CN200982194Y - 电缆泵抽式地层测试取样器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电缆泵抽式地层测试取样器，它由地面电气控制系统和井下测试取样器两部分构成。地面电气控制系统通过集流环和测井电缆与井下测试取样器相连。井下测试取样器由马笼头、电子节、压力平衡器、液压节和机械节组装而成。本实用新型利用测井电缆把井下测试取样器传输到井下，用自然伽玛仪校深定位，再通过地面操控系统发出指令，使机械节内的封隔器完成对储层的封隔与解封、抽吸泵抽吸与取样。本实用新型通过柱塞泵对储层流体进行可控体积的抽吸，用流体温度、压力、流体性质识别传感器对地层流体流动过程中的变化进行实时监测，并把所记录的数据通过电缆传输到地面数据监控与处理系统，完成对储层的动态评价和高压物性取样。

Description

电缆泵抽式地层测试取样器

技术领域

本实用新型涉及一种用于测试油气勘探井目标地层(储层)地质情况的地层测试取样装置，尤指一种通过测井电缆传输并定位到目标地层(储层)，对储层及其中的流体(油、气、水)进行泵抽、分析评价并对流体进行高压物性取样的一种电缆泵抽式地层测试取样器。

背景技术

在石油勘探开发过程中，为了进一步掌握储层(油气层)物性特征及其中的流体性质及特征，需要对储层进行动态评价，目前常用的方法是对地层进行测试。地层测试法分两大类：一类是钻柱地层测试法，一类是电缆地层测试法。钻柱地层测试法是指用钻柱或油管把地层测试器传输到井下，在地面通过提放或压控操作地层测试器，对储层进行封隔、打开或关闭测试阀，使地层流体进行流动，对流体流动过程中的压力与温度随时间的变化进行跟踪记录，并对流体进行取样，进而对储层进行综合评价。该方法技术成熟，解释资料可靠性程度高；其不足之处是：施工周期长，劳动强度大，测试操作复杂，安全性差，尤其是在深井或海上钻井平台上进行施工时，该方法的缺点更为突出。电缆地层测试法是指用电缆把地层测试器传输、定位到井下，通过地面操作系统发出控制信号，使井下测试器对储层进行推靠封隔，对地层流体进行小体积量抽吸和取样，并对流体流动过程中的压力和温度进行跟踪记录，进而达到对油气层进行评价的目的。该方法实现了地层测试电气化，使地层测试更加快捷、明了、准确；然而，由于该方法只是对储层中的流体(油、气、水)进行微量抽吸，因而其探测范围较小，取样量少且真实性差，因而所取得的储层评价资料代表性较差。

发明内容

鉴于上述原因，为了克服钻柱地层测试法施工周期长，劳动强度大，测试操作复杂，安全控制性差的缺点，也为了克服电缆地层测试法对封隔点抽吸量过小、探测范围较小、取样不能反映流体的真实性的缺点，本实用新型的目的是提供一种电缆泵抽式地层测试取样器；该地层测试取样器通过测井电缆传输到井下，对被测试储层进行定位、封隔，用柱塞泵对储层流体进行可控量抽吸以及高压物性取样，进而对储层及其中的流体进行分析评价，为油气勘探与开发提供更可靠的数据。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种电缆泵抽式地层测试取样器，它由地面电气控制系统和井下测试取样器两部分构成；地面电气控制系统设置在地面，它由依次相连的地面调压柜、升压柜、控制柜、测井绞车、用于完成资料处理与输出的计算机组成；其特征在于：

所述地面电气控制系统通过集流环和测井电缆与井下测试取样器相连；

所述井下测试取样器自上而下依次由马笼头、电子节、压力平衡器、液压节和机械节组装而成。

在本实用新型的具体实施例中，所述电子节由电子节外壳、上盲插端、下盲插端、安装在外壳内的电子元器件托架、包裹在电子元器件托架外的保温屏和安装在电子元器件托架上的电源电路、自然伽玛测量定位仪、电子节控制电路组成；其上盲插端通过由壬与马笼头紧锁密封连接，下盲插端通过由壬与压力平衡器密封连接；所述电子节控制电路为一具有通讯接口的微机。

