一种FDT模块式双探头地层测试器及测试系统技术领域
本发明涉及油气勘探技术，具体为一种FDT模块式双探头地层测试器
及测试系统。
背景技术
FDT(FormationDynamicTestSystem)模块式地层测试器是油气勘
探、开发过程中对地层压力和渗透率进行测试，对地层流体进行直接取样的
仪器。FDT模块式地层测试系统是验证油田储层流体性质、划分油水、油
气界面，求取地层产能最为直接、有效的系统，是我国石油勘探开发中急需
的关键装备，是为确定油藏品质和生产潜力、制定合理开发方案提供依据的
主要技术之一。
常见地层测试器使用单探头系统对地层进行单点流体压力和渗透率测
试，或使用双封隔系统对松软地层进行整体压力和渗透率测试，测试的理论
依据是建立在地层流体压力和渗透率各项同性的基础上，但真实地层的渗透
率和压力在各个方向均有不同程度的差别，这样的测试结果均不能真实反映
地层真实特性和油藏性质。现有的测试装备无法实现对各项异性地层渗透率
和压力的同时同步的测试，无法测量地层的水平渗透率、垂直渗透率和储存
系数以及地层压力梯度，而且测试数据会受近井眼渗透率干扰的影响，无法
满足油田现场测井的测试需求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于能够测量各项异性地
层压力和渗透率，绘制地层压力梯度，拓展使用范围，提高测试精度的
FDT模块式双探头地层测试器及测试系统。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种FDT模块式双探头地层测试器，包括测试器主体，第一探头，第
二探头，液压动力系统，以及设置在测试器主体内部的地层流体测试系统；
测试器主体上分布有地层流体总管线和液压油路管线，以及与地层流体总管
线连通的探头流体管线；第一探头和第二探头在测试器主体的轴线两侧且呈
对称布置，用于同时对地层两个方向进行测试，并分别通过固定在测试器主
体上的探头推靠活塞设置在测试器主体的外部；地层流体测试系统经探头流
体管线分别与第一探头和第二探头连接，并分别通过第一探头和第二探头采
集对应地层参数；液压动力系统经液压油路管线分别与第一探头和第二探头
以及地层流体测试系统连接，并提供动力。
优选的，结构相同的第一探头和第二探头均包括探头固定板，左螺旋油
管，探头本体，固定板固定螺钉，探头上盖，探头过滤器，过滤阀杆，探针
筒，过滤阀活塞，地层流体输送管，右螺旋油管和RV&CV组合阀；探头
本体的两侧通过固定的探头固定板固定在探头推靠活塞上；探头本体内设置
开口的腔体，开口端连接探头上盖形成活动空腔，沿轴向移动的探针筒设置
在活动空腔内形成探针阀，探头过滤器固定在探针筒的探测端；过滤阀杆与
过滤阀活塞连接为一体，轴向移动的装配在探针筒的内腔中形成过滤阀；探
针阀的推靠腔与过滤阀的回收腔连通设置；探头本体上设置用于连通液压油
路管线和探针阀以及过滤阀油路的左螺旋油管和右螺旋油管；地层流体输送
管与探针筒同轴设置在活动空腔内，且与探头本体的腔体底部固定，地层流
体输送管的一端与探针筒连通，另一端与设置在活动空腔外壁一侧的RV&
CV组合阀连通，RV&CV组合阀经流体铰接管和对应的探头流体管线与地
层流体总管线连通。
进一步，探头固定板靠近测试器主体的一侧固定设置导向板，导向板的
自由端沿测试器主体的径向与其滑动配合。
进一步，探头上盖外部设置有固定在探头固定板上的探头封隔器。
优选的，地层流体测试系统包括分别于第一探头和第二探头连接的第一
流体测试单元和第二流体测试单元；两个测试单元均包括依次连接在对应探
头流体管线上的电阻率传感器，应变压力计，预测试室，平衡阀，隔离阀和
石英晶体压力计；平衡阀的另一端与外界连通，隔离阀的另一端与地层流体
总管线连通；第一流体测试单元和第二流体测试单元中的各部件沿测试器主
体中轴线交错布置。
进一步，液压动力系统包括安全阀RV1，以及分别连接在液压油路管
