，电磁换向阀Ⅱ的电磁铁通电；电磁换向阀Ⅱ的P2口与A2口相通，电磁换向阀Ⅰ的T1口与A1口相通，使得抽吸油缸的进油口B进油、进油口A回油，液压油推动活塞Ⅰ、活塞杆、活塞Ⅱ向左移动，小直径腔中的活塞Ⅱ按预置好的抽吸速率执行回缩动作，让小直径腔内形成一定的负压后，实现地层流体的抽吸动作，同时通过压力计获得流体压力；
S3、控制电磁换向阀Ⅱ的电磁铁断电，断开油路，由于进油口A、进油口B 都没有液流，从而使活塞锁紧在指定位置，此时，继续执行等待指令，地层流体进入测试腔，开始压力恢复测试，再通过压力计获得流体压力；
S4、当地面再次发出继续抽吸液体的信号，则控制电磁换向阀Ⅱ中的电磁铁通电，电磁换向阀Ⅰ中的电磁铁断电，执行地层流体的抽吸动作，抽吸后控制电磁换向阀Ⅱ中的电磁铁断电，断开油路，使活塞锁紧在指定位置，并再次进行压力恢复测试，在此过程中通过压力计获得流体压力，
S5、当压力恢复测试完毕后，或者当活塞Ⅰ回缩到最左端时，按程序规定，随钻地层压力测量仪器执行测试探测头缩回和橡胶密封元件解封动作；
S6、控制电磁换向阀Ⅰ中的电磁铁通电，电磁换向阀Ⅱ中的电磁铁断电，此时，电磁换向阀Ⅰ的P1口与A1口相通，电磁换向阀Ⅱ的T2口与A2口相通，缸筒的进油口A进油、进油口B回油，液压油推动活塞Ⅰ、活塞杆、活塞Ⅱ向右移动，小直径腔中的活塞Ⅱ执行伸出，将小直径腔的地层液体排出到井筒环空，然后控制电磁换向阀Ⅰ中的电磁铁断电，泄压回零完成全部抽吸测试动作；
S7、根据实际需要，可以重复上述步骤S1-S6若干次，满足同一测点的多次抽吸测试或不同测点的单次抽吸测试。
进一步的技术方案是，所述步骤S4中的抽吸体积大于30ml。
进一步的技术方案是，所述步骤S6中小直径腔的地层液体排出到井筒环空的时间不超过10s。
本发明具有以下有益效果：本发明以液压为主体，具有机、电、液、控制、测试高度一体化的特点；采用液压平衡原理，系统工作压力不受环境压力的影响，使各活塞的位移处于等压差状态；系统可实现顺序控制与数据采集；其抽吸测试过程简单，易于操控，有利于准确测量真实的地层压力。
附图说明
图1为实施例中抽吸油缸的一种状态结构示意图；
图2为实施例中抽吸油缸的另一种状态结构示意图；
图3为本发明的结构示意图。
图中所示：1-缸筒、2-活塞Ⅱ、3-活塞密封圈Ⅱ、4-进油口B、5-活塞杆、 6-活塞Ⅰ、7-活塞密封圈Ⅰ、8-缸头、9-进油口A、12-抽吸油缸、13-液压锁Ⅰ、 14-液压锁Ⅱ、15-电磁换向阀Ⅰ、16-电磁换向阀Ⅱ、17-油箱、18-地层流体管路、19-油源相通管路、
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做更进一步的说明。
如图3所示，本发明的一种随钻地层压力测量仪器的抽吸系统，包括抽吸油缸12、液压锁Ⅰ13、液压锁Ⅱ14、电磁换向阀Ⅰ15、电磁换向阀Ⅱ16、油箱 17、带压力计的地层流体管路18、油源相通管路19；地层流体管路18用于连接地层压力测量仪器探头，以抽吸地层流体；
