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为何说石油勘探与开发中重要的一项工作就是取心

来源:皇冠最新现金网钻井施工队 发布时间:2018年05月10日

岩心是我们认识油、气田和地层的宝贵资料。获取岩心的方法有井壁取心和钻井取心两种,本单元只介绍后者。所谓取心钻井就是利用专门的钻井工具并施以
取心的目的
岩心是我们认识油、气田和地层的宝贵资料。获取岩心的方法有井壁取心和钻井取心两种,本单元只介绍后者。所谓取心钻井就是利用专门的钻井工具并施以一定的技术措施,将地下的岩石取到地面上来的一种钻井工艺。

取心是石油勘探与开发中十分重要的一项工作。这是因为在油、气田的勘探和开发过程中,虽然可以采用岩屑录井、地球物理测井、地层测试等方法来收集各种资料,通过对这些资料的分析研究来了解地下的地质情况。但这些方法各有优缺点,且都有很大的局限性,只有岩心才是最完整的第一性资料。通过对大量岩心的分析研究,可以取得更为完整、准确的地质资料(如油、气层的分布规律、厚度、岩性、孔隙度、渗透率、含油饱和度、裂缝发育情况等),为制定合理的勘探、开发方案、准确地计算储量,采取有效的增产措施提供可靠的依据。

