《石油勘探钻井取心技术》课件

石油勘探钻井取心技术石油勘探钻井取心技术是油气资源勘探开发过程中至关重要的环节，通过从地下深处获取原始岩石样本，为油气藏评价与开发决策提供直接的物理证据本课程将系统介绍石油勘探钻井取心的基本原理、工具设备、操作流程以及最新技术发展，帮助学习者全面掌握取心技术的理论基础与实践应用，提升油气勘探效率与准确性从传统常规取心到现代智能化取心技术，我们将深入探讨各类取心方法的优缺点、适用条件及创新发展，为石油工程领域的技术人员提供系统的专业知识课程概述钻井取心的重要性和基本原理取心技术是油气勘探开发的关键技术，通过特殊钻井工具从地下获取实际岩石样本钻井取心为地质评价和储层分析提供最直接的物理证据，是其他间接测量方法无法替代的重要手段取心技术在油气勘探中的应用探讨取心技术在不同勘探阶段和各类油气藏中的具体应用场景从勘探初期的地质认识到开发中期的储层评价，取心技术在整个油气田生命周期中发挥着关键作用各类取心工具和方法优缺点分析详细介绍常规取心、压力取心、侧壁取心等不同取心方法的技术特点、适用条件以及各自的优势与局限性，帮助学习者了解如何选择最适合的取心技术现代取心技术的发展与创新探索智能取心、数字化取心等前沿技术的发展现状和未来趋势，介绍新材料、新工艺在取心技术中的创新应用，展望取心技术的发展前景取心技术的历史发展1早期探索阶段1908年，荷兰工程师设计制造了世界上首个取心工具，标志着取心技术的正式诞生这一时期的取心设备结构简单，功能有限，主要用于浅层地质调查2基础发展阶段1921年，美国工程师H.E.Elliot引入首个实用有效的取心装置，大大提高了取心效率和样品质量二十世纪中期，随着石油工业的快速发展，取心技术开始系统化、标准化3技术成熟阶段二十世纪后期，压力取心、侧壁取心等特殊取心技术相继出现，取心工具从简单到复杂，功能不断完善金刚石取心钻头的应用显著提高了取心效率和岩心质量4现代创新阶段进入二十一世纪，智能化、数字化取心技术快速发展，实时监测、远程控制等新技术广泛应用非常规油气藏取心、超深井取心等特殊技术取得重大突破取心技术的意义提供直接物理证据获取地下原始岩石样本降低勘探不确定性为决策提供可靠依据揭示储层特性获取井测无法得到的信息支持储量评估准确预测产能和经济效益取心技术是油气勘探开发中获取地下直接信息的唯一手段，通过分析岩心可以精确评价储层特性，确定油气藏边界和展布规律与地震、测井等间接方法相比，岩心提供的是实际的物理样本，准确性和可靠性更高岩心数据可以校准其他测量结果，提高整体勘探评价的准确性例如，通过岩心分析获得的孔隙度、渗透率等参数，可以建立更准确的储层模型，为油气田开发方案设计提供科学依据，最终降低勘探开发风险，提高经济效益取心目的与应用领域确定储层特性和地质构造通过岩心可以直接观察地层的岩性、构造特征和沉积环境，识别储层和非储层，确定油气藏的空间分布边界岩心还提供了地层的层序关系，有助于建立精确的地质模型测定关键物理参数岩心是测定孔隙度、渗透率和流体饱和度等关键参数的基础这些参数对于评估储层质量、计算储量和预测产能至关重要特别是在非均质性强的复杂储层，岩心分析是获取准确参数的唯一途径校准测井数据岩心分析结果可以校准和验证测井解释结果，建立测井响应与岩石物理性质之间的关系，提高测井评价的准确性和可靠性这种校准对于复杂油气藏尤为重要指导开发决策岩心分析结果直接指导完井方案设计、开发井位部署和采收率提高技术选择例如，通过岩心可以确定最优射孔层位，评估酸化压裂效果，优化开发方案取心基础理论岩心与地层原始状态的关系岩心从地下环境取出后，会经历压力释放、温度变化等过程，导致物理性质发生改变理解这些变化对于准确还原地层原始状态至关重要岩心膨胀系数、孔隙度变化率等参数可帮助校正这些变化取心过程中的物理化学变化取心过程中，钻井液侵入、机械冲击、压力变化等因素会影响岩心质量这些变化包括流体饱和度改变、矿物结构损伤、微裂缝扩展等理解这些变化机制有助于采取针对性的保护措施保真采样的科学原理保真取心需考虑地层压力维持、温度控制、污染防护等因素压力取心技术基于密封隔离原理，维持地层压力状态；冷冻取心利用温度相变原理固定松散样品；特殊保护液应用化学稳定原理防止岩心蜕变岩心分析与油藏工程的关联性岩心分析结果与油藏工程模型之间存在严格的理论关联毛细管力、相对渗透率等微观参数通过尺度转换理论应用于宏观油藏模拟；岩心流动实验结果基于相似理论推广到实际储层流动预测常规取心技术概述基本原理技术特点常规取心技术是油气勘探中最基础、应用最广泛的取心方法其常规取心技术具有操作相对简单、适应性强、获取岩心连续完整核心原理是利用特殊设计的取心钻头和取心筒，在钻进过程中将等优点它能够在大多数地层条件下应用，是油气勘探评价阶段地层岩石切割成圆柱状岩心并保存在内筒中，随后提升至地面进的标准作业行分析研究然而，常规取心也面临一些技术挑战，如松散地层岩心易破碎、常规取心过程中，钻头底部具有环形切削结构，将岩石切成环深层高压地层取心难度大、非均质地层岩心质量不稳定等问题形，使岩心能够进入内筒钻进深度通常为3-9米，取出后的岩针对这些挑战，工程师们不断改进工具设计和操作工艺心直径一般为

6.35-

