崔姝雯

摘要：介紹了常用地層測試器結(jié)構(gòu)原理、技術(shù)特點，并結(jié)合各測試器性能，對其適用井況進行分析評價，為不同井況測試施工選擇工具提供重要的技術(shù)手段。

關(guān)鍵詞：地層測試器結(jié)構(gòu)原理適用井況

中圖分類號： TE271 文獻標識碼：A文章編號：

Abstract: the article introduces the common formation testing the structure principle, technical characteristics, and combined with the performance of each test, applicable to the well conditions for analysis and evaluation, in different Wells for test selection tool construction to provide important technical means.

Keywords: formation testing the structure principles apply well conditions

地層測試器在陸上石油勘探開發(fā)中應(yīng)用十分廣泛，利用管柱將地層測試器送到待測層位，坐封封隔器，使被測地層與環(huán)空液體隔離，然后操作管柱或?qū)Νh(huán)空加壓，按設(shè)計開啟和關(guān)閉井下測試閥，使地層流體流入管柱內(nèi)，記錄井下壓力和溫度；按測試要求多次開關(guān)測試閥，錄取相關(guān)數(shù)據(jù)采集地層流體樣品，測試結(jié)束后解封起管。

1 提放式地層測試器

1.1 MFE地層測試器

MFE（multi-flow evaluator）地層測試器是80年代初期從美國江斯頓公司引進的，具有便于維護保養(yǎng)，使用成本低的優(yōu)點。該工具非常適合某油田試油井況（大部分油層較淺，產(chǎn)量較低，地層處于正常壓力系統(tǒng)范圍），歷年的測試一次率均在90%以上，因此至今仍為試油測試的主導(dǎo)工具。其開關(guān)閥屬于塞閥結(jié)構(gòu)，借助管柱的上、下運動來控制閥的開關(guān)。下井時閥處于關(guān)閉狀態(tài)，封隔器坐封后，通過管柱施加鉆壓，測試閥經(jīng)過一段時間的延時，管柱突然下墜25.4mm（地面上可以直接觀察到的顯示），測試器打開；如果要關(guān)閉測試器時，只需將管柱上提并略超過自由點，然后再下放管柱即可關(guān)井；如此反復(fù)上提和下放管柱，可將測試器多次開啟或關(guān)閉。在最后一次關(guān)井時，取樣器可收集1200流動末期的的地層流體樣品。

（1）MFE換位機構(gòu)工作原理。換位機構(gòu)包括花鍵心軸、花鍵套、J型銷和止推墊圈?；ㄦI心軸與上部油管相連，受地面控制，提放管柱過程中，換位銷在換位槽內(nèi)位置變換，帶動花鍵套做圓周方向的旋轉(zhuǎn)，止推墊圈充分保障了花鍵套的軸向旋轉(zhuǎn)，達到正常開井和關(guān)井的目的。上提管柱必須到位，若不到位下放管柱容易出現(xiàn)撞銷的問題，損壞換位銷釘。見圖1。

圖1MFE換位機構(gòu) 圖2MFE液壓鎖緊機構(gòu)

（2）MFE鎖緊機構(gòu)（液壓鎖緊）工作原理。液壓鎖緊機構(gòu)只在上提管柱過程中起作用，F(xiàn)頂推動心軸上行，F(xiàn)鎖防止提松封隔器。當上提到位后，管柱相當于一個整體，F(xiàn)頂與F鎖平衡而抵消，此時再上提測試管柱或底層壓力過大推動封隔器，均能導(dǎo)致封隔器失封。見圖2。

（3）存在缺陷?，F(xiàn)場操作人員操作過程易損壞換位銷釘，導(dǎo)致不能實現(xiàn)開關(guān)井。上提管柱時，容易提松封隔器，致使封隔器泄壓；超壓層上提管柱時容易發(fā)生管柱上竄，導(dǎo)致開井困難，而且在操作過程中存在發(fā)生井噴的危險；芯軸過細，高產(chǎn)井易產(chǎn)生節(jié)流，影響產(chǎn)能評價。

（4）適用井況。最佳施工井況，不超壓的直井或斜度較小的斜井，井深1000m—3500m，日產(chǎn)在50m3以內(nèi)油、水井；施工井段上部有射開井段或套有漏點也可施工。

1.2 自鎖式地層測試器

MLT（機械鎖定式測試器 machine-lock tester）測試器是MFE、HST測試工具的改進型，與MFE測試管柱的主要區(qū)別在于使用機械鎖緊器代替液壓鎖緊，并設(shè)計了不易損壞的星型換位機構(gòu)。解決了開關(guān)井操作提松封隔器、地層壓力推動封隔器上移問題和換位機構(gòu)易損的問題，確保封隔器密封可靠和開關(guān)井操作的成功率。

