地层测试范文

地层测试范文（精选7篇）

地层测试 第1篇

关键词：地层测试技术,渗透率,压力

1 电缆地层测试技术的发展现状

第一套电缆地层测试器由斯仑贝谢公司首先研制成功, 并于1995年开始使用和进行商业化推广。以后国外各大公司也相继研制出功能相似的仪器。到目前为止, 电缆地层测试技术已相当完善。尽管不同公司的仪器结构、仪器商标不同, 但有一个共同的特点, 即一次下井可以在任意次压力测量 (获得任意次压力曲线或数字磁带记录) , 并可以取得两筒储层流体样品。目前, 具有代表性的电缆地层测试器是斯仑贝谢公司的“重复式电缆地层测试器 (RFT) ”、哈里伯顿公司的“选择式电缆地层测试器 (SFT) ”。我国主要引进了重复式电缆地层测试器 (RFT) (如胜利、中原、新疆、华北等油田) 及阿特拉斯公司的多次地层测试器 (FMT) (南阳, 辽河, 新疆等油田) 这两种仪器。这些仪器已在我国的大部分油田得到了广泛的使用。

2 电缆地层测试器仪器结构及测量过程

1, 2-预测室;3-平衡阀 (通井筒内液柱) ;4-压力计;5-密封阀 (到下取样筒) ;6-密封阀 (到上取样筒) ;7-探测器活塞;8-推靠板;9-流动管线;10-封隔器;11-探测器;12-过滤器

2.1 电缆地层测试器仪器结构

地层测试器一般由地面控制和记录系统、井下仪器、采样及样品分析等附属设备三大部分构成。其中, 重复式地层测试器RFT的井下仪器包括液压控制系统和测试取样系统。测试取样系统是地层测试器最重要的部分, 由预测试和样品采集两大部分组成。前者对被测试的地层特性 (地层压力、地层渗透率等) 进行分析;后者主要用于采集地层流体, 并对地层压力、渗透率及流体样品分析。图1所示为RFT结构示意图。

2.2 测量过程

电缆地层测试器的测量过程包括地层压力预测和地层流体取样两个阶段。RFT测量大致分为以下几步: (1) 由SP或GR曲线将井下仪器定位, 再利用地面仪器的深度记录装置校正仪器至预定地层深度, 使吸管对准测试部位。 (2) 通过地面控制仪器启动井下仪器中的液压系统, 将封隔器推靠井壁, 这时原来处于关闭状态的吸管 (即取样管) 将穿透泥饼紧贴地层。在密封装置作用下, 吸管周围井壁会形成一个密封区。 (3) 打开取样阀, 活塞回抽时流体通过取样器内的过滤带 (防止固体颗粒进入造成堵塞) , 顺次流入两个容量均为10cm3的预测室。RFT有两个预测室, 大小均为10cm3, 其中第一预测室 (低速流室) 充满后自动打开第二预测室 (高流速室) 。两次预测流速比约为1:2.5, 装满两个预测室大约需20s。 (4) 当地层流体以一定流量进入预测室后, 地面操作人员可通过压力变化及充满时间定性估计渗透率。如果操作人员认为该测试点的流体需要取出, 则打开密封阀 (5, 6) , 让流体进入一个取样筒;如果于测试后认为不必取样, 就打开平衡阀 (3) , 收拢仪器, 移至下一个测试点。收拢仪器的同时, RFT能够自动抽空预测室, 为预测下一层做好准备。RFT每次下井允许取两个样品, 既可以分别在两个地层取样, 也可以对一个地层取两次样。对同一地层测试点, 当地层存在钻井液侵入时, 所取的第二支样受钻井液滤液影响较小, 对地层有更好的代表性。

3 电缆地层测试在石油勘探与开发中的应用

众所周知, 试油是石油勘探中称之为物探、钻井、测井、试油、地质五位一体综合勘探方法的重要组成部分, 也是检查油气田开发效果的重要手段。试油时直接打开目的层, 通过实际测试, 取得这些地层的产量以及渗透率、压力等资料数据。目前, 电缆地层测试器已经成为地质分析、钻井工程和油气评价的一种有效手段, 其测试资料成为制定最佳完井方案和开发方案的重要依据。电缆地层测试器在油田勘探和开发中的作用包括: (1) 由于电缆地层器所记录的随时间变化的压力曲线实质上是小范围内的试井测试数据, 因此, 根据预测试期间的压降值及压力恢复速度可以分别得到地层的压降渗透率与恢复渗透率的近似定量值; (2) 根据压力恢复结束处得到的稳定压力测量值, 可以获得有效地层压力估计值; (3) 可以根据需要, 取得地层中的流体样品供地面分析用; (4) 为建立区域压力分布图、确定井间连通性、了解断层封闭情况、储层的产液情况、储层流体性质等提供资料; (5) 用于监测和提高注水效率。

4 结论

电缆地层测试技术是目前唯一能直接进行地层动态测试的测井仪器, 在油气藏综合评价中具有无可替代的作用, 它测试储层流体流出和停止流出时的地层压力变化规律。RFT一次下井不仅可以获得测点压力随时间的变化曲线, 而且可以获得地层流体样品。根据一口井的地层压力测试数据不仅可以计算地层渗透率、预测油气产量, 而且能够准确得出地层压力剖面、获得井眼剖面流体梯度、确定油水和油气界面。

参考文献

[1]林梁.电缆地层测试器资料解释理论与地质应用[M].北京:石油工业出版社, 1994:1-50.

[2]测井学编写组.测井学[M].石油工业出版社, 1998:494~522.

地层测试 第2篇

关键词：电缆地层测试,传感器,密度黏度

1 介绍

准确的流体信息对了解油藏特性、流动状况、设施规划以及制定生产制度等都非常重要。实践证明聚焦取样探测是一种能够显著降低钻井泥浆污染, 且能够获得比较干净的、具有代表性的地层流体的测试方法。它还能够测量气油比, 以及区分五种不同的分子结构:C1、C2、C3～C5、C6+和CO2。

压力梯度是常用的评估流体密度、流体接触面及油藏连通性的方法。在单一柱流的平衡条件下, 由于重力作用、毛管力作用或者化学作用, 地层流体常表现出复杂的组分特征。非平衡、非静态的地质环境也是经常出现的。使用地下流体分析 (DFA) 方法得到流体剖面改善了对不均匀流体分布的压力梯度解释。通过合适的流体模型密度-黏度传感器能够给出不同深度的密度和黏度的定量关系。

在决定整个井生产能力上, 黏度是个重要的参数。通常情况下, 先测量在地表压力和储层温度下的原油黏度, 再根据含气量进行修正。超出饱和压力下的原油黏度通常是通过关联式得到的, 气体的黏度也是如此。非烃类气体如H2S、CO2也会影响黏度, 必须作出修正。所以在储层条件下直接测量是更为准确的获得流体黏度的方法。

储层流体的压缩性可以从密度和压力的关系式中得到, 由于电缆地层测试器 (WFT) 可以测试压力的变化, 这就使得测量井底密度成为可能。将密度-黏度传感器定位在预测试地层, 可以观察到先是流动压力降落, 然后测试室充满以后, 压力又恢复到静止地层压力, 而且, 密度-黏度传感器还能够选择性地安装到泵的上部, 那里流动压力几乎接近静止水力压力。在测试室关闭的时候, 由于流体会受到一定的压缩, 压力会突然增大。每种方法都产生一个密度与压力的关系曲线, 前提是单相流测量。

