基于Triz方法提高松散巖心樣品制備成功率

◇中國石油遼河油田分公司勘探開發研究院 唐潔云

遼河油田稠油儲層多為松散巖心，該類巖心由于自身膠結較弱按照常規的巖心加工處理方法，難以制備滿足巖心分析測試所需的成型樣品，樣品制備成功率低，繼而無法獲得相關巖心分析測試數據。本次研究利用Triz工具因果鏈分析當前系統存在三個方面的問題，研究關鍵問題，確定當前系統最終理想解。應用九屏圖、小人兒法等多種TRIZ方法尋找技術方案，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，繼而解決問題。

松散巖心是指那些從弱膠結和未膠結的地層中獲取的巖心，一般是指巖石不成形、膠結弱或巖石裂縫非常發育的巖心。按照常規的巖心加工處理方法，難以制備滿足巖心分析測試所需的成型樣品，繼而無法獲得多種巖心分析測試數據，無法為油藏儲量評價、開發和產能建設方案提供數據支持。稠油油藏開發對遼河油田有著特別重要的意義。隨著油田勘探開發工作的深入，需要對稠油油藏進行更深入的研究，需要獲得稠油油藏巖心的實驗分析資料。而稠油油藏巖心大部分是疏松或未膠結的松散巖心。鉆井取心到地面上如果不經過特殊的工藝處理，很容易成為一團散砂，無法進行巖心的各種分析測試[1]。另外，隨著有油田開發進入到中后期，儲層的巖性越來越多樣和非常規，泥頁巖、薄互層碳酸鹽等儲層也成為研究人員的攻關目標，然而由于該類儲層巖心松散易碎，因此樣品鉆取的成功率較低，無法滿足常規測試的需求。因此，當下針對松散、易碎巖心，建立一套從巖心固結加工到樣品制備的松散巖心前處理技術至關重要。本次研究利用Triz工具因果鏈分析當前系統的不足，確定當前系統最終理想解[2-4]。應用九屏圖、小人兒法等尋找技術方案，最終制定松散樣品制備新流程，解決問題。

1 問題分析

對于當下的巖心鉆取制樣系統進行了詳細的因果鏈分析，基于因果鏈分析的結果，造成松散巖心樣品制備成功率低主要包括3個方面的原因：①鉆樣前：由于巖心無支撐，在鉆頭扭動、鉆井液沖刷等影響下都會造成取芯現場樣品就松散；另外在保存運輸過程中，由于該類巖心內部膠結弱，外部又沒有有效的支撐，在震動作用在松散，或者自身發生脫水干裂；②鉆樣時：不同的鉆頭類型，不同的鉆樣速度會不同程度的對巖心造成震動影響，致使巖心鉆取不成形；③鉆樣后：由于內部膠結弱、外部無支撐，在洗油后會發生不同程度的碎裂。

通過最終理想解分析（表1），方案方向應該是在在取芯時支撐松散巖心，合理運輸保存，創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 運用TRIZ方法解決問題

2.1 鉆樣前：取樣、運輸

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

2.2 鉆樣時：巖心鉆樣系統

通過巖心系統的資源分析和功能分析（圖1），提出了相對應的技術方案：方案9：將冰箱中取出的巖心在冷凍狀態下迅速鉆樣；方案10：降低鉆樣速度，降低碎屑砂質堵塞鉆樣筒的概率；方案11：取消沖刷裝置；方案12：考慮碎屑砂質收集筒，將碎屑砂質單獨引流；方案13：改進樣品夾持器，增強巖心的抗鉆強度；方案14：加快鉆樣速度，減少碎屑砂質的產生；方案15：額外增加冷凍系統；方案16：取消水潤滑，減少沖刷；方案17：增加新的潤滑劑，防止堵塞鉆樣筒；方案18：加裝自動鉆樣裝置，減少人為影響。

圖1 巖心鉆樣系統

應用小人兒法分析，提出方案19：樣品鉆取時用液氮作潤滑劑和冷卻劑，這樣不僅能夠保證松散巖心樣品的成型率，同時能保證巖心中所有的輕質油、有機質等重要物質不被破壞。

分析巖心鉆樣系統的技術矛盾：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，那么巖心穩定性強，不容易破碎，但是效率降低，容易堵塞鉆筒；這樣改善參數為生產率，惡化參數為機構的穩定性，依據阿奇舒勒矛盾矩陣表參考創新原理為：狀態和參數變化、惰性（真空）環境、變害為益、局部特征原理，因而本文提出了方案20：增加碎屑砂質粉碎器，防止堵塞鉆樣筒；方案21：增加線切割鉆頭形態，摒除了碎屑砂質的影響。

整個系統的存在物理矛盾是：鉆樣機應該提高鉆樣速度，以滿足效率高，不堵塞鉆樣筒要求；鉆樣機應該降低鉆樣速度以滿足巖心穩定性強要求。依據條件分離原理，提出方案22：巖心根據出碎屑砂質強度的不同進行分類；方案23：運行雙鉆頭模式，碎屑砂質強度大的巖心使用線切割鉆頭；碎屑強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弱，因此要達到鉆樣后松散巖心不散開的目的，需要在巖心外加上固結支撐，這一措施對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，同時包封材料不可與巖樣發生化學反應，從而影響后續的試驗檢測。在這些條件的限制下，本文針對相關材料提出了眾多方案（表2）。

表2 包封材料方案評價結果表

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）包封固結松散巖心技術，實現松散巖心人工固結，可以最大限度地保持巖心的原始結構和孔隙幾何狀態。同時在柱樣兩端安裝篩網，不影響后期處理。

3 方案整理及成果應用

依據現場實施情況以及經濟方面的考慮，最終選擇了以下方案：方案1：運用預先防范原理，松散巖心鉆井取心時，在取心筒內裝置取心內筒及襯管，以保護巖心在鉆井取心過程中受到扭動和鉆井液的沖刷。方案2：為了便于運輸，將襯筒切割成30cm長，兩端用蓋帽密封。方案6：用玻璃鋼套管包裹巖心，固結巖心，便于運輸。方案8：將固結處理后的巖心放入低溫冰箱中，冷凍運輸。方案15：額外增加冷凍系統；方案16，方案17：取消水潤滑，減少沖刷；方案19：樣品鉆取時用液氮作潤滑劑和冷卻劑。方案21：增加線切割鉆頭形態，摒除了碎屑砂質的影響。方案23：運行雙鉆頭模式，碎屑砂質強度大的巖心使用線切割鉆頭；碎屑強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）包封固結松散巖心技術，實現松散巖心人工固結。

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