7 取心钻井

够的强度、井下安全和不影响收获率的前提下尽量加大内径的原则。 二．岩心筒 岩心筒是取心工具的主要部件之一。它一般是由内岩心筒（简称内筒）和外岩心筒 （简称外筒）组成。 内岩心筒的主要功用是容纳和保护岩心，使岩心在钻进过程中不受泥浆的直接冲刷 和旋转钻具的磨损与碰撞。而钻筒的主要作用是传递和承受钻压，取接钻头并带动钻头 旋转，保护内岩心筒。 由于内外岩心筒的功用不同，所以对其要求也不一样。为了使岩心能顺利进入内筒， 故要求内筒壁光滑，无弯曲、无变形，以防岩心磨损和受力；为了有效地保护岩心，为 求在钻进时内筒不随外筒旋转，同时应有防止泥浆从内筒顶部冲刷岩心的装置；为了增 大内筒的有效容积，减轻取心工具的重量，则要求内筒的管壁薄、重量小。对于外筒则 要求其强度大，无弯曲和变形。 为了实现对内筒的上述要求，所以在内筒上端装有分水接头和回压凡尔总成，将内 筒悬挂在外筒的顶部，并在悬挂装置与内筒之间装有悬挂轴承，如图 7-1 所示。 外筒一般是由壁厚较大的套管制成，而内筒一般是用无缝钢管制成。对于岩心筒的 长度则无严格规定，一般它相当于一根钻杆的长度。对于长筒取心工具来说，其岩心筒 是由数根普通的岩心筒连接而成。 三．岩心爪 岩心爪部件虽小，但它却是取心工具的重要组成部分。它质量好坏，直接影响到岩 心收获率的高低。 岩心爪的作用是割取岩心和承托已割取的岩心柱，将其能顺利地取到地面上来。因 此，要求岩心爪要有良好的弹性，允许岩心能顺利进入内筒而不受破坏；能有效地从根 部害割断岩心；有足够的强度，在钻井和割心时不会断裂和破碎；起钻时能可靠地托住 岩心。 常用的岩心的选择主要是根据地层岩石的机械性质。在松软和软地层中取心，一般 选用卡箍式岩心爪；在胶结较好的硬或中硬地层中取心时，由于岩心强度较高，一般选 用卡板式岩心爪，有的硬地层取心工具还配有卡箍式和卡板式两种岩心爪，这样对卡心 和割心更为可靠；卡簧式岩心爪多用于地质钻探取心，而在石油钻井取心时很少使用。 四．扶正器、回压凡尔 一般取心工具的内、外岩心筒上部装有扶正器。外筒扶正器可提高外筒和钻头工作
实取岩心长度（ 米） * 100% 取心进尺（ 米）
例 7-1 在某次取心时，取心进尺为 10 米，实际取出岩心长度为 9。8 米，则岩心收获率 为
9。8 10
* 100% 98%
最理想的岩心收获率为百分之百。 岩心收获率又分单筒岩心收获率和全井平均岩心收获 率。 由此可见，提高岩心收获率是取心钻井最根本的要求。欲提高岩心收获率，一方面要选 用适合于取心井段岩性的取心工， 另一方面还要采取合理的技术措施。 二者就是本章所要介 绍的主要内容。 第一节 取工具的组成 取心工具是获取岩心的重要工具。本节主要介绍钻井取心法所使用的工具。它一般 都是由取钻头、岩心筒、岩心爪、扶正器和县挂装置等部件组成（如图 7-1） 。下面分别 介绍部件的用途、结构特点及要求。 一．取心钻头
1) 钻头与外岩心筒 在松软和易垮塌的地层，钻头外筒的直径差值不能太小，以免由 于外筒与井壁间隙太小，引起泵压升高，井底清洗不净，从而造成卡钻等井下事 故。在易斜地层，其间隙值可适当减小，这样有利于防斜。
