李戰(zhàn)偉，來(lái)東風(fēng)，王 維，鄧 威，蘇亞楠

(中國(guó)石油冀東油田分公司勘探開(kāi)發(fā)建設(shè)項(xiàng)目部)

隨著冀東油田勘探開(kāi)發(fā)向復(fù)雜油氣藏不斷深入，大斜度長(zhǎng)位移井不斷增加，井壁取心施工難度顯著增加。由于常規(guī)電纜輸送撞擊式井壁取心受井斜、井型限制，井斜超過(guò)45°后很難利用電纜輸送撞擊式井壁取心取出地層巖心，從而無(wú)法提供井下儲(chǔ)層最直觀的證據(jù)，不利于認(rèn)識(shí)油氣層，而該部分地質(zhì)資料對(duì)于確認(rèn)油氣層和油藏評(píng)價(jià)起著重要作用，所以大斜度井井壁取心亟需解決。目前國(guó)內(nèi)外主要有鉆進(jìn)式井壁取心和撞擊式井壁取心，其中鉆進(jìn)式井壁取心可實(shí)現(xiàn)鉆具輸送作業(yè)，但靜止時(shí)間長(zhǎng)，在大斜度井中采取鉆具傳輸操作易卡鉆;費(fèi)用高昂，不利于勘探開(kāi)發(fā)成本控制。撞擊式井壁取心具有作業(yè)成本低、施工風(fēng)險(xiǎn)可控、作業(yè)效率高的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，通過(guò)近兩年對(duì)該項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)研究和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，取得了較好的應(yīng)用效果［1－4］。

一、難點(diǎn)分析

(1)普通鉆具輸送濕接頭總成的額定電壓250 V，額定電流0．5 A左右，而撞擊式井壁取心儀器點(diǎn)火時(shí)瞬間電流一般要達(dá)到1．5 A(甚至更大)，取心所使用的工具及短節(jié)必須耐大電流，防止點(diǎn)火瞬間儀器和線路的絕緣被擊穿，目前的濕接頭的絕緣等級(jí)無(wú)法達(dá)到。

(2)電纜輸送撞擊式井壁取心工藝上采用軟電極或者伽馬儀器跟蹤校深，但鉆桿輸送工藝中這兩種方法都無(wú)法采用，必須研究新的跟蹤校深儀器。

(3)與常規(guī)電纜輸送井壁取心不同，鉆桿起下過(guò)程中，取心儀器始終沿下井壁運(yùn)行，巖心筒的連接鋼絲繩容易被磨斷或者掛斷，直接影響巖心收獲率，必須解決儀器防磨和居中問(wèn)題，提高取心收獲率。

(4)鉆具輸送撞擊式井壁取心作業(yè)取心槍在井內(nèi)工作時(shí)間長(zhǎng)，需要取心槍有較強(qiáng)的耐溫性能，確保發(fā)射正常，因此必須提高取心槍耐溫性，確保取心作業(yè)發(fā)射成功率。

二、關(guān)鍵技術(shù)研究與優(yōu)化

1．實(shí)現(xiàn)信號(hào)穩(wěn)定傳輸技術(shù)

1．1硬電極跟蹤校深技術(shù)

原有的軟電極校深方法在鉆具輸送過(guò)程中無(wú)法使用，為此采用0．4 m電位硬電極校深方法，以滿足鉆桿輸送條件下惡劣測(cè)井環(huán)境校深，實(shí)現(xiàn)取心深度的精確校深。一是承載鉆桿輸送以及取心器產(chǎn)生的摩擦阻力;二是通過(guò)測(cè)量0．4 m電位實(shí)現(xiàn)深度校正，確定取心深度跟蹤。

1．2大功率濕接頭總成研制

設(shè)計(jì)濕接公母槍?zhuān)透邷馗邏?、耐大電流大電壓、提高線徑為常規(guī)濕接頭線徑的3倍，通過(guò)計(jì)算，使其達(dá)到耐壓1 000 V、耐電流4．5 A的要求，同時(shí)對(duì)公母接頭部分的導(dǎo)電環(huán)、絕緣環(huán)、過(guò)線孔、單心密封塞等尺寸進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使公母接頭對(duì)接縫隙從原來(lái)的0．5～0．8 mm降低到0．3 mm，提高了因接觸電阻大造成的電流耗損大的風(fēng)險(xiǎn)。

