第31卷 第5期2009年10月石 油 钻 采 工 艺
OIL DRILLING & PRODUCTION TECHNOLOGY Vol. 31 No. 5Oct. 2009
文章编号：1000 – 7393（ 2009 ）
05 – 0124 – 05各向异性地层多探头电缆地层测试解释模型
关富佳1，2 李相方2 许寒冰2
（1.长江大学湖北省油气钻采工程重点实验室，湖北荆州 434023；2.中国石油大学石油工程教育部重点实验室，北京 102249）
摘要：由于地层具有纵向非均质性，在执行多探头电缆地层测试时，将无法使用基于地层纵向均质假设建立的多探头电缆地层测试解释模型。针对这一问题，从仪器探头组合结构与地层纵向非均质之间的适应性入手，重新设计多探头电缆地层测试器的探头组合结构，并基于Carslaw 和Jaeger 提出的各向异性介质中温度场分布公式，给出了相应的测试解释模型。改进后的测试仪器和相应的解释模型能够适应纵向非均质地层的测试参数解释，同时能够将原来可以解释的参数—水平渗透率k h 和垂直渗透率k z 进一步解释为在x 方向、y 方向和z 方向上的渗透率分量k x 、k y 和k z 。数值模拟测试解释结果表明，新的仪器探头组合结构和相应的解释模型有较高的测试解释精度，通过电缆地层测试能够更充分地认识地层，拓展了电缆地层测试的功能。
关键词：多探头电缆地层测试；解释模型；非均质；各向异性；参数解释中图分类号：P631.8+4 文献标识码：A
Research on interpretation model for multi-probe WFT in anisotropy formation
GUAN FuJia 1,2, LI Xiangfang 2, XU Hanbing 2
（1.Key Laboratory for Drilling and Production Engineering of Hubei Province , Yangtze University , Jingzhou 434023, China ;
2. MOE Key Laboratory of Petroleum Engineering in China University of Petroleum , Beijing 102249, China ）
Abstract: The current multi-probe wireline formation testers (WFT) and the corresponding interpretation models have to rely on the assumption of homogeneous vertical permeability, which makes multi-probe wireline formation tester unsuitable for vertically heterogeneous formation case. But in fact, most actual formations are vertically heterogeneous in terms of permeability. To solve the big conflict above, in the paper the probe locations of a multi-probe wireline formation tester is redesigned based on its prototype, and an interpretation model of the new multi-probe wireline formation tester is developed based on the temperature distribution formula proposed by Carslaw and Jaege. Therefore, the new multi-probe wireline formation tester and interpretation model do not have to be confined to the assumption of vertically homogeneous condition, and can be applied in testing heterogeneous formation. What is more, the formation permeability in all x , y and z directions could be interpreted through the new method, which fatherly expands the functions of wireline formation tester.
Key words: multi-probe wireline formation testing; interpreting model; heterogeneity; anisotropy; parameter interpretation
基金项目：国家863计划项目（编号：JSKF2004YJ38）部分成果。
作者简介： 关富佳，1978年生。2008年毕业于中国石油大学（北京）油气田开发工程专业，获博士学位。主要从事油气田开发方面研究工作。
E-mail ：guan_fujia@https://www.doczj.com/doc/095202954.html, 。
电缆地层测试是认识储层的重要手段，多探头
电缆地层测试器［1-6］代表了电缆地层测试器的最高
水平，仪器［2，4，6，7］
具有一个抽吸探头、一个垂直观测探头和一个水平观测探头，两个观测探头垂直距离0.98 m 。在假设测试地层纵向上性质相同的前提下进行参数解释。由于沉积作用，地层的纵向非均质性是绝对的，为了适应非均质地层的多探头电缆地层测试参数解释，充分认识储层，研究适应非均质地层多探头电缆地层测试仪器及其解释模型，能够进一步拓展电缆地层测试功能，提高地层测试的参数
关富佳等：各向异性地层多探头电缆地层测试解释模型125
解释精度。
1 多探头电缆地层测试器探头组合结构设计
Structural design of probe combinations of multi-probe wireline formation testers
图1显示的是典型的三探头MDT 仪器结构简图，显然假设水平观测探头与垂直观测探头的地层渗透率性质相同，与地层实际地质情况相差甚远，由此可见，要想多探头电缆地层测试适用于纵向非均质地层，只需使两个观测探头处探测的地层渗透率
性质相同即可。
图1 三探头MDT 结构示意图
Fig.1 Sketch map of tri-probe MDT
重新安置观测探头的位置，将水平观测探头位置上移至垂直观测探头同一高度，形成双垂直观测探头结构，分别安放在距抽吸探头同一垂直距离的0°方位和180°方位，并在抽吸探头处连接一个方位仪，探测抽吸探头在井眼中的方位，可测量渗透率的各向异性，仪器结构示意图见图2
。
图2 新型多探头电缆地层测试器示意图
Fig.2 Sketch map of new type multi-probe WFT
2 新型多探头电缆地层测试解释模型及解释 方法
Interpreting model and methods for new multi-probe wireline formation testing
重新设计的多探头电缆地层测试器的垂直观测探头位置，使得仪器的2个观测探头处的地层渗透
率相等时比较符合地层实际地质情况，那么只要开发出来2个新位置观测探头的参数解释模型，就可以在遵循地层实际地质情况的基础上，对测试地层进行参数解释。下面阐述2个新位置垂直观测探头参数解释模型的建立过程和相应的解释方法。2.1 解释模型
Interpreting models
根据Carslaw 和Jaeger ［8］给出的由点源（x 0、y 0、z 0 ）引起的任意一点的温度变化的温度场分布计算公式，公式中参数含义参见文献［8
］
---é32
22/ì?
