一种地层测试系统及方法与流程

本发明涉及石油开发领域，特别涉及一种地层测试装置及方法。

背景技术：

在油田的勘探开发过程中，为了获得可靠的地层产能资料，通常进行试油作业。地层测试作为试油作业的一种方式被广泛应用，其主要是在钻井过程中或者下套管完井之后，用钻杆或油管将测试工具(包括lpr-n测试阀、定位短节、传压阀、筛管、封隔器、压力起爆器、射孔枪等)下入井筒内待测试位置处，经地面操作打开或关闭lpr-n测试阀，对目的层进行测试，获取不同时间下的井下压力，并取得测试层的产出样品，通过后续分析上述井下压力和产出样品以对地层进行评价，从而获得地层产能资料。

环空压力(annularpressureresponsive，简称apr)工具测试是地层测试较常用的一种测试方式，其利用环空压力控制开、关井操作，在试油作业时，其所采用的测试管柱通常与电潜泵配合构成地层测试进行应用。该地层测试系统包括测试管柱、电缆、地面控制柜，测试管柱通过使用多个油管将多种相关测试工具按一定顺序连接后获得，电潜泵作为测试管柱的一个测试工具需放入井筒内进行作业，现有技术多通过在油管外壁上每隔一段距离安装一个电缆卡子来固定电缆，电缆的两端分别连接电潜泵和地面控制柜，以实现电潜泵与地面控制柜之间的电连接，从而便于在地面控制柜的命令下，电潜泵将井内产出液排至井外来获取测试层的产出样品，同时还便于将监测到的井下压力传输至地面控制柜。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术在油管外壁安装多个电缆卡子并固定电缆耗费时间较多，导致作业时间长。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种准确高效且作业时间较短的地层测试系统及方法。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种地层测试系统，包括测试管柱、地面控制柜、一端与所述地面控制柜电连接的电缆，所述测试管柱包括通过多个油管自上而下顺次连通的定位短节、电潜泵、lpr-n测试阀、压力计托筒、传压阀、封隔器、筛管、压力起爆器；

设置在所述压力起爆器下端的射孔枪；

设置在所述定位短节与所述电潜泵之间的所述油管内部的电缆对接装置，所述电缆对接装置一端与所述电潜泵固定电连接，另一端在所述油管内与所述电缆的另一端活动电连接。

具体地，作为优选，所述电缆对接装置包括：对接本体、与所述对接本体活动电连接的上接头、与所述对接本体固定电连接的下接头；

并且，所述上接头和所述下接头分别与所述电缆和所述电潜泵固定电连接。

具体地，作为优选，所述对接本体的上端设置有凹槽，所述上接头设置成与所述凹槽相适配的凸块，当所述凸块插入所述凹槽内时，所述对接本体与所述上接头电连接。

具体地，作为优选，所述测试管柱还包括反循环阀，通过所述油管设置在所述电潜泵与所述lpr-n测试阀之间。

具体地，作为优选，所述测试管柱还包括减震器，与所述压力起爆器的上端连接。

具体地，作为优选，所述地层测试系统还包括电缆防喷盒，设置在测试井筒的井口采油树的上端。

具体地，作为优选，所述地层测试系统还包括机柜装载车，所述地面控制柜放置在所述机柜装载车上，并且所述机柜装载车上设置有用于起下所述电缆的滚筒组件。

具体地，作为优选，所述定位短节、所述电潜泵、所述反循环阀、所述lpr-n测试阀、所述压力计托筒、所述传压阀、所述封隔器、所述筛管、所述压力起爆器均与所述油管螺纹连接。

具体地，作为优选，所述封隔器为rtts封隔器。

第二方面，本发明实施例提供了利用上述系统进行地层测试的方法，所述方法包括：

将测试管柱下入测试井筒内，通过定位短节定位待测试位置，在所述待测试位置处坐封封隔器，环空打压开启lpr-n测试阀实现开井，通过传压阀将所述封隔器上方的环空压力传递到所述封隔器下方以启动压力起爆器，以使射孔枪对测试层进行射孔，所述测试层的产出样品通过筛管进入所述测试管柱，然后环空泄压关闭所述lpr-n测试阀实现关井，通过压力计托筒获取井下压力；

