肖想松 （荊州市現(xiàn)代石油科技發(fā)展有限公司，湖北 荊州 434000）

余維初 （長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023）

孫繼光 （中國石油長城鉆探工程有限公司鉆具公司，遼寧 盤錦 124010）

1 巖心夾持器研究現(xiàn)狀及存在的問題

鉆井、完井和增產(chǎn)改造等作業(yè)過程中，工作液固相和液相不可避免地進入油氣層，從而堵塞油氣層孔喉并誘發(fā)各種敏感性，嚴重損害儲層，阻礙油氣勘探開發(fā)進程和勘探開發(fā)經(jīng)濟效益。油氣層損害深度與損害程度與工作液侵入量有關(guān)。而侵入量又與巖石物性、鉆井壓差、泥漿性能以及作業(yè)時間等因素相關(guān)。因此，模擬作業(yè)過程的工作液損害試驗，對于評價油氣層損害深度和程度，從而優(yōu)選工作液，特別是為完井作業(yè)和增產(chǎn)改造措施的設(shè)計提供依據(jù)，是關(guān)系到能否發(fā)現(xiàn)油氣層、提高測井解釋精度、正確評價儲層性能和高效經(jīng)濟開發(fā)油氣的關(guān)鍵［1，2］。

水平井能夠增大泄流面積、減小滲流阻力，改善開采動態(tài)，有效地防范水錐和氣錐，從而顯著提高油氣井的產(chǎn)能，然而水平井開發(fā)有時并不能達到預(yù)期目的。隨著常規(guī)油氣日益枯竭和油氣開發(fā)方案的調(diào)整，調(diào)整井、水平井和多分支井也逐漸增多，在鉆井、完井和增產(chǎn)改造作業(yè)過程中，這些類型井的損害更具復(fù)雜性［3］。開展水平井鉆井完井液損害室內(nèi)評價，可以有效揭示水平井損害特殊性，對儲層保護方案設(shè)計，完善補救措施具有重要意義。

以上試驗研究都是通過測量巖心滲透率來進行評價的。測量巖心滲透率是地質(zhì)勘探與開發(fā)、保護油層研究、煤儲層研究等試驗研究中既重要又非常廣泛的一項工作。巖心夾持器是測定滲透率的一種必不可少的器具［4］，目前模擬評價油層氣、煤層氣儲量及鉆井過程中鉆井液完井液對儲層傷害程度的評價試驗都要用到巖心夾持器。該夾持器是基于在一維圍壓條件下的滲透率測試或一維圍壓和軸壓條件下的滲透率測試［4，5］，以及用于模擬鉆井的入井流體損害和測量巖心受入井流體損害深度和程度的儲層損害評價裝置動濾失夾持器［2］。主要有哈斯勒型巖心夾持器、三軸向巖心夾持器、帶測壓孔的巖心夾持器、動濾失巖心夾持器、真三軸應(yīng)力夾持器［6］以及用于聲速、電阻率、X射線CT掃描和核磁共振等特殊用途的特殊巖心夾持器。其試驗巖心均為圓柱狀實心樣品，損害方式為巖心端面損害，采用軸向流動方式測試巖心的滲透率。普通巖心夾持器的巖心規(guī)格一般為直徑25～50mm、長度25～600mm，也有根據(jù)用戶特定要求提供其他尺寸和規(guī)格的巖心夾持器。

2 JHR多功能徑向巖心夾持器的主要結(jié)構(gòu)與原理

2.1 主要結(jié)構(gòu)

