碰撞式井壁取心技術的改進和應用

范光兵，施 宇

(1.中海油田服務股份有限公司，河北三河 065201;2.川南機械廠，四川 瀘州 646003)

碰撞式井壁取心技術的改進和應用

范光兵1，施 宇2

(1.中海油田服務股份有限公司，河北三河 065201;2.川南機械廠，四川 瀘州 646003)

為了提高碰撞式井壁取心技術在現(xiàn)場作業(yè)的收獲率和作業(yè)時效，設計并改進了專門用于軟、硬地層的巖心筒并在現(xiàn)場進行試驗，找到了裝藥量和巖心筒的最佳匹配關系，在現(xiàn)場應用中取得良好效果。

碰撞式;井壁取心;巖心筒

井壁取心技術是油氣勘探測井作業(yè)中取得地質(zhì)資料的一種重要方法，它一次下井作業(yè)可獲取多個不同目的深度的巖心，具有時效高、操作便捷、成本低等優(yōu)點。通過對井下取得井壁巖心樣品進行實驗室分析，地質(zhì)解釋人員可以獲取巖石的孔隙度、滲透率和含油飽和度等參數(shù)。實踐證明，該技術在油氣田的勘探開發(fā)中發(fā)揮著越來越重要的作用。目前，現(xiàn)場測井作業(yè)中井壁取心技術有碰撞式和機械旋轉(zhuǎn)式井壁取心，本文主要對碰撞式井壁取心技術進行研究。

1 碰撞式井壁取心技術的現(xiàn)狀

碰撞式井壁取心是將巖心座和取心火藥裝入取心槍內(nèi)，通過電纜傳輸?shù)姆绞较氯脬@完的裸眼井里，通過伽馬儀校對目的層深度后，在地面點火，火藥爆炸瞬間將巖心座打入井壁，再通過上提電纜鋼絲繩拉回巖心筒，從而獲得巖心。該技術最早是從國外引進的，目前的裝備包括取心槍、藥餅、巖心筒等已大部分國產(chǎn)化，通過多年的現(xiàn)場使用，尤其是近幾年隨著海上勘探程度的深入，從埋藏淺、特別疏松的地層到致密的深層，取心地層跨度大，巖性多樣，為現(xiàn)場作業(yè)帶來了不少問題。取心槍配套使用的巖心筒存在以下不足:1)總體來說，取到的巖心直徑較小且短，不能很好地滿足實驗室對巖心進行分析的要求;2)軟地層的巖心回收率低;3)軟地層取心的作業(yè)效率低。

2 取心技術的改進

2.1 設計出合適的巖心筒，增加巖心樣本直徑和長度

要使巖心樣本直徑和長度增加就必須增加巖心筒的內(nèi)徑和長度，從而獲得滿意的效果。在外徑不變的情況下，內(nèi)徑的增加會導致壁厚的減小，從而降低強度，導致發(fā)射時巖心座損壞。巖心筒長度的增加必然要求射入深度增加，火藥的配比也需要調(diào)整才能滿足正常作業(yè)的要求。

由于巖心筒受沖擊載荷時對其強度要求很高，我們利用分析軟件ANSYS WORKBENCH對設計出的巖心筒結(jié)構強度進行分析，分別分析在300、400、500 MPa壓強作用下受力情況，如圖1所示。分析結(jié)果表明其壓力載荷作業(yè)后無明顯應力集中點，巖心筒結(jié)構合理。

我們主要設計出了如圖2和圖3所示的兩種類型的巖心筒，分別應用于硬地層和軟地層。硬地層的巖心筒與過去使用的巖心筒類似，主要是巖心筒加長了。軟地層巖心筒設計了阻擋環(huán)，在軟地層取心時阻擋環(huán)可防止打入地層太深。為便于和原先使用的取心槍配套，我們設計出的巖心座與舊的巖心座相同，為防止退扣，在底座與巖心筒之間裝入止動螺釘，為保證足夠強度，底座與巖心筒采用優(yōu)質(zhì)合金工具鋼制造。通過地面發(fā)火試驗，其硬度符合要求。

2.2 提高巖心回收率

巖心筒是靠連接在上面的鋼絲繩牽引回收的。影響巖心回收率低的原因主要有兩點:①巖心座射入硬巖層時由于沖擊力不足導致射入深度不夠，取出巖心座時會發(fā)現(xiàn)巖心脫落或無巖心樣本;②地層太軟，導致巖心筒射入井壁深度過深，超過鋼絲繩的拉斷力，無法從井壁上拉出。

要提高巖心回收率必須在地層硬度、巖心筒類型和裝藥量上尋找平衡點，使之獲得最佳的效果。由試驗數(shù)據(jù)得出表1所示的優(yōu)化后的搭配關系。

表1 針對不同硬度巖層的藥量與巖心座的搭配關系

2.3 提高作業(yè)效率

在以往軟地層取心時，由于地層太軟，即使裝入最少量的火藥仍造成巖心筒打入太深，為保證收獲巖心，絞車操作者只好多次上提下放電纜進行活動，力求保證巖心筒鋼絲繩拉力范圍內(nèi)收獲巖心，有時一顆巖心需要活動幾十次，花費近半小時才收獲一顆巖心。而采用帶擋環(huán)的巖心筒時，即使地層很軟，我們?nèi)阅鼙ＷC在5 min內(nèi)收獲巖心，從而大大節(jié)約了收獲時間，降低了取心槍被卡的風險，提高了作業(yè)效率。

3 現(xiàn)場應用

根據(jù)以上的設計，專門在機械廠加工了軟、硬巖心筒各50套，測井小隊在渤海某探井測井時分別在軟地層和致密地層進行了現(xiàn)場取心，取到的巖心飽滿，收獲率在90%以上。

4 結(jié)束語

本研究項目是在原井壁取心技術的基礎上，對原有產(chǎn)品結(jié)構進行了重新優(yōu)化設計，通過試驗和不斷改進，解決了試驗過程中出現(xiàn)的問題，提高了取心直徑和長度，提高了作業(yè)效率，滿足了地質(zhì)解釋人員的需求。同時針對不同硬度地層，從試驗數(shù)據(jù)中總結(jié)規(guī)律，在取心作業(yè)時選取合適的巖心筒和藥餅得到了較為理想的搭配關系。現(xiàn)場實際使用說明效果良好。

［1］ SY-T 5326-2002.撞擊式井壁取心技術規(guī)程［S］.2002.

Improvement and Application of Collision-type Sidewall Coring Technology

FAN Guang-bing1，SHI Yu2
(1.CNOOC Service Co.Ltd.，Sanhe 065201，Hebei，China;2.South Sichuan Machinery，Luzhou 646003，Sichuan，China)

In order to improve the recovery rate and efficiency of the collision-type sidewall coring technology in field operation，we improved and designed specifically for soft and hard formation core barrel and did experiment in the field，finding the match relation between the loading dose and the core barrel.We achieved good results of application in the field.

collision-type;sidewall coring;core barrel

TE244

B

1008-9446(2011)04-0017-03

2011-08-31

范光兵(1973－)，男，山東肥城人，中海油田服務股份有限公司油田技術事業(yè)部工程師，主要從事項目管理工作。