é32222/ùì?üy???t
???（1）做变换转换为柱坐标系：
x =r cos q ，y =r sin q ，x 0=r 0cos q 0，y 0=r 0sin q 0
令 α=（r cos q?r 0cos q 0） （2）
β=（r sin q?r 0sin q 0） （3）
上面的方程变形为
éùì32
222/?üy???t???（4）为了解决油藏工程问题，上式可写为
D p t ()é32222/ù
?y???t
???D p t ()é32
22/ì?（5）式中，?p （t ）为压力变化，MPa ；q 为流量，m 3/s ；φ为孔隙度，小数；μ为黏度，mPa ·s；c t 为地层总压缩系数，1/MPa ；t 为时间，s ；k x 、k y 、k z 分别为地层x 、y 和z 方向的渗透率，10-3 μm 2；
z 为地层中任意点距坐标原点的垂直距离，m ；z s 为点源距坐标原点的垂直距离，m 。
定义在x 、
y 和z 方向的地层导压系数分别为h m x x =
k c t φ ， h m y y =
k c t
φ ， h m z z =k c t φ （6）假设储层具有各向异性，即k x ≠k y ≠k z ，对于以连续点源和恒定流量q 抽吸流体，抽吸时间从0到t ，?p （t ）可由上式积分并做u t =--()
1
2
λ代换得到
126石油钻采工艺 2009年10月（第31卷）第5期
考虑井筒的存在，可以通过加入稳态形状系数
来修正，稳态形状因子Ω可以由式（8）和式（9）来确定［2
］
W =
()-()
￥415
2,.b q b b x b e
G d （8）
其中 x =()z r k k k /()/.w x y z 05 （9）由式（8）和式（9）计算q =0°，即0°方位垂直探头的形状因子Ωv （0）=1；计算q =180°，即180°方位的垂直探头的形状因子Ωv （180）=0.5117。
因此，考虑井眼影响，式（7）变形为
（7
）
D p t erfc t ()=)
2
（10）
D p t erfc t ())
2设抽吸探头处的坐标为（0，0，0），所以式（2）、
式（3）和式（10）分别变形为α=（r cos q?r w
cos 0）=
r cos q?r w （11）β=（r sin q?r w sin0）=r sin q （12） D p t erfc t ()=
)
（13）2.1.1 0°方位垂直观测探头解释模型 将余差函数
的线性表达式［8-11］代入式（13），并代入形状因子Ωv （0）=1得
p p t i V -()=()0
14）式中，z VP 为垂直探头距抽吸探头的垂直距离，m 。
令
?p V
（0）（t ）=p i ?p V
（0）
（t ） m 0()
=f t g
() b 0()代入式（14）得?p V （0）（t ）=m （0）f
g （t ）+b （0） （15） 式（15）即为0°方位垂直观测探头的渗透率解
释模型。 2.1.2 180°方位垂直观测探头解释模型 将余差函数的线性表达式［8-11］代入式（13），并代入形状因子ΩV （180）=0.5117得
p p t
i V -()=()180
（16）
式中，r w 为井眼半径，m 。
令 ?p V （180）（t ）=p i ?p V （
180）
（t ）f t g ()=
b 180()=
m 180()=代入式（16）得
?p V （180）（t ）=m （180）f g （t ）+b （180） （17）式（17）即为180°方位垂直观测探头的渗透率
解释模型。
联立解释模型（15）、（17）可解得测试层参数k x 、k y 、k z 和φc t ，这里着重要指出的是，当联立解释模型
（15）、（17）时，两个模型解释的参数是井筒周围同一高度的储层参数，这两个参数具有同一性质，是符合储层实际地质情况的。 2.2 解释方法
Interpreting methods
在获得两个垂直观测探头的实测压力数据以后，以t -0.5为横坐标，探头的压力变化?p v （0）（t ）为纵坐标，当满足解释条件时，测试点成一条直线，如图3所示，计算直线的斜率m （i ）和与压力轴的截距b （i ）。将得到的m （i ）和b （i ）带入解释模型（
15）、（17）可解得
关富佳等：各向异性地层多探头电缆地层测试解释模型127
测试层参数k x 、
k y 、k z 和f c t
。图3 垂直探头压力变化与测试时间函数关系
Fig.3 Diagram showing the correlation between pressure variation and testing functions of time of vertical probes
3 模拟实例分析
