地层测试管柱
伸缩管在地层测试中的应用
工艺设备
工 艺设 备
伸 缩管在地层测试 中的应用
田海 波 陈 涛 李 义 中 国石 油 西部 钻探 工程 有 限公 司试 油公 司塔 里 木测试 分公 司。新疆 库 尔勒 ８ ４ １ ０ ０ ０
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图１ Ｍ Ｎ 型伸缩管短节总成图 心 型伸缩 管特 点：（ １ ）可在任意位置传 递扭矩 ；（ ２ ）较 长 的密封组件 ，密封可靠 ，伸缩 行程 大；（ ３ ）可调节式开启 销钉组合 ，剪切力可在需要范 围调整； １ ． ２工作原理 型伸缩 管主要 由上 下接头 、密封套 、延伸心轴 、密封 组件 、剪切销 、剪切套组成，常用 于封 隔器上部 。当井下作 业 管柱 由于温度 、压力等 因素发生变化而产生收缩 （ 伸长 ） 时 ，管柱 下端 由封隔器锚定 ，管柱缩 短 （ 伸长 ）的拉力作用 在伸缩 管上 ，当该力超过了销钉 的剪 切力时销钉剪 断，延伸 心轴 与密封套产生相对位 移伸长 （ 缩短 ） ，弥补管柱 的收缩 量 （ 伸 长量 ） ，从而起到补偿作用。 ２根据 管柱力学分析选择伸缩管 我 们通 过对 管柱进行力学 的分析 ，判 断伸缩管 的使用数 量 （ 根据伸缩距 ） ，管柱是伸 长还 是缩 短选择伸缩管 。 压 力和 温度 的变化将 引起管柱长度和受力的变化 ，有 以 下四种 效应 ： ２ ． １活塞效应 环 空和油 管 内部 的压 力变化 ，其力作 用在不 同的截 面 上 ，在 油管底部产生一种压力差 。 压 力变 化后 ，对 管柱长度 的影响 由胡克定律可得 ：
海上油田探井不动管柱连续两层测试技术应用
试阀，固井泵逐级打压坐封液压裸眼封隔器，待确认 坐封 后，再 继 续 打 压 剪 切 泵 出 式 球 座，开 井 进 行 ＤＳＴ１测试作业。
（３）待 ＤＳＴ１测试后，井口投 ４５ｍｍ球，固井 泵向管柱内逐级打压，打开液压内封堵滑套；关闭液 压内封堵球阀，封隔 ＤＳＴ１测试层段；继续加压打开 液压滑套流通孔，进行 ＤＳＴ２测试作业。
·６８·
开采工艺
钻 采 工 艺
ＤＲＩＬＬＩＮＧ＆ ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
２０１９年 ５月
Ｍａｙ２０１９
海上油田探井不动管柱连续两层测试技术应用
尚锁贵１，杨 子２，高科超１，谭忠健１，陈光峰２
（１中海石油（中国）有限公司天津分公司 ２中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司）
尚锁贵等．海上油田探井不动管柱连续两层测试技术应用．钻采工艺，２０１９，４２（３）：６８－７１ 摘 要：目前海上油田多产层的探井测试都是以分层测试进行的，开展不动管柱分层连续测试技术研究、探
索测试增速提效和提高分层测试比例非常必要，而且在提高作业时效、节约作业成本方面有着尤为重要的意义。 通过对一趟管柱分层连续测试技术的研究及关键技术的把控分析，渤海油田某井成功应用了该项技术，准确明晰 了不同产层的液性及产能情况，大大缩短了测试作业周期，降低了作业成本。现场作业实践表明，该井成功的测试 经验可为相似探井测试提供作业经验，具有较高的推广价值。
第 ４２卷 第 ３期
钻 采 工 艺
Ｖｏｌ４２ Ｎｏ３
ＤＲＩＬＬＩＮＧ＆ ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
