QC／ZS 106-54小井眼取心工具的研制與應(yīng)用*

姚坤鵬，姚建林，何 超

（中石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院）

姚坤鵬等.QC／ZS 106-54小井眼取心工具的研制與應(yīng)用.鉆采工藝，2019，42（5）：81-82，86

隨著鉆井技術(shù)的發(fā)展，油田勘探的不斷深入，在鉆井結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為科學(xué)合理的縮小井眼尺寸，通過小井眼進(jìn)行鉆進(jìn)達(dá)到目的層，可有效的降低鉆井成本。但隨著井深的增加，井眼尺寸的減小，井身結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，常規(guī)取心工具已無法滿足小井眼鉆井取心，研制符合取心井位特點(diǎn)的小井眼（?104.8 mm～?117.5 mm）［1-4］取心工具至關(guān)重要。

目前，常用的小井眼取心工具為川式小井眼取心工具（QC／ZS 89-45），采用?89 mm的鉆具組合，鉆具抗彎性能不足，易造成取心工具在井下失穩(wěn)，巖心直徑細(xì)，抵抗側(cè)向力能力差，當(dāng)鉆具彎曲旋轉(zhuǎn)時(shí)，取心工具在井下失穩(wěn)很容易使巖心折斷，引起堵心或卡心。為此，研制出了新型的QC／ZS 106-54小井眼取心工具，并開展了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究。

一、QC／ZS 106-54取心工具研制

1.工具結(jié)構(gòu)

QC／ZS 106-54小井眼取心工具上部采用分水接頭，對(duì)下端連接的旋轉(zhuǎn)總成起到分流減壓作用；中部沿用常規(guī)取心工具的雙筒單動(dòng)結(jié)構(gòu)，巖心直徑54 mm、長(zhǎng)4.6 m；工具底部采用了自鎖式巖心爪組合件（見圖1）。

圖1 QC／ZS 106-54取心工具結(jié)構(gòu)示意圖

2.技術(shù)特點(diǎn)

2.1 高強(qiáng)度外巖心筒設(shè)計(jì)

小井眼取心工具一般應(yīng)用于深井超深井，為確保井下安全，外巖心筒選用優(yōu)質(zhì)無縫鋼管加工制作而成，其管材本身強(qiáng)度高，再加上利用川式高強(qiáng)度取心工具專用螺紋［5］，其極限拉伸載荷達(dá)到1 287 kN，極限扭轉(zhuǎn)載荷達(dá)到27.1 kN·m，見圖2外巖心筒螺紋的等效應(yīng)力云圖。

2.2 巖心穩(wěn)定性高

根據(jù)井眼尺寸（?120.65 mm），最大化地設(shè)計(jì)巖心尺寸（?54 mm），盡可能的提高了巖心在井底 的穩(wěn)定性，保證巖心收獲率。

圖2 外巖心筒螺紋的等效應(yīng)力云圖

2.3 分流泄壓設(shè)計(jì)

由于工具尺寸非常小，旋轉(zhuǎn)總成內(nèi)鉆井液流道預(yù)留不足，容易在工具內(nèi)形成大的壓差，分水接頭的分流設(shè)計(jì)能夠在鉆井液進(jìn)入旋轉(zhuǎn)總成前將其提前進(jìn)行分流（見圖3），減小工具內(nèi)壓差，避免對(duì)取心工具造成嚴(yán)重沖蝕，甚至刺穿工具本體，影響取心效果。

圖3 分水接頭示意圖

2.4 自鎖式巖心爪設(shè)計(jì)

巖心爪是取心工具的關(guān)鍵部件，自鎖式巖心爪在割心時(shí)沿巖心爪座內(nèi)錐面下滑，在逐漸收緊的過程中將巖心包緊，最終達(dá)到割心的目的。結(jié)合深井地層巖石相對(duì)致密的特點(diǎn)，自鎖式巖心爪內(nèi)工作表面設(shè)計(jì)為方凸塊加敷碳化鎢顆粒。這種結(jié)構(gòu)能在割心時(shí)順利下滑縮徑包緊巖心實(shí)現(xiàn)自鎖，起到割斷巖心和保住已入筒巖心的關(guān)鍵作用。

3.主要技術(shù)參數(shù)

QC／ZS 106-54小井眼取心工具主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 主要技術(shù)參數(shù)表

二、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

1.現(xiàn)場(chǎng)基本情況

X井是塔河油田的一口遇探井，鉆井設(shè)計(jì)井深6 929.34 m。設(shè)計(jì)在奧陶系鷹山組進(jìn)行取心，取心井深6 633.77～6 830.78 m，井眼尺寸?120.65 mm，屬于超深井小井眼取心。該井取心層段主要巖性為灰?guī)r，可鉆性較好，部分層段裂縫發(fā)育，巖心破碎，在取心過程中易造成堵心磨心，影響巖心收獲率。

