CN107299828A - 井壁取芯器水平井工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种井壁取芯器水平井工作方法，所需设备包括地面数据采集系统、井下仪器、水平井输送工具。地面数据采集系统包括采集传输控制面板、电源面板、调压面板、变压器面板、工控机、钻进式井壁取芯软件（软著登字第1151216号）。井下仪器包括从上到下依次连接的旋转短节、张力短节、钻进式井壁取芯器以及通过十字偏心器连接的橡胶底鼻。水平井输送工具包括旁通短节、母头总成、公头总成、过渡短节、十字偏心器等。本发明方法是由水平井输送工具将井壁取芯器输送到大斜度或水平井内取芯位置进行取芯。本发明可对水平井、大斜度井的岩层进行取芯，取芯成功率高，取出的岩芯可真实反映地层岩层、流体性质，利用价值高。

Description

井壁取芯器水平井工作方法

技术领域

本发明涉及一种井壁取芯器水平井工作方法，具体的说，是将常规电缆井壁取芯技术应用到水平井施工工艺上，通过钻杆将取芯器输送到目的层，通过地面操控，对井壁进行旋转钻进获取地层岩芯的一种井壁取芯器水平井工作方法，此技术解决了大斜度井的井壁取芯难题，以满足对水平井及大斜度井的地质勘探和开发的需求。

背景技术

在垂直井或微倾斜井中进行取芯作业时，取芯器靠自身重力用电缆下入井内。大斜度井尤其是水平井出现以后，在水平井段内重力不能帮助取芯器运动到达目的层进行取芯作业，因此必须寻找把取芯器送到大斜度井或水平井井底的新方法，本发明井壁取芯器水平井工作方法采用钻杆作为取芯器和地面之间的连接件，将取芯器输送到大斜度井及水平井的目的层，进行取芯作业。

由此可见，设计出一种在大斜度井或水平井中取芯成功率高、取得的岩芯利用价值高的技术方案，是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种井壁取芯器水平井工作方法，该方法可对水平井、大斜度井的岩层进行取芯，并且采用钻进式井壁取芯技术，该钻进式井壁取芯器钻取岩芯最大长度达44.5mm（1.75英寸）,岩芯直径达25.4mm（1英寸）,取出的岩芯进行仪器仓内密闭保存，岩芯岩性、流体不受影响，该输送式井壁取芯系统在地面可实时监控井下仪器工作状态，对井壁任一岩层均可进行取芯，取芯成功率高，取出的岩芯利用价值高，可真实反映地层岩层、流体性质，为石油勘探提供重要依据。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

井壁取芯器水平井工作方法，是由水平井输送工具将井壁取芯器输送到大斜度或水平井内取芯位置进行取芯，所述井壁取芯器主要由取芯器电子节和取芯器探头节组成，取芯器电子节、取芯器探头节从上到下依次组装连接；

其中：地面数据采集系统包括调压面板、变压器面板、采集传输控制面板、电源面板、工控机、打印机、钻进式井壁取芯软件，由测井电缆通过水平井输送工具中的母头总成与公头总成对接与井下仪器相连接；

井下仪器包括从上至下依次组装连接的旋转短节、张力短节、钻进式井壁取芯器以及通过十字偏心器相连的橡胶底鼻；

水平井输送工具包括旁通短节、母头总成、公头总成、过渡短节、十字偏心器等；

工控机与数据传输控制面板连接，数据传输控制面板经由数据线与电源面板连接，电源面板经由测井电缆与母头总成连接，当母头总成与公头总成对接后，数据传输控制面板实现与井下仪器的连接以及电源面板、调压面板、变压器面板实现为井下仪器供电。

所述的井壁取芯器水平井工作方法，所采用的步骤为：

在实际勘探测井取芯时，首先将橡胶底鼻、十字偏心器、钻进式井壁取芯器探头节、钻进式井壁取芯器电子节、张力短节、旋转短节、公头总成、过渡短节依次在井口连接下放到井内；

