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钻井取芯

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第一节 取芯技术 概述第二节 取芯工具组成及类型第三节 常规取芯工艺第四节 密闭取芯第五节 保压密闭取芯第六节 定向取芯本章需要 6学时第四章 取 芯 -、取芯的目的 岩芯是石油勘探、开发过程中取得完整的第一性资料,通过大量对岩芯的分析与研究才能为制定合理的开发方案、准确计算油田储量、制定增产措施提供依据。 1.研究地层 利用岩芯的岩性、物性、电性、矿物成分及化石等资料对地层进行对比分析。通过对岩芯的机械力学性能测定,了解其强度、可钻性、研磨性等,以指导钻井作业。 2.研究生油层 在一个沉积盆地内寻找油气,需要从目的层的岩芯取样化验分析各项生油指标。根据化验所得结果可以从生油角度选择勘探油气藏的目的层和有利地区。 3.研究油气层性质 通过对取出岩芯的分析,进一步了解储集层中油、气、水的分布情况,油层的空隙度、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。第四章 取 芯 第一节 取芯技术 概述 4.指导油、气田开发 通过对取出岩芯的分析,掌握水驱油的原理和在不同条件下的油水运移规律,为油田开发二次采油提供理论依据和实践经验。同时对岩芯的研究还可为低渗油气田的酸化压裂提供可靠依据。 5.检查开发效果 在油田开发过程中,通过对取出岩芯的分析,掌握油田开采动态,注入流体推动情况及驱油效率,以获取油层的油水饱和度、岩性、物性资料。得出有关规,提高采收率,并做到合理开发油田。 综上所述,在油气田勘探、开发各阶段,为查明储油、储气层的性质或从大区域的地层对比到检查油气田开发效果,评价和改进开发方案,任一研究步骤都离不开对岩芯的观察和研究。第四章 取 芯 第一节 取芯技术概述 二、钻进取芯的几个环节 1、环状破碎井底岩石,形成岩芯(圆柱体)。 2、保护岩芯。 钻进取芯时,已形成的岩芯要加以保护,避免循环的钻井液冲蚀岩芯及钻柱转动的机械碰撞损坏岩芯。 3、取出岩芯。 在钻进取芯到一定长度后(通常为一个单根长度,也可以进行长筒取芯达几十米甚至百米),要从所形成岩芯的底部割断并夹紧)在起钻时随钻具一同提升到地面。 钻进取芯时,以上三个环节都应做好,任一环节处理不当,轻则会得不到应有数量(长度)的岩芯,严重时会导致取芯失败,取不出岩芯。 三、取芯钻进的评价指标 取芯钻进,其目的是获得岩芯,应将与取芯钻进进尺同样长度的岩芯全部取出。但常常由于种种原因(如冲蚀、磨损等)不能将应有长度的岩芯取出。一般以 “ 岩芯收获率 ” 来评价。即实际取出岩芯长度与本次取芯钻进进尺之比的百分数 其计算方法如下:第四章 取 芯 第一节 取芯技术概述%100 本次取心钻进进尺实际取出岩心长度岩心收获率 一、取芯工具的组成 为了完成钻出岩芯,保护岩芯和取出岩芯三个环节,取芯工具一般都包括有取芯钻头、岩芯筒、岩芯爪、挟正器和悬挂装置等部件, 1、取芯钻头 ( 1)取芯钻头的功用:是环状破碎井底岩石,形成岩芯柱。 ( 2)取芯钻头的类型:刮刀取芯钻头;领眼式硬合金取芯钻头;“ 西瓜皮 ” 取芯钻头;金刚石取芯钻头; 轮取芯钻头由于其收获率很低已被淘汰。 如图 4( 3)对取芯钻头的要求 为了提高岩芯收获率,除在下部钻柱使用扶正器外,要求取芯钻头工作稳定,钻头的切削元件要对称分布,耐磨性一致,钻头底面 〈 井底 〉 与岩芯爪的距离尽可能短,岩芯直径大。第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型图 4取芯工具组成示意图1— 取芯钻头; 2— 岩芯爪;3— 内岩芯筒; 4— 外岩芯筒;5— 扶正器; 6— 回压凡尔;7— 悬挂轴承; 8— 悬挂装置图 4常用的取芯钻头( a)刮刀取芯钻头;( b)领眼式硬质合金取( c)西瓜皮取芯钻头( d)金刚石取芯钻头第四章 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种外筒 〈 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,防止泥浆冲刷岩芯;为了有效保护岩芯,一般采用悬挂式滚动轴承装置将内筒挂在外筒的顶部,取芯钻进时内筒不转。 ( 2)外筒的作用是承受钻压、传递扭矩带动钻头旋转及保护内岩芯筒。 ( 3)内、外岩芯筒的技术规范 强度大,无弯曲变形,常用 14~ 253530工制成。长度一般为 5~ 13较硬的致密岩层中取芯,若钻头进尺较多时,内;外筒可长一些。在松软地层取芯,内、外岩芯筒长度宜短一些,一般为 5~ 8米。破碎地层取芯,内、外筒的长度也应短些在钻头进尺较多又能有效保护岩芯时,内、外筒长度可尽量长一些。一次可取芯 145、 42米。第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型 3、岩芯爪 。 ( 1)岩芯爪的作用是割取岩芯和承托已割取的岩芯柱。常用的岩芯爪有卡箍式、卡板式、卡瓦式等几种结构,如图 4 图 4岩芯爪 卡箍式(一把抓); b— 卡箍式; c— 卡板式;( d)卡瓦式: 1— 挂套; 2— 卡瓦弹簧; 3— 卡瓦轴; 4— 卡瓦套; 5— 轴销第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型 ( 1)卡箍式岩芯爪:它的形状如圆箍,一圈开有数道缺口,把它分为许多瓣,每瓣内车有数圈卡牙,卡箍的外壁呈截锥状,与缩径套配合使用。缩径套有同样锥面。岩芯爪沿爪座移动时,其爪牙收缩卡紧岩芯它用于软及中硬地层。 ( 2)卡瓦式岩芯爪:适用于中硬及硬地层。它由挂套、销轴、扭簧及卡瓦片组成。卡瓦片可依赖扭簧力量使其张开。钻进时紧贴钻头内壁。割芯时,在外力作用下使岩芯爪沿钻头内壁向下移动,卡瓦片收缩包紧岩芯 ( 3)卡板式岩芯爪:适用于中硬地层及硬地层取芯,一般和其他岩芯爪复合使用。其结构由外座、扭簧及片状卡板组成。 ( 4)卡簧式岩芯爪:适用于硬地层,地质钻探使用,石油钻探取芯使用较少。 岩芯爪的类型可根据不同地层来选用,其内、外径间隙要合适,才能有效的提高岩芯收获率。第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型 4、扶正器及回压凡尔 ( 1)外筒扶正器的作用: 可保持外岩芯筒和钻头工作稳定,防止井斜。外筒扶正器,致使岩芯收获率很低。实践证明:外筒扶正器是增加钻头寿命及提高取芯收获率的有效措施。扶正器外径一般比钻头外径小 1/16〞 为宜。 ( 2)内筒扶正器的作用 可保持内筒稳定。使钻头与内筒对中,岩芯易于进入内岩芯筒。 ( 3)回压凡尔是装在内岩芯筒上端的一个单流凡尔,其作用防止钻井液刺坏岩芯。目前对回压凡尔结构有所改进。下钻时只装上回压凡尔球座,下完钻后可通过大排量循环泥浆,这样既清洗内筒又可将井底冲洗干净。循环后开始取芯钻进前才将凡尔钢球投入,使用效果良好。 5、悬挂装置 6、分水接头第四章 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,取芯钻头外径比全面钻进用钻头外径略小,钻头内径应比内筒的内径要小些,一般比内岩芯筒的内径小 5~ 10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。 ( 3)岩芯爪的最大内径应稍大于或等于内筒内径,在易膨胀及破碎地层应稍大些,硬地层要小些。卡箍式岩芯爪,自由状态下内径比岩芯略小 2~ 3毫米,卡箍张开时的内径比自由状态大 5毫米,收缩后又比其小 5毫米。此外,卡箍锥面与爪座内锥面吻合,内齿表面敷焊碳化钨颗粒以增强其耐磨性,有利于卡芯。这种岩芯爪操作方便,割芯时只需上提钻具,卡箍收缩卡紧即可拔断岩芯,在硬地层及超深井中使用取得很高的取芯收获率。 ( 4)钻头内台肩与岩芯爪应有 5~ 10毫米间隙第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型 三、取芯工具的类型 1、短筒取芯工具 在钻进中不接单艮的取芯钻进,叫做短筒取芯。常用的工具有川式工具 ,在中硬及硬地层中取芯,普遍使用双筒悬挂式川式取芯工具,常用取芯钻头有领眼式硬合金取芯钻头、西瓜皮取芯钻头或金刚石取芯钻头,如81/2川式取芯工具结构 〞(图 4- 4)。