现代钻井取芯技术.doc

1、I 现代钻井取芯技术 摘 要 定向井取心（也称斜井取心）是最近几年发展起来的一种新的取心技术，它随着斜井钻井技术的发展而发展，仅胜利油田每年就钻几百口斜井。定向井（或斜井）取心时其工具随着井眼的轨迹而倾斜，取心工具的岩心内筒因受重力作用而下垂，与取心工具的外筒内壁相接触。因而在取心钻进时，取心工具外筒带动岩心内筒一起旋转。为了避免出现这一问题，胜利油田管理局钻井工艺研究院研制了一种 D-8100 型定向井取心工具。 1998 年在渤海湾油田试验成功，并先后在 10 多口井上使用 ,均取得良好效果。在松软地层定向取心自锁式取 心工具便无法使用，通过现场几口井的实践和对加压机构钢球就位情况实验分析

2、说明，及取心工具在斜井中受力分析，证明机械加压式取心工具在大井斜定向井进行取心作业是可行的。 关键词 ： 实践应用；工艺技术；技术分析 II Coring technology in modern drilling Abstract Directional coring (also known as well coring) is a new kind of coring technology developed in recent years, it is developed with the development of drilling technology of inclined sh

3、aft and each year, only hundreds of Shengli Oilfield Drilling inclined wells. Directional well (or slope) when coring tools with the wellbore trajectory and tilt, coring tool core tube due to gravity and drooping, contact with the inner wall of the outer cylinder coring tool. Thus in the coring dril

4、ling, coring tool outer cylinder drives the core inner barrel rotate together. To avoid this problem, the Drilling Technology Research Institute of Shengli Oilfield Administration Bureau developed a kind of D-8100 type directional coring tool. 1998 in the Gulf of Bohai oil field trials are successfu

5、l, and has been used in 10 wells, good effect has been achieved. Coring self-locking in soft formation directional coring tool cannot be used, through the practice of several wells and the pressure test mechanism of steel ball positioning analysis, and coring tool in deviated wells stress analysis,

6、prove the mechanical pressure coring tools are in large oblique directional coring operation is feasible. Keywords: The practice application; Technology; Technical analysis III 目 录 摘 要 . I Abstract . II 目 录 . 1 绪论 . 1 1.1 研究的目的和意义 . 1 1.2 国内外发展现状 . 1 1.3 本文研究内容 . 2 2 机械加压式取心工具实践应用 . 2 2.1 取心工具结构原理和特

7、点 . 2 2.2 对加压机构的实验研究 . 3 2.3 技术分析 . 4 2.3.1 取心筒在斜井中的受力状况分析 . 4 2.3.2 斜井对取心的影响 . 4 2.4 技术要领 . 4 2.4.1 钻头的选择 . 4 2.4.2 轴承悬挂 . 5 2.4.3 优选参数 . 5 2.4.4 判断 . 5 2.5 现场应用效果 . 6 3 自锁式取心工具 D-8100 型的实际应用 . 7 3.1 注水井注入现状分析 . 7 3.2 结构原理、特点及技术规范 . 7 3.2.1 定向井取心工具结构 . 7 3.2.2 特点 . 8 3.2.3 技术规范 . 8 3.3 现场使用措施及应用情况

8、. 9 3.3.1 使用措施 . 9 3.3.2 现场应用情况 . 10 4 工艺技术 . 10 4.1 根据地层具体情况选择取心工具和取心钻头 . 10 4.2 合理的选择钻井参数 . 11 4.3 取心操作应注意的问题 . 11 4.4 应解决的问题 . 12 5 结论 . 17 IV 参考文献 . 18 谢 辞 . 19 1 1 绪论 1.1 研究的目的和意义 在油气田的勘探开发过程中，为了了解储层构造参数，全面掌握地质构造的复杂性极其变化 ,以便制定出经济合理的勘探开发方案 ,需要在定向井中进行取心作业。取出能反映出地层倾角、倾向、走向等构造参数的岩心。我国四川石油管理局研制的 DQX

