MFE地层测试工具.docx

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MFE地层测试工具

MFE地层测试工具

（一）

1. MFE地层测试工具的特点及适用条件

MFE地层测试工具是一种常规测试工具，它通过上提下放管柱实现井底开关井，可用于不同尺寸的套管井和裸眼井的地层测试，具有成本低、操作保养方便、环境适应性强等特点，是目前国内普及率最高的一种测试工具，它有95mm和127mm两种主要规格。

2. MFE地层测试工具的工作原理及施工过程

MFE地层测试工具是一套完整的测试工具系统，包括多流测试器、旁通阀和安全密封封隔器等。

MFE地层测试工具的工作原理如图1所示。

测试分四个步骤：

图1

1）下井

下井时多流测试器的测试阀关闭，旁通阀打开，安全密封不起作用，封隔器的橡胶筒处于收缩状态。

2）流动

  测试工具下至井底后，下放管柱加压缩负荷，封隔器胶筒受压膨胀，紧贴井壁起密封作用，旁通阀关闭，多流测试器的液压延时机构受压缩负荷后延时，经过一段时间后管柱出现自由下落现象，测试阀打开，地层流体经筛管和测试阀流入钻杆，进入流动期。

3）关井

关井恢复时，上提管柱至指重表读数有某一瞬间不增加时（此点称为自由点），多流测试阀的心轴上行，继续上提管柱至超过自由点8.9~13.35KN的拉力，立即下放管柱至原加压坐封负荷，测试阀关闭，进入关井恢复期，并把流动结束时的地层流体收集在取样器内，流动和关井的次数视测试情况而定，其操作方法与上面相同。

4）起出

关井结束后，上提管柱给旁通阀施加拉伸负荷，经过一段时间延时旁通阀打开，平横封隔器上下的压力，安全密封恢复至下井状态，封隔器的胶筒收缩，可以将测试工具安全地起出井眼。

3、MFE地层测试工具各主要部件的结构和原理

1）MFE多流测试器

多流测试器是整套工具的核心部位。

它由换位机构、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、花键套和J形销组成，如图2所示。

花键心轴上沿180°的圆周面铣有换位槽，J形销固定在花键套上，J形销的平头销插入换位槽里。

换位槽的换位如图3所示。

当上提下放管柱时，花键心轴上下运动，但不能转动。

J形销沿换位槽运动，带动花键套转动，但不能上下运动。

管柱每上提下放一次，心轴在测试器中的位置就改变一次，实现测试阀的开关井转换。

如J形销在下井前放于A点关井位置，若下钻顺利，工具始终处于关井状态。

坐封后，多流测试器受压缩负荷，换位心轴向下运动，J形销由A点移到B点开井。

关井时上提管柱，换位心轴上行，J形销由B点移到C点，再下放管柱并加压J形销由C点换向D点，阀处于关闭状态，若再次开井，则上提管柱，J形销由D点换向A点，再下放管柱并加压，J形销由A点换向B点开井。

如此重复操作，可实现多次开关井。

1—花键心轴；2—J形槽；3—滑套活塞；4—滑套；5—J形销

           图2换位机构图              图3换位槽图

（2）延时机构：

延时机构由阀、阀座外筒组成，如图4所示。

阀与外筒间充满液压油，利用液体缝隙流动的原理达到延时的目的。

其特点是下放管柱加压时阀起延时作用，管柱拉伸时阀不起作用。

阀外筒的内径上边小下边大，阀在上部运动时延时，至下部大直径处液压油立即泄流，管柱自由下落25.4mm，此为开井显示。

延时机构在承受一定的压缩载荷才开始工作，能保持阀在下钻过程中不提前开井，坐封时保证先坐封再开井，又能在地面观察到开井显示。

（3）取样机构：

MFE多流测试器的取样机构，取样器又是测试器开、关状态的控制阀。

它由取样外壳、取样心轴、上下两个密封套和两“O”型圈、“V”型圈组成，如图5所示。

1-换位机构；2-外筒；3-阀；4-上液室；1-上接头；2-花键心轴；3-换位机构；

5-弹簧；6-液压油；7-下液室；8-心轴4-延时机构；5-流动孔；6-上测试阀；

9-测试阀及取样机构7-取样心轴；8-下测试阀；9-流动孔

           图4液压延时机构           图5取样机构及测试阀

 MFE地层测试工具

（二）

开井时，取样心轴与密封套不密封，地层流体可以自由通过，关井时，取样心轴与密封套密封，地层流体不能通过，阀被关闭，同时在取样器圈闭一定体积的（地层）流体（圈闭了最后一次流动末时的地层流体）。

