陸敬武, 曹揚(yáng), 楊帆, 賈鑫, 王瑩

(中國(guó)石油大慶鉆探工程公司測(cè)井公司, 黑龍江 大慶 163412)

0 引 言

分析巖心可通過(guò)3種方式獲得:鉆井取心、爆炸撞擊式取心、旋轉(zhuǎn)式井壁取心[1]。旋轉(zhuǎn)式井壁取心憑借其電纜作業(yè)的特點(diǎn),相比鉆井取心具有施工方便、效率高、成本低的優(yōu)勢(shì),適合對(duì)全井各類地層取心;相比爆炸式取心具有巖心規(guī)則、結(jié)構(gòu)完整的優(yōu)勢(shì),可直觀進(jìn)行巖性含油性觀察,借助分析設(shè)備進(jìn)行巖性、電性、物性和含油性分析化驗(yàn)求取孔隙度、滲透率等儲(chǔ)集層參數(shù),應(yīng)用最廣泛,發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮娜⌒姆绞健?/p>

Schlumberger公司的旋轉(zhuǎn)式井壁取心儀器(MSCT)在1985年達(dá)到實(shí)用階段[2],隨后,Halliburton公司也推出了旋轉(zhuǎn)式取心儀器(RSCT[3])。在20世紀(jì)90年代中期河南油田與航天部一院合作研制出了中國(guó)首套機(jī)械鉆進(jìn)式井壁取心儀器(FCT[4-5])。

MSCT、RSCT和FCT均需要提供380 V交流供電,地面系統(tǒng)的體積龐大。3種儀器的井下動(dòng)力系統(tǒng)都采用交流電機(jī)供電,液壓驅(qū)動(dòng)鉆頭進(jìn)行取心作業(yè),功率轉(zhuǎn)換效率低。RSCT和FCT均采用皮囊和浮動(dòng)管線設(shè)計(jì),儀器穩(wěn)定性差,難于維護(hù),使用成本高。大慶鉆探工程公司測(cè)井公司自主研發(fā)的旋轉(zhuǎn)式取心儀器(ESCT)。地面系統(tǒng)采用便攜式機(jī)箱,井下應(yīng)用大功率直流無(wú)刷電機(jī)和數(shù)字電磁閥技術(shù),液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成一體化。儀器具有高可靠性、高采收率的特點(diǎn)。

1 旋轉(zhuǎn)式井壁取心儀器

ESCT旋轉(zhuǎn)式井壁取心系統(tǒng)包括地面設(shè)備和井下儀器2部分。儀器外徑為138 mm,適用于井眼尺寸為Φ160 mm～Φ360 mm的取心作業(yè)。耐溫達(dá)到175 ℃,耐壓達(dá)到20 000 psi*非法定計(jì)量單位,1 psi=6 894.76 Pa,下同。取心深度誤差小于0.1 m。鉆取的巖心規(guī)格為(25 mm×50 mm),取心筒容量最大為75顆。井況要求井斜不大于40°。鉆井液黏度不大于55 s,比重小于1.6 g/cm3,含砂量小于0.5%,失水小于8 mL具有良好的流變性能和防塌性能。

地面系統(tǒng)采用便攜式機(jī)箱,可與任意系統(tǒng)配接(見(jiàn)圖1)。地面系統(tǒng)可以完成深度、張力、自然伽馬等曲線的記錄和打印。系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)了取心操作可視化控制,還可以對(duì)儀器的工作狀態(tài)進(jìn)行全程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄。當(dāng)配接7 000 m以下電纜時(shí),取心電源可使用220 V交流作為系統(tǒng)供電,提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性和安全標(biāo)準(zhǔn)。地面系統(tǒng)的便攜式設(shè)計(jì)使其體積和重量均不到FCT地面系統(tǒng)的一半。而MSCT需要專用的車輛承載它的供電系統(tǒng)。

ESCT電氣性能實(shí)現(xiàn)了大功率直流無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制,提高了系統(tǒng)供電效率。ESCT的井下動(dòng)力系統(tǒng)采用的直流無(wú)刷電機(jī),功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到80%以上。通訊技術(shù)采用了抗強(qiáng)電磁干擾技術(shù),通訊穩(wěn)定可靠。

ESCT井下儀器的液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成一體化設(shè)計(jì),在直徑Φ120 mm長(zhǎng)度為1 240 mm的鈦合金棒體上實(shí)現(xiàn)了3條油路,在本體兩側(cè)嵌入式安裝了20多個(gè)控制閥體、鉆進(jìn)活塞缸及推心活塞缸體。在液壓系統(tǒng)中成功應(yīng)用了數(shù)字控制電磁閥,通過(guò)地面系統(tǒng)調(diào)節(jié)電磁閥的占空比,實(shí)現(xiàn)了取心鉆壓的實(shí)時(shí)全范圍調(diào)節(jié),使得儀器對(duì)各種硬度的地層適應(yīng)性大為增強(qiáng)。特別是在較軟的地層所取的巖心完整規(guī)則,取心收獲率高。液壓系統(tǒng)采用一種液壓油(J26),可在常溫下平穩(wěn)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī),適合深井作業(yè),不用換油和預(yù)熱。

