提高FCT型旋轉(zhuǎn)式井壁取心器收獲率工藝探討

黃玉科 張付明

(勝利石油管理局測井公司 山東東營)

提高FCT型旋轉(zhuǎn)式井壁取心器收獲率工藝探討

黃玉科 張付明

(勝利石油管理局測井公司 山東東營)

旋轉(zhuǎn)式井壁取心器通過液壓推靠方式將儀器緊貼井壁,金剛石鉆頭以2000轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋轉(zhuǎn)垂直鉆入井壁來獲取巖心,所取巖心可用來定量求取儲層特性參數(shù)。通過對2006年至2009年FCT型旋轉(zhuǎn)式井壁取心器在勝利油田的應(yīng)用分析,闡述了在齒輪油型號選擇、儀器維護及現(xiàn)場施工等方面進一步提高取心收獲率的工藝措施及方法。

旋轉(zhuǎn)式井壁取心;巖心;齒輪油;儀器維護;取心收獲率

0 引 言

目前裸眼井取心主要采用鉆井取心、旋轉(zhuǎn)式井壁取心和撞擊式井壁取心三種方式。與鉆井取心相比,旋轉(zhuǎn)式井壁取心的優(yōu)勢在于取心時間短、取心層位跨度大、定位準(zhǔn)確可靠,可使鉆井費用大大降低,建井周期縮短,同時還可以彌補鉆井漏取的層位[1]。與撞擊式井壁取心相比,旋轉(zhuǎn)式井壁取心對地層無壓實作用,所取巖心能很好地反映地層的真實情況。

勝利測井公司在2006年初引進FCT旋轉(zhuǎn)式井壁取心器,起初由于現(xiàn)場施工及儀器維護經(jīng)驗不足,導(dǎo)致2006年和2007年旋轉(zhuǎn)式井壁取心收獲率較低。經(jīng)過認真總結(jié)取心成功經(jīng)驗和失敗教訓(xùn),2008年和2009年在儀器維護、施工工藝等方面進行了改進,使取心收獲率高達83%以上。

1 儀器工作原理

FCT旋轉(zhuǎn)式井壁取心器下井儀主要由自然伽馬線路、通訊控制線路、液壓傳動機構(gòu)組成,其中液壓傳動機構(gòu)主要包括壓力平衡膠囊、電機、齒輪泵、單向閥、蓄能器、旁通閥、(推靠、鉆進)電磁閥、(推靠、鉆進)缸、馬達、空心鉆頭、(長、短)導(dǎo)板、(位移、心長)傳感器、(大、小)泵壓力傳感器、推心缸、推芯桿、儲心筒、(主、輔)推靠臂、調(diào)速閥、溢流閥、液壓管線等部分,儀器液壓傳動工作原理如圖1所示。

圖1 儀器液壓傳動原理框圖

FCT型旋轉(zhuǎn)式井壁取心器采用主、輔推靠技術(shù),推靠力大且使儀器在鉆進過程中牢穩(wěn)貼緊井壁[2]。在鉆進缸上安裝有調(diào)速閥,它利用大泵系統(tǒng)的壓力變化來控制進入鉆進缸的油液的流量、鉆進缸活塞運動的速度,從而調(diào)節(jié)鉆速。溢流閥用于調(diào)節(jié)鉆進時的小泵系統(tǒng)壓力,可使鉆頭在鉆進過程中保持對地層適當(dāng)?shù)膲撼至?它與調(diào)速閥二者相互配合可大大降低取心時出現(xiàn)憋鉆、跳鉆的幾率。

