绳索取心钻具的优缺点

国内取心钻具现状及分析~

1.2.1 川5型取心钻具
1.2.1.1 钻具结构及其特点
川-5型取心钻具（图1.2）适用于石油、地质勘探钻井中的取心作业，尤其能满足高压油气层的钻井钻具组合中安放旁通阀、止回阀的取心作业，是石油天然气钻井具代表性的取心钻具。该型取心工具配套完善、规格齐全、技术先进、操作简单、设计较前几代取心钻具更合理。

图1.2 川5型取心钻具示意图

钻具主要由悬挂总成、旋转总成（A型）、差值短节（稳定器）、外筒、内筒、岩心爪总成、取心钻头和辅助工具等部分组成。具有如下特点：
1）采用高强度厚壁无缝钢管作外管，使用了特殊扣型，强度高、稳定性好，有利于提高岩心采取率、回次进尺和延长取心钻头使用寿命。
2）除优质钢内管外，还设计了具有轻质、耐温、耐腐蚀、强度高、内壁光洁等优点的不锈钢、铝合金、喷瓷、玻璃钢作内管，该内管具有岩心进入阻力小，有利于提高回次进尺和取心采取率。
3）在内外管接头上调整间隙：利用调节螺帽的正反旋，实现增长或减短内总成长度，以满足间隙值。可调范围为0～60mm，可微调值为1.5mm，调整间隙操作方便、可靠。
4）旋转总成（A型）处设计有自动卸压装置，在卡心、堵心时可通过此装置自动泄掉内管内钻井液压力，同时该结构可避免川-4型钻具的调节间隙处的键槽被高密度钻井液刺坏。
5）外管差值短节（稳定器）筋表面堆焊有耐磨层（硬质合金），耐磨性好，扭矩较小，减少了对外筒的表面磨损。
6）轴承无弹夹，两端无密封，允许少量泥浆流过起冷却和润滑轴承的作用，结构简单、转动灵活、寿命长。
7）该钻具只需更换不同结构型式的岩心爪来适应软、中、硬及破碎地层。
1.2.1.2 钻具主要型号规格（表1.1）
表1.1 钻具主要型号规格


