铝合金中筒取心技术在哈萨克斯坦乌里赫套油田的应用

苏 洋

（中国石油长城钻探公司工程技术研究院，辽宁 盘锦124010）

乌里赫套油气田位于哈萨克斯坦西部的滨里海盆地东缘凹陷构造带让尔卡梅斯东部隆起梯阶扎纳诺尔大地构造，发现于1983年。1988 年由苏联国家资源储量委员会确认的初步探明地质储量为天然气398.2 亿立方米,凝析油1162 万吨,原油650 万吨。为了开发该区块石炭系油藏，需要开展油藏精细评价和油气储量计算等前期地质工作，必须获取丰富的油藏岩性实物资料，并由中哈长城钻井公司通过竞标承钻，在该区块先后部署6 口探井进行取心作业。

取心工具采用长城钻探工程技术研究院自行研制的CQY 型铝合金中筒取心工具，目前已在乌里赫套油气田完成3 口探井的取心施工作业，累计取心进尺994.02m，累计心长977.05m，平均岩心收获率98.29%，平均单筒进尺17.18m。

1 地质特征及取心技术难点

1.1 地质特征

乌里赫套油气田勘探潜力集中在石炭系KT I 和KT II 油层组，岩性主要为灰岩。该区井底压力高、硫化氢气体含量高，80 年代前苏联在该区块钻井发生过严重的井喷事故。

1.2 技术难点

1.2.1 高压、高矿化度，高酸性气体，井控风险大。KTI 油层组主要为气层，井底压力大，硫化氢含量高，容易对工具造成腐蚀；KTI段上部盐层溶解和硬石膏吸水膨胀所带来的井眼失稳，以及盐、石膏对泥浆性能的破坏给钻井带来很大的风险。

1.2.2 KT II 段取心岩心直径小，单筒进尺长。KT II 油层组在四开之后，井眼尺寸为6 寸井眼，采用的小井眼取心工具所取岩心直径为66mm，使用中筒取心单筒进尺为18m，细长的岩心容易发生断裂和破碎，导致后续岩心进筒困难，从而增大发生堵心和磨心的几率，影响收获率。

1.2.3 周期紧，任务重。乌里赫套油气田单井设计取心进尺400 米，其中KTI 和KTII油层组各取心200 米，共部署取心井6 口，每口井取心周期一个月。在安全施工并保证收获率的前提下，实现快速高效的钻井取心，成为整个取心施工项目最大的挑战。

2 取心工具及钻头的选型

2.1 CQY 型取心工具

CQY 型取心工具是长城钻探工程技术研究院自行研制的自锁式取心工具，目前有CQY133 -66A ( 适 用 于6″ 井 眼)、CQY172 -101A、CQY180-105A 和CQY194-115A 等型号，单筒取心进尺可达9m，对接后均可实现双筒取心（进尺18m） 和长筒取心（进尺27m），除使用钢制内筒外，还可使用配套的铝合金内筒及玻璃钢内筒，可根据地质分析要求进行整体或定位切割取样，以便于岩心的保存和运输。

2.2 CQY 型取心工具结构特点

2.2.1 中长筒取心单筒进尺多，纯钻时间长，轴承的灵活耐用对取心工具的正常运转起着极其重要的作用。CQY 型取心工具采用开放式润滑悬挂轴承，通过悬挂轴承使内筒悬挂于外筒安全接头，实现内筒和外筒的连接。轴承采用开放式结构，泥浆介质可以流过轴承腔对轴承进行清洗并对滚珠进行润滑，保证轴承的灵活性，实现了取心过程中外筒旋转而内筒相对静止的双筒单动功能。

