薄層水平段連續(xù)密閉取芯技術(shù)的應(yīng)用

向 峰，張洪君，張紹先，王長(zhǎng)旭，田佳琦

（大慶鉆探工程公司鉆進(jìn)工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶 163413）

1 概述

大慶長(zhǎng)垣油田三類油層地質(zhì)儲(chǔ)量巨大，是水驅(qū)開發(fā)的主要對(duì)象。常規(guī)直井取芯資料無(wú)法揭示井間砂體連通狀況和剩余油分布規(guī)律。為探索最大程度挖掘大慶油田三類油層剩余潛力方法，亟需獲取能夠反映橫向滲流特征的水平巖芯。設(shè)計(jì)施工了杏6-20-檢平647井取芯，該井為國(guó)內(nèi)首口以0.5～1m薄層為目標(biāo)的水平取芯井，具有311mm 井眼造斜到窗口，油層厚度薄、平面相變快等施工難點(diǎn)。使用1.5°螺桿+LWD 鉆具組合，優(yōu)化井眼軌道剖面，水平段采用多種取芯鉆具組合搭配，結(jié)合巖芯分析軌跡定位，確保精準(zhǔn)抓層、精準(zhǔn)入靶。共取芯53 筒，取芯總進(jìn)尺329m，單層水平段續(xù)密閉取芯236m，窄靶窗連續(xù)不間斷315m不出層，巖芯收獲率99.77%，密閉率97.1%，驗(yàn)證了水平井水平段連續(xù)密閉取芯技術(shù)的成熟與應(yīng)用。

2 技術(shù)難點(diǎn)

2.1 井眼軌跡控制難度大

水平段連續(xù)取芯長(zhǎng)，油層厚度僅0.5～1m，設(shè)計(jì)要求靶窗尺寸上下偏差不大于0.3m，“段長(zhǎng)層薄”；LWD儀器井斜、方位傳感器測(cè)點(diǎn)位置距離鉆頭長(zhǎng)達(dá)19m，取芯時(shí)不能直接監(jiān)控鉆頭處井斜，現(xiàn)場(chǎng)需要提前預(yù)判井底井斜，防止出層。

2.2 工具造斜能力具有不確定性

設(shè)計(jì)五套SPMB178-115水平井密閉取芯工具，由于鉆具長(zhǎng)度不同，底部受力復(fù)雜，鉆具的造斜能力存在不確定性。

2.3 密閉率不易保證

（1）由于SPMB178-115 取芯工具本體粗，容易在造斜點(diǎn)處和狗腿度大處遇阻導(dǎo)致密閉頭銷釘提前剪斷，密閉液提前流出，影響巖芯密閉率。

（2）由于取芯工具處于水平狀態(tài)，銷釘剪斷后，密封通道打開，因?yàn)槊荛]液與鉆井液密度不同，地層壓力和內(nèi)筒內(nèi)部壓力作用的結(jié)果使密閉液與鉆井液發(fā)生置換，導(dǎo)致密閉液部分流失，影響巖芯密閉率。

3 水平段連續(xù)密閉取芯技術(shù)

針對(duì)水平井水平段連續(xù)密閉取芯存在的技術(shù)難點(diǎn)，并結(jié)合樹35-平27 井、北1-丁6-平138應(yīng)用情況，開展了薄層水平段連續(xù)密閉取芯技術(shù)。通過取芯鉆具組合調(diào)整井眼軌跡，取芯參數(shù)優(yōu)選，從而保證薄層水平段連續(xù)密閉取芯的順利實(shí)現(xiàn)。

3.1 井眼軌跡控制

設(shè)計(jì)了不同長(zhǎng)度的雙螺扶穩(wěn)斜、單螺扶增斜、無(wú)螺扶降斜取芯工具，配合LWD 儀器隨鉆監(jiān)測(cè)井斜，依據(jù)取芯工具的造斜規(guī)律，預(yù)測(cè)井底井斜，確定鉆頭位置，結(jié)合巖芯分析、對(duì)比地質(zhì)模型來定位軌跡，最終確定下步鉆具組合，實(shí)現(xiàn)了使用取芯工具調(diào)整井眼軌跡，保證了取芯工具始終在油層里穿行。

