大斜度井取芯工具在冀東南堡油田的應(yīng)用

劉春來，張洪君

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）

大斜度井取芯工具在冀東南堡油田的應(yīng)用

劉春來*，張洪君

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）

冀東南堡油田鉆井類型以定向井居多，地質(zhì)發(fā)育層理明顯，取芯容易發(fā)生堵芯、磨芯等問題，給施工帶來很大難度。針對(duì)冀東南堡油田近深井大斜度段取芯機(jī)械鉆速慢、收獲率低的問題，結(jié)合地層特性，應(yīng)用大斜度井取芯工具，通過優(yōu)選鉆頭、優(yōu)化取芯工藝參數(shù)等技術(shù)措施，在保證高取芯收獲率的前提下，有效地提高了取芯效率。

取芯；大斜度井；工具；技術(shù)

冀東南堡油田位于河北省唐山市境內(nèi)曹妃甸港區(qū)，地質(zhì)上為渤海灣盆地黃驊凹陷北部的南堡凹陷。由于地理位置的原因，定向井是該油田主要鉆井類型。NP118×23井設(shè)計(jì)取芯段井斜62°，巖芯以砂巖為主，如何避免堵芯以及由堵芯而導(dǎo)致的磨芯，是提高取芯收獲率的關(guān)鍵。通過對(duì)目的層地質(zhì)特性研究，采用大斜度井取芯工具，優(yōu)化取芯工藝參數(shù)，完成取芯2筒次，共計(jì)進(jìn)尺10m，平均收獲率98.2%。

1　取芯技術(shù)難點(diǎn)

大斜度井一般井斜角大于60°，且井眼斜深方向距離較長(zhǎng)。大斜度段取芯與直井段、水平段取芯有很大的區(qū)別，無論是工藝方面還是工具方面，都存在諸多注意事項(xiàng)，主要存在以下技術(shù)難點(diǎn)：

1.1堵芯風(fēng)險(xiǎn)

1.1.1地層因素

直井取芯時(shí)巖芯僅受豎直方向重力的作用，水平井取芯時(shí)巖芯僅受水平方向推力的作用。但是在大斜度段取芯時(shí)，由于工具處于傾斜狀態(tài)，加之地層傾角的原因，巖芯受力多維化，每個(gè)方向的分力都會(huì)對(duì)取芯施工產(chǎn)生不利的影響，導(dǎo)致巖芯折斷以及楔形斷面之間壓、扭、摩擦等，這都是導(dǎo)致堵芯的主要原因。

1.1.2工具因素

一般帶有旋轉(zhuǎn)總成的取芯工具的內(nèi)筒雖然可以獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，但由于沒有扶正的作用，應(yīng)用在大斜度井取芯時(shí)，內(nèi)筒會(huì)處于低邊與外筒接觸并跟隨外筒旋轉(zhuǎn)，加劇了巖芯楔形斷面之間壓、扭、摩擦作用，從而增加堵芯風(fēng)險(xiǎn)。

1.2下鉆困難

由于大斜度井斜井段較長(zhǎng)，并且存在造斜、調(diào)整井段，井壁不規(guī)則，而取芯工具外徑較大，通過性較差。同時(shí)低邊形成巖屑床，也可能對(duì)工具的下入產(chǎn)生較大的阻力。

2　取芯工具特點(diǎn)

2.1工具結(jié)構(gòu)

NP118×23井采用大慶鉆探NSP178-101取芯工具，該工具由投球接頭、懸掛機(jī)構(gòu)、內(nèi)筒扶正機(jī)構(gòu)、割芯機(jī)構(gòu)和內(nèi)外筒組成。

表1　工具參數(shù)

SP178-101取芯工具主要特點(diǎn)：（1）內(nèi)筒上下各設(shè)有滾動(dòng)式扶正軸承，其作用是保持內(nèi)外筒同軸和內(nèi)筒的靈活性，從而內(nèi)筒保持與巖芯之間同步；（2）井下投球接頭可以實(shí)現(xiàn)井下液控投球，不影響投球前提下實(shí)現(xiàn)螺桿+轉(zhuǎn)盤復(fù)合驅(qū)動(dòng)的取芯形式。該工具解決了一般取芯工具斜井取芯時(shí)內(nèi)筒跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)、巖芯偏磨直徑減小和無法配套螺桿驅(qū)動(dòng)的問題，降低堵芯風(fēng)險(xiǎn)，有效保證了取芯收獲率，提高取芯效率。

2.2取芯鉆頭

鑒于砂巖特性，PDC鉆頭在該區(qū)塊的使用效果突出。為了增加鉆頭使用壽命，采用胎體PDC取芯鉆頭，外保徑加長(zhǎng)帶設(shè)計(jì)提高了鉆頭在井底的穩(wěn)定性。鉆頭宜采用小切削齒和帶狀內(nèi)保徑齒，以此降低切削齒對(duì)巖芯的損害。實(shí)踐證明，小切削齒結(jié)構(gòu)的鉆頭在該區(qū)塊使用效果良好，參考數(shù)據(jù)見表2。

表2　鉆頭應(yīng)用效果

3　取芯技術(shù)措施

3.1施工準(zhǔn)備

為了保證工具下入順利，下入工具前采用8-1/2″鉆頭通井，修整不規(guī)則井眼，同時(shí)大排量清洗井下巖屑床。考慮大斜度井的磨阻大，取芯前根據(jù)上提、下放鉤載計(jì)算井壁摩阻≈（T上提-T下放）/2。NP118×23井使用頂驅(qū)鉆機(jī)，根據(jù)PDC鉆頭鉆進(jìn)情況設(shè)置鉆機(jī)額定扭矩。

