王愛新++葛海婭++方旭紅++田亞鋒++張春林++王鵬

摘 要：為了提高鉆進(jìn)式井壁取心器在海南福山油田的取心作業(yè)的成功率，我們基于福山油田地質(zhì)特性及其對鉆進(jìn)式井壁取心施工的影響，利用SRCT6702鉆進(jìn)式井壁取心器的先進(jìn)功能，有效的克服了鉆頭卡鉆、儀器粘卡等問題，提高了取心作業(yè)成功率，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：鉆進(jìn)式井壁取心器；海南福山油田；變頻電源；鉆進(jìn)速度

引言

隨著測井技術(shù)的發(fā)展，油田勘探和油藏開發(fā)越來越趨于復(fù)雜化，利用巖心分析確定儲層巖性、滲透率、飽和度等參數(shù)成為一項(xiàng)重要的工作[1]。海南福山油田位于海南省北部，地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，地層壓力異常，機(jī)械鉆速慢、井眼垮塌嚴(yán)重等特點(diǎn)，造成了許多復(fù)雜事故，給鉆井、測井施工帶來了極大的困難，利用鉆進(jìn)式井壁取心獲取更多地質(zhì)資料顯得尤為重要。2013年～2015年，中油測井公司開始在海南福山油田開展鉆進(jìn)式井壁取心服務(wù)，取心效果一直不理想。福山油田巖層分布較大，深度也較廣，當(dāng)其被水浸泡后會現(xiàn)裂紋，便會分裂成片狀[2]，這種非常明顯的硬脆性特征在鉆取巖心時(shí)，掉落的碎片會讓取心鉆頭不能退出，造成“鉆頭卡鉆”。福山油田的流二段為泥巖地層層理、微裂隙發(fā)育，鉆井液侵入后，造成泥巖吸水膨脹，產(chǎn)生膨脹和水化應(yīng)力，進(jìn)而發(fā)生剪切破碎，造成剝落和垮塌[3]，鉆進(jìn)式井壁取心器施工時(shí)應(yīng)停留3～10分鐘，剝落和垮塌的地層將會把儀器卡住不能移動，造成“儀器粘卡”。2016年，中油測井公司結(jié)合海南福山油田地質(zhì)特點(diǎn)，利用SRCT6702鉆進(jìn)式井壁取心器施工取得了很好的應(yīng)用效果。

1 SRCT6702鉆進(jìn)式井壁取心器儀器工作原理

鉆進(jìn)式井壁取心器是集液壓、機(jī)械、電子于一體的自動化井下取心工具。儀器下放至目的層下，上提儀器進(jìn)行跟蹤曲線測量，并與原始曲線對比校深。校深完后，儀器上提或下放至目的層。操作員首先啟動地面大功率供電系統(tǒng)，給井下儀器內(nèi)電機(jī)供電，電機(jī)帶動液壓泵，液壓泵提供取心動作的動力。操作員發(fā)送推靠臂張開、取心馬達(dá)旋轉(zhuǎn)、鉆頭伸出、掰心、鉆頭收回、推靠臂收回、沖針伸出等一系列動作指令，完成一顆巖心的取心操作，同時(shí)井下儀器將各種信息傳給地面取心控制系統(tǒng)，供操作員判斷各個(gè)狀態(tài)執(zhí)行情況。一顆巖心鉆取完成后，移至下一深度。

2 鉆進(jìn)式井壁取心器在福山油田的應(yīng)用

在福山油田的應(yīng)用主要解決以下兩個(gè)問題，一是要減小儀器鉆進(jìn)過程中的振動幅度，二是縮短井下作業(yè)時(shí)間。

2.1 利用變頻電源減小取心過程中的振動幅度

鉆進(jìn)式井壁取心器上采用的是單相交流異步電機(jī)，國內(nèi)一般都采用線性電源供電方式，SRCT6702鉆進(jìn)式井壁取心器采用變頻電源供電，可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、啟動和制動過程。控制原理如下：