Case study analysis of simulation
由于没有实测数据，采用以模拟实例来说明该解释方法的解释过程以及分析模型解释误差，模拟实例参数见表1。依据参数表1，应用Eclipse 模拟器建立数值模拟模型，新的多探头组合结构在井眼中坐封位置见图4。根据解释模型式（15）和式（17），利用数值模拟的压力数据，分别以t -0.5为横坐标，探头的压力变化?p v （i ）（t ）为纵坐标，将各垂直观测探头的实测压力数据在直角坐标系作图，参数解释数据图见图5。
表1 数值模型模拟参数
Table 1 Parameters of numerical simulation
流量q
/10-6 m 3·s
-1
黏度
/mPa ·s z VP
/m k
x /10-15
m 2
k
y /10-15
m 2
k
z /10-15
m 2
孔隙度c
t /10-10
Pa -1
地层压力/MPa
8.7
1.35
0.45
100
85
25
0.3
12
2
图 4 多探头电缆地层测试数值模拟模型
Fig.4 Numerical simulation model for multi-probe wireline
formation testing
图5 新型多探头电缆地层测试参数解释曲线
Fig.5 Parameters interpreting curve of new multi-probe
wireline formation testing
由图5得到的各项参数代入解释模型式（15）
和式（17）得：
k x =102.56×10-15 m 2；k y =89.603×10-15 m 2
；
k z =26.1528×10-15
m 2
；f c t =3.729×10-10
Pa -1
。可以看出，用新型多探头电缆地层测试器组合
探头结构及其解释模型能够进一步认识储层，储层参数解释精度较高。
4 结论
Conclusions
（1）现有的多探头电缆地层测试器和相应的解释
模型无法适用于纵向非均质储层的测试，重新设计了多探头电缆地层测试器的探头组合结构，能够使改进后的多探头电缆地层测试器适用于纵向非均质地层的测试参数解释，拓展了多探头电缆地层测试器的功能。
（2）给出了改进后的多探头电缆地层测试器的解
释模型，在保证参数解释精度的同时，还能够评价测试地层的各向异性，使得能够通过多探头电缆地层测试更进一步认识地层。
（3）数值模拟数据测试结果表明，新的多探头电缆地层测试器探头组合结构及其参数解释模型具有较高的测试参数解释精度。
参考文献：References:
［1］ P ETER A Goode. Permeability determination with a multi-
probe formation tester ［R ］. SPE 20 737, 1992.
［2］ H EAD E L, POP J J. Reservoir anisotropy determination
thing multiple probe pressures ［R ］. SPE 26 048, 1993.［3］ G OODE P A. Multiple-probe formation testing and vertical
reservoir continuity ［R ］. SPE 22 738, 1991.
［4］ C OSAN Ayan. Determination of horizontal and vertical
permeabilities using multiprobe wireline formation tester in layered formations ［R ］. SPE 29 835, 1995.
［5］ F IKRI J Kuchuk. Multilayer reservoir testing with multi-probe wireline formation tester ［R ］. SPE 36 176, 1996.
［6］ B ADAAM H. Estimation of reservoirs formation properties
using multiprobe formation tester in layered reservoirs ［R ］. SPE 49 141, 1998.
128石油钻采工艺 2009年10月（第31卷）第5期
［7］ S HAH P C, POP J J. Interpretation of the transient pressure recorded by a multi-probe wireline formation tester in a lay-
ered reservoir［R］. SPE 25 663, 1993.