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取心工具
1.常用取心工具
(1)取心钻头:取心钻头是钻出岩心的主要工具。其切削刃分布在一个同心圆的环形面积上。它的功用是对井底岩石进行环形破碎,形成岩心。
取心钻头的类型,目前使用的有刮刀取心钻头、硬质合金取心钻头和金刚石取心钻头等几种。
为了提高岩石收获率,要求取心钻头工作要平稳。钻头的切削刃应对称分布,底刃面应与钻头中心线相垂直,切削刃的耐磨性应一致,以免钻头歪斜和偏磨而破坏或折断岩心。
(2)岩心筒:岩心筒是取心工具的主要部件之一。它一般是由内岩心筒(简称内筒)和外岩心筒(简称外筒)组成。
内岩心筒的主要功用是容纳和保护岩心,使岩心在钻进过程中不受钻井液的直接冲刷和旋转钻具的磨损与碰撞。而外筒的主要作用是传递和承受钻压,连接钻头带动钻头旋转,保护内岩心筒。
地下水的开发利用尤其是基岩水井钻凿,是人类可持续发展的重要内容之一。潜孔锤正循环钻凿基岩水井是国际上常规钻井方法,但技术和工艺上仍存在不足,潜孔锤反循环钻进技术弥补了这些不足。深入研究潜孔锤钻进反循环机理,研制系列规格贯通式潜孔锤、反循环钻头及钻具,摸索和完善潜孔锤反循环钻进的工艺方法,在水文水井钻凿领域推广应用潜孔锤反循环钻进技术,提高水井钻进和成井综合效果,提升水文水井钻进的技术水平,并不断研究和解决出现的新问题,是当前水文水井钻凿界的一项迫切任务。
潜孔锤正循环钻凿水文水井的不足和问题
潜孔锤以其在硬岩中的高效钻进而被用于水文水井钻凿领域,国外基岩水井多采用潜孔锤钻进技术,国际水井工程招标中也以潜孔锤钻进为基本技术:国内基岩水井应用潜孔锤技术也有几十年历史,该项技术在基岩水井钻进中发挥了显著作用。
国内外潜孔锤钻进以正循环为主,与其他钻进方法比较,基岩进尺的高效率是其显著特点,但也存在一些严重不足和问题,使该项先进技术的大面积推广应用受到影响。
孔底沉渣难以排除
重庆钻水井潜孔锤正循环钻凿水井,破碎的岩屑由驰动潜孔锤活塞做功后的废气沿孔壁与钻具的外环间隙携带排出孔外.但因水井孔径较大,外环间隙断面积大,使上返风速较低,小于正常排渣屑所需风速(l5,可s),孔底岩渣屑无法排除,造成堆积。潜孔锤钻凿水井供风量的选择通常以潜孔锤所需额定风量而定,以水井常规日径250:nn,为例,潜孔锤额定风量只是正循环排渣屑所需风量的一半左右。若继续增大风量,会使钻井成本大幅度提高,这是潜孔锤正循环钻凿水井的主要工程难题。
孔口污染严重,不利于环境保护
潜孔锤正循环钻进,流体介质沿外环rtiJ隙上返,由孔口排出。干孔段钻进,气流携带岩粉屑喷出,造成施工现场粉尘弥漫,周边环境严重污染.钻穿含水层,则气、水、固(岩粉岩屑)多相流体由孔口喷出,同样不利于人员操作,污染环境,不但影响施工人员的身体健康,也使周围的环境受到污染。难以满足水文地质勘察的要求
对于探采结合水井的钻凿,潜孔锤正循环钻进为全断面钻进,无法实现取心钻进.水文地质勘察通常需要全孔取柱状岩心,描述和分析地质情况,得出准确的水文地质资料。潜孔锤正循环钻进难以满足这一要求。
欠平衡钻并技术的概念
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目前,大多数油气井采用旋转钻井技术完成。撅环介质从钻柱进人井简,并携带着钻头在并底破碎的岩屑沿钻柱与并璧之间的环形空间返出地面。由于其自身的重量以及流动时所受到的摩擦阻力,循环介质会在井内产生一定的压力。如果井内循环介质作用于井底的液柱压力等于地层孔隙压力,则井内处于平衡状态;如果井内循环介质作用于井底的液柱压力略大于地层孔隙压力,则并内处于近平衡状态;如果井内循环介质作用于井底的液柱压力略低于地层孔隙压力,则井内处于欠平衡状态。
在常规过平衡钻井作业中.一般以钻并液作为循环介质。钻进中,钻并液不仅仅起携带岩屑、清洁并底的作用.还能够稳定井壁、冷却钻头。在钻井过程中.为了防止井喷等事故的发生.通常要调节钻井液的组分及性能,使井内流体的液柱压力高于地层孔隙压力,因此.钻井液还有控制井底压力的作用。在这种过平衡或近平衡情况下,地层流体不会侵人井筒.但钻井液会进人地层,对地层造成伤害。
在欠平衡钻井过程中.则是有愈识地让井内循环液柱压力低于地层孔隙压力,当钻遇有供给能力的地层时,地层流体会源源不断地进人井筒.参与井内流动。因此,欠平衡钻井(朋-derbalanced drilling. UBD)可以这样定义:利用自然条件或采取人工方法,在可以控制的条件下.使井简内钻井流体液柱压力低于地层孔隙压力,从而在井底形成负压差的钻井技术。
欠平衡钻井技术的分类
按照不同的标准,欠平衡钻井技术有不网的分类方式。
按实现欠平衡的方法来划分
欠平衡钻井的目的是使井底有效压力(包括静液柱压力和循环动压)低于储层压力.实现的主要手段有:
(1)降低钻井液密度法:对于中高压储层(压力梯度大于I. 2MPa/100m)的悄况,只需适当降低钻井液的密度,使其当最钻井液密度低于储层压力梯度即可。
(2)注气减轻法:对于异常低压的储层(压力梯度小 f 0.9MPa/IOOm)的情况,采用向钻井液内注人气体的方法,使其当最密度小于储层压力梯度。根据注人气体与注人液体的体积比例,调整钻井液密度减轻的程度。
(3)减级材料滋人法:对于轻度欠压的低压储层(压力梯度在0.9一1.2MPa/100m范围内),为了避免采用复杂、昂贵的地面注气系统.出现了在水基钻井液中混人减轻材料来减轻钻井液密度的方法。减轻材料有固相和液相两大类。液相主要有清水、原油、柴油,固相减轻材料主要有中空固体材料和低密度固体材料。
按所用循环介质的种类来划分
显然,要进行欠平衡钻井.关链是要控制井内流体的压力,使其低于地层孔隙压力(以下简称地层压力),因此,需要根据地层压力选择循环介质。如果所钻地层压力较高.利用低密度的普通水基钻井液就能在井底产生欠平衡状态;如果地层压力较低.就需要使用降密度荆来调整循环介质的密度,以产生欠平衡状态。这类降密度刑通常是非冷凝气体.如氮气、天然气、空气或烟道气,通过钻柱或寄生管与钻井液同时注人井内。这些方法通过不同的工艺改变循环钻井液的密度,让钻井液柱压力梯度小于地层压力梯度。因此,欠平衡钻井时的钻井流体可以是气、液单相,也可以是气、液两相混合物.采用什么样的欠平衡钻井方式主要取决于地层的压力以及施工条件。

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