温度计由哪些部分组成(地层测试工具)

Posted 2023-06-01

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温度计由哪些部分组成(地层测试工具)

目前常用的测试工具有江斯顿MFE地层测试器、APR全通径测试工具、PCT全通径测试工具和膨胀式测试工具。在试油过程中，要按测试类型、井眼、井深、井温、预计产能等多项因素选择合适的测试工具。

壹

MFE地层测试器

MFE（Multi-Flow Evaluator）地层测试器是目前国内最常用的工具，具有操作方便、灵活可靠、地面显示清晰等特点，不仅适用于套管井内的测试，也适用于井径比较规则的裸眼井测试。工具规格主要有95mm（3 3/4 in）和127mm（5in）两种。

MFE地层测试器的工作原理如图1所示。

整套测试工具均借助于钻杆（或油管）的上提、下放来控制测试阀，进行井下开关井。工具下井时测试阀处于关闭状态，到达测试预定深度后，通过管柱施加重力，经过一段延时，测试阀打开；在打开的瞬间，管柱突然下坠25.4mm，这在地面可以直接观察到，表明测试阀已打开，如果要关闭测试阀，只需将管柱上提并略超过自由点，然后下放管柱施加压力即可关井。如此反复上提和下放管柱，可将测试阀重开或重关，获得多次流动和关井期。终流动期结束，在解封起测试管柱时，取样器自动关闭，可以收集到1200cm³或 2500cm³的地层流体样品，供分析化验用。

MFE 地层测试器主要包括 MFE多流测试器、裸眼旁通阀、安全密封、BT裸眼封隔器、PT套管卡瓦封隔器、套管剪销封隔器、液压锁紧接头、断销式和泵出式反循环阀、TR调时震击器、压力记录仪及托筒、Bowen 安全接头、筛管及开槽尾管等。

01多流测试器

多流测试器是 MFE 的核心部件，由换位机构、延时机构和取样机构三部分组成。

1）换位机构

换位机构由花键心轴、滑套和J形销组成。花键心轴外表面铣有换位槽，J形销固定在滑套上，穿过滑套插入换位槽内，如图2所示。

花键心轴与上部钻柱相连，不能转动，只能上下运动。当与钻柱相连的花键心轴上下运动时，J形销沿换位槽转动，滑套由于花键外筒的限制，不能上下运动而只能随之转动，J形销从一个位置换到另一个位置，测试阀也随之从开到关、从关到开变换位置，从而达到多次开关井的目的。

换位槽和J形销的位置及测试阀在各阶段的关系如图3 所示。

（1）下井时，J形销在 A的位置上，测试阀关闭；

（2）测试管柱下到预定位置，下放管柱加压坐封封隔器，多流测试器的花键心轴下行（即换位槽下行），J形销由位置A移到位置B，管柱自由下坠25.4mm，测试阀打开；

（3）缓慢上提管柱，换位槽下行，J形销由位置B移到位置C，测试阀关闭；

（4）下放管柱，换位槽下行，J形销由位置C移到位置D，测试阀关闭；

（5）缓慢上提管柱，换位槽上行，J形销由位置D移到位置A，测试阀关闭；

（6）下放管柱，换位槽下行，J形销由位置A移到位置B，测试阀再次打开。

2）延时机构

延时机构由阀、外筒、弹簧、心轴组成，如图4所示。

阀与外筒间充满液压油。外筒上下内径不一致，上部小，下部大，当与花键心轴相连的心轴带动液压阀下行时，液压阀在外筒的上部小内径处向下运动，阀紧贴阀座，液压油要从阀与外筒间的微小缝隙流过，阻力很大，从而限制了液压阀下行的速度，起到液压延时作用。当液压阀行至外筒下部（此时花健心轴上行）的较大内径处，配合间隙变大，油从阀外周围无阻地泄流，不起延时作用，管柱突然产生 25.4mm的“自由下落”，为测试阀的开启显示。

3）取样机构

取样机构既是取样器，又是开关井的双控制测试阀。取样机构由取样器外壳、取样心轴、花键心轴、延时机构、换位机构、测试阀等组成，如图5 所示。

开井流动时，取样心轴与密封套不密封，地层流体可自由通过，流动结束时，双控制阀把地层样品关闭在取样腔内。取样器可收集2500cm³（127mmMFE）或 1200cm³（95mmMFE）地层流体样品。

02MFE 裸眼旁通阀

裸眼旁通阀接在多流测试器的下方，它有两个作用：

（1）起下钻遇到缩径井段时，钻井液可从管柱内部经旁通阀的孔通过，从而减少起下钻阻力和抽汲力。

（2）测试结束时，旁通阀打开，平衡封隔器上下方的压力，便于封隔器解封。裸眼旁通阀由主旁通阀、副旁通阀和延时阀组成。延时阀由阀、阀外筒、阀心轴、上密封活塞和补偿活塞组成，阀腔内充满液压油。延时阀上提拉伸延时，下放加压不延时。下放管柱坐封封隔器时，由于延时阀不延时，旁通阀立即关闭;而上提测试管柱进行 MFE换位操作时，由于延时阀延时，旁通阀不会立即打开，只要及时下放管柱，就可以保证封隔器的坐封和管柱的密封。当需要解封起钻时，上提管柱施加 89kN 的拉力，延时 1～4min后，即可拉开旁通阀。

03安全密封

安全密封与裸眼封隔器配套组成安全密封封隔器，其作用是在上提下放操作多流测试器进行开关井时，给封隔器一个锁紧力，保持封隔器的密封。

安全密封由活动接箍、阀短节、安全密封心轴、油室外筒、连接短节、止回阀和滑阀总成组成，机构内充满液压油。止回阀即单流阀，与上下油室连通，只允许液压油从下油室流向上油室。滑阀则是靠封隔器上下方的压差来推动的控制阀，控制上下油室之间的一条液压油流道。滑阀的外端受压井液压力作用，内端与工具内腔连通，两端压力平衡时，滑阀处于开启位置，液压油流道是畅通的，当压井液压力大于工具内腔压力1.034MPa时，滑阀将被推至关闭位置，阻断液压油通道，当压差消失时，在弹簧力作用下，滑阀又会回到开启位置。