所述压力平衡器由压力平衡器缸体、缸体内的环形活塞、中心管、上盲插端和下连接端组成；所述环形活塞套在缸体内的中心管上，并可以沿中心管上下移动；在上盲插端和环形活塞之间的压力平衡器缸体的侧壁上开有旁通孔，在上盲插端和环形活塞之间的缸体内充有井液；在下连接端上设有液压油路，该液压油路与液压节连通，在环形活塞与下连接端之间的缸体内充有液压油；压力平衡器的上盲插端通过由壬与电子节紧锁密封连接，下连接端与液压节密封连接；在中心管内穿有电源线，该电源线向上穿过电子节、马笼头与地面操控系统相连，向下与液压节相连为其中的电磁阀提供电源。

所述液压节由液压节外壳、固定在液压节外壳内的液压件支架、固定在液压件支架上的电机、液压双联泵、各种液压阀、各种电磁阀、蓄能器、传感器、PVT取样阀、安全阀、过滤器、以及通过支撑臂固定在液压节外壳内的各种缸体组成；所述电机、液压双联位于液压节上部，各种液压阀、各种电磁阀、蓄能器、压力、温度传感器位于液压节下部；各液压部件通过液压管线有机地连接、集合安装在液压节外壳内；液压节的上连接端通过丝扣与压力平衡器连接，下连接端通过丝扣与机械节密封连接。

安装在液压节内的液压阀包括PVT取样阀、测试阀、液控测试阀、溢流阀、补油阀、放样阀；磁阀包括测试取样电磁阀、测试取样电磁阀、抽吸泵电磁阀、推靠坐封电磁阀；传感器包括位移传感器、流体识别传感器、压力传感器；固定在液压节外壳内的缸体包括支撑缸、主推靠缸、付推靠缸。

所述机械节由机械节外壳、固定在机械节外壳内的抽吸泵、测试取样缸、驱动缸、抽吸缸、推靠式封隔器、PVT取样筒、电子压力计、液体识别传感器构成；测试取样缸、抽吸缸并排位于机械节上部，推靠式封隔器位于机械节中部，电子压力计、流体识别传感器位于机械节下部，PVT取样筒位于机械节底部，各液压部件通过液压管线有机地连接、集合安装在机械节外壳内，并与液压节相连通；所述推靠式封隔器由一个两级液压推靠缸、饼型封隔橡胶和伸出机械节外壳外的测试探针组成；当推靠缸向一侧推靠时，推靠式封隔器向相反一侧推靠坐封，推靠坐封完成后，测试探针插入地层；测试取样缸由缸体、由五个活塞隔离出五个独立的小测试取样室、上、下密封端子组成，分别完成对五个测点的测试与取样；所述抽吸缸为活塞式抽吸缸，它由驱动缸体、抽吸缸体、隔离密封接头、上、下密封端子、两个活塞和连接两个活塞的活塞杆组成，在液压节的驱动下完成对地层的抽吸；所述PVT取样筒由缸体、活塞、放样弹簧、上、下密封端子等组成。

所述抽吸泵为柱塞泵。

本实用新型利用测井电缆把井下测试取样器传输到井下，用自然伽玛仪校深定位，再通过地面操控系统发出指令，使机械节内的封隔器完成对储层的封隔与解封、测试阀打开/关闭、抽吸泵抽吸与取样。本实用新型通过柱塞泵对储层流体进行可控体积的抽吸，用流体温度、压力、流体性质识别传感器对地层流体流动过程中的变化进行实时监测，并把所记录的数据通过电缆传输到地面数据监控与处理系统，完成对储层的动态评价和高压物性取样。本实用新型不仅施工简单、操控方便、劳动强度小、测试费用低、施工周期短、可监控程度高，而且能够对储层进行可控体积量的抽吸，可对储层流体进行高压物性取样，进而进行更大范围的动态测试评价，提高对储层及其中的流体分析评价的精度。

附图说明

图1为本实用新型现场施工连接关系图及本实用新型组成结构示意图；

图2为本实用新型工作原理框图；

图3为本实用新型电子节结构示意图；

图4为本实用新型电子节控制电路执行的控制程序流程图；

图5为本实用新型压力平衡器结构示意图；

图6为本实用新型液压节结构示意图；

图7为本实用新型机械节结构示意图；

图8为本实用新型液压节、机械节液压工作原理图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本实用新型公开的电缆泵抽式地层测试取样器由地面电气控制系统1和井下测试取样器2两部分构成；地面电气控制系统1通过集流环3和测井电缆4与井下测试取样器2相连。