对于地层水来说, 密度与其总的矿化度成比例, 所以对地层水密度的测量, 可以通过测量给定压力与温度下的矿化度得到。而且, 水基泥浆滤液与地层水的矿化度不同, 这就可以通过测试密度来监视地层水区域水基泥浆污染的清除情况。

密度-黏度传感器是通过一个浸没在流体中的共振器的振动来测量流体的热物理性质。传感器原件与烃类密切接触, 包括气体和液体以及环境中的一些危险化合物, 如H2S、水、盐水、砂等。为了防止腐蚀, 一种可靠的捆包式防腐设计方案成了设计中的关键。共振器设计既小又紧凑, 且很小的电子元件线路都压缩进密度-黏度传感器壳中, 包括温度传感器、振荡驱动器、模拟放大器、储存器和一个实时计算结果的微控装置, 然后以标准数字通信协议的方式输出, 所以不会有任何的电子元件与流体接触, 很容易整合到测试管线工具中。

实时评估测试质量, 保证响应是在传感器允许的范围内。对密度和黏度进行独立的品质标记以表明传感器的响应光谱与物理模型的匹配情况。密度-黏度传感器能测量地层中0.05～1.2 g/cm3范围的流体密度, 对应0.25～50 mPa5s的流体黏度。标准传感器精度可以达到0.010 g/cm3, 复现率达到0.001 g/cm3, 黏度范围0.25～50 mPa5s, 具有0.01 mPa5s的分辨率。黏度测量的准确性受操作环境温度的影响, 在使用油基泥浆钻井且储层流体是液态烃时, 测量的效果较好。

为了评价传感器的精度和复现率, 在实验室对大范围的流体进行了测试, 包括干燥气体、凝析气、不同气油比的含气油、水、标准黏度流体等, 压力达到了10 000 psi (1 psi=6.895 kPa) 。实验在不同环境下重复多次, 将结果与国家标准与技术委员会 (NIST) 的参考数据对比, 确保实验的准确性。密度-黏度传感器还具有高效的井底净化响应能力, 能够对井底环境下储层流体流动剖面的变化做出快速的反应。

2 实例研究

通过时间长达12个月, 采样超过90种, 地点达9个国家的大范围油田实验, 证实了以下五种实例应用的可行性。这些实例研究是密度-黏度传感器结合了井下流体分析仪、储层流体剖面分析方法同时进行的, 并对比了实验室PVT分析数据和来自压力梯度分析的密度数据。

2.1 实例1

这个例子来自马来西亚半岛。获得具有代表性的地层样品, 得到高质量的PVT数据, 确定不同井间的地层连通性, 对于确定储层模型并投入生产是极为重要的。

数据来自水基泥浆钻井环境下, 使用了聚焦取样探头, 并用流体分析仪对储层流体密度进行精确的分析。结果表明样品的污染程度小于5% (质量分数) , 这比使用传统的取样工具获得的样品污染程度低10%～40%。

图1给出了对砂体单元D进行的DFA测井曲线, 包括不同净化时间的地层密度和流动压力, 以及密度的质量控制标记图。

2.2 实例2

在挪威大陆架地区开发的一口探测井中, 需要从长的海下管线中获得高质量的水样作分析, 研究它与油井生产设备的配伍情况。当取样地层水时, 电阻率测试是一种传统的监测污染清除情况的方法, 但是该方法具有一些物理限制。光谱分析方法同样如此。

为了能实时监测、准确预测污染程度, 在WFT中采用了两种不同的流体监测技术:①通过测量注入流体中水溶染料的光密度变化来计算流体的pH值;②使用密度-黏度传感器, 通过对密度和黏度的测量来实施对流体污染的监测。

图2显示了不同净化时间对应的具有高分辨率的反应密度, 同时标出了pH染料的进入时间 (测量值已标出) , 及4个样品室的注满时间。两个负方向密度高值, 正是pH染料进入管线的时刻。在3 700～4 100 s之间, 井下泵发生反转, 这时再一次显示出了最初的泥浆密度值, 然后净化水基泥浆的污染, 直到密度稳定。

2.3 实例3

密度-黏度传感器最近被应用到墨西哥湾的几个深水开发井中。地质研究表明一些砂子中可能含有高黏度的油, 这是有风险的。一旦情况属实, 油井可能堵塞, 只能侧钻到其他层位;反之, 可以在裸眼测井之后, 下套管直接射孔。在实际钻井中, 快速做出决断很重要, 所以实时密度和黏度测量对快速做出钻井决断起了很大帮助。在油基泥浆井中使用WFT取样不是太困难, 因为井底泵在2 h或3 h就可以将油基泥浆污染降低到小于5%。在5个不同的测点先后实时测量, 再进行实验室PVT分析。作为参考, 还对比了实时密度数据与实验室分析密度, 结果表明实时测量结果具有很高的准确度。

2.4 实例4

这个例子来自具有连续性叠层砂岩的西非。图3的最左边是γ射线图, 过高压力也在图上标出。通过对比压力梯度图, 可以看出这里有三种不同的压力区域。紧挨着的图是密度-黏度传感器测量的地层密度和黏度, 及通过井下流体分析仪得到的GOR和色率。最右边的图是每个测点对应的时间与地层密度, 黏度和GOR的关系曲线。

从地层顶部到底部的密度增加 (倒三角) 、黏度上升 (正三角) , 证实了过高压力方法对储层的划分。通过流体分析仪分析的光学密度的色率增加, 也说明了储层中含有长的、更复杂的碳氢化合物串和沥青质。而且, 随着深度的增加GOR下降, 这与通过其他实时流体性质测量的分析结果一致。

2.5 实例5

这个实例来自尼日利亚的一口深水垂直评价井, 它采用油基泥浆钻井, 水深大约1 000 m, 主力储层间隔在1 700～1 790 m之间, 地层测试的目的就是估计潜在油层, 评估流体性质以及流体接触面, 然后作出整个储层的组分分级。试验采用了一种更为先进的WFT, 它装配有聚焦取样探头和传统取样探头, 4个光学流体分析仪和2个密度-黏度传感器。第一个密度-黏度传感器装在聚焦取样模块内, 第二个密度-黏度传感器装在一个新一代的流体分析工具内。

在这口评价井中进行了56次压力预测试, 同时在整个储层的7个不同深度取样, 做流体剖面分析, 其中3个测点在不同间隔的气层中, 3个在油层中, 1个在水层中。为了简化操作, 核查了油层中的两个取样点, 它们分别是1 754.5 m处的A点和1 788.5 m处的C点, 将实时测量的流体密度、光学光谱分析仪数据以及来自压力梯度和PVT实验室分析数据作了对比。压力数据和光学流体分析数据在图上显示质量较好, 对应于油、气、水的三个压力梯度很明显。

2.5.1 1 754.5 m处的取样点A

这个测点接近于储层的顶部, 在油层区。将来自两个密度传感器的密度值与实验室PVT样品分析值作对比, 发现有0.025 g/cm3的测量误差, 这主要是因为两个传感器所处的位置流压不同。第一个密度-黏度传感器定位在聚焦取样探头内, 测量的是压力降落值, 而第二个密度-黏度压力传感器被整合到了流体分析仪模块中, 测的压力接近于水力静压力。

