保压取芯工具的使用概要

图2 国产保压密闭取心工具结构 示意图 1-上接头；2-差动装置；3-悬挂轴 承总成；4-压力补偿装置；5-外筒；6内筒；7-球阀总成； 8-取心钻头； 9-密封头。
2 设计特点（与一般密闭取心工具之 不同点）
① 具有在割心后能密封内筒保持地层压力的 球阀关闭机构。 ② 具有能够保持内筒压力恒定的压力自动补 偿机构。 ③ 具有充压、测压与泄压的阀门组机构。 ④ 具有能释放外筒、关闭球阀、打开气室调 节阀并能自锁的差动机构。 ⑤ 具有能保证取心钻进时内筒不旋转的轴承 悬挂总成。
表1
型号
国产保压（密闭）取心工具规格
钻头外 径 mm 215 岩心 直 径 mm 70 外 mm 外径 193.7 内径 168.3 壁厚 12.7 外径 88.9 筒 内 mm 内径 76 壁厚 6.45 筒 工作压力 MPa 25 保压率 % 80.2 可取岩心 长度 m 4.5 悬挂方 式 球悬挂
图3 球阀总成
4） 悬挂与测压机构 由悬挂轴承总成、内筒上接头、锥形阀、压力表 接头、密封件等部件组成。悬挂轴承可使内外岩心 筒产生相对运动。锥形阀可关阀内筒上口，并能接 受压力表测压，或放空内筒压力。
5） 差动机构 由上接头、六方杆、六方套、滑套、剪销、剪销 环、丝堵、悬挂球、承球、压帽和“O”型密封圈 等部件组成。其作用是：传递钻具扭矩，内筒在悬 挂轴承的作用下可与外筒相对转动，钻进取心时内 筒不转；释放外筒时，关闭球阀。
保压取心筒是一种双筒单动式取心筒， 外筒与取心钻头连接，传递钻压和扭矩。内 筒是非旋转的薄壁管，悬挂在用钻井液润滑 的轴承上，它不但是容纳岩心的容器，同时 也是做为岩心切割后的壳体，其长度适合于 运输。工具上部差动装置具有伸缩功能，并 带有锁闭和释放机构，内外六方传递扭矩。 工具下部是球阀总成，这是工具下部密闭系 统。当钻完进尺后，上提钻具割断岩心，然 后投入φ50mm钢球一个，使之坐于滑套球 座上，待钻井液返出且泵压正常，说明滑套 到位。
2） 内外岩心筒组合 外岩心筒采用 API193.675mm，N-80， 壁厚12.7mm套管。内岩 心筒采用API88.9mm，壁 厚6.45mm油管。 3） 球阀关闭机构 由球体、上下阀座、预 紧弹簧、阀外壳、半滑环、 密闭盘根、轴承等部件组 成。利用外筒重力迫使球 阀旋转90°而关闭，使岩 心密闭在内筒中，以保持 岩心所在地层的压力。球 阀总成如图3所示。
国内保压取芯工具
1 工具、悬挂 轴承总成、单向阀总成、内筒、外筒、球阀总成、岩心爪总 成、取心钻头和密闭总成等组成，如图1所示。
图1 保压密闭取心工具结构图 1-上接头；2-差动装置；3-悬挂轴承总成；4-测 压头；5-外筒；6-内筒；7-球阀总成； 8-钻头； 9-密封头。
保压取芯工具的使用
保压密闭取心是能够保持或接近地层压力的一项 新的技术，由于采用了低温冷冻密封方法，使岩心中 流体和溶解气能保持在原始状态。这种分析技术对于 正确认识地质情况、计算油田可采储量、残余油分布、 合理地制定开发方案、提高采收率有着十分重要的意 义。 保压密闭取心与常规取心不同。它能取出保持储层 原始压力下的含油、含水饱和度的岩心。常规取心主 要受两种不利因素影响：一是钻井液浸人并冲刷岩心， 因而驱走了岩心中所含油气水组分。二是当岩心出筒 后，因环境压力降低和温度下降影响，使岩心中的气 体和原油中的轻质组分剧烈膨胀而散逸。而保压密闭 取心能保持岩心中的压力状态，对于定量分析油水饱 和度资料更加精确。
⑥ 具有包括对岩心进行清洗、冷冻、切割、 分析化验等功能在内的一整套专用地面处理 设备。 ⑦ 国产工具采有密闭内筒的办法，压力能 直接向内筒补偿，工具从井口起出后，可直 接抽出内筒进行岩心冷冻与切割，省去了地 面冲洗程序和所需要的复杂设备与冲洗液材 料。 ⑧美国工具采用密闭外筒的办法，从井口起 出工具后需要在服务车间内用专门仪器设备 和冲洗液进行高压冲洗，之后才能进行冷冻 与切割。
3 适用范围 工具适用于软~硬地层的保压密闭取心。 安全抗扭强度是150kN· m和最大抗拉强度 是2530kN 4钻井液性能 要尽可能控制钻井液密度和钻井泵排量， 以便减少井眼液柱压力与地层压力的压差， 并力求达到平衡地层压力条件下钻井取心。 要求粘度35 s ~45s，固相含量尽可能低， 含砂量小于0.5%，失水量小于2ml，钻井液 性能达到均匀稳定。
5 部件简介 1） 钻头、密闭头及卡心部分 （1） 钻头 采用六翼三阶梯式取心钻头，切削面为锥形，水眼 方向朝向井壁一侧，以免直接冲刷岩心柱。另外，为 减少钻井液在水眼上的压力降，适当增加了水眼的总 面积，采用18×φ10mm水眼。 （2） 卡心结构 采用卡环与卡箍组合形式，能适应软——硬地层割 心。 （3） 密闭头 从密闭头孔道注入密闭液，钻进前可密封密闭液， 钻进时引导岩心进筒，并迫使密闭液从内筒不断排出， 使岩心柱表面形成保护液涂层，防止外界钻井液污染。
早在30年代美国就提出了压力取心技术，经 过40余年的研究改进，1979年投入商业服务， 当年取心220次，1980年～1981年取心565次。 随着我国油气田开发的迅速发展，大庆油田在 1980年开展了这项技术的研究，至1982年就完 成了压力密闭取心工具的设计与试制，并在室 内进行了54次的各种工具的静密封、球阀关闭、 内外筒脱开、压力测试等单元试验，并在9口 井取心22筒次。经过不断改进，最后在3口井 连续取心7筒，平均岩心收获率98.7%,平均岩 心保压率达到80.2%,平均岩心密闭率达到97%, 实际技术指标全部达到设计要求。
此时在外筒重力作用下，内外六方脱开，外 筒下移，其重力作用在球阀半滑环上，半滑环 使球体产生一定扭矩并旋转90º 而关闭球阀， 使岩心密封在内筒中。压力补偿系统包括高压 氮气储气室和一个可调节的压力调节器，以及 相关的供给氮气阀门机构，阀门机构可预先调 节到规定压力，起钻过程中可恒定地向内筒补 充压力，直到与地层压力平衡为止。工具下井 前，在内筒中预先填充一种非浸蚀性的胶体密 闭液，在钻进过程中不断把岩心包封起来，保 护岩心免遭钻井液污染。割心时，上提钻具， 岩心爪卡断岩心，并把岩心扶正到球阀内。