渤海X油田疏松砂巖密閉取心常見問題及應(yīng)對措施

楊洋 羅鵬 苑仁國 王建立 馮恩龍 姚一冰

1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 天津 300452

2.中海石油（中國）有限公司天津分公司 天津 300459

以渤海X油田為代表的開發(fā)較早的油田已進(jìn)入“雙高”階段，其中渤海X油田綜合含水率87.1%，水淹問題突出，主力層內(nèi)部剩余油分布明顯不均。密閉取心資料作為一項(xiàng)重要的地質(zhì)資料對科學(xué)有效評價(jià)水淹層，提高剩余油分布認(rèn)識，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)油控水目標(biāo)具有重要作用。通過對渤海X油田疏松砂巖密閉取心井分析，重點(diǎn)對出現(xiàn)的卡層不準(zhǔn)、收獲率低、密閉率低等三方面問題總結(jié)，將相關(guān)舉措應(yīng)用到渤海X油田F井密閉取心作業(yè)中，取得理想成效。

1 概況

渤海X油田目的層主要為東二段（E3d2）砂巖儲(chǔ)層，分為東二上段（E3d2u）和東二下段（E3d2l），東二上段相對埋藏淺。本次分析的常見問題和解決措施以勝利密閉取心工具YLRmb-8100為例[1]，如圖1，其采用機(jī)械加壓方式割心。密閉取心區(qū)別于常規(guī)取心的最大特征在于通過密閉取心工具和密閉液使巖心基本不受水基鉆井液的侵入和污染，能夠最大程度獲得原始油層含油飽和度、孔隙度和滲透率等重要地質(zhì)資料。

圖1 YLRmb-8100取心工具結(jié)構(gòu)

2 密閉取心常見問題

圍繞著密閉取心錄井的“取全取準(zhǔn)”原則，常出現(xiàn)問題：（1）卡層不準(zhǔn)，層位判斷錯(cuò)誤。（2）巖心收獲率低，巖心沒有進(jìn)筒或進(jìn)筒割心后沒有被全部帶上來，甚至出現(xiàn)空筒。（3）密閉率低，巖心受到污染，影響實(shí)驗(yàn)分析和結(jié)果等。

2.1 取心卡層

卡準(zhǔn)取心層位是密閉取心“取準(zhǔn)”工作的前提，巖心帶上層頂泥巖俗稱“戴帽”，一般鉆到取心砂體底部泥巖確保鉆穿目的層，俗稱“穿鞋”。按照卡層是否“戴帽”分為兩種卡層模式。

（1）“穿鞋戴帽”卡層模式

“穿鞋戴帽”能保留取心層頂部砂體，有助于研究儲(chǔ)層縱向上的變化；同時(shí)取心帶一點(diǎn)泥巖帽子更容易樹心。渤海X油田為三角洲前緣亞相沉積，儲(chǔ)層縱向變化快，不確定性大，油組內(nèi)小層劃分多，不易區(qū)分，給“戴帽”帶來較大風(fēng)險(xiǎn)。

“穿鞋戴帽”需要實(shí)時(shí)地層對比，精準(zhǔn)預(yù)測，在層頂1～2m處定深取心。若小層砂體較薄，進(jìn)層2m易將砂體打穿，此時(shí)優(yōu)選“穿鞋戴帽”模式。若層位加深，泥巖帽子太厚則取心鉆速較慢影響作業(yè)時(shí)效，同時(shí)砂巖不易進(jìn)筒在鉆頭處磨碎，影響收獲率。

（2）“穿鞋不戴帽”卡層模式

“穿鞋不戴帽”是常用的卡層模式，一般進(jìn)層1～2m循環(huán)，確定取心層位取心。

①軌跡優(yōu)化：密閉取心井多為定向井，距層頂50～90m要穩(wěn)斜旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，便于記錄砂泥巖參數(shù)變化規(guī)律。渤海X油田某井卡層過程滑動(dòng)和旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)頻繁轉(zhuǎn)換，砂泥巖參數(shù)變化無規(guī)律可循，沒有及時(shí)找好循環(huán)點(diǎn)，錯(cuò)過取心層位造成取心失利。②校正深度：丈量好鉆具，取心前100m投電石或標(biāo)志層對比保證遲到深度準(zhǔn)確。③對比曲線選擇：由于地層不同程度水淹，電阻率曲線參考程度低，使用伽馬曲線對比相對更準(zhǔn)確。④及時(shí)循環(huán)：采取“層層對比，逐漸逼近，實(shí)時(shí)更新預(yù)測深度”策略，在鉆時(shí)、鉆壓及扭矩等參數(shù)明顯變化時(shí)及時(shí)停鉆循環(huán)，判斷是否為取心層位。