当测试管柱下到井底加压坐封封隔器时，安全密封封隔器受到压缩负荷作用，活动接箍、阀短节和油室外筒相对安全密封心轴下行，下油室容积减小，上油室容积增大，液压油通过止回阀和滑阀流向上油室。封隔器坐封开井后，工具内腔压力变成液垫压力或地层压力，一般均小于压井液压力，压差将滑阀推至关闭位置。当上提测试管柱操作多流测试器时，尽管会使安全密封受到拉伸负荷，但由于上油室的液压油不能流向下油室，安全密封伸展不开，从而保持对封隔器胶筒的压缩作用，维持坐封状态。

测试结束后解封封隔器时，对旁通阀施加 89kN的拉力，延时几分钟拉开旁通阀，平衡封隔器上下方的压力，滑阀在弹簧力的作用下回到原来的开启位置，重新沟通上下油室，安全密封在拉伸负荷作用下即可解除对封隔器胶筒的压缩作用，也就能解封起钻了。安全密封工作原理如图6 所示。

04BT裸眼封隔器

BT 裸眼封隔器是机械加压支撑式封隔器，用于封隔裸眼井测试层段与环空液柱的通道。一般与安全密封组成安全密封封隔器，也可单独使用。深井测试一般用两个封隔器，上面为安全密封封隔器，下面为 BT 裸眼封隔器。

裸眼封隔器由滑动接箍、滑动头、坐封心轴、胶筒、金属碗、支撑座及下接头组成。当向封隔器加压时，滑动接箍向下滑动挤压胶筒，使胶筒外径膨胀，紧贴井壁，密封环空。同时，其上的金属碗被压平，外径增大，对胶筒下部起支撑作用，同时缩小与井筒的间隔，使胶筒材料不易从此间隔中突出，改善胶筒的受力状况，保护胶筒，保证封隔器的密封可靠。

05PT 套管卡瓦封隔器

PT套管卡瓦封隔器是加压坐封悬挂式封隔器，用于套管井的测试，主要由旁通机构、密封元件和卡瓦总成三部分组成，如图 7 所示。

旁通机构由旁通外筒、上接头、端面密封、密封唇和坐封心轴组成。当封隔器起下时，旁通机构是开启的，可旁通起下钻的液流；当封隔器坐封时，坐封心轴下行，带动端面密封下移，使其与密封唇贴合，将旁通通道关闭，当封隔器解封时，拉开旁通机构便可平衡封隔器上下方的压力。

卡瓦总成包括锥体、卡瓦、摩擦垫块、定位凸耳及弹簧等。坐封心轴下部外表面铣有“自动槽和人工槽”两道换位槽。当封隔器下井时，摩擦垫块与套管壁紧贴，定位凸耳在换位凸耳换位槽短槽内，胶筒处于自由状态。当需要坐封时，右旋管柱，在摩擦垫块与套管间的摩擦阻力的作用下，卡瓦总成与坐封心轴间产生相对转动，定位凸耳由短槽进入长槽，下放管柱心轴，与卡瓦总成间产生纵向相对运动，卡瓦张开支撑在井壁上，而后旁通关闭，胶筒压缩膨胀，将环空与地层隔开。解封时，先拉开旁通，平衡封隔器上下的压力，然后继续起钻即可。

06套管剪销封隔器

套管剪销封隔器与卡瓦封隔器配合使用，在套管井跨隔测试中作为上封隔器。它由上接头、旁通密封环、心轴、隔环、胶筒、剪销及花键外筒等组成。由于剪销的存在，它可以传递一定的钻压。当卡瓦封隔器坐封后，继续施加较大的压缩负荷时，剪销封隔器的剪销剪断，剪销封隔器坐封，从而对测试层进行跨隔测试。解封时，直接上提拉开旁通通道即可。剪销封隔器的结构如图8所示。

07液压缩紧接头

液压缩紧接头是用于套管井测试的锁紧装置，能对套管封隔器起液压缩紧作用。它由外筒、心轴、浮套密封活塞及下接头组成，如图 9 所示。

液压缩紧接头直接接在多流测试器的下部，在起下钻过程中，由于液柱压力的作用，心轴被往上推，上顶多流测试器取样器心轴，使测试阀保持关闭。在上提管柱进行换位操作时，心轴受向上的液压作用力而向上运动，可能会使封隔器解封，此时液压锁紧接头将产生向下的锁紧力，使外筒和下接头同时受向下的液压作用力，相当于在封隔器上增加了部分钻压，帮助封隔器保持坐封。

08断销式和泵压式反循环阀

反循环阀是测试结束后借助外力开启的循环阀，一般接在多流测试器上方1～2根立柱处，可进行反循环，也可以进行正循环。常用的反循环阀有断销式和泵压式两种。

（1）断销式反循环阀，即一个接头上装有两个带密封圈的断销塞，当需要进行循环时，从井口向测试管柱内投入一根冲杆（投杆）砸断断销塞，构成两个循环通道，进行反循环，其结构如图 10 所示。

（2）泵压式反循环阀是备用反循环阀，可与断销式反循环阀采用同一个接头。在下钻和测试过程中，靠环空压井液压力和剪销共同作用，保持关闭状态。当需要进行循环时，可从在地面向测试管柱内加泵压，将泵压式反循环阀循环孔中的导盘、铜片压破，形成循环通路，其结构如图 11 所示。

断销式和泵压式两种反循环阀一般共同使用，当断销砸不开时，就打开泵压式反循环阀，以保证循环的进行。

09TR 调时震击器

MFE 系统所用的TR 调时震击器属于油压上击器，是促动封隔解卡的装置，由上接头、调时螺母、花键接头、折式锁键、分级阀、阀外筒、补偿活塞、上心轴和下心轴等组成。当封隔器及以下测试管柱遇卡时，上提管柱施加一定的拉力，使震击器产生巨大的震击力，从而帮助下部钻具解卡。TR 调时震击器是裸眼测试必备的解卡工具，通过调节其调整螺母，可调节震击器的震击时间。

