一种过套管地层测试测压及取样装置和方法

技术领域

本发明属于井周地层测试领域，具体涉及一种过套管地层测试测压及取样装置和方法。

背景技术

对于新开发油井，地层测试能够提供油藏整体经济评价所需的关键数据，包括裸眼(井眼)环境下的地层压力剖面、地层流体样品和渗透率计算。对于老油井，利用套后压力数据和流体样品可用来评价漏失储层的开发潜能。因此，套后评价数据对于改善老测井数据或不完整的测井数据，评估未知产油带并评价油井的经济潜力具有重要意义。

传统的套管井地层测试器依靠射孔弹来射穿套管和水泥，以建立和地层之间的连通。采用聚能射孔弹对套管进行射孔，和其它射孔作业一样，如果不了解套管和水泥的详细信息、地层压力和岩性信息，则很难控制或预测射孔通道的长度。

射孔作业中，射孔弹可导致损害水泥完整性，以致危及层位封隔的安全。这些射孔弹可产生套管毛刺，毛刺可减少套管的有效内径并妨碍随后下入作业所需要的井下硬件。

此外，由于射孔弹尺寸有限，并且它们的穿透深度不能被控制，而且难以分析或解释，因此预测试可能是无效的。

发明内容

为了解决上述全部或部分问题，本发明目的在于提供一种过套管地层测试测压及取样装置和方法，可在过套管的油井中一次下井过程中钻穿井壁进入地层，进行多次压力测量和地层流体取样。

根据本发明的第一方面，提供了一种过套管地层测试测压及取样装置，包括基体，所述基体的内部设置有若干钻孔机构和取样机构，所述基体的上下两端均设置有封隔器，所述钻孔机构穿过所述基体向油井的井壁钻孔，所述封隔器膨胀封闭油井形成环空，地层中的流体通过所述钻孔进入所述环空，所述取样机构抽取所述流体并储存。

可选地，所述钻孔机构包括钻杆、钻机和底座，所述底座固定在所述基体的内部，所述钻机可在所述底座上移动，将所述钻杆伸出或收回所述基体内部，所述基体上对应所述钻杆设置有透孔。

可选地，若干所述钻孔机构的钻杆可在所述基体的相对两侧伸出或收回。

可选地，所述基体的内部设置有若干顶紧机构，所述顶紧机构包括顶板、伸缩驱动机构，所述顶板设置在所述伸缩驱动机构的端部并位于所述基体的外部，所述伸缩驱动机构沿着所述基体的径向伸缩，所述基体上对应所述伸缩驱动机构设置有透孔。

可选地，所述顶板呈弧形，若干所述顶紧机构的伸缩驱动机构可在所述基体的相对两侧伸缩；

所述伸缩驱动机构采用电缸、液压缸、气缸中的任意一种。

可选地，所述基体上设置有测压机构，测试所述环空内的流体的压力。

可选地，所述基体上设置有取样孔，所述取样机构包括抽吸管道、储样桶和泵，所述抽吸管道连接所述取样孔，所述泵通过所述抽吸管道抽吸所述环空内的流体，并通过所述抽吸管道输送至所述储样桶储存。

可选地，所述封隔器包括胶筒和固定环，所述胶筒套设在所述基体上，所述胶筒的两端均套设有所述固定环，所述胶筒和所述基体的外壁之间形成流体腔，所述流体腔连接有座封泵，所述基体上开设有座封流体通道，所述流体腔通过所述座封流体通道与所述座封泵连接，所述座封泵固定在所述基体上，并位于所述环空之外。

