194-120大直径取心工具的研制与应用

陈立伟，闫园园，陈杰，闫伟，刘文博(中海油能源发展股份有限公司，天津 300452)

0 引言

钻井取心技术是获取岩心的最直接方式，在油气勘探开发中发挥着极为重要的作用，通过大量对岩心的分析与研究才能为准确计算油田储量、制定合理的开发方案和增产措施提供依据。为了在常规取心条件下获得更为准确的岩心资料，地质部门要求进行大直径取心。对于一般的取心工具而言，大直径取心往往需要在φ244 mm(9-3/4″)或φ298 mm(11-3/4″)井眼中进行，既增加了钻井施工难度，又增加了钻井作业成本[1]。为了满足地质和工程需求，研制出了194-120型取心工具，实现了在215.9 mm(8-1/2″)井眼中取出直径120 mm的岩心。这是目前国内外相同井眼、同类工具条件下可取出的最大直径岩心，具有广泛应用前景。

1 技术原理

1.1 主要结构

194-120型可内调节取心工具结构如图1所示，主要包括安全调节总成、旋转总成和取心执行总成。安全调节总成具有纵向自调节结构，如图2所示，可通过与专用调节工具配合，调节岩心爪座底面与钻头内台肩的纵向间隙，旋转总成部分采用常规取心工具双筒单动结构，工具取心执行总成部分采用了自锁式岩心爪组合件[2]。取心工具可以在不卸掉旋转总成的情况下，通过专用调节工具来调节岩心爪座底面与钻头内台肩的纵向间隙，调节工具结构如图3所示。

1.2 工作原理

在井口连接好取心工具后，测量工具岩心爪座底面与取心钻头内台肩的纵向间隙，若间隙不合适，将取心工具坐至井口，下入专用调节工具，将专用工具插入锁紧帽的花键槽内，将其卸松，再将调节工具的弹性爪张开，卡在锁紧帽的沟槽内，将其取出；调节工具再卡住键环内的沟槽，将键环取出，再利用专用工具旋转调节套螺纹，以达到调节岩心爪座底面与钻头内台肩的轴向间隙的目的。最后再利用调节工具将键环和锁紧帽装入，工具在调节间隙时不需要拆卸旋转总成，缩短了取心作业的时间，减少了现场作业人员的工作量，具有明显的优越性。

图1 取心工具结构示意图

图2 安全调节总成结构示意图

图3 专用调节工具结构示意图

1.3 主要设计特点

(1)通过内、外岩心筒的结构优化，在满足工具强度及内外环形间隙要求的条件下，保证在215.9 mm井眼中可取岩心的直径为120 mm，与一般岩心(直径101.6 mm)相比，不仅提高了常规取心资料的准确度和使用价值，而且提高了岩心的强度，增加了岩心本身的抗破碎能力，可保证有较高的岩心收获率。

(2)可通过专用调节工具调节取心工具岩心爪座底面与钻头内台肩的纵向间隙，可减少拆卸旋转总成的工序，调节更加方便，节约作业时间，降低了作业难度和作业成本。

2 主要技术参数

工具内、外筒设计采用等长度结构，单根有效长度9.2 m，组装时可根据地层及井眼条件组合成单筒、双筒、三筒等，满足现场使用要求，取心具体参数详如表1所示。

表1 取心具体参数

3 操作程序

3.1 取心工具组装

(1)将取心工具吊至钻台，连接提升短接上紧螺纹并划线[3]。

(2)将取心工具座于井口，打紧安全卡瓦。连接安全接头处螺纹由管钳拉紧，上提工具将钻头起出井口。

(3)测量确定取心工具岩心爪座底面与钻头内台肩的纵向间隙在8～13 mm之间，否则，需要通过专用调节工具调节其纵向间隙。调节方法如下：取心工具再次座于井口，下入专用调节工具，调节工具插入锁紧帽的花键槽内，将其卸松，再将调节工具内的弹性爪张开，卡在锁紧帽的沟槽内，将其取出；调节工具再卡住键环内的沟槽，将键环取出，再将调节工具花键插入到取心工具调节套花键槽内，转动调节工具即可调节取心工具岩心爪座底面与钻头内台肩的纵向间隙，反向旋转调节套一圈，间隙增加4 mm，正向旋转调节套一圈，间隙减小4 mm。

3.2 下钻

平稳下钻，下钻遇阻不超过5 t，尽量避免大段划眼。

3.3 循环

取心钻头下至离井底2 m左右时，缓慢开泵，将钻井液循环至振动筛处返出干净。

3.4 树心

投密封钢球，开泵送球，观察泵压，球到位后记录起始深度后开始树心。开泵并转动钻具，校对指重表，缓慢下放钻具至井底，推荐钻压10～20 kN，转速30～40 r/min，树心排量小于等于取心钻进排量，钻进0.3～0.5 m，送钻均匀后方可正常加压钻进。

3.5 钻进

钻进期间无特殊情况不停泵、不停转，钻头不提离井底，注意观察机械转速、泵压的变化。

3.6 割心

割心时，停顶驱但不停泵，缓慢上提钻具，注意观察指重表显示，一般悬重增加50～150 kN又立即消除，证明岩心割断；若增加悬重50～150 kN稳住不降，则停止上提钻具，保持岩心受拉状态，开顶驱，转速30 r/min，磨岩心3～5 min，停顶驱后缓慢上提钻具割断岩心。

3.7 起钻

割心后，正常情况下不需循环，立即起钻；如果起钻过程中遇卡超过5 t，则以排量为10 L/s开泵，倒划眼上提。

4 现场应用情况

本可内调节式取心工具在山西临兴地区已成进行了取心作业，取心地点为山西临兴区域，应用井的基本情况以及取心情况如下。

4.1 山西临兴X井基本情况

地理位置：位于山西省吕梁市兴县孟家坪乡；构造位置：鄂尔多斯盆地晋西挠褶带西缘孟家坪构造西北侧；取心工具：194-120可内调节取心工具；主要目的层：太2段、盒8段、盒4段、盒2段和千5段；次要目的层：本溪组至石千峰组其他层位。

4.2 取心情况

全井共取心6筒次，数据如表2所示。此次取心深度为1 400 m，总进尺49.41 m，总岩心长度49.09 m，岩心平均收获率99.35%，各项指标均符合设计要求，获取了目的层地质资料，达到研究该地层构造及充实地层相关数据的目的，获得了甲方认可。

表2 取心数据

5 结论与建议

(1)针对现有常规取心工具岩心爪座底面与钻头内台肩的纵向间隙调节程序复杂的问题，通过创新性结构设计，可在不拆卸取心工具条件下调节纵向间隙，大幅缩减了取心作业的时间和现场作业人员的工作量，具有明显的优越性。

(2)根据现场试验情况来看，取心工具可在215.9 mm井眼中可取岩心的直径为120 mm，是目前为止该井眼所取岩心的最大直径，不仅提高了常规取心资料的准确度和使用价值，而且提高了岩心的强度，可保证有较高的岩心收获率，建议进一步现场推广。