CN114922619A - 一种用于井下地层测试的高集成度电液分离式小直径测压短节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于井下地层测试的高集成度电液分离式小直径测压短节。其包括液驱短节、隔离短节和电驱预测试室；液驱短节主要负责撑紧井壁，保证小直径测压短节固定在待测试点处。隔离短节主要提供两条地层流体流道，分别通往电驱预测试室和泵抽短节。电驱预测试室通过调节其内部腔体大小为测量地层压力创造条件。本发明将液压和电气进行分离式布置，避免液压流道需要贯穿整套小直径测压短节的情况，有利于提升系统集成度和模块化。本发明将隔离阀和地层流体的分流流道集成在隔离短节中，不仅实现泵抽和预测试的无干扰工作状态切换，而且有效缩短探针到石英压力计之间的流道长度，提升了地层压力测量精度。

Description

一种用于井下地层测试的高集成度电液分离式小直径测压 短节

技术领域

本发明属于井下地层测试设备领域，具体涉及一种用于井下地层测试的高集成度电液分离式小直径测压短节。

背景技术

在复杂油气藏勘探开发过程中，地层动态测试器是目前应用最为广泛的测井仪器，主要负责地层压力测量及地层流体取样，是将地层评价提升至油藏评价的关键装备。地层压力测量由探头短节完成，而流体取样由泵抽短节完成，两个短节通过螺纹进行连接。其中，地层测试器仅可通过探头短节从井眼中抽吸地层流体，再由内部连接流道将地层流体传递到泵抽短节中。两短节之间的内部连接流道通过探头短节中的隔离阀进行隔断。探头短节由支撑臂、探针、预测试室、隔离阀及石英压力计组成。首先支撑臂和探针从探头短节中伸出，将地层测试器固定在待测试点。接着由隔离阀将短节间的连接流道隔断，形成由探针到预测试室的局部流道，通过调节预测试室内腔体大小进行地层流体压力变化。在完成预测试后，隔离阀打开，地层流体直接流入泵抽短节，进行流体取样。在上述作业过程中，地层流体性质变换均由石英压力计记录，并传输到地面总成工作站。所有元件的作动均依赖于电液系统，通过电磁阀组切换来控制。

随着勘探任务走向超深井化，地层测试器逐渐向小直径集成化方向发展。现有地层测试器的探头短节将隔离阀和预测试室均布置在探针左侧，导致从探针抽吸到的地层流体需要先向左流动，通过隔离阀和预测试室后再向右流动进入泵抽短节内。这种U型流道布局方式将导致内部流道过长，造成沿程压力损失较大，不利于地层压力精确测量和快速流体取样。同时，目前地层测试器预测试室采用液压系统作为动力源，难以实现精确控制预测试体积变化，不适用于低渗透率地层的压力测量。此外，现有电气、液压及地层流体流道均采用直线贯穿的方式，不仅加工难度大，而且不利于元件的集成化布局。

发明内容

本发明提出的用于井下地层测试的高集成度电液分离式小直径测压短节恰恰能解决上述所提的矛盾。本发明可以理解为提升探头短节集成度的设计方案。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种用于井下地层测试的高集成度电液分离式小直径测压短节，其包括液驱短节、隔离短节和电驱预测试室；液驱短节、隔离短节和电驱预测试室依次串接成一体，彼此之间通过螺纹焊接套进行连接固定；

所述液驱短节用于撑紧井壁，保证小直径测压短节固定在待测试点处，其包括液驱短节本体和搭载在液驱短节本体上的电磁阀组、平衡阀、探针和支撑臂；其中，液驱短节本体内部含有液压流道和地层流体流道；电磁阀组设置在液压流道上通过控制液压流道的通断来控制平衡阀、探针及支撑臂作动，平衡阀和探针均为所述小直径测压短节提供一个可与井眼地层流体交汇的地层流体流口，其中平衡阀在伸出时能够封堵其地层流体流口；探针与支撑臂负责将小直径测压短节固定在待测试点处；