地面电气控制系统1设置在地面，它由依次相连的地面调压柜、升压柜、控制柜、测井绞车、用于完成资料处理与输出的计算机组成；其主要功能是向井下测试取样器2提供电源，发出操控信号，接收、处理井下各种传感器反馈的数据，并对井下测试取样器的工作状态进行实时显示与监控。该部分与目前常用的电缆地层测试法中的地面电气控制系统相同，因其不是本发明的发明点，故在此不作详细说明。

地面电气控制系统1通过集流环电缆与集流环3相连，集流环3通过测井电缆4与井下测试取样器2相连，向井下测试取样器2提供工作电源、控制信号以及向地面电气控制系统1反馈各种检测、测试数据。

井下测试取样器2自上而下依次由马笼头5、电子节6、压力平衡器7、液压节8和机械节9组装而成。

马笼头5的一端通过测井电缆4与地面电气控制系统1相连，另一端与井下测试取样器2中的电子节6相连，其主要起连接测井电缆与井下测试取样器的作用和安全解卡的作用。

电子节6主要由深度校正装置和井下微机测控装置组成。图3为本发明电子节6结构示意图。如图所示，电子节6主要由电子节外壳10、上盲插端11、下盲插端12、安装在外壳内的电子元器件托架13、包裹在电子元器件托架外的保温屏14和安装在电子元器件托架13上的电源电路15、自然伽玛测量定位仪16、电子节控制电路17组成。其上盲插端11通过由壬与马笼头5紧锁密封连接，下盲插端12通过由壬与压力平衡器7密封连接。自然伽玛测量定位仪16构成深度校正装置，其作用是完成对井下储层的定位和仪器的校深。电子节控制电路17为一具有通讯接口的微机，它构成了井下微机测控系统，其作用是完成对各种信号(如自然伽玛、CCL、压力、温度等传感器输出的信号)的采集、处理，并把这些信号通过串口经载波通信方式发送给地面操控系统；同时，接收地面操控系统发来的控制信号，并根据控制信号控制液压节中的电磁阀动作，进而实现仪器的一系列功能如对被测井储层的推靠封隔、抽吸、取样、压力温度监测、流体识别等(如图4所示)。电源电路15构成井下电源系统，其作用是向各电子单元供电。

图5为本发明压力平衡器7结构示意图。如图所示，压力平衡器7主要由压力平衡器缸体18、缸体内的环形活塞19、中心管20、上盲插端21和下连接端22组成。环形活塞19可沿中心管20上下移动。在上盲插端21和环形活塞19之间的压力平衡器缸体18的侧壁上开有旁通孔23，在上盲插端21和环形活塞19之间的缸体内充有井液，起着沟通平衡器与井筒的作用，它能使井筒滤液进出平衡器，使活塞上下来回运动。在下连接端22上设有液压油路24，该液压油路与液压节8连通，在环形活塞19与下连接端22之间的缸体内充有液压油。压力平衡器7的上盲插端21通过由壬与电子节6紧锁密封连接，下连接端22与液压节8密封连接(在现场不能拆分)。本实用新型通过压力平衡器7内的环形活塞19沿中心管20上下移动来平衡井筒与测试取样器内外压力，起到保护测试取样器的作用。中心管20内穿有电源线，该电源线向上穿过电子节、马笼头与地面操控系统相连，向下与液压节8相连为其中的电磁阀提供电源。

图6为本发明液压节8结构示意图。如图所示，液压节8主要由液压节外壳25、固定在液压节外壳25内的液压件支架26、固定在液压件支架26上的电机27、液压双联泵28(大、小泵)、各种液压阀29、各种电磁阀30、蓄能器31、传感器32、PVT取样阀33、安全阀34和过滤器35、以及通过支撑臂36固定在液压节外壳25内的各种缸体37组成。电机、双联泵位于液压节上部，各种液压阀、各种电磁阀、蓄能器、压力、温度传感器位于液压节下部，各液压部件按照图8所示的液压工作原理图通过液压管线有机地连接、集合安装在液压节外壳25内。它的主要功能是执行地面操控系统发出的指令，为机械节完成各种功能提供动力，实现仪器的各个工作程序、各种传感器监控液压节装置的工作状态。液压节8的上连接端38通过丝扣与压力平衡器7连接，下连接端39通过丝扣与机械节9密封连接。