［8］ G OODE P A. Permeability determination with a multiprobe formation tester［R］. SPE 25 396, 1992.
［9］ 安小平.泵抽式电缆地层测试压力分析与产能预测理论研究［D］. 北京：中国石油大学，2004.
AN Xiaoping. The study of pressure analysis and deliver-
ability prediction of wireline formation tester with pump
［D］. Beijing: China University of Petroleum, 2004.［10］ 林梁.电缆地层测试器资料解释理论与地质应用［M］.
北京：石油工业出版社，1994：92.
LIN Liang. Data interpretation theory and geologic applica-
tion of wireline formation tester［M］. Beijing: Petroleum
Industry Press, 1994: 92.
［11］ X U Hanbing, Li Xiangfang, Guan Fujia. A new method on deliverability forecasting of wire line formation testing
（WFT） with multi-well parameter［R］. SPE 11 463.
（收稿日期 2009-03-09）
〔编辑 景 暖〕
（上接第118页）
4 结论及建议
Conclusions and propose
（1）交联酸压裂液性能良好，满足了碳酸盐岩储层压裂施工的需要，取得了较好的增产效果。
（2）交联酸具有良好的缓速、造缝、携砂等性能，可形成深度穿透的酸蚀裂缝与支撑缝长、导流性能好、沟通能力强的油气渗流通道。
（3）交联酸压裂工艺使碳酸盐岩压裂施工规模和加砂浓度都得到很大提高，有效地增加了裂缝导流能力，提高了单井产量，具有良好的推广应用前景。
（4）交联酸液体现场配制具有一定难度，稠化剂的溶胀性能，酸液添加剂对交联剂成胶性能的影响及现场调整，建议在不同工业用酸产品对成胶性能的适应性等方面再进一步深入研究。
参考文献：
References:
［1］ 中国石油油气储层改造重点实验室. 2008年低渗透油气藏压裂酸化技术新进展［M］.北京：石油工业出版
社，2008：64-74，325-334.
Key laboratory of cnpc. Reservoir reconstruction, Low per-
meability reservoir fracturing and acidizing technology and
new advances in 2008［M］. Beijing: Petroleum Industry
Press, 2008: 64-74, 325-334.
［2］ 曲占庆，齐宁，王在强，等.低渗透油层酸化改造新进展［J］.油气地质与采收率，2006，13（6）：93-96.
QU Zhanqing, QI Ning, WANG Zaiqiang, et al. Progress of
acidizing techniques in low-permeability reservoirs［J］.
Petroleum Geology and Recovery Ef fi ciency, 2006, 13（6）:
93-96.
［3］ 伊向艺，卢渊，宋毅，等.靖边气田白云岩储层交联酸酸压技术实践［J］.油气地质与采收率，2008，15（6）：
92-94.
YI Xiangyi, LU Yuan, SONG Yi, et al. Acid fracturing
technology practice of cross-linking acid fluid in dolomite
reservoir of Jingbian gas fi eld［J］. Petroleum Geology and
Recovery Ef fi ciency, 2008, 15（6）: 92-94.
［4］ 曲岩涛，张贵才，孙铭勤，等.复合型高温酸化用粘土防膨剂的研制［J］.油气地质与采收率，2007，14（1）：
73-75.
QU Y antao, ZHANG Guicai, SUN Mingqin, et al. Develop-
ment of compounded clay antiswelling agent used in high
temperature acidizing［J］. Petroleum Geology and Recov-
ery Ef fi ciency, 2007, 14（1）: 73-75.
