ERCT地层测试器液压系统集成设计

冯永仁，秦小飞

（中海油田服务股份有限公司油田技术研究院，北京 101149）

0 引 言

地层测试器已发展到第三代水平，如斯伦贝谢公司的组装式地层动态测试器（MDT）、阿特拉斯公司的油藏特性测井仪（RCI）、哈里伯顿公司的储层描述仪（RDT）[1]。受当时技术水平的限制，其液压系统没有采用集成化设计，众多的单个电磁阀直接安装到基体上，造成液压管路复杂，占用空间大，导致仪器液压系统的维护耗时长，难度大。中海油田服务股份有限公司于2010年正式推出了增强型储层特性测试仪（ERCT），其液压系统采用了最新液压集成技术，实现了液压系统模块化、集成化，提高了液压系统的稳定性和可靠性，简化了仪器维护保养程序，节省了维护时间和成本。

1 液压集成技术发展

液压集成化技术在连接方式上，板式连接被进一步简化归并，安装孔式连接成为主流。标准化程度进一步提高，标准化功能得到扩大。集成化程度不断提升，基于安装孔的集成化成为主流，连接集成块多样化和定制化。在综合现有技术的基础上，模块化、组配功能化更强、更加开放的新一代元件和产品族、技术平台已形成，多样化和个性化统一、一对一配制和开发模式广泛采用，开放程度更高，形成了新的技术格局。液阻理论、产品设计方法学等统一系统和回路组合实现全局合理化和整体优化[2]。

地层测试器液压系统集成化程度越来越高。液压元件的耐高温性能更强，小型化趋势越来越明显，便于集成设计。近年来仪器液压系统的设计及元器件开发及集成化设计取得了很大进展，现已成功应用于地层测试器中，产生了巨大的经济效益。

2 ERCT液压系统集成设计

2.1 ERCT模块化设计

地层测试器已发展到模块化结构，在仪器的机械性能、液压功能、任意组合功能上都有重要改进，为提高测试质量和取样质量，在流体流动环节及控制环节也都做了许多改进[1]。ERCT按主要功能进行区分，进行模块化设计，主要由电子线路模块、液压动力模块、双PACKER模块、反向注入模块、电阻电导率模块、光谱分析模块、数字泵抽模块、出口控制模块、PVT模块及大取样筒模块组成[3]。ERCT的液压系统、液压元件及电控部件均实现模块化、集成化设计，模块之间由快接体连接，包括液压油路、回油油路及样品回路，实现液压系统的模块化连接，控制信号部分由电气接插件连接，实现了模块化总线控制。

2.2 ERCT液压动力单元集成设计

液压动力系统是液压系统的重要组成部分，ERCT地层测试器液压系统需考虑到环境压力及温度升高对液压系统内部压力平衡的影响。液压系统电机的启动设计一个低压负载启动，能有效保护电机，增加其可靠性和稳定性[4]。

图1 ERCT液压动力系统原理图

图2 ERCT液压动力单元集成阀座

地层测试器液压动力系统的典型组成见图1。高压溢流阀为液压动力系统的安全阀，设定为液压系统工作压力值。低压溢流阀为电机刚启动时提供低压负载。单向阀连接液压系统的压力油路与回油油路，平衡液压系统内部压力。压力传感器实时监测液压动力系统的压力状况，快速接头提供液压动力系统接口，实现液压动力系统模块化的功能。液压动力单元集成阀座见图2，液压泵输出的压力油从入口进入，从出口输出到液压系统压力油管路上。集成阀座将动力单元的液压元件集成为一体。

2.3 ERCT液压控制单元集成设计

ERCT双PACKER模块液压原理见图3。坐封探头和支撑臂组成推靠装置，打开电磁阀SOL1、SOL2和SOL3，推靠装置在液压力驱动下张开，接触井壁形成坐封。打开电磁阀SOL5，推靠装置收回，并给蓄能器冲压，打开电磁阀SOL4，蓄能器泄压。两位两通常开液控阀1和2控制探头样品管路通断。打开电磁阀SOL6，液控阀关闭，切断样品管路，打开电磁阀SOL7，液控阀处于常开位置，样品分管路和样品总管路连通，同理控制另一样品分管路和样品总管路的通断。