线上的电磁阀SOL1，电磁阀SOL2，电磁阀SOL3，电磁阀SOL4，电磁阀
SOL5和电磁阀SOL6；
电磁阀SOL1，电磁阀SOL5和电磁阀SOL6的进油端分别与液压油路
管线之间设置用于进油的单向阀CV1，单向阀CV2和单向阀CV3；
电磁阀SOL1的出油端分别连接探头推靠活塞的推靠腔，过滤阀的回收
腔，探针阀的推靠腔，平衡阀的关闭腔，以及安全阀RV1；
电磁阀SOL2的出油端连接探头推靠活塞的回收腔，并分别经对应的
RV&CV组合阀连接过滤阀的推靠腔；
电磁阀SOL3的出油端连接隔离阀的打开腔，并分别经电磁阀SOL8和
电磁阀SOL9与对应的第一流体测试单元和第二流体测试单元内的预测试室
中的活塞上腔连接；当活塞上腔注油时，预测室内产生负压；
电磁阀SOL4的出油端连接平衡阀的打开腔；
电磁阀SOL5和电磁阀SOL6的出油端分别连接对应隔离阀的关闭腔。
再进一步，对应第一探头的RV&CV组合阀包括并联的安全阀RV2和
单向阀CV4，对应第二探头的RV&CV组合阀包括并联的安全阀RV3和单
向阀CV5；分别用于控制对应的过滤阀延时打开和收回。
一种FDT模块式多探头地层测试系统，包括一个如以上任意一项所述
的FDT模块式双探头地层测试器，以及与其串联的单探头地层测试器或若
干FDT模块式双探头地层测试器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过对称设置的两个探头，能够同时从两边对地层进行同时测
试，能够在进行测试采样时能够进行相互的推靠支持，完成任务的时候减少
了单探头系统中的推靠装置，不仅能够测量各项异性地层的相关参数，而且
体积紧凑，功能完善，通过液压动力系统，两套独立的地层流体测试系统和
两个独立的探头结构系统，保证三个系统协调工作，实现地层流体压力测试
和渗透率测试；能够完美的解决各项异性地层渗透率和压力测试的问题。
进一步的，探头结构紧凑，使用整体独立结构，通过固定位置的探头本
体，使得探头在进行测试时，能够以探头本体为基准，探针筒和过滤阀进行
运动，配合设置在其一侧的组合阀，极大的缩短了其在轴向的空间，满足了
探头对称设置的空间和结构需求，利用连通的探针阀推靠腔与过滤阀回收腔
能够满足探针推出后通过过滤阀采集地层流体的操作及控制需求。
进一步的，探头本体上分布有多条液压油通道和地层流体通道，同时将
取样阀、过滤阀、封隔器、过滤阀及RV&CV组合阀也装配在探头本体
上，使探头结构更紧凑，体积更小巧，连接油路更短，将取样的探针阀、过
滤阀、封隔器及过滤阀组合在一起，使探头结构更紧凑，体积更小巧，功能
更可靠。
进一步的，流体测试系统中使用2个平衡阀和2个隔离阀分别对2个探
头进行控制，既可以协同工作进行多点同时测试和取样，也又可以单独工
作，进行单点测试和取样，两种工作模式互不影响；每个测试系统中设置一
个电阻率传感器，一个应变压力计，一个高灵敏石英晶体压力计，电阻率传
感器对地层流体进行实时监测，获取真实可靠的地层流体信息；应变压力计
和石英晶体压力计的组合，可以使地层压力测试值既真实灵敏又稳定可靠，
完成地层压力瞬态值测试和地层压力梯度测试，最终获得真实地层渗透率。
进一步的，系统操作由液压系统进行控制，通过多种阀门的组合实现逻
辑控制，保证执行元件探头活塞，探针阀，过滤阀，平衡阀，隔离阀，预测
试室根据控制完成操作，实现仪器各项功能。
本发明所述的测试系统能够根据需要进行将单探头地层测试器和FDT
模块式双探头地层测试器进行组合实现对地层流体三点或多点取样。
附图说明
图1为本发明实例中所述双探头地层测试器的工作结构示意图。
图2为本发明实例中所述液压动力系统与地层流体测试系统的工作原理
连接示意图。
图3为本发明实例中所述探头结构示意图，a为正视图，b为右视图，c
为轴测图。
图4为本发明实例中所述多探头配合工作示意图。
图中：1、探头推靠活塞SRV1，2、第一探头，3、探头推靠活塞
