CN112855134A - 一种不动钻具中途测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种不动钻具中途测试装置及测试方法，属于油气开采领域。该装置包括：具有钻杆的钻具组合；下入钻杆内腔中的测试管柱，包括：通过油管顺次连通的取样器、筛管和压力计托筒；取样器包括：取样管、泄样套、上滑套、下滑套、上密封件和下密封件。取样管上部壁上设有循环孔，下部壁上设有第一泄样孔，上部和下部内腔中设有上止位块和下止位块；泄样套可拆卸地套设于取样管的外壁上，用于封堵第一泄样孔；上滑套通过上剪钉固定于取样管上部内腔以封堵循环孔；下滑套通下剪钉固定于取样管下部内腔；上密封件用于密封上滑套，下密封件用于密封下滑套；上剪钉的剪切强度大于下剪钉的剪切强度。该装置可实时井下取样，提高取样准确性。

Description

一种不动钻具中途测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及油气开采领域，特别涉及一种不动钻具中途测试装置及测试方法。

背景技术

在油气开采前，需进行试油作业，试油作业包括：完井试油和中途测试。中途测试是在油气井正常钻进过程中，根据油气显示程度，中断正常钻进，对测试层进行测试作业，及时准确地对油气层做出评价。

目前，利用不动钻具中途测试管柱进行中途测试，其一般包括：钻杆、方钻杆、钻头、滑套、止回阀和测试树，其中，钻杆包括上部分和下部分，滑套连接在钻杆的上部分与下部分之间，钻杆的上部分的上端与方钻杆或测试树连接，钻杆的下部分的下端与钻头连接；测试树适于与钻杆的上端连接；止回阀设置在钻杆内壁的靠近下端的位置；当钻杆位于油气井内时，打开滑套，油气井的技术套管和钻杆之间的环形空间与钻杆的空腔连通；关闭滑套，技术套管和钻杆之间的环形空间与钻杆的空腔不连通。当检测到钻井液中有油气时，打开滑套，拆下方钻杆并将测试树安装在钻杆上，向技术套管和钻杆之间的环形空间内注入清水或者氮气，来驱动油气经钻杆的空腔从测试树的排液口排出，随后取样测试。

在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：

油气进入不动钻具中途测试管柱并沿其排至地面后才能够被获取，属于井上取样，取样准确性差，特别是当地层出液量很少时，将无法准确地获取地层资料。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种不动钻具中途测试装置及测试方法，可以解决上述技术问题。

