關(guān)賀坤，和鵬飛，崔治軍，葉周明，李林波

（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300452）

渤海沙河街硬地層密閉取心技術(shù)的工程實踐

關(guān)賀坤1，和鵬飛1，崔治軍2，葉周明2，李林波1

（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300452）

渤海部分油田開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入中后期，為了剩余油的分布和油藏儲量動用情況、水淹水洗程度、殘余油飽和程度，在調(diào)整井中設(shè)計進(jìn)行取心作業(yè)。渤海某油田某井取心層位在沙二段，該地層埋深較深、地層壓實強(qiáng)度較高。取心過程中容易出現(xiàn)取心鉆進(jìn)困難、堵心以及割心困難等問題，為此通過調(diào)研對鄰近區(qū)域同層位取心情況進(jìn)行分析，結(jié)合本區(qū)塊地質(zhì)特點的基礎(chǔ)上優(yōu)選取心鉆頭、取心工具、取心參數(shù)，通過制定一系列技術(shù)措施，選擇首次在渤海應(yīng)用的硬地層密閉取心工具。最終成功共取心4筒，取得了收獲率和密閉率均為100%的良好應(yīng)用效果。

密閉取心；沙河街；取心鉆頭；取心工具；渤海油田

密閉取心技術(shù)是近年來發(fā)展并應(yīng)用較廣的取心技術(shù)，相比常規(guī)取心，密閉取心獲得的巖心可避免井筒鉆井液的污染［1-5］。因為鉆井液中固相顆粒和濾液的進(jìn)入，將導(dǎo)致巖心孔隙度、儲集空間中液體礦化度等發(fā)生根本的變化，影響對地層的判斷和認(rèn)識。在渤海某油田開發(fā)中，為研究剩余油分布、地層水洗情況等，在沙河街儲層進(jìn)行取心［6-8］。

1　作業(yè)背景及難點分析

1.1取心井基本情況

（1）油田地質(zhì)情況。油田鉆井過程揭示地層自上而下為：平原組、明化鎮(zhèn)組、館陶組、東營組、沙河街組，目的層為沙河街二段，儲集層物性中等偏好，多數(shù)樣品孔隙度17%～22%，滲透率100 mD左右，孔隙度與滲透率有較好的相關(guān)性，巖性灰色、淺灰色細(xì)砂巖，粉砂巖與褐灰色泥巖不等厚互層（見表1）。

表1　渤海沙河街地層巖性

（2）取心井取心段為8-1/2″井眼、井斜角10°左右，取心深度在3 000 m和3 200 m兩處。

1.2作業(yè)難點

從歷史井鉆井情況分析，該區(qū)塊沙河街組地層壓實強(qiáng)度在20 MPa到45 MPa波動，井段的鉆頭使用數(shù)據(jù)分析，鉆頭的磨損大多數(shù)都是均勻磨損。鉆頭磨損到一定程度后，吃入就比較困難，機(jī)械鉆速逐漸降低，可見地層的研磨性和抗壓強(qiáng)度都比較高；沙河街地層的機(jī)械鉆速均偏低。該段地層內(nèi)摩擦角均值為31°，最大值為34°，屬于中等研磨性地層。

由于井深較深，地面參數(shù)判斷存在一定的誤差值，本井取心的主要難點有取心鉆頭和取心工具的選擇，要滿足該地層的有效鉆進(jìn)，同時要滿足密閉取心的需要。一般密閉取心鉆頭內(nèi)徑和內(nèi)唇面無鉆井液清洗；鉆井液只清洗冷卻外唇面。因密閉取心工藝要求杜絕鉆井液失水污染巖心，鉆頭內(nèi)徑和內(nèi)唇面無鉆井液清洗，只靠取心工具內(nèi)筒擠出的密閉液冷卻金剛石切削齒和攜帶巖屑，鉆井液只通過水眼和外泄水槽循環(huán)，清洗冷卻外唇面。外泄水槽內(nèi)緣只能開到園弧頂點附近，杜絕鉆井液紊流污染巖心。

2　技術(shù)方案

2.1取心鉆頭的選擇

根據(jù)同層位或者類似作業(yè)情況井取心情況，選用勝利PMC037m-8115型取心鉆頭作為主力鉆頭。PSC136m-8115型、TMC536m-8115型取心鉆頭作為輔助鉆頭。其中PMC037m-8115型取心鉆頭為近五年新設(shè)計的取心鉆頭，采用8 mm小齒PDC片，具有平均布齒密度大，切削效率高，鉆頭清洗效果好等優(yōu)點。該鉆頭是對付中硬-硬地層取心的主力鉆頭，適應(yīng)范圍較廣，泥巖機(jī)械鉆速根據(jù)不同地層情況可達(dá)2 m/h～6 m/h。

