石油地质录井中的钻井取心技术与质量控制

石油地质录井中的钻井取心技术与质量控制

张军红

新疆广陆能源科技股份有限公司 新疆克拉玛依市 邮编：834000

摘要：

本文围绕“石油地质录井中的钻井取心技术与质量控制”进行了深入研究。首先概述了钻井取心的基本概念、发展历程以及技术分类与特点，详细阐述了取心流程与操作规范。接着，文章构建了钻井取心的质量控制体系，包括质量控制的重要性、标准与指标以及实施策略。通过国内外典型案例的分析比较，揭示了不同钻井取心技术和质量控制方法在实际应用中的效果与差异。最后，文章探讨了当前钻井取心技术与质量控制面临的挑战，展望了未来发展趋势，并提出了针对性的建议。本文旨在提高石油地质录井中岩心采样的技术水平，优化质量控制流程，为石油勘探工作提供有力支持。

关键词： 地质录井、钻井取心技术、质量控制、案例分析、发展趋势

第一章 引言

1.1 研究背景与意义

随着全球能源需求的持续增长，石油资源的勘探与开发显得尤为重要。石油地质录井作为勘探过程中的关键环节，其钻井取心技术的先进性和质量控制的严格性直接关系到石油储量的准确评估与后续开发的成功与否。因此，深入研究钻井取心技术及其质量控制方法，对于提升石油勘探效率、保障能源安全具有十分重要的现实意义。通过本文的探讨，期望为石油勘探行业提供有益的参考与借鉴。

第二章 钻井取心技术与质量控制

2.1 钻井取心技术概述

钻井取心技术是石油地质录井中的核心环节，为了掌握地下地质情况。直接获得真实可靠的地下岩层的有关资料，在钻井过程中用取心工具从地下取出大块岩样（岩心）的作业。这项技术不仅要求精确度高，还需要确保取心过程中的安全性和效率。钻井取心技术目前主要分为常规取心和特殊取心。

取心目的：（1）是发现油气层，了解含油气情况与储集特征，并确定油气层岩性、物性、厚度、面积等基础数据；（2）建立地层剖面，研究岩相及生、储特征，了解岩性与电性关系。

2.1.1常规取心：

常规取心对岩心无任何特殊要求，它是取心作业中最大量、最常见的，无论是什么油气藏，在勘探阶段或开发阶段都要进行大量的常规取心。

常规取心方式:（1）一般为短筒取心，是指取心钻进中途不接单根的常规取心。它的工具只含有一节岩心筒，结构简单。它在整个取心作业中所占的比例最大，在任何地层条件下均可进行。（2）中、长筒取心，是指钻进中途要接单根的取心。它的工具必须含有多节岩心筒，通常只有当地层岩石的胶结性与可钻性较好时，才进行中、长筒取心。中、长筒取心的目的是在保证岩心收获率较高的前提下，尽可能提高取心的单筒进尺，以大幅度提高取心收获率，降低取心成本。

2.1.1特殊取心：

对岩心有一定特殊要求的钻井取心称为特殊取心。它多用在油田开发阶段。

特殊取心方式：

（1）油基钻井液取心，是指在油基钻井液条件下进行的取心。对储量较大的砂泥岩油气藏，在开发之前一般都要进行这种取心，其目的是取得不受钻井液自由水污染的岩心，以求获得较为准确的储层原始含油饱和度资料，为合理制定油田开发方案提供依据。由于油基钻井液不失水，性能稳定，流动性和润滑性都很好，因而岩心不存在吸水膨胀或剥落的问题，也不易断裂或磨损，取出的岩心规矩、完整、成柱性好、收获率高。

（2）密闭取心，是指以注水方式开采的砂岩油田，在开发过程中为检查油田注水开发效果，了解地下油层水洗情况及油水动态，以制定合理的开发调整方案，采用密闭取心工具与密闭液，在水基钻井液条件下取出几乎不受钻井液自由水污染的岩心。由于油基钻井液取心成本高，在密闭取心质量指标有保证的前提下，密闭取心可代替油基钻井液取心。

（3）海绵取心，是指内岩心筒装有特制海绵衬管的取心。采用预饱和的海绵衬管，在水基钻井液条件下，能取得含油饱和度相当准确的岩心。这是国外近年来发展起来的一种取心，工艺结构不太复杂，但成本高，适用于中硬~硬地层。

