钻井取心技术课件.pptx
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- 钻井 技术 课件
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1、l、取芯的目的、取芯的目的l 岩芯是石油勘探、开发过程中取得完整的第一性资料,通过大量对岩芯的分析与研究才能为制定合理的开发方案、准确计算油田储量、制定增产措施提供依据。l 1研究地层l 利用岩芯的岩性、物性、电性、矿物成分及化石等资料对地层进行对比分析。通过对岩芯的机械力学性能测定,了解其强度、可钻性、研磨性等,以指导钻井作业。l 2研究生油层l 在一个沉积盆地内寻找油气,需要从目的层的岩芯取样化验分析各项生油指标。根据化验所得结果可以从生油角度选择勘探油气藏的目的层和有利地区。l 3研究油气层性质l 通过对取出岩芯的分析,进一步了解储集层中油、气、水的分布情况,油层的孔隙度、渗透率、含油气
2、饱和度以及油气层的有效厚度,以确定油气层的工业开采价值。l 第四章第四章 取取 芯芯 第一节第一节 取芯技术取芯技术 概述概述l4指导油、气田开发l 通过对取出岩芯的分析,掌握水驱油的原理和在不同条件下的油水运移规律,为油田开发二次采油提供理论依据和实践经验。同时对岩芯的研究还可为低渗油气田的酸化压裂提供可靠依据。l5检查开发效果l 在油田开发过程中,通过对取出岩芯的分析,掌握油田开采动态,注入流体推动情况及驱油效率,以获取油层的油水饱和度、岩性、物性资料。得出有关规律,提高采收率,并做到合理开发油田。l 综上所述,在油气田勘探、开发各阶段,为查明储油、储气层的性质或从大区域的地层对比到检查油
3、气田开发效果,评价和改进开发方案,任一研究步骤都离不开对岩芯的观察和研究。第四章第四章 取取 芯芯 第一节第一节 取芯技术概述取芯技术概述l二、钻进取芯的几个环节二、钻进取芯的几个环节l 1 1、环状破碎井底岩石,形成岩芯(圆柱体)。、环状破碎井底岩石,形成岩芯(圆柱体)。 l 2 2、保护岩芯。、保护岩芯。钻进取芯时,已形成的岩芯要加以保护,钻进取芯时,已形成的岩芯要加以保护,避免循环的钻井液冲蚀岩芯及钻柱转动的机械碰撞损坏岩避免循环的钻井液冲蚀岩芯及钻柱转动的机械碰撞损坏岩芯。芯。l 3 3、取出岩芯。、取出岩芯。在钻进取芯到一定长度后(通常为一个在钻进取芯到一定长度后(通常为一个单根长度
4、,也可以进行长筒取芯达几十米甚至百米),要单根长度,也可以进行长筒取芯达几十米甚至百米),要从所形成岩芯的底部割断并夹紧)在起钻时随钻具一同提从所形成岩芯的底部割断并夹紧)在起钻时随钻具一同提升到地面。升到地面。l钻进取芯时,以上三个环节都应做好,任一环节处理不当,钻进取芯时,以上三个环节都应做好,任一环节处理不当,轻则会得不到应有数量(长度)的岩芯,严重时会导致取轻则会得不到应有数量(长度)的岩芯,严重时会导致取芯失败,取不出岩芯。芯失败,取不出岩芯。l三、取芯钻进的评价指标三、取芯钻进的评价指标第四章第四章 取取 芯芯 第一节第一节 取芯技术概述取芯技术概述%100本次取心钻进进尺实际取出