2.2.2 CQY 型取心工具还具备调节内筒总成长度和防止内筒轴向运动的功能，这种功能的实现得益于心轴的使用。内筒通过内筒调长接头连接到心轴，当内筒长度不合适时，固定住内筒调长接头，转动心轴改变悬挂系统的长度，进而调整内筒总长，使钻头间隙得到调整。当轴承失灵时，外筒的旋转会将扭矩传递给心轴，可能会使内筒和心轴之间发生轴向位移，导致内筒长度的改变。为有效地约束内筒的轴向运动，在心轴和内筒调长接头上沿轴向各开了一道半合槽。内筒在心轴上的位置调好后，在半合槽内插入止动环，对紧帽和内筒调长接头施加正扣扭矩将止动环压紧，即可有效地约束内管的轴向运动，防止内筒倒转，同时也防止止动环从槽中窜出落入环隙。

2.2.3 CQY 型取心工具采用上中下三套扶正短节，可以有效解决施加钻压后外筒发生弯曲的问题，保证取心工具在井下的稳定性。与各型取心工具配套的优质铝合金内筒，内壁摩擦系数小，非常有利于岩心的进筒，尤其适于小井眼取心，可以减少岩心在内筒中堵卡的几率。铝合金内筒还具有抗拉强度高，耐腐蚀，易于切割和保存的优点，完全可以满足石炭系中硬及硬地层的取心技术要求。

2.3 CQY 型取心工具的选型

乌里赫套油气田KT1 段为215.9mm 井眼，经过探讨，决定采用CQY194-115A 型铝合金中筒取心工具在该层位进行应用。该型取心工具外筒外径194mm，所取岩心直径115mm，之所以采用该型取心工具，是因为其所取的115mm 岩心具有较大的岩心直径，较105mm 和101mm 岩心更易成型及保持完整；在条件允许的情况下，采用大直径外筒也可以增加取芯筒的强度，CQY194 -115A 较CQY172-101A、CQY180-105A 型取心工具具有更强的抗拉和抗扭强度，提高了钻井安全系数。

石炭系KTII 取心段为152.4mm 井眼，采用CQY133-66A 小井眼铝合金中筒取心工具，该型取心工具外筒外径133mm，岩心直径66mm。其与CQY194-115A 型取心工具均具有20mm 的超级厚壁优质合金钢外筒，是专为深井硬地层做出的高强度设计。

2.4 取心钻头的选型

乌里赫套石炭系主要为灰岩地层。从地震剖面图可以分析出地层产状平缓，KT1 油层组开始取心之前钻时较快，从地质所捞岩屑来看，灰质含量较高，白云质和泥质含量少，可钻性好，质地均匀，据此选用布齿密度小、切削齿尺寸大、直通水眼的TKS 型6 翼刮刀式PDC 取心钻头。该型取心钻头的内部增加了扶正结构，使内筒和钻头的轴线重合，减少了径向偏差；在钻头的内外侧嵌装柱状热稳金刚石保径齿，减少钻头内外径的磨损，从而加大了内筒和钻头工作的稳定性。

3 取心技术措施

3.1 准备工作及要求

下钻前要量取并调整钻头内台肩与卡箍座下端面的轴向间隙，正常间隙在8～13mm范围之间。第一次取心作业下钻之前必须对所有下井钻具进行通径，所有钻具必须能够顺利通过直径为30mm 的钢球。钻铤及加重钻杆总重量应不少于120 看kN。取心钻头下钻到底后开泵循环一个迟到时间，将内筒及井底异物冲洗干净后投球，钢球到底后泥浆改走内外筒环空，泵压略微升高，方可取心钻进。

表1 CQY 型取心工具现场实验数据

3.2 取心钻进参数

针对石炭系灰岩地层可钻性及胶结性较好的特点，从保护岩心和钻井安全的角度，制定了低转速、小钻压的取心技术方案。这样可以减少岩心筒在旋转中产生的离心力，降低取心工具承受的扭矩，提高安全系数。具体操作措施为：

