国外松软地层取心技术浅谈

1、!国外石油机械#国外松软地层取心技术浅谈杨玉坤成伟(胜利石油管理局钻井工艺研究院摘要松软地层取心是石油钻井取心作业中的难点,施工复杂,往往不易得到理想的效果。目前国外发展成熟的松软地层取心技术,一般使用全封闭工具,能适应井下地层的变化,可靠性高,其上部实现割心动作的方式有液力式和机械式,下部使用两类岩心爪以适应不同地层的要求,配用相应的取心钻头,岩心进筒阻力得以降低。该类工具应用范围广,可靠性高,但用于一些特殊松软地层的取心,使用效果并不理想。关键词松软地层取心工具结构分析引言在岩石胶结性好、易于成柱的硬地层完成取心的各项技术现已较为成熟,其中自锁式取心工具使用稳妥、方便,能够保证满意的岩心收

2、获率和岩心质量。相比之下,在松散、胶结性差、易破碎、易水化、高含水等松软地层取心,难度大,施工复杂,往往不易得到理想的结果。虽然目前发展的各种松软地层取心技术,在某种程度上满足了现场使用要求,但松软地层取心仍属未完全解决的世界性难题。松软地层取心技术在每个环节都提出了更高的要求。要想获得理想的效果,必须克服易堵心、丢心等现象,该项技术必须达到以下基本要求:(1取心钻进中必须使岩心顺利进入岩心筒,避免堵心、卡心、冲心、磨心等现象;(2必须有可靠的割心方式,完全有效地割断岩心并封住内岩心筒;(3在起钻中对岩心有效保护,防止岩心丢失;(4起钻到地面,出心时防止岩心散落,保持地层原始层状。下面拟介绍国

3、外两项主要松软地层取心技术。Hydro2Lift Full Closure C oreCatcher取心工具11发展概况Hydro2Lift Full Closure C ore Catcher取心技术,即液力举升全封闭取心技术,是美国Baker Hughes I NTE Q公司为松软地层取心开发的重要技术。上世纪80年代中期,N orton Christensen公司在Venezuela地区开发了一种新的取心方法。后来在天气比较恶劣的墨西哥海湾的G reen Cany on184区块,在半潜式钻井平台、水深570m、井斜20°的条件下,使用当时主要用于松软地层取心的橡皮套取心工具十

4、分困难,于是决定使用液力举升全封闭取心方法。该方法主要有两个新颖之处:一是采用了全封闭岩心爪;二是设置了液力举升系统。共取心5筒,前3筒收获率100%,后两筒由于钻井液原因收获率较低。总体上获得了该地区令人满意的结果1。经过改进,于90年代后期液力举升全封闭取心最终成为美国在松软地层取心的主要技术。21结构与工作原理Hydro2Lift Full Closure C ore Catcher取心工具结构复杂,悬挂和内筒之间增加了一套液力提升系562002年第30卷第10期石油机械CHINA PETRO LE UM M ACHINERY杨玉坤,高级工程师,生于1957年,1990年毕业于石油大学(

5、华东钻井工程专业,现从事油田井下工具科研及相关组织工作,任副院长。地址:(257017山东省东营市。电话:(05468793041。(收稿日期:2001-12-25;修改稿收到日期:2002-02-17统。为了解决松软地层割心问题,内筒下部的岩心爪设计颇为复杂。图1和图2分别给出该取心工具的结构和工作原理 。图1Hydro 2Lift Full Closure C ore Catcher取心工具液力提升部分1提升轴;2旁通套;3外筒;4提升套;5锁套;6钢球;7滑套;8锁块;9弹簧;10 弹簧座图2Hydro 2Lift Full Closure C ore Catcher取心工具岩心爪部分1

6、岩心爪内套;2外筒;3岩心爪外套;4定位块;5弹簧;6全封闭蛤壳;7卡瓦式岩心爪为了达到提升内筒之目的,如图1,在取心钻进完成后完成以下动作:(1投钢球6,封闭钻井液通道,滑套在液力作用下下行。提升套4与锁套5形成的腔室压力升高,给提升套向上的作用力。(2滑套下行,当其外表面凹槽对准锁块8时,锁块脱出,解除锁套与提升套联系,提升套沿提升轴1上行,带着下部连接的内筒部分上行。(3提升套上行,当碰到旁通套2时,上顶使旁通口打开,泄流。(4在弹簧9的作用下,锁块8进入提升套内表面第二个凹槽,重新锁住提升套,提升过程完成。当内筒提升后,如图2,岩心爪内套1随之上行一定距离,先后将藏于其后的卡瓦式岩心爪