當(dāng)儀器下至取心層段,上提測量自然伽馬曲線,經(jīng)校深并定位鉆頭處于待取心深度點。地面供電面板供1 000 V左右交流電給電機,電機帶動齒輪泵產(chǎn)生泵壓。地面控制系統(tǒng)通過通訊控制線路依次下發(fā)推靠臂開臂、馬達轉(zhuǎn)動、鉆頭鉆進命令后,推靠電磁閥控制液流推動推靠缸活塞帶動推靠臂開臂,將儀器緊貼于井壁,推心缸活塞將推心桿收回推芯缸內(nèi);旁通閥閉合,大泵液流從而驅(qū)動馬達及鉆頭轉(zhuǎn)動;鉆進電磁閥控制液流推動鉆進缸活塞帶動長導(dǎo)板,長、短導(dǎo)板和位于馬達兩側(cè)的菱形滑塊及半圓形滑塊相互配合,使金剛石空心鉆頭轉(zhuǎn)向并以2000轉(zhuǎn)/分鐘的旋轉(zhuǎn)速度垂直鉆入地層。監(jiān)控位移傳感器信號,待鉆頭進入折心位置時,地面控制系統(tǒng)通過通訊控制線路依次下發(fā)馬達停轉(zhuǎn)、鉆頭鉆退、推靠臂收臂命令后,儀器鉆頭自動折心并退回推心位置;推靠臂收臂時推心缸活塞驅(qū)動推心桿從推心缸內(nèi)伸出將巖心從鉆頭中推入到儲心筒中,監(jiān)控心長傳感器信號,可判斷所取巖心長度。然后上提儀器、待電纜張力穩(wěn)定后進行下一層位取心。

蓄能器的作用在于當(dāng)取心器工作正常時儲存液壓系統(tǒng)壓力[3]。若取心器下井儀出現(xiàn)故障,地面系統(tǒng)立即給下井儀斷電,可使鉆頭在蓄能器所儲存能量的作用下安全收回。

2 提高取心收獲率采取的措施及方法

為提高儀器取心收獲率,在儀器維護和現(xiàn)場施工中除嚴(yán)格遵循儀器維修操作規(guī)程外,還需特別注意以下幾點。

2.1 上井前的準(zhǔn)備工作

根據(jù)取心通知單上取心層位深度及井底溫度更換取心器液壓傳動機構(gòu)中相應(yīng)型號的齒輪油。

泵通過齒輪油提供壓力給推靠臂和馬達,在取心時驅(qū)動馬達旋轉(zhuǎn)并鉆進。若齒輪油型號選擇不當(dāng),容易造成在淺井中馬達旋轉(zhuǎn)速度過低或難以啟動,在深井中泵壓下降過快。通過近兩年的摸索實踐,總結(jié)出齒輪油型號與井深、井溫對應(yīng)表,如表1所示,解決了這一問題。

表1 齒輪油型號與井深、井溫對應(yīng)表

齒輪油工作在井下高溫環(huán)境中且馬達動密封處有井液微量滲入,儀器工作一段時間后,齒輪油會變質(zhì)或含有大量雜質(zhì),造成泵壓下降,并對馬達和泵產(chǎn)生一定程度的損傷。對每支儀器的齒輪油需定期進行更換,儀器每取心3口井或累計取心時間超過20 h,就要放空儀器中的齒輪油,重新灌注新的齒輪油。

2.2 取心施工

在連接井場電源時取心器工作電源中性點決不能接地。若中性點與地之間絕緣性差,給下井儀器供電電壓超過1 000 V、啟動馬達時,通訊信號就跳變或丟失,無法進行取心作業(yè)。在2009年鹽XXX井和高XXX井通過對電源中性點進行整改,方使儀器通訊信號正常。

儀器下井前應(yīng)充分預(yù)熱并啟動電機,觀察小泵壓力、心長、位移信號是否正常。在儀器下井時應(yīng)每隔500 m預(yù)熱1 min左右,使儀器內(nèi)部壓力稍高于外部環(huán)境壓力,可保證馬達動密封性能完好、不滲入井液。

在高滲透率層段取心鉆進過程中,鉆頭應(yīng)反復(fù)進退多次,以利于巖屑從鉆孔中導(dǎo)出,防止鉆頭粘卡于井壁不能收回。并且地面控制系統(tǒng)先發(fā)送“鉆進”命令給下井儀,待鉆頭轉(zhuǎn)向并正對井壁時,再發(fā)送“馬達轉(zhuǎn)動”命令。這樣可減少儀器在井壁停留時間,避免儀器粘附井壁。

2.3 取心器維護

對每一支下過井的儀器要徹底清洗干凈,以防泥漿腐蝕液壓管線和傳動機構(gòu)。檢查各密封處有無漏油現(xiàn)象。預(yù)熱并運轉(zhuǎn)馬達,觀察其動密封處滲油每分鐘不能超過20滴。