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段分隔开，从而完成不同测试层段的分隔连续测试 作业，管柱示意图如图 １所示。
常规地层测试技术及测试工具简介
9.给花键芯轴和花键套涂满黄油，摆正六 个止推垫圈。
10.把花键外筒套在花键芯轴上，拧紧与 延时外筒间的连接螺纹。
11.把上接头装在花键芯轴上并拧紧连接
11.把上接头装在花键芯轴上并拧紧连接 螺纹。
技术要求:
1.上花键外筒前止推垫圈一定要用黄油粘 住摆正。
2.换位芯轴上涂满黄油，保证换位销在换 位槽内，滑行畅通。
3.不要在取样器已卸掉的情况下拆卸花键 外筒。否则，组装时花键外筒很难与延 时外筒连接起来。
4.拆卸换位外筒时，管钳应咬在正常拆卸 的楞角部分。
更换 MFE测试器花键芯轴: 1.花键外筒夹在虎钳上，卸上接头。 2.卸掉扭矩塞，装上扭矩销，整体卸取样
工具产生25.4mm的“自由下落”开井显 示，花键芯轴上行时，阀在弹簧的作用 下离开阀座，油从上油室流至下油室， 不起延时作用。由于MFE延时机构是受 压延时的，因换位槽在花键芯轴上，J 形销由“A”点移到“B”点，其实质是芯 轴下行，延时阀受压所以有延时过程。
图2-2-1是液压延时机构示意图
拆卸95mmMFE测试器的延时机构: 1.将多流测试器放在虎钳上，虎钳夹在花
并应保证运输途中不发生泄漏，如果取样 器内的样品不需进行高压物性分析，则 可以在工房内放样，
2.加油时，泵的操作是由快到慢，边泵油 边用鎯头轻轻敲打阀外筒，直到工具内 的空气排净为止。
3.注油塞的“O”型圈应更换新的后，再将 注油塞上紧。
取样器由取样器外筒、取样芯轴、上、 下密封套及两组“O”型圈和“V”型圈构 成的双控制阀组成。地层流体在进入钻 杆或油管之前都要流经双控制阀。测试 结束时，双控制阀关闭，把流动状态下 的地层样品收集在取样腔内,取样外筒 上配有两个放样阀，便于在地面把样品 放出来。如果取样器内的样品需进行高 压物性分析，则必须整体卸下取样器送 实验室，
石油工程技术专业《3.2.3常规地层测试施工》
3.2.3常规地层测试施工一、地层测试施工步骤〔一〕常规钻杆测试1．下测试管柱下管柱前要先对井下压力记录仪和温度计进行检查。
装好压力卡片，上满时钟，划好基线，证实时钟正常运转后再装入托筒内。
在测试管柱下井的过程中操作要平稳，不允许猛刹猛放，比平常下钻速度要慢，一般单根为40根/h，立柱或双根30柱/h，要保证管柱的密封。
如果有遇阻现象，立即上提管柱，再慢慢下放，直至不遇阻为止。
这是因为当遇阻时多流测试器处于压缩状态，很可能翻开测试阀，所以要立即上提管柱。
下钻过程中要始终注意观察环空返出液体情况有无变化及测试管柱内是否有气体溢出。
套管环空不返液体和测试管柱内出气严重是测试管窜漏的显示，一旦发现应立即起钻查明原因再下。
要记录测试器以下工具的重量、慢慢上提和慢慢下放整个管柱的重量，便于核算“自由点〞。
自由点是指上提测试管柱时指重表上“悬重〞不增加的那个读数，可通过理论计算得出。
2．装地面流程控制装置下测试管柱至最后一个单根之前，将投杆器、控制头、活动管汇接在单根上，再与测试管柱连接。
下至预定井深或井底后，上提1-2m，将活动管汇与钻台管汇连接好，钻台管汇与显示头、防喷管线连接好，并检查所有管汇、别离器、计量装置上的每个阀门，保证处于工作状态。
3．进行封隔器坐封计算靠上提、下放测试管柱来操作和控制坐封时，计算理论“自由点〞悬重；对于膨胀式封隔器测试系统，那么计算旋转钻具的时间。
4．坐封封隔器测试管柱下至设计深度时坐封封隔器。
封隔器坐封后，应密切观察环空液面变化。
