一種地層測試器

《一種地層測試器》是中國海洋石油總公司和中海油田服務股份有限公司於2009年6月1日申請的發明專利，該專利的申請號為2009100858327，公布號為CN101575971，公布日為2009年11月11日，發明人是劉書民、馮永仁、龐希順、周明高、余強、孟悅新、尤國平、秦小飛、姜琳、郝桂清、宋萬廣、劉暢、褚曉東、蘭洪霞。

《一種地層測試器》採用模組式結構，包括：液壓動力短節，提供液壓動力；探頭短節，坐封地層並抽取地層液體，監控地層壓力，獲得地層壓力在抽取時的監控數據並記錄；流體特性分析短節，對地層液體進行流體特性分析；泵抽出口控制短節，根據流體特性分析的結果，泵排不合格的地層液體，對合格的地層液體進行取樣獲得取樣結果；電子線路短節，接收地面控制命令，將地面控制命令轉換為控制信號，並將監控數據及取樣結果傳輸給地面控制系統。

2014年11月6日，《一種地層測試器》獲得第十六屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種地層測試器》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種地層測試器
• 公布號：CN101575971
• 公布日：2009年11月11日
• 申請號：2009100858327
• 申請日：2009年6月1日
• 申請人：中國海洋石油總公司、中海油田服務股份有限公司
• 地址：北京市東城區朝陽門北大街25號
• 發明人：劉書民、馮永仁、龐希順、周明高、余強、孟悅新、尤國平、秦小飛、姜琳、郝桂清、宋萬廣、劉暢、褚曉東、蘭洪霞
• 分類號：E21B49/08（2006.01）I
• 代理機構：北京安信方達智慧財產權代理有限公司
• 類別：發明專利
• 代理人：胡劍輝、龍洪

專利背景

地層測試器，又稱地層流體取樣器，是通過電纜下放到井中的一種測試設備。在測試過程中，可以在地面連續記錄到試驗地層的各種壓力數據，同時取出流體樣品。通過對樣品的分析，可以得到流體類型、性質和油氣比等數據。

但是2009年6月前已有的地層測試器，在某些地層條件下，為了不破壞坐封，需要較小的抽取速度。但是這樣一來又達不到測試目的或者測量不準確，乃至不能抽取到合格地層流體。而在另一些條件下地層測試器又不能取得泡點壓力以上的樣品，也即不能取得真實地層流體樣品。另外，地層測試器為整體設計，不利於拆卸、維護和故障診斷。

綜上所述，地層測試器，由於受設計以及部分套用環境的約束，不能良好地工作在多種地層條件，而且整體式結構設計，維護以及故障診斷等時，難以拆卸和安裝。

發明內容

改善效果

《一種地層測試器》所要解決的技術問題，在於需要提供一種地層測試器，改變2009年6月前已有技術中的整體式結構，以方便維護、故障排除等情況下的拆卸和安裝。

技術方案

《一種地層測試器》採用模組式結構，包括：液壓動力短節，用於為所述地層測試器進行地層測試提供液壓動力；探頭短節，用於坐封地層並抽取地層液體，監控地層壓力，獲得所述地層壓力在所述抽取時的監控數據並記錄；流體特性分析短節，用於對抽取的所述地層液體進行流體特性分析；泵抽出口控制短節，用於根據所述流體特性分析的結果，泵排不合格的地層液體，對合格的地層液體進行取樣獲得取樣結果；電子線路短節，用於接收地面控制命令，將所述地面控制命令轉換為控制信號以控制所述地層測試，並將所述監控數據及取樣結果傳輸給地面控制系統。