10压力记录仪及托筒

MFE 系统一般使用 200-J压力记录仪，它是一种活塞—弹簧式机械记录仪，具有性能稳定、精度较高、抗震性能好、耐高温、量程范围大、维修保养工作量小等特点。200-J压力记录仪由压力装置、记录装置和温度计三部分组成。压力装置包括隔膜、波纹管、液压油、张力弹簧、活塞等，被测压力作用在隔膜上，经波纹管传递给液压油，再作用在与精密螺旋形相联的活塞上，弹簧被拉长，活塞位移与压力大小成一定比例。记录装置包括记录笔、记录筒、记录卡片、 T型时钟等。其中，T型时钟有多种不同额定运转时间的型号；记录筒在时钟带动下旋转，筒内装有金属记录卡片，记录笔装在活塞杆端部随活塞杆上下运动，并压在卡片上，记录筒的旋转运动和记录笔的上下运动就会在卡片上划出压力记录曲线。200-J的温度计是一种留点式最高温度计，装在一个保护套内，再装到压力计的下接头内。

压力计拖筒是压力记录仪的载体，它既可以传递扭距，又可以传递拉伸负荷。压力计装在托筒内，上部与压力计接头连接。压力计接头与托筒上接头各有两个传压孔，当要记录管柱外压力时，用丝堵堵死压力计接头上的传压孔，需记录管柱内压力时，则堵死托筒上的两个传压孔。

11Bowen 安全接头

Bowen安全接头是一种安全保护装置，当封隔器及其以下工具遇卡，用震击器也不能解卡时，可反转钻柱，从安全接头反扣粗牙螺纹处倒开，将安全接头以上的工具和管柱提出。安全接头一般接在封隔器的上方或震击器的下方，由一个上外螺纹短节、一个下内螺纹短节和两道O形圈组成，上外螺纹短节和下内螺纹短节间用特殊的粗牙螺纹联结。安全接头可以接在管柱的任何部位，既能承受轴向负荷，也能传递正反向扭距，不受震动和惯性的影响，只有采用专门的解脱方法才能脱开，并且很容易重新对接。

12筛管及开槽尾管

筛管和开槽尾管是地层流体进入测试管柱的第一个通道。筛管一般用钻铤制成，管身上钻有许多小孔。开槽尾管的管身开有许多槽，内部还有已带孔的过滤管。筛管不仅提供流体通道，而且在裸眼支撑式测试和跨隔测试中还起支撑封隔器于预定位置的支撑作用。开槽尾管一般用于单封隔器套管测试，悬挂在封隔器下边，其下还可挂接压力计。

13安全注意事项

测试工作必须注意安全，注意事项如下：

（1）测试井眼必须畅通无阻，井眼不得有狗腿、键槽和井壁坍塌、缩经等现象;套管井不得有套管变形、破裂及窜槽等缺陷。

（2）调节好钻井液性能，裸眼测试时，要适当加入防卡剂，保证测试时不卡钻柱。

（3）根据测试地层岩性，采取合适的负压差，严防负压差过大，造成井壁坍塌，埋卡封隔器下部支撑管。

（4）所有井下工具及管柱的螺纹连接必须拧紧，严防渗漏。

14常用管柱结

（1）套管测试管柱如图 12 和图 13 所示；

（2）裸眼测试管柱如图14所示。

贰

APR 全通径测试工具

APR全通径测试工具在不动测试管柱的情况下，利用控制环空压力来实现多次开关井，是一种只能在套管内使用的环空加压式测试工具。该类工具特别适用于海洋浮船、自升式钻井平台、固定平台，以及陆地定向井、丛式井、水平井和高压高产油气井的套管井测试。由于全通测试工具整个测试管柱中的内径大于57.1mm，一旦测试阀打开，整个管柱内就畅通无阻，因此，特别适用于高产量的油气井测试。可与酸化、压裂等措施联作，一趟管柱完成测试、酸化（压裂）等多项作业；可进行各种绳索作业，进行直读、PVT取样，生产测井，下入挠性油管排液等，还可与TCP及举升泵配合进行各种联合作业。因此，APR钻柱测试工具在全世界各大油田特别是海洋石油公司受到普遍欢迎。

APR测试器优点如下：

（1）适用范围广。

它适于海上浮船、自升式钻井平台、固定平台、陆地大斜度井、高温深井及各种复杂井况的测试。φ127mm（5in）APR设备更适合于7in以上技术套管井的常规及联作测试。

（2）操作简单、成功率高。

APR 测试设备操作压力低，不活动管柱，只从环形空间加压或泄压控制井下测试阀的开关，不会因测试阀开关不到位导致测试失败，更不会因井底压力过高上提管柱时封隔器上移关不上井导致测试失败，操作简单方便，成功率高。

（3）利用 APR工具测试较为经济。

APR是全通径测试设备，可实现射孔、酸化（压裂）、排液等工艺的联作，缩短作业时间，节约作业成本。

（4）安全和环保。

APR 工具坐封后井口必须控制好了才能把井打开，这就杜绝了井喷带来的危害；同时该设备一趟管柱可进行多层试油，位置固定时间长，运输动用设备少，安全方面也有保障。

基本的APR 测试系统包括LPR-N测试阀、RD循环阀或RD安全循环阀、放样阀、 RD取样器、伸缩接头、BJ震击器、全通径伸缩接头、全通径液压循环阀（OMNI 阀）、 RTTS 循环阀、RTTS安全接头、RTTS封隔器、液压旁通阀、全通径压力计托简等，如图15 所示。

01 LPR-N 测试阀

LPR-N测试阀是该工具的开关井控制主阀，在地面预先充好氮气，球阀即处在关闭位置，工具下到预定位置封隔器坐封后，向环空加预定压力，压力传到动力芯轴，使其下移，带动动力臂使球阀转动，实现开井。需关井时，释放环空压力，在氮气压力作用下，动力心轴上移带动动力臂，使球阀关闭。如此反复操作，可实现多次开关井。