2.5.2 1 788.5 m处的测点C

这个井下流体分析点同样是在油层区。两个密度-黏度传感器的实时密度数据质量很好, 经实验室PVT样品分析, 在3 013 psia、88.1 ℃环境下的油密度是0.691 g/cm3, 误差不超过0.003 g/cm3。

3 结论

介绍了一种通过WFT可以进行实时流体密度与黏度测量的密度-黏度传感器。这种传感器和聚焦取样探头结合使用, 对消除钻井泥浆滤液的影响非常有效。它还可以整合到井下流体分析仪模块中, 可在WFT管串中不同压力区进行测量。

由实时、就地密度测量值得到的压力梯度, 显著降低了传统预测试压力梯度的不准确性, 可以用来准确评估流体接触面。黏度信息对于储层生产也非常重要, 所以对它的准确测量也是一个挑战。而且密度-黏度传感器的实时测量结果对油藏的经济评价也具有非常重要的辅助作用。

地层测试器EFET简介 第3篇

1.1 仪器简介

FET (Formation Evaluation Tools) 仪器是由澳大利亚的CROCKER公司研制。1992年获得商业应用。2002年有COSL引进其技术并改进, 简称为EFET (Enhanced FET) 。2005年由中海油服技术中心工程所制造了两套EFET并在现场开始使用。从2007年下半年开始, EFET在渤海地区逐步得到推广使用。

1.2 仪器原理

EFET仪器和其他地层测试一样, 具备测压和取样的功能。

测压时, 仪器到达测压点后, 首先等待温度稳定。温度稳定后, 由与packer连通的石英晶体压力探头测量测前泥浆柱压力。开始座封, packer和井壁接触并由橡胶密封packer四周。此时, packer内的流体受到挤压, 探头测量的压力有所升高, 说明仪器座封成功。之后, 移动泵筒活塞, 抽取少量地层流体, 仪器管线和地层连通, packer吸鼻处的地层流体瞬间减少, 压力下降, 并记录流动压力。停止泵抽后, packer周围的地层流体向吸鼻处补充, 压力也就随之增大, 一直增大到地层压力压力为止, 记录地层压力。如果还需要进行测试的话, 继续移动泵筒, 直到测得准确的地层压力。该点的压力测完之后, 仪器收腿, 然后反泵, 排出吸入的地层流体。这样一个点的压力就完成了。由此可知, EFET一次座封可以进行无限次压力测试。

取样:在取样点座封后, 在旁通模式下泵抽地层流体, 先把packer周围受到污染的地层流体排到井筒中, 在抽排的过程中可以通过电阻率电导率探头和密度探头来分辨流体性质。等到污染的流体排光, 只有纯的地层流体时, 仪器在取样模式下抽取地层流体, 装入取样筒。这样, 通过各种监视探头就能保证取到比较纯的地层流体。

1.3 仪器结构

EFET井下仪器分为三部分:上电子节, 机械节, 下电子节。上电子节主要的作用是仪器供电, 通讯控制, 还有GR探头用以深度校正。下电子节主要是测量探头, 有2个石英晶体压力探头, 1个应变压力探头, 1个电阻率电导率探头, 1个密度探头和温度探头。除此之外就是一些通讯控制电路。机械节在上下电子线路的控制和配合下完成一系列的机械动作, 例如仪器开腿, 收腿, 泵抽 (正泵, 反泵) , 移动样筒等。

EFET是通过packer与裸眼井井壁座封来建立仪器与目的层间的流体通道的, 故推靠坐封机构 (Setting Mechanism) 是仪器的关键部件。仪器座封时, 应变压力探头监测座封总成与井壁的压力, 即座封压力。

泵出总成包括泵筒和换向阀。泵筒有两种低压泵 (0~1 4 2 2 p s i) , 高压泵 (0~2700psi) 。其中, 低压泵适用于较浅井中。泵筒在换向阀的作用下可以自动换向走泵。而且走泵模式有正泵和反泵两种模式, 正泵是地层流体由packer进入仪器内部, 反泵是地层流体从仪器内部经由packer排出。反泵模式能够将进入仪器的流体排出仪器避免仪器流体管线堵塞, 还有可以冲洗packer与井壁的接触面, 避免packer吸附在井壁上。此外, 在取最后一个样品时, 泵筒也可以做为样筒使用。

样筒总成包括多级取样筒和旁通阀。多级样筒取样的个数和体积是可调的, 它有四种组合:50ml*9, 215ml*3, 488ml*2, 1047ml*1。另外, EFET的样筒与其他WLT有一点不同。EFET的样筒是在流体管线中间的, 位于packer和泵筒中间, 而其他的仪器的样筒都是位于泵筒的后面。在井眼较差, 地层较为疏松, 容易垮塌的井段取样时, 其他仪器可能因为泵抽很多地层流体后, 井壁突然垮塌而前功尽弃, 而EFET即使井眼垮塌, 样筒里依然有样品存在。这样大大保证了取样的成功率。

2 EFET资料的应用

EFET测压和取样的资料有着很多的应用。其应用主要有如下几点:

2.1 计算地层压力梯度和流体密度

利用测压得到的地层压力值, 将此压力值代入相应的公式就能得到地层的压力梯度和流体密度。同一层的压力梯度一致性好说明了测得的地层压力值一致性好, 反之不然。

根据流体密度结合本地区流体密度特性可直接判断地层流体的属性。地层流体密度计算公式为:密度= (P2-P1) / (H2-H1) /1.422,

其中:P1、P2为1、2深度点测得的压力值;

H1、H2为1、2深度点的深度值;

1.422为换算常数;

例如:D井的1 4 7 7.4~1 4 8 4.9 m、1512~1520m和E井的1543.9~1549.4m井段测井解释分别为水层、油层和气层。EFET现场测压回归地层流体密度分别为0.998g/cm3、0.785g/cm3和0.141g/cm3, 为最终测井解释提供了依据。

2.2 确定地层流体界面

因为油气水层的压力梯度不同, 当有油气水界面时, 过气层各点的直线与过油层各点的直线交点的深度就是气、油界面的深度, 同理可以确定油、水界面和气、水界面。在用地层测试资料进行油、气、水层的解释及确定地层流体界面方面的应用是非常成功的。

2.3 计算地层渗透率

通过压降法可以计算地层的渗透率, 公式为:

其中:Kdd为渗透率;

0.5为EFET流动因子;

Q为流速

SIP为地层恢复压力

Pfl为流动压力

2.4 为后期钻井泥浆设计提供资料

在钻井过程中, 过重的泥浆会造成严重的泥浆侵入, 对油气层造成很严重的污染, 过轻的泥浆又会造成井喷事故, 所以选择合理的泥浆比重非常重要。一个地区测得地层压力后, 再设计泥浆时就要参考地层压力, 使泥浆柱的压力略高于这个地区的最大地层压力, 而又小于这个地区地层的最小破裂压力。

2.5 取样资料的应用

由于地下地质条件复杂, 常规测井和压力测试有时不能确定地层流体的性质, 存在很多疑难层位, 通过取样, 地层流体一目了然。

3 结论

在仪器方面, EFET作为由国外技术引进的基础上, 由国内独立制造的仪器, 虽然结构简单, 但是功能强大。可以准确的测量地层压力并且可以取得地层流体样本。在渤海地区的使用中与FMT相比拥有较大的优势, 例如一次座封多次测试, 泵筒取样等。就是相比MDT, RCI等也有一定的优势, 例如样筒在流通管线中间, 利用替换式取样等。当然EFET也有自己的不足, 就是耐温性能需要提升。

