石油工程技术 井下作业 中途测试

中途测试

在钻井过程中发现油气显示后，立即停止钻进、起出钻头，利用钻杆将地层测验器下

到目的层顶部、封隔目的层以上的地层，利用钻杆进行试油，求取各项资料。此种试油方

法称为中途测试，又叫做钻杆测试、裸眼测试。它的优点是能及时发现油气层，能获得更

真实的地层资料。测试的原理与试油的原理相同，就是靠降低井内液柱压力，诱导出油气

流。目前，现场已经淘汰了玻璃接头测试，常用MFE地层测试器、全通径APR测试工具、

膨胀式测试工具进行中途测试。

1MFE地层测试工具及原理

MFE(MultiFlowEvaluator——多流测试器)测试管柱以MFE为主测试阀，按照裸眼

井还是套管井，采用单封隔器测试还是双封隔器跨隔测试，配合有各种安全装置、循环装

置和测压仪表等，可组成多种测试管柱。MFE地层测试器是一种常规测试器，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。

1.1MFE地层测试器的工作原理及施工过程

MFE地层测试器工作原理如图1所示，入井管柱从下至上分别由压力记录仪及托筒、筛管、安全密封封隔器、旁通阀、多流测试器和测试钻杆组成，必要时可装一个震击器。

图1MFE地层测试器工作原理

(a)下井；(b)流动；(c)关井；(d)起出

1—测试钻杆；2—测试阀；3—旁通阀；4—封隔器；5—取样器1.1.1测试分为以下四个步骤：

1.1.1.1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。

1.1.1.2流动测试：

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是受压缩才延时的，因此它延时一段时间

之后才打开，并在打开的一瞬间出现管柱自由下坠25.4mm的现象，地层流体经筛管和测

试阀流入钻杆内，进入流动期。

1.1.1.3关井测压：

要关井测压力恢复时，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。

1.1.1.4起出：

关井结束后，上提管柱给旁通阀施加拉伸负荷，经过一段时间延时后旁通阀打开，平

衡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。

1.2MFE测试管柱主要部件的结构和工作原理

1.2.1MFE多流测试器

MFE多流测试器是整套工具的核心部位。它由换位机构、液压延时机构和取样机构组

成，其结构如图2所示。

为满足不同井眼的测试需要，其外径分为127mm，108mm，95mm和79mm等几种型号，

通常使用的是127mm和95mm两种。

1.2.1.1换位机构

该机构主要由花键心轴、花键套和J形销组成。花键心轴上沿80°的圆周铣有换位槽，

J形销固定在花键上，但J形销的平头销又插入换位槽。如图3所示。花键心轴与上接头

连接，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。J形销在换位槽的位置不同，测试阀的开关状态不同，如图4所示。以此周而复始，就能实现多次重复开关井操作。

图2MFE多流测试器结构示意图

1—上接头；2—油嘴挡圈；3、5、9—“O”形密封圈；4—花键心轴；6—沉头管塞；7—上外筒；

8—垫套；10—止推垫圈；11—花键套；12—J形销；13—花键短节；14—上心轴；15—补偿活塞；

16—注油塞；17—阀；18—阀塞；19—上弹簧挡圈；20—阀弹簧；21—下弹簧挡圈；22—阀外筒；

23—下心轴；24—注油塞；25—“V”形密封圈；26—上密封套；27—取样器外壳；28—取样器心轴；

29—密封压帽；30—下密封套；31—密封心轴；32—螺旋销；33—塞子；34—泄油阀；

35—弹性挡圈；36—安全销帽；37—管塞；38—安全塞

图3换位机构图图4换位槽图

1—花键心轴；2—J形槽；3—滑套活塞；4—滑套；5—J形销1.2.1.2液压延时机构

多流测试器配备的液压延时机构与普通液压工具延时机构的结构相同，它是运用液体

缝隙流动的理论达到延时目的的。当下放管柱加压时，液压延时机构起作用，而当上提管

柱拉伸时，不起延时作用。因为，阀外筒的内径不相等，上部小、下部大，当液压阀在阀

外筒的上部向下运动时，上部配合间隙小，有延时作用；到下部较大内径处配合间隙变大，

液压油可立即泄流，不起延时作用，管柱可突然下坠，作为测试阀开启的显示。液压延时

机构由阀、阀座和阀外筒组成。

1.2.1.3取样机构

取样机构既是取样器，又是开关井的控制阀。它由外壳、取样心轴、上下密封套、密

封圈等组成。所有地层流体在进入钻杆之前都要流经双控制阀。在流动结束时，双控制阀

关闭，把流动状态下的地层样品收集在取样腔内。取样腔配有两个放样阀，便于在地面把

样品取出来。

1.2.2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，主要由活动接箍、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。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，使封隔器保持坐封。滑阀又称为计量滑阀，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。油压系统是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管内压

