提高FCT型旋转式井壁取心器收获率工艺探讨

黄玉科 张付明

(胜利石油管理局测井公司 山东东营)

提高FCT型旋转式井壁取心器收获率工艺探讨

黄玉科 张付明

(胜利石油管理局测井公司 山东东营)

旋转式井壁取心器通过液压推靠方式将仪器紧贴井壁,金刚石钻头以2000转/分钟的速度旋转垂直钻入井壁来获取岩心,所取岩心可用来定量求取储层特性参数。通过对2006年至2009年FCT型旋转式井壁取心器在胜利油田的应用分析,阐述了在齿轮油型号选择、仪器维护及现场施工等方面进一步提高取心收获率的工艺措施及方法。

旋转式井壁取心;岩心;齿轮油;仪器维护;取心收获率

0 引 言

目前裸眼井取心主要采用钻井取心、旋转式井壁取心和撞击式井壁取心三种方式。与钻井取心相比,旋转式井壁取心的优势在于取心时间短、取心层位跨度大、定位准确可靠,可使钻井费用大大降低,建井周期缩短,同时还可以弥补钻井漏取的层位[1]。与撞击式井壁取心相比,旋转式井壁取心对地层无压实作用,所取岩心能很好地反映地层的真实情况。

胜利测井公司在2006年初引进FCT旋转式井壁取心器,起初由于现场施工及仪器维护经验不足,导致2006年和2007年旋转式井壁取心收获率较低。经过认真总结取心成功经验和失败教训,2008年和2009年在仪器维护、施工工艺等方面进行了改进,使取心收获率高达83%以上。

1 仪器工作原理

FCT旋转式井壁取心器下井仪主要由自然伽马线路、通讯控制线路、液压传动机构组成,其中液压传动机构主要包括压力平衡胶囊、电机、齿轮泵、单向阀、蓄能器、旁通阀、(推靠、钻进)电磁阀、(推靠、钻进)缸、马达、空心钻头、(长、短)导板、(位移、心长)传感器、(大、小)泵压力传感器、推心缸、推芯杆、储心筒、(主、辅)推靠臂、调速阀、溢流阀、液压管线等部分,仪器液压传动工作原理如图1所示。

图1 仪器液压传动原理框图

FCT型旋转式井壁取心器采用主、辅推靠技术,推靠力大且使仪器在钻进过程中牢稳贴紧井壁[2]。在钻进缸上安装有调速阀,它利用大泵系统的压力变化来控制进入钻进缸的油液的流量、钻进缸活塞运动的速度,从而调节钻速。溢流阀用于调节钻进时的小泵系统压力,可使钻头在钻进过程中保持对地层适当的压持力,它与调速阀二者相互配合可大大降低取心时出现憋钻、跳钻的几率。

当仪器下至取心层段,上提测量自然伽马曲线,经校深并定位钻头处于待取心深度点。地面供电面板供1 000 V左右交流电给电机,电机带动齿轮泵产生泵压。地面控制系统通过通讯控制线路依次下发推靠臂开臂、马达转动、钻头钻进命令后,推靠电磁阀控制液流推动推靠缸活塞带动推靠臂开臂,将仪器紧贴于井壁,推心缸活塞将推心杆收回推芯缸内;旁通阀闭合,大泵液流从而驱动马达及钻头转动;钻进电磁阀控制液流推动钻进缸活塞带动长导板,长、短导板和位于马达两侧的菱形滑块及半圆形滑块相互配合,使金刚石空心钻头转向并以2000转/分钟的旋转速度垂直钻入地层。监控位移传感器信号,待钻头进入折心位置时,地面控制系统通过通讯控制线路依次下发马达停转、钻头钻退、推靠臂收臂命令后,仪器钻头自动折心并退回推心位置;推靠臂收臂时推心缸活塞驱动推心杆从推心缸内伸出将岩心从钻头中推入到储心筒中,监控心长传感器信号,可判断所取岩心长度。然后上提仪器、待电缆张力稳定后进行下一层位取心。

蓄能器的作用在于当取心器工作正常时储存液压系统压力[3]。若取心器下井仪出现故障,地面系统立即给下井仪断电,可使钻头在蓄能器所储存能量的作用下安全收回。

2 提高取心收获率采取的措施及方法

为提高仪器取心收获率,在仪器维护和现场施工中除严格遵循仪器维修操作规程外,还需特别注意以下几点。

2.1 上井前的准备工作

根据取心通知单上取心层位深度及井底温度更换取心器液压传动机构中相应型号的齿轮油。

泵通过齿轮油提供压力给推靠臂和马达,在取心时驱动马达旋转并钻进。若齿轮油型号选择不当,容易造成在浅井中马达旋转速度过低或难以启动,在深井中泵压下降过快。通过近两年的摸索实践,总结出齿轮油型号与井深、井温对应表,如表1所示,解决了这一问题。

