CN111396036B - 一种自动收集录井用岩屑的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动收集录井用岩屑的方法，包括：确定本次钻进作业所需进行岩屑录井的所有取样深度，设第一个取样深度为X；钻进过程中，在迟到深度小于X时，驱动一个岩屑杯到达振动筛前端的下方，保持该岩屑杯敞口端朝上并保持杯盖关闭；当迟到深度到达X时，驱动该岩屑杯的杯盖打开、收集从振动筛前端掉落的岩屑；当迟到深度大于X后，驱动该岩屑杯的杯盖关闭，驱动该岩屑杯移开；将X替换为下一个取样深度，重复上述步骤。本发明的目的在于提供一种自动收集录井用岩屑的方法，以解决现有技术中岩屑录井接取岩屑的工作强度大的问题，实现降低人力消耗、提高岩屑录井的自动化程度与岩样精度的目的。

Description

一种自动收集录井用岩屑的方法

技术领域

本发明涉及岩屑录井领域，具体涉及一种自动收集录井用岩屑的方法。

背景技术

地下的岩石被钻头破碎后，随钻井液到达地面，这些岩石碎块就叫岩屑，又常称为“砂样”。在钻井过程中，地质人员按照一定的取样间距和迟到时间，连续收集和观察岩屑并恢复地下地质剖面的过程，称为岩屑录井。岩屑录井具有成本低、简便易行、了解地下情况及时和资料系统性强等优点，因此，在油气田勘探开发过程中被广泛采用。岩屑录井的原理是利用钻井液迟到时间来对应当前返排出的岩屑的地层深度，该深度即为迟到深度。不同开发者对岩屑录井都有各自规范，如中石化Q/SH 0076-2007企业标准，中海油《海洋钻井手册》等。一般而言，对探井的岩屑录井要求较高，对越是未知的地层，所要求的岩屑录井连续性越高；对于生产开发的油气井而言，钻进非储层段地层时，岩屑录井时间间隔较长，以钻进10m左右进行一次岩屑取样；在储层段内钻进时，基本都要求保证1m取样一次的连续取样录井频率。

现有技术中，岩屑录井的岩屑取样都是由人工观察迟到时间与迟到深度，到达迟到深度后由工作人员由录井房快速抵达振动筛处，用筛盘从振动筛的导向板下方接一定量的掉落岩屑，再冲洗掉附着的泥浆、装白瓷盘、带回录井工作间供录井工程师、地质工程师等进行岩样定性与分析。当井上进尺较快时，工作人员需连续奔波于录井房与振动筛处，劳动强度较大，且容易错过某些井段的岩屑；当井上进尺较慢时，振动筛处对应的返出较少，工作人员在振动筛处时长需要等到较长时间以便接到足够量的岩屑，此过程中需要一直弯腰且保持手持筛盘，同样耗费人力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动收集录井用岩屑的方法，以解决现有技术中岩屑录井接取岩屑的工作强度大的问题，实现降低人力消耗、提高岩屑录井的自动化程度与岩样精度的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种自动收集录井用岩屑的方法，包括：

