一趟管柱两层分层射孔-分层测试联作管柱及其操作方法与流程

本发明是关于一种油气井两层射孔、测试管柱及其操作方法，尤其是指一趟管柱两层分层射孔-分层测试联作管柱及其操作方法。

背景技术：

在试油气井中，对于射孔测试技术在多层作业中的实现，一般采用分层多趟管柱射孔测试，或一趟管柱对几个临近地层同时射孔后进行多层混合测试的方式。多趟管柱射孔测试方式的缺点是多次起下管柱，导致射孔测试周期长、速度慢、成本高，容易对油气层造成污染；而合层射孔测试的方式又难以录取各小层的产能、液性、压力恢复曲线等资料，影响了试油结论及对储层的准确定性。

袁吉诚等人在《测井与射孔》杂志的论文《一次管柱多层射孔一测试联作技术》中公开了一种“一次管柱多层射孔-分测管柱”，主要包括：压力坐封式上封隔器、机械坐封式下封隔器等工具，可实现三层分层射孔-分测。采用相似的原理可实现两层分层射孔-分测，其工作原理是：封隔器坐封后，加油压，打开上面的压力开孔阀V1，再通过下面的循环阀V2给下封隔器以下的射孔枪点火；测试完成后，加环压，关闭V2，阻断下层的流通通道和测试通道，继续加环压，给V2上面的一层射孔枪点火，测试第二层的产量。不足之处是：(1)采用油管加压的方式进行第一层点火，难以得到所需的负压；(2)不能实现在第一层终关井期间进行第二层射孔、测试，不能节省第一层测试的终关井时间；(3)第一层终关井的同时不能实现井下取样；(4)不能对下封隔器验封。

技术实现要素：

针对背景技术中所述多趟管柱射孔测试方式存在周期长、速度慢、成本高及合层射孔测试方式难以录取各小层的产能、液性、压力恢复曲线资料等缺点，以及现有“一次管柱多层分层射孔-分测管柱”不能节省第一层测试的终关井时间等问题，本发明的目的在于提供一种一趟管柱两层分层射孔-分层测试联作管柱，可实现一趟管柱就能完成两层的分层射孔、分层测试联作，具有施工周期短、成本低等突出优点。

该目的是由以下的技术方案所实现的：

一趟管柱两层分层射孔-分层测试联作管柱，包括油管一、校深短节、油管二、循环阀、油管三、测试阀总成、压力计托筒二、传压接头二、跨隔封隔器、筛管二、间隔管、导压接头、点火头二、射孔枪二、压力释放装置、封层关井取样阀、减震压力计托筒、传压接头一、卡瓦封隔器、筛管一、减震器、油管四、点火头一、射孔枪一、泄压器、内传压管二、内传 压管一、外传压管二、外传压管一，所述跨隔封隔器和卡瓦封隔器组成两级封隔器，射孔枪二位于两级封隔器之间，射孔枪一位于两级封隔器的下方，传压接头二和传压接头一分别位于跨隔封隔器、卡瓦封隔器的上方，内传压管二和内传压管一分别穿越跨隔封隔器、卡瓦封隔器，封层关井取样阀位于射孔枪二和卡瓦封隔器之间，减震压力计托筒位于封层关井取样阀的下方。

所述封层关井取样阀为一多层的管状体，沿径向具有外层、中间层和内层，所述外层沿轴向自上而下连接有上接头、空气腔接头、球阀外筒、放样阀接头和下接头，空气腔接头外壁上设有外传压管进口和外传压管出口；所述中间层具有可滑动地设置于所述外层内侧的心轴，心轴通过剪销固定于上接头，所述中间层在心轴下端沿心轴的轴线延长线方向还依序设有连接爪、连接短节、上座圈和下座圈，上座圈侧壁上开设有两个平行凹槽，两个长条形的操作臂分别嵌设于所述两个平行凹槽内，操作臂的顶端与连接短节的底端扣接；所述内层在上、下座圈内设有上球座、下球座及结合于两球座中的球阀，球阀与上球座间设有座弹簧，而球阀与操作臂的凸起操作端配合；所述上接头设有外循环孔，所述心轴在所述外循环孔的内侧还设有内循环孔。