具体而言，包括以下的技术方案：

一方面，提供了一种不动钻具中途测试装置，所述装置包括：包括有钻杆的钻具组合；

可下入所述钻杆内腔中的测试管柱，所述测试管柱包括：通过油管自上而下顺次连通的取样器、筛管和压力计托筒；

所述取样器包括：取样管、泄样套、上滑套、下滑套、上密封件和下密封件；

所述取样管的上部壁上设置有循环孔，下部壁上开设有第一泄样孔，上部内腔和下部内腔中分别设置有用于对所述上滑套止位的上止位块和用于对所述下滑套止位的下止位块；

所述泄样套可拆卸地套设于所述取样管的下部外壁上，用于封堵所述第一泄样孔；

所述上滑套通过上剪钉固定于所述取样管的上部内腔中以封堵所述循环孔；

所述下滑套通下剪钉固定于所述取样管的下部内腔中；

所述上密封件用于密封所述上滑套，所述下密封件用于密封所述下滑套；

所述上剪钉的剪切强度大于所述下剪钉的剪切强度。

在一种可能的实现方式中，所述上密封件包括：与所述上滑套的内腔相适配的圆柱形密封本体；

与所述圆柱形密封本体的上端连接的限位体，所述限位体的径向宽度大于所述上滑套的内径。

在一种可能的实现方式中，所述圆柱形密封本体的外壁上设置有第一弹性锁块；

所述上滑套的内壁上设置有与所述第一弹性锁块相适配的第一锁槽；

所述圆柱形密封本体下行设定距离后，所述第一弹性锁块进入所述第一锁槽实现锁紧。

在一种可能的实现方式中，所述上滑套的外壁上设置有第二弹性锁块；

所述取样管的上部内壁上设置有与所述第二弹性锁块相适配的第二锁槽；

所述上滑套下行设定距离后，所述第二弹性锁块进入所述第二锁槽实现锁紧。

在一种可能的实现方式中，所述泄样套与所述取样管的下部外壁螺纹连接。

在一种可能的实现方式中，所述泄样套上设置有第二泄样孔；

在非排液状态下，所述第二泄样孔与所述第一泄样孔错开设置；

在排液状态下，所述第二泄样孔与所述第一泄样孔相对连通。

在一种可能的实现方式中，所述泄样套与所述取样管之间设置有密封圈。

在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：与所述取样管上下两端可拆卸连接的密封盖。

在一种可能的实现方式中，所述钻具组合包括自上而下顺次连接的所述钻杆、加重钻杆、旁通阀、浮阀、定位短节、钻头。

另一方面，提供了一种不动钻具中途测试方法，所述方法采用了上述的任一种中途测试装置，包括：

利用钻具组合进行钻井作业，当钻遇油气层时，停止钻进，上提所述钻具组合至套管鞋内；

向钻杆内打压，使钻杆的内腔与套管腔连通，地层流体进入所述钻杆的内腔；

向所述钻杆的内腔中下入测试管柱，排液求产；

利用所述测试管柱进行井下测压和井下取样；

所述井下取样包括：向油管内投入下密封件，密封下滑套，向所述油管内投入上密封件，所述上密封件进入所述上滑套；

油管打压，所述上密封件下行直至与所述上滑套密封配合，同时下剪钉被剪断，所述下滑套下行；

增大打压压力，上剪钉被剪断，所述上滑套下行至于上止位块相抵以暴露循环孔，同时所述下滑套继续下行至与下止位块相抵；

起出所述测试管柱，取出所述取样器，操作泄样套以打开第一泄样孔，使所述取样管内腔中的地层流体排至地面采集容器，完成取样。

本发明实施例提供的技术方案的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的不动钻具中途测试装置可用于在钻进作业时进行中途测试工作。应用时，利用钻具组合进行钻井作业，当钻遇油气层时，停止钻进，上提钻具组合至套管鞋内(防止钻头位于地层中，对其进行保护)。向钻杆内打压，使钻杆的内腔与套管腔连通，地层流体进入钻杆的内腔；向钻杆的内腔中下入测试管柱，然后排液求产。随后利用测试管柱进行井下测压和井下取样。具体地，利用压力计托筒来实时获取井下压力，地层流体由筛管进入测井管柱内，利用井下取样器来实时取样。其中，井下取样包括：向油管内投入下密封件，以密封下滑套，向油管内投入上密封件，使上密封件进入上滑套。油管打压，上密封件下行直至与上滑套密封配合，同时下剪钉被剪断，下滑套下行。继续增大打压压力，上剪钉被剪断，上滑套下行至于上止位块相抵以暴露循环孔，同时下滑套继续下行至与下止位块相抵，最终将地层流体密封于取样管中。随后，起出测试管柱，取出取样器，操作泄样套以打开第一泄样孔，使取样管内腔中的地层流体排至地面采集容器，完成取样。可见，利用本发明实施例提供的装置可以完成测试作业以及实时井下取样，并使地层流体样品及时密封于取样器中以尽可能地接近地层流体，有效提高了取样的准确性，以便准确地获取地层资料。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的不动钻具中途测试装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的取样器的结构示意图。

附图标记分别表示：

1-钻具组合，11-钻杆，12-加重钻杆，13-旁通阀，14-浮阀，15-定位短节，

16-钻头，2-测试管柱，21-取样器，211-取样管，212-泄样套，

213-上滑套，214-下滑套，215-上密封件，216-下密封件，217-循环孔，

218-第一泄样孔，219-上剪钉，220-下剪钉，221-第一弹性锁块，

222-第一锁槽，223-第二弹性锁块，224-第二锁槽，225-第二泄样孔，

22-筛管，23-压力计托筒。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

一方面，本发明实施例提供了一种不动钻具中途测试装置，如附图1所示，该中途测试装置包括：包括有钻杆11的钻具组合1、以及可下入钻杆11内腔中的测试管柱2。其中，该测试管柱2包括：通过油管自上而下顺次连通的取样器21、筛管22和压力计托筒23。