S1、确定本次钻进作业所需进行岩屑录井的所有取样深度，设第一个取样深度为X；

S2、钻进过程中，在迟到深度小于X时，驱动一个岩屑杯到达振动筛前端的下方，保持该岩屑杯敞口端朝上并保持杯盖关闭；

S3、当迟到深度到达X时，驱动该岩屑杯的杯盖打开、收集从振动筛前端掉落的岩屑；

S4、当迟到深度大于X后，驱动该岩屑杯的杯盖关闭，驱动该岩屑杯移开；

S5、将X替换为下一个取样深度，重复步骤S2～S5。

针对现有技术中岩屑录井接取岩屑的工作强度大的问题，本发明提出一种自动收集录井用岩屑的方法，本方法基于现有技术中录井的迟到深度，实现岩屑自动取样、降低人工劳作强度的目的。具体的，首先确定本次钻进作业所需进行岩屑录井的所有取样深度。对于钻井工程而言，一开钻进作业一般不会进行岩屑录井，不同油田、不同区块对岩屑录井的开始深度有不同要求，确认好岩屑录井的开始深度后，再根据取样频率确定所有的取样点的深度。设本次钻进作业的第一个取样深度为X，单位米，开始进行钻进。当钻进至濒临取样深度时，开始采用本方法：在迟到深度小于X时，驱动一个岩屑杯到达振动筛前端的下方，并保持该岩屑杯敞口端朝上、同时保持杯盖关闭，此时静止等待迟到深度逐渐加深，直到迟到深度到达X时，此时驱动该岩屑杯的杯盖打开，从振动筛前端掉落的岩屑自动掉入岩屑杯中进行暂存。对于现有的录井迟到深度而言，都不是连续变化的，一般人为设定以0.5m或1m间隔进行变化，它能够结合对应井深的钻速，合理反应当前返出岩屑的深度。本发明在迟到深度为所需取样的井深X的过程中，都保持岩屑杯不动，从而稳定的接取所需井段的岩屑。当迟到深度大于X后，即表明所需井段的岩屑返出完成，此时返出的为更深井段的岩屑，此时驱动该岩屑杯的杯盖关闭，避免误接多余岩屑干扰地质判断，同时驱动该岩屑杯移开振动筛前端下方即可。之后，将X替换为下一个取样深度，以下一个岩屑杯来重复上述步骤，完成对下一个取样深度的岩屑取样。本方法不断重复，实现自动对不同取样深度的岩屑的逐个取样，录井工作人员只需定期前往振动筛处，拆下岩屑杯，倒出其中岩屑即可获得所需深度的岩屑，显著提高了录井工作的自动化程度、降低了人力消耗，改善了录井工作条件。其次，在进尺较快时，本方法能够累计对多个不同深度的岩屑进行取样并暂存，因此能够避免工作人员连续奔波于录井房与振动筛处，减少工作人员的往返频率；在进尺较慢时，录井显示的迟到深度在某一深度停留时间较长、单位时间内岩屑返出量较低，通过本发明可以无需人工弯腰手持筛盘等待岩屑缓慢掉落，对录井工作人员的腰椎、手臂等都起到良好的保护作用，避免长期的弯腰作业；最后，由于本申请可以完全依靠现有的录井迟到深度数据进行自动化控制，相较于现有技术中人工从录井房内观察迟到深度、再急忙赶去振动筛处收集岩屑、容易错过正确的迟到深度对岩屑录井造成干扰的方式而言，对收集岩屑所对应井深的精度控制有显著提高，从而有效提高岩样精度与对应地层的准确性、降低了对岩屑深度错误标定的风险，这无论是对录井工作，还是单井甚至整个油气田的地质分析与开发方案优化而言，都具有十分重要的意义。

单个岩屑杯的运动轨迹为圆形；所有岩屑杯环形均布，所有岩屑杯绕共同的转轴同步在竖直面或水平面内转动。本方案中使得所有岩屑杯同步进行圆周运动，通过现有技术中的任意旋转方式均可，如常见的转盘带动、电机驱动等。各岩屑杯可以在竖直面上分布，也可在水平面上分布。环形均布的岩屑杯能够使得每次转动角度一致，始终确保有一个岩屑杯位于能够收集岩屑的振动筛前端下方，只需在到达设定的迟到深度时打开或关闭对应的杯盖即可。

各岩屑杯的转动由第一驱动装置进行驱动；每个岩屑杯配置一个第二驱动装置，第二驱动装置驱动对应岩屑杯杯盖的打开与关闭。根据实际岩屑录井要求提前设定，以迟到深度到达多少为标准，自动启动第一驱动装置和对应的第二驱动装置，再以迟到深度变化多少位标准，使第一驱动装置和第二驱动装置自动进行下一步动作。本方案中每个岩屑杯的杯盖由一个第二驱动装置独立控制。