9、 系列定向取心工具适用于大斜度定向井取心。其结构是在取心钻头喉道以上以定向岩心爪代替了常规自锁式岩心爪，在常规取心工具的旋转总成和安全接头以上接入装有多点测斜仪的无磁钻铤。定向取心钻进时在岩心表面形成标记槽，同时用多点照相仪随钻测量必要的参数。由于定向工具的结构和其作业技术比较复杂 ,成本很高 ,存在一定局限性。例如，容易掉岩心，定向误差大，质量难以保证。在资金紧张的情况下，一些定向井皆设计为探井，虽有大斜度井取心工具，但一些井队在松软地层取心时仍然使用了机械式取心工具。这是因为机械加压式取心工具具有操作方便，安全可靠，工具组装方便，易于操作。机械加压式取心工具是胜利取心公司自行研制开发的系列

10、取心工具之一。在地层较硬时采用自锁式定向取心工具 D-8100。 1.2 国内外发展现状 在长期的钻井取心实践中，取心技术在我国取得蓬勃地发展。简单单一适应性较小的单筒取心工具已被结构相对合理适应性广阔的双筒取心工具所代替，费时费力的短筒取心工具逐步发展为经济实惠的中长筒取心工具。随着油气勘探开发的需要，新型取心工具、新的取心方法、特殊取心技术得到了迅速地发展和改进。定向取心技术发展得也比较快，国内有四川石油管理局钻采工艺研究院研究的 JQX 系列和 DQX 系列，国外常用的有美国克里斯坦森公司的 Hugel 技术和橡皮套定向取心技术。胜利石油管理局钻井研究院研制的 D-8100 定向取心工具

11、同川石 JQX 系列结构原理相同。工具的外筒采用上下稳定器，可保证井眼稳定；内筒采用上下两点扶正，2 从而使岩心筒在倾斜大的条件下，无论外筒怎样倾斜，内筒都能处于外筒中心，不随外筒旋转，这样有效地保护了岩心，保证了取心同的正常工做。 1.3 本文研究内容 胜利油田一些定向井都设计成探井 ,基本是单纯的钻取岩心 ,不需获取地层倾角、倾向、走向等构造参数，因此采用结构简单、操作技术简单、低成本的取心工具是最佳之选。在松软地层取心能否采用机械加压式取心工具， D-8100 型取心工具取心效果如何，本文通过对两 种取心工具的结构原理、技术工艺、实践应用效果的研究，分析其定向取心可行性。 2 机械加压式

12、取心工具实践应用 2.1 取心工具结构原理和特点 本工具是由取心钻头、岩心筒组合、加压接头三大部分组成，取心钻头连接在外筒之下，岩心筒组合又有内外之分，外筒组和包括外筒、外筒大小和定位接头；内筒组合包括岩心爪、岩心爪短节、内筒及悬挂总称。内筒组合通过销钉、销套固定在定位接头销孔处。加压接头连接在定位接头之上，它是由能相对滑动的外六方杆和内六方杆以及加压中心杆组合。取心钻进时，加压接头六方杆和拢，并传递钻压和扭矩。钻进 结束时，加压六方杆被拉开，使加压钢球到位。然后，滑放钻具，加压，钻具重量通过钢球传递给加压中心杆，并直达内筒悬挂销钉，进到剪断销钉，内筒下砸，迫是岩心爪沿钻头内锥面收缩，并割断包

