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摘 要：针对油田钻遇油层物性差异较大、对取心工具和工艺技术要求较高的问题，分析了保压密闭取心技术配套工具结构、工作原理及取心工艺。该技术应用广泛，具有较好的经济效益。
关键词：密闭 保压 取心技术
中图分类号：TE244 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（a）-0109-01
保压取心技术是石油钻探取心领域最先进的技术之一，它可以取出原始地層压力下不受钻井液污染的密闭岩心，可提供油、气、水饱和度等物性方面第1手和最可靠的地质资料，从而可以确定地层含气量，获取较准确的储层参数及油气水分布规律等，为制定合理的开发方案提供科学依据[1-2]。
密闭取心技术可以防止钻井液的污染，但岩心从井底取到地面，因压力降低和温度降低使岩心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。保压密闭取心技术是取得保持储层流体完整岩心的一种有效方法。这种岩心可准确求得井底条件下储层流体饱和度、储层压力、油层相对湿度及储层物性等资料。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，提高采收率有重要意义。
1 工具结构
保压密闭取心工具结构如图1所示，包括：（1）切削型取心钻头、卡箍组合、密闭头；（2）内外岩心筒总成：双岩心筒单动式；（3）球阀总成：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，球阀总成在割心后能密封内筒保持地层压力；（4）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 MPa），气阀调节总成是能够保持内筒压力恒定的压力自动补偿机构；（5）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心筒补充，测压接头用以接压力表测量内筒压力或放空内筒压力；（6）悬挂总成：装有悬挂轴承组使内岩心筒保持不转动，用球座式悬挂内筒；（7）滑动机构：由六方杆、内六方套、大小头、压帽、盘根等组成，具有伸缩功能，并带有锁闭和释放机构，内外六方传递扭矩。工具下部是球阀总成，这是工具下部的密封系统；（8）地面处理设备：对岩心进行清洗、冷冻、切割、分析化验等。（如图1）
2 工作原理
该工具为双筒单动式取心筒，卡箍式卡心，内筒是非旋转的薄壁管，悬挂在用钻井液润滑的轴承上，内岩心筒是容纳岩心的容器，也是在割心后的密闭壳体。工具下井前，预先从密闭头注满密闭液，在取心钻进过程不断把岩心包封起来，保护岩心免遭钻井液污染。当取心钻进完成后，上提钻具，岩心爪卡断岩心，并把岩心扶正到球阀内。然后投入1只50 mm钢球使之坐在滑套座上，待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，并旋转90°而关闭球阀，使岩心密闭在内岩心筒中。压力补偿系统中的高压气室预先储存着高压氮气。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，通过压力调节器恒定地向内筒补充压力，从而维持内岩心筒的压力不变[3]。
3 取心工艺
采用特殊的岩心筒和取心工艺，使钻出的岩心仍保持它在地层压力条件下的状态，这种能保持地层压力的密闭取心技术所取的岩心，在室内的分析数据多达22项，这对于油田的原始储量计算以及合理制定第1次、第2次开发方案都具有极高的技术经济价值。
配齐地面处理设备和密闭液材料；冷冻材料一般选用固体二氧化碳（干冰），每筒岩心用量不少于250 kg；充气材料选用惰性气体，一般选用氮气或氩气，每筒岩心需要1瓶压力达12 MPa的气瓶。工具组装好后，从密闭头处注入清水试压25 MPa，30 min压力降小于0.3 MPa，球阀与密封处不渗不漏为合格。储气室、调压室总成、气室联通接头总成组装好后用氮气试压10 MPa，30 min压降不超过0.3 MPa为合格。用齿轮泵将密闭液从密闭头处注入内筒，注入量为40 L，经检查不渗不漏方可入井。示踪剂含量达到要求后慢慢下放钻具至井底，并轻压慢转，当密闭头销钉剪断并引导岩芯进入内筒后，再逐渐加压正常取心钻进；取心钻井参数：钻压60～80 kN，转速60～80 r/min，排量15～20 L/s。钻完预定进尺之后上提钻具割芯，投入1颗直径为50 mm的钢球，开泵送球入座，水力剪销，泵压恢复正常后表明销钉剪断。在外筒重力作用下，球阀关闭内筒密封。工具放到地面以后，卸掉外筒悬挂轴承以上部分，将压力表接到内筒测压筒中，打开针阀可读出筒内的压力，测压后关闭针阀。抽出内岩心筒，将带有岩心的岩心筒放入冷冻箱内，周围放置足够的干冰，冷冻箱内充压到原有压力值，冷冻6～8 h。
4 结语
由于油田油层岩性、物性、埋藏深度变化大，并且含有不等径砾石，因此对取心工具和工艺技术有着多样化要求。为了钻取不同类型地层的岩心，研制适合相应地层的取心工具与其工艺技术十分重要。
参考文献
[1] 吴玉滨，杨立文，王江艳.SZ-65型随钻取心技术研究与应用[J].石油钻采工艺，2006（4）：72-74.
[2] 李永平，蒲继才，赵生秀，等.保压密闭取心技术在台6-28井的应用[J].青海石油，2009（12）：10-13.