在取得资料的应用方面, EFET取得的资料和其他WLT仪器基本一样, 可以计算地层流体密度, 确定流体界面等应用。

摘要：本文从工作原理, 仪器结构, 资料的应用等方面简单介绍了EFET, 最后介绍EFET资料的应用。

关键词：EFET,测压,取样,EFET优缺点,资料应用

参考文献

[1]马建国, 符仲金.电缆地层测试器原理及其应用[J].1995.6 1-9

油气钻探与地层测试的探讨 第4篇

关键词：油气钻探,地层测试,储层

利用地球物理测井资料解释油、气、水层时的主要依据是不同岩石和流体的物理性质不相同,因而其测井特征也有所不同,由于地球物理测井主要反映岩石和流体的综合物理性质,如电性特性、声速传播特性、密度特征等,从而决定了它对油气层尤其是低电阻率油层的判断有时会造成失误,同时测井方法也无法预测油的物性;而RFT测试则既耗时、成本又高,且又受井眼环境的限制。为此随着油气地球化学的研究焦点日益集中在解决储集层,尤其是油气藏有关的问题上,已经发展了许多新的实用的油气藏地球化学技术。

1 油气藏地球化学在油气勘探开发中的应用

1.1 勘探

一是从试井原油测定烃源岩类型和成熟度;二是确定区域性有效油气运移路线和油气运移聚集时期;三是油气次生变化控制因素的评价;四是评价圈闭的封闭性。

1.2 评价

一是油、气层检测和确定油、气、水界面;二是油层流体连通性;三是油层质量及油气藏类型早期预测;四是油气藏中油气充注历史及注入方向;五是含油饱和度计算。

1.3 开发

一是在多层开采中确定合理的配产方案及管道漏失评价;二是在注水开发油田中圈定残余油区位置及水体推进速度评价;三是油藏酸化机理;四是为评价采油生产措施所进行的生产监测。

在探井油气层检测的地球化学检测中,主要是根据岩石中含有量和烃类的分布特征来判断储集层的油气分布情况,预测原油类型和油气水界面,它可预测井解释结果形成互补,且具有耗时少、耗费低、可以随时对钻遇的油气层进行及时预报、解释符合率高等优点,也能对测井解释中漏判或误判的油气层进行校正,因此具有广泛的应用前景。目前,罐装岩削轻烃技术和地球化学路径仪(根据岩石热解参数识别油气层)已在油田得到成功应用,而利用岩石中蒸发烃气相色谱和沥青“A”体积分数检测油气层是最近几年发展起来的新技术。本次研究根据合同书的要求,研究焦点主要集中在油气层地球化学解释方法,包括利用储层岩石热解参数和蒸发烃气相色谱以及沥青“A”体积分数确定油气层,预测原油类型,研制利用岩石热解参数解释油气层的三维软件,经过研究组成员近三个月的努力,已基本完成了研究任务。

2 根据烃类分布特征检测油气层

由许多地球化学方法可以确定储层岩石样品中烃类流体的特征,包括罐装岩削轻烃、岩石热解色谱、总有机碳含量、超临界抽提物气相色谱等,研究表明,采用岩石中储层沥青气相色谱不仅能较好地反映储层岩石中烃类的分布特征,而且时间快、费用低,并结合氯仿沥青“A”的体积分数及其组成特征,能够判识油、气、水界面以及油气层的商业价值。由于岩石样品在抽提过程中轻组分常常损失,为此在本次研究中采用了蒸发烃分析技术,并对Q2-1井、窿5井和西探1井等口井进行了油气层的地球化学解释。

2.1 油和气及水层的色谱特征

利用储层岩石中蒸发烃的色谱图识别油、气、水层的依据为:油是以油相排出、油相运移并以油相聚集于储层中,因此油层岩石中的烃类是以液相存在的,烃类的色谱特征应与原油相同,只是在实验室分析过程中C15以前的馏分基本损失,油层的其它蒸发烃也应与源岩抽提物的组成油很好的可比性,其色谱图上碳数分布范围很宽,从C15～C30+都有分布。

当储层岩石中的烃类与气相存在时,液态烃是因蒸发而溶解于气相中,储层岩石中的烃类分布受地层温度、低层压力的影响,烃类的轻组分体积分数高,分子量的分布范围远比油层窄,一般从C15～C25,符合烃类在气、液两相的分配原理和反凝析规律。

在水层岩石的蒸发烃色谱图上,饱和烃分布范围更窄,轻组分多乃缺失,这是因为水层中的烃类与溶解态溶于水中。虽然有时也会发现烃类以吸附态(或吸收)方式存在于水层中,碳数分布范围较宽,但其体积分数低,且色谱特征也与油层存在明显差异,可结合区域上油层的谱特征加以区分。

此外,根据蒸发烃的色谱特征也可以识别原油的类型,严重生物降解油必定是稠油,高蜡油在正构烷烃的分布上C24+体积分数高,而轻质油层中组分含量大,容易指认。

2.2 利用储层含油量定量确定油层价值

商业性油层与非商业性油层的识别在油气勘探中具有重要意义,尽管根据储层岩石中蒸发烃的色谱特征能够定型地反映油、气、水层的差异,但却不能定量地说明油层的商业意义。

商业性油层与非商业性油层的差别在于储层中的含油量不同,描述储层中的含油量采用含油饱和度,含油饱和度是孔隙中油体积与孔隙体积之比。氯仿沥青“A”的体积分数是以每克岩石中的氯仿沥青“A”的毫克数来表示的,在一定程度上反映了岩石中的含油量,但由于在样品分析过程中,低于C15的组分随溶剂挥发而有所损失,使得沥青质和胶质的体积分数有所增加,因此在计算含油饱和度时,要对氯仿沥青“A”的体积分数进行必要的校正,最主要的校正是增加C15-的含量。为此可以根据工区内原油的全油色谱图对新探井进行含油饱和度折算。

但对探井进行随钻检测过程中,很难及时得到储层岩石的空隙度和岩石基质密度的资料,在确定油层的商业性时,可用储层岩石的含油量来表示。

但对于生物降解油层,由于油基础层岩石中烃类的轻组分和正构烷烃的损失较大,可以直接用储层岩石的氯仿沥青“A”体积分数作为储层含油量和含油饱和度预测,但只有当S01值大于10 mg烃/g岩石时才具有商业价值。

2.3 原油物性预测

原油密度受胶质和沥青质的体积分数及物理状态所控制,一般而言,胶质和沥青质的体积分数越高,原油密度越大。因此可以根据实测资料建立原油密度与胶质、沥青质体积分数的关系,达到预测探井油层原油密度的目的。由于储层岩石氯仿沥青“A”中胶质和沥青质的体积分数总是较原油中略有增加,因此要进行适当的校正,根据研究取校正系数为1.07可以得到较好的预测效果。

原油的黏度取决于油中胶质和沥青质的体积分数,因为油中被相互作用的胶质包围的沥青质形成的胶束大小对原油的黏度起重要作用,胶束颗粒越大,原油黏度越大,反之亦然。因此原油黏度大小也必然与胶质、沥青质的体积分数以及原油的密度间存在一定的相关关系,这就是根据岩石氯仿沥青“A”储组成预测原油黏度u0的依据。

