CN202596725U

CN202596725U - 地层测试取样器

Info

Publication number: CN202596725U
Application number: CN 201220029485
Authority: CN
Inventors: 陈为民; 刘中敏
Original assignee: Beijing Huaneng Tongda Energy Sources Science & Technology Co Ltd; BEIJING GEO-VISTA TECHNOLOGY Ltd
Current assignee: Beijing Huaneng Tongda Energy Sources Science & Technology Co Ltd; BEIJING GEO-VISTA TECHNOLOGY Ltd
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2022-01-30

Abstract

本实用新型公开了一种地层测试取样器，它包括地面电气控制系统和井下综合作业系统，该地面电气控制系统通过集流环和测井电缆与该井下综合作业系统连接，其中：该井下综合作业系统自上而下依次由马笼头、电子节、压力平衡节、液压节、取样机械节和取芯机械节组装而成。本实用新型地层测试取样器既可对地层流体进行取样作业，又可对地层岩芯进行取芯作业，取样与取芯作业互不影响，大大缩短了作业时间，提高了工作效率，适用于油气勘探裸眼井等情形下使用。

Description

地层测试取样器

技术领域

本实用新型涉及一种地层测试取样器，尤指一种综合了地层测试取样器功能和井壁取芯器功能的作业系统。

背景技术

由于目前地层测试取样器与井壁取芯器是两个独立的器件，因此，在石油勘探开发过程中，对地层中的流体进行取样分析评价与对地层岩芯进行取芯是分开进行的，它们是两个独立的操作过程。该地层测试取样器具有获取地层液体样的功能，即具有取样功能。该井壁取芯器具有获取地层岩芯样的功能，即也具有取样功能。在实际操作时，只有下放地层测试取样器到目标储层、对地层进行取样、收回地层测试取样器后，才能下放井壁取芯器，从而通过井壁取芯器对地层岩芯进行取芯作业。在实际操作中可以发现，这种工作方式既繁琐，又费时，作业效率极低，有待改善。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种地层测试取样器，该地层测试取样器既可对地层流体进行取样作业，又可对地层岩芯进行取芯作业，取样与取芯作业互不影响。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种地层测试取样器，其特征在于：它包括地面电气控制系统和井下综合作业系统，该地面电气控制系统通过集流环和测井电缆与该井下综合作业系统连接，其中：该井下综合作业系统自上而下依次由马笼头、电子节、压力平衡节、液压节、取样机械节和取芯机械节组装而成。

所述地面电气控制系统包括地面调压柜、升压柜、控制柜、测井绞车、计算机，该地面调压柜、升压柜、控制柜、测井绞车、计算机之间通过电缆连接。

所述电子节包括电子节外壳、分别安装在该电子节外壳上、下端的上盲插端、下盲插端、安装在该电子节外壳内的电子元器件托架、包裹在该电子元器件托架外的保温屏和安装在该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，其中：该上盲插端与所述马笼头紧锁密封连接，该下盲插端与所述压力平衡节密封连接；该电子节控制电路为一个具有通讯接口的微机。

所述压力平衡节包括缸体、分别安装在该缸体上、下端的上盲插端、下连接端、该缸体内的环形活塞和中心管，其中：该环形活塞套在该缸体内的该中心管上且可沿该中心管上下移动；在该上盲插端与该环形活塞之间的缸体的侧壁上开有旁通孔，在该上盲插端与该环形活塞之间的缸体内充有井液；在该下连接端上设有液压油路，该液压油路与所述液压节连通，在该环形活塞与该下连接端之间的缸体内充有液压油；该上盲插端与所述电子节紧锁密封连接，该下连接端与所述液压节密封连接；在该中心管内穿有电源线，该电源线向上穿过所述电子节、所述马笼头与所述地面电气控制系统相连，该电源线向下与所述液压节相连而为所述液压节中的电磁阀提供电源。

所述液压节包括液压节外壳、分别安装在该液压节外壳上、下端的上连接端、下连接端、固定在该液压节外壳内的液压件支架、固定在该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、各种传感器、PVT取样阀、安全阀、过滤器以及通过支撑臂固定在该液压节外壳内的各种缸体，其中：该电机、液压双联泵位于所述液压节上部，该各种液压阀、各种电磁阀、蓄能器、各种传感器中的压力传感器、温度传感器位于所述液压节下部；各液压部件通过液压管线连接、集合安装在所述液压节外壳内；所述液压节的上连接端与所述压力平衡节连接，该下连接端与所述取样机械节连接。