1.2.2 SLYb-8100取心钻具
1.2.2.1 钻具结构及其主要特点
SLYb-8100型取心钻具由上接头、外管、内管、复合材料保形衬管、分水悬挂总成、变径缩径套、整体卡箍岩心爪、取心钻头等组成（如图2-3所示）。

图1-3 SYLb-8型取心钻具示意图

在钢制内管中装入一合适规格尺寸的MC尼龙复合材料衬管。此衬管内壁光滑，摩阻低（摩擦系数仅为常规钢制筒的1/3），使得在取心钻进中岩心进入衬管的摩擦阻力变得很小，可有效地防止岩心堵（卡）。同时，由于复合材料衬管质量轻（密度为钢材料的1/7），便于切割。
1.2.2.2 主要技术参数
取心钻头外径215mm，内径101.6mm；外管外径178mm，内径154mm；接头外径194mm，内径154mm；内管外径139.7mm，内径127mm；接头外径148mm，内径127mm；MC尼龙复合材料衬管外径123mm，内径108mm；单节长度4m；自由状态的岩心爪外径107mm，可收缩最小外径94mm；工具组装好后的轴向间隙10～15mm；单节取心工具全长10.33m，总质量约1500kg，最大取心长度9.5m；钻具上端牙型为NC50内螺纹。
1.2.3 石油钻井取心钻具结构分析
川5型取心钻具是目前我国石油天然气钻井目前最常用的取心钻具，运用范围广。SYLb-8取心钻具是胜利油田钻井工艺研究院为提高中硬和砾石层取心质量设计的，是一种三层管保形取心钻具。两种钻具基本代表国内石油天然气取心钻具技术水平和设计理念，其特点是：
1）两种钻具都使用高强度厚壁管作为内、外管，使得钻具有很高的强度、刚度，稳定性好，但同时，管材的选型和与取心钻头的配合，是以牺牲钻头切削面积为代价的；
2）已开始采用开式轴承设计，单动可靠性虽较前几代产品有大为提高，但都只采用了一个轴承的设计，单动性能较岩心钻探取心钻具差；
3）调节结构可调范围小，内、外管的互换性差，不利于长井段连续取心；
4）设计并采用了不锈钢、铝合金、喷瓷、玻璃钢等多种内管（或作为衬管），有利于提高破碎地层回次进尺和取心采取率，为科学超深井取心钻具设计提供了较好的思路。
综上所述，石油天然气钻井取心不同于地质岩心钻探和科学钻探，取心比例很小，一口井的取心钻进作业所占用的时间很少，消耗也少，且多采用技术服务的方式，由专业的取心服务队伍完成。取心钻具考虑更多的因素是安全性和岩心采取率，较少兼顾机械钻速的提高，钻具的组装、调节较烦琐。因此，科学超深井不能直接使用石油天然气取心钻具，但诸多优点值得借鉴。
1.2.4 地质岩心钻探取心钻具分析
岩心钻探是固体矿产地质勘探常采用的勘探手段。其目的是从孔内取出岩心用以研究地质和矿产的情况，采用的是小直径取心钻具，最终的孔径从33mm到91mm不等。因孔浅、直径小，相比石油钻井和科学钻探，岩心钻探设备能力小、能耗低、投入小。钻探目的就是获取岩矿心，故取心比例大，几乎都为全孔取心，主要的时间、金钱都消耗在取心钻进作业中。因此，多年来，岩心钻探都致力于取心技术水平的提高。
地质岩心钻探主要采用提钻取心和绳索取心两种岩心打捞方式。提钻取心每采心一次就需提一次大钻，绳索取心只有当钻头磨损需要更换和打捞失败时才需要更换，因此，自绳索取心技术问世以来，因其巨大的打捞速度优势被迅速推广，目前已成为岩心钻探主要的岩心回收方式，仅在无法实用绳索取心钻进的复杂地层中实用提钻取心方式。
岩心钻探取心钻具种类繁多，此处不作个别介绍，其结构特点大致是：
1）都采用薄壁地质管材，强度低；
2）外总成与孔壁、内管与外管的环状过流间隙小；
3）受钻具口径限制，且钻孔深度浅，几乎都采用小型轴承、密封单动结构；
4）回次长度短，少有超过3m的取心钻具；
5）因所钻取的岩心直径小、长度短，而且多在硬岩地层取心，卡簧设计卡心直径范围小，抱紧力也小。
综上所述，岩心钻探取心钻具因多年来，仅用于浅孔、小口径取心钻进，直接放大套用还不适合科学超深井。
1.2.5 科学钻探KT型取心钻具
KT型取心钻具是有中国地质科学院勘探技术研究所针对大直径、长回次连续取心的科学钻探设计，已成功运用于CCSD-1井、SK-1井（主井）及WFSD工程等。
详细介绍见第2章取心钻具方案。

