保温保压保形取心工具优化设计及应用

在精细评价非常规油气的赋存特点及制定高效合理的开发方案时,需要计算接近原始地层的含气量、孔隙度和渗透率等基础数据,为此,开发了保温保压保形取心技术。该技术优化了大通径球阀结构,使其取心直径和密封能力同步得到了提升,且球阀整体结构更加稳定;优化形成了气液补偿总成系统,可消除氮气补偿总成释放的氮气对岩心含气量测定的影响;优选的二氧化硅气凝胶保温材料与常规真空保温内筒相比,在保温性能、工艺加工及后期维护方面更具有优势。保压保温保形取心工具可在煤层气井和页岩气井的水平段进行保压取心作业,取心收获率均超过95%,地面保压率均达到85%以上。现场应用结果表明,该型取心工具现场施工工艺完善,保压、保气效果良好,可为深层非常规油气勘探开发提供技术支撑。     

深层超深层煤层气保压取心工具设计

针对常规煤层气取心工具和油气井保温保压取心工具难以在深层煤储层中获得高价值煤心的问题,依据深层煤层气取心的技术要求,设计了一种具备保压和密闭功能的深层超深层煤层气取心工具。该工具的保压内筒材质优选承压能力高、摩阻力小的7075型硬质铝合金;提出的智能钻杆和帕尔贴集成设计的复合式保温外筒设计方向,有助于解决常规电池的电量不足和电压不稳等诸多问题;优化设计的液压提升机构和压力补偿总成,可确保球阀密封更加可靠,有效降低已获取的原位煤心因地层环境改变而引起的理化数据分析误差。室内试验结果表明,液压提升机构与密封球阀功能性联机试验正常,压力补偿机构可以长时间耐压30 MPa,且工具本体与各部件未发生变形,满足深层保压技术需要。研究结果可为深层超深层煤层气保压取心技术的现场应用提供参考。     

天然气水合物保温保压取心工具研制及现场试验

天然气水合物一般赋存在深海海底浅层地层中,受扰动易分解,采用常规取心工具难以取得样品,为此进行了天然气水合物保温保压取心工具的研制与现场试验。采用三维设计软件设计了绳索式天然气水合物保温保压取心工具整体结构,介绍了伸缩插入式、活塞射入式、冲击器冲击式和马达旋转式4种类型取心工具的具体结构和工作原理;为使研制的取心工具具有保持温度和压力、压力补偿、快速打捞和减小取心扰动等功能,研究了保温保压取心关键技术。通过室内模拟分析保压密封阀、保温筒、压力补偿装置、岩心管、绳索打捞回收装置等关键部件,证明保压密封阀可保压30.0 MPa,保温筒采取填充隔热复合材料二氧化硅气凝胶的方式,受环境温度的影响减小,其他部件的性能也都符合设计要求。南海LW3区块天然气水合物赋存区2口井13回次的取样试验结果表明,研制的绳索式天然气水合物保温保压取心工具能够成功取心,为国内天然气水合物的自主勘探取心提供了技术支撑。      

GWY194-70BB型保温保压取心工具的研制和应用

GW194-70BB型保温保压取心工具是为寻找和提升天然气水合物实物样品钻取率而研制的特殊取心工具。该工具通过内筒独立密封机构、复合真空隔热保温内筒、氮气压力补偿系统、电子多点随钻测量总成实现了岩心样品的温度保持、压力保持和海量的数据测量,解决了常规工具无法保持岩心压力和温度造成的天然气水合物实物挥发、测量数据不全等难题。在常规井实验中取得了保压成功率93%、保温率80%、温度变化率2~2.5℃/h的良好效果,现场试验表明,该工具在温度保持、压力保持方面可以完全满足天然气水合物样品的钻探与取样要求,对获取天然气水合物样品、提升天然气水合物勘探开发效果具有重要意义。     

