富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法及取芯夹具与流程

本发明涉及地质勘探技术领域，尤其涉及一种富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法及取芯夹具。

背景技术：

目前国内大多数注水开发油田已经进入高含水阶段，开发方案调整及措施挖潜是油田开发中后期油藏管理的主要任务，针对储层、流体的分析测试尤显重要。标准岩芯柱(标准岩芯柱是指1英寸和1.5英寸直径的岩芯柱)可用于多种地质实验，通常用于孔渗、压汞、五敏、相渗、驱替、应力敏感等多种实验测试，要从采集的岩石原样到标准岩芯柱，就离不开钻机钻芯，而富油疏松砂岩是一类非常特殊的岩性种类，它质地疏松，富含油气，部分开发区油藏的还水洗严重，基本无法保持颗粒间结构，极易剥落散开，看似成形，实则上手即碎，很难剖切和钻取。

目前，疏松砂岩的岩心柱钻取采用不同的钻取工艺，通常分为两种方式：水冷湿钻与气冷干钻，较特殊一点的工艺就是采用冷冻和液氮冷却钻芯的技术，这种技术针对一般的疏松砂岩岩样取芯基本能满足。但是，作为一种很特殊的岩性—富油疏松砂岩并且长期处在开发区油藏水洗严重，采用目前已有的冷冻取芯技术，样品基本无法满足钻芯要求，或者失败的几率非常高，钻取过程中几乎没有成功的可能。

常规的冷冻取芯方法采用的是采样-冷冻保存-钻样-包封这样的技术流程，但是这种流程却对富油疏松砂岩岩样不适用(或者说是不够用)。并且，常规的冷冻取芯方法忽视了岩样中油、气、水的保存，也无法解决在钻芯过程中样品融化与破碎的问题。常规的冷冻取芯方法采集富油疏松砂岩岩样时的具体问题如下：

(1)富油疏松砂岩从命名就知道岩样中油气富集，水滴实验基本不渗水。用零下18摄氏度冷藏保存后，经液氮冷冻4个小时，可以将水分冷冻的非常坚实，但是油气却无法冷冻到冰的强度，所以富油性大大降低了冷冻的效果，降低了整块岩样的坚固性。加之岩样再经过长期水淹，本身胶结差处于疏松状态，这样更加增加了坚固样品的难度。

(2)富油疏松砂岩由于内含的油分以及存留的水分，使的岩样湿度较大，在钻头钻切的过程中，钻下来的岩石碎屑在油水的作用下粘度增大，不易从钻头中吹出来而造成钻头拥堵，拥堵的碎屑增大了钻头与岩芯柱之间的摩擦力，在钻头的高速运转时，这种摩擦力变成了作用于岩芯柱上的扭力，这种扭力的存在使岩芯柱在钻芯过程中非常容易被扭断，造成取芯的失败。

(3)钻头在钻取岩芯柱时高速转动的钻头与岩芯摩擦产生高热，而使岩样中的油水溶解，溶解的油水又使岩样碎屑的粘度变大，更不利于钻切下来的碎屑的剥落而使钻头内外的岩屑造成拥堵，拥堵的岩屑隔绝了钻头上热量的散发，也隔绝了液氮对钻头工作部位的冷却，使摩擦产生的热量无法快速冷却，更作用于岩芯柱上，使岩样内部的油水不断融化，疏松砂岩颗粒之间的支撑力丧失，变软变形，稀泥化现象更加严重，整体破坏了岩样结构，使岩样破碎，无法钻取标准岩芯柱。

(4)岩样在钻芯是要用夹具固定夹紧在钻取架上，这种夹具对岩样的挤压力也是非常大的，这对凝固强度不够的岩样来说也是一种破坏力，再加上钻头高速运转时产生的震动不可避免的作用于岩样上，在这种内外力的夹击下，本身胶结就不紧密的岩样就非常容易被震碎，无法钻出所要求的岩心柱。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法及取芯夹具，以克服现有技术的缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法及取芯夹具，克服现有技术中存在的问题，该方法能够成功钻取富油疏松砂岩标准岩芯柱，满足富油疏松砂岩多种分析测试需求，保证了富油疏松砂岩各类试验数据的完整性与全面性，为高含水阶段油田开发方案调整及措施挖潜提供了有力的保障。