本实用新型液压节8内的液压系统由大、小两个分系统组成，电机带动双联泵分别给两个分系统提供液压动力来驱动分系统工作。小泵系统主要控制完成仪器的机械动作，如：封隔器坐封与解封、打开与关闭测试阀、打开与关闭取样阀等。大泵系统主要完成对地层流体的抽吸与取样。

如图6和图8所示，液压节8内的各种液压阀29包括PVT取样阀291、测试阀292、液控测试阀293、溢流阀294、补油阀295、放样阀296。各种电磁阀30包括测试取样电磁阀301、测试取样电磁阀302、抽吸泵电磁阀303、推靠坐封电磁阀304。传感器32包括位移传感器321、流体识别传感器322、压力传感器323。

固定在液压节外壳25内的各种缸体37包括支撑缸371、主推靠缸372、付推靠缸373。

图7为本发明机械节9结构示意图。如图所示，机械节9主要由机械节外壳40、固定在机械节外壳内的测试取样缸41、驱动缸42、抽吸缸43、抽吸泵44、推靠式封隔器45、PVT取样筒46、电子压力计47、液体识别传感器48上连接端52、下密封端53构成。测试取样缸、抽吸缸并排位于机械节上部，推靠式封隔器位于机械节中部，电子压力计、流体识别传感器位于机械节下部，PVT取样筒位于机械节底部，它们通过液压管线连接在一起，与液压节相连。

推靠式封隔器45由一个两级液压推靠缸49、饼型封隔橡胶50和伸出机械节外壳外的测试探针51组成，两个推靠缸起推靠作用，封隔橡胶50起封隔地层与隔离井筒的作用，测试探针510起连通地层与仪器的作用。当推靠缸向一侧推靠时，推靠式封隔器向相反一侧推靠坐封，推靠坐封完成后，测试探针插入地层。测试取样缸由缸体、由五个活塞隔离出五个独立的小测试取样室，上、下密封端子等组成，分别完成对五个测点的测试与取样。活塞式抽吸缸由驱动缸体、抽吸缸体、隔离密封接头、上、下密封端子、两个活塞和连接两个活塞的活塞杆组成，在液压节的驱动下完成对地层的抽吸。PVT取样筒由缸体、活塞、放样弹簧、上、下密封端子等组成，完成高压物性取样功能。各种传感器对流体温度、压力、性质进行实时监测，并通过电子节发送到地面监控系统。

在地面人员的操控下，通过液压节提供的驱动力，使机械节完成对被测井储层的推靠封隔、抽吸、取样，通过压力温度、流体识别传感器对流体进行实时监测。

在本实用新型的具体实施例中，所述抽吸泵为柱塞泵，其抽吸量大、抽吸范围大。

本实用新型利用测井电缆把井下测试取样器传输到井下，用自然伽玛仪校深定位，再通过地面操控系统发出指令，使机械节内的封隔器完成对储层的封隔与解封、测试阀打开/关闭、抽吸泵抽吸与取样。通过柱塞泵对储层流体进行可控体积的抽吸，用流体温度、压力、流体性质识别传感器对地层流体流动过程中的变化进行实时监测，并把所记录的数据通过电缆传输到地面数据监控与处理系统，完成对储层的动态评价和高压物性取样。本实用新型不仅施工简单、操控方便、劳动强度小、测试费用低、施工周期短、可监控程度高，而且能够对储层进行可控体积量的抽吸，可对储层流体进行高压物性取样，进而进行更大范围的动态测试评价，提高对储层及其中的流体分析评价的精度。

以上所述是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换，均属于本发明保护范围之内。

Claims (7)

