松散砂礫巖地層鉆井取心技術在渤海旅大區(qū)塊的應用

趙宗鋒

(中國石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營 257017)

松散砂礫巖地層鉆井取心技術在渤海旅大區(qū)塊的應用

趙宗鋒

(中國石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營 257017)

渤海旅大區(qū)塊新近系地層疏松、礫石含量高，導致鉆井取心收獲率低；通過研究儲層地層巖性特點，分析巖性對取心收獲率的影響，優(yōu)選取心鉆頭和取心工具，優(yōu)化取心鉆進參數(shù)和取心工藝，形成了渤海旅大區(qū)塊松散砂礫巖地層鉆井取心技術。該技術在LD5-2N-2井現(xiàn)場應用，取心進尺204.00 m，心長166.60 m，平均收獲率81.7%，提高了同類地層取心收獲率，具有推廣應用前景。

渤海旅大區(qū)塊；松散砂礫巖；礫石層；鉆井取心

渤海旅大區(qū)塊儲層主要集中在新近系明化鎮(zhèn)組和館陶組。巖性預測為大套砂巖、含礫砂巖夾泥巖，砂巖疏松，成柱性差，并且有大段礫石層，礫石直徑較大，最大超過100 mm，導致取心收獲率低。前期施工的LD5-2N-1井取心收獲率僅為50.53%。為求取新近系稠油的產能，升級儲量級別，進一步評價油藏，探索海上特稠油高效開發(fā)方法與技術，進行海上SAGD開發(fā)技術攻關，需進行系統(tǒng)取心。針對該區(qū)塊鉆井取心現(xiàn)狀，優(yōu)選取心工具，在實鉆過程中不斷優(yōu)化取心鉆進參數(shù)及取心工藝措施，形成了一套適合渤海旅大區(qū)塊地層的取心配套技術。

1 地層巖性對取心收獲率影響分析

新近系明化鎮(zhèn)及館陶組地層埋藏淺，地層壓實效應差，地層疏松，巖心松散不成形。同時該層大部分含有礫石，礫石直徑2～100 mm，礫石與砂巖之間泥質膠結或不膠結，且有大段純礫石層，礫石直徑50～100 mm，屬于松散砂礫巖地層范疇。

1.1 疏松地層

松散地層取心一直是鉆井取心界的一道難題。松散地層巖心成柱性差，甚至不成柱，其對取心收獲率的影響主要有以下幾個方面：

(1)部分巖心在進筒前被鉆井液沖蝕。

(2)進筒巖心在取心鉆進過程中，有一部分隨著鉆井液流出內筒。

(3)取心進尺達到一定程度后，進筒巖心在自重作用下垮塌，導致后續(xù)巖心進筒困難，甚至不進筒，有時出現(xiàn)磨心、堵心現(xiàn)象，進一步降低了巖心收獲率[1]。

(4)松散巖心在鉆頭口易堆積，極易導致堵心，影響巖心收獲率。

(5)疏松地層巖石可鉆性高，在發(fā)生堵心等異常情況時，地面反應不明顯，現(xiàn)場判斷困難，造成收獲率偏低。

1.2 礫石含量

礫石對取心收獲率的影響分為兩類，第一類為偶含礫石層段，第二為砂礫巖層段。

對于偶含礫石層段，根據(jù)所含礫石直徑的大小又分為兩種情況。一是當?shù)[石直徑小于50 mm的層段，取心作業(yè)時，礫石直接隨巖心套被取進取心筒，取心鉆頭在井底基本能保持穩(wěn)定狀態(tài)，對取心收獲率基本無影響。另一種情況是礫石直徑大于50 mm時，礫石進筒方式為擠壓或切削方式，礫石在井底受力不均，極易在鉆頭口及巖心爪處發(fā)生堵塞，造成堵心。由于偶含礫石，扭矩波動可能不明顯，同時由于該層段巖性疏松，泥質膠結，可鉆性高?，F(xiàn)場操作中由于疏松砂巖堵心后鉆時等參數(shù)沒有明顯變化，易造成判斷困難，喪失割心的最佳機會，造成堵心后的磨心，從而造成收獲率偏低。

