第4章APR全通径测试工具及工艺讲解

第四章APR全通径测试工具及工艺压控测试工具适用于海上浮船，自升式钻井平台，固定平台或陆地大斜度井的测试。

压控测试工具又可分为常规PCT，全通径PCT和全通径APR。

这类型的工具只在套管内使用，在测试管柱不动的情况下，由环形空间压力控制测试阀，实现多次开关井。

一、APR测试工具APR测试工具有如下特点：（1）操作压力低而方便简单。

（2）全通径，对高产量井的测试特别有利，有效地利用时间。

（3）可以对地层进行酸洗或挤注作业。

（4）可以进行各种绳索作业。

（一）APR工具测试管柱图4一1是APR测试工具的几种管柱配合示意图。

中间管柱从上至下是：（1）水下测试树，坐于水下防喷器组内；（2）钻杆；（3）大通径安全阀；（4）伸缩接头；（5）钻杆或钻铤；（6）APR-M2取样器安全阀；（7）RTTS反循环阀；（8）钻杆或钻铤；（9）LPR-N测试阀；（10）震击器；（11）RTTS反循环阀；（12）RTTS安全接头；（13）RTTS封隔器；（14）大通径记录仪托筒。

这套管柱主要用于一般的测试。

如果要向井内挤酸液，射孔-测试就用左边的管柱；（15）APR-A循环阀；（16）ChampⅢ封隔器，如果要穿过采油树或下EZ-SV 挤塞进行测试，就采用右边的管柱；（17）大通径旁通；（18）采油封隔器或EZ-SV封隔器，要根据具体用途和下步打算来选择和设计管柱，也要根据操作者运用井下工具的熟练程度和经验来拟定。

（二）LPR-N测试阀1、原理LPR-N测试阀是整个管柱的主阀。

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，压力传到动力芯轴，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，动力芯轴上移带动动力臂，使球阀关闭。

如此反复操作，从而实现多次开关井。

2、结构测试阀主要由球阀、动力和计量三部分组成（图4一2）。

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。

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。

根据地面温度、井底温度及静液柱压力，在地面对氮气腔充氮到预定压力，此压力作用在动力芯轴上，使球阀在工具下井时处在关闭状态。

封隔器座封后，环空加压，压力作用在动力芯轴上，压缩氮气，动力芯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，动力芯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芯轴，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，通过动力芯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。

封隔器座封后，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，动力芯轴下移带动动力臂，使球阀转动打开。

hLa l h CP H H CP CP Pn +--=894.63．技术性能表4－1 LPR －N 测试阀规范表4－3密封件包（1）充氮压力的计算 根据地面温度，静液柱压力和井内泥浆温度查表5确定充氮压力，为了确定精确的充氮正力，需用内插法计算充氮压力值。

1）选定与地面实际温度最接近的地面温度的表格。

2）选定与测试深度的实际泥浆温度最接近的表中泥浆温度。

3）一旦选定了确切表格，且根据表格确定了泥浆温度，即可确定用于实际测试深度液柱压力的确切充氮压力。

如果实际静液柱压力与表格中静液柱压力不符，可应用下列公式去确定与此静液柱压力相应的充氮压力：充氮压力 式中 P n ――充氮压力，MPa ；CP h ――表中高静液柱压力下的充氮压力， MPa ； CP L ――表中低静液柱压力下的充氮压力， MPa ； H a －一实际静液柱压力，MPa ； H L ――表中低静液柱压力，MPahLa l h CP H H CP CP Pn +--=894.6)(96.17894.647.3440)96.1719.21(+--=45.3894.6)(1++--=L La l h P PH PH P P P 45.3894.6)(1++--=L La l h P PH PH P P P 45.328.6894.647.3440)28.686.6(++--= 例一静液柱压力Ha ＝40MPa 井温 160℃ 地面温度 15℃ 计算充氮压力P n 查附表2（6）CP h =21.19 CP L =17.96 H L =34.47＝20．55MPa （2）充氮步骤1）充氮前，用氧分析仪检查氮气纯度，氮气纯度必须高于99%。

