论文部分内容阅读
[摘要]作为煤层气勘探开发过程中最重要的环节之一，取心作业对于正确评估煤层气的可采性具有重要的作用。通常取心工具难以满足煤层气取心作业中高要求、高技术难度的特点，而绳索取心工具具有钻井效率高、结构简单、钻头寿命长等特点，因此在煤层气取心作业中得到广泛应用。本文主要介绍了绳索取心技术原理、相关工艺技术和应用注意事项，以期对煤层气井施工中绳索取心技术的具体应用提供参考。
[关键词]煤层气井施工 绳索取心技术 应用
[中图分类号] TE2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-6-237-1
煤层气是一种在煤的形成过程中，经过厌氧菌分解煤资源而产生的吸附在煤层之中的自储式天然气体。在煤层气开发勘探过程中，要综合考虑煤层的渗透率、地应力、埋深、厚度、含气量、含气饱和度等参数才能成功，而要想获得这些参数数据就必须进行取出煤心作业。要保证取心作业具有较短的提钻时间、较高的岩心收获率和较完整的煤心原始状态才能有效提高这些参数的准确性。绳索取心技术不仅能满足以上要求，还具有劳动强度低、取心时间短的优良特点，因此被大量应用于煤层气开发勘探中。因此加强对绳索取心技术的应用研究，对于提高煤层气井施工中取心技术的应用能力和应用范围具有重要意义。
1繩索取心工具及设计原理、特点
1.1绳索取心工具
绳索取心工具主要由外筒总成、内筒总成、绳索提升系统和内筒打捞器共同组成。其中外筒总成又包括外筒、取心钻头、内筒定位接头、差动接头、内筒扶正环、上下螺旋稳定器等部件共同组成，内筒总成是由割心卡心结构、卡簧座、悬挂结构、单动结构、半合式岩心管等组成，绳索提升系统主要由钢丝绳、打捞器、电动绞车等组成[1]。
1.2绳索取心工具工作原理
在煤层气井绳索取心过程中，取心钻进开始前下从井口钻杆内投入到内筒总成，工具到位后即开始取心钻进。当取心完成后，上提割心后不需要将钻具提起，而是用带绳索的打捞器将取心内筒从钻杆中提出到地面，然后打开特制半合式岩心管，则可看到取心成功后的煤心。
1.3绳索取心工具设计特点
不需要专用的钻杆，同时取心直径高达70mm，大大减少了取心作业成本且利于推广和操作；采用了具有应力释放面的钻头结构和阶梯超前式切削性斜水眼的结构，更有利于煤层进心、树心；采用了悬挂式连接结构和低摩阻半合式岩心容纳管，可方便快速出心，减少入筒阻力；采用割卡心结构大大有利于煤心进入半合式岩心管，割心时拦簧闭合可完全封闭住岩心内筒底部，保证入筒的破碎煤心不发生脱落[2]。
2煤层气井施工中绳索取心技术工艺
2.1钻进参数
由于绳索取心设计特点的优势使其在钻探工程中得到广泛应用，然而钻探时岩层和煤层物理差别性质极大，同时绳索取心受尺寸限制，因此要确定与取心工具和煤层相配合的钻进参数。
2.1.1钻速
绳索取心岩心直径一般都比较小，因此取心钻进过程中钻速不能太高，否则容易引起钻具振动破坏扰动岩心。对煤层则一般采用35～45r/min的低速钻。
2.1.2钻井液排量
根据煤结构的不同掌握好钻井液排量是取煤心的关键环节。因为煤层软而脆，在振动影响下很容易发生破碎，且容易被钻井液冲刷掉，所以要掌握好在取心过程中的钻井液排量。对于顶板处应该选用较大的排量，这样便于岩层杂物的快速清理。而对于没层出则应该尽量保持较小的排量，一般保持在5-7L/S，以避免煤心柱或煤层被冲刷掉。
2.1.3钻压
在钻进过程中如果不能掌握好正确的钻压，那么很容易造成岩心不能立即进入内筒、岩心树心较困难、增加钻头对岩心的研磨时间等问题，从而大大减少了取心收获率。取煤心过程中对钻压有以下两个要求：取煤心钻压要从8kN逐渐加压到9kN后保持钻压稳定，当钻至本筒进尺最后的20公分时要将钻压加压至11kN；取岩心时钻压要从5kN逐渐加压到7kN后保持钻压稳定，当钻至本筒进尺最后的20公分时要将钻压加压至10kN[3]。
2.2合理选择绳索取心钻头