借此，入井前，上述封层关井取样阀的外循环孔与内循环孔处于轴向对齐的位置，且球阀处于直通位置，封层关井取样阀的生产通道处于打开状态；当需要封层时，从油套环空泵入操作压力(p2)，与静液柱压力一起，从传压接头二进入内传压管二，到达导压接头，再通过外传压管二、外传压管进口进入封层关井取样阀，作用在心轴上，剪断剪销，推动心轴下行使球阀关闭，并将心轴进一步向下推抵，使内循环孔向下错开，直至内、外循环孔处于关闭位置，关闭生产通道，完成封层和第一层关井，此时球阀上方圈闭部分地层流体样品，完成第一层的井下取样。

较佳地，上述封层关井取样阀的空气腔的轴向长度大于球阀关闭的轴向行程，也大于内、外循环孔到达关闭位置的轴向行程。

较佳地，上述封层关井取样阀的的上接头是盲的，放样阀接头外壁上安装有放样阀总成及丝堵，用于地面放样。

较佳地，上述封层关井取样阀的所述球阀上设有两个凹洞，分别与各操作臂的凸起操作端相卡合；而所述连接短节下端具有一凹槽，所述操作臂的上端具有凸起，该凸起与连接短节下端的凹槽扣合。

较佳地，上述封层关井取样阀的所述心轴的外壁与上接头内壁配合处，在其内循环孔上部设有不少于两组密封圈组，内循环孔与剪销之间设有不少于一组密封圈组；上述封层关井取样阀的所述心轴的外壁与空气腔接头配合处，剪销与空气腔之间设有不少于一组密封圈组， 空气腔下方设有不少于一组密封圈组。

较佳地，上述封层关井取样阀的所述连接爪的上部利用弹力卡在所述心轴的下端。

上述管柱中，所述跨隔封隔器及卡瓦封隔器都是压重坐封式封隔器。

上述管柱中，所述外传压管二的两端分别连接到导压接头和封层关井取样阀的外传压管进口。

上述管柱中，所述外传压管一的两端分别连接到封层关井取样阀的外传压管出口和传压接头一。

本发明还提供上述一趟管柱两层分层射孔-分层测试联作管柱的操作方法，包括如下步骤：

第一步第一层射孔：将一趟管柱两层分层射孔-分层测试联作管柱下入井内设计深度，校深、调整管柱、坐封封隔器后，通过油套环空泵入操作压力(p1)引爆射孔枪一，完成第一层射孔；

第二步第一层测试(不含第一层的终关井)：第一层射孔后，按照测试阀总成的操作要领进行多次开关井，完成进行第一层测试(不含该层的终关井)；

第三步第一层封层(包含第一层的终关井)：通过环空泵入操作压力(p2)关闭封层关井取样阀，完成第一层封层及终关井(封层的同时，自动完成第一层的井下取样，并进入第一层的终关井)；

第四步洗井、造负压：完成第一层封层后，根据施工设计要求，如需洗井、造负压，则打开循环阀进行洗井、造负压后再关闭循环阀；否则，跳过第四步，进入第五步；

第五步第二层射孔：通过油套环空泵入操作压力(p3)引爆射孔枪二，完成第二层射孔；

第六步第二层测试：第二层射孔后，按照测试阀总成的操作要领进行多次开关井，完成进行第二层测试；

第七步压井、解封、起管柱：完成全部层测试后，打开循环阀，进行洗井、压井作业；压井结束后，拆井口，直接上提管柱，依次解封全部封隔器，将一趟管柱两层分层射孔-分层测试联作管柱全部起出。

