钻井取心出心装置研制
新型井壁取心器的研制与应用
１ １ 取 心器 整体 结构 设计 ． １ １ １ 弹道 ． ．
人地层 ， 取 目的层 的岩 心… 。由于 撞击 式 取 心器 操 获 作 简便 ， 心成本 低廉 ， 取 已得 到广 泛 的应 用 ， 在 国 内 现
弹道 由弹室、 药仓两部分组成。弹室是存放取心 筒 的部位 ， 室的密 封高 度 是根 据 所使 用 的取 心药 盒 弹 来决 定 的 ， 本取 心器采用 价格低 廉 的双基火药 做能 源 ，
１２ 热 处理工 艺 ．
根 据金 属材 料 的 特点 与 热处 理 技术 的作用 ｌＪ采 ＿ ３， ３
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
线槽 是存放枪体 线 的
部位 ， 体 线 分 别 按 单 、 枪 双 数布在两 边 的线 槽 中 ， 线槽 的规 格为 深度 １ ／／ 宽度 ３／ １ １、 ／
１ ｍ、 １ ４ ｍ。插 线 ０ｍ 长 ０ｍ ９
摘
要 ：为 了解决老式井壁取心 器故 障率 高、 维修 困难、 射率和 收获率低 的 问题 ， 发 开发研 制 了新型 的井壁取 心 器。
该取心器采用 了枪体整体调 质处理与枪体局部 高频淬 火相 结合 的热处理技 术、 室壁高频 淬火后定量研磨技 术、 上 内” 弹 “
“ 下外” 的减震技术 。另外 ， 了保护枪体线 ， 为 采用了在线槽 内设置独特 的插线板轨道 的方 法， 克服 了因护线板 与枪 体 强 度不均造成枪 体线挤 出、 磨坏或切断的缺 陷。改进 了储 线仓 （ 线仓 由线仓 、 储 密封槽 、 防退扣槽 ） 的结构 ， 不但 便 于维修 ，
意 图如图 １ 示 。 所
质录井带来更大的困难。在这种情况下 ， 井壁取心作 业 以其 精度 高 、 作业 时 间短 、 心受 污 染小 等 特 点 ， 岩 在
长城钻井取心技术
应用领域与市场需求
应用领域
钻井取心技术主要应用于地质勘探、油气资源开发、地热资源开发、环境地质调查等领域。通过该技术可以获取 地下岩层的详细信息，为资源开发和环境保护提供重要依据。
市场需求
随着全球能源需求的不断增长和环保意识的提高，对油气资源、地热资源等清洁能源的开发需求不断增加。同时， 环境地质调查和灾害防治等领域也对钻井取心技术提出了更高的要求。因此，钻井取心技术具有广阔的市场前景 和发展空间。
CHAPTER
钻头材料选择与优化
超硬材料应用
采用金刚石、硬质合金等超硬材 料，提高钻头耐磨性和破岩效率。
材料复合技术
通过不同材料的复合，实现钻头力 学性能和耐磨性的优化。
钻头结构设计
针对不同地层特性，设计合理的钻 头结构，提高钻进效率和取心质量。
井壁稳定技术研究
井壁失稳机理分析
深入研究井壁失稳的原因和机理，为稳定井壁提 供理论支持。
自动化控制系统
智能化决策支持
采用先进的自动化控制技术，实现钻 井取心过程的自动化和智能化管理， 提高作业效率。
利用大数据和人工智能技术，对钻井 取心数据进行深度分析和挖掘，为作 业决策提供支持。
实时监控系统
建立实时监控系统，对钻井取心过程 进行实时监控和数据采集，确保作业 安全和质量控制。
绿色环保理念实践
结合旋转和冲击两种破岩方式，提高破岩效率和钻头寿命。
数据分析与决策支持系统建设
数据采集与传输
01
建立实时数据采集和传输系统，确保数据的准确性和时效性。
数据处理与分析
02
运用大数据、人工智能等技术手段，对数据进行处理和分析，
提取有价值的信息。
决策支持系统开发
科钻一井取心钻进技术研究
基 金项 目 ： 国 家 重 大 科 学 工 程 项 目一 一中 国大 陆 科 学 钻 探 工 程
（ Ｃ Ｄ）部 分 研 究成 果 Ｃ Ｓ
金 刚石 钻 头 ，特 别 是孕镶 金 刚石 钻 头 ，由于其 切 削刃 粒度 小 ， 入 岩 石 的深度 有 限 ，当其 在孔 底 回转 切 时 ，不会 像牙 轮 钻头 那样 因切 削工 具本 身 的运 动而 产
摘
要 ：根据科 学钻探 对岩心的特殊要求 ，认 为金 刚石取心钻 头是科 学深钻取 心钻进较理想的选择 。推 导 了提 钻
取 心 和 绳 索取 心 两种 钻 进 方 法 的 时 间 和 成 本 计 算公 式 ，进 而 建 立 了 临界 井 深 计 算模 型 。 以设 计 井 深 ５０ ０ｍ 的 科 钻 一 ０
位置 ，叉从 最高 位置 到最 低 位 置 ，如 此 反复 交替 。从
２ １ 钻 进 时 间 ．
２ １１ 起 下钻 时间 ． ．
实 际钻 进施 工 中 ，每 只钻 头 的寿命 不 同 ，每个 回 次进 尺 不一 ，要 精 确地 计算 出 一 口井总 的起 下 钻时 间
而 产生 纵 向振 动 。因此 牙轮 在 自转 、公 转 、滑动 、轴
井 为例 ，对 提 钻 取 心和 绳 索取 心 进 行 了技 术 经 济分 析 ，认 为 科 钻 一 井的 首 选 为 绳 索 取 心 钻 进 方 法 ，但 如 能将 回 次 长 度
提 高到 ９ｍ 左 右 ，提 钻 取 心 钻进 方 法 也 不 失 为一 种 经 济 实 用 的 选择 。对 科 钻 一 井 采 用 的 井 底 马 达 驱 动 金 刚石 钻 头 冲 击
科 学 钻探 对岩 心 的要求 特 殊 ，它不 仅要 求进 行 全
钻井取心用液动投球装置研制
钻井取心用液动投球装置研制摘要：钻井取心技术在作业前，需开启循环泵将钻井液充分冲刷取样内筒，确保在取心环节内筒部位无沉砂，取样的岩心样本在取心内筒工具内更加精准。
