基于Triz方法提高松散岩心样品制备成功率

◇中国石油辽河油田分公司勘探开发研究院 唐洁云

辽河油田稠油储层多为松散岩心，该类岩心由于自身胶结较弱按照常规的岩心加工处理方法，难以制备满足岩心分析测试所需的成型样品，样品制备成功率低，继而无法获得相关岩心分析测试数据。本次研究利用Triz工具因果链分析当前系统存在三个方面的问题，研究关键问题，确定当前系统最终理想解。应用九屏图、小人儿法等多种TRIZ方法寻找技术方案，最终制定松散样品制备新流程，提高松散岩心样品制备的成功率，继而解决问题。

松散岩心是指那些从弱胶结和未胶结的地层中获取的岩心，一般是指岩石不成形、胶结弱或岩石裂缝非常发育的岩心。按照常规的岩心加工处理方法，难以制备满足岩心分析测试所需的成型样品，继而无法获得多种岩心分析测试数据，无法为油藏储量评价、开发和产能建设方案提供数据支持。稠油油藏开发对辽河油田有着特别重要的意义。随着油田勘探开发工作的深入，需要对稠油油藏进行更深入的研究，需要获得稠油油藏岩心的实验分析资料。而稠油油藏岩心大部分是疏松或未胶结的松散岩心。钻井取心到地面上如果不经过特殊的工艺处理，很容易成为一团散砂，无法进行岩心的各种分析测试[1]。另外，随着有油田开发进入到中后期，储层的岩性越来越多样和非常规，泥页岩、薄互层碳酸盐等储层也成为研究人员的攻关目标，然而由于该类储层岩心松散易碎，因此样品钻取的成功率较低，无法满足常规测试的需求。因此，当下针对松散、易碎岩心，建立一套从岩心固结加工到样品制备的松散岩心前处理技术至关重要。本次研究利用Triz工具因果链分析当前系统的不足，确定当前系统最终理想解[2-4]。应用九屏图、小人儿法等寻找技术方案，最终制定松散样品制备新流程，解决问题。

1 问题分析

对于当下的岩心钻取制样系统进行了详细的因果链分析，基于因果链分析的结果，造成松散岩心样品制备成功率低主要包括3个方面的原因：①钻样前：由于岩心无支撑，在钻头扭动、钻井液冲刷等影响下都会造成取芯现场样品就松散；另外在保存运输过程中，由于该类岩心内部胶结弱，外部又没有有效的支撑，在震动作用在松散，或者自身发生脱水干裂；②钻样时：不同的钻头类型，不同的钻样速度会不同程度的对岩心造成震动影响，致使岩心钻取不成形；③钻样后：由于内部胶结弱、外部无支撑，在洗油后会发生不同程度的碎裂。

通过最终理想解分析（表1），方案方向应该是在在取芯时支撑松散岩心，合理运输保存，创建适合松散岩心的钻样方式，建立合理的后期处置方案。

表1 最终理想解示意表

2 运用TRIZ方法解决问题

2.1 钻样前：取样、运输

针对取样和运输中岩心破碎的问题，本文基于结合因果链分析的结果，提出了相关的技术方案：方案1：运用预先防范原理，松散岩心钻井取心时，在取心筒内装置取心内筒及衬管，以保护岩心在钻井取心过程中受到扭动和钻井液的冲刷。方案2：为了便于运输，将衬筒切割成30cm长，两端用盖帽密封。方案3：岩心出筒后用蜡封法，固结岩心，便于运输。方案4：岩心出筒后运用包裹法，用棉布包裹岩心。方案5：岩心出筒后运用薄膜法，用保鲜膜包裹岩心。方案6：用玻璃钢套管包裹岩心，固结岩心，便于运输。方案7：用泡沫胶将岩心与岩心关固定在一起。方案8：将固结处理后的岩心放入低温冰箱中，冷冻运输。

