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[摘 要]随着市场经济的飞速发展，国家对能源，尤其是石油能源的需求逐年上增。尽快完善井壁取芯技术，对提高油田勘探开发的效率至关重要。本文通过对三种取芯方式的比较，对应用较广的旋转式井壁取芯技术进行了重点分析。主要介绍了其工作原理以及完善旋转式井壁取芯技术的一些建议。
[关键词]井壁取芯；工作原理；建议
中图分类号：TE244 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0262-01
引言
随着市场经济的飞速发展，国家对能源如石油、天然气等的需求逐渐增大。在勘探和开发油气储藏过程中，通常利用岩芯來分析地层岩化学性质、物性及含油性等情况[1]。岩芯的获取有三种方式：钻井取芯、爆炸碰撞式井壁取芯和旋转式井壁取芯。其中旋转式井壁取芯是一种从靠近裸眼井地层中直接获取井壁岩芯的测井技术，它具有对地层破坏小、获取岩芯规则，且获取的岩芯可直接进行岩电实验和含油性分析等优点，应用广泛，备受人们关注[2]。本文主要介绍了旋转式井壁取芯技术的工作原理以及增强其工作效率的改进性建议等。
1 取芯方式
取芯是指为了解地层地质情况，对所钻地层进行岩石取样的过程。通过对所取的岩石样品进行化学成分、渗透率、孔隙度、硬度等分析来确定油气层的开采位置及其储量情况[3]。取芯方式可分为钻井取芯、爆炸撞击式井壁取芯和旋转式井壁取芯三种。
1.1 钻井取芯
指在钻井的过程中利用芯管来获取样品。优点是可对所取岩芯直接进行岩电分析化验。但施工复杂、成本高、易漏取，影响钻井速度和效率。
1.2 爆炸撞击式井壁取芯
指利用火药爆炸产生的能量促使取芯筒撞击进入井壁地层，以此获取岩心的方法。其优点是施工简便、成本较低、可对全井段各地层取芯。但获取的岩芯体积小、不规则、且有污染，不能用于物理分析化验。
1.3 旋转式井壁取芯
指采用液压传动技术，使用金刚石空心钻头垂直钻进井壁来获取岩芯的方法。此方法兼有以上两种取芯方式的优点：取芯施工简便，成本低，所取岩心颗粒大且规则，而且通过该种方式获得的岩芯可直接用于岩石分析。该技术越来越受到人们的青睐。
2 旋转式井壁取芯技术的应用
旋转式井壁取芯由地面系统和井下系统两部分组成，二者通过两个微处理器间的主从应答式载波通讯方式进行连接[4]。首先地面仪器向地下部分发出执行命令，待井下部分仪器接收命令后，由其电子仪器部分将采集到的信息经铠装测井电缆传输到地面，从而实现了人为操控井壁取芯的过程。
2.1 地面系统
井壁取芯仪地面系统主要由高压电源面板、控制面板两部分构成。高压电源面板的作用是为地面控制面板、井下仪器等提高所需电源[5]。井下微机传来的给进马达钻头伽马仪和测量所得结果，传到地面控制系统，地面操作人员对收集到的信息：钻头位置、液压情况、岩芯长度、比例电压表等进行综合处理，以实现对井下取芯情况的掌控。
2.2 井壁取芯仪井下系统
井下系统主要包括三部分：电子线路、机械液压和安全保障部分。
2.2.1 电子线路部分
井下电子线路部分主要分为五块：供电电路、通讯电路、控制电路、采集电路、自然伽马测量电路等[6]。其作用是接收井下各部分传感器的感应信号，并将感应信号与自然伽玛脉冲信号二者进行转换、处理、放大，之后借助电缆传输到地面控制面板，经控制面板转换成相应的测量信号或电压。
2.2.2 机械液压部分