所述各种液压阀包括PVT取样阀、测试阀、液控测试阀、溢流阀、补油阀、放样阀；所述各种电磁阀包括测试取样电磁阀、抽吸泵电磁阀、推靠坐封电磁阀；所述各种传感器包括位移传感器、流体识别传感器、压力传感器、温度传感器；所述各种缸体包括支撑缸、主推靠缸、副推靠缸、钻进缸。

所述取样机械节包括取样机械节外壳、固定在该取样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、流体识别传感器，其中：该取样机械节外壳的上、下端分别与所述液压节、所述取芯机械节连接；该测试取样缸、抽吸缸并排位于所述取样机械节上部，该推靠式封隔器位于所述取样机械节中部，该电子压力计、流体识别传感器位于所述取样机械节下部，该PVT取样筒位于所述取样机械节底部，各液压部件通过液压管线连接、集合安装在该取样机械节外壳内，并与所述液压节相连通；该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所述取样机械节外壳外的测试探针组成，当该两级液压推靠缸向一侧推靠时，该推靠式封隔器向相反一侧推靠坐封，推靠坐封完成后，该测试探针插入地层；该测试取样缸由缸体、由五个活塞隔离出五个独立的测试取样室、上、下密封端子组成，用于分别完成对五个测点的测试与取样；该抽吸缸为活塞式抽吸缸，其由驱动缸体、抽吸缸体、隔离密封接头、上、下密封端子、两个活塞和连接该两个活塞的活塞杆组成，用于在所述液压节的驱动下完成对地层的抽吸；该PVT取样筒包括缸体、活塞、放样弹簧、上、下密封端子。所述抽吸泵为柱塞泵。

所述取芯机械节包括取芯机械节外壳、取芯推靠臂、液压马达总成、钻进缸总成、推芯缸总成、芯长传感器总成、储芯筒、推靠缸总成、位移传感器，其中：该取芯机械节外壳上端通过安装的上连接端与所述取样机械节连接，该取芯机械节外壳的下端密封安装有下堵头；该取芯推靠臂固定在该取芯机械节外壳的上端并与该推靠缸总成连接；该液压马达总成与该钻进缸总成、推芯缸总成连接，该液压马达总成上安装有钻头；该位移传感器、芯长传感器总成、储芯筒固定在所述取芯机械节外壳上。

本实用新型的优点是：

本实用新型地层测试取样器既可对地层流体进行取样作业，又可对地层岩芯进行取芯作业，取样与取芯作业互不影响，大大缩短了取样和取芯作业的时间，提高了工作效率，适用于油气勘探裸眼井等情形下使用。

附图说明

图1是本实用新型的组成示意图；

图2是本实用新型的工作原理框图；

图3是本实用新型的电子节结构示意图；

图4是本实用新型的压力平衡节结构示意图；

图5是本实用新型的液压节结构示意图；

图6是本实用新型的取样机械节结构示意图；

图7是本实用新型的液压节与取样机械节液压工作原理示意图；

图8是本实用新型的取芯机械节结构示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型地层测试取样器包括地面电气控制系统1和井下综合作业系统2，该地面电气控制系统1通过集流环和测井电缆3与该井下综合作业系统2连接，其中：该井下综合作业系统2自上而下依次由马笼头4、电子节5、压力平衡节6、液压节7、取样机械节8和取芯机械节9组装而成。

该地面电气控制系统1设置在地面，它包括地面调压柜、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，该地面调压柜、升压柜、控制柜、测井绞车、计算机之间通过电缆连接，地面电气控制系统1通过集流环电缆与集流环相连，集流环通过测井电缆3与井下综合作业系统2相连。该地面电气控制系统1的主要功能是向井下综合作业系统2提供电源，发出操控信号，接收、处理井下各种器件反馈回的数据，并对井下器件工作状态进行实时显示与监控。在实际应用时，该地面电气控制系统1采用目前常用的电缆地层测试法中的地面电气控制系统即可，故地面电气控制系统1的具体构成不再在这里描述。