随后，环空打压再次开启所述lpr-n测试阀实现开井，将电缆下入油管内与电缆对接装置对接，以使地面控制柜与电潜泵电连接，通电启动所述电潜泵排液，获取所述产出样品；

随后，环空泄压关闭所述lpr-n测试阀实现关井，并通过所述压力计托筒再次获取井下压力，完成测试作业。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的具有上述结构的地层测试系统，通过将apr测试管柱和电潜泵配合应用，能够准确高效的获得不同时间下的井下压力以及测试层的产出样品，通过对它们进行后续分析来获得地层产能资料。特别地是，通过使用电缆对接装置，当需要开启电潜泵时直接将电缆下入油管内即可方便且容易地与电缆对接装置实现对接，进而快速有效地实现电潜泵与地面控制柜的电连接(如此还能保证电潜泵的泵效得到提高)。可见，本发明实施例提供的地层测试系统不仅能准确高效地进行地层测试，且操作方便快捷，有效减少了作业时间及提高了测试效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的地层测试系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的电缆对接装置的剖面图。

附图标记分别表示：

1测试管柱，101定位短节，102电潜泵，103lpr-n测试阀，104压力计托筒，105传压阀，106封隔器，107筛管，108压力起爆器，109射孔枪，110电缆对接装置，1101对接本体，1102上接头，1103下接头，111反循环阀，112减震器；

2地面控制柜；

3电缆；

4油管；

5电缆防喷盒；

6采油树；

7机柜装载车。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种地层测试系统，如图1所示，该地层测试系统包括：测试管柱1、地面控制柜2、一端与地面控制柜2电连接的电缆3，测试管柱1包括：通过多个油管4自上而下顺次连通的定位短节101、电潜泵102、lpr-n测试阀103、压力计托筒104、传压阀105、封隔器106、筛管107、压力起爆器108；设置在压力起爆器108下端的射孔枪109；设置在定位短节101与电潜泵102之间的油管4内部的电缆对接装置110，电缆对接装置110一端与电潜泵102固定电连接，另一端在油管4内与电缆3的另一端活动电连接。

以下就本发明实施例提供的地层测试系统的工作原理给予描述：

当需要进行地层测试时，首先将测试管柱1下入预处理过的测试井筒内，通过定位短节101在测试井筒内定位待测试位置(对应测试层)，完成定位后，在该测试位置处坐封封隔器106，以将测试管柱1固定在测试井筒内。随后通过环空打压开启lpr-n测试阀103进行第一次开井。通过传压阀105将封隔器106上方的环空压力传递到封隔器106下方以启动压力起爆器108，使其对射孔枪109进行点火，以使射孔枪109对测试层进行射孔，此时测试层的产出样品通过筛管107进入测试管柱1，然后通过环空泄压关闭lpr-n测试阀103进行第一次关井，通过压力计托筒104获取井下压力。

随后，通过环空打压再次开启lpr-n测试阀103进行第二次开井，然后将电缆3下入油管4内与电缆对接装置110对接，此时电缆3和电缆对接装置110电连接，进而实现地面控制柜2与电潜泵102之间的电连接。随后，在地面控制柜2的控制作用下，通电启动电潜泵102按要求进行排液，将上述的测试层的产出样品排至井上，进而获取该产出样品，以便于后续对该产出样品进行分析与评价。

随后，通过环空泄压关闭lpr-n测试阀103进行第二次关井，并通过压力计托筒104获取第二次开、关井过程中的井下压力，待起出测试管柱1时读取压力计托筒104记录的压力数据，再进行后续分析与评价。