優選地，所述探頭短節，包括至少一個探頭；包含兩個或兩個以上探頭時，各探頭之間採用主備工作機制。

優選地，所述泵抽出口控制短節，包含用於進行所述取樣的取樣筒。

優選地，該測試器進一步包括：流體成分分析短節，用於對所述地層流體進行成分分析，獲得所述地層流體中各成分的含量。

優選地，該測試器進一步包括：反向注入短節，儲存有酸性溶液，用於抽取所述地層流體時改善地層流體條件。

優選地，該測試器進一步包括：高壓物性取樣筒短節，用於實現所述地層流體樣品的過壓保護。

優選地，所述高壓物性取樣筒短節，包含至少一個高壓物性取樣筒，所述高壓物性取樣筒包含壓力補償裝置。

優選地，該測試器進一步包括：大取樣筒短節，用於儲存所述地層流體。

優選地，各短節通過端部的連線頭，實現所述模組式結構的連線。

優選地，所述連線頭，包括數據通信接頭、樣品管接頭、液壓壓力接頭以及液壓回油接頭。

改善效果

與2009年6月前已有技術相比，該發明採用模組式結構，有利於測試器的故障診斷以及維修和維護，通過擴展，方便實現多種功能組合，提高了工作效率和採樣精度。該發明通過雙探頭設計，實現了探頭主備工作機制，提高了工作效率，降低了探頭故障對測試器測井時的影響。該發明實現了對地層流體進行性質成分的精確分析，實現了對流體樣品的過壓保護，可以實現真實地層流體樣品的採集。

附圖說明

圖1是該發明地層測試器實施例的組成示意圖。

圖1

權利要求

《一種地層測試器》其特徵在於，採用模組式結構，包括：液壓動力短節，用於為所述地層測試器進行地層測試提供液壓動力，使得測試器的液壓系統正常運行；探頭短節，與該液壓動力短節連線，用於坐封地層並抽取地層液體，實現地層流體和井筒液的分離，通過石英壓力感測器精確監控地層壓力，獲得所述地層壓力在所述抽取時的監控數據並記錄；所述探頭短節為雙探頭短節，各探頭之間採用主備工作機制，使用中兩個探頭同時伸出，但抽吸地層流體時，只有一個處於工作狀態，另一個作備份，在一個探頭損壞時，可直接轉換到另一套之前備用的探頭繼續進行使用，雙探頭各有一個石英壓力感測器；流體特性分析短節，與雙探頭短節連線，用於對抽取的所述地層液體進行流體特性分析，通過具有耐高溫高壓性能的電容式含水率感測器、電阻電導率感測器及密度計感測器識別地層流體的流體特性參數，分別用於測試地層流體的含水率、電導率及密度；流體成分分析短節，與流體特性分析短節相連，用於對所述地層流體進行成分分析，以判斷地層流體的性質和成分，並獲得所述地層流體中各成分的含量；反向注入短節，與流體成分分析短節相連，儲存有酸性溶液，用於在抽取所述地層流體時，通過液壓活塞反向注入所儲存的酸液，改善地層流體條件，並通過測量獲得酸化過程中的地層特性變化情況；泵抽出口控制短節，與反向注入短節連線，用於對流體特性分析短節及流體成分分析短節分析出的不合格的地層液體進行泵排，直到流體成分分析短節分析出合格的地層液體後，將合格的地層液體通過精密數字泵排入取樣筒進行取樣，獲得取樣數據；並檢測取樣壓力，判斷取樣是否完成；所述泵抽出口控制短節中的精密數字泵針對不同的地層狀況，設定合適的抽取速度控制地層流體的抽取速度，達到最好的測試效果；所述泵抽出口控制短節，包含用於進行所述取樣的取樣筒；高壓物性取樣筒短節，與泵抽出口控制短節連線，包含兩個高壓物性取樣筒，各高壓物性取樣筒均包含壓力補償裝置，使得筒內地層流體樣品的壓力保持在一個固定壓力值之上，實現筒內樣品過壓保護，保證地層流體的性質和成分不發生改變；大取樣筒短節，與高壓物性取樣筒短節連線，包含有兩個大取樣筒，用於儲存所述地層流體；電子線路短節，用於接收地面控制命令，將所述地面控制命令轉換為控制信號轉發給相應短節，以控制所述地層測試進行地層測試的動作，並將雙探頭短節記錄的地層壓力監控數據及泵抽出口控制短節獲得的取樣結果傳輸給地面控制系統；各短節通過端部的連線頭，實現所述模組式結構的連線，所述連線頭包括數據通信接頭、樣品管接頭、液壓壓力接頭以及液壓回油接頭；採用電子與液壓匯流排技術，使得各短節相對獨立，並通過端部的連線頭實現串聯連線，各短節內部對控制信號、液壓管線以及樣品管線獨立傳輸。