1．3選發(fā)器優(yōu)選

在高溫深井中取心施工優(yōu)選機(jī)械選發(fā)器，由于機(jī)械選發(fā)器是一種機(jī)電裝置，它主要靠電磁吸合作用帶動(dòng)機(jī)械裝置同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)到控制檔位的目的。內(nèi)部沒(méi)有電子元器件，只有一個(gè)吸合線圈和一個(gè)變壓器，其余是高溫線，因此受井底溫度和震動(dòng)影響較小。高溫機(jī)械較電子選發(fā)器具有工作穩(wěn)定性更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，該裝置選用了耐溫175°的變壓器及機(jī)械選發(fā)裝置，同時(shí)變壓器存儲(chǔ)倉(cāng)設(shè)計(jì)合理，有效確保了取心過(guò)程中因猛烈撞擊造成的發(fā)射故障。

2．提高巖心收獲率技術(shù)

2．1保持儀器居中

在取心儀器上下兩端各加一個(gè)硬翅扶正器，能夠有效緩解因鉆具貼靠井壁低邊造成的取心儀器與井壁低邊的摩阻，同時(shí)能夠確保取心儀器居中，使得取心器本體與井壁間存在一定間隙，收獲的巖心筒將處于自由狀態(tài)，不會(huì)受取心器本體擠壓，這樣巖心筒被刮掉的概率將大大降低。

2．2調(diào)整鋼絲繩尺寸

在電纜輸送方式下，為保證在井眼垮塌、擴(kuò)徑嚴(yán)重的情況下也能獲取合格巖心，取心器所使用的取心鋼絲繩一般長(zhǎng)度為50 cm。如果采用鉆桿輸送方式，取心鋼絲繩可以縮短到30 cm或者更短些。因?yàn)殂@桿輸送方式使用的硬翅扶正器確保了取心器在井眼內(nèi)居中，30 cm鋼絲繩完全滿足取心需求，這樣也降低了相鄰兩個(gè)巖心筒纏繞到一起被刮掉風(fēng)險(xiǎn)。另外，通過(guò)加大井壁取心鋼絲繩直徑，提高鋼絲繩抗拉強(qiáng)度，可以提高取心收獲率。

3．防阻減震技術(shù)

在鉆具下放過(guò)程中儀器會(huì)與井壁接觸和碰撞，如果遇阻力量過(guò)大，會(huì)壓壞或折斷儀器。采用柔性短節(jié)與導(dǎo)向膠錐，可以有效減弱鉆桿輸送過(guò)程對(duì)儀器的沖擊力，通過(guò)方向引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)儀器的安全順利下入。

3．1柔性短節(jié)

柔性短節(jié)由鈦鋼制成多個(gè)一定幾何尺寸零件組合而成，具有徑向偏離30°以及360°轉(zhuǎn)向的安全導(dǎo)向作用。安裝在馬龍頭與硬電極之間，用于鉆桿與取心器儀器的過(guò)渡性連接，提高儀器串在井筒運(yùn)動(dòng)的靈活性，保護(hù)儀器本體，提高取心的收獲率。

3．2導(dǎo)向膠錐

導(dǎo)向膠錐采用鋼體與橡膠結(jié)合而成。橡膠內(nèi)部裝有彈簧，以增加橡膠強(qiáng)度，一是降低傳輸過(guò)程中對(duì)取心儀器產(chǎn)生的震動(dòng)強(qiáng)度;二是引導(dǎo)取心器沿井筒軌跡行進(jìn)。同時(shí)，與柔性短節(jié)共用改善在井筒中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

