一种井下低渗透地层封隔器及其应用方法与流程

技术领域：

该发明属于石油勘探开发动态地层测试技术领域中的一种井下低渗透地层封隔器及其应用方法。

背景技术：
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在石油勘探开发过程中，需要对地层及其所含流体特征进一步分析，这其中包括对地层流体取样和地层压力流度测量。电缆地层动态测试器可以实现这一功能，将带有地层封隔器的仪器下井，到达目的层位后打开封隔器，封隔器在液压动力驱动下推靠到井壁，并通过井壁泥饼的弥合作用，使井下泥浆与地层被封隔开，地层流体才有可能通过探针吸入，进而实现地层流体的取样和地层压力流度测量。

石油勘探逐渐步入高端技术推动阶段，过去被认为难以开发的低渗透油气田现在通过高端技术得以实现开发，而地层测试取样与测压技术就是其中之一。对于低渗地层如低于3个毫达西地层，由于地层流体的流动速度极其缓慢，现有的封隔器由于抽取面积小，无法获取到流动速度缓慢的流体样品，也无法测量地层压力。例如：

图1为常规封隔器及其抽吸时的流体流动形态(传统意义上的流动模型)，其结构为在特定形状金属板上压接橡胶，橡胶推靠地层后实现密封，抽吸管可以从地层抽吸流体。其抽吸流体时流体进入到探针，流体的流动呈现球状如图1所示，称之为球形流动模型。在以上抽吸过程中，由于抽吸管的直径rp一般为3cm左右，抽吸地层的有效面积为7cm²左右，低渗地层在抽吸时流体渗流速度一般在0-0.5ml/秒，实际测量到的压力曲线形状如图2所示。其中：mob为地层流度；△v：抽吸体积cm3；△p：地层压力差psi；△t：抽吸时间,秒.c：模型系数；rp：封隔器吸孔直径。

使用公式1-1，计算出压力测量的流体流度。

由于渗流速度的影响，在较长的△t时间(一般大于10秒)流体才能逐渐接近地层压力，但不是实际地层压力，要比地层压力小很多。由于无法获得真实地层压力，所以计算出的地层流度mob将是一个非真实数据。

技术实现要素：

本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提供一种能够满足实时、准确测量低渗透地层流体、电缆地层测试取样和压力测量需要的井下低渗透地层封隔器及其应用方法。

其技术方案是：

一种井下低渗透地层封隔器，包括推靠臂、支撑推靠臂伸缩的支撑臂、驱动支撑臂伸缩的驱动机构以及探针，所述推靠臂包括主要由点状支撑板、点状橡胶垫和点状过滤网组成的点状推靠臂，其中：所述推靠臂还包括主要由柱状支撑板、柱状橡胶垫和柱状过滤网组成的柱状推靠臂；所述柱状支撑板所述呈加长的长方形弧面结构，在柱状支撑板的外凸弧面开设长方形引流槽，引流槽内径向加工有引流孔，引流孔从柱状支撑板内凹面延伸出连接口，连接口外周边设有密封件；所述柱状橡胶垫呈加长的长方形弧面结构，中部开设加长的长方形开口槽；所述柱状过滤网呈长方形弧面结构，柱状过滤网上分布有过滤孔，柱状过滤网与柱状橡胶垫的长方形开口槽构成嵌入式配合；所述柱状支撑板、柱状橡胶垫、柱状过滤网通过连接件连接构成一体结构。

