密閉取芯井鉆井技術(shù)及其問題分析

姬超 劉宇 張峰

中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司第四鉆井工程分公司 河北 滄州 062552

密閉取芯鉆井技術(shù)是以傳統(tǒng)取芯井工藝技術(shù)為基礎(chǔ)，在應(yīng)用該技術(shù)過程中，全面發(fā)揮密閉液的保護(hù)作用，提高取芯井的鉆出效果。值得注意的是，雖然該種技術(shù)具有較強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，但其應(yīng)用效果時(shí)常受到各種外在因素影響，如自然條件、人為因素等，各環(huán)節(jié)均有明確規(guī)定。因此，油田企業(yè)在生產(chǎn)石油過程中，如果要應(yīng)用該技術(shù)，必須要全面勘察現(xiàn)場施工條件，科學(xué)選擇密閉取芯鉆井施工工具，控制施工數(shù)據(jù)，嚴(yán)格遵循行業(yè)規(guī)范，促進(jìn)施工向規(guī)范化方向發(fā)展[1]。

1 密閉取芯井鉆井技術(shù)要點(diǎn)

1.1 全面掌握井位地質(zhì)情況

想要充分發(fā)揮密閉取芯鉆井技術(shù)應(yīng)用效果，要在鉆井作業(yè)前，組織專業(yè)人員到施工現(xiàn)場，全面分析井位定制情況，掌握詳細(xì)的地質(zhì)信息，并將這些數(shù)據(jù)應(yīng)用到密閉取芯鉆井技術(shù)操作方面，提高技術(shù)應(yīng)用效果。同時(shí)，由于整個(gè)取芯井鉆井技術(shù)實(shí)施周期較長，施工中要進(jìn)行重復(fù)下鉆和起鉆操作，要通過提前調(diào)查井位地質(zhì)數(shù)據(jù)，來實(shí)時(shí)監(jiān)督井位地下情況，提前制定合理的解決措施，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故。另外，在鉆取芯井時(shí)，要嚴(yán)格遵循行業(yè)要求，施工中表層環(huán)節(jié)，只有在掌握了表層地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上，現(xiàn)場才能配有特定型號(hào)的密封裝置，才能做到井控，避免由于經(jīng)常起鉆造成的井涌問題。如果在封閉的芯井中存在高壓淺氣層和欠壓層，則需要根據(jù)現(xiàn)場情況對(duì)鉆井液密度進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，這樣才能減少現(xiàn)場出現(xiàn)的油氣浸水、井漏等問題，保證鉆井液密度的合理性。

1.2 提前準(zhǔn)備取芯工具

在實(shí)施密閉取芯井鉆井作業(yè)時(shí)，要提前準(zhǔn)備所有取芯工具，如取芯筒、巖芯爪、絲堵、密封膠圈、配合接頭等。同時(shí)，工作人員要結(jié)合密閉取芯鉆井施工技術(shù)和現(xiàn)場實(shí)際施工情況，選擇高質(zhì)量取芯工具。在選擇密閉液時(shí)，最常用蓖麻油混合液，在取芯筒下降前，要將使用的混合液應(yīng)用到取芯筒內(nèi)筒中，等到灌注滿后，要采用絲堵將其堵住，加強(qiáng)密閉液對(duì)巖芯的保護(hù)作用。另外，應(yīng)用在井場需要下井的所有工具，要做好詳細(xì)的記錄和測量作業(yè)，至少配置2根取芯筒。

1.3 取芯鉆進(jìn)操作

在進(jìn)行密閉取芯井鉆井操作時(shí)，要保證取芯鉆井質(zhì)量，才能充分發(fā)揮該技術(shù)的應(yīng)用效果，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的安全事故。在取芯最初階段，要降低鉆壓數(shù)據(jù)，將其控制在10～20kN，通過小鉆壓適當(dāng)調(diào)整巖芯頭，給巖芯進(jìn)入到巖芯筒創(chuàng)造良好的施工條件，保證其能順利進(jìn)行。如果在鉆井20cm時(shí)仍然沒有出現(xiàn)異常問題，要在原有小鉆壓基礎(chǔ)上增加鉆壓，將鉆壓提升到40～50kN范圍，加強(qiáng)鉆機(jī)速度，提高鉆機(jī)效率。如果鉆井工作遇到應(yīng)巖層，導(dǎo)致鉆井工作難度增加，影響到其鉆井速度，要提高鉆壓，將其上升到60～80kN，但實(shí)際鉆壓數(shù)據(jù)要根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行控制[2]。