当内筒工具冲洗干净后，从井口钻具水眼部位将密闭钢球投进内筒，密闭钢球从钻具水眼部位径直到达取心工具单流控制阀处，实现取心后内筒通道封闭的目的。
但在取心环节应注意做好内筒的密闭，以避免钻进过程中钻井液冲刷、污染岩心，从而精准测量岩心的收获率指标。
对于岩心取样环节的密封性问题，文中描述一种钻井取心液动投球装置，该装置能够调整钻井液的排量并打开藏球室，更加高效、简单的实现投球封闭取心作业。
装置在工程实践中有效解决传统钻具组合中因含有内防喷装置，而不能在进口进行投球的技术难题，有助于提升钻井取心的工作效能。
关键词：钻井取心；液动；投球；井控钻进取心的运行机理，在取心前启动取心内筒旋转，清洗干净内筒周围的杂质，然后停泵，将方钻杆拆开，并从井口部位将密闭钢球投进，启动循环泵。
为确保地层岩心样品不被污染，使用投球密闭方法需要反复多次启停循环泵，上卸扣操作，取心作业效率相对较低；特别是一些含硫化物浓度较高的地层进行取心，在地层动力及非平衡状态下，很容易出现喷射或动力导致密闭钢球无法投进井口。
一、钻井取心用液动投球装置研制1. 结构及工作原理介绍文中阐述的液压动力投球装置用于钻井取心，装置的关键构件有，保护外壳、弹性胶圈、限位器、滑套、弹簧、封堵、密闭钢球、密封圈、定位销和导向环等部件，装置的结构示意图见图1。
液压动力投球装置安装在取心工具与钻铤的中间部位，提前将密闭钢球储存于装置内部。
在取心工具缓慢钻入岩心时，开启循环泵将内筒中的钻井液通过间隙喷洒在岩心表面，对内筒壁进行清洗；此时，当钻井液的喷射压力低于弹簧的极限应力值，滑套不能下移，此时密闭钢球无法弹射。
当内套筒清洗过后，可加快钻井液的循环排量，这样钻井液的喷射压力作用于滑套，滑套内压力增大压缩弹簧，密闭钢球经过滑套投球孔固定在内筒上方的球座位置，自动形成对取样岩心的防护，避免钻井液浸入冲刷、污染岩心。
川庆钻探科技有限公司新型取心工具喜获5项国家专利授权
水 泥浆 凝固后 ， 要求 水泥 石 圆柱体 上 、 中、 下 的密 度差 小 于 ０ ． ０ ６ ｃ ｍ 。严 格控 制水 泥 浆稠化 时 间 ， 缩短 稠化 过 渡时 间， 尽量达到直角稠化 。利 用膨胀水 泥 ， 减少普 通水 泥石 的
收缩 ， 提高水泥石的胶结强度 。
环空低边窄间隙钻井液流动阻力 ， 导致水 泥浆 在水平段形成 高边窜流 ， 低边钻井 液滞 留。大 排量 高返速 ， 配 合最大 程度 的套 管居中度 ， 则可 以提高旋 流扶正器 的导 流波及 范 围， 从 而提高水 泥浆对整个水平 段环 空的充 填效率 。沙 溪庙 组水
（ １ ） 先导浆 。与井浆 密 度一 致 的不含 油常 温 的先导 钻 井液 ， 入井量 一般达 到充 满造斜 以下 井段 或达 到 １ ５ ａ ｒ ｉ ｎ以
上 的接 触 时 间 。
四、 效 果 评 价
通过上述技术 的运 用 ， ２ ０ １ １年 已经完 成 的 １ ７口井 中， 水平段 固井优 良的井有 ７口， 优 良率达到 ４ １ ． １ ８ ％； 水平段固
三、 配套技术
１ ． 使用合理 的浆柱 结构
沙溪庙组水平井都属 于高压气 层的水平井 ， 需要性 能优 良的固井液体 系， 才能达到 良好 的封 固效果 。经过 ５年来 的 摸索 ， 目前采用的浆柱结 构为 ： 先导浆 ＋冲洗 液 ＋隔离 液 ＋ 膨胀水泥 ＋防气窜水 泥。具体如下 。
平井 固井施 工注替的平均排量大都超过了 １ ． ５ ｍ ／ ｍ ｉ ｎ 。
另外 ， 因沙溪庙组 气藏 孔隙压 力大 ， 防气 窜难度 大。因 此， 使用 防气 窜水 泥体系 ， 该水泥 能够在凝 固过 程产生极 微
小 的气泡 ， 使水 泥浆孔 隙压力 增加 ， 从而 弥补水 泥浆在井 筒 内候凝过程 中浆柱有效 压力 的“ 失重” ， 提 高水 泥浆 （ 石） 的 防气窜能力 。
高温液压旋转井壁取心仪的研制与应用
◄钻井完井►doi:10.11911/syztjs.2023042引用格式：魏赞庆，田志宾，杨庚佳，等. 高温液压旋转井壁取心仪的研制与应用[J]. 石油钻探技术，2023, 51（3）：73-82.WEI Zanqing, TIAN Zhibin, YANG Gengjia, et al. Design and application of a hydraulic rotary sidewall coring tool at high temperatures [J].Petroleum Drilling Techniques ，2023, 51(3)：73-82.高温液压旋转井壁取心仪的研制与应用魏赞庆1， 田志宾1， 杨庚佳1， 彭嘉乐2（1. 中海油田服务股份有限公司, 北京 101149；2. 华中科技大学能源与动力工程学院, 湖北武汉 430074）摘 要: 为解决勘探井获取深地层岩心困难的问题，研制了一种最高工作温度达205 ℃、具有高可靠性的液压旋转井壁取心仪。
该取心仪由地面系统、控制采集短节和机械液压节组成，并采用一体式保温瓶技术、被动式热管理技术和解卡技术，提高了取心仪的耐温性和工程安全性。
通过模拟仿真和地面测试，验证了这些关键技术的功能。
现场试验结果表明，该取心仪可在189 ℃高温高压环境、钻井液相对密度和地层压差较大的探井正常作业，平均岩心收获率大于90%，且具有耐高温、防压差卡钻、取心时效和岩心收获率高的特点，尤其是对存在扩径、缩径和井壁垮塌等问题的井段具有良好的适应能力和较高的安全可靠性。