2.2 钻样时：岩心钻样系统

通过岩心系统的资源分析和功能分析（图1），提出了相对应的技术方案：方案9：将冰箱中取出的岩心在冷冻状态下迅速钻样；方案10：降低钻样速度，降低碎屑砂质堵塞钻样筒的概率；方案11：取消冲刷装置；方案12：考虑碎屑砂质收集筒，将碎屑砂质单独引流；方案13：改进样品夹持器，增强岩心的抗钻强度；方案14：加快钻样速度，减少碎屑砂质的产生；方案15：额外增加冷冻系统；方案16：取消水润滑，减少冲刷；方案17：增加新的润滑剂，防止堵塞钻样筒；方案18：加装自动钻样装置，减少人为影响。

图1 岩心钻样系统

应用小人儿法分析，提出方案19：样品钻取时用液氮作润滑剂和冷却剂，这样不仅能够保证松散岩心样品的成型率，同时能保证岩心中所有的轻质油、有机质等重要物质不被破坏。

分析岩心钻样系统的技术矛盾：如果提高钻样速度，那么提高了钻样效率，就不容易堵塞钻桶筒，但是岩心容易破碎；如果降低钻样速度，那么岩心稳定性强，不容易破碎，但是效率降低，容易堵塞钻筒；这样改善参数为生产率，恶化参数为机构的稳定性，依据阿奇舒勒矛盾矩阵表参考创新原理为：状态和参数变化、惰性（真空）环境、变害为益、局部特征原理，因而本文提出了方案20：增加碎屑砂质粉碎器，防止堵塞钻样筒；方案21：增加线切割钻头形态，摒除了碎屑砂质的影响。

整个系统的存在物理矛盾是：钻样机应该提高钻样速度，以满足效率高，不堵塞钻样筒要求；钻样机应该降低钻样速度以满足岩心稳定性强要求。依据条件分离原理，提出方案22：岩心根据出碎屑砂质强度的不同进行分类；方案23：运行双钻头模式，碎屑砂质强度大的岩心使用线切割钻头；碎屑强度小的岩心使用普通筒钻头。

2.3 钻样后：保存处置

由于松散岩心自身胶结弱，因此要达到钻样后松散岩心不散开的目的，需要在岩心外加上固结支撑，这一措施对包封材料相符性要求较高，既要求包封材料具有一定的延展性，同时包封材料不可与岩样发生化学反应，从而影响后续的试验检测。在这些条件的限制下，本文针对相关材料提出了众多方案（表2）。

表2 包封材料方案评价结果表

包封材guan料种类多，属性差异大，本文考虑采用多种材料结合方式，提出方案30：SCT（S：热塑性聚四氟乙烯管，C：聚四氟乙烯带，T：筛网）包封固结松散岩心技术，实现松散岩心人工固结，可以最大限度地保持岩心的原始结构和孔隙几何状态。同时在柱样两端安装筛网，不影响后期处理。

3 方案整理及成果应用

依据现场实施情况以及经济方面的考虑，最终选择了以下方案：方案1：运用预先防范原理，松散岩心钻井取心时，在取心筒内装置取心内筒及衬管，以保护岩心在钻井取心过程中受到扭动和钻井液的冲刷。方案2：为了便于运输，将衬筒切割成30cm长，两端用盖帽密封。方案6：用玻璃钢套管包裹岩心，固结岩心，便于运输。方案8：将固结处理后的岩心放入低温冰箱中，冷冻运输。方案15：额外增加冷冻系统；方案16，方案17：取消水润滑，减少冲刷；方案19：样品钻取时用液氮作润滑剂和冷却剂。方案21：增加线切割钻头形态，摒除了碎屑砂质的影响。方案23：运行双钻头模式，碎屑砂质强度大的岩心使用线切割钻头；碎屑强度小的岩心使用普通筒钻头。方案30：SCT（S：热塑性聚四氟乙烯管，C：聚四氟乙烯带，T：筛网）包封固结松散岩心技术，实现松散岩心人工固结。

在新方案的实施下，形成了松散样品制备新流程，将该流程应用于S352、L88-59-85井取样中，钻取成功率由30%提高到了75%。获得了较好的应用成效。