當(dāng)儀器下過3次井或距上一次拆卸保養(yǎng)6個月時,應(yīng)拆卸保養(yǎng)壓力平衡節(jié)。儀器下井時,壓力平衡膠囊完全暴露于井液中,其被巖屑劃傷的可能性較大且壓力平衡節(jié)外殼的內(nèi)壁由于結(jié)構(gòu)上的原因難以清洗干凈,所以應(yīng)及時保養(yǎng)壓力平衡節(jié)、更換劃傷的膠囊,并將外殼內(nèi)壁及上、下塞徹底清洗干凈,保證壓力平衡性能。

重點檢查各滑塊是否松動、鉆頭卡簧是否磨損。取心折心動作是由導(dǎo)板、滑塊、鉆頭卡簧三者共同完成的。若滑塊松動容易造成鉆頭鉆到位卻不能折斷巖心,卡簧磨損嚴(yán)重容易造成雖將巖心折斷卻不能將巖心從井壁取回。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

經(jīng)過工藝改進,取心收獲率有了明顯提高。例如工藝改進前在樁331井,該井井深為4 240 m,取心層段為3 362 m～4 186 m,地質(zhì)設(shè)計取心26顆,實際取心21顆,取心收獲率僅為80%。工藝改進后在樊172井,井深4 440 m,井底溫度161℃,泥漿比重1.3,沾度67 S,取心層段為3 648 m～4 242 m,地質(zhì)設(shè)計取心28顆,實際取心28顆,取心收獲率達100%。

2008年旋轉(zhuǎn)式井壁取心17口井、收獲229顆巖心,平均取心收獲率83%。2009年旋轉(zhuǎn)式井壁取心17個井次、264顆心,平均取心收獲率84%。所取巖心完整、為規(guī)則的圓柱體,巖心直徑為25 mm,長度可達50 mm,能很好地反映地層的真實情況,可直接送巖電實驗室進行巖性、物性分析,定量求取飽和度、孔隙度、滲透率等儲層特性參數(shù),各參數(shù)分析結(jié)果與鉆井取心基本一致,在一定條件下可代替鉆井取心(分析對比圖見圖2、圖3)。圖2、圖3分別為永930井井壁取心與鉆井取心經(jīng)巖電實驗室分析后的孔隙度與滲透率的對比。

圖2 井壁取心與鉆井取心孔隙度對比圖

圖3 井壁取心與鉆井取心滲透率對比圖

4 結(jié)論及建議

FCT旋轉(zhuǎn)式井壁取心器在勝利油田現(xiàn)已成功應(yīng)用于井溫高達160℃、井底壓力高達70 MPa的井中,在井斜小于10°的井中取得了較好的應(yīng)用效果。

但常規(guī)旋轉(zhuǎn)式井壁取心一般要求井斜不超過15°,若井斜超過15°,由于電纜和儀器在上提和下放過程中都緊貼井壁運行,在取心時電纜必須靜止不動且儀器被推靠在井壁上停留數(shù)分鐘,容易造成電纜粘附在井壁上、儀器出現(xiàn)粘卡現(xiàn)象,無法繼續(xù)進行取心作業(yè),為此,建議加大推靠臂的支撐力以使取心時電纜可上下活動、進一步改進施工工藝并提高鉆速來解決電纜粘附井壁、儀器粘卡問題并提高取心收獲率,保證旋轉(zhuǎn)式井壁取心器在井斜小于35°的井中順利推廣應(yīng)用。

[1] 史倬暉,王順剛.旋轉(zhuǎn)式井壁取心器的應(yīng)用[J].測井技術(shù),1992,16(5)

[2] 王世圻.鉆進式井壁取心器推靠方法的分析[J].航天控制,1998,13(2)

[3] 劉玉芝.油氣井射孔井壁取心技術(shù)手冊[M].北京:石油工業(yè)出版社,2000

TE132

B

1004-9134(2010)04-0056-03

黃玉科,男,1972年生,長江大學(xué)石油與天然氣工程專業(yè)在職碩士研究生,1995年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院礦場地球物理專業(yè),現(xiàn)在勝利測井五分公司從事儀器維修工作。郵編:257061

2010-07-01 編輯:姜 婷)

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