钻井取心技术(工程技术员).ppt

第一节 取芯技术 概述 第二节 取芯工具组成及类型 第三节 常规取芯工艺,第四章 取 芯,、取芯的目的 岩芯是石油勘探、开发过程中取得完整的第一性资料，通过大量对岩芯的分析与研究才能为制定合理的开发方案、准确计算油田储量、制定增产措施提供依据。 1研究地层 利用岩芯的岩性、物性、电性、矿物成分及化石等资料对地层进行对比分析。通过对岩芯的机械力学性能测定，了解其强度、可钻性、研磨性等，以指导钻井作业。 2研究生油层 在一个沉积盆地内寻找油气，需要从目的层的岩芯取样化验分析各项生油指标。根据化验所得结果可以从生油角度选择勘探油气藏的目的层和有利地区。 3研究油气层性质 通过对取出岩芯的分析，进一步了解储集层中油、气、水的分布情况，油层的孔隙度、渗透率、含油气饱和度以及油气层的有效厚度，以确定油气层的工业开采价值。,第四章 取 芯 第一节 取芯技术 概述,4指导油、气田开发 通过对取出岩芯的分析，掌握水驱油的原理和在不同条件下的油水运移规律，为油田开发二次采油提供理论依据和实践经验。同时对岩芯的研究还可为低渗油气田的酸化压裂提供可靠依据。 5检查开发效果 在油田开发过程中，通过对取出岩芯的分析，掌握油田开采动态，注入流体推动情况及驱油效率，以获取油层的油水饱和度、岩性、物性资料。得出有关规律，提高采收率，并做到合理开发油田。 综上所述，在油气田勘探、开发各阶段，为查明储油、储气层的性质或从大区域的地层对比到检查油气田开发效果，评价和改进开发方案，任一研究步骤都离不开对岩芯的观察和研究。,第四章 取 芯 第一节 取芯技术概述,二、钻进取芯的几个环节 1、环状破碎井底岩石，形成岩芯（圆柱体）。 2、保护岩芯。钻进取芯时，已形成的岩芯要加以保护，避免循环的钻井液冲蚀岩芯及钻柱转动的机械碰撞损坏岩芯。 3、取出岩芯。在钻进取芯到一定长度后（通常为一个单根长度，也可以进行长筒取芯达几十米甚至百米），要从所形成岩芯的底部割断并夹紧）在起钻时随钻具一同提升到地面。 钻进取芯时，以上三个环节都应做好，任一环节处理不当，轻则会得不到应有数量（长度）的岩芯，严重时会导致取芯失败，取不出岩芯。 三、取芯钻进的评价指标,第四章 取 芯 第一节 取芯技术概述,一、取芯工具的组成 为了完成钻出岩芯，保护岩芯和取出岩芯三个环节，取芯工具一般都包括有取芯钻头、岩芯筒、岩芯爪、挟正器和悬挂装置等部件， 1、取芯钻头 （1）取芯钻头的功用：是环状破碎井底岩石，形成岩芯柱。 （2）取芯钻头的类型：刮刀取芯钻头；领眼式硬合金取芯钻头；“西瓜皮”取芯钻头；金刚石取芯钻头；PDC取芯钻头等。牙轮取芯钻头由于其收获率很低已被淘汰。如图4-2所示 （3）对取芯钻头的要求 为了提高岩芯收获率，除在下部钻柱使用扶正器外，要求取芯钻头工作稳定，钻头的切削元件要对称分布，耐磨性一致，钻头底面井底与岩芯爪的距离尽可能短，岩芯直径大。,第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型,图 4-1 取芯工具组成示意图 1取芯钻头； 2岩芯爪； 3内岩芯筒； 4外岩芯筒； 5扶正器； 6回压凡尔； 7悬挂轴承； 8悬挂装置,图4-2 常用的取芯钻头 （a）刮刀取芯钻头； （b）领眼式硬质合金取芯钻头 （c）西瓜皮取芯钻头 （d）金刚石取芯钻头 （e） PDC取芯钻头,第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型,2、岩芯筒 石油钻井常用的岩芯筒由内筒和外筒双筒组成。 （1）内岩芯筒的作用 内岩芯筒的作用是存储及保护岩芯。取芯时岩芯顺利进入内筒，防止泥浆冲刷岩芯；为了有效保护岩芯，一般采用悬挂式滚动轴承装置将内筒挂在外筒的顶部，取芯钻进时内筒不转。 （2）外筒的作用是承受钻压、传递扭矩带动钻头旋转及保护内岩芯筒。 （3）内、外岩芯筒的技术规范 强度大，无弯曲变形，常用1425mm的优质厚壁刚材（如35CrMo、30CrMnSi）加工制成。长度一般为513m左右。在较硬的致密岩层中取芯，若钻头进尺较多时，内；外筒可长一些。在松软地层取芯，内、外岩芯筒长度宜短一些，一般为58米。