国内外石油取心钻进技术概况

  无论对于常规地质勘探钻进、油气井钻进还是服务于地学研究的科学钻探来说，岩心都是最重要的深部地下地质信息载体。因此，如何在不同条件下采取到高质量的岩心，始终是钻探工作者所面临的一个永恒的课题。取心钻进技术是科钻一井钻井施工的主要关键技术，它的成功与否直接关系到整个工程的成败和整个工程的效率、质量。
 
  地质勘探行业在长期的发展过程中，已经针对不同地质条件、施工条件、取心要求等研发了一系列成熟的取心钻进技术，并得到了成功应用。目前，国内外取心钻进技术按其应用领域主要可分为石油取心钻进技术、地质勘探取心钻进技术和科学钻探取心钻进技术三大类。由于工作的对象都是地层或岩石，工作的目的都是从地球深部钻取岩心，故三者技术上存在许多共性，但由于取心目的和钻进地层不同，因而存在一定的差异。
 
  石油取心钻进的目的主要是了解地层的生油指标、油层的孔隙度、渗透率、含油气饱和度以及油气层的有效厚度等。石油取心钻进钻头外径大，而所取岩心直径却相对较小。如果用钻头外径与岩心直径的比值R表示钻进特征值，则石油取心钻头的R值普遍比地质勘探取心钻头的R值大。石油钻井取心钻进采取同径的岩心所需克取的岩石量大、消耗的能量多、成本高，但石油钻井取心钻进比例低，一般不超过5%。绳索取心方法由于需要使用专门的绳索取心钻杆，在取心钻进比例很低的石油钻井中，在全面钻进和取心钻进的转换过程中倒换钻杆既费时也不方便，且钻杆成本很高，因此石油钻井的取心方法为提钻取心法，绳索取心极少采用。
 
  石油钻井中，为了在不同的地层实现不同的取心目的，研制出了不同的取心工具，常用的取心工具有：自锁式取心工具、加压式取心工具、保压密闭取心工具、密闭取心工具、海绵取心工具、橡皮筒取心工具等。
 
  自锁式取心工具是石油取心钻进中在中硬一硬地层中取心的基本工具，对岩心的成柱性较好的软地层也适用，一般由取心钻头、内外岩心管、悬挂总成、稳定器和上接头等组成。
 
  加压式取心工具可分为机械加压式和水力加压式两种，是石油取心钻进中在松软或破碎性地层取心的基本工具。取心时机械力或水力作用在内岩心管上，使岩心管和卡簧相对于外岩心管向下移动，迫使卡簧沿钻头内锥面移动并卡紧岩心。
 
  保压密闭取心工具能够取出保持原始地层压力的密闭岩心，为定性分析地质资料、确定合理的开发方案和计算油田储量及剩余储量提供可靠的地质依据。保压密闭岩心管下井前，在岩心内管内装入密闭液，在岩心形成过程中，密闭液将岩心密闭。
 
  提钻前拔断岩心后，在钻杆内投入钢球，使岩心内管封闭。在提钻过程中，压力补偿系统可恒定地向内管补充压力，直到与地层压力平衡为止。
 
  密闭取心工具与常规取心基本相同，其不同点在于整个内筒是密闭的，里面装满了密闭液，下端由密封活塞及内筒插入钻头腔的盘根密封。密封活塞连接活塞头并通过销钉固定在钻头进口处。密闭取心工具通过密闭液对岩心进行保护，取出低污染的岩心。
 
  海绵取心工具是在普通钻进液的条件下，通过特殊的海绵衬管将岩心内的流体吸附在海绵里，从而获得高质量岩心。在起钻过程中随着压力的减少，岩心中的原油外渗被海绵吸收，分析海绵与岩心中的剩余油可获得较准确的含油饱和度。
 
  橡皮筒取心工具主要应用于软地层、松散地层、砂砾岩及严重破碎地层的取心。岩心进入橡皮筒后，靠橡皮筒的弹性作用将岩心套在里面，使非固结的松散的岩心能够成柱，达到提高岩心采取率的目的。
 
  取心钻头主要有牙轮取心钻头、人造金刚石聚晶块取心钻头、表镶金刚石取心钻头、孕镶金刚石取心钻头、复合片(PDC)取心钻头、三角聚晶取心钻头以及新型特种功能取心钻头如双心取心钻头和PDC防回旋取心钻头等。
 
  石油钻井中普遍采用提钻取心，在取心钻进工艺上有一套独特的长筒取心技术。对长筒取心工具在结构、形式等方面进行了大量的研究，同时在操作规程、钻进工艺等方面也积累了大量的经验，以确保长岩心能顺利地进入取心筒。