劉鐵民，馮永仁，田志賓

（中海油田服務股份有限公司油田技術事業(yè)部，河北燕郊 065201）

井壁取心測井儀作為讀取地層信息最直接的一款測井工具，一直受到甲方的歡迎。井壁取心測井儀經(jīng)歷了從小顆粒取心儀到大顆粒取心儀的轉變，并經(jīng)歷了從液壓取心到電動取心的發(fā)展，但是所有改進目的都是為了獲取指定地層的巖心，為后期地質(zhì)工程師獲取地層信息提供依據(jù)和數(shù)據(jù)保障。在取心完成后，如何得知獲取巖心成功與否，是指導下一步取心作業(yè)的前提。

目前巖心檢測的方法包括接觸開關檢測、聲學探頭檢測以及壓力檢測等方法。開關檢測作為一種既簡單又可靠的檢測方法是大多數(shù)取心儀器使用的檢測方法之一。聲學探頭檢測作為一種新型的檢測手段，目前還僅僅處于理論研究和實驗室測試階段，工程使用還沒有出現(xiàn)。壓力檢測也包含其自身的優(yōu)缺點，當巖心通過檢測點時，通過壓力的變化，可以判斷巖心是否獲取成功及巖心的長度，但由于井下環(huán)境比較復雜，壓力檢測受環(huán)境影響比較大，其可靠性和穩(wěn)定性有待摸索。

電動井壁取心儀器除具有取心功能外也擴充了巖心檢測功能。為實時確定取心儀是否取到巖心，為后期巖心分析、儲層分析提供可靠的依據(jù)[1-4]。

1 結構特點

文中涉及巖心檢測開關機械結構部分采用模塊化設計，結構緊湊，牢固可靠，便于安裝和拆卸；同時與巖心筒直接連接，可以單獨從儀器骨架拆卸下來進行更換、維修、保養(yǎng)，大大簡化了維修保養(yǎng)難度。采用連桿機械機構進行力的放大，把水平力轉化為垂直的壓力，這樣有利于檢測信號的提取，大大增大巖心檢測的可靠性。該檢測裝置為獨立的檢測單元，通過連桿的支撐運動把力轉換分解為垂直向上的力，壓縮彈簧，使接觸開關接觸。在設計時專門考慮了井下取心的多種情況，包括巖心長短影響、巖心直徑影響等因素。

包括用戶管理和權限設置兩種功能。用戶可以管理三種類型的用戶：考生，教師和管理人員(只能由管理員管理，教師沒有這樣的管理權限)。用戶信息可被編輯，批量刪除，查詢等操作，還可以添加一個新的角色給用戶。此外，如果用戶(學生或教師)忘記密碼，管理員可以重置六個數(shù)字用戶密碼。用戶角色分類是考生，教師和管理人員，通過權限設置來設置角色，這取決于使用權限。

采用SPSS15.0統(tǒng)計學軟件對本研究所有數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析，（±s）表示計量資料，采用t檢驗，率（%）表示計數(shù)資料，采用χ2檢驗，差異有明顯統(tǒng)計學意義以P＜0.05表示。

由于井下環(huán)境比較復雜，采用傳統(tǒng)的機械機構和電位開關相配合進行檢測，此方法檢測顯然不能滿足現(xiàn)場需要。一旦某層取心失敗，或者取心不完整，如果在地面不能實時檢測井下取得巖心情況，對后期巖心分析，儲層分析都帶來很多問題，巖心檢測模塊示意圖（見圖1）。

圖1 巖心檢測模塊示意圖

2 工作原理及方法

對于簡易連桿機構來說，運動靈活，不存在死點是首要要求，文中所設計的檢測開關部件經(jīng)過多次的實驗室測試和現(xiàn)場作業(yè)測試，運動比較靈活，彈簧壓力比較合適，滿足使用要求。

該連桿機構開關檢測裝置機械裝配設計比較精細，裝配比較復雜，為了保證在巖心檢測過程中巖心不被破壞，在推心過程中，巖心只能采用點與檢測臂接觸并僅受垂直于巖心軸線的壓力，由于巖心大部分為沉積砂巖抗壓強大部分為30 MPa，在設計過程中只需要保證平行于巖心軸線的外表面僅受摩擦力就能滿足要求，因此機構中壓縮彈簧的設計至關重要?，F(xiàn)對該專用彈簧進行參數(shù)設計。

3 關鍵參數(shù)設計

實時處理，可以實時確定取心儀是否取到巖心，為后期巖心分析、儲層分析提供可靠的依據(jù)。該檢測系統(tǒng)性能可靠，對大顆粒井壁取心儀器的研發(fā)和推廣有十分重要的意義。

電動取心儀已經(jīng)成功完成14 井次的作業(yè)，該5 口井作業(yè)成功率均達到了90%以上，其中4 口井均為100%，這5 井次的作業(yè)成功，可以充分驗證取心儀核心模塊的可靠性。

主要特點：（1）采用專門的定制的接觸開關進行巖心檢測，可以實時指導現(xiàn)場取心作業(yè)；（2）采用連桿機械機構進行力的放大，把水平力轉化為垂直的壓力；（3）機械結構部分采用模塊化設計，結構緊湊，牢固可靠，便于安裝和拆卸。

該巖心檢測裝置，采用機電結合的方式進行檢測。當巖心通過檢測臂時，巖心外表面給檢測臂一個向上的推力，檢測臂推動連桿機構并推動接觸開關10 向上運動，壓縮彈簧使兩個檢測開關組合件接觸導通，通過電路加載5 V 電源，通過檢測點檢測電壓值，以檢測是否獲取巖心成功。當巖心通過檢測裝置以后，被壓縮彈簧回位，組合開關斷開，檢測點檢測電壓為0，通過不斷的循環(huán)檢測，達到檢測巖心的目的。