图 4川式取芯工具1— 上接头; 2— 外岩芯筒; 3— 锁紧螺母; 4— 悬挂螺母; 5— 滚珠槽座; 6— 米滚珠; 7— 中间滚珠槽座; 8— 轴承座; 9—锁紧螺母; 10— 螺钉; 11— 悬挂芯轴; 12— 钢球; 13— 单流阀座; 14— 承吊卡座块 15— 扶正块; 16— 内岩芯筒; 17— 连接套; 18— 调节环; 19— 卡箍座; 20— 卡箍; 21— (金刚石)钻头第四章 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)长筒取芯工作过程滑动接头是长筒取芯工具的重要部件之-,它的上接头与钻铤连接,下接头与机械加压接头相连接。取芯钻进时,靠六方滑动管和六方滑动套传递扭矩和钻压。接单根时提起六方滑动套(六方滑动管可在六方滑动套内上下滑动),保证钻头不离开井底。 接单根操作过程 如图 4图 4 六方滑动套一直顶住 下接头施加钻压。图 4是当方钻杆打完(方入不超过 9米) 如图 4时,需接单根的情况。此时上提方钻杆,六方滑动套与下接头拉开,拉开的距离不许超过滑动管的有效滑动长度(一般为 11m)否则上提钻具接单根时钻头就要离开井底。配好合适长度的单根,接完单根后下至预定方入,继续钻进。第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型 3、 取芯工具 注意事项 ( 1)取芯时和加压接头连接好,在井口要检验滑动接头上下滑动灵活性及密封性。 ( 2)取芯工具下到距井底 10米左右时,应循环处理好泥浆。 ( 3)钻进前要将开泵时的钻具悬重和开泵后的正常悬重记录下来作为接单根时观察悬重的参考。 ( 4)接单根或钻完进尺上提时,必须观察悬重正常后,方可上起钻具,拉开滑动距离,才能接单根或投球加压割芯。 ( 5)取芯工具拉上或拉下钻台时,必须使六方滑动管进入六方滑动套,合拢后用绳索捆牢,方可上下钻台,以免六方滑动管弯曲。第四章 取 芯 第二节 取芯工具组成及类型 一、取芯工具的选择 1、取芯工具选择主要的根据 地层岩性和井下条件(井深、泥浆性能等)合理确定钻头和岩芯爪的类型以及工具的长度等。 2、取芯钻头的选择 软地层取芯,一般选用刮刀式取芯钻头或内出刃较大的硬质合金取芯钻头;硬及研磨性较高的地层可选用领眼式硬合金取芯钻头、金刚石取芯 深井取芯为了减少趣下钻行程时间多选用金刚石 3、岩芯爪的选用, 一般地层较软可选用一把爪式岩芯爪;中硬地层宜选用卡板式岩芯爪;硬及较破碎地层,可选用卡箍式及卡板式的复合式岩芯爪;坚硬及胶结致密的地层可选用卡箍式岩芯爪。 4、岩芯筒的选用 地层松软,岩芯胶结性差或岩性破碎的地层,为了提高收获率取芯工具宜短一些;岩性较硬而所选钻头又能取得较高的进尺时,可选用中、长筒取芯工具。第四章 取 芯 第三节 常规取芯工艺 二、取芯工具的检查 取芯工具入井前,主要检查内容如下: 1、内、外岩芯筒无变形、裂纹和伤痕,弯曲度不超过 1m。 2、内筒转动灵活,每次取芯完后要卸开悬挂轴承清洗干净,有密封的轴承还应按规定加足润滑脂。调整好轴向间隙,保证转动灵活。 3、回压凡尔必须排液畅通,密封可靠,无刺漏现象。 4、分水接头水跟必须畅通。 5、各丝扣连接部分必须完好无损,组装时必须上紧。 6、内岩芯筒的内径至少大于取芯钻头内径 3~ 4簧或卡箍的自由通径必须小于钻头内径 1~ 板式岩芯爪的通径要大于钻头内径 3~ 4 7、 检查岩芯爪的底端与钻头内台肩的间隙是否合乎要求,川式取芯工具 7 3/4〞 、( 8 1/2〞 ) × 6〞 为 8~ 1043/4〞× 108为 5~ 8 8、钻头类型要适合于井下地层情况,尺寸要符合要求,应尽可能与实际井眼相同。若因条件限制需要小直径钻头取芯时,其小井眼长度不超过 50米,井下或地质情况复杂小井眼长度还应缩短。 9、加压接头内、外筒应保证滑动灵活,密封可靠。中芯管应绝对保证无弯曲、变形及损伤等情况,装配活动自如,球座端完好。 10、取芯工具各部分需经全部检查合格,丈量好主要部分的尺寸后,方可组装。组装完毕,还需吊到井口上检查岩芯爪底端与钻头内台肩的间隙是否符合要求,内岩芯筒转动是否灵活。第四章 取 芯 第三节 常规取芯工艺 三、取芯钻进参数配合 取芯钻进是环形破岩,钻头承压面较小,外筒管璧相对较薄。