关键词: 岩心；旋转井壁取心；一体式保温瓶；热管理；解卡技术；岩心收获率中图分类号: TE921+.3 文献标志码: A 文章编号: 1001–0890（2023）03–0073–10Design and Application of a Hydraulic Rotary Sidewall Coring Toolat High TemperaturesWEI Zanqing 1, TIAN Zhibin 1, YANG Gengjia 1, PENG Jiale2(1. China Oilfield Services Limited., Beijing, 101149, China ; 2. School of Energy and Power Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan, Hubei, 430074, China )Abstract: Since it is difficult to obtain stratigraphic cores in deep exploration wells, a hydraulic rotary sidewall coring tool with a maximum operating temperature of 205 °C and high reliability was developed. The coring tool is composed of a ground system, a control acquisition short section, and a mechanical hydraulic section, and adopts an integrated thermos bottle technology, passive thermal management technology, and stuck-freeing technology, which effectively improve its temperature resistance and engineering safety. The performance of these key technical functions was verified through simulation and ground tests. The actual operation results show that the tool can operate normally in exploratory wells with a high temperature of 189 °C and high pressure, high relative density of drilling fluid, and large formation pressure difference, and further, the average core recovery rate exceeds 90%. In addition, it has the characteristics of high temperature resistance, stick and jam prevention, and high coring efficiency and core recovery rate and shows excellent adaptability and high safety and reliability in solving problems in complex well sections, such as hole enlargement, hole contraction, and borehole collapse.Key words: cores; rotary sidewall coring tool; integrated thermos bottle; thermal management; stuck-freeing stick; core recovery rate石油勘探开发过程中，对地层取心可以分析地层的物性、含油性、孔隙度及渗透率等参数[1]。
钻井取心技术(工程技术员)
图4-2 常用的取芯钻头 （a）刮刀取芯钻头； （b）领眼式硬质合金取芯钻头 （c）西瓜皮取芯钻头 （d）金刚石取芯钻头 （e） PDC取芯钻头
第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型
2、岩芯筒
石油钻井常用的岩芯筒由内筒和外筒〈双筒〉组成。
（1）内岩芯筒的作用
内岩芯筒的作用是存储及保护岩芯。取芯时岩芯顺利进入内筒，
第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型
三、常规取芯工具的类型
按工具结构分 单筒取心工具：无内岩心筒。 双筒取心工具：有内、外岩心筒。它又可分为双动双 筒取心工具（钻进时内外岩心筒同时旋转）和单动双 筒取心工具（钻进时内岩心筒不旋转）。
按取心长度分 短筒取心工具：一般钻进取心为一个单根长度以内， 即取心钻进时不能接单根。 中、长筒取心工具：可连续取心钻进几十米至百米。
第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型
2、长筒取芯工具 （1） 取芯时允许上提方钻杆接单根，一次取芯长度在两根单根
钻杆以上，称为长筒取芯。接单根时借助于滑动接头。滑动接头结 构如图4-8 滑动接头
1—上接头；2—六方滑动套；3—调节螺母；4—螺帽；5—垫片； 9—下接头