然后，过渡短节的另一端连接所需尺寸的钻杆，将仪器下放到套管深度内对接深度；

此时，连接旁通短节，将连接有电缆的母头总成从旁通短节的旁通处下放到井内，通过泥浆循环力的作用使母头总成下到对接深度与公头总成对接，此时实现地面数据采集系统与井下仪器相连接；

在井口继续连接钻杆，直到将仪器下放到取芯深度，此时，通过工控机或地面数据采集系统开关发出的控制信号向井下发出控制命令，测井电缆以载波调制方式传送到钻进式井壁取芯器电子节的通讯模块，通讯模块执行地面工控机发送来的命令，通过RS485控制采集模块进行数据采集，控制模块进行控制多功能模块连接的两位四通电磁阀、两位四通电磁阀、两位三通电磁阀的动作来控制推靠缸、推芯缸、钻进缸、液压马达进行工作；

井下各模块把各自的状态及采集到的各传感器及取芯器工作参数包括大泵压力、小泵压力、电缆张力、芯长、钻头钻进位移、深度信号，经测井电缆以62.5千赫兹的载波发到地面系统；

伽玛模块输出的脉冲在多功能模块的比较电路整形，送到采集模块的CPU直接计数，送到数据传输控制面板进行处理显示；

通讯模块是井下仪器的核心部分，它通过RS485与采集模块、调速模块、控制模块进行通讯，向这些模块发出控制命令和接收它们传输的数据，同时它也通过调制解调模式与地面通讯模块形成通讯，将地面发出的各种命令传输到相应的井下仪器，并将井下各短节传给它的数据实时地传到地面；

多功能模块根据通讯模块下达的命令控制两位四通电磁阀、两位四通电磁阀、两位三通电磁阀的动作，采集模块根据通讯模块下达的命令分别采集伽玛计数、泵压、芯长、钻进位移、井下张力数据，并根据命令将采集的数据上传给通讯模块，调速模块根据通讯模块下达的命令调节步进电机的转速，并根据命令将采集的数据上传给地面数据采集系统；

地面数据采集系统把各种数据直接显示在面板上或传到工控机显示, 通过钻进式井壁取芯软件（πWST-FCT）（软著登字第1151216号）进行采集和控制，实现地层深度记录，并实时打印相应的曲线，完成目的层取芯的人机控制功能。

本发明的优点是：

本发明可对水平井、大斜度井的井壁任一岩层进行取芯，取芯完整，取芯成功率高，操作简单；采取钻进式井壁取芯，不存在爆破取芯的危险品的运输和使用问题；使用了十字偏心器及旋转短节保证取芯器钻头始终朝下和地层接触；增加了张力短节，解决了可以检测仪器在井下是否遇卡，提高安全性；水平井输送工具中的母头总成和公头总成贯通线加粗，解决了取芯器大电流工作的需求；能进行薄层取芯，一次下井可多次取芯。将取得的岩芯直接送岩电实验室进行岩性、电性、物性和含油性分析化验即可求取得岩层的饱和度、孔隙度、渗透率等参数，实现为石油勘探提供重要依据的目的；并可实现将得到的曲线对测井图进行标定的目的。

本发明可对井下仪器工作状态进行实时监控，确保取芯成功率，且成本低，易于推广。

附图说明

图1是本发明一实施例组成示意图;

图2是井下仪器的一实施例的连接框图;

图3是取芯器下水平井示意图;