JHR多功能徑向巖心夾持器由泥漿進口管道、泥漿出口管道、左端蓋、固定螺釘、O型圈、夾持器筒體、加熱套、密封墊、活塞O型圈、活塞、右端蓋、夾持器支座、夾持器轉(zhuǎn)軸及轉(zhuǎn)軸固定銷組成，如圖1所示。所述的夾持器左端蓋左面與泥漿出口管道固定，泥漿進口管道固定在泥漿出口管道中心并形成雙層套管結(jié)構(gòu)，長度可以根據(jù)巖心的長度進行調(diào)節(jié)；左端蓋和右端蓋通過固定螺絲與夾持器筒體相連，并通過O型圈與夾持器筒體密封；左端蓋右面中心和活塞左面中心嵌入密封墊，夾持器活塞安裝于夾持器筒體右側(cè)，左端蓋和活塞之間安裝巖心樣品；所述的夾持器筒體外安裝加熱套和溫度傳感器，夾持器筒體在水平對稱位置有一對夾持器轉(zhuǎn)軸，用于支撐夾持器組件，夾持器轉(zhuǎn)軸端部開有圓孔，兩端的圓孔呈90°，通過轉(zhuǎn)軸固定銷與夾持器支座固定，夾持器可呈水平或垂直狀態(tài)，便于開展模擬水平井或垂直井的鉆井液完井液損害室內(nèi)評價。

圖1 JHR多功能徑向巖心夾持器剖面圖 （左）與俯視圖

2.2 工作原理

JHR多功能徑向巖心夾持器科學(xué)真實地模擬了地層條件下的鉆井過程中泥漿對地層的污染過程以及地層孔隙流體的真實流動方向。試驗樣品采用全直徑巖心，直徑為90～110mm，在巖心中心鉆有1個直徑32mm的圓孔，模擬裸井眼，形成巖心內(nèi)徑面；將試驗巖心安裝在夾持器的左端蓋和活塞之間，通過軸壓加壓端注入液壓油或水推動活塞壓緊試驗巖心，試驗巖心與夾持器的左端蓋和活塞通過密封墊密封，在試驗巖心的中心圓孔內(nèi)安裝泥漿進口管道，進口管道與活塞端面距離為10mm；在左端蓋與試驗巖心接觸的平面上沿直徑方向按一定距離開有測壓點2和測壓點3，與測壓點1（流體注入端）以及測壓點4（流體出口端）組成4個壓力梯度測量點。模擬鉆井過程時，高壓泥漿通過進口管道注入到活塞端面并通過巖心內(nèi)徑面返流至泥漿收集器，完成對巖心內(nèi)徑面的動態(tài)污染，損害過程中形成的濾液通過流體注入端流出并計量。

測試巖心徑向滲透率時通過夾持器筒體上的流體注入端注入模擬地層水或煤油，并通過流體注入排氣端排出巖心與夾持器筒體間的空氣，模擬地層水或煤油在壓差作用下從試驗巖心外徑面滲透進入到內(nèi)徑面并通過流體出口端流出進入計量系統(tǒng)。運用達西定律計算巖心受泥漿污染前后的徑向滲透率、徑向梯度滲透率及滲透率恢復(fù)值。

2.3 多功能巖心夾持器的主要技術(shù)參數(shù)與技術(shù)指標的確定

1）壓力的確定 根據(jù)地層滲透率的差異，徑向巖心夾持器分為高壓、中壓和低壓3種，高壓夾持器用于測量特低滲的巖心，中低壓夾持器用于測量中、高滲的巖心。

2）溫度的確定 目前常規(guī)的鉆井平均深度一般為6000m左右，按每100m地溫升高3℃計算，最高不超過180℃。

3）材料的選擇 考慮到試驗過程可能會接觸到弱酸、堿、鹽、油等介質(zhì)，并且要在高溫下保持固有的機械特性及密封功能，剛體部分全部采用316L鋼制成，密封墊采用優(yōu)質(zhì)聚四氟乙烯材料，O型圈選用特殊橡膠配方，具有耐油耐弱酸、堿等特性。

4）主要技術(shù)指標 ①流動壓力16～50MPa；軸壓壓力0～60MPa；②溫度為室溫～180℃；③適用巖心規(guī)格φ90～110mm （外）×φ32mm （內(nèi)）×80～200mm （長）；④安裝方式有水平 （水平井）、垂直 （直井）2種；⑤泥漿返速0.6～1.78m/s（泥漿泵排量為3m3/h）。