SRV2，4、电阻率传感器RES1，5、应变压力计SG1，6、预测试室
PRV1，7、平衡阀EV1，8、隔离阀ISO1，9、石英晶体压力计CQG1，
10、探头推靠活塞SRV3，11、第二探头，12、探头推靠活塞SRV4，13、
电阻率传感器RES2，14、应变压力计SG2，15、预测试室PRV2，16、平
衡阀EV2，17、隔离阀ISO2，18、石英晶体压力计CQG2，19、电磁阀
SOL1，20、单向阀CV1，21、电磁阀SOL2，22、电磁阀SOL3，23、电磁
阀SOL4，24、电磁阀SOL5，25、单向阀CV2，26、电磁阀SOL6，27、
单向阀CV3，28、电磁阀SOL7，29、电磁阀SOL8，30、安全阀RV3，
31、单向阀CV5，32、安全阀RV2，33、单向阀CV4，34、安全阀RV1，
35、探针阀PV1，36、过滤阀FV2，37、探针阀PV2，38、过滤阀FV1，
39、第一探头流体管线，40、第二探头流体管线，41、探头固定板，42、左
螺旋油管，43、导向板固定螺钉，44、导向板，45、探头本体，46、固定板
固定螺钉，47、探头上盖，48、探头过滤器，49、过滤阀杆，50、探针筒，
51、过滤阀活塞，52、地层流体输送管，53、探头封隔器，54、封隔器固定
螺钉，55、右螺旋油管，56、流体铰接管，57、RV&CV组合阀，58地层
测试器动力模块，59、双探头地层测试器一，60、双探头地层测试器二。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明
的解释而不是限定。
本发明一种FDT模块式双探头地层测试器，如图1所示，其包括测试
器主体，第一探头2和第二探头11，液压动力系统，及测试器主体内部的
地层流体测试系统五部分；测试器主体优选为钛合金圆柱状实体结构，地层
流体测试系统和液压动力系统中各元件均安装在测试器主体上，测试器主体
上分布有地层流体总管线，探头流体管线和液压油路管线，分别将地层流体
测试系统和液压动力系统连接成一体；测试器主体上下接口采用统一形式，
可根据需要进行多件串接，形成多探头测试系统组合。
其中，探头分为第一探头2和第二探头11两种，其结构和原理相同，
如图3所示，分别包含：探头固定板41，左螺旋油管42，导向板固定螺钉
43，导向板44，探头本体45，固定板固定螺钉46，探头上盖47，探头过滤
器48，过滤阀杆49，探针筒50，过滤阀活塞51，地层流体输送管52，探
头封隔器53，封隔器固定螺钉54，右螺旋油管55，流体铰接管56，RV&
CV组合阀57。优选的，第一探头2通过探头推靠活塞SRV1和探头推靠活
塞SRV2从两边对其进行控制，第二探头11通过探头推靠活塞SRV3探头
推靠活塞SRV4从两边对其进行控制。
独特的探头结构形式，使探头体积更小、结构更紧凑。其中，探头上盖
47与探头本体45使用螺纹连接，在探头本体45中形成一个活动空腔，使
探针筒50可以在腔体中上下移动，探头过滤器48使用螺纹连接在探针筒
50上端，可以根据需要方便对过滤器48进行及时更换；过滤阀杆49与过
滤阀活塞51采用螺纹连接在一起，装在探针筒50的内腔中，在探头伸入地
层初始时，与探针筒50、过滤器48一同向外移动，使探头能够顺利插入地
层，而又防止地层泥饼堵塞过滤器48，当向外移动的油压升高到一定值
时，过滤阀活塞51在探针筒50的内腔中向下移动，带动过滤阀杆49收
缩，打开流体通道；地层流体输送管52使用螺纹连接在探头本体45上，使
地层流体由过滤器48、经探针筒50、过滤阀活塞51、地层流体输送管52，
最后到达探头本体45上的探头流体管线，再经过流体铰接管56进入测试器
本体的地层流体总管线；探头封隔器53被固定板固定螺钉46连接在探头固
定板41上端，最后其整体再用封隔器固定螺钉54固定在探头本体45上，
探头封隔器53的作用是将探头流体入口与探头外部泥浆进行分隔；导向板
