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钻井取心概念

    钻井取心指的是为了掌握地下地质情况。直接获得真实可靠的地下岩层的有关资料，在钻井过程中用取心工具从地下取出大块岩样(岩心)的作业。

常规取心

   对岩心无任何特殊要求的取心称为常规取心。常规取心是取芯作业中最大量、最常见的，无论是什么油气藏，在勘探阶段或开发阶段都要进行大量的常规取心。

1、主要目的
①发现油气层，了解含油气情况与储集特征，并确定油气层岩性、物性、厚度、面积等基础数据。

②建立地层剖面，研究岩相及生、储特征。

③了解岩性与电性关系。

2、常规取心方式

①一般短筒取心，是指取心钻进中途不接单根的常规取芯。它的工具只含有一节岩心筒，结构简单。它在整个取芯作业中所占的比例最大，在任何地层条件下均可进行。

②中、长筒取心，是指钻进中途要接单根的取芯。它的工具必须含有多节岩心筒，通常只有当地层岩石的胶结性与可钻性较好时，才进行中、长筒取芯。中、长筒取的目的是在保证岩心收获率较高的前提下，尽可能提高取芯的单筒进尺，以大幅度提高取芯收获率，降低取心成本。

3、特殊取心

    对岩心有一定特殊要求的钻井取芯称为特殊取芯。它多用在油田开发阶段，通常有下列几种方式：

1）油基钻井液取心，是指在油基钻井液条件下进行的取芯。对储量较大的砂泥岩油气藏，在开发之前一般都要进行这种取心，其目的是取得不受钻井液自由水污染的岩心，以求获得较为准确的储层原始含油饱和度资料，为合理制定油田开发方案提供依据。由于油基钻井液不失水，性能稳定，流动性和润滑性都很好，因而岩心不存在吸水膨胀或剥落的问题，也不易断裂或磨损，取出的岩心规矩、完整、成柱性好、收获率高。

2）密闭取芯，是指以注水方式开采的砂岩油田，在开发过程中为检查油田注水开发效果，了解地下油层水洗情况及油水动态，以制定合理的开发调整方案，采用密闭取心工具与密闭液，在水基钻井液条件下取出几乎不受钻井液自由水污染的岩心。由于油基钻井液取心成本高，在密闭取芯质量指标有保证的前提下，密闭取心可代替油基钻井液取心。

3）海绵取心，是指内岩心筒装有特制海绵衬管的取芯。采用预饱和的海绵衬管，在水基钻井液条件下，能取得含油饱和度相当准确的岩心。这是国外近年来发展起来的一种取心，工艺结构不太复杂，但成本高，适用于中硬～硬地层。

4）保压密闭取心，是指在砂岩油田的开发后期，为了准确求得当时井底条件下储层流体饱和度、储层压力、相对湿度及储层情况等资料，为了制定合理的开发调整方案，提高油田最终采收率，采用保压密闭取心工具与密闭液，在水基钻井液条件下，钻取保持储层流体完整性的岩心。也就是钻取不受钻井液自由水污染并保持当时井底条件下储层压力的岩心。这种取心装备与工艺比较复杂，成本高，适用于具有成岩性的软、中硬及硬地层。

5）疏松砂岩保形取心，是指在疏松砂岩地层中保持岩心原始（出筒前）形状的取芯。因为在疏松砂岩地层，由于岩心强度低，不成柱，岩心出筒后就往往自成一堆散砂，岩心物性资料无法获得。因此，保持岩心原有形状，避免人为破坏，就成为保形取芯的技术关键。目前，多级双瓣组合式岩心筒、橡皮筒、玻璃钢内筒以及复合材料衬筒，均可满足保形取心的要求，但唯有多级双瓣组合式岩心筒成本低，使用方便。

6）定向取心，是指在油气藏的勘探开发过程中，为直观了解储层的构造参数，全面掌握地质构造的复杂性及其变化，制定出经济合理的勘探开发方案，采用定向取芯技术以取出能反映地层倾角、倾向、走向等构造参数的岩心。定向取心只适用于岩心成柱性较好的地层。

