多地层渗透张量测量装置

技术领域

本发明涉及深地工程测量领域，具体地涉及一种多地层渗透张量测量装置。

背景技术

在当前在地深工程中，各种施工与科研工作离不开对研究段地层环境的了解，而地层各深度的岩石渗张量的测试数据关系到各种科研和工程应用工作的顺利开展，如何对地层各深度岩石进行渗透张量测量就显得尤为关键。

当前，对地层岩石进行渗透率测量的主要方法是对地层岩石样本进行如：恒流法、恒压法、瞬态脉冲法等在实验室测试岩心或模型的渗透率测量。原位渗透系数测量也采用类似的原理和方法进行测试，但目前均只能在单层渗透系数测试，不能在多层中同时测量。而实际地层渗透参数为各向异性，地层不同深度渗透系数也有差异，目前的技术无法满足要求。特别是渗透系数变异较大的地层中测量，同时也无法测量渗透张量。

现有的方法不能在地层中进行原位渗透张量的测量，无法同时完成同层多区域的原位渗透张量的测量，在多套地层中测试存在误差。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的现有的方法不能在地层中进行原位渗透张量测量，无法同时进行多地层原位渗透张量的测试，也无法同时完成同层多区域的渗透张量的测量，在多套地层中测试存在误差的问题，提供一种多地层渗透张量测量装置，该多地层渗透张量测量装置可以直接在地下指定深度的地层内进行原位渗透张量测量，还具有可以在同一钻井利用多套装置同时测量同一钻井不同深度多地层层渗透张量和同层不同方向的渗透张量。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种多地层渗透张量测量装置，包括横向设置在钻井内部用于在竖向上将所述钻井依次分隔成多个密闭腔的封隔器、注水管和设置在所述密闭腔内的测试组件，所述测试组件包括与所述钻井同轴设置的透水性的测试圆筒、辐射墙和测试器，所述测试圆筒上下两端均密封贴合于所述封隔器，相邻所述封隔器、所述钻井内壁和所述测试圆筒外壁限定测试区，所述测试区内设置有用于将所述测试区分隔成多个子测试区的多个所述辐射墙，多个所述辐射墙的所在平面交汇于所述钻井的轴线，所述测试器设置在所述子测试区内，每个所述测试圆筒内均设置有一个所述注水管的出水口端。

优选的，所述的渗透张量测量装置辐射墙和测试圆筒外壁在测试前处于收缩状态，当封隔器坐封时辐射墙与测试圆筒外壁与钻井内壁会紧贴，使注入到测试圆筒内的流向钻内壁的水流更稳定

优选的，所述测试器包括压力传感器、流量传感器和磁力方位传感器，所述注水管的入口处设置有压力测试器。

优选的，所述注水管的出水口端设置在所述测试圆筒的中心处，和/或，所述测试区内设置有用于将所述测试区均匀分隔成多个子测试区的多个所述辐射墙。

优选的，所述多地层渗透张量测量装置包括操作控制器，操作控制器包括用于向所述注水管内注射设定压力液体的控压组件和用于监测所述测试器、压力测试器的监测控制组件。

优选的，所述监测控制组件包括监测器，所述监测器通过数据采集线与所述测试器、压力测试器相连。

优选的，所述控压组件包括依次连接的压力源和储能容器，所述注水管的入口端与所述储能容器的出口端相连。

优选的，所述注水管的入口端一侧设置有第二控制阀，所述储能容器、所述压力测试器和所述第二控制阀依次连接。

优选的，所述压力源为高压加压泵。

优选的，所述压力源通过驱动管与所述储能容器相连，所述驱动管上设置有第一控制阀。

优选的，包括八个所述辐射墙。

本发明所述的多地层渗透张量测量装置，利用封隔器将钻井分隔成多个密闭腔，利用测试圆筒和辐射墙将密闭腔分割成注水区和多个子测试区，辐射墙对地面通过出水口注到井下的流体按测试方向的需要进行导流，测试圆筒的内外壁均为透水材料且有多个透水口对流体的流动基本不会产生影响。子测试区内均设置有测试器，以通过测试器的数据计算得出子测试区的外侧壁该方面地层的渗透系数与渗透张量；该多地层渗透张量测量装置实现了即时对不同地层需同时测量与对同地层不同方向渗透率同时测量，减少渗透张量多次测量计算的误差。