根据本发明的第二方面，提供了一种过套管地层测试测压及取样方法，通过以上任一项所述的一种过套管地层测试测压及取样装置实施，包括以下步骤：

步骤1、顶紧机构伸出顶板顶紧井壁，稳定支撑基体；

步骤2、钻孔机构伸出钻杆在井壁上钻孔，钻孔穿透井壁连通地层；

步骤3、钻孔机构收回钻杆，使得钻孔处于通透状态；

步骤4、基体的上下两端的封隔器膨胀封闭油井形成环空，钻孔连通地层与环空；

步骤5、取样机构对进入所述环空内的流体取样、测压机构对进入所述环空内的流体测压。

可选地，所述钻孔机构沿着基体的径向一侧钻孔，所述顶紧机构在相对一侧顶紧井壁；或所述钻孔机构沿着基体的径向两侧同时钻孔，所述顶紧机构在两侧同时顶紧井壁。

由上述技术方案可知，本发明提供的一种过套管地层测试测压及取样装置和方法，具有如下有益效果：

本发明通过钻头钻穿套管及水泥环进入地层，不必使用爆炸物，钻孔形状规则，防止传统作业套管毛刺的产生，确保最小的套管、水泥和地层损害。

在过套管的油井中钻孔位置深度、钻孔直径及钻进深度精准可控，并可准确控制钻孔通道的长度。

可获得多重高质量地层流体样品，避免传统作业爆炸物对地层渗透率等数据的影响。

对于改善老测井数据或不完整的测井数据，评估未知产油带并评价油井的经济潜力具有重要意义和良好的运用前景。

附图说明

图1为本发明实施例的油井及地层的结构示意图；

图2为本发明实施例的测压及取样装置的结构示意图；

图3为本发明实施例的钻孔机构的结构示意图；

图4为本发明实施例的顶紧机构的结构示意图；

图5为本发明实施例的封隔器的结构示意图；

图6为本发明实施例的测压及取样装置的钻孔作业示意图；

图7为本发明实施例的测压及取样装置的钻孔作业示意图；

图8为本发明实施例的测压及取样装置的取样作业示意图。

图中标号为：地层1、井壁2、测压及取样装置3、基体301、封隔器302、胶筒3021、固定环3022、流体腔3023、座封流体通道3024、座封泵3025、顶紧机构303、顶板3031、电缸3032、电机3033、钻孔机构304、钻杆3041、钻机3042、底座3043、取样机构305、抽吸管道3051、泵3052、储样桶3053、测压机构306。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种过套管地层测试测压及取样装置和方法做进一步详细的描述。

如图1所示，地层1中开钻有油井，油井中已经安装了套管和水泥环，形成井壁2。

如图2所示，为本发明实施例的一种过套管地层测试测压及取样装置3，包括基体301，基体301的内部设置有若干钻孔机构304和取样机构305，基体301的上下两端均设置有封隔器302，钻孔机构304穿过基体301向油井的井壁2钻孔，封隔器302膨胀封闭油井形成环空，地层中的流体通过钻孔进入环空，取样机构305抽取流体并储存，待完成样本抽取之后转移至油井之外进行流体成分检测，获得精确的数据。

若干钻孔机构304在基体301的内部位于不同高度，从而可以在井壁2的不同高度实施钻孔，获得更准确的流体样品以及测量对象。

如图2、图3所示，钻孔机构304包括钻杆3041、钻机3042和底座3043，底座3043固定在基体301的内部，钻机3042可在底座3043上移动，将钻杆3041伸出或收回基体301内部，基体301上对应钻杆3041设置有透孔。

底座3043可以通过焊接或者螺栓连接的方式固定在基体301的内部。钻机3042与底座3043之间设置有驱动机构，驱动机构的类型可以有多种，例如齿轮齿条式，包括电机、齿轮和齿条，电机、齿轮设置在钻机3042上，齿条设置在底座3043上，齿轮与齿条啮合，电机驱动齿轮旋转，即可驱动钻机3042在底座3043上移动，将钻杆3041伸出或收回基体301内部。

若干钻孔机构304的钻杆3041可在基体301的相对两侧伸出或收回。从而可以在井壁2的不同朝向实施钻孔，获得更准确的流体样品以及测量对象。如图2所示，上下两组的钻孔机构304的钻杆3041朝向左，中部的两组的钻孔机构304的钻杆3041朝向右。

可根据所钻地层配置不同材质的钻杆3041，以便能够实施高效钻孔作业。

为了方便在基体301内部安装设备，基体301可以采用沿着纵向分体设置的结构，安装好设备之后再组合于一起，后期如果维修维护还可以再拆分。基体301的外壁上需要设置若干连接耳，通过螺栓连接组合，还可以外加卡箍等紧固件。

如图2、图4所示，基体301的内部设置有若干顶紧机构303，顶紧机构303包括顶板3031、伸缩驱动机构，顶板3031设置在伸缩驱动机构的端部并位于基体301的外部，伸缩驱动机构沿着基体301的径向伸缩，基体上对应伸缩驱动机构设置有透孔。

伸缩驱动机构可以采用电缸、液压缸、气缸中的任意一种。例如：伸缩驱动机构可以采用电缸3032和电机3033，顶板3031设置在电缸3032的端部并位于基体301的外部，电机3033驱动电缸3032沿着基体301的径向伸缩，基体301上对应电缸3032设置有透孔。电机3033需要固定在基体301的内部。