3.2鉆井液性能

由于取芯時(shí)鉆井液排量小，水動(dòng)力較常規(guī)鉆井不足，尤其大斜度井取芯時(shí)攜屑更加困難。出于井下安全考慮，必須提高鉆井液的潤(rùn)滑性、抑制性。因此鉆井液中添加適量潤(rùn)滑劑后，各項(xiàng)性能應(yīng)滿足：API失水＜7mL，粘度＞45s，含砂量＜0.3%，固相含量＜10%，動(dòng)塑比＜0.5，密度取設(shè)計(jì)下限。

3.3鉆具組合

取芯鉆具組合為?215mm取芯鉆頭+?214mm扶正器+?178mm取芯筒+?214mm扶正器+?172mm鉆鋌+?127mm加重鉆桿+?127mm鉆桿。穩(wěn)定器一方面增加取芯筒強(qiáng)度；另一方面提高工具和鉆頭的穩(wěn)定性，于井眼中居中，減小鉆頭側(cè)向力，既有良好的穩(wěn)斜作用，又有利于提高取芯質(zhì)量。

3.4取芯參數(shù)

3.4.1鉆壓

由于井壁摩阻對(duì)鉆壓影響較大，對(duì)鉆頭有效鉆壓的判斷存在一定誤差，所以取芯前在正常鉆速和排量的情況下確認(rèn)摩阻大小并校對(duì)指重表。待指針穩(wěn)定后以此為鉆壓0值。取芯時(shí)給定10～20kN，正常取芯時(shí)給定40～50kN，全過程盡可能維持鉆壓平穩(wěn)，送鉆均勻，根據(jù)扭矩情況及時(shí)調(diào)整鉆壓大小，防止扭矩過大導(dǎo)致斷鉆具風(fēng)險(xiǎn)。

3.4.2轉(zhuǎn)速

轉(zhuǎn)速的設(shè)定既要考慮機(jī)械鉆速和取芯質(zhì)量，又要考慮鉆具安全，因此一般給定轉(zhuǎn)速50～60r/min。原因是低轉(zhuǎn)速能夠提高工具和鉆頭的穩(wěn)定性，尤其當(dāng)鉆遇泥巖夾層或破碎地層時(shí)，低轉(zhuǎn)速可以降低巖芯損害，降低堵芯風(fēng)險(xiǎn)。

3.4.3排量

鉆井液排量應(yīng)滿足取芯工藝需求，為了達(dá)到更好的攜屑效果，提高取芯效率，排量一般給定25～30L/s，并盡可能維持同一排量以防止鉆壓發(fā)生變化。但是，當(dāng)出現(xiàn)機(jī)械鉆速對(duì)比明顯的情況時(shí)，應(yīng)根據(jù)鉆速情況調(diào)整取芯排量，一般原則是機(jī)械鉆速較低時(shí)采用上限，機(jī)械鉆速較高時(shí)采用下限。

4　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

2015年6月，NP118×23井完成取芯2筒次，共計(jì)進(jìn)尺10m，芯長(zhǎng)9.82m，平均收獲率98.2%，具體數(shù)據(jù)見表3。

表3　NP118×23井取芯效果

5　結(jié)論及建議

（1）大斜度井取芯工具是一種安全、可靠、適用于大斜度井、大位移井的取芯工具，能夠獲得較高的取芯收獲率。

（2）胎體PDC取芯鉆頭外保徑帶加長(zhǎng)設(shè)計(jì)提高了鉆頭的自扶穩(wěn)定性，有益于提高鉆頭使用壽命、減小巖芯損害。

（3）合理選擇取芯參數(shù)至關(guān)重要，根據(jù)扭矩變化情況及時(shí)調(diào)整鉆壓，低轉(zhuǎn)速、大排量是大斜度井取芯一般工藝原則。

（4）大斜度井取芯工具設(shè)計(jì)有井下液控投球接頭，可以嘗試螺桿+轉(zhuǎn)盤復(fù)合驅(qū)動(dòng)形式，既能夠提高取芯機(jī)械鉆速，同時(shí)工具和鉆頭的穩(wěn)定性不受影響，減小鉆具所承受的扭矩，所以復(fù)合驅(qū)動(dòng)是大斜度井取芯更佳方案。

［1］王智峰，李作會(huì)，王敏生.渤海埕北油田大斜度井取芯實(shí)踐和認(rèn)識(shí)［J］.海洋石油，2006（3）.

［2］王智峰，薄萬順，許俊良.大斜度井取芯技術(shù)［J］.西部探礦工程，2005（4）.

［3］張洪君，劉春來，袁國(guó)強(qiáng).大斜度井?dāng)鄬尤⌒竟に嚰夹g(shù)［J］.西部探礦工程，2015（6）.

［4］楊鵬，王智峰，王敏生.CB-A29m大斜度井取芯實(shí)踐與認(rèn)識(shí)［J］.西部探礦工程，2005（6）.

TE244

B

1004-5716（2016）10-0037-02

2015-11-19

2015-11-19

劉春來（1983-），男（漢族），黑龍江大慶人，工程師，現(xiàn)從事取芯技術(shù)研究工作。