定向取心技術

鑽取定向岩心的技術稱為定向取心。定向取心技術是能反映岩心在井下原有位置的取心方法。根據定向的岩心，可以了解到地下岩層的傾角、走向，以及了解儲層滲透率在平面上以至在三維空間中變化的方向和規律，這對於制定油田開發方案是極為重要的。

基本介紹

• 中文名：定向取心技術
• 外文名：orientational coring
• 學科：鑽探工程
• 工作內容：鑽取定向岩心
• 主要工具：岩心定向器
• 作用：了解地下岩層的傾角、走向等

介紹

定向取心技術的套用較快的發展在七十年代，為取得定向岩心，首先要給岩心定向。最早在生產上使用的岩心定向方法是機械法，這種方法是利用工具和儀表對岩心實行定向。其中有代表性的岩心定向器有歐洲的Craelius岩心定向裝置、美國的Odsers定向器、Christensen岩心定向鑽具、前蘇聯的K-5岩心定向器等，而我國則有YD-56定向器和KD-1刻痕定向器。機械法岩心定向近十幾年來已發展成為標準方法，在地質勘探中得到廣泛的套用。定向取心技術經過幾十年的發展，定向取心套用範圍在不斷增加，對取得的定向岩心進行分析可以獲取以下一些特定的地質資料：(1)地層走向、傾角； (2)地層沉積方向； (3)地層的滲透率方向性； (4)流體的運移方向； (5)井斜角； (6)井眼方位； (7)地應力方向； (8)裂縫走向； (9)地層各向異性。

技術內容

定向取心工具研製是為滿足定向取心要求而進行的，為此，必須首先了解定向取心技術的整個過程，才能針對此研製出適宜的取心工具。從定向取心的原理分析，岩心定向取心技術包括五個方面內容:

(1) 岩心標記。 取心鑽進時，由鑽頭喉部處固定在岩心爪座上的刻痕刀在岩心柱尚未改變原始方位時刻下標記槽。

(2) 測量記錄主標記定向數據。 取心鑽進過程中，多點測斜儀的工作面與主刻痕刀的方位必須保持固定。通過預先設定測斜儀的工作間隔時間，每隔一定時間，多點測斜儀就可測量並記錄一個數據，此數據對應著刻痕刀與正在刻痕處岩心的真實方位，並以此作為復位必需的依據。

(3) 測量井斜與井斜方位。 在多點測斜儀測量並記錄標記方位同時測量並記錄著該井深位置的井斜角、井斜方位角。

(4) 取出帶定向標記的岩心。 為防止或減少岩心在形成過程中被折斷和扭位，採用了內筒不轉動的單動雙取心工具取出定向標記岩心。

(5) 岩心復位。 岩心取出後，對照岩心上的裂縫，根據測量的井斜角、井斜方位及主刻刀方位角，通過岩心產狀解釋儀將岩心上的裂縫恢復到地層中的原始位置，就可直接讀出地層裂縫和岩層層理的產狀要素(傾角、傾向)，或將井斜角、井斜方位及主刀方位角輸入計算機，通過復位軟體解釋得出裂縫的產狀要素，並對照井深記錄裂縫產狀。綜合分析這些數據，就可得到定向取心層段裂縫的分布及發育方向。

據此就可進行定向取心工具的設計並制定出與之適應的定向取心作業程式，使之滿足定向取心的需要；根據定向取心技術原理，建立相應的裂縫產狀解釋模型，以便對取出岩心上裂縫、岩層層理產狀進行復位及數據分析處理。

取心工具結構原理及特點

結構原理

定向取心工具由取心筒和儀器兩大部分組成。其示意圖如下所示。

以250P取心筒為例，在取心內筒下端有三條用於在岩心上刻槽的定向鞋刻刀。在儀器孔下部位置(250P取心筒接球座的位置)接了“母驢蹄”，用於上部的儀器定位，並保證儀器和內筒同步。儀器部分由“公驢蹄”、加長桿、測量儀器(多點測斜儀)和導向葉片組成。加長桿是為了確保多點測斜儀處於無磁鑽鋌的中段，“公驢蹄”用於“母驢蹄”的連線，導向葉片起扶正作用，保證多點測斜儀處於無磁鑽鋌的中間位置，從而保證測量的準確性。

無磁鑽鋌內裝有多點測斜儀，儀器外面的刻線標記與定向鞋的主刻刀必須在一條直線上，在儀器的羅盤上讀出方位，這就是多點測斜儀外面劃線的標記方位，即定向鞋主刻刀的方位。羅盤的上部有一個重錘，由於重力原理，重錘始終是垂直向下的，而儀器外面的刻線標誌(即主刻刀)的位置處於某一方位，該方位是在測量點所處的方位，它被記錄在多點測斜儀的膠片上。根據劃線與井眼的傾角及方位的實測情況，用測量儀就可測量出所鑽地層的構造參數。

定向取心工具結構特點

與自鎖式常規取心工具比較，定向取心工具有以下不同點：
(1)採用自鎖式取心工具配備多點照相測斜儀，該儀器置於無磁鑽鋌之中。
(2)內岩心筒上端通過加長桿與測量儀連線，下端與嵌有三條刻刀的專用內筒鞋連線，保證測斜儀與刻刀同步旋轉。
(3)配備有地面分析岩心的測角儀。

定向取心工具使用要求

(1)定位。定位是指儀器上的劃線標誌和主刻刀的校正。這項工作可在車間或現場進行。有時儀器上的劃線標誌與主刻刀不在一條直線上，那么就要記錄它們之間的夾角，以便對實際所得的數據加以校正。

(2)時鐘同步。多點測斜儀上的定時器與地面的秒表同時啟動，停止轉盤運轉，以保證測量照相時井下儀器相對靜止。
(3)取心時的鑽井參數與常規取心相同。所不同的是，在需要測量時必須停轉盤、停泵，在測量照相機拍照完畢之後，繼續取心。但必須注意的是，由於定時器最大的間隔時間為4min，而相機容納的膠捲有限，因而從下鑽到起鑽的總時間不能超過22h。
(4)起鑽到鑽鋌時，必須用專用的打撈矛將儀器從鑽鋌中提出。

定向取心技術的作用

定向岩心可用來測定岩層層理或裂縫的傾角、傾向及走向(即產狀要素)以及地層的定向滲透率。從而可顯著提高岩心在油氣藏評價方面的利用價值。裂縫和層理結構是儲層各向異性的兩項主要因素。了解準確的層理結構和裂縫發育方向資料，就可充分了解含油氣儲層的特點；層理結構和裂縫發育方向的資料越多。為制定該井及該油田儲層開發方案的地質模型也越好。為滿足地質要求，就有必要研製出能測定儲層裂縫和層理結構的走向、傾角以及岩層的定向滲透率的工具。