为了保护好岩芯,提高收获率,钻压、转速、排量均要比全面钻进用钻头小些。 1、钻压 在硬地层使用川式 8 1/2〞 取芯工具时,钻压一般加 50~ 80 2、转速 一般采用低速,使用硬地层取芯工具时,转速为 50~ 80转/分,在软地层,井不太深的情况下,可采用 100~ 110转/分的转速。 3、排量 在硬地层取芯时,一般取 15~ 20升/秒,软地层由于取芯进尺快,可适当增大排量。对于胶结疏松的砂岩等地层,为了防止冲坏岩芯,也应适当降低排量。泵压一般不超过且 10 4、泥浆性能 应尽可能采用优质轻泥浆钻进,保证井下安全及充分净化井底。第四章 取 芯 第三节 常规取芯工艺 四、取芯操作 (一)下钻 1.取芯下钻前的准备工作 ( 1)处理好井内泥浆,使泥浆性能稳定、井眼畅通,无垮塌,无沉砂,能顺利下钻到底。 ( 2)检查好机械设备及钻具,保证在取芯钻进中地面设备与钻具不发生问题。 ( 3)对起下钻遇阻遇卡井段应先通井划眼。消除阻卡后,方可下钻取芯。 ( 4)必须充分保证井底干净,通常要在取芯下钻前的全面钻进中使用随钻打捞杯或磁铁打捞器。先期完井取芯时,在钻开水泥塞后就应进行磨铣,反复打捞井底金属落物,确保井底干净。 ( 5)对送井取芯工具应按要求进行全面检查,并填好工具卡片。每口井必须配备 2~ 3套取芯工具及足够的易损附件。 ( 6)检查好指重表及其它资料记录仪表,直至各仪表准确、灵活可靠为止。第四章 取 芯 第三节 常规取芯工艺 2.下钻操作 ( 1)岩芯筒入井时,必须在井口卡好安全卡瓦,防止滑脱落井。 ( 2)下钻操作要平稳,不得猛放、猛刹。复杂井段,起下钻速度应控制,严防顿钻。 ( 3)不允许用取芯钻头划眼。下钻遇阻不得超过 1~ 2吨,经上下活动不能下入时应开泵循环泥浆,禁止强行划眼通过。 ( 4)取芯下钻中途可根据具体情况分段循环泥浆,或下至距井底 10环开泵时要用小排量,防压差过大而剪断销钉。 ( 5)下钻完了,循环正常后,缓慢下放至距井底 1~ 2米处(若井内有余芯时则应为距余芯顶面处),冲洗井底,上下活动及慢转 〈 套芯 〉 正常后,即可开始取芯钻进。 ( 6)取芯下钻的全过程,必须严防掉落物。第四章 取 芯 第三节 常规取芯工艺 (二)取芯钻进 1、取芯钻进技术参数应根据钻井施工设计结合具体井下情况,在充分讨论的基础上合理确定,司钻操作不得任意更改。 2、下钻完了开始取芯(造芯或树芯)时,要轻压启动。中硬或硬地层,要缓慢加 20~ 30头工作平稳正常后方可逐渐增至规定钻压钻进;若为疏松油砂岩,则一开始就应加足钻压钻进。 3、短筒或中筒取芯,应事先配好方入;尽量避免中途接单根。 4、送钻要平稳均匀,不得溜钻、中途停泵及提钻等。发现蹩、跳钻等井下不正常情况时,应认真分析原因采取适当措施处理,不得蛮干。钻进中随时注意泵压变化及岩屑返出情况,认真分析井下情况,恰当掌握钻头使用时间。 5、取芯钻进中,要作好防喷工作,如有气侵后效,必须先循环泥浆,待后效消失后再开始取芯。如遇井喷,应在可能条件下先割芯后,再上提钻具处理。 6、树芯、割芯、套芯及取芯赵钻等作业,必须由正、付司钻亲自操作。第四章 取 芯 第三节 常规取芯工艺 ( 三)割芯操作 川式取芯工具割芯 钻完取芯进尺后停止送钻(不停泵),原转速旋转 10分钟左右待悬重恢复后,上提钻具即可。割芯后应上提钻具转动不同方向,慢慢下放以探查岩芯是否割断或井内有无余芯以及余芯的长度等。经查后表明岩芯已割断,或井底余芯较少,即可上提钻具0·5米左右循环泥浆起钻。 (四)起钻 1、 起钻操作要平稳,不得猛提,猛拉及猛座。要用吊钳松扣,旋绳卸扣)不准使用转盘卸扣,以免甩掉岩芯。 2、 加压割芯的显示不好,剪断销钉的把握不大时,起钻操作要特别精芯。 3、 起钻中要有专人负责及时向井内灌满泥浆。 4、 搞好岩芯出筒后的收集工作,取出岩芯时地质人员必须在场,按次序收集岩芯录取资料,并按规定填写好有关报表。 5、 若岩芯收获率不高,应认真分析研究,找出原因并及时采取措施。 6、 取芯起钻操作要求较高,学习人员一律不得操作。第四章 取 芯 第三节 常规取芯工艺 常规取芯时,钻井液的滤液浸入到岩芯中,使油层岩芯的含油气饱和度发生变化而不能取得确切的资料。密闭取芯就是用密闭液(预先放置在内芯筒中的粘性高、流动性好、附着力强、防水性好的高分子液体)将钻取的岩芯迅速保护起来的取芯技术。