力的作用，另一侧受环空液柱压力作用。当工具起或下时，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，从而对封隔器起液压缩紧作

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。

1.2.3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。

1.2.3.1断销式反循环阀

从井口向钻杆内投入投杆砸断断销，进行反循环，结构如图5所示。1.2.3.2泵压式反循环阀

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6所示。

图5断销式反循环阀图6泵压式反循环阀

图51—断销塞；2—接杆接头；3—接杆盘；4—冲杆

图61—护圈；2—导盘；3—铜片

1.2.4其他工具

1.2.4.1封隔器

封隔器有裸眼和套管封隔器之分。裸眼封隔器是一种井底支撑封隔器。套管封隔器是

靠转动管柱，卡瓦机构撑住套管，使胶皮胀封。

1.2.4.2旁通阀

旁通阀用于下钻过程中，遇到缩径井段时，钻井液可以从封隔器心轴内孔经旁通阀的

孔流过和测试结束后平衡封隔器上下方的压力。它是靠上提、下放管柱实现开关的。旁通

阀上有一套与测试阀原理相同的延时机构，只是延时的时间与测试阀相反。旁通阀有裸眼

和套管两种。

另外，还有锁紧接头、压力计托筒、震击器、安全接头等工具。

2全通径APR测试工具

这是一种压控式套管测试工具，也是目前常用的地层测试工具。当封隔器坐封后，利

用该工具可以实现开井、关井、循环、取样等各项操作。全通径APR测试工具用在高压油

气井、超浅井、大斜度井和含有有害气体的井的测试，效果较好。

2.1APR测试工具主要部件的结构和工作原理

2.1.1LPR-N测试阀

LPR-N测试阀是整个管柱的主阀。主要由球阀、动力和计量三部分组成，如图7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、球阀外筒组成。

图7LPR—N测试阀图8APR—A阀

图71—球阀；2—控制臂；3、6—传压孔；4—氮气孔；5—硅油腔

图81—上接头；2—剪切套盖；3—剪销；4—剪切套；5—剪切心轴；6—中心短节；7—下接头动力部分由动力短节、动力心轴、动力外筒、氮气腔、充氮阀体、浮动活塞等组成。

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，使球阀在工具下扑时处在关

闭状态。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

动动力臂使球阀转动开井。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。

平衡活塞一端连通硅油腔，另一端与环空相通。下钻时，当液柱压力逐渐增加到大于下硅

油腔压力时，平衡活塞上移使下硅油腔压力增高，当下油腔压力增加到比上油腔压力大

2.8MPa时，计量阀开始延时导通，上油腔体积增大，浮动活塞上行，氮气腔体积缩小，使

氮气压力增高，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，上硅油腔始终比下硅油腔小2.8MPa压力，处于动平衡状态。封隔器坐

封后，环空加压，由于计量阀延时导通的作用，在上下硅油腔压力形成压差还未平衡时，

动力心轴下移带动动力臂，使球阀转动打开。工作原理是地面预先充好氮气，球阀处在关闭位置。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，向环空加预定压力，压力传到动力心轴，

使其下移，带动动力臂使球阀转动，实现开井。测试完后释放环空压力，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，从而实现多次开关井。

下井前，氮气腔的充氮压力由地面温度、井底温度、井底静液柱压力三个参数确定。

充气前要检查氮气的纯度，最好用99％的高纯氮。

2.1.2APR—A反循环阀

APR—A反循环阀的结构如图8所示，由上接头、中心短节、下接头、剪切套、剪销和

剪切心轴等组成。下井时，APR—A反循环阀的剪切心轴的位置被剪销所限定，处于将反循

环孔堵塞的位置。测试结束后，向环空打压，环空压力作用在剪切心轴上，剪断剪销，剪

切心轴向下运动，打开反循环孔，实现反循环。

2.1.3APR—M2反循环阀

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，结构如图9所示。

主要由循环阀、动力部分、取样器三部分组成。循环阀由上外筒、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；取样器是由球阀部分和放样部分组成。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，若下锁管向上运动，卡箍就会

掉入槽内，将下锁管锁住，使其不能上，下运动。

工作原理是：终流动结束后，向环形空间加压，使环空压力大于操作LPR—N阀的压

力6.9MPa左右，这个压力作用在动力心轴上，剪断剪销，动力心轴向上运动，使球阀关

闭，取到流动时的地层样品，这就是APR—M2的取样功能，动力心轴继续向上运动，撞击

密封心轴并剪断限定密封心轴的剪销时，回复弹簧就会推动密封心轴向上运动，于是循环

孔打开，可以进行反循环，这就是APR—M2阀的循环功能。在关闭取样器的同时，弹性卡