3.1.1 使用取芯工具調(diào)整井斜

（1）雙螺扶取芯工具調(diào)整井斜。雙螺扶穩(wěn)斜鉆具組合共取芯10筒，采用“直螺桿+轉(zhuǎn)盤”取芯8筒，“轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)”取芯2筒,使用過程中采用以下兩種鉆具組合:

組合A：?215mm密閉取芯鉆頭×0.36m+?180mm密閉取芯筒（雙?211mm 螺扶）×7.09m+?172mm 直螺桿×5.18m+?172mmLWD儀器×11.75m+?127mm加重?zé)o磁×9.59m+?127mm加重鉆桿×57.46m+?127mm斜坡鉆桿×573.48m+?127mm 加重鉆桿×229.45m+?127mm斜坡鉆桿。

結(jié)論：雙扶取芯筒穩(wěn)斜略降，搭配直螺桿取芯時(shí)在較小鉆壓時(shí)可取得較快鉆速，可用于靠近油層上部邊界附近或夾層較多位置取芯。

組 合B: ?215mm 密 閉 取 芯 鉆 頭×0.36m+?180mm 密閉取芯筒（雙?211mm 螺扶）×7.09m+?172mm 直螺桿×5.18m+?172mmLWD 儀器×11.75m+?127mm加重?zé)o磁×9.59m+?127mm加重鉆桿×57.46m+?127mm 斜坡鉆桿×573.48m+?127mm加重鉆桿×229.45m+?127mm斜坡鉆桿。

結(jié)論：雙扶取芯筒穩(wěn)斜略降，取芯筒直接連接LWD儀器有效縮短測(cè)點(diǎn)與鉆頭距離，增加軌跡預(yù)測(cè)的可靠性，可用于油層中部發(fā)育較好位置取芯。

綜上所述：雙螺扶取芯工具具有穩(wěn)斜微降的趨勢(shì)，兩種鉆進(jìn)方式與組合產(chǎn)生的井斜變化規(guī)律基本相同，平均6m降斜0.03°～0.15°，如表1所示。

表1 雙螺扶鉆進(jìn)參數(shù)變化表

（2）單螺扶取芯工具調(diào)整井斜。單螺扶增斜鉆具組合采用“轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)”取芯36筒。

組 合C ：?215mm 密 閉 取 芯 鉆 頭×0.36m+?180mm 密閉取芯筒（單?211mm 螺扶）×8.06m+?172mmLWD 儀器×11.75m+?127mm 加重?zé)o磁×9.59m+?127mm加重鉆桿×57.46m+?127mm斜坡鉆桿×573.48m+?127mm 加重鉆桿×229.45m+?127mm斜坡鉆桿。

結(jié)論：?jiǎn)畏鋈⌒就参⒃鼍保⌒就仓苯舆B接LWD儀器有效縮短測(cè)點(diǎn)與鉆頭距離，增加軌跡預(yù)測(cè)的可靠性，取芯筒長(zhǎng)8.06m,在發(fā)育穩(wěn)定地層提高取芯效率，可用于除頂部外油層發(fā)育較好位置取芯。

組 合D ：?215mm 密 閉 取 芯 鉆 頭×0.36m+?180mm 密閉取芯筒（單?211mm 螺扶）×5.63m+?172mmLWD 儀器×11.75m+?127mm 加重?zé)o磁×9.59m+?127mm加重鉆桿×57.46m+?127mm斜坡鉆桿×573.48m+?127mm 加重鉆桿×229.45m+?127mm斜坡鉆桿。