13、住岩心，达到松软地层取心目的。主要结构特点：（ 1）工具采用具有伸缩功能的加压割心机构，特别使用于松软地层的割心操作，能保证岩心收获率。（ 2）内筒采用销钉悬挂方式，割心采用机械加压，安全可靠，且地面能观察到割心显示。（ 3）内筒采用大弹子，无弹夹的悬挂轴承，转动灵活，使用寿命长。（ 4）采用壁厚 20mm 的合金钢管做外筒，强度高，稳定性好。 3 2.2 对加压机构的实验研究 机械加压机构作为软地层取心工具的主要配合件，在直井取心作业中取得成功的同时，近年在斜井取心作业中也取得好效果，但在个别应用情况下，产生了一定的问题。重点表现在井斜角的大小对加压钢球的工作状态有较大影响。为了在斜井松软地

14、层中更好地利用加压式取心工具，还需要从理论和实验的有关方面进行探讨，特别是需要模拟井底真实工况的实验研究，以更直观地为加压接头的应用提供指导意见。 实验模拟是获得加压接头工作状态的有效途径。但完全真实地模拟加压接头在井底的工作环境无法达到。本实验作了以下处理： （ 1）忽略钻井液的存在，加压接头在空气介质中工作；（ 2）常温常压环境。 用 50 的钢管焊接成实验架，通过下部的支撑可以整体旋转。将加压接头吊支在实验架上，在加压接头的下部和中部外围安装轴承，使其能够自由旋转。投球后，可以从加压接头的顶部观察球的就位情况。 通过实验，考察了以下问题： 在不同倾斜角度下钢球就位情况。 实验时以一定角度

15、间隔（ 3 5）倾斜加压接头。以直径为 73mm 的细加压杆，投入 47mm 的钢球为例，重复多次实验，可知： （ 1）在倾斜角度小于 15左右时，钢球一般完全就位，但偶尔会发生不完全就位现象。第一次实验中在倾角为 4时，投入的第 1、 2、 3 球完全就位，第 4 球稍挤在前三球之上。这是加压杆没完全居中，投入时钢球撞击速度小而不足以调整位置的原因造成的。投球完成以后，稍转加压接头，第 4 球轻松就位。说明在小角度时，球就位是完全有保证的，加压接头处于正常的工作状态。 （ 2）当倾斜角度为 15 50间时，钢球就位状况仍是良好的。最普遍情况是投入的第 1、 2 只钢球完全就位，第 3 只钢球

16、落在前两球之上，稍转加压接头，钢球就位。投入的第 4 只钢球落在前 3 球之上，转动加压接头，钢球都就位。个别情况下，投入的四只球不旋转接头就全部就位。说明加压接头的倾斜角度已经影响到钢球的就位，但在投球以后，旋转钻具，钢球能够就位，加压接头可以正常工作。 （ 3）倾斜角度增大到 50 60间时，投入的第 1 只钢球就位，第 2 球有时直接就位，有时落在第 1 球上面，转动加压接头第 2 球就位。第 3 球落在前两球之上，4 转动加压接头球也能就位。第 4 只球情况较为复杂。有时能直接就位，再转动加压接头可能某球又不就位；有时落在前 3 球之上，多转动几次和下压压座，钢球也能就位；个别情况下，

17、钢球一直无法就 位。可见在此角度范围内，只有三只钢球的就位较顺利，虽然在一定程度上也能够完成加压的工作目的，但可靠性不能保证。 2.3 技术分析 在斜井中取心要了解工具在井中的受力情况及由于井斜而给取心造成的影响。下面就从这两方面进行分析： 2.3.1 取心筒在斜井中的受力状况分析 可看出，在未加任何扶正装置的内筒处于自由下垂状态，与外筒的中心轴线不在同一位置，存在着一个偏差角，这个偏差角的大小直接影响着取心时的岩心进筒 ,同时在岩心基部存在着侧向力。在斜井取心中的关键是减小这个偏差角，以减少侧向力对岩心的影响。 2.3.2 斜井对取心的影响 （ 1）井斜角过大，造成取心内筒不居中，造心时，岩