（4）保压密闭取心，是指在砂岩油田的开发后期，为了准确求得当时井底条件下储层流体饱和度、储层压力、相对湿度及储层情况等资料，为了制定合理的开发调整方案，提高油田最终采收率，采用保压密闭取心工具与密闭液，在水基钻井液条件下，钻取保持储层流体完整性的岩心。也就是钻取不受钻井液自由水污染并保持当时井底条件下储层压力的岩心。这种取心装备与工艺比较复杂，成本高，适用于具有成岩性的软、中硬及硬地层。

（5）疏松砂岩保形取心，是指在疏松砂岩地层中保持岩心原始（出筒前）形状的取心。因为在疏松砂岩地层，由于岩心强度低，不成柱，岩心出筒后就往往自成一堆散砂，岩心物性资料无法获得。因此，保持岩心原有形状，避免人为破坏，就成为保形取心的技术关键。目前，多级双瓣组合式岩心筒、橡皮筒、玻璃钢内筒以及复合材料衬筒，均可满足保形取心的要求，但唯有多级双瓣组合式岩心筒成本低，使用方便。

（6）定向取心，是指在油气藏的勘探开发过程中，为直观了解储层的构造参数，全面掌握地质构造的复杂性及其变化，制定出经济合理的勘探开发方案，采用定向取心技术以取出能反映地层倾角、倾向、走向等构造参数的岩心。定向取心只适用于岩心成柱性较好的地层。

在钻井取心过程中，选择合适的取心工具和设备至关重要。钻头、钻杆、取心筒等设备的性能和质量直接影响到取心的效果。此外，取样层段的选择及深度的确定以及钻井取心参数等因素也需要综合考虑，结合现场钻探经验，制定严谨的取心方案。

2.2 取心流程与操作规范

为确保钻井取心顺利完成，首先地质录井方确定取心层段及取心长度，取心队根据甲方和设计目的制定严密的取心措施，现场组合取心钻具组合，确保钻具长度以及井眼井深校准正常，其次，下钻到底取心工程师严密坚守在钻台，指挥司钻进行取心钻进，及时根据取心方案、实钻情况指导司钻调整参数钻进，确保从树心、取心钻进、割心以及起钻过程中不出现任何参数异常，直至岩心取出井口。

取心成功关键：（1）首先地质方判断层系、取心井段准确；（2）措施制定详细严谨；（3）取心工程师经验丰富，能根据实际情况及时判断异常并做出参数调整；（4）司钻操作平稳，能严格执行好取心钻进参数；（5）割心完起钻过程种控制速度，保证岩心筒缓慢匀速起出井口，不掉心。

在取心完成后，现场地质人员及时对岩心进行准确的丈量，计算岩心收获率；现场地质师利用荧光灯、定量荧光分析仪等技术初步判断岩心含油气水情况，并对岩心岩性做出准确的判断，现场粗描完成后及时封蜡保存岩心，上交研究院利用先进仪器精确分析研究，这一系列过程种，对岩心的完整性负责，保证岩性不受损伤。

2.3 质量控制体系构建

质量控制是钻井取心技术中不可或缺的一部分。一个完善的质量控制体系应包括质量控制标准、质量控制指标以及实施策略等方面。质量控制标准是对取心过程中各项参数和指标的具体要求，它是评价取心质量的重要依据。质量控制指标则是根据甲方要求、行业标准、企业标准制定一套完善的取心要求。

实施策略方面，需要采取多种措施来确保质量控制的有效性。例如，取心工具的检查；加强取心工程师的技术培训，提高其专业技能和责任意识；建立严格的质量检查制度，对取心过程进行全程视频监控等。通过这些措施的实施，可以最大程度保护岩心，保证取心收获率。

第三章 钻井取心技术的应用与优化

3.1 钻井取心技术在石油勘探中的应用

钻井取心技术在石油勘探中扮演着至关重要的角色。通过该技术，勘探人员能够直接获取地下岩石的实物样本，进而对石油储层的地质特征、物性参数以及含油性等进行详细的分析和研究。这些信息对于评估石油储量、制定开发方案以及预测油田生产动态等都具有重要的指导意义。