机械液压系统构成：电机，大、小泵系统，平衡装置和液压节外壳等。大泵系统主要由液压泵、电磁换向阀、液压马达三部分构成。启动电机后，大、小泵系统开始工作。大泵系统通过对液压马达的操控来带动空心钻头高速运转，获取岩芯；小泵系统功能较多：操纵推靠臂张开与收回、钻头的“进”“退”、折芯以及将取出的岩芯推入贮芯筒等工作。通过井下机械液压部分的协调工作，最终完成取芯的各种动作。
2.2.3 安全保障部分
安全保障部分主要是通过对取芯器设置防粘卡、解卡的自救技术措施，来达到取芯器在井下安全作业的目标。如：在机械节外壳上设置防粘卡槽、在芯筒上端设计安全机构来防止岩芯倒出等，为井壁取芯技术的顺利实施奠定了基础。
3 旋转式井壁取芯技术的发展建议
尽管旋转式井壁取芯方式优点较多，但目前井壁取芯技术并不完善，仍存在诸多弊端。我们需要在保留其原有优点的情况下，采取有效改进措施，使井壁取芯技术向着更高效的方向发展。
3.1 提高旋转式井壁取芯仪的耐高温能力
由于井壁取芯技术特殊工作环境的限制，决定了井壁取芯仪的关键部件必须具有耐高温、高压的能力，这也要求我们必须改进原有技术，提高其耐高温能力，从而提高仪器测试结果的可靠性。如对液压系统中的液压马达部分的改进，需设计出体积足够小，输出轴必须为空心轴等能满足在0～180 ℃的环境下可靠工作的新型高温齿轮液压马达。
3.2 增强旋转式井壁取芯器钻头的性能
金刚石钻头在井壁取芯过程中具有重要作用。目前井壁取芯在技术上仍存在着对复杂多岩地层适应能力较差的现象。因此在实际现场工作中，我们应准备不同类型的地层金刚石钻头，因地制宜。此外，还应注意检查钻头使用前后是否存在坏齿、磨损等情况。建议钻取50～80颗岩芯后应更换一次钻头。总之，通过对井壁取芯仪金刚石钻头的优化，可以大大提高取芯的效率。
3.3 促进全数字井壁取芯控制仪的实现
对井壁取芯技术实现全数字化控制是今后发展的必然趋势。全数字井壁取芯控制仪解决了井下取芯枪卡档和乱档等机械问题，此外它结构简单、操作方便，大大提高了井壁岩芯取样的可靠性和取芯效率。全数字取芯控制仪采用信号调制，实现了电源研究数据传输共用一个通道的数据传输。全面促进全数字井壁取芯控制仪的实现不仅可以节约电缆，而且通过采用抗干扰技术，大大提高了控制仪的可靠性，应用前景十分广泛。
3.4 全面提高工作者技术水平
操作工程师在井壁取芯过程中起着决定性作用，直接制约着取芯工作的顺利进行。随着经济的不断发展，新时期的操作人员必须不断提高自身技术水平。严格遵照取芯标准进行作业流程，执行操作过程中技术要规范，不断总结、不断进步，增进自身业务水平。
4 结束语
本文通过对三种取芯技术的比较，重点介绍了优势明显的旋转式井壁取芯技术。它具有所取岩芯规则、颗粒大、可直接用于岩性、物性和含油性分析等特点。在重点介绍旋转式井壁取芯技术工作原理的基础上，提供了增强其取芯效率的一些建议性措施，以满足新时期对油田勘探开发的需求。
参考文献
[1] 郝桂清，庞希顺，欧阳剑.增强型旋转井壁取芯器技术及应用[J].石油仪器.2011，25 （10）.
[2] 王新杰.旋转式井壁取芯器的设计与机构运动仿真研究[D].哈尔滨工业大学.2006.
[3] 田学信.HH-1型钻进式井壁取心器的研制与推广应用.测井技术2000（04）：307-310.
[4] 高篱，邹振春，王宗和.提高井壁取芯器稳定性的研究[J].承德石油高等专科学校学报.2003，5（3 ） ：44-46.
[5] 田志宾.钻进式井壁取芯仪技术现状及发展建议[J].国外测井技术.2010（05） ：14-16.