假设液面迅速下降，说明坐封不平，应立即上提管柱关闭测试阀，环空灌钻井液或压井液，查明原因并排除后再下测试管柱，重新坐封。
5．开井流动及关井测压封隔器坐封后，即可承受上方管柱的重量，并加到多流测试器上。
延时一段时间之后，管柱突然下落25.4mm，测试阀翻开，地层液体经筛管和测试器流入油管内，实现开井流动测试。
从测试管汇泡头处可观察到开井显示，只要被测试层不是干层，都能见到气泡由小到大。
试井技术介绍
二、地层测试简介 3、测试原理
二、地层测试简介
3、测试曲线的识别—以二开二关为例
A1 A
D1
H
H1
D2
C1 B1
C2 B2
测试阀 旁通阀 封隔器
筛管
压力计
A1段：下管柱，随工具下井深度增加，静液柱压力增加。 A点：初始静液柱压力。满井筒接近压力计下深的静水柱压力。 B1点:初流动开始压力，座封开井后，测试阀打开，因管柱内压力小于初始静 液柱压力，静液柱压力急速释放，地层流体开始流入管柱内。若管柱密封且 未加液垫，则初始压力接近管柱内的大气压力。 C1点:初流动结束压力。 B1－C1段：初流动段，开井后，随着地层流体进入管柱，压力上升。 D1点:初关井压力。 C1－D1段：初关压力恢复段，关井后，压力恢复上升。
一、基础知识 8、试井的基本概念
⑥表皮效应、表皮系数
表皮系数是表征井壁附近地层污染和完善程度的一个无因次系数， 表皮系数S可用完井半径rw与井的折算半径rc之比的自然对数来表示，即 S=lnrw/rc，一般都是通过试井分析求解。
均质油藏
S
井的类型
S<-3
表明是超完善井
S=-3
表明是完善井
S>-3
表明是不完善井，S值越大，
跨 隔 射 孔 测 试 联 作
管柱图
管柱名称 油管 校深短节 油管 断销式循环阀 油管 提升短接 MFE
电子压力计托筒
油管 提升短节 液压锁紧 上旁通 跨隔封隔器 下旁通 油管 起爆器 枪头 射孔枪 筛管 PT封隔器 压力释放装置 减震器 油管 丝堵 筛管
电子压力计托筒
二、地层测试简介
2、测试工具
井筒储集效应的强弱程度用井筒储集系 数表示。主要受流体压缩系数影响。
MFE测试
一、地层测试管柱不同的测试工具，按不同的形式连接，就可以组成不同的测试管柱，以满足不同井的测试要求。
图1是MFE 测试工具常用的测试管柱，自上而下分述如下：1、反循环阀：在测试结束后，用于替出测试管柱中的地层流体和循环压井。
通常用投棒或蹩压的方法把反循环阀打开，使测试管柱内与套管环空连通，然后从环形空间泵压，将测试管柱内的地层流体反循环出地面。
未进行抽汲的非自喷井测试，反循环替出的油水量计量是否准确，直接影响测试资料的可靠2、上压力计：上压力计安装在多流测试器的上部，也叫监漏压力计，主要用于监测测试管柱的漏失情况，记录各次开井流动时的压力变化。
在测试工具下井时和测试时的关井期间，若测试管柱不漏失，上压力计记录的应是一条水平的直线。
3、多流测试器（MFE）：是该类测试工具的关键部件，所以也叫MFE，由换位机构、延时机构的取样机构组成。
它借助于测试管柱的上、下运动来打开或关闭的。
测试工具下井时，MFE是关闭的。
终流动结束，在解封后起测试管柱时，取样机构自动关闭，取得地层条件下的流体样品。
4、震击器：当测试管柱下部的筛管或封隔器遇卡时，上提管柱施加一定拉力，可使震击器产生一个强烈的震击力而具有解卡的功能。
5、旁通阀：旁通阀主要有两个作用，一是在测试管柱在井眼中起下遇到缩径井段时，压井液可从封隔器芯轴内孔经旁通阀的孔流过，使测试管柱顺利起下；二是测试结束时，旁通阀打开，使封隔器上下方压力平衡，便于封隔器解封。