取心工具

取心工具的组成

    取心工具由上稳定器、分水接头、堵孔钢球、外返孔嘴、悬挂总成、内岩心筒组、外岩心筒组、下稳定器、组合内筒鞋、岩心爪、取心钻头等部件组成。

   取芯钻头的主要功用是形成岩心，而取心工具的主要功用则是保护岩心和取出岩心。显然没有合适的取心工具就不可能高质量地取好岩心。根据割心方式，目前国内外的取心工具基本上可分为加压式、自锁式和砂卡式三类。   

    割芯时，下放钻具，岩心爪靠钻压和内筒下滑冲击力收缩变形，包住、卡断或扭断岩心的取心工具称为加压式取芯工具。割心时上提钻具，岩心抓靠自身的弹性力或它与岩心之间的摩擦力收缩变形，卡紧并拔断岩心的取心工具称为自锁式取芯工具。

取心工具选择

1、不同井深条件下取芯工具的选择    

浅井选短筒，深井中长筒。

2、根据地层岩性选择取心工具   

在松散、松软地层中应选用加压式取心工具，而在中硬~硬地层以及岩心成柱性较好的软地层中应选用自锁式取心工具。

目前，国内外钻井取心均广泛使用金刚石取心钻头。

1）金刚石取心钻头使用效果好特别是胎体式金刚石取心钻头，能保证钻头出刃均匀。金刚石耐磨，胎体耐冲蚀，因而钻进平稳，速度快，收获率高，使用寿命长，综合经济效益好。

2）金刚石取心钻头适用范围广。从极软至极硬地层，均有与之相适应的各种系列的金刚石取心钻头供选择，完全能满足各种条件下取心的需要。

3）胎体金刚石取芯钻头成型容易，加工简便，成品率高。

取心前的准备

井眼准备

1）钻进一开始就要保持良好的井身质量，防止井斜、狗腿、键槽、台肩、缩径等。

2）取心前的一个钻头要带打捞杯，要修平井底。大排量循环清除井底沉砂，必要时进行短起下钻，保证井底干净、平整、下钻顺利。

3）连续取心，每钻进20米要扩眼一次。

设备、仪表、钻具的准备

1）取心之前应把设备、仪表检查保养好，保证取心期间不停钻。

2）对钻具进行一次全面的检查，保证取芯期间不刺、不漏、不脱扣。

3）对取心工具、配件、辅助工具、钻头要进一步进行检查，避免因等工具配件而停工。

取心操作程序

1．取心工具组装

1）在地面上把取心工具放平，每一节的连接螺纹都要用链钳上紧，两头要带好护丝。

2）检查稳定器外径与钻头是否相符，丈量取心筒长度。

3）吊上钻台后，用吊卡下入井中，用卡瓦卡在上稳定器下面，并用安全卡瓦卡好。

4）卸开安全接头，提出内筒，把装有岩心爪的内筒鞋接在内筒上，用链钳上紧。

5）下入内筒，检查安全接头、轴承是否灵活，涂上丝扣油（不宜太多），对扣后用链钳上紧，最后用大钳紧扣。

6）把岩心筒提出井口，卸开下护丝，用专用尺子检查纵向间隙，一般为8~13毫米。如果不合适，要通过加减垫片调节，然后将检查好的取心钻头接上，每一节的连接螺纹都要用大钳上紧。

2．下钻

   缩径的井段，应缓慢下入，若遇阻应先开泵循环，并用低钻压、低转速、大排量进行短井段、下钻要求操作平稳，不得猛放、猛顿、猛刹、猛转，防止钻具剧烈摆动。在井、斜较大、短时间划眼。禁止用取心钻头进行大段（10米以上）划眼或强行下钻。