如上所述的一趟管柱两层分层射孔-分层测试联作系统的操作方法，其中：操作压力(p1)＜操作压力(p2)＜操作压力(p3)。

借此，当油套环空泵入操作压力(p1)时，使点火头一实现点火，而封层关井取样阀及点火头二的剪销不发生剪断；进一步地，当油套环空泵入操作压力(p2)，使封层关井取样阀的剪销剪断(由于此前点火头一已点火完毕，此时自动作为堵头使用)，关闭封层关井取样阀，实现第一层封层的同时，进入第一层的终关井；进一步地，当油套环空泵入操作压力(p3)， 使点火头二的剪销剪断(此前点火头一、封层关井取样阀已动作完毕，此时都自动作为堵头使用)，使点火头二实现点火。

借此，通过对压力计托筒和减震压力计托筒所携带的压力计录取的封层后压力数据是否一致进行对比分析，判断卡瓦封隔器在测试期间的密封性。

借由以上技术方案，本发明的优点在于：

(1)可以和MFE、APR等测试阀配套，一趟管柱实现两层的分层射孔、分层测试，提高了资料录取质量，有利于试油提速提效、提高分层试油比例，并可对卡瓦封隔器验封。

(2)采用对油套环空施加不同泵压的方式，分别完成第一层射孔、第一层封层及关井、第二层射孔。

(3)通过设置封层关井取样阀以及在封层关井取样阀与第一层之间设置减震压力计托筒(携带压力计)的方式，在进行第一层终关井期间，可进行第二层射孔、测试，使第一层的终关井不需要单独占用作业机时间，优化了作业时间，实现了试油提速提效。

(4)该工艺本身还可减少起下管柱、压井次数，达到缩短试油周期、节省作业机占用时间，达到节省成本、减少井控风险、减少储层污染等目的。

附图说明

附图1为本发明一趟管柱两层分层射孔-分层测试联作管柱的示意图；

附图2为本发明的封层关井取样阀的半剖视图；

附图3为本发明的封层关井取样阀在空气腔部分的剖视图；

附图4为本发明的封层关井取样阀在放样阀部分的剖视图；

附图5为本发明的封层关井取样阀的在球阀总成部分的局部半剖视图。

附图1中：1油管一，1a油管二，1b油管三，1c油管四，2校深短节，3循环阀，4测试阀总成，5压力计托筒二，5a减震压力计托筒，6传压接头二，7跨隔封隔器，8筛管二，9内传压管二，9a内传压管一，10间隔管，11导压接头，12点火头二，13射孔枪二，14外传压管二，14a外传压管一，15压力释放装置，16封层关井取样阀，17传压接头一，18卡瓦封隔器，19筛管一，20减震器，21点火头一，22射孔枪一，23泄压器，29第二层，30第一层，31套管，32油套环空；

附图2-4中：101上接头，101a外旁通孔，102心轴，102a内旁通孔，103剪销，104外传压管进口，105外传压管出口，106空气腔接头，106a空气腔，107连接爪，108球阀外筒，109连接短节，110操作臂，111上座圈，112座弹簧，113上球座，114球阀，115下球座，116下座圈，117放样阀接头，118下接头，119放样阀总成，120丝堵，131密封圈组，131a密封圈组，131b密封圈组，131c密封圈组，132顶丝，133密封圈组，134密封圈组，135减震垫，136顶丝，137密 封圈组，138支撑环，139支撑环，140密封圈组，141密封圈组，142密封圈组，143顶丝，144密封圈组，145密封圈组，146密封圈组，147顶丝，148密封圈组，149密封圈组；

