保形取心

保形取心是指石油地質鑽探工作中為取得極疏鬆砂岩地層的物性參數而鑽取保持原始形狀的岩心的過程。

基本介紹

• 中文名：保形取心
• 外文名：Conformal coring
• 學科：鑽井工程
• 背景：疏鬆砂岩地層難以取心
• 方法：對岩心和岩心筒進行整體冷凍
• 工具：Rb8100 型保形取心工具

背景

疏鬆砂岩地層在我國海上及陸地東部油田分布較廣, 油層埋藏淺, 孔隙度大, 地層膠結性差。由於地層極疏鬆, 取心難度較大。用常規取心方法取得的岩心在出筒時因受擠壓而變形, 出筒後即成為散砂, 得不到整體成形的岩心, 因而也就無法得到準確的油層物性參數, 難以對油層做出正確評價。

方法及工具

目前國外常用的方法是在岩心出筒之前, 對岩心和岩心筒進行整體冷凍, 然後用儀器鑑別岩性, 再分段進行切割。這樣, 每取心一次即耗用一個鋁合金內筒或玻璃鋼內筒。既浪費又繁瑣。勝利油區取心公司研製開發了Rb8100 型保形取心工具及工藝技術, 採用複合材料管或鋁合金管作保形襯筒, 該保形筒具有耐磨低阻、抗高溫、易切割等特點, 能較好地保護岩心原始形態, 提高取心單筒進尺。

取心工具的改進

1． 岩心爪結構的改進

岩心爪是取心鑽進結束時割心及起鑽時將岩心保持在岩心筒裡面的關鍵部件。對於本井來說，岩心爪的選擇極為關鍵。由於割心層位的不確定性，既要在花崗岩地層保證岩心割斷，又要在風化殼地層保證岩心爪能夠完全收縮，因此設計了雙岩心爪結構，配合專門設計加工的取心鑽頭。

該結構為卡箍岩心爪與全封閉岩心爪的組合。所謂全封閉岩心爪就是岩心爪收縮後各爪緊靠在一起，中間沒留有圓孔和各爪之間沒有間隙。原來的鬆軟地層取心工具所配岩心爪壓縮後總有一直徑大約30 ～ 40 mm 的圓孔不能收縮，在鬆散地層取得的岩心成形差，幾乎沒有膠接，非常散、碎，進入工具內筒的岩心在起鑽過程中容易掉出。要使岩心爪完全閉合，在設計時必須考慮各爪的長度、寬度和爪前的角度，同時還要考慮到收縮的長度與收縮角，這兩者之間還存在一定的函式關係，既收縮角大，收縮長度短;收縮角小，收縮長度長。通過實驗對比，得出了合適鑽頭內腔的全封閉岩心爪結構。當在花崗岩地層割心時，僅全封閉岩心爪的下壓收縮是不容易割斷岩心的。因此，需在全封閉封閉岩心爪上部加裝常規硬地層取心時使用的卡箍岩心爪(結構見圖1)。割心時下壓鑽具，利用鑽頭內腔的角度迫使全封閉岩心爪收縮，然後緩慢上提鑽具，若岩心較硬，此時卡箍岩心爪開始起作用拔斷岩心。由於客觀原因不能選擇割心地層時，使用此結構便既可以在花崗岩地層拔斷岩心，又可以在風化地層中使用全封閉岩心爪保證岩心不掉落。

2． 取心鑽頭的改進

鑽頭內腔的斜面可以在下壓內筒時迫使全封閉岩心爪完全收縮，保證鬆散或者破碎岩心進筒後不會掉落;8 mmPDC 拋物線型密集布齒，可以在花崗岩地層取心時獲得較高的機械鑽速;鑽井液流經鑽頭時會經過流道分流，減小鑽頭處壓降，可以避免鑽井液對岩心的直接沖蝕。

取心工具結構特點

(1)取心工具採用在鋼製內岩心筒內部裝入鋁合金管作保形襯筒。根據取心外筒尺寸、工具結構及取心直徑設計要求選擇鋼製內岩心筒結構尺寸，在鋼製內岩心筒中加用鋁合金保形襯筒。由於鋁合金管內壁光滑，具有優良的低摩阻特性，再加上鑽井液的潤滑作用，就使得在鑽進過程中岩心進筒的摩擦力變得很低，有效地防止了岩心的堵塞和阻卡，有利於提高岩心的進筒速度。

(2)通過在工具上端採用具有伸縮功能的機械加壓接頭，將工具底端全封閉式岩心爪在加壓接頭、鋼球、加壓中心桿、內岩心筒依次傳遞來的推動力作用下，由原來的110 mm自由尺寸收縮至最小尺寸(接近於0)，保證岩心起鑽過程中不漏不掉，避免了其它取心方式中途掉心的問題，有利於提高岩心收穫率。而碳化鎢顆粒焊接組成的整體卡箍岩心爪，割心時上提鑽具，通過縮徑套結構尺寸的限位作用迫使岩心與整體卡箍岩心爪之間產生較大摩擦力而割斷岩心。

(3)鑽頭結構設計為自洗式，一方面每個刀片前沿均設有水眼，保證了切削齒能及時清洗冷卻;一方面刮刀片與鑽頭內齒設定有側偏角，保證鑽頭在旋轉過程中岩屑能自動往外運移，避免重複破碎;同時鑽頭頂部及外緣均設有導流結構台肩，保證鑽頭工作面清洗徹底，不留死角。