10.16厘米常规取心工具结构外取心筒外取心筒是整个取心系统的外部保护结构，通常由合金钢制成，具有足够的强度和刚性它直接与钻柱连接，承担传递钻压和扭矩的功能，同时保护内部的岩心筒外筒底部与取心钻头相连，上部设有稳定器和控制机构内取心筒内取心筒是存放岩心的容器，通常采用轻质合金材料制造，内壁光滑，减小岩心进入阻力内筒与外筒之间形成环形空间，供钻井液循环现代内筒常采用透明材料或配有观察窗，方便观察岩心状态取心钻头取心钻头是切削岩石形成岩心的关键部件，根据地层特性有不同材质和结构设计常见类型包括金刚石取心钻头、PDC取心钻头和硬质合金取心钻头钻头内部设有水眼，用于钻井液循环冷却和携带岩屑岩心阻断器岩心阻断器安装在内筒底部，是防止岩心下滑和脱落的关键装置常见类型有弹簧夹持式、钢球卡阻式和液压活塞式等优质的阻断器能有效提高岩心回收率，特别是在破碎和松散地层中常规取心操作流程下钻作业钻前准备将取心工具下入井中至目标深度准备取心工具并检查各部件完好性取心钻进控制钻压和转速进行取心钻进岩心处理起钻回收岩心提取、清洗、标记和封存将含有岩心的取心筒提回地面取心前的准备工作包括确定取心层位、选择合适的取心工具和参数设定根据地层特性选择适合的取心钻头和钻井液系统，并制定详细的取心计划，包括钻进速度、钻压和转速等关键参数取心钻进过程需精细控制参数，避免过高的钻压和转速导致岩心破碎钻进速度通常控制在2-5米/小时，实时监测钻井液返出情况，确保岩心质量岩心回收后需立即进行处理和保存，防止风化和污染，确保后续分析的准确性常规取心技术的优势与局限技术优势技术局限•获取连续完整的岩心样本，直径大，代表性好•取心作业耗时长，成本高，影响钻井进度•岩心长度可达3-9米，能够反映垂向地层变化•在松散、破碎地层中岩心回收率低•适用范围广，几乎适用于各种地层类型•高温高压条件下操作难度大，安全风险增加•技术成熟，操作规范标准化，成功率高•钻井液侵入可能污染岩心，影响分析结果•岩心质量高，可进行全面详细的实验分析•岩心离开原始环境后性质改变，需要校正常规取心技术虽然存在一定局限性，但仍是油气勘探中不可替代的基础技术针对其局限性，业界不断开发改进方案，如采用特殊钻井液减少侵入污染，使用改进的岩心阻断器提高回收率，以及开发专用取心工具应对特殊地层条件压力取心技术压力取心技术原理压力维持机制设计压力取心技术是一种能够保持岩心处于原始地层压力状态的特殊取心方法其现代压力取心工具通常采用闭锁式阀门、液压密封或机械密封系统当岩心完核心原理是在岩心进入内筒后，通过密封机构迅速封闭岩心筒，防止压力释全进入内筒后，感应装置触发密封机构，同时切断岩心与井底连接，形成一个放，从而保持岩心中流体的原始分布状态和物理性质封闭的高压环境，保持接近地层原始压力状态保持地层压力的重要性高温高压条件下的技术挑战保持地层压力对于准确评估油气藏至关重要地层流体在压力释放过程中会发在深层高温高压环境下进行压力取心面临严峻挑战密封材料需要同时耐高温生相态变化，导致气体从液体中析出，改变流体分布和饱和度，影响储层评价和高压；机械部件需要在极端条件下可靠工作；安全风险增加，需要特殊的防结果压力取心能够避免这些问题，提供更精确的数据护措施和操作程序压力取心工具结构压力密封系统实现岩心筒快速密封压力控制机构监测和维持内筒压力岩心切断装置分离岩心与井底地层安全保护系统防止压力意外释放压力取心工具的核心是其复杂的压力密封系统，通常由多重密封结构组成，确保在极端条件下仍能可靠工作现代设计通常采用金属对金属密封与弹性体密封相结合的方式，在保持高密封性能的同时，提供足够的安全冗余压力控制机构负责监测和调节内筒压力，包括压力传感器、控制阀和补偿装置等岩心切断装置通常采用机械剪切或液压推动的切刀结构，能够快速干净地切断岩心安全保护系统则设计了多重机械和液压安全装置，防止在操作过程中意外释放高压压力取心操作流程设备检测全面检查密封系统和机械装置下入井中小心下放防止密封系统损坏钻进取心精细控制钻进参数压力封闭触发密封系统锁定岩心筒安全回收控制起钻速度减少震动压力取心作业要求严格的准备工作，包括工具组装、密封系统测试和应急预案制定与常规取心相比，压力取心钻进过程更需要精确控制钻井参数，通常采用较低的钻进速度（1-3米/小时）和更稳定的钻压，以保证岩心质量并避免密封系统提前触发当岩心进入内筒达到预定长度后，触发密封机构，此过程通常在几秒钟内完成随后小心起钻，减少震动和冲击岩心到达地面后，需要在专门的压力维持设备中进行转移和处理，整个流程必须确保压力不会意外释放，这需要专业团队和严格的安全程序压力取心的应用价值25%储量评估精度提升与常规取心相比，压力取心可显著提高储量计算精度90%原始流体饱和度保持保持接近地层中的真实流体分布状态40%页岩气含量测定准确度提高在非常规资源评价中的显著优势倍2-5投资回报提升虽成本高但可显著降低勘探风险压力取心技术在深层高压气藏、凝析气藏和非常规油气藏评价中具有不可替代的价值在这些复杂油气藏中，流体性质和分布对储量计算和开发方案设计至关重要，而常规取心无法保持这些关键信息以某南海深水气田为例，通过压力取心获得的原始气水分布数据，修正了之前基于常规取心的储量评估结果，储量估算值提高了22%，大幅提升了项目经济性在页岩气评价中，压力取心测定的气体含量比常规方法高出30-50%，更准确地反映了实际资源潜力侧壁取心技术侧壁取心的应用场景钻击式与旋转式侧壁取心对比侧壁取心技术是一种在已钻完的井中，通过测井电缆将取心工具钻击式侧壁取心是传统方法，通过火药爆炸驱动的弹体击入井壁下入井中，在井壁特定位置取出小型岩心样品的技术它主要应获取样品其优点是操作简单、可一次性获取多个样品，但样品用于以下场景补充常规取心未覆盖的层位；对测井发现的潜在体积小（约2cm×1cm），且常有破碎和污染问题油气层进行确认；在老井中获取新的地层信息；降低取心成本旋转式侧壁取心是近年发展的新技术，采用微型电动马达驱动钻等头旋转切削井壁其优点是样品体积大（直径约