所述隔离短节包括隔离短节本体和设置在隔离短节本体内的石英压力计、电阻率传感器、隔离阀；隔离短节提供两条地层流体流道，两条地层流体的一端流道在电阻率传感器入口处交汇，通过石英压力计后与液驱短节的地层流体流道连通，第一条地层流体流道的另一端直接通向电驱预测试室，第二条地层流体流道的另一端经过电阻率传感器和隔离阀后再通向电驱预测试室；

所述电驱预测试室包括短节壳体和位于短节壳体内的预测试室、附加流道；预测试室包括电机、减速器、预测试室活塞和预测试室壳体；隔离短节的第一条地层流体流道通入到预测试室活塞和预测试室壳体之间形成的局部腔体内，隔离短节的第二条地层流体流道流至附加流道处并最终流入至泵抽短节。

作为本发明的优选方案，所述平衡阀在进行预测试和泵抽时关闭，关闭地层流体流口以防止井下地层流体流入进而影响测压及取样稳定性；平衡阀在其他阶段均开启，允许井眼地层流体流入小直径测压短节内部地层流体流道来平衡内外压力，防止因为过大压力差导致小直径测压短节表面被压溃。

作为本发明的优选方案，隔离阀处于关闭状态时，隔离短节的第二条地层流体流道被隔断，此时进入预测试工作模式；在隔离阀处于开启状态时，隔离短节的第二条地层流体流道打开，此时进入泵抽工作模式。

液驱短节中的液压流道可以视为流通液压油的管道，地层流体流道可以视为流通井下地层流体的管道，地层流体流道主要作用为流通井下的地层流体。液驱短节的液压流道中的液压油由本发明中的小直径测压短节的上一级短节提供，与本发明中具体实施方式不会产生影响。类似的，泵抽短节为小直径测压短节的后一级短节，本发明中具体实施方式只需要为泵抽短节提供一条地层流体流道，将井眼中的地层流体引入至泵抽短节。泵抽短节的工作原理与结构布置对本发明中具体实施方式不会产生影响。

作为本发明的优选方案，隔离短节和电驱预测试室中不布置液压流道。

作为本发明的优选方案，电磁阀组通过控制阀口启闭来控制液压油在液压流道中的走向；所述平衡阀、探针和支撑臂均为执行元件，能够在电磁阀组的控制作用下进行伸缩动作。

作为本发明的优选方案，所述隔离短节内还设置有石英压力计；石英压力计的测压端子连接至隔离短节中的地层流体流道监测地层流体压力变化。

作为本发明的优选方案，电机与减速器通过联轴器连接；减速器和预测试室活塞通过螺纹连接；电机、减速器和预测试室活塞依次串接在一起，然后安装在预测试室壳体内部，组成完成的预测试室。

与现有技术相比，本发明通过隔离阀和预测试室电驱化设计，降低液驱短节中电液系统复杂程度，减轻由于高温引入的液压系统固有缺陷，同时将液压和电气进行分离式布置，避免液压流道需要贯穿整套小直径测压短节的情况，有利于提升系统集成度和模块化。本发明将隔离阀和地层流体分流流道集成在隔离短节中，不仅实现泵抽和预测试的无干扰工作状态切换，而且有效缩短探针到石英压力计之间的地层流体流道长度，提升了地层压力测量精度，避免传统方案中地层流体流道呈U形布置带来的沿程压力损失大的问题。此外，本发明采用以距离最短为首要原则的内部流道布置方案，提高小直径测压短节内部空间利用率，进一步提升系统集成度。综上所述，本发明提出的用于井下地层测试的高集成度电液分离式小直径测压短节为狭小空间下油气藏勘探开发提供巨大帮助。

附图说明

图1为用于井下地层测试的高集成度电液分离式小直径测压短节的总体示意图；

图2和图7为液驱短节结构示意图；

图3为隔离短节结构示意图；

图4为电驱预测试室结构示意图；

图5为预测试室结构示意图；

图6为液驱短节工作状态下示意图。

图中，1-液驱短节；2-隔离短节；3-电驱预测试室；4-螺纹焊接套；101-电磁阀组；102-平衡阀；103-探针；104-支撑臂；105-液驱短节本体；201-石英压力计；202-电阻率传感器；203-隔离阀；204-隔离短节本体；301-预测试室；302-短节壳体；303-附加流道；3011-电机；3012-减速器；3013-预测试室活塞；3014-预测试室壳体。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。所述实施例仅是本公开内容的示范且不圈定限制范围。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

