CQ178-115型深層取芯工具的研制與應(yīng)用

李春林

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）

1 概述

鉆井取芯是獲取地層原始資料最為直觀有效的技術(shù)手段[1]。隨著大慶油田深層找油找氣力度加大，深層探井和深層定向井取芯有所增多，大慶油田對取芯提速提效、取全取準(zhǔn)地質(zhì)資料也提出了更高要求。目前大慶、新疆、長慶等國內(nèi)主要油田深井取芯鉆速慢、效率低一直難以解決，經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)，研制的CQ178-115型取芯工具先后在楚15井、肇斜4003井、敖34及龍斜6002井成功應(yīng)用，提速提效明顯，為油田深層探井及深層定向井取芯提供了可靠利器。

2 CQ178-115型取芯工具總體方案

2.1 結(jié)構(gòu)

CQ178-115型取芯工具主要由懸掛總成、內(nèi)筒扶正系統(tǒng)、內(nèi)筒長度調(diào)節(jié)及防倒扣系統(tǒng)、外筒組件、內(nèi)筒組件及取芯鉆頭組成，如圖1所示。

圖1 CQ178-115取芯工具結(jié)構(gòu)圖

2.2 技術(shù)參數(shù)

CQ178-115型取芯工具的規(guī)格參數(shù)見表1。

表1 CQ178-115型取芯工具規(guī)格

3 CQ178-115型取芯工具原理

取芯工具采用雙筒單動，下鉆到底后，開泵循環(huán)，沖洗內(nèi)筒和井底。井底沖洗干凈后，井口投入鋼球，泵送入球座，封堵內(nèi)筒，鉆井液流經(jīng)內(nèi)外筒環(huán)空，經(jīng)鉆頭進入井眼環(huán)空。取芯鉆進時，內(nèi)筒在雙軸承懸掛總成的作用下保持相對靜止，不隨外筒旋轉(zhuǎn)，巖芯克服巖芯爪摩擦阻力進入內(nèi)筒。取芯鉆進結(jié)束后，上提鉆具，巖芯爪沿卡箍座內(nèi)錐面下行，產(chǎn)生徑向鎖緊力，將巖芯卡緊，當(dāng)上提拉力達到巖芯斷面極限拉力時，巖芯即被割取[2-4]。

4 技術(shù)特點

（1）良好的懸掛扶正吸震結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高了工具的整體性能。目前常用的取芯工具多為單軸承懸掛，只可應(yīng)用在直井取芯。CQ178-115型取芯工具為雙軸承懸掛，下部軸承為推力球軸承，懸掛內(nèi)筒管串；上部軸承為雙列角接觸球軸承，可承受徑向力和軸向力，起扶正內(nèi)筒作用。碟簧組合作為大接頭和上軸承之間間隙充填，限制內(nèi)筒縱向活動余地，碟簧具有吸儲和減震功能，能有效降低堵芯風(fēng)險。

（2）三點扶正設(shè)計，保證取芯筒居中，確保巖芯順利入筒。常規(guī)取芯工具扶正系統(tǒng)均為兩點扶正，且下端扶正形式為取芯鉆頭“花瓣式”內(nèi)腔扶正，伴隨著鉆井液的不斷沖蝕，內(nèi)腔尺寸會不斷擴大，扶正效果逐漸喪失。該工具內(nèi)筒扶正系統(tǒng)一改以往的扶正結(jié)構(gòu)，形成三點扶正，取芯鉆頭內(nèi)腔裝配扶正環(huán)，扶正內(nèi)筒下端，懸掛總成兩只軸承間距30cm，扶正內(nèi)筒上端。此種結(jié)構(gòu)可保證內(nèi)外筒同軸居中，巖芯順利進入內(nèi)筒。

（3）螺紋連續(xù)調(diào)節(jié)方式，實現(xiàn)精確調(diào)節(jié)。內(nèi)筒長度調(diào)節(jié)采用螺紋調(diào)節(jié)方式，正旋縮短，逆旋延長，旋轉(zhuǎn)一圈，長度變化為1個螺距4mm，可實現(xiàn)精確連續(xù)調(diào)節(jié)。

（4）高效破巖配套鉆頭的研制，大大提高取芯效率。大慶油田深井硬地層取芯主要使用SC279鉆頭，鉆頭壽命低、機械鉆速慢，嚴(yán)重影響取芯效率。研制的新型孕鑲金剛石取芯鉆頭等切削十二刀翼均布，增厚孕鑲塊，提高鉆頭耐磨性和壽命，寬排液槽，有利于鉆頭冷卻和巖屑排出，提高鉆速和壽命[5]，適用于硬、碎裂地層。

（5）大巖芯直徑的設(shè)計理念，有效提高取芯效率。采取合理增大巖芯直徑的設(shè)計理念，巖芯成柱性更好，減少破巖面積，有利于降低復(fù)雜幾率，提高機械鉆速和取芯效率。

5 現(xiàn)場試驗情況

2019年以來，在大慶油田共開展現(xiàn)場試驗4口井，總進尺178.3m，總收獲率99.18%，平均機械鉆速2.6m/h，最大單筒進尺18.13m，針對同井不同工具取芯情況進行了對比，具體應(yīng)用情況如表2所示。肇斜4003井為定向井，最大井斜22°，使用雙節(jié)取芯工具共取芯2筒，單筒進尺有大幅度提升，這是大慶油田首次在定向井使用雙節(jié)取芯工具取芯。楚15井位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市新巴爾虎右旗，取芯層位侏羅系塔木蘭溝組，使用常規(guī)取芯工具配合SC279鉆頭共取芯2筒，平均單筒進尺0.86m，因鉆頭磨損嚴(yán)重被動割芯起鉆。使用CQ178-115型取芯工具配合新型孕鑲金剛石取芯鉆頭取芯1筒，進尺4.57m，鉆頭輕微磨損，提速提效明顯。從4口井的試驗來看，該型鉆具和配套研制的鉆頭，有效地提高了大慶油田深層取芯效率。

表2 CQ178-115取芯工具試驗效果對比表

6 結(jié)論及認(rèn)識

（1）CQ178-115型取芯工具結(jié)構(gòu)簡單可靠，雙筒單動靈活自如，雙軸承懸掛及三點扶正結(jié)構(gòu)，增強運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，拓寬其應(yīng)用范圍，可應(yīng)用于大位移及中深層定向井取芯。

（2）?115mm巖芯有利于降低取芯過程中復(fù)雜的發(fā)生幾率，更好的保證取芯收獲率，最大程度地為油田勘探開發(fā)提供最全面、準(zhǔn)確的第一手地質(zhì)資料。

（3）現(xiàn)場試驗表明，CQ178-115型取芯工具及新研制的取芯鉆頭提高了單筒進尺及鉆頭壽命，復(fù)雜地層的機械鉆速也有明顯提升，具有一定的推廣應(yīng)用價值。