2.2 巖心收獲率

近些年渤海X油田密閉取心井平均巖心收獲率90%以上，個(gè)別井收獲率較低。收獲率低的井主要分兩種：巖心未進(jìn)筒或剛進(jìn)筒時(shí)被沖散，在鉆頭處磨碎跟隨鉆井液返出到井口；巖心進(jìn)筒發(fā)生堵心或割心時(shí)巖心爪未收全[2]。

（1）巖心未進(jìn)筒

①地層原因，疏松砂巖埋藏淺，松散，膠結(jié)及成巖性差，易沖蝕。②參數(shù)原因，疏松砂巖在大排量下極易被沖刷掉；鉆速較快時(shí)，鉆壓跟不上，鉆具橫向或者縱向震動(dòng)，脆弱的疏松砂巖巖心柱很容易被鉆頭打碎。此外還有種特殊情況，渤海X油田某井密封活塞銷釘未剪斷，巖心無法進(jìn)筒，鉆進(jìn)參數(shù)正常，疏松砂巖被沖蝕磨盡。

正常樹心進(jìn)筒小鉆壓低轉(zhuǎn)速，減小鉆柱振動(dòng)，修整巖心頭。疏松砂巖則一開始就需加至接近正常鉆壓，防止鉆具“放空”。樹心后，逐漸加鉆壓、小排量鉆進(jìn)?？刂沏@速10～15m/h，不宜過快以免堵心，無論鉆壓大小一定要跟緊鉆壓。

（2）巖心進(jìn)筒

堵心有多種原因：①疏松砂巖進(jìn)筒后，抗壓強(qiáng)度低，鉆速快，松散巖心在鉆頭、襯筒內(nèi)散落堆積堵心，同時(shí)上部密閉液無法流出造成憋壓。砂巖在鉆頭處遇較大阻力，鉆速明顯變慢，在鉆頭處磨碎[3]。②地層縱向非均質(zhì)性強(qiáng)，泥巖夾層多。鉆遇砂巖中間泥巖夾層時(shí)會(huì)出現(xiàn)鉆速突然變慢甚至無進(jìn)尺的堵心現(xiàn)象；鉆穿泥巖夾層重新進(jìn)入砂巖時(shí)又會(huì)出現(xiàn)鉆速變快，扭矩明顯變大，砂巖快速進(jìn)筒造成堵心。③井底沉砂：井底未處理干凈，大的掉塊未攜帶出來，進(jìn)入襯筒頂部造成堵心，導(dǎo)致下部疏松砂巖磨心無法進(jìn)筒或進(jìn)筒困難造成丟心。渤海X油田某井頂部掉塊造成堵心，收獲率只有51.88%。此外含礫砂巖或砂礫巖地層礫石大小及分布不均，軟中帶硬，膠結(jié)松散，也極易造成堵心、卡心，在此不做詳細(xì)分析。

針對以上堵心問題，卡準(zhǔn)層后，通井以“保護(hù)井底巖心且井底無沉砂”為原則，下放距井底1m左右小排量循環(huán)，隨后提離井底4～5m提排量循環(huán)，防止沖蝕沖散底部疏松砂巖；多筒連續(xù)取心，每連續(xù)取心3筒進(jìn)行通井作業(yè)。取心作業(yè)時(shí)采用小排量（400～600L/min），盡量減小對巖心的沖刷；精細(xì)操作剎把，保證送鉆均勻、跟壓及時(shí)、防止鉆頭放空。取心前根據(jù)鄰井各小層厚度結(jié)合本井軌跡做取心預(yù)測巖性剖面圖，提供準(zhǔn)確的地層預(yù)告。合理選擇割心位置和時(shí)機(jī)，加強(qiáng)判斷，鉆到泥巖夾層適當(dāng)調(diào)整參數(shù)。取心鉆進(jìn)過程中，所有鉆井參數(shù)（鉆時(shí)、鉆壓、扭矩、泵壓等）明顯波動(dòng)或者異常，判斷為“堵心”立即割心，疑似“堵心”或不明原因割心起鉆。靈活調(diào)整控制單筒取心進(jìn)尺，沒有把握的進(jìn)尺絕不多打。

從近幾年取心井來看，巖心爪未收全一是打壓速度較快，內(nèi)筒行程不足；二是巖心爪下行推力不夠，正常內(nèi)筒壓力不滿足巖心爪收縮需求。

針對內(nèi)筒行程和壓力不足，可以增加泄壓盤螺釘，提高泄壓時(shí)的壓力，增加割心時(shí)對內(nèi)筒的推力。同時(shí)，采用12MPa→14MPa→16MPa→18MPa分段憋壓穩(wěn)壓2min，再次憋壓到19MPa泄壓，增加內(nèi)筒下行時(shí)間。

2.3 密閉率

密閉率通過密閉取心工具和覆蓋在巖心表面的密閉液來實(shí)現(xiàn)。密閉液能在巖心表面形成一層保護(hù)膜堵塞巖心表面孔隙，阻止鉆井液自由水的進(jìn)入。