本发明的目的是这样实现的，一种富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法，包括，现场钻取富油疏松砂岩的全直径岩芯，随采随封全直径岩芯后进行冷冻固形；将冷冻后的全直径岩芯低温剖切形成小尺寸岩样，深冻处理小尺寸岩样；固定深冻后的小尺寸岩样，使用钻机钻切小尺寸岩样的外壁形成富油疏松砂岩标准岩芯柱，将富油疏松砂岩标准岩芯柱进行控压包封保存。

在本发明的一较佳实施方式中，所述的富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法，具体包括以下步骤：

步骤a、现场钻取富油疏松砂岩的全直径岩芯，立刻将全直径岩芯用锡箔纸包裹密封，锡箔纸外侧进行脱脂棉布包裹密封，之后将包裹后的全直径岩芯整体蜡封，完成全直径岩芯随采随封；

步骤b、将蜡封后的全直径岩芯快速送入冷柜冷冻固形，冷冻后的全直径岩芯冷藏保存；

步骤c、去除全直径岩芯的外层包封，将冷冻后的全直径岩芯进行液氮低温剖切，形成多个小尺寸岩样，将小尺寸岩样深冻处理；

步骤d、使用取芯夹具固定小尺寸岩样，开动钻机钻切小尺寸岩样的外壁形成富油疏松砂岩标准岩芯柱，钻取时使用液氮冷却；

步骤e、将富油疏松砂岩标准岩芯柱放入轴向两端开口的包封皮中，在富油疏松砂岩标准岩芯柱的轴向两端设置防漏网，使用塑封机向富油疏松砂岩标准岩芯柱加压挤压出空气，包封皮压紧贴合于富油疏松砂岩标准岩芯柱的外壁上。

在本发明的一较佳实施方式中，步骤a中，全直径岩芯包裹脱脂棉布密封后，进行岩样信息标注，标注后整体蜡封全直径岩芯。

在本发明的一较佳实施方式中，步骤b中，冷柜的冷冻温度范围为-24℃～-18℃；冷冻后的全直径岩芯冷藏保存温度为-37℃。

在本发明的一较佳实施方式中，步骤c中，小尺寸岩样的高度尺寸为6cm～10cm的方柱结构，方柱结构的横截面为边长为3cm或4cm的正方形。

在本发明的一较佳实施方式中，步骤c中，小尺寸岩样浸入液氮深冻处理20分钟～40分钟。

在本发明的一较佳实施方式中，步骤d中，钻机的钻头对小尺寸岩样的外壁钻切修圆，钻头钻切同时液氮作用于钻头表面冷却钻头和小尺寸岩样。

在本发明的一较佳实施方式中，步骤e中，用切割机整形富油疏松砂岩标准岩芯柱，测量记录富油疏松砂岩标准岩芯柱的原始数据。

在本发明的一较佳实施方式中，步骤e中，包封皮为铅皮管或热塑管，包封皮的外壁上刻记采样数据；防漏网为不锈钢防漏网，防漏网的目数为80目。

本发明的目的还可以这样实现，一种富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法中使用的取芯夹具，所述取芯夹具包括能固定于钻机的钻头下方的夹具本体，所述夹具本体上设置能插设固定小尺寸岩样的定位槽口。

由上所述，本发明提供的富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法及取芯夹具具有如下有益效果：

本发明的富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法中，对富油疏松砂岩的全直径岩芯随采随封，防止岩样的油、水成分蒸发散逸和岩心破碎，避免对以后的油水分析和取标准芯环节造成不利影响；冷冻后的全直径岩芯低温剖切成小尺寸岩样再进行深冻处理，“化整为零且小块深冻”，岩样冷冻更彻底更坚固，使岩样结构固结的更稳定；钻机钻切小尺寸岩样的外壁形成富油疏松砂岩标准岩芯柱，钻削旋转的力直接作用于小尺寸岩样的外壁，而不会作用于岩芯柱内部，大大减少了岩芯柱本身受到的扭力作用，避免取芯失败，且减少了岩屑堆积，避免产生高热使岩样的油水溶解，避免影响富油疏松砂岩岩样特性的同时提高取芯成功率；本发明的富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法中采用的取芯夹具，插入容置固定方式为小尺寸岩样提供固定稳当的条件，避免了岩样被夹具挤压破碎；本发明的富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法能够成功钻取富油疏松砂岩标准岩芯柱，彻底解决了富油的、水洗严重的疏松砂岩这一类特殊岩样钻取标准岩芯的难题，使后续的各项试验得以顺利进行，突破了老油区水淹层储层、流体不能系统测试评价的瓶颈，满足富油疏松砂岩多种分析测试需求，保证了富油疏松砂岩各类试验数据的完整性与全面性，为高含水阶段油田开发方案调整及措施挖潜而开展的储层、流体系统性实验提供了有力的保障。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明的富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法中钻取富油疏松砂岩标准岩芯柱的状态示意图。