其中，如附图2所示，取样器21包括：取样管211、泄样套212、上滑套213、下滑套214、上密封件215和下密封件216；

取样管211的上部壁上设置有循环孔217，下部壁上开设有第一泄样孔218，上部内腔和下部内腔中分别设置有用于对上滑套213止位的上止位块和用于对下滑套214止位的下止位块；

泄样套212可拆卸地套设于取样管211的下部外壁上，用于封堵第一泄样孔218；

上滑套213通过上剪钉219固定于取样管211的上部内腔中以封堵循环孔217；下滑套214通下剪钉220固定于取样管211的下部内腔中；

上密封件215用于密封上滑套213，下密封件216用于密封下滑套214；上剪钉219的剪切强度大于下剪钉220的剪切强度。

本发明实施例提供的不动钻具中途测试装置可用于在钻进作业时进行中途测试工作。应用时，利用钻具组合1进行钻井作业，当钻遇油气层时，停止钻进，上提钻具组合1至套管鞋内(防止钻头16位于地层中，对其进行保护)。向钻杆11内打压，使钻杆11的内腔与套管腔连通，地层流体进入钻杆11的内腔；向钻杆11的内腔中下入测试管柱2，然后排液求产。随后利用测试管柱2进行井下测压和井下取样。具体地，利用压力计托筒23来实时获取井下压力，地层流体由筛管22进入测井管柱内，利用井下取样器21来实时取样。其中，井下取样包括：向油管内投入下密封件216，以密封下滑套214，向油管内投入上密封件215，使上密封件215进入上滑套213。油管打压，上密封件215下行直至与上滑套213密封配合，同时下剪钉220被剪断，下滑套214下行。继续增大打压压力，上剪钉219被剪断，上滑套213下行至于上止位块相抵以暴露循环孔217，同时下滑套214继续下行至与下止位块相抵，最终将地层流体密封于取样管211中。随后，起出测试管柱2，取出取样器21，操作泄样套212以打开第一泄样孔218，使取样管211内腔中的地层流体排至地面采集容器，完成取样。可见，利用本发明实施例提供的装置可以完成测试作业以及实时井下取样，并使地层流体样品及时密封于取样器21中以尽可能地接近地层流体，有效提高了取样的准确性，以便准确地获取地层资料。

本发明实施例中，利用压力计托筒23来实时获取井下压力，压力计托筒23是测井技术领域的重要技术装备，本发明实施例中，压力计托筒23可以包括托筒本体以及内置在托筒本体中的压力计，该压力计具有记忆功能，可以测量并记忆不同时间段下的井下压力，从而在起出井外后可以按需读取。具体地，该压力计托筒23的托筒本体内可以安装两个压力计，分别测量测试管柱2的内部压力和外部压力。在地层测试作业结束起出测试管柱2时，可以根据作业时间段对压力计上的压力数据进行读取，进而得到不同时间段的压力变化以绘制压力曲线。

在压力计托筒23和取样器21之间设置筛管22，以便于钻杆11内腔中的地层流体能够由筛管22进入测试管柱2内，具体是进入取样器21内部。

其中，设置下行的下滑套214的目的是为了对上密封件215以及上滑套213的下行提供行程空间，最终目的是保证上密封件215与上滑套213紧密配合达到密封的目的，同时，确保上密封件215密封上滑套213后，两者能够继续下行，以使上滑套213不再封堵循环孔217，打开循环孔217，以在起管过程中起泄流作用。

其中，上剪钉219的剪切强度大于下剪钉220的剪切强度，以便于在刚开始打压时，先使下剪钉220被剪断，上密封件215下行时下滑套214即可下行，同时，上剪钉219维持原状。待上密封件215密封上滑套213后，继续增加打压的压力，来使上剪钉219被剪断，最终使上滑套213下行，打开循环孔217。其中，初始打压的压力可以是10Mpa，继续打压的压力可以是20MPa。

