194-120大直徑取心工具的研制與應用

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

0 引言

鉆井取心技術是獲取巖心的最直接方式，在油氣勘探開發中發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確計算油田儲量、制定合理的開發方案和增產措施提供依據。為了在常規取心條件下獲得更為準確的巖心資料，地質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，又增加了鉆井作業成本[1]。為了滿足地質和工程需求，研制出了194-120型取心工具，實現了在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，具有廣泛應用前景。

1 技術原理

1.1 主要結構

194-120型可內調節取心工具結構如圖1所示，主要包括安全調節總成、旋轉總成和取心執行總成。安全調節總成具有縱向自調節結構，如圖2所示，可通過與專用調節工具配合，調節巖心爪座底面與鉆頭內臺肩的縱向間隙，旋轉總成部分采用常規取心工具雙筒單動結構，工具取心執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總成的情況下，通過專用調節工具來調節巖心爪座底面與鉆頭內臺肩的縱向間隙，調節工具結構如圖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，下入專用調節工具，將專用工具插入鎖緊帽的花鍵槽內，將其卸松，再將調節工具的彈性爪張開，卡在鎖緊帽的溝槽內，將其取出；調節工具再卡住鍵環內的溝槽，將鍵環取出，再利用專用工具旋轉調節套螺紋，以達到調節巖心爪座底面與鉆頭內臺肩的軸向間隙的目的。最后再利用調節工具將鍵環和鎖緊帽裝入，工具在調節間隙時不需要拆卸旋轉總成，縮短了取心作業的時間，減少了現場作業人員的工作量，具有明顯的優越性。

圖1 取心工具結構示意圖

圖2 安全調節總成結構示意圖

圖3 專用調節工具結構示意圖

1.3 主要設計特點

(1)通過內、外巖心筒的結構優化，在滿足工具強度及內外環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，不僅提高了常規取心資料的準確度和使用價值，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)可通過專用調節工具調節取心工具巖心爪座底面與鉆頭內臺肩的縱向間隙，可減少拆卸旋轉總成的工序，調節更加方便，節約作業時間，降低了作業難度和作業成本。

2 主要技術參數

工具內、外筒設計采用等長度結構，單根有效長度9.2 m，組裝時可根據地層及井眼條件組合成單筒、雙筒、三筒等，滿足現場使用要求，取心具體參數詳如表1所示。

表1 取心具體參數

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臺肩的縱向間隙在8～13 mm之間，否則，需要通過專用調節工具調節其縱向間隙。調節方法如下：取心工具再次座于井口，下入專用調節工具，調節工具插入鎖緊帽的花鍵槽內，將其卸松，再將調節工具內的彈性爪張開，卡在鎖緊帽的溝槽內，將其取出；調節工具再卡住鍵環內的溝槽，將鍵環取出，再將調節工具花鍵插入到取心工具調節套花鍵槽內，轉動調節工具即可調節取心工具巖心爪座底面與鉆頭內臺肩的縱向間隙，反向旋轉調節套一圈，間隙增加4 mm，正向旋轉調節套一圈，間隙減小4 mm。

3.2 下鉆

平穩下鉆，下鉆遇阻不超過5 t，盡量避免大段劃眼。

3.3 循環

取心鉆頭下至離井底2 m左右時，緩慢開泵，將鉆井液循環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，鉆頭不提離井底，注意觀察機械轉速、泵壓的變化。

3.6 割心

割心時，停頂驅但不停泵，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穩住不降，則停止上提鉆具，保持巖心受拉狀態，開頂驅，轉速30 r/min，磨巖心3～5 min，停頂驅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，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 現場應用情況

本可內調節式取心工具在山西臨興地區已成進行了取心作業，取心地點為山西臨興區域，應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；構造位置：鄂爾多斯盆地晉西撓褶帶西緣孟家坪構造西北側；取心工具：194-120可內調節取心工具；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，數據如表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%，各項指標均符合設計要求，獲取了目的層地質資料，達到研究該地層構造及充實地層相關數據的目的，獲得了甲方認可。

表2 取心數據

5 結論與建議

(1)針對現有常規取心工具巖心爪座底面與鉆頭內臺肩的縱向間隙調節程序復雜的問題，通過創新性結構設計，可在不拆卸取心工具條件下調節縱向間隙，大幅縮減了取心作業的時間和現場作業人員的工作量，具有明顯的優越性。

(2)根據現場試驗情況來看，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，不僅提高了常規取心資料的準確度和使用價值，而且提高了巖心的強度，可保證有較高的巖心收獲率，建議進一步現場推廣。