測井中井壁取芯器故障診斷分析與解決對策

吳志賢 馬清波 孫志國

摘要：鉆進式井壁取芯是近年來推廣的一項新技術，所以鉆進式井壁取芯器受到油田廣泛關注，它工作比較靈活，可對多個目的層重復取芯，具有施工簡便、安全可靠等優點，同時可以彌補鉆井漏取的層位。儀器所取巖心完整且無物理變形，為規則的圓柱體，可直接送實驗室進行分析，測定巖石的各種性質，直觀的研究地下構造和巖石沉寂環境，了解其中流體性質。本文主要介紹了鉆進式井壁取芯器及在使用過程中可能出現的典型故障，并結合多年的操作時間經驗給出了解決方法，并提出了工藝優化措施。

關鍵詞：井壁取芯；施工簡便；典型故障；工藝優化

1儀器概述

鉆進式井壁取芯器適用于裸眼井，儀器根據自然伽馬校深后，采用機械液壓驅動技術，將金剛石鉆頭垂直井壁，就取芯層位獲取地層巖心，并把巖心樣本按取芯層位推入儲心筒內。該儀器由地面控制系統和井下取芯器兩部分組成以主從應答式載波通訊方式通過鎧裝測井電纜傳輸命令和數據。操作工程師通過面板開關發出要執行的命令即：推靠、鉆進、馬達、小泵泄荷等，井下儀器在接到命令后按命令執行相應的動作，并把儀器工作狀況等取樣的信息上傳并顯示，達到取樣過程控制目的部分是整支儀器的核心，電機帶動一個雙聯泵小泵井下采用單片機控制，信號傳輸和控制指令采用載波技術，控制穩定可靠。

2儀器指標

1）電源：380VAC，50Hz；

2）耐溫：175℃；

3）耐壓：140MPa；

4）儀器長度：7.9m；

5）儀器重量：296kg；

6）儀器最大直徑：127mm；

7）巖心最大直徑：25mm；

8）巖心最大長度：50mm；

9）最大一次下井取顆數：25。

3儀器的典型故障

鉆進式井壁取芯系統由地面控制面板和井下儀器組成。地面控制面板包括操作面板、電壓調節面板、電源、集流環及其它電控附件。井下儀器包括電子節和液壓機械節，液壓控制部分是整只儀器的核心，也是最容易發生故障。以下是儀器在現場施工中出現的幾種故障現象及其分析。

故障現象及原因分析1：通訊異常。檢查三相電380V是否正常，滑環、電纜的絕緣。旋轉式井壁取芯儀器在地面上對井場交流電要求很高，井場電源必須嚴格保證穩定的50Hz、380V、接地良好、三相四線制的交流電，不能帶任何負載，否則一些雜波信號通過高壓線上傳，不能解碼，造成地面控制系統通訊異常。

故障現象及原因分析2：施工中面板電流突然增大。當鉆取巖芯時，面板電流突然增大，首先要停止馬達，開始鉆退，收回鉆頭，如電流恢復正常再重新鉆進，電流依然增大則可以判定為鉆取的巖心卡在鉆頭里，儀器不可以繼續進行工作，需要從井里起出儀器檢查。若停止馬達，開始鉆退，收回鉆頭時鉆頭不能回收，則啟動馬達，繼續鉆退，如電流還是增大，鉆頭還是不能回收，反復幾次，現象依舊，則可以判定為鉆頭卡死在巖層里，這時需要將液壓馬達上的滑塊拉斷起出儀器。如果儀器在日常檢查時能正常的推靠回收，鉆頭正常鉆進鉆退，但上井施工時，電流就增大，這樣可以判斷電機帶負載能力差，超出了電機的額定功率，引起電流大，可能是電機壞了，如果這時小泵壓力和電流同時增大，則可以判定為鉆頭上的菱形滑塊損壞，鉆頭無法正常行進，儀器無法繼續工作，起出儀器，更換滑塊。

故障現象及原因分析3：取芯順利，面板無芯長顯示。在確定取芯深度后，根據參考測井曲線資料，如果是膠結程度好、致密的地層，執行正常取芯動作，完成后收回推靠臂，此時面板電流稍有增大，如果沒有心長顯示，可能心長傳感器損壞了，這時可以根據經驗繼續施工。如果膠結性差、松散、軟硬交替地層，則可以調整鉆速，慢慢鉆進，看能否取出完整巖心，如果還沒有心長顯示，那就是地層的緣故了。取芯折心動作是由導板、滑塊、鉆頭卡簧共同完成的，滑塊松動容易造成鉆頭鉆到位卻不能折斷巖心，卡簧損壞嚴重容易造成折斷的巖心無法從井壁取回，這樣的情況就不能施工了，要起出儀器。

4影響收獲率的因素及工藝優化

4.1地層的影響

地層對取芯收獲率的影響主要表現為地層巖石可鉆性，地層溫度，巖石膠結特征和井眼擴徑方面。地層的結構和巖性是多樣的，巖性的類型、強度、硬度、研磨性、抗破碎等能力的大小都可能導致取芯鉆頭無法鉆入地層或取出巖心很短，或者鉆入地層卻無法正常折心，或者鉆退過程中引起卡鉆頭，無法順利取出巖心，影響取芯器的收獲率。膠結程度好，致密地層易取得較高的巖心收獲率，而膠結差、松散的地層對取芯率有很大的影響。

4.2取芯器的影響

取芯器除了自身器件損壞對收獲率的影響外，還有儀器的參數選擇不當、液壓油的污染都會對收獲率產生影響。作業前應對井況和地質參數進行充分的分析，選擇合適的鉆井參數，如果液壓馬達鉆速過慢或過快都會對巖心收獲率提高不利，還有泵壓的大小也有關系，泵壓過高引起電流增大也容易燒壞儀器，泵壓過低折心時會產生蘑菇頭。取芯器工作在高溫高壓環境中，各接口密封處會有井液微量滲入，造成液壓油污染，進而造成泵壓過低，對馬達和泵產生損壞。因此有效地降低和控制液壓油的污染，是保證液壓系統工作可靠性和液壓元件使用壽命的關鍵。

4.3井況環境的影響

取芯器適用于井斜小于15°的井，對于井斜大于15°的井，取芯器容易粘貼井壁，推靠臂無法正常將取芯器平穩地推靠在井壁上，取芯器位置容易發生變化而導致卡鉆。鉆井液性能良好有利于提高濾餅質量，使井壁穩定，井徑規則，從而確保取芯收獲率。

5 結束語

旋轉式井壁取芯器在地面上對在地面上對井場交流電要求很高，井場電源必須嚴格保證穩定的50Hz、380V、接地良好、三相四線制的交流電；電機供電高達1600V左右，所以傳輸電纜必須是進口電纜，否則電纜纜芯之間容易出現擊穿；在井下對井況的要求很高，目的層不能出現坍塌、縮徑、泥餅過厚、鉆井液中雜質過多等。鑒于以上儀器的特殊原因，我們作業前，對井況和地質參數應進行充分分析，確保現場精細施工，同時應加強取芯器的保養與維護。

參考文獻

[1]蘇文瑛，崔紀超，夏升旺.旋轉式井壁取芯器法蘭的加工技巧[J].機床與液壓，2018（08）：124+161-162.

（作者單位：中石化勝利石油工程有限公司測井公司）