常用地層測試工具
一、地層測試目的
地層測試又叫鑽桿測試，在國外稱為dst（drill stem testing）。它是指在鑽井過程中或完井之後對油氣層進行測試，獲得在動態條件下地層和流體的各種特性引數，從而及時準確地對地層作出評價。用這種方法進行試油，能直接獲得或計算出的地層和地層流體的引數有30項之多，並且相對常規試油時間短、速度快、效率高，因此它在國內外石油和天然氣勘探和開發中占有很重要的位置。
在我國，把鑽井過程中進行的地層測試稱為中途測試；把套管完井後的測試稱為完井測試或套管測試。這兩種測試都是用鑽桿或油管柱將地層測試器下入待測層段，進行不穩定試井，測得產層的產量、溫度、開井流動時間、關井測壓時間，取得流動的流體樣品（高壓物性）和實測井底壓力—時間曲線。根據所獲得的測試資料和其它資料進行分析、計算得到下列主要引數：
（1） 滲透率：這是實測的平均有效滲透率，只有通過地層測試才可能提供這一最有用的引數。
（2） 地層損壞程度：由於地層被鑽井液、固井液、壓井液侵入以及地層部分開啟、射孔數目或深度不足、射孔孔眼堵塞等多種因素影響，使井筒附近滲透率降低、產量減小。通過測試可以計算出地層堵塞比和表皮係數。
（3） 油藏壓力：通過關井測壓力恢復可推出原始油藏壓力。
（4） 衰竭：如果在測試過程中發現油藏壓力有衰竭現象，可以根據衰竭情況推斷這個油藏是否有開採價值，可估計所控制的地質儲量。
（5） 測試半徑：在測試過程中由於地層流體發生物理位移，對一定距離的地層將產生作用，這個距離稱為測試半徑，也叫調查半徑。用這個引數可確定井距大小。
（6） 邊界顯示：在測試半徑內如有斷層或邊界存在，可通過壓力分析計算出距離，借助於其他資料，還可確定邊界異常的型別。
二、基本原理及功能介紹
進行一次地層測試所需的井下工具至少包括以下部分：壓力記錄儀、篩管、封隔器、測試閥、迴圈閥等。輔助工具有震擊器、安全接頭、旁通閥、伸縮接頭、液壓鎖緊接頭等。
1、測試原理
地層測試是獲得地層流體樣品、估算地層引數和確定地層有無工業生產能力的一次暫時性的完井。鑽桿（油管）將壓力計錄儀、篩管、封隔器和測試閥下入測試層斷，讓封隔器膨脹坐封於測試層上部，將其他層段和鑽井液與測試層隔離開來，然後由地面控制將井底測試閥開啟，測試層的流體經篩管的孔道和測試閥流入鑽桿（油管）內，直到地面。為了防止生產壓差過大造成測試地層垮塌，可以加一部分測試墊，一般採用液墊。
為了詳細地記錄井底壓力的變化，配備有高精度的井下壓力記錄儀。井底測試閥是由地面遙控的可以多次開井和關井的閥，開井流體流動求得產量，關井求壓力恢復資料。其基本原理如右圖所示。
2、測試的種類
地層測試按不同型別的井可分為裸眼井測試和套管井測試；按測試方式可分為常規測試和跨隔測試。常規測試是最簡單的一種，封隔器下部只有乙個測試層。跨隔測試是在一口井有多層的情況下對其中的某一層進行測試，因此，必須下兩個或兩組封隔器將測試層上部和下部都隔開。
跨隔測試的方法有多種，有支承於井底的兩組裸眼封隔器的跨隔測試；有用裸眼選層錨懸掛於井壁的跨隔測試；有在套管內用兩個封隔器進行的跨隔測試；也有用橋塞封堵測試層下部的跨隔測試。
3、測試墊
在地層測試中，可用水、泥漿、氮氣或者組合使用這些介質作為測試墊。測試墊是在測試閥上方的鑽桿或油管內的。
加測試墊的目的有兩個，一是當開啟測試閥時，控制測試層的壓力，避免因生產差過大而損壞地層；二是在深井測試時，防止鑽井液液柱壓力超過鑽桿或油管的擠毀壓力旨起事故。