LPR-N阀主要由球阀、氮气动力和计量三部分组成，如图16所示。

球阀部分主要由上球阀座、偏心球、下球阀座、控制臂、夹板和球阀外筒组成。球与球阀座之间为面密封。球在控制（动力）臂作用下，可做90°转动，实现开启与关闭的转换。

氮气动力部分主要由动力短节、动力心轴、动力外筒、氮气腔、充氮阀体和浮动活塞组成。根据地面温度、井底温度及静液柱压力，在地面对氮气腔充氮到预定压力，此压力作用在动力心轴上，使球阀在工具下井时处于关闭状态。工具下井过程中，在补偿活塞作用下，球阀始终处于关闭位置。封隔器坐封后，环空加压，压力作用在动力心轴上，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。释放环空压力，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。

计量部分主要由伸缩心轴、计量短节、计量阀、计量外筒、硅油腔、平衡活塞组成。平衡活塞一端连硅油腔，另一端与环空连通。下钻过程中，下硅油腔的压力与液柱压力同步增加，当下硅油腔的压力超过上硅油腔 2.8MPa时，计量阀延时导通，油从下硅油腔流向上硅油腔，浮动活塞上行压缩氮气，氮气腔压力增高，通过动力心轴传递给动力臂，使球阀保持关闭，工具下井过程中氮气腔与上硅油腔压力平衡，上硅油腔压力始终比下硅油腔压力低 2.8MPa左右，处于动平衡状态。封隔器坐封后，环空加压，由于计量阀的延时导通作用，上下硅油腔间压力还未平衡时，动力心轴下移带动控制臂下行，使球阀转动打开。

02 OMNI阀

OMNI 阀是一种多次循环阀，在工具管串入井坐封后，对环空进行加压、泄压的操作，变化的压力通过传压孔推动其换位心轴运动，从而分别带动 OMNI阀循环孔及球阀的开闭并使该阀呈现不同的功能状态。该阀运动一周共有 15 个停留位置，其停留位置依次为测试位置（循环孔关闭，球阀开启）、过渡位置（循环孔关闭，球阀关闭）、循环位置（循环孔开启，球阀关闭）以及过渡位置（循环孔关闭，球阀关闭）。因此，在加入了OMNI阀的 APR测试管柱中，利用其不同的功能状态反复出现的特点，使测试管柱可以完成酸化替液、气举诱喷等特殊的作业。

在与LPR-N阀联合使用的工艺技术中，将OMNI阀加在LPR-N上方。因LPR-N阀已经具备了球阀，因此在入井之前将OMNI阀的球阀部分去掉，这样一方面简化了工具结构，降低了作业风险；另一方面，由于去掉了球阀部分，使OMNI阀的实际操作压力低于 LPR-N 阀，更有利于地面对两阀的分别操作。

（1）OMNI阀的应用形式非常灵活，根据具体的管柱结构和不同的测试目的，在天井的时候可以选择不同的功能状态入井，同时也可以有选择性的决定是否装配其球阀部分。

（2）常规的 APR 测试管柱中加入了OMNI阀，可以利用一趟管柱完成射孔、测试、酸化、气举排液等多项功能，形成了功能最为强大的一种 APR 完井测试技术。

（3）虽然在理论上LPR-N阀和 OMNI 阀的操作压力是相同的，但二者的加压方式却是不同的。另外，根据实际使用经验，去掉球阀部分的OMNI阀其操作压力会低于理论计算值。因此，在二者联合使用的时候，通过不同的加压方式，可以实现分别操作的目的。

（4）OMNI阀球阀不能作为关井阀使用。特别是在单独使用 OMNI阀的时候，即使装配了球阀部分，也不可利用其进行井下关井，否则除了可能造成工具损坏之外，也不利于资料录取的完整性。

（5）OMNI 阀因其功能状态多，心轴换位停留位置多，容易造成地面操作不到位和难判断其功能状态的情况，因此，对于 OMNI 阀的操作一定要小心谨慎，仔细观察油套变化并准确记录加、泄压操作次数。

03RD 安全循环阀

RD安全循环阀是靠环空压力操作的全通径安全阀，主要用于测试后期封闭测试管柱和反循环出回收液。RD安全循环阀是在 RD循环阀基础上增加球阀而成，其作用等同于 APR-M2 阀，而 RD 循环阀的作用等同于APR-A阀。作为安全阀，它可以在测试的任何时间关闭测试管柱，同时打开循环孔，进行循环和反循环作业。

RD 安全循环阀结构分为循环部分、动力部分和球阀部分三部分。

（1）循环部分有循环孔，下井测试期间被剪切芯轴上部密封。剪切芯轴由剪销固定。

（2）动力部分提供操作剪切芯轴和下部球阀所需的动力。剪切芯轴与压差外筒间构成一气室，气室内压力基本上只是地面组装时封闭进去的大气压力。剪切芯轴台阶上部空间与环空之间由破裂盘隔开。剪切芯轴由剪销固定。当环空加压使破裂盘破裂后，环空压力就作用到剪切芯轴台阶上，使剪切芯轴向下移动，剪断剪销，打开循环孔，同时推动球阀转到关闭位置。

（3）球阀部分包括球阀总成，操作臂和弹簧爪。当剪切芯轴下移时，被限定在剪切芯槽内的弹簧爪随其一起下移，推动操作臂使球阀转到关闭位置。当走完转动球阀所需的行程后，弹簧爪张开，剪切芯轴可以继续下移，直至打开循环孔。

RD 安全循环阀也可以拆掉球阀部分，成为 RD 循环阀。

破裂盘的实际破裂压力随温度的增加而减小。即使名义破裂压力相同，生产批次不同，其实际破裂压力也不一样。破裂盘包装盒内的标签除注明批号、零件号、名义破裂压力外，还标明了该批次破裂盘在某一特定温度下的平均破裂压力。平均破裂压力是在同一批次内抽检一定数量，经实际测试得到的。

