鋁合金中筒取心技術在哈薩克斯坦烏里赫套油田的應用

蘇 洋

（中國石油長城鉆探公司工程技術研究院，遼寧 盤錦124010）

烏里赫套油氣田位于哈薩克斯坦西部的濱里海盆地東緣凹陷構造帶讓爾卡梅斯東部隆起梯階扎納諾爾大地構造，發現于1983年。1988 年由蘇聯國家資源儲量委員會確認的初步探明地質儲量為天然氣398.2 億立方米,凝析油1162 萬噸,原油650 萬噸。為了開發該區塊石炭系油藏，需要開展油藏精細評價和油氣儲量計算等前期地質工作，必須獲取豐富的油藏巖性實物資料，并由中哈長城鉆井公司通過競標承鉆，在該區塊先后部署6 口探井進行取心作業。

取心工具采用長城鉆探工程技術研究院自行研制的CQY 型鋁合金中筒取心工具，目前已在烏里赫套油氣田完成3 口探井的取心施工作業，累計取心進尺994.02m，累計心長977.05m，平均巖心收獲率98.29%，平均單筒進尺17.18m。

1 地質特征及取心技術難點

1.1 地質特征

烏里赫套油氣田勘探潛力集中在石炭系KT I 和KT II 油層組，巖性主要為灰巖。該區井底壓力高、硫化氫氣體含量高，80 年代前蘇聯在該區塊鉆井發生過嚴重的井噴事故。

1.2 技術難點

1.2.1 高壓、高礦化度，高酸性氣體，井控風險大。KTI 油層組主要為氣層，井底壓力大，硫化氫含量高，容易對工具造成腐蝕；KTI段上部鹽層溶解和硬石膏吸水膨脹所帶來的井眼失穩，以及鹽、石膏對泥漿性能的破壞給鉆井帶來很大的風險。

1.2.2 KT II 段取心巖心直徑小，單筒進尺長。KT II 油層組在四開之后，井眼尺寸為6 寸井眼，采用的小井眼取心工具所取巖心直徑為66mm，使用中筒取心單筒進尺為18m，細長的巖心容易發生斷裂和破碎，導致后續巖心進筒困難，從而增大發生堵心和磨心的幾率，影響收獲率。

1.2.3 周期緊，任務重。烏里赫套油氣田單井設計取心進尺400 米，其中KTI 和KTII油層組各取心200 米，共部署取心井6 口，每口井取心周期一個月。在安全施工并保證收獲率的前提下，實現快速高效的鉆井取心，成為整個取心施工項目最大的挑戰。

2 取心工具及鉆頭的選型

2.1 CQY 型取心工具

CQY 型取心工具是長城鉆探工程技術研究院自行研制的自鎖式取心工具，目前有CQY133 -66A ( 適 用 于6″ 井 眼)、CQY172 -101A、CQY180-105A 和CQY194-115A 等型號，單筒取心進尺可達9m，對接后均可實現雙筒取心（進尺18m） 和長筒取心（進尺27m），除使用鋼制內筒外，還可使用配套的鋁合金內筒及玻璃鋼內筒，可根據地質分析要求進行整體或定位切割取樣，以便于巖心的保存和運輸。

2.2 CQY 型取心工具結構特點

2.2.1 中長筒取心單筒進尺多，純鉆時間長，軸承的靈活耐用對取心工具的正常運轉起著極其重要的作用。CQY 型取心工具采用開放式潤滑懸掛軸承，通過懸掛軸承使內筒懸掛于外筒安全接頭，實現內筒和外筒的連接。軸承采用開放式結構，泥漿介質可以流過軸承腔對軸承進行清洗并對滾珠進行潤滑，保證軸承的靈活性，實現了取心過程中外筒旋轉而內筒相對靜止的雙筒單動功能。