在钻具的使用过程中,由于操作不当或钻具主要零部件失灵等原因,会发生故障。发生故障时,应认真分析,查明原因,采取措施,及时排除。
绳索取心钻具常见故障、产生原因及排除方法如下所述：
（一）打捞器捕捞不住内管总成
使用打捞器打捞内管总成时,根据绞车卷筒上钢丝绳的标记,确认打捞器已到达内管总成上端,可是打捞器不能把内管总成提取上来。出现这种情况,可能有以下原因：
1）因跑钻等原因,孔壁的岩石碎块或其他杂物落到内管总成上端,卡在捞矛头处。
2）冲洗液中岩粉较多,停钻后又未及时打捞,沉淀岩粉盖住捞矛头。
3）内管总成的捞矛头损坏,使打捞器的打捞钩捞不住。
4）打捞钩损坏或其尾部断裂,使打捞器失效。
遇到这种情况,上下提放打捞器,反复捞几次。如不见效则可把打捞器提升上来检查,若打捞器完好无缺,则应提钻处理。
（二）打捞器捕捞住内管总成后提拉不动
打捞器到达内管总成上端,而且捕捞住内管总成,但提拉不动,则多数是由以下原因所致：
1）因岩心堵塞或卡簧座倒扣,使内管总成在弹卡挡头与钻头内台阶顶死,弹卡板不能收拢。
2）因地层原因,提断的岩心下端呈蘑菇状,使得内管总成提拉不动。
3）弹卡板的弹性圆柱销脱出,卡住回收管不能上移。
4）卡簧座下端和内管的螺纹部分因岩心堵塞后未及时打捞且盲目加压变形,使其通不过外管总成中的座环。
（三）悬挂环和座环严重磨损,拔断岩心时,悬挂环卡死在座环中
1）使用安全脱卡机构,使打捞器与内管总成脱开,把打捞器提升上来。
2）根据所钻地层情况,认为有可能是因岩心蘑菇头造成的,则将钻具放到孔底,开始研磨片刻,再下放打捞器试捞,如仍无效,则需提钻处理。
（四）打捞器下放或提升内岩心管在钻杆中遇阻
1）钻杆螺纹发生变形,如公扣收扣,使内管总成的悬挂环不能通过。
2）钻杆或内管严重弯曲,使内管总成卡死在钻杆柱内。
3）钻杆脱扣或断裂,把内管总成卡在断口处。
这时,应先使用安全脱卡机构,把打捞器提升上来,然后提钻检查并更换不合技术要求的钻杆或内管。
（五）打捞出的内管无岩心
1）岩心直径与卡簧内径配合不当,岩心直径过小,卡簧卡不住岩心,造成没有拔断岩心或岩心在打捞途中脱落。
2）弹卡钳或弹卡挡头被严重磨损,失去定位作用,钻进时内管总成向上串动,形成打“单管”。
3）由于钻杆柱内有脱落岩心或钻杆柱严重弯曲,螺纹部分变形等原因,使得内管总成卡在钻杆中未到底。
4）内管总成还未到预定位置就开始扫孔钻进,导致岩心过早地进入钻头,使内管总成不能到达钻进位置而形成“单管”钻进。
遇到上述情况,应提钻逐项检查。
（六）到位报信机构失灵
1）弹簧产生疲劳永久变形。
2）阀堵退扣。
此时应更换弹簧,拧紧阀堵。

1.优点

（1）在岩心钻探过程中，升降钻具是一项费时、费力的辅助工序。据统计，在不深的钻孔中一般纯钻进时间和升降钻具各占30％～40％左右。钻孔越深，升降钻具所占的时间比例越大。因此，绳索取心钻进是岩心钻探领域一次重大的技术革命。由于减少了升降钻具的辅助时间，因而提高了时间利用率，使回次钻速、技术钻速一般可提高25％～100％左右。

图10-14 双弹卡双管绳索取心钻具

图10-15 绳索取心打捞器

（2）岩心采取率高：由于绳索取心在钻进过程中遇到岩心堵塞时，机构会报信，可立即起钻提取岩心，减少了岩心在岩心管内磨损时间，从而有利于提高岩心采取率和质量。

（3）钻头寿命长：由于提钻次数减少，对金刚石钻头损坏的机会也相应减少，加之绳索取心钻杆与孔壁间隙小，钻头工作稳定，因而相对地延长了钻头寿命。

（4）在复杂地层中钻进适应性强：它提钻次数少，减少了孔壁裸露的机会，此外，钻杆柱还可起到套管的作用，因此，有利于快速穿过复杂地层。

（5）工人劳动强度低：用普通钻进方法钻进时，升降钻具次数多，工人拧卸钻杆的劳动强度大，而绳索取心钻进可使劳动强度大大降低。

2.缺点

（1）钻杆柱与孔壁间隙小，增加了钻杆柱的磨损，使得冲洗液循环阻力增大。

（2）绳索取心钻头壁较厚，钻杆柱较粗，回转阻力大，动力消耗大，钻进硬岩时，效果较差。

（3）要求钻杆的材质好，加工精度高，钻杆价格较高。

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巫溪县17037846017： 如何区分绳索取芯钻杆质量的好坏? - ？
陀凯关节： 有资料可以看得,绳索取心钻进又叫不提钻取芯钻进,它的特点是当岩芯装满内管时,不提钻而用绳索打捞器从钻杆内把内管捞取上来获得岩芯,好的绳索取芯钻杆直线度好、螺纹不易损坏,配合紧密,宁波浙东是国内生产绳索取芯钻杆的主要厂家之一.