取心钻头是取心工作中最重要和关键的工具，能否选择良好钻头将直接决定着取心工作是否成功。取心钻头的选择要依据煤层变质程度、煤岩机械性质等因素。可选择三角聚晶取心钻头用于成柱性比较好的煤层，选择硬质合金取心钻头用于松软煤层[4]。
3煤层气井施工中绳索取心技术应用注意事项
（1）要在井场钻具取心前要全面检查取心通径，确保内筒能够顺利通过，取心过程没有任何阻碍。
（2）要用大钳对组装好的取心外筒进行紧扣，并将其内筒放入检查装配间间隙是否恰当。
（3）取心作业开始前要做好井底、井壁的清洁工作，保持井眼顺利通畅，添加符合要求、性能比较稳定的钻井液，保证取芯筒能够顺利拆下。
（4）充分严密检查取芯筒各部分联结状况。保证内外取芯筒之间干净清洁没有任何杂物，岩心卡簧保持完整、尺寸合适；能够灵活转动悬挂轴承，用手能够轻松转动组装完成都吊在进口的内筒；保持符合要求的配合间隙，保持水眼畅通。
（5）井内循环压力保持正常，在井底无掉块、沉砂、井眼保持通畅的情况下才可将取心管送入，并采用绳索和矛头将取心管吊下，正确固定位置后才可以用脱卡装置脱开。
（6）下钻在距离井底1个单根深度时要提前进行开泵循环，在下钻中途如果遇阻要采用冲洗方式使井内保持畅通；要在取心钻进前对钻井液循环处理。
4结束语
经实践检验，绳索取心技术在煤气层取心作业总岩心平均收获率可达90%，煤心收获率可达85%，其良好设计完全满足了各种应用条件下煤层气井取心作业的要求。绳索取心技术是煤层气井最优良的取心技术，在应用过程中取心参数应该采取低钻速、低泵压、低排量、低钻压的技术措施，并根据煤层气井中绳索取心技术中保持井底清洁、井道畅通、准确使用钻井液等应用注意事项，更好地把绳索取心技术应用到煤层气井取心作业中。
参考文献
[1]黄洪春.煤层气井取煤心技术探讨[J].石油钻采工艺.2011，12（29）：62-63.
[2]许俊良，毕永进，周洪国，龚宁.定向井取心工具的研制及现场应用[J].石油机械.2011，13（14）：74-75.
[3]高永彬，房雪峰，毛军战.浅谈煤层气绳索取心工艺的应用[J].西部探矿工程. 2010，06（10）：61-62.
[4]孙建华，张永勤，赵海涛，刘秀美.复杂地层中深孔绳索取心钻探技术研究[J].探矿工程（岩土钻掘工程）.2011，05（35）：57-58.
[关键词]煤层气井施工 绳索取心技术 应用
[中图分类号] TE2 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-6-237-1
煤层气是一种在煤的形成过程中，经过厌氧菌分解煤资源而产生的吸附在煤层之中的自储式天然气体。在煤层气开发勘探过程中，要综合考虑煤层的渗透率、地应力、埋深、厚度、含气量、含气饱和度等参数才能成功，而要想获得这些参数数据就必须进行取出煤心作业。要保证取心作业具有较短的提钻时间、较高的岩心收获率和较完整的煤心原始状态才能有效提高这些参数的准确性。绳索取心技术不仅能满足以上要求，还具有劳动强度低、取心时间短的优良特点，因此被大量应用于煤层气开发勘探中。因此加强对绳索取心技术的应用研究，对于提高煤层气井施工中取心技术的应用能力和应用范围具有重要意义。
1繩索取心工具及设计原理、特点
1.1绳索取心工具
绳索取心工具主要由外筒总成、内筒总成、绳索提升系统和内筒打捞器共同组成。其中外筒总成又包括外筒、取心钻头、内筒定位接头、差动接头、内筒扶正环、上下螺旋稳定器等部件共同组成，内筒总成是由割心卡心结构、卡簧座、悬挂结构、单动结构、半合式岩心管等组成，绳索提升系统主要由钢丝绳、打捞器、电动绞车等组成[1]。
1.2绳索取心工具工作原理
在煤层气井绳索取心过程中，取心钻进开始前下从井口钻杆内投入到内筒总成，工具到位后即开始取心钻进。当取心完成后，上提割心后不需要将钻具提起，而是用带绳索的打捞器将取心内筒从钻杆中提出到地面，然后打开特制半合式岩心管，则可看到取心成功后的煤心。
1.3绳索取心工具设计特点
