張洪君，劉春來(lái)，袁國(guó)強(qiáng)

（1.大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413；2.大慶鉆探工程公司鉆井三公司，黑龍江大慶163413）

·石油與鉆掘工程·

大斜度井?dāng)鄬尤⌒竟に嚰夹g(shù)

張洪君*1，劉春來(lái)1，袁國(guó)強(qiáng)2

（1.大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413；2.大慶鉆探工程公司鉆井三公司，黑龍江大慶163413）

大慶油田經(jīng)過(guò)注水開(kāi)發(fā)，地下剩余油高度分散，但受構(gòu)造、儲(chǔ)層非均質(zhì)以及井控程度等因素影響，尤其是斷層附近仍然存在局部剩余油富集區(qū)。近幾年來(lái)，利用大斜度井進(jìn)行挖潛，取得較好效果。為了進(jìn)一步研究斷層兩側(cè)巖性和儲(chǔ)層性質(zhì)變化情況，進(jìn)而為采油開(kāi)發(fā)提供更精確的設(shè)計(jì)依據(jù)，提出了在斷層帶取芯的要求。通過(guò)對(duì)大斜度斷層取芯井的難點(diǎn)分析、研究配套了相應(yīng)的取芯工具和工藝技術(shù)措施，并在現(xiàn)場(chǎng)成功實(shí)施，形成了一套大斜度井?dāng)鄬尤⌒竟に嚰夹g(shù)。

大斜度井；斷層；連續(xù)取芯；工具；技術(shù)

大斜度斷層取芯是在斷層上升盤(pán)以一定的井斜角度，井眼軌跡從上到下，鉆穿斷層、貫穿油層的連續(xù)取芯。為了研究斷層帶地層巖性和儲(chǔ)層物性特點(diǎn)，在杏區(qū)斷層帶部署一口大斜度井取芯，井號(hào)為杏7-20-斜632，針對(duì)該井井眼軌跡要求和斷層帶取芯特點(diǎn)，采用了大慶鉆井院自主研制的SPM178-115型大斜度取芯工具，采取了合理的工藝技術(shù)措施，優(yōu)選取芯鉆頭和優(yōu)化取芯參數(shù)，成功地解決了井眼軌跡控制、斷層帶巖芯破碎、樹(shù)芯困難和密閉頭銷(xiāo)釘剪斷等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，連續(xù)取芯進(jìn)尺130.51m，平均收獲率達(dá)到99.3%，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)目的，驗(yàn)證了工具和工藝技術(shù)的合理性。

1 取芯難點(diǎn)分析

在大斜度井內(nèi)，依據(jù)設(shè)計(jì)井眼軌跡，鉆穿斷層，并且要求巖芯連續(xù)和斷層帶的巖芯完整，如果井眼軌跡控制不好，就有可能取不到斷層，如果取到的斷層帶巖芯破碎，對(duì)研究斷層也失去了意義，導(dǎo)致取芯失敗，而且在連續(xù)114.51m的斷層帶取芯也是尚屬首次，因此，對(duì)于取芯來(lái)說(shuō)也是一個(gè)挑戰(zhàn)，相對(duì)于普通取芯，有以下技術(shù)難點(diǎn)。

1.1 井眼軌跡控制

要取全取準(zhǔn)斷層帶的巖芯，必須保證取芯實(shí)鉆軌跡沿取芯設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn)，對(duì)井眼軌跡控制是個(gè)難題，因此，我們必須設(shè)計(jì)出了穩(wěn)斜、增斜、降斜3種鉆具組合，來(lái)滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求，并采取隨鉆測(cè)斜措施，實(shí)時(shí)掌握井眼軌跡動(dòng)態(tài)情況，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)測(cè)斜數(shù)據(jù)，運(yùn)用井眼軌跡調(diào)整軟件，參考設(shè)計(jì)的井眼軌跡，根據(jù)每種工具的增斜、降斜情況，及時(shí)調(diào)整取芯工具和取芯長(zhǎng)度，滿足連續(xù)取芯同時(shí)，調(diào)整實(shí)鉆井眼軌跡，達(dá)到鉆穿斷層的目的。