它可以防止钻井液对岩芯的污染,并可解决以下问题。 ( 1)取出准确的含油、气、水饱和度的岩芯资料,为计算未开发油气田储量及制定合理开发方案提供依据。 ( 2)了解油田采油阶段的含油气饱和度及其分布规律、油水动态资料,以确定合理的开采方式和开采凋整方案。 ( 3)了解水淹油田中,油、水分布情况与油层岩性、物性之间的关系,为定量研究水淹油层驱油效率提供依据。第四章 取 芯 第四节 密闭取芯 密闭取芯工具有加压式密闭取芯工具、自锁式密闭取芯工具等类型。现以自锁式密闭取芯工具为例了解其结构 。图 4- 10所示取芯工具的结构第四章 取 芯 第四节 密闭取芯 为自锁式割芯方式,双筒双动式,其特点是在内岩芯筒组合下部装-有密封活塞并用销钉固定在取芯钻头的进口处,内岩芯筒与钻头的配合面上装有密封圈在内岩芯筒的顶部装有浮动活塞。下钻前,内岩芯筒灌满密封液,浮动活塞置于限位接头之上,形成密封区。在下钻过程中,随井深增加,密封区外部液柱压力增大,于是推动浮动活塞,使密闭区内外压力保持平衡,从而保证密封的可靠性。 下钻完后,在洗井液中加一定量的示踪剂硫氰酸胺( 并开泵循环,使其均匀并达到含量要求。然后将工具下到井底,逐渐加压剪断销钉。钻进时,由不断形成的岩芯进入内岩芯筒推动活塞上行。内岩芯筒中的密闭液被挤向下排出,排出的密闭液在井底钻头周围形成保护区,并立即粘附在岩芯表面,形成一层保护膜防止钻井液污染渗入,从而达到密闭取芯的目的。 密闭取芯时所用的密闭液有油基和水基两种,各油田所用的原料配比亦各不相同。以胜利油田所用配方为例如下(重量比): ˉ 蓖麻油: 100; 过氧乙烯树脂: 12~ 14; 硬脂酸锌: 0. 84~ 1。 68; 膨润土或重晶石: 依密闭液密度而定。第四章 取 芯 第四节 密闭取芯第四章 取 芯 第四节 密闭取芯 一、密闭取芯工具 1.型号表示方法。 示例: 215— 115表示:可取岩芯名义直径为 115毫米,取芯钻头外径为 215毫米中硬一硬地层密闭取芯工具。 2.取芯工具的基本尺寸见表 4- 1。 3.密封活塞、浮动活塞等结构型式与主要尺寸见图 4- 11、 4—12和表 4— 2。 4.软地层岩芯爪比钻头内径大 10~ 12毫米,硬地层岩芯爪比钻头内径小 2~ 3毫米 5.内、外筒无裂纹、无结疤、无咬扁,并进行探伤检查。第四章 取 芯 第四节 密闭取芯 表 4密闭取芯工具型号与基本参数 单位:毫米第四章 取 芯 第四节 密闭取芯 二、密闭取芯操作规程 1.取芯前准备。 ( 1)工具选择。 松软地层密闭取芯应选用加压式工具,中硬至硬地层密闭取芯应选用自锁式工具。 ( 2)工具检查。 1)内、外筒的平直度不 超过 0、 5‰ 内、外径应符 合图样要求。 2)内、外筒无变形、 无裂纹,螺纹完好。 图 4— 11 密封活塞 图 4— 12 浮动活塞3)钻头出刃均匀完好,直径应符合图样或使用说明书的规定。钻头内腔密封面必须光滑。水眼通畅。固定密封活塞用的销孔须完好,不能有残留焊渣。 4)岩芯爪在使用前须整形,尺寸应符合图样要求,放人钻头内腔或缩径套内应试转灵第四章 取 芯 第四节 密闭取芯 5)所有密封圈须完好无损,尺寸应符合图样要求。装配时应涂沫润脂,不允许有翻转扭折现象, “ Y”形密封圈的方向须一正一反。 6)加压式工具的加压接头须滑动灵活,有效滑距不小于 200毫米。上接头的加压台肩完好。加压中芯杆无变形,平直度不超过 2‰ 并有直径相同,数量充足的加压钢球。 7)工具组装好后的轴向间隙,加压式工具为 15~ 20毫米,自锁式工具为 8~ 10毫米。 ( 3)井眼准备。 1)井身质量应符合设计要求。 2)钻井液性能必须符合设计要求, 毫升,密度应控制在近平衡钻井所要求的范围内。 3)起、下钻必须畅通无阻。 4)井底无落物。 ( 4)地层预告。 要专为取芯绘制出 1∶200 比例的地层剖面图,并参照邻井取芯情况确定下井工具的长度及取芯措施,做到每筒岩芯 “ 穿鞋戴帽 ” 。 ( 5)设备和仪表。第四章 取 芯 第四节 密闭取芯 1)设备和仪表配备齐全,性能良好,工作正常。 2)如用加压式工具,应检查所有钻具及接头水眼,保证净 50毫米钢球能顺利通过。 3)立管上部应设置 φ62 毫米的投球丝堵。 ( 6)对油基型密闭液的性能要求。 