在選擇筒芯進(jìn)尺長度時(shí)，要提前確定芯筒長度，結(jié)合工藝要求選擇對(duì)應(yīng)的機(jī)械設(shè)備，利用專業(yè)工具檢測出鉆桿的放入和方余。正常情況下，進(jìn)行密閉取芯作業(yè)時(shí)，要保證取進(jìn)長度低于取芯筒內(nèi)筒長度，不然取進(jìn)長度超過標(biāo)準(zhǔn)值，會(huì)出現(xiàn)燒芯問題。但在施工時(shí)，要盡可能增加鉆取長度，避免鉆取長度過小，增加下鉆操作次數(shù)，無形中增加施工處理難度系數(shù)。遇到復(fù)雜問題時(shí)，要停止取進(jìn)操作，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的安全隱患。目前，在正常施工條件下，每筒芯結(jié)束鉆進(jìn)前50cm要合理提高鉆壓，全面增加鉆進(jìn)速度和效率，保證鉆取巖芯直徑能滿足行業(yè)要求，從而得到大直徑巖芯，給后期割芯環(huán)節(jié)的巖芯兆抓取巖芯打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。另外，在進(jìn)尺作業(yè)完成后，要合理降低鉆壓數(shù)量。

1.4 割離操作和防止丟芯

只有保證割芯操作正常進(jìn)行，才能全面提升取芯成功率。因此，在轉(zhuǎn)盤停止后，要均勻提高鉆具高度，當(dāng)其懸重高于鉆具既有重量時(shí)，說明巖芯爪成功抓到巖芯。當(dāng)要持續(xù)提升鉆具操作時(shí)，如果懸重下降到基礎(chǔ)重量，表示巖芯被割斷，這時(shí)要立刻進(jìn)行起鉆操作。在割芯操作時(shí)，無論采用任何鉆具進(jìn)行提鉆操作，要加強(qiáng)其穩(wěn)定性，禁止突然上提，避免丟失巖芯。同時(shí)，想要保證密閉取芯鉆井技術(shù)的施工效果，要保證其不丟芯，避免出現(xiàn)任何安全事故，要嚴(yán)格遵循行業(yè)操作標(biāo)準(zhǔn)，保證相關(guān)設(shè)備在正常運(yùn)行范圍[3]。

2 密閉取芯井施工中存在的問題

2.1 鉆井組合不當(dāng)，鉆井?dāng)?shù)據(jù)設(shè)計(jì)不合理

在進(jìn)行密閉取芯井鉆井作業(yè)時(shí)，很多油田企業(yè)時(shí)常出現(xiàn)鉆具組合不合理的現(xiàn)象，影響到鉆井參數(shù)科學(xué)性。如果發(fā)發(fā)這種問題，會(huì)給取芯作業(yè)造成嚴(yán)重影響，甚至帶來嚴(yán)重的鉆井作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)[4]。因此，在實(shí)際鉆井作業(yè)操作過程中，工作人員要全面勘察現(xiàn)場施工的實(shí)際情況，確定實(shí)際鉆具，對(duì)比不同鉆具組合的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇對(duì)應(yīng)的鉆井組合，有效提高日常鉆井效果。在正常情況下，要在鉆進(jìn)取芯井段前應(yīng)用雙鐘擺鉆具，但必須要保證井眼的垂直性。同時(shí)，在后期設(shè)計(jì)鉆井參數(shù)時(shí)，要結(jié)合底層實(shí)際情況，全面分析相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容，保證各方面數(shù)據(jù)的合理性，如泵壓、排量、鉆速、鉆壓等數(shù)據(jù)，防止因參數(shù)過高，影響到鉆井施工效果[5]。