在測試中由於生產壓差在，容易發生下列導致測試失敗的情況：（1）封隔器上下壓差超過膠筒本身的承壓能力，導致封隔器滲漏；（2）由於被測試的地層結構疏鬆，在大壓差下容易引起地層坍塌，造成篩管被埋被卡；（3）地層出砂將測試閥、井下油嘴或篩管堵塞；（4）由於砂粒高速進入測試器，將測試閥刺壞；（5）由於生產壓差過大，地層中的水或氣跑在油的前面，形成水錐或氣錐，損害地層。
4、井下測試閥
井下測試閥是地層測試器的關鍵部件之一。它被設計成在地面控制操作就可以隨人的意志開啟和關閉，而這種開啟和關閉又要滿足測試工藝的一系列要求，比如，在開啟測試器以前要讓封隔器橡膠筒充分膨脹並起到密封作用，旁通閥要關嚴，否則測試閥提前開啟就會使測試失敗。通過地面控制使井下測試閥任意開關，目前有幾種方法，一是靠管柱的上提下放，二是靠管柱的旋轉，三是靠旋加液壓。
johnston公司的mfe開關工具、halliburton公司的的液壓彈簧測試器均屬於靠管柱上提下放開關的測試閥，其特點是運用液體縫隙流動的理論達到延時開啟閥的目的，這種液體採用的是在高溫下運動粘度變化不大的優質液壓油。當工具下到井底後，用鑽桿（油管）施加負荷，先坐封封隔器、關閉旁通閥，經過液壓延時幾分鐘之後測試閥開啟，地層流體便流經測試閥進入鑽桿（油管）內。
井下測試閥的主要功能就是，在下入和起出井眼時閥保持關閉狀態，而在測試時既可以開又可以關。一般要求有至少二次開和二次關的過程。有些測試閥為了取得地層流體樣品，本身帶有取樣器，隨測試閥關閉時把樣品收集在取樣器內。
5、封隔器
封隔器是地層測試器關鍵部件之一，它著把測試層與其他層段、鑽井液或壓井液隔離開來的作用。封隔器的主要元件是膠筒，其受壓縮負荷後可以脹大，然後與井壁貼緊，起到密封或隔離作用，當測試閥開啟後只允許測試層段的流體流入鑽桿內。膠筒在井下要承受高溫和環形空間鑽井液柱壓力的共同作用，因此，各種膠筒都要有一定的使用範圍，規定了使用的最高溫度和承受的最大壓差。
封隔器可分為裸眼和套管兩大類。裸眼封隔器又分為壓縮式和膨脹式。壓縮式裸眼封隔器是靠鑽桿柱重量加在膠筒上，膠筒受壓而膨脹起密封作用，這種封隔器膠筒長度一般在0.
5m以上，其外徑比實際眼內徑小25.4mm為宜。這個尺寸過大時密封可靠性差，過小時封隔器不易下到井底，可能中途遇阻。
套管封隔器一般屬於壓縮式，它可分為卡瓦、剪銷封隔器。套管封隔器的膠筒一般都由3~5個短膠筒組成，而且都具有耐高溫和耐高壓的效能。
6、反迴圈
在測試結束將管柱起出井眼時，井下測試閥處於關閉狀態，為了便於起鑽，必須將測試閥上部的反迴圈閥開啟，從管柱外部的環形空間幫浦壓，將地層流體反迴圈出地面。
在開啟反迴圈閥之前，應事先估算內外壓差，如果壓差高於13.79mpa，則應通過向鑽桿或油管注水來降低壓差，然後開啟反迴圈閥，讓鑽井液進入鑽桿或油管，平衡內外壓力。開幫浦進行反迴圈時，幫浦速要相當低使環空壓力不要公升的過高，避免在鬆軟地層或漏失層引起井漏或坍塌。
當反迴圈至**地層液體全部流到地面後即可停幫浦，進行正常起鑽。
如果地層有自噴能力，在開啟反迴圈閥之前，先關閉地面壓力控制裝置上的控制閥，使管柱內壓力上公升，然後再開啟反迴圈閥，讓地層流體徐徐流出，這樣可以避免發生井噴等危險。
如果**地層液不能流到地面時，可先將封隔器提松，直接起測試管柱，邊起管柱邊向環空補充鑽井液，直至見到**液面時才開啟反迴圈閥，再將**液反迴圈出管柱，這樣既保證了井眼的安全，又可以較準確地計算**地層液的數量。
常用的反迴圈閥有兩種：一是斷銷式反迴圈閥，二是幫浦壓是反迴圈閥。斷銷式反迴圈閥一般接在多流測試器上方的1~2個鑽桿處，這是為了防止地層**液中含砂太多，引起沉澱反斷銷埋死而打不開反迴圈閥。
當需要反迴圈時，從井口的鑽桿內投入一衝杆，由於衝杆的衝擊力，將兩個斷銷砸斷，構成了兩個通道供反迴圈。幫浦壓式反迴圈是通過向管柱內加幫浦壓才能開啟的一種反迴圈閥。當測試完畢後向管柱內加幫浦壓，將反迴圈閥開啟，構成了兩個通道供反迴圈。