5、岩心长度岩心收获率l一、取芯工具的组成一、取芯工具的组成l 为了完成钻出岩芯,保护岩芯和取出岩芯三个环节,取芯工具为了完成钻出岩芯,保护岩芯和取出岩芯三个环节,取芯工具一般都包括有取芯钻头、岩芯筒、岩芯爪、挟正器和悬挂装置等一般都包括有取芯钻头、岩芯筒、岩芯爪、挟正器和悬挂装置等部件,部件,l1 1、取芯钻头、取芯钻头l(1 1)取芯钻头的功用:是环状破碎井底岩石,形成岩芯柱。)取芯钻头的功用:是环状破碎井底岩石,形成岩芯柱。l(2 2)取芯钻头的类型:刮刀取芯钻头;领眼式硬合金取芯钻头;)取芯钻头的类型:刮刀取芯钻头;领眼式硬合金取芯钻头;“西瓜皮西瓜皮”取芯钻头;金刚石取芯钻头;取芯钻头;
6、金刚石取芯钻头;PDCPDC取芯钻头等。牙轮取芯钻头等。牙轮取芯钻头由于其收获率很低已被淘汰。取芯钻头由于其收获率很低已被淘汰。如图如图4-2所示所示l(3 3)对取芯钻头的要求)对取芯钻头的要求l 为了提高岩芯收获率,除在下部钻柱为了提高岩芯收获率,除在下部钻柱使用扶正器使用扶正器外,要求取外,要求取芯芯钻头工作稳定钻头工作稳定,钻头的切削元件要对称分布,耐磨性一致,钻头的切削元件要对称分布,耐磨性一致,钻钻头底面头底面井底井底与岩芯爪的距离尽可能短,岩芯直径大。与岩芯爪的距离尽可能短,岩芯直径大。 第四章第四章 取取 芯芯 第二节第二节 取芯工具组成及类型取芯工具组成及类型 图图 4-1
7、取芯工具组成示意图取芯工具组成示意图 1取芯钻头;取芯钻头; 2岩芯爪;岩芯爪; 3内岩芯筒;内岩芯筒; 4外岩芯筒;外岩芯筒; 5扶正器;扶正器; 6回压凡尔;回压凡尔; 7悬挂轴承;悬挂轴承; 8悬挂装置悬挂装置 图图4-2 常用的取芯钻头常用的取芯钻头(a)刮刀取芯钻头;)刮刀取芯钻头;(b)领眼式硬质合金取芯钻头)领眼式硬质合金取芯钻头(c)西瓜皮取芯钻头)西瓜皮取芯钻头(d)金刚石取芯钻头)金刚石取芯钻头(e) PDC取芯钻头取芯钻头第四章第四章 取取 芯芯 第二节第二节 取芯工具组成及类型取芯工具组成及类型l2 2、岩芯筒、岩芯筒l石油钻井常用的岩芯筒由内筒和外筒石油钻井常用的岩芯
8、筒由内筒和外筒双筒双筒组成。组成。l(1 1)内岩芯筒内岩芯筒的作用的作用l 内岩芯筒的作用是存储及保护岩芯。取芯时岩芯顺利进入内筒,内岩芯筒的作用是存储及保护岩芯。取芯时岩芯顺利进入内筒,防止泥浆冲刷岩芯;为了有效保护岩芯,一般采用防止泥浆冲刷岩芯;为了有效保护岩芯,一般采用悬挂式滚动轴承悬挂式滚动轴承装置装置将内筒挂在外筒的顶部,取芯钻进时内筒不转。将内筒挂在外筒的顶部,取芯钻进时内筒不转。 l(2 2)外筒外筒的作用是承受钻压、传递扭矩带动钻头旋转及保护内岩的作用是承受钻压、传递扭矩带动钻头旋转及保护内岩芯筒。芯筒。l(3 3)内、外岩芯筒的)内、外岩芯筒的技术规范技术规范l 强度大,无
9、弯曲变形,常用强度大,无弯曲变形,常用141425mm25mm的优质厚壁刚材(如的优质厚壁刚材(如35CrMo35CrMo、30CrMnSi30CrMnSi)加工制成。长度一般为)加工制成。长度一般为5 513m13m左右。在较硬的左右。在较硬的致密岩层中取芯,若钻头进尺较多时,内;外筒可长一些。在松软致密岩层中取芯,若钻头进尺较多时,内;外筒可长一些。在松软地层取芯,内、外岩芯筒长度宜短一些,一般为地层取芯,内、外岩芯筒长度宜短一些,一般为5 58 8米。破碎地层米。破碎地层取芯,内、外筒的长度也应短些在钻头进尺较多又能有效保护岩芯取芯,内、外筒的长度也应短些在钻头进尺较多又能有效保护岩芯时