1.2 斷層帶的巖芯破碎、脫皮

同一位置的斷層面，兩側(cè)的巖性不同，力學(xué)機(jī)理也不同，斷層帶處形成的巖芯容易破碎，再加上油田長(zhǎng)期注水開(kāi)發(fā)，在以往的常規(guī)取芯中，巖芯表面經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一層極易脫落的表皮，巖芯直徑變細(xì)，易擼芯、掉芯，影響巖芯收獲率。

1.3 樹(shù)芯困難

由于井斜角較大，取芯工具在重力作用下，偏向井壁一側(cè)，采用常規(guī)取芯工具，內(nèi)筒不居中，連續(xù)取芯時(shí)，留在井底的巖芯柱會(huì)被偏離的內(nèi)巖芯筒阻擋，造成巖芯入筒困難，有鉆壓無(wú)進(jìn)尺，影響機(jī)械鉆速和巖芯收獲率。

2 取芯工具的選擇

通過(guò)大斜度井難點(diǎn)分析，正確選擇工具是該井取芯成功的關(guān)鍵，密閉取芯工具不具有調(diào)整井眼軌跡功能，取芯的同時(shí)不能按設(shè)計(jì)井眼軌跡鉆進(jìn)；水平井取芯工具不能解決巖芯脫皮問(wèn)題，容易造成巖芯直徑細(xì)，影響巖芯收獲率；常規(guī)取芯工具內(nèi)筒不居中，入芯困難，容易造成巖芯損失，取芯不連續(xù)；因此，優(yōu)選SPM178-115大斜度井密閉取芯工具，該工具內(nèi)筒居中，具有井眼軌跡調(diào)節(jié)功能，可以加入巖芯保護(hù)液，解決巖芯脫皮問(wèn)題，工具結(jié)構(gòu)、原理如下。

2.1 工具結(jié)構(gòu)

主要由大接頭、上穩(wěn)定器、絲堵、內(nèi)巖芯筒、外巖芯筒、下穩(wěn)定器、下接頭、巖芯爪、密閉頭和取芯鉆頭所組成。內(nèi)筒底端面與鉆頭內(nèi)腔密封配合，保證了內(nèi)筒居中，巖芯能順利進(jìn)筒；上下穩(wěn)定器設(shè)計(jì)，滿足井眼軌跡調(diào)整要求；鉆井液由大接頭水眼、內(nèi)外筒環(huán)形空間及鉆頭水眼到達(dá)井底，達(dá)到冷卻鉆頭、清洗井底的作用。

2.2 工作原理

組裝取芯鉆頭，連接取芯工具，在內(nèi)筒里注滿巖芯保護(hù)液，上緊絲堵，連接鉆鋌、鉆桿，將工具下放至井底，取芯前大排量清洗井底，井底清洗干凈后，下壓鉆具剪斷銷(xiāo)釘，鉆具提離井底，啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)開(kāi)始取芯鉆進(jìn)，取芯過(guò)程中，隨著巖芯進(jìn)入內(nèi)筒，巖芯保護(hù)液排出，均勻地涂在巖芯表面上，形成一層保護(hù)膜，防止鉆井液浸入巖芯，割心時(shí)，上提鉆具，巖芯爪沿鉆頭錐面下行，產(chǎn)生徑向鎖緊力，將巖芯卡緊，當(dāng)上提拉力達(dá)到巖芯斷面極限拉力時(shí)，巖芯即被割斷。

3 取芯技術(shù)措施

3.1 鉆具組合

為了保證取芯實(shí)鉆井眼軌跡符合設(shè)計(jì)井眼軌跡要求，設(shè)計(jì)出了穩(wěn)斜、降斜、增斜3種取芯工具，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)測(cè)量井斜結(jié)果來(lái)調(diào)整鉆具組合，達(dá)到取芯的同時(shí)調(diào)整井眼軌跡要求。