GW-CP194-80M型煤层气双保压取心工具研制及现场试验

在煤层气取心过程中,煤心经过压力释放和取样操作,含气量与渗透率发生重大变化,测量数据失真,严重影响煤层气开发方案的制订。为获取覆压下原始状态煤心,减少因地层环境改变引起的煤心测试误差,研制了GW-CP194-80M型煤层气双保压取心工具。工具采用气液压力补偿技术和复合式胶筒保压内筒,可使岩心保持原始地层压力和适当围压,防止微裂缝的形成,还可实现地面带压拆卸,直接进行渗透率测试及临界解吸压力特征观测等后续测试实验。通过室内实验和现场试验表明,GW-CP194-80M型煤层气双保压取心工具性能可靠,技术可行,能有效保护岩心结构,达到双保压设计要求。该工具的成功研制,将为煤层气合理制订开发方案及精确计算含气储量提供重要的技术支持。     

保温保压取心工具球阀工作力学的有限元分析

运用ANSYS和Pro/E的交互式无缝连接技术,对现行GW194-70BYM型保温保压取心工具的球阀进行了有限元力学分析。分析结果表明,球阀仓的应力和变形数值分析计算结果与实物在40 MPa工作内压下实测数据非常接近;转轴在轴径变化的地方存在着较严重的局部应力集中现象,宜采用渐变过渡连接方式或适当增粗直径的方法进行解决;球阀仓在转轴的支撑处因结构不对称,在左上耳和右上耳部位的局部应力远大于材料抗拉强度极限,出现局部屈服的现象,降低了总体强度,建议增大左上耳和右上耳部位的几何尺寸。该项研究结果对于指导球阀机构的优化设计及提高其工作安全性具有重要意义。     

保压取心技术在吐哈油田陵检14-241井的应用

大庆油田在陵检14—241井保压取心过程中，采取了一系列技术措施，包括采用六翼刮刀式PDC钻头、改善压力补偿系统的密闭性能、采用抗高温DSM密闭液、采用液氮冷冻技术、优化工艺流程等，使该井岩心收获率达93．6％，密闭率82．1％，保压率93．1％，为探区储量计算、残余油动态预测、水淹层测井等提供了重要的基础资料和解释依据。     

Φ152.4 mm煤层气绳索取心工具的研制与应用

针对Φ215.9 mm井眼绳索取心工具容易造成需取心的煤层气井井身结构复杂和钻井效率低的问题,研制了适用于Φ152.4 mm井眼煤层气绳索取心工具。该工具是在普通绳索取心钻具的基础上增加软地层取心装置,如捞取湖底淤泥的拦簧片活门机构、拦簧与卡簧组合取心机构以及斜隼齿半合管内管等,形成了Φ152.4 mm井眼专用取心工具。工具在取心和正常钻进时,采用Φ89 mm内平式或接头通径≥68 mm的钻杆,既降低了取心作业成本又便于操作和推广应用。现场应用表明,该工具使用方便,性能可靠,可提高钻井效率、缩短钻井周期、降低钻井成本,能满足Φ152.4 mm井眼煤层气取心的要求。     

保形取心工具的改进及其应用

潜山风化壳破碎地层软硬交错,在该地层取心难度大,取心收获率低,满足不了勘探开发的需要。为此对保形取心工具进行了改进,改进主要体现在两个方面,一是使用双岩心爪,在全封闭岩心爪的上部加装卡箍式岩心爪,防止单一岩心爪割心失败和起钻掉心等情况发生;二是取心钻头设计为５刀翼抛物线形８ｍｍＰＤＣ密集布齿,对硬夹层有较强的攻击性;另外该钻头在取心钻进时,钻井液由一定角度水眼分流,可减小对岩心的直接冲蚀。使用改进后的保形取心工具和取心钻头在ＰＬ９－１油田的两口井进行了取心作业,取心收获率有明显提高,实践表明,改进后的保形取心工具对蓬莱地区潜山地层的适应性较强,能够很大程度的提高取心质量。     

页岩地层取心技术研究及现场应用

针对页岩地层取心钻进时存在的机械钻速慢,岩心易破碎,易堵心、卡心,取心收获率偏低,出心作业时岩心容易从层理处破裂而影响后期分析等问题,采用高强度低摩阻铝合金内筒代替钢制内筒,配套岩心吊装转移装置进行地面转移,研发了新型耐磨抗冲击取心钻头,建立了取心工具稳定性分析模型,根据理论计算结果优选了取心钻具组合和施工工艺参数,初步形成了页岩地层取心配套技术。该取心技术已现场应用12井次,机械钻速提高1倍以上,单筒进尺提高50%,出心时间缩短为20~30 min,典型区块的取心收获率达到95%以上。现场应用表明,该取心技术可以满足页岩地层取心要求,能显著提高取心效率及取心收获率。      