如图1和2所示，所述抽吸油缸12包括缸筒1、活塞Ⅱ2、活塞杆5、活塞Ⅰ6、缸头8；所述缸筒1内具有依次连通的缸头连接腔、大直径腔、小直径腔、地层流体管路接口腔，所述地层流体管路18与地层流体管路接口腔连通，所述活塞Ⅱ2、活塞Ⅰ6分别安装在活塞杆5的两端，所述活塞杆5安装在缸筒1内，并且活塞Ⅱ2位于小直径腔内，活塞Ⅰ6位于大直径腔内，所述缸头8安装在缸筒1内的缸头连接腔内，所述缸筒1上径向设有与大直径腔相通的进油口B4，所述缸头8上设有与大直径腔相通的进油口A9；所述电磁换向阀Ⅰ15具有A1 口、P1口、T1口，所述电磁换向阀Ⅱ16具有A2口、P2口、T2口；所述电磁换向阀Ⅰ15的A1口通过管线依次与液压锁Ⅰ13、抽吸油缸12的进油口A9连通；所述电磁换向阀Ⅱ16的A2口通过管线依次与液压锁Ⅱ14、抽吸油缸12的进油口B4连通；所述油箱17通过管线分别与电磁换向阀Ⅰ15的T1口、电磁换向阀Ⅱ16的T2口连通；所述油源相通管路19通过管线分别与电磁换向阀Ⅰ15 的T1口、电磁换向阀Ⅱ16的T2口连通。
其中如图1-3所示，本发明随钻地层压力测量仪器进行测试时，按照预定程序启动液压系统，执行推靠动作，探测头在执行机构斜面作用下伸出，靠近并贴紧井壁，橡胶密封元件座封，形成由地层通往小直径腔的通道，开启预测试室，抽取一定体积的地层流体样品，从而引起地层压力降，这一压力降以近似于球面形式向外传播；压降结束后，地层流体中未被扰动的部分又向低压区流动，直至压力恢复到原始地层压力，在这一过程中，仪器中安装的压力计将全程记录地层压力随时间变化曲线，从而准确测量地层的真实压力；测试完成后，按照预定程序启动探测头缩回动作，并执行小直径腔排液动作。
具体工作原理为：
(1)当电磁换向阀Ⅰ15、电磁换向阀Ⅱ16中的电磁铁a、b均不通电，工作液缸保持原位，抽吸系统不工作；
(2)当电磁换向阀Ⅰ15、电磁换向阀Ⅱ16中的电磁铁b通电、a不通电，电磁换向阀Ⅰ15的T1口通A1口、电磁换向阀Ⅱ16的P2口通A2口，缸筒1 的进油口B进油、进油口A回油，液压油推动活塞Ⅰ6向左移动，活塞杆5带动活塞Ⅱ2向左移动，小直径腔的体积增加，小直径腔为预测试室，即执行预测试室抽吸动作；
(3)当电磁换向阀Ⅰ15、电磁换向阀Ⅱ16中的电磁铁a通电、b不通电，电磁换向阀Ⅰ15的P1口通A1口、电磁换向阀Ⅱ16的T2口通A2口，缸筒1 的进油口A进油、进油口B回油，液压油推动活塞Ⅰ6向右移动，活塞杆5带动活塞Ⅱ2向右移动，小直径腔的体积缩小，小直径腔为预测试室，即执行预测试室排液动作。
此外，由于电磁换向阀Ⅰ15、电磁换向阀Ⅱ16处于中位时，即a、b均不通电，电磁换向阀Ⅰ15、电磁换向阀Ⅱ16不能锁定油缸，为此在液压回路中增加了双控液压锁(液压锁Ⅰ13、液压锁Ⅱ14)，其工作原理是当一个油腔正向进油时，另一个油腔为反向进油，反之亦然；而当进油口A或进油口B都没有液流时，B1’口与B2’口的反向油液被阀芯锥面严密接触而封闭，从而使活塞保持在指定位置，避免不能锁定油缸导致的问题。
当抽吸油缸抽吸地层流体时，活塞杆带动活塞向右端移动，此时地层流体通过连接在缸头的流通管线从缸头进入抽吸缸；当测试完毕后活塞向左端移动，此时抽吸油缸执行复位动作，即将抽吸阶段抽吸的地层流体喷射至井眼环空，喷射完毕后恢复至原状态。
其中为了更进一步提高油缸的密封性，因此，优选的实施方式是所述活塞Ⅱ2与小直径腔的内壁之间设有活塞密封圈Ⅱ3，所述活塞Ⅰ6与大直径腔的内壁之间设有活塞密封圈Ⅰ7，所述缸头8与缸头连接腔的内壁之间设有O型密封圈。
本发明一种随钻地层压力测量仪器的抽吸系统的的测试方法，包括以下步骤：
S1、随钻地层压力测量仪器启动并工作，仪器执行测试前准备指令，完成测试探测头推靠和橡胶密封元件座封动作；