本发明所设计的用于井下地层测试的高集成度电液分离式小直径测压短节总体图如图1所示，主要由液驱短节1、隔离短节2和电驱预测试室3组成。其中，液驱短节1主要负责撑紧井壁，保证小直径测压短节固定在待测试点处。隔离短节2主要提供两条地层流体流道，分别通往电驱预测试室3和泵抽短节。电驱预测试室3通过调节其内部腔体大小为测量地层压力创造条件。液驱短节1、隔离短节2和电驱预测试室3依次串接成一体，彼此之间通过螺纹焊接套4进行连接固定。

电驱预测试室3采用电机直驱的方式进行地层渗透率测量，提升了地层压力测量精度。本发明在布局上进行电液分离设计和内部流道优化布置设计，降低了加工装配难度，大大提升了小直径测压短节的集成度。

如图2、图6和图7所示，液驱短节1由电磁阀组101、平衡阀102、探针103、支撑臂104、液驱短节本体105组成。电磁阀组101主要负责控制油路的通断来控制平衡阀102、探针103及支撑臂104作动。液驱短节本体105主要负责搭载各元件，其内部含有液压流道和地层流体流道。平衡阀102和探针103均为小直径测压短节提供一个可与井眼地层流体交汇的地层流体流口。其中，液驱短节1的地层流体流道将两处地层流体流口连通，并最终延伸至液驱短节1右侧。平衡阀102在进行预测试和泵抽时关闭，关闭地层流体流口防止井下地层流体流入短节中进而影响测压及取样稳定性。平衡阀102在其他阶段均开启，允许井眼地层流体流入小直径测压短节内部地层流体流道来平衡内外压力，防止因为过大压力差导致测压短节表面被压溃。探针103与支撑臂104共同负责将小直径测压短节固定在待测试点处。

如图3所示，隔离短节2由石英压力计201、电阻率传感器202、隔离阀203及隔离短节本体204组成。隔离短节2内部的地层流体流道在电阻率传感器202处进行分流，即在电阻率传感器202左侧布置有一条地层流体流道，在右侧布置有两条地层流体流道。左侧地层流体流道经过石英压力计201，记录地层流体流道中地层流体压力变化过程。右侧的第一条地层流体流道直接通向电驱预测试室3，第二条地层流体流道经过电阻率传感器202和隔离阀203后再通向电驱预测试室3。螺纹焊接套4将隔离短节2的左侧地层流体流道与液驱短节1的地层流体流道连通。隔离阀203与电机实现一体化设计，大大减小了空间占用体积。

如图4和图5所示，电驱预测试室3由预测试室301、短节壳体302和附加流道303组成。预测试室301由电机3011、减速器3012、预测试室活塞3013和预测试室壳体3014组成。电机3011与减速器3012通过联轴器连接，减速器3012与预测试室活塞3013通过螺纹连接。电机3011、减速器3012和预测试室活塞3013依次串接在一起后，安装在预测试室壳体3014中。电驱预测试室3通过螺纹焊接套4与隔离短节2连接。电驱预测试室3中含有两条地层流体流道，第一条地层流体流道通入到预测试室活塞3013和预测试室壳体3014之间形成的局部腔体内，第二条地层流体流道流至附加流道303处并最终流入至泵抽短节。螺纹焊接套4将电驱预测试室3内部地层流体流道与隔离短节2中的地层流体流道对应接通。在隔离阀203处于关闭状态时，隔离短节2的第二条地层流体流道被隔断，此时进入预测试工作模式。在隔离阀203处于开启状态时，隔离短节2的第二条地层流体流道打开，此时进入泵抽工作模式，实现泵抽和预测试的无干扰工作状态切换。隔离短节2和电驱预测试室3中无需布置液压流道，仅涉及电气元件装配，避免传统方案中的液压流道贯穿式设计，实现了电液分离式布置方式。

