應(yīng)用于油田的水平井密閉取芯技術(shù)

高長春

摘 要：油田油層是埋藏在地下的“黑色黃金”，油層深處地下對原油的定位開采帶來了極大的困難。水平井技術(shù)在低豐度薄層油藏的開采中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了良好的開采效果，為進一步提高油井單井產(chǎn)量、完成目的油層的深度開發(fā)，需要借助于水平井連續(xù)密閉取芯技術(shù)，來實現(xiàn)巖芯地質(zhì)資料的準(zhǔn)確獲取，以便為油田井下地質(zhì)分析提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)樣本。目前大段連續(xù)水平井密閉取芯技術(shù)仍存在一些技術(shù)難點。本文在分析水平井連續(xù)密閉取芯技術(shù)所面臨的應(yīng)用難點的基礎(chǔ)上，對如何做好水平井連續(xù)密閉取芯技術(shù)的應(yīng)用進行闡述。

關(guān)鍵詞：水平井；連續(xù)密閉取芯技術(shù)；應(yīng)用

中圖分類號：TE244 文獻標(biāo)志碼：A

0 前言

水平井連續(xù)密閉取芯能夠最大限度地保證所獲取的地下油層巖芯樣品資料的真實性，避免受到鉆井液的污染。通過對巖芯樣品進行分析，以便于獲取準(zhǔn)確、翔實的地下油層油水飽和度等一系列地質(zhì)資料數(shù)據(jù)，為油田油氣開發(fā)、儲量評估提供數(shù)據(jù)支撐。水平井是一種應(yīng)用于油田開采的重要鉆采形式，伴隨而來的是水平井連續(xù)密閉取芯任務(wù)的增加，為了獲取真實、不受污染的巖芯樣品，需要積極做好水平井連續(xù)密閉取芯技術(shù)的應(yīng)用，并針對水平井連續(xù)密閉取芯技術(shù)應(yīng)用中所存在的問題采取針對性的應(yīng)對措施，以便使得水平井連續(xù)密閉取芯技術(shù)能夠取得最好的應(yīng)用效果。

1 水平井連續(xù)密閉取芯的工作原理與技術(shù)難點

1.1 水平井連續(xù)密閉取芯工作原理

在取芯內(nèi)筒里注滿密閉液，上緊絲堵，內(nèi)筒形成良好密封。取芯筒連接螺桿鉆具下入井底，取芯前進行循環(huán)，大排量沖洗井底，井底清洗干凈后停泵，緩慢下放鉆具施加鉆壓剪斷銷釘。通過采用轉(zhuǎn)盤和螺桿鉆具聯(lián)合驅(qū)動的方式進行取芯作業(yè)。取芯鉆進時，內(nèi)筒不隨鉆具旋轉(zhuǎn)，密閉頭引導(dǎo)巖芯進入內(nèi)筒，密閉液從其間隙流出，均勻地包裹在巖芯表面上，形成一層保護膜，免受鉆井液浸入巖芯，割芯時，上提鉆具，巖芯爪沿鉆頭內(nèi)錐面下行，產(chǎn)生徑向鎖緊力，將巖芯卡緊，當(dāng)上提拉力達到巖心斷面極限拉力時，巖芯即被割斷。

1.2 水平井連續(xù)密閉取芯技術(shù)難點

（1）取芯工具由于受到螺桿或是螺桿與轉(zhuǎn)盤的聯(lián)合驅(qū)動，將致使密閉筒發(fā)生高速轉(zhuǎn)動，高速轉(zhuǎn)動的密閉筒帶動位于其中的密閉液產(chǎn)生極大的旋轉(zhuǎn)力，如果巖芯強度不足，巖芯會在這一旋轉(zhuǎn)力的作用下發(fā)生斷裂或破損，影響取芯收獲率。因此在水平井連續(xù)密閉取芯作業(yè)中需要采用雙筒單動方式，而常規(guī)的水平井取芯工具所采用的懸掛總成占內(nèi)筒管串約1m的長度，這一長度將嚴(yán)重占用取芯筒的進尺距離，且無法在井口灌注密閉液致使勞動作業(yè)強度大幅增加。（2）水平井取芯的關(guān)鍵在于避免出現(xiàn)糾斜工具糾斜，以免影響水平井取芯的進尺距離，從而導(dǎo)致無法完整地進行取芯。因此就要求水平井在取芯過程中，通過調(diào)節(jié)井眼軌跡實現(xiàn)水平井取芯的連續(xù)作業(yè)。（3）水平井取芯中所使用的密閉液密度較小低于鉆井液的密度，在水平井取芯作業(yè)中使用密閉液包覆巖芯的過程中，將使得一部分鉆井液進入密閉筒中造成巖芯的污染。

2 水平井連續(xù)密閉取芯的應(yīng)用

我們對水平井取芯過程中存在的問題進行解決和優(yōu)化，提高了水平井取芯的一系列難題。

2.1 水平井連續(xù)密閉取芯鉆具懸掛總成優(yōu)化

在水平井連續(xù)密閉取芯技術(shù)的應(yīng)用中，通過設(shè)計帶有一對圓錐滾子軸承的內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，使得雙筒單動既能夠滿足轉(zhuǎn)動過程中所產(chǎn)生的軸向和徑向載荷，同時也完成了對于密閉內(nèi)筒的軸向限定。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化縮短了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的長度，提高了密閉內(nèi)筒的有效長度，使得水平井連續(xù)密閉取芯作業(yè)所獲得的巖芯長度得到了20%的提升。

