CN111411912A - 火驱地层钻井取心方法及其钻井取心装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种火驱地层钻井取心方法及其钻井取心装置，该方法包括，采用“高钻压、低转速、小排量”的钻井参数且使用防冲蚀钻头钻进火驱后的地层，防冲蚀钻头持续钻进形成岩心；防冲蚀钻头内存储防高温密闭液，岩心开始进入钻井取心装置时防高温密闭液流出，封闭包裹进入的岩心；岩心全部进入钻井取心装置后，防冲蚀钻头上方的复合式岩心爪收缩割断岩心，自井内取出封闭完整的岩心。该火驱地层钻井取心方法及其钻井取心装置，能提高钻井取心收获率，为研究火驱燃烧特征及开采效果分析提供直接依据，对于研究火驱开发效果等具有重要的实际意义。

Description

火驱地层钻井取心方法及其钻井取心装置

技术领域

本发明涉及石油勘探开发技术领域，尤其涉及一种火驱地层钻井取心方法及其钻井取心装置。

背景技术

火驱为火烧油层技术，是指把空气、富氧空气或氧气注入到油层中，使其在油层中与有机燃料(原油中的重质成分)发生氧化反应，释放大量的热和气体，来驱替未燃烧原油的技术；火驱是一种适应性强，并能充分利用石油资源的石油开采技术，该技术受油藏埋深影响较小，克服了注蒸汽开发过程中的热损失，热利用效率高，采出程度高，研究表明其采收率可达50-60％(文中所述采收率是指油气田某时间的累积产油气量占地质储量的百分数)。岩心作为分析火驱燃烧特征、研究火线波及规律最直接、最准确的资料，对于分析火驱效果具有重要意义。

由于火驱过程中温度和PH值较高，其对地层改造作用较大，火驱后地层松散、破碎且地层温度大幅升高，直接导致了火驱地层取心收获率较低(文中所述取心是指用取心钻头及取心工具把地下岩石从井中取出地面的工艺过程)。从国内外研究现状来看，目前尚无针对火驱地层的取心装置。而常规取心装置对于火驱地层取心来讲，缺乏针对性，实际操作效果并不十分理想。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种火驱地层钻井取心方法及其钻井取心装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种火驱地层钻井取心方法及其钻井取心装置，克服现有技术中火驱地层取心收获率较低、常规取心装置缺乏针对性而实际操作效果不理想等问题，该火驱地层钻井取心方法及其钻井取心装置，能提高钻井取心收获率，为研究火驱燃烧特征及开采效果分析提供直接依据，对于研究火驱开发效果等具有重要的实际意义。

本发明的目的是这样实现的，一种火驱地层钻井取心方法，包括，采用“高钻压、低转速、小排量”的钻井参数且使用防冲蚀钻头钻进火驱后的地层，防冲蚀钻头持续钻进形成岩心；防冲蚀钻头内存储防高温密闭液，岩心开始进入钻井取心装置时防高温密闭液流出，封闭包裹进入的岩心；岩心全部进入钻井取心装置后，防冲蚀钻头上方的复合式岩心爪收缩割断岩心，自井内取出封闭完整的岩心。

在本发明的一较佳实施方式中，前述的火驱地层钻井取心方法包括以下步骤:

步骤a、钻井到达火驱后地层后，将钻井取心装置的钻头换为防冲蚀钻头，采用“高钻压、低转速、小排量”的钻井参数继续钻进，随着防冲蚀钻头不断向地层中钻进，岩心逐渐形成；

步骤b、钻井取心装置包括外筒和内筒，防冲蚀钻头内存储用于保护岩心的防高温密闭液，岩心开始进入内筒时，触动防冲蚀钻头的触压头，储存于防冲蚀钻头中的防高温密闭液经由触压头流出，将岩心包裹住；