第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型 （2）长筒取芯工作过程
第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型
二、取芯工具各部分的配合
（1）钻头与外岩芯筒。
通常情况下，取芯钻头外径比普通钻头外径略小，一般钻 头内径比内筒的内径要小3～4毫米。
（2）内、外筒的间隙，
保证泥浆顺利流过，避免发生泵压过高的现象（特别是深 井取芯）。一般以10～20毫米间隙为宜。
分布情况，油层的孔隙度、渗透率、含油气饱和度以及油气层的
有效厚度，以确定油气层的工业开采价值。
密闭保型取心工具研制及技术研究
2441 技术现状 密闭保型取心是获取地层原始资料的重要手段，密闭保型取心技术兼有密闭取心和保型取心二者特点，各油田密闭保型取心技术欠成熟。
我油田该项技术只停留在理论阶段未进行专门技术攻关。
如有密闭保型取心作业施工需引进外协。
2 存在的问题 2.1 目前我油田无密闭、保型取心工具 目前我油田主要采用的川7、川8系列取心工具，只能满足中硬地层取心作业，使用起来局限性较大。
密闭取心井无法自主进行密闭取心作业。
2.2 取心段地层胶结松散不成形 目前东部及春光油田取心井段主要为上部浅地层，地层松散、不成形，岩心出筒时易破碎无法准确选样。
常规取芯工具难以保证岩心出筒时成形及收获率，难以取全取准相关地质资料，以帮助制定有效的开发方案。
密闭取心作业需引进外协、费用昂贵 。
（1）常规取心工具原理研究目前国内取心作业，用的较多的就是川-4型取心工具。
川-4型常规取心工具是一种自锁式取心工具，由取心钻头、岩心爪、岩心筒组合和安全接头组成。
岩心爪置于缩径套之中。
川-4型常规取心工具取心钻进前，卸开方钻杆投球，使钢球落到分水接头位置，截断内筒钻井液流通，保证在取心钻进时，钻井液在内外筒之间。
割心时，缓慢上提钻具，注意观察指重表，悬重增加5-15t又立即消除，证明岩心被拔断。
（2）密闭取心和松散地层取心存在的技术难题密闭取心的技术难题：（a）保持内筒内部压力与井筒间压力的平衡，确保下钻时内筒内密闭液不被污染、提钻时不因内筒内岩心间的气体压力无处释放而顶掉岩心。
（b）在确保内外筒间密封不使密闭液在钻进时被污染的同时，保证内筒周向运动，提高取心收获率和岩心成形率。
（3）松软地层密闭保型取心工具工作原理及结构设计（4）工作原理：组装好工具，可由工具上方放气堵头位置倒入密闭液（或由取心钻头用销钉联接的活塞处打入密闭液），封好堵头，下钻到底，钻井液由分水接头流入内外筒之间的间隙，再经取心钻头水眼流出，与外部环空形成循环。
待取心钻井完成后向加压杆投球，加压杆下压剪断销钉，使得悬挂钢球落入分水接头，使得内外筒分离，加压杆继续下压，推动内筒整体下移，推动取心钻头内岩心爪沿钻头内壁收缩而实现割心，完成取心作业。
勘探所研发一批钻探取心设备及工艺
Ｓ ＹＳ有 限元 模 拟 软 件 ， 通 过 室 内实 验 台 架 验 证 ， 并
建 立 的膨 胀 套 管 仿 真 模 拟 系 统 实 用 有 效 ， 研 究 所 的无 缝 膨 胀 套 管 系 统 在 孔 内 的 锚 固 方 式 简 单 有
效。
转功耗低 、 卸扣扭矩小 ， 钻工劳动强度低等优势。对
期观 测站 ， 是在 我 国第 一 个无 地 面 干扰 的深 井 地 也 震地 球物 理 长期 观 测 站 。届 时 ， 测 站可 以监 测 郯 观 庐断 裂带 及其 邻 区发 生 的 ０ １级极 其 微 小 地 震 活 ～
动。
深 井 观测 仪器 安装 设 置 工程 于 ２ １ ０ １年 ７月 １ １
金 属 矿勘 探提 供 高技 术手 段 。 此外 ， 科研 人 员在 现 有 高 温 超 导 磁强 计 的基 础
上 采用 屏蔽 技术 ， 对其 电子 线路 、 面板及 其 核心 部 分 “ 高频放 大 器” 进行 了设 计 优 化 ， 高 了其 抗 干 扰 能 提 力 和稳 定 性 ， 从 仪 器 结 构 方 面 对 其 生 产 工艺 进 行 并
谱仪 器 核 心技术 及 关 键 部 件 研 究 与 开 发 ” 久前 通 不 过验 收 。通 过该 课 题 的实 施 ， 建 和完 善 了 ５个 质 新
谱仪 器 关键 部 件研 发基 地 和 １ Ｏ多个 研 究试 验 平 台 ，
京普析通用仪器有 限责任公司等单位共同承担。课
题 组 开展 了 大型 质谱 仪研 究 实验 平 台搭 建和 共性 关 键 技术 攻 关 、 一次 离 子 气 体 源 的研 制 及 新 型 离 子 源
技术 的集 成 和 突破 ， 推进 了我 国 ２ ０ ｍ 以 内地 质 岩 ００
钻井取心技术的发展及现状分析
对于石油勘探而言，岩心是主要的实物资料，在很大程度上，可将地层诸多的特征反映出来，比如含油与构造特征，以及岩性等，针对于获取到的岩性样品，来开展模拟试验，并对试验进行分析，不但可得知岩石可钻性，而且也能了解地层硬度，可为勘探开发方案的制定，提供强有力的依据。
一、常规取心技术关于一般取心技术，本文主要从SR 型取心技术、QXT-RBX系列取心技术、川式取心技术等方面进行分析，以供参考。
1.SR型取心技术对于SR型取心工具而言，有多种成分组合而成，主要包含悬挂装置，岩心爪以及取心钻头等，通常情况下，对于取心井眼而言，其直径介于215毫米只244毫米之间，在软地层中进行作业，有着较好的作业效果。
对于SR型取心工具来讲，在其内筒中采用弹簧悬挂式，伸缩性得到显著提升，相比于常规悬挂而言，具有较高的稳定性。