3 JHR多功能徑向巖心夾持器主要特點及應(yīng)用范圍

3.1 主要特點

JHR多功能徑向巖心夾持器采用活塞和平面密封墊組合的形式對試驗巖心加載模擬地應(yīng)力，能有效阻止?jié)B透率測試或泥漿污染時流體在巖心端面流動，改變了傳統(tǒng)夾持器采用圓形橡膠套加圍壓的方式；泥漿在試驗巖心的內(nèi)徑面進行污染，與鉆井過程類似，改變了原來對巖心端面進行污染損害的方法；巖心滲透率測試的方向為巖心的直徑方向，改變了原來對巖心進行軸向滲透率測試及評價的手段；在徑向上采用多測點采集壓力數(shù)據(jù)的形式，開展巖心梯度滲透率以及滲透率恢復(fù)值的測試，評價鉆井液完井液對儲層損害的程度和深度。

3.2 應(yīng)用范圍

JHR多功能徑向巖心夾持器可用于測量地層或模擬巖心在應(yīng)力條件下的滲透率變化；用于開展流體流動特性及儲層鉆井液動態(tài)污染前后的滲流變化規(guī)律研究［6］；完成模擬欠平衡、正壓差、平衡鉆井過程中的泥漿加壓注入、儲層污染［7］；用于開展直井、水平井及位移井的儲層損害程度、預(yù)防措施及油氣層儲量評估的研究。

4 應(yīng)用前景分析

JHR多功能徑向巖心夾持器采用全直徑巖心模擬地層徑向流動試驗以及模擬水平井大位移井在欠平衡、正壓差、平衡鉆井等過程中的動態(tài)污染，科學(xué)真實地模擬地層條件下儲層滲透率的變化規(guī)律，通過多點壓力采集并測定巖心受污染前后的梯度滲透率和滲透率恢復(fù)值，實現(xiàn)模擬鉆井污染過程和滲流測試過程一體化［2］，解決了目前常規(guī)試驗中采用小巖心開展軸向滲透率測試及巖心端面污染的局限性，為地質(zhì)勘探與開發(fā)、保護油層研究、大位移井儲層損害、損害預(yù)防及儲量評估研究提供了有效的評價手段，為油田的生產(chǎn)及科研提供一種有效平臺。該產(chǎn)品目前已在相關(guān)油田及科研院所應(yīng)用，用戶普遍認為產(chǎn)品設(shè)計原理正確，結(jié)構(gòu)合理，密封性能好，操作簡單，安全可靠。

［1］余維初，何權(quán).JHMD－Ⅰ新型智能高溫高壓動態(tài)損害失水儀的研制 ［J］.鉆井液與完井液，2005，22（6）：49～50.

［2］余維初，鄢捷年.JHMD2Ⅱ智能高溫高壓入井流體動態(tài)損害評價系統(tǒng) ［J］.鉆井液與完井液，2005，22（1）：25～27.

［3］王永恒，康毅力，陳一鍵，等 .水平井鉆井完井損害實驗評價技術(shù)新進展 ［J］.鉆井液與完井液，2006，23（1）：72～75.

［4］余維初，胡三清，劉罡，等.JHR新型巖 （煤）心夾持器系列的研制與應(yīng)用 ［J］.石油鉆采工藝，1995，17（6）：82～84.

［5］李琪 .普通巖心分析技術(shù) ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1993.

［6］余維初，蔣光忠.JHTR真三軸應(yīng)力夾持器的研究與應(yīng)用 ［J］.石油天然氣學(xué)報 （江漢石油學(xué)院學(xué)報），2010，32（5）：156～158.

［7］樊世忠 .油氣層保護與評價 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1988.

［編輯］ 蘇開科