S2、控制电磁换向阀Ⅰ15的电磁铁断电，电磁换向阀Ⅱ16的电磁铁通电；电磁换向阀Ⅱ16的P2口与A2口相通，电磁换向阀Ⅰ15的T1口与A1口相通，使得抽吸油缸12的进油口B4进油、进油口A9回油，液压油推动活塞Ⅰ6、活塞杆3、活塞Ⅱ2向左移动，小直径腔中的活塞Ⅱ2按预置好的抽吸速率执行回缩动作，让小直径腔内形成一定的负压后，实现地层流体的抽吸动作，同时通过压力计获得流体压力；
S3、控制电磁换向阀Ⅱ16的电磁铁断电，断开油路，由于进油口A9、进油口B4都没有液流，从而使活塞锁紧在指定位置，此时，继续执行等待指令，地层流体进入测试腔，开始压力恢复测试，再通过压力计获得流体压力；
S4、当地面再次发出继续抽吸液体的信号，则控制电磁换向阀Ⅱ16中的电磁铁通电，电磁换向阀Ⅰ15中的电磁铁断电，执行地层流体的抽吸动作，抽吸后控制电磁换向阀Ⅱ16中的电磁铁断电，断开油路，使活塞锁紧在指定位置，并再次进行压力恢复测试，在此过程中通过压力计获得流体压力；其中抽吸体积大于30ml；
S5、当压力恢复测试完毕后，或者当活塞Ⅰ6回缩到最左端时，按程序规定，随钻地层压力测量仪器执行测试探测头缩回和橡胶密封元件解封动作；
S6、控制电磁换向阀Ⅰ15中的电磁铁通电，电磁换向阀Ⅱ16中的电磁铁断电，此时，电磁换向阀Ⅰ15的P1口与A1口相通，电磁换向阀Ⅱ16的T2口与 A2口相通，缸筒1的进油口A9进油、进油口B4回油，液压油推动活塞Ⅰ6、活塞杆3、活塞Ⅱ2向右移动，小直径腔中的活塞Ⅱ2执行伸出，将小直径腔的地层液体排出到井筒环空，然后控制电磁换向阀Ⅰ15中的电磁铁断电，泄压回零完成全部抽吸测试动作；小直径腔的地层液体排出到井筒环空的时间不超过 10s；
S7、根据实际需要，可以重复上述步骤S1-S6若干次，满足同一测点的多次抽吸测试或不同测点的单次抽吸测试。
以上所述，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已通过上述实施例揭示，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种随钻地层压力测量仪器的抽吸系统，其特征在于，包括抽吸油缸(12)、液压锁Ⅰ(13)、液压锁Ⅱ(14)、电磁换向阀Ⅰ(15)、电磁换向阀Ⅱ(16)、油箱(17)、地层流体管路(18)、油源相通管路(19)；
所述抽吸油缸(12)包括缸筒(1)、活塞Ⅱ(2)、活塞杆(5)、活塞Ⅰ(6)、缸头(8)；所述缸筒(1)内具有依次连通的缸头连接腔、大直径腔、小直径腔、地层流体管路接口腔，所述地层流体管路(18)与地层流体管路接口腔连通，所述活塞Ⅱ(2)、活塞Ⅰ(6)分别安装在活塞杆(5)的两端，所述活塞杆(5)安装在缸筒(1)内，并且活塞Ⅱ(2)位于小直径腔内，活塞Ⅰ(6)位于大直径腔内，所述缸头(8)安装在缸筒(1)内的缸头连接腔内，所述缸筒(1)上径向设有与大直径腔相通的进油口B(4)，所述缸头(8)上设有与大直径腔相通的进油口A(9)；
所述电磁换向阀Ⅰ(15)具有A1口、P1口、T1口，所述电磁换向阀Ⅱ(16)具有A2口、P2口、T2口；
所述电磁换向阀Ⅰ(15)的A1口通过管线依次与液压锁Ⅰ(13)、抽吸油缸(12)的进油口A(9)连通；所述电磁换向阀Ⅱ(16)的A2口通过管线依次与液压锁Ⅱ(14)、抽吸油缸(12)的进油口B(4)连通；
所述油箱(17)通过管线分别与电磁换向阀Ⅰ(15)的T1口、电磁换向阀Ⅱ(16)的T2口连通；
所述油源相通管路(19)通过管线分别与电磁换向阀Ⅰ(15)的T1口、电磁换向阀Ⅱ(16)的T2口连通。