2.2 開始鉆進(jìn)時(shí)要進(jìn)尺慢

在開始鉆探作業(yè)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)進(jìn)尺過慢或無進(jìn)尺的情況，主要是因?yàn)橐话沣@孔壓力都比較小的原始取芯鉆探作業(yè)環(huán)節(jié)，只有在正常標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)控制鉆孔壓力，才能達(dá)到修正巖芯的目的，這樣它的巖芯才能正常取芯鉆頭。密閉式取芯式鉆井技術(shù)是在傳統(tǒng)的取芯井工藝技術(shù)基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮密閉液的保護(hù)作用，使取芯井的鉆孔效果得到提高。值得注意的是，該技術(shù)雖然應(yīng)用優(yōu)勢(shì)較強(qiáng)，但由于受自然條件、人為因素等多種因素的影響，其技術(shù)應(yīng)用條件往往在各個(gè)環(huán)節(jié)都有明確的規(guī)定。有些作業(yè)場環(huán)境條件比較惡劣，剛開始鉆進(jìn)時(shí)可能會(huì)遇到堅(jiān)硬的巖層或疏松的巖層條件，一旦是堅(jiān)硬的巖層，為了改變這種情況，可以在原來的基礎(chǔ)上適當(dāng)增加鉆壓，以保持小鉆壓的鉆進(jìn)作業(yè)下，鉆進(jìn)效率較低；如果是疏松巖層，堵心或磨心的機(jī)會(huì)較高，進(jìn)尺緩慢甚至?xí)霈F(xiàn)無進(jìn)尺的現(xiàn)象，現(xiàn)場作業(yè)人員在遇到這種情況時(shí)，應(yīng)準(zhǔn)確判斷，全面分析處理原因，不要再進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)。

2.3 割芯時(shí)懸重變化較小

在割芯操作過程中，時(shí)常出現(xiàn)懸重變化不明顯、沒有任何變化等現(xiàn)象，當(dāng)出現(xiàn)這種問題時(shí)，相關(guān)人員要制作相關(guān)措施，有效解決問題。如果在提升一段距離后，該懸重仍然等于鉆具原本重量，表示隨著鉆進(jìn)作業(yè)進(jìn)程不斷深入，巖芯出現(xiàn)斷裂問題，這時(shí)要上提下放鉆具，反復(fù)對(duì)比懸重變化規(guī)律。如果懸重反應(yīng)程度較小，且存在較強(qiáng)的重復(fù)現(xiàn)象，說明在鉆井作業(yè)時(shí)，巖芯爪抓取力不足，時(shí)常產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。針對(duì)該種問題，要合理轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤，將鉆井細(xì)微上提，反復(fù)試驗(yàn)多次[6]。

2.4 起鉆后發(fā)現(xiàn)少巖芯

在部分油田作業(yè)中，在取出一筒芯并鉆出芯的過程中，可能存在少芯或無芯的問題，這說明巖芯在作業(yè)中出現(xiàn)了掉井的情況，需要安排專門的工作人員及時(shí)進(jìn)行打撈。下入不裝密閉頭并安裝有新巖芯爪的取芯鉆頭，下到井下巖芯頭上0.5m左右的距離，循環(huán)清洗魚頭，然后進(jìn)入下放環(huán)節(jié)，下放需緩慢進(jìn)行，下放遇阻時(shí)，可對(duì)轉(zhuǎn)盤稍作轉(zhuǎn)動(dòng)，并鉆入一定長度，但此鉆入長度的確定，需根據(jù)落井巖芯的長度，取芯內(nèi)筒的長度來確定，通常情況下，要先將魚頭放入井內(nèi)，然后此長度小于0.5m。當(dāng)現(xiàn)場作業(yè)進(jìn)行過程中，落井巖芯形狀不規(guī)則，取芯鉆頭難以套入時(shí)，需按緩慢性要求在起動(dòng)轉(zhuǎn)盤下放鉆具時(shí)進(jìn)行重新切割。

3 密閉取芯技術(shù)應(yīng)用

3.1 設(shè)計(jì)鉆具組合

Rmb-8100型取芯工具作為最常見的低污染密閉取芯工具，鉆頭采用MQJ215人造金剛石取芯鉆頭，取芯工具應(yīng)用MQL215型取芯工具。鉆具組合采用Φ215mm取芯鉆頭+Φ215mm密閉取芯工具+Φ158.8mm鉆鋌×12根+Φ127mm鉆桿+133.4mm方鉆桿；鉆進(jìn)鉆壓控制在60～80kN，鉆速為50～60r/min，排量為15～20L/s。

3.2 做好施工作業(yè)井眼的準(zhǔn)備工作

想要保證井眼質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求，必須保證起下鉆的通暢性，井底不存在任何雜物；鉆井液設(shè)計(jì)要滿足設(shè)計(jì)要求，井眼失水量低于3mL，含砂量小于0.3%，鉆井液密度要控制在衡鉆井標(biāo)準(zhǔn)范圍。同時(shí)，要配置適量加重鉆井液，取芯前三天，要停止取芯井周圍300m內(nèi)的注水，直到取芯全部結(jié)束。