在钻孔机构304实施钻孔作业之前，电缸3032伸出顶板3031直至顶靠在井壁2上，基体301获得稳定支撑不会任意晃动，钻孔机构304便可以实施钻孔。如果基体301不能稳定，则钻孔机构304难以实施钻孔。

优选地，顶板3031呈弧形，方便顶靠在弧形的井壁2上。若干顶紧机构303的伸缩驱动机构可在基体301的相对两侧伸缩，以对应不同朝向的钻孔机构304。

如果只有单侧的钻孔机构304钻孔，相对侧的顶紧机构303顶紧井壁2即可，如图6所示。如果双侧的钻孔机构304同时钻孔，则双侧的顶紧机构303需要同时顶紧井壁2、如图7所示。

如图2所示，基体301上设置有测压机构306，测试环空内的流体的压力，获取套后评价数据。测压机构306包括测压探头、测压电路，测压探头位于基体301的外部，测压电路位于基体301的内部，测量数据可以通过数据线缆传输至油井之外。

如图2、图8所示，基体301上设置有取样孔，取样机构305包括抽吸管道3051、储样桶3053和泵3052，抽吸管道3051连接取样孔，泵3052通过抽吸管道3051抽吸环空内的流体，并通过抽吸管道3051输送至储样桶3053储存。

如图2、图5所示，封隔器302包括胶筒3021和固定环3022，胶筒3021套设在基体301上，胶筒3021的两端均套设有固定环3022，胶筒3021和基体301的外壁之间形成流体腔3023，流体腔3023连接有座封泵3025，基体301上开设有座封流体通道3024，流体腔3023通过座封流体通道3024与座封泵3025连接，座封泵3025固定在基体301上，并位于环空之外。

当通过座封泵3025向流体腔3023内注入高压流体后，能够使胶筒3021膨胀变粗，随着高压流体的不断注入使得胶筒3021膨胀至与油井的内壁贴紧，当基体301两端的封隔器胶筒3021均与井壁2贴紧后，相当于两个胶筒3021和油井之间形成密封的环空，取样孔、测压机构306位于该环空内。具体的，基体301上开设有座封流体通道3024，流体腔3023通过座封流体通道3024与座封泵3025连接，也即通过座封泵3025先将高压流体注入至座封流体通道3024内，随着高压流体的不断注入，座封流体通道3024内的流体流动至流体腔3023内，从而通过胶筒3021膨胀实现座封。

为了实现对座封泵3025的固定，本实施例中座封泵3025固定在基体301上。具体可以在基体301上开设有固定槽，将座封泵3025安装固定在固定槽内。

本实施例中胶筒3021两侧的基体301上均套设有固定环3022，通过固定环3022的设置能够将胶筒3021固定在基体301上，另外固定环3022的设置能够对胶筒3021的两端起到密封作用，从而可以提高流体腔3023的密封性能。

封隔器302两胶筒3021之间跨距可根据作业需求更换不同长度跨距的基体301。

如图6、图7、图8所示，本实施例还提供了一种过套管地层测试测压及取样方法，通过以上任一项所述的一种过套管地层测试测压及取样装置实施，包括以下步骤：

步骤1、顶紧机构303伸出顶板3031顶紧井壁2，稳定支撑基体301；

步骤2、钻孔机构304伸出钻杆3041在井壁2上钻孔，钻孔穿透井壁2连通地层1；

步骤3、钻孔机构304收回钻杆3041，使得钻孔处于通透状态；

步骤4、基体301的上下两端的封隔器302膨胀封闭油井形成环空，钻孔连通地层1与环空；

步骤5、取样机构305对进入环空内的流体取样、测压机构306对进入环空内的流体测压。

如图6所示，钻孔机构304沿着基体301的径向一侧钻孔，顶紧机构303在相对一侧顶紧井壁2；

或者如图7所示，钻孔机构304沿着基体301的径向两侧同时钻孔，顶紧机构303在两侧同时顶紧井壁2。

本实施例通过钻头钻穿套管及水泥环进入地层，不必使用爆炸物，钻孔形状规则，防止传统作业套管毛刺的产生，确保最小的套管、水泥和地层损害。

在过套管的油井中钻孔位置深度、钻孔直径及钻进深度精准可控，并可准确控制钻孔通道的长度。

可获得多重高质量地层流体样品，避免传统作业爆炸物对地层渗透率等数据的影响。

对于改善老测井数据或不完整的测井数据，评估未知产油带并评价油井的经济潜力具有重要意义和良好的运用前景。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。