巫溪县17037846017： 简述绳索取心钻具的工作原理.怎样判定钻具到位 - ？
陀凯关节： 常用取心钻头最大只见过215.9mm,取完心,需要扩眼,你是塔里木油田的哪位呀,塔里木大井眼取心用215.9mm, 常用取心钻头最大只见过215.9mm,取完心,需要扩眼,你是塔里木油田的哪位呀,塔里木大井眼取心用215.9mm,

巫溪县17037846017： 绳索取心是什么意思? - ？
陀凯关节： 绳索取心 - 绳索取心 学科:钻探工程 词目:绳索取心 英文:wireline coring 释文:一种可不提出钻头和钻具从孔底取出岩心的方法.连接着钻头的外岩心管与容纳岩心的内岩心管,利用弹簧卡销锁定,也可以脱开分离.在钻进一...

巫溪县17037846017： 我国目前钻探最先进取芯工艺是绳索吗?？
陀凯关节： 钻探行业中,绳钻是一种较为成熟的工艺, 目前用的多的,实际上也是老外搞的,但 不是最先进的工艺,贯通式中心取样工法 是目前较先进的工艺.

巫溪县17037846017： 一般绳索取芯钻杆的价格是多少? - ？
陀凯关节： 不定的,宁波浙东就是做绳索取芯钻杆的,常用材质45MnMoB、ZT850,规格Φ71*5.5,Φ89*6等,钢管的理算公式为:(外径-壁厚)*壁厚*0.02466=每米重量,绳索取芯S75钻杆,每米大约为8.9公斤,不包含接手等配件.

巫溪县17037846017： xy - 2b地质钻机,可以用于绳索钻具吗? - ？
陀凯关节： 国金金属 就是做 绳索取芯钻机的.XY-2B 钻探深度在200-300米左右.不建议用绳索钻具.推荐的钻机型号是 XY-44等钻机.配件 71绳索钻杆 材质 R780 BG850 产地 宝钢

巫溪县17037846017： 钻机的基本参数 - ？
陀凯关节： 钻机的技术参数表明了钻机的规格和主要技术性能,因此需要在总体设计中确定.这些技术参数,用于设计,是确定钻机总体结构、选用液压件和部件结构的前提;用于生产,则是比较、评价和选用钻机主要依据之一. 钻机的技术特性参数很多...

巫溪县17037846017： 钻探双动双管取心是不是绳索取心 - ？
陀凯关节： 双筒取心和 绳索取心是不同的施工作业内容. 前者是在大井眼钻井施工中 两个取芯筒链接后,取心,一次取两筒心; 后者在钻探的小井眼(79-152mm)的施工中采用的取心工艺.

巫溪县17037846017： 新买的绳索取芯钻杆如何使用? - ？
陀凯关节： 新买的绳索取芯钻杆使用前需将螺纹清理干净,并均匀涂抹丝扣油,小心对扣,手拧几圈后再用机拧,更换接头时与钻杆联接需根据规范的上扣扭矩紧扣.具体的使用方法可以咨询宁波浙东的服务人员.

巫溪县17037846017： 地质钻探方法的主要类型有哪些? - ？
陀凯关节： 按机械碎岩方式分有回转钻探、冲击钻探、冲击回转钻探等;按碎岩工具或磨料分有钢粒钻探、硬质合金钻探、金刚石钻探、复合片钻探、牙轮钻头钻探等;按获取岩心的方式分有提钻取心、绳索取心、反循环连续取心取样等;按冲洗液类型分有清水钻探、泥浆钻探、空气钻探等;按冲洗液循环方式分有正循环钻探、反循环钻探、孔底局部反循环钻探等.此外还有一些特殊的方法,如井底动力驱动钻探、定向钻探等,也可以是上述方法的组合. 地质岩心钻探采用的主要钻探方法有硬质合金钻探、金刚石钻探(含绳索取心钻探)、复合片钻探、冲击回转钻探、定向钻探、反循环取心取样钻探等.