如图1，马笼头4的一端通过测井电缆3与地面电气控制系统1相连，另一端与电子节5相连，其主要起连接测井电缆3与井下综合作业系统2的作用以及安全解卡的作用。

如图3，电子节5主要由深度校正装置和井下微机测控装置组成，如图，电子节5主要由电子节外壳10、分别安装在该电子节外壳10上、下端的上盲插端11、下盲插端12、安装在该电子节外壳10内的电子元器件托架13、包裹在该电子元器件托架13外的保温屏14和安装在该电子元器件托架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。该上盲插端11通过由壬与马笼头4紧锁密封连接，该下盲插端12通过由壬与压力平衡节6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。该电子节控制电路17为一个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电气控制系统1，同时，接收地面电气控制系统1发来的控制信号，并根据控制信号控制液压节7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、取样等。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。

如图4，压力平衡节6主要由缸体18、分别安装在该缸体18上、下端的上盲插端21、下连接端22、该缸体18内的环形活塞19和中心管20组成。该环形活塞19套在该缸体18内的该中心管20上且可沿该中心管20上下移动。在该上盲插端21与该环形活塞19之间的缸体18的侧壁上开有旁通孔23，在该上盲插端21与该环形活塞19之间的缸体18内充有井液，起着沟通压力平衡节6与井筒的作用，它能使井筒滤液进出压力平衡节6，使活塞上下来回运动。在该下连接端22上设有液压油路24，该液压油路24与液压节7连通，在该环形活塞19与该下连接端22之间的缸体18内充有液压油。该上盲插端21 通过由壬与电子节5紧锁密封连接，该下连接端22与液压节7密封连接。本实用新型通过压力平衡节6内的环形活塞19沿中心管20上下移动来平衡井筒与井下综合作业系统2内外压力，起到保护井下综合作业系统2的作用。在该中心管20内穿有电源线，该电源线向上穿过电子节5、马笼头4与地面电气控制系统1相连，该电源线向下与液压节7相连而为液压节7中的电磁阀提供电源。

如图5，液压节7主要由液压节外壳25、分别安装在该液压节外壳25上、下端的上连接端38、下连接端39、固定在该液压节外壳25内的液压件支架26、固定在该液压件支架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、各种传感器32、PVT取样阀33、安全阀34、过滤器35以及通过支撑臂36固定在该液压节外壳25内的各种缸体37组成。该电机27、液压双联泵28位于液压节7上部，该各种液压阀29、各种电磁阀30、蓄能器31、各种传感器32中的压力传感器、温度传感器位于液压节7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25内。它的主要功能是执行地面电气控制系统1发出的指令，为取样机械节8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7的工作状态。液压节7的上连接端38通过丝扣与压力平衡节6连接，该下连接端39通过快接套与取样机械节8密封连接。

本实用新型的液压节7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5和图7所示，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、302、抽吸泵电磁阀303、推靠坐封电磁阀304。各种传感器32包括位移传感器321、流体识别传感器322、压力传感器323、温度传感器。各种缸体37包括支撑缸371、主推靠缸372、副推靠缸373、钻进缸。

如图6，取样机械节8主要由取样机械节外壳40、固定在该取样机械节外壳40内的抽吸泵44、测试取样缸41、驱动缸42、抽吸缸43、推靠式封隔器45、PVT取样筒46、电子压力计47、流体识别传感器48构成。该取样机械节外壳40的上、下端分别通过安装的上连接端52、下连接端53与液压节7、取芯机械节9连接。该测试取样缸41、抽吸缸43并排位于取样机械节8上部，该推靠式封隔器45位于取样机械节8中部，该电子压力计47、流体识别传感器48位于取样机械节8下部，该PVT取样筒46位于取样机械节8底部。各液压部件通过液压管线有机地连接、集合安装在该取样机械节外壳40内，并与液压节7相连通。