2.2.2 CQY 型取心工具還具備調節內筒總成長度和防止內筒軸向運動的功能，這種功能的實現得益于心軸的使用。內筒通過內筒調長接頭連接到心軸，當內筒長度不合適時，固定住內筒調長接頭，轉動心軸改變懸掛系統的長度，進而調整內筒總長，使鉆頭間隙得到調整。當軸承失靈時，外筒的旋轉會將扭矩傳遞給心軸，可能會使內筒和心軸之間發生軸向位移，導致內筒長度的改變。為有效地約束內筒的軸向運動，在心軸和內筒調長接頭上沿軸向各開了一道半合槽。內筒在心軸上的位置調好后，在半合槽內插入止動環，對緊帽和內筒調長接頭施加正扣扭矩將止動環壓緊，即可有效地約束內管的軸向運動，防止內筒倒轉，同時也防止止動環從槽中竄出落入環隙。

2.2.3 CQY 型取心工具采用上中下三套扶正短節，可以有效解決施加鉆壓后外筒發生彎曲的問題，保證取心工具在井下的穩定性。與各型取心工具配套的優質鋁合金內筒，內壁摩擦系數小，非常有利于巖心的進筒，尤其適于小井眼取心，可以減少巖心在內筒中堵卡的幾率。鋁合金內筒還具有抗拉強度高，耐腐蝕，易于切割和保存的優點，完全可以滿足石炭系中硬及硬地層的取心技術要求。

2.3 CQY 型取心工具的選型

烏里赫套油氣田KT1 段為215.9mm 井眼，經過探討，決定采用CQY194-115A 型鋁合金中筒取心工具在該層位進行應用。該型取心工具外筒外徑194mm，所取巖心直徑115mm，之所以采用該型取心工具，是因為其所取的115mm 巖心具有較大的巖心直徑，較105mm 和101mm 巖心更易成型及保持完整；在條件允許的情況下，采用大直徑外筒也可以增加取芯筒的強度，CQY194 -115A 較CQY172-101A、CQY180-105A 型取心工具具有更強的抗拉和抗扭強度，提高了鉆井安全系數。

石炭系KTII 取心段為152.4mm 井眼，采用CQY133-66A 小井眼鋁合金中筒取心工具，該型取心工具外筒外徑133mm，巖心直徑66mm。其與CQY194-115A 型取心工具均具有20mm 的超級厚壁優質合金鋼外筒，是專為深井硬地層做出的高強度設計。

2.4 取心鉆頭的選型

烏里赫套石炭系主要為灰巖地層。從地震剖面圖可以分析出地層產狀平緩，KT1 油層組開始取心之前鉆時較快，從地質所撈巖屑來看，灰質含量較高，白云質和泥質含量少，可鉆性好，質地均勻，據此選用布齒密度小、切削齒尺寸大、直通水眼的TKS 型6 翼刮刀式PDC 取心鉆頭。該型取心鉆頭的內部增加了扶正結構，使內筒和鉆頭的軸線重合，減少了徑向偏差；在鉆頭的內外側嵌裝柱狀熱穩金剛石保徑齒，減少鉆頭內外徑的磨損，從而加大了內筒和鉆頭工作的穩定性。

3 取心技術措施

3.1 準備工作及要求

下鉆前要量取并調整鉆頭內臺肩與卡箍座下端面的軸向間隙，正常間隙在8～13mm范圍之間。第一次取心作業下鉆之前必須對所有下井鉆具進行通徑，所有鉆具必須能夠順利通過直徑為30mm 的鋼球。鉆鋌及加重鉆桿總重量應不少于120 看kN。取心鉆頭下鉆到底后開泵循環一個遲到時間，將內筒及井底異物沖洗干凈后投球，鋼球到底后泥漿改走內外筒環空，泵壓略微升高，方可取心鉆進。

表1 CQY 型取心工具現場實驗數據

3.2 取心鉆進參數

針對石炭系灰巖地層可鉆性及膠結性較好的特點，從保護巖心和鉆井安全的角度，制定了低轉速、小鉆壓的取心技術方案。這樣可以減少巖心筒在旋轉中產生的離心力，降低取心工具承受的扭矩，提高安全系數。具體操作措施為：