2.5cm，长度可侧壁取心对于优化开发方案、评估薄储层和夹层、确认气油水界达5cm），质量高，结构完整，适合进行更全面的实验分析，但面位置具有重要价值由于其操作灵活、成本相对较低，在勘探设备复杂，一次只能取一个样品，操作时间长和开发阶段均有广泛应用侧壁取心工具系统钻击式侧壁取心工具钻击式侧壁取心工具主要由地面控制系统、电缆传输系统、取心枪体、火药弹仓和弹体组成每个取心枪通常装有15-30个弹体，可在一次作业中获取多个样品弹体一般为空心圆柱体，内部设有倒刺结构，用于固定和回收岩样旋转式侧壁取心装置旋转式侧壁取心工具由电力驱动系统、钻进控制装置、微型马达、取心钻头和伸缩臂组成通过液压系统将钻头压向井壁，同时旋转切削岩石钻头通常采用金刚石或PDC材质，内部设有岩心接收筒和回收机构工具还配备有方位控制系统，可精确定位取心点地面控制系统地面控制系统包括电源供应单元、控制计算机和监测显示设备现代侧壁取心系统通常与测井系统集成，可根据实时测井数据选择最佳取心位置控制系统能够监测取心过程中的各项参数，如钻进深度、钻压、转速等，并记录取心点的精确位置现代侧壁取心技术创新最新一代侧壁取心工具结合了微电子技术和微机械加工技术，实现了更高精度的取心操作一些先进系统配备了微型摄像系统，可在取心前观察井壁情况；还有压力保持式侧壁取心工具，能够在保持原始压力状态下获取样品，为非常规油气藏评价提供了新手段侧壁取心操作流程取心点选择分析测井曲线和地质资料，确定关键层位选择具有代表性的位置，优先考虑潜在储层段、特殊岩性段和流体界面附近在目标层段内通常选择多个取心点，以获得更全面的信息工具准备检查取心工具各部件状态，包括弹体（钻击式）或钻头（旋转式）校准深度测量系统，确保取心位置准确钻击式工具需下放工具装填弹体和火药，旋转式工具则需检查马达和液压系统通过电缆将工具下入井中，控制下放速度，避免工具碰撞井壁持续监测深度和工具方位，确保到达预定取心位置到达取心作业目标深度后，激活工具的定位系统，使其紧贴井壁钻击式工具通过地面控制系统触发火药，驱动弹体射入井壁；旋转式工具则启动马达，使钻头旋转切削井壁岩石在取心过样品回收程中，持续监测工作参数，确保操作正常进行取心完成后，回收工具至地面，从弹体或内筒中小心取出岩心样品对每个样品进行编号、标记深度和方位信息检查样品质量，记录回收情况，准备进行后续分析侧壁取心技术的优缺点特殊取心技术橡胶套管取心技术导向取心技术冻结取心技术专为松散、脆弱地层设计的取结合定向钻井和取心技术，能通过在井下使用低温介质（如心技术，通过在内筒内壁使用够在特定方向和倾角获取岩心液氮）快速冷冻岩石，使松散可伸缩橡胶套管，减小岩心与的先进技术适用于研究地层或未固结地层暂时固化，从而内壁的摩擦，同时提供支撑的各向异性、评价天然裂缝系实现完整取心该技术特别适力，防止岩心破碎和变形该统，以及在特殊构造位置取用于砂层、粘土层等常规方法技术在砂岩、粉砂岩等易碎地心该技术需要精确的井下导难以取心的软弱地层，保持了层取心中表现优异向和方位控制系统地层的原始结构特征连续取心技术使用特殊工具系统，能够在不起钻的情况下连续获取长段岩心的创新技术通过线缆系统将岩心回收至地面，同时继续钻进取下一段岩心，大幅提高取心效率，减少钻井时间适用于需要大量连续岩心数据的地质研究橡胶套管取心技术松散地层取心的技术挑战传统取心在软弱地层中的困难橡胶套管取心的工作原理可伸缩套管提供支撑保护岩心工具结构与操作特点特殊内筒设计与压差驱动机制适用条件与效果分析在松散砂岩中的显著效果橡胶套管取心技术是解决松散地层取心困难的有效方案传统取心方法在松散砂岩、粉砂岩等地层中常面临岩心破碎、变形甚至完全流失的问题，导致回收率低，样品质量差橡胶套管取心通过在内筒内设置可伸缩的弹性橡胶套管，当岩心进入内筒时，橡胶套受压差作用向内收缩，紧贴岩心表面，提供均匀支撑力该技术的核心是特殊设计的压差驱动机制，通过钻井液循环系统产生的压差，控制橡胶套的伸缩状态研究表明，使用橡胶套管取心技术在松散砂岩中的岩心回收率可从传统的30-50%提高到80-95%，大幅改善了样品质量，为松散储层评价提供了可靠的物理样本导向取心技术技术原理导向取心技术是将定向钻井技术与取心技术相结合的先进方法，能够在预定方向和倾角获取定向岩心样本其核心原理是利用导向钻具组合控制钻头方位，通过测量随钻系统实时监测钻进轨迹，精确引导取心钻头到达目标位置和角度设备系统组成导向取心系统主要由动力钻具（涡轮钻具或螺杆钻具）、导向装置、方位测量系统、取心钻头和特殊设计的取心筒组成系统需要高精度的地面控制装置和数据传输系统，确保导向和取心过程的精确控制复杂构造应用在断层、不整合面等复杂地质构造中，传统垂直取心难以获取关键信息导向取心技术可沿特定方向获取岩心，直接采样断层面、裂缝带或特殊岩性变化区域，为构造解释和储层评价提供直接证据技术限制与解决方案导向取心面临取心方向控制精度、工具复杂性和成本高等挑战现代解决方案包括