一般说来，钻头外径应小于等于全面钻进钻头的尺寸，并大于外筒接头外径 10~20 毫米。它的内径根据岩性的不同合理选择，一般比内筒内径小 5~10 毫米。 2）内、外岩心筒之间的间隙一般为 10~20 毫米，保证泥浆能顺利流过，避免泵压过高 （特别是深井取心） 。 3）岩心爪张开时的内径，一般大于钻头内径 5~10 毫米，并稍大于或等于内筒的内径。 在易膨胀地层，该差值可大些；而在硬地层该差值应适当减小。 4）钻头内台肩与岩心爪应有 5~10 毫米的间隙。此间隙太大，岩心爪距井底太远，则 不利于保护岩心。 第二节 取心工具的类型 随着取心工艺技术的不断发展，国内外也都加强了对取心工具的研制和改进，使其 结构更加合理，使用更加可靠，从而岩心收获率也不断提高。本节只介绍几种有代表 性的常规取心工具和特殊取心工具。 一． 常规取心工具 目前，由于我国的常规取心还没有达到标准化、系列化，因此，各油田自行设计 和制造的取心工具式样很多。有些工具的具体结构虽然不尽相同，但其性能却是一 样的。归纳起来，不外乎是适用于松软和软地层的与适用于中硬和硬地层的短筒取 心工具，以及适用于从松软到硬地层的长筒取心工具两大类。下面就分别介绍几种 有代表性的常规取心工具。 1． SR 型取心工具 SR 型取心工具是某油田设计和制造的。它适用于 215~244 毫米井眼、松软和 软地层取心。其结构如图 7-4 所示。 该工具主要由取心钻头、岩心爪、岩心筒组合与加压悬挂装置组成。岩心筒组 合由内筒和外筒组成；加压悬挂装置由六方杆、六方套、压套、弹簧和限位接头等 部件组成。内外筒是通过弹簧、限位接头和托环经预压而连接在一起，从而实现预 压弹簧悬挂之目的的。六方杆与六方套即可上下滑动、实现加压割心，又可一起转 动来传递扭矩。 下钻前不装凡尔钢球。下钻到井底后开泵循环泥浆，此时泥浆通过承压座、限位接头、 中心管和悬挂总成的内孔进入内筒，再由内筒返至环形空间。这样既可清洗井底，又可冲洗 内筒。待泥浆处理好，井底清洁后，再卸开方钻杆，投入钢球堵死内筒泥浆通路，开始取心 钻进。
钻进完毕后，上提钻具拉开六方滑套，间隔一定时间分别投入四只钢球。待球就位后， 下放钻具使压套压球，这样钢球将钻柱的部分重量传递给承压座，从而使弹簧压缩，推动内 筒下滑， 迫使岩心爪沿钻头内腔斜坡下行收缩变形将岩心割断。 这样就实现了投球加压割心。 SR 型 取 心 工 具 有 以 下 特 点 ：
1） 采用预压弹簧悬挂内筒。它与销钉悬挂法相比，大大提高了悬挂的可靠性， 从而克服了由于销钉提前剪断而造成岩心爪提前收缩的缺点。 2） 采用内洗式结构。取心前可通过内筒循环泥浆， 冲洗内筒，清洗井底。这样， 不仅保证了内筒清洁，有利用于岩心入筒，而且也保证了下钻到井底后开泵 一次成功。 3） 采用壁厚为 16 毫米的厚壁钢管做外筒。从而提高了工具在井下工作的稳定 性，有利于提高岩心收获率。同时也延长了外筒的使用寿命。 4） 将加压装置与悬挂装置合二为一。使该工具具有结构简单、便于加、组装和 运输等优点。 2． 川 8-3 型和川 6-3 型取心工具
棱扶正器，以提高取心工具的稳定性。这样有利于提高取心收获率，平均单筒 进尺和延长金刚石取心钻头的使用寿命。 外筒为带台肩的锥度扣（锥度为 1：16，6 牙/英寸） ，公母扣按等强度设计。因此， 上卸扣方便，强度高，密封好。 2） 内、外筒组合方便，使用范围广。内、外筒等长，各套内外筒可以互换。每节 内、钻筒保持下列关系： L1+L2=L3=91000 毫米 2 毫米