3．循环

    下钻距井底0.5~1米时，循环钻井液，并平稳活动和适当转动钻具。校正指重表，探实际到底方入，上提钻具卸开，投入钢球，待泵压上升后，做钻头压力降试验。

4．造心

    先启动转盘，缓慢施加钻压，以低转速、轻钻压试运转，待运转平稳、钻进0.3~0.5米以后，逐渐调整到正常取心钻进参数。

5．钻进

 （1）钻压

     取心钻进时的钻压，应根据岩石的硬度与可钻性、钻头类型和钻具结构、强度来决定。钻压必须大于地层的抗压强度，否则，无进尺。如果钻压太小，钻头的牙齿吃入地层少，虽然有进尺，钻速却很慢，钻头磨损也很快；钻压愈大，钻头吃入地层愈深；钻速愈高。

   目前所采用的金刚石钻头取心，切削作用主要取决干金刚石和所钻地层的稳定接触程度，转速不变，增加钻压，观察钻速的变化，如果钻速不再增加或者增加相当慢，或者扭矩增加很大，那么此时的钻压就是最优钻压。如果已取得较满意的钻速，就该保持钻压不变，做到送钻均匀。

（2）转速

    从理论上讲，在一定的限度下，如果钻头吃入地层的深度不变，转速提高，钻速也会增快，岩心入筒的时间随之缩短，有利于提高岩心收获率。但较高的转速会使钻头发生摆动，增大其横向作用力和钻柱的离心力，这对于保护岩心和钻头不利。实际上钻头在井底工作还受到很多其它因素的影响。所以，为了保护岩心，应该使用低转速，以减少岩心筒的离心力

（3）排量

    排量的大小以能够满足清洁井底和冷却钻头为前提，进行适当选择。排量过大，从钻头水眼出来的钻井液冲击力大，虽然不直接冲击在全部岩心上，但对于松软地层或不够坚硬的地层来说，也是给岩心根部的一种破坏力量。为了保护岩心，排量应该小一些。

6．接单根

       进行中、长筒取心过程中，要进行接单根作业。自锁式取心工具的接单根的方法，首先是停钻、停泵，然后上提钻具至岩心被割断为止。如果上提拉力达到一定数值而岩心还割不断，可保持在这个拉力下开泵循环，直至将岩心割断。岩心割断以后，保持钻具不转动，平稳地上提2~3米，然后慢慢下放至离井底0.3米处，观察指重表的变化，确认没有岩心余留在井底，即可进行接单根。接单根后，下入钻具，施加比取心钻压大50％的钻压顶松岩心爪，上提钻具恢复原悬重后，按刚开始取心的方法进行钻进。

7．割心

 （1）正常情况下的割心

     在岩性均一、成柱性较好的中硬或硬地层取心时，可以根据内岩心筒的长度来确定割芯的位置。在岩性不均一、软硬交错变化复杂的地层中取心时，在内岩心筒长度的范围内，尽量把割心位置选择在比较硬的地层为好，不要勉强多打进尺。割芯像接单根前割心一样，割完岩心后要在不同高度分别上提钻具，并以不同方向缓慢下放钻具探心。如果井底余心较多，为了取全取准资料，应进行“套心”。

（2）异常情况下的割心

    在取心钻进中，如果发现钻头泥包，钻头循环水道堵塞，以及因取芯工具异常或地层因素引起“磨心”、“卡心”、“堵心”、“烧心”等异常现象而不能排除时，必须立即割心。

8．起钻

   起钻操作要平稳，要轻提、轻放、慢卸，防止钻具猛烈摆动，禁止用转盘卸扣。

9．岩芯出筒

   无论在钻台还是在场地通心，都要严格注意岩心出筒顺序，防止岩芯错位。操作方法是先卸开安全接头，提出内筒，冲洗干净，用链钳卸松内筒鞋2～3扣，把内筒拉至司钻容易看见的地方，用绳子栓住内筒，卸开内筒鞋，装上岩芯钳，然后司钻操作，一上一下，放出岩芯。

   如果是铝合金和玻璃钢管取心，卸开安全接头后，上提0.2米，用卡盘卡住内岩心筒，并坐于外筒上，用链钳卸开安全接头，用提升护丝将内筒和岩心吊下钻台，平放于场地上，用水冲洗干净，按地质要求，用电锯分段切开，并用岩心帽封好，用卡箍卡好。