10、,内、外筒长度可尽量长一些。一次可取芯时,内、外筒长度可尽量长一些。一次可取芯145145、4242米。米。第四章第四章 取取 芯芯 第二节第二节 取芯工具组成及类型取芯工具组成及类型l3 3、岩芯爪、岩芯爪。l(1 1)岩芯爪的作用是)岩芯爪的作用是割取岩芯和承托已割取的岩芯柱割取岩芯和承托已割取的岩芯柱。常用的岩芯。常用的岩芯爪有卡箍式、卡板式、卡瓦式等几种结构,如图爪有卡箍式、卡板式、卡瓦式等几种结构,如图4-34-3所示。所示。l图图 4-3 4-3 岩芯爪岩芯爪la a卡箍式(一把抓);卡箍式(一把抓);b b卡箍式;卡箍式; c c卡瓦式;卡瓦式; d d卡板式:卡板式:le e卡
11、簧式卡簧式l5 5挂套;挂套;6 6卡瓦弹簧;卡瓦弹簧;7 7卡瓦轴;卡瓦轴;8 8卡瓦套;卡瓦套;9 9轴销轴销第四章第四章 取取 芯芯 第二节第二节 取芯工具组成及类型取芯工具组成及类型l(1)卡箍式岩芯爪:它的形状如圆箍,一圈开有数道缺口,把它分为许多瓣,每瓣内车有数圈卡牙,卡箍的外壁呈截锥状,与缩径套配合使用。缩径套有同样锥面。岩芯爪沿爪座移动时,其爪牙收缩卡紧岩芯。它用于软及中硬地层。l(2)卡瓦式岩芯爪:适用于中硬及硬地层。它由挂套、销轴、扭簧及卡瓦片组成。卡瓦片可依赖扭簧力量使其张开。钻进时紧贴钻头内壁。割芯时,在外力作用下使岩芯爪沿钻头内壁向下移动,卡瓦片收缩包紧岩芯l(3)卡
12、板式岩芯爪:适用于中硬地层及硬地层取芯,一般和其他岩芯爪复合使用。其结构由外座、扭簧及片状卡板组成。l(4)卡簧式岩芯爪:适用于硬地层,地质钻探使用,石油钻探取芯使用较少。l岩芯爪的类型可根据不同地层来选用,其内、外径间隙要合适,才能有效的提高岩芯收获率。第四章第四章 取取 芯芯 第二节第二节 取芯工具组成及类型取芯工具组成及类型l4、扶正器及回压凡尔l (1)外筒扶正器的作用:l 可保持外岩芯筒和钻头工作稳定,防止井斜。实践证明:外筒扶正器是增加钻头寿命及提高取芯收获率的有效措施。扶正器外径一般比钻头外径小1/16(1.6mm)为宜。l(2)内筒扶正器的作用l 可保持内筒稳定,使钻头与内筒对
13、中,岩芯易于进入内岩芯筒。l(3)回压凡尔是装在内岩芯筒上端的一个单流凡尔,其作用防止钻井液刺坏岩芯。目前对回压凡尔结构有所改进。下钻时只装上回压凡尔球座,下完钻后可通过大排量循环泥浆,这样既清洗内筒又可将井底冲洗干净。循环后开始取芯钻进前才将凡尔钢球投入,使用效果良好。l5、分水接头和悬挂轴承l6、悬挂装置第四章第四章 取取 芯芯 第二节第二节 取芯工具组成及类型取芯工具组成及类型l二、取芯工具各部分的配合二、取芯工具各部分的配合 l(1 1)钻头与外岩芯筒。)钻头与外岩芯筒。l 通常情况下,取芯钻头通常情况下,取芯钻头外径比外径比普通钻头外径普通钻头外径略小略小,一般钻,一般钻头头内径比内
14、筒的内径要小内径比内筒的内径要小3 34 4毫米毫米。l(2 2)内、外筒的间隙,)内、外筒的间隙,l 保证泥浆顺利流过,避免发生泵压过高的现象(特别是深保证泥浆顺利流过,避免发生泵压过高的现象(特别是深井取芯)。一般以井取芯)。一般以10102020毫米毫米间隙为宜。间隙为宜。 l(3 3)岩芯爪的最大内径应稍大于或等于内筒内径)岩芯爪的最大内径应稍大于或等于内筒内径. .卡箍式岩卡箍式岩芯爪,芯爪,自由状态下内径比岩芯略小自由状态下内径比岩芯略小1 11.51.5毫米毫米,卡箍张开时,卡箍张开时的内径比自由状态大的内径比自由状态大5 5毫米,收缩后又比其小毫米,收缩后又比其小5 5毫米。此