[3] 王智锋，许俊良，薄万顺.深海天然气水合物钻探取心技术[J].石油矿场机械，2009，38（9）：12-15.
关键词：密闭 保压 取心技术
中图分类号：TE244 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（a）-0109-01
保压取心技术是石油钻探取心领域最先进的技术之一，它可以取出原始地層压力下不受钻井液污染的密闭岩心，可提供油、气、水饱和度等物性方面第1手和最可靠的地质资料，从而可以确定地层含气量，获取较准确的储层参数及油气水分布规律等，为制定合理的开发方案提供科学依据[1-2]。
密闭取心技术可以防止钻井液的污染，但岩心从井底取到地面，因压力降低和温度降低使岩心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。保压密闭取心技术是取得保持储层流体完整岩心的一种有效方法。这种岩心可准确求得井底条件下储层流体饱和度、储层压力、油层相对湿度及储层物性等资料。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，提高采收率有重要意义。
1 工具结构
保压密闭取心工具结构如图1所示，包括：（1）切削型取心钻头、卡箍组合、密闭头；（2）内外岩心筒总成：双岩心筒单动式；（3）球阀总成：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，球阀总成在割心后能密封内筒保持地层压力；（4）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 MPa），气阀调节总成是能够保持内筒压力恒定的压力自动补偿机构；（5）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心筒补充，测压接头用以接压力表测量内筒压力或放空内筒压力；（6）悬挂总成：装有悬挂轴承组使内岩心筒保持不转动，用球座式悬挂内筒；（7）滑动机构：由六方杆、内六方套、大小头、压帽、盘根等组成，具有伸缩功能，并带有锁闭和释放机构，内外六方传递扭矩。工具下部是球阀总成，这是工具下部的密封系统；（8）地面处理设备：对岩心进行清洗、冷冻、切割、分析化验等。（如图1）
2 工作原理
该工具为双筒单动式取心筒，卡箍式卡心，内筒是非旋转的薄壁管，悬挂在用钻井液润滑的轴承上，内岩心筒是容纳岩心的容器，也是在割心后的密闭壳体。工具下井前，预先从密闭头注满密闭液，在取心钻进过程不断把岩心包封起来，保护岩心免遭钻井液污染。当取心钻进完成后，上提钻具，岩心爪卡断岩心，并把岩心扶正到球阀内。然后投入1只50 mm钢球使之坐在滑套座上，待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，并旋转90°而关闭球阀，使岩心密闭在内岩心筒中。压力补偿系统中的高压气室预先储存着高压氮气。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，通过压力调节器恒定地向内筒补充压力，从而维持内岩心筒的压力不变[3]。
3 取心工艺
采用特殊的岩心筒和取心工艺，使钻出的岩心仍保持它在地层压力条件下的状态，这种能保持地层压力的密闭取心技术所取的岩心，在室内的分析数据多达22项，这对于油田的原始储量计算以及合理制定第1次、第2次开发方案都具有极高的技术经济价值。
配齐地面处理设备和密闭液材料；冷冻材料一般选用固体二氧化碳（干冰），每筒岩心用量不少于250 kg；充气材料选用惰性气体，一般选用氮气或氩气，每筒岩心需要1瓶压力达12 MPa的气瓶。工具组装好后，从密闭头处注入清水试压25 MPa，30 min压力降小于0.3 MPa，球阀与密封处不渗不漏为合格。储气室、调压室总成、气室联通接头总成组装好后用氮气试压10 MPa，30 min压降不超过0.3 MPa为合格。用齿轮泵将密闭液从密闭头处注入内筒，注入量为40 L，经检查不渗不漏方可入井。示踪剂含量达到要求后慢慢下放钻具至井底，并轻压慢转，当密闭头销钉剪断并引导岩芯进入内筒后，再逐渐加压正常取心钻进；取心钻井参数：钻压60～80 kN，转速60～80 r/min，排量15～20 L/s。钻完预定进尺之后上提钻具割芯，投入1颗直径为50 mm的钢球，开泵送球入座，水力剪销，泵压恢复正常后表明销钉剪断。在外筒重力作用下，球阀关闭内筒密封。工具放到地面以后，卸掉外筒悬挂轴承以上部分，将压力表接到内筒测压筒中，打开针阀可读出筒内的压力，测压后关闭针阀。抽出内岩心筒，将带有岩心的岩心筒放入冷冻箱内，周围放置足够的干冰，冷冻箱内充压到原有压力值，冷冻6～8 h。
4 结语
由于油田油层岩性、物性、埋藏深度变化大，并且含有不等径砾石，因此对取心工具和工艺技术有着多样化要求。为了钻取不同类型地层的岩心，研制适合相应地层的取心工具与其工艺技术十分重要。
参考文献
[1] 吴玉滨，杨立文，王江艳.SZ-65型随钻取心技术研究与应用[J].石油钻采工艺，2006（4）：72-74.
[2] 李永平，蒲继才，赵生秀，等.保压密闭取心技术在台6-28井的应用[J].青海石油，2009（12）：10-13.
[3] 王智锋，许俊良，薄万顺.深海天然气水合物钻探取心技术[J].石油矿场机械，2009，38（9）：12-15.