开发一体化随钻测量系统，优化钻具组合设计，以及采用先进材料减轻工具重量，提高操作灵活性冻结取心技术非固结地层取心的技术难点在砂岩、粘土、松散沉积物等非固结地层取心是石油勘探中的重大挑战这类地层结构松散，强度低，在常规取心过程中易发生变形、流失或重新排列，导致原始结构特征丢失特别是含油砂层，由于流体影响，更难保持完整形态冻结取心工具的设计特点冻结取心工具采用双层结构设计，内层为常规取心筒，外层设有冷冻剂循环系统取心筒头部配有特殊喷嘴，可将低温冷冻剂精确喷射于岩心表面整个系统包括地面控制单元、低温介质供应系统、循环管路和温度监测装置冷冻剂选择与使用方法常用冷冻剂包括液氮（-196℃）、液态二氧化碳（-78℃）和特殊低温制冷液冷冻剂通过高压管路输送至井下，在取心过程中控制喷射时机和流量，实现岩心快速冷冻不同地层条件需选择适合的冷冻剂和冷冻参数应用案例与效果分析在松散油砂储层应用冻结取心技术，岩心回收率从传统的40%提高到90%以上冻结状态下的岩心保持了原始孔隙结构和流体分布，解冻后进行的孔隙度和渗透率测试结果更接近地层真实状况，大幅提高了储层评价的准确性连续取心技术与线缆取心技术原理与设备系统连续取心的效率优势连续取心技术是一种能够在不起钻的情况下持续获取地层岩心的传统取心需要完成一段取心后起钻回收岩心，然后再下钻继续下创新方法其核心是通过内部线缆系统将岩心从井底传送至地一段取心，时间效率低下一次常规取心作业通常需要24-48小面，同时钻头继续向下钻进，实现取心过程的连续性时，而连续取心技术可将这一时间缩短至原来的1/3甚至更少系统由特殊设计的双层钻柱、内部线缆传输装置、取心钻头和地面控制系统组成内层钻柱内有线缆通道，用于传送岩心筒；外连续取心还能提供更完整的地层连续信息，减少传统取心中因起层钻柱负责传递钻进动力取心筒设计为模块化结构，可在井下下钻造成的岩心缺失和接头问题在某深水油田应用案例中，连自动更换续取心技术在720米连续取心作业中节省了8天钻井时间，降低了作业成本约80万美元线缆取心是连续取心的一种特殊形式，采用测井电缆代替机械钻柱传递钻进动力这种方法操作更加灵活，可在已完钻井中实施，特别适用于定向井和水平井中的选择性取心然而，由于电缆承载能力有限，线缆取心的钻进能力和适用深度受到一定限制取心钻头技术取心钻头是整个取心系统的关键组成部分，直接决定了取心效率和岩心质量根据切削结构和材料不同，主要分为金刚石取心钻头、PDC取心钻头和硬质合金取心钻头三大类金刚石钻头适用于硬度大的地层，具有耐磨性好、使用寿命长的特点；PDC钻头切削效率高，适用于中等硬度地层；硬质合金钻头成本低，主要用于软硬相间的地层取心钻头的选择需综合考虑地层岩性、硬度、构造特点和作业环境等因素钻头内径、外径比例设计对岩心质量影响显著，通常内径设计为径向间隙略大于岩心直径，以减小摩擦力；外径设计则需考虑岩屑排出和稳定性要求水力系统设计是确保钻头冷却和岩屑清除的关键，尤其在高温高压环境下更为重要取心钻头的关键技术切削结构设计水力系统优化切削结构是钻头性能的核心，决定钻头的水力系统负责钻头冷却和岩屑清除，直接切削效率、耐磨性和稳定性现代设计采影响钻进效率和岩心质量优化设计包括用计算机模拟优化切削角度和排列方式，水眼数量、位置和角度的科学配置，确保实现最佳切削力分布和岩屑排出金刚石流体均匀分布，避免冲刷岩心现代取心钻头采用镶嵌式或整体浸渍式结构；PDC钻头普遍采用导向喷嘴设计，减小流体对钻头则优化齿形设计和布局，提高切削效岩心的干扰，同时提高岩屑携带能力率新型复合材料应用抗冲击与耐磨技术材料技术创新是提升钻头性能的关键纳在复杂地层条件下，钻头面临严重的冲击米复合金刚石材料大幅提高了耐磨性和韧和磨损挑战先进的抗冲击技术包括采用性；金属陶瓷复合材料改善了热稳定性和弹性减震结构，优化钻头本体刚度分布，抗冲击性能；新型聚晶金刚石复合片以及使用特殊缓冲材料耐磨性提升技术（PDC）切削效率提升30%以上这些新则包括表面硬化处理、耐磨涂层应用和新材料应用极大延长了钻头寿命，提高了复型复合材料开发，延长钻头使用寿命杂地层取心能力岩心分析技术概述岩心采集从地下获取原始岩石样品现场处理封存保护和初步描述记录实验室分析常规和特殊岩心分析数据解释结果评估和模型应用工程应用指导油藏开发决策岩心分析是连接取心作业和油气藏评价的桥梁，通过系统的实验室测试获取储层关键参数岩心分析分为常规分析和特殊分析两大类常规分析主要测定孔隙度、渗透率、含油气饱和度、岩性和矿物组成等基本参数；特殊分析则包括相对渗透率、毛细管压力、岩石力学性质、微观结构等深入研究内容岩心分析流程始于现场岩心处理，包括清洗、脱水、标记和封存实验室分析遵循标准化流程，确保结果的可靠性和可比性数据解释阶段将分析结果与地质背景和测井资料相结合，建立储层评价模型最终分析成果直接应用于储量计算、开发方案设计和采收率提高技术选择等关键决策常规岩心分析方法15-35%孔隙度范围优质砂岩储层的典型孔隙度值