由上述可知，本发明实施例提供的具有上述结构的地层测试系统，通过将apr测试管柱1和电潜泵102配合应用，能够准确高效的获得不同时间下的井下压力以及测试层的产出样品，通过对它们进行后续分析来获得地层产能资料。特别地是，通过使用电缆对接装置110，当需要开启电潜泵102时直接将电缆3下入油管4内即可方便且容易地与电缆对接装置110实现对接，进而快速有效地实现电潜泵102与地面控制柜2的电连接(如此还能保证电潜泵102的泵效得到提高)。可见，本发明实施例提供的地层测试系统不仅能准确高效地进行地层测试，且操作方便快捷，有效减少了作业时间及提高了测试效率。

需要说明的是，本发明实施例提供的地层测试系统中，定位短节101、电潜泵102、lpr-n测试阀103、压力计托筒104、传压阀105、封隔器106、筛管107、压力起爆器108、射孔枪109均为本领域常见的地层测试工具，以下将就它们分别给予简单概述：

具体地，定位短节101是一种在射孔时用来准确测定油、气层深度的短套管，一般设置在目标测试层顶部以上30m处附近。本领域常见的定位短节101为伽马磁定位短节，其基于磁定位校深技术，在进行射孔之前，下入磁性探头，采用自然伽马(gr)和磁定位(ccl)油套的复合射孔校深技术，来获得射孔校深(具体原理可参考舒义刚在《石油仪器》(2007年第21卷第3期)公开的磁定位曲线和伽马曲线的应用)。张凯亮等在《石油仪器》(2014年12月)中公开了一种伽马磁定位短节的结构。本领域技术人员也可通过市购来获取该定位短节101，例如天津达利普石油管材有限公司销售的磁性定位短节。

电潜泵102又称电动潜油离心泵，其一般由井下部分、地面部分及实现井下部分与地面部分电连接的电缆3构成，其中，该地面部分即为本发明实施例所述的地面控制柜2，其包括变压器、控制器和接线盒，利用该地面控制柜2来控制电潜泵102的开启与关闭，并接收电潜泵102所采集的地层信息，例如，地层温度等数据。而电潜泵102的井下部分主要包括多级离心泵、潜油电动机、保护器等，潜油电动机与电缆3电连接，在地面控制柜2的作用下启动或关闭，并驱动多级离心泵进行排液作业。举例来说，泰州市江丰泵业有限公司生产并销售的200qj20系列的井用电潜泵即可适用于本发明；上海酷睿泵阀制造有限公司生产的型号为qy200-12-7.5的油浸式潜水电泵也可适用于本发明。

lpr-n测试阀103又称lpr-n阀，是一种常见的apr测试工具，其通过环空打压实现开井，通过环空泄压实现关井，同时辅助用于获取产出样品。举例来说，该lpr-n测试阀103包括球阀部分、动力部分。其中，球阀部分主要包括偏心球、球阀外筒、操作臂，动力部分主要包括动力心轴、氮气腔。工作时，封隔器106坐封后，对井筒环空充氮气进行打压，压力作用在移动心轴上，压缩氮气，动力心轴下移带动操作臂使球阀转动打开，实现开井。随后环空泄压，在氮气作用下，动力心轴上移带动动力臂使球阀转动关闭，实现关井。对lpr-n测试阀103的更详细的信息可参见多种文献，例如刘海涛等在《油气井测试》(2002,11(1):46-48)中公开的lpr-n测试阀的工作状态与其氮气腔的压力变化，或者各种网站上对apr测试工具的相关公开，本发明实施例在此不作过多描述。当然，本领域技术人员也可以通过市购来获得该lpr-n测试阀103，例如宝鸡市盟泰石油机械有限公司生产并销售的lpr-n阀。

压力计托筒104是测井技术领域的重要技术装备，在本发明实施例中，该压力计托筒104包括托筒本体以及内置在托筒本体中的压力计，该压力计具有记忆功能，可以测量并记忆不同时间段下的井下压力，从而在起出井外后可以按需读取。具体地，该压力计托筒的托筒本体内可以安装两个压力计，分别测量测试管柱1的内部压力和外部压力。在地层测试作业结束起出测试管柱1时，可以根据作业时间段对压力计上的压力数据进行读取，进而看出不同时间段的压力变化以绘制压力曲线。本领域技术人员可以通过市购得到该压力计托筒104，例如大庆赛恩思电子仪器设备有限公司销售的型号为tt110/45z2sa的专门安装直读压力计的压力计托筒。