步骤c、钻井取心装置的内筒内能移动地套设内衬管，取出的岩心直接进入内衬管内；

步骤d、岩心全部进入内衬管后，复合式岩心爪收缩割断岩心，取心结束；

步骤e、内衬管内岩心保持封闭完整，岩心出井时，将内衬管和岩心同时取出。

在本发明的一较佳实施方式中，所述防高温密闭液采用改性树脂和氧化沥青，所述防高温密闭液的抗高温能力大于等于160℃，所述防高温密闭液恒温滚动能力达到180摄氏度16小时。

在本发明的一较佳实施方式中，所述防冲蚀钻头上设置外斜水眼和防冲蚀水槽，所述外斜水眼的中心轴与所述防冲蚀钻头的中心轴之间呈第一夹角设置，所述外斜水眼用于改变钻井液流出方向；所述外斜水眼与所述防冲蚀水槽的槽底连通设置，所述防冲蚀水槽用于缓冲钻井液流动对岩心的冲刷。

在本发明的一较佳实施方式中，所述复合式岩心爪包括上下顺序连接的卡箍式岩心爪和全封闭岩心爪，所述卡箍式岩心爪用于卡紧割断硬质的岩心，所述全封闭岩心爪用于收缩割断松散的岩心。

在本发明的一较佳实施方式中，所述内筒为铝合金内筒，所述内衬管为耐高温的PVC内衬管。

本发明的目的还可以这样实现，一种前述的火驱地层钻井取心方法中使用的钻井取心装置，包括双层管柱，所述双层管柱包括同轴套设的内筒和外筒，所述外筒的底部连接用于环形破碎地层岩石形成岩心的防冲蚀钻头，所述防冲蚀钻头上设置能封闭且能开启的密闭液容置结构，所述密闭液容置结构内设置用于保护岩心的防高温密闭液；所述内筒内能移动地套设内衬管，所述内衬管用于直接接触岩心保护岩心完整性，所述内筒和所述内衬管的底部连接设置复合式岩心爪，所述复合式岩心爪用于割取岩心和承托已割取的岩心，所述防冲蚀钻头的内腔、所述复合式岩心爪的内腔与所述内衬管的内腔连通设置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述防冲蚀钻头上设置能封闭且能开启所述密闭液容置结构的触压头，岩心能顶抵所述触压头上移开启所述密闭液容置结构。

在本发明的一较佳实施方式中，所述防冲蚀钻头上设置外斜水眼和防冲蚀水槽，所述外斜水眼的中心轴与所述防冲蚀钻头的中心轴之间呈第一夹角设置，所述外斜水眼用于改变钻井液流出方向；所述外斜水眼与所述防冲蚀水槽的槽底连通设置，所述防冲蚀水槽用于缓冲钻井液流动对岩心的冲刷。

在本发明的一较佳实施方式中，所述复合式岩心爪包括上下顺序连接的卡箍式岩心爪和全封闭岩心爪，所述卡箍式岩心爪用于卡紧割断硬质的岩心，所述全封闭岩心爪用于收缩割断松散的岩心。

由上所述，本发明于提供的火驱地层钻井取心方法及其钻井取心装置具有如下有益效果：

本发明提供的火驱地层钻井取心方法中，采用“高钻压、低转速、小排量”的钻井参数，有效减小对岩心的破坏；本发明采用的防高温密闭液提高了密闭液在高温高压条件下的稳定性，避免了在火驱地层取心时因密闭液稠化而导致的堵心，在密闭取心过程中保护岩心不被钻井液侵入和污染；本发明提供的火驱地层钻井取心方法及其钻井取心装置中采用的防冲蚀钻头能改变钻井液喷出方向，避免钻井液直接冲蚀岩心，减少钻井液对岩心的损害，由此最大程度保证岩心的完整性；本发明提供的火驱地层钻井取心方法及其钻井取心装置中采用的复合式岩心爪具有双重功能，充分保证岩心的完整性，有效提高岩心收获率；本发明提供的钻井取心装置中，内筒采用铝合金内筒，具有优良的低摩阻特性且不会因为接触钻井液而生锈，在很大程度上减小了岩心进筒阻力，降低了岩心破碎几率；内衬管采用耐高温的PVC内衬管，其摩阻力仅为常规钢制管的25％，不仅有利于提高岩心进筒速度，而且出筒时可以保护松散岩心的结构不被破坏，减少岩心组分损失；本发明提供的火驱地层钻井取心方法及其钻井取心装置能为研究火驱燃烧特征及开采效果分析提供直接依据，对于研究火驱开发效果等具有重要的实际意义。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1：为本发明的钻井取心装置的示意图。