0.1-2D渗透率范围常规油气藏的主要渗透率区间50-80%初始含油饱和度典型油藏的油饱和度水平±2%测量精度标准化实验室分析的精度要求孔隙度测定是最基础的岩心分析项目，常用方法包括氦气法、液体饱和法和水银注入法氦气法利用气体膨胀原理测量孔隙体积，具有准确度高、无污染的优点；液体饱和法通过称重计算孔隙度，操作简单但耗时较长；水银注入法同时可测定孔径分布，但有毒性限制渗透率测量主要采用稳态法和非稳态法稳态法遵循达西定律，通过测量固定压差下的流体流量计算渗透率；非稳态法则利用压力脉冲衰减原理，适用于低渗透岩心流体饱和度分析通常采用蒸馏萃取法和核磁共振法，前者是经典方法，后者则无损且可区分不同流体类型岩石物理特性测定包括密度、电阻率、声波速度等参数测量，为测井解释提供基础参数特殊岩心分析技术相对渗透率测定方法毛细管压力测量技术相对渗透率是多相流动的关键参数，反映不同流体在多相共存条毛细管压力反映了岩石对不同流体的亲和力差异，是评价储层非件下的流动能力常用测定方法包括稳态法和非稳态法稳态法均质性和流体分布的重要参数主要测量方法包括压汞法、离心通过同时注入多种流体，在达到稳定流动状态后测量各相流量和法和半渗透膜法压汞法适用于获取完整毛细管压力曲线，同时压差；非稳态法则基于位移原理，通过一种流体驱替另一种流体提供孔喉分布信息；离心法操作简便，适合常规测试；半渗透膜的过程参数计算相对渗透率法则更接近储层真实条件现代测定技术整合了X射线CT扫描，可实时观察流体分布变化，毛细管压力数据用于确定油水界面高度、计算原始含油饱和度，提高了结果的准确性测定结果直接影响储层驱替效率评估和采以及评估驱替效率和剩余油分布收率预测岩石力学性质分析是评估井壁稳定性和压裂设计的基础，包括弹性模量、泊松比、抗压强度和脆性指数等参数测定测试方法主要有单轴压缩试验、三轴压缩试验和声波测试法等随着非常规油气开发的推进，岩石力学分析在水力压裂设计中的作用日益突出矿物组成与微观结构研究采用X射线衍射、扫描电镜、CT扫描等先进技术，揭示岩石内部结构特征和成分分布这些分析有助于理解储层成因、评估敏感性、预测开发过程中的物理化学变化，为优化开发方案提供微观基础岩心数据集成与应用岩心数据与测井数据的整合岩心数据与测井数据整合是提高储层评价准确性的关键步骤通过深度匹配、交叉验证和统计关联建立岩心-测井转换关系，形成岩石物理模型这种整合利用岩心的高精度和测井的连续性优势，实现点到面的有效推广，为全井段评价提供可靠依据多尺度储层表征技术现代储层表征从纳米、微米到米级实现多尺度分析微观尺度使用电镜、CT等技术分析孔喉结构和矿物分布；中观尺度通过岩心分析获取物理参数；宏观尺度则结合测井和地震数据构建三维模型多尺度分析解决了尺度转换问题，使微观机理与宏观行为建立联系数字岩心技术与应用数字岩心技术是近年发展的前沿方向，通过高分辨率三维成像和数值模拟，在虚拟环境中研究储层特性和流体行为微CT和纳米CT技术可获取微米级孔隙结构；基于这些数据的数值模拟可预测渗透率、电阻率和弹性性质，减少实验测试需求，加速评价过程岩心数据在储量评估中的作用岩心数据是储量计算的基础参数来源，提供孔隙度、饱和度、净毛比等关键输入通过地质统计学方法，岩心数据可扩展到整个油藏范围，建立参数空间分布模型在概率储量评估中，岩心数据的统计特征用于确定参数分布范围和不确定性，提高评估结果可靠性深层与超深层取心技术高温环境温度超过175°C的极端条件高压挑战压力达70-140MPa的深层环境特种工具耐高温高压材料与结构设计操作技术复杂环境下的精确参数控制深层与超深层取心是指在6000米以下甚至超过10000米深度的高温高压环境中进行的取心作业随着勘探深度不断增加，深层取心面临诸多技术挑战地层温度高达200℃以上，压力超过100MPa，地层硬度大，钻具变形风险高，取心工具可靠性要求极高针对这些挑战，开发了一系列特殊技术和设备耐高温密封材料如特种氟橡胶和聚醚醚酮（PEEK）材料应用于关键密封部位；采用特殊合金钢材料提高工具强度和耐磨性；优化液压系统设计，确保在高温条件下仍能可靠工作中国在四川盆地实施的7500米超深井取心项目，采用改进的PDC取心钻头和高性能密封系统，成功获取了优质岩心，为深层天然气评价提供了关键数据非常规油气藏取心技术页岩油气取心致密油气藏取心煤层气取心技术页岩油气储层以纳米级孔隙和复杂矿物组致密油气藏渗透率极低（通常低于煤层气藏的特殊性在于其储层既是烃源岩成为特征，取心面临岩石脆性大、易裂纹

0.1mD），孔隙结构复杂取心需要优化又是储集层取心需要保留原始裂缝系统和气体逸散快的问题压力取心是保留原钻井液配方，减少滤失和侵入；采用小尺和气体含量常用的煤层气专用取心工具始气体含量的关键技术，通常采用特殊设寸钻头和低钻压技术，减小对岩心的机械采用无水钻进技术，避免水分侵入改变煤计的压力罐保存岩心取心参数控制需特损伤改进的金刚石复合片钻头和微裂缝层性质；同时配备快速密封装置，减少气别精细，避免振动和冲击导致岩心破碎保护技术有效提高了岩心质量和回收率体逸散现场处理通常采用干冰冷冻保存，维持低温状态海上取心技术海上环境挑战平台移动与海况影响海上专用设备适应平台空间与稳定性要求安全操作流程严格的风险管控与应急预案时效性处理快速处理与保存系统海上取心技术是为适应海洋钻井环境特点而开发的专门技术体系与陆上取心相比，海上取心面临平台空间有限、设备重量受限、海况影响钻井稳定性等独特挑战海上取心装备需要更加紧凑，操作更加便捷，同时具备更高的安全可靠性在海上取心作业中，特别强调安全控制措施由于平台晃动可能导致取心工具损坏或岩心质量下降，通常采用主动补偿系统减小海况对钻井的影响岩心到达平台后的处理更加紧急，通常设有专门的岩心处理舱，配备温控系统和快速封存设备国际先进的海上取心技术已实现了深水环境下