3.2.1 在准备工作做好以后，校准指重表，钻头离井底一米左右时开泵（CQY194-115A 排量为18-24 L/s，CQY133-66A 排量为10-16 L/s），启动转盘，转盘转速60～70r/min，慢慢下放钻具，以5-10kN 的钻压接触井底，然后缓慢加压到20kN。以20kN 钻压钻进0.3m 后，逐渐将钻压调整到30-50kN。钻遇软硬交错地层时，应及时调整钻压。打完进尺后，刹住刹把，静压磨心，等钻压基本回零后，缓慢上提钻具，靠内筒底部卡箍座的限位作用迫使卡箍岩心爪抱死岩心将其拔断。

3.2.2 起钻过程中，要严格控制起钻速度，在油气层起下钻速度不高于0.3 m/s，在裸眼井段不高于0.5m/s，在技术套管起下钻速度极限0.6-0.8m/s。起钻时，每起1 柱灌一次泥浆并在起下钻时观察井口泥浆返出的情况,预防抽吸引起井喷。

3.3 井下情况判断原则

3.3.1 钻头刚接触井底就有蹩跳现象，钻压增大而机械钻速不随之变快、泵压也不增加，表示井底不干净，不能取心。

3.3.2 在取心过程中如果进尺明显变慢，泵压略有下降，可刹住滚筒，停止送钻，观察钻时。若5 分钟钻压不下降，说明岩心在内筒中堵卡，应尽快起钻。如果钻时变长，泵压无变化，且伴有蹩跳现象，说明地层岩性发生变化，可继续钻进。

4 现场应用情况

通过使用CQY194 -115A 和CQY133 -66A 型取心工具，先后在乌里赫套油气田完成了y-1、y-2、y-3 三口井的取心施工任务。累计取心进尺994.02m，累计心长977.05m，平均岩心收获率达到98.29%。由于取心技术措施合理、取心钻头选择恰当，大大缩短了钻井周期，达到了甲方的要求，取心数据详见表1。

5 结论与建议

5.1 长城钻探工程技术研究院自行研制与开发的CQY 型取心工具具有结构简单，灵活性强，技术成熟、安全系数高的一系列优点。通过优选高强度取心工具，有效克服了乌里赫套油田石炭系井底压力高，硫化氢含量高的钻井难点。通过优选取心钻头，制定合理的技术措施，快速高效的完成了乌里赫套油田前期石炭系大井段取心的任务，累计进尺994.02m，平均收获率达到98.29%。

5.2 CQY133-66A 型取心工具使用配套的优质铝合金内筒，内壁摩擦阻力小，抗拉强度高，完全满足石炭系小井眼中筒取心的技术要求，并具有易于切割和保存的优点。长城钻探公司已相继与哈萨克斯坦国家石油公司，里海石油公司等各大石油公司签署取心合作协议，使铝合金中筒取心技术在该地区得到了成功的推广应用。

5.3 TKS 型6 翼刮刀式PDC 取心钻头对石炭系灰质及白云质灰岩地层均具有很好的适应性，平均每米钻时15-25min。在y-1、y-2井使用的直通式水眼钻头，可以有效防止泥浆冲蚀岩心，但是对于岩心表面的岩屑清理效果欠佳，在较为疏松的地层出现了堵心现象。为解决这个问题，设计人员在钻头内壁加开6 道水槽，缩短钻头内壁与岩心接触面的长度，并在y-3 井的现场实验中取得了预期的效果，23 筒取心当中仅有一筒因钻遇泥岩发生堵心，有效解决了因泥浆不能及时清理岩屑而造成堵卡的问题。

5.4 通过在乌里赫套油气田y-1、y-2、y-3 井的现场应用取得的经验，建议在即将进行施工的y-4 井使用带有内腔水槽的PDC取心钻头进行长筒取心技术应用，进一步提高机械钻速和单筒进尺，节约钻井成本。

[1]朱永宜. KZ 型单动双管取心钻具的研制与应用.石油钻探技术[J].2006.(34)3:20-22.

[2]刘志合，谢桂芳，王卫.SLYb-8100 型取心工具的研制与现场试验[J]. 石油机械,2002.（30）11:30-31.