液压多功能取心工具.ppt

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1、中原液压多功能取心工具,中原钻井管具工程处管具技术研究所,中原钻井管具工程处管具技术研究所,在油气田的勘探开发过程中，为了解储层构造参数，全面掌握地质构造的复杂性及多样性，以便制定出经济合理的勘探开发力案，需要进行取心作业。中原钻井管具工程处自行研制开发了适合破碎地层、松散地层、斜井中使用的取心工具液压多功能取心工具。,中原钻井管具工程处管具技术研究所,1、任务来源 2009年江苏项目组多次提到钻井四公司江苏项目组取心任务较重，取心收获率较低。2010年3月针对钻井四公司江苏项目组的这一提议，钻井管具工程处安排管具研究所设计出适合的取心工具。2、国内外发展现状 在长期的钻井取心实践过程中，取心

2、技术在我国取得蓬勃地发展。简单单一适应性较小的单筒取心工具已被结构相对合理适应性广阔的双筒取心工具所替代。随着油气勘探开发的需要，新型取心工具、新的取心方法、特殊取心技术得到了迅速地发展和改进。另一方面，由于每年的取心任务有限，以及岩心要求不一致，管具公司只配有常规地层的常用取心工具，可以满足常规取心工具的需求，而对于非常规的取心，都是由专业的取心队伍完成，没有储备非常规取心工具。当钻井公司需要时，往往难以满足钻井取心的需求。,一、研究的目的和意义,中原钻井管具工程处管具技术研究所,二、松散地层取心存在的问题,1、松散地层取心面临的问题 松散地层取心是指在比较松散、胶结性差、易破碎、易水化、高

3、含水等地层取心的统称，在这些地层取心往往难度大、复杂程度高，不易得到理想的取心效果，造成以上结果原因是由于：地层胶结物强度低，岩心不易形成，难以进入取心工具；当岩心胶结物具有较强水敏性时，在水基钻井液冲蚀下，岩心承载能力降低，易坍塌破碎、造成堵心、磨心现象的发生，影响取心技术指标；在胶结松散、不均质含砾砂砾石取心过程中，取心工具振动易造成岩心断裂、破碎；岩心的出筒过程中，由于岩心柱受力状态发生变化，岩心易坍塌破碎，岩心成形率低，无法选样。,中原钻井管具工程处管具技术研究所,2、常规取心工具的局限性 现阶段常规取心的各项技术已较为成熟，目前在国内普遍使用的常规取心工具，在地层胶结性好易于成形的地

4、层取心，能够满足取心技术指标和岩心质量的要求，但在胶结强度低、岩心承载能力差的地层取心，很难达到理想的效果，这是常规取心工具本身结构造成的工具本身结构造成工具使用的局限性，主要是因为：1）常规取心工具钻井液通过取心钻头内腔冷却取心钻头和携带岩屑，同时也造成对岩心的冲蚀，松散地层岩心本身比较松散，胶结性差、易破碎。岩心极易被钻井液冲刷带走或是使岩心直径变小造成抽心和丢心现象的发生；2）岩心直接与钻井液接触，使岩心胶结物部分水化而降低岩心柱的承载能力；3）岩心爪不能承托岩心，导致内筒内的岩心落井。,中原钻井管具工程处管具技术研究所,三、取心工具研发思路,影响松散地层取心收获率和成形率等技术指标的因

5、素多种多样，主要有以下几种：取心钻井期间，取心钻头和取心工具的旋转和振动，对所取岩心的破坏作用；钻井液对岩心的冲蚀作用；岩心入筒阻力的影响；岩心承载能力的影响；提钻时岩心滑脱的问题；岩心出筒时，因岩心受力状态变化，造成岩心破碎。,中原钻井管具工程处管具技术研究所,提高取心工具工作的稳定性实际钻井过程中，绝对垂直的井眼几乎是没有的，另外取心时工具内、外筒所承受压力也是不同的，这都会导致内外筒在取心期间不在同一轴线上。当取心工具旋转时，内外筒的摩擦阻力就会大大增加，使其常常会超过内筒与岩心柱间的摩擦阻力，致使内筒开始转动，产生对岩心的作用力，严重时致使岩心破碎，影响取心成形率等技术指标。因此，保证

