国外钻井取心新技术_一_

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白 无 弱桔色 (无机的) 假塑性的
胶体 4 号 聚丙烯乙二醇
白 无 弱桔色 (无机的) 假塑性的
胶体 200 号 聚 乙 烯
黑 不 无 ———
流变特性
密度 (g/ cm3) 最高循环温度
适用地层
在 618~17s - 1的剪 切速率下粘度
为 2412~819Pa·s 1121
10414 ℃ 硬~中硬地层
第 28 卷 第 9 期
许俊良等 : 国外钻井取心新技术 (一)
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石地层 、水平井段 、侧向井段以及钻柱旋转可能引 起套管和钻杆损坏的弯曲井眼 。井底马达取心技术 在这些难取心的地方应用范围很广 , 新发展的大功 率马达带动取心工具一次可取 90m 长的岩心 。
马达取心技术的优点是 : (1) 为取心钻头提供平稳的扭矩 ; (2) 减小钻压 ; (3) 减少钻头引起的地层破碎 ; (4) 提高机械钻速 , 增加钻头扭矩 。 取心前在马达和取心筒间必须连接专门的投球 接头 。同时将一种新研制的井底分流装置放在取心 筒的总成里 , 特殊的马达取心可以使用空气或泡沫 代替循环液 。 6. 小井眼取心技术 对于 10418~12017mm 的小眼井 , 通常采用特 殊工具取心 。贝克公司的 350P 标准小井眼取心工 具 , 具有与 250P 系列常规取心工具相类似的双筒 和悬挂接头总成结构 , 但没有安全接头 。正常钻进 使用钻井液马达 。这种规格为 8819mm ×4415mm × 9114m 的 工 具 适 用 于 旋 转 钻 柱 钻 进 或 者 柔 性 管 钻进 。 贝克公司的另一种小井眼取心工具为 9513mm ×5018mm 的 Modalar 取心装置 (MCS) , 它与井下 整体马达一起使用 , 可提高机械钻速 , 减小扭矩 。 7. 液力提升全封闭取心技术 油田的许多产层是未固结的 、破碎的类似水泥 型的或者与稠油混在一起的难取心地层 。这种地层 由于岩心强度较弱 , 使用常规的岩心爪难以抓住岩 心 , 未固结的岩心堆积使标准岩心爪失败 。除此之 外 , 标准岩心爪可能破坏岩心 , 造成卡心 。 采用液力提升全封闭取心技术 , 可消除固结性 差地层的取心收获率低的问题 。这种技术的配套设 备的优点是 : (1) 由于岩心爪完全隐藏在光滑的钢衬筒之 外 , 所以岩心毫无阻力地进入衬筒 ; (2) 全封闭岩心爪利用液力提升钢衬筒 , 可活 动的蛤盖完全封闭内筒 ; (3) 备用的岩心爪是弹性岩心爪 , 它对成柱性 岩心起到抓住岩心而割断岩心的作用 。 平滑的岩心进入内筒 , 避免了岩心的破坏和钻 头喉部的卡心 , 全封闭岩心爪完全封闭岩心筒和抓 住成柱性差的岩心 。实践证明 , 这种设备对于未固
第 28 卷 第 9 期 ! 国外石油机械 #
石 油 机 械
2000 5年3
国外钻井取心新技术 (一)
许俊良 Ξ 宋淑玲 成 伟
(胜利石油管理局钻井工艺研究院)
摘要 目前国外比较成熟的钻井取心技术主要有胶体取心 、CoreGard 低污染取心 、防卡取 心 、保形取心 、马达取心 、小井眼取心 、液力提升全封闭取心以及 HP/ HT 高压/ 高温取心等 。针 对不同井眼尺寸和地层特点设计了配套的取心设备 , 其中较先进的装置主要有卡心指示器 、井底 分流装置和长距离调整装置 。卡心指示器可在岩心被卡时提醒操作者 ; 井底分流装置可代替压力 释放阀 , 转移通过内筒的钻井液流量 ; 长距离调整装置用于在地面调整井下组合长筒取心工具的 间隙 。
图 1 高压取心工具 1 —压力释放检查阀 ; 2 —铝合金内筒
