浅议一种井壁取心出心装置设计

明晓峰

摘要: 在石油天然气勘探过程中井壁取心是项极为重要的工作程序，而将取心筒中的壁心取出来是项简单的操作。一个螺帽、一根螺杆和一把榔头是常规井壁取心出心操作中用到的常用工具，其操作过程就是敲击和砸碰。但是，随着人身设备安全、工作环境保护和从业人员身心健康的生产作业标准要求，这种简单劳作模式已经暴露出其与现代操作模式的不适应性，必须进行创新改进。鉴于此，本篇文章从井壁取心的操作流程分析，探讨一种井壁取心出心装置的创新设计。

关键词：井壁取心；出心；创新；设计；操作

0引言

在石油天然气勘探施工中，井壁取心是项十分重要的作业内容，在特殊需要的情况下是不可或缺的。井壁取心是指用井壁取心筒按既定的深度位置在已钻开的井壁上取出地下地层岩石岩样的过程，通常是在测井后进行。井壁取心的目的是为了证实地层的岩性、物性、含油性、以及岩性和电性的关系，或者为满足地质方面的特殊需要。由于井壁取心是用取心筒直接将井下岩石取出来，直观性强，方法简便，经济实用，所以，在石油天然气勘探现场被广泛使用。常规井壁取心的取心筒一般有三十多个孔（如36孔），孔内装有炸药，通过电缆接到地面仪器上，在地面控制取心深度并点火、发射。点火后，炸药的横向推力将取心筒强行打入井壁，取心筒被钢丝绳连接在取心筒上，上提取心筒可将岩样从地层中拉出。当井壁取心的样品被提升至地面，这时操作人员便依次取下单个取心筒，对号入座装入准备好的塑料袋中。每取出一个取心筒，都要立即把深度标上，防止把深度搞乱，然后就进入出筒流程，常规的出筒操作就是用工具进行手动砸碰，这是一种“低、老、坏”的操作模式，因为无其他适用工具可用。出筒时要注意不能把岩心弄碎，要尽可能保持其完整性，否则会重取，从而也就造成了重复经济损失。所以，这种常规的出心模式却存在着诸多需要亟待解决的问题。

1 常规井壁取心的出心方式

井壁取心的岩心出筒长期以来一直采用习惯的程序和方法，既将井壁取心筒（俗称‘炮弹’）卸下，准备一颗螺丝帽、一只螺杆和一把榔头，手拿取心筒对准螺丝帽放好，然后一手拿着螺杆扶正，另一只手拿榔头敲击螺杆，直到将取心筒内的岩心敲出为止。然而，这种沿用至今的粗放性的传统出心方法在实际应用中存在诸多问题，如在受到岩心膨胀和松散岩样的影响，在反复敲击的过程中很容易损坏岩心；再者，由于是用手感觉用锤的力度和螺杆的进度，用力过度更容易直接将岩心击碎，同时也会砸碰到手，对操作人员构成伤害。

其操作模式缺点可归结为以下几个方面：

（1）直接用手扶正螺杆会造成榔头的敲击力度不均匀，由此会造成取心筒内的岩心受力不均匀，影响其原始的物性鉴定；

（2）取心筒是从钻井液中取出的，虽然进行了初步表面去污，但仍然存在着钻井液，特别是在取心筒内岩心的上方，用力敲击时会造成钻井液飞溅，如果钻井液中有颗粒物跟同飞溅出来，在没有保护措施的情况下会伤害到操作者的眼睛，同时污染周围的工作环境；

（3）用手扶正螺杆，如螺杆在外力的作用下发生偏离则榔头会直接敲击到操作者的手上，造成手部伤害；

（4）由于支撑取心筒的螺丝帽是根据取心筒的大小随便取用的，将取心筒放置在螺丝帽上在用榔头敲击螺杆的过程中由于没有固定措施所以容易造成取心筒和螺丝帽的孔洞偏离，敲击出的岩心如果碰到螺丝帽的边沿上再次受力则岩心会遭到破坏，损坏了其完整性；

（5）当岩心从取心筒内被敲击到螺丝帽的孔洞内时，从外面是看不到的，这时由于操作者没有及时掌握住敲击而再次敲击则螺杆会直接击碎岩心；

（6）当一颗取心筒内的岩心被敲击落在螺丝帽的孔洞内时，操作者需将螺丝帽拿开然后再放好螺丝帽敲击第二颗取心筒，如此便造成重复劳动，耽误出心时间，而各颗取心筒的岩心是出的越快越好，否则随着时间的延长会造成岩心在取心筒内膨胀而影响出心质量；

(7) 通常情况下，在井壁取心出心时操作者是半蹲着操作的，当把所有岩心（通常有三十多颗）都敲击出来后会造成操作者十分劳累，腰腿部通常感觉最明显，严重影响操作者的身体健康。

所以，为了达到安全、环保和健康的要求，必须对这种简单劳作模式进行创新改进，设计一种井壁取心出心装置。

2 井壁取心出心装置的创新设计

考虑到上述手动出心操作中存在的各种问题，从创新的角度出发设计一种自动化出心装置。该出心装置采用电力驱动，整体外形呈长方体，外壳为优质不锈钢制，由底板、夹板、推杆电机、外罩及电控等组成。

2.1机件构成

（1）底板。底板为长方形，用壁厚2mm钢板折叠而成，底板一侧的三个侧面分别各凿四个丝孔，用于固定外罩。底板可挪移，无需固定，推送操作以底板为作用基面。底板两侧分别设置夹板和推杆电机外罩。

（2）夹板。夹板分两片，两片呈一定内间距垂直焊接在底板上。两片夹板处居中开出料口。卡槽。两片夹板之间设置卡槽，与夹板呈垂向焊接，出料口居中。卡槽上侧居中凿半圆孔，用于手捏推送物操作。

（3）推杆电机。推杆电机坐落在外罩内，推杆电机的连接套伸出外套，连接推杆。在推杆电机的推送作用下，推杆执行定向行程进入出料口将套件中的物件推出。

（4）外罩。推杆电机坐落在外罩中，外罩底缘三个侧面开四个和底板上四个丝孔对应的丝孔，用于和底板固定。① 电机口。推杆电机的延长杆从外罩另一个侧面的电机口伸出，电机口为半圆形；② 固定夹。固定夹夹持推杆电机本体，固定在底板上；③ 控制按钮。在外罩的顶面开设两个孔，分别作为对电机推杆进行前行和后退的控制操作，控制器的控制线路连接到控制按钮上。

（5）电控。控制器控制推杆电机操作，采用U2352B直流负载控制器，控制器引脚功能：1-振荡器；2-控制电压输入；3-直流监控设定点；4-输出，电流开关S2OUT；5-输入，电流开关S2IN；6-接地；7-输出；8-电源电压。

2.2操作程序

在具体操作中，将取心筒放入到夹板的卡槽中，对准推杆中心部位，按动控制按钮，则推杆在电控操作下将岩心顶出。推杆的行程过程为恒速，岩心顶出后，按动控制按钮将推杆复位。以可挪移的底板作为操作平台，整套装置安装摆放便捷，无需特殊作业空间，安全操作系数高。

3结语

创新是一种更新，创新是创造新的东西，创新是改变，创新体现在新颖性和具有价值。创新设计的井壁取心出心装置不但可以适用于井壁取心出心过程操作，同样也可用于其它类似作业施工。

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