破碎地层取芯，内、外筒的长度也应短些在钻头进尺较多又能有效保护岩芯时，内、外筒长度可尽量长一些。一次可取芯145、42米。,第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型,3、岩芯爪。 （1）岩芯爪的作用是割取岩芯和承托已割取的岩芯柱。常用的岩芯爪有卡箍式、卡板式、卡瓦式等几种结构，如图4-3所示。 图 4-3 岩芯爪 a卡箍式（一把抓）；b卡箍式； c卡瓦式； d卡板式： e卡簧式 5挂套；6卡瓦弹簧；7卡瓦轴；8卡瓦套；9轴销,第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型,（1）卡箍式岩芯爪：它的形状如圆箍，一圈开有数道缺口，把它分为许多瓣，每瓣内车有数圈卡牙，卡箍的外壁呈截锥状，与缩径套配合使用。缩径套有同样锥面。岩芯爪沿爪座移动时，其爪牙收缩卡紧岩芯。它用于软及中硬地层。 （2）卡瓦式岩芯爪：适用于中硬及硬地层。它由挂套、销轴、扭簧及卡瓦片组成。卡瓦片可依赖扭簧力量使其张开。钻进时紧贴钻头内壁。割芯时，在外力作用下使岩芯爪沿钻头内壁向下移动，卡瓦片收缩包紧岩芯 （3）卡板式岩芯爪：适用于中硬地层及硬地层取芯，一般和其他岩芯爪复合使用。其结构由外座、扭簧及片状卡板组成。 （4）卡簧式岩芯爪：适用于硬地层，地质钻探使用，石油钻探取芯使用较少。 岩芯爪的类型可根据不同地层来选用，其内、外径间隙要合适，才能有效的提高岩芯收获率。,第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型,4、扶正器及回压凡尔 （1）外筒扶正器的作用： 可保持外岩芯筒和钻头工作稳定，防止井斜。实践证明：外筒扶正器是增加钻头寿命及提高取芯收获率的有效措施。扶正器外径一般比钻头外径小1/16（1.6mm）为宜。 （2）内筒扶正器的作用 可保持内筒稳定，使钻头与内筒对中，岩芯易于进入内岩芯筒。 （3）回压凡尔是装在内岩芯筒上端的一个单流凡尔，其作用防止钻井液刺坏岩芯。目前对回压凡尔结构有所改进。下钻时只装上回压凡尔球座，下完钻后可通过大排量循环泥浆，这样既清洗内筒又可将井底冲洗干净。循环后开始取芯钻进前才将凡尔钢球投入，使用效果良好。 5、分水接头和悬挂轴承 6、悬挂装置,第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型,二、取芯工具各部分的配合 （1）钻头与外岩芯筒。 通常情况下，取芯钻头外径比普通钻头外径略小，一般钻头内径比内筒的内径要小34毫米。 （2）内、外筒的间隙， 保证泥浆顺利流过，避免发生泵压过高的现象（特别是深井取芯）。一般以1020毫米间隙为宜。 （3）岩芯爪的最大内径应稍大于或等于内筒内径.卡箍式岩芯爪，自由状态下内径比岩芯略小11.5毫米，卡箍张开时的内径比自由状态大5毫米，收缩后又比其小5毫米。此外，卡箍锥面与爪座内锥面吻合。这种岩芯爪操作方便，在硬地层及超深井中使用取得很高的取芯收获率。 （4）钻头内台肩与岩芯爪应有510毫米间隙,第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型,三、常规取芯工具的类型 按工具结构分 单筒取心工具：无内岩心筒。 双筒取心工具：有内、外岩心筒。它又可分为双动双筒取心工具（钻进时内外岩心筒同时旋转）和单动双筒取心工具（钻进时内岩心筒不旋转）。 按取心长度分 短筒取心工具：一般钻进取心为一个单根长度以内，即取心钻进时不能接单根。 中、长筒取心工具：可连续取心钻进几十米至百米。 按割心方法分 自锁式、加压式、差动式。,第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型,钻井常用的取心工具类型 1、短筒取芯工具 常用的有川式工具，在中硬及硬地层中取芯，普遍使用双筒悬挂式川式取芯工具，常用取芯钻头有领眼式硬合金取芯钻头、西瓜皮取芯钻头或金刚石取芯钻头，如81/2川式取芯工具结构（图44）。