3.3 取芯工具下鉆作業(yè)

要根據(jù)地層地質(zhì)情況，盡可能選擇泥巖段進(jìn)行割芯，有利于穿鞋帶帽操作；在鉆完進(jìn)尺后，要停止鉆進(jìn)運(yùn)行，做好明顯標(biāo)志工作，才能緩慢提高鉆具高度，保證加壓接頭六方滑動(dòng)桿全部拉開，防止鉆頭離開井底。同時(shí)，要將47mm鋼球投入到鉆桿，每次只能投一個(gè)，投球時(shí)間控制在3min/個(gè)，投球數(shù)量累計(jì)到4只后，要讓球進(jìn)行自由下落，落球時(shí)要根據(jù)0.006H/min進(jìn)行計(jì)算，其中H表示井深，單位用m進(jìn)行表示。另外，在投球過程中要科學(xué)轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，整個(gè)投球過程要聽從取芯工程師進(jìn)行統(tǒng)一指揮，相互配合進(jìn)行操作，等到鋼球全部達(dá)到指定位置后，再緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具5～10圈；在停止轉(zhuǎn)動(dòng)滑放鉆具時(shí)，要將鉆壓提升到20～30t。這時(shí)，工取芯工程師要用手觸摸鉆具，觀察指重表表動(dòng)情況，當(dāng)指針回到2～10t時(shí)，鉆具有變化情況，表示懸掛銷釘被剪斷，要將鉆具上升到投球中，變化方位進(jìn)行兩次加壓操作，直到整個(gè)割芯操作流程完成。

3.4 巖芯出筒作業(yè)

在正常情況下，要求工作人員在兩個(gè)小時(shí)內(nèi)完成出筒操作，并實(shí)現(xiàn)取樣操作流程，卸下巖芯爪和短節(jié)，從內(nèi)筒上部取出襯筒定位擋環(huán)。同時(shí)，應(yīng)用專業(yè)頂芯工具，依次將鋁合金襯筒頂出，并根據(jù)要求標(biāo)記記號(hào)，嚴(yán)格遵循地質(zhì)取樣要求進(jìn)行保存、切割、冷凍等操作。在出筒時(shí)，必須要求地質(zhì)人員、工程人員在施工現(xiàn)場，雙方相互密切配合，嚴(yán)格遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，避免巖芯質(zhì)量受到各種因素影響，如水、鉆井液、其他物質(zhì)等因素影響。石油作為現(xiàn)代最常見的能源儲(chǔ)備，其所處環(huán)境過于惡劣，形成周期較長，積極引進(jìn)先進(jìn)的鉆井工藝，以提高日常鉆井效果，以保證石油開發(fā)功能的順利進(jìn)行。在油田實(shí)際鉆探中，密閉取芯鉆探技術(shù)應(yīng)用效果較好，是目前最先進(jìn)的鉆探技術(shù)。值得注意的是，為了使該技術(shù)的應(yīng)用效果得到充分發(fā)揮，達(dá)到鉆探的預(yù)期目的，在施工中應(yīng)注意各方面的要求，嚴(yán)格按照行業(yè)施工標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。如果遇到雨雪天氣，要及時(shí)采取防護(hù)措施，保證巖芯能正常出筒操作。取芯操作完成后，要用大鉗緊固加壓接頭、取芯工具等部件，有利于工作人員進(jìn)行維修和回收。

4 結(jié)束語

綜上所述，密閉取芯鉆井技術(shù)在油田施工中具有明顯效果，但想要充分發(fā)揮該種技術(shù)的真正價(jià)值，相關(guān)作業(yè)人員要提高對(duì)其的重視程度，全面分析施工現(xiàn)場實(shí)際情況，管理技術(shù)應(yīng)用中的安全質(zhì)量問題，促進(jìn)作業(yè)向規(guī)范化方向發(fā)展。通過對(duì)密閉取芯井鉆探技術(shù)進(jìn)行全面分析，對(duì)應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行探究，對(duì)井位地質(zhì)情況進(jìn)行了提前勘察，發(fā)現(xiàn)密閉取芯井作業(yè)中存在的問題，提出了有效解決問題的措施，避免了對(duì)密閉取芯井鉆探技術(shù)應(yīng)用效果的影響，提高其應(yīng)用效果。