3.2.1 在準備工作做好以后，校準指重表，鉆頭離井底一米左右時開泵（CQY194-115A 排量為18-24 L/s，CQY133-66A 排量為10-16 L/s），啟動轉盤，轉盤轉速60～70r/min，慢慢下放鉆具，以5-10kN 的鉆壓接觸井底，然后緩慢加壓到20kN。以20kN 鉆壓鉆進0.3m 后，逐漸將鉆壓調整到30-50kN。鉆遇軟硬交錯地層時，應及時調整鉆壓。打完進尺后，剎住剎把，靜壓磨心，等鉆壓基本回零后，緩慢上提鉆具，靠內筒底部卡箍座的限位作用迫使卡箍巖心爪抱死巖心將其拔斷。

3.2.2 起鉆過程中，要嚴格控制起鉆速度，在油氣層起下鉆速度不高于0.3 m/s，在裸眼井段不高于0.5m/s，在技術套管起下鉆速度極限0.6-0.8m/s。起鉆時，每起1 柱灌一次泥漿并在起下鉆時觀察井口泥漿返出的情況,預防抽吸引起井噴。

3.3 井下情況判斷原則

3.3.1 鉆頭剛接觸井底就有蹩跳現象，鉆壓增大而機械鉆速不隨之變快、泵壓也不增加，表示井底不干凈，不能取心。

3.3.2 在取心過程中如果進尺明顯變慢，泵壓略有下降，可剎住滾筒，停止送鉆，觀察鉆時。若5 分鐘鉆壓不下降，說明巖心在內筒中堵卡，應盡快起鉆。如果鉆時變長，泵壓無變化，且伴有蹩跳現象，說明地層巖性發生變化，可繼續鉆進。

4 現場應用情況

通過使用CQY194 -115A 和CQY133 -66A 型取心工具，先后在烏里赫套油氣田完成了y-1、y-2、y-3 三口井的取心施工任務。累計取心進尺994.02m，累計心長977.05m，平均巖心收獲率達到98.29%。由于取心技術措施合理、取心鉆頭選擇恰當，大大縮短了鉆井周期，達到了甲方的要求，取心數據詳見表1。

5 結論與建議

5.1 長城鉆探工程技術研究院自行研制與開發的CQY 型取心工具具有結構簡單，靈活性強，技術成熟、安全系數高的一系列優點。通過優選高強度取心工具，有效克服了烏里赫套油田石炭系井底壓力高，硫化氫含量高的鉆井難點。通過優選取心鉆頭，制定合理的技術措施，快速高效的完成了烏里赫套油田前期石炭系大井段取心的任務，累計進尺994.02m，平均收獲率達到98.29%。

5.2 CQY133-66A 型取心工具使用配套的優質鋁合金內筒，內壁摩擦阻力小，抗拉強度高，完全滿足石炭系小井眼中筒取心的技術要求，并具有易于切割和保存的優點。長城鉆探公司已相繼與哈薩克斯坦國家石油公司，里海石油公司等各大石油公司簽署取心合作協議，使鋁合金中筒取心技術在該地區得到了成功的推廣應用。

5.3 TKS 型6 翼刮刀式PDC 取心鉆頭對石炭系灰質及白云質灰巖地層均具有很好的適應性，平均每米鉆時15-25min。在y-1、y-2井使用的直通式水眼鉆頭，可以有效防止泥漿沖蝕巖心，但是對于巖心表面的巖屑清理效果欠佳，在較為疏松的地層出現了堵心現象。為解決這個問題，設計人員在鉆頭內壁加開6 道水槽，縮短鉆頭內壁與巖心接觸面的長度，并在y-3 井的現場實驗中取得了預期的效果，23 筒取心當中僅有一筒因鉆遇泥巖發生堵心，有效解決了因泥漿不能及時清理巖屑而造成堵卡的問題。

5.4 通過在烏里赫套油氣田y-1、y-2、y-3 井的現場應用取得的經驗，建議在即將進行施工的y-4 井使用帶有內腔水槽的PDC取心鉆頭進行長筒取心技術應用，進一步提高機械鉆速和單筒進尺，節約鉆井成本。

[1]朱永宜. KZ 型單動雙管取心鉆具的研制與應用.石油鉆探技術[J].2006.(34)3:20-22.

[2]劉志合，謝桂芳，王衛.SLYb-8100 型取心工具的研制與現場試驗[J]. 石油機械,2002.（30）11:30-31.