的压力取心能力，如墨西哥湾深水油田项目成功实施了水深超过2000米的海底压力取心作业实时取心监测技术智能取心技术智能取心的技术内涵自动化取心设备人工智能应用智能取心技术是融合人工智自动化取心设备包括智能钻人工智能在取心技术中的应用能、自动控制、传感器技术和机、自动化钻具处理系统和岩主要包括机器学习模型优化钻大数据分析于一体的综合技术心处理机器人等智能钻机能进参数、模式识别分析地层变体系，旨在实现取心过程的智够精确控制钻压和转速，保持化、专家系统辅助决策等通能决策和自动化操作其核心最佳钻进状态；自动化钻具系过对历史取心数据的深度学特点是能够根据实时监测数统实现钻具组合的自动装配和习，AI系统能够预测不同地层据，自主调整取心参数，适应拆卸；岩心处理机器人则负责条件下的最佳取心参数组合，地层变化，优化作业流程，减岩心的提取、切割、封装和标并在钻进过程中实时调整，应少人为干预，提高作业效率和记，减少人工操作风险，提高对异常情况，显著提高取心成岩心质量处理精度功率发展趋势智能取心技术的发展趋势包括感知系统的微型化和多元化、决策算法的自学习能力增强、执行系统的精度和可靠性提升、以及与数字孪生技术的深度融合未来的智能取心系统将实现从规划、执行到分析的全流程智能化，成为智能钻井体系的重要组成部分取心技术的数字化转型数字孪生技术大数据分析建立取心过程的虚拟映射挖掘历史数据优化取心效率移动应用集成云计算平台随时随地监控与决策支持远程数据处理与共享系统数字孪生技术是取心数字化转型的重要方向，通过建立取心工具和过程的虚拟模型，实现物理世界与数字世界的实时映射这种技术可以在虚拟环境中模拟不同地层条件下的取心效果，预测可能出现的问题，优化工具设计和操作参数例如，某国际油服公司开发的取心数字孪生系统，能够模拟不同钻头设计在特定地层中的切削效果，提前发现设计缺陷大数据分析通过挖掘历史取心作业数据，建立地层特性与最佳取心参数之间的关联模型云计算平台则实现了取心数据的集中存储、处理和共享，支持多方协作和远程专家支持现代取心作业的数字化转型路径通常包括四个阶段数据采集自动化、作业过程可视化、决策辅助智能化和最终的全流程自动化这一转型不仅提高了取心效率和成功率，也大幅降低了作业风险和人力成本机器人取心系统自动化钻进与取心技术机器人取心装置设计原理机器人取心系统是钻井自动化的重要组成部分，实现了从参数控机器人取心装置由井下智能钻进单元和地面控制系统组成井下制到工具操作的全流程自动化系统通过集成先进传感器、控制单元包含参数测量模块、动力控制模块和取心工具操作模块，能算法和执行机构，模拟并优化专业钻井人员的操作经验，实现精够根据地层变化自动调整取心策略地面系统负责总体控制、数确一致的取心作业据分析和异常处理核心自动化技术包括钻压自动控制、转速智能调节、钻进轨迹实设计原理强调模块化和冗余性，确保在复杂环境下的可靠运行时修正和钻井参数自适应优化等与人工操作相比，自动化系统关键技术点包括高精度传感器网络、实时数据处理算法、故障预能够更精确地控制参数波动，保持稳定的钻进状态，减少对岩心测与诊断系统以及自修复机制，共同构成了一个智能化、自主化的扰动和损伤的取心系统远程控制与操作系统是机器人取心的重要特点，实现了专家团队对全球各地取心作业的实时监控和指导通过高速数据链路和专用软件平台，远程专家可以查看实时钻进参数、岩心状态和地质信息，并在必要时干预自动化流程，确保关键决策的准确性取心质量控制技术质量等级完整度评分岩心回收率适用分析类型A级优质90-100分≥95%全面分析，包括特殊分析B级良好75-89分85-95%常规分析和部分特殊分析C级合格60-74分70-85%基本常规分析D级不合格60分70%仅限基本描述分析取心质量控制是保证岩心资料可靠性的关键环节取心质量评价标准体系通常从岩心完整性、回收率、污染程度、保真性等多方面进行综合评估影响取心质量的主要因素包括地层特性（如岩性、硬度、裂缝发育程度）、取心工具选择（钻头类型、内筒材质）、钻井参数控制（钻压、转速、钻速）和钻井液性能（类型、密度、流变性）等质量控制措施贯穿取心全过程钻前阶段重点是工具选型与参数设计；钻进过程中强调参数监控与实时调整；岩心回收阶段注重防破碎和防污染处理；实验室分析前则需严格的质量评估和分级处理常见质量问题包括机械破碎、钻井液侵入、压力释放引起的膨胀变形等，针对不同问题有专门的诊断方法和处理技术，确保获取最大价值的岩心信息取心岩心保存与处理技术现场初步检查岩心到达地面后，首先进行初步检查，记录岩心长度、回收率和明显特征，进行简要岩性描述和照相记录使用荧光灯检测油气显示，并进行气测录取，初步评估岩心质量和价值岩心切割与处理根据分析需求，将岩心纵向切割成不同部分，通常一部分用于常规分析，一部分保存作为永久样本，还有部分用于特殊分析切割过程使用特殊切割设备，确保最小的机械损伤和污染清洗与干燥根据不同分析需求，采用适当的清洗和干燥方法为保持原油性质的样品通常用轻度溶剂清洗；需要孔隙度测试的样品则采用托盘烘干或冷冻干燥技术，避免高温对岩石结构的影响封存与保存处理完成的岩心根据不同用途进行封存常规保存样品用防潮包装并加入干燥剂；特殊样品如页岩气岩心则使用特殊铝箔袋密封保存；长期保存的标准样本放入专用岩心盒，标记详细信息后存入温控岩心库取心作业安全技术高压取心作业安全风险高压取心面临的主要安全风险包括压力容器爆破风险、高压流体喷射伤人风险、有害气体释放风险和火灾爆炸风险随着勘探深度增加，地层压力和温度升高，这些风险更加突出在深层高压气藏取心中，压力可达100MPa以上，一旦密封失效，后果极为严重安全操作规程与标准取心安全操作规程要求对工具进行严格的压力测试和认证；明确人员责任和操作流程；建立多重安全冗余系统国际标准如API