44被导向板固定螺钉43连接在探头本体45或探头固定板41下端，作用是
对探头在推出和回收过程中进行导向，防止探头倾斜；左螺旋油管42、右
螺旋油管55一端连接在测试器主体液压油路管线上，另一端连接在探头本
体45的油路上，对探头中探针筒50和过滤阀活塞51动作进行控制。
探头系统独特的结构，使探头在工作时，首先，探针筒50连同探头过
滤器48，与过滤阀活塞51连接的过滤阀杆49一同伸入地层，透过井壁泥
饼连通地层流体，在此过程中，过滤阀杆49防止泥饼堵塞探头过滤器48，
对其进行保护，当探头完成插入地层动作后，过滤阀活塞51回收，带动过
滤阀杆49退回，探头过滤器48打开，地层流体进入地层流体输送管，实现
流体与测试系统的连通；工作完成后，过滤阀活塞51回收，带动过滤阀杆
49关闭探头过滤器48后，再与使用探针筒50和探头过滤器48一同退出泥
饼，实现探头回收；导向板44使探头推向地层时平稳伸展，不倾斜，保证
探头作封效率。
其中，如图1所示，地层流体测试系统分为第一探头测试单元和第二探
头测试单元；第一流体测试单元包含对应第一探头2的电阻率传感器
RES1，应变压力计SG1，预测试室PRV1，平衡阀EV1，隔离阀ISO1，石
英晶体压力计CQG1及第一探头流体管线39。第二流体测试单元包含对应
第二探头11的电阻率传感器RES2，应变压力计SG2，预测试室PRV2，平
衡阀EV2，隔离阀ISO2，石英晶体压力计CQG2及第二探头流体管线40。
第一探头2和第二探头11在仪器上成对称分布，地层流体测试系统中第一
流体测试单元与第二流体测试单元中的各部件沿测试器主体中轴线交错布
置。
其中，如图2所示，液压动力系统包括电磁阀SOL1，单向阀CV1，，
电磁阀SOL2，电磁阀SOL3，电磁阀SOL4，电磁阀SOL5，单向阀CV2，
电磁阀SOL6，单向阀CV3，电磁阀SOL7，电磁阀SOL8，安全阀RV3，
单向阀CV5，安全阀RV2，单向阀CV4和安全阀RV1。电磁阀SOL1，电
磁阀SOL2，电磁阀SOL3，电磁阀SOL4，电磁阀SOL5和电磁阀SOL6分
别连接在液压油路管线上；电磁阀SOL1，电磁阀SOL5和电磁阀SOL6的
进油端分别与液压油路管线之间设置用于进油的单向阀CV1，单向阀CV2
和单向阀CV3；电磁阀SOL1的出油端分别连接探头推靠活塞的推靠腔，过
滤阀的回收腔，探针阀的推靠腔，平衡阀的关闭腔，以及安全阀RV1；电
磁阀SOL2的出油端连接探头推靠活塞的回收腔，并分别经对应的RV&CV
组合阀连接过滤阀的推靠腔；电磁阀SOL3的出油端连接隔离阀的打开腔，
并分别经电磁阀SOL8和电磁阀SOL9与对应的第一流体测试单元和第二流
体测试单元内的预测试室中的活塞上腔连接；当活塞上腔注油时，预测室内
产生负压；电磁阀SOL4的出油端连接平衡阀的打开腔；电磁阀SOL5和电
磁阀SOL6的出油端分别连接对应隔离阀的关闭腔。
其中，对应第一探头2的RV&CV组合阀包括并联的安全阀RV2和单
向阀CV4，对应第二探头11的RV&CV组合阀包括并联的安全阀RV3和单
向阀CV5；分别用于控制对应的过滤阀延时打开和收回。
本发明工作时，如图2所示，当所述的FDT模块式双探头地层测试器
下井时，探头活塞SRV1、SRV2、SRV3、SRV4处于对应的腔体底部，第一
探头2和第二探头11收缩，探针阀PV1、PV2、过滤阀FV1、FV2关闭，
平衡阀EV1、EV2、隔离阀ISO1、ISO2打开，本发明测试器内部第一探头
流体管线39、第二探头流体管线40与地层流体总流管连通并与仪器外部泥
浆连通，仪器流体测试系统与井筒中外部泥浆筒压力相平衡。
当仪器在到达目地层后，需要打开探头测试时，液压系统中电磁阀
SOL1、SOL2通电打开，高压油分别进入探头活塞SRV1、SRV2、SRV3、
SRV4推靠腔，推动活塞向外移动将第一探头2和第二探头11分别压向井