2）连接好氮气瓶与增压泵，增压泵出口管线与增压泵连接，用氮气吹通管线，清除空气及杂物。

3）增压管线与工具连接。

4）用氮气瓶压力向工具内充氮气2.76MPa ，然后释放掉，以清除工具中的氧。

5）用增压泵，往工具内充氮直到要求的充氮压力，关掉增压泵，拧紧工具上的氮气注入阀。

5．操作压力的计算各种LPR-N 测试阀，最小操作压力见附表1。

由于此表未考虑摩阻，球阀上下压差及其它可能误差，如泥比重偏差，测试深度偏差、低精度压力表的误差等。

因此最小操作压力附加3.45MPa 做为实际操作压力。

（1）选择与所使用规格的LPR-N 测试阀相应的表格。

（2）选定实际测试深度的泥浆温度与表中最接近的温度。

（3）如实际静液柱压力介于表中两个静液柱压力之间，则用下列内插法公式计算出操作压力。

操作压力 式中 P 1一一操作压力， MPa ；P h 一一表中高静液柱压力下的操作压力， MPa ； P L 一一表中高静液柱压力下的操作压力， MPa ； PH a 一一实际静液柱压力，MPa ； PH L 一一表中低静液柱压力，MPa ；例二：静液柱压力PH a ＝40MPa 井底温度 160℃ 用5 LPR 一N 阀测试，计算操作压力 查附表1（3）P h =6.86 P L =6.28 PH L =34.47=10.2MPa6．功能试验 （1）试压介质为清水Pj P P P n 3.101++=或乳化油。

（2）计量部分加满硅油。

（3）球阀以下试压68.94MPa ，稳压5钟。

（4）球阀上部试压34.5MPa ，稳压5分钟。

（5）对工具充氮气27.6MPa ，稳压3小时为合格。

（6）将四只剪销装入动力接头。

（7）对上下外压孔同时加泵压31MPa ，延时5分钟后氮气腔压力应增至28.3MPa 。

（8）泵压继续增加到41.4MPa （127mm 工具球阀打开压力应为35.5±0.7MPa ）稳压10分钟，氮气压力应增至38.6±0.7MPa（9）将上下传压孔压力释放至31MPa ，保持10分钟，氮气压力应为33.8±0.7MPa ，球阀关闭。

（10）将压力释放至零，保持10至15分种，计量套上下压力完全平衡。

（三）APR-A 反循环阀1．工作原理下井时，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，向环空施加泵压，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．结构API-A 反循环阀由上接头、中心短节、下接头、剪切套、销铂和剪切芯轴等组成见图4—3所示。

615.411736.6工具下井前要根据井深、泥浆比重、套管最大破裂压力数据确定APR-A 阀应装的剪销个数。

n －剪销数，个；P j －实际静液柱压力，MPa ； P 1一LPR-N 阀操作压力，MPa ； P P 一每只剪销剪切强度，MPa ／只； APR-A 阀操作压力 P 2=n · P P －P j （14一16）式中 P 2－APR-A 阀操作压力，MPa ； n －剪销数。

P P 一剪销强度；MPa ／只； P j 一实际静液柱压力； 例三5″APR 一A 阀1.1834.33.102.10403.101=++=++=P j P P P n 已知： P j =40Mpa P 1＝10.2MPa P p =3.34 7″套管N-80抗内压强度出68.67MPa 计算剪销数和A 阀操作压力取18只 强度校核n · P P =18×3.34=60.12MPa ＜68.67MPa 操作压力P 2=n · P P －P j＝18×3.34—40＝20.12MPa 4．性能检验 （1）内压试验工具整体试压68.9MPa ，稳压5min 为合格，如果稳不住压应拆卸工具，更换有关密封元件后重新试压。

（2）功能试验如图4一4所示，将下接头上的四个带丝扣的小孔中的三个用塞子堵住，将压力管线接到未堵住的孔上，在中心短节两边丝扣后面的槽内装上O 形圈，检验循环阀是否在预定的压力下打开。

安装20只剪销127.76mm工具打开循环阀的压力应为66.9+7MPa；99.57mm工具打开循环阀的压力应为：73.8±7MPa（四）APR-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。

1．工作原理终流动结束后，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M2取样功能，动力心轴继续向上运动，撞击密封心轴井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M2阀的循环功能。

在关闭取样器的同时，弹性卡箍滑入锁定槽内，使取样器在井下一直保持关闭状态，即测试管柱处于关井状态，这就是M2阀的安全功能。

2．结构APR-M2阀由循环阀、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阀的底部有一银带槽心轴，又称为下锁管，在下锁管糟的上方套着一个弹性卡箍，如果下锁管向上运动，卡箍就会掉入槽内，将下锁管锁往，使其不能上、下运动。

APR-M2阀的结构见图（4一5A，B）。

3．技术性能循环安全阀规范（1）APR-M2取样循环阀卸掉一个球阀就改装为循环安全阀。

4．计算操作压力0工具下井前应根据井深、泥浆比重来确定APR-M2阀安装的销子个数。

pj P P P n 9.61++=47.1569.39.62.10409.61≈++=++=pjP P P n式中 n －剪销数，只；P j 一实际静液柱压力， MPa ；P p －每只剪销剪切强度，MPa ／每只销 APR －M 2阀操作压力 P 3=n · P P －P j 式中 P ３一APR 一M 2阀操作压力 例四5″APR-M 2阀已知：P j ＝40MPa P 1＝10.2 P p =3.69 计算装剪销数和操作压力取16只P 3=n · P P －P j=16×3.69－40=19.04MPa （五）BIG JOHN 震击器BIG JOHN 震击器的作用与TR 震击器完全相同。