基于Triz方法提高松散巖心樣品制備成功率

◇中國(guó)石油遼河油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院 唐潔云

遼河油田稠油儲(chǔ)層多為松散巖心，該類巖心由于自身膠結(jié)較弱按照常規(guī)的巖心加工處理方法，難以制備滿足巖心分析測(cè)試所需的成型樣品，樣品制備成功率低，繼而無(wú)法獲得相關(guān)巖心分析測(cè)試數(shù)據(jù)。本次研究利用Triz工具因果鏈分析當(dāng)前系統(tǒng)存在三個(gè)方面的問(wèn)題，研究關(guān)鍵問(wèn)題，確定當(dāng)前系統(tǒng)最終理想解。應(yīng)用九屏圖、小人兒法等多種TRIZ方法尋找技術(shù)方案，最終制定松散樣品制備新流程，提高松散巖心樣品制備的成功率，繼而解決問(wèn)題。

松散巖心是指那些從弱膠結(jié)和未膠結(jié)的地層中獲取的巖心，一般是指巖石不成形、膠結(jié)弱或巖石裂縫非常發(fā)育的巖心。按照常規(guī)的巖心加工處理方法，難以制備滿足巖心分析測(cè)試所需的成型樣品，繼而無(wú)法獲得多種巖心分析測(cè)試數(shù)據(jù)，無(wú)法為油藏儲(chǔ)量評(píng)價(jià)、開(kāi)發(fā)和產(chǎn)能建設(shè)方案提供數(shù)據(jù)支持。稠油油藏開(kāi)發(fā)對(duì)遼河油田有著特別重要的意義。隨著油田勘探開(kāi)發(fā)工作的深入，需要對(duì)稠油油藏進(jìn)行更深入的研究，需要獲得稠油油藏巖心的實(shí)驗(yàn)分析資料。而稠油油藏巖心大部分是疏松或未膠結(jié)的松散巖心。鉆井取心到地面上如果不經(jīng)過(guò)特殊的工藝處理，很容易成為一團(tuán)散砂，無(wú)法進(jìn)行巖心的各種分析測(cè)試[1]。另外，隨著有油田開(kāi)發(fā)進(jìn)入到中后期，儲(chǔ)層的巖性越來(lái)越多樣和非常規(guī)，泥頁(yè)巖、薄互層碳酸鹽等儲(chǔ)層也成為研究人員的攻關(guān)目標(biāo)，然而由于該類儲(chǔ)層巖心松散易碎，因此樣品鉆取的成功率較低，無(wú)法滿足常規(guī)測(cè)試的需求。因此，當(dāng)下針對(duì)松散、易碎巖心，建立一套從巖心固結(jié)加工到樣品制備的松散巖心前處理技術(shù)至關(guān)重要。本次研究利用Triz工具因果鏈分析當(dāng)前系統(tǒng)的不足，確定當(dāng)前系統(tǒng)最終理想解[2-4]。應(yīng)用九屏圖、小人兒法等尋找技術(shù)方案，最終制定松散樣品制備新流程，解決問(wèn)題。

1 問(wèn)題分析

對(duì)于當(dāng)下的巖心鉆取制樣系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的因果鏈分析，基于因果鏈分析的結(jié)果，造成松散巖心樣品制備成功率低主要包括3個(gè)方面的原因：①鉆樣前：由于巖心無(wú)支撐，在鉆頭扭動(dòng)、鉆井液沖刷等影響下都會(huì)造成取芯現(xiàn)場(chǎng)樣品就松散；另外在保存運(yùn)輸過(guò)程中，由于該類巖心內(nèi)部膠結(jié)弱，外部又沒(méi)有有效的支撐，在震動(dòng)作用在松散，或者自身發(fā)生脫水干裂；②鉆樣時(shí)：不同的鉆頭類型，不同的鉆樣速度會(huì)不同程度的對(duì)巖心造成震動(dòng)影響，致使巖心鉆取不成形；③鉆樣后：由于內(nèi)部膠結(jié)弱、外部無(wú)支撐，在洗油后會(huì)發(fā)生不同程度的碎裂。

通過(guò)最終理想解分析（表1），方案方向應(yīng)該是在在取芯時(shí)支撐松散巖心，合理運(yùn)輸保存，創(chuàng)建適合松散巖心的鉆樣方式，建立合理的后期處置方案。

表1 最終理想解示意表

2 運(yùn)用TRIZ方法解決問(wèn)題

2.1 鉆樣前：取樣、運(yùn)輸

針對(duì)取樣和運(yùn)輸中巖心破碎的問(wèn)題，本文基于結(jié)合因果鏈分析的結(jié)果，提出了相關(guān)的技術(shù)方案：方案1：運(yùn)用預(yù)先防范原理，松散巖心鉆井取心時(shí)，在取心筒內(nèi)裝置取心內(nèi)筒及襯管，以保護(hù)巖心在鉆井取心過(guò)程中受到扭動(dòng)和鉆井液的沖刷。方案2：為了便于運(yùn)輸，將襯筒切割成30cm長(zhǎng)，兩端用蓋帽密封。方案3：巖心出筒后用蠟封法，固結(jié)巖心，便于運(yùn)輸。方案4：巖心出筒后運(yùn)用包裹法，用棉布包裹巖心。方案5：巖心出筒后運(yùn)用薄膜法，用保鮮膜包裹巖心。方案6：用玻璃鋼套管包裹巖心，固結(jié)巖心，便于運(yùn)輸。方案7：用泡沫膠將巖心與巖心關(guān)固定在一起。方案8：將固結(jié)處理后的巖心放入低溫冰箱中，冷凍運(yùn)輸。

2.2 鉆樣時(shí)：巖心鉆樣系統(tǒng)