附图5中：109a凹槽，110a凸起操作端，110b凸起，114a凹洞。

具体实施方式

为令本发明的目的、技术手段及技术效果有更完整及清楚的揭露，以下进行详细说明，并请一并参阅附图及部件标号。

本发明提供一种结构合理而紧凑的封层关井取样阀，如图2所示。下面请一并参阅图2-4，本发明的封层关井取样阀16可连接到所述两层分层射孔-分层测试联作管柱上，为一多层的管状体，该封层关井取样阀沿径向具有外层、中间层和内层，所述外层沿轴向自上而下连接有上接头101、空气腔接头106、球阀外筒108、放样阀接头117和下接头118，空气腔接头106外壁上设有外传压管进口104和外传压管出口105；所述中间层具有可滑动地设置于所述外层内侧的心轴102，心轴102通过剪销103固定于上接头101，所述中间层在心轴102下端沿心轴102的轴线延长线方向还依序设有连接爪107、连接短节109、上座圈111和下座圈116，上座圈111侧壁上开设有两个平行凹槽，两个长条形的操作臂110分别嵌设于所述两个平行凹槽内，操作臂110的顶端与连接短节109的底端扣接；所述内层在上座圈111、下座圈116内设有上球座113、下球座115及结合于两球座中的球阀114，球阀114与上球座间113设有座弹簧112，而球阀114与操作臂110的凸起操作端110a配合；所述上接头101设有外循环孔101a，所述心轴102在所述外循环孔101a的内侧还设有内循环孔102a。

进一步地，请再参阅图2，上述封层关井取样阀16的空气腔106a的轴向长度是心轴102下行的最大轴向距离，大于球阀114关闭的轴向行程，也大于内循环孔102a、外循环孔101a到达关闭位置的轴向行程。

进一步地，请再参阅图2-5，上述封层关井取样阀的的上接头101是盲的，以便封层和关井时圈闭部分第一层30的流体样品；放样阀接头117外壁上安装有放样阀总成119及丝堵120，以便地面放样。

进一步地，请再参阅图2-5，上述封层关井取样阀16的所述球阀114上设有两个凹洞114a，分别与各操作臂110的凸起操作端110a相卡合，以实现心轴102轴向移动向球阀114转动的运动转换；而所述连接短节109下端具有一凹槽109a，所述操作臂110的上端具有凸起110b，该凸起110b与连接短节109下端的凹槽109a扣合，借由嵌卡设计能使心轴102的轴向下沉运动的传递更为稳定可靠。

进一步地，上述封层关井取样阀16中，在所述心轴102外壁上靠近上端面处设有一组密封圈组131，该外壁上内循环孔102a上部、靠近内循环孔102a处设有二组密封圈组131a； 上述心轴102外壁上位于内循环孔102a与剪销103之间、靠近内循环孔102a处设有二组密封圈组131b；所述心轴102与空气腔接头106配合的外壁上，位于空气腔106a上方、靠近空气腔106a的心轴102外壁上设有一组密封圈组134，在空气腔106a下方的心轴102外壁设有一组密封圈组131c。利用以上结构，阻止流体从缝隙通过。

进一步地，所述连接爪107的上部利用弹力卡在所述心轴102的下端。

上述本发明的封层关井取样阀，其工作原理如下：

请再参阅图1-2，入井前，上述封层关井取样阀16的外循环孔101a与内循环孔102a处于轴向对齐的位置，且球阀114处于直通位置，此时封层关井取样阀16的生产通道处于打开状态。封层关井取样阀16处于打开状态入井。其工作原理是：当需要第一层30射孔时，从油套环空32泵入操作压力(p1)，与静液柱压力一起，从传压接头二6进入内传压管二9，到达导压接头11，再通过外传压管二14、外传压管进口104、外传压管出口105、外传压接头一17、内传压管一9a进入，作用在点火头一16上，完成第一层30点火；当需要封层时，从油套环空32泵入操作压力(p2)，上述操作压力(p2)与静液柱压力一起，从外传压管进口104进入封层关井取样阀16，作用在心轴102上，剪断剪销103，推动心轴102下行使球阀114关闭，并将心轴102进一步向下推抵，使内循环孔102a向下错开，直至内循环孔102a、外循环孔101a处于关闭位置，关闭生产通道，完成封层和第一层30关井，此时球阀114上方圈闭部分地层流体样品，完成第一层30的井下取样。