附图说明

图1是本发明一种实施方式多地层渗透张量测量装置的结构示意图；

图2是图1中测试组件的结构示意图；

图3是图1中操作控制器的结构示意图。

附图标记说明

1-钻井，2-封隔器，3-测试组件，4-数据采集线，5-注水管，6-操作控制器，7-监测器，8-压力源，9-储能容器，10-压力测试器，11-第一控制阀，12-第二控制阀，13-驱动管，31-测试圆筒，32-辐射墙，33-测试器，100-地面。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明一方面提供一种多地层渗透张量测量装置，包括横向设置在钻井1内部用于在竖向上将所述钻井1依次分隔成多个密闭腔的封隔器2、注水管5和设置在所述密闭腔内的测试组件3，所述测试组件3包括与所述钻井1同轴设置的透水性的测试圆筒31、辐射墙32和测试器33，所述测试圆筒31上下两端均密封贴合于所述封隔器2，相邻所述封隔器2、所述钻井1内壁和所述测试圆筒31外壁限定测试区，所述测试区内设置有用于将所述测试区分隔成多个子测试区的多个所述辐射墙32，多个所述辐射墙32的所在平面交汇于所述钻井1的轴线，所述测试器33设置在所述子测试区内，每个所述测试圆筒31内均设置有一个所述注水管5的出水口端。

上述多地层渗透张量测量装置，辐射墙设置在测试圆筒内外壁间墙体采用不透水材料既可将测试圆筒内外壁中的测试区等分隔离，又可按固定的方向引导测试区内液体的流向；所述测试器设置在所述子测试区中心处内可对井下测试圆筒内的环境变化作出反馈，每个所述测试圆筒内均设置有不影响地层测试效果的能让水流在测试区自由流通的一个所述注水管的出水口端，测试时高压液体在从出水口进圆筒内壁进入到测试区内进过辐射墙导流与测试器接触后再通过通过测试圆筒与测试地层接触渗流。

在该多地层渗透张量测量装置的使用过程中，通过注水管5向测试圆筒31内部注液，测试圆筒31具有透水性，液体透过测试圆筒31进入各个子测试区，在每个子测试区形成水平流。通过子测试区的测试器33进行数据收集以计算各个子测试区的钻井侧壁的渗透张量。本发明所述的多地层渗透张量测量装置，利用封隔器将钻井分隔成多个密闭腔，利用测试圆筒和辐射墙将密闭腔分割成注水区和多个子测试区，辐射墙对地面通过出水口注到井下的流体按测试方向的需要进行导流，测试圆筒的内外壁均为透水材料且有多个透水口对流体的流动基本不会产生影响。子测试区内均设置有测试器，以通过测试器的数据计算得出子测试区的外侧壁方向该方面地层的渗透系数与渗透张量(经过多次测试折算)；该多地层渗透张量测量装置实现了即时对不同地层需同时测量与对同地层不同方向渗透率同时测量与多次便利反复测量，减少渗透张量多次测量计算的误差。

优选的，所述测试器33包括压力传感器、流量传感器和磁力方位传感器，所述注水管5的入口处设置有压力测试器10。压力测试器10、压力传感器和流量传感器的测量数据可以根据时间变化绘制曲线，根据曲线记载的数据可以计算得到各深度地层不同方位的地层渗透率、水平渗透系数张量；多次实验数据的渗透系数与水平渗透系数张量平均值为最后的测试结果。测试过程中地面压力与钻井下测试地层压力的变化、地面与测试地层的压差、流量变化、磁方位角的变化数据可得到测试地层的在不同方向的渗透率与系数并多次测试根据测试数据可折算成渗透张量。

优选的，所述注水管5的出水口端设置在所述测试圆筒31的中心处，和/或，所述测试区内设置有用于将所述测试区均匀分隔成多个子测试区的多个所述辐射墙32。均匀分隔的多个子测试区可以减少实验变量，从而较为规整和准确地得到各深度地层以及各深度地层不同方位的地层渗透率，多方向的渗透率测试也会减小渗透张量折算的误差；注水管5的出水口端设置在测试圆筒31中心处，可以使得水较均匀地通过测试圆筒31渗透入各个子测试区，减少各个子测试区的实验变量，使得各个子测试区的测量数据更加准确。优选地，所述测试器33设置在子测试区的中心处，用以准确测量子测试区的液体流量和压力。测试区内除了辐射墙为不透水材料外测试圆筒内壁与外壁均为透水材料且有多个透水口不影响水流流通。

