模塊式大直徑巖心旋轉(zhuǎn)井壁取心儀在渤海油田的應(yīng)用

蘇鶴成，信召玲，張國(guó)強(qiáng)，朱文森，李金宜

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300459；2.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300459）

石油勘探開發(fā)需要對(duì)地質(zhì)構(gòu)造和地層性質(zhì)有清楚的認(rèn)識(shí)，直接取自地層的巖心則是認(rèn)識(shí)地層最直觀的第一手資料。由于旋轉(zhuǎn)井壁取心是兼有鉆井取心和撞擊式井壁取心優(yōu)點(diǎn)的取心方式，因此在勘探階段，旋轉(zhuǎn)井壁取心項(xiàng)目是測(cè)井作業(yè)中的常測(cè)項(xiàng)目[1-3]。所獲壁心既可直接確定儲(chǔ)層巖性、裂縫發(fā)育程度、含油氣性，又能進(jìn)行孔隙度、滲透率、電性、元素及地化分析[4-5]。

常規(guī)旋轉(zhuǎn)井壁取心規(guī)格較小，設(shè)計(jì)直徑為25.4 mm，長(zhǎng)度為44.5 mm[6-7]，而大直徑旋轉(zhuǎn)壁心設(shè)計(jì)直徑為38.1 mm，長(zhǎng)度為70 mm。大直徑旋轉(zhuǎn)壁心體積更大，更有利于對(duì)地層的巖電參數(shù)及地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行真實(shí)的評(píng)價(jià)，因此受到油公司的青睞。

中海油田服務(wù)股份有限公司繼2015年推出常規(guī)小直徑旋轉(zhuǎn)式井壁取心儀（Enhanced Rotary Sidewall Coring Tool 簡(jiǎn)稱ERSC）之后，2018年研制成功模塊式大直徑巖心旋轉(zhuǎn)井壁取心儀[8]（Maximum Rotary Sidewall Coring Tool 簡(jiǎn)稱MRCT），其具有環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、不易卡鉆、取心高效、可靠性高、維保方便、井下區(qū)分巖心手段豐富、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，在渤海油田一經(jīng)應(yīng)用，就得到油公司的重視。

1 模塊式大直徑巖心旋轉(zhuǎn)井壁取心儀特點(diǎn)

1.1 主要技術(shù)參數(shù)

MRCT大直徑旋轉(zhuǎn)井壁取心儀總長(zhǎng)度為14.1 m。儀器外徑為156 mm，適用于井眼尺寸為190.5～431.8 mm的取心作業(yè)。耐溫達(dá)177 ℃，耐壓達(dá)140 MPa。獲取的巖心規(guī)格為：直徑38.1 mm、長(zhǎng)度70 mm，單顆巖心用時(shí)3～8 min，一次下井取心筒最多可容納巖心顆數(shù)為60顆，地層適應(yīng)性強(qiáng)。

1.2 井下儀器模塊化

MRCT大直徑旋轉(zhuǎn)井壁取心儀實(shí)現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)，整體設(shè)計(jì)中最核心的技術(shù)為鉆進(jìn)、折心、推心模塊，其內(nèi)部包含鉆進(jìn)液壓缸、折心液壓缸以及推心液壓缸，通過(guò)集成閥座對(duì)缸體進(jìn)行動(dòng)作控制。取心電動(dòng)機(jī)模塊是電動(dòng)取心儀器的核心模塊之一，其所用的電機(jī)為高功率密度電機(jī)，特點(diǎn)是體積小、功率大，能可靠地工作在泥漿中[9]。結(jié)構(gòu)模塊化讓儀器在裝卸，維修保養(yǎng)等環(huán)節(jié)非常方便，節(jié)省時(shí)間。

1.3 取心鉆頭電驅(qū)化

取心鉆頭動(dòng)力靠電機(jī)直驅(qū)的MRCT儀器擁有低轉(zhuǎn)速高扭矩能力，相比液壓馬達(dá)高轉(zhuǎn)速低扭矩，其優(yōu)點(diǎn)突出：（1）取心鉆頭速度和力量可以精確控制；（2）適應(yīng)巖性范圍變廣，從聲波140 us/ft的軟地層到聲波50 us/ft的硬地層都可作業(yè)；（3）液壓系統(tǒng)負(fù)責(zé)推靠，電驅(qū)取心模塊負(fù)責(zé)鉆井，模塊化設(shè)計(jì)提高了儀器推靠力，取心作業(yè)時(shí)電纜可放松，降低了遇卡風(fēng)險(xiǎn)，極大地提高了作業(yè)的安全性。

