李长红

（大庆油田有限责任公司勘探事业部，黑龙江 大庆 163000）

随着石油钻探技术的不断发展，钻井取心技术也在不断的发展和完善，石油行业对钻井取心质量的要求也在不断提高。如今，岩心收获率已经不再是衡量取心质量的唯一标准，另一个衡量岩心质量的重要指标——岩心完整率的意义逐渐凸显出来。这一指标为取心技术的进一步精细化、完善化提供了标准，指明了方向。

岩心完整率，是在取出的岩心中，只选其成柱形的、能合成柱形的及成圆形片状的岩心，量出其总长度与本次进尺之比，用百分数来表示。不能合拢在一起的破碎岩心、填充物和夹泥等，不计算在内。

完整率：

其中：II是岩心完整率；L成柱形岩心是成柱形岩心的长度；L能合并成柱形岩心是能够拼成柱形岩心的长度；L圆片形状岩心是成圆片形状岩心的长度；L进尺是取心钻进时的总进尺。

1 提高岩心完整率的方案及措施

从岩心完整率的定义可以看出，要提高岩心完整率，就须要提高成柱形岩心的长度。通过研究发现，提高成柱形岩心长度的方案及措施有以下4 种。

1.1 降低取心钻头的回旋现象

回旋现象是在取心钻进过程中，因取心工具与井壁之间有一定的间隙，当取心工具及钻具旋转起来时，取心钻头与井壁之间的作用及运动轨迹就像是一组运动的内行星齿轮机构。取心钻头被不平衡切削力推向井壁，取心钻头与井壁之间会造成一个新的摩擦力。当这个摩擦力达到足够大时，就会让取心钻头与井壁之间无相对滑动。那么，取心钻头此时的瞬时旋转中心就不会再是取心钻头的几何中心，而是取心钻头与井壁接触的某个确定部位。在多数情况下，这个确定位置通常位于保径处。取心钻头回旋原理见图1。

图1 钻头回旋原理示意图

取心钻头回旋现象一旦发生就会很难停止，主要原因是取心钻头在回旋的同时会产生一个离心力，这个离心力将加剧取心钻头不断推向井壁，从而产生更大的摩擦力，进而加剧回旋运动。即使是在转盘钻进的条件下，产生的这个离心力也大大高于静态不平衡切削力。

取心钻头在井底的回旋现象会造成取心钻头在井底的不平衡运动，从而导致取心钻头切削齿与井壁进行直接碰撞破碎，造成进筒岩心破碎，最后诱发堵心，使岩心收获率和完整率降低。

降低取心钻头在井底回旋现象最好的措施是在取心钻头上部加入近取心钻头扶正器，近取心钻头扶正器的外径略小于取心钻头直径，在取心钻进过程中，因近取心钻头扶正器与井壁之间的间隙很小，因此近取心钻头扶正器可以有效地限制取心钻头的横向振动，从而降低取心钻头在井底的振动作用，使得取心钻头回旋现象降至最低甚至被消除，达到提高岩心完整率的目的。

1.2 应用低摩阻自润滑陶瓷轴承

硬地层取心工具的内筒是通过悬挂轴承悬挂在外筒的安全接头上。内筒下端的连接套悬挂在钻头上方，与钻头之间间隙为8～12 mm，因此，整个内筒的重量及钻进旋转产生的摩擦阻力都作用在悬挂轴承上，在取心钻进过程中内筒不随外筒旋转。悬挂轴承通常采用钢质轴承，轴承用润滑脂润滑，在取心钻进过程中，润滑脂逐渐消耗，轴承滚子与轴承套之间的摩擦增大，滚子与轴承磨损逐渐加剧，当磨损到一定程度，内筒会随外筒旋转和振动，导致已进筒岩心的扭断、振动破碎，破碎的岩心会堵塞在内筒连接套与钻头之间，导致堵心，影响岩心的收获率和完整率。

新型陶瓷轴承的抗研磨性能强、受力弹性小、抗压力大、自重轻、摩擦系数小，并且陶瓷轴承的自润滑性能好，大大地提高了内筒悬挂的稳定性，有效地防止了内筒的旋转和振动，降低了由内筒振动导致的岩心破碎和堵心，提高了岩心收获率和完整率。

1.3 应用可切割铝合金内筒或者可切割玻璃钢内

筒代替钢内筒

硬地层取心工具的内筒为可多次重复使用的钢内筒，在岩心出筒时将内筒悬空吊起，然后通过榔头敲击钢内筒，使得岩心在施加的外力振动下从内筒中滑出，在敲击的过程中，岩心的微裂缝进一步破碎，导致岩心破碎成不规则的块状，大大减低了岩心的完整率，同时从内筒掉出的岩心容易掉落在地上，与地面碰撞而破碎，而且很容易因出心过程混乱而造成的岩心顺序错乱，影响了岩心质量。

采用可切割铝合金内筒或可切割玻璃钢内筒代替传统的钢内筒有两点优势：

1）可切割铝合金内筒或可切割玻璃钢内筒的内壁光滑，大大降低了岩心进筒的阻力，使得岩心更容易进入内筒。

2）可切割铝合金内筒或可切割玻璃钢内筒可以随岩心一起切割，可以起到保护岩心的作用，并随岩心一起包装，在岩心的运输过程中也能保护岩心，有效防止岩心内部微裂缝的进一步破坏。

1.4 优化操作方法

通过现场统计与调查30 口已完成取心井时发现，在使用以往钻进参数施工的30 口取心井中，虽然取心的平均机械钻速有所提高，但发生岩心破碎和堵心现象的次数也大大增加了，其中发生岩心爪处堵心4 次，内筒处堵心5 次，岩心破碎掉落9 次。通过研究发现，堵心是导致岩心完整率低的主要因素之一。

要降低取心过程中的堵心几率，单纯改进取心工具结构是远远不够的，优化取心钻进参数是关键因素，同时还有地层岩性及地层结构因素。研究发现，不同的地层结构、坚硬程度及岩性的地层中取心所使用的取心钻进参数是有很大区别的，具体取心钻进参数优化应该结合钻进过程中所遇到的具体情况进行调节和优化。比如在均质致密砂岩或页岩地层中可采用高转速、低钻压的钻进参数；在钻遇破碎地层、松散地层，或者钻具振动较严重的地层时，则须要适当降低转盘转速，提高钻压。

同时还发现一个取心钻进准则，那就是在取心钻进过程中，如果不增加钻压则无进尺，且钻压持续增大未见减小的情况时，可能发生了堵心，这种情况下，应立即停止取心。

2 结论

1）岩心完整率的重要性越来越高，但影响岩心完整率的因素多种多样，从前期的取心钻进到后期的岩心地面处理，再到最后的岩心运输，都可能是造成岩心完整率低下的原因。同时，人为因素也是影响岩心完整率的重要因素。

2）要提高岩心完整率，不仅要改进取心工具结构，优化取心钻进参数，提高岩心后处理效率，同时还要提高取心技术人员素质，在岩心运输过程中要对岩心进行保护，做到轻拿轻放，全程采用减震材料进行保护。