ERCT地層測試器液壓系統集成設計

馮永仁，秦小飛

（中海油田服務股份有限公司油田技術研究院，北京 101149）

0 引 言

地層測試器已發展到第三代水平，如斯倫貝謝公司的組裝式地層動態測試器（MDT）、阿特拉斯公司的油藏特性測井儀（RCI）、哈里伯頓公司的儲層描述儀（RDT）[1]。受當時技術水平的限制，其液壓系統沒有采用集成化設計，眾多的單個電磁閥直接安裝到基體上，造成液壓管路復雜，占用空間大，導致儀器液壓系統的維護耗時長，難度大。中海油田服務股份有限公司于2010年正式推出了增強型儲層特性測試儀（ERCT），其液壓系統采用了最新液壓集成技術，實現了液壓系統模塊化、集成化，提高了液壓系統的穩定性和可靠性，簡化了儀器維護保養程序，節省了維護時間和成本。

1 液壓集成技術發展

液壓集成化技術在連接方式上，板式連接被進一步簡化歸并，安裝孔式連接成為主流。標準化程度進一步提高，標準化功能得到擴大。集成化程度不斷提升，基于安裝孔的集成化成為主流，連接集成塊多樣化和定制化。在綜合現有技術的基礎上，模塊化、組配功能化更強、更加開放的新一代元件和產品族、技術平臺已形成，多樣化和個性化統一、一對一配制和開發模式廣泛采用，開放程度更高，形成了新的技術格局。液阻理論、產品設計方法學等統一系統和回路組合實現全局合理化和整體優化[2]。

地層測試器液壓系統集成化程度越來越高。液壓元件的耐高溫性能更強，小型化趨勢越來越明顯，便于集成設計。近年來儀器液壓系統的設計及元器件開發及集成化設計取得了很大進展，現已成功應用于地層測試器中，產生了巨大的經濟效益。

2 ERCT液壓系統集成設計

2.1 ERCT模塊化設計

地層測試器已發展到模塊化結構，在儀器的機械性能、液壓功能、任意組合功能上都有重要改進，為提高測試質量和取樣質量，在流體流動環節及控制環節也都做了許多改進[1]。ERCT按主要功能進行區分，進行模塊化設計，主要由電子線路模塊、液壓動力模塊、雙PACKER模塊、反向注入模塊、電阻電導率模塊、光譜分析模塊、數字泵抽模塊、出口控制模塊、PVT模塊及大取樣筒模塊組成[3]。ERCT的液壓系統、液壓元件及電控部件均實現模塊化、集成化設計，模塊之間由快接體連接，包括液壓油路、回油油路及樣品回路，實現液壓系統的模塊化連接，控制信號部分由電氣接插件連接，實現了模塊化總線控制。

2.2 ERCT液壓動力單元集成設計

液壓動力系統是液壓系統的重要組成部分，ERCT地層測試器液壓系統需考慮到環境壓力及溫度升高對液壓系統內部壓力平衡的影響。液壓系統電機的啟動設計一個低壓負載啟動，能有效保護電機，增加其可靠性和穩定性[4]。

圖1 ERCT液壓動力系統原理圖

圖2 ERCT液壓動力單元集成閥座

地層測試器液壓動力系統的典型組成見圖1。高壓溢流閥為液壓動力系統的安全閥，設定為液壓系統工作壓力值。低壓溢流閥為電機剛啟動時提供低壓負載。單向閥連接液壓系統的壓力油路與回油油路，平衡液壓系統內部壓力。壓力傳感器實時監測液壓動力系統的壓力狀況，快速接頭提供液壓動力系統接口，實現液壓動力系統模塊化的功能。液壓動力單元集成閥座見圖2，液壓泵輸出的壓力油從入口進入，從出口輸出到液壓系統壓力油管路上。集成閥座將動力單元的液壓元件集成為一體。