（修改稿收到日期 2009-05-18）
〔编辑 付丽霞〕
1准确度可以定义为测量值与被测量的真值之间的符合程度或接近程度。 2分辨率是指仪器能够在输入信号中检测到的最小变化量，也就是仪器反映的被测物理量的最小变化。 3灵敏度用来表示一台仪器或一个仪器系统某一部分的输出信号和输入信号之间的关系，即灵敏度=(输出信号的变化量)/(输入信号的变化量)。 4测量误差是实际的测量值与真值之差。 5测量仪器的校检是用相对标准来确定测量仪表或测量系统测值读数（有时是电输出量）与机械输出量之间的过程。 6绝对压力指液体，气体或蒸汽垂直作用在单位面积上的全部压力，包括流体本身的压力和大气压力。表压力等于绝对压力与大气压力之差，是相对压力。 7试油（气）是指探井钻井中和完井后，为取得油气储层压力、产量、液性等参数，提交要求的整套资料的全部过程，是最终确定一个构造或一个圈闭是否有油气藏存在和油气藏是否具备开采价值的依据。 8流动压力是在自喷求产过程中特定的工作制度下所测得的油层中部压力（简称流压）。 9当自喷井试油求产结束后在正常生产状态下将压力计下至油层中部深度，停放30~120min 然后关井，测出地层压力由生产状态到静止状态的变化过程，在这个过程中压力随关井时间的变化关系可以形成一条曲线，通常称压力恢复曲线。 0正压射孔是射孔时，静液柱压力大于地层压力。射孔时，静液柱压力小于地层压力称为负压射孔。 1喉道是指两个颗粒间联通的狭窄部分，是易受损害的敏感部位。 2 DST是钻杆地层测试是指在钻井过程中或完井之后对油气层进行测试，获得在动态条件下地层和流体的各种特性参数，从而及时准确的对产层做出评价。 3测试半径是在测试过程中由于地层流体发生物理位移，对一定距离的地层将产生作用，这个距离为测试半径又为调查半径。 4油、气田生产所部署的井统称为开发井，包括滚动井、投产井、注水井、观察井等。 5堵塞比DR是指实测生产压差与理论生产压差之比。 6流动效率FE表示地层在受到污染的产量与未受到污染情况下产量之比。 7抽汲诱喷发就是利用带有密封胶皮及单流阀的抽子，通过钢丝绳下入井中，进行上、下高速运动。 8提捞诱喷发就是用一个钢制的捞筒，通过钢丝身下入井内，一筒一筒的将井内液体捞出地面，从而降低井中液柱的高度，达到渗流的目的。 9注水泥塞上返试油计划是在很短时间内，从地面将一定数量的水泥浆顶替到已试油层与待试油层之间的套管中，待水泥浆凝固后形成-水泥塞，封住已试油层，然后再射开上面试油层段，进行诱喷，求产等工作。 1测试仪器可分为（指示仪表）、（记录仪表）、（控制仪器）。 2测量仪器的组成（敏感元件）、（放大元件）、（指示和记录元件）。 3指示器分为两类（模拟式）和（数字式）。 4测量误差是（实际的测量值与真值之差）。 5测量误差分为（过失误差）、（系统误差）和（偶然误差）。 6油层能量大小的标志是（油层压力的大小）。 7测量大气压的油表叫（气压表），测量表压力的仪表是（压力表或压力计），测量负压力的仪表叫（真空表）。 8压力计的种类很多，按工作原理分为（液柱压力计）、（弹性式压力计）、（电气式压力计）
一、MFE（多流测试器） （一）换位机构 工作原理：换位机构由花键芯轴、花键套和“J”型销组成。花键芯轴上沿180°圆周铣有“J”型换位槽，“J”型销固定在花键套上并通过平头销插入换位槽内。花键芯轴通过上部接头与上部钻具相连。与钻具相连的花键芯轴上、下运动时，“J”型销延换位槽的轨道运动，使花键套随之转动，但不能做上下运动，“J”型销从一个位置换到另一个位置，与花键芯轴相连的测试阀也就随之由开到关。当换位芯轴失灵时，允许上提管柱一定距离，实现MFE关井。 （二）延时机构 延时机构由阀、阀座和阀外筒组成，内的液压油为4607号合成液压油（或UCO N-LB-1200-X液压油） 表1-3 95mmMFE延时机构“O”形圈 （三）取样机构 取样机构由取样器外筒，取样芯轴，上下密封套及两组“O”形圈和“V”形圈构成的双控制阀组成。 表1-7 MFE测试器性能试验标准