實施方式

圖1為該發明地層測試器一實施例的組成示意圖。如圖1所示，該實施例主要包括電子線路短節110、液壓動力短節120、雙探頭短節130、流體特性分析短節140、流體成分分析短節150、反向注入短節160、泵抽出口控制短節170、高壓物性（PVT）取樣筒短節以及大取樣筒短節190，其中：電子線路短節110，用於接收地面控制命令，並將地面控制命令轉換為測試器的控制信號轉發給相應短節，以控制整個測試器進行地層測試的動作，將雙探頭短節130記錄的地層壓力監控數據以及泵抽出口控制短節170獲得的取樣數據傳輸給地面控制系統；液壓動力短節120，與該電子線路短節110連線，用於為測試器進行地層測試提供液壓動力，使得測試器的液壓系統正常運行；雙探頭短節130，與該液壓動力短節120連線，用於坐封地層並抽取地層液體，實現地層流體和井筒液的分離，通過石英壓力感測器精確監控地層壓力，獲得地層壓力在抽取時的監控數據並記錄；流體特性分析短節140，雙探頭短節130連線，用於對抽取的地層流體進行流體特性分析，通過電容式含水率感測器、電阻電導率感測器及密度計感測器等識別地層流體的流體特性參數；流體成分分析短節150，與該流體特性分析短節140相連，用於對地層流體進行流體成分分析，以判斷地層流體的性質和成分，比如是油、水還是油水混合物，並獲得地層流體各成分的含量；反向注入短節160，與該流體成分分析短節150相連，儲存有酸性溶液，在抽取地層流體時，通過液壓活塞反向注入所儲存的酸液，改善地層流體條件，並通過測量獲得酸化過程中的地層特性變化情況；泵抽出口控制短節170，與該反向注入短節160連線，用於對流體特性分析短節140及流體成分分析短節150分析出的不合格的地層液體進行泵排（從泵抽出口排出），直到流體成分分析短節150分析出合格的地層液體後，將合格的地層液體通過精密數字泵排入取樣筒進行取樣，獲得取樣數據；並檢測取樣壓力，判斷取樣是否完成；PVT取樣筒短節180，與該泵抽出口控制短節170連線，包含兩個PVT取樣筒，各PVT取樣筒均包含壓力補償裝置，使得筒內地層流體樣品的壓力保持在一個固定壓力值之上，實現筒內樣品過壓保護，保證地層流體的性質和成分不發生改變；大取樣筒短節190，與該PVT取樣筒短節180連線，包含有兩個大取樣筒，大取樣筒體積大，可以存儲大量的地層流體。

圖1所示的實施例，示出了該發明所採用的模組式結構。該發明採用電子與液壓匯流排技術，使得各短節相對獨立，並通過端部的連線頭實現串聯連線。各連線頭分別包括數據通信接頭、樣品管接頭、液壓壓力接頭和液壓回油接頭。相應地，各短節內部對控制信號、液壓管線以及樣品管線獨立傳輸。

除了電子線路短節110和大取樣筒短節190外，其餘每個短節的兩端都有連線頭（可以稱之為上接頭和下接頭），分別實現與相鄰的短節進行快速連線。

上述雙探頭短節130，該實施例中含有兩個探頭，採用主備工作機制，使用過程中一個探頭處於工作狀態，則另一個被隔離，起備用作用。雙探頭伸出接觸到井壁，實現坐封。地層液和井筒液本身是分開的，測試器處於井筒液中，只有探頭伸出並坐封，才能連通地層液和儀器內部樣品管。該實施例中兩個探頭是同時伸出，但抽吸地層流體時，只有一個處於工作狀態，另一個作備份。雙探頭各有一個石英壓力感測器。當然，該發明中的其他實施例，也可以採用一個探頭，或者採用兩個以上的探頭。