2.4 油层早期产能预测

油层的产能是石油勘探初期最为关键性的问题,它直接关系到石油勘探的方向及油层评价,因而普遍受到人们的重视。在试油前对油层的产能进行初步的评估和预测,可以优化筛选试油层位。因此,开展油气层早期产能预测对于石油勘探具有重要的意义。

2.4.1 油气层早期产能预测原理

影响油气层产能的主要因素有以下几方面:一是油层的物质基础及油层厚度和含油率;二是能量的供给(主要质地层压力、液体流动压差,它们与油层的赋村状态有关,但同时也受油压差的影响);三是能量的消耗和原油的流动性,如原油的黏度,油层的渗透率等。

根据渗流力学理论,通常液体的流动可分为两种状态:一是液体质点作互不干扰的运动,质点的运动轨迹和液体的流动方向平行,这种液体流动方式称为层流;二是状态是液体的质点作不规则的相互混杂的运动,称为紊流。根据大量的油田实际资料表明,除在裂隙地区或井底具有较大的生产速度外,一般油层层流均属于层流范围,因此,可以用达西定律来描述油层产能的主要因素。在上述影响因素的基础上,油气层产能可用下式表示

Q∝(KSOHΔP)μ,

式中,Q为流量,cm3/s;K为渗透率,um2;SO为含油饱和度,%;H为油层厚度,cm;ΔP为压差,Pa;μ为流体黏度,mPas。

从上述分析可知,储层中含油量与含油饱和度成正比,胶质和沥青质的体积分数与原油黏度呈指数关系,原油黏度随胶质和沥青质体积分数的增加而增加,反之,原油的黏度随油层中烃类体积分数的增加而降低。

2.4.2 油层早期产能预测方法

1)地质类比法。在油气层早期产能预测中可以采用地质类比方法即以对比模型为基础来实现预测目的。一般情况下,位于同一构造上的油气层,其原油物性和油层赋存状态有相似特征,且相似深度的油层可能具有统一的油水界面,因而在不考虑选择压差的情况下,可以认为相近深度油层地层压力与流体压力的压差相近。

由于该预测过程是以地质类比模型为基础实现的,因此对比模型选择的好坏,直接影响到预测结果的可靠程度。为使所选取的模型更具有代表性,引入油层深度、油层厚度、渗透氯、孔隙度、胶质和沥青质体积分数,烃类体积分数以及油层变异系数(反映油层均值性参数)等参数作为影响油气层早期产能的基本参数,对于一个地区而言可以建立已知结果的基本参数产能预测模型库。该方法的最大优点是实现了模型选取的自动实现过程,消除了人为选择模型所带来的随机影响,特别是在地质条件相识的地区,考虑到油层深度、油层非均值性的影响,因而模型的选取具有一定的可靠性。模型库的建立,需要大量的实际试油成果资料进一步研究。

2)统计分析方法。地质类比方法是基于相似地区地层压力相近这一基本条件,及忽略了地层压力对产能的影响,然而在构造区,由于没有可对比模型,地质类比方法无法应用,同时,在不同地区地层压力变化较大。另外,油层深度也对其原始地层压力影响较大,因而只有采用统计方法求取综合产能系数来表征油层产能大小。

电缆地层测试仪作业过程控制的研究 第5篇

一、EFDT仪器简介

钻井中途油气层测试仪 (EFDT™) 是一种模块化、泵抽式电缆地层测试仪, 在油田勘探开发过程中用于对油藏进行测试和评价。它的主要功能是对探井或评价井在钻井中途进行地层压力测量和流体取样。通过地层压力测量来划分储层油水界面, 分析计算地层渗透率及产能预测, 并通过流体实时分析及地层流体取样功能来确定目的层流体性质。

二、EFDT仪器作业过程控制

1. 深度控制

深度控制作业的基础, 不能出现误差。EFDT首先在井口以上端PACKER对零, 到达目的层通过GR曲线进行校深, 若井段较长, 至少每200米进行一次自然伽玛曲线校深。

2. 测压过程的控制,

(1) 测压过程的温度控制

因为仪器的温度计一般都是按照升温刻度, 测压须待温度稳定后进行, 现场一般控制在1分钟温度变化小于0.1度即可。

(2) 测压过程的重复性

测压作业中, 一般每个点应进行重复测量, 以验证仪器性能的稳定性和所测压力的准确性。

测压过程需要注意测前测后压力是否一致, 不一致可能反映出井内泥浆流失或者仪器内部有少许堵塞等情况。

(3) 不同物性目的层的测压方式

对于渗透性较好地层, 抽取10-20cc测压, 一般抽吸两至三次进行测压, 避免泥饼过厚抽吸时压力急剧下降形成致密点假象。

当测压点为渗透性偏差, 物性不好地层, 测压过程要减少测试流体体积, 抽取5-10cc, 来减少压力恢复时间。

对于渗透性更差的致密点和干点, 测试过程抽取3-5cc地层流体, 并且降低泵抽速率, 十分钟不能恢复到地层压力的, 建议更换渗透性较好点进行测试, 避免浪费作业时间, 提高作业效率。

(4) 测压数据的读取

测压过程一般设计者会每层选三个以上深度点, 正常情况下同层位的压力梯度和流体密度是相同的, 每一点的地层压力系数等于该点压力/ (深度*1.422) , 而流体密度=同层两点压力差/ (深度差*1.422) , 可以通过二者很好的检查测得的压力点是否有异常点。最终压力变化小于0.5psi/min时达到稳定状[3], 记录数据。

现在仪器使用的石英压力计, 均可精确到小数点后两位, 现场测得数据要精确到两位小数, 测压结果上下浮动较大的点重复测试, 确保测量结果的准确。如果对于测得的压力采用四舍五入进行计算, 那么由于该微小误差的影响会使计算到的地层流体密度差异较大, 影响作业质量。

3. 取样过程的控制

当仪器坐封成功后进行泵抽, 在取样初期是钻井液滤液和地层流体依次流入取样筒[4], 通过观察密度, 电导率等参数的变化, 当确定泵抽流体均为地层流体时进行取样即为取样作业过程。取样过程主要是对泵抽速率和泵抽时间进行控制。

(1) 泵抽速率的控制

首先, 开始连续泵抽泥浆滤液时, 应先使用较低速率, 慢速抽吸, 观察管线压降情况, 抽吸一定时间后, 地层流体通道会慢慢变得通畅, 管线压降慢慢减小, 此时可适当提高泵速继续抽吸。物性较差地层泵抽时压降会很大恢复缓慢, 这时需用较低速率进行泵抽, 但泵抽速率不可过低, 速率过低达不到泵抽地层流体的作用。总之遵循泵速由低到高原则。

泵抽速率过快容易砂堵、抽漏, 泵抽速率过慢浪费作业时间, 增加仪器在井下遇卡的风险。

(2) 泵抽时间的控制

其次是泵抽时间的问题, 取样泵抽过程中, 应持续监测流体识别传感器值。现场测井监督就是通过流体的密度, 电导率等数据的变化来决定取样的泵抽时间, 当泵抽的流体密度和电导率一段时间内趋于稳定便可进行取样。其目的是确保所取样品能够反映储层流体性质。

泵抽时间过短容易造成所取样品不纯, 泵抽时间过长浪费作业时间, 同时增加仪器遇卡的风险。

(3) 取样过程防卡控制

为防止出现电缆吸附卡的风险, 除了下井前要在仪器上加上扶正器外, 取样过程中EFDT仪器要每隔20-30分钟放松一次电缆。通过地面压力和张力短节压力对比, 观察是否出现电缆吸附卡。若吸附卡严重, 需收腿, 提活仪器。