7、震擊器與安全接頭
震擊器與安全接是地層測試中的一項安全措施。當測試完畢解封起鑽時，一旦測試管柱（主要是封隔器和篩管）遇卡，通過震擊器可進行震擊解卡。操作時對測試管柱施加拉力，使震擊器伸展，利用縫隙節流原理，伸展過程要延遲一段時間，從而在管柱內積蓄一定的能量，震擊器伸展到一定程度，將積蓄的能量突然釋放，產生震擊作用。
若震擊器多次震擊也不能解卡，就可以通過專門的解脫操作動作脫開安全接頭，將安全接頭以上的工具和管柱取出，部分挽回工具損失，並且仍可獲得部分或全部的地層測試資料和資料。如有必要，安全接頭一般還可重新進行對接。
8、旁通閥
裸眼旁通閥是裝在多流測試器下方的乙個部件，其主要作用是：（1）測試管柱在井眼中起下遇到縮徑井段時，鑽井液可從封隔器心軸內孔經旁通閥孔流過，使測試管柱順利起下；（2）測試結束時，旁通閥開啟，使封隔器上下方壓力平衡，便於封隔器解封。
裸眼旁通閥也是靠上提下放管柱來控制的，它的延時正好與多流測試器的方向相反，即向上提拉延時，而下放加壓不延時。
裸眼旁通閥包括副旁通與主旁通。要關閉副旁通時，必須是多流測試器的取樣心軸下壓將副旁通關閉，其關閉後就不能再開啟了。而主旁通關閉後可以上提拉伸經延時後方可開啟主旁通。
配備副旁通閥的目的是：當測試管下鑽遇阻時，由於旁通閥的延時機構在受壓負荷時不延時，所以主旁通閥會立即關閉，但副旁通閥還是開啟的，仍能使鑽井液通過副旁通閥流動。副旁通閥只在多流測試器開啟前的一瞬間關閉，以後就再不能開啟了。
9、液壓鎖緊接頭
液壓鎖緊接頭是用於套管井測試的鎖緊裝置，當套管封隔器坐封后測試時，要上提下放管柱來操作多流測試器，上提管柱時封隔器有解封的可能，這是鎖緊接頭運用液壓面積產生乙個向下的鎖緊力。這個緊鎖力就相當於在封隔器上部加了一部分鑽鋌來幫助封隔器坐封。
其工作原理是：液壓鎖緊接頭直接接在多流測試器的下部。在下井或起出井眼的過程中，由於液柱壓力的作用把心軸向上推，心軸與多流測試器的取樣心軸緊貼在一起。
到達測試井段時，下放管柱加壓坐封封隔器和開啟測試閥時，多流測試器的取樣心軸將液壓鎖緊接頭的心軸向下壓。在上提管柱的過程中，心軸受向上頂的力的作用向上運動，而外筒和下接頭受向下的作用力使封隔器保持坐。這個力的大小是液壓面積與液柱壓力之積。
通常情況下，井比較深且泥漿柱壓力過大，只需要小的鎖緊面積就可以得到大的鎖緊力。如果用大的面積則使上頂多流測試器的力過大，要把心軸向下壓就必須加較大的負荷才行。
10、安全密封及裸眼封隔器
安全密封必須與裸眼封隔器配套使用，它相當於乙個液壓鎖緊機構，其用途是當操作多流測試器進行開井時，結封隔器乙個鎖緊力，使封隔器繼續坐封。當測試完成後，需要讓封隔器解封時，對旁通閥施加89000n拉力，延時幾分鐘開啟旁通閥，平衡封隔器上下方的壓力，安全密封的滑閥移到開啟位置，些時液壓油從上油室經滑閥可自由地流入下油室，封隔器就解封了。如果由於機械故障，彈簧不能把滑閥推回原位，此時只需延長拉伸時間，使液壓油緩緩地沿滑閥與滑閥套之間的縫隙流動，仍能使封隔器解坐。
裸眼封隔器與安全密封一起使用時，只需將封隔器的滑動接箍和o形圈螺母卸掉，與安全密封的連線短節和油室外殼連線，就可以使用了。當封隔器坐封后，碗狀的支承杯被壓平，壓平後的外徑比原來的外徑大19mm，這就縮小了與井眼之間的間隙，也就相當於乙個承壓平台，這就增加了膠筒的承壓能力。當去掉壓縮負荷時，膠筒子靠自身的彈性恢復原狀。
11、篩管及開槽尾管
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