所述柱状支撑板与柱状橡胶垫整体胶结为一体结构，且边角呈弧形倒角。

柱状橡胶垫的长方形开口槽内周边设有台阶，柱状过滤网嵌入在台阶内。

分布在过滤网上的过滤孔为矩阵式排列的细长条孔。

在支撑板内凹面连接口外围设有与封隔器伸缩臂连接的加强座。

本发明还提供了一种采用前述井下低渗透地层封隔器的应用方法，包括：

将带有点状推靠臂的井下低渗透地层封隔器下入井下指定位置后，启动封隔器实现与井壁座封；

向井下注入泥浆，在井壁与推靠臂产生弥合作用后，启动探针抽吸，进而实现地层流体的取样和地层压力流度测量，并记录测量数据；

提起带有点状推靠臂的井下低渗透地层封隔器，更换为带有柱状推靠臂的井下低渗透地层封隔器再次下入井下指定位置后，启动封隔器实现与井壁座封；

向井下注入泥浆，在井壁与推靠臂产生弥合作用后，启动探针抽吸，进而实现地层流体的取样和地层压力流度测量，并再次记录测量数据；

对两次记录数据进行渗透率计算，进而得出地层压力流度值。

两次记录数据的计算模型为：

针对两次记录数据，流体抽吸时地层渗透率格式为：

式中：k-渗透率，md；cp-模型系数；q-流量，cm³/s；r-封隔器抽吸有效半径，cm；u-流体粘度，mpa.s；△p-地层压力差psi；

考虑封隔器抽吸面积与渗透率的关系，则以上公式转换为

式中：s-封隔器抽吸有效面积，cm²；f-综合流动因子；

该公式是建立在压降周期中稳定以后的一种静态情况下，反映压降周期过程的渗透率计算公式；

上式用国际单位表示为：

如果在封隔器外形尺寸确定情况下,则f便可以确定，以上公式用达西单位表示为：

本发明的效果：

本发明采用了具有大流道通径的推靠臂，与封隔器配合使用时，由于推靠臂与井壁结合面大大增加，当抽吸地层流体时，流体沿着封隔器表面和四周方向流入到封隔器内部，抽吸面积比传统的封隔器大数十倍，对低渗地层的压力测量和流体取样非常有效；克服了现有封隔器在以上抽吸过程中，由于抽吸地层的有效面积小，低渗地层在抽吸时流体渗流速度底，实际测量到的压力在较长时间流体才能逐渐接近地层压力，不能够实时、准确反映实际地层压力的问题。配合两种模式的应用方法(计算方法)，大大提高测量的精度。

附图说明

图1现有封隔器点状抽吸源流体流动形态；

图2现有封隔器低渗地层压力测量曲线；

图3本发明的大流道地层封隔器工作原理图；

图4本发明的井下低渗透地层封隔器的推靠臂装配示意图；

图5本发明的井下低渗透地层封隔器的推靠臂背面示意图；

图6本发明的流体流动形态示意图；

图7本发明的低渗地层大流道封隔器压力测量曲线图；

图8本发明的井下低渗透地层封隔器的推靠臂结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种井下低渗透地层封隔器包括主要由推靠臂、支撑推靠臂伸缩的支撑臂、驱动支撑臂伸缩的驱动机构以及探针组成的常规封隔器，其推靠臂采用两种模式，一种是常规模式，即主要由点状支撑板、点状橡胶垫和点状过滤网组成的点状推靠臂，另一种主要由柱状支撑板、柱状橡胶垫和柱状过滤网组成的柱状推靠臂。

下面结合附图4、5和8，就柱状推靠臂的结构进行说明。

柱状支撑板4所述呈加长的长方形弧面结构，在柱状支撑板4的外凸弧面开设长方形引流槽，引流槽内径向加工有引流孔，引流孔从柱状支撑板内凹面延伸出连接口5，连接口5外周边设有密封件6。柱状橡胶垫3呈加长的长方形弧面结构，中部开设加长的长方形开口槽。柱状过滤网2呈长方形弧面结构，柱状过滤网2上分布有过滤孔，柱状过滤网2与柱状橡胶垫3的长方形开口槽构成嵌入式配合。柱状支撑板4、柱状橡胶垫3、柱状过滤网2通过连接件(螺钉1)连接构成一体结构。