二、液压锁紧接头 液压锁紧接头直接接在MFE测试器下部，在起下钻过程中，由于环空液柱压力的作用，把芯轴往上推，上顶MFE测试器取样芯轴，使测试阀保持关闭，下放管柱加压打开测试阀时，MFE测试器取样芯轴将液压锁紧接头向下压，在上提换位的过程中，芯轴受向上的液压作用力向上运动，而下接头和外筒同时受向下的液压作用力使封隔器保持座封。液压锁紧力的大小是液压锁紧面积与液柱压力之积。 公式：f锁=p液×A3×102 f锁－液压锁紧接头的锁紧力，N； p液－液柱压力，MPa； A3－液压锁紧面积 表2-1 95mm液压锁紧接头“O”形圈 表2-2 127mm 液压锁紧接头“O”形圈 （2）芯轴的组装位置为芯轴露出上接头上端面194mm。
地层测试技术 地层测试(formation testing)是在在钻井或油气井生产过程中，对目的层段层进行的测试求产，地层测试可以测取地层压力数据，采集地层流体样品，从而对地层的压力、有效渗透率、生产率、连通情况、衰竭情况等进行评价，为建立最佳的完井方式、确定下部措施和开发方案提供依据，是进行油田勘探开发的重要技术手段。其方法一般有：①随钻地层测试：通过钻杆末端的钻杆测试器；②电缆地层测试：利用电缆下入绳索式测试器；此外广义的地层测试还包括常规的试油试气、钻杆地层测试、生产测井、试井等。 钻杆地层测试—DST（drill stem test)是使用钻杆或油管把带封隔器的地层测试器下入井中进行试油的一种先进技术。它既可以在已下入套管的井中进行测试，也可在未下入套管的裸眼井中进行测试；既可在钻井完成后进行测试，又可在钻井中途进行测试。它们座封隔离裸眼井底,解脱泥浆柱压力影响，使地层内的流体进入测试器，进行取样、测压等。钻杆(中途)测试减少了储层受污染的时间和多种后续井下工程对储层的影响，可以有效保护储层，是对低压低渗和易污染油气层提高勘探成功率的有效手段之一。中途测试往往也使油气提前发现，争取了时间，易于安排下步工作。 电缆地层测试是使用电缆下入地层测试器，电缆地层测试仪器又称之为储层描述仪，是 目前求取地层有效渗透率和油气生产率最直接有效的测井方法，同一般的钻杆测试相比，它具有简便、快速、经济、可靠的优点，在油田开发中有重要作用。电缆地层测试目前应用的主要是组件式电缆地层测试器，仪器结构包括电气组件、双探头组件、石英压力计组件、流动控制组件和样品筒组件几部分。根据用户的需求，可以单独测量地层压力及压力梯度，或者同时采集多个地层流体样品。 MFE（mulitflow evaluator）被称为多流测试器，是斯伦贝谢公司研制的地层测试器，用 它可实现钻井中途裸眼井段测试和多层段间的跨隔测试。MFE测试技术是通过钻杆或油管 将专用测试仪器及管串组件传输下到欲测试目的层段，利用封隔器座封实现管柱内腔体与环空的阻隔，使地层流体在人为控制压差的条件下顺利流动进入管柱，从而摸清目的层压力、液性和产能等数据资料。压差的人为控制是通过开关操作井下特殊工具实现的，可进行流动生产和关井压恢等条件下测试的多次往复转换。
MFE地层测试器 一、特点 MFE地层测试器是一套完整的井下开关工具，整套测试工具借助于钻杆的上、下运动操作和控制井下工具的各种阀，具有操作方便、动作灵活可靠，地面显示清晰的特点。测试时在地面可以比较容易地观察和判断井下工具所处的位置，并能获得任意次开井流动和关井测压期。MFE地层测试器是大庆油田最早使用的地层测试工具，有127mm（5″）工具，适应于裸眼井测试和168mm(6 5/8″)以上的套管井测试；有108mm(4 1/4″)工具，适应于140mm(5 1/2″)以上的套管井和裸眼井测试;95mm(3 3/4″)工具，适应于140mm(5 1/2″)以上的套管井测试；79mm(3 1/8″)工具，适应于114mm(4 1/2″)小直径套管井测试。但在使用中存在换位机构易损、心轴易堵、高产井截流、封隔器易泄压等问题。 二、结构 MFE测试器主要由换位机构、延时机构、取样机构三大部分组成。 1、换位机构 包括花键心轴、花键套、J型销、止推垫圈。 花键心轴与上部油管相连，受地面控制，只能上、下运动，不能转动。J型销与花键套钉为一体并插入换位槽内，当花键心轴上、下运动时，拔动花键套转动，但不能上下移动。J型销从一个位置换到另一个位置，下方测试阀也从一个位置换到另一个位置（上下位置改变），达到开井和关井的目的。止推垫圈充分保障了花键套的轴向旋转。如图1-1-1： （1）下井时，J型销通常在A位置，测试处于关闭状态； （2）下置预定位置加压坐封后，换位槽下行，延时几分钟后，管柱自由下落，测试处于开井状态，J型销此时处于在B位置； （3）慢慢上提管住，换位槽上行，出现自由行程，J型销移置C处，测试处于关闭状态；