4 現(xiàn)場應用

根據(jù)巖心與檢測臂之間的摩擦系數(shù)為0.5，假設推心桿推力為F，則檢測臂所受摩擦力f=F；檢測臂所受向上垂直巖心軸線的推力為N=0.5F。為保證連桿機構上下運動靈活，伸縮接頭位于檢測軸檢測臂的中間部位，力臂成倍數(shù)關系。因此檢測軸受到的垂直巖心軸線的推力N1=2×0.5F、設計彈簧工作壓縮5 mm、彈簧總長27 mm，則彈簧剛度K=Gd。因此所需要彈簧參數(shù)為中經(jīng)D=15 mm、線徑d=2 mm、螺距P=3 mm，取彈簧圈數(shù)n=7 圈，則彈簧剛度K=（G×d4）/（8×c3×n）=13.13 N/mm。

在進行花萼濕地公園的人文要素設計時，應該遵循以下幾點原則：（1）著重發(fā)揚文化優(yōu)勢，將著名畫家張大千在個人畫作中所描繪出來的美好景象，有效地在花萼濕地公園景觀中予以體現(xiàn)；（2）充分與CBD相互融合，打造出更多個更能夠體現(xiàn)都市形象的活動項目，最終為當?shù)厥忻窠ㄔO出一個宜家、宜居的公共服務環(huán)境。

4.1 現(xiàn)場實井作業(yè)一

以渤海某平臺某井為例，本口井電動取心儀器共設計巖心19 顆，成功獲取優(yōu)質(zhì)巖心19 顆，收獲率100%，本口井井筒不規(guī)則，如果百分之百獲取巖心樣本，挑戰(zhàn)還是很大的。本口井的成功，不僅可以證明電動取心其優(yōu)越的取心性能，還充分驗證了所設計的巖心檢測功能模塊的可靠性，如果該功能不可靠，或者不能給出正確的判斷，那么將給操作工程師很大的誤導，不能準確的判斷該層位是否獲取巖心，操作工程師必然要對本層位進行再次獲取，這樣會浪費很多作業(yè)時間，增加作業(yè)成本（見表1）。

表1 取心現(xiàn)場記錄表

4.2 現(xiàn)場實井作業(yè)二

本口井井深3 066 m，主要成型目的層為含礫砂巖和花崗巖裂縫巖層，地層巖性復雜，巖性聲波時差范圍110～50 μs/ft，取心難度大，油技自研的電驅(qū)型大直徑井壁取心儀器在311.15 mm 和215.9 mm 井段共獲取巖心29 顆，巖心收獲成功率97%，巖心成型規(guī)整飽滿，得到甲方監(jiān)督的充分肯定。截止目前，電驅(qū)型大直徑井壁取心儀已經(jīng)在渤海區(qū)塊順利完成5 井次的取心作業(yè)，收獲成功率高達96%以上，標志著油技自研的電驅(qū)型大直徑取心儀已經(jīng)真正具備現(xiàn)場作業(yè)能力。該井分為311.15 mm 井眼和215.9 mm 井眼兩個規(guī)格尺寸（見表2、表3），其中311.15 mm 井眼設計17 顆，由于儀器零長不夠，收獲16 顆，最后1 顆靠近井底，無法獲取，215.9 mm 井眼設計巖心13 顆，收獲13 顆，收獲成功率100%，兩層取心巖心包括致密砂巖、含礫砂巖，泥巖以及潛山太古界裂縫花崗巖和純花崗巖巖性，地層巖性復雜，巖性聲波時差范圍110～50 μs/ft，所取巖心規(guī)格齊整，深度準確，符合甲方要求。本口井巖心檢測功能依然表現(xiàn)可靠，檢測巖心準確率100%，有效提供了巖心數(shù)量數(shù)據(jù)，操作根據(jù)該數(shù)據(jù)有效提高了取心效率，節(jié)約了取心成本，可以說巖心檢測模塊是機械旋轉井壁取心儀的核心模塊之一，其性能的好壞對取心影響很大，因此研究取心儀，必須把巖心檢測模塊作為重中之重。

某一負摩擦樁現(xiàn)場試樁工程，地基為淤泥質(zhì)軟黏土，土層厚度達43 m，地下水位埋深為2.5 m。上部土層厚度達22 m，土體的密度為ρ=1.75 g/mm3，土的固結系數(shù)為Cv=9.318×10-6m2/s；下層土體厚21 m，密度為ρ=1.87 g/mm3，固結系數(shù)Cv=5.9832×10-6m2/s。工程采用φ609×11，長50 m的鋼管樁，彈性模量Ep=210 000 MPa。場地土承受100 kPa的均布荷載，堆載的面積為45 m×45 m，堆載的歷時為295 d。

表2 311.15 mm取心現(xiàn)場記錄表

表3 215.9 mm取心現(xiàn)場記錄表

5 結論

帶連桿的巖心檢測開關裝置采用模塊化設計，安裝維修保養(yǎng)方便，體積小所占空間小，檢測可靠性和穩(wěn)定性高，檢測行程短，有效的降低了推心桿的設計難度，所有密封采用成熟密封，工作壓力和溫度范圍較寬。電動井壁取心儀器經(jīng)過了地面和現(xiàn)場多次的取心測試，帶連桿機構的巖心檢測開關裝置通過現(xiàn)場多口井的測試，功能可靠，可以有效保證檢測效果，大大節(jié)約取心時間和成本。與同類相似的檢測裝置比較，性能更加可靠。