1)外观:液面光洁,颜色随膨润土的颜色而变化。 2)绝对粘度( 50℃ 时):取芯井深 2000米左右,要求粘度 2000毫帕 ·秒左右;取芯井深 3000米左右,要求粘度 3000毫帕 ·秒左右;取芯井深 3500米以上,要求粘度 3500毫帕 ·秒左右。 3)抽丝:在 20℃ 左右用玻璃棒蘸挑密闭液,丝长不少于 30厘米。 4)耐酸、耐碱、耐油性能:分别在 50%的 50%的 ( 7)附件:顶芯胶皮、大小头等辅助工具应配套齐全完好。 ( 8)定 “ 基值 ” 取芯:钻达取芯层位之前,在钻井液中不加示踪剂、工具中不加密闭液的条件下,为确定地层 “ 基值 ” 岩芯对显色剂的原始显色数值而必须进行一次常规取芯。 ( 9)试取芯:钻达取芯层位之前,定 “ 基值 ” 取芯后,在钻井液中加人示踪剂,在工具中加人密闭液,至少进行一次试取芯。第四章 取 芯 第四节 密闭取芯 2.下钻。 1)工具须平稳拉上钻台,严防碰撞活塞头。工具出人井口,用大钩提吊。无台肩的光杆外筒坐于井口时应使用安全卡瓦。 ( 2)将密闭液加热到 50℃ 左右,在井口向内筒缓慢灌人,要保证内筒的空气同时排出。液面至分水接头水眼位置后要静止 5分钟,保证灌满。最后对加压式工具应将带密封圈的丝堵上紧,装加压中芯杆,连接加压接头。对自锁式工具应将平衡活塞装人分水接头。 ( 3)内筒螺纹用链钳紧扣;外筒螺纹用 13000~ 16000牛顿 ·米扭矩值紧扣。 ( 4)下放钻具要平稳,下完钻铤要挂电磁刹车。下钻遇阻不得超过 30千牛。不得用取芯钻头划眼强下。 ( 5)将取芯钻头下至距井底 10米左右,缓慢开泵,启动泵压不得超过 8兆帕,充分循环钻井液。同时按规定数量均匀地向钻井液中加人示踪剂,加药时间不少于一个循环周期。在钻头不接触井底的条件下,可适当上下活动或转动钻具,使钻井液示踪剂含量达到 1± 0。 2千克/米 3且分散均匀,以连续四个检测值符合规定为合格。 3.取芯钻进。 ( 1)在开泵转动钻具的情况下校对指重表。对加压式工具,应先将钻头缓慢放到井底,加压 100千牛,剪断密封活塞固定销,然后调整钻压至 20千牛,启动转盘,在钻进 0. 3米的时间内将钻压由小到大调至正常。对自锁式工具,要求转动钻具,慢放到底,在钻头到达井底后及时将钻压加至 50千牛,剪断密封活塞固定销,然后采用正常取芯钻进参数钻进。第四章 取 芯 第四节 密闭取芯( 2)正常钻进参数选择原则和推荐值。 1)钻压选择原则是在取得较高钻速条件下用较低钻压值。对一般中硬至硬地层,推荐钻压为 9~ 14千牛/ 25。 4毫米直径。对一般松软地层,钻压应降低 1/ 3;对极松地层,钻压应增加 1/ 3。 2)推荐转速为 60~ 70转/分,软地层可适当增加。 ( 3)钻进操作要求。 1)送钻要均匀,增压要缓慢,严禁溜钻。 2)钻进中不停泵、不停转,遇蹩跳钻时可适当调整钻井参数。 3)从钻头接触井底开始,直到取芯钻进完毕为止,钻头始终不得离开井底。如遇特殊情况需要提起钻头时,应割芯起钻。 4)必须做好钻时记录,并密切注意钻进变化。若发现钻时突然猛增,转盘载荷变轻,就可能是堵芯的反映。经判断是堵芯,应果断割芯起钻。第四章 取 芯 第四节 密闭取芯 4.割芯 ( 1)加压式工具的投球加压割芯法。 1)根据地层预告与钻时判断,应选择在泥岩段割芯。 2)钻完进尺,停转、停泵、量方人,做方人记号。而后缓慢上提钻具至保留 5千牛的钻压为止,让加压接头的六方滑动杆完全拉开,而钻头又不离开井底。 3)在立管上部弯头丝堵处投球。每次投一球,并开泵送人钻杆(球经过方钻杆时有敲击声)。按规定数量投球完毕,循环钻井液送球。送球时间按下式确定: T= 0、 004H 式中 T—— 送球时间,分; H—— 井深,米。 4)对于特别疏松的砂岩,将球送人钻杆后,停泵,让钢球自由下落。自由落球时间应为开泵送球时间的 1。 5倍。第四章 取 芯 第四节 密闭取芯 5)在钢球下落过程中,应适当转动钻具。 6)待钢球全部就位以后,转动钻具 10圈以上。停转、停泵,缓慢加压 200~ 300千牛。上提钻具至投球方人,变换钻具方位后重复加压一次。最后上提钻具至投球方人,间断转动转盘割芯。当试转元蹩劲后开泵,顶通水眼,起钻。 ( 2)自锁式工具的起钻自锁割芯法。 1)割芯层位应选择在成柱性较好的非油层井段。 