1.4 巖心位置精確

MRCT儀器設(shè)計(jì)有巖心開關(guān)、隔片放置裝置，其中巖心開關(guān)可以測(cè)量巖心的長(zhǎng)度和數(shù)量。具體的記錄方式為，當(dāng)推心桿推動(dòng)巖心通過(guò)巖心開關(guān)時(shí)觸發(fā)其通電，巖心通過(guò)開關(guān)時(shí)開關(guān)斷電，這個(gè)過(guò)程中儀器記錄巖心開關(guān)的通電時(shí)間和次數(shù)，從而轉(zhuǎn)換成巖心的長(zhǎng)度和個(gè)數(shù)。隔片放置裝置可以在巖心進(jìn)入儲(chǔ)心桶后，放置一個(gè)金屬墊片，與下顆巖心做到位置隔離。

另外，推心桿還可以測(cè)量推心壓力及推心位移，這樣利用巖心長(zhǎng)度、數(shù)量、隔片、推心壓力和推心位移五種手段可以準(zhǔn)確判斷巖心是否收獲以及其位置。

1.5 多手段防止儀器遇卡

MRCT儀器設(shè)計(jì)有斷電緊急回收系統(tǒng)、多重弱點(diǎn)保護(hù)、異向解卡裝置。當(dāng)井下取心儀器出現(xiàn)斷電的情況，緊急回收系統(tǒng)可以讓推靠臂及鉆頭收回，讓儀器恢復(fù)自由。鉆頭卡在地層時(shí)，可以用蓄能器將鉆頭拉出來(lái)，蓄能器無(wú)法將鉆頭拉出時(shí)還可以直接拉斷鉆桿，將馬達(dá)從地層中退出。儀器吸附卡時(shí)或者上提下放遇卡時(shí)，異向解卡裝置可以給儀器提供推力[10]，使儀器及鉆頭輕松脫離井壁，實(shí)現(xiàn)解卡的目的。

作業(yè)過(guò)程中放松電纜，可以防止電纜吸附卡，相比ERSC單顆作業(yè)時(shí)間6～15 min，MRCT高效的取心效率，可以減少儀器貼靠井壁時(shí)間[11]，從而減少儀器的遇卡風(fēng)險(xiǎn)。

1.6 液壓系統(tǒng)雙保險(xiǎn)

儀器開、收推靠臂，鉆進(jìn)和退鉆，折心，推心和放置隔片等動(dòng)作分別由兩個(gè)泵，即小泵和小小泵來(lái)完成，而這兩個(gè)泵又可以互相備份，當(dāng)其中一個(gè)泵出問(wèn)題時(shí)，另一個(gè)泵代替它完成其工作。液壓系統(tǒng)雙保險(xiǎn)設(shè)計(jì)降低了取心作業(yè)時(shí)的儀器故障風(fēng)險(xiǎn)，提高了測(cè)井的作業(yè)時(shí)效。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

在BZ36-X-X井作業(yè)中單趟收獲31顆壁心，壁心既有沙河街組含礫砂巖，也有東營(yíng)組粉砂巖，地層聲波時(shí)差范圍寬112～67 us/ft，硬度不均，給本次取心作業(yè)帶來(lái)了很大挑戰(zhàn)。作業(yè)過(guò)程中根據(jù)取心作業(yè)實(shí)際情況有針對(duì)性地對(duì)扭矩等參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整，優(yōu)化取心位置，最終順利完成取心工作，設(shè)計(jì)34顆，實(shí)取31顆，收獲率91.2%。所獲取壁心均外形規(guī)整，達(dá)到預(yù)期，為作業(yè)區(qū)塊的巖性識(shí)別提供了優(yōu)質(zhì)的巖心樣品保障。