图4是取芯器液压系统工作原理图。

具体实施方式

如图1至图3所示，本发明井壁取芯器水平井工作方法，由水平井输送工具将井壁取芯器输送到大斜度或水平井内取芯位置进行取芯，包括地面数据采集系统、井下仪器及用于输送井下仪器的水平井输送工具，其中：地面数据采集系统包括采集传输控制面板104、电源面板101、调压面板102、变压器面板103、工控机206、打印机207、钻进式井壁取芯软件（软著登字第1151216号）。井下仪器包括从上到下依次组装连接的旋转短节306、张力短节11、取芯器电子节12、取芯器探头节13，仪器通过十字偏心器310和橡胶底鼻311相连，钻进式井壁取芯器包括取芯器电子节12和取芯器探头节13，取芯器电子节包括电源模块121、通讯模块122、采集模块123、调速模块124、控制模块125、伽玛模块126、多功能模块127, 取芯器探头节13包括位移传感器130、电机131、双联泵132、大泵压力传感器170、小泵压力传感器171、步进电机134、芯长传感器135、两位四通电磁阀136、两位四通电磁阀137、两位三通电磁阀138、推靠缸139、推芯缸142、钻进缸140、液压马达141，其中：电源模块121与通讯模块122、采集模块123、调速模块124、控制模块125、多功能模块127连接，提供+5VDC电源,电源模块121与步进电机134连接，提供+12VDC电源，电源模块121与伽玛模块126连接，提供+24VDC电源，调压面板、变压器面板通过电源面板由测井电缆与电机131连接，提供600-1750VDC可调电压，采集模块123、调速模块124、控制模块125、伽玛模块126、多功能模块127的信号端经通讯模块122与地面数据采集系统的数据传输控制面板104相连，伽玛模块126、位移传感器130、芯长传感器135、大泵压力传感器170、小泵压力传感器171的信号传输端通过采集模块123与通讯模块122相连，双联泵132与大泵压力传感器170及小泵压力传感器171相连，张力短节11中的张力传感器111的相应信号端口经取芯器电子节12中的采集模块123与通讯模块122相连。水平井输送工具包括旁通短节302、母头总成303、公头总成304、过渡短节305、十字偏心器310等。工控机206的相应信号端口与采集传输控制面板104的相应数据传输端口连接，采集传输控制面板104的相应传输端口经由测井电缆30与母头总成连接，当母头总成与公头总成对接后，采集传输控制面板104实现与井下仪器连接，调压面板102、变压器面板103与电源面板101相连接，电源面板101的供电端口经由测井电缆30中的电源缆芯与取芯器的电能输入端口连接。

对于井下仪器主体钻进式井壁取芯器及其辅助设备，如图1、图2和图3，在实际勘探测井取芯时，首先将橡胶底鼻311、十字偏心器310、钻进式井壁取芯器探头节13、钻进式井壁取芯器电子节12、张力短节11、旋转短节306、公头总成304、过渡短节305依次在井口连接，然后，过渡短节305的另一端连接所需尺寸的钻杆301，将仪器下放到套管32深度内对接深度，此时，连接旁通短节302，将连接有电缆的母头总成303从旁通短节302的旁通处下放到井内，通过泥浆循环力的作用使母头总成303下到对接深度与公头总成304对接，此时实现地面数据采集系统与井下仪器相连接，在井口继续连接钻杆，直到将仪器下放到取芯深度，此时，通过工控机206或地面数据采集系统开关发出的控制信号向井下发出控制命令，测井电缆30以载波调制方式传送到钻进式井壁取芯器电子节12的通讯模块122，通讯模块122执行地面工控机发送来的命令，通过RS485控制采集模块123进行数据采集，控制模块125进行控制多功能模块127连接的两位四通电磁阀136、两位四通电磁阀137、两位三通电磁阀138的动作来控制推靠缸139、推芯缸142、钻进缸140、液压马达141进行工作，井下各模块把各自的状态及采集到的各传感器及取芯器工作参数包括大泵压力、小泵压力、电缆张力、芯长、钻头钻进位移、深度信号，经测井电缆以62.5千赫兹的载波发到地面系统，伽玛模块126输出的脉冲在多功能模块127的比较电路整形，送到采集模块123的CPU直接计数，送到数据传输控制面板进行处理显示，通讯模块122是井下仪器的核心部分，它通过RS485与采集模块123、调速模块124、控制模块125进行通讯，向这些模块发出控制命令和接收它们传输的数据，同时它也通过调制解调模式与地面通讯模块形成通讯，将地面发出的各种命令传输到相应的井下仪器，并将井下各短节传给它的数据实时地传到地面，多功能模块根据通讯模块122下达的命令控制两位四通电磁阀136、两位四通电磁阀137、两位三通电磁阀138的动作，采集模块123根据通讯模块122下达的命令分别采集伽玛计数、泵压、芯长、钻进位移、井下张力数据，并根据命令将采集的数据上传给通讯模块122，调速模块124根据通讯模块122下达的命令调节步进电机134的转速，并根据命令将采集的数据上传给地面数据采集系统，地面数据采集系统把各种数据直接显示在面板上或传到工控机显示, 通过钻进式井壁取芯软件（πWST-FCT）（软著登字第1151216号）进行采集和控制，实现地层深度记录，并实时打印相应的曲线，完成目的层取芯的人机控制功能。