本发明提出的用于井下地层测试的高集成度电液分离式小直径测压短节聚焦于提升系统集成度，主要通过预测试电驱化、无干扰流道分流、电液分离式布局和内部流道优化布置的方式实现。本发明带来以下几项基本优势：一是通过电机直接驱动预测试室活塞，相对于传统液压控制而言提高了抽吸精度和响应速度；二是通过电驱隔离阀进行地层流体流道分流，实现泵抽和预测试的无干扰工作状态切换；三是对传统探头短节的结构进行重新布置，分为液驱短节、隔离短节和电驱预测试室三个模块(液驱短节由液压控制，隔离短节与电驱预测试室由电机控制)，实现了电液分离式布局，有利于提高小直径测压短节的集成度和模块化程度；四是基于金属增材制造技术对内部流道进行优化布置，遵循流道最短为原则，提高了小直径测压短节内部空间利用率，实现了系统高集成化设计。

本发明针对现有地层测试器探头短节集成度低、空间布局耦合性高、测压适应性差等问题，对隔离阀和预测试室进行电驱化设计，并将液压与电气进行分离式布局，避免传统探头短节中的贯穿式液压流道，有效改善因地层流体流道过长导致测压精度低、响应慢的问题，提升小直径测压短节的集成度和模块化，便于系统装配和后期故障诊断定位。此外，基于金属增材制造技术对内部流道进行优化布置，降低了探头短节加工装配难度，大大提升了测压短节集成度。综上所述，本发明在实现小直径地层动态测试器的高集成度探头短节方面具有极大的应用潜力。

工作时，将小直径测压短节从地面下降至待测试点时，平衡阀102和隔离阀203始终处于开启状态，保证小直径测压短节内部地层流体流道压力等同于井下地层压力。到达待测试点后，探针103与支撑臂104在电磁阀组101的控制下伸出并紧紧压在井壁上，将小直径测压短节固定在待测试点处。隔离阀203切换至关闭状态，通往泵抽短节的地层流体流道被切断。同时平衡阀102关闭，小直径测压短节仅有探针103一处可与外界地层流体接通的地层流体流口。此时，小直径测压短节内部形成了由探针103到隔离短节2到预测试室活塞3013处的局部地层流体流道。预测试室活塞3013在电机3011控制下逐渐收缩，使局部流体流道内的地层流体压力下降。此时，由于内外压力不平衡，井眼中的地层流体经由探针103流入对压力损失进行补偿。在上述过程中，局部地层流体流道的地层压力将先下降再缓慢恢复。该压力变化过程由石英压力计201和电阻率传感器202进行记录，并上传至地面总成工作站中分析后可判断油气藏流体相态及其流动属性。在传统地层测试器结构方案中，隔离阀和预测试室均位于探针左侧，导致流体流道需经过U形布置后才能流入到后续泵抽短节。而本发明提出的将隔离阀203布置在探针103的右侧，可使地层流体直接向右经隔离阀203后快速进入泵抽短节，极大的缩短了地层流体流道的长度，降低了地层流体的沿程压力损失。完成预测试后，隔离阀203开启，此时由探针103通往泵抽短节的地层流体流道开启，实现预测试与泵抽的无干扰切换。

此外，由于传统流道布置方案是针对机加工方便而设计的，不利于地层测试器的高度集成化，且沿程压力损失明显。本发明针对上述缺点，借助金属增材制造技术对地层流体流道和液压流道进行以距离最短为原则的布局优化，如图2-4所示流道。本发明将隔离阀和地层流体分流流道集成在隔离短节中，实现泵抽和预测试的无干扰工作状态切换；本发明对隔离阀和预测试室进行电驱化设计，有效降低电液系统复杂程度，减轻高温井下环境对液压系统造成的固有缺陷；本发明将液压元件与电气元件进行分离式布置，避免了传统探头短节需要贯穿式液压流道，有利于提升系统集成度和模块化，为后期系统装配和故障排查定位奠定良好基础；本发明以距离最短为目标进行流道布置设计，提高小直径测压短节的系统集成度。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于井下地层测试的高集成度电液分离式小直径测压短节，其特征在于包括液驱短节(1)、隔离短节(2)和电驱预测试室(3)；液驱短节、隔离短节和电驱预测试室依次串接成一体，彼此之间通过螺纹焊接套进行连接固定；