結(jié)論：?jiǎn)畏鋈⌒就参⒃鼍?，取芯筒直接連接LWD 儀器，取芯筒長(zhǎng)5.63m，測(cè)點(diǎn)與鉆頭距離更近，可用于油層構(gòu)造可能有變化位置取芯。

綜上所述，近鉆頭單螺扶取芯工具具有穩(wěn)定的增斜效果，適用于除油層頂部以外地層取芯，平均7m 增斜0.1°～0.25°，如表2所示。

表2 單螺扶鉆進(jìn)參數(shù)變化表

（3）無(wú)螺扶取芯工具調(diào)整井斜。無(wú)螺扶降斜鉆具組合，采用“轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)”共取芯3筒。

組 合E ：?215mm 密 閉 取 芯 鉆 頭×0.36m+?180mm 密閉取芯筒（單?211mm 螺扶）×5.63m+?172mmLWD 儀器×11.75m+?127mm 加重?zé)o磁×9.59m+?127mm加重鉆桿×57.46m+?127mm斜坡鉆桿×573.48m+?127mm 加重鉆桿×229.45m+?127mm斜坡鉆桿。

結(jié)論：取芯筒直接連接LWD 儀器，取芯筒長(zhǎng)3.55m，測(cè)點(diǎn)與鉆頭距離更近，平均4m 最大降斜0.4°（表3），降幅較大，可用于油層頂部位置取芯。

表3 無(wú)螺扶鉆進(jìn)參數(shù)變化表

（4）“彎螺桿+取芯鉆具”調(diào)整井斜。

組合F：?215mm取芯鉆頭×0.36m+?180mm密閉取芯筒（無(wú)螺扶）×4.53m+保護(hù)接頭×0.51m+?172mm螺桿（1.0°）×5.18m +?172mmLWD 儀器×11.75m+?127mm 加重鉆桿×57.46m+?127mm 斜坡鉆桿×573.48m+?127mm 加重鉆桿×229.45m+?127mm 斜坡鉆桿。

預(yù)期效果：無(wú)扶取芯筒降斜，配合單彎1.0°短螺桿，主要用來較快降井斜，并有調(diào)整方位功能，但由于彎點(diǎn)距鉆頭較遠(yuǎn)，降斜效果較正常定向鉆進(jìn)時(shí)要弱，可用于確定的油層頂部位置降斜取芯。

組合G：?215mm 取芯鉆頭×0.36m+?180mm 密閉取芯筒（單?211mm 螺扶）×5.63m+保護(hù)接頭×0.51m+?172 螺桿mm（1.0°）×5.18m+?172mmLWD儀器×11.75m+?127mm 加重鉆桿×57.46m+?127mm斜坡鉆桿×573.48m+?127mm 加重鉆桿×229.45m+?127mm斜坡鉆桿。

預(yù)期效果：?jiǎn)畏鋈⌒就苍鲂?，配合單?.0°短螺桿，主要用來較快增井斜，并有調(diào)整方位功能，但由于彎點(diǎn)距鉆頭較遠(yuǎn)，增斜效果較正常定向鉆進(jìn)時(shí)要弱，用于確定的油層中下部位置增斜取芯。

綜上所述：采用彎螺桿+取芯鉆具配合來調(diào)整井斜，由于彎點(diǎn)距鉆頭較遠(yuǎn)，增斜能力不強(qiáng)，井斜調(diào)整效果若弱于定向調(diào)整，與單螺扶、無(wú)螺扶取芯工具配合直螺桿效果相差不多。

3.1.2 利用機(jī)械鉆速微調(diào)井斜

理論上說，機(jī)械鉆速越快，單螺扶增斜快，雙螺扶穩(wěn)斜效果好，無(wú)螺扶降斜慢。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，機(jī)械鉆速超過8m/h單螺扶增效效果明顯，雙螺扶穩(wěn)斜效果較好。在取芯實(shí)際過程中，我們以8m/h的機(jī)械鉆速為參考（表4），合理調(diào)整鉆壓、轉(zhuǎn)速、排量，精細(xì)控制機(jī)械鉆速，達(dá)到調(diào)整井眼軌跡的目的。