对于岩心同外壁而言，可使用的年限较长，外壁较厚。
对于悬挂装置而言，较为容易进行拆卸与安装，有助于取心作业的开展。
2.QXT-RBX系列取心技术该技术由国内某钻探公司研制而成，对于取心工具来讲，长度达到6500毫米左右，直径可达到195毫米，应用于松散地层，可获得较好的应用效果，取心工具结合了多种技术，如液压割心技术，而且取心直径是增大的，借助于这些技术，在松散地层中进行作业时，有助于解决一系列情况，比如岩心极容易破碎，在出筒过程中，极容易造成岩心破碎等，并且能获取较为理想的取心效果。
3.川式取心技术对于川式取心工具而言，可将其划分为多种类型，比如川6-4型以及川8-3型等，主要基于四川当地的硬地层，并结合硬地层取心，进而研制而成的，对于不一样型号的取心工具而言，在组成成分上来看，基本上都是一样的，主要包括悬挂、取心砖头，以及内外取心筒等。
对于取心钻头而言，直径大小可达到215毫米，在进行取心的过程中，用不着进行大段划眼。
对于取心外岩心筒而言，采用了一种特制钢管，厚度相对较大，可使用的年限较为长久，不但有着较好的刚性，而且该钢管的强度是很好的。
自锁式深井密闭取心工具的研制与应用
７页 第 ４期 第 ５
０Ｉ Ｌ ＦＩ ＥＬＤ
石 油 矿 场 机 械 Ｅ ＱＵＩ Ｍ ＥＮＴ Ｐ
２ １ ， １４ ：７ ６ Ｏ ２ ４ （ ）５ ～ ０
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ｏ
文 章 编 号 ： ０ ４８ ２ ２） ４ ０ ７ ０ １ ０１ ３ ２（ ０１ ０ ０５ ４
困难 、 易憋压放 炮 、 堵心磨 心 、 密封 效果 差等 问题 。通过 对 工具 结构 的改进 ， 下活 塞底部增 加刮 泥 在 功 能 ， 活塞增加 泄压功 能 ， 上 采用耐 高温 、 腐蚀 的 密封 件 ， 决 工具 存 在 的 问题 。现 场应 用表 明 ， 抗 解
该 工 具 结 构 合 理 、 用 安 全 可 靠 ， 闭 取 心 成 功 率 、 心 收 获 率 、 闭 率 大 幅 度 提 高 ， 工 质 量 合 格 使 密 岩 密 施
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｗ ｉｈ ｔ ｅ ｄ ｉｌｎ ｅ ｔ ｎ ｒ ａ ｅ ｔ ｅ ｄ ｆｉ ｕ ｔ ｆ ｄ ｉｌｎｇ ｃ ｒｎ ｓ ａ ｓ ｎｃ ｅ ｓｎ ｓ ｒ ｃ ： ｔ ｈ ｒｌｉ ｇ ｄ ｐ ｈ ｉ ｃ ｅ ｓ ｓ， ｈ ｉｆｃ ｌｙ ｏ ｒｌｉ ｏ ｉ ｇ ｉ ｌｏ ｉ ｒ ａ ｉ ｇ．Ｔｈｅ
自锁 式深 井 密 闭取 心 工 具 的研 制 与应 用
李 让 ， 吕跃 滨 ， 晨 涛 ， 杨 彭 彬 ， 建 均 胡
（ 中原 石 油 勘 探 局 钻 井 工 程 技 术 研 究 院 ， 南 濮 阳 ４ ７ ０ ） 河 ５ ０ １
摘 要 ： 着 井深 的增加 ， 井 密 闭取 心 的难度 也在 增加 。现 有 的 密闭取 心 工 具存 在 结 构 复 杂 、 装 随 钻 拆
Ｌ ｎ ＬＶ ｏ ｂｎ， ＩＲａ ｇ， Ｙａ — ｉ ＹＡＮＧ ｅ —ａ ＰＥＮＧ ｎ， Ｃｈ ｎ ｔｏ， Ｂｉ ＨＵ ｉｎｊ ｎ Ｊａ —ｕ
国外钻井取心新技术一!!!
结的岩心极其可靠 , 它还适用于破碎或易于卡心的 地层 。液压提升设备可与铝合金和玻璃钢内筒配合 使用 , 也 可 与 常 规 的 和 螺 纹 加 强 的 取 心 筒 配 合 使用 。
8. HP/ HT 高压/ 高温取心技术 从高压井眼里安全而成功地获得岩心 , 需要将 岩心筒长度限制在 9114m 内 , 这是由于被圈闭着的 气会引起事故 。 在内岩心筒卸扣期间 , 悬挂着的岩心筒可能会 终止卸扣而突然冒气 , 引起伤害 。把岩心提到地 面 , 内岩心筒里的圈闭高压气体可能爆炸 。如果在 两个低渗透性的页岩夹层间圈闭的是高压沙岩 , 这 种情况发生的机会较多 。解决这一高压的简易办法 是在内岩心筒上钻孔 , 但是 , 如果作用在岩心顶部 的液体压力增加 (如提升内岩心筒时) , 这种方法 取心成功的把握并不大 。 鉴于此 , 贝克休斯公司设计了一种 “永久孔” 技术 , 借助某种方式控制这些高压流体 , 即使在高 压井里进行长筒取心也能成功 。在铝合金内岩心筒 钻孔使用了压力释放检查阀 (见图 1) 。这种检查 阀由小球和球座组成 , 在取心钻进期间允许内岩心 筒里的静水压力流出孔 , 防止循环钻井液进入内岩 心筒 , 而在起钻时允许高压空隙流体安全流出 。
(收稿日期 : 2000 - 03 - 07 ; 修改稿收到日期 : 2000 - 06 - 13)
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国外取心技术
1. 胶体取心技术 胶体取心可以保护岩心和提高储层资料的真实 性 , 其应用范围较广 。这种取心方法有利于复杂的 岩性分析和储层评价 , 可采用标准取心设备取心 。 在取心开始前 , 胶体与钻井液是不相混合的 , 一旦形成岩心 , 胶体就被进入内筒里的岩心顶替出
定向井取心工艺技术研究
摘要定向井取心（也称斜井取心）是最近几年发展起来的一种新的取心技术，它随着斜井钻井技术的发展而发展，仅胜利油田每年就钻几百口斜井。
定向井（或斜井）取心时其工具随着井眼的轨迹而倾斜，取心工具的岩心内筒因受重力作用而下垂，与取心工具的外筒内壁相接触。
因而在取心钻进时，取心工具外筒带动岩心内筒一起旋转。