（1）MLT換位機構(gòu)工作原理。換位芯軸上設(shè)計了成長短并行的“N”換位槽，凸耳插在換位槽內(nèi)，換位套不能上下移動，當芯軸上、下運動時，換位凸耳就沿著換位槽軌道作圓周方向的旋轉(zhuǎn)。當凸耳進入長槽時，處于開井位置；當凸耳進入短槽時，處于關(guān)井位置。如果上提不到位下放管柱，發(fā)生換位凸耳與換位槽拐角碰撞，此時，在凸耳斜面的作用下，換位套向左旋轉(zhuǎn)換位，不會發(fā)生換位機構(gòu)損壞的問題。

（2）MLT鎖緊機構(gòu)（機械鎖緊器）工作原理。機械鎖緊器連接在封隔器的上部，測試管柱下到預(yù)定位置后，通過管柱施加鉆壓，座封封隔器，機械鎖緊器延時作用芯軸緩慢下行，聯(lián)動產(chǎn)生壓力打開卡瓦牙錨定在套管壁上，上提管柱完成開關(guān)井操作過程中，由卡瓦牙產(chǎn)生的錨定力起到禁錮封隔器的作用，從而保證封隔器密封可靠；開關(guān)井時，不熟練的技術(shù)人員也可操作，降低了提松封隔器的風(fēng)險；避免上提管柱時容易發(fā)生管柱上竄，導(dǎo)致開井困難，而且在操作過程中存在發(fā)生井噴的危險。解封時，上提管柱至懸重超過“自由點”懸重8t左右，停止上提，在延時過程中上部液壓油室突然放大，芯軸快速上移，產(chǎn)生一定的上擊力（管柱抖動一下），此動作可視為機械鎖緊解鎖器顯示，繼續(xù)上體管柱解封起管。

（3）存在的缺陷。芯軸過細（19.05mm），高產(chǎn)井易產(chǎn)生節(jié)流，影響產(chǎn)能評價；機械鎖緊器必須有足夠的管柱施加鉆壓，啟動延時機構(gòu)，聯(lián)動產(chǎn)生壓力打開卡瓦牙錨定在套管壁上；淺井（井段在1200m以內(nèi)）施工中，由于管柱較少，如用該工具必須實施井口反加壓措施，給予機械鎖緊器足夠的坐封力。

（4）適用井況。最佳施工井況：直井或斜度較小的斜井，井深1200m-3500m，日產(chǎn)在50m3以內(nèi)油、氣井。

1.3 提放式全通徑地層測試器

提放式全通徑地層測試器結(jié)合了MFE、APR測試工具的特點研制的改進型工具，具有了APR測試器大通徑的特點，又不需要過多的配合設(shè)備，對于施工井段上部有射開層的井同樣適用，這是APR測試工具所不具備的優(yōu)勢，并應(yīng)用了不易損壞的星型換位機構(gòu)，提高了開關(guān)井操作的成功率。其開關(guān)閥屬于球閥結(jié)構(gòu)，借助管柱的上、下運動來控制閥的開關(guān)。下井時球閥處于關(guān)閉狀態(tài)，封隔器坐封后，通過管柱施加鉆壓，測試閥經(jīng)過一段時間的延時，管柱突然下墜25.4mm（地面上可以直接觀察到的顯示），測試器打開；如果要關(guān)閉測試器時，只需將管柱上提并略超過自由點，然后再下放管柱即可關(guān)井；如此反復(fù)上提和下放管柱，可將測試器多次開啟或關(guān)閉。

（1）換位機構(gòu)工作原理。換位機構(gòu)與MLT地層測試器類似，只是為了擴大心軸內(nèi)徑，把換位槽加工再外筒上，三個高強度換位銷加工在換位套上，避免出現(xiàn)換位銷損壞的問題。

（2）鎖緊機構(gòu)（液壓鎖緊）工作原理。鎖緊機構(gòu)與MFE測試器液壓鎖緊機構(gòu)原理相同，致使擴大了鎖緊機構(gòu)芯軸的內(nèi)徑至45mm。

（3）存在缺陷。目前工具處于科研試驗階段，進行2500m以內(nèi)井段施工可保證成功率，2500m以上易出現(xiàn)密封件和球閥漏失的問題；上提管柱時，容易提松封隔器，致使封隔器泄壓；超壓層上提管柱時容易發(fā)生管柱上竄，導(dǎo)致開井困難，而且在操作過程中存在發(fā)生井噴的危險。

（4）適用井況。直井或斜度較小的斜井，井深2500m以內(nèi)的油、水井。

2 壓控式地層測試器（APR測試器：annulus pressure responsive tool）

2.1 進口壓控地層測試器

進口壓控地層測試器是從美國哈里伯頓公司引進的，具有45mm通徑和不需要動管柱完成多次開關(guān)井操作的優(yōu)勢，但由于引進和維護保養(yǎng)成本較高，目前試油大隊僅有一套。