電機(jī)轉(zhuǎn)速取決于同步轉(zhuǎn)速（即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速）。

n=n1（1-S）=60f（1-S）/p

其中：n-電機(jī)轉(zhuǎn)；n1-電機(jī)同步轉(zhuǎn)速；S-電機(jī)轉(zhuǎn)差率；P-極對數(shù)。

取心電機(jī)的轉(zhuǎn)速n電磁轉(zhuǎn)矩T的機(jī)械特性曲線如圖1。

（1）起始點(diǎn)A，特點(diǎn)：n=0（S=1），T=Tst，I1st=（4～7）IN。

（2）額定工作點(diǎn)B，特點(diǎn)：n=nN（S=SN），T=TN，I1=IN。

（3）同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)H，特點(diǎn)：n=n0（S=0），T=0，I1=I0。

（4）電動狀態(tài)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)P，特點(diǎn)：T=Tm，S=Sm。

（5）回饋制動最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)P'，特點(diǎn)：T=Tm'，S=Sm'。

根據(jù)異步電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩機(jī)械特性曲線，變頻電源應(yīng)用了計(jì)算機(jī)運(yùn)算和控制技術(shù)，采用變換頻率和調(diào)節(jié)電壓的復(fù)合方式對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，能獲得理想的電機(jī)機(jī)械特性，特別是能改善電機(jī)的起動和制動性能。在鉆進(jìn)取心作業(yè)時(shí)，能夠按照所鉆進(jìn)的地層情況，提前設(shè)定頻率得到所需要的鉆速。在鉆進(jìn)中，鉆頭遇阻或者粘卡時(shí)，電機(jī)負(fù)荷增大，變頻電源就在一定范圍內(nèi)降低頻率，提高電壓調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，增大電機(jī)轉(zhuǎn)矩，不會突然制動，這一過程，大大降低了取心過程中鉆頭的振動幅度。

2016年，SRCT6702鉆進(jìn)式井壁取心器在海南福山油田竹13X、朝3X、朝6X、寶25X、花東5-2X五口井，取心井段從1375～3960m，根據(jù)井況提前設(shè)定變頻電源頻率，使鉆頭順利鉆進(jìn)，降低了鉆頭的振動幅度，共鉆取巖心142顆，作業(yè)成功率大大提高。

2.2 地面調(diào)節(jié)鉆頭鉆進(jìn)速度提高作業(yè)時(shí)效

SRCT6701鉆進(jìn)式井壁取心器在地面調(diào)節(jié)完成鉆進(jìn)速度后，無法根據(jù)井下溫度、巖性調(diào)節(jié)鉆進(jìn)速度，必須提出井口調(diào)節(jié)。改進(jìn)后的SRCT6702鉆進(jìn)式井壁取心器，井下儀器增加了步進(jìn)電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動電路、地面控制電路。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個(gè)固定的角度（稱為“步距角”），它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的，可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位。

如圖1所示，圖中轉(zhuǎn)軸與溢流閥相連。儀器下井后，操作員通過地面取心控制箱體調(diào)節(jié)旋鈕，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個(gè)角度，轉(zhuǎn)軸帶動溢流閥一起轉(zhuǎn)動，達(dá)到控制鉆頭的鉆進(jìn)速度，操作非常方便，且調(diào)控更為精細(xì)。

在朝3X，井深3600m，設(shè)計(jì)取心60顆，施工中，根據(jù)井況，操作員在地面不斷調(diào)節(jié)鉆頭鉆進(jìn)速度，減少了儀器提出井口的次數(shù)，提高了作業(yè)時(shí)效，降低了施工風(fēng)險(xiǎn)，最終收獲合格巖心58顆。

3 結(jié)束語

（1）變頻電源應(yīng)用了計(jì)算機(jī)運(yùn)算和控制技術(shù)，采用變頻和調(diào)壓的復(fù)合方式對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，能改善電機(jī)的起動和制動性能，降低取心過程中鉆頭的振動幅度，減少“鉆頭卡鉆”的次數(shù)。

（2）地面調(diào)節(jié)鉆進(jìn)速度功能，解決了由于井下鉆取巖心速度不合適，必須把儀器提出井口調(diào)節(jié)的問題，大大提高了作業(yè)時(shí)效，將泥巖吸水膨脹后，使地層剝落和垮塌造成“儀器粘卡”的施工風(fēng)險(xiǎn)降低。

參考文獻(xiàn)

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[4]孫傳森.變頻器技術(shù)[M].高等教育出版社，2009.