(4) 取样过程其他操作控制

取样过程还应注意坐封压力的变化, 通常泵抽过程坐封压力会逐渐降低, 一般在泵抽开始时就给其补压降低仪器泵抽过程漏封的概率。

4. 仪器转样的操作控制

转样时注意对每个样品进行标注, 以免造成取得的样品与深度不符影响对地层数据的分析。并一定要注意人员远离转样口, 以免转样过程压力过大对人员造成危险。

结论

电缆地层测试对识别储层流体性质、进行储层产量评价、反映储层连通性、确定流体界面等方面有其独到之处, 结合常规测井曲线可以更好地评价储层, 有利于进一步对油气藏的认识。通过对常规测井资料的了解, 提前做好合理的测前准备, 做好作业过程每个环节的质量控制来提高作业成功率, 从而使电缆地层测试过程采集到的数据更加准确, 使电缆地层测试资料的分析结果更加可靠, 为海上油田生产和开发提供更多准确可靠的地层信息。

摘要：电缆地层测试是目前国内外各油田广泛使用的一种测井技术, 电缆地层测试可以对地层流体性质、渗透率、产能做出评价, 同钻杆测试相比, 具有简便、快捷、经济、可靠的优点[1]。鉴于其作业过程中质量控制的重要性, 本文通过中海油田服务股份有限公司自主研发的EFDT仪器的使用, 综合阐述在现场不同井况及地层情况下作业环节的分析和处理, 从而获得更加准确的地层资料, 更好地为设计完井方案和开发方案提供重要资料。

关键词：电缆地层测试,测压,取样,过程控制

参考文献

[1]高喜龙, 李照延, 时丕同.MDT测试技术及其在浅海油气勘探的应用[J].油气井测试, 2007, 16 (3) :45-47.

[2]罗兴平, 王燕, 陈忠强.电缆地层测试技术的测前设计及应用[J].国外测井技术, 2004, 19 (3) :18-20.

[3]张国强, 张卫平, 等.电缆地层测试技术在渤海油田的应用研究[J].长江大学学报.2010, 7 (3) :528-530.

地层测试 第6篇

大庆油田属于陆相沉积的砂岩油藏, 具有多层系、非均质的特点, 随着油田开发的深入, 由于长期分层系的注水开发, 在纵向上形成了多层系多压力系统, 多年开发形成的层间矛盾, 给三次加密调整井钻井施工带来了很大的困难。以前钻井施工只能参考待钻井与相邻注水井降压情况, 和以往钻井施工经验来粗略地估计地下各层压力情况, 往往由于估计不准给钻井施工造成很多事故。因此准确地检测地层压力, 设计出合理的钻井液密度, 减少生产事故的发生, 提高固井质量, 对钻井生产来说, 具有重大意义。

S F T (地层测试器) 是一种能够直接用于测量地层压力及井筒内液柱压力的测井仪器, 同时还可以进行地层流体取样, 是分析评价地质状况最直接、有力的重要手段之一。S F T测井在钻井的安全施工中也具有重大的意义, 在裸眼井中它能够直观地了解地层压力分布情况, 依据压力情况在钻井施工中设计合理的钻井液密度, 确保钻井施工安全。SFT测井技术在施工中有如下应用:

1 根据SFT的测压资料设计合适的钻井液密度, 防止钻井施工事故的发生

钻井液是钻井的血液, 它起到携带钻屑, 清洗井身, 降低钻头温度以及平衡地层压力等作用, 这其中平衡地层压力对于钻井的安全生产至关重要。在钻井施工中, 如果地层压力高, 而钻井液密度又太低, 泥浆柱的压力平衡不了地层压力, 地层的流体就会进入井筒内, 从而发生井涌井喷等事故。如果钻井液密度过高又会压漏低压高渗层, 造成井漏。井漏后井壁易发生垮塌, 从而引发卡钻等恶性事故[1]。

在没有进行S F T压力测井以前, 钻井施工只能参考待钻井与相邻注水井降压情况和以往钻井施工经验来粗略地估计地下各层压力情况, 往往由于估计不准给钻井施工造成不能压漏低压层, 从而保证了钻井施工顺利进行。

2 根据SFT的测压资料制定合理的施工措施, 提高固井质量

如今大庆油田正在进行大规模的三次加密调整井钻井, 三次加密调整井的开采对象为薄差油层, 而固井质量又是保证薄差油层成功开发的关键, 在目前的钻井施工条件下, 地层压力是影响固井质量的主要地质因素。由于钻井前会通过关闭邻近注水井来达到降压的目的, 降压后地层压力偏高的层往往是孔隙度低、渗透性差的薄差层, 油层的孔隙压力在横向上和纵向上存在较大的差异, 层间压差一般在6 MPa~7MPa, 最高可达10M P a以上, 层间压力差异矛盾突出。固井后水泥初凝时, 高压层位的水泥浆在压差的作用下就极有可能向低压层位窜流而影响水泥胶结质量[2]。通过进行S F T测压, 能够较准确地摸清各层压力分布情况, 以便给出一个合理的钻井液密度值来平衡地层压力, 从而能够提高固井质量。此外, 当利用S F T测压资料确定了高压层后, 还可以利用封隔器封高压层或或对邻近注水井放溢流泄压等措施, 来提高水泥胶结质量, 满足油田开发的需要。

3 确定区域钻井开发方案

在油田内部进行加密调整井钻井过程中, 会在设计钻井区块内选择具有典型特征的几口井做为摸底井。以前在打摸底井时, 钻进时一般不宜采用高密度钻井液, 以免在高渗低压区容易造成井漏, 总是依靠在钻井过程中逐步提高钻井液密度, 观察油气显示情况来粗略判断地层高压力层。这种方法既浪费时间, 而且也只能大概估计该区域的高压力层位, 而且在施工中会存在一些安全隐患。因此, 当前在摸底井的完井测井后, 一般会选择再进行地层测试器S F T测井, 利用S F T的测试资料来直观反映地下各层位的压力分布情况。通过这些摸底井的压力分布情量检测, 钻井施工中根据S F T测压资料确定了钻井液密度, 保证了该井未出现井喷、井漏等事故, 而且扇区水泥胶结测井资料显示全井固井质量良好。在进行区域内其它井钻井时, 参考了这一钻井液密度, 基本达到了安全施工及提高固井质量的目的。在该区块共进行了50口井的钻井施工, 在钻井施工中均未出现井涌、井喷、井漏等安全事故。在固井质量检查中, 该50口井水泥胶结固井质量全部合格, 合格率达到100%, 其中49口井达到了优质井的标准, 优质率为98%。

4 结论及建议

(1) SFT测井能够直观、定量地反映各地层的压力分布情况, 根据压力资料设计合理的钻井液密度, 对钻井安全施工及油气层保护具有一定的指导作用。

(2) 在钻井施工中根据SFT测压资料设计合理的洗井液密度, 可有效提高水泥胶结固井质量。

(3) 在区域钻井施工中, 根据在摸底井中进行地层测试器测井了解区域基本压力分布情况, 对区域钻井施工方案有一定的指导作用。

(4) 裸眼井测井时特别要注意的技术问题是控制各点的测量时间, 由于井壁要承受仪器推靠密封所产生的巨大压力, 时间过长测量极板极易被井壁吸附, 或造成井壁坍塌导致工程事故, 所以要严格地按标准控制点测时间。