ESCT井下機(jī)械系統(tǒng)配合液壓動(dòng)力自動(dòng)完成儀器的推靠、巖心的鉆進(jìn)、掰斷、收集和檢測(cè)。取心動(dòng)力采用了大功率直流無(wú)刷電機(jī),實(shí)現(xiàn)了電機(jī)帶動(dòng)齒輪直接驅(qū)動(dòng)鉆頭,減少了取心動(dòng)能在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中的損耗。儀器的最大取心輸出功率達(dá)到1 800 W,最大扭矩達(dá)到7 N·m。取心鉆頭輸出動(dòng)力性能顯著提升,不但可以滿足致密堅(jiān)硬的火成巖的鉆取,也適應(yīng)含油飽和度高的葡萄花層,解決了過(guò)去取心作業(yè)的難題。

2 旋轉(zhuǎn)式井壁取心儀器的應(yīng)用

在儀器研制階段,ESCT旋轉(zhuǎn)式井壁取心儀完成了××1號(hào)井和××2號(hào)井的取心作業(yè)任務(wù)。ESCT旋轉(zhuǎn)式井壁取心儀器在××1號(hào)井作業(yè)的完井曲線與巖性相關(guān)性(見(jiàn)圖2),在深度××00～×700 m井段獲取了24顆巖心,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)全部合格,巖性正確。在同口井與國(guó)外測(cè)井公司取得的巖心和測(cè)井時(shí)效進(jìn)行對(duì)比,取心收獲率和作業(yè)時(shí)間(見(jiàn)表1),取心效果和取心效率達(dá)到了國(guó)際大公司取心水平。ESCT旋轉(zhuǎn)式井壁取心儀器在大慶油田高溫高壓深層氣井成功應(yīng)用,在登二段、營(yíng)城組、沙河子組層段取得合格巖心,其巖性包括粗砂巖、泥質(zhì)粉砂、砂質(zhì)礫巖。

表1 ××1井取心作業(yè)時(shí)效表

××2號(hào)井取心作業(yè)時(shí)間9 h,在深度××00～××50 m的嫩二段、嫩一段、姚二三段、姚一段、青二三段、青一段井段鉆取巖心50次,收獲巖心48顆。在深度××40.2 m位置取得的油浸粉砂巖巖心,與錄井巖屑資料對(duì)比一致(見(jiàn)圖3)。對(duì)不同深度同巖性取心時(shí)效和鉆取的巖心長(zhǎng)度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(見(jiàn)表2)。巖心實(shí)物見(jiàn)圖4。

圖3 ××2完井曲線與巖心相關(guān)性對(duì)比

在此基礎(chǔ)上升級(jí)改造的儀器在××3井進(jìn)行了大顆粒巖心(38 mm×63 mm)實(shí)驗(yàn)取心,成功鉆取大顆粒巖心16顆。在ESCT井壁取完巖心后斯倫貝謝公司進(jìn)行了電成像作業(yè),圖5是電成像測(cè)得的成像圖?？梢郧逦乜吹骄谌⌒暮蟮木趫D像和鉆取的巖心實(shí)物(見(jiàn)圖6)。

ESCT旋轉(zhuǎn)式井壁取心測(cè)井儀在大慶地區(qū)已經(jīng)開始投產(chǎn)應(yīng)用,截止到2016年6月,已經(jīng)完成了21口井的取心生產(chǎn)任務(wù)。共取心1 000余顆,平均取心收獲率達(dá)到了90%以上,實(shí)現(xiàn)單只儀器單口井鉆取99顆完整巖心無(wú)故障的記錄。

圖4 不同巖性巖心實(shí)物圖

圖5 ××3井大顆粒巖心取心后電成像圖

圖6 ××3井大顆粒巖心實(shí)物圖

3 結(jié) 論

(1) 在ESCT旋轉(zhuǎn)式井壁取心儀中應(yīng)用的大功率直流無(wú)刷電機(jī)和鉆頭直驅(qū)技術(shù),提高了儀器的取心動(dòng)力和功率轉(zhuǎn)換效率,使儀器的地面系統(tǒng)小巧方便,安全可靠。儀器的拓展性增強(qiáng),可適應(yīng)大顆粒取心的需要。

(2) ESCT旋轉(zhuǎn)式井壁取心儀的液壓集成一體化設(shè)計(jì)、鉆壓實(shí)時(shí)數(shù)控技術(shù)、可靠的巖心檢測(cè)機(jī)構(gòu),使儀器的穩(wěn)定性和可靠性進(jìn)一步加強(qiáng),平均取心收獲率達(dá)到了90%以上,在近2年完成的取心任務(wù)中取心效率明顯提高。

(3) ESCT旋轉(zhuǎn)式井壁取心儀解決了葡萄花層和深層火成巖取心的難題,鉆取包括泥巖、細(xì)砂巖、玄武巖、砂質(zhì)礫巖、粗砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等不同巖性井段不同硬度巖心,適應(yīng)大慶油田不同地層的取心要求。

參考文獻(xiàn):

[1] 王志信. 井壁取心技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 [J]. 測(cè)井技術(shù), 1997, 21(1): 66-70.

[2] Schlumberger. Mechanical Sidewall Coring Tool [Z]. 1985.

[3] Halliburton. Coring Tool Service System [Z]. 1992.

[4] 盧曉麗, 范繼香. HH-2鉆進(jìn)式井壁取心器的研制 [J]. 石油儀器, 2004, 18(2): 50-51.

[5] 程林峰, 馬林, 吳鳳秋. 完善旋轉(zhuǎn)式井壁取心器的綜合性能 [J]. 石油儀器, 2000, 14(2): 12-15.