三筒取心技術(shù)在川南頁(yè)巖氣井的應(yīng)用

卓 云 段緒林 劉 維 雷 波 鄧 輝 陳 濤

川南地區(qū)是目前頁(yè)巖氣產(chǎn)能建設(shè)的主要區(qū)域之一[1-4]。該區(qū)域井主要以龍馬溪組為目的層，含氣性好，儲(chǔ)層發(fā)育[5]。地質(zhì)要求一般在龍馬溪組一亞段取心50～100 m，取心井段長(zhǎng)。目前采用單筒、雙筒取心技術(shù)，平均單次取心進(jìn)尺不到10 m，實(shí)際取心周期超過(guò)20 d。采用三筒取心技術(shù)，有利于提高單次取心進(jìn)尺，減少起下鉆次數(shù)，縮短取心周期，減少頁(yè)巖層暴露后巖心在井內(nèi)停留時(shí)間，提高巖心質(zhì)量。

1 三筒取心主要風(fēng)險(xiǎn)與難點(diǎn)

1.1 取心收獲率難以保證

1）龍馬溪組硬度高，拔心拉力大，需經(jīng)過(guò)多次上提、下放鉆具以及摘掛泵和配合轉(zhuǎn)動(dòng)頂驅(qū)才能拔斷巖心，巖心爪有可能變形，導(dǎo)致起鉆中巖心掉井。

2）取心井段超過(guò)3 000 m，鉆井液密度高，川南地區(qū)頁(yè)巖層多數(shù)段成分不純，非頁(yè)巖的組分種類(lèi)多，有碳質(zhì)、灰質(zhì)、硅質(zhì)、粉砂質(zhì)、有機(jī)質(zhì)等，巖性復(fù)雜，起下鉆阻卡多。遇嚴(yán)重阻卡，多采用低轉(zhuǎn)速、倒劃眼處理，有甩掉巖心的風(fēng)險(xiǎn)。

3）取心井段長(zhǎng)，機(jī)械鉆速低，導(dǎo)致取心鉆進(jìn)時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)設(shè)備性能要求高。若因設(shè)備故障或人為因素造成溜、頓鉆，收獲率得不到保障。

4）龍馬溪組多含硅質(zhì)、黃鐵礦等，相對(duì)比較破碎，導(dǎo)致出心困難。出心極度困難時(shí)，只能把內(nèi)筒倒向場(chǎng)地，割斷內(nèi)筒出心，影響取心收獲率。

1.2 長(zhǎng)時(shí)間空井增加井控風(fēng)險(xiǎn)

1）取心工具井口連接時(shí)間長(zhǎng)。采用三筒取心，工具組裝工序多、工具間隙調(diào)整時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，增加空井等待時(shí)間。

2）長(zhǎng)段巖心出心時(shí)間長(zhǎng)。若巖心破碎，會(huì)進(jìn)一步增加空井等待時(shí)間。

3）龍馬溪組為頁(yè)巖氣井目的層，儲(chǔ)層發(fā)育，氣顯示活躍。若鉆進(jìn)中發(fā)生溢流，因拔心困難，鉆具只能停留在井底，可能導(dǎo)致關(guān)井失敗。

4）若出心時(shí)發(fā)生溢流，需將內(nèi)外筒組裝好后才能將工具提出井口，增加關(guān)井時(shí)間。

1.3 鉆具剛性變化增加卡鉆風(fēng)險(xiǎn)

1）川南地區(qū)龍馬溪組鉆井液密度高，橫向差異大，安全窗口窄，平衡點(diǎn)難以準(zhǔn)確掌握，容易井漏、垮塌，卡鉆風(fēng)險(xiǎn)大。

2）設(shè)計(jì)采用川8-5取心工具，工具外徑?180 mm，超過(guò)鉆進(jìn)中使用的鉆鋌外徑（?165.1 mm）。三筒取心時(shí)，鉆具組合的剛性變化大，遇阻卡幾率增大。

3）川8-5取心工具抗拉強(qiáng)度1 400 kN，抗扭強(qiáng)度35 kN·m，三筒連接，降低了取心筒穩(wěn)定性和抗復(fù)雜能力，遇阻卡后處理手段受限。

1.4 巖心重增加出心風(fēng)險(xiǎn)

1）計(jì)算30 m巖心，重650～700 kg。由于頂驅(qū)高度、鉆具長(zhǎng)度限制，用管鉗卸縮徑套的位置偏低，增加了操作難度和風(fēng)險(xiǎn)。

2）出心時(shí)的巖心卡盤(pán)卡在連接套上。若巖心破碎，極易卡在連接套內(nèi)，難以出心。

1.5 地質(zhì)與工藝因素影響取心效率

1）取心井段間斷有硅質(zhì)、暗色礦物等研磨性強(qiáng)的巖石，容易引起取心鉆頭先期磨損，影響取心進(jìn)尺。據(jù)統(tǒng)計(jì)，川南地區(qū)龍馬溪組單只取心鉆頭進(jìn)尺為20～40 m。

2）龍馬溪組巖石相對(duì)比較破碎，容易堵心、卡心，影響單次進(jìn)尺。統(tǒng)計(jì)WY地區(qū)部分井，單次平均取心進(jìn)尺6.78 m，最高為13 m。