6、安全接头：安全接头是一种安全保护装置，在封隔器及其以下工具遇卡后，用震击器也无法解卡时，可反转测试管柱，从安全接头反扣粗牙螺纹处倒开，把安全接头以上的工具和管柱取出。
7、封隔器：封隔器起着把测试层与其他层段以及钻井液或压井液隔离开来的作用。
封隔器的橡胶筒受到压缩负荷后可以胀大，也可以通过向筒内充入液体而膨胀，然后与套管或井壁贴紧，起到密封和隔离8、筛管或开槽尾管：是地层流体进入测试管柱内的入口通道。
测试管柱力学分析
加载时轴向力分析
B区：在A、B两区的交界附近，管柱上下 端轴向力都有明显的下降现象，这是从平 面弯曲向空间弯曲转变的重要标志。在变 形形状改变时（由平面屈曲到螺旋屈曲）， 管柱发生瞬时跳跃，积累的变形能重新分 布，致使轴向力下降。
加载时轴向力分析
变为空间屈曲后，管柱在弹 性力作用下，仍然具有承载能力，所以整 段管柱并没有直接贴向井壁，而是处于悬 垂状态，偶尔有个别点接触井壁，接触力 也比较小，因此在B区管柱上下两端的轴 向力仍然基本平行，其高度差为管柱自重。 图中显示这一段轴向力上升幅度很小，位 移变化量比较大。
测试管柱分析
为了保证测试的安全性，在测试前，必须 对测试管柱进行强度校核和变形分析，得 出整个系统的综合安全系数，从而可以更 好的指导我们进行测试作业，确保整个测 试过程的安全性。
测试管柱力学分析
引言 垂直井眼中管柱的稳定性和螺旋弯曲分析 测试管柱静力学分析 测试管柱动力学分析
引言
油井管柱是油井试油作业的主要承载和动力 传递构件。在作业或生产过程中，管柱要承受内 压、外压、井底钻压、自重、粘滞摩阻、库仑摩 擦力、井壁支反力、活塞力等多种外载的联合作 用。在这些外力的联合作用下，管柱有可能发生 正弦或螺旋失稳弯曲；并进而使管柱与井壁之间 的法向正压力以及库仑摩擦力急剧增加，严重时 可能发生自锁。特别是在水平井、定向井中，摩
螺旋屈曲阶段
由于管柱较长，D点之后管柱出现螺 旋状变形。此后相当长一段时间，空间螺 旋处于发展阶段，轴向力与变形基本呈正 比（相当于一弹簧），直到E点。在E点附 近，摩擦力的影响又开始显现，从而影响 了变形的进一步发展，造成载荷浮动。
螺旋屈曲阶段
从E点到O点，尽管轴向力上下 浮动较大，但是平均值却变化不大。在这段，轴 向力反复出现峰值和谷值，反映了变形对轴向力 的影响。DE、GH、JK、N0段是能量积累阶段， 轴向力与变形近似呈正比。EFG、HIJ、KLMN 段是释放能量阶段，能量释放（摩擦释热），管 柱缩短（热胀冷缩），使变形向纵深发展阶段， 由于受到摩阻影响，中途出现台阶。可以想象， 如果没有摩擦力影响，E0段将是比较平滑的。
地层测试试油3-4概要
管
柱
机械压力计
(2) 膨胀式裸眼跨隔测
该测试管柱是目前国内外较理想的裸眼跨 隔及裸眼测试的管柱。封隔器的密封性能增强， 测试成功率高。
主要由循环阀、测试阀、取样器、压力计记录 仪、震击器、安全短接、井下膨胀泵、上膨胀封 隔器，组合带孔短接、调节钻铤、下膨胀封隔器 、阻力弹簧等测试工具组成。它是通过旋转测试 管柱膨胀封隔器，然后再通过地面操作测试管柱 来实现开关井，达到测试目的。
膨胀式跨隔测试工具测试原理
关井测压上提钻具
对液力开关施加8.896—22.24l KN的拉力负荷，测试阀即可关闭，进行关 井测压。这样重复上提下放操作可进行多次开关井测试。
平衡压差
测试完后，下放钻具给膨胀泵加压22.241KN，再向右旋转钻具1／4圈， 使膨胀泵离台器啮合，钻具自由下落50.8mm,推动阀滑套下行，使测试 井段与环形空间平衡，充压膨胀通道与环空连通，泵处于平衡－泄压 位置。