图2：为本发明的防冲蚀钻头的示意图。

图中：

100、钻井取心装置；

1、防冲蚀钻头；

10、密闭液容置结构；11、外斜水眼；12、防冲蚀水槽；13、触压头；

2、复合式岩心爪；

21、卡箍式岩心爪；22、全封闭岩心爪；

3、防高温密闭液；

4、外筒；

5、内筒；51、内衬管；

9、岩心。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供一种火驱地层钻井取心方法，包括，采用“高钻压、低转速、小排量”(文中高、低、小均为相对于现有普通钻井过程的参数的比较)的钻井参数且使用防冲蚀钻头钻进火驱后的地层，防冲蚀钻头1持续钻进形成岩心9；防冲蚀钻头1内存储防高温密闭液3，岩心9开始进入钻井取心装置100时防高温密闭液流出，封闭包裹进入的岩心9；岩心全部进入钻井取心装置100后，防冲蚀钻头1上方的复合式岩心爪2收缩割断岩心9，自井内取出封闭完整的岩心9。

进一步，本发明的火驱地层钻井取心方法具体包括以下步骤：

步骤a、钻井到达火驱后地层后，将钻井取心装置100(非火驱地层可以使用普通钻头进行钻进)的钻头换为防冲蚀钻头1，采用“高钻压、低转速、小排量”的钻井参数继续钻进，随着防冲蚀钻头1不断向地层中钻进，岩心逐渐形成；

其中，火驱后地层松散、破碎且地层温度大幅升高，“高钻压、低转速、小排量”的钻井参数能有效减少对岩心的破坏。

如图1和图2所示，防冲蚀钻头1上设置外斜水眼11和防冲蚀水槽12，外斜水眼11的中心轴与防冲蚀钻头1的中心轴之间呈第一夹角设置，外斜水眼11用于改变钻井液流出方向；由于外斜水眼11向外侧有第一夹角的倾斜，改变了水流喷出方向，可以避免钻井液直接冲蚀岩心，减少钻井液对岩心的损害。外斜水眼11与防冲蚀水槽12的槽底连通设置，防冲蚀水槽12用于缓冲钻井液流动对岩心9的冲刷。钻进过程中，钻井液可以先进入内凹的防冲蚀水槽12，然后从槽底的外斜水眼流出，进一步降低取心钻进时钻井液对岩心的冲刷，由此最大程度保证岩心的完整性。

步骤b、如图1和图2所示，钻井取心装置100包括外筒4和内筒5，防冲蚀钻头1内存储用于保护岩心9的防高温密闭液，岩心开始进入内筒5时，触动防冲蚀钻头1的触压头13，储存于防冲蚀钻头1中的防高温密闭液3经由触压头13流出，将岩心9包裹住；

其中，防高温密闭液3采用改性树脂和氧化沥青，代替原有技术中的过氯乙烯树脂，防高温密闭液3的抗高温能力大于等于160℃，远大于原有技术中密闭液的抗高温能力120℃，防高温密闭液3恒温滚动能力达到180摄氏度16小时。本发明采用的防高温密闭液提高了密闭液在高温高压条件下的稳定性，避免了在火驱地层取心时因密闭液稠化而导致的堵心。