2)在可能情况下,钻进最后 0。 3~ 0。 5米时,钻压可比原钻压增大 30~ 50千牛。 3)停钻、停泵、量方人。缓慢上提钻具,并注意观察指重表显示。一般悬重增加 100~ 300千牛又立即恢复,说明岩芯被拔断;如果悬重不恢复,则应停止上提钻具。然后,稍稍下放钻具,在保持悬重只增加 150千牛,岩芯受拉力的情况下,猛转转盘或闪动钻具或用开泵的方法直到指重表恢复原悬重为止。 4)如果上提钻具至钻头离开井底时悬重不增加,应起钻。第四章 取 芯 第四节 密闭取芯 6.起钻。 ( 1)割芯完毕应立即起钻。严禁转盘卸扣,必须用液气大钳或旋绳器卸扣。 ( 2)起钻要求平稳操作,特别是起至最后几个立柱时,更应平稳。 ( 3)起钻过程中应连续向井眼灌满钻井液。 ( 4)使用加压式工具,应将加压接头在井口整体卸下。取出加压中芯杆和加压钢球时,应严防落井。全套工具提出井曰后立即盖好井口。使用自锁式工具,可将内筒单独抽出井口。 7.岩芯出筒。 ( 1)雨天岩芯不能出筒,并不得将工具提出井口 , 同时还须保持井眼灌满钻井液。 ( 2)正常出筒时,要求在商个小时之内出筒并取样完毕。同时要确保岩芯不与水接触。 ( 3)出筒岩芯应按顺序排好。丈量岩芯的与计算收获率。 ( 4)对回收的工具,凡是用大钳紧扣的地方,必须用大钳松扣。第四章 取 芯 第四节 密闭取芯 三、保压密闭取芯 密闭取芯技术可以防止钻井液的污染,但岩芯从井底取到地面,因压力降低和温度降低使岩芯中的气体和原油中的轻质组分剧烈膨胀而散逸,所以不能反映井底条件下的原始状况。保压密闭取芯技术是取得保持储层流体完整岩芯的一种有效方法。这种岩芯可准确求得井底条件下储层流体饱和度、储层压力、油层相湿度及储层物性等资料。它对于正确认识地质情况和进行残余油储量计算,合理地制定开发调整井方案,提高采收率有着十分重要的意义。 大庆油田研制成功保压密闭取芯工具并完善相应配套工艺技术,包括压力测试、岩芯冷冻切割、包装运输及岩芯化验等保压密闭取芯技术。 ( 1)工具结构。工具结构示意图见图 8- 26,它包括以下部分: 钻头:六翼三阶梯刮刀取芯钻头; 卡芯结构:采用卡箍组合结构;第四章 取 芯 第五节 保压密闭取芯 密闭头; 内外岩芯筒总成:双岩芯筒单动式; 球阀结构:由球体、上下阀座、预紧弹簧、阀、阀体、半滑环、密封盘根、轴销等件组成。在外筒重力作用下迫使球阀旋转 90°而关闭,使岩芯保存在密闭的内岩芯筒中,保持岩芯所在处的地层压力。 气阀调节机构:由高压气室、调节阀总成、单流阀等组成。高压气室储存高压氮气( 40 调节阀总成控制高压气室的气体在起钻过程中不断平衡内筒压力,实现压力自动补偿。 气室联通总成:起钻时联通接头打开,气体由高压室通过联通接头向内岩芯筒补充。测压接头用以接压力表测量内筒压力或放空内筒压力。 悬挂总成:装有悬挂轴承组使内岩芯筒保持不转动,用球座式悬挂内筒。 差动式机构:由六方杆、内六方套、大小头、压帽、盘根等组成,主要用以传递扭矩以便转动球阀封闭内岩芯筒。第四章 取 芯 第五节 保压密闭取芯 ( 2)工作原理。该工具为双筒单动式取芯筒,卡箍式卡芯,内岩芯筒是容纳岩芯的容器,也是在割芯后的密闭壳体。工具下井前,预先从密闭头注满密闭液。当取芯钻进完成后,上提钻具割芯,然后投入 φ50 钻井液返出且泵压正常后,说明滑套到位,此时,外筒在重力作用下,内外六方脱开,外筒下移,其重力作用在球阀半滑环上,半滑环使球体产生一扭矩,并转动 90° 而关闭球阀,使岩芯密闭在内岩芯筒中。压力补偿系统中的高压气室预先储存高压氮气。阀门组机构预先调到规定压力,在起钻过程中和以后作业中,通过压力调节器来维持内岩芯筒的压力。 ( 3)岩芯处理: ①将取芯工具卸掉六方接头及悬挂接头,将压力测试装置接到测压阀上测试内岩芯筒压力。 ②卸下内岩芯筒,将带有岩芯的岩芯筒放入冷冻箱内,周围放置足够的干冰并向冷冻箱内充压到原有压力值,冷冻 6~ 8h。 ③为方便运输和化验,将冷冻后的岩芯切割成一定长度(连同内岩芯筒一起切割)。 ④将切割后的岩芯两端封好,在钻卡上打好井号、日期、井段等,然后将岩芯放入冷冻箱运往化验室。 ⑤化验前将内简铣掉,清洗密封液,准备化验第四章 取 芯 第五节 保压密闭取芯 第五节 定向取芯 定向取芯是钻取岩芯并确定其在原地的方位。