表1 齿轮油型号与井深、井温对应表

齿轮油工作在井下高温环境中且马达动密封处有井液微量渗入,仪器工作一段时间后,齿轮油会变质或含有大量杂质,造成泵压下降,并对马达和泵产生一定程度的损伤。对每支仪器的齿轮油需定期进行更换,仪器每取心3口井或累计取心时间超过20 h,就要放空仪器中的齿轮油,重新灌注新的齿轮油。

2.2 取心施工

在连接井场电源时取心器工作电源中性点决不能接地。若中性点与地之间绝缘性差,给下井仪器供电电压超过1 000 V、启动马达时,通讯信号就跳变或丢失,无法进行取心作业。在2009年盐XXX井和高XXX井通过对电源中性点进行整改,方使仪器通讯信号正常。

仪器下井前应充分预热并启动电机,观察小泵压力、心长、位移信号是否正常。在仪器下井时应每隔500 m预热1 min左右,使仪器内部压力稍高于外部环境压力,可保证马达动密封性能完好、不渗入井液。

在高渗透率层段取心钻进过程中,钻头应反复进退多次,以利于岩屑从钻孔中导出,防止钻头粘卡于井壁不能收回。并且地面控制系统先发送“钻进”命令给下井仪,待钻头转向并正对井壁时,再发送“马达转动”命令。这样可减少仪器在井壁停留时间,避免仪器粘附井壁。

2.3 取心器维护

对每一支下过井的仪器要彻底清洗干净,以防泥浆腐蚀液压管线和传动机构。检查各密封处有无漏油现象。预热并运转马达,观察其动密封处渗油每分钟不能超过20滴。

当仪器下过3次井或距上一次拆卸保养6个月时,应拆卸保养压力平衡节。仪器下井时,压力平衡胶囊完全暴露于井液中,其被岩屑划伤的可能性较大且压力平衡节外壳的内壁由于结构上的原因难以清洗干净,所以应及时保养压力平衡节、更换划伤的胶囊,并将外壳内壁及上、下塞彻底清洗干净,保证压力平衡性能。

重点检查各滑块是否松动、钻头卡簧是否磨损。取心折心动作是由导板、滑块、钻头卡簧三者共同完成的。若滑块松动容易造成钻头钻到位却不能折断岩心,卡簧磨损严重容易造成虽将岩心折断却不能将岩心从井壁取回。

3 现场应用

经过工艺改进,取心收获率有了明显提高。例如工艺改进前在桩331井,该井井深为4 240 m,取心层段为3 362 m～4 186 m,地质设计取心26颗,实际取心21颗,取心收获率仅为80%。工艺改进后在樊172井,井深4 440 m,井底温度161℃,泥浆比重1.3,沾度67 S,取心层段为3 648 m～4 242 m,地质设计取心28颗,实际取心28颗,取心收获率达100%。

2008年旋转式井壁取心17口井、收获229颗岩心,平均取心收获率83%。2009年旋转式井壁取心17个井次、264颗心,平均取心收获率84%。所取岩心完整、为规则的圆柱体,岩心直径为25 mm,长度可达50 mm,能很好地反映地层的真实情况,可直接送岩电实验室进行岩性、物性分析,定量求取饱和度、孔隙度、渗透率等储层特性参数,各参数分析结果与钻井取心基本一致,在一定条件下可代替钻井取心(分析对比图见图2、图3)。图2、图3分别为永930井井壁取心与钻井取心经岩电实验室分析后的孔隙度与渗透率的对比。

图2 井壁取心与钻井取心孔隙度对比图

图3 井壁取心与钻井取心渗透率对比图

4 结论及建议

FCT旋转式井壁取心器在胜利油田现已成功应用于井温高达160℃、井底压力高达70 MPa的井中,在井斜小于10°的井中取得了较好的应用效果。

但常规旋转式井壁取心一般要求井斜不超过15°,若井斜超过15°,由于电缆和仪器在上提和下放过程中都紧贴井壁运行,在取心时电缆必须静止不动且仪器被推靠在井壁上停留数分钟,容易造成电缆粘附在井壁上、仪器出现粘卡现象,无法继续进行取心作业,为此,建议加大推靠臂的支撑力以使取心时电缆可上下活动、进一步改进施工工艺并提高钻速来解决电缆粘附井壁、仪器粘卡问题并提高取心收获率,保证旋转式井壁取心器在井斜小于35°的井中顺利推广应用。

[1] 史倬晖,王顺刚.旋转式井壁取心器的应用[J].测井技术,1992,16(5)

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

[3] 刘玉芝.油气井射孔井壁取心技术手册[M].北京:石油工业出版社,2000

TE132

B

1004-9134(2010)04-0056-03

黄玉科,男,1972年生,长江大学石油与天然气工程专业在职硕士研究生,1995年毕业于大庆石油学院矿场地球物理专业,现在胜利测井五分公司从事仪器维修工作。邮编:257061

2010-07-01 编辑:姜 婷)

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