探討手動式井壁取心出心裝置的設計

明曉峰

【摘 要】在石油天然氣勘探過程中井壁取心是項極為重要的工作程序，而將取心器中的巖心取出來是項簡單的操作，一顆螺絲帽、一根螺桿和一把榔頭是必備的三樣工具。但是，隨著安全、環保和健康的工業生產要求，這種簡單勞作模式已不再適應新舊動能轉換的創新進程。本文探討的就是如何更加科學高效地出心模式。

【關鍵詞】井壁取心；出心；安全；環保；健康

在石油天然氣勘探施工中，井壁取心是項十分重要的作業內容。井壁取心是指用井壁取心器按預定的深度位置在已鉆的井壁上取出地層巖樣的過程，通常是在測井后進行。井壁取心的目的是為了證實地層的巖性、物性、含油性、以及巖性和電性的關系，或者為滿足地質方面的特殊要求。由于井壁取心是用取心器直接將井下巖石取出來，直觀性強，方法簡便，經濟使用，因此，在石油天然氣勘探現場被廣泛使用。井壁取心的取心器一般有三十多個孔（如36孔），孔內裝有炸藥，通過電纜接到地面儀器上，在地面控制取心深度并點火、發射。點火后，炸藥的橫向推力將取心筒強行打入井壁，取心筒被鋼絲繩連接在取心器上，上提取心器可將巖樣從地層中取出。當井壁取心的樣品被提出井口，這時操作人員依次取下單個取心筒，對號裝入準備好的塑料袋中。巖心出筒時，每出一顆巖心，立即把深度標上，防止把深度搞亂。出筒時要注意不要把巖心弄碎，盡可能保持完整性，否則會通知炮隊重取，從而造成重大經濟損失。但是，這種常規的出心模式卻存在著諸多方面的問題。

一、常規井壁取心的出心方式

井壁取心的巖心出筒長期以來一直采用一直不變的程序和方法，既將井壁取心器（俗稱‘炮彈）卸下，準備一顆螺絲帽、一只螺桿和一把榔頭，手拿取心器對準螺絲帽放好，然后一手拿著螺桿扶正，另一只手拿榔頭敲擊螺桿，直到將取心器內的巖心敲出為止，如圖1所示。然而，這種沿用至今的粗放性的傳統出心方法在實際應用中存在諸多問題，如在受到巖心膨脹和松散巖樣的影響在反復敲擊的過程中很容易損壞巖心；再者，由于是用手感覺用錘的力度和螺桿的進度，用力過度更容易直接將巖心擊碎，同時也會砸碰到手。其缺點可歸結為以下幾個方面：

（1）直接用手扶正螺桿會造成榔頭的敲擊力度不均勻，由此會造成取心器內的巖心受力不均勻，影響其原始的物性狀態鑒定；

（2）取心器是從鉆井液中取出的，雖然進行了初步表面去污，但仍然存在著鉆井液，特別是在取心器內巖心的上方，用力敲擊時會造成鉆井液飛濺，如果鉆井液中有顆粒物跟同飛濺出來，在沒有保護措施的情況下會傷害到操作者的眼睛，同時污染周圍的工作環境；

（3）用手扶正螺桿，如螺桿在外力的作用下發生偏離則榔頭會直接敲擊到操作者的手上，造成手部傷害；

（4）由于墊取心器的螺絲帽是根據取心器的大小隨便取用的，將取心器放置在螺絲帽上在用榔頭敲擊螺桿的過程中由于沒有固定措施所以容易造成取心器和螺絲帽的孔洞偏離，敲擊出的巖心如果碰到螺絲帽的邊沿上再次受力則巖心會遭到破壞，損壞了其完整性；

（5）當巖心從取心器內被敲擊到螺絲帽的孔洞內時，從外面是看不到的，這時由于操作者沒有及時掌握住敲擊而再次敲擊則螺桿會直接擊碎巖心；

（6）當一顆取心器內的巖心被敲擊落在螺絲帽的孔洞內時，操作者需將螺絲帽拿開然后再放好螺絲帽敲擊第二顆取心器，如此便造成重復勞動，耽誤出心時間，而各顆取心器的巖心是出的越快越好，否則隨著時間的延長會造成巖心在取心器內膨脹而影響出心質量；

（7）通常情況下，在井壁取心出心時操作者是半蹲著操作的，當把所有巖心（通常有三十多顆）都敲擊出來后會造成操作者十分勞累，腰腿部通常感覺最明顯，嚴重影響操作者的身體健康。

所以，為了達到安全、環保和健康的要求，必須對這種簡單勞作模式進行創新改進，設計一種井壁取心出樣臺。

二、井壁取心出樣臺的設計

井壁取心出樣臺設計由以下部件組成：敲心錘、銃桿和手持桿、擋泥罩、固心杯、底盤、滑心道、接心道和三個支撐。

①敲心錘。敲心錘的錘柄用木質，錘頭用鐵質，平頭圓柱型，錘柄和錘頭嵌入高度適中；

②銃桿和手持桿。銃桿和手持桿為快鎖結構，如組合工具，手持桿為長方體形，銃桿為長圓柱實心體，圓心直徑依據實際心塊直徑而定，通過快鎖結構和手持桿對接，既根據不同的巖心直徑切換銃桿；

③擋泥罩。擋泥罩為圓形，不銹鋼質。擋泥罩的一側設垂向開口，擋泥罩坐落在底盤的中心；

④固心杯。固心杯為圓形，不銹鋼質，固心杯坐落在擋泥罩的中心；

⑤底盤。底盤為圓形，不銹鋼質。底盤的中心開孔，直接和滑心道相通；

⑥滑心道。滑心道為半圓柱形結構，中空，不銹鋼質。滑心道和底盤中心開孔的半圓相接，和底盤呈切角，滑心道的凹道向上；

⑦接心道。接心道和滑心道相連，為半圓柱形結構，不銹鋼質，凹道向上呈水平角度和滑心道連接；

⑧支撐。支撐桿為不銹鋼質，三根支撐桿和底盤呈夾角分別焊接在底盤的等角上。支撐的底腳圓形，和地面呈水平角；

⑨護罩。當井壁取心出心結束后用護罩將上部進行罩護，防止粉塵污染殼體，護罩為圓形。護罩的頂面設垂向柱面提耳。

三、效果分析

提耳焊接在護罩居中位置，護罩和底盤分離放置，擋泥罩居中焊接在底盤上，固心杯居中焊接在擋泥罩內，滑心道居中焊接在固心杯下部，接心道和滑心道焊接在一起。操作時操作者和手持桿呈垂直方向，滑心道和操作者呈水平方向。

井壁取心出樣臺設計了固心杯，標準規格的取心器穩固精準地坐落在杯中，不再需要操作者的人為校準；底盤和取心器間有出心孔，出心孔和滑心道相通，避免了巖心被擊碎的可能性；擋泥罩的使用避免了鉆井液飛濺對操作者可能造成的傷害，擋泥罩上設計了手持桿滑道，確保了手持桿上下運移的垂直性，消除了由于螺桿偏離對操作者可能造成的砸碰傷害；滑心道底部設計了接心道，巖心從滑心道進入接心道，方便操作者接取。

四、結論

創新設計的井壁取心出樣臺在現場應用中能夠充分消除其上述多種不利因素，提高了井壁取心器的出心效率和完整率，確保了施工作業人員的人身安全和環境衛生要求，保障了施工作業的經濟效益，創造于科學、安全和規范化的生產作業程序。這種井壁取心出樣臺在現場井壁取心的出心過程中效果明顯，同時，極大地降低了操作人員的勞作強度。