1.1地层测试器发展及现状 1 钻杆式地层测试器 钻杆式地层测试器是一种重要的地层测试方法，在国内外陆上石油勘探开发中应用十分广泛。它是钻井过程中或完井之后，利用钻杆或油管柱将地层测试器送到待测层位，操作钻杆柱或油管柱座封封隔器，使被测地层与环空钻井液隔离，然后操作管柱或对环空加压，按设计开启和关闭井下测试阀，释放钻井液对待测地层流体的压力，使地层流体流入管柱内，井下压力计和温度计记录井下压力和温度；按测试要求多次开关测试阀，完成测试作业。在测试后期采集地层流体。测试结束后封隔器解封，提出地层测试器，即可获得清洁的地层流体，并且能进行探边测试。采用钻杆式地层测试器测得的数据，由于测试流量大、时间长，当压力扰动传播到上部或下部非渗透界面时，一般采用柱形压力恢复分析。但钻杆式地层测试器存在着测试时间长，测试费用高，测试层中生产的流体需要处理，这使其在海洋石油勘探开发中应用受到限制。另外，钻杆式地层测试还存在无法确定油水界面及各向异性地层渗透率等缺点。 2 重复式地层测试器 重复式地层测试器是斯伦贝谢公司1974年研制出来的，斯伦贝谢公司称之为RFT。阿特拉斯公司和哈里伯顿公司分别研制出来功能类似的产品，分别称为FMT 和SFT。各公司的仪器尽管性能各有优劣，但仪器结构和主要功能相似。目前我国能够独立研制重复式地层测试器，而且国内石油勘探应用的电缆地层测试器主要是重复式地层测试器。FRT 的井下仪器可耐高温高压，外壳用特殊钢材制造。仪器下部有两个取样筒，一个容积为3780cm3，一个容积为10409 cm3。在裸眼井内测试，一次下井可以根据需要无数次地测取地层压力，并可以采集两支地层流体样品。在套管井内测试，一般每次下井可测多次地层压力和取两支流体样品。RFT 有两个预测室，容积均为10 cm3，两个预测室活塞运动速度恒定，即抽吸流量恒定。第一预测室抽吸流量约为44cm3/min，需要12-14s其活塞才能到达其行程终点。第二预测室抽吸量约为122cm3/min，大约需要7s其活塞才能到达其行程终点。FMT 与RFT相类似，但是只有一个预测室。其取样筒体积有3875 cm3、4000 cm3、10000cm3、20000 cm3四种，可根据不同的地层情况进行选择。重复式地层测试器预测压力记录包括三项不同信息，即井内静液柱压力、地层关井压力和预测时抽液所诱发的短暂的地层压力变化。这些信息可以用来了解地层渗透率，鉴别油藏中可流动体及气、油、水的接触面，估计油藏垂向连通性，研究油层的生产特性和油藏的递减方式等。 重复式地层测试器可以提供以下主要的信息： （1）井筒泥浆柱的静压剖面： （2）一口井各储层地层静压和压力梯度的垂直分布； （3）储层有效渗透率的垂直分布； （4）油层油气水界面的判定； （5）流体取样测试点的地层生产特性测定；但是，重复式电缆测试器存在以下几方面的问题： （1）仪器预测试室活塞移动速度不能调节，对不同的地层和流体条件适应能力差； （2）预测试室容积小而且不能连续排液，仪器探测半径小，压力恢复曲线的代表性差；（3）不能现场测定地层流体的泡点压力，不能保证压力测试和取样时探头处压力在泡点压力以上，因此压力测试精度不高，同时也影响取样质量； （4）仪器只有一个探头，对地层垂向渗透率和各向异性测试精度低； （5）不能现场实时监测和分析泵入仪器的地层流体，所以不能合理地确定采样开始时刻，导致采样质量下降或浪费钻井时间。