1、一种电缆泵抽式地层测试取样器，它由地面电气控制系统和井下测试取样器两部分构成；

地面电气控制系统设置在地面，它由依次相连的地面调压柜、升压柜、控制柜、测井绞车、用于完成资料处理与输出的计算机组成；其特征在于：

所述地面电气控制系统通过集流环和测井电缆与井下测试取样器相连；

所述井下测试取样器自上而下依次由马笼头、电子节、压力平衡器、液压节和机械节组装而成。

2、根据权利要求1所述的电缆泵抽式地层测试取样器，其特征在于：所述电子节由电子节外壳、上盲插端、下盲插端、安装在外壳内的电子元器件托架、包裹在电子元器件托架外的保温屏和安装在电子元器件托架上的电源电路、自然伽玛测量定位仪、电子节控制电路组成；

其上盲插端通过由壬与马笼头紧锁密封连接，下盲插端通过由壬与压力平衡器密封连接；

所述电子节控制电路为一具有通讯接口的微机。

3、根据权利要求1或2所述的电缆泵抽式地层测试取样器，其特征在于：所述压力平衡器由压力平衡器缸体、缸体内的环形活塞、中心管、上盲插端和下连接端组成；

所述环形活塞套在缸体内的中心管上，并可以沿中心管上下移动；

在上盲插端和环形活塞之间的压力平衡器缸体的侧壁上开有旁通孔，在上盲插端和环形活塞之间的缸体内充有井液；在下连接端上设有液压油路，该液压油路与液压节连通，在环形活塞与下连接端之间的缸体内充有液压油；

压力平衡器的上盲插端通过由壬与电子节紧锁密封连接，下连接端与液压节密封连接；

在中心管内穿有电源线，该电源线向上穿过电子节、马笼头与地面操控系统相连，向下与液压节相连为其中的电磁阀提供电源。

4、根据权利要求3所述的电缆泵抽式地层测试取样器，其特征在于：所述液压节由液压节外壳、固定在液压节外壳内的液压件支架、固定在液压件支架上的电机、液压双联泵、各种液压阀、各种电磁阀、蓄能器、传感器、PVT取样阀、安全阀、过滤器、以及通过支撑臂固定在液压节外壳内的各种缸体组成；

所述电机、液压双联位于液压节上部，各种液压阀、各种电磁阀、蓄能器、压力、温度传感器位于液压节下部；各液压部件通过液压管线有机地连接、集合安装在液压节外壳内；

液压节的上连接端通过丝扣与压力平衡器连接，下连接端通过丝扣与机械节密封连接。

5、根据权利要求4所述的电缆泵抽式地层测试取样器，其特征在于：安装在液压节内的液压阀包括PVT取样阀、测试阀、液控测试阀、溢流阀、补油阀、放样阀；磁阀包括测试取样电磁阀、测试取样电磁阀、抽吸泵电磁阀、推靠坐封电磁阀；传感器包括位移传感器、流体识别传感器、压力传感器；

固定在液压节外壳内的缸体包括支撑缸、主推靠缸、付推靠缸。

6、根据权利要求5所述的电缆泵抽式地层测试取样器，其特征在于：所述机械节由机械节外壳、固定在机械节外壳内的抽吸泵、测试取样缸、驱动缸、抽吸缸、推靠式封隔器、PVT取样筒、电子压力计、液体识别传感器构成；

测试取样缸、抽吸缸并排位于机械节上部，推靠式封隔器位于机械节中部，电子压力计、流体识别传感器位于机械节下部，PVT取样筒位于机械节底部，各液压部件通过液压管线有机地连接、集合安装在机械节外壳内，并与液压节相连通；

所述推靠式封隔器由一个两级液压推靠缸、饼型封隔橡胶和伸出机械节外壳外的测试探针组成；当推靠缸向一侧推靠时，推靠式封隔器向相反一侧推靠坐封，推靠坐封完成后，测试探针插入地层；

测试取样缸由缸体、由五个活塞隔离出五个独立的小测试取样室、上、下密封端子组成，分别完成对五个测点的测试与取样；

所述抽吸缸为活塞式抽吸缸，它由驱动缸体、抽吸缸体、隔离密封接头、上、下密封端子、两个活塞和连接两个活塞的活塞杆组成，在液压节的驱动下完成对地层的抽吸；

所述PVT取样筒由缸体、活塞、放样弹簧、上、下密封端子等组成。

7、根据权利要求6所述的电缆泵抽式地层测试取样器，其特征在于：所述抽吸泵为柱塞泵。

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