穩(wěn)斜鉆具組合：?215mm取芯鉆頭+?213mm穩(wěn)定器+?178mm取芯筒+?213mm+穩(wěn)定器+?159mm鉆鋌（2根）+?127mm加重鉆桿（15根）+?127mm鉆桿。

增斜鉆具組合：?215mm取芯鉆頭+?213mm穩(wěn)定器+?178mm取芯筒+?159mm鉆鋌（2根）+?127mm加重鉆桿（15根）+?127mm鉆桿。

降斜鉆具組合：?215mm取芯鉆頭+?178mm取芯筒+?213mm穩(wěn)定器+?159mm鉆鋌（2根）+?127mm加重鉆桿（15根）+?127mm鉆桿。

3.2 取芯鉆頭

取芯鉆頭齒以傾斜角度接觸地層，與地層層面形成了一定的角度，切削地層的機(jī)械鉆速不均勻，會(huì)對(duì)易破碎地層形成的巖芯質(zhì)量造成影響。為此，我們采用雙錐冠形、高密度布齒的PDC取芯鉆頭，使每個(gè)齒都得到充分利用，加強(qiáng)切削效率，提高機(jī)械鉆速，增大了對(duì)破碎巖芯保護(hù)，使其在未破碎之前就進(jìn)入內(nèi)筒，減少堵芯和掉芯的可能性；加長(zhǎng)內(nèi)外保徑，增強(qiáng)了鉆頭的工作穩(wěn)定性，也有效減小對(duì)巖芯的破碎損害，提高了巖芯質(zhì)量和巖芯收獲率。

3.3 優(yōu)選取芯參數(shù)

結(jié)合大斜度井取芯工具特點(diǎn)，合理選擇鉆進(jìn)參數(shù)。鉆壓：鉆具大部分緊貼井壁，與井壁的摩阻較大，鉆壓不能有效傳遞到鉆頭上，指重表不能指示有效鉆壓，因此采用低鉆壓樹(shù)心，保證巖芯順利進(jìn)入取芯內(nèi)筒；正常鉆進(jìn)時(shí)，采用回壓最快的鉆壓進(jìn)行鉆進(jìn)，少加、勤放，以下放鉆具鉆壓不漲為原則，達(dá)到最優(yōu)的機(jī)械鉆速；排量：在滿足清洗井底和冷卻鉆頭條件下，一般考慮最低攜砂能力要求，同時(shí)要考慮巖芯質(zhì)量、井眼穩(wěn)定的要求，采用“大排量循環(huán)，低排量鉆進(jìn)”原則；轉(zhuǎn)速：考慮到巖芯質(zhì)量完整、鉆具和鉆頭工作平穩(wěn)性，采用低轉(zhuǎn)速鉆進(jìn)，轉(zhuǎn)數(shù)控制在50～55r/min，選擇低轉(zhuǎn)速的優(yōu)點(diǎn)在于：一是減少鉆具振動(dòng)，增加底部鉆具的穩(wěn)定性，降低巖芯破碎可能性，防止卡芯與堵芯，提高巖芯收獲率；二是當(dāng)井底扭矩過(guò)大時(shí)，低轉(zhuǎn)速可以起緩沖作用，降低鉆具扭矩，保護(hù)鉆具。

3.4 使用巖芯保護(hù)液

取芯層位的地層親水且地層壓力較高，巖芯遇水容易在巖芯柱表面形成一層極易脫落的表皮，致使巖芯直徑變細(xì)，且隨著巖芯筒逐漸提離井底，壓力釋放，巖芯容易破碎，不能形成完整的巖芯，取不到斷層剖面，導(dǎo)致取芯失敗。因此，采用在內(nèi)筒中加入油基巖芯保護(hù)液，形成的巖芯進(jìn)入內(nèi)筒后就被保護(hù)液包裹起來(lái)，保證了巖芯整齊完整，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果較好。

3.5 防卡技術(shù)