18、心不易进筒。 （ 2）岩心内筒的不居中，在旋转时易产生侧向力。而任何侧向运动都会在岩心上产生一个作用力，并在其基部产生扭转力，从而导致岩心不易进筒。 （ 3）钻头易偏磨，造成取心机械钻速慢，进尺少。 （ 4） 井斜角过大，磨阻大，对井下情况的判断比较困难。 2.4 技术要领 2.4.1 钻头的选择 在斜井中取心，关键是要造好心，使岩心进入内筒，这就应首先要减少侧力对5 岩心的影响，也就是减少取心内、外筒之间的 偏差角。在现场，可采用胜利油田取心公司研制生产阶梯式刮刀取心钻头和 PDC 取心钻头，该种取心钻头内台阶与取心内筒间隙只有 2mm，因此可以很好地扶正内筒，减小了岩心内、外筒之间的偏差角

19、，减少了侧向力对岩心的影响。 2.4.2 轴承悬挂 在钻进时一定要保证悬挂轴承的旋转灵活，以减少钻进时产生的离心力。防止因离心力的过大而使岩心破碎造成堵心。 Rb-8100 型取心工具采用大弹子，无弹夹的悬挂轴承，转动灵活，使用 寿命长。 2.4.3 优选参数 造心时，要无压启动转盘，采用低转速 (60r/min)，造心钻压要比直井中的取心造心钻压稍大（ 20-30KN），小排量（ 14-16l/s）；在钻进 0.5m 后 ,根据地层软硬，调整钻压至 60-80KN；转速则保持不变。在钻进时要注意扭矩的变化，及时调整各参数。割心时，要根据取心钻进前观察到的摩阻，上提取心钻具，拉开加压接头六方滑

20、块，割心时要转动转盘，以保证钢球全部就位。同时选用外径为直径 76mm 的粗加压杆，使加压杆更好的居中，减少倾斜角。现场实验均取得良好的效果。其中盘 9-斜 4 井，取心井段 1643.8-1685.21m，取心井段井斜角 33.6取心六筒，总取心进尺 41.41m，岩心收获率 98.89%，田 9-斜 4 井，取心井段是 1609.00-1645.8m，取心井段井斜角 43取心四筒，总取心进尺 25.80m，岩心收获率 97%。从而证明机械加压式取心工具在井斜小于 40的定向井中取心作业是可行的。 2.4.4 判断 对井下情况判断要果断，要详细记录好取心钻进的钻时，一旦发现机械钻速变慢，钻时

21、猛增，应果断割心起钻。 利用综合录井仪实时监测，分析处理井下情况 利用综合录井仪记录 的各参数及其变化曲线，及时判断井下情况以采取相应措施。对于斜井，靠钻台上的仪表观察扭矩、泵压的变化比较困难，而借助录井仪的变化曲线，则可形象的进行判断。 6 2.5 现场应用效果 通过七口井的应用，取心井段最大井斜 40，累计取心进尺 191.67m，岩心长185.12m,平均岩心收获率 96.58%，平均单筒进尺 6.85m,效果理想。 表 2-1 国内部分油田注水水质标准 项目 碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法标准 胜利油田 华北油田 大庆长恒 大庆外围 长庆油田 含油量 mg/L K 0.1 K 0

22、.5 5 20 30 20 10 15 K0.1 K 0.1 总铁 mg/L 0. 6 K 5.0 污染水 K 10.0 悬浮固体 直径 mg/L K 0.1 K 2.0 p 80% K 0.2 K 2.0 p 80% 5.0 p 70% 5.0 p 70% K=0.1 0.6 K 3.0 p 80% K0.2 K 2.0 p 90% K0.6 K 2.0 p 80% 溶解氧 mg/L 总矿化度 5000mg/L 0.05 密闭流程 0.05 总矿化度 1000mg/L 0.05 含油污水 0.5 0.05 0.05 总矿化度 5000mg/L 0.05 开式流程 0. 5 总矿化度 1000mg/ 0.05 其他水0.05 硫化物mg/L 10 14 50 50 5 游离二氧化碳 mg/L 10 30