4．鉆具輸送撞擊式井壁取心儀器組合

儀器及工具安裝如下:濕接頭總成+柔性短節(jié)+0．4 m電位硬電極+專(zhuān)用取心儀器(上下端各加裝一個(gè)扶正器)+導(dǎo)向膠錐。

5．現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)保障措施

5．1取心收獲率保障措施

①在取心儀器上下端各加裝一個(gè)硬翅扶正器，同時(shí)水平井濕接頭總成與校深電極之間加裝柔性短節(jié)，確保槍身不擠壓巖心筒，防止巖心筒被刮掉;②將取心鋼絲繩長(zhǎng)度由原來(lái)50 cm縮短到30 cm，巖心筒采用間隔式時(shí)填裝方式;③采用耐高溫高壓、性能可靠的取心器和藥餅;④鉆具輸送井壁取心作業(yè)時(shí)要嚴(yán)格按照鉆桿輸送測(cè)井作業(yè)規(guī)程要求開(kāi)展施工;⑤所有點(diǎn)火取心作業(yè)必須在上提鉆具過(guò)程中完成，鉆具上提速度應(yīng)控制在600 m/h以?xún)?nèi)。一旦點(diǎn)火取心后，嚴(yán)禁下放鉆具;⑥完成取心作業(yè)后，上提鉆具必須平穩(wěn);⑦取心儀器通過(guò)縮徑井段或進(jìn)入套管鞋時(shí)，速度必須降至600 m/h以?xún)?nèi);⑧超深井作業(yè)時(shí)，盡量選用機(jī)械選發(fā)器，提高耐溫性能，確保發(fā)射率。

5．2取心點(diǎn)深度準(zhǔn)確保障措施

①根據(jù)完井電測(cè)曲線，在設(shè)計(jì)取心段內(nèi)選擇層位反應(yīng)明顯地方進(jìn)行深度校正。校深曲線必須采用上測(cè)曲線，長(zhǎng)度應(yīng)大于2根立柱長(zhǎng)度;②取心過(guò)程中，鉆具上提速度必須平穩(wěn);③上提鉆具取心過(guò)程中，絞車(chē)工必須確保跟蹤張力平穩(wěn);④操作工密切監(jiān)視跟蹤曲線深度，每次點(diǎn)火取心前，必須核實(shí)取心點(diǎn)深度，確保深度無(wú)誤方可點(diǎn)火取心;⑤如果兩個(gè)取心點(diǎn)深度差超過(guò)100 m，應(yīng)在起鉆過(guò)程中重新校深。

三、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施與效果

1．現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

鉆具輸送撞擊式井壁取心是將鉆桿輸送測(cè)井和常規(guī)電纜撞擊式井壁取心結(jié)合的集成創(chuàng)新結(jié)果，經(jīng)過(guò)2年的研究和應(yīng)用，解決大斜度井井壁取心的難題，為油田勘探開(kāi)發(fā)提供了寶貴的巖心資料。截止到2015年12月31日，總計(jì)完成33口井的井壁取心作業(yè)，施工井最大井斜達(dá)到65．2°，共設(shè)計(jì)取心838顆，完成730顆取心任務(wù)，巖心收獲率87．89%。

2．存在問(wèn)題及改進(jìn)措施

目前出現(xiàn)的施工問(wèn)題:①發(fā)射率低;②取心筒發(fā)射后拉掉問(wèn)題;③空彈或巖心較少問(wèn)題;④儀器及配套設(shè)備性能不穩(wěn)定。解決措施分別見(jiàn)表1～表4。

表1取心筒未發(fā)射原因分析及措施

表2取心筒發(fā)射后拉掉原因分析及措施

表3井徑統(tǒng)計(jì)和鋼絲繩對(duì)應(yīng)分析表

表4空彈、巖心較小原因分析及措施

3．應(yīng)用效果

通過(guò)鉆具輸送撞擊式井壁取心巖心資料，共解釋21口井，油層462．8 m/83層，油氣層89．2 m/9層，差油層174．1 m/41層，可能油氣層227．4 m/35層，油水同層270．6 m/55層，為測(cè)井解釋提供了寶貴資料。在錄井顯示差、常規(guī)測(cè)井資料無(wú)法確定是否存在油層、難于完井決策的井上通過(guò)取心資料，研究人員做出正確決策，起到明顯效果。經(jīng)過(guò)鉆具輸送撞擊式井壁取心確認(rèn)7口井無(wú)油氣顯示，取消后續(xù)的下套管、固井等完井作業(yè)，節(jié)省大量的作業(yè)費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

四、結(jié)論和認(rèn)識(shí)

(1)通過(guò)大斜度井井壁取心工藝研究與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了井壁取心工藝在大斜度井應(yīng)用，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)技術(shù)空白，實(shí)現(xiàn)了零的突破，為油田勘探開(kāi)發(fā)提供了有力技術(shù)支持。

(2)作為一項(xiàng)新的技術(shù)，應(yīng)用中要考慮效率和安全關(guān)系，在取心時(shí)間和顆數(shù)上做好規(guī)劃，防止取心時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成井下復(fù)雜。

(3)由于當(dāng)前儀器結(jié)構(gòu)的限制，無(wú)法加裝張力短節(jié)，在取心過(guò)程中不能監(jiān)測(cè)儀器張力變化，需進(jìn)一步研究解決，確保儀器安全。