为了避免出现这一问题，胜利油田管理局钻井工艺研究院研制了一种D-8100型定向井取心工具。
1998年在渤海湾油田试验成功，并先后在10多口井上使用,均取得良好效果。
在松软地层定向取心自锁式取心工具便无法使用，通过现场几口井的实践和对加压机构钢球就位情况实验分析说明，及取心工具在斜井中受力分析，证明机械加压式取心工具在大井斜定向井进行取心作业是可行的。
第一章前言1.1 研究的目的和意义在油气田的勘探开发过程中，为了了解储层构造参数，全面掌握地质构造的复杂性极其变化,以便制定出经济合理的勘探开发方案,需要在定向井中进行取心作业。
取出能反映出地层倾角、倾向、走向等构造参数的岩心。
我国四川石油管理局研制的DQX系列定向取心工具适用于大斜度定向井取心。
其结构是在取心钻头喉道以上以定向岩心爪代替了常规自锁式岩心爪，在常规取心工具的旋转总成和安全接头以上接入装有多点测斜仪的无磁钻铤。
定向取心钻进时在岩心表面形成标记槽，同时用多点照相仪随钻测量必要的参数。
由于定向工具的结构和其作业技术比较复杂,成本很高,存在一定局限性。
例如，容易掉岩心，定向误差大，质量难以保证。
在资金紧张的情况下，一些定向井皆设计为探井，虽有大斜度井取心工具，但一些井队在松软地层取心时仍然使用了机械式取心工具。
这是因为机械加压式取心工具具有操作方便，安全可靠，工具组装方便，易于操作。
机械加压式取心工具是胜利取心公司自行研制开发的系列取心工具之一。
在地层较硬时采用自锁式定向取心工具D-8100。
1.2 国内外发展现状在长期的钻井取心实践中，取心技术在我国取得蓬勃地发展。
钻井取心工具
钻井取心工具钻井取心工具是从地下获取岩心的重要保证。
为搞好取心工作，我们必须熟悉取心工具的组成，掌握各种取心工具的结构原理，设计特点、适应范围和使用要求，对取心工具进行合理的使用和维护，以充分发挥取心工具的效力，提高取心速度，保证岩心收获率。
第一节取心工具的组成取心工具种类较多，目前在国内的钻井取心作业中，最大量、最常见的是双筒取心工具。
双筒取心工具有“常规式”和“特殊式”等多种类型，它们虽然在工具结构上各有特点，但其基本组成部分都包括取心钻头，岩心筒、岩心爪，悬挂总成等主要部件及回压凡尔，扶正器等辅助装置。
一、取心钻头取心钻头的功用是以环形破碎地层的方式钻取岩心。
无论短筒取心，还是中、长筒取心，钻头进尺、机械钻速，取心收获率的高低都与取心钻头的类型、质量有着十分密切的关系。
任何取心作业，不论就整个作业而言，还是钻具组成的各个部件而言，其中起决定性作用的就是取心钻头。
所以取心钻头是整个取心工具中最关键的部件。
1．国外对取心钻头的考虑国外对取心钻头的研究十分重视。
在过去的30多年当中，在改进旋转钻头方面，研究与制造钻头花费了几十亿美元。
美国通用电气公司生产的金刚石聚晶切削片钻头，可用较低钻压得到较高的钻速。
(原)苏联使用的球齿牙轮取心钻头，可在井深11887m处的类花岗岩地层取心。
取心钻头主要分为三类：旋转钻头，复合片聚晶钻头和天然金刚石钻头。
1)旋转取心钻头这是最早使用的取心钻头。
最初，这类钻头结构简单，它们最大的问题是取心时钻井液冲刺岩心。
新型的旋转取心钻头已经进行了许多改进，现在岩心与钻井液流已隔开，钻井液仅被用来冷却与清洗切削齿。
旋转取心钻头一直在美国西海岸与海湾地区松散的地层中使用。
（原)苏联使用旋转取心钻头在科拉井的13891．2m井深取出了岩心。
英国和美国在地热井中的硬地层取心作业中，仍然一直使用着旋转取心钻头。
2)复合片聚晶取心钻头这类钻头分为两种形式。
第一种是最有名气的，是美国通用电气公司制造的人造金刚石与碳化钨小绽熔接在一起的切削齿。
钻井取心出心装置研制
２ 操作使用方法及注意事项
２ １ 操作使 用方 法 ．
１ ）将弧 形铁栅 栏 放于 内筒 槽 内 的弧 形 垫块上 ，并 用 细铁 丝将 其 固定 在 垫块 稿日期］２ ０ —１ ０ ７ ２—１ ２ ［ 作者简介］谢绍军 （ ９ ７ ） １７ 一 ，男 ，２ ０ ０ １年大学毕业 ，工程师 ，硕士生 ，现主要从事钻井技术方面的研究工作。
内岩 心筒动 ，而使 顶 心杆 和岩 心相 对不 动 ，拉动 内岩 心筒 ，从而 达到 出心 的 目的。
１ ２ 装 置 结 构 组 成 ．
装 置 由半 圆形 内筒槽 、铁 栅栏 、顶 心杆 及螺 纹护板 等 主要部 件组 成 。
内筒槽 为一半 圆形 槽 ，其 内部 直径 ２ ５ ２ ｍｍ，长 ｌ ｒ。其 一端 焊一 厚 ３ ｍ 铁板 用作 挡板 ，同时在靠 Ｏ ｅ ａ ｒ
［ 中图分类号］Ｔ ２ ４ Ｅ ４
［ 文献标识码］Ａ
［ 文章编号］１０ —９ ５ （ｏ ８ １ ０ ６ — ２ ０ ０ ７ ２ ２ ｏ ）０ — ２ ９ ０
目前 ，钻井 取 心 出心时都 是依 靠 人力 ，即用 一根 长 ８～９ 的直径 为 ５ ｍｍ 的铁 管 ，５ ６ 人一 起 ｍ ０ ～ 个
止 内筒 槽前后 窜动 和左 右晃 动 。同 时在排 污孔 下方 放置 一只接 钻井 液和 清洗 岩心 等污 物 的桶 ，防止 污物
流 在场 地上污 染环 境 。 ４ ）将顶 心杆 穿过螺 纹 护板 ，然 后把 专用 出心橡胶 塞卡 在 顶 心杆 的一 端 上 ，将 卡 有 出心橡 胶 塞 的顶 心杆从 内岩 心筒 与悬挂 总 承连接 端 放入 ，抵 在岩 心上 。 同时 ，将螺 纹护 板卡 在 内岩 心筒 与悬 挂总 承连接
薄油层水平井连续密闭取心工具的研制与应用
[５]
ꎮ 受 ＬＷＤ 仪器距钻头较远
断密闭头剪销剪断与否的难度 [６] ꎬ 导致树心、 割