對于含礫石較多的砂礫巖層段，礫石直徑大小不一，且基本不膠結。取心鉆進時，鉆頭切削地層，受力極不均勻，取心工具抖動憋跳嚴重，可以導致工具失穩(wěn)，表現(xiàn)在地面上主要為鉆具憋跳，扭矩波動劇烈。礫巖破碎后礫石滾動互磨，巖心基本上不會成形，極易造成巖心磨損，進筒困難，并且極易發(fā)生卡心堵心。進筒的巖心在鉆具震動作用下分散，疏松砂巖及較小粒徑礫石下落至井底，重復切削，降低取心收獲率。同時較大礫石的存在，使得割心變得困難，通常會導致巖心爪收縮不完全，從而導致進筒巖心在起鉆過程中部分落井。

另外礫石的大量存在對井眼穩(wěn)定性提出更高要求，而且極易造成井下復雜情況發(fā)生。礫石的大量存在，對取心筒和取心鉆頭的傷害也比較大，極大地縮短取心工具使用壽命。

2 疏松砂礫巖地層取心技術

2.1 取心鉆頭及取心工具優(yōu)選

根據(jù)渤海旅大區(qū)塊儲層埋藏淺、砂巖松散不成形、且大段含有礫石的地層特點，選擇了勝利保形取心工具Rb-8100。疏松地層取心，機械鉆速一般沒有問題，主要考慮巖心防沖蝕，因此，取心鉆頭選擇了防沖蝕型PSC143b-8100取心鉆頭，該型號鉆頭已在勝利油田淺層成功應用多年，效果良好[2]。

2.2 取心工具特點

Rb-8100型取心工具主要由取心鉆頭、巖心爪、取心筒(外筒、內筒、鋁合金襯筒)、懸掛總成、承壓座、加壓桿、加壓接頭組成。該取心工具具有以下特點：

(1)采用內外雙筒單動懸掛式結構。外筒傳遞鉆壓和扭矩，帶動鉆頭旋轉取心鉆進；內筒采用大彈子、無彈夾的懸掛軸承，使內筒處于靜止狀態(tài)，使進入內筒的巖心處于相對靜止狀態(tài)。

(2)采用鋼球懸掛方式，安全可靠[3]。內筒重量作用在承載能力較大的鋼球上，避免提前釋放內筒組合，在下鉆作業(yè)過程中可提高下鉆速度，提高作業(yè)效率。

(3)采用具有伸縮功能的機械加壓割心機構，將巖心爪收縮到最小尺寸，使疏松砂巖進筒后，在起鉆過程中不漏不掉，保證松軟地層取心收獲率。

(4)采用低摩阻鋁合金襯筒，減少巖心進筒時的堵塞和阻卡，在實現(xiàn)保形功能的同時，提高巖心收獲率和平均單筒取心進尺。同時鋁合金還具有易切割，取樣儲存方便的特點。

2.3 取心參數(shù)優(yōu)化

取心作業(yè)是一項綜合性技術作業(yè)，不僅有好的取心工具、井眼質量，還要有合理的鉆井參數(shù)配合。針對渤海旅大區(qū)塊儲層埋藏淺，地層松散不成形，且含有礫石的特點，制定了相應的取心鉆進參數(shù)，形成了“鉆壓、排量相結合，礫石層看扭矩，根據(jù)鉆時調參數(shù)”的取心參數(shù)特點。根據(jù)地層及實鉆情況確定的取心鉆進參數(shù)如表1。

表1 取心鉆進參數(shù)

2.4 取心措施

2.4.1 取心準備

井身質量符合設計要求，起下鉆遇阻、遇卡井段必須處理正常，取心前應進行短起下作業(yè)。確保井底干凈無落物，確保地面設備和儀器儀表性能良好。所有鉆具與接頭水眼須經專門檢查，確保鋼球能順利就位。調整好鉆井液性能，確定合理的鉆井液密度，控制好鉆井液濾失量。提前落實好投球位置，配好放入，為割心做好準備。

2.4.2 下鉆

下放鉆具要平穩(wěn)，嚴禁猛剎、猛頓、猛放。在裸眼或井眼不規(guī)則處下鉆速度要嚴格控制，遇阻不超過4 t,遇阻經上下活動無效時，應循環(huán)泥漿，不得劃眼強下。下鉆至井底一個單根高度，緩慢開泵。起動泵壓不得超過7 MPa，以免猛烈開泵造成剪斷內筒銷釘。開泵正常后，以1 200 L/min的排量在離井底2 m以上活動，循環(huán)沖洗井底。期間進行校深、探底操作，并記錄好上提下放摩阻。