15、外,毫米。此外,卡箍锥面与爪座内锥面吻合卡箍锥面与爪座内锥面吻合。这种岩芯爪操作方便,在硬地。这种岩芯爪操作方便,在硬地层及超深井中使用取得很高的取芯收获率。层及超深井中使用取得很高的取芯收获率。 l(4 4)钻头内台肩与岩芯爪应有)钻头内台肩与岩芯爪应有5 51010毫米毫米间隙间隙第四章第四章 取取 芯芯 第二节第二节 取芯工具组成及类型取芯工具组成及类型 三、常规取芯工具的类型三、常规取芯工具的类型 按工具结构分按工具结构分单筒取心工具:无内岩心筒。单筒取心工具:无内岩心筒。双筒取心工具:有内、外岩心筒。它又可分为双动双双筒取心工具:有内、外岩心筒。它又可分为双动双筒取心工具(钻进时内外
16、岩心筒同时旋转)和单动双筒取心工具(钻进时内外岩心筒同时旋转)和单动双筒取心工具(钻进时内岩心筒不旋转)。筒取心工具(钻进时内岩心筒不旋转)。按取心长度分按取心长度分短筒取心工具:一般短筒取心工具:一般钻进取心为一个单根长度以内钻进取心为一个单根长度以内,即取心即取心钻进时不能接单根钻进时不能接单根。 中、长筒取心工具:可连续取心钻进几十米至百米。中、长筒取心工具:可连续取心钻进几十米至百米。按割心方法分按割心方法分自锁式、自锁式、加压式、差动式。加压式、差动式。 第四章第四章 取取 芯芯 第二节第二节 取芯工具组成及类型取芯工具组成及类型 l钻井常用的取心工具类型钻井常用的取心工具类型l1、
17、短筒取芯工具l常用的有川式工具,在中硬及硬地层中取芯,普遍使用双筒悬挂式川式取芯工具,常用取芯钻头有领眼式硬合金取芯钻头、西瓜皮取芯钻头或金刚石取芯钻头,如81/2川式取芯工具结构(图44)。图图 4-4 4-4 川式取芯工具川式取芯工具1 1上接头;上接头;2 2外岩芯筒;外岩芯筒;3 3锁紧螺母;锁紧螺母;4 4悬挂螺母;悬挂螺母;5 5滚珠滚珠槽座;槽座;6 612.712.7毫米滚珠;毫米滚珠;7 7中间滚珠槽座;中间滚珠槽座;8 8轴承座;轴承座;9 9锁紧螺母;锁紧螺母;1010螺钉;螺钉;1111悬挂芯轴;悬挂芯轴;12121.251.25钢球;钢球;1313单单流阀座;流阀座;
18、1414承吊卡座块承吊卡座块1515扶正块;扶正块;1616内岩芯筒;内岩芯筒;1717连接连接套;套;1818调节环;调节环;1919卡箍座;卡箍座;2020卡箍;卡箍;2121(金刚石)钻头(金刚石)钻头第四章第四章 取取 芯芯 第二节第二节 取芯工具组成及类型取芯工具组成及类型l2 2、长筒取芯工具、长筒取芯工具l (1 1) 取芯时取芯时允许上提方钻杆接单根允许上提方钻杆接单根,一次取芯长度在两根单根,一次取芯长度在两根单根钻杆以上,称为长筒取芯。接单根时借助于滑动接头。滑动接头结钻杆以上,称为长筒取芯。接单根时借助于滑动接头。滑动接头结构如图构如图4-8 4-8 滑动接头滑动接头l1
19、 1上接头;上接头;2 2六方滑动套;六方滑动套;3 3调节螺母;调节螺母;4 4螺帽;螺帽;5 5垫片;垫片;9 9下接头下接头第四章第四章 取取 芯芯 第二节第二节 取芯工具组成及类型取芯工具组成及类型 (2 2)长筒取芯工作过程)长筒取芯工作过程 滑动接头是长筒取芯工具的重要部件之,它的上接头与钻铤连接,下接头与机械加压接头相连接。 l接单根操作过程如图4-9所示l图4-9a为钻进取芯时,六方滑动套一直顶住下接头施加钻压。图4-9b是当方钻杆打完(方入不超过9米) 如图4-9所示时,需接单根的情况。此时上提方钻杆,六方滑动套与下接头拉开,拉开的距离不许超过滑动管的有效滑动长度(一般为11
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