2.根据权利要求1所述的一种随钻地层压力测量仪器的抽吸系统，其特征在于，所述地层流体管路(18)上设有压力计。
3.根据权利要求1所述的一种随钻地层压力测量仪器的抽吸系统，其特征在于，所述活塞Ⅱ(2)与小直径腔的内壁之间设有活塞密封圈Ⅱ(3)。
4.根据权利要求3所述的一种随钻地层压力测量仪器的抽吸系统，其特征在于，所述活塞Ⅰ(6)与大直径腔的内壁之间设有活塞密封圈Ⅰ(7)。
5.根据权利要求3所述的一种随钻地层压力测量仪器的抽吸系统，其特征在于，所述缸头(8)与缸头连接腔的内壁之间设有O型密封圈。
6.一种权利要求1-5中任一所述的随钻地层压力测量仪器的抽吸系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、随钻地层压力测量仪器启动并工作，仪器执行测试前准备指令，完成测试探测头推靠和橡胶密封元件座封动作；
S2、控制电磁换向阀Ⅰ(15)的电磁铁断电，电磁换向阀Ⅱ(16)的电磁铁通电；电磁换向阀Ⅱ(16)的P2口与A2口相通，电磁换向阀Ⅰ(15)的T1口与A1口相通，使得抽吸油缸(12)的进油口B(4)进油、进油口A(9)回油，液压油推动活塞Ⅰ(6)、活塞杆(5)、活塞Ⅱ(2)向左移动，小直径腔中的活塞Ⅱ(2)按预置好的抽吸速率执行回缩动作，让小直径腔内形成一定的负压后，实现地层流体的抽吸动作，同时通过压力计获得流体压力；
S3、控制电磁换向阀Ⅱ(16)的电磁铁断电，断开油路，由于进油口A(9)、进油口B(4)都没有液流，从而使活塞锁紧在指定位置，此时，继续执行等待指令，地层流体进入测试腔，开始压力恢复测试，再通过压力计获得流体压力；
S4、当地面再次发出继续抽吸液体的信号，则控制电磁换向阀Ⅱ(16)中的电磁铁通电，电磁换向阀Ⅰ(15)中的电磁铁断电，执行地层流体的抽吸动作，抽吸后控制电磁换向阀Ⅱ(16)中的电磁铁断电，断开油路，使活塞锁紧在指定位置，并再次进行压力恢复测试，在此过程中通过压力计获得流体压力；
S5、当压力恢复测试完毕后，或者当活塞Ⅰ(6)回缩到最左端时，按程序规定，随钻地层压力测量仪器执行测试探测头缩回和橡胶密封元件解封动作；
S6、控制电磁换向阀Ⅰ(15)中的电磁铁通电，电磁换向阀Ⅱ(16)中的电磁铁断电，此时，电磁换向阀Ⅰ(15)的P1口与A1口相通，电磁换向阀Ⅱ(16)的T2口与A2口相通，缸筒(1)的进油口A(9)进油、进油口B(4)回油，液压油推动活塞Ⅰ(6)、活塞杆(5)、活塞Ⅱ(2)向右移动，小直径腔中的活塞Ⅱ(2)执行伸出，将小直径腔的地层液体排出到井筒环空，然后控制电磁换向阀Ⅰ(15)中的电磁铁断电，泄压回零完成全部抽吸测试动作；
S7、根据实际需要，可以重复上述步骤S1-S6若干次，满足同一测点的多次抽吸测试或不同测点的单次抽吸测试。
7.根据权利要求6所述的一种随钻地层压力测量仪器的抽吸系统的测试方法，其特征在于，所述步骤S4中的抽吸体积大于30ml。
8.根据权利要求6所述的一种随钻地层压力测量仪器的抽吸系统的测试方法，其特征在于，所述步骤S6中小直径腔的地层液体排出到井筒环空的时间不超过10s。
CN202010772199.5A 2020-08-04 2020-08-04 一种随钻地层压力测量仪器的抽吸系统及其测试方法 Pending CN111894557A (zh)

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