CFD18-X-X井在311.15 mm和215.9 mm兩個(gè)井段進(jìn)行取心作業(yè)，取心過(guò)程中，導(dǎo)軌運(yùn)行流暢，整套設(shè)備適應(yīng)能力強(qiáng)，巖心檢測(cè)及隔片功能對(duì)壁心區(qū)分起到了很大的輔助作用。MRCT工具在鉆進(jìn)時(shí)，鉆速和鉆壓是可控的。在最初的取心過(guò)程中，采用高轉(zhuǎn)速進(jìn)行鉆進(jìn)時(shí)，進(jìn)尺慢，且憋卡鉆頭，隨即調(diào)整參數(shù)，采用低轉(zhuǎn)速、高鉆壓的方式鉆進(jìn)，鉆進(jìn)速度快，鉆進(jìn)無(wú)憋卡，且折心、收心、推心等動(dòng)作均能順利完成，推心壓力和心長(zhǎng)指示均能準(zhǔn)確判斷壁心收獲情況。最終設(shè)計(jì)30顆，收獲29顆，收獲率97%，壁心外形規(guī)整。所獲壁心巖性有細(xì)砂巖、泥巖、含礫細(xì)砂巖、花崗巖等，地層聲波時(shí)差范圍寬148.2～50 us/ft，地層巖性復(fù)雜。

LD25-X-X取心作業(yè)中反推裝置發(fā)揮作用。取到第10顆壁心時(shí)，發(fā)生儀器黏卡，啟動(dòng)電驅(qū)大直徑儀器的異向解卡裝置成功解卡，解卡效果明顯。最終設(shè)計(jì)19顆，實(shí)取19顆，收獲率100.0%，其中砂巖13顆，泥巖6顆，長(zhǎng)度在35～55 mm，質(zhì)量很好。

CFD17-X-X井215.9 mm井段取心作業(yè)，儀器三次入井作業(yè)最終收獲35顆壁心，第一次入井取心6顆，馬達(dá)無(wú)法啟動(dòng)，儀器不能推靠，鉆頭不能探出；二次入井取心16顆，鉆頭磨損嚴(yán)重，無(wú)法鉆進(jìn)；第三次入井取心13顆。這次作業(yè)出問(wèn)題原因有兩點(diǎn)，一是“動(dòng)密封環(huán)” 處滲入少量泥漿導(dǎo)致了大電機(jī)短路無(wú)法啟動(dòng)，建議對(duì)儀器關(guān)鍵部位進(jìn)行認(rèn)真的保養(yǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理；二是鉆頭磨損嚴(yán)重，鉆頭質(zhì)量需要提高。

LD25-X-X 在取心作業(yè)中，鉆頭也出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的問(wèn)題，第一次入井在鉆第12顆壁心時(shí)鉆頭斷裂，胎體脫落，更換備用儀器再次入井作業(yè)，在3 515.00 m設(shè)計(jì)壁心點(diǎn)處取壁心時(shí)鉆頭憋卡嚴(yán)重，無(wú)法有效鉆進(jìn)，微調(diào)深度后無(wú)改善，放棄。最終設(shè)計(jì)壁心28顆，累計(jì)收獲27顆，收獲率96.43%。取心井段：3 362.0～3 556.0 m，收獲壁心的巖性有安山巖、蝕變英安巖和安山角礫巖。

3 應(yīng)用評(píng)價(jià)

模塊式大直徑巖心旋轉(zhuǎn)井壁取心儀（MRCT）在BZ36-X-X、CFD18-X-X、LD25-X-X三口井的成功作業(yè)，展示了其優(yōu)越的性能。

（1）可以一次取得軟硬度差距較大的不同層位巖心，并可以鉆取不同巖性的壁心如泥巖、砂巖、含礫砂巖、花崗巖（圖1）。

圖1 MRCT鉆取的不同巖性壁心Fig.1 Wall cores of different lithology drilled by MRCT

（2）有針對(duì)性地調(diào)整轉(zhuǎn)速、扭矩等參數(shù)可以提高獲取巖心的成功率。

（3）巖心長(zhǎng)度和數(shù)量、隔片、推心壓力、推心位移能明確判斷壁心收獲情況。

（4）儀器遇卡時(shí)反推裝置可以起到有效的解卡作用。

MRCT在CFD17-X-X、LD25-X-X兩口井的作業(yè)過(guò)程及結(jié)果表明，儀器需要在質(zhì)量工藝和維保程序上進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求。

4 結(jié)論

模塊式大直徑巖心旋轉(zhuǎn)井壁取心儀（MRCT）在渤海油田的成功推廣應(yīng)用，解決了渤海油田對(duì)大直徑壁心的巨大需求，也解決了取心作業(yè)中的遇卡風(fēng)險(xiǎn)，提高了旋轉(zhuǎn)井壁取心的一次入井收獲率。