RP7G和NACE MR0175对取心工具材料、设计和测试有严格规定，特别是在含硫环境下的应用中国石油天然气行业标准SY/T5490对取心作业安全提出了具体要求应急处理与防护措施取心安全应急预案包括工具故障、井控问题和人员伤害等情况的处理流程现场必须配备压力释放装置、气体检测仪和个人防护装备现代取心系统通常设计有多级安全阀、自动泄压装置和远程控制系统，减少人员直接接触高风险设备的需要安全技术培训与管理取心作业人员需接受专业安全培训，掌握设备操作、风险识别和应急处理技能建立培训认证体系，定期更新知识和技能管理措施包括作业前安全评估、现场安全监督和事后分析改进国际石油公司通常采用STOP（安全观察预防）体系，鼓励全员参与安全管理低侵入取心技术国内取心技术发展现状1年代1950-1970起步阶段中国石油工业建立初期，取心技术主要依赖简单的机械取心工具，多为仿制国外产品大庆、胜利等油田开发中积累了基础取心经验，但技术水平与国际差距较大2年代1980-2000发展阶段引进国外先进取心技术和设备，开始自主研发中石油和中石化研究院先后开发了系列常规取心工具，基本满足浅层常规油气藏勘探需求压力取心和侧壁取心技术开始应用但仍依赖进口3年代2000-2010快速进步阶段随着深层和非常规油气资源勘探开发，国内取心技术取得突破性进展自主研发了适用于各类复杂地层的取心工具，包括高温高压取心、页岩气取心等，部分技术达到国际先进水平4年至今2010创新发展阶段数字化、智能化取心技术成为发展重点西南石油大学、中国石油大学等高校与石油公司合作，在智能取心监测、低侵入取心和自动化取心系统方面取得显著成果，部分技术实现了产业化应用国际取心技术发展趋势国际石油服务巨头如斯伦贝谢、哈里伯顿、贝克休斯和威德福等公司引领着全球取心技术的发展方向目前国际取心技术呈现以下趋势一是智能化和自动化程度不断提高，利用人工智能和机器学习技术优化取心参数；二是取心工具微型化和模块化设计，提高操作灵活性；三是多功能集成，将取心与测井、随钻测量等功能结合，提高作业效率技术创新热点主要集中在以下方向深层超深层高温高压取心技术、页岩气等非常规储层特种取心技术、保真度更高的低侵入取心方法、数字化远程取心监控技术，以及环保型取心液体系商业应用方面，压力取心服务价格虽然是常规取心的3-5倍，但在关键井和复杂油气藏评价中的应用逐年增加，显示了高端取心技术的市场价值国际合作日益密切，中国与国际油服公司的技术交流与合作不断深入取心技术经济性分析取心作业实例分析常规油气藏I项目背景作业设计某陆上中型砂岩油田勘探评价井，目标层位深度2800-2900米，主要岩性选用9寸金刚石复合片取心钻头和30米长铝合金内筒取心工具，取心段设为细粒-中粒砂岩，预计孔隙度15-20%，渗透率50-200mD取心目的是计为2830-2890米，覆盖主力储层和可能的油水界面钻井液选用聚合物确认储层特性、流体性质和油水界面位置，为储量计算和开发方案设计提水基钻井液，密度控制在

1.15g/cm³，以减少对储层的侵入设计钻压供依据60-80kN，转速60-80rpm，钻速控制在3-5米/小时3问题与对策成果与启示取心过程中在2860米遇到钻速突变，岩心回收率下降问题分析原因为成功获取58米高质量岩心，回收率达87%岩心分析确认储层平均孔隙度层理发育的松散砂岩段立即采取降低钻压至50kN，减小转速至

18.2%，渗透率135mD，含油饱和度62%，油水界面位于2872米基于50rpm，增加钻井液黏度等措施，同时调整冲洗方式，减小水力冲刷措岩心数据建立的储层模型比原测井解释储量增加15%经验表明，取心参施实施后，岩心回收率从初期的70%提高到90%以上数实时监控和灵活调整对保证岩心质量至关重要；针对不同岩性段采用差异化取心策略能有效提高岩心回收率取心作业实例分析非常规油气藏II页岩气藏取心案例致密油藏取心技术应用四川盆地某页岩气水平井，目标层为龙马溪组页岩，深度约鄂尔多斯盆地某致密油藏，渗透率普遍小于

0.1mD，孔隙度6-2500米，有机质含量

2.5-

4.0%，矿物组成以石英、长石和黏土10%取心挑战在于防止钻井液深度侵入改变原始流体分布矿物为主取心目的是评估页岩气含量、物理性质和压裂潜力应用低侵入取心技术，使用特殊配方油基钻井液，内筒采用聚四氟乙烯涂层减小摩擦钻进参数精确控制，钻压不超过50kN，采用专用页岩气取心系统，包括PDC微齿取心钻头和改良内筒设钻速控制在2米/小时以下岩心处理采用冷冻保存技术，防止轻计，优化了水力系统以减少对页岩的冲击取得30米岩心，回烃组分蒸发分析结果较传统方法测得的含油饱和度高15-收率92%特别采用了快速密封保存系统，将岩心立即封入特制20%，渗透率测试更接近动态生产数据，显著提高了储量评估准的铝箔袋并充入氮气，防止气体逸散分析结果显示气含量比常确性规方法高出28%，证实了快速密封保存的重要性非常规油气藏取心经验表明，特殊工具设计和现场处理流程对保持样品原始性质至关重要参数优化需针对具体