表4 鉆速參數(shù)變化表

使用單螺扶取芯工具，在第11、24 筒，施加鉆壓70kN，單筒機(jī)械鉆速6m/h，井斜略降。使用雙螺扶取芯工具，第26筒鉆速達(dá)到10m/h，穩(wěn)斜較好，第27筒鉆速達(dá)到8m/h，穩(wěn)中有降。第28 使用無(wú)螺扶取芯工具，鉆速8.81m/h（表5），降斜變化相對(duì)較小。

表5 鉆速與井斜變化表

3.2 改進(jìn)技術(shù)措施提高密閉效果

提高密閉效果從兩方面著手：

（1）保證井眼通暢，避免銷釘提前剪斷。在取芯現(xiàn)場(chǎng)按照每取芯50m 或下鉆遇阻必須堅(jiān)持起鉆通井；嚴(yán)格控制鉆進(jìn)速度，避免因?yàn)榧?dòng)壓力過大造成銷釘?shù)奶崆凹魯?，?dǎo)致密閉液提前外流，影響密閉效果。

（2）配置高粘度DSM 油基保護(hù)液，通過增加膨潤(rùn)土比例提高保護(hù)液密度，達(dá)到平衡鉆井液密度的目的，粘度由常規(guī)的5000mPa·s提高到15000mPa·s，這種保護(hù)液具有較高的粘度和切力，當(dāng)巖芯進(jìn)入取芯內(nèi)筒時(shí)，保護(hù)液從巖芯與內(nèi)筒間隙中均勻流過，形成對(duì)巖芯的有效包裹，避免鉆井液對(duì)巖芯的侵蝕，可大幅提高密閉效果。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

杏6-20-檢平647 井造斜段施工完后進(jìn)入探油頂段，為了及時(shí)掌握井下取芯井斜變化情況，取芯全井段下入LWD儀器隨鉆測(cè)量，使用短螺桿可縮短測(cè)點(diǎn)距井底的距離，提高預(yù)測(cè)井底井斜的準(zhǔn)確度，在關(guān)鍵井段可甩掉螺桿和取芯筒，下通井鉆具測(cè)量井斜。每次割芯完成后進(jìn)行測(cè)斜，根據(jù)所得數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)井底井斜，結(jié)合地質(zhì)建模和巖芯特征切換取芯鉆具組合，如此往復(fù)循環(huán)使取芯井眼軌跡的油層中穿行。歷時(shí)38d，完成取芯53筒，取芯總進(jìn)尺329m，比設(shè)計(jì)取芯周期節(jié)省了17d，同時(shí)創(chuàng)造了水平段層內(nèi)連續(xù)取芯236m的國(guó)內(nèi)最高紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)了收獲率、密閉率分別99.8%和97%雙高指標(biāo)。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）近鉆頭單螺扶取芯工具增斜效果明顯；雙螺扶取芯工具穩(wěn)斜略降；無(wú)螺扶取芯工具降斜效果明顯；彎螺桿驅(qū)動(dòng)取芯工具定向效果不明顯。

（2）通過增斜、穩(wěn)斜和降斜三套鉆具組合配合取芯機(jī)械鉆速，實(shí)現(xiàn)了井眼軌跡控制。

（3）總結(jié)取芯鉆具組合與鉆進(jìn)參數(shù)的造斜規(guī)律，有效預(yù)判井底井斜，依據(jù)隨鉆地質(zhì)導(dǎo)向模型選用取芯工具。

（4）使用高粘度密閉液和預(yù)防銷釘提前剪斷兩種措施，大幅提高密閉率效果。

（5）該井的成功驗(yàn)證了薄層水平段連續(xù)密閉取芯技術(shù)合理。