7、7和全封闭蛤壳6露出。在弹簧5和岩心重力作用下,蛤壳截断岩心,使岩心筒内岩心处于封闭的空间状态,确保岩心的收获。如果岩心硬,胶结强度高,蛤壳不能卡死,卡瓦式岩心爪将起到割心的作用。Hydro 2Lift Full Closure C ore Catcher 取心技术有以下主要特点:(1投球憋压的割心方式,避免移动钻柱,操作简便。(2两类岩心爪,地层适用范围大,增大割心成功系数。(3取心钻头、岩心爪内套和内筒系统光滑、平稳,使岩心进筒阻力小。(4配合抗回旋、低污染取心钻头,减少对岩心的扰动,加大钻进速度提高收获率和岩心质量。(5可以使用PVC 衬筒或铝合金、玻璃钢内筒,对岩心的处理更方便。Hyd

8、ro 2Lift Full Closure C ore Catcher 取心工具现场使用安装、调试复杂,工作量较大,钻进中不能接单根,内岩心筒在钻进时有可能上顶,取心过程中需要两次投球。P osiclose 取心工具P osiclose 取心工具是Security DBS 公司为松软地层取心开发的专门技术。该技术也是一种全封闭取心,但它不是液力提升方式。虽然结构上有所不同,但P osiclose 工具的岩心爪部分与Hydro -Lift Full Closure C ore Catcher 工具的原理相同。P osiclose 取心工具的割心过程也是靠提升内筒来实现的。它的提升机构位于上部接头

9、和悬挂装置之间,是水力解锁,机械提升的作用方式(图3。取心钻进完成后,投一个 38mm 钢球2,接头1内压力升高,迫使上部具有劈槽的滑套5收缩,从接头1的凸槽通过,从而脱出锁块4,解除提升接头1和外筒3的联接,然后提升钻具,可以将提升接头1及连接在下部的内筒提升。66石油机械2002年第30卷第10期 图3P osiclose 取心工具劈槽提升机构1提升接头;2投球;3外筒;4锁块;5滑套由于劈槽滑套锁住和解锁的工作不是十分稳定,后来发展出弹簧结构的形式(图4。投球后压缩弹簧7,球悬挂6解除,上提钻具,可以将接头1、悬挂套5及下部连接的内筒系统提起30418mm (12英寸长度,完成割心。图4

10、P osiclose 取心工具弹簧提升机构1接头;2外筒;3投球;4滑套;5悬挂套;6钢球;7弹簧;8弹簧座P osiclose 取心工具与Security DBS 公司其它工具的部件通用,在现场可以将传统的取心工具改装为P osiclose 取心工具。该工具岩心进筒阻力小,降低了发生堵心、卡心的几率,割心时地面显示明显。该取心工具的两类岩心爪具备适用复杂地层取心的条件,使用时常配合加长的内筒鞋和特殊设计的低侵蚀取心钻头,可以达到在松软地层条件下提高岩心收获率和岩心质量的要求。其他取心工具除了上述取心工具以外,国外还发展了一些专门的取心工具。上世纪80年代前,橡皮套取心工具是Christens

11、en 公司开发的适合于松软易碎地层的取心工具,曾被大量应用,但因操作复杂、成本高、使用范围不广等原因已经渐渐减少了应用。防堵取心工具也是上世纪90年代发展的专门在易卡心、堵心地层使用的工具,可以提高单筒取心进尺,但成本高,使用复杂。由上述可见,不管是液力作用,还是机械作用,全封闭取心工具是国外目前成熟的、普遍应用的松软地层取心工具。与国内的松软地层取心工具相比,其主要优点是使用范围大,能适应井下地层的变化。同时全封闭形式,可靠性高。但作为通用的松软地层取心工具,在对付一些特殊松软地层,如十分松散、含砾、地层不均等情况,全封闭工具没有特别的优势,使用效果并不够理想。参考文献1Whitebay L E 1Im proved coring and core 2handling procedures forthe uncons olidated sands of the green cany on area ,G ulf of Mexico.SPE 15385(本文编辑王志权(上接第3页结论(1采用电液伺服控制技术对钻机自动送钻模拟实验装置进行加载控制是完全可行的;(2加载系统采用自组织模糊控制策略,提高了输出性能,在阶跃信号作用下,系统输出稳定,最大稳态误差213%,最大超调515%;动态调整时间8s