2.取心情況

2.1 鉆具組合

?119 mm取心鉆頭+QC／ZS 106-54取心工具+回壓凡爾+?88.9 mm鉆鋌+?88.9 mm鉆桿+?101.6 mm鉆桿+方鉆桿。

2.2 取心參數(shù)

樹心：鉆壓5～10 kN，轉(zhuǎn)速40～45 r／min，排量5～6 L／s。

鉆進(jìn)：鉆壓10～20 kN，轉(zhuǎn)速50～55 r／min，排量6～9 L／s。

2.3 取心效果

此次取心層段為6 633.77～6 637.24 m，取心1筒次，進(jìn)尺3.47 m，巖心長(zhǎng)度2.35 m，巖心收獲率67.7%。取心鉆進(jìn)至井深6 636.27 m（進(jìn)尺2.5 m）時(shí)，1號(hào)泵刺壞倒至2號(hào)泵，排量從9.7 L／s下降到6.5 L／s，立壓從16.0 MPa下降到8.0 MPa，靈敏表鉆壓顯示回零，扭矩、懸重及其他參數(shù)無明顯變化，后續(xù)鉆進(jìn)過程中泵壓無明顯變化，無其他異常現(xiàn)象，鉆進(jìn)至井深6 637.04 m（進(jìn)尺3.27 m）時(shí)，泵壓從8.0 MPa上漲到10 MPa，觀察20 cm判斷為卡心堵心，與現(xiàn)場(chǎng)各方協(xié)商后割心起鉆。

3.取心效果分析

該井取心屬超深井小井眼取心，工具柔性強(qiáng)，取心難度大。雖然巖心收獲率不高，但是也大大高于該區(qū)塊其它們井小井眼取心收獲率。根據(jù)分析，導(dǎo)致巖心收獲率不高的可能原因有以下兩個(gè)：

（1）地層巖性的原因。該井取心層段位于奧陶系鷹山組，部分層段裂縫發(fā)育，巖心破碎，在取心過程中易造成堵心磨心，影響取心進(jìn)尺和巖心收獲率。根據(jù)出心情況，發(fā)現(xiàn)底部（巖心爪位置）巖心較破碎，起鉆過程中造成巖心抓緊不牢、下部巖心掉落，導(dǎo)致巖心收獲率不高，是造成巖心收獲率不高的主要原因。

（2）取心工具的原因。由于井眼尺寸的限制（井眼尺寸?120.65 mm，工具外徑106 mm），未設(shè)計(jì)穩(wěn)定器扶正；同時(shí)，小井眼取心工具的鉆井液流道較常規(guī)取心工具的更小，工具內(nèi)壓力變化幅度更大，從心軸側(cè)孔中噴射出的高速鉆井液對(duì)取心工具有很大的沖擊。受此兩個(gè)因素影響，工具本身穩(wěn)定性不足，很容易使巖心折斷，影響巖心收獲率。

三、認(rèn)識(shí)和建議

（1）對(duì)入井工具要認(rèn)真檢查。內(nèi)外筒無咬扁，無裂紋，不彎曲，旋轉(zhuǎn)總成轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，檢查取心筒水眼是否暢通，使用新的巖心爪。

（2）在進(jìn)行超深井小井眼取心作業(yè)時(shí)，以井下工具安全為主，嚴(yán)格執(zhí)行坐崗制度，加密觀察和記錄泵壓、扭矩等變化，分析判斷準(zhǔn)確，有異常及時(shí)采取相應(yīng)措施，處理要果斷，盡力提高取心收獲率。

（3）在小井眼取心設(shè)計(jì)時(shí)，工具內(nèi)應(yīng)預(yù)留足夠的鉆井液通道，取心工具入井到底后，優(yōu)選合適排量循環(huán)，防止取心工具刺漏。

（4）在超深井小井眼進(jìn)行取心作業(yè)時(shí)，要大幅上提下放活動(dòng)鉆具，待井底沖洗干凈、扭矩正常后方可進(jìn)行取心作業(yè)，鉆進(jìn)時(shí)做到均勻送鉆，采用低鉆壓控時(shí)鉆進(jìn)，提高取心工具及鉆具的井下穩(wěn)定性，確保取心單筒進(jìn)尺和收獲率。

（5）在超深井小井眼進(jìn)行取心作業(yè)時(shí)不宜貪圖進(jìn)尺，遇到特殊情況時(shí)應(yīng)第一時(shí)間割心起鉆，保證已取得的巖心。