95mm和127mm取样器的取样容积分别是1200ml和2500ml。

95mm和127mm多流测试器的技术规范见表1。

表1多流测试器的技术规范

工具名称

127mmMFE

95mmMFE

工具名称

127mmMFE

95mmMFE

适用环境

无H2S

H2S

组装长度，mm

2934

3853

抗拉强度，N

1870000

976720

最大组装扭矩，N·m

13358

2711

扭矩强度，N·M

20237

10744

取样器容积，cm3

2500

1200

破裂强度，MPa

151.77

139.7

心轴行程，mm

254

254

挤毁强度，MPa

106.7

107.7

自由下落，mm

25.4

25.4

最大工作压差，MPa

103

106

上接头螺纹

3 1/2inAPI贯眼

2 7/8inAPI正规

外径，mm

127

95

下接头螺纹

4 3/8in~4牙/in修正

2 7/8inAPI正规

最小内径，mm

23.8

19.0

2）裸眼旁通阀

旁通阀有两个作用：

（1）起下钻遇到缩径井段时，泥浆从管柱内部经旁通通过，从而减少起下钻阻力和抽汲作用；

（2）测试结束时，平衡封隔器上下方的压力。

裸眼旁通阀由主旁通阀、副旁通阀和计量阀组成。

其延时机构正好与多流测试器相反，上提拉伸延时，下放加压不延时，一般施加89KN的拉力延时1~4min后拉开旁通阀。

裸眼旁通阀结构如图6所示。

（3）安全密封

安全密封代替裸眼封隔器总成上的滑动接头，与裸眼封隔器配套组成安全密封封隔器其作用是当操作多流测试器进行开关井时，给封隔器一个锁紧力，使封隔器卸去钻压仍能保持坐封。

安全密封由活动接箍、阀短节、密封心轴、油室外壳、连接短节、止回阀和计量滑阀总成组成。

MFE地层测试工具（三）

计量滑阀是油压系统的主要控制装置，它是靠封隔器上、下方压差来推动的。

油压系统由与计量滑阀和止回阀相连的上、下油室组成。

油室内充满4607号合成液压油。

滑阀的一侧受弹簧力和地层压力的作用，另一侧受液柱压力作用。

当工具下井或起出时，液柱压力作用在滑阀的两侧，使阀处于平衡状态。

油可以在阀周围自由地流动，上、下油室连通。

封隔器刚坐封时，油很容易从下油室流到上油室，多余的油则经止回阀流向上油室。

只要封隔器上、下方的压差超过1.034MPa时，滑阀就保持在上、下油室不通的位置，从而对封隔器液压缩紧作用。

测试结束解封封隔器时，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，滑阀回到原来的开启位置，油从上油室自由地流到下油室，即可解封起钻。