图2：为本发明的富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法中使用的取芯夹具的示意图。

图中：

100、取芯夹具；

1、夹具本体；11、定位槽口；

8、小尺寸岩样；

9、钻头。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

本发明提供一种富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法，包括：现场钻取富油疏松砂岩的全直径岩芯，随采随封全直径岩芯后进行冷冻固形；将冷冻后的全直径岩芯低温剖切形成小尺寸岩样，深冻处理小尺寸岩样；固定深冻后的小尺寸岩样，使用钻机钻切小尺寸岩样的外壁形成富油疏松砂岩标准岩芯柱，将富油疏松砂岩标准岩芯柱进行控压包封保存。

本发明的富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法中，对富油疏松砂岩的全直径岩芯随采随封，防止岩样的油、水成分蒸发散逸和岩心破碎，避免对以后的油水分析和取标准芯环节造成不利影响；冷冻后的全直径岩芯低温剖切成小尺寸岩样再进行深冻处理，“化整为零且小块深冻”，岩样冷冻更彻底更坚固，使岩样结构固结的更稳定；钻机钻切小尺寸岩样的外壁形成富油疏松砂岩标准岩芯柱，钻削旋转的力直接作用于小尺寸岩样的外壁，而不会作用于岩芯柱内部，大大减少了岩芯柱本身受到的扭力作用，避免取芯失败，且减少了岩屑堆积，避免产生高热使岩样的油水溶解，避免影响富油疏松砂岩岩样特性的同时提高取芯成功率；本发明的富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法能够成功钻取富油疏松砂岩标准岩芯柱，彻底解决了富油的、水洗严重的疏松砂岩这一类特殊岩样钻取标准岩芯的难题，使后续的各项试验得以顺利进行，突破了老油区水淹层储层、流体不能系统测试评价的瓶颈，满足富油疏松砂岩多种分析测试需求，保证了富油疏松砂岩各类试验数据的完整性与全面性，为高含水阶段油田开发方案调整及措施挖潜提供了有力的保障。

进一步，本发明的富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法，具体包括以下步骤：

步骤a、现场钻取富油疏松砂岩的全直径岩芯，立刻将全直径岩芯用锡箔纸包裹密封，要求密封整块全直径岩芯，使全直径岩芯与外部彻底隔绝；锡箔纸外侧进行脱脂棉布包裹密封，全直径岩芯的轴向两端用绳子扎紧；之后将包裹后的全直径岩芯整体蜡封，要求将包裹后的全直径岩芯整块浸入蜡中，不能有漏封；完成全直径岩芯随采随封，不能长时间将全直径岩芯暴露在空气中。以上操作可以简称为“全直径岩芯现场三步法包封”。

其中，全直径岩芯包裹脱脂棉布密封后，进行岩样信息标注，标注后整体蜡封全直径岩芯，以便于实验记录。

“全直径岩芯现场三步法包封”实现对富油疏松砂岩的全直径岩芯随采随封，防止岩样的油、水成分蒸发散逸和岩心破碎，避免了对以后的油水分析和取标准芯环节造成不利影响。

步骤b、将蜡封后的全直径岩芯快速送入冷柜冷冻固形，冷冻后的全直径岩芯冷藏保存；

其中，冷柜的冷冻温度范围为-24℃～-18℃(该温度范围可以根据实际需要进行调整)，要求冷柜提前开通预冷30分钟(该预冷时间可以根据实际需要进行调整)，全直径岩芯在冷柜中冷冻的时间为2～4小时；多个全直径岩芯放入冷柜时，要求其按照岩样信息整齐放置于冷柜中。