所述第一驱动装置为步进电机或伺服电机，第一驱动装置每次输出的转动角度，为相邻两个岩屑杯之间所对应的圆心角。

第一驱动装置、第二驱动装置均由控制器进行控制，所述控制器从录井房接收迟到深度的数据信号，并根据该数据信号控制第一驱动装置、各第二驱动装置动作。

在岩屑杯内放置滤浆兜，使掉落的岩屑进入滤浆兜内，并在岩屑杯表面开设若干排浆孔。从振动筛导向板下方收集的岩屑，其表面附着大量钻井液，本方案中滤浆兜与岩屑杯的内壁接触，从而使得进入岩屑杯的岩屑进入滤浆兜中，通过滤浆兜使得钻井液流出并从排浆孔中排出，不仅减少了岩屑杯的装载、减轻了第一驱动装置的负荷，还有利于避免刚从井内返出的高温钻井液烫到前来取下岩屑杯的工作人员；当工人需要取出岩屑时，本方案无需拆卸岩屑杯，只需取出滤浆兜即可，能够更加降低人力消耗、提高取样效率。

当后一个岩屑杯到达振动筛前端的下方时，前一个岩屑杯直接或间接与振动筛的振动部件接触。

如前所述，从振动筛导向板下方收集的岩屑，其表面附着大量钻井液，单纯的通过排浆孔被动排浆效果有限，而本方案使得装有岩屑的岩屑杯直接或间接与振动筛的振动部件接触，将振振动部件的振动传递至岩屑杯，振动其内的岩屑与钻井液混合物，有利于更多的将其中钻井液排出。

在振动筛的振动部件上固定连接金属波纹管，当后一个岩屑杯到达振动筛前端的下方时，使前一个岩屑杯的外表面直接与金属波纹管接触。振动筛包括振动部件和非振动部件，这对于本领域技术人员均可分辨，其中振动部件如筛床、筛网以及位于前端的导向板；非振动部件如底座、两侧侧板以及钻井液进料接口等。本申请在振动筛上任意振动部件上连接金属波纹管，使得岩屑杯在转动路径上与金属波纹管接触，从而在岩屑杯与金属波纹管接触的过程中，通过金属波纹管将振振动部件的振动传递至岩屑杯，振动其内的岩屑与钻井液混合物，有利于更多的将其中钻井液排出。并且，金属波纹管具有良好韧性，如果阻挡在岩屑杯的转动路径上也能被岩屑杯推开或挤压变形，也不会对岩屑杯的正常转动造成干扰。

进一步的，步骤S2中，当迟到深度为(X-n)时，驱动一个岩屑杯到达振动筛前端的下方，其中n小于相邻两个取样深度之间的间距。其中，X、n的单位均为米。

进一步的，若相邻两个取样深度之间的间距大于10m，则n取5m；

若相邻两个取样深度之间的间距为5～10m，则n取1m；所述5～10m包括了5m、10m这两个常用的端点值。

若相邻两个取样深度之间的间距小于5m，则n取0.5m。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种自动收集录井用岩屑的方法，显著提高了录井工作的自动化程度、降低了人力消耗，改善了录井工作条件。

2、本发明一种自动收集录井用岩屑的方法，在进尺较快时，本申请能够累计对多个不同深度的岩屑进行取样并暂存，因此能够避免工作人员连续奔波于录井房与振动筛处，减少工作人员的往返频率；在进尺较慢时，无需人工弯腰手持筛盘等待岩屑缓慢掉落，对录井工作人员的腰椎、手臂等都起到良好的保护作用，避免长期的弯腰作业。

3、本发明一种自动收集录井用岩屑的方法，可以完全依靠现有的录井迟到深度数据进行自动化控制，因此相较于现有技术中人工从录井房内观察迟到深度、再急忙赶去振动筛处收集岩屑的方式而言，对收集岩屑所对应井深的精度控制有显著提高，从而有效提高岩样精度与对应地层的准确性、降低了对岩屑深度错误标定的风险，这无论是对录井工作，还是单井甚至整个油气田的地质分析与开发方案优化而言，都具有十分重要的意义。