可以理解的是，下滑套214具有两次下行过程，其在第二次下行后与下止位块相抵，实现定位。上滑套213具有一次下行过程，其在下行后即与上止位块相抵，实现定位。上止位块和下止位块均可以为设置于取样管211内壁上的环形台阶。

本发明实施例中，上密封件215包括：与上滑套213的内腔相适配的圆柱形密封本体；与圆柱形密封本体的上端连接的限位体，限位体的径向宽度大于上滑套213的内径。

通过如上限定上密封件215的结构，一方面通过圆柱形密封本体来实现与上滑套213的密封接触，达到密封上滑套213的目的，另一方面，通过限位体，来确保上密封件215稳定地置于上滑套213内，确保密封的稳定性和持久性，防止因测试管柱2的上行或下移而导致上密封件215脱离上滑套213。

其中，限位体可以卡在上滑套213的上端面上。作为一种示例，限位体可以为半圆球形结构，且直径大于圆柱形密封本体的直径，如此不仅能达到限位目的，且利于制作。

上密封件215投入测试管柱2后，其与上滑套213之间有可能存在间隙，达不到完全的密封效果，为了使两者紧密接触，使上密封件215下行，使其圆柱形密封本体完全进入上滑套213，实现完全密封。本发明实施例中，下密封件216可以为与下滑套214内腔相适配的球体形状。

为了进一步提高密封效果，上密封件215与上滑套213之间、上滑套213和取样管211之间、下密封件216和下滑套214之间、以及下滑套214和取样管211之间均可以设置有一条或多条密封圈。

为了防止上密封件215随上滑套213下行过程中受地层高压作用下被顶出上滑套213，本发明实施例中，圆柱形密封本体的外壁上设置有第一弹性锁块221；上滑套213的内壁上设置有与第一弹性锁块221相适配的第一锁槽222；圆柱形密封本体下行设定距离后，第一弹性锁块221进入第一锁槽222实现锁紧。

可以理解的是，第一弹性锁块221可以沿圆柱形密封本体的径向方向伸缩，当其在压缩状态时，圆柱形密封本体可以沿上滑套213的内壁下行，当下行至第一弹性锁块221与第一锁槽222相对时，第一弹性锁块221的弹力释放恢复舒张状态而进入第一锁槽222，以将上密封件215锁定于上滑套213内。

进一步地，上滑套213的外壁上设置有第二弹性锁块223，取样管211的上部内壁上设置有与第二弹性锁块223相适配的第二锁槽224；上滑套213下行设定距离后，第二弹性锁块223进入第二锁槽224实现锁紧。如此设置，可使上滑套213更加稳定地止位于取样管211内，确保取样后该取样管211的密封性。

泄样套212与取样管211的下部可拆卸连接，以在安装状态下用封堵取样管211管壁上的第一泄样孔218，而在拆卸状态下打开第一泄样孔218。两者之间的可拆卸连接方式包括但不限于螺纹连接、卡接、以及利用其它锁紧件，例如弹性圈的紧固连接。为了使取样器21的体积尽可能不受影响，且确保连接紧固性以及拆卸易操作性，可以使泄样套212与取样管211的下部螺纹连接。

进一步地，可以在取样管211的上部或中部外壁上设置扳手槽，以便于进行上述螺纹连接的操作。

为了确保泄样套212能紧密密封住第一泄样孔218，可以使泄样套212与取样管211之间设置密封圈，其中，密封圈可以设置为多圈，并且，第一泄样孔218的上方和下方均可以设置有密封圈。

进一步地，可以在泄样套212上设置有第二泄样孔225；在非排液状态下，第二泄样孔225与第一泄样孔218错开设置；在排液状态下，第二泄样孔225与第一泄样孔218相对连通。

通过设置第二泄样孔225，可以减少泄样套212的拆卸时间，例如，只需将其旋转至第二泄样孔225与第一泄样孔218相对连通后，即可达到地层流体排出的目的，而无需将泄样套212完全从取样管211下卸下，减少了操作时间，且不容易丢失。