式中 L1----外筒长度； L2----外筒扶正器长度； L3----内筒长度。 由于内筒悬挂部分和外筒扶正器的长度相等， 因此可用一个外筒扶正器来补偿悬挂部分 造成的内外筒长度差值。若井下情况复杂，可用一长度为 L2 的接头（或称为差值短节）来 更换外筒扶正器。 该取心工具不分长筒或短筒，根据需要每次可下 1~3 节或更多节内、外筒。既可作短筒 取心用，又可作长筒取心用。长筒取心时，采用“拔断岩心接单根“的操作方法即可实现连 续取心， 。 3） 采用泥浆润滑悬挂承。该工具采用的轴承有两个特点：一是轴承无弹架；二是 轴承两端无密封，允许少量泥浆通过，起冷却和润滑作用。同带有弹架的密封 悬挂轴承比较，具有结构简单，转动灵活，寿命长，拆装方便等优点。更适合 在井下高温、高压和泥浆介质条件下工作。 4） 采用新型卡箍式岩心爪。卡箍是一个弹性体，分内齿式和外齿式两种，外齿式 带扶正面。不论内齿式或外齿式，其内部与岩心接触的表面，均采用特殊加工 工艺敷焊粒度为 20~30 目的铸造碳化钨，以提高其耐磨性和增大其磨擦系数。 卡箍和卡箍座配合锥面的锥度为 1：5。卡箍自由状态的内径比岩心直径小 2~3 毫米。取心钻进时，锥面松开，岩心撑开卡箍，并克服共弹性收缩力而不断进 入内筒。需要接单根时，上提钻柱，锥面重新接触，卡箍卡紧岩心，并将其拔 断。接完单根后，下放钻具，加压顶松卡箍后再继续钻进，岩心又可以不断地 进入内筒。这就是“拔断岩心接单根”的操作方法。 为适应比较松散和破碎地层取心，该工具还备有既带卡板又带卡箍的双作用岩心 爪，而且该卡板的结构与老式卡的不同，卡板和销子为一整体，强度高，在井下不 易断裂。 5） 采用投球法清洗内筒。取心工具入井时先不装钢球，下钻到井底后循环清洗内 筒。几分钟后，卸开方钻杆，投入钢球，封住内筒上通道，泥浆开始侧循环， 此时便可进行取心钻进。 6） 取心工具顶部带安全接头。安全接头由带有梯形扣的公母接头、摩擦副和两个 “0”型密封环组成。一旦井下出现复杂情况外筒被卡时，可先从安全接头处 倒开，将内筒和岩心一并起出，留下外筒在井底再作处理。
的稳定性，并有利于防斜；内筒扶正器可保持内筒稳定，使内筒与钻头的对中性好，岩 心易于进入，不易偏磨岩心。但井下情况复杂时，用外筒扶正器容易卡钻；用内筒扶正 器有可能内筒带转。故有的取心工具的内外筒均不装扶正器。 回压凡尔是装在内筒上端的一个单流凡尔，用以防止泥浆由内筒顶端进入而冲刷岩 心，它起保护岩心的作用。同时，岩心顶部的泥浆又可以通过该凡尔排出，保证岩心能 顺利进入内筒。 五．取心工具各部分的配合
取心钻头是钻出岩心的主要工具。其切削刃分布在一个同心圆的环形面上。它的 功用是对井底岩石进行环形破碎，形成岩石。
取心钻头的类型，目前使用的有刮刀取心钻头、硬质合金取心钻头和金刚石取心钻 头等几种（如图 7-2 所示） 。在中硬和硬地层多使用硬质合金取心钻头，在软地层普遍使 用刮刀取心钻头。 为了提高岩心收获率，要求取心钻头工作要平稳。钻头的切削刃应对称分布，底刃 面应与钻头中心线相垂直，切削刃的耐磨性应一致，以免钻头歪斜和偏磨而破坏或折断 岩心。为了提高岩心的强度和提供可靠的地质资料，要求岩心的直径要大些，实践证明 岩心直径大，其收获率就易于提高。但是钻头直径一定时，岩心直径也不能太大。因为 过多的增大岩心直径，必然影响钻头的强度和使用寿命，同时，内外岩心筒的环形间隙 也得减小，泥浆流动阻力增大，泵压升高，这样，不仅影响收获率，严重时还可能造成 井下事故。所以在设计取心钻头时，当外径确定后，内径的选择要遵循在保证钻头有足