4、本发明一种自动收集录井用岩屑的方法，装有岩屑的岩屑杯在随转动件的转动过程中，将其内钻井液适当排出，不仅减少了岩屑杯的装载、减轻了第一驱动装置的负荷，还有利于避免刚从井内返出的高温钻井液烫到前来取下岩屑杯的工作人员。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例的流程示意图；

图2为本发明具体实施例的结构示意图；

图3为本发明具体实施例的局部剖视图；

图4为本发明具体实施例的局部主视图；

图5为本发明具体实施例2中岩屑杯的示意图

图6为本发明具体实施例3中岩屑杯的剖视图；

图7为本发明具体实施例3中岩屑杯取出时的剖视图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-导向板，2-底座，3-第一驱动装置，4-转动件，5-连杆，6-岩屑杯，601-外杯，602-内杯，603-环形弹片，604-间隙，605-扣件，606-延伸件，607-通孔二，608-密封块，609-通孔一，7-杯盖，8-第二驱动装置，9-排浆孔，10-滤浆兜，11-安装板，12-控制器，13-第一识别装置，14-第二识别装置，15-金属波纹管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1所示的一种自动收集录井用岩屑的方法，包括：S1、确定本次钻进作业所需进行岩屑录井的所有取样深度，设第一个取样深度为X；S2、钻进过程中，在迟到深度小于X时，驱动一个岩屑杯到达振动筛前端的下方，保持该岩屑杯敞口端朝上并保持杯盖关闭；S3、当迟到深度到达X时，驱动该岩屑杯的杯盖打开、收集从振动筛前端掉落的岩屑；S4、当迟到深度大于X后，驱动该岩屑杯的杯盖关闭，驱动该岩屑杯移开；S5、将X替换为下一个取样深度，重复步骤S2～S5。

优选的，单个岩屑杯的运动轨迹为圆形；所有岩屑杯环形均布，所有岩屑杯绕共同的转轴同步在竖直面或水平面内转动。各岩屑杯的转动由第一驱动装置进行驱动；每个岩屑杯配置一个第二驱动装置，第二驱动装置驱动对应岩屑杯杯盖的打开与关闭。所述第一驱动装置为步进电机或伺服电机，第一驱动装置每次输出的转动角度，为相邻两个岩屑杯之间所对应的圆心角。第一驱动装置、第二驱动装置均由控制器进行控制，所述控制器从录井房接收迟到深度的数据信号，并根据该数据信号控制第一驱动装置、各第二驱动装置动作。

更优选的，步骤S2中，当迟到深度为(X-n)时，驱动一个岩屑杯到达振动筛前端的下方，其中n小于相邻两个取样深度之间的间距：若相邻两个取样深度之间的间距大于10m，则n取5m；若相邻两个取样深度之间的间距为5～10m，则n取1m；若相邻两个取样深度之间的间距小于5m，则n取0.5m。

本实施例通过如图2至图5所示的设备实现：

包括振动筛本体，振动筛本体包括振动部件、非振动部件，振动部件包括位于振动筛本体前端的导向板1，非振动部件包括底座2，底座2前端安装第一驱动装置3，第一驱动装置3用于驱动转动件4转动，转动件4上固定连接五根环形均布的连杆5，连杆5远离转动件4的一端可拆卸连接岩屑杯6，岩屑杯6用于承接从导向板1上掉落的岩屑；任意岩屑杯6在其转动路径上，均能以敞口端朝上的姿态经过导向板1下方；还包括与岩屑杯6的敞口端相匹配的杯盖7、用于控制杯盖7启闭的第二驱动装置8，第二驱动装置8与杯盖7一一对应。其中，所有连杆5的轴线均相交于一点，且所有连杆5的轴线位于同一竖直平面内；转动件4为转盘，转盘的轴线水平且过所有连杆5轴线的交点。