ZSQ型绳索式取心工具的研制与应用

介绍了绳索式取心工具的结构特点及工作原理，详细叙述了其在新卫２－１０井中４次取心的过程，出现的问题及采取的相应技术措施，现场试验表明，其结构合理、操作方便，岩心收获率高。     

YLRb-8100液力加压取芯工具的研制及应用

机械加压式取芯工具在极浅松软地层取芯时,钻铤配重不足以满足割芯要求;在大斜度井地层进行取芯时,钢球难以居中,导致割芯时岩芯爪收缩不完全,影响取芯收获率;取芯工具内筒不能自洗,易造成堵芯。为此,在Rb-8100型取芯工具改进的基础上,研发了YLRb-8100液力加压取芯工具。该工具采用液力憋压割芯方式,可有效解决机械加压取芯工具钻具配重和大井斜钢球不居中问题。室内试验和现场6口井的应用结果表明,该工具安全可靠,平均岩芯收获率80.6%,满足现场要求。     

橇装装置在煤层气工程建设中的应用

煤层气具有压力低、产量低、井数多的特点,且需经一段时间的排采期后才逐渐产气。煤层气井场、站场多位于山区,自然条件较差,如何高效、低成本地开展地面工程建设尤为重要。介绍了中石油煤层气有限责任公司橇装装置的应用情况及技术特点,并分析论证了橇装装置在煤层气工程建设中节约占地、缩短建设周期和降本增效的作用。     

胜利油田系列化取心工具的研制与应用

针对胜利油田地层复杂，取心工具品种繁多，型号重复，互换性差和制造、使用、管理不便等问题，研制了适用范围广，取心直径范围大，互换性强，辅助工具配套和成本低的系列取心工具。４０余套工具在胜利、中原、滇黔桂和华北等油田５６口井的现场使用表明，平均岩心收获率达９５．６８％，平均单筒进尺达７．６５ｍ，单筒进尺指标提高了４８．８％。     

SL Rmb-8100型取心工具的研制与应用

常规取心过程中,钻井液会污染岩心,导致地层孔隙度、油水饱和度等数据失真。为此,研制了SL Rmb-8100型取心工具。该工具吸收了国内外松软地层密闭取心工具的优点,采用三筒三动整体密闭方式,将保形取心技术与密闭取心技术有机地结合在一起,并采用球悬挂、机械加压的割心方式,结构简单、可靠,大大提高了割心成功率,有效提高了松软地层的岩心收获率和密闭率。用SL Rmb-8100型取心工具在面1-9-63井取心9筒,总进尺53.58 m,心长51.56 m,收获率96.23%,密闭率87.10%,平均机械钻速达到12.16 m/h,各项指标均超过设计要求。     

自锁式深井密闭取心工具的研制与应用

随着井深的增加,钻井密闭取心的难度也在增加.现有的密闭取心工具存在结构复杂、拆装困难、易憋压放炮、堵心磨心、密封效果差等问题.通过对工具结构的改进,在下活塞底部增加刮泥功能,上活塞增加泄压功能,采用耐高温、抗腐蚀的密封件,解决工具存在的问题.现场应用表明,该工具结构合理、使用安全可靠,密闭取心成功率、岩心收获率、密闭率大幅度提高,施工质量合格率达到100％.     

煤体结构测井评价在煤层气开发中的应用

测井资料一直是评价煤体结构的有效方法,不同地区测井曲线对煤体结构的响应存在差异,具有高度地域性.对寿阳地区15号煤层测井曲线及岩心资料分析发现,煤体结构主要与井径、密度、自然伽马、电阻率相关.对上述曲线组合应用多元线性回归方法计算地质强度因子,对全区参数井进行煤体结构定量评价,测井解释符合率达86％.在前人研究煤体结构应用(计算孔隙度、渗透率、含气量等)基础上,对煤体结构应用进行拓展.利用煤体结构结合煤层厚度、断层绘制平面图;利用煤体结构预测煤层破裂压力,煤体结构好的煤层破裂压力梯度较小.综合研究成果,选取煤层厚度大、煤体结构好、破裂压力小的煤层布署井位,单井产量明显提升.