该推靠式封隔器45由一个两级液压推靠缸49、饼型封隔橡胶50和伸出取样机械节外壳40外的测试探针51组成，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51起连通地层与仪器的作用。当该两级液压推靠缸49向一侧推靠时，该推靠式封隔器45向相反一侧推靠坐封，推靠坐封完成后，该测试探针51插入地层。该测试取样缸41由缸体、由五个活塞隔离出五个独立的测试取样室、上、下密封端子等组成，用于分别完成对五个测点的测试与取样。该抽吸缸43为活塞式抽吸缸，其由驱动缸体、抽吸缸体、隔离密封接头、上、下密封端子、两个活塞和连接该两个活塞的活塞杆组成，用于在液压节7的驱动下完成对地层的抽吸。该PVT取样筒46包括缸体、活塞、放样弹簧、上、下密封端子等，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5发送到地面电气控制系统1。在地面人员的操控下，通过液压节7提供的驱动力，使取样机械节8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。较佳地，该抽吸泵为柱塞泵，其抽吸量大、抽吸范围大。

如图8，取芯机械节9包括取芯机械节外壳56、取芯推靠臂58、液压马达总成60、钻进缸总成57、推芯缸总成59、芯长传感器总成55、储芯筒64、推靠缸总成63、位移传感器62。该取芯机械节外壳56一是起保护取芯机械节9的作用，二是各部件需要按特定位置安装固定在该取芯机械节外壳56上。该取芯机械节外壳56上端通过安装的上连接端54与取样机械节8连接，该取芯机械节外壳56的下端密封安装有下堵头65。该取芯推靠臂58固定在该取芯机械节外壳56的上端并与该推靠缸总成63连接，该取芯推靠臂58通过推靠缸总成63的运动而做出张开与收回动作。该液压马达总成60与该钻进缸总成57、推芯缸总成59连接，该液压马达总成60上安装有钻头61，液压马达总成60通过钻进缸总成57的带动而完成翻身、钻进、折芯、钻退、回位（装芯位置）等取芯的一系列动作，同时，位移传感器62记录液压马达总成60一系列动作的数据。该位移传感器62、芯长传感器总成55、储芯筒64固定在取芯机械节外壳56上。液压马达总成60钻退回位后，当收推靠时，推芯缸总成59把位于液压马达总成60上钻头61内的岩芯推进储芯筒64中，同时芯长传感器总成55记录岩芯长度数据。

在本实用新型中，马笼头4、电子节5、压力平衡节6、液压节7、取样机械节8和取芯机械节9均为公知技术，不在这里详述。电子节5、压力平衡节6、液压节7、取样机械节8可分别采用专利号为200620158724.X、发明名称为“电缆泵抽式地层测试取样器”中公开的井下测试取样器的马笼头、压力平衡器、液压节、机械节，而取芯机械节9也可采用专利号为200620008135.3、发明名称为“钻进式井壁取芯器”中公开的井下取芯系统的机械节。

当进行取芯作业时，通过测井电缆3将井下综合作业系统2下放，使取芯机械节9定位到地层的目标层位上，然后通过地面电气控制系统1进行地面操控，执行推靠、钻进、折芯、钻退、收推靠、储芯等一系列动作，同时，各种传感器（如温度、钻进/钻退位移、芯长传感器等）对取芯过程和工作状态进行实时监控，并实时把所监控得到的数据通过测井电缆3回传给地面电气控制系统1，完成对井壁进行钻进、获取地层岩芯作业。

当进行取样作业时，通过测井电缆3将井下综合作业系统2下放，使取样机械节8定位到地层的目标层位上，然后通过地面电气控制系统1进行地面操控，取样机械节8中的抽吸泵对目标层位中的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流体流动过程中的变化进行实时监测，并实时把所监测得到的数据通过测井电缆3回传给地面电气控制系统1，完成对目标层位的动态评价和高压物性取样。

本实用新型的优点是：本实用新型地层测试取样器既可对地层流体进行取样作业，又可对地层岩芯进行取芯作业，取样与取芯作业互不影响，大大缩短了取样和取芯作业的时间，提高了工作效率，适用于油气勘探裸眼井等情形下使用。

以上所述是本实用新型的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本实用新型保护范围之内。

Claims

1.一种地层测试取样器，其特征在于：它包括地面电气控制系统和井下综合作业系统，该地面电气控制系统通过集流环和测井电缆与该井下综合作业系统连接，其中：

该井下综合作业系统自上而下依次由马笼头、电子节、压力平衡节、液压节、取样机械节和取芯机械节组装而成。

2.如权利要求1所述的地层测试取样器，其特征在于：

3.如权利要求1所述的地层测试取样器，其特征在于：

所述电子节包括电子节外壳、分别安装在该电子节外壳上、下端的上盲插端、下盲插端、安装在该电子节外壳内的电子元器件托架、包裹在该电子元器件托架外的保温屏和安装在该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，其中：