优选的，每个岩屑杯都进行编号，便于工作人员识别，从而依次对不同深度的岩屑进行标记。

本实施例中，第一驱动装置3、第二驱动装置8的动作由录井的迟到深度控制，举例说明：若要求井深2000m、2005m分别为一个岩屑取样点，则当迟到深度小于2000m时，如迟到深度在1999m，第一驱动装置3就控制一个岩屑杯转动至收集位置，到迟到深度到达2000m时，立即由该岩屑杯的第二驱动装置8打开杯盖；当迟到深度增大后，如到达2001m时(以录井迟到时间每米一变化为背景条件)，第二驱动装置8立即关闭该岩屑杯的杯盖，同时第一驱动装置3驱动转动件转动72°，使得下一个岩屑杯抵达收集位置待命，直至迟到深度到达2005m，此时再打开杯盖收集下一个点位的岩屑样品。

更为优选的实施方式是：连杆5为伸缩杆，如电动推杆或气缸等。在不收集岩屑(即杯盖7关闭时)，连杆5均处于收缩状态，当某一岩屑杯6到达导向板1下方时，对应的连杆5伸长。

实施例2：

在实施例1的基础上，岩屑杯6内活动放置滤浆兜10，滤浆兜10的敞口端朝向岩屑杯6的敞口端，滤浆兜10的外表面与岩屑杯6内壁接触。第一驱动装置3为步进电机或伺服电机，步进电机或伺服电机固定在安装板11上，安装板11通过螺栓可拆卸连接在底座2上。当工人需要取出岩屑时，本实施例无需拆卸岩屑杯，只需取出滤浆兜10即可，能够更加降低人力消耗、提高取样效率，同时通过滤浆兜10过滤残留的钻井液。岩屑杯6上开设若干排浆孔9。还包括一端固定在振动筛本体的振动部件上的金属波纹管15，金属波纹管15固定在导向板1侧面或底面。当下一个岩屑杯抵达收集位置待命时，上一个收集好岩屑的岩屑杯与金属波纹管15直接接触。

优选的，金属波纹管15的位置，使得一个岩屑杯收集好岩屑并关闭杯盖后，下一个岩屑杯处于静止收集岩屑的过程中，此时前一个岩屑杯杯盖已关闭且没有转动，能够充分利用金属波纹管15的振动抖出更多的钻井液。

本实施例中，滤浆兜采用20～40目的金属网制作而成，滤浆兜的取出用钩针钩住其上任意网孔即可。

实施例3：

本实施例与实施例2的区别在于岩屑杯6的结构不同。具体的：岩屑杯6如图6与图7所示，岩屑杯6包括外杯601、内杯602，外杯601内设置一圈环形弹片603，环形弹片603与外杯601内壁之间形成间隙604；内杯602的外径等于环形弹片603的内径，内杯602用于放置在环形弹片603围绕形成的环形区域内，内杯602的敞口端设置径向向外的扣件605、轴向向外的延伸件606，扣件605用于扣在环形弹片603顶端且插入至间隙604内；内杯602侧壁设置若干通孔一609、环形弹片603侧壁设置与通孔一609一一对应的通孔二607；杯盖7朝向岩屑杯6内部的一侧表面设置若干密封块608；当内杯602放置在环形弹片603围绕形成的环形区域内时，通孔一609与通孔二607连通；当杯盖7闭合时，密封块608位于延伸件606与外杯601内壁之间。