[6] 温强.全数字井壁取芯控制仪的样机研制[J].应用科技. 2003，30 （11）：46-49.
作者简介
胡勤浩，1972年出生，江苏石油工程有限公司地质测井处勘探测井中心，技师。
[关键词]井壁取芯；工作原理；建议
中图分类号：TE244 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0262-01
引言
随着市场经济的飞速发展，国家对能源如石油、天然气等的需求逐渐增大。在勘探和开发油气储藏过程中，通常利用岩芯來分析地层岩化学性质、物性及含油性等情况[1]。岩芯的获取有三种方式：钻井取芯、爆炸碰撞式井壁取芯和旋转式井壁取芯。其中旋转式井壁取芯是一种从靠近裸眼井地层中直接获取井壁岩芯的测井技术，它具有对地层破坏小、获取岩芯规则，且获取的岩芯可直接进行岩电实验和含油性分析等优点，应用广泛，备受人们关注[2]。本文主要介绍了旋转式井壁取芯技术的工作原理以及增强其工作效率的改进性建议等。
1 取芯方式
取芯是指为了解地层地质情况，对所钻地层进行岩石取样的过程。通过对所取的岩石样品进行化学成分、渗透率、孔隙度、硬度等分析来确定油气层的开采位置及其储量情况[3]。取芯方式可分为钻井取芯、爆炸撞击式井壁取芯和旋转式井壁取芯三种。
1.1 钻井取芯
指在钻井的过程中利用芯管来获取样品。优点是可对所取岩芯直接进行岩电分析化验。但施工复杂、成本高、易漏取，影响钻井速度和效率。
1.2 爆炸撞击式井壁取芯
指利用火药爆炸产生的能量促使取芯筒撞击进入井壁地层，以此获取岩心的方法。其优点是施工简便、成本较低、可对全井段各地层取芯。但获取的岩芯体积小、不规则、且有污染，不能用于物理分析化验。
1.3 旋转式井壁取芯
指采用液压传动技术，使用金刚石空心钻头垂直钻进井壁来获取岩芯的方法。此方法兼有以上两种取芯方式的优点：取芯施工简便，成本低，所取岩心颗粒大且规则，而且通过该种方式获得的岩芯可直接用于岩石分析。该技术越来越受到人们的青睐。
2 旋转式井壁取芯技术的应用
旋转式井壁取芯由地面系统和井下系统两部分组成，二者通过两个微处理器间的主从应答式载波通讯方式进行连接[4]。首先地面仪器向地下部分发出执行命令，待井下部分仪器接收命令后，由其电子仪器部分将采集到的信息经铠装测井电缆传输到地面，从而实现了人为操控井壁取芯的过程。
2.1 地面系统
井壁取芯仪地面系统主要由高压电源面板、控制面板两部分构成。高压电源面板的作用是为地面控制面板、井下仪器等提高所需电源[5]。井下微机传来的给进马达钻头伽马仪和测量所得结果，传到地面控制系统，地面操作人员对收集到的信息：钻头位置、液压情况、岩芯长度、比例电压表等进行综合处理，以实现对井下取芯情况的掌控。
2.2 井壁取芯仪井下系统
井下系统主要包括三部分：电子线路、机械液压和安全保障部分。
2.2.1 电子线路部分
井下电子线路部分主要分为五块：供电电路、通讯电路、控制电路、采集电路、自然伽马测量电路等[6]。其作用是接收井下各部分传感器的感应信号，并将感应信号与自然伽玛脉冲信号二者进行转换、处理、放大，之后借助电缆传输到地面控制面板，经控制面板转换成相应的测量信号或电压。
2.2.2 机械液压部分
机械液压系统构成：电机，大、小泵系统，平衡装置和液压节外壳等。大泵系统主要由液压泵、电磁换向阀、液压马达三部分构成。启动电机后，大、小泵系统开始工作。大泵系统通过对液压马达的操控来带动空心钻头高速运转，获取岩芯；小泵系统功能较多：操纵推靠臂张开与收回、钻头的“进”“退”、折芯以及将取出的岩芯推入贮芯筒等工作。通过井下机械液压部分的协调工作，最终完成取芯的各种动作。