本发明还提供一种一趟管柱两层分层射孔-分层测试联作管柱，包括油管一1、校深短节2、油管二1a、循环阀3、油管三1b、测试阀总成4、压力计托筒二5、传压接头二6、跨隔封隔器7、筛管二8、间隔管10、导压接头11、点火头二12、射孔枪二13、压力释放装置15、封层关井取样阀16、减震压力计托筒5a、传压接头一17、卡瓦封隔器18、筛管一19、减震器20、油管四1c、点火头一21、射孔枪一22、泄压器23、内传压管二9、内传压管一9a、外传压管二14、外传压管一14a。所述跨隔封隔器7和卡瓦封隔器18组成两级封隔器，射孔枪二13位于两级封隔器之间，射孔枪一22位于两级封隔器的下方，传压接头二6和传压接头一17分别位于跨隔封隔器7、卡瓦封隔器18的上方，内传压管二9和内传压管一9a分别穿越跨隔封隔器7、卡瓦封隔器18，封层关井取样阀16位于射孔枪二13和卡瓦封隔器18之间，压力计托筒二5和减震压力计托筒5a安装有压力计。

进一步地，所述跨隔封隔器7及卡瓦封隔器18都是压重坐封式封隔器，用以封隔油套环空32、第二层29、第一层30。

进一步地，所述减震压力计托筒5a位于封层关井取样阀16的下方，封层关井取样阀16关闭后，可实现测第一层30终关井压力、第一层30终关井不再单独占用作业机时间以及对 卡瓦封隔器18验封的目的。

进一步地，所述外传压管二14两端分别连接到导压接头11和封层关井取样阀16的外传压管进口104；所述外传压管一14a两端分别连接到封层关井取样阀16的外传压管出口105和传压接头一17。

将所述工具按照说明书附图1所示的位置组装成后一趟管柱两层分层射孔-分层测试联作管柱下井。

本发明还提供上述一趟管柱两层分层射孔-分层测试联作管柱的操作方法，包括如下步骤：

第一步第一层30射孔：将一趟管柱两层分层射孔-分层测试联作管柱下入井内设计深度，校深、调整管柱、坐封封隔器后，通过油套环空32泵入操作压力(p1)引爆射孔枪一22，完成第一层射30孔；

第二步第一层30测试(不含第一层的终关井)：第一层30射孔后，按照测试阀总成4的操作要领进行多次开关井，完成进行第一层30测试(不含该层的终关井)；

第三步第一层30封层(包含第一层的终关井)：通过油套环空32泵入操作压力(p2)关闭封层关井取样阀16，完成第一层30封层及终关井(封层的同时，自动完成第一层的井下取样，并进入第一层30的终关井)；

第四步洗井、造负压：完成第一层30封层后，根据施工设计要求，如需洗井、造负压，则打开循环阀3进行洗井、造负压后再关闭循环阀3；否则，跳过第四步，进入第五步；

第五步第二层29射孔：通过油套环空32泵入操作压力(p3)引爆射孔枪二13，完成第二层29射孔；

第六步第二层29测试：第二层29射孔后，按照测试阀总成4的操作要领进行多次开关井，完成进行第二层29测试；

第七步压井、解封、起管柱：完成全部层测试后，打开循环阀3，进行洗井、压井作业；压井结束后，拆井口，直接上提管柱，依次解封全部封隔器，将一趟管柱两层分层射孔-分层测试联作管柱全部起出。

在上述操作方法中，所述操作压力(p1)＜操作压力(p2)＜操作压力(p3)。

借此，当油套环空32泵入操作压力(p1)时，使点火头一21实现点火，而封层关井取样阀16及点火头二12的剪销不发生剪断；进一步地，当油套环空32泵入操作压力(p2)，使封层关井取样阀16的剪销103剪断(由于此前点火头一21已点火完毕，此时自动作为堵头使用)，关闭封层关井取样阀16，实现第一层30封层的同时，进入第一层30的终关井；进一步地，当油套环空32泵入操作压力(p3)，使点火头二12的剪销剪断(此前点火头一 21、封层关井取样阀16已动作完毕，此时都自动作为堵头使用)，使点火头二12实现点火。

借此，通过对压力计托筒5和减震压力计托筒5a所携带的压力计录取的封层后压力数据是否一致进行对比分析，判断卡瓦封隔器18在测试期间的密封性。

在上述操作方法中，每一层油气层在终关井前，如果需要，还可以进行增产改造作业。

以上所举仅为本发明示意性的部分实施例，并非用以限制本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应包括在本专利保护范围之内。