胡 畔, 鄭凱中, 何 超
(中石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院)
在現(xiàn)有技術(shù)中,為了從井下獲取巖心用于對地質(zhì)中油氣含量的分析和研究,都會在一定的層位用取心工具鉆取巖心[1]。巖心在起鉆過程中,由于井筒壓力的降低,地層中的油氣水等容易揮發(fā)或者外溢出來,同時(shí)由于壓力的釋放,巖心的一些物理特性也會隨之發(fā)生改變。常規(guī)取心工具不能有效地收集巖心中的氣層資料,因此其取出的巖心在油氣物性方面與地層差別較大,對勘探開發(fā)的決策產(chǎn)生嚴(yán)重影響。針對以上問題,鉆采工程技術(shù)研究院設(shè)計(jì)了一種保壓取樣取心工具,該工具實(shí)現(xiàn)了在起鉆過程中對所取巖心中包含的油氣進(jìn)行收集、保存,避免油氣的損失。保壓儲氣取心工具的研制對石油、天然氣勘探將具有重大的經(jīng)濟(jì)意義和戰(zhàn)略意義。
保壓儲氣取心技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國外海洋石油勘探中,它利用鉆探船進(jìn)行海底深部取樣,利用特別手段取得接近地層原始狀態(tài)的樣品,也是識別水合物及其他礦元素的最直接的方法。目前利用該技術(shù)已經(jīng)在世界許多地方獲得了水合物的樣品,例如:布萊克海嶺、中美洲海溝、秘魯大陸邊緣、里海等地。
國外保壓儲氣取心技術(shù)起源較早,科普若公司的保壓儲氣取心工具是最典型的代表,該技術(shù)采用翻板閥密封油氣、鋼絲繩快速獲取巖心等方法,來保存巖心中的油氣資料,該工具外部總成是由外筒和鉆頭組成的。而內(nèi)部總成則由油氣存儲腔、伸縮式套筒和壓力-溫度傳感器組成。油氣存儲腔用于收集內(nèi)筒巖心在回收過程中泄漏出的油氣,伸縮式套筒用于收集巖心,而壓力-溫度傳感器則用于監(jiān)測整個取心作業(yè)過程。所有的巖心及其縫隙里的天然氣都被一個閥門密封在套筒里,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 科普若保壓儲氣取心工具
除此之外目前國外成熟的保壓儲氣取心工具還有國際深海鉆探計(jì)劃(DSDP)采用的保壓取心工具,國際大洋鉆探計(jì)劃(ODP)[2]采用的保壓取心工具(如圖2所示)、沖擊式取心工具、旋轉(zhuǎn)式取心工具和日本PTCS取心工具等。
圖2 ODP保壓取心工具結(jié)構(gòu)示意圖
國內(nèi)相關(guān)技術(shù)研究主要有勝利油田研發(fā)的繩索伸出式保壓取樣器[3]、繩索旋轉(zhuǎn)式保壓取樣器、鉆柱式旋轉(zhuǎn)保壓取樣器以及吉林大學(xué)研制的FCS-110型孔底冷凍取樣鉆具[4]等,國內(nèi)技術(shù)多借鑒于國外技術(shù),但相比于國外技術(shù)在實(shí)用性和穩(wěn)定性上仍存在一定不足。
經(jīng)過前期對科普若公司的保壓儲氣取心技術(shù)以及國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的調(diào)研、分析,鉆采工程技術(shù)研究院根據(jù)國內(nèi)情況,結(jié)合多年來取心技術(shù)研究經(jīng)驗(yàn),研制了一種保壓儲氣取心工具。
該工具由六方桿、旋轉(zhuǎn)總成、內(nèi)外筒、儲氣腔、密封腔和巖心爪組合件等部件組成。該取心工具有別于常規(guī)取心工具,在工具內(nèi)筒上端設(shè)有儲氣腔用以收集并儲存所取巖層中的氣體,在工具下端巖心爪位置設(shè)置有一套特殊密封腔體,該密封腔體配合頂端六方桿的使用可實(shí)現(xiàn)巖心的保壓。整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。
圖3 保壓儲氣取心工具示意圖
1六方桿 2旋轉(zhuǎn)總成 3儲氣腔 4外筒 5內(nèi)筒 6巖心爪組合件 7密封腔 8鉆頭
實(shí)現(xiàn)保壓最大的難題就是內(nèi)筒密封技術(shù)。該工具在巖心爪組合件與鉆頭之間設(shè)置有一套特殊密封腔,密封腔在取心鉆進(jìn)時(shí)處于打開狀態(tài),巖心爪組合件撐開密封腔下部完成正常取心,當(dāng)取心鉆進(jìn)完畢后,上提鉆具,巖心爪組合件在六方桿的帶動下上行,密封腔密封板閉合,實(shí)現(xiàn)內(nèi)筒的封閉。
保壓儲氣取心工具設(shè)有儲氣腔用于收集取心地層的氣體,儲氣腔包括密閉式筒形的腔體和腔壁,在腔體底部設(shè)置有單流閥。在腔壁上設(shè)置有氣體測試閥,取心結(jié)束后,可利用專用檢測儀器通過腔壁上的氣體測試閥對腔體內(nèi)收集的氣體進(jìn)行測試。
取心鉆進(jìn)完成之后上提工具,由于井筒內(nèi)鉆井液的壓力隨著井深的減小而減小,在工具運(yùn)行過程中,巖心中存儲的氣體壓力開始超過鉆井液的液柱壓力,巖心中的氣體逐漸的釋放出來,開始充滿整個內(nèi)筒,而內(nèi)筒下方已被密封腔完全密封,氣體通過氣體單流閥進(jìn)入儲氣腔內(nèi)。由于氣體單流閥的單向原理,氣體進(jìn)入到儲氣腔內(nèi)將不會倒流出,從而將巖心中的氣體有效的收集,保存于儲氣腔內(nèi)。有效的實(shí)現(xiàn)了油氣的收集、儲存。
保壓儲氣取心工具是常規(guī)取心工具和密閉取心工具的升級版,其保壓儲氣功能可以避免巖心在起鉆過程中油、氣、水外溢,能更好的獲取儲層的油、氣含量及組分資料,為油氣勘探提供了更可靠的分析依據(jù)。該工具的研發(fā)能夠打破國外技術(shù)壟斷,具有重大的經(jīng)濟(jì)意義和戰(zhàn)略意義。
[1]楊立文.古巴Majaguillar稠油油藏大斜度井取心技術(shù)[J].石油機(jī)械,2017,45(9):53-56.
[2]許紅,吳河勇,徐祿俊,等. 區(qū)別于DSDP—ODP 的深海保壓保溫天然氣水合物鉆探取心技術(shù)[J]. 海洋地質(zhì)動態(tài),2003,19(6):24-27.
[3]楊立文.GWY194-70BB 型保溫保壓取心工具的研制和應(yīng)用 [J]. 石油鉆采工藝,2014,36(5):58-61.
[4]張洪君, 劉春來,王曉舟,等. 深層保壓密閉取心技術(shù)在徐深 12 井的應(yīng)用[J]. 石油鉆采工藝,2007,29(4):110-114.