所述液驱短节(1)用于撑紧井壁，保证小直径测压短节固定在待测试点处，其包括液驱短节本体(105)和搭载在液驱短节本体(105)上的电磁阀组(101)、平衡阀(102)、探针(103)和支撑臂(104)；其中，液驱短节本体(105)内部含有液压流道和地层流体流道；电磁阀组(101)设置在液压流道上通过控制液压流道的通断来控制平衡阀(102)、探针(103)及支撑臂(104)作动，平衡阀(102)和探针(103)均为所述小直径测压短节提供一个可与井眼地层流体交汇的地层流体流口，其中平衡阀(102)在伸出时能够封堵其地层流体流口；探针(103)与支撑臂(104)负责将小直径测压短节固定在待测试点处；

所述隔离短节(2)包括隔离短节本体(204)和设置在隔离短节本体(204)内的石英压力计(201)、电阻率传感器(202)、隔离阀(203)；隔离短节(2)提供两条地层流体流道，两条地层流体流道的一端在电阻率传感器(202)入口处交汇，通过石英压力计(201)后与液驱短节(1)的地层流体流道连通，第一条地层流体流道另一端直接通向电驱预测试室(3)，第二条地层流体流道另一端经过电阻率传感器(202)和隔离阀(203)后再通向电驱预测试室(3)；

所述电驱预测试室(3)包括短节壳体(302)和位于短节壳体(302)内的预测试室(301)、附加流道(303)；预测试室(301)包括电机(3011)、减速器(3012)、预测试室活塞(3013)和预测试室壳体(3014)；隔离短节的第一条地层流体流道通入到预测试室活塞(3013)和预测试室壳体(3014)之间形成的局部腔体内，隔离短节的第二条地层流体流道流至附加流道(303)处并最终流入至泵抽短节。

2.根据权利要求1所述的用于井下地层测试的高集成度电液分离式小直径测压短节，其特征在于，所述平衡阀(102)在进行预测试和泵抽时关闭，关闭地层流体流口以防止井下地层流体流入进而影响测压及取样稳定性；平衡阀(102)在其他阶段均开启，允许井眼地层流体流入小直径测压短节内部地层流体流道来平衡内外压力，防止因为过大压力差导致小直径测压短节表面被压溃。

3.根据权利要求1所述的用于井下地层测试的高集成度电液分离式小直径测压短节，其特征在于，隔离阀(203)处于关闭状态时，隔离短节(2)的第二条地层流体流道被隔断，此时进入预测试工作模式；在隔离阀(203)处于开启状态时，隔离短节(2)的第二条地层流体流道打开，此时进入泵抽工作模式。

4.根据权利要求1所述的用于井下地层测试的高集成度电液分离式小直径测压短节，其特征在于，隔离短节(2)和电驱预测试室(3)中不布置液压流道。

5.根据权利要求1所述的用于井下地层测试的高集成度电液分离式小直径测压短节，其特征在于，电磁阀组(101)通过控制阀口启闭来控制液压油在液压流道中的走向；所述平衡阀(102)、探针(103)和支撑臂(104)均为执行元件，能够在电磁阀组(101)的控制作用下进行伸缩动作。

6.根据权利要求1所述的用于井下地层测试的高集成度电液分离式小直径测压短节，其特征在于，所述隔离短节(2)内还设置有石英压力计(201)；石英压力计的测压端子连接至隔离短节中的地层流体流道监测地层流体压力变化。

7.根据权利要求1所述的用于井下地层测试的高集成度电液分离式小直径测压短节，其特征在于，电机(3011)与减速器(3012)通过联轴器连接；减速器(3012)和预测试室活塞(3013)通过螺纹连接；电机(3011)、减速器(3012)和预测试室活塞(3013)依次串接在一起，然后安装在预测试室壳体(3014)内部，组成完成的预测试室(301)。

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