王爱新++葛海娅++方旭红++田亚锋++张春林++王鹏

摘 要：为了提高钻进式井壁取心器在海南福山油田的取心作业的成功率，我们基于福山油田地质特性及其对钻进式井壁取心施工的影响，利用SRCT6702钻进式井壁取心器的先进功能，有效的克服了钻头卡钻、仪器粘卡等问题，提高了取心作业成功率，降低了施工风险。

关键词：钻进式井壁取心器；海南福山油田；变频电源；钻进速度

引言

随着测井技术的发展，油田勘探和油藏开发越来越趋于复杂化，利用岩心分析确定储层岩性、渗透率、饱和度等参数成为一项重要的工作[1]。海南福山油田位于海南省北部，地层结构复杂，地层压力异常，机械钻速慢、井眼垮塌严重等特点，造成了许多复杂事故，给钻井、测井施工带来了极大的困难，利用钻进式井壁取心获取更多地质资料显得尤为重要。2013年～2015年，中油测井公司开始在海南福山油田开展钻进式井壁取心服务，取心效果一直不理想。福山油田岩层分布较大，深度也较广，当其被水浸泡后会现裂纹，便会分裂成片状[2]，这种非常明显的硬脆性特征在钻取岩心时，掉落的碎片会让取心钻头不能退出，造成“钻头卡钻”。福山油田的流二段为泥岩地层层理、微裂隙发育，钻井液侵入后，造成泥岩吸水膨胀，产生膨胀和水化应力，进而发生剪切破碎，造成剥落和垮塌[3]，钻进式井壁取心器施工时应停留3～10分钟，剥落和垮塌的地层将会把仪器卡住不能移动，造成“仪器粘卡”。2016年，中油测井公司结合海南福山油田地质特点，利用SRCT6702钻进式井壁取心器施工取得了很好的应用效果。

1 SRCT6702钻进式井壁取心器仪器工作原理

钻进式井壁取心器是集液压、机械、电子于一体的自动化井下取心工具。仪器下放至目的层下，上提仪器进行跟踪曲线测量，并与原始曲线对比校深。校深完后，仪器上提或下放至目的层。操作员首先启动地面大功率供电系统，给井下仪器内电机供电，电机带动液压泵，液压泵提供取心动作的动力。操作员发送推靠臂张开、取心马达旋转、钻头伸出、掰心、钻头收回、推靠臂收回、冲针伸出等一系列动作指令，完成一颗岩心的取心操作，同时井下仪器将各种信息传给地面取心控制系统，供操作员判断各个状态执行情况。一颗岩心钻取完成后，移至下一深度。

2 钻进式井壁取心器在福山油田的应用

在福山油田的应用主要解决以下两个问题，一是要减小仪器钻进过程中的振动幅度，二是缩短井下作业时间。

2.1 利用变频电源减小取心过程中的振动幅度

钻进式井壁取心器上采用的是单相交流异步电机，国内一般都采用线性电源供电方式，SRCT6702钻进式井壁取心器采用变频电源供电，可以控制电机的转速、启动和制动过程。控制原理如下：

电机转速取决于同步转速（即旋转磁场的转速）。

n=n1（1-S）=60f（1-S）/p

其中：n-电机转；n1-电机同步转速；S-电机转差率；P-极对数。

取心电机的转速n电磁转矩T的机械特性曲线如图1。

（1）起始点A，特点：n=0（S=1），T=Tst，I1st=（4～7）IN。

（2）额定工作点B，特点：n=nN（S=SN），T=TN，I1=IN。

（3）同步转速点H，特点：n=n0（S=0），T=0，I1=I0。

（4）电动状态最大转矩点P，特点：T=Tm，S=Sm。

（5）回饋制动最大转矩点P'，特点：T=Tm'，S=Sm'。

根据异步电机转速和转矩机械特性曲线，变频电源应用了计算机运算和控制技术，采用变换频率和调节电压的复合方式对电机进行调速，能获得理想的电机机械特性，特别是能改善电机的起动和制动性能。在钻进取心作业时，能够按照所钻进的地层情况，提前设定频率得到所需要的钻速。在钻进中，钻头遇阻或者粘卡时，电机负荷增大，变频电源就在一定范围内降低频率，提高电压调节电机转速，增大电机转矩，不会突然制动，这一过程，大大降低了取心过程中钻头的振动幅度。

2016年，SRCT6702钻进式井壁取心器在海南福山油田竹13X、朝3X、朝6X、宝25X、花东5-2X五口井，取心井段从1375～3960m，根据井况提前设定变频电源频率，使钻头顺利钻进，降低了钻头的振动幅度，共钻取岩心142颗，作业成功率大大提高。

2.2 地面调节钻头钻进速度提高作业时效

SRCT6701钻进式井壁取心器在地面调节完成钻进速度后，无法根据井下温度、岩性调节钻进速度，必须提出井口调节。改进后的SRCT6702钻进式井壁取心器，井下仪器增加了步进电机、电机驱动电路、地面控制电路。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位。

如图1所示，图中转轴与溢流阀相连。仪器下井后，操作员通过地面取心控制箱体调节旋钮，驱动步进电机按设定的方向转动一个角度，转轴带动溢流阀一起转动，达到控制钻头的钻进速度，操作非常方便，且调控更为精细。

在朝3X，井深3600m，设计取心60颗，施工中，根据井况，操作员在地面不断调节钻头钻进速度，减少了仪器提出井口的次数，提高了作业时效，降低了施工风险，最终收获合格岩心58颗。

3 结束语

（1）变频电源应用了计算机运算和控制技术，采用变频和调压的复合方式对电机进行调速，能改善电机的起动和制动性能，降低取心过程中钻头的振动幅度，减少“钻头卡钻”的次数。

（2）地面调节钻进速度功能，解决了由于井下钻取岩心速度不合适，必须把仪器提出井口调节的问题，大大提高了作业时效，将泥岩吸水膨胀后，使地层剥落和垮塌造成“仪器粘卡”的施工风险降低。

参考文献

[1]万金彬，孙宝佃，陈守军，等.数字岩心技术研究及应用[J].测井技术，2012（1）：154-159.

[2]马永辉.福山油田复杂地层钻井技术分析与配套措施[J].工程技术，2016（1）：30-31.

[3]练软.海南福山油田易塌层段钻井液施工技术[J].西部探矿工程，2010（4）：45-46.

[4]孙传森.变频器技术[M].高等教育出版社，2009.