CN202250059U - 用于地层测试器的泵抽排装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种主要用于地层测试器的泵抽排装置。至少包含一套流体抽排泵装置、一组流体管线、一组流体控制阀和液压控制管线，以及能源供给装置、测量和控制装置。因此，可先采取泵抽排去除高污染的地层流体，之后再进行泵驱动取样。可支持采用井筒流体作为工作流体的大型封隔器的操作，以及取样操作转换。可用于将工作流体反向注入地层。本实用新型给出了两个电磁阀驱动的三个流体控制阀的设计作为优选方案，配置相对简化、技术成熟、工作可靠。

Description

用于地层测试器的泵抽排装置

1技术领域

本实用新型提供一种主要用于石油测井的地层测试器的泵抽排装置。 

2背景技术

现有地层测试器，以斯伦贝谢公司的MDT地层测试器为代表，典型配置如图1(a)。在井筒(1)中，地层测试器由一系列串接在一起的功能装置组成，通常包含：能源供给、测量、控制和通信装置(2)；探头或封隔器装置(3)，其特征是具有能伸出或扩张，也能回收或回缩，并且能座封或封隔井壁的封隔器；流体识别装置(4)；泵抽排装置(5)，它是一个可通过被座封或封隔的井壁抽吸和驱动地层流体的泵系统；取样装置(6)等。其主要功能有： 

a)采用探头和封隔器封隔井壁；进行预测试，通过抽吸和检测压力恢复等过程来测量地层压力和渗透率； 

b)在流体管路上设置传感器测量地层流体的物理特性； 

c)利用常规取样装置的相对负压进行常规取样。 

d)采用泵抽排方式将样品管线中的地层流体排至井筒，排出受泥浆污染的地层流体，获得更接近实际地层流体的测量结果，此功能可称之为“外排”； 

e)与d)功能相反，采用泵抽排方式将井筒泥浆吸入样品管线，作为工作流体供一些特殊用途使用，此功能可称之为“吸入”； 

f)采用泵抽排方式将样品管线的地层流体泵入取样筒，此功能可称之为“泵驱动取样”； 

g)与f)功能相反，采用泵抽排方式将预先贮存在取样筒中工作流体经样品管线泵入目标地层中，此功能可称之为“泵驱动注入”。 

其中功能d)和e)的特点是，流体管线与井筒之间连通，仪器内部样品管线流体在样品管线与井筒之间流动和交换，根据流动方向不同区分为“外排”和“内吸”；功能f)和g)的特点是，流体管线不与井筒连通，流体沿着样品管线从仪器的一端被泵输送至另一端，或者自上而下，或者自下而上。 

目前现有技术的泵抽排装置(5)的原理框图如图2所示。该系统包括：双向流体泵组合(以下简称泵一)(13)、换向阀(12)、以及样品管线一(11)、样品管线二(14)和样品管线三(15)，还有一个通向井筒的口(16)。换向阀(12)被设计成一组手动切换的阀件组合而成。泵一(13)是一个双向泵，它通常由一组电液控制、液压驱动的往复式泥浆泵和一组流体整流阀的组合而成。 

与本实用新型有关的工作原理是：当换向阀(12)的公共口A与选通口B连通，其C口截止，泵一(13)A口吸入，B口排出时，流体从样品管路一(11)和样品管路二(14)经过样品管线三(15)、通向井筒的口(16)抽排至井筒(1)，实现上述功能d)。而当泵一(13)反向运转时，B口吸入，A口排出，实现上述功能e)。 

在事先关闭通向井筒的口(16)的前提下，当换向阀(12)的公共口A与选通口C接通，其B口截止，泵一(13)A口吸入，B口排出时，流体从样品管线二(14)经样品管线三(15)抽排至样品管线一(11)，即图2中从左至右。而当泵一(13)反向运转时，流体从样品管线一(11)经样品管线三(15)抽排至样品管线二(14)，即图2中从右至左。这样，根据探头或封隔器装置(3)和取样装置(6)相对位置的不同，就将流体从探头或封隔器装置(3)泵入取样装置(6)，或者反向流动。于是，可实现上述功能f)和g)。 

背景技术的应用为提高地层测试的效果做出了改进，但不足之处在于：换向阀(12)以及通向井筒的口(16)都是手动阀，需要在下井前，人工设定和切换。因此整个仪器的泵抽排功能只能在上述d)+e)或者功能与f)+g)之间选择使用。 

为了提高取样质量，应避免取样压力过低造成样品的品相变化，希望在测井过程中，先进行泵抽排，排出高污染地层流体，再利用泵系统驱动取样，并且控制取样过程和样品的贮存压力。因此，进一步改进的需求是：上述d)、e)、f)、g)功能可在井下可控制切换。 