如图3和图4所示，液压系统的工作原理为：电机131上电，带动双联泵132(大泵160、小泵161)，液压油通过双联泵132中的大泵160进入液压马达141和两位三通电磁阀138, 两位三通电磁阀138(未上电)处于泄油状态，钻头190不旋转，液压油通过双联泵132中的小泵160和滤油器180进入两位四通电磁阀137，同时对蓄能器182进行蓄能，液压油通过双联泵132中的小泵161进入两位四通电磁阀136，两位四通电磁阀136带电，液压油通过两位四通电磁阀136进入推靠缸139（推靠臂186打开）、推芯缸142。两位四通电磁阀137带电，液压油通过两位四通电磁阀137进入钻进缸140，推动马达导轨185带动液压马达141旋转和钻进，钻进电位器184检测液压马达141行进位置。两位三通电磁阀138上电，双联泵132中大泵160的液压油不能通过两位三通电磁阀138泄压，液压马达141通过高压油旋转带动钻头190取芯，大泵压力传感器170和小泵压力传感器171检测系统压力，通过安全阀181保证系统压力稳定，电控溢流阀183用于调节钻进系统中的系统压力。取芯完成后，两位三通电磁阀138、 两位四通电磁阀137不带电，双联泵132中大泵160通过两位三通电磁阀138泄压，钻进缸140收回，通过钻进电位器184判断液压马达141是否回到原位置，当马达回到原位置后，两位四通电磁阀136 不带电，推靠缸139收回，推芯缸142推芯，芯长传感器135检测取芯长度。此时，取一颗芯完毕。根据需要可进行重复取芯。

如图1，钻杆301用于输送仪器到目的层。

如图1，旁通短节302用于使电缆从钻杆中穿过与井下仪器连接。

如图1，公头总成304、母头总成303用于在泥浆中对接，实现地面对井下仪器供电和控制。

如图1，过渡短节305用于仪器连接所需尺寸的钻杆。

如图1，十字偏心器310及旋转短节306用于保证取芯器钻头始终朝下和地层接触。

如图1，张力短节11用于测试井下仪器受力状态。

如图1，取芯器电子节12主要用于地面数据采集系统和井下仪器建立通讯，实现对井下仪器控制和数据采集功能，以及进行电源转换为各个模块提供电源。

如图1，取芯器探头节13主要是钻取岩芯、存储岩芯。

如图1，橡胶底鼻311主要用于防止仪器在井下触底吸附遇卡。

本发明的优点是：

本发明可对水平井、大斜度井的井壁任一岩层进行取芯，取芯完整，取芯成功率高，操作简单；采取钻进式井壁取芯，不存在爆破取芯的危险品的运输和使用问题；使用了十字偏心器及旋转短节保证取芯器钻头始终朝下和地层接触；增加了张力短节，解决了可以检测仪器在井下是否遇卡，提高安全性；水平井输送工具中的母头总成和公头总成贯通线加粗，解决了取芯器大电流工作的需求；能进行薄层取芯，一次下井可多次取芯。将取得的岩芯直接送岩电实验室进行岩性、电性、物性和含油性分析化验即可求取得岩层的饱和度、孔隙度、渗透率等参数，实现为石油勘探提供重要依据的目的；并可实现将得到的曲线对测井图进行标定的目的。