(5) 地层测试器测井费用较高, 并且特低渗透薄差层对它的影响也很大, 甚至在裸眼井中遇到不规则的井壁还无法完成测试, 因此该项技术在油田上的应用还很有限, 有待于进一步发展。

摘要：本文简要介绍了地层测试器的工作原理, 并对SFT地层测试器测井资料在钻井施工中的应用效果进行了分析, 阐明了地层测试器测井技术在钻井施工中的重要性。

关键词：地层测试器,压力分布,裸眼井测井

参考文献

[1]《井控培训教材》, 大庆井控培训中心编, P25～P26[1]《井控培训教材》, 大庆井控培训中心编, P25～P26

地层测试 第7篇

电缆式地层测试器是一种集机械、液压及电子等众多专业技术为一体的测井仪器, 完成复杂的地层压力测量及地层流体取样功能[1]。目前电缆式地层测试器已发展到以模块化和循环泵抽式技术为代表的阶段[2], 如Schlumberger的模块式动态电缆地层测试仪 (Modular Formation DynamicsTester-MDT) , Baker Hughes的油藏特性测井仪 (Reservoir Characterization Instrument-RCI) , Halliburton的储层描述仪 (Reservoir Description Tool-RDT) [1]。我公司于2008年正式推出钻井中途油气层测试仪 (Enhanced Formation Dynamic Tester-EFDT) [3], 达到了电缆式地层测试器的世界先进水平。最新一代地层测试器在探测器、探测方式、模块组合方式、解释方法等方面有了较大的改进, 性能显著增强。电缆式地层测试器由于仪器自身结构和作业环境因素, 容易导致作业遇卡, EFDT推靠坐封装置基于安全性设计, 降低了作业时遇卡几率。

1 地层测试器遇卡因素分析

地层测试器的推靠坐封装置依靠液压推力将坐封探头和支撑臂推出, 接触井壁形成坐封, 完成地层压力测量和地层流体取样功能。液压系统依靠仪器的电路控制系统进行控制, 包括地面控制系统、电缆传输及仪器电路控制系统。如电路控制系统在掉电或控制系统失控情况下, 有可能造成推靠坐封装置无法解锁坐封, 而导致仪器遇卡。

地层测试器作业一般耗时长达数十小时, 在某一个目标地层点位, 作业长达数小时。地层测试器长时间固定不动, 如电缆一直保持张力, 拉着仪器保持不动, 则泥浆容易吸附电缆造成吸附卡。地层测试器测试时, 由于地层原因、地层测试工作制度以及仪器本身的结构等因素, 常会造成测试器等在井下出现安全故障问题, 如地层测试器或者电缆等在井下被卡住, 必须中断测试, 进行仪器打捞, 从而增加了测试成本, 影响了测试工作的正常进行[4]。因此地层测试器推靠坐封装置的安全性和可靠性, 对地层测试器的正常作业影响巨大。

2 EFDT安全性设计

2.1 EFDT放松电缆作业设计

针对地层测试器长时间作业时容易造成泥浆吸附电缆的问题, EFDT进行了放松电缆作业设计, 在作业时适时放松并活动一下电缆, 有效地防止了泥浆吸附电缆。

1) EFDT推靠坐封装置结构。EFDT的推靠坐封装置由双坐封探头和双支撑臂组成。坐封探头由活塞杆及套在活塞杆顶端的橡胶盖组成, 当探头推靠井壁时, 橡胶变形并紧密贴住井壁, 将橡胶盖中间部分与井中液体分隔开并形成密封。测试仪在井下工作时, 由内部的液压系统提供液压力, 推动坐封探头及支撑臂从测试仪基体中伸出, 紧紧靠住井壁 (图1) , 完成地层测试功能, 液压系统将坐封探头及支撑臂收回, 再上提或下放仪器。

2) EFDT放松电缆作业分析。如图1所示, 测试仪提供的液压系统压力为P, 支撑臂的有效作用面积为S1, 探头的有效作用面积为S2, 测试仪器的重量为G。地层流体对EFDT仪器产生的浮力为Ff, 测试仪坐封时支撑臂对井壁产生的垂直井壁方向作用力为F1, 探头对井壁产生的垂直井壁方向作用力为F2, 测试仪坐封时对井壁产生的垂直井壁方向综合作用力为F[6], 则有:

假设测试仪在井壁中滑动, 产生的滑动摩擦力为:

式中, f为滑动摩擦系数。

当Fs+Ff>G时, 测试仪能在不受电缆张力的情况下自行稳定居中。此时测试仪在静摩擦力、浮力和测试仪重力下保持平衡。

当Fs+Ff

测试仪以系统压力坐封时, 由式 (1) ~式 (3) 得测试仪垂直井壁方向综合作用力F, 再由式 (5) 得滑动摩擦力Fs为21 000 N, 由式 (4) 得地层流体对测试仪产生的浮力Ff为1 470 N, 仪器自重G为10 000 N, 则Fs+Ff垌G, 故测试仪能在不受电缆张力情况下将整套仪器稳定居中。此时测试仪在静摩擦力、浮力和重力下保持力平衡。仪器的摩擦力Fs和浮力Ff大于仪器自重G的2倍, 即在安全系数2时, EFDT能放松电缆进行作业。

3) EFDT推靠坐封装置强度分析。EFDT放松电缆进行作业时, 坐封探头和支撑臂受到的剪切力最大, 因此需要校核推靠装置的结构强度。选取EFDT推靠装置中受力最大、结构最薄弱的支撑臂二级推杆进行理论强度计算。EFDT坐封时, 产生静摩擦平衡力, 如图1所示, 单个支撑臂产生的静摩擦力为f1, 单个坐封探头产生的静摩擦力为f2, 由力及力矩平衡得:

式 (6) 、式 (7) 中, L1为支撑臂伸出最大臂长, L2为坐封探头伸出最大臂长, D为井眼直径。

当支撑臂完全伸出时, 支撑臂与基体接触点所受力为最大。由式 (6) ~式 (8) 计算出支撑臂所受最大静摩擦力。由力矩和弯矩平衡可计算出支撑臂的力矩与弯矩[7]。此时支撑臂受力最大为4 866.2 N (图2) 。A点为支撑臂与井壁接触点, B、C点为支撑臂与基体接触点。支撑臂所受的最大弯矩为243 Nm (图3) 。

EFDT在放松电缆作业时, 根据坐封时支撑臂所受的最大力矩和弯矩, 得出测试仪松开电缆坐封时, 支撑臂的最大剪切应力为11.5 MPa, 远小于TC6材料200℃时的许用剪切应力294 MPa。

4) EFDT推靠坐封装置有限元分析。推靠坐封装置强度分析简化了支撑臂活塞杆的受力, 有限元分析将支撑臂活塞杆受到的液压推力加入负载, 更全面地分析支撑臂活塞杆受到的综合应力。支撑臂活塞杆主要受仪器自重对其产生方向向下的推力, 及仪器内部液压系统对活塞杆端面产生的推力。为方便有限元分析, 假定顶盖与井壁接触面为固定面, 仪器自重产生的推力均匀施加在活塞杆的密封端面上 (图4) 。