包封且冷冻后的全直径岩芯应快速运输至冷藏柜中冷藏，冷藏柜的保存温度为-37℃(该温度可以根据实际需要进行调整)，延缓油、水等流体散失、应力释放。

该步骤可以成为“岩芯快速无缝冷链加工”，工艺、运输、时间和温度等各个环节要求更高更细致。

步骤c、将全直径岩芯自冷藏柜中取出，去除全直径岩芯的外层包封，将冷冻后的全直径岩芯进行液氮低温剖切(采用带液氮的岩石切割机进行切割)，形成多个小尺寸岩样(其中，小尺寸是指相对全直径岩芯尺寸较小)，将小尺寸岩样深冻处理；

其中，小尺寸岩样的高度尺寸为6cm～10cm的方柱结构，方柱结构的横截面为边长为3cm或4cm的正方形，各小尺寸岩样做好标记。

小尺寸岩样浸入液氮深冻处理20分钟～40分钟，在本发明的一具体实施例中，浸入液氮中深冻的时间为30分钟。

冷冻后的全直径岩芯低温剖切成小尺寸岩样再进行深冻处理，“化整为零且小块深冻”，岩样冷冻更彻底更坚固，使岩样结构固结的更稳定。

步骤d、如图1所示，使用取芯夹具100固定小尺寸岩样8，开动钻机(现有技术)钻取富油疏松砂岩标准岩芯柱，钻切过程要求钻机递进速度稳定，钻头震动幅度要尽量小，避免外界因素导致岩样破碎；钻取时使用液氮冷却，使钻头摩擦岩样产生的热量很快被冷却，岩芯柱免除了被融化的危险；

其中，钻机的钻头9(现有技术，一般采用1英寸或1.5英寸钻头)对小尺寸岩样的外壁钻切修圆，钻头钻切同时液氮作用于钻头表面冷却钻头和小尺寸岩样，液氮直接作用于钻头表面，使冷却剂直接作用在钻头和岩样上，维持和加强了岩样的冷冻结构，使钻切得到的圆柱形的富油疏松砂岩标准岩芯柱的整体形态得以保留。

钻头直接对小尺寸岩样外壁进行钻切修圆，钻削旋转的力直接作用于小尺寸岩样的外壁，粉碎下来的砂泥碎屑很快散落于钻机操作台底部，给钻头和岩样之间提供了富余的空间，碎屑不会拥堵在钻头内外，避免了泥砂拥堵增大钻头与岩样之间的摩擦扭力，同时也规避了砂泥碎屑拥堵出现的钻头热量不散失现象。

钻机钻切小尺寸岩样的外壁形成富油疏松砂岩标准岩芯柱，钻削旋转的力直接作用于小尺寸岩样的外壁，而不会作用于岩芯柱内部，大大减少了岩芯柱本身受到的扭力作用，避免取芯失败，且减少了岩屑堆积，避免产生高热使岩样的油水溶解，避免影响富油疏松砂岩岩样特性的同时提高取芯成功率。

步骤e、将富油疏松砂岩标准岩芯柱放入轴向两端开口的包封皮中，在富油疏松砂岩标准岩芯柱的轴向两端设置防漏网，使用塑封机向富油疏松砂岩标准岩芯柱加压挤压出空气，包封皮压紧贴合于富油疏松砂岩标准岩芯柱的外壁上。

其中，用切割机(现有技术)整形富油疏松砂岩标准岩芯柱，在切割机上将富油疏松砂岩标准岩芯柱的轴向两端切平，测量记录富油疏松砂岩标准岩芯柱的长度、直径和重量等原始数据，并将原始数据记录于表格中备用。

根据不同的测试项目要求将富油疏松砂岩标准岩芯柱进行包封，其中，包封皮可以为铅皮管或热塑管，在富油疏松砂岩标准岩芯柱的轴向两端设置防漏网，防漏网为不锈钢防漏网，防漏网的目数为80目；塑封机中加压2.4mpa，向富油疏松砂岩标准岩芯柱加压挤压出空气，包封皮与富油疏松砂岩标准岩芯柱的外壁紧密贴合，起到固定富油疏松砂岩标准岩芯柱内颗粒结构的作用，防止疏松的富油疏松砂岩在洗油或测试过程中破碎；在包封皮的外壁上刻记采样数据(可以使用尖头的硬钉刻记)，以备后期实验选样使用。