6、内筒工作稳定，改善岩心在内筒的受力，可提高岩心的成形性，有利于提高取心技术指标。,中原钻井管具工程处管具技术研究所,减少钻井液对岩心冲蚀常规取心工艺中，钻井液通过取心钻头内腔和内唇面，清洗、携带钻头内唇面切削的岩屑，冷却钻头金刚石切削元件，但钻井液液流也会冲蚀岩心，造成取心技术指标低和岩心污染严重的问题，因此针对松散地层取心钻头的设计过程中，要设计采用减少钻井液对岩心冲蚀的结构，将所取岩心与钻井液隔离开来，从而达到完全避免钻井液对岩心的侵害，如在新疆油田已推广应用的密闭取心技术就是采用这一技术原理。,中原钻井管具工程处管具技术研究所,减少岩心入筒阻力常规取心工具内筒采用的是高强度的厚壁管材，内

7、腔表面比较粗糙，同时内筒组合部件的连接使进心管柱成多级台阶，这会造成岩心进入内筒通道的摩擦阻力一般较高。当其磨擦阻力大于岩心承载能力时，将会压碎岩心，造成入筒的岩心难以成形。因此，降低岩心入筒阻力，也是取心工具设计过程中，必须重点考虑的问题。,中原钻井管具工程处管具技术研究所,提高岩心承载能力取心时，岩心成形性的好坏与岩心承载能力成正比，而影响岩心柱承载能力的因素多种多样。其中，岩心柱的截面积是最重要的因素之一。因此在取心工具外径一定的条件下，如何获得最大尺寸的岩心，是取心工具结构设计中，必采购考虑的问题；另一方面，也可在取心时，对岩心旋加一个额外的附加包裹力，在岩心胶结强度一定的情况下，增大

8、岩心的承载能力。也是一种可行的解决方案。,中原钻井管具工程处管具技术研究所,解决松散地层漏心问题针对自锁式常规取心工具在松散破碎地层取心时易出现掉心的问题，设计采用卡箍、液压加压式岩心爪双级岩心爪割心方式，来解决这一问题。在岩心成形性较好的地层割心时，靠自身结构使卡箍式岩心爪收缩自锁，卡紧并拨断岩心，卡箍式岩心爪不起作用，在岩心成形差的地层取心时，由于液压加压式岩心爪在割心时，加压收缩为零封堵岩心端口，因而可挡住掉落的岩心，从而保证取主技术指标。,中原钻井管具工程处管具技术研究所,减少出筒岩心受损常规取心工艺，在岩心出筒时，由于岩心柱受力状态发生变化，以及外力的影响，松散地层的岩心因胶结强度低

9、，极易破碎，这就会减小岩样的选择范围，降低地质资料的完整性。为解决该问题，设计人员，在取心工具的设计中，应考虑彩特殊的岩心保护技术，来减少岩心柱受力状态的变化，以及出心操作对岩心的扰动，从而达到解决出筒岩心受损的目的。,中原钻井管具工程处管具技术研究所,四、液压多功能取心工具结构原理,1、取心工具结构取心工具为双筒双动工具，适用于单筒取心。其结构为：外筒组：取心钻头外岩心筒液压接头钻铤内筒组：加压岩心爪+卡箍式岩心爪短节内岩心筒悬挂接头+调节器+取心检测接头+分水接头液压承压座+销钉悬挂,中原钻井管具工程处管具技术研究所,液压式取心工具示意图,中原钻井管具工程处管具技术研究所,2、取心工具工作

10、原理取心钻头环形破碎岩石形成岩心柱，岩心进入内筒得到保护，内筒在悬挂轴承的作用下，以及泥浆的阻力作用下不会与外筒一起旋转，会保持禁止不动的状态，有效的保护了岩心，当完成取心进尺后，停止取心钻进，从立管丝堵处投球，用泵送的方式把钢球送到取心工具球座上，当钢球到达球座后，泵压升高。继续缓慢开泵，直到悬挂销钉被剪断，内筒下行，内筒上的液压加压式岩心爪在上推力的作用下沿钻头内斜面向中心收缩，在割断岩心后，岩心爪继续收缩，直到岩心爪封闭。当内筒下降过程中，泵压下降，说明下行行程完成，即可起个钻。工具的外筒采用上下稳定器，可保证井眼稳定：内筒采用上下两点扶正，从而使岩心筒在倾斜大的条件下，无论外筒怎样倾斜

