194-120大直徑取心工具的研制與應(yīng)用

陳立偉，閆園園，陳杰，閆偉，劉文博(中海油能源發(fā)展股份有限公司，天津 300452)

0 引言

鉆井取心技術(shù)是獲取巖心的最直接方式，在油氣勘探開發(fā)中發(fā)揮著極為重要的作用，通過大量對巖心的分析與研究才能為準(zhǔn)確計算油田儲量、制定合理的開發(fā)方案和增產(chǎn)措施提供依據(jù)。為了在常規(guī)取心條件下獲得更為準(zhǔn)確的巖心資料，地質(zhì)部門要求進行大直徑取心。對于一般的取心工具而言，大直徑取心往往需要在φ244 mm(9-3/4″)或φ298 mm(11-3/4″)井眼中進行，既增加了鉆井施工難度，又增加了鉆井作業(yè)成本[1]。為了滿足地質(zhì)和工程需求，研制出了194-120型取心工具，實現(xiàn)了在215.9 mm(8-1/2″)井眼中取出直徑120 mm的巖心。這是目前國內(nèi)外相同井眼、同類工具條件下可取出的最大直徑巖心，具有廣泛應(yīng)用前景。

1 技術(shù)原理

1.1 主要結(jié)構(gòu)

194-120型可內(nèi)調(diào)節(jié)取心工具結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括安全調(diào)節(jié)總成、旋轉(zhuǎn)總成和取心執(zhí)行總成。安全調(diào)節(jié)總成具有縱向自調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，如圖2所示，可通過與專用調(diào)節(jié)工具配合，調(diào)節(jié)巖心爪座底面與鉆頭內(nèi)臺肩的縱向間隙，旋轉(zhuǎn)總成部分采用常規(guī)取心工具雙筒單動結(jié)構(gòu)，工具取心執(zhí)行總成部分采用了自鎖式巖心爪組合件[2]。取心工具可以在不卸掉旋轉(zhuǎn)總成的情況下，通過專用調(diào)節(jié)工具來調(diào)節(jié)巖心爪座底面與鉆頭內(nèi)臺肩的縱向間隙，調(diào)節(jié)工具結(jié)構(gòu)如圖3所示。

1.2 工作原理

在井口連接好取心工具后，測量工具巖心爪座底面與取心鉆頭內(nèi)臺肩的縱向間隙，若間隙不合適，將取心工具坐至井口，下入專用調(diào)節(jié)工具，將專用工具插入鎖緊帽的花鍵槽內(nèi)，將其卸松，再將調(diào)節(jié)工具的彈性爪張開，卡在鎖緊帽的溝槽內(nèi)，將其取出；調(diào)節(jié)工具再卡住鍵環(huán)內(nèi)的溝槽，將鍵環(huán)取出，再利用專用工具旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)套螺紋，以達到調(diào)節(jié)巖心爪座底面與鉆頭內(nèi)臺肩的軸向間隙的目的。最后再利用調(diào)節(jié)工具將鍵環(huán)和鎖緊帽裝入，工具在調(diào)節(jié)間隙時不需要拆卸旋轉(zhuǎn)總成，縮短了取心作業(yè)的時間，減少了現(xiàn)場作業(yè)人員的工作量，具有明顯的優(yōu)越性。

圖1 取心工具結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 安全調(diào)節(jié)總成結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 專用調(diào)節(jié)工具結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 主要設(shè)計特點

(1)通過內(nèi)、外巖心筒的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在滿足工具強度及內(nèi)外環(huán)形間隙要求的條件下，保證在215.9 mm井眼中可取巖心的直徑為120 mm，與一般巖心(直徑101.6 mm)相比，不僅提高了常規(guī)取心資料的準(zhǔn)確度和使用價值，而且提高了巖心的強度，增加了巖心本身的抗破碎能力，可保證有較高的巖心收獲率。

(2)可通過專用調(diào)節(jié)工具調(diào)節(jié)取心工具巖心爪座底面與鉆頭內(nèi)臺肩的縱向間隙，可減少拆卸旋轉(zhuǎn)總成的工序，調(diào)節(jié)更加方便，節(jié)約作業(yè)時間，降低了作業(yè)難度和作業(yè)成本。

2 主要技術(shù)參數(shù)

工具內(nèi)、外筒設(shè)計采用等長度結(jié)構(gòu)，單根有效長度9.2 m，組裝時可根據(jù)地層及井眼條件組合成單筒、雙筒、三筒等，滿足現(xiàn)場使用要求，取心具體參數(shù)詳如表1所示。

表1 取心具體參數(shù)

