史上最全鉆井取心技術…

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    鉆井取心概念

    鉆井取心指的是為了掌握地下地質情況。直接獲得真實可靠的地下巖層的有關資料，在鉆井過程中用取心工具從地下取出大塊巖樣(巖心)的作業。

    常規取心

    對巖心無任何特殊要求的取心稱為常規取心。常規取心是取芯作業中最大量、最常見的，無論是什么油氣藏，在勘探階段或開發階段都要進行大量的常規取心。

    1、主要目的
    ①發現油氣層，了解含油氣情況與儲集特征，并確定油氣層巖性、物性、厚度、面積等基礎數據。

    ②建立地層剖面，研究巖相及生、儲特征。

    ③了解巖性與電性關系。

    2、常規取心方式

    ①一般短筒取心，是指取心鉆進中途不接單根的常規取芯。它的工具只含有一節巖心筒，結構簡單。它在整個取芯作業中所占的比例最大，在任何地層條件下均可進行。

    ②中、長筒取心，是指鉆進中途要接單根的取芯。它的工具必須含有多節巖心筒，通常只有當地層巖石的膠結性與可鉆性較好時，才進行中、長筒取芯。中、長筒取的目的是在保證巖心收獲率較高的前提下，盡可能提高取芯的單筒進尺，以大幅度提高取芯收獲率，降低取心成本。

    3、特殊取心

    對巖心有一定特殊要求的鉆井取芯稱為特殊取芯。它多用在油田開發階段，通常有下列幾種方式：

    1）油基鉆井液取心，是指在油基鉆井液條件下進行的取芯。對儲量較大的砂泥巖油氣藏，在開發之前一般都要進行這種取心，其目的是取得不受鉆井液自由水污染的巖心，以求獲得較為準確的儲層原始含油飽和度資料，為合理制定油田開發方案提供依據。由于油基鉆井液不失水，性能穩定，流動性和潤滑性都很好，因而巖心不存在吸水膨脹或剝落的問題，也不易斷裂或磨損，取出的巖心規矩、完整、成柱性好、收獲率高。

    2）密閉取芯，是指以注水方式開采的砂巖油田，在開發過程中為檢查油田注水開發效果，了解地下油層水洗情況及油水動態，以制定合理的開發調整方案，采用密閉取心工具與密閉液，在水基鉆井液條件下取出幾乎不受鉆井液自由水污染的巖心。由于油基鉆井液取心成本高，在密閉取芯質量指標有保證的前提下，密閉取心可代替油基鉆井液取心。

    3）海綿取心，是指內巖心筒裝有特制海綿襯管的取芯。采用預飽和的海綿襯管，在水基鉆井液條件下，能取得含油飽和度相當準確的巖心。這是國外近年來發展起來的一種取心，工藝結構不太復雜，但成本高，適用于中硬～硬地層。

    4）保壓密閉取心，是指在砂巖油田的開發后期，為了準確求得當時井底條件下儲層流體飽和度、儲層壓力、相對濕度及儲層情況等資料，為了制定合理的開發調整方案，提高油田最終采收率，采用保壓密閉取心工具與密閉液，在水基鉆井液條件下，鉆取保持儲層流體完整性的巖心。也就是鉆取不受鉆井液自由水污染并保持當時井底條件下儲層壓力的巖心。這種取心裝備與工藝比較復雜，成本高，適用于具有成巖性的軟、中硬及硬地層。

    5）疏松砂巖保形取心，是指在疏松砂巖地層中保持巖心原始（出筒前）形狀的取芯。因為在疏松砂巖地層，由于巖心強度低，不成柱，巖心出筒后就往往自成一堆散砂，巖心物性資料無法獲得。因此，保持巖心原有形狀，避免人為破壞，就成為保形取芯的技術關鍵。目前，多級雙瓣組合式巖心筒、橡皮筒、玻璃鋼內筒以及復合材料襯筒，均可滿足保形取心的要求，但唯有多級雙瓣組合式巖心筒成本低，使用方便。

    6）定向取心，是指在油氣藏的勘探開發過程中，為直觀了解儲層的構造參數，全面掌握地質構造的復雜性及其變化，制定出經濟合理的勘探開發方案，采用定向取芯技術以取出能反映地層傾角、傾向、走向等構造參數的巖心。定向取心只適用于巖心成柱性較好的地層。