优选的，所述多地层渗透张量测量装置包括操作控制器6，操作控制器6包括用于向所述注水管5内注射设定压力液体的控压组件和用于监测所述测试器33、压力测试器10的监测控制组件。控压组件用于向注水管5内注入设定压力的液体，监测组件用于监测测试器33、压力测试器10的数据；压力测试器10可以显示液体的实时压力，便于监测控压组件的注水压力。如图1所示，一般地所述操作控制器6放置与地面100上。

优选的，所述监测控制组件包括监测器7，所述监测器7通过数据采集线4与所述测试器33、压力测试器10相连。监测器7通过数据采集线4与测试器33、压力测试器10相连，可以使得测试器33、压力测试器10更为准确和快速的传至监测器7，便于监测器7对测量数据进行精确记录并即时查看。操作控制器在地面控制着井下装置实验装置测试的进行，通过操作控制器带压力的液体(纯净水)通过控压组件与注水管进入到封隔器坐封的测试地层内测试圆筒中，整注入过程中地面注入压力与井下测试圆筒内压力、磁方位数据均可通过监控组件监测记录。

优选的，所述控压组件包括依次连接的压力源8和储能容器9，所述注水管5的入口端与所述储能容器9的出口端相连。在测量前，压力源8会向储能容器9里面充压，当储能容器9中的压力达到设定压力的时候，打开储能容器9的出口端即可向注水管5内注入设定压力的液体。储能容器可储存压力源输出的高压流体，可在压力源与井下测试装置之间起到缓冲作用，储能容器内高压按井下测试需要的控制输出流体的流数与压力大小，既可稳定压力大小输出，亦可改变压力大小输出。

优选的，所述注水管5的入口端一侧设置有第二控制阀12，所述储能容器9、所述压力测试器10和所述第二控制阀12依次连接。第二控制阀12可以控制储能容器9内定压液体的释放与否，压力测试器10可以即时测量储能容器9出口端的的压力，当压力测试器10显示压力达到设定值的时候，打开第二控制阀12即可向注水管5释放定压液体。

优选的，所述压力源8为高压加压泵。高压加压泵使得向注水管5注入的液体压力有一个较广的可选择范围，不同压力可以适当对应不同地质进行实验，该多地层渗透张量测量装置具有更强的适应性。高压加压泵将流体(如纯净水)加压至测试实验所需要的压力大小(压力调整范围为0-100MPa)。

优选的，所述压力源8通过驱动管13与所述储能容器9相连，所述驱动管13上设置有第一控制阀11。第一控制阀11用于控制驱动管13的联通与否，即控制压力源8与储能容器9之间的联通，提高该多地层渗透张量测量装置的安全性。

优选的，包括八个所述辐射墙32。八个辐射墙32可以测量同一地层八个方位的渗透张量，使得同一地层不同方位的渗透张量有着较为准确地把握，提高实验精确度。辐射墙32数量可以根据实验需求进行选定。

按照如图1、图2和图3所示的多地层渗透张量测量装置将设备安装，注水管5在安装之前应排出管内的气体，打开第二控制阀12和监测器7，利用压力源8向储能容器9中储能，此时压力测试器10通过监测器7显示储能容器9的出口压力，当达到设定值的时候，打开第一控制阀11；设定压力的液体通过注水管5排入各个测试圆筒31的中心处，监测器7记录测试器33和压力测试器10的数值。重复上述步骤4-6次，根据压力测试器10和测试器33的示数绘制注水管入口压力、子测试区压力和子测试区流量随时间的变化曲线，通过计算得到各深度地层不同方位的地层渗透率、水平渗透系数张量，多次实验数据的渗透系数与水平渗透系数张量平均值为最后的测试结果。所述封隔器2可设置为充气式封隔器，例如，封隔器包括圆板和设置在圆板外侧的环状气囊。气囊处于充气状态即可座封钻井，气囊处于干瘪状态时可从钻井中取出，深地层测试可设置油田开采领域的液压式封隔器。如图1所示，为了保证测量的准确性，钻井最底部应设置有封隔器2。向注水管5内注射的液体可以为水或者是其他适合的液体。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型。包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。