2.4.3 鉆進

取心時，開始加壓20～30 kN，鉆進0.2～0.3 m，然后慢慢把鉆壓加至正常鉆壓，若所鉆地層為疏松砂巖，則一開始就需加至正常鉆壓，防止鉆具“放空”。要求送鉆均勻，增壓及時，嚴禁溜鉆。在整個取心過程中要求不停泵、不停轉、不能上提鉆具。全程跟蹤記錄取心參數(shù)，密切注意參數(shù)變化，及時分析判斷井下情況，確保取心順利進行。礫石層段，密切注意扭矩變化，控制取心進尺，保證井下安全。

2.4.4 割心、起鉆、出心

根據(jù)地質預測與鉆時，盡量選擇在泥巖段或相對較硬的砂巖段割心，異常情況應果斷割心。割心時要停泵、停轉，上提鉆具0.3 m，讓加壓接頭的滑動六方完全拉開而鉆頭又不離開井底。卸開頂驅投球，間隔投球，每次投球1只，累計投球4只，讓球自由下落，球落時間按0.006 m/min計算，期間可適當轉動鉆具。待鋼球就位后，滑放鉆具加壓割心。懸掛銷釘剪斷時，一般指重表會突然回擺60～120 kN，繼續(xù)加壓至260 kN完成割心操作。割心完畢立即起鉆，起鉆要平穩(wěn)，禁止轉盤卸扣和繃扣。加壓接頭松扣上提時，要堵好井口，防止鋼球落井。出心時，地質工程人員配合好，確保巖心按順序擺放標記。每次出心完畢，保養(yǎng)好取心筒，同時對取心情況進行分析總結，制定好下一筒次取心措施。

3 現(xiàn)場應用

在LD15-2N-2井現(xiàn)場作業(yè)中，采用Rb-8100取心工具和PSC143b-8100型取心鉆頭，在明化鎮(zhèn)和館陶組地層井段882.00～1086.00 m處取心78筒，取心進尺204.00 m，心長166.60 m，平均收獲率81.7%，與同類地層相比收獲率有大幅提高，取心效果良好，具體取心數(shù)據(jù)見表2?？梢钥闯?，Rb-8100取心工具較其它類型取心工具同類地層取心收獲率提高71.6%，與LSφ241.3 mm工具相比，收獲率也有1.6%幅度的提高，說明Rb-8100取心工具適用于松散砂礫巖地層，同時對Rb-8100取心工具在松散砂礫巖地層應用的進一步完善改進指明了方向[4]。

4 結論及建議

(1)Rb-8100取心工具基本能夠滿足松散砂礫巖取心要求，工具可靠性高。

(2)與其它工具相比，同類地層取心收獲率有明顯提高，可以作為該類地層取心工具首選，對于礫石層可以對取心工具繼續(xù)改進，通過增加巖心直徑來提高取心收獲率。

表2 取心對比分析情況

(3)礫石的多寡、直徑大小是影響松散砂礫巖地層取心收獲率的主要因素。

(4)在礫石層地層取心，鉆頭切削地層時受力極不均勻，取心工具抖動憋跳嚴重，在持續(xù)交變應力下易疲勞破壞，應及時更換。

(5)研制適合礫石層取心的專用鉆頭，提高取心鉆頭壽命。

[1] 李新昌，李劍，洪黎，等.泌陽凹陷北部斜坡松散破碎地層取心技術[J].石油地質與工程，2010，24(3)：111-113.

[2] 楊玉坤，孔繁亮，畢永進.勝利油田系列化取心工具的研制與應用[J].石油機械，1995，23(1)：44-48.

[3] 許俊良，薄萬順，蔣慶祥.球懸掛取心技術[J].石油鉆采工藝，2005，27(4)：85-86.

[4] 楊立文，廖潤康，孫文濤.LSφ241.3 mm松散地層取心工具的研制與應用[J].石油鉆采工藝，2000，22(3)：17-19.

編輯：劉洪樹

1673-8217(2015)05-0104-03

2015-05-08

趙宗鋒，碩士，工程師，1981年生， 2007年畢業(yè)于中國石油大學(北京)油氣井工程專業(yè)，現(xiàn)從事取心工具的研發(fā)與現(xiàn)場技術服務工作。

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