3发明内容

本实用新型是一种改进的泵抽排装置，至少包含一套流体抽排泵装置、一组流体管线、一组流体控制阀和液压控制管线，以及能源供给装置、测量和控制装置。在泵抽排装置的流体管线上设置了以流体控制阀为主的流体控制装置，实现了泵抽排系统不同功能之间的控制转换。由于地层测试器需在高温高压环境中，对包含大量固相物质的流体进行控制操作，因此系统设计必须兼顾结构简化、工作可靠等方面因素，综合优化。 

图3是本实用新型改进的泵抽排装置的简图。该装置有样品管线四(21)、阀一(22)、阀二(23)、样品管线五(24)、泵二(25)、样品管线六(26)、阀三(27)、通向井筒的流体口(28)、三通电磁阀一(41)、三通电磁阀二(42)。阀一(22)的口(22d)、阀二(23)的口(23d)、阀三(27)的口(27d)和三通电磁阀二(42)的口(42b)四者连接。三通电磁阀一(41)的口(41a)和三通电磁阀二(42)的口(42a)接高压油源，三通电磁阀一(41)的口(41c)和三通电磁阀二(42)的口(42c)接低压回油管线连通至油箱。 

阀一(22)、阀二(23)和阀三(27)在三通电磁阀一(41)、三通电磁阀二(42)的联合控制下可以开启(使流体可通过)和截止。用于驱动电磁阀的信号来自控制系统，油源(43)为系统提供液压能源，溢流阀一(44)、单向阀(45)、溢流阀二(46)起辅助作用，用来稳定和保持控制压力。 

样品管线四(21)与阀一(22)的口(22a)和阀二(23)的口(23a)连接；阀一(22)的口(22b)与泵二(25)的口(25a)连接；阀二(23)的口(23b)与样品管线六(26)、泵二(25)的口(25b)、阀三(27)的口(27b)连接；阀三(27)的口(27a)直接或间接地与通向井筒的流体口(28)连通；所述的间接地连接，是指根据需要还可以设置过滤器，或者再增加其他的控制阀从而进一步控制其流动。 

如图3所示，阀一(22)为常通、阀二(23)为常断、阀三(27)为常通，三通电磁阀一(41)为常通，三通电磁阀二(42)为常断。系统在上电前或两电磁阀不加电时，阀一(22)的口(22c)、阀二(23)的口(23c)、阀三(27)的口(27c)都接高压，阀一(22)的口(22d)、 阀二(23)的口(23d)、阀三(27)的口(27d)都接低压回油管线连通至油箱，在液压力和弹性元件联合作用下，各阀复位。样品管线四(21)与样品管线五(24)直接连通，并和泵二(25)的口(25a)连通，泵二(25)的口(25b)接通井筒(1)，该状态对应于将样品管线四(21)和样品管线五(24)内的流体泵抽排至井筒(1)，或者将井筒流体抽排至样品管线四(21)和样品管线五(24)。 

当两电磁阀加电时，阀一(22)的口(22d)、阀二(23)的口(23d)、阀三(27)的口(27d)都接高压，阀一(22)的口(22c)、阀二(23)的口(23c)、阀三(27)的口(27c)都接低压回油，在液压力作用下各阀动作。此时，样品管线六(26)与井筒(1)之间被截止，样品管线四(21)与样品管线五(24)在阀一(22)内被隔离，样品管线四(21)与样品管线六(26)通过阀二(23)被接通，并与泵二(25)的口(25b)连通。此时，当泵二(25)运行时，则可将仪器内的流体从样品管线四(21)泵送至样品管线五(24)；或者反向泵送。 

因此，本发明的泵抽排系统至少具有四种工作模式： 

模式一，泵抽排样品管线流体至井筒(外排)。当三通电磁阀一(41)和三通电磁阀二(42)不加电时，阀三(27)开启，阀一(22)开启，阀二(23)截止。泵二(25)正向工作，泵二(25)的口(25a)吸入，泵二(25)的口(25b)排出时，系统可将样品管线四(21)和样品管线五(24)的地层流体抽排至井筒(1)。 

模式二，将井筒泥浆抽排至流体管线(内吸)。当各阀按上述模式一置位，泵二(25)反向工作即可将井筒流体抽排至相应的样品管线。该模式可先利用井筒泥浆作为工作流体，驱动大型封隔器封闭更大范围的井壁，再进行取样。 

模式三，泵驱动取样。当三通电磁阀一(41)和三通电磁阀二(42)加电时，当阀一(22)截止、阀二(23)开启，阀三(27)截止，当泵正向工作时，可驱动流体自右至左流动，反向工作时，则自左至右流动。根据封隔器和取样装置的挂接顺序，选择相应的泵工作方向，即可将地层流体泵入取样装置。 

模式四，反向注入，即将工作流体注入地层。当各阀按上述“模式三”置位，同样根据封隔器和贮样筒的挂接顺序，选择相应的泵工作方向，即可将工作流体注入被封隔器封隔的地层中去。 

上述四种模式中，泵驱动取样模式，是本发明的改进重点，其目的是采用控制抽吸速度实现取样压力的控制。该方式还不依赖预充气的缓冲装置，可简化取样装置，减小仪器规模和长度。 