2.3 ERCT液壓控制單元集成設計

ERCT雙PACKER模塊液壓原理見圖3。坐封探頭和支撐臂組成推靠裝置，打開電磁閥SOL1、SOL2和SOL3，推靠裝置在液壓力驅動下張開，接觸井壁形成坐封。打開電磁閥SOL5，推靠裝置收回，并給蓄能器沖壓，打開電磁閥SOL4，蓄能器泄壓。兩位兩通常開液控閥1和2控制探頭樣品管路通斷。打開電磁閥SOL6，液控閥關閉，切斷樣品管路，打開電磁閥SOL7，液控閥處于常開位置，樣品分管路和樣品總管路連通，同理控制另一樣品分管路和樣品總管路的通斷。

該模塊液壓系統共包含了9個電磁閥，以及與電磁閥配合使用的4個單向閥和4個溢流閥。將液壓元件按圖3中4個虛線圓圈所示進行劃分，集成到相應集成閥座中，從左到右依次為PACKER張開收回集成閥座、PACKER蓄能集成閥座及2個液控鎖緊集成閥座，集成設計后的簡化液壓原理見圖4。

圖3 ERCT推靠坐封模塊液壓原理圖

圖4 ERCT推靠坐封模塊簡化液壓原理圖

以液控鎖緊集成閥座為例介紹液壓控制單元集成技術。集成閥座如圖5所示，集成了電磁閥1、電磁閥2、溢流閥和單向閥。集成閥座基體為圓柱狀，壓力油輸入口和壓力油輸出口由連接管構成，控制信號由插針座連接，整體結構緊湊、簡潔，并采用封裝式設計，盡可能減少液壓元件與外部直接接觸[5]。

圖5 ERCT液壓集成閥座液壓原理及模型

地層測試器圓柱狀基體在徑向開設集成閥座孔（見圖6），圓柱狀的集成閥座孔有利于高壓密封設計，集成閥座與基體之間通過2個液壓口和控制插座連接，并通過密封壓蓋壓緊，將集成閥坐封裝到儀器基體上（見圖7），實現相應的液壓控制功能。

2.4 ERCT液壓集成技術主要特點

（1）簡化了液壓系統。將復雜的液壓系統從液壓功能上簡化為數個集成閥座，使儀器操作員和維修保養人員更容易理解液壓系統，最大限度地減輕相關人員的工作量。

（2）液壓系統實現了標準化、模塊化。將液壓系統中具有相似功能的局部液壓元件進行標準化、模塊化的集成設計，有利于零部件的儲備、供應和調劑，使產品維修更為簡便，有利于實現部件的互換與通用，提高更換維修效率。

（3）液壓系統更穩定、可靠。集成化設計使得液壓元件的污染可控，在集成閥座的入口設置過濾裝置，減少了液壓元件受污染的概率，提高了液壓系統穩定性和可靠性。同時減小了液壓系統維護的工作量，降低了維護工作對液壓系統的二次污染。

（4）故障診斷、檢測變得容易。液壓系統集成化設計后，將大量的液壓元件封裝到集成閥座中，減少工作節點，液壓系統故障的診斷、檢測變得簡明。同時液壓集成閥座制定專門的檢測程序，由專業人員進行檢測，提高了液壓系統的安全性和可靠性。

（5）儀器升級、換代更方便、高效。儀器改進和增加新功能時，涉及到液壓系統功能擴充。集成化設計可以運用已有的相似功能模塊，共享現有資源，使新產品的設計、制造更高效，大大縮短產品的研發、制造周期。

3 結束語

液壓集成技術在增強型儲層特性測試儀（ERCT）上獲得成功應用，目前該儀器已成功產業化，作業穩定可靠。實際應用效果證明了液壓集成技術的先進性，對其他井下儀器的液壓系統設計具有重要的參考價值。

[1]高翔，白曉捷，賈麗，等.電纜地層測試器的技術現狀及發展趨勢[J].西部探礦工程，2010，22（10）：109-111.

[2]黃人豪.集成液壓控制技術的創新[J].機電技術，2003，20（5）：4－8.

[3]周明高，劉書民，馮永仁，等.鉆井中途油氣層測試儀（FCT）研究進展及其應用[J].測井技術，2008，32（1）：72－75.

[4]馮永仁，秦小飛，徐鳳陽.測井儀器液壓動力系統高溫高壓試驗裝置的設計[J].液壓氣動與密封，2008，28（1）：19－21.

[5]馮永仁.一種插裝式電液集成裝置：中國，101251007[P].2008－08－27.