CQ178-115型深层取芯工具的研制与应用

李春林

（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆163413）

1 概述

钻井取芯是获取地层原始资料最为直观有效的技术手段[1]。随着大庆油田深层找油找气力度加大，深层探井和深层定向井取芯有所增多，大庆油田对取芯提速提效、取全取准地质资料也提出了更高要求。目前大庆、新疆、长庆等国内主要油田深井取芯钻速慢、效率低一直难以解决，经过技术攻关，研制的CQ178-115型取芯工具先后在楚15井、肇斜4003井、敖34及龙斜6002井成功应用，提速提效明显，为油田深层探井及深层定向井取芯提供了可靠利器。

2 CQ178-115型取芯工具总体方案

2.1 结构

CQ178-115型取芯工具主要由悬挂总成、内筒扶正系统、内筒长度调节及防倒扣系统、外筒组件、内筒组件及取芯钻头组成，如图1所示。

图1 CQ178-115取芯工具结构图

2.2 技术参数

CQ178-115型取芯工具的规格参数见表1。

表1 CQ178-115型取芯工具规格

3 CQ178-115型取芯工具原理

取芯工具采用双筒单动，下钻到底后，开泵循环，冲洗内筒和井底。井底冲洗干净后，井口投入钢球，泵送入球座，封堵内筒，钻井液流经内外筒环空，经钻头进入井眼环空。取芯钻进时，内筒在双轴承悬挂总成的作用下保持相对静止，不随外筒旋转，岩芯克服岩芯爪摩擦阻力进入内筒。取芯钻进结束后，上提钻具，岩芯爪沿卡箍座内锥面下行，产生径向锁紧力，将岩芯卡紧，当上提拉力达到岩芯断面极限拉力时，岩芯即被割取[2-4]。

4 技术特点

（1）良好的悬挂扶正吸震结构设计，提高了工具的整体性能。目前常用的取芯工具多为单轴承悬挂，只可应用在直井取芯。CQ178-115型取芯工具为双轴承悬挂，下部轴承为推力球轴承，悬挂内筒管串；上部轴承为双列角接触球轴承，可承受径向力和轴向力，起扶正内筒作用。碟簧组合作为大接头和上轴承之间间隙充填，限制内筒纵向活动余地，碟簧具有吸储和减震功能，能有效降低堵芯风险。

（2）三点扶正设计，保证取芯筒居中，确保岩芯顺利入筒。常规取芯工具扶正系统均为两点扶正，且下端扶正形式为取芯钻头“花瓣式”内腔扶正，伴随着钻井液的不断冲蚀，内腔尺寸会不断扩大，扶正效果逐渐丧失。该工具内筒扶正系统一改以往的扶正结构，形成三点扶正，取芯钻头内腔装配扶正环，扶正内筒下端，悬挂总成两只轴承间距30cm，扶正内筒上端。此种结构可保证内外筒同轴居中，岩芯顺利进入内筒。

（3）螺纹连续调节方式，实现精确调节。内筒长度调节采用螺纹调节方式，正旋缩短，逆旋延长，旋转一圈，长度变化为1个螺距4mm，可实现精确连续调节。

（4）高效破岩配套钻头的研制，大大提高取芯效率。大庆油田深井硬地层取芯主要使用SC279钻头，钻头寿命低、机械钻速慢，严重影响取芯效率。研制的新型孕镶金刚石取芯钻头等切削十二刀翼均布，增厚孕镶块，提高钻头耐磨性和寿命，宽排液槽，有利于钻头冷却和岩屑排出，提高钻速和寿命[5]，适用于硬、碎裂地层。

（5）大岩芯直径的设计理念，有效提高取芯效率。采取合理增大岩芯直径的设计理念，岩芯成柱性更好，减少破岩面积，有利于降低复杂几率，提高机械钻速和取芯效率。

5 现场试验情况

2019年以来，在大庆油田共开展现场试验4口井，总进尺178.3m，总收获率99.18%，平均机械钻速2.6m/h，最大单筒进尺18.13m，针对同井不同工具取芯情况进行了对比，具体应用情况如表2所示。肇斜4003井为定向井，最大井斜22°，使用双节取芯工具共取芯2筒，单筒进尺有大幅度提升，这是大庆油田首次在定向井使用双节取芯工具取芯。楚15井位于内蒙古自治区呼伦贝尔市新巴尔虎右旗，取芯层位侏罗系塔木兰沟组，使用常规取芯工具配合SC279钻头共取芯2筒，平均单筒进尺0.86m，因钻头磨损严重被动割芯起钻。使用CQ178-115型取芯工具配合新型孕镶金刚石取芯钻头取芯1筒，进尺4.57m，钻头轻微磨损，提速提效明显。从4口井的试验来看，该型钻具和配套研制的钻头，有效地提高了大庆油田深层取芯效率。

表2 CQ178-115取芯工具试验效果对比表

6 结论及认识

（1）CQ178-115型取芯工具结构简单可靠，双筒单动灵活自如，双轴承悬挂及三点扶正结构，增强运转的稳定性，拓宽其应用范围，可应用于大位移及中深层定向井取芯。

（2）∅115mm岩芯有利于降低取芯过程中复杂的发生几率，更好的保证取芯收获率，最大程度地为油田勘探开发提供最全面、准确的第一手地质资料。

（3）现场试验表明，CQ178-115型取芯工具及新研制的取芯钻头提高了单筒进尺及钻头寿命，复杂地层的机械钻速也有明显提升，具有一定的推广应用价值。