由于可在井下控制切换这四种工作模式，对于取样操作可以先按模式一运行，将高污染的地层流体排出，再进行泵驱动取样。还可采用井筒流体作为工作流体对大型封隔器进行封隔操作，再通过工作模式转换进行泵抽排和取样操作。 

4附图说明

图1是本发明所涉及的地层测试器的示意图，本发明的主要组成与之相同。根据各模块挂接顺序不同，有两种典型的布局，分别如图1(a)和图1(b)所示。图中序号1为井筒，地层测试器包含：能源供给、测量、控制和通信装置(2)、探头或封隔器装置(3)、流体识 别装置(4)、泵抽排装置(5)、取样装置(6)和底鼻(7)等。 

图2是现有地层测试器的泵抽排装置的简图。其中包含：泵一(13)、换向阀(12)、样品管线一(11)、样品管线二(14)和样品管线三(15)，还有一个通向井筒的口(16)。 

图3是本发明的地层测试器所包含的泵抽排装置的简图和实施例。其中包含：样品管线四(21)、阀一(22)、阀二(23)、样品管线五(24)、泵二(25)、样品管线六(26)、阀三(27)、通向井筒的流体口(28)、三通电磁阀一(41)、三通电磁阀二(42)、液压油源(43)、溢流阀一(44)、单向阀(45)、溢流阀二(46)。 

图4是本发明包含的泵抽排装置的另一个实施例的局部变化，一个三通阀(31)可取代阀一(22)和阀二(23)两者的组合。 

5具体的实施方式 

图3所示的泵抽排装置是本实用新型的实施例之一，也是优选方案。该方案采用了电液转换、液压驱动的流体控制阀，从而提高了对流体控制阀的驱动能力。具体采用了两个电磁阀驱动的三个流体控制阀，配置相对简化、技术成熟、工作可靠。 

由于采用了两级控制设计，显然存在多种满足需求的控制逻辑组合可供选择，具体可根据成熟阀件的技术储备确定。例如，本实用新型可以有不同的实施方式，以下各项为其他实施例： 

对于图3的配置，三通电磁阀一(41)改为常断，三通电磁阀二(42)改为常通，控制信号相应取反，可实现相同逻辑。 

对于图3的配置，阀一(22)改为常断、阀二(23)改为常通、阀三(27)改为常断，控制信号相应取反，可实现相同逻辑。 

对于图3的配置，上述各阀全部取反逻辑，也是可以正常工作的。 

对于图3的配置，如果三通电磁阀一(41)和三通电磁阀二(42)采用相同逻辑的电磁阀，相应调整控制系统的输出逻辑，也是可以正常工作的。但需要两路反相的控制输出，而图3的配置可采用一路电信号控制两个电磁阀。 

对于图3的配置，还可以省略三通电磁阀一(41)，并且将阀一(22)的口(22c)、阀二(23)的口(23c)、阀三(27)的口(27c)直接连接低压回油管线连通至油箱。此时，各流体控制阀，全都靠内部弹性元件复位。此法可简化配置，但阀的复位设计压力加大，操作可靠性降低。 

对于图3的配置，还可以用一个如图4所示的三通阀(31)代替阀一(22)和阀二(23)两者的组合。用三通阀(31)的公共口(31a)代替阀一(22)的口(22a)和阀二(23)的口(23a)，用三通阀(31)的常通口(31b)替代两者中的常通的阀的常通口，用三通阀(31)的常断口(31c)替代两者中的常断的阀的常断口。 

Claims (1)

1.一种用于石油测井用地层测试器的泵抽排装置，至少包含一套流体抽排泵装置、一组流体管线、一组流体控制阀和液压控制管线，以及能源供给装置、测量和控制装置，其特征在于：

a)有样品管线四(21)、阀一(22)、阀二(23)、样品管线五(24)、泵二(25)、样品管线六(26)、阀三(27)、通向井筒的流体口(28)、三通电磁阀一(41)、三通电磁阀二(42)；

b)阀一(22)的口(22d)、阀二(23)的口(23d)、阀三(27)的口(27d)和三通电磁阀二(42)的口(42b)四者连接，三通电磁阀一(41)的口(41a)和三通电磁阀二(42)的口(42a)接高压油源，三通电磁阀一(41)的口(41c)和三通电磁阀二(42)的口(42c)接低压回油管线连通至油箱；

c)阀一(22)为常通、阀二(23)为常断、阀三(27)为常通，三通电磁阀一(41)为常通，三通电磁阀二(42)为常断；

d)样品管线四(21)与阀一(22)的口(22a)和阀二(23)的口(23a)连接，阀一(22)的口(22b)与泵二(25)的口(25a)连接，阀二(23)的口(23b)与样品管线六(26)、泵二(25)的口(25b)、阀三(27)的口(27b)连接，阀三(27)的口(27a)与通向井筒的流体口(28)连通。 

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