使用注意事项：

（1）RD安全循环阀总是接在测试阀上面的，当包括球阀部分时，一定要在其下面接放样阀；

（2）在确定 RD安全循环阀的操作压力时，要比 LPR-N 测试阀的最大操作压力高出 7～10MPa。当接有RD 取样器的时候，要比RD取样器的最大操作压力高出7～10MPa；

（3）组装 RD安全循环阀时，注意不要使气室内存有过量的黄油，否则循环孔可能无法完全打开，甚至球阀都可能无法完全关闭。

04RD取样器

RD 取样器用于套管井测试过程中获取井下流体样品。它的操作是通过对环空加压到一定压力来实现的。这是一种全通径取样器，并且在取得样品之后也能保持全通径。而且在一次测试中可下入多个取样器进行不同时期的取样。

工具中有一上下面积不等的取样芯轴，取样芯轴由剪销固定。当环空加压使破裂盘破裂后，环空压力作用到取样芯轴中部台阶的下面，推动取样芯轴上移，取样芯轴剪断剪销，封闭取样腔，取得井下流体样品。当取样芯轴到达行程顶部后，会被顶部的锁块锁定。放样时，从中部的加压孔加水压，驱动顶替活塞将样品从上部的取样孔顶出。

RD 取样器结构特点：

（1）做 PVT分析时，不使用水银放样，符合 HSE 要求；

（2）可下入多个取样器进行不同测试时期的取样；

（3）取样腔容积精确，放样后取样腔内剩余样品很少；

（4）可以直接在取样器上测定样品泡点压力。

05滑套式放样阀

当测试最后一次流动结束，RD安全循环阀和LPR-N阀都关闭后，就会在RD安全循环阀和LPR-N阀之间的钻柱内封闭一部分地层流体样品。工具起到地面后，必须放出这部分样品，且泄掉其间的高压，否则易引起安全事故。滑套式放样阀就接在RD安全循环阀和LPR-N阀之间，用于放出这部分样品，回收样品的体积由RD安全循环阀和LPR-N阀之间所加的钻铤数决定。

滑套式放样阀结构与工作原理：滑套式放样阀上的滑套上有放样孔，平时与下接头上的放样孔处于错位状态，互不连通。放样时，转动放样螺帽，通过放样螺帽与滑套之间的螺纹带动滑套，使滑套上的放样孔与下接头上的放样孔正对，即可放出样品。

06APR-A 反循环阀

APR-A反循环阀由上接头、中心短节、下接头、剪切套、剪销和剪切心轴等组成，如图17所示。

其工作原理是：下井时，APR-A反循环阀的剪切心轴被剪销限定在循环孔关闭的位置。测试结束后，向环空加压剪断剪切销，剪切心轴下行，循环孔打开，实现反循环。APR-A反循环阀的操作打开压力一般设定为高于LPR-N 测试阀的操作压力 10.3MPa左右。

07APR-M2 阀

APR-M2 阀是一种可以作为循环阀、安全阀和取样阀的多功能阀，由循环部分、动力部分和取样器三部分组成，其结构如图18 所示。

其中，循环部分由上外筒、循环管、压缩心轴、回复弹簧、循环接头等组成，动力部分由剪切套外筒、剪切套、剪销、剪切套盖、压差外筒、压差心轴等组成，取样器由球阀部分和放样部分组成。

其工作原理是：APR-M2 阀的操作压力一般设定在高于 LPR-N测试阀6.9MPa。终流动后，继续向环空打压，动力心轴剪断剪销向上运动，使球阀关闭，取得流动末的地层样品，实现 APR-M2阀的取样功能;动力心轴继续上行，撞击密封心轴，密封心轴上的限位销被剪断，回复弹簧推动动力心轴向上运动，循环孔打开可以进行反循环，实现了APR-M2阀的循环功能；在关闭取样器的同时，弹性卡箍滑入锁定槽内，使球阀一直处于关闭状态，这就是 APR-M2 阀的安全功能。

APR-M2 取样循环阀卸掉一个球阀即可改装为 APR-M2 循环安全阀。

APR-M2阀的底部有一根带槽心轴，又称为下锁管。在下锁管槽的上方套着一个弹性卡箍，如果下锁管向上弹性卡箍就会掉入槽内，将下锁管锁住，使其不能上下运动。

08BJ震击器

BJ震击器属油压上击器，当震击器以下工具遇卡时可帮助解卡。BJ震击器由震击心轴、花键外筒、液压缸、震击锤、计量套、计量锥体、计量调节螺母、压力平衡活塞、下心轴和下接头组成，如图19 所示。

其工作原理与TR震击器基本相同，所不同的是：操作震击器时，上油室的液压油可以从两条通道流入下油室，一条是计量套与液压缸之间很小的间隙，另一条是计量锥体与计量套下部的内圆锥面之间的间隙。通过计量调节螺母调节计量锥体与计量套下部的内圆锥面之间的间隙，可以改变震击器的液压延时时间。

09全通径伸缩接头

全通径伸缩接头的作用是在管柱中提供一段伸缩长度以帮助补偿浮式钻井船的上下浮动，确保伸缩接头以下工具上的钻压保持恒定。该工具也可以与常规测试工具管串组合，接在测试器以下，进行常规测试。在测试期间，当操作钻杆使测试阀换位时，提供一段自由行程，有利于开关井的操作。伸缩接头的应用包括裸眼测试、套管测试和挤水泥、施行增产措施等。

伸缩接头的工作原理是：当浮式钻井船向上运动时，钻杆将伸缩接头拉长，于是管柱的内径容积增加。同时，在伸缩接头内的一个压差活塞将同样量的液体排入管柱内，结果内净容积没有变化。相反，浮式钻井船向下运动则排出流体。

全通径伸缩接头的一个主要特点是拉伸和压缩过程中净容积不发生变化，能最大限度地缩减压力激动。

每个伸缩接头的最大伸缩行程为1.524m，其主要用途是为钻柱提供一伸缩长度，确保在测试过程中封隔器承受足够的钻压。

10RTTS反循环阀

RTTS反循环阀由上接头、换位机构外筒、凸耳心轴、开孔心轴、本体、O形圈和下接头组成。RTTS反循环阀是一种同时可作为循环和旁通阀的锁定开、关型工具，它与RTTS封隔器配套使用。起下钻时，RTTS反循环阀处于打开状态，起旁通作用，封隔器坐封时， RTTS 反循环阀自动锁定于关闭位置。