进一步地，本发明实施例提供的不动钻具中途测试装置还包括：与取样管211上下两端可拆卸连接的密封盖，这样，当测试管柱2被提出井外后，通过在取样管211的上下两端分别连接密封盖，可以进一步避免取样管211漏液的风险。

其中，密封盖可以与取样管211螺纹连接，其根据取样管211的结构进行适应性设计即可。

本发明实施例提供的不动钻具中途测试装置利用钻具组合1进行钻井作业，作为一种示例，该钻具组合1包括自上而下顺次连接的钻杆11、加重钻杆12、旁通阀13、浮阀14、定位短节15、钻头16。

其中，钻头16用于对地层进行钻进作业。定位短节15用来准确测定油、气层深度的短套管，以便于使该测试装置下入至地下设定深度处。在向钻杆11内加压的条件下，加压至一定值时，旁通阀13可以打开，以使钻杆11内腔和套管内腔连通，确保地层流体进入钻杆11内腔，达到排液求产的目的。

另一方面，本发明实施例基于上述的任一种不动钻具中途测试装置，还提供了一种不动钻具中途测试方法，该测试方法可以包括：

利用钻具组合1进行钻井作业，当钻遇油气层时，停止钻进，上提钻具组合1至套管鞋内。

向钻杆11内打压，使钻杆11的内腔与套管腔连通，地层流体进入钻杆11的内腔。

向钻杆11的内腔中下入测试管柱2，排液求产。

利用测试管柱2进行井下测压和井下取样。

其中，井下取样包括：向油管内投入下密封件216，密封下滑套214，向油管内投入上密封件215，上密封件215进入上滑套213。

油管打压，上密封件215下行直至与上滑套213密封配合，同时下剪钉220被剪断，下滑套214下行。

增大打压压力，上剪钉219被剪断，上滑套213下行至于上止位块相抵以暴露循环孔217，同时下滑套214继续下行至与下止位块相抵。

起出测试管柱2，取出取样器21，操作泄样套212以打开第一泄样孔218，使取样管211内腔中的地层流体排至地面采集容器，完成取样。

本发明实施例提供的不动钻具中途测试方法，基于使用了不动钻具中途测试装置，可以完成测试作业以及实时井下取样(即使在地层出液量很少时，也能准确地获取地层资料)，并使地层流体样品及时密封于取样器21中以尽可能地接近地层流体，有效提高了取样的准确性，以便准确地获取地层资料。

针对本发明实施例提供的不动钻具中途测试装置，以下给出一种具体操作步骤，以说明其测试过程，具体可参见如下：

步骤一：当钻遇油气层时，上提钻具：

下入钻具组合1进行钻井作业。在钻进过程中，当循环出井口的钻井液中出现油气显示，需要对裸眼段进行中途测试作业时，立即停钻，上提钻具直至钻头16位于套管鞋内。

步骤二：开启旁通阀13：

向钻杆11内部投球打压，以开启旁通阀13。

步骤三：下测试管柱2排液、求产：

下入测试管柱2至设计深度，通过向油管内通入氮气来进行连续油管排液、求产。

步骤四：准备进行取样：

在测井管柱的排液深度位置或者进一步加深的位置处实施井下取样。

步骤五：取样作业：

从地面向连续油管内投入下密封件216，下密封件216落在下滑套214内。随后，往油管内投入上密封件215，落在上滑套213内。在地面采用氮气泵车向油管内注氮气，当井口气压力达到10MPa时，上密封件215下移，带动上密封件215上的第一弹性锁块221进入第一锁槽222中，使得连续油管上部密封，上密封件215处于锁定状态。同时，下滑套214剪断上剪钉219也下移。

当井口气压力达到20MPa时，上滑套213剪断上剪钉219，连同上密封件215下移，并带动第二弹性锁块223进入第二锁槽224中并锁定，循环孔217打开，同时下滑套214也下移。