11、，内筒都能处于外筒中心，不随外筒旋转，这样有效地保护了岩心，保证了取心筒的正常工作。,中原钻井管具工程处管具技术研究所,3、割心原理当取心过程完成后，从立管处投入一个36钢球，当钢球到达位置后，泵压上升，直到剪断内筒悬挂销钉，内筒继续下行，一把抓岩心爪在内筒下行力的作用下，岩心爪向岩心柱中心收缩，直至割断岩心，并承托岩心柱，完成割心任务。,中原钻井管具工程处管具技术研究所,五、液压取心工具特点,与机械式加压取心工具一致，适用于松散泥沙、油砂地层取心。不同的是第一投球前为清洗内筒，投球后，内筒内不再成为钻井液通道。当取心工作完成后，投第二球，关闭钻井液通道，形成高压，液压活塞受压剪断销钉下行，迫

12、使内筒下行，岩心爪受力并向中心收缩，直至包住岩心。另一个特点是，取心过程中，地面可以随时检测到来至井下的取心进展信息，当取心受阻，地面泵压升高等现象，有助于提高取心收获率。,中原钻井管具工程处管具技术研究所,1、示压报警取心技术在疏松及破碎地层取心经常遇到的问题是堵心或卡心。这是因为在疏松地层里取心，岩心松散、成柱性差，碎岩心在岩心筒内堆积，尤其是岩心筒的不平表面或不完整表面最易堆积和堵心。地层松软，堵心后的机械钻速变化很小，不易被取心技术人员发现，容易造成资料丢失。在破碎地层取心时经常遇到的问题是卡心，这是因为破碎地层的岩心以碎或裂著称，碎岩心容易塞入岩心柱和岩心筒内壁之间，在取心钻进过程中

13、，钻具的晃动加速了碎岩心的塞入，当堵塞阻力大于岩心柱的抗压力，岩心破碎，不能继续进入岩心筒，使取心作业失败。若不及时发现容易磨心，使资料丢失。,中原钻井管具工程处管具技术研究所,2、钢球无弹夹悬挂取心技术长期使用以来，常规取心工具采用有弹夹悬挂总承，但轴承夹产生的铁屑易掉在轨道上造成轴承卡死。为了克服这一弱点，研制了新的大弹子，无弹夹转动灵活，使用寿命长的钢球悬挂结构。该结构主要有悬挂接头、钢球、钢球跑道、悬挂座、并帽和销钉组成，内筒重量作用在悬挂钢球上，始终保持灵活但不会造成卡死等现象。,中原钻井管具工程处管具技术研究所,3、全封闭取心技术所谓全封闭岩心爪就是岩心爪收缩后各爪紧靠在一起，中间

14、不留有圆孔和各爪之间没有间隙，实现全封闭。要实现这一目的，在设计岩心爪时必须考虑各爪的长度、宽度和爪前的角度，同时还要考虑到收缩的长度与收缩角，这两者之间存在一定的函数关系，即收缩角大，收缩长度短；收缩角小，收缩长度长。两者尺寸为多少合适是一个未知数，需要实验得出数据。,中原钻井管具工程处管具技术研究所,液压全封闭岩心爪,中原钻井管具工程处管具技术研究所,4、取心工具内外筒轴向间隙可调,中原钻井管具工程处管具技术研究所,六、液压取心工具操作方法,准备工作工且检查 起下钻操作 起下钻遇阻卡处理 钻井液性能 沉砂处理造心时，要无压启动转盘，采用低转速（60r/min)，造心钻压要比直井中的取心造心钻压稍大(20-30长N)，小排量（14-16度l/s）：在钻进0.5m后，根据地层软硬，调整钻压至60-80长N;转速则保持不变。取进时要注意扭矩和泵压的变化，及时调整各参数。要根据取心钻进前观察到的摩阻，取心操作参数按工程设计要求进行操作。取心操作力求平稳，并记录下泵压，当取心过程中，泵压升高，超过正常取心压力的1Mpa以上，这时岩心被卡，应停止取心作业，在钻柱不动的情况下，卸开立管上的投球丝堵，放入36钢球，上紧丝堵，开泵。这时利用钻井液的排量，将钢球顶至取心工具液压承压座剪断销钉悬挂，岩心爪收缩，割断岩心并承托岩心，随后起钻。,