,图 4-4 川式取芯工具 1上接头；2外岩芯筒；3锁紧螺母；4悬挂螺母；5滚珠槽座；612.7毫米滚珠；7中间滚珠槽座；8轴承座；9锁紧螺母；10螺钉；11悬挂芯轴；121.25钢球；13单流阀座；14承吊卡座块15扶正块；16内岩芯筒；17连接套；18调节环；19卡箍座；20卡箍；21（金刚石）钻头,第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型,2、长筒取芯工具 （1） 取芯时允许上提方钻杆接单根，一次取芯长度在两根单根钻杆以上，称为长筒取芯。接单根时借助于滑动接头。滑动接头结构如图4-8 滑动接头 1上接头；2六方滑动套；3调节螺母；4螺帽；5垫片；9下接头,第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型,（2）长筒取芯工作过程 滑动接头是长筒取芯工具的重要部件之，它的上接头与钻铤连接，下接头与机械加压接头相连接。 接单根操作过程如图4-9所示 图4-9a为钻进取芯时， 六方滑动套一直顶住 下接头施加钻压。 图4-9b是当方钻杆打完（方入不超过9米） 如图4-9所示 时，需接单根的情况。此时上提方钻杆，六方滑动套与下接头拉开，拉开的距离不许超过滑动管的有效滑动长度（一般为11m）否则上提钻具接单根时钻头就要离开井底。配好合适长度的单根，接完单根后下至预定方入，继续钻进。,第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型,3、加压式取心工具 用于软地层取心。由取心钻头、岩心爪、内外岩心筒和加压接头组成。当使用这种工具割心时，需要外力直接加压作用到内岩心筒，使内筒及岩心爪相对于外筒向下移动，迫使岩心爪沿钻头内腔锥面移动并收缩而卡紧岩心。 加压式取心工具的加压方式有机械加压和水力加压两种方式。 其内岩心筒组合的悬挂方式有销钉悬挂和钢球悬挂等，以下以机械加压方式介绍加压式取心工具。 机械式加压取心工具的特点在于取心工具上部连接一加压接头，它是由能 相对移动的六方杆（其上接钻柱）、六方套（其下接外岩心筒）及加压中心杆（其下接内岩心筒悬挂总成）组成。,4、自锁式取心工具（川式） 用于中硬地层。对岩心成柱性较好的地层也适用。一般由取心钻头、卡箍式岩心爪、内外岩心筒和安全接头组成。 外岩心筒与安全接头的母接头相连，内岩心筒上部为悬挂总成，与安全接头公接头相连，内筒下接缩径套（岩心爪座）岩心爪放置其内。 当取心钻进结束后，缓慢上提钻具时，岩心爪因与岩心有摩擦力而相对静止，缩径套则随钻具上行，由于缩径套内锥面与岩心爪外锥面吻合一致，相对位移使岩心爪收缩、自锁、卡紧并拔断岩心，并使岩心随钻具一同起到地面。,取芯工艺：,做好准备工作,开泵循环,缓慢下放到井底,取芯钻进,割芯操作,起钻到地面,取出岩芯,测量、记录,第四章 取 芯 第三节 常规取芯工艺,取心的全过程要把好“三关一口”，开好“三个会”和“三对一找”的三个原则。 三关一口：即工具装配关，取心钻进关，加压割心关，把住岩心出口分析。 三个会：取心交底会；每筒设计会；筒筒分析会。 三对一找：钻时对岩心；岩心对措施；措施对人，找经验教训，以利再战。,一、取芯工具的选择 1、取芯工具选择主要的根据 地层岩性和井下条件（井深、泥浆性能等）合理确定钻头和岩芯爪的类型以及工具的长度等。 2、取芯钻头的选择 软地层取芯，一般选用内出刃较大的硬质合金取芯钻头；硬及研磨性较高的地层可选用领眼式硬合金取芯钻头、金刚石取芯钻头。,第四章 取 芯 第三节 常规取芯工艺,一、取芯工具的选择 3、岩芯爪的选用 一般地层较软可选用一把爪式岩芯爪；中硬地层宜选用卡板式岩芯爪；硬及较破碎地层，可选用卡箍式及卡板式的复合式岩芯爪；坚硬及胶结致密的地层可选用卡箍式岩芯爪。 4、岩芯筒的选用 地层松软，岩芯胶结性差或岩性破碎的地层，为了提高收获率取芯工具宜短一些；岩性较硬而所选钻头又能取得较高的进尺时，可选用中、长筒取芯工具。,第四章 取 芯 第三节 常规取芯工艺,二、取芯工具的检查 取芯工具入井前，主要检查内容如下： 1、内、外岩芯筒无变形、裂纹和伤痕，弯曲度不超过1mmm。 2、内筒转动灵活，每次取芯完后要卸开悬挂轴承清洗干净，有密封的轴承还应按规定加足润滑脂。调整好轴向间隙，保证转动灵活。 3、回压凡尔必须排液畅通，密封可靠，无刺漏现象。 