步骤c、如图1所示，钻井取心装置100的内筒5内能移动地套设内衬管51，取出的岩心9直接进入内衬管51内；

其中，内筒5为铝合金内筒，铝合金内筒具有优良的低摩阻特性且不会因为接触钻井液而生锈，在很大程度上减小了岩心进筒阻力，降低了岩心破碎几率。

此外，内衬管51为耐高温的PVC内衬管，其摩阻力仅为常规钢制管的25％，不仅有利于提高岩心进筒速度，而且出筒时可以保护松散岩心的结构不被破坏，减少岩心组分损失。

步骤d、岩心9全部进入内衬管51后，复合式岩心爪2收缩割断岩心，取心结束；

其中，复合式岩心爪2包括上下顺序连接的卡箍式岩心爪21和全封闭岩心爪22，卡箍式岩心爪21用于卡紧割断硬质的岩心，全封闭岩心爪22用于收缩割断松散的岩心。

卡箍式岩心爪21和全封闭岩心爪22相结合构成的复合式岩心爪2能有效避免岩心掉落的情况发生。当取心井段受火驱影响较小，地层相对较硬时(形成的岩心为硬质岩心)，全封闭岩心爪22下压收缩难以割断岩心，此时采用卡箍式岩心爪21卡紧并割断岩心。当取心井段受火驱影响较大，地层松散，岩心比较容易散碎时，卡箍式岩心爪难以防止岩心掉落，这时全封闭岩心爪将下压收缩割断岩心，并且闭合，防止岩心掉落。复合式岩心爪2的双重功能，充分保证岩心9的完整性，有效提高岩心收获率。

步骤e、内衬管51内岩心保持封闭完整，岩心9出井时，将内衬管51和岩心9同时取出，充分保证岩心9的完整性，提高岩心收获率。

本发明提供的火驱地层钻井取心方法中，采用“高钻压、低转速、小排量”的钻井参数，有效减小对岩心的破坏；本发明采用的防高温密闭液提高了密闭液在高温高压条件下的稳定性，避免了在火驱地层取心时因密闭液稠化而导致的堵心，在密闭取心过程中保护岩心不被钻井液侵入和污染；本发明提供的火驱地层钻井取心方法中采用的防冲蚀钻头能改变钻井液喷出方向，避免钻井液直接冲蚀岩心，减少钻井液对岩心的损害，由此最大程度保证岩心的完整性；本发明提供的火驱地层钻井取心方法中采用的复合式岩心爪具有双重功能，充分保证岩心的完整性，有效提高岩心收获率。本发明提供的火驱地层钻井取心方法能为研究火驱燃烧特征及开采效果分析提供直接依据，对于研究火驱开发效果等具有重要的实际意义。

如图1和图2所示，本发明还提供一种火驱地层钻井取心方法中使用的钻井取心装置100，包括双层管柱，双层管柱顶部与井口连接，双层管柱包括同轴套设的内筒5和外筒4，内筒5和外筒4之间的环空构成钻井液流入通道，内筒5用于存放岩心9；外筒4的底部连接用于环形破碎地层岩石形成岩心的防冲蚀钻头1，防冲蚀钻头1上设置能封闭且能开启的密闭液容置结构10，密闭液容置结构10内设置用于保护岩心的防高温密闭液3；内筒5内能移动地套设内衬管51，内衬管51用于直接接触岩心保护岩心9完整性，内筒5和内衬管51的底部连接设置复合式岩心爪2，复合式岩心爪2用于割取岩心9和承托已割取的岩心9，防冲蚀钻头1的内腔、复合式岩心爪2的内腔与内衬管51的内腔连通设置构成取心通道。

进一步，如图1和图2所示，防冲蚀钻头1上设置能封闭且能开启密闭液容置结构10的触压头13，岩心9能顶抵触压头13上移开启密闭液容置结构10。防冲蚀钻头1环形破碎地层岩石形成岩心9，岩心9进入防冲蚀钻头1内腔且顶抵触压头13上移，密闭液容置结构10开启，其内部的防高温密闭液3流出包覆岩心，隔离火驱后地层高温和岩心，保护岩心的完整。