不需要专用的钻杆，同时取心直径高达70mm，大大减少了取心作业成本且利于推广和操作；采用了具有应力释放面的钻头结构和阶梯超前式切削性斜水眼的结构，更有利于煤层进心、树心；采用了悬挂式连接结构和低摩阻半合式岩心容纳管，可方便快速出心，减少入筒阻力；采用割卡心结构大大有利于煤心进入半合式岩心管，割心时拦簧闭合可完全封闭住岩心内筒底部，保证入筒的破碎煤心不发生脱落[2]。
2煤层气井施工中绳索取心技术工艺
2.1钻进参数
由于绳索取心设计特点的优势使其在钻探工程中得到广泛应用，然而钻探时岩层和煤层物理差别性质极大，同时绳索取心受尺寸限制，因此要确定与取心工具和煤层相配合的钻进参数。
2.1.1钻速
绳索取心岩心直径一般都比较小，因此取心钻进过程中钻速不能太高，否则容易引起钻具振动破坏扰动岩心。对煤层则一般采用35～45r/min的低速钻。
2.1.2钻井液排量
根据煤结构的不同掌握好钻井液排量是取煤心的关键环节。因为煤层软而脆，在振动影响下很容易发生破碎，且容易被钻井液冲刷掉，所以要掌握好在取心过程中的钻井液排量。对于顶板处应该选用较大的排量，这样便于岩层杂物的快速清理。而对于没层出则应该尽量保持较小的排量，一般保持在5-7L/S，以避免煤心柱或煤层被冲刷掉。
2.1.3钻压
在钻进过程中如果不能掌握好正确的钻压，那么很容易造成岩心不能立即进入内筒、岩心树心较困难、增加钻头对岩心的研磨时间等问题，从而大大减少了取心收获率。取煤心过程中对钻压有以下两个要求：取煤心钻压要从8kN逐渐加压到9kN后保持钻压稳定，当钻至本筒进尺最后的20公分时要将钻压加压至11kN；取岩心时钻压要从5kN逐渐加压到7kN后保持钻压稳定，当钻至本筒进尺最后的20公分时要将钻压加压至10kN[3]。
2.2合理选择绳索取心钻头
取心钻头是取心工作中最重要和关键的工具，能否选择良好钻头将直接决定着取心工作是否成功。取心钻头的选择要依据煤层变质程度、煤岩机械性质等因素。可选择三角聚晶取心钻头用于成柱性比较好的煤层，选择硬质合金取心钻头用于松软煤层[4]。
3煤层气井施工中绳索取心技术应用注意事项
（1）要在井场钻具取心前要全面检查取心通径，确保内筒能够顺利通过，取心过程没有任何阻碍。
（2）要用大钳对组装好的取心外筒进行紧扣，并将其内筒放入检查装配间间隙是否恰当。
（3）取心作业开始前要做好井底、井壁的清洁工作，保持井眼顺利通畅，添加符合要求、性能比较稳定的钻井液，保证取芯筒能够顺利拆下。
（4）充分严密检查取芯筒各部分联结状况。保证内外取芯筒之间干净清洁没有任何杂物，岩心卡簧保持完整、尺寸合适；能够灵活转动悬挂轴承，用手能够轻松转动组装完成都吊在进口的内筒；保持符合要求的配合间隙，保持水眼畅通。
（5）井内循环压力保持正常，在井底无掉块、沉砂、井眼保持通畅的情况下才可将取心管送入，并采用绳索和矛头将取心管吊下，正确固定位置后才可以用脱卡装置脱开。
（6）下钻在距离井底1个单根深度时要提前进行开泵循环，在下钻中途如果遇阻要采用冲洗方式使井内保持畅通；要在取心钻进前对钻井液循环处理。
4结束语
经实践检验，绳索取心技术在煤气层取心作业总岩心平均收获率可达90%，煤心收获率可达85%，其良好设计完全满足了各种应用条件下煤层气井取心作业的要求。绳索取心技术是煤层气井最优良的取心技术，在应用过程中取心参数应该采取低钻速、低泵压、低排量、低钻压的技术措施，并根据煤层气井中绳索取心技术中保持井底清洁、井道畅通、准确使用钻井液等应用注意事项，更好地把绳索取心技术应用到煤层气井取心作业中。
参考文献
[1]黄洪春.煤层气井取煤心技术探讨[J].石油钻采工艺.2011，12（29）：62-63.
[2]许俊良，毕永进，周洪国，龚宁.定向井取心工具的研制及现场应用[J].石油机械.2011，13（14）：74-75.
[3]高永彬，房雪峰，毛军战.浅谈煤层气绳索取心工艺的应用[J].西部探矿工程. 2010，06（10）：61-62.
[4]孙建华，张永勤，赵海涛，刘秀美.复杂地层中深孔绳索取心钻探技术研究[J].探矿工程（岩土钻掘工程）.2011，05（35）：57-58.