QC／ZS 106-54小井眼取心工具的研制與應用*

姚坤鵬，姚建林，何 超

（中石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術研究院）

姚坤鵬等.QC／ZS 106-54小井眼取心工具的研制與應用.鉆采工藝，2019，42（5）：81-82，86

隨著鉆井技術的發展，油田勘探的不斷深入，在鉆井結構設計中，為科學合理的縮小井眼尺寸，通過小井眼進行鉆進達到目的層，可有效的降低鉆井成本。但隨著井深的增加，井眼尺寸的減小，井身結構變得復雜，常規取心工具已無法滿足小井眼鉆井取心，研制符合取心井位特點的小井眼（?104.8 mm～?117.5 mm）［1-4］取心工具至關重要。

目前，常用的小井眼取心工具為川式小井眼取心工具（QC／ZS 89-45），采用?89 mm的鉆具組合，鉆具抗彎性能不足，易造成取心工具在井下失穩，巖心直徑細，抵抗側向力能力差，當鉆具彎曲旋轉時，取心工具在井下失穩很容易使巖心折斷，引起堵心或卡心。為此，研制出了新型的QC／ZS 106-54小井眼取心工具，并開展了現場實驗研究。

一、QC／ZS 106-54取心工具研制

1.工具結構

QC／ZS 106-54小井眼取心工具上部采用分水接頭，對下端連接的旋轉總成起到分流減壓作用；中部沿用常規取心工具的雙筒單動結構，巖心直徑54 mm、長4.6 m；工具底部采用了自鎖式巖心爪組合件（見圖1）。

圖1 QC／ZS 106-54取心工具結構示意圖

2.技術特點

2.1 高強度外巖心筒設計

小井眼取心工具一般應用于深井超深井，為確保井下安全，外巖心筒選用優質無縫鋼管加工制作而成，其管材本身強度高，再加上利用川式高強度取心工具專用螺紋［5］，其極限拉伸載荷達到1 287 kN，極限扭轉載荷達到27.1 kN·m，見圖2外巖心筒螺紋的等效應力云圖。

2.2 巖心穩定性高

根據井眼尺寸（?120.65 mm），最大化地設計巖心尺寸（?54 mm），盡可能的提高了巖心在井底 的穩定性，保證巖心收獲率。

圖2 外巖心筒螺紋的等效應力云圖

2.3 分流泄壓設計

由于工具尺寸非常小，旋轉總成內鉆井液流道預留不足，容易在工具內形成大的壓差，分水接頭的分流設計能夠在鉆井液進入旋轉總成前將其提前進行分流（見圖3），減小工具內壓差，避免對取心工具造成嚴重沖蝕，甚至刺穿工具本體，影響取心效果。

圖3 分水接頭示意圖

2.4 自鎖式巖心爪設計

巖心爪是取心工具的關鍵部件，自鎖式巖心爪在割心時沿巖心爪座內錐面下滑，在逐漸收緊的過程中將巖心包緊，最終達到割心的目的。結合深井地層巖石相對致密的特點，自鎖式巖心爪內工作表面設計為方凸塊加敷碳化鎢顆粒。這種結構能在割心時順利下滑縮徑包緊巖心實現自鎖，起到割斷巖心和保住已入筒巖心的關鍵作用。

3.主要技術參數

QC／ZS 106-54小井眼取心工具主要技術參數見表1。

表1 主要技術參數表

二、現場應用

1.現場基本情況

X井是塔河油田的一口遇探井，鉆井設計井深6 929.34 m。設計在奧陶系鷹山組進行取心，取心井深6 633.77～6 830.78 m，井眼尺寸?120.65 mm，屬于超深井小井眼取心。該井取心層段主要巖性為灰巖，可鉆性較好，部分層段裂縫發育，巖心破碎，在取心過程中易造成堵心磨心，影響巖心收獲率。

2.取心情況

2.1 鉆具組合

?119 mm取心鉆頭+QC／ZS 106-54取心工具+回壓凡爾+?88.9 mm鉆鋌+?88.9 mm鉆桿+?101.6 mm鉆桿+方鉆桿。

2.2 取心參數

樹心：鉆壓5～10 kN，轉速40～45 r／min，排量5～6 L／s。

鉆進：鉆壓10～20 kN，轉速50～55 r／min，排量6～9 L／s。

2.3 取心效果

此次取心層段為6 633.77～6 637.24 m，取心1筒次，進尺3.47 m，巖心長度2.35 m，巖心收獲率67.7%。取心鉆進至井深6 636.27 m（進尺2.5 m）時，1號泵刺壞倒至2號泵，排量從9.7 L／s下降到6.5 L／s，立壓從16.0 MPa下降到8.0 MPa，靈敏表鉆壓顯示回零，扭矩、懸重及其他參數無明顯變化，后續鉆進過程中泵壓無明顯變化，無其他異常現象，鉆進至井深6 637.04 m（進尺3.27 m）時，泵壓從8.0 MPa上漲到10 MPa，觀察20 cm判斷為卡心堵心，與現場各方協商后割心起鉆。

3.取心效果分析

該井取心屬超深井小井眼取心，工具柔性強，取心難度大。雖然巖心收獲率不高，但是也大大高于該區塊其它們井小井眼取心收獲率。根據分析，導致巖心收獲率不高的可能原因有以下兩個：

（1）地層巖性的原因。該井取心層段位于奧陶系鷹山組，部分層段裂縫發育，巖心破碎，在取心過程中易造成堵心磨心，影響取心進尺和巖心收獲率。根據出心情況，發現底部（巖心爪位置）巖心較破碎，起鉆過程中造成巖心抓緊不牢、下部巖心掉落，導致巖心收獲率不高，是造成巖心收獲率不高的主要原因。

（2）取心工具的原因。由于井眼尺寸的限制（井眼尺寸?120.65 mm，工具外徑106 mm），未設計穩定器扶正；同時，小井眼取心工具的鉆井液流道較常規取心工具的更小，工具內壓力變化幅度更大，從心軸側孔中噴射出的高速鉆井液對取心工具有很大的沖擊。受此兩個因素影響，工具本身穩定性不足，很容易使巖心折斷，影響巖心收獲率。

三、認識和建議

（1）對入井工具要認真檢查。內外筒無咬扁，無裂紋，不彎曲，旋轉總成轉動靈活，檢查取心筒水眼是否暢通，使用新的巖心爪。

（2）在進行超深井小井眼取心作業時，以井下工具安全為主，嚴格執行坐崗制度，加密觀察和記錄泵壓、扭矩等變化，分析判斷準確，有異常及時采取相應措施，處理要果斷，盡力提高取心收獲率。

（3）在小井眼取心設計時，工具內應預留足夠的鉆井液通道，取心工具入井到底后，優選合適排量循環，防止取心工具刺漏。

（4）在超深井小井眼進行取心作業時，要大幅上提下放活動鉆具，待井底沖洗干凈、扭矩正常后方可進行取心作業，鉆進時做到均勻送鉆，采用低鉆壓控時鉆進，提高取心工具及鉆具的井下穩定性，確保取心單筒進尺和收獲率。

（5）在超深井小井眼進行取心作業時不宜貪圖進尺，遇到特殊情況時應第一時間割心起鉆，保證已取得的巖心。