传压阀105在本发明实施例中用来将封隔器106上方的环空压力传递到封隔器106下方启动压力起爆器108，进而使射孔枪109对测试层进行射孔，本领域技术人员也可以通过市购得到，例如珠海菱控自动化设备有限公司销售的型号为250a-65的气动传压阀。

压力起爆器108和射孔枪109是常见的射孔用工具，其中压力起爆器108内设置有闭式点火头，以驱动射孔枪109进行射孔作业，关于压力起爆器108的结构可参见陆学斌等在《工程爆破》(2009年12月第15卷第4期)公开的全通径压力起爆器的研制与应用，本发明实施例在此不再作过多描述。此外，射孔枪109通过购买任丘市晨阳金属制品有限公司销售的射孔枪109来获得；筛管107可以通过购买河北瑞耐尔石油管道装备有限公司销售的石油筛管来获得。

在本发明实施例中，如附图2所示，电缆对接装置110包括：对接本体1101、与该对接本体1101活动电连接的上接头1102、与对接本体1101固定电连接的下接头1103；并且，上接头1102和下接头1103分别与电缆3和电潜泵102固定电连接。可以理解的是，在对接本体1101、上接头1102、下接头1103中均对应设置有电缆3以实现彼此的电连接，上述电缆对接装置110不仅结构简单，且操作简单。其中的上接头1102可预先与电缆3的端部连接，在应用时，将带有上接头1102的电缆3下入油管4内，通过上接头1102与对接本体1101的对接来实现电缆3与电潜泵102的电连接。

进一步地，为了使上接头1102和对接本体1101的对接更加方便快捷，对接本体1101的上端设置有凹槽，上接头1102设置成与凹槽相适配的凸块。当凸块插入凹槽内时，对接本体1101与上接头1102电连接。其中，对接本体1101上端的凹槽的形状可以有多种，举例来说，可以为柱形凹槽、圆弧形凹槽、三角形凹槽等，可以理解的是，此时，上接头1102的凸块的形状对应于凹槽的结构也有多种，举例来说，其可以为与该凹槽相适配的柱形凸块、圆弧形凸块、三角形凸块等，这样还能使对接本体1101与上接头1102对接紧固，保证了电缆对接装置110具有良好的导电性。

在本发明实施例中，测试管柱1还包括反循环阀111，通过油管4设置在电潜泵102与lpr-n测试阀103之间。当测试作业完成后，为了保持井筒清洁，本发明实施例通过环空打压蹩开反循环阀111，循环压井进行洗井，随后可起出电缆3。举例来说，濮阳市科锐机械工程技术有限公司生产并销售的反循环阀可适用于本发明。

在本发明实施例中，测试管柱1还包括与压力起爆器108的上端连接的减震器112。在测试作业过程中，为了保证测试管柱1、电缆3等井下工具的安全，本发明实施例通过减震器112减小射孔枪109起爆时产生的瞬间高压及强烈震动，达到保护测试管柱1的目的。举例来说，山东中煤工矿物资集团有限公司生产并销售的sj型双向减震器适用于本发明。

进一步地，作为优选，该地层测试系统还包括设置在采油树6的上端的电缆防喷盒5。需要说明的是，每一个可应用的测试井筒的井口均设置井口采油树6，以便于起下管柱。电缆3依次通过电缆防喷盒5和采油树6进入油管4内，通过设置电缆防喷盒5能够有效地密封电缆3，防止井内液体泄漏，保证了施工安全。其中，电缆防喷盒5为本领域所常见的，举例来说，中国专利(申请号为cn200920106985.0)公开了一种多功能快速组装式电缆防喷盒，本领域技术人员通过参考该文献即可容易地制备得到该电缆防喷盒5，当然也可以通过购买市售产品来获取。