对支撑臂活塞杆和顶盖进行有限元分析, 得到应力云图及位移云图 (图5) 。按第四强度理论, 活塞杆和顶盖局部最高等效应力约为460 MPa, 远小于材料TC6在200℃高温时的许用应力735 MPa, 最大位移约为0.042 mm, 满足工程要求。通过有限元分析, 表明活塞杆及顶盖满足设计要求。

2.2 EFDT自动解除推靠坐封设计

为解决地层测试器在井下作业时推靠坐封无法解除而遇卡的情况, EFDT设计了自动解除推靠坐封装置。EFDT推靠坐封装置液压系统 (图6) 设计中, 采用蓄能器6储存高压液压油, 提供紧急解除坐封收回液压力。常闭电磁阀3和常开电磁阀5通电, 常闭电磁阀7不通电, 高压液压油经单向阀4和电磁阀3进入推靠坐封装置双探头1和双支撑臂2的伸出腔, 双探头1和双支撑臂2的收回腔经过电磁阀5, 连通液压系统回油管路, 液压系统高压油将双探头和支撑臂推出, 接触井壁并形成坐封。双探头和双支撑臂需要收回时, 常闭电磁阀3和常开电磁阀5不通电, 常闭电磁阀7通电, 高压液压油经电磁阀7、单向阀8和电磁阀5, 进入双探头和双支撑臂的收回腔, 双探头1和双支撑臂2的伸出腔经过电磁阀3, 连通液压系统回油管路, 液压系统高压油将双探头和双支撑臂收回。蓄能器6的高压输出端连通到单向阀8出口和电磁阀5的入口之间, 液压系统收回探头1和支撑臂2的同时, 也对蓄能器6进行充压, 保证蓄能器6始终储存高压液压油。当EFDT系统掉电时, 所有电磁阀均不得电, 常开电磁阀5不得电, 处于常开位置, 连通探头1和支撑臂2收回腔和蓄能器6高压输出端, 探头1和支撑臂2的伸出腔经电磁阀3连通液压系统回油管路, 蓄能器6内的高压液压油将双探头1和双支撑臂2解除坐封并收回。

1.探头2.支撑臂3, 7.常闭电磁阀4.单向阀5.常开电磁阀6.蓄能器8.单向阀

蓄能器采用储能弹簧加活塞结构形式, 高压液压油推动活塞, 压缩储能弹簧到一定位置, 储存一定体积的高压液压油, 用于紧急情况下收回推靠坐封装置的双探头和双支撑臂。储能弹簧选用碟型弹簧, 碟形弹簧常用金属钢带、钢板或锻造坯料加工成型, 是一种刚度大、具有变刚度特性的截锥形弹簧[5]。

3 安全性设计实验验证

3.1 放松电缆作业实验

1) 推靠坐封实验装置设计。为验证EFDT放松电缆作业的可靠性, 设计了一个推靠坐封实验装置, 模拟测试仪放松电缆作业场景 (图7) 。支撑架10支撑起模拟井眼套筒2, 坐封实验基体9内集成了双探头8和双支撑臂3, 张开双探头8和支撑臂3, 与模拟井眼套筒2充分接触形成坐封。坐封实验基体上方放置一液压缸7, 由下底板1、上盖板6、锁紧螺母5及拉力杆4组成的固定装置, 限制了液压缸、坐封实验基体垂直方向的移动。通过液压缸活塞杆伸出的推力, 对坐封实验基体施加负载, 获得数倍于测试仪重量的载荷, 模拟EFDT井下放松电缆推靠坐封作业, 检验探头和支撑臂设计的可靠性。

1.下底板2.模拟井眼套筒3.支撑臂4.拉力杆5.锁紧螺母6.上盖板7.液压缸8.探头9.推靠坐封实验基体10.支撑座

坐封实验装置液压系统 (图8) 设计中, 双探头和双支撑臂的张开、收回主要由手动打压泵1配合相关电磁阀及截止阀来完成。电磁阀4得电, 电磁阀6处于常位, 通过手动打压阀, 可张开双探头和双支撑臂, 压力表7显示张开路压力。当探头和支撑臂与套筒接触后, 张开路压力开始上升, 可以获得30 MPa以下的任意张开压力值。断开电磁阀4, 实现张开路保压。通过液压缸打压, 即可对基体施加负载, 模拟放松电缆作业实验。液压缸加载的负载和压力关系为:FC=PCSC。 (9)

1.手动打压泵2.溢流阀3.压力表4.常闭电磁阀5.单向阀6.常开电磁阀7.压力表8.截止阀

式中, FC为液压缸施加推靠坐封实验基体负载, PC为液压缸加压压力, SC为-液压缸活塞有效作用面积。

2) 实验测试。使用两种规格的探头和支撑臂, 分别做不同负载下的支撑实验。图9所示为小型探头和支撑臂支撑负载随时间的变化, 分别施加了1 000 kg、1 500 kg及2 000 kg的负载, 相当于液压压力约为6.03 MPa、9.04 MPa及12.05 MPa, 时间长达26 h。实验基体在支撑实验中, 位置会有微小的变化, 在0.1 mm的范围之内 (图10) 。整个实验装置的自动调整会导致液压压力有所变化, 图9中反映了这一现象。实验结果表明小型探头和支撑臂, 在安全系数为2的情况下, 能满足EFDT放松电缆作业要求。

图11所示为大型探头和支撑臂施加负载随时间的变化, 所加负载与小型探头和支撑臂相同, 时间长达16 h, 实验现象、结果类似。液压压力有较小变化, 实验基体位移很小, 在0.3 mm的范围之内 (图12) 。实验结果表明大型探头和支撑臂, 在安全系数为2的情况下, 能满足EFDT放松电缆作业要求。

3.2 自动解除坐封实验

采用最小规格双探头和双支撑臂, 对EFDT推靠坐封装置进行自动解除坐封功能测试。由蓄能器单独提供收回压力, 3 min后双探头和支撑臂完全收回。对另一套推靠坐封装置进行自动解除坐封功能测试, 5 min后双探头和双支撑臂也完全收回。这是由于不同的推靠坐封装置, 滑动密封圈与基体的摩擦力不同, 导致收回速度不一致, 从而产生的收回时间有所差别。在发生通信中断等紧急情况下, 给蓄能器充分收回双探头和双支撑臂的时间, 如15 min或更长, 待充分收回双探头和双支撑臂后再上提仪器。

4 结语

EFDT已进行商业化作业服务, 作业区域涉及中国海上及陆地、缅甸、印尼、伊拉克、阿联酋等技术服务市场。EFDT累计测井50余井次, 测量地层压力1200余点, 取得合格地层流体样品90余个。现场良好的应用效果, 验证了EFDT仪器的可靠性和稳定性。

1) 理论设计手段保证稳定性和可靠性。通过EFDT推靠坐封装置机构设计、强度校核、有限元分析等理论设计, 保证了推靠坐封装置的稳定性和可靠性。

2) 合理的推靠坐封机构提高稳定性和可靠性。EFDT推靠坐封装置的双探头和双支撑臂机构, 可进行放松电缆测井, 减小泥浆吸附电缆遇卡几率。推靠坐封装置的自动解除坐封装置, 能自动收回双探头和双支撑臂, 避免了EFDT在不受控状态下遇卡风险。

3) EFDT推靠坐封装置的成功开发及应用, 对其他井下仪器, 特别是带有推靠装置井下仪器的作业安全性设计具有重要参考价值。

参考文献

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