（1）結(jié)構(gòu)原理及技術(shù)特點。進口壓控地層測試器的開關(guān)閥屬于球閥結(jié)構(gòu)，下井前根據(jù)地面溫度、井底溫度和壓力先對氮氣室充氮至預(yù)定壓力，下井時閥處于關(guān)閉狀態(tài)，動力活塞一段和氮氣室連通，另一端和環(huán)空液柱連通；封隔器坐封后，環(huán)空加壓與環(huán)空液柱壓力共同壓縮氮氣室，心軸向下運動的同時拉動球閥旋轉(zhuǎn)至開井位置；如果要關(guān)閉測試器時，釋放環(huán)空壓力，氮氣室壓力上頂活塞，使心軸向下運動，拉動球閥至關(guān)井位置。在不動管柱的情況下通過環(huán)空壓力控制開關(guān)井操作，與提放式測試器相比，具有通徑大、操作簡單、井控安全性好等特點，而且對于定向井、斜井、水平井和復(fù)雜井（如超淺井、超深井）的測試更具優(yōu)勢。

（2）存在缺陷。進口壓控地層測試器保養(yǎng)費時費力，在氮氣室不漏的情況下簡單保養(yǎng)以及室內(nèi)實驗，需要三個熟練人1天的時間；若全面保養(yǎng)的話，需要三個熟練人4天左右的時間；對于施工井段上部有射開層或套管漏的井，不能施工；開井期間需要套管長時間保持較高的壓力，對井口的密封要求較為嚴格，對封隔器來說，長時間在較高的壓差下工作，也可能造成封隔器失封；對于產(chǎn)量低的井，地面難以判斷測試器是否正常開井，只能按照工作制度執(zhí)行；引進和維護保養(yǎng)費用較高。

（3）適用井況。最佳施工井況：施工井段上部套管完好4000m以內(nèi)的油、氣井。

2.2 國產(chǎn)壓控地層測試器

國產(chǎn)壓控地層測試器是2009年開題的油田公司級項目研究內(nèi)容，具有45mm通徑和不需要動管柱完成多次開關(guān)井操作的優(yōu)勢，同時設(shè)計了開關(guān)井鎖定機構(gòu)，可實現(xiàn)鎖定開關(guān)井，不需要環(huán)空長時間保持較高壓力，目前該工具還處于現(xiàn)場試驗階段。

（1）結(jié)構(gòu)原理及技術(shù)特點。國產(chǎn)壓控地層測試器的開關(guān)閥屬于球閥結(jié)構(gòu)，工藝原理與進口工具類似，同樣，在下井前根據(jù)地面溫度、井底溫度和壓力先對氮氣室充氮至預(yù)定壓力，下井時閥處于關(guān)閉狀態(tài)，動力活塞一段和氮氣室連通，另一端和環(huán)空液柱連通；開井時，地面泵車向環(huán)空泵注預(yù)設(shè)的操作壓力，操作壓力和靜液柱的壓力共同壓縮氮氣室，通過動力活塞帶動芯軸向下運動走一個固定的行程，帶動球閥旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)開井；釋放掉環(huán)空壓力，氮氣室內(nèi)的氮氣在壓力減小的情況下體積膨脹，推動芯軸向上運動，在換位機構(gòu)的作用下，實現(xiàn)鎖定開井；關(guān)井時，重復(fù)打壓泄壓的這個過程，使換位機構(gòu)在換一次位，實現(xiàn)鎖定關(guān)井。對于定向井、斜井、水平井和復(fù)雜井（如超淺井、超深井）的測試具有明顯優(yōu)勢。

（2）存在的缺陷。所需保養(yǎng)時間較長，需要三個熟練人1-2天的時間；對于施工井段上部有射開層或套管漏的井，不能施工；對于產(chǎn)量低的井，地面難以判斷測試器是否正常開井，只能按照工作制度執(zhí)行；

（3）適用井況。最佳施工井況：施工井段上部套管完好4000m以內(nèi)的油、氣井。

3 結(jié)束語

提放式地層測試器，開關(guān)井需動管柱，適合于相應(yīng)條件下的油、水井中應(yīng)用。而壓控式測試工具可在施工期間裝好采油樹，確保井控安全，更適合于高壓、高產(chǎn)的氣井以及超淺層氣井中。目前工具保養(yǎng)人員比較短缺，且對壓控式測試工具的熟悉程度低，保養(yǎng)難度大，這也是制約該類工具使用的主要原因之一。地層測試是油氣勘探取得成果的重要步驟，是尋找油氣田、了解地下情況的最直接手段，驗證儲層產(chǎn)能和測井解釋的可靠性，為開發(fā)提供科學(xué)的依據(jù)。

參考文獻：

[1]萬仁溥.采油工程手冊[M].北京：石油工業(yè)出版社，2000.