探讨手动式井壁取心出心装置的设计

　　【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，而将取心器中的岩心取出来是项简单的操作，一颗螺丝帽、一根螺杆和一把榔头是必备的三样工具。但是，随着安全、环保和健康的工业生产要求，这种简单劳作模式已不再适应新旧动能转换的创新进程。本文探讨的就是如何更加科学高效地出心模式。
　　【关键词】井壁取心；出心；安全；环保；健康
　　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。井壁取心是指用井壁取心器按预定的深度位置在已钻的井壁上取出地层岩样的过程，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要求。由于井壁取心是用取心器直接将井下岩石取出来，直观性强，方法简便，经济使用，因此，在石油天然气勘探现场被广泛使用。井壁取心的取心器一般有三十多个孔（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點火、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器上，上提取心器可将岩样从地层中取出。当井壁取心的样品被提出井口，这时操作人员依次取下单个取心筒，对号装入准备好的塑料袋中。岩心出筒时，每出一颗岩心，立即把深度标上，防止把深度搞乱。出筒时要注意不要把岩心弄碎，尽可能保持完整性，否则会通知炮队重取，从而造成重大经济损失。但是，这种常规的出心模式却存在着诸多方面的问题。
　　一、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一直不变的程序和方法，既将井壁取心器（俗称‘炮弹）卸下，准备一颗螺丝帽、一只螺杆和一把榔头，手拿取心器对准螺丝帽放好，然后一手拿着螺杆扶正，另一只手拿榔头敲击螺杆，直到将取心器内的岩心敲出为止，如图1所示。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。其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，由此会造成取心器内的岩心受力不均匀，影响其原始的物性状态鉴定；
　　（2）取心器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，特别是在取心器内岩心的上方，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）由于垫取心器的螺丝帽是根据取心器的大小随便取用的，将取心器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器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）当岩心从取心器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）当一颗取心器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器，如此便造成重复劳动，耽误出心时间，而各颗取心器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器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样台。
　　二、井壁取心出样台的设计
　　井壁取心出样台设计由以下部件组成：敲心锤、铳杆和手持杆、挡泥罩、固心杯、底盘、滑心道、接心道和三个支撑。
　　敲心锤。敲心锤的锤柄用木质，锤头用铁质，平头圆柱型，锤柄和锤头嵌入高度适中；
　　铳杆和手持杆。铳杆和手持杆为快锁结构，如组合工具，手持杆为长方体形，铳杆为长圆柱实心体，圆心直径依据实际心块直径而定，通过快锁结构和手持杆对接，既根据不同的岩心直径切换铳杆；
　　挡泥罩。挡泥罩为圆形，不锈钢质。挡泥罩的一侧设垂向开口，挡泥罩坐落在底盘的中心；
　　固心杯。固心杯为圆形，不锈钢质，固心杯坐落在挡泥罩的中心；
　　底盘。底盘为圆形，不锈钢质。底盘的中心开孔，直接和滑心道相通；
　　滑心道。滑心道为半圆柱形结构，中空，不锈钢质。滑心道和底盘中心开孔的半圆相接，和底盘呈切角，滑心道的凹道向上；
　　接心道。接心道和滑心道相连，为半圆柱形结构，不锈钢质，凹道向上呈水平角度和滑心道连接；
　　支撑。支撑杆为不锈钢质，三根支撑杆和底盘呈夹角分别焊接在底盘的等角上。支撑的底脚圆形，和地面呈水平角；
　　护罩。当井壁取心出心结束后用护罩将上部进行罩护，防止粉尘污染壳体，护罩为圆形。护罩的顶面设垂向柱面提耳。
　　三、效果分析
　　提耳焊接在护罩居中位置，护罩和底盘分离放置，挡泥罩居中焊接在底盘上，固心杯居中焊接在挡泥罩内，滑心道居中焊接在固心杯下部，接心道和滑心道焊接在一起。操作时操作者和手持杆呈垂直方向，滑心道和操作者呈水平方向。
　　井壁取心出样台设计了固心杯，标准规格的取心器稳固精准地坐落在杯中，不再需要操作者的人为校准；底盘和取心器间有出心孔，出心孔和滑心道相通，避免了岩心被击碎的可能性；挡泥罩的使用避免了钻井液飞溅对操作者可能造成的伤害，挡泥罩上设计了手持杆滑道，确保了手持杆上下运移的垂直性，消除了由于螺杆偏离对操作者可能造成的砸碰伤害；滑心道底部设计了接心道，岩心从滑心道进入接心道，方便操作者接取。
　　四、结论
　　创新设计的井壁取心出样台在现场应用中能够充分消除其上述多种不利因素，提高了井壁取心器的出心效率和完整率，确保了施工作业人员的人身安全和环境卫生要求，保障了施工作业的经济效益，创造于科学、安全和规范化的生产作业程序。这种井壁取心出样台在现场井壁取心的出心过程中效果明显，同时，极大地降低了操作人员的劳作强度。