本发明的富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法能够成功钻取富油疏松砂岩标准岩芯柱，解决了常规冷冻钻芯方法中样品保存、钻机发热融化岩样、震碎样品、岩芯柱疏松破碎等一系列的技术问题，解决了水淹层孔隙结构分析、岩石力学分析、渗流特征分析、驱油效率分析、岩电特征等分析项目受制样技术制约的难题，使疏松砂岩类储层、流体实验系统性的开展成为可能。

本发明提供一种富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法中使用的取芯夹具100，如图2所示，取芯夹具100包括能固定于钻机的钻头9下方的夹具本体1，夹具本体1上设置能插设固定小尺寸岩样的定位槽口11，定位槽口11的尺寸根据要加工的小尺寸岩样进行确定。

如图1所示，在钻切小尺寸岩样形成富油疏松砂岩标准岩芯柱的过程中，将小尺寸岩样插入定位槽口11内，将夹具本体1固定于钻机的操作平台上，要求钻机的钻头9处于小尺寸岩样的正上方，定位不能偏移。取芯夹具100的夹具本体1的高度为2～3mm即可。在本发明的一具体实施例中，夹具本体1的结构尺寸为10cm*8cm*3cm。

小尺寸岩样插入取芯夹具100中固定，避免了现有夹具对岩样的挤压力，避免岩样被压碎。取芯夹具100只要为小尺寸岩样提供固定稳当的条件即可，不需要加大挤压固定的力量，避免了岩样被夹具挤压破碎。

本发明的冷冻取芯方法在富油疏松砂岩标准岩芯柱的钻取技术上是前所未有的创新，富油疏松砂岩富油、水洗严重且岩心疏松，看似成形，实则上手即碎，剖切钻取可行性差，该方法不但在前期取样、冷冻技术上进行了细化，而且对钻取工艺流程进行了改进，采取“化整为零且小块深冻”的方式，并使用创新设计的模具，克服了钻取富油疏松砂岩标准岩芯柱工艺中存在的热量和摩擦力的问题，保证了岩芯柱钻取过程岩样冷冻结构和坚固性不被破坏，解决了富油的、水洗严重的疏松砂岩钻取标准岩芯柱的难题，该方法从采样到钻取操作要求更精准，在工艺、时间、运输和温度等各个环节的把控上要求更高更细致；本发明的富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法适用于国内外所有需要富油、水洗严重的疏松砂岩钻取标准岩芯柱的制样领域，它规避了常规冷冻取芯存在的问题，彻底解决了富油疏松砂岩钻取标准岩芯柱的难题。同时，用增加切割小尺寸岩样的过程和设计的取芯夹具的作用下，低成本的解决了富油疏松砂岩标准岩芯柱的钻取，整个制样过程在国内外也是绝无仅有的，技术方法处于国际领先地位。

由上所述，本发明提供的富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法及取芯夹具具有如下有益效果：

本发明的富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法中，对富油疏松砂岩的全直径岩芯随采随封，防止岩样的油、水成分蒸发散逸和岩心破碎，避免对以后的油水分析和取标准芯环节造成不利影响；冷冻后的全直径岩芯低温剖切成小尺寸岩样再进行深冻处理，“化整为零且小块深冻”，岩样冷冻更彻底更坚固，使岩样结构固结的更稳定；钻机钻切小尺寸岩样的外壁形成富油疏松砂岩标准岩芯柱，钻削旋转的力直接作用于小尺寸岩样的外壁，而不会作用于岩芯柱内部，大大减少了岩芯柱本身受到的扭力作用，避免取芯失败，且减少了岩屑堆积，避免产生高热使岩样的油水溶解，避免影响富油疏松砂岩岩样特性的同时提高取芯成功率；本发明的富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法中采用的取芯夹具，插入插设固定方式为小尺寸岩样提供固定稳当的条件，避免了岩样被夹具挤压破碎；本发明的富油疏松砂岩标准岩芯柱冷冻取芯方法能够成功钻取富油疏松砂岩标准岩芯柱，彻底解决了富油的、水洗严重的疏松砂岩这一类特殊岩样钻取标准岩芯的难题，使后续的各项试验得以顺利进行，突破了老油区水淹层储层、流体不能系统测试评价的瓶颈，满足富油疏松砂岩多种分析测试需求，保证了富油疏松砂岩各类试验数据的完整性与全面性，为高含水阶段油田开发方案调整及措施挖潜而开展的储层、流体系统性实验提供了有力的保障。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。