在二、三次采油中为了更多地了解地层构造,需定向取芯。定向取芯的目的是了解地层的倾角、倾向、走向以及地层及裂缝的产状、裂缝分布规律等,为制定开发方案提供依据。 为达到定向取芯的目的,了解岩芯的原地方位,定向取芯工具应能做到:①在钻进取芯时,在岩芯上刻上标志线;②能测出标志线的方位。 定向取芯工具由岩芯筒和仪器两大部分组成(见图 8- 27)。在内岩芯筒的下端装三把用于在岩芯上刻槽的刻刀。在钻进取芯时;进入岩芯筒的岩芯柱沿纵向被刻上标志线。 随钻测量仪器(多点测斜仪)下连加长杆,通过定向鞋与岩芯筒顶部相接。加长杆使仪器位于无磁钻铤处以提高测量精度。刻刀与仪器外的刻线标记在一条直线上。仪器罗盘所读出的方位,就是仪器外面刻线标记的方位,也就是岩芯刻痕的方位。第四章 取 芯 第六节 定向取芯 1.工具、仪器的选择。 ( 1)定向取芯工具、测斜仪和无磁钻铤必须配套,其性能应满足使用要求; ( 2)浅井段定向取芯可选用磁力多点照相测斜仪,深井定向取芯选用电子多点测斜仪; ( 3)测斜仪必须处于无磁钻铤中部,无磁钻铤长度根据取芯井的井斜角、方位角确定,见图 4- 13。 2.检查工具部件。 ( 1)内、外筒元变形、无裂纹,螺纹完好。直线度不超过 0. 5‰ ( 2)内筒外表面的定向刻线标记清晰,内壁光滑 ( 3)悬挂总成转动灵活,轴向活动间隙值应小于 2毫米 ( 4)安全接头的摩擦环完好 ( 5)外筒稳定器外径应小于取芯钻头外径 1. 0~ 3。 0毫米 ( 6)岩芯爪座上的刻痕刀固定牢固,刀刃完整无缺 ( 7)岩芯爪爪面敷焊的碳化钨颗粒应牢固,厚度均匀;岩芯爪锥面与岩芯爪座锥面紧贴时应完全吻合。第四章 取 芯 第六节 定向取芯 三、提高岩芯收获率 取芯的目的就是要取出地下岩层中的原始资料 —— 岩芯。因此,无论在任何情况下,都应将提高岩芯收获率作为主要任务进行研究。要提高岩芯收获率就要了解影响收获率的各种因素,然后采取响应的措施,已确保岩芯收获率并提高取芯钻进效率。 (一)影响岩芯收获率的因素 在钻取岩芯中,影响岩芯收获率的因素是多方面的,归纳起来有以下几个方面: 1.地层 地层的变化是多样的,它对岩芯收获率也是多方面的。 地质构造与地层结构如断层、大倾角地层、裂缝发育地层、溶洞等,都会对岩芯收获率有影响。 地层的岩性是另一影响因素。胶结程度好、致密的地层成柱性强易取得较高的岩芯收获率,而胶结性差、松散、薄夹层、软硬交错地层、吸水膨胀地层、含大量可溶性类列地层,都会对岩芯收获率造成不利的影响。第四章 取 芯 第六节 定向取芯 2.岩芯直径 岩芯直径大小取决于取芯工具,岩芯直径愈大,岩芯的强度就愈高愈有利于提高岩芯收获率。 3.取芯钻进参数 不和理的钻进参数,会严重影响岩芯收获率。钻压过大、过小对岩芯收获率提高都不利,钻压过大会使外岩芯筒失稳弯曲,使钻头工作不稳,外筒与内筒夹紧使内筒摆动及旋转。钻压过低则钻速过低。转速过放大会使钻进不稳定、震动等破坏岩芯。在排量方面,过大的排量可能会冲蚀岩芯,过小排量引起钻头泥包影响收获率提高。 4.井下复杂情况 井眼中如有井漏、井塌、缩径、落物、狗腿、键槽、井喷等复杂情况,如不及时处理会直接影响到取芯效果。第四章 取 芯 第六节 定向取芯 (二)提高岩芯收获率的措施 影响岩芯收获率的因素是多方面的,但对某各地区起影响因素有其主要方面,所以应不断总结取芯的成功经验与失败教训。一般来说,提高岩芯收获率应注意几个方面 1.制定合理的取芯作业计划 . 2.正确地选择取芯钻头和取芯工具,所选用的工具要符合取芯目的(普通取芯,特殊取芯)同时要适合所钻遇的地层。 3.工具在下井前应仔细检查,如岩芯筒有无变形,悬挂轴承转动情况,岩芯爪的弹性及与岩芯爪的配合等。 4.制定合理的取芯钻进参数。 5.严格执行操作技术规范。 6.总结经验,不断提高取芯工艺技术水平 。第四章 取 芯 第六节 定向取芯1、取芯的目的2、钻进取芯的几个环节3、取芯钻进的评价指标4、取芯工具的组成及作用5、取芯钻头的类型6、岩芯爪的类型7、取芯工具的类型8、取芯工具 注意事项9、取芯工具的选择10、取芯工具割芯操作11、密闭取芯的优点12、密闭取芯工具的类型13、保压密闭取芯的工作原理
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