2.2.3 安全保障部分
安全保障部分主要是通过对取芯器设置防粘卡、解卡的自救技术措施，来达到取芯器在井下安全作业的目标。如：在机械节外壳上设置防粘卡槽、在芯筒上端设计安全机构来防止岩芯倒出等，为井壁取芯技术的顺利实施奠定了基础。
3 旋转式井壁取芯技术的发展建议
尽管旋转式井壁取芯方式优点较多，但目前井壁取芯技术并不完善，仍存在诸多弊端。我们需要在保留其原有优点的情况下，采取有效改进措施，使井壁取芯技术向着更高效的方向发展。
3.1 提高旋转式井壁取芯仪的耐高温能力
由于井壁取芯技术特殊工作环境的限制，决定了井壁取芯仪的关键部件必须具有耐高温、高压的能力，这也要求我们必须改进原有技术，提高其耐高温能力，从而提高仪器测试结果的可靠性。如对液压系统中的液压马达部分的改进，需设计出体积足够小，输出轴必须为空心轴等能满足在0～180 ℃的环境下可靠工作的新型高温齿轮液压马达。
3.2 增强旋转式井壁取芯器钻头的性能
金刚石钻头在井壁取芯过程中具有重要作用。目前井壁取芯在技术上仍存在着对复杂多岩地层适应能力较差的现象。因此在实际现场工作中，我们应准备不同类型的地层金刚石钻头，因地制宜。此外，还应注意检查钻头使用前后是否存在坏齿、磨损等情况。建议钻取50～80颗岩芯后应更换一次钻头。总之，通过对井壁取芯仪金刚石钻头的优化，可以大大提高取芯的效率。
3.3 促进全数字井壁取芯控制仪的实现
对井壁取芯技术实现全数字化控制是今后发展的必然趋势。全数字井壁取芯控制仪解决了井下取芯枪卡档和乱档等机械问题，此外它结构简单、操作方便，大大提高了井壁岩芯取样的可靠性和取芯效率。全数字取芯控制仪采用信号调制，实现了电源研究数据传输共用一个通道的数据传输。全面促进全数字井壁取芯控制仪的实现不仅可以节约电缆，而且通过采用抗干扰技术，大大提高了控制仪的可靠性，应用前景十分广泛。
3.4 全面提高工作者技术水平
操作工程师在井壁取芯过程中起着决定性作用，直接制约着取芯工作的顺利进行。随着经济的不断发展，新时期的操作人员必须不断提高自身技术水平。严格遵照取芯标准进行作业流程，执行操作过程中技术要规范，不断总结、不断进步，增进自身业务水平。
4 结束语
本文通过对三种取芯技术的比较，重点介绍了优势明显的旋转式井壁取芯技术。它具有所取岩芯规则、颗粒大、可直接用于岩性、物性和含油性分析等特点。在重点介绍旋转式井壁取芯技术工作原理的基础上，提供了增强其取芯效率的一些建议性措施，以满足新时期对油田勘探开发的需求。
参考文献
[1] 郝桂清，庞希顺，欧阳剑.增强型旋转井壁取芯器技术及应用[J].石油仪器.2011，25 （10）.
[2] 王新杰.旋转式井壁取芯器的设计与机构运动仿真研究[D].哈尔滨工业大学.2006.
[3] 田学信.HH-1型钻进式井壁取心器的研制与推广应用.测井技术2000（04）：307-310.
[4] 高篱，邹振春，王宗和.提高井壁取芯器稳定性的研究[J].承德石油高等专科学校学报.2003，5（3 ） ：44-46.
[5] 田志宾.钻进式井壁取芯仪技术现状及发展建议[J].国外测井技术.2010（05） ：14-16.
[6] 温强.全数字井壁取芯控制仪的样机研制[J].应用科技. 2003，30 （11）：46-49.
作者简介
胡勤浩，1972年出生，江苏石油工程有限公司地质测井处勘探测井中心，技师。