採用雙探頭，可以更可靠地進行坐封，提高測試器進行地層測試的成功率。相比於2009年6月前已有技術僅僅採用一個探頭而言，明顯提高了工作效率。比如在井下使用過程中，探頭損壞，則2009年6月前已有的測試器必須上提儀器並更換，這一個過程需要數個小時或更長。而該發明採用雙探頭設計，在一個探頭損壞時，可直接轉換到另一套之前備用的探頭繼續進行使用，降低了探頭故障對測試器測並時的影響。

上述流體特性分析短節140，其中的電容式含水率感測器、電阻電導率感測器及密度計感測器等，具有耐高溫高壓性能，分別用於測試地層流體的含水率、電導率及密度。

上述流體成分分析短節150，在該實施例中通過一光譜感測器實現地層流體的成分分析，光譜感測器受溫度的影響很小，測量精度高。

上述泵抽出口控制短節170，通過一石英感測器，實現取樣壓力的監測。

上述PVT取樣筒短節180，通過在地面注入氮氣實現過壓保護。可以使用高壓手動閥關閉PVT取樣筒後，從短節上卸下並進行樣品分析。該實施例中包含兩個PVT取樣筒。該發明由於採用了匯流排結構，因此可以擴展到數個PVT取樣筒。

上述大取樣筒短節190，由於採用了匯流排技術，所包含的大取樣筒也可以擴展到數個。將地層流體從大取樣筒內轉樣，可以初步分析地層流體性質。

圖1所示的實施例，僅是該發明的一種具體實施方式。在該發明的其他實施方式中，可以調整上述部分短節的安裝順序，可以根據具體需要選擇部分短節安裝成具有特定功能的測試器，還可以將整個測試器各短節反接。比如一種基本功能的實施方式，包含順序連線的電子線路短節、液壓動力短節、雙探頭短節、流體特性分析短節以及泵抽出口控制短節。而另一種實施方式，包括順序連線的電子線路短節、液壓動力短節、泵抽出口控制短節、流體特性分析短節以及雙探頭短節。當然，該發明測試器的具體組成，還可以包含其他多種實施方式，各短節的功能如圖1所示實施例所述的內容所述，但是組成部分以及連線關係是豐富、靈活的。

2009年6月前已有技術並不是基於模組式的設計，而是各功能部分集成為一個整體。該發明與2009年6月前已有技術相比，模組化的結構有利於測試器的故障診斷以及維修和維護，通過置換故障短節，實現測試器的快速修復。另外通過擴展，方便實現多種功能組合，比如增加取樣筒短節的數量，則可以實現一次下井就能取得更多的樣品，提高了工作效率；又如增加探頭的數量，則可以測量更多點的地層壓力變化情況。

與2009年6月前已有技術相比，該發明通過多探頭設計，實現了探頭主備工作機制，提高了工作效率，避免了探頭損壞就必須上體測試器進行維修更換，降低了探頭故障對測試器測井時的影響。

該發明還通過流體成分分析，實現了對地層流體進行性質成分分析，提高了識別精度，節約了成本。該發明還通過反向注入，改善了地層流體條件，通過酸化地層流體，獲得地層流體變化參數。該發明還通過PVT取樣筒，實現了對流體樣品的過壓保護，能夠取得泡點壓力以上的樣品，可以實現真實地層流體樣品的採集。

該發明的泵抽出口控制短節中的精密數字泵，可以針對不同的地層狀況，設定合適的抽取速度控制地層流體的抽取速度。2009年6月前已有技術也是採用泵進行抽取，但抽取的速度恆定，該發明採用數字液壓控制技術，能控制地層流體抽取速度，達到最好的測試效果。

榮譽表彰

2014年11月6日，《一種地層測試器》獲得第十六屆中國專利優秀獎。