地层特性进行精细调整，不能简单套用常规经验取心成功率与对非常规储层特性的理解程度直接相关，前期地质研究对取心设计至关重要取心作业实例分析深层与超深层III米7382取心深度国内陆上超深井取心记录°185C地层温度测得的实际地层温度110MPa地层压力接近设备极限的高压环境85%岩心回收率超深井取得的优秀回收效果某塔里木盆地超深井取心项目针对7300-7400米深度的高温高压碳酸盐岩储层主要挑战包括极高地层温度185°C导致密封材料老化；高压环境110MPa增加工具失效风险；复杂地层应力导致岩心破碎；仪器电子元件易受高温影响项目采用特种高温耐压取心工具，内筒采用特殊合金材料，密封系统使用氟橡胶复合材料钻头选用加强型PDC复合片，优化了切削结构和冷却系统操作中严格控制钻压和钻速，采用脉动钻进技术减小震动关键成功因素包括多重备份系统确保安全可靠；实时监测系统及时发现异常；预冷技术降低工具工作温度；专家团队远程指导决策该项目获得27米高质量岩心，为深层气藏评价提供了关键数据，证明了适当的技术和严格的操作规程能克服极端条件下的取心挑战取心技术前沿研究高温高压新技术研究针对超深井环境200°C,140MPa开发的新一代取心技术，研究方向包括纳米陶瓷复合材料密封元件、新型合金工具本体和主动冷却系统这些技术突破了传统材料的温度限制，使取心深度可能达到10000米以上中国石油大学和中国科学院合作开发的高温合金材料已在原型工具中验证，耐温性能提高30%纳米材料应用研究纳米材料在取心工具中的应用是提高性能的重要方向纳米碳管强化钻头基体材料，提高了强度和耐磨性；纳米陶瓷涂层改善了内筒的耐磨和防粘性能；纳米过滤膜应用于压力取心系统，实现了更精确的压力控制国际油服巨头斯伦贝谢已将纳米复合材料应用于商业化取心工具，使用寿命提高了2倍实时传输与处理技术取心数据实时传输与处理技术致力于将岩心信息在取出前就传送到地面研究中的技术包括岩心随钻成像系统、基于人工智能的岩心特性快速识别算法和虚拟岩心重建技术这些技术可以在岩心到达地面前就提供初步评价结果，大幅提高决策效率麻省理工学院与能源企业合作开发的岩心CT随钻扫描系统已在北美现场测试取心技术与其他钻井技术的集成取心与水平井钻井取心与定向钻井技术水平井取心技术与常规垂直井取心有显著取心与定向钻井技术的协同发展产生了定差异，需要解决转弯段和水平段的取心难向取心系统，能够在特定方向和角度获取题创新的取心工具设计包括柔性连接取岩心样品该技术特别适用于研究非均质心筒、低扭矩钻具组合和特殊导向装置取心与随钻测量技术储层的方向性特征或获取特定构造部位的这些技术实现了在水平段的精确取心，为综合技术平台取心与随钻测量LWD/MWD技术的集成岩心系统通过可控钻具组合，实现取心评价水平井不同位置的储层特性提供了手实现了地层参数实时监测与岩心采集的结综合技术平台是整合取心、测井、钻井和方向的精确控制，为断层、裂缝带等复杂段，对优化完井和压裂设计具有重要价合现代集成系统在取心工具上方安装随地质导向的一体化系统，通过统一的数据构造评价提供了新工具值钻测量仪器，实时获取电阻率、自然伽管理和分析平台，实现多源数据的实时集马、密度等参数，辅助确定最佳取心点和成和协同决策这种平台采用云计算架构参数调整时机这种集成技术能够提供岩和人工智能算法，能够根据钻进过程中获心与测井数据的精确对应，显著提高地层取的实时数据，自动优化取心策略和钻井评价准确性参数，大幅提高作业效率和成功率取心技术展望智能化与自动化微型化与非侵入性系统集成与数据融合环保与可持续发展未来取心技术将向全智能化和取心工具的微型化将使小尺寸取心技术将与其他钻井、测井环保型取心技术将是未来重要自动化方向发展人工智能算岩心获取更加便捷，特别适用和地质评价技术深度融合，形发展方向生物可降解钻井液法将实现取心参数的自动优化于侧壁取心和精细层位评价成一体化勘探评价系统多源和取心化学品将减少环境影和岩心质量的实时评估；机器非侵入性取心技术将最大限度数据实时融合分析将成为标准响；能源效率更高的取心系统人取心系统将减少人工干预，地保持岩心原始状态，通过改做法，通过建立岩心-测井-地将降低碳排放；取心作业的数提高作业安全性和一致性；智进的隔离技术和新型钻井液系震-生产数据的多层次关联模字化将减少现场人员和设备需能材料将使取心工具具备自适统，实现近乎零污染的理想取型，实现全方位储层表征这求这些环保技术不仅满足日应能力，根据地层条件自动调心状态这些进步将极大提高种集成将极大提高勘探效率和益严格的环保要求，也将提高整工作状态这一趋势将大幅岩心数据的准确性和代表性决策准确性作业经济性和社会接受度提高取心效率和成功率课程总结与讨论本课程系统介绍了石油勘探钻井取心技术的基础理论、工具设备、操作流程和前沿发展从取心技术的历史演进到现代智能化取心系统，我们全面探讨了各类取心方法的技术特点、适用条件和应用价值取心技术作为油气勘探中获取直接地下信息的关键手段，对储层评价、油气藏描述和开发决策具有不可替代的重要作用未来学习与研究方向建议关注智能化取心技术与大数据分析的结合；深层超深层取心技术的材料和工艺创新；非常规油气藏特种取心技术的开发；取心数据与其他地质评价手段的集成应用推荐进一步学习资源包括《高级取心技术》专著、国际石油工程学会（SPE）取心技术专题论文集、中国石油大学取心技术在线课程，以及各大油服公司的技术手册和案例分析报告。