在本发明实施例中，定位短节101、电潜泵102、反循环阀111、lpr-n测试阀103、压力计托筒104、传压阀105、封隔器106、筛管107、压力起爆器108、射孔枪109均与油管4螺纹连接。通过采用螺纹连接的方式，不仅保证了各部件与油管4的紧固连接，而且便于拆卸，当其中某一部件发生损坏时便于更换。

在本发明实施例中，封隔器106优选为rtts封隔器。rtts封隔器为本领域所常见的，是一种大通径、可封隔双向压力的悬挂式封隔器，举例来说，该rtts封隔器包括j形槽换位机构、卡瓦、封隔胶筒和液压锚定机构。在准备下井时，j形槽置于锁定位置，卡瓦处于收缩状态，下井过程中，当测试管柱到达测试位置准备操作时，向右旋转管柱，是管柱保持右旋扭矩，下放测试管柱，直至封隔器卡瓦开始承受管柱重量为止，随后继续下放测试管柱，直至封隔器承受希望的坐封重量，此时完成坐封。rtts封隔器在井下地层压力大于液柱压力时，封隔器液压锚定机构伸出卡在套管壁上，可防止rtts封隔器下部压力过大时推动封隔器，造成失封现象。

在本发明实施例中，地层测试系统还包括机柜装载车7，地面控制柜2放置在机柜装载车7上，并且机柜装载车7上设置有用于起下电缆3的滚筒组件。将测试管柱1下入井筒后，通过滚筒组件不仅能够轻松、快速地将电缆3在油管4内起出和下放，而且还能够通过电缆3、电缆对接装置110与电潜泵102的连接实现对测试层内液体的数据采集。其中，机柜装载车7上与电缆3位于井上的端部电连接的地面控制柜2设置有排液控制系统，电潜泵102上设置有数据采集系统，排液控制系统通过电缆3将数据采集系统采集的数据传输至井上，从而便于后续分析。

第二方面，基于上述提供的地层测试系统，本发明实施例提供了利用该系统进行地层测试的方法，该方法包括：

将测试管柱1下入测试井筒内，通过定位短节101定位待测试位置，在待测试位置处坐封封隔器106，环空打压开启lpr-n测试阀103实现开井，通过传压阀105将封隔器106上方的环空压力传递到封隔器106下方以启动压力起爆器108，以使射孔枪109对测试层进行射孔，测试层的产出样品通过筛管107进入测试管柱1，然后环空泄压关闭lpr-n测试阀103实现关井，在此过程中，通过压力计托筒104获取井下压力；

随后，环空打压再次开启lpr-n测试阀103实现开井，将电缆3下入油管4内与电缆对接装置110对接，以使地面控制柜2与电潜泵102电连接，通电启动电潜泵102排液，获取产出样品；

随后，环空泄压关闭lpr-n测试阀103实现关井，在此过程中，通过压力计托筒104再次获取井下压力，完成测试作业。

本领域技术人员可以理解的是，将测试管柱1下入井筒前需要对井筒进行通井、刮削以清除井筒内壁粘附的固体物质，如毛刺、固井残留的水泥等，同时还可以检查固井后形成的人工井底是否符合试油要求。随后进行洗井操作，为了使井筒干净，清除井筒内壁上粘附的固体物质或稠油、蜡质物质，以便下部施工；同时调整井内压井液使之符合射孔的要求，防止在地层打开后，污水进入地层造成地层污染。

利用本发明提供的方法，通过两次环空打压、泄压开启或关闭lpr-n测试阀103，获取了两次开、关井过程中测试管柱1内部的压力数据以及测试层产出样品，通过对上述压力数据和产出样品进行后续分析可获得期望的产能资料，实现试油。该方法施工时间短，电潜泵102的泵效高，作业成本低，便于规模化推广应用。

可以理解的是，在本发明实施例提供的地层测试方法中，对测试层获取测试管柱1内部压力和测试层产出样品的次数不仅仅限于上述，举例来说，可以为两次、三次、四次等，根据特定井况进行选择，保证获取结果的准确性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。