卡層時(shí)要控制好鉆井液性能，減少對巖心污染。取心下鉆過程要平穩(wěn)，嚴(yán)禁猛剎、猛頓、猛放，遇阻不得超過4t，不得用取心鉆頭劃眼強(qiáng)下，這些很容易在鉆壓作用下剪斷密封活塞銷釘，造成密閉液提前釋放。遇阻立即上提，通過一定排量循環(huán)沖刷，緩慢旋轉(zhuǎn)通過。到井底剪斷銷釘后，靜待1分鐘，讓密閉液充分流出到鉆頭和井底，有效提高對巖心的保護(hù)。無特殊情況，不停泵、不停轉(zhuǎn)，鉆頭不提離井底，始終使井底和進(jìn)入襯筒的巖心表面環(huán)境被密閉液所包圍。

此外，提高巖心整理效率，減少巖心暴露的時(shí)間。提前搭建防雨工棚，避免雨雪造成巖心污染。冰柜提前通電制冷，及時(shí)冷凍巖心。第一時(shí)間把冰柜返回基地，確保巖心一直處于冷凍狀態(tài)，抵達(dá)巖心庫馬上進(jìn)行各項(xiàng)研究。

3 實(shí)際應(yīng)用

渤海X油田F井設(shè)計(jì)東二上段Ⅱ油組3、4、5小層以及Ⅲ油組1小層連續(xù)密閉取心作業(yè)，井眼Φ311.15mm，取心鉆頭Φ215.90mm，取心井段井斜55°。層位埋藏較淺，垂深1200m左右，細(xì)砂巖，相對疏松。

綜合分析取心層頂Ⅱ油組3小層砂體較厚，已鉆井設(shè)計(jì)和實(shí)鉆深度誤差較大，“穿鞋戴帽”模式風(fēng)險(xiǎn)大，決定選擇“穿鞋不戴帽”。原設(shè)計(jì)滑動(dòng)和旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)頻繁，砂泥巖參數(shù)不易區(qū)分。通過優(yōu)化軌跡在取心層之上60m穩(wěn)鉆壓4～5t旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，確定泥巖30m/h左右、砂巖50～60m/h的鉆速規(guī)律。采用“層層對比，逐漸逼近，實(shí)時(shí)更新預(yù)測深度”策略，鉆進(jìn)至1768～1770m鉆速明顯加快，停鉆循環(huán)，確認(rèn)鉆達(dá)取心層位。

取心鉆進(jìn)3～4t鉆壓，鉆遇泥巖或致密粉砂巖后適當(dāng)加鉆壓至5～6t，小排量400L/min，轉(zhuǎn)速53rpm。第一桶心鉆進(jìn)5.70m左右無進(jìn)尺，加鉆壓后無變化，扭矩降低，根據(jù)預(yù)測剖面判斷Ⅱ油組3小層已鉆穿遇泥巖堵心，及時(shí)割心起鉆。底部泥巖，疏松砂巖在襯筒內(nèi)擠壓膨脹堵心。第八筒鉆進(jìn)1m左右鉆速由13m/h變?yōu)?～2m/h，為排除泥巖夾層，加鉆壓后鉆速10m/h，繼續(xù)取心2m；后又明顯變慢，懷疑發(fā)生堵心，及時(shí)割心起鉆，砂巖在鉆頭處堵心。本次取心取全取準(zhǔn)各油組，共取心10筒，總進(jìn)尺84.26m，巖心收獲率100%，密閉率100%，如圖2。

圖2 渤海X油田F井密閉取心綜合分析結(jié)果

4 結(jié)束語

1）充分分析區(qū)域特征及鄰井資料（尤其區(qū)域取心井），了解儲(chǔ)層巖性特征，優(yōu)選卡層模式和取心工具等是密閉取心工作的重要基礎(chǔ)。

2）卡層時(shí)優(yōu)化軌跡，保證遲到深度準(zhǔn)確，“層層對比，逐漸逼近，實(shí)時(shí)更新預(yù)測深度”，找準(zhǔn)參數(shù)變化特征及時(shí)循環(huán)。

3）收獲率是作業(yè)中的難點(diǎn)，不同的地層采取不同的策略和參數(shù)，尤其是堵心等異常情況的判斷和割心時(shí)機(jī)的選擇十分關(guān)鍵。保證巖心“進(jìn)的去，割的準(zhǔn)，收的全”。判斷堵心立即割心，疑似堵心割心起鉆檢查。

4）要堅(jiān)持密閉液始終保護(hù)巖心免受泥漿侵染這一原則，通過取心工具和密閉液配合、出心的及時(shí)和后期保護(hù)來實(shí)現(xiàn)。

5）疏松砂巖的密閉取心始終是一個(gè)難點(diǎn)，圍繞巖心收獲率和密閉率，要不斷優(yōu)化和改進(jìn)取心工具、取心方案方法等，形成一套有效的密閉取心工藝技術(shù)。