内筒周围每隔 016m 须使用 2 个压力释放检查 阀 。为确保使用的有效性 , 所用阀在使用前必须通 过压力试验 。试验涉及铝合金内筒的装配段与检查 阀 , 方法是逐渐增加外边的压力至 14112MPa , 稳 压 10min , 然 后 释 放 , 再 增 压 至 14112MPa , 稳 压
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1min 后释放 。如此重复 5 遍 , 没有漏失发生才能 使用 。
度 , 必须计算钢和铝合金之间不同的热膨胀系数 。
先进的取心装置
1. 卡心指示器 岩心被卡一般很难发现 , 结果会造成很低的岩 心收获率 。当出现岩心被卡现象时 , 卡心指示器 (CJ I) 能及时提醒操作者 。岩心被卡时 , 内筒载荷 增加 , 引起立管压力上升 , 此时操作者应立即采取 措施 , 在岩心被磨损之前将取心工具提离井底 。卡 心指示器是一种发现卡心和避免岩心损失的既便宜 又可靠的取心辅助设备 。 2. 井底分流装置 国外设计的井底分流装置结构如图 2 所示 。这 种装置用取心总成代替标准的压力释放塞 , 可以转 移通过内筒的钻井液流量 , 其作用是 : (1) 为堵孔钢球提供一个合适的位置 ; (2) 减少标准压力释放塞投球和坐球的时间 ; (3) 当标准球不投放时 , 取心前允许清洗内筒。 井底分流装置可以与马达取心工具一起使用 , 并接在投球接头位置 , 允许通过 MWD 测量工具 。 3. 长距离调整装置 每当取心工具在地面组装时 , 考虑到井下的温
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 。
(3) 加长内筒引鞋 加长内筒引鞋保护岩心 , 避免与钻井液接触 。
3. 防卡取心技术 防卡取心技术使用叠式内筒衬管来减少卡心的 影响 , 当卡心发生后可以继续取心 , 直到解决 3 次 卡心或内筒填满 , 取心作业才结束 。 国外设计的 JamBuster 取心设备配有高扭矩的 17115mm ×8819mm 取心筒 , 其特点是 : (1) 两个叠式衬套配有一层铝合金内筒 ; (2) 采用销钉把叠式衬套锁在一起 , 出现卡心 剪断销钉 , 叠式衬套自由上行 , 销钉的强度与地层 的硬度相适应 ; (3) 内装卡心指示器 , 可与抗回旋钻头一起用 于 CoreGard 低污染取心设备 、胶体取心设备和常规 取心设备中 。利用这一技术在倾斜地层 、未固结易
主题词 取心 取心工具 技术现状
钻井取心是获得地层资料的最直接手段 。技术 人员通过钻井取心获得地层岩样 , 分析地层的渗透 率 、孔隙度以及其它岩石物性参数 , 进而制订合理 的勘探开发方案 。
根据取心目的和作业方式 , 钻井取心可分胶体 取心 (国内称密闭取心) 、常规取心 、随钻取心 、 低污染取心 、马达取心 、保形取心 、高压和液体保 持取心以及小井眼取心等 , 另外还有最新发展的防 卡取心技术 。针对不同井眼尺寸和地层特点设计了 配套的取心设备 。下面就国外比较成熟的取心技术 及配套设备作简要介绍 。
胶体是在下钻之前被装进取心工具里的 , 并且 与钻井液隔离 。在取心过程中胶体被岩心顶替 , 胶 体从岩心和内筒之间的环空向下流动 , 多余的胶体 通过取心钻头喉腔处外溢 , 与钻井液相混 。整个过 程胶体保护着岩心 , 防止钻井液滤液侵入 。
胶体材料是一种不溶解的高分子聚丙烯化合 物 , 它具有很好的润滑性 、耐温性 、高粘度和非失 水性 。其中取心胶体 3 、4 、200 号和润滑 400 号分 别是聚合物和植物油基混合的具有粘性的胶体 。由 于胶体在井下包裹岩心 , 能有效地提高岩心收获率 和岩心的质量 。在岩心开始进筒和以后的过程中 , 包括岩心收取 、地面处理 、运送到实验室和短期储 存 , 胶体一直保护着岩心 。
(收稿日期 : 2000 - 03 - 07 ; 修改稿收到日期 : 2000 - 06 - 13)
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石 油 机 械