在实际应用中，钻井取心技术需要与地质录井、地球物理勘探等其他技术手段相结合，共同构建完整的石油勘探体系。通过综合运用各种技术手段，勘探人员能够更加准确地揭示地下石油储层的分布规律和开发潜力，为后续的石油开发工作提供有力的支持。

3.2 钻井取心技术的优化与创新

随着科技的不断发展，钻进取心技术也在不断地进行优化和创新。一方面，传统的钻井取心方法在某些复杂地质条件下可能存在一定的局限性，需要通过技术创新来加以改进。

目前钻井现场取心的方式和方法前面已经详细介绍了，各大网站平台都有介绍，其目的有两个，一是确保钻井取心成功率，二是确保取出岩心能真实还原地下岩层岩性特征；现阶段常用的各种取心方法都存在缺陷，未来继续创新改进新工具，研究更为高级钻井取心方式，降低钻井取心失败的机率，尤其针对超深井、超高温、超高压地层取心，例如“研究井下高性能高科技取心工具，依靠井下色谱自动识别薄层油气显示自动判断自动取心”。

3.3 钻井取心技术的未来发展趋势

展望未来，钻井取心技术将越来越先进，未来向深地进军，钻进取心是直接获取地下岩石岩性、物性、含油气性的一种特殊方式，通过研发高科技钻井取心工具、优化取心参数、从人工判断调整为仪器判断，从地面判断控制到井下工具自动判断控制，减少人为判断不准造成取心失败的弊端，是未来钻井取心的方向。

第四章 钻井取心技术的挑战与解决方案

4.1 钻井取心技术面临的挑战

在石油勘探与开发过程中，钻井取心技术虽然具有不可替代的重要作用，但同时也面临着一系列的挑战。首先，复杂多变的地下地质环境给钻井取心带来了极大的困难。例如，在山前复杂的地质构造的井，取心工具的稳定性和可靠性以及取心参数调整判断会收到很大影响，导致取心失败或岩心破损严重，失去其研究价值。其次，随着石油资源的日益枯竭，油藏类型变得更加复杂，如薄油层、低渗透油藏等，这些油藏对钻井取心技术的精度和分辨率提出了更高的要求。

此外，岩心采样过程中还存在一定的风险。由于取心作业通常是通过操作地面设备带动井下取心工具转动取心，一旦发生设备故障或操作失误，就可能引发钻井事故复杂发生。因此，如何确保取心过程的安全和稳定也是当前取心技术面临的重要挑战。

4.2 钻井取心技术问题的解决方案

针对上述挑战，科研人员和工程师们提出了一系列的解决方案。首先，在设备研发方面，通过采用新材料、新工艺和新技术等手段，提高采样设备的耐高温、耐高压、耐腐蚀等性能，使其能够适应更加恶劣的地下地质环境。同时，研发具有更高精度和更高分辨率的取心工具，例如研究井下自动取心工具，利用井下色谱分析自动判断取心位置，以满足复杂油藏的开发需求。

其次，在取心方法上，通过优化工具和取心实际操作，实现钻井取心的过程控制和管理。例如利用先进的工具和技术手段降低成本，保证取心成功率和岩心质量。

4.3 未来钻进取心技术的发展方向

展望未来，钻进取心技术将继续朝自动化、智能化的方向发展，从地面管控变为井下管控，研发井下精密仪器，消除迟到时间、井深误差带来的影响，确保井下取出岩心更具有代表性和研究价值。

全文总结

本文全面探讨了岩心采样技术在石油勘探领域的应用、优化、挑战及解决方案。通过对该技术的深入研究，揭示了其在复杂地质环境下的重要作用及面临的挑战。同时，提出了一系列创新性的解决方案，展望了未来的发展趋势。本文的研究不仅丰富了钻井取心技术的理论体系，还为石油勘探实践提供了有力的技术支撑。未来，随着科技的进步和创新的推动，钻井取心技术将在石油勘探领域发挥更加重要的作用。

参考文献

1. 陈小明，刘建国，张晓红. (2018). 岩心采样技术在油气勘探中的应用与展望. 地质科技情报，37(2)，45-52.

2. 李思思，王志刚. (2019). 复杂地质条件下岩心采样技术的研究进展. 石油钻探技术，47(4)，78-84.

3. 赵立冬，李国强，魏晨光. (2020). 新型岩心采样设备在石油勘探中的应用. 石油机械，48(6)，37-42.