鉆具與井壁存在較大摩阻，多次起下鉆造成在井壁一側(cè)形成溝痕，鉆具位于溝痕內(nèi)容易發(fā)生粘卡事故，因此，采用在鉆井液中混原油和加入石墨、防塌劑、定時(shí)活動(dòng)鉆具等方法，提高鉆井液性能和井壁的穩(wěn)定性，減少摩阻和轉(zhuǎn)盤(pán)扭矩，防止井下復(fù)雜情況發(fā)生。

3.6 銷(xiāo)釘剪斷措施

取芯前首先要剪斷密閉頭銷(xiāo)釘，由于工具傾斜，井底沉砂多、井壁摩阻和鉆具托壓等原因，造成銷(xiāo)釘剪斷困難，因此，取芯前盡可能大排量清洗井底，一般在轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)情況下，采用不超過(guò)10kN鉆壓接觸井底，下放鉆具沒(méi)有進(jìn)尺時(shí)，停止轉(zhuǎn)盤(pán)，再下放鉆具靜壓100kN，沒(méi)有顯示，可以多剪幾次，直到剪銷(xiāo)明顯，啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)、下放鉆具、鉆進(jìn)有進(jìn)尺為止，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果較好。

4 取芯效果分析

該井共取芯 15筒，井段 1223.0～1239.0m、1258.6～1373.11m，取芯進(jìn)尺130.51m，芯長(zhǎng)129.65m，平均收獲率99.3%，單筒最高進(jìn)尺9.25m，最高機(jī)械鉆速9.6m/h，巖芯整齊，取全取準(zhǔn)了斷層剖面，取得了較好的效果，取芯數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 杏7-20-斜632井取芯數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

該工具能夠滿足井眼軌跡調(diào)整要求，實(shí)鉆井眼軌跡與設(shè)計(jì)井眼軌跡基本吻合。

由于是大斜度井，巖芯出筒后的斷面是斜面，從巖芯筒頂端用油管通芯時(shí)，如果巖芯在內(nèi)筒中有碎屑或者有垂直裂縫，斜茬的斷面會(huì)形成楔子效應(yīng)，將巖芯卡在內(nèi)筒中，巖芯不能出筒，出現(xiàn)巖芯出筒困難時(shí)，不能用油管撞擊巖芯，將外筒戴上護(hù)絲，用大鉤提起取芯筒，并使取芯筒傾斜，震擊外筒，外筒經(jīng)多次震擊后，內(nèi)筒中的巖芯松動(dòng)而下滑，巖芯逐漸出筒，效果較好。

5 結(jié)論和認(rèn)識(shí)

（1）首次在大斜度井?dāng)鄬訋⌒静@得成功，為研究斷層兩側(cè)巖性和儲(chǔ)層性質(zhì)變化提供了有效手段。

（2）大斜度斷層取芯工具設(shè)計(jì)合理，性能可靠，工藝技術(shù)措施切實(shí)可行，巖芯完整，收獲率較高。

（3）穩(wěn)斜、降斜、增斜3種取芯鉆具組合滿足了大斜度井取芯同時(shí)調(diào)整井眼軌跡的要求。

[1]劉春來(lái)，王曉舟，張洪君.錢(qián)可貴.水平井取芯工具在杏6-0-平35井中的應(yīng)用[J].石油鉆采工藝，2008，30（4）.

[2]王智鋒，李作會(huì)，王敏生.渤海埕北油田大斜度井取芯實(shí)踐和認(rèn)識(shí)[J].海洋石油，2006（3）.

[3]李健.水平井密閉取芯工藝技術(shù)分析[J].內(nèi)江科技，2012（3）.

[4]楊鵬，王智鋒，王敏生.CB-A29m大斜度井取芯實(shí)踐與認(rèn)識(shí)[J].西部探礦工程，2005（6）.

TE243

B

1004-5716(2015)06-0004-03

2014-05-23

2014-05-26

張洪君（1972-），男（漢族），黑龍江大慶人，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事取芯技術(shù)研究和鉆井技術(shù)工作。