心困难ꎬ 影响岩心收获率ꎮ
针对上述问题ꎬ 对水平井密闭取心工具结构进
行优化设计ꎬ 配合水平井井眼轨迹控制工艺ꎬ 研制
了 ５ 套不同长度水平井密闭取心工具ꎬ 同时对密闭
液进行了改进 [７] ꎮ 在现场施工时ꎬ 密闭取心工具
Ｔｏｏｌｓ ｆｏｒ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ｗｅｌｌｓ ｉｎ Ｔｈｉｎ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ
Ｗａｎｇ Ｃｈａｎｇｘｕ
( Ｃｏｒｉｎｇ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅꎬ Ｄａｑｉｎｇ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ)
９７ １０％ꎬ 砂岩钻遇率 ８７ ６３％ꎬ 应用效果较好ꎮ
１ 技术分析
１ １ 密闭取心工具结构
薄油层水平井连续密闭取心工具结构如图 １ 所
以及取心钻具组合造斜能力不确定性的双重影响ꎬ
示ꎬ 主要由分水接头、 上丝堵、 轴承总成、 螺旋扶
钻头处井斜预测困难、 着陆平稳入靶难ꎬ 因此在厚
正器、 内筒上接头、 内筒、 外筒、 钻头接头、 密闭
ｉｎｇꎬ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｏｒｉｎｇ ｆｒｏｍ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｅｌｌｓ ｉｎ ｔｈｉｎ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ｗａｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ ａｎｄ ｍｅａｎｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｗｅｌｌｂｏｒｅ ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ
ｗａｓ ａｄｊｕｓｔｅｄ Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ Ｗｅｌｌ Ｘｉｎｇ ６ － ２０ －Ｊｉａｎｐｉｎｇ ６４７ ｉｎ Ｄａｑｉｎｇ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ ｓｈｏｗ ｔｈａｔꎬ ｔｈｉｓ ｃｏｒｉｎｇ ｔｏｏｌ
浅议一种井壁取心出心装置设计
浅议一种井壁取心出心装置设计摘要: 在石油天然气勘探过程中井壁取心是项极为重要的工作程序，而将取心筒中的壁心取出来是项简单的操作。
一个螺帽、一根螺杆和一把榔头是常规井壁取心出心操作中用到的常用工具，其操作过程就是敲击和砸碰。
但是，随着人身设备安全、工作环境保护和从业人员身心健康的生产作业标准要求，这种简单劳作模式已经暴露出其与现代操作模式的不适应性，必须进行创新改进。
鉴于此，本篇文章从井壁取心的操作流程分析，探讨一种井壁取心出心装置的创新设计。
关键词：井壁取心；出心；创新；设计；操作0引言在石油天然气勘探施工中，井壁取心是项十分重要的作业内容，在特殊需要的情况下是不可或缺的。
井壁取心是指用井壁取心筒按既定的深度位置在已钻开的井壁上取出地下地层岩石岩样的过程，通常是在测井后进行。
井壁取心的目的是为了证实地层的岩性、物性、含油性、以及岩性和电性的关系，或者为满足地质方面的特殊需要。
由于井壁取心是用取心筒直接将井下岩石取出来，直观性强，方法简便，经济实用，所以，在石油天然气勘探现场被广泛使用。
常规井壁取心的取心筒一般有三十多个孔（如36孔），孔内装有炸药，通过电缆接到地面仪器上，在地面控制取心深度并点火、发射。
点火后，炸药的横向推力将取心筒强行打入井壁，取心筒被钢丝绳连接在取心筒上，上提取心筒可将岩样从地层中拉出。
当井壁取心的样品被提升至地面，这时操作人员便依次取下单个取心筒，对号入座装入准备好的塑料袋中。
每取出一个取心筒，都要立即把深度标上，防止把深度搞乱，然后就进入出筒流程，常规的出筒操作就是用工具进行手动砸碰，这是一种“低、老、坏”的操作模式，因为无其他适用工具可用。
出筒时要注意不能把岩心弄碎，要尽可能保持其完整性，否则会重取，从而也就造成了重复经济损失。
所以，这种常规的出心模式却存在着诸多需要亟待解决的问题。
1 常规井壁取心的出心方式井壁取心的岩心出筒长期以来一直采用习惯的程序和方法，既将井壁取心筒（俗称‘炮弹’）卸下，准备一颗螺丝帽、一只螺杆和一把榔头，手拿取心筒对准螺丝帽放好，然后一手拿着螺杆扶正，另一只手拿榔头敲击螺杆，直到将取心筒内的岩心敲出为止。
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[收稿日期]2007212212
[作者简介]谢绍军(19772),男,2001年大学毕业,工程师,硕士生,现主要从事钻井技术方面的研究工作。
钻井取心出心装置研制
谢绍军 (胜利油田黄河钻井五公司,山东东营257513)
[摘要]运用运动的相对性理论,结合现场施工特点,综合经济、技术与现场条件,改变传统出心时内岩心筒不动而靠人力使顶心杆动的方式,设计出一种结构简单、操作方便、实用、省力、省时、经济,且有利于环境保护的内筒动而顶心杆不动的钻井取心出心装置。
[关键词]钻井;取心工具;出心装置