3 操作程序

3.1 取心工具組裝

(1)將取心工具吊至鉆臺，連接提升短接上緊螺紋并劃線[3]。

(2)將取心工具座于井口，打緊安全卡瓦。連接安全接頭處螺紋由管鉗拉緊，上提工具將鉆頭起出井口。

(3)測量確定取心工具巖心爪座底面與鉆頭內(nèi)臺肩的縱向間隙在8～13 mm之間，否則，需要通過專用調(diào)節(jié)工具調(diào)節(jié)其縱向間隙。調(diào)節(jié)方法如下：取心工具再次座于井口，下入專用調(diào)節(jié)工具，調(diào)節(jié)工具插入鎖緊帽的花鍵槽內(nèi)，將其卸松，再將調(diào)節(jié)工具內(nèi)的彈性爪張開，卡在鎖緊帽的溝槽內(nèi)，將其取出；調(diào)節(jié)工具再卡住鍵環(huán)內(nèi)的溝槽，將鍵環(huán)取出，再將調(diào)節(jié)工具花鍵插入到取心工具調(diào)節(jié)套花鍵槽內(nèi)，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)工具即可調(diào)節(jié)取心工具巖心爪座底面與鉆頭內(nèi)臺肩的縱向間隙，反向旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)套一圈，間隙增加4 mm，正向旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)套一圈，間隙減小4 mm。

3.2 下鉆

平穩(wěn)下鉆，下鉆遇阻不超過5 t，盡量避免大段劃眼。

3.3 循環(huán)

取心鉆頭下至離井底2 m左右時，緩慢開泵，將鉆井液循環(huán)至振動篩處返出干凈。

3.4 樹心

投密封鋼球，開泵送球，觀察泵壓，球到位后記錄起始深度后開始樹心。開泵并轉(zhuǎn)動鉆具，校對指重表，緩慢下放鉆具至井底，推薦鉆壓10～20 kN，轉(zhuǎn)速30～40 r/min，樹心排量小于等于取心鉆進排量，鉆進0.3～0.5 m，送鉆均勻后方可正常加壓鉆進。

3.5 鉆進

鉆進期間無特殊情況不停泵、不停轉(zhuǎn)，鉆頭不提離井底，注意觀察機械轉(zhuǎn)速、泵壓的變化。

3.6 割心

割心時，停頂驅(qū)但不停泵，緩慢上提鉆具，注意觀察指重表顯示，一般懸重增加50～150 kN又立即消除，證明巖心割斷；若增加懸重50～150 kN穩(wěn)住不降，則停止上提鉆具，保持巖心受拉狀態(tài)，開頂驅(qū)，轉(zhuǎn)速30 r/min，磨巖心3～5 min，停頂驅(qū)后緩慢上提鉆具割斷巖心。

3.7 起鉆

割心后，正常情況下不需循環(huán)，立即起鉆；如果起鉆過程中遇卡超過5 t，則以排量為10 L/s開泵，倒劃眼上提。

4 現(xiàn)場應(yīng)用情況

本可內(nèi)調(diào)節(jié)式取心工具在山西臨興地區(qū)已成進行了取心作業(yè)，取心地點為山西臨興區(qū)域，應(yīng)用井的基本情況以及取心情況如下。

4.1 山西臨興X井基本情況

地理位置：位于山西省呂梁市興縣孟家坪鄉(xiāng)；構(gòu)造位置：鄂爾多斯盆地晉西撓褶帶西緣孟家坪構(gòu)造西北側(cè)；取心工具：194-120可內(nèi)調(diào)節(jié)取心工具；主要目的層：太2段、盒8段、盒4段、盒2段和千5段；次要目的層：本溪組至石千峰組其他層位。

4.2 取心情況

全井共取心6筒次，數(shù)據(jù)如表2所示。此次取心深度為1 400 m，總進尺49.41 m，總巖心長度49.09 m，巖心平均收獲率99.35%，各項指標(biāo)均符合設(shè)計要求，獲取了目的層地質(zhì)資料，達到研究該地層構(gòu)造及充實地層相關(guān)數(shù)據(jù)的目的，獲得了甲方認可。

表2 取心數(shù)據(jù)

5 結(jié)論與建議

(1)針對現(xiàn)有常規(guī)取心工具巖心爪座底面與鉆頭內(nèi)臺肩的縱向間隙調(diào)節(jié)程序復(fù)雜的問題，通過創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)設(shè)計，可在不拆卸取心工具條件下調(diào)節(jié)縱向間隙，大幅縮減了取心作業(yè)的時間和現(xiàn)場作業(yè)人員的工作量，具有明顯的優(yōu)越性。

(2)根據(jù)現(xiàn)場試驗情況來看，取心工具可在215.9 mm井眼中可取巖心的直徑為120 mm，是目前為止該井眼所取巖心的最大直徑，不僅提高了常規(guī)取心資料的準(zhǔn)確度和使用價值，而且提高了巖心的強度，可保證有較高的巖心收獲率，建議進一步現(xiàn)場推廣。