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 钻杆式地层测试器 钻杆式地层测试器是一种重要的地层测试方法，在国内外陆上石油勘探开发中应用十分广泛。它是钻井过程中或完井之后，利用钻杆或油管柱将地层测试器送到待测层位，操作钻杆柱或油管柱座封封隔器，使被测地层与环空钻井液隔离，然后操作管柱或对环空加压，按设计开启和关闭井下测试阀，释放钻井液对待测地层流体的压力，使地层流体流入管柱内，井下压力计和温度计记录井下压力和温度；按测试要求多次开关测试阀，完成测试作业。在测试后期采集地层流体。测试结束后封隔器解封，提出地层测试器，即可获得清洁的地层流体，并且能进行探边测试。采用钻杆式地层测试器测得的数据，由于测试流量大、时间长，当压力扰动传播到上部或下部非渗透界面时，一般采用柱形压力恢复分析。但钻杆式地层测试器存在着测试时间长，测试费用高，测试层中生产的流体需要处理，这使其在海洋石油勘探开发中应用受到限制。另外，钻杆式地层测试还存在无法确定油水界面及各向异性地层渗透率等缺点。 2 重复式地层测试器 重复式地层测试器是斯伦贝谢公司1974年研制出来的，斯伦贝谢公司称之为RFT。阿特拉斯公司和哈里伯顿公司分别研制出来功能类似的产品，分别称为FMT 和SFT。各公司的仪器尽管性能各有优劣，但仪器结构和主要功能相似。目前我国能够独立研制重复式地层测试器，而且国内石油勘探应用的电缆地层测试器主要是重复式地层测试器。FRT 的井下仪器可耐高温高压，外壳用特殊钢材制造。仪器下部有两个取样筒，一个容积为3780cm3，一个容积为10409 cm3。在裸眼井内测试，一次下井可以根据需要无数次地测取地层压力，并可以采集两支地层流体样品。在套管井内测试，一般每次下井可测多次地层压力和取两支流体样品。RFT 有两个预测室，容积均为10 cm3，两个预测室活塞运动速度恒定，即抽吸流量恒定。第一预测室抽吸流量约为44cm3/min，需要12-14s其活塞才能到达其行程终点。第二预测室抽吸量约为122cm3/min，大约需要7s其活塞才能到达其行程终点。FMT 与RFT相类似，但是只有一个预测室。其取样筒体积有3875 cm3、4000 cm3、10000cm3、20000 cm3四种，可根据不同的地层情况进行选择。重复式地层测试器预测压力记录包括三项不同信息，即井内静液柱压力、地层关井压力和预测时抽液所诱发的短暂的地层压力变化。这些信息可以用来了解地层渗透率，鉴别油藏中可流动体及气、油、水的接触面，估计油藏垂向连通性，研究油层的生产特性和油藏的递减方式等。 重复式地层测试器可以提供以下主要的信息： （1）井筒泥浆柱的静压剖面： （2）一口井各储层地层静压和压力梯度的垂直分布； （3）储层有效渗透率的垂直分布； （4）油层油气水界面的判定； （5）流体取样测试点的地层生产特性测定；但是，重复式电缆测试器存在以下几方面的问题： （1）仪器预测试室活塞移动速度不能调节，对不同的地层和流体条件适应能力差； （2）预测试室容积小而且不能连续排液，仪器探测半径小，压力恢复曲线的代表性差； （3）不能现场测定地层流体的泡点压力，不能保证压力测试和取样时探头处压力在泡点压力以上，因此压力测试精度不高，同时也影响取样质量； （4）仪器只有一个探头，对地层垂向渗透率和各向异性测试精度低； （5）不能现场实时监测和分析泵入仪器的地层流体，所以不能合理地确定采样开始时刻，导致采样质量下降或浪费钻井时间。 3 组合式地层测试器 20 世纪90 年代斯伦贝谢等西方石油公司研制出了组合式地层测试器。组合式地层测试器采用模块化设计，可以根据测试需要安装不同的功能模块，仪器工作灵活性大。与重复式地层测试器相比，加大了预测室体积，增加了流动控制组件、连续泵排组件、多个取样筒、流体样品自动识别系统等；仪器的探测半径大，取样质量高，仪器一次下井可以对多点地层取样，对地层垂向渗透率和各向异性测试精度高。其中，斯伦贝谢推出的组装式地层动态测试器、阿特拉斯公司推出的油藏特性测试仪及哈里伯顿公司研制的油藏描述仪，代表了电缆式地层测试器发展的前沿。 组合式地层测试器结构和功能有如下的共同特征： （1）仪器的模块化提高了多用途的选择性； （2）压力测量采用高速响应、高精度的石英电子压力计使压力测量精确； （3）根据不同的地层特性，在地面控制和选取最佳的测试参数（流速、测试室体积等），保证取样流动压力一直高于饱和压力，因而能实现对各种地层的取样和测试； （4）具有较大的预测试室容积和连续泵排功能； （5）利用单探头和双探头组件的不同组合可以根据已知流量下的压力响应，反演渗透率的空间分布，得到储集层的垂向渗透率和地层