起出测试管柱2，卸下取样器21，两端丝扣安装密封盖，旋转泄样套212，使第一泄样孔218与第二泄样孔225连通，地层流体由此排出，收集样品即可。

以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种不动钻具中途测试装置，其特征在于，所述装置包括：包括有钻杆的钻具组合；

可下入所述钻杆的内腔中的测试管柱，所述测试管柱包括：通过油管自上而下顺次连通的取样器、筛管和压力计托筒；

所述取样器包括：取样管、泄样套、上滑套、下滑套、上密封件和下密封件；

所述取样管的上部壁上设置有循环孔，下部壁上开设有第一泄样孔，上部内腔和下部内腔中分别设置有用于对所述上滑套止位的上止位块和用于对所述下滑套止位的下止位块；

所述泄样套可拆卸地套设于所述取样管的下部外壁上，用于封堵所述第一泄样孔；

所述上滑套通过上剪钉固定于所述取样管的上部内腔中以封堵所述循环孔；

所述下滑套通下剪钉固定于所述取样管的下部内腔中；

所述上密封件用于密封所述上滑套，所述下密封件用于密封所述下滑套；

所述上剪钉的剪切强度大于所述下剪钉的剪切强度。

2.根据权利要求1所述的不动钻具中途测试装置，其特征在于，所述上密封件包括：与所述上滑套的内腔相适配的圆柱形密封本体；

与所述圆柱形密封本体的上端连接的限位体，所述限位体的径向宽度大于所述上滑套的内径。

3.根据权利要求2所述的不动钻具中途测试装置，其特征在于，所述圆柱形密封本体的外壁上设置有第一弹性锁块；

所述上滑套的内壁上设置有与所述第一弹性锁块相适配的第一锁槽；

所述圆柱形密封本体下行设定距离后，所述第一弹性锁块进入所述第一锁槽实现锁紧。

4.根据权利要求1所述的不动钻具中途测试装置，其特征在于，所述上滑套的外壁上设置有第二弹性锁块；

所述取样管的上部内壁上设置有与所述第二弹性锁块相适配的第二锁槽；

所述上滑套下行设定距离后，所述第二弹性锁块进入所述第二锁槽实现锁紧。

5.根据权利要求1所述的不动钻具中途测试装置，其特征在于，所述泄样套与所述取样管的下部外壁螺纹连接。

6.根据权利要求5所述的不动钻具中途测试装置，其特征在于，所述泄样套上设置有第二泄样孔；

在非排液状态下，所述第二泄样孔与所述第一泄样孔错开设置；

在排液状态下，所述第二泄样孔与所述第一泄样孔相对连通。

7.根据权利要求1所述的不动钻具中途测试装置，其特征在于，所述泄样套与所述取样管之间设置有密封圈。

8.根据权利要求1所述的不动钻具中途测试装置，其特征在于，所述装置还包括：与所述取样管上下两端可拆卸连接的密封盖。

9.根据权利要求1-8任一项所述的不动钻具中途测试装置，其特征在于，所述钻具组合包括自上而下顺次连接的所述钻杆、加重钻杆、旁通阀、浮阀、定位短节、钻头。

10.一种不动钻具中途测试方法，其特征在于，所述方法采用了权利要求1-9任一项所述的中途测试装置，包括：

利用钻具组合进行钻井作业，当钻遇油气层时，停止钻进，上提所述钻具组合至套管鞋内；

向钻杆内打压，使钻杆的内腔与套管腔连通，地层流体进入所述钻杆的内腔；

向所述钻杆的内腔中下入测试管柱，排液求产；

利用所述测试管柱进行井下测压和井下取样；

所述井下取样包括：向油管内投入下密封件，密封下滑套，向所述油管内投入上密封件，所述上密封件进入所述上滑套；

油管打压，所述上密封件下行直至与所述上滑套密封配合，同时下剪钉被剪断，所述下滑套下行；

增大打压压力，上剪钉被剪断，所述上滑套下行至于上止位块相抵以暴露循环孔，同时所述下滑套继续下行至与下止位块相抵；

起出所述测试管柱，取出所述取样器，操作泄样套以打开第一泄样孔，使所述取样管内腔中的地层流体排至地面采集容器，完成取样。

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