通過(guò)巖心系統(tǒng)的資源分析和功能分析（圖1），提出了相對(duì)應(yīng)的技術(shù)方案：方案9：將冰箱中取出的巖心在冷凍狀態(tài)下迅速鉆樣；方案10：降低鉆樣速度，降低碎屑砂質(zhì)堵塞鉆樣筒的概率；方案11：取消沖刷裝置；方案12：考慮碎屑砂質(zhì)收集筒，將碎屑砂質(zhì)單獨(dú)引流；方案13：改進(jìn)樣品夾持器，增強(qiáng)巖心的抗鉆強(qiáng)度；方案14：加快鉆樣速度，減少碎屑砂質(zhì)的產(chǎn)生；方案15：額外增加冷凍系統(tǒng)；方案16：取消水潤(rùn)滑，減少?zèng)_刷；方案17：增加新的潤(rùn)滑劑，防止堵塞鉆樣筒；方案18：加裝自動(dòng)鉆樣裝置，減少人為影響。

圖1 巖心鉆樣系統(tǒng)

應(yīng)用小人兒法分析，提出方案19：樣品鉆取時(shí)用液氮作潤(rùn)滑劑和冷卻劑，這樣不僅能夠保證松散巖心樣品的成型率，同時(shí)能保證巖心中所有的輕質(zhì)油、有機(jī)質(zhì)等重要物質(zhì)不被破壞。

分析巖心鉆樣系統(tǒng)的技術(shù)矛盾：如果提高鉆樣速度，那么提高了鉆樣效率，就不容易堵塞鉆桶筒，但是巖心容易破碎；如果降低鉆樣速度，那么巖心穩(wěn)定性強(qiáng)，不容易破碎，但是效率降低，容易堵塞鉆筒；這樣改善參數(shù)為生產(chǎn)率，惡化參數(shù)為機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性，依據(jù)阿奇舒勒矛盾矩陣表參考創(chuàng)新原理為：狀態(tài)和參數(shù)變化、惰性（真空）環(huán)境、變害為益、局部特征原理，因而本文提出了方案20：增加碎屑砂質(zhì)粉碎器，防止堵塞鉆樣筒；方案21：增加線切割鉆頭形態(tài)，摒除了碎屑砂質(zhì)的影響。

整個(gè)系統(tǒng)的存在物理矛盾是：鉆樣機(jī)應(yīng)該提高鉆樣速度，以滿足效率高，不堵塞鉆樣筒要求；鉆樣機(jī)應(yīng)該降低鉆樣速度以滿足巖心穩(wěn)定性強(qiáng)要求。依據(jù)條件分離原理，提出方案22：巖心根據(jù)出碎屑砂質(zhì)強(qiáng)度的不同進(jìn)行分類；方案23：運(yùn)行雙鉆頭模式，碎屑砂質(zhì)強(qiáng)度大的巖心使用線切割鉆頭；碎屑強(qiáng)度小的巖心使用普通筒鉆頭。

2.3 鉆樣后：保存處置

由于松散巖心自身膠結(jié)弱，因此要達(dá)到鉆樣后松散巖心不散開(kāi)的目的，需要在巖心外加上固結(jié)支撐，這一措施對(duì)包封材料相符性要求較高，既要求包封材料具有一定的延展性，同時(shí)包封材料不可與巖樣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而影響后續(xù)的試驗(yàn)檢測(cè)。在這些條件的限制下，本文針對(duì)相關(guān)材料提出了眾多方案（表2）。

表2 包封材料方案評(píng)價(jià)結(jié)果表

包封材guan料種類多，屬性差異大，本文考慮采用多種材料結(jié)合方式，提出方案30：SCT（S：熱塑性聚四氟乙烯管，C：聚四氟乙烯帶，T：篩網(wǎng)）包封固結(jié)松散巖心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)松散巖心人工固結(jié)，可以最大限度地保持巖心的原始結(jié)構(gòu)和孔隙幾何狀態(tài)。同時(shí)在柱樣兩端安裝篩網(wǎng)，不影響后期處理。

3 方案整理及成果應(yīng)用

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況以及經(jīng)濟(jì)方面的考慮，最終選擇了以下方案：方案1：運(yùn)用預(yù)先防范原理，松散巖心鉆井取心時(shí)，在取心筒內(nèi)裝置取心內(nèi)筒及襯管，以保護(hù)巖心在鉆井取心過(guò)程中受到扭動(dòng)和鉆井液的沖刷。方案2：為了便于運(yùn)輸，將襯筒切割成30cm長(zhǎng)，兩端用蓋帽密封。方案6：用玻璃鋼套管包裹巖心，固結(jié)巖心，便于運(yùn)輸。方案8：將固結(jié)處理后的巖心放入低溫冰箱中，冷凍運(yùn)輸。方案15：額外增加冷凍系統(tǒng)；方案16，方案17：取消水潤(rùn)滑，減少?zèng)_刷；方案19：樣品鉆取時(shí)用液氮作潤(rùn)滑劑和冷卻劑。方案21：增加線切割鉆頭形態(tài)，摒除了碎屑砂質(zhì)的影響。方案23：運(yùn)行雙鉆頭模式，碎屑砂質(zhì)強(qiáng)度大的巖心使用線切割鉆頭；碎屑強(qiáng)度小的巖心使用普通筒鉆頭。方案30：SCT（S：熱塑性聚四氟乙烯管，C：聚四氟乙烯帶，T：篩網(wǎng)）包封固結(jié)松散巖心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)松散巖心人工固結(jié)。

在新方案的實(shí)施下，形成了松散樣品制備新流程，將該流程應(yīng)用于S352、L88-59-85井取樣中，鉆取成功率由30%提高到了75%。獲得了較好的應(yīng)用成效。