    取心工具

    取心工具的組成

    取心工具由上穩定器、分水接頭、堵孔鋼球、外返孔嘴、懸掛總成、內巖心筒組、外巖心筒組、下穩定器、組合內筒鞋、巖心爪、取心鉆頭等部件組成。

    取芯鉆頭的主要功用是形成巖心，而取心工具的主要功用則是保護巖心和取出巖心。顯然沒有合適的取心工具就不可能高質量地取好巖心。根據割心方式，目前國內外的取心工具基本上可分為加壓式、自鎖式和砂卡式三類。          割芯時，下放鉆具，巖心爪靠鉆壓和內筒下滑沖擊力收縮變形，包住、卡斷或扭斷巖心的取心工具稱為加壓式取芯工具。割心時上提鉆具，巖心抓靠自身的彈性力或它與巖心之間的摩擦力收縮變形，卡緊并拔斷巖心的取心工具稱為自鎖式取芯工具。

    取心工具選擇

    1、不同井深條件下取芯工具的選擇     

    淺井選短筒，深井中長筒。

    2、根據地層巖性選擇取心工具   

    在松散、松軟地層中應選用加壓式取心工具，而在中硬~硬地層以及巖心成柱性較好的軟地層中應選用自鎖式取心工具。

    目前，國內外鉆井取心均廣泛使用金剛石取心鉆頭。

    1）金剛石取心鉆頭使用效果好特別是胎體式金剛石取心鉆頭，能保證鉆頭出刃均勻。金剛石耐磨，胎體耐沖蝕，因而鉆進平穩，速度快，收獲率高，使用壽命長，綜合經濟效益好。

    2）金剛石取心鉆頭適用范圍廣。從極軟至極硬地層，均有與之相適應的各種系列的金剛石取心鉆頭供選擇，完全能滿足各種條件下取心的需要。

    3）胎體金剛石取芯鉆頭成型容易，加工簡便，成品率高。

    取心前的準備

    井眼準備

    1）鉆進一開始就要保持良好的井身質量，防止井斜、狗腿、鍵槽、臺肩、縮徑等。

    2）取心前的一個鉆頭要帶打撈杯，要修平井底。大排量循環清除井底沉砂，必要時進行短起下鉆，保證井底干凈、平整、下鉆順利。

    3）連續取心，每鉆進20米要擴眼一次。

    設備、儀表、鉆具的準備

    1）取心之前應把設備、儀表檢查保養好，保證取心期間不停鉆。

    2）對鉆具進行一次全面的檢查，保證取芯期間不刺、不漏、不脫扣。

    3）對取心工具、配件、輔助工具、鉆頭要進一步進行檢查，避免因等工具配件而停工。

    取心操作程序

    1．取心工具組裝

    1）在地面上把取心工具放平，每一節的連接螺紋都要用鏈鉗上緊，兩頭要帶好護絲。

    2）檢查穩定器外徑與鉆頭是否相符，丈量取心筒長度。

    3）吊上鉆臺后，用吊卡下入井中，用卡瓦卡在上穩定器下面，并用安全卡瓦卡好。

    4）卸開安全接頭，提出內筒，把裝有巖心爪的內筒鞋接在內筒上，用鏈鉗上緊。

    5）下入內筒，檢查安全接頭、軸承是否靈活，涂上絲扣油（不宜太多），對扣后用鏈鉗上緊，最后用大鉗緊扣。

    6）把巖心筒提出井口，卸開下護絲，用專用尺子檢查縱向間隙，一般為8~13毫米。如果不合適，要通過加減墊片調節，然后將檢查好的取心鉆頭接上，每一節的連接螺紋都要用大鉗上緊。

    2．下鉆

    縮徑的井段，應緩慢下入，若遇阻應先開泵循環，并用低鉆壓、低轉速、大排量進行短井段、下鉆要求操作平穩，不得猛放、猛頓、猛剎、猛轉，防止鉆具劇烈擺動。在井、斜較大、短時間劃眼。禁止用取心鉆頭進行大段（10米以上）劃眼或強行下鉆。

