鉆井保壓密閉取心技術(shù)應用分析

趙怛耀

摘 要：針對油田鉆遇油層物性差異較大、對取心工具和工藝技術(shù)要求較高的問題，分析了保壓密閉取心技術(shù)配套工具結(jié)構(gòu)、工作原理及取心工藝。該技術(shù)應用廣泛，具有較好的經(jīng)濟效益。

關鍵詞：密閉 保壓 取心技術(shù)

中圖分類號：TE244 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（a）-0109-01

保壓取心技術(shù)是石油鉆探取心領域最先進的技術(shù)之一，它可以取出原始地層壓力下不受鉆井液污染的密閉巖心，可提供油、氣、水飽和度等物性方面第1手和最可靠的地質(zhì)資料，從而可以確定地層含氣量，獲取較準確的儲層參數(shù)及油氣水分布規(guī)律等，為制定合理的開發(fā)方案提供科學依據(jù)[1-2]。

密閉取心技術(shù)可以防止鉆井液的污染，但巖心從井底取到地面，因壓力降低和溫度降低使巖心中的氣體和原油中的輕質(zhì)組分劇烈膨脹而散逸，所以不能反映井底條件下的原始狀況。保壓密閉取心技術(shù)是取得保持儲層流體完整巖心的一種有效方法。這種巖心可準確求得井底條件下儲層流體飽和度、儲層壓力、油層相對濕度及儲層物性等資料。對于正確認識地質(zhì)情況和進行殘余油儲量計算，合理地制定開發(fā)調(diào)整井方案，提高采收率有重要意義。

1 工具結(jié)構(gòu)

保壓密閉取心工具結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括：（1）切削型取心鉆頭、卡箍組合、密閉頭；（2）內(nèi)外巖心筒總成：雙巖心筒單動式；（3）球閥總成：由球體、上下閥座、預緊彈簧、閥、閥體、半滑環(huán)、密封盤根、軸銷等件組成，球閥總成在割心后能密封內(nèi)筒保持地層壓力；（4）氣閥調(diào)節(jié)機構(gòu)：由高壓氣室、調(diào)節(jié)閥總成、單流閥等組成，高壓氣室儲存高壓氮氣（40 MPa），氣閥調(diào)節(jié)總成是能夠保持內(nèi)筒壓力恒定的壓力自動補償機構(gòu)；（5）氣室聯(lián)通總成：起鉆時聯(lián)通接頭打開，氣體由高壓室通過聯(lián)通接頭向內(nèi)巖心筒補充，測壓接頭用以接壓力表測量內(nèi)筒壓力或放空內(nèi)筒壓力；（6）懸掛總成：裝有懸掛軸承組使內(nèi)巖心筒保持不轉(zhuǎn)動，用球座式懸掛內(nèi)筒；（7）滑動機構(gòu)：由六方桿、內(nèi)六方套、大小頭、壓帽、盤根等組成，具有伸縮功能，并帶有鎖閉和釋放機構(gòu)，內(nèi)外六方傳遞扭矩。工具下部是球閥總成，這是工具下部的密封系統(tǒng)；（8）地面處理設備：對巖心進行清洗、冷凍、切割、分析化驗等。（如圖1）

2 工作原理

該工具為雙筒單動式取心筒，卡箍式卡心，內(nèi)筒是非旋轉(zhuǎn)的薄壁管，懸掛在用鉆井液潤滑的軸承上，內(nèi)巖心筒是容納巖心的容器，也是在割心后的密閉殼體。工具下井前，預先從密閉頭注滿密閉液，在取心鉆進過程不斷把巖心包封起來，保護巖心免遭鉆井液污染。當取心鉆進完成后，上提鉆具，巖心爪卡斷巖心，并把巖心扶正到球閥內(nèi)。然后投入1只50 mm鋼球使之坐在滑套座上，待鉆井液返出且泵壓正常后，說明滑套到位；此時，外筒在重力作用下，內(nèi)外六方脫開，外筒下移，其重力作用在球閥半滑環(huán)上，半滑環(huán)使球體產(chǎn)生一扭矩，并旋轉(zhuǎn)90°而關閉球閥，使巖心密閉在內(nèi)巖心筒中。壓力補償系統(tǒng)中的高壓氣室預先儲存著高壓氮氣。閥門組機構(gòu)預先調(diào)到規(guī)定壓力，在起鉆過程中和以后作業(yè)中，通過壓力調(diào)節(jié)器恒定地向內(nèi)筒補充壓力，從而維持內(nèi)巖心筒的壓力不變[3]。

3 取心工藝

采用特殊的巖心筒和取心工藝，使鉆出的巖心仍保持它在地層壓力條件下的狀態(tài)，這種能保持地層壓力的密閉取心技術(shù)所取的巖心，在室內(nèi)的分析數(shù)據(jù)多達22項，這對于油田的原始儲量計算以及合理制定第1次、第2次開發(fā)方案都具有極高的技術(shù)經(jīng)濟價值。

配齊地面處理設備和密閉液材料；冷凍材料一般選用固體二氧化碳（干冰），每筒巖心用量不少于250 kg；充氣材料選用惰性氣體，一般選用氮氣或氬氣，每筒巖心需要1瓶壓力達12 MPa的氣瓶。工具組裝好后，從密閉頭處注入清水試壓25 MPa，30 min壓力降小于0.3 MPa，球閥與密封處不滲不漏為合格。儲氣室、調(diào)壓室總成、氣室聯(lián)通接頭總成組裝好后用氮氣試壓10 MPa，30 min壓降不超過0.3 MPa為合格。用齒輪泵將密閉液從密閉頭處注入內(nèi)筒，注入量為40 L，經(jīng)檢查不滲不漏方可入井。示蹤劑含量達到要求后慢慢下放鉆具至井底，并輕壓慢轉(zhuǎn)，當密閉頭銷釘剪斷并引導巖芯進入內(nèi)筒后，再逐漸加壓正常取心鉆進；取心鉆井參數(shù)：鉆壓60～80 kN，轉(zhuǎn)速60～80 r/min，排量15～20 L/s。鉆完預定進尺之后上提鉆具割芯，投入1顆直徑為50 mm的鋼球，開泵送球入座，水力剪銷，泵壓恢復正常后表明銷釘剪斷。在外筒重力作用下，球閥關閉內(nèi)筒密封。工具放到地面以后，卸掉外筒懸掛軸承以上部分，將壓力表接到內(nèi)筒測壓筒中，打開針閥可讀出筒內(nèi)的壓力，測壓后關閉針閥。抽出內(nèi)巖心筒，將帶有巖心的巖心筒放入冷凍箱內(nèi)，周圍放置足夠的干冰，冷凍箱內(nèi)充壓到原有壓力值，冷凍6～8 h。

4 結(jié)語

由于油田油層巖性、物性、埋藏深度變化大，并且含有不等徑礫石，因此對取心工具和工藝技術(shù)有著多樣化要求。為了鉆取不同類型地層的巖心，研制適合相應地層的取心工具與其工藝技術(shù)十分重要。

參考文獻

[1] 吳玉濱，楊立文，王江艷.SZ-65型隨鉆取心技術(shù)研究與應用[J].石油鉆采工藝，2006（4）：72-74.

[2] 李永平，蒲繼才，趙生秀，等.保壓密閉取心技術(shù)在臺6-28井的應用[J].青海石油，2009（12）：10-13.

[3] 王智鋒，許俊良，薄萬順.深海天然氣水合物鉆探取心技術(shù)[J].石油礦場機械，2009，38（9）：12-15.