本发明可对井下仪器工作状态进行实时监控，确保取芯成功率，且成本低，易于推广。

以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (2)

1.井壁取芯器水平井工作方法，其特征是由水平井输送工具将井壁取芯器输送到大斜度或水平井内取芯位置进行取芯，所述井壁取芯器主要由取芯器电子节和取芯器探头节组成，取芯器电子节、取芯器探头节从上到下依次组装连接；

其中：地面数据采集系统包括调压面板、变压器面板、采集传输控制面板、电源面板、工控机、打印机、钻进式井壁取芯软件，由测井电缆通过水平井输送工具中的母头总成与公头总成对接与井下仪器相连接；

井下仪器包括从上至下依次组装连接的旋转短节、张力短节、钻进式井壁取芯器以及通过十字偏心器相连的橡胶底鼻；

水平井输送工具包括旁通短节、母头总成、公头总成、过渡短节、十字偏心器等；

工控机与数据传输控制面板连接，数据传输控制面板经由数据线与电源面板连接，电源面板经由测井电缆与母头总成连接，当母头总成与公头总成对接后，数据传输控制面板实现与井下仪器的连接以及电源面板、调压面板、变压器面板实现为井下仪器供电。

2.根据权利要求1所述的井壁取芯器水平井工作方法，所采用的步骤为：

在实际勘探测井取芯时，首先将橡胶底鼻、十字偏心器、钻进式井壁取芯器探头节、钻进式井壁取芯器电子节、张力短节、旋转短节、公头总成、过渡短节依次在井口连接下放到井内；

然后，过渡短节的另一端连接所需尺寸的钻杆，将仪器下放到套管深度内对接深度；

此时，连接旁通短节，将连接有电缆的母头总成从旁通短节的旁通处下放到井内，通过泥浆循环力的作用使母头总成下到对接深度与公头总成对接，此时实现地面数据采集系统与井下仪器相连接；

在井口继续连接钻杆，直到将仪器下放到取芯深度，此时，通过工控机或地面数据采集系统开关发出的控制信号向井下发出控制命令，测井电缆以载波调制方式传送到钻进式井壁取芯器电子节的通讯模块，通讯模块执行地面工控机发送来的命令，通过RS485控制采集模块进行数据采集，控制模块进行控制多功能模块连接的两位四通电磁阀、两位四通电磁阀、两位三通电磁阀的动作来控制推靠缸、推芯缸、钻进缸、液压马达进行工作；

井下各模块把各自的状态及采集到的各传感器及取芯器工作参数包括大泵压力、小泵压力、电缆张力、芯长、钻头钻进位移、深度信号，经测井电缆以62.5千赫兹的载波发到地面系统；

伽玛模块输出的脉冲在多功能模块的比较电路整形，送到采集模块的CPU直接计数，送到数据传输控制面板进行处理显示；

通讯模块是井下仪器的核心部分，它通过RS485与采集模块、调速模块、控制模块进行通讯，向这些模块发出控制命令和接收它们传输的数据，同时它也通过调制解调模式与地面通讯模块形成通讯，将地面发出的各种命令传输到相应的井下仪器，并将井下各短节传给它的数据实时地传到地面；

多功能模块根据通讯模块下达的命令控制两位四通电磁阀、两位四通电磁阀、两位三通电磁阀的动作，采集模块根据通讯模块下达的命令分别采集伽玛计数、泵压、芯长、钻进位移、井下张力数据，并根据命令将采集的数据上传给通讯模块，调速模块根据通讯模块下达的命令调节步进电机的转速，并根据命令将采集的数据上传给地面数据采集系统；

地面数据采集系统把各种数据直接显示在面板上或传到工控机显示, 通过钻进式井壁取芯软件（πWST-FCT）（软著登字第1151216号）进行采集和控制，实现地层深度记录，并实时打印相应的曲线，完成目的层取芯的人机控制功能。