下井时，将凸耳锁定于打开位置，循环阀起旁通作用；坐封封隔器时，循环阀的旁通自动锁定于关闭位置;测试结束后，右旋管柱 I/4圈，上提管柱到坐封前的方余（方余是指下井管柱遇阻或达到预定深度时，管柱在四通上法兰面以上所剩余的长度），然后左旋管柱 1/4 圈，旁通阀锁定于打开的位置。

11全通径液压循环阀

全通径液压循环阀主要由延时计量系统和旁通部分组成，如图20 所示。

延时计量系统由浮动活塞、花键外筒、短节、计量套、计量及加油外筒、锁定活塞和硅油等组成，旁通部分由循环套、循环外筒和下接头组成。

全通径液压循环阀可接于测试阀以上或测试阀以下。当接于测试阀以下时，该工具作为封隔器的上下旁通，在插入生产封隔器时，帮助释放测试阀以下升高的压力；当接于测试阀以上时，可在测试后作为循环阀使用。

操作全通径液压循环阀时不需要旋转。当对工具施加钻压后，液压计量装置延时约 2min，以关闭旁通孔，延时机构保证在旁通孔关闭前使RTTS封隔器坐封或插入生产封隔器，上提不延时即可打开旁通。

12RTTS 安全接头

RTTS安全接头由上接头、心轴、反扣螺母、外筒、O形圈、短节、张力套和下接头组成。

RTTS安全接头接于封隔器之上。当封隔器遇卡时，上提管柱对其施加拉力，使张力套断开，然后右旋并上提下放管柱，使安全接头倒开，起出安全接头以上的管柱。

13RTTS封隔器

RTTS 封隔器是一种全通径套管封隔器。它本身带有圆形水力锚，可用于测试、挤水泥和酸化压裂作业，也可以卸掉水力锚换上测试接头，用于一般的测试作业。RTTS封隔器由丁槽机构、机械卡瓦、胶筒和水力锚组成。它与P-T封隔器的主要区别是带有水力锚而自身不带旁通。其结构如图21 所示。

封隔器下井时，机械卡瓦部分的摩擦垫块始终与套管内壁接触，换位机构里的凸耳位于J形槽短槽的下端，胶筒处于自由状态。当封隔器下到预定井深时，先上提管柱使凸耳滑到J形槽短槽的上端，接着右旋管柱，使凸耳滑到J形槽长槽位置，下放管柱时，凸耳就在J形槽的长槽里滑动，而卡瓦部分由于摩擦垫块与套管壁之间的摩擦力，不再随之运动，卡瓦锥体随管柱下行将卡瓦张开，使卡瓦上的合金卡瓦牙嵌入套管壁，支撑整个管柱的钻压，继续下放管柱使胶筒受压膨胀，紧贴套管壁形成密封。

当封隔器下部压力大于胶简以上的静液柱压力时，下部压力将通过容积管传到水力锚，使水力锚伸出，将封隔器上部锚定在套管壁上，防止封隔器上窜。要解封封隔器时，先上提管柱打开循环阀，使胶筒上下压力平衡，水力锚在弹簧力作用下将自动收回，再继续上提，卸去胶筒上的负荷，胶筒恢复自由状态，卡瓦锥体上行，卡瓦随之收回，凸耳也从长槽沿斜面回到短槽，此时便可将封隔器起出井筒。

14全通径压力计托筒

全通径压力计托筒由接头、上挡圈、下挡圈和下接头组成，其作用是携带两支压力计和温度计，并保持工具的全通径，有利于其他作业。

叁

PCT 全通径测试工具

PCT 全通径测试器跟APR 测试工具一样，也是靠环空加压、泄压来实现井下开关井的。它主要用于斜度较大的定向井或海上浮船测试，一次下井能进行测试-酸化-再测试及各种绳索的综合作业。由于工具内径大，也适用于高产井测试，并有解除地层污染的作用。

PCT全通径测试管柱中的断销式反循环阀、震击器、安全接头、可回收封隔器、筛孔尾管及记录仪与常规MFE测试管柱中的工具相同。下面对其主要部件PCT全通径测试阀、液压标准工具（HRT）的结构和原理进行说明。

01PCT 全通径测试阀

PCT全通径测试阀是该工具的核心，主要由外筒、取样器、控制心轴弹簧、氮气室和平衡活塞等组成，如图22所示。

其工作原理是：当向环空泵压时，压力通过传压孔传入控制心轴，控制心轴带动凸耳心轴下移，轴上的凸耳在球阀操纵器的凸耳槽里滑动使操纵器转动，球阀操纵器的顶端偏心销嵌在球阀槽里，当操作心轴沿工具轴向转动时，球阀操纵器上的偏芯销也随之转动，偏心销在球阀槽里又带动球阀沿球阀的轴向翻转90°，使球阀转到开启位置。当环空泄压后，氮气压力、弹簧张力和静液柱顶力使控制心轴上移，凸耳心轴、球阀操纵器与环空泵压时运动方向相反，球阀又开始从开启位置回到关闭位置。这样反复泵压、泄压就可以实现测试阀的多次开关，从而起到开关井的作用。

02HRT液压标准工具

HRT液压标准工具是由压力基准阀、液压延时机构、控制阀和旁通阀组成，它直接接在 PCT测试器的下面。HRT有两个基本功能：一是将液压传至PCT操作部分；二是减少对测试层的冲击和抽汲压力，测试结束平衡封隔器压力。