进一步，如图1和图2所示，防冲蚀钻头1上设置外斜水眼11和防冲蚀水槽12，外斜水眼11的中心轴与防冲蚀钻头1的中心轴之间呈第一夹角设置，外斜水眼11用于改变钻井液流出方向；由于外斜水眼11向外侧有第一夹角的倾斜，改变了水流喷出方向，可以避免钻井液直接冲蚀岩心，减少钻井液对岩心的损害。外斜水眼11与防冲蚀水槽12的槽底连通设置，防冲蚀水槽12用于缓冲钻井液流动对岩心9的冲刷。钻进过程中，钻井液可以先进入内凹的防冲蚀水槽12，然后从槽底的外斜水眼流出，进一步降低取心钻进时钻井液对岩心的冲刷，由此最大程度保证岩心的完整性。

进一步，如图1和图2所示，复合式岩心爪2包括上下顺序连接的卡箍式岩心爪21和全封闭岩心爪22，卡箍式岩心爪21用于卡紧割断硬质的岩心，全封闭岩心爪22用于收缩割断松散的岩心。卡箍式岩心爪21和全封闭岩心爪22相结合构成的复合式岩心爪2能有效避免岩心掉落的情况发生。当取心井段受火驱影响较小，地层相对较硬时(形成的岩心为硬质岩心)，全封闭岩心爪22下压收缩难以割断岩心，此时采用卡箍式岩心爪21卡紧并割断岩心。当取心井段受火驱影响较大，地层松散，岩心比较容易散碎时，卡箍式岩心爪难以防止岩心掉落，这时全封闭岩心爪将下压收缩割断岩心，并且闭合，防止岩心掉落。复合式岩心爪2的双重功能，充分保证岩心9的完整性，有效提高岩心收获率。

在本实施方式中，内筒5为铝合金内筒，铝合金内筒具有优良的低摩阻特性且不会因为接触钻井液而生锈，在很大程度上减小了岩心进筒阻力，降低了岩心破碎几率；内衬管51为耐高温的PVC内衬管，其摩阻力仅为常规钢制管的25％，不仅有利于提高岩心进筒速度，而且出筒时可以保护松散岩心的结构不被破坏，减少岩心组分损失。

本发明提供的钻井取心装置中，防冲蚀钻头能改变钻井液喷出方向，避免钻井液直接冲蚀岩心，减少钻井液对岩心的损害，由此最大程度保证岩心的完整性；防冲蚀钻头上设置密闭液容置结构内设置防高温密闭液，在密闭取心过程中保护岩心不被钻井液侵入和污染；本发明提供的钻井取心装置中，复合式岩心爪具有双重功能，充分保证岩心的完整性，有效提高岩心收获率；本发明提供的钻井取心装置中，内筒采用铝合金内筒，具有优良的低摩阻特性且不会因为接触钻井液而生锈，在很大程度上减小了岩心进筒阻力，降低了岩心破碎几率；内衬管采用耐高温的PVC内衬管，其摩阻力仅为常规钢制管的25％，不仅有利于提高岩心进筒速度，而且出筒时可以保护松散岩心的结构不被破坏，减少岩心组分损失；本发明提供的火驱地层钻井取心方法能为研究火驱燃烧特征及开采效果分析提供直接依据，对于研究火驱开发效果等具有重要的实际意义。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种火驱地层钻井取心方法，其特征在于，包括，采用“高钻压、低转速、小排量”的钻井参数且使用防冲蚀钻头钻进火驱后的地层，防冲蚀钻头持续钻进形成岩心；防冲蚀钻头内存储防高温密闭液，岩心开始进入钻井取心装置时防高温密闭液流出，封闭包裹进入的岩心；岩心全部进入钻井取心装置后，防冲蚀钻头上方的复合式岩心爪收缩割断岩心，自井内取出封闭完整的岩心。

2.如权利要求1所述的火驱地层钻井取心方法，其特征在于，包括以下步骤:

步骤a、钻井到达火驱后地层后，将钻井取心装置的钻头换为防冲蚀钻头，采用“高钻压、低转速、小排量”的钻井参数继续钻进，随着防冲蚀钻头不断向地层中钻进，岩心逐渐形成；

步骤b、钻井取心装置包括外筒和内筒，防冲蚀钻头内存储用于保护岩心的防高温密闭液，岩心开始进入内筒时，触动防冲蚀钻头的触压头，储存于防冲蚀钻头中的防高温密闭液经由触压头流出，将岩心包裹住；

步骤c、钻井取心装置的内筒内能移动地套设内衬管，取出的岩心直接进入内衬管内；

步骤d、岩心全部进入内衬管后，复合式岩心爪收缩割断岩心，取心结束；

步骤e、内衬管内岩心保持封闭完整，岩心出井时，将内衬管和岩心同时取出。

3.如权利要求1所述的火驱地层钻井取心方法，其特征在于，所述防高温密闭液采用改性树脂和氧化沥青，所述防高温密闭液的抗高温能力大于等于160℃，所述防高温密闭液恒温滚动能力达到180摄氏度16小时。

4.如权利要求1所述的火驱地层钻井取心方法，其特征在于，所述防冲蚀钻头上设置外斜水眼和防冲蚀水槽，所述外斜水眼的中心轴与所述防冲蚀钻头的中心轴之间呈第一夹角设置，所述外斜水眼用于改变钻井液流出方向；所述外斜水眼与所述防冲蚀水槽的槽底连通设置，所述防冲蚀水槽用于缓冲钻井液流动对岩心的冲刷。

5.如权利要求1所述的火驱地层钻井取心方法，其特征在于，所述复合式岩心爪包括上下顺序连接的卡箍式岩心爪和全封闭岩心爪，所述卡箍式岩心爪用于卡紧割断硬质的岩心，所述全封闭岩心爪用于收缩割断松散的岩心。

6.如权利要求2所述的火驱地层钻井取心方法，其特征在于，所述内筒为铝合金内筒，所述内衬管为耐高温的PVC内衬管。

7.一种如权利要求1至3任一项所述的火驱地层钻井取心方法中使用的钻井取心装置，其特征在于，包括双层管柱，所述双层管柱包括同轴套设的内筒和外筒，所述外筒的底部连接用于环形破碎地层岩石形成岩心的防冲蚀钻头，所述防冲蚀钻头上设置能封闭且能开启的密闭液容置结构，所述密闭液容置结构内设置用于保护岩心的防高温密闭液；所述内筒内能移动地套设内衬管，所述内衬管用于直接接触岩心保护岩心完整性，所述内筒和所述内衬管的底部连接设置复合式岩心爪，所述复合式岩心爪用于割取岩心和承托已割取的岩心，所述防冲蚀钻头的内腔、所述复合式岩心爪的内腔与所述内衬管的内腔连通设置。

8.如权利要求7所述的钻井取心装置，其特征在于，所述防冲蚀钻头上设置能封闭且能开启所述密闭液容置结构的触压头，岩心能顶抵所述触压头上移开启所述密闭液容置结构。

9.如权利要求7所述的钻井取心装置，其特征在于，所述防冲蚀钻头上设置外斜水眼和防冲蚀水槽，所述外斜水眼的中心轴与所述防冲蚀钻头的中心轴之间呈第一夹角设置，所述外斜水眼用于改变钻井液流出方向；所述外斜水眼与所述防冲蚀水槽的槽底连通设置，所述防冲蚀水槽用于缓冲钻井液流动对岩心的冲刷。

10.如权利要求7所述的钻井取心装置，其特征在于，所述复合式岩心爪包括上下顺序连接的卡箍式岩心爪和全封闭岩心爪，所述卡箍式岩心爪用于卡紧割断硬质的岩心，所述全封闭岩心爪用于收缩割断松散的岩心。

Images