2.2 水平井連續(xù)密閉取芯井眼軌跡調(diào)整控制優(yōu)化

針對水平井取芯糾斜的優(yōu)化，通過對水平井連續(xù)密閉取芯過程中取芯工具的受力狀態(tài)進行分析，利用改變?nèi)⌒竟ぞ呓@頭和遠鉆頭的穩(wěn)定器增加和減少，使得水平井連續(xù)密閉取芯過程中的井眼軌跡可控。利用無螺扶、單螺扶、雙螺扶3種結(jié)構(gòu)形式與螺桿上端形成鉆具組合，實現(xiàn)了水平井連續(xù)密閉取芯作業(yè)過程中的井眼軌跡控制。通過對優(yōu)化后的鉆井工具進行試驗后發(fā)現(xiàn)，利用無螺扶、單螺扶、雙螺扶3種結(jié)構(gòu)形式與螺桿上端形成鉆具組合具有較強的造斜性能，水平井連續(xù)密閉取芯作業(yè)中根據(jù)測斜工具所獲得的水平井井眼軌跡變化規(guī)律，選擇合適的鉆具組合，來完成水平井連續(xù)密閉取芯作業(yè)中的井眼軌跡調(diào)整控制。

2.3 水平井連續(xù)密閉取芯密閉液鉆井液置換問題的優(yōu)化

針對低密度的密閉液與高密度的鉆井在取芯密閉過程中的置換問題，一方面可以通過研發(fā)新型高密度基密閉液，利用高密度基密閉液所具有的高黏度和切力特性，完成對于巖芯的密閉和保護，高黏度的密閉液將能夠與鉆井液形成良好的密度平衡，從而有效地避免了存在于水平井連續(xù)密閉取芯密作業(yè)過程中的密閉液置換問題。除了積極開發(fā)新型高密度密閉液外，對密閉取芯工具進行改造也能夠有效地解決密閉液置換問題，通過在密閉頭上加裝平衡單向閥，用以阻隔鉆井液的進入，在水平井連續(xù)密閉取芯密作業(yè)過程中，如密閉筒內(nèi)壓力高于筒外壓力時，單向平衡閥的彈簧將壓縮，平衡閥的閥芯打開，位于密閉筒中的密閉液將能夠從密閉筒中流出，而當(dāng)密閉筒內(nèi)外壓力平衡時，平衡單向閥則關(guān)閉，阻隔密閉筒與外界的聯(lián)系，通過加裝平衡單向閥，能夠有效地改善鉆井液置換問題，提高了取芯的保護。

2.4 優(yōu)化水平井連續(xù)密閉取芯作業(yè)參數(shù)

水平井連續(xù)密閉取芯作業(yè)精細而復(fù)雜，在實際的水平井連續(xù)密閉取芯作業(yè)中需要結(jié)合井下地層的地質(zhì)狀況優(yōu)化作業(yè)參數(shù)。作業(yè)中每隔一定長度進行一次通井作業(yè)，確保鉆井井眼的暢通，通井時可以使用LWD儀器對井眼進行測量優(yōu)化鉆井鉆具并控制鉆井方向。

2.5 優(yōu)化水平井連續(xù)密閉取芯鉆壓

水平井連續(xù)密閉取芯作業(yè)過程中鉆具大多數(shù)情況下處于水平作業(yè)狀態(tài)，受重力作用鉆具與井眼下壁的摩擦，加劇致使指重表所顯示鉆壓無法真實地表現(xiàn)出實際鉆壓。在水平井連續(xù)密閉取芯作業(yè)中，應(yīng)盡可能地選用小鉆壓鉆進，在保證水平井連續(xù)密閉取芯設(shè)備快鉆速的基礎(chǔ)上優(yōu)先選用小鉆壓，并注意觀測泵壓和鉆進扭矩的變化情況，最大限度地確保水平井連續(xù)密閉取芯鉆進的正常進行。在水平井鉆進過程中，隨著鉆井深度和水平段的加長，鉆壓無法有效地傳遞至鉆頭上，為解決這一問題，可以在鉆具螺桿上方加裝螺旋鉆鋌，并將鉆鋌與加重鉆桿在鉆進過程中的定期倒換，用以確保鉆井鉆進過程中的施壓。

2.6 水平井連續(xù)密閉取芯作業(yè)中鉆具轉(zhuǎn)速的優(yōu)化

水平井連續(xù)密閉取芯作業(yè)中其鉆進主要依靠螺桿，而轉(zhuǎn)盤僅僅作為輔助驅(qū)動，輔助轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)能夠保證轉(zhuǎn)具能夠充分轉(zhuǎn)動，避免黏卡、托壓等問題的產(chǎn)生。水平井連續(xù)密閉取芯作業(yè)的轉(zhuǎn)速確定遵循“低轉(zhuǎn)速”原則，將轉(zhuǎn)具的轉(zhuǎn)速控制在5r/min～20r/min的范圍內(nèi)。水平井連續(xù)密閉取芯作業(yè)低轉(zhuǎn)速鉆進能夠保證取芯的完整性，提高取芯的收獲率。同時低轉(zhuǎn)速能夠有效防止轉(zhuǎn)矩過載，保護水平井連續(xù)密閉取芯作業(yè)鉆具的安全。

結(jié)語

水平井連續(xù)密閉取芯技術(shù)的應(yīng)用能夠在水平井取芯作業(yè)過程中最大限度地保證了巖芯的油水飽和度資料的真實性和可靠性，避免巖芯樣品受到鉆井液的污染。本文在分析傳統(tǒng)水平井取芯作業(yè)不足之處的基礎(chǔ)上，對如何做好水平井取芯技術(shù)的優(yōu)化進行了分析介紹。

參考文獻

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