实施例2

在实施例1的基础上进一步优化：

柱状支撑板4与柱状橡胶垫3整体胶结为一体结构，且边角呈弧形倒角。

柱状橡胶垫3的长方形开口槽内周边设有台阶，柱状过滤网2嵌入在台阶内。

实施例3

在上述实施例1或2的基础上进一步优化：

分布在柱状过滤网2上的过滤孔为矩阵式排列的细长条孔。该细长条孔为锯齿形连续孔或间断孔。在柱状支撑板4内凹面连接口5外围设有与封隔器伸缩臂连接的加强座7。

典型实施例4

参照附图4、5和8，一种井下低渗透地层封隔器，在现有封隔器的基础上增加一套柱状推靠臂。

柱状推靠包括柱状支撑板4、柱状橡胶垫3、柱状过滤网2和连接件(螺钉1)。

其中：柱状支撑板4呈加长的长方形弧面结构金属支撑板，应力强度达到1500kg，推靠到井壁后不能产生形变。在柱状支撑板4的外凸弧面开设长方形引流槽，引流槽内径向加工有引流孔，引流孔从支撑板内凹面延伸出连接口5，连接口5外周边设有密封件6。柱状橡胶垫3采用为特殊耐高温、高硬度橡胶，要求在高温175℃环境下橡胶硬度为80-90hd，贴靠井壁后能够起到封隔泥浆和地层的作用。柱状橡胶垫3与柱状支撑板4相同的结构，中部开设加长的长方形开口槽。柱状过滤网2呈长方形弧面结构，过滤网2上分布有过滤孔，过滤网2与橡胶垫3的长方形开口槽构成嵌入式配合，通常情况下低渗地层一般为压实程度高的粉砂岩或泥质粉砂岩，选用缝隙1.2mm过滤网可以正常工作，用以滤去泥浆或地层流体中的固体颗粒物如碎屑和砂子,防止堵塞流道管线。柱状支撑板4、柱状橡胶垫3、柱状过滤网2通过(螺钉1)连接构成一体结构。柱状支撑板4与柱状橡胶垫3采用热塑工艺整体胶结为一体结构，且边角呈弧形倒角。保证在受力环境和高温环境下不脱落。

实施例5

采用前述井下低渗透地层封隔器的应用方法，包括：

(1)将带有点状推靠臂的井下低渗透地层封隔器下入井下指定位置后，启动封隔器实现与井壁座封；

(2)向井下注入泥浆，在井壁与推靠臂产生弥合作用后，启动探针抽吸，进而实现地层流体的取样和地层压力流度测量，并记录测量数据；

(3)提起带有点状推靠臂的井下低渗透地层封隔器，更换为带有柱状推靠臂的井下低渗透地层封隔器再次下入井下指定位置后，启动封隔器实现与井壁座封；

(4)向井下注入泥浆，在井壁与推靠臂产生弥合作用后，启动探针抽吸，进而实现地层流体的取样和地层压力流度测量，并再次记录测量数据；

(5)对两次记录数据进行渗透率计算，进而得出地层压力流度值。

两次记录数据的计算模型为：

针对两次记录数据，流体抽吸时地层渗透率格式为：

式中：k-渗透率，md；cp-模型系数；q-流量，cm³/s；r-封隔器抽吸有效半径，cm；u-流体粘度，mpa.s；△p-地层压力差psi；

考虑封隔器抽吸面积与渗透率的关系，则以上公式转换为

式中：s-封隔器抽吸有效面积，cm²；f-综合流动因子；

该公式是建立在压降周期中稳定以后的一种静态情况下，反映压降周期过程的渗透率计算公式；

上式用国际单位表示为：

如果在封隔器外形尺寸确定情况下,则f便可以确定，以上公式用达西单位表示为：

当抽吸地层流体时，流体沿着推靠臂表面和四周方向流入到封隔器内部。对于点状抽吸源(参照图1、2)，利用常规点状推靠臂的球形模型较准确的模拟了流动情况。对于条状或柱状抽吸源(参照附图3和6)，采用柱状推靠臂的柱状流动模型较为准确。该封隔器在球形流动模型和柱形模型基础上进行校正，而得到一种新型流动模型。

为了验证在低孔渗地层的有效性和抽吸能力，建立数学模型。图6中封隔器抽吸通道为近双圆形流动模型，半径为r。在靠近井壁附近抽吸时，如果不考虑压力扰动半径，视封隔器压力场均匀分布。根据渗流力学理论，流体抽吸时地层渗透率格式为：

式中：k——渗透率，md；

cp-----模型系数

q——流量，cm³/s；

r——封隔器抽吸有效半径，cm；

u——流体粘度，mpa.s；

如果考虑封隔器抽吸面积与渗透率的关系，则以上公式可以转换为

s------封隔器抽吸有效面积，cm²

f——综合流动因子

该公式是建立在压降周期中稳定以后的一种静态情况下，反映压降周期过程的渗透率计算公式。

上式用国际单位表示为：

如果在封隔器外形尺寸确定情况下,则f便可以确定。以上公式用达西单

位表示为：

通过数值模拟，模拟渗透率为1个毫达西时的压力恢复曲线，如图7所示。该曲线较准确地反应了地层流体抽吸时的压力降形态，流体压力很快恢复到地层压力，恢复压力反应了地层的真实压力，计算的流体流度真实有效。