该模块液压系统共包含了9个电磁阀，以及与电磁阀配合使用的4个单向阀和4个溢流阀。将液压元件按图3中4个虚线圆圈所示进行划分，集成到相应集成阀座中，从左到右依次为PACKER张开收回集成阀座、PACKER蓄能集成阀座及2个液控锁紧集成阀座，集成设计后的简化液压原理见图4。

图3 ERCT推靠坐封模块液压原理图

图4 ERCT推靠坐封模块简化液压原理图

以液控锁紧集成阀座为例介绍液压控制单元集成技术。集成阀座如图5所示，集成了电磁阀1、电磁阀2、溢流阀和单向阀。集成阀座基体为圆柱状，压力油输入口和压力油输出口由连接管构成，控制信号由插针座连接，整体结构紧凑、简洁，并采用封装式设计，尽可能减少液压元件与外部直接接触[5]。

图5 ERCT液压集成阀座液压原理及模型

地层测试器圆柱状基体在径向开设集成阀座孔（见图6），圆柱状的集成阀座孔有利于高压密封设计，集成阀座与基体之间通过2个液压口和控制插座连接，并通过密封压盖压紧，将集成阀坐封装到仪器基体上（见图7），实现相应的液压控制功能。

2.4 ERCT液压集成技术主要特点

（1）简化了液压系统。将复杂的液压系统从液压功能上简化为数个集成阀座，使仪器操作员和维修保养人员更容易理解液压系统，最大限度地减轻相关人员的工作量。

（2）液压系统实现了标准化、模块化。将液压系统中具有相似功能的局部液压元件进行标准化、模块化的集成设计，有利于零部件的储备、供应和调剂，使产品维修更为简便，有利于实现部件的互换与通用，提高更换维修效率。

（3）液压系统更稳定、可靠。集成化设计使得液压元件的污染可控，在集成阀座的入口设置过滤装置，减少了液压元件受污染的概率，提高了液压系统稳定性和可靠性。同时减小了液压系统维护的工作量，降低了维护工作对液压系统的二次污染。

（4）故障诊断、检测变得容易。液压系统集成化设计后，将大量的液压元件封装到集成阀座中，减少工作节点，液压系统故障的诊断、检测变得简明。同时液压集成阀座制定专门的检测程序，由专业人员进行检测，提高了液压系统的安全性和可靠性。

（5）仪器升级、换代更方便、高效。仪器改进和增加新功能时，涉及到液压系统功能扩充。集成化设计可以运用已有的相似功能模块，共享现有资源，使新产品的设计、制造更高效，大大缩短产品的研发、制造周期。

3 结束语

液压集成技术在增强型储层特性测试仪（ERCT）上获得成功应用，目前该仪器已成功产业化，作业稳定可靠。实际应用效果证明了液压集成技术的先进性，对其他井下仪器的液压系统设计具有重要的参考价值。

[1]高翔，白晓捷，贾丽，等.电缆地层测试器的技术现状及发展趋势[J].西部探矿工程，2010，22（10）：109-111.

[2]黄人豪.集成液压控制技术的创新[J].机电技术，2003，20（5）：4－8.

[3]周明高，刘书民，冯永仁，等.钻井中途油气层测试仪（FCT）研究进展及其应用[J].测井技术，2008，32（1）：72－75.

[4]冯永仁，秦小飞，徐凤阳.测井仪器液压动力系统高温高压试验装置的设计[J].液压气动与密封，2008，28（1）：19－21.

[5]冯永仁.一种插装式电液集成装置：中国，101251007[P].2008－08－27.