本实施例以内杯602来承接岩屑，外杯601用于与连杆直接连接，内杯602放置在外杯601内。外杯601内部有一圈环形弹片，即是由弹片在外杯601内部围绕形成一个环形区域，其中间是内杯602的放置区域，其外侧直至外杯601内壁之间形成间隙。所述环形弹片优选的由金属薄片制作而成即可。内杯602放入后，内杯602顶部的扣件605扣住环形弹片的顶端，且局部插入在所述间隙604内；然后闭合杯盖，杯盖上的密封块608进入延伸件与外杯601内壁之间，实现对杯盖处的有效密封。此外，当打开杯盖需要取出内杯602时，工作人员可以用手握住内杯602顶部的延伸件，向内用力，挤压环形弹片变形，从而便于将内部提出。本方案在使用时，混杂在岩屑中的钻井液从通孔一进入通孔二，暂存在所述间隙内，不仅有利于减少混在岩屑中的钻井液量，还能够有效避免钻井液溢出至岩屑杯外造成不必要的污染。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自动收集录井用岩屑的方法，其特征在于，包括：

S1、确定本次钻进作业所需进行岩屑录井的所有取样深度，设第一个取样深度为X；

S2、钻进过程中，在迟到深度小于X时，驱动一个岩屑杯到达振动筛前端的下方，保持该岩屑杯敞口端朝上并保持杯盖关闭；

S3、当迟到深度到达X时，驱动该岩屑杯的杯盖打开、收集从振动筛前端掉落的岩屑；

S4、当迟到深度大于X后，驱动该岩屑杯的杯盖关闭，驱动该岩屑杯移开；

S5、将X替换为下一个取样深度，重复步骤S2~S5；

其中在岩屑杯内放置滤浆兜，使掉落的岩屑进入滤浆兜内，并在岩屑杯表面开设若干排浆孔；在振动筛的振动部件上固定连接金属波纹管，在岩屑杯的转动路径上，当后一个岩屑杯到达振动筛前端的下方时，使前一个岩屑杯的外表面直接与金属波纹管接触；

岩屑杯包括外杯、内杯，外杯内设置一圈环形弹片，环形弹片与外杯内壁之间形成间隙；内杯的外径等于环形弹片的内径，内杯用于放置在环形弹片围绕形成的环形区域内，内杯的敞口端设置径向向外的扣件、轴向向外的延伸件，扣件用于扣在环形弹片顶端且插入至间隙内；内杯侧壁设置若干通孔一、环形弹片侧壁设置与通孔一一一对应的通孔二；杯盖朝向岩屑杯内部的一侧表面设置若干密封块；当内杯放置在环形弹片围绕形成的环形区域内时，通孔一与通孔二连通；当杯盖闭合时，密封块位于延伸件与外杯内壁之间。

2.根据权利要求1所述的一种自动收集录井用岩屑的方法，其特征在于，单个岩屑杯的运动轨迹为圆形；所有岩屑杯环形均布，所有岩屑杯绕共同的转轴同步在竖直面或水平面内转动。

3.根据权利要求2所述的一种自动收集录井用岩屑的方法，其特征在于，各岩屑杯的转动由第一驱动装置进行驱动；每个岩屑杯配置一个第二驱动装置，第二驱动装置驱动对应岩屑杯杯盖的打开与关闭。

4.根据权利要求3所述的一种自动收集录井用岩屑的方法，其特征在于，所述第一驱动装置为步进电机或伺服电机，第一驱动装置每次输出的转动角度，为相邻两个岩屑杯之间所对应的圆心角。

5.根据权利要求3所述的一种自动收集录井用岩屑的方法，其特征在于，第一驱动装置、第二驱动装置均由控制器进行控制，所述控制器从录井房接收迟到深度的数据信号，并根据该数据信号控制第一驱动装置、各第二驱动装置动作。

6.根据权利要求1所述的一种自动收集录井用岩屑的方法，其特征在于，步骤S2中，当迟到深度为（X-n）时，驱动一个岩屑杯到达振动筛前端的下方，其中n小于相邻两个取样深度之间的间距。

7.根据权利要求6所述的一种自动收集录井用岩屑的方法，其特征在于：

若相邻两个取样深度之间的间距大于10m，则n取5m；

若相邻两个取样深度之间的间距为5~10m，则n取1m；

若相邻两个取样深度之间的间距小于5m，则n取0.5m。

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