图 23 是 HRT的结构和作用原理图。

下井时压力基准阀是打开的，钻井液柱压力经此阀作用在 PCT 氮气室平衡活塞的下部，保证控制心轴上下压力平衡，使滑阀保持关闭状态。控制阀在起下工具时是关闭的，只有在测试时打开。旁通阀是起下工具时提供钻井液流动的通道，当封隔器坐封时，靠管柱施加压力（所加压力查 HRT推荐负荷图），延时 3～ 5min，HRT心轴下移，关闭压力基准阀，关闭旁通阀，打开流动控制阀。测试结束后，上提管柱，拉伸 HRT，使压力基准阀和旁通阀打开，控制阀关闭，即可解封封隔器，起出测试管柱。

03伸缩接头和安全阀

伸缩接头和安全阀的作用和工作原理与 APR测试工具的伸缩接头和安全阀的作用和工作原理相同。

肆

膨胀式测试工具

膨胀式测试工具主要用于砂泥岩裸眼井测试，因为该类封隔器胶筒有较大的膨胀度和较长的密封段，能有效的封住不规则的井壁。它既可以进行单封隔器的单层测试，也可以进行双封隔器的跨隔测试，并且可以一次下井进行多层次的测试。

目前膨胀式测试工具种类较多，国内引进的主要是莱因斯膨胀式测试工具和曼德利膨胀式测试工具。这里主要介绍曼德利膨胀式测试工具。

01液压开关工具

液压开关工具是一种井下开关阀，通过地面操作钻柱实现井下开关井，另外，在测试结束时圈闭地层流体（必须连接取样器）。它主要由液压延时部分、井下开关阀和力矩传递部分组成，如图 24 所示。

液压开关工具具有以下特点：

（1）测试阀延时打开；

（2）开井有“自由下落”，地面显示明显；

（3）开关井工具处于自由拉伸状态；

（4）可进行多次开关井。

开井时向液压工具加压80kN，延时2～3min，开井指重表指针有明显跳动，浅井内能感觉到钻具轻微跳动，上提钻具超过自由点悬重10～20 kN即可关井，然后下放钻具至自由点悬重，即完成关井动作，关井期间钻具处于自由拉伸状态，封隔器不承受钻具重量。

液压工具延时原理与MFE工具相似，延时阀的一个端面坐封在延时心轴的阀座面上，且密封严密，液压油不能从此通过。当延时心轴受压时（开井过程），延时阀由液缸的上端向下端移动，下缸室里的液压油通过延时阀与液缸之间0.35mm的缝隙进入上油室，阻力很大，延时阀心轴向下移动的速度很慢，从而实现延时目的。延时阀向下移动一段距离后，进入缸体扩径部位，缝隙突然增大，下油室的油无阻力流入上油室，延时阶段储集在钻柱上的能量突然释放，井下测试阀打开，同时地面呈现"自由下落"现象。关井时上提钻具，上油室的液压油经延时阀与阀座打开的缝隙和阀与心轴之间的缝隙进入下油室，不延时。

02取样器

取样器主要由上接头、下接头、放样器、放样塞、夹套、心轴组成，如图25 所示。

取样器连接在液压工具下部，在关井期间保存流动压力条件下的地层流体样品。取样器的关闭、开启动作是依靠液压开关井工具的取样心轴上下运动来实现的。当打开取样器时，取样器两端的阀打开；液压开关工具关闭时，取样器两端的阀同时关闭。

03伸缩接头

伸缩接头主要由导向心轴、外筒、上接头、下接头组成，如图26 所示。

伸缩接头安装在取样器下部，工具下井时处于自由拉伸状态，开井时处于压缩状态。伸缩接头使测试管柱在开关井时增长了0.5m自由行程，为地面正确判断自由点提供了依据，也可通过它判断伸缩接头上部管柱是否被卡。在自由行程范围内，管柱向上或向下运动 0.5m，而悬重不变，说明伸缩接头上部管柱未被卡。

伸缩接头也为因少量坍塌物沉积造成的管柱卡钻的解卡提供了手段。其方法是：下压管柱，使卡点部位的管柱在受压状态下走完伸缩接头的行程，受卡部位的管柱强行通过卡点，实现解卡。

04膨胀泵

膨胀泵从环空吸取压井液，增压10.5MPa后，通过压井液增压液流通道，输送入封隔器胶筒内腔，使封隔器内腔压力高于封隔器外部压井液静柱压力，迫使封隔器胶筒膨胀。

膨胀泵由动力驱动和液压增压两大部分组成。缸套、活塞、泵吸入阀（图27）、泵排出阀（图28）、下接头等组成泵的增压部分；操作心轴、凸轮轴、凸轮、扶正套、扶正轴承、承载轴承等组成泵的驱动部分。泵体内各运转件，利用心轴的油腔存储的润滑油润滑。操作心轴上还装有一个止回棘，用于传递反扭矩，卡钻时倒开安全接头。

动力部分下端采用了凸轮结构，凸轮带动四个柱塞运动，从而将动力部分的旋转运动转化为柱塞的纵向往复运动，凸轮每旋转一周，就有一个柱塞完成一次往返运动，每个柱塞都对应地配有一个吸入阀和一个排出阀。当柱塞向上运动时，压井液滤液在压井液压力作用下经吸入阀进入液缸，当柱塞向下运动时，缸内液体增压，经排出阀排出。每个吸入阀的下端装有一个安全阀，当排出的液体超过安全阀预调释放压力时，安全阀开启后泵卸载，不再排出液体。

05滤网

滤网连接在膨胀泵的吸入端，可过滤掉膨胀液中的固体颗粒。滤网由滤网总成、外连接管、中流动套、内流动管组成（图29），相互之间隔成三条通道。

滤网由形状似等腰梯形的钢丝缠绕成圆柱形，钢丝与钢丝之间的间隙约为0.34mm。可以过滤钻井液中大于 0.4mm的固体颗粒。在入井前务必要认真清洗掉滤网上的固体物，确保下井后的过滤效果。滤网是易损件，可单独进行更换。