4、分水接头水跟必须畅通。 5、各丝扣连接部分必须完好无损，组装时必须上紧。 6、内岩芯筒的内径至少大于取芯钻头内径34mm。卡簧或卡箍的自由通径必须小于钻头内径11.5mm。,第四章 取 芯 第三节 常规取芯工艺,二、取芯工具的检查 7、检查岩芯爪的底端与钻头内台肩的间隙是否合乎要求，川式取芯工具7 3/4、（8 1/2）6为810mm； 43/4108为58mm。 8、钻头类型要适合于井下地层情况，尺寸要符合要求，应尽可能与实际井眼相同。若因条件限制需要小直径钻头取芯时，其小井眼长度不超过50米，井下或地质情况复杂小井眼长度还应缩短。 9、取芯工具各部分需经全部检查合格，丈量好主要部分的尺寸后，方可组装。组装完毕，还需吊到井口上检查岩芯爪底端与钻头内台肩的间隙是否符合要求，内岩芯筒转动是否灵活。,第四章 取 芯 第三节 常规取芯工艺,三、取芯钻进参数配合 取芯钻进是环形破岩，钻头承压面较小，外筒管璧相对较薄。为了保护好岩芯，提高收获率，钻压、转速、排量均要比全面钻进用钻头小些。 1、钻压 在硬地层使用川式8 1/2取芯工具时，钻压一般加5080KN； 2、转速 一般采用低速，使用硬地层取芯工具时，转速为5080转分，在软地层，井不太深的情况下，可采用100110转分的转速。 3、排量 在硬地层取芯时，一般取1520升秒，软地层由于取芯进尺快，可适当增大排量。对于胶结疏松的砂岩等地层，为了防止冲坏岩芯，也应适当降低排量。泵压一般不超过且10MPa为宜。 4、泥浆性能 应尽可能采用优质轻泥浆钻进，保证井下安全及充分净化井底。,第四章 取 芯 第三节 常规取芯工艺,四、取芯操作 （一）取芯下钻前的准备工作 （1）处理好井内泥浆，使泥浆性能稳定、井眼畅通，无垮塌，无沉砂，能顺利下钻到底。 （2）检查好机械设备及钻具，保证在取芯钻进中地面设备与钻具不发生问题。 （3）对起下钻遇阻遇卡井段应先通井划眼。消除阻卡后，方可下钻取芯。 （4）必须充分保证井底干净，通常要在取芯下钻前的全面钻进中使用随钻打捞杯或磁铁打捞器。先期完井取芯时，在钻开水泥塞后就应进行磨铣，反复打捞井底金属落物，确保井底干净。 （5）对送井取芯工具应按要求进行全面检查，并填好工具卡片。每口井必须配备23套取芯工具及足够的易损附件。 （6）检查好指重表及其它资料记录仪表，直至各仪表准确、灵活可靠为止。,第四章 取 芯 第三节 常规取芯工艺,（二）取心操作 1、取心前由地质、工程部门对井队进行技术交底，钻井技术员组织全体职工上好取心技术课。 2、由正、副司钻操作刹把。 3、岩芯筒入井时，必须在井口卡好安全卡瓦，防止滑脱落井。 4、下钻操作要平稳，不得猛放、猛刹。复杂井段，起下钻速度应控制，严防顿钻。 5、不允许用取芯钻头划眼。下钻遇阻不得超过12吨，经上下活动不能下入时应开泵循环泥浆，用一冲二通的方法往下冲。禁止强行划眼通过。 江汉油田规定：遇阻不能硬压，超过原悬重50KN可采取以下措施： 荆河镇及其以上地层，不得划眼，立即起钻。 其它地层井段可接方钻杆冲划，划眼井段不超过30m，否则立即起钻。,第四章 取 芯 第三节 常规取芯工艺,6、下钻钻头离井底2030m开泵，同进空转钻具，把岸心筒的泥饼等杂物甩掉，然后缓慢下放，冲洗井底。 循环泥浆2030min后待设备、泥浆一切正常，方可卸方钻杆投球，开始轻太树心。 7、时应用1030KN钻压，钻进0.10.3m后缓慢加压至正常钻压。 8、取心钻进时操作者精力要集中，送钻要均匀，不得溜钻、中途停泵及提钻等。随时注意泵压变化及岩屑出情况，认真分析井下情况，恰当掌握钻头使用时间。 9、取芯钻进中，要作好防喷工作，如有气侵后效，必须先循环泥浆，待后效消失后再开始取芯。如遇井喷，应在可能条件下先割芯后，再上提钻具处理。 10、发现严重蹩钻无法消除时，立即割心起钻。进尺突然变慢，若非地层变硬原因，即应判断为堵心现象，应立即割心起钻。,（三）割芯操作 川式取芯工具割芯 钻完取芯进尺后停止送钻（不停泵），保持原转速旋转10min左右待悬重恢复后，上提钻具即可。 （1）直接上提钻具1.52.5m，如果悬重上升100200KN后突然下降，说明岩心已被割断，可起钻。 （2）割心时若上提无