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表 1 列出了国外胶体取心技术所用胶体材料及 材料特性 。
表 1 胶体材料特性
胶体材料 构 成 颜 色 在水里溶性 荧 光
胶体 3 号 聚丙烯乙二醇
Ξ 许俊良 , 高级工程师 , 生于 1956 年 , 1984 年毕业于胜利油田职工大学钻井专业 , 1994 年毕业于山东省电视大学英语专业 , 现从事钻 井取心工具的研制与应用工作 。本刊通讯员 。地址 : (257017) 山东省东营市 。电话 : (0546) 8552934 或 8772430 。
少钻井液滤液对岩心的侵入 , 这种取心方法有 3 个 技术关键 。
(1) 低侵入钻井液 使用类似碳酸钙来提供固 体架 , 在岩心上迅速形成泥饼 , 这种泥饼在岩心的 外表面产生保护膜 , 来防止滤液侵入岩心的空隙 。
(2) 低侵入取心钻头 特殊设计的低侵入取心 钻头的结构特点是顶部设有排屑槽 , 在钻头喉部没 有保径切削齿 , 顶部为抛物线冠部轮廓 , 大 PDC 切削片 , 顶部排屑槽流向通过切削齿 , 远离形成的 岩心柱 。低污染取心钻头的抛物线轮廓和大切削片 减少了切削面积 , 提高了机械钻速 。没有喉部保径 齿干扰 , 泥饼作为岩心进入内筒 , 这些特点允许泥 饼保留而不影响进心 , 而且具有抗回旋性能 。
比胶体 3 号 的粘度低
1114 10414 ℃ 低温中硬地层
室温下为固体
——— 14819 ℃ 高温中硬地层
润滑 400 号 植 物 油
黄 无 弱兰~白 假塑性的
比胶体 3 号 的粘度低
1103 23212 ℃ 高温软 、松地层
2. CoreGard 低污染取心技术 CoreGard 低污染取心技术是指在岩心形成时减
wenku.baidu.com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
来 , 岩心裹在胶体内被保护起来 , 以防止钻井液侵 蚀 。在整个取心过程中 , 岩心一直被高粘度 、非侵 入的保护介质保护着 。国外设计的胶体取心设备 , 不仅取心钻进时减少钻井液浸污 , 而且在地面回收 处理和运输期间也可防止岩心污染 。经过岩心减压 装置处理增加了岩心的完整性 , 获得带有湿度和含 水饱和度的更有价值的岩样 。
塌岩石或膨胀泥岩里取心 , 取心效率可提高 30 % ~50 %。
4. 保形取心技术 贝克休斯公司为各种地层岩心保形提供有效的 内筒和衬筒 。保形取心使用有保护作用的内筒和衬 筒 , 这种保护衬筒在需要时可在井场作伽马测试 , 在回收或处理时保护岩心的完整性 。保形取心工具 有以下优点 : (1) 提高岩心质量和岩心收获率 ; (2) 减少岩心卡心 ; (3) 节省钻进时间 。 保护筒可选用铝合金筒 、玻璃钢筒和塑料筒 , 玻璃钢和铝合金衬筒可代替保形取心的标准内筒 。 为保护岩心在处理和运输期间的完整性 , 可以 铝合金内筒代替钢内筒 。尤其是在高温高压地区更 是有用 , 多节 (每节长 9114m) 铝合金内筒可连接 起来进行长筒取心 , 如接成 18 、27 和 55m , 然后 将充满岩心的衬筒切割 、加盖密封 , 使用多用途的 井场处理设备运到化验室 。 玻璃钢内筒 (每节长 9114m) 也可连接起来进 行长筒作业 , 尤其对于未固结地层和易碎地层取 心 。当井底温度高于 121 ℃时 , 不宜使用玻璃钢内 筒 , 因高温会影响玻璃钢的强度 。 在松软 、易碎易散和未固结地层 , 铝合金 、玻 璃钢或塑料筒可以放在标准钢内筒里面作衬筒 , 确 保岩心的收获率 。 5. 马达取心技术 对于较难取心的地层 , 传统取心工具不能获得 理想的结果 , 在这种情况下 , 可采用井底马达取心 技术 。难取心的地层和井段包括高破碎地层 、硬岩
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