该上盲插端与所述马笼头紧锁密封连接，该下盲插端与所述压力平衡节密封连接；该电子节控制电路为一个具有通讯接口的微机。

4.如权利要求1所述的地层测试取样器，其特征在于：

所述压力平衡节包括缸体、分别安装在该缸体上、下端的上盲插端、下连接端、该缸体内的环形活塞和中心管，其中：

该环形活塞套在该缸体内的该中心管上且可沿该中心管上下移动；在该上盲插端与该环形活塞之间的缸体的侧壁上开有旁通孔，在该上盲插端与该环形活塞之间的缸体内充有井液；在该下连接端上设有液压油路，该液压油路与所述液压节连通，在该环形活塞与该下连接端之间的缸体内充有液压油；该上盲插端与所述电子节紧锁密封连接，该下连接端与所述液压节密封连接；在该中心管内穿有电源线，该电源线向上穿过所述电子节、所述马笼头与所述地面电气控制系统相连，该电源线向下与所述液压节相连而为所述液压节中的电磁阀提供电源。

5.如权利要求1所述的地层测试取样器，其特征在于：

所述液压节包括液压节外壳、分别安装在该液压节外壳上、下端的上连接端、下连接端、固定在该液压节外壳内的液压件支架、固定在该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、各种传感器、PVT 取样阀、安全阀、过滤器以及通过支撑臂固定在该液压节外壳内的各种缸体，其中：该电机、液压双联泵位于所述液压节上部，该各种液压阀、各种电磁阀、蓄能器、各种传感器中的压力传感器、温度传感器位于所述液压节下部；各液压部件通过液压管线连接、集合安装在所述液压节外壳内；所述液压节的上连接端与所述压力平衡节连接，该下连接端与所述取样机械节连接。

6.如权利要求5所述的地层测试取样器，其特征在于：

7.如权利要求1所述的地层测试取样器，其特征在于：

所述取样机械节包括取样机械节外壳、固定在该取样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、流体识别传感器，其中：

该取样机械节外壳的上、下端分别与所述液压节、所述取芯机械节连接；该测试取样缸、抽吸缸并排位于所述取样机械节上部，该推靠式封隔器位于所述取样机械节中部，该电子压力计、流体识别传感器位于所述取样机械节下部，该PVT取样筒位于所述取样机械节底部，各液压部件通过液压管线连接、集合安装在该取样机械节外壳内，并与所述液压节相连通；该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所述取样机械节外壳外的测试探针组成，当该两级液压推靠缸向一侧推靠时，该推靠式封隔器向相反一侧推靠坐封，推靠坐封完成后，该测试探针插入地层；该测试取样缸由缸体、由五个活塞隔离出五个独立的测试取样室、上、下密封端子组成，用于分别完成对五个测点的测试与取样；该抽吸缸为活塞式抽吸缸，其由驱动缸体、抽吸缸体、隔离密封接头、上、下密封端子、两个活塞和连接该两个活塞的活塞杆组成，用于在所述液压节的驱动下完成对地层的抽吸；该PVT取样筒包括缸体、活塞、放样弹簧、上、下密封端子。

8.如权利要求7所述的地层测试取样器，其特征在于：

所述抽吸泵为柱塞泵。

9.如权利要求6所述的地层测试取样器，其特征在于：

所述取芯机械节包括取芯机械节外壳、取芯推靠臂、液压马达总成、钻进缸总成、推芯缸总成、芯长传感器总成、储芯筒、推靠缸总成、位移传感器，其中：

该取芯机械节外壳上端通过安装的上连接端与所述取样机械节连接，该取芯机械节外壳的下端密封安装有下堵头；该取芯推靠臂固定在该取芯机械节外壳的上端并与该推靠缸总成连接；该液压马达总成与该钻进缸总成、推芯缸总成连接，该液压马达总成上安装有钻头；该位移传感器、芯长传感器总成、储芯筒固定在所述取芯机械节外壳上。