壁，探头封隔器53紧紧贴在井壁的泥饼上，将探针筒50与井筒中的泥浆分
隔开，同时探针阀PV1，PV2活塞推出而打开，使探针筒50透过井筒中的
泥饼紧贴目的地层，平衡阀EV1，EV2关闭，仪器内部的探头流体管线与
外部泥浆完全隔离开，当过滤阀活塞51腔中油压达到设定值后，安全阀
RV2，RV3连通，过滤阀FV1、FV2实现延时打开，此时地层流体与探头流
体管线的流管入口完全相通；地层流体就可以通过探头结构中探头过滤器
48，过滤阀杆49上孔径，过滤阀活塞51中间管道，地层流体输送管52及
流体铰接管56，最后流入第一探头流体管线39，和第二探头流体管线40
中，准备测试。
当测试地层压力时，首先电磁阀SOL5、SOL6通电，关闭隔离阀
ISO1，ISO2使探头流体管线与地层流体总流体管线分隔开来，测试流体系
统封闭，只与地层联通，进行测试准备；当进行预测试时，电磁阀SOL1和
SOL2仍然通电，电磁阀SOL3和SOL7、ISO8通电，高压油通过SOL3和
SOL7、SOL8进入预测试PRV1、PRV2活塞上腔，活塞向下运动到满量程
后停止运动，流体管线封闭系统中增加一个负压，地层流体在负压力作用下
慢慢进入预测试室PRV1、PRV2流体腔，直到充满预测试室，负压消失，
应变压力计SG1、SG2及石英晶体压力计CQG1、CQG2分别记录地层流体
进入各预测试室时的压力变化，得到地层压力恢复曲线，再结合相对应流体
体积，可方便求出各地层不同方向渗透率。在忽略渗漏的条件下，泵出油的
体积就是预测试体积；样品流经的探头流体管线中设有电阻率传感器
RES1、RES2对进入仪器中的地层流体进行实时监测，及时判别流体类型
(油、气、水)，从而确定是否已抽取到理想的地层流体，此时，如果要取
样，电磁阀SOL5，SOL6断电，打开隔离阀ISO1，ISO2，使探头流体测试
管线与地层流体总管线连通，地层流体依次进入流体总管线进行取样。
当需要回收探头时，各电磁阀断电，系统恢复初始状态，探头推靠活塞
SRV1、SRV2、SRV3、SRV4退回腔体底部，第一探头2和第二探头11收
缩，探针阀PV1、PV2、过滤阀FV1、FV2关闭，平衡阀EV1、EV2、隔离
阀ISO1、ISO2打开，第一探头流体管线39、第二探头流体管线40与地层
流体总流管连通，并与仪器外界泥浆连通，使仪器内部地层流体测试系统与
仪器外部泥浆压力相平衡。
在压力曲线的测试和取样过程中，可以根据需要控制一个探头进行测试
和取样，另一个探头进行验证；也可以控制两个探头同时进行测试和取样；
测试完成后，液压系统恢复初始状态，探头回收，探头封隔器53座封
取消，探针阀和过滤阀关闭，预测试室活塞恢复测试前状态，平衡阀、隔离
阀打开，流体各管线相通，仪器内外压力平衡，为下一次测试做准备。
地层测试器双探头系统可以同时对地层两个方向进行测试；测量地层的
水平渗透率、垂直渗透率和储存系数以及地层压力梯度，必要时还可以通过
局部层间干扰试井进行压力测试，所测地层厚度比单探头要厚许多，而且测
试数据不受近井眼渗透率干扰的影响，是油田现场测井急需的测试装备之
一。双探头系测试器要用于油气田勘探开发过程中对地层流体压力和渗透率
进行测试，对地层流体进行取样；双探头系统包括机械执行系统，液压动力
系统和流体测试取样控制系统组成，是机、电、液一体化的综合系统，双探
头系统在工作时必须与液压动力系统一起使用，液压动力系统为双探针提供
高压动力源，保障双探头系统中各执行元件能按要求准确工作，双探头地层
测试器在工作时，可以单独对目标地层进行单地层水平方向压力和渗透率测
试，两点取样；如图4所示，也可以与单探针系统组合成一个三探针系统，
对厚油层、非均质地层进行水平和垂直双向地层压力和渗透率测试，绘制竖
直地层压力梯度线，实现三点取样；还可以将多个双探头系统串接在一起，
组成多探头系统，对多个油层进行同时压力测试和渗透率测试，也可进行层
间干扰试井，多点地层取样。