[中图分类号]TE244[文献标识码]A [文章编号]100029752(2008)0120269202目前,钻井取心出心时都是依靠人力,即用一根长8～9m 的直径为50mm 的铁管,5～6个人一起抬起,一齐用力将岩心从内岩心筒中一段一段的捅出。
这样有诸多弊病:一是工人工作强度大,且时效较低;二是配合的人较多,如果配合不当,易伤人,不安全;三是用力过大,岩心易掉在地上,摔碎或造成岩心顺序混乱,不能保证地质资料的准确性;四是用力不均,时大时小,容易挤碎胶结不好的疏松的岩心,不能保证岩心收获率,且造成人为的浪费;五是在出心过程中,岩心筒内的钻井液,以及地质工清洗岩心时的污水会直接流到场地、跑道和钻具上,难于清理,且易造成环境污染。
鉴于此,特设计出一种结构简单、操作方便、省时、省力又有利于环境保护的钻井取心出心装置。
1 装置原理与结构组成
111 装置原理
运用运动的相对性理论,将传统出心内岩心筒不动而顶心杆动的方式颠倒,充分利用现场设备,让内岩心筒动,而使顶心杆和岩心相对不动,拉动内岩心筒,从而达到出心的目的。
112 装置结构组成
装置由半圆形内筒槽、铁栅栏、顶心杆及螺纹护板等主要部件组成。
内筒槽为一半圆形槽,其内部直径225mm ,长10m 。
其一端焊一厚3mm 铁板用作挡板,同时在靠近挡板处的内筒槽本体最下沿处开一个孔径50mm 的圆孔,并焊装一长50mm 、外径50mm 的短铁管。
内筒槽另一端开口,便于内筒的出入。
卡绳槽是用绳子固定内筒槽时防止绳子滑脱用的。
其内焊装的垫块呈圆弧形,其下沿缺口,便于污水污物通过。
为了保证岩心出筒排列的整齐和方便地质工清洗岩心,用直径为6mm 、长9m 的圆形钢筋焊接成弧形铁栅栏。
顶心杆是一直径为50mm 、长9m 的铁管。
螺纹护板是边长150mm 、厚50mm 、中心直径为70mm 通孔的橡胶板,在其一面有深10mm 、宽5mm 圆形卡槽,其直径比内岩心筒外径大1mm 。
其主要起保护内岩心筒与悬挂总承连接螺纹的作用。
出心专用胶塞外径为80mm 、长100mm ,其一端有宽5mm 、深20mm 、直径46mm 圆形卡槽,其作用在于防止顶心杆与岩心直接接触而顶碎岩心。
2 操作使用方法及注意事项
211 操作使用方法
1)将弧形铁栅栏放于内筒槽内的弧形垫块上,并用细铁丝将其固定在垫块上;然后将内筒槽平放・
962・石油天然气学报(江汉石油学院学报)
2008年2月 第30卷 第1期Journal of Oil and G as T echnology (J 1J PI ) Feb 12008 Vol 130 No 11
于管架上。
2)将岩心筒内筒平放于内筒槽内的弧形铁栅栏上,并在岩心筒内筒与悬挂总承连接端套上钢丝绳绳套。
3)用白棕绳将内筒槽固定在管架上,注意内筒槽开口端朝井架方向,白棕绳要卡在卡绳槽内,防止内筒槽前后窜动和左右晃动。
同时在排污孔下方放置一只接钻井液和清洗岩心等污物的桶,防止污物流在场地上污染环境。
4)将顶心杆穿过螺纹护板,然后把专用出心橡胶塞卡在顶心杆的一端上,将卡有出心橡胶塞的顶心杆从内岩心筒与悬挂总承连接端放入,抵在岩心上。
同时,将螺纹护板卡在内岩心筒与悬挂总承连接端,顶心杆的另一端水平抵在井架底座上,并在其上下和左右限位,防止顶心杆滑动。
5)在紧靠顶心杆与井架底座相接处的上方拴挂一30kN 的滑轮,将气动小绞车钢丝绳穿过该滑轮,然后挂于套在内岩心筒上的钢丝绳套上。
6)缓慢起升气动小绞车,拉动内岩心筒缓慢移动,内岩心筒与顶心杆发生相对运动,岩心将在顶心杆的作用下慢慢向内岩心筒的另一端出来,并连续依次排在弧形铁栅栏上。
7)经地质工清洗、对接、丈量、入岩心盒后,再抽出顶心杆,用两部气动小绞车将内岩心筒抬放于跑道上进行检查、保养、装配。
8)清理清洁好出心装置及工具。
212 注意事项
1)内筒槽开口端必须朝向井架方向。
铁栅栏必须固定于内筒槽,防止拉动内岩心筒时随其移动。
2)内筒槽两端必须固定好,防止内筒槽滑动从管架上掉下。
3)内岩心筒放于内筒槽时,尽量靠近内筒槽开口端,便于拉出内岩心筒。
4)顶心杆必须与井架底座抵靠稳固,防止滑移。
5)顶心杆与岩心之间必须放置专用橡胶塞;顶心杆与内岩心筒螺纹处必须套上螺纹护板。
6)套在内岩心筒上的钢丝绳套必须拉紧,套牢,防止滑脱。
7)起升气动小绞车要控制好速度,不能猛起猛放,要平稳、缓慢操作。
8)清理干净,内筒槽内污水不能直接排于场地,防止污染环境,应该放入专用桶内,然后倒入大循环池。
3 优点
1)结构简单,取材容易,精度要求不高,易于制造,成本低。
2)操作方便,省力、省时、安全。
3)能够有效保证岩心的完整性和收获率,出心顺序不易出错,保证了资料的准确性。
4)钻井液等废弃物能够集中回收处理,有利于环境保护。
5)与传统的水泥槽相比,可重复使用,使用成本低。
6)不仅适用于短筒取心出心,且适用于长筒取心时出心。
4 现场应用
目前,该装置在某队施工的盐斜223井已经开始试用,其效果良好。
该装置的使用,减轻了职工的劳动强度,提高了出心时效,保证了岩心的完整性和收获率,以及资料的准确性。
在没有使用该装置前,出岩心时需要7～8个人,现在只需要4个人就能比较轻松的完成。
以前出心需要2～3h ,现在只用不到1h 。
还有,以前出完岩心后场地工需要花费近30min 的时间清理场地、跑道、管架和钻具上的钻井液等污物,现在只需花费10min 的时间且仅仅清理该装置,对场地泥土不会造成任何污染,同时消除了对周边环境(水土)污染的隐患。
因此,该装置实用性强,具有良好的推广前景。
[编辑] 弘 文・072・ 石油天然气学报(江汉石油学院学报)2008年2月。