安全密封工作原理如图7所示。

图6裸眼旁通阀结构图图7安全密封工作原理图

4）裸眼封隔器

MFE的裸眼封隔器是一种井底支撑式封隔器，用于封隔裸眼井测试层段与环空液相通道，一般与安全密封组成安全密封封隔器，也可单独使用。

深井测试用两个封隔器组成一组，上为安全密封封隔器，下为裸眼封隔器。

裸眼封隔器由滑动接箍、滑动头、坐封心轴、胶筒、金属杯、支撑座、下接头组成。

原理十分简单，向其施加压缩负荷，胶筒膨胀与井眼形成密封。

胶筒外径与井眼间隙选择12.7~25.4mm为宜。

裸眼封隔器结构如图8所示。

（5）套管卡瓦封隔器（P-T封隔器）

P-T封隔器用于套管井测试，是由旁通、密封元件和卡瓦总成三部分组成，如图9所示。

旁通的作用与裸眼旁通阀的作用基本相同，密封元件主要是胶筒，用于封隔环空与地层。

卡瓦总成包括锥体、卡瓦、摩擦垫块、垫块外筒定位凸耳和弹簧等。

坐封心轴上有两个换位槽，一个是自动槽，另一个是人工槽，通常凸耳放于自动槽内。

下钻过程中，定位凸耳放于短槽位置，卡瓦处于收缩状态。

需要坐封时，右旋管柱，在摩擦块与套管间的摩擦阻力作用下，卡瓦总成与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，使环空与地层隔开。

解封时，先拉开旁通，平衡封隔上下方的压力，再继续起钻即可。

图8  裸眼封隔器结构图               图9  套管卡瓦封隔器结构图

6）剪销封隔器

剪销封隔器与卡瓦封隔器配合使用，两者中间配有筛管，用于套管井的跨隔测试。

当卡瓦封隔器坐封后，继续加较大的压缩负荷时，剪销封隔器的剪销剪断，剪销封隔器坐封对测试层段进行跨隔测试。

剪销封隔器的结构，如图10所示。

7）液压锁紧接头

液压锁紧接头是用于套管井测试的锁紧装置，能对套管封隔器卸掉钻压后使其继续保持坐封状态的作用。

它由外筒、心轴、浮套密封活塞及下接头组成，如图11所示。

液压锁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把心轴往上推，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力而向上运动，而外筒和下接头同时受向下的液压作用力使封隔器保持坐封。

 MFE地层测试工具（四）

（8）反循环阀

反循环阀是测试结束后借助外力开启的循环阀，可进行反循环也可进行正循环。

常用的有两种反循环阀。

①断销式反循环阀：

从井口向钻杆内投入投杆砸断断销，进行循环，结构如图12所示。

②泵压式反循环阀：

是备用反循环阀，当深井测试时，断销式反循环阀的断销未砸断时可从钻杆内加压8~10MPa，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，结构如图13所示。

图12断销式反循环阀图13泵出式反循环阀

（9）震击器

震击器是促动封隔器解卡的装置。

当封隔器及以下钻柱遇卡时上提震击器施加一定拉伸负荷，使其产生巨大的震击力，从而帮助下部钻具解卡。

它是裸眼测试必备的解卡工具，用于MFE系统的震击器是TR液压调时震击器，调节其调整螺母，可调节震击器的震击等待时间。

不管如何调整时间，震击力大小不受影响。

“调时”是指调整震击器在预拉力后等待震击的时间，震击力的大小由震击时的预拉力大小确定。

结构如图14所示。

（10）压力记录仪及托筒

压力记录仪记录施工过程中压力的变化值，常用200-J压力计。

它由压力装置、记录装置和温度计三部分组成。

压力计托筒是压力记录仪的载体。

（11）安全接头

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不能解卡时，可反转钻柱，从安全接头反扣粗牙螺纹处倒开，可最大限度地将井下工具提出，结构如图15所示。

图14TR液压调时震击器结构图图15安全接头结构图

4、安全注意事项

测试工作必须注意安全，为此提出以下要求：

1）进行测试工作时井眼必须畅通无阻，不得有狗腿、键槽和井壁坍塌、缩径等现象；套管井不得有套管变形、破裂及窜槽等缺陷；

2）调整好钻井液性能，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，采用合适的负压差，严防负压差过大，造成井壁坍塌，埋卡封隔器下部支撑尾管；

4）所有井下工具及管柱的螺纹连接，必须拧紧，严防渗漏。

5、常用的测试管柱结构

1）套管测试管柱，如图16和图17所示。

2）裸眼测试管柱，如图18和图19所示。

图16MFE常规测试管柱结构图图17MFE跨隔测试管柱结构图     

图18MFE裸眼测试管柱结构图图19MFE裸眼跨隔测试管柱结构图

图10剪销封隔器结构图图11液压锁紧接头结构