3）龍馬溪組巖石可鉆性相對(duì)較差，鄰井取心顯示，黃鐵礦條帶、斑點(diǎn)發(fā)育，多數(shù)為灰質(zhì)、硅質(zhì)、砂質(zhì)頁(yè)巖，目前常用的金剛石取心鉆頭、PDC取心鉆頭，取心鉆進(jìn)平均機(jī)械鉆速僅0.30～0.50 m/h。

2 三筒取心關(guān)鍵技術(shù)

1）井眼暢通，避免取心鉆頭劃眼。若取心前一趟起下鉆掛卡嚴(yán)重，應(yīng)通井后再取心。

2）優(yōu)化鉆井液性能，減少摩阻，緩解托壓。

3）首選PDC取心鉆頭，以提高單次進(jìn)尺、提高機(jī)械鉆速。

4）下鉆完，循環(huán)排后效，大排量沖洗井底，用10～30 kN鉆壓進(jìn)行樹(shù)心，鉆進(jìn)0.30～0.50 m后逐步加至規(guī)定鉆壓鉆進(jìn)。

5）取心前測(cè)試空載扭矩。附加10～12 kN·m為取心鉆進(jìn)最高扭矩。

6）使用液壓大鉗緊卸扣，不得用轉(zhuǎn)盤(pán)卸扣，防甩掉巖心。

7）需用短鉆桿調(diào)整放入時(shí)，應(yīng)接在最后一個(gè)立柱之下或在鉆具未進(jìn)入裸眼段前的立柱之間。

8）連接套絲扣卸完后，連接套仍套在巖心柱上，首先應(yīng)將安全防護(hù)網(wǎng)裝在內(nèi)筒下端，防巖心四處飛濺傷人。再將連接套上部巖心閃斷后，快速下放鉆具，降低內(nèi)筒高度，防止內(nèi)筒中巖心快速掉落，引起巖心順序錯(cuò)亂。最后在內(nèi)筒下端的加厚處裝上巖心卡盤(pán)正常出心。

9）因內(nèi)筒中巖心較重，應(yīng)在巖心卡盤(pán)手柄中套上加力管，防止出心失控。

10）三筒連接長(zhǎng)度31.30 m。組合工具、出心時(shí)，提出內(nèi)筒前，調(diào)整三處防碰天車(chē)，專(zhuān)人觀察頂驅(qū)狀態(tài)。組合工具、出心結(jié)束，恢復(fù)防碰天車(chē)設(shè)置。

3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果

WY204井是川南頁(yè)巖氣井中的一口開(kāi)發(fā)井。WY地區(qū)龍馬溪組壓力系數(shù)橫向差異大[6-9]，WY204井實(shí)鉆過(guò)程中，龍馬溪組鉆遇多個(gè)顯示層，取心前鉆井液密度由2.20 g/cm3調(diào)整至2.30 g/cm3，加之巖性混雜，非頁(yè)巖的組分比例高，可鉆性差，采用PDC鉆頭全面鉆進(jìn)時(shí)機(jī)械鉆速僅2.5～3.0 m/h，處于該區(qū)域較低水平。為提高取心速度，減少巖心井內(nèi)停留時(shí)間，在該井開(kāi)展三筒取心試驗(yàn)獲得成功，最高進(jìn)尺25 m，取得取心作業(yè)的重大突破。

3.1 取心要求

WY204井?244.5 mm套管下至井深2 953 m，?215.9 mm井眼龍馬溪組設(shè)計(jì)取心進(jìn)尺為70 m。分別為：龍馬溪組龍一2亞段底部頁(yè)巖段垂厚20 m，龍一1亞段優(yōu)質(zhì)頁(yè)巖垂厚約46 m，五峰組垂厚約1 m，進(jìn)寶塔組垂厚3 m（表1）。

3.2 取心鉆具

采用川8-5取心工具，巖心直徑?105 mm （表2）。

表1 WY204井取心要求

表2 取心鉆具組合及參數(shù)設(shè)計(jì)

3.3 取心指標(biāo)

WY204井成功完成三筒取心，最高進(jìn)尺25 m，平均進(jìn)尺達(dá)21.66 m（表3）。取心周期12 d（含中途通井?dāng)U眼1趟1.7 d），同比節(jié)約鉆井周期9 d（表4）。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1）針對(duì)川南地區(qū)龍馬溪組地層頁(yè)巖層發(fā)育、取心井段長(zhǎng)的特點(diǎn)，實(shí)施三筒取心技術(shù)，縮短了取心周期，大大減少了巖心井內(nèi)停留時(shí)間，為提高巖心質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。

2）裝備配套、鉆井液性能良好、取心工具配套是三筒取心成功的基礎(chǔ)。

3）川渝地區(qū)長(zhǎng)筒取心技術(shù)處于探索階段，加之龍馬溪組取心機(jī)械鉆速還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)整體突破，取心筒不穩(wěn)定性、長(zhǎng)時(shí)間取心鉆進(jìn)卡鉆風(fēng)險(xiǎn)顯著增加，還需要在取心參數(shù)優(yōu)化、取心鉆頭優(yōu)選、卡鉆風(fēng)險(xiǎn)控制、堵心卡心預(yù)防等方面深入研究和試驗(yàn)。

表3 取心進(jìn)尺統(tǒng)計(jì)

表4 取心速度與NX202對(duì)比

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