    3．循環

    下鉆距井底0.5~1米時，循環鉆井液，并平穩活動和適當轉動鉆具。校正指重表，探實際到底方入，上提鉆具卸開，投入鋼球，待泵壓上升后，做鉆頭壓力降試驗。

    4．造心

    先啟動轉盤，緩慢施加鉆壓，以低轉速、輕鉆壓試運轉，待運轉平穩、鉆進0.3~0.5米以后，逐漸調整到正常取心鉆進參數。

    5．鉆進

    （1）鉆壓

    取心鉆進時的鉆壓，應根據巖石的硬度與可鉆性、鉆頭類型和鉆具結構、強度來決定。鉆壓必須大于地層的抗壓強度，否則，無進尺。如果鉆壓太小，鉆頭的牙齒吃入地層少，雖然有進尺，鉆速卻很慢，鉆頭磨損也很快；鉆壓愈大，鉆頭吃入地層愈深；鉆速愈高。

    目前所采用的金剛石鉆頭取心，切削作用主要取決干金剛石和所鉆地層的穩定接觸程度，轉速不變，增加鉆壓，觀察鉆速的變化，如果鉆速不再增加或者增加相當慢，或者扭矩增加很大，那么此時的鉆壓就是最優鉆壓。如果已取得較滿意的鉆速，就該保持鉆壓不變，做到送鉆均勻。

    （2）轉速

    從理論上講，在一定的限度下，如果鉆頭吃入地層的深度不變，轉速提高，鉆速也會增快，巖心入筒的時間隨之縮短，有利于提高巖心收獲率。但較高的轉速會使鉆頭發生擺動，增大其橫向作用力和鉆柱的離心力，這對于保護巖心和鉆頭不利。實際上鉆頭在井底工作還受到很多其它因素的影響。所以，為了保護巖心，應該使用低轉速，以減少巖心筒的離心力

    （3）排量

    排量的大小以能夠滿足清潔井底和冷卻鉆頭為前提，進行適當選擇。排量過大，從鉆頭水眼出來的鉆井液沖擊力大，雖然不直接沖擊在全部巖心上，但對于松軟地層或不夠堅硬的地層來說，也是給巖心根部的一種破壞力量。為了保護巖心，排量應該小一些。

    6．接單根

    進行中、長筒取心過程中，要進行接單根作業。自鎖式取心工具的接單根的方法，首先是停鉆、停泵，然后上提鉆具至巖心被割斷為止。如果上提拉力達到一定數值而巖心還割不斷，可保持在這個拉力下開泵循環，直至將巖心割斷。巖心割斷以后，保持鉆具不轉動，平穩地上提2~3米，然后慢慢下放至離井底0.3米處，觀察指重表的變化，確認沒有巖心余留在井底，即可進行接單根。接單根后，下入鉆具，施加比取心鉆壓大50％的鉆壓頂松巖心爪，上提鉆具恢復原懸重后，按剛開始取心的方法進行鉆進。

    7．割心

     （1）正常情況下的割心

    在巖性均一、成柱性較好的中硬或硬地層取心時，可以根據內巖心筒的長度來確定割芯的位置。在巖性不均一、軟硬交錯變化復雜的地層中取心時，在內巖心筒長度的范圍內，盡量把割心位置選擇在比較硬的地層為好，不要勉強多打進尺。割芯像接單根前割心一樣，割完巖心后要在不同高度分別上提鉆具，并以不同方向緩慢下放鉆具探心。如果井底余心較多，為了取全取準資料，應進行“套心”。

    （2）異常情況下的割心

    在取心鉆進中，如果發現鉆頭泥包，鉆頭循環水道堵塞，以及因取芯工具異常或地層因素引起“磨心”、“卡心”、“堵心”、“燒心”等異常現象而不能排除時，必須立即割心。

    8．起鉆

    起鉆操作要平穩，要輕提、輕放、慢卸，防止鉆具猛烈擺動，禁止用轉盤卸扣。

    9．巖芯出筒

    無論在鉆臺還是在場地通心，都要嚴格注意巖心出筒順序，防止巖芯錯位。操作方法是先卸開安全接頭，提出內筒，沖洗干凈，用鏈鉗卸松內筒鞋2～3扣，把內筒拉至司鉆容易看見的地方，用繩子栓住內筒，卸開內筒鞋，裝上巖芯鉗，然后司鉆操作，一上一下，放出巖芯。

    如果是鋁合金和玻璃鋼管取心，卸開安全接頭后，上提0.2米，用卡盤卡住內巖心筒，并坐于外筒上，用鏈鉗卸開安全接頭，用提升護絲將內筒和巖心吊下鉆臺，平放于場地上，用水沖洗干凈，按地質要求，用電鋸分段切開，并用巖心帽封好，用卡箍卡好。

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