1 ） 套管井单 封隔器测试，适 用于套管射孔完 井或套管下部裸 眼测试，封隔器 可坐封在套管中 测试下部层段的 情况。
2、套管井(坐封 套管段)
2）套管井双 封隔器测试
适用于射开多 个层段，选择 其中的一层或 相连的几个层 测试，将上、 下其他层段都 隔开的情况。
2、套管井(坐封套 管段)
应该注意，在管柱配置时，测试阀与反循 环阀的位置必须隔离，防止堵塞。
5)地面流程、放喷管线必须固定牢靠，测试井产出的天然气应点火挠 掉。流动测试应尽可能安排在白天进行；
6)高压油、气井测试，应安装高压控制头、并适当调整油嘴，控制压 力和产量；
7)起测试管柱时，应边起边灌泥浆，防止井喷和井壁坍塌；
8)现场放样时，放样口不能正对着人。
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地层测试管柱（Formation Test Stings）
不同的测试工具，按不同的形式连接，就可以组成不同的测试管柱，以满足不同井的测试要求。
下图是MFE测试工具常用的测试管柱，自上而下分述如下：
1、反循环阀（reversing valve）：在测试结束后，用于替出测试管柱中的地层流体和循环压井。
通常用投棒或蹩压的方法把反循环阀打开，使测试管柱内与套管环空连通，然后从环形空间泵压，将测试管柱内的地层流体反循环出地面。
未进行抽汲的非自喷井测试，反循环替出的油水量计量是否准确，直接影响测试资料的可靠性。
2、上压力计（upper gauge）：上压力计安装在多流测试器的上部，也叫监漏压力计，主要用于监测测试管柱的漏失情况，记录各次开井流动时的压力变化。
在测试工具下井时和测试时的关井期间，若测试管柱不漏失，上压力计记录的应是一条水平的直线。
3、多流测试器（Multi-Flow Evaluator）：是该类测试工具的关键部件，所以也叫MFE，由换位机构、延时机构的取样机构组成。
它借助于测试管柱的上、下运动来打开或关闭的。
测试工具下井时，MFE是关闭的。
终流动结束，在解封后起测试管柱时，取样机构自动关闭，取得地层条件下的流体样品。
4、震击器（shock sub）：当测试管柱下部的筛管或封隔器遇卡时，上提管柱施加一定拉力，可使震击器产生一个强烈的震击力而具有解卡的功能。
5、旁通阀(bypass valve)：旁通阀主要有两个作用，一是在测试管柱在井眼中起下遇到缩径井段时，压井液可从封隔器芯轴内孔经旁通阀的孔流过，使测试管柱顺利起下；二是测试结束时，旁通阀打开，使封隔器上下方压力平衡，便于封隔器解封。
6、安全接头(safety sub)：安全接头是一种安全保护装置，在封隔器及其以下工具遇卡后，用震击器也无法解卡时，可反转测试管柱，从安全接头反扣粗牙螺纹处倒开，把安全接头以上的工具和管柱取出。
7、封隔器(packer)：封隔器起着把测试层与其他层段以及钻井液或压井液隔离开来的作用。
封隔器的橡胶筒受到压缩负荷后可以胀大，也可以通过向筒内充入液体而膨胀，然后与套管或井壁贴紧，起到密封和隔离作用。
8、筛管或开槽尾管(screen pipe or slotted liner)：是地层流体进入测试管柱内的入口通道。
筛管钻有孔，开槽尾管开有槽，其里面还有钻有孔的过滤管。
孔和槽的尺寸较小，一般情况下能阻止流体中携带的泥饼或岩屑颗粒进入工具，以免堵塞测试阀、工具芯轴孔道等。
9、下压力计(lower gauge)：用于测量开井流动压力和关井恢复压力，可对其进行测试资料处理，计算油层参数。
一般要下两支压力计，其中一支的传压孔与测试管柱内部相通，所以叫内压力计；另一支压力计的传压孔直接与测试层相通，叫外压力计。