06释放系统

释放系统连接在上封隔器的上部，测试结束时释放封隔器胶筒内的膨胀液。其作用是：

在膨胀液作用下，提升下部钻具，形成封闭的膨胀通道，使封隔器胶筒膨胀;释放胶筒内腔的压力，使封隔器胶简收缩。

释放系统主要由活塞、释放总成、泵出阀总成、流通心轴等组成，如图 30 所示。

沿活塞轴线方向有一孔道，是钻井液增压通道，此孔道的压井液进出口称为“H”口，活塞面积为76.23cm²。当泵工作后，钻井液膨胀液进入活塞下端的缸内，而活塞的另一端承受压井液静液柱压力，活塞两端压力之差为10.5MPa（预设值），此力举起下部约78.4kN的工具及钻具重量，下部工具向上移动，直至活塞的"H"孔进入外筒里。与此同时，系统的下接头接触泵出阀的阀杆，迫使阀离开阀座，泵出阀打开，膨胀液从系统进入封隔器胶简内腔。

测试结束，活塞下端钻具被锚定。上提钻具时，外筒上移，活塞不动，缸内压力升高。当压力增至预调释放压力时，释放阀开始释放压力，外筒上移，直到活塞的“H”孔露出环空，封隔器胶筒内腔膨胀液释放到环空中，胶简收缩。

07上封隔器

上封隔器处于测试层段上部，坐封后可把测试层段与压井液隔开。开井时，地层流体进入上封隔器上接头。与常规封隔器相比较，其膨胀胶筒有较大的膨胀系数及较长密封长度，能在不规则、椭圆井眼中密封，也能在冲蚀段及软地层井眼中密封，并且其生产测试通道与封隔器合为一体。上封隔器由上接头、心轴、胶筒、下接头等组成，如图31所示。

08下封隔器

下封隔器在管柱中可将测试区段与环空隔开，或坐封在目的层段的上部和下部。当用双封隔器进行跨隔测试时，下封隔器连接在间隔钻铤的下部。从泵泵出的膨胀液进入胶筒后膨胀密封井壁。当其完全膨胀后，将测试层段与封隔器胶筒下部区域安全隔开。它有膨胀通道和旁通通道两个通道。下封隔器由上接头、胶筒、下接头、心管、心管接头等组成，如图32所示。

09牵簧

牵簧由下接头、连接筒、上接头、弹簧片、弹簧销等组成，如图33所示。

它连接在下封隔器的下部，下钻过程中，牵簧的四块弹簧紧贴井壁，在膨胀泵工作早期，牵簧的作用是阻止膨胀泵以下工具随同钻具一起转动，为膨胀泵提供反扭矩，直到封隔器的胶简膨胀与井壁贴紧。

伍

PCT 全通径测试工具

油管输送射孔—测试联合作业就是将油管传输射孔工具（管柱中的射孔部件主要是射孔枪、点火系统、减震器等）与测试工具（MFE、PCT、APR等）有效地组合成一套管柱，一次下井完成射孔和测试两项作业。此技术兼有油管输送射孔和钻柱测试技术的优点，可以对各种复杂的井，如大斜度井、定向井、稠油井、含硫化氢井、高温高压井等，进行负压射孔，使射孔孔道得到很好的清洗，提高射孔流动效率，在不发生射孔液污染的情况下，立即进行地层测试，管柱一次下井完成了射孔、测试两项作业，减少起下管柱次数，减轻劳动强度，缩短施工周期，可以加快勘探开发的步伐，使测得的资料能更真实地反映地层情况，为评价油气藏提供可靠的依据。

01 射孔枪

射孔枪是射孔弹的载体，主要由枪身、弹架射孔弹、导爆索和固定件组成，它的类型决定了射孔弹的尺寸、孔密、射孔相位等多项射孔要素。为了提高穿透深度、在枪身上钻有规则的盲孔，组装好的射孔弹正好与盲孔相对，发射时，射孔弹穿透盲孔薄壁再穿透套管，射出孔道。

02 点火系统

下钻过程中，点火头处于安全锁定状态，待准备工作结束，射孔枪对准油层后，通过外力起爆点火头内的雷管，进而引爆下面的射孔弹，从而进行弹孔。点火系统的选择取决于测试目的和井的条件。点火系统的选择影响管柱的设计，而测试管柱的能力和要求也影响点火系统的选择。

点火系统可分成电子激发型、机械激发型和压力激发型三类。

1）电子激发型

电子激发点火系统的管柱是全通径管柱（最小内径为47.6mm），点火头的通路直接与湿式电缆接头接触。如果在斜井中射孔，应防止点火头面上的岩屑沉积。

2）机械激发型

机械激发点火系统都是从地面操作，释放金属投棒，投棒在测试管柱内下落，撞击点火头引爆。这类点火头只适于与全通径测试工具配用，具体又分为直接投棒式和安全投棒式两种。

（1）直接投棒式：投棒碰撞撞针，剪断固定撞针的螺旋销，撞针撞击雷管便可引爆。

（2）安全投棒点火头：投棒撞击点火杆，点火杆伸出撞击雷管引爆。引爆后点火杆可缩回，以防止未激发时，在起出管柱的过程中发生误激发。

3）压力激发型

压力激发点火系统有若干种不同类型点火头。它与常规测试和压控测试管柱配置，特别适用于斜井和水平井射孔—测试。

（1）差压式点火头。

差压式点火头应用封隔器上下部位的压差激发点火系统，矿场实际应用大都以"鼠洞"压力引爆射孔。这种系统还可用于负压的二次射孔，这是该系统的独特功能。

差压式点火系统分为通用型和全通径型两种。当封隔器上方的环空压力超过管柱内压力达到预定值时，切断剪销，活塞下行，放开卡球;撞杆在管柱内液柱压差作用下碰击雷管底座，激发雷管。

（2）环空加压点火头。

环空加压点火头是范思系统产品，由激发器和点火头两部分组成。当环串与管柱内的压差达到预定值，剪断激发器上的活塞剪，活塞向上移动，通过钢丝绳牵动点火头的拉杆，释放撞针销球;撞针在管柱内液压驱动下向下移动，撞击雷管点火引爆。

03 减震器和其他辅助件

当撞击点火头引爆时，巨大的压力冲击波引起剧烈震动，影响压力的动态响应。为了最大限度地减少震动，在射孔系统上部配置防震器，同时为了有效地减少震动，配置有横向和纵向减震器。