2.2取心工具的選擇

該地層巖性為細(xì)砂巖與泥巖呈不等厚互層，因此選適用于中硬地層的Ym-8115型密閉取心工具。Ym-8115密閉取心工具主要由安全接頭、外筒總成、懸掛結(jié)構(gòu)、內(nèi)筒總成及取心鉆頭總成。采用雙筒單動結(jié)構(gòu)，內(nèi)外筒可相對運動，該型號工具的使用情況（見表2）。外筒接頭外徑194 mm，管體外徑178 mm；內(nèi)筒外徑139.7 mm，內(nèi)徑125 mm；巖心爪內(nèi)徑113 mm，可收縮的最小內(nèi)徑93.9 mm（見圖1）。

圖1　Ym-8115型密閉取心工具示意圖

內(nèi)筒上部采用浮動活塞結(jié)構(gòu)，以消除井眼液柱壓力對工具密封性的影響。由于這一結(jié)構(gòu)的采用，就使得工具密閉區(qū)內(nèi)外的壓力始終保持平衡。因而本工具的使用范圍一般不受井眼深度的限制，同時它還使得工具具有新的優(yōu)點：工具采用雙筒雙動結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒懸掛裝置中無軸承，無單流凡爾，以實現(xiàn)內(nèi)筒與鉆頭配合面為靜密封。并實現(xiàn)內(nèi)筒的密閉液為單向流動，確保密封有效。在下鉆過程中，固定在鉆頭上的密閉活塞基本不受力，不僅固定銷釘?shù)臄?shù)量可減少，而且通常由于井深或下鉆操作不穩(wěn)等因素所引起的固定銷提前剪斷，使密封失效的問題也可由此避免。在下鉆過程中，密閉區(qū)的密封始終是屬于“低壓密封”。不僅容易實現(xiàn)，而且安全可靠。由于密封活塞固定銷的數(shù)量少，在取心鉆進(jìn)前，剪銷所需要的力就小。這樣就避免了由于大鉆壓剪銷而對鉆頭產(chǎn)生猛力沖擊，對于保護(hù)取心鉆頭有利。

表2　參考井取心情況

2.3取心鉆具組合的設(shè)計

Φ215 mm取心鉆頭（0.3 m）+Φ210 mm扶正器A（0.5 m）+Φ178 mm取心筒（8.8 m）+Φ210 mm扶正器B（0.5 m）+上接頭（0.22 m）+X/O（521×410）+Φ203.2 mm鉆鋌×9根+Φ203.2 mm隨鉆震擊器+Φ127.0 mm加重鉆桿×14根。

2.4密閉液的選擇

采用具有耐高溫、流動性好、附著力強(qiáng)等優(yōu)良性能的勝利SM-I型深井合成基密閉液（示蹤劑選用酚酞），以確保巖心密閉率達(dá)到設(shè)計要求。該密閉液為黃棕色固相均勻的黏稠液體，無毒且性能穩(wěn)定。同時具備以下特點：（1）常溫黏度為5 Pa·s～25 Pa·s，密度為1.02 g/cm3～1.2 g/cm3；（2）抽絲長度常溫大于15 cm，高溫后大于5 cm；（3）良好的懸浮性能；（4）流動性好，在巖心進(jìn)入巖心筒的同時密閉液易被擠出；（5）附著性好，密閉液能夠及時在巖心表面形成一層不易被鉆井液滲透的保護(hù)膜；（6）密閉液含有不同粒度惰性固相用以堵塞巖心表面孔隙；（7）具有較好的抗溫性能，其成分不影響巖心密閉率的測定。

3　現(xiàn)場應(yīng)用情況

3.1取心參數(shù)

下鉆到達(dá)井底后調(diào)整方余，保證有10 m以上，開始鉆進(jìn)。鉆頭到底之后5 s內(nèi)將鉆壓加至60 kN～80 kN，以保證及時剪斷活塞固定銷。正常鉆進(jìn)參數(shù)（見表3）。

3.2取心結(jié)果

該井共計取心四筒，每筒心取心過程正常，收獲率和密閉率均達(dá)到了100%（見表4）。

3.3鉆頭磨損情況

四筒心平均機(jī)械鉆速達(dá)到10.78 m/h，出井鉆頭磨損很小，表明GC315M取心鉆頭能夠較好適應(yīng)渤海沙河街組地層的取心作業(yè)，取心參數(shù)及鉆頭總結(jié)（見表5、圖2）。

表3　推薦取心鉆進(jìn)參數(shù)

表4　取心結(jié)果統(tǒng)計數(shù)據(jù)

表5　取心鉆頭總結(jié)

圖2　出井巖心情況

4　結(jié)論

（1）Ym-8115型密閉取心工具適合于渤海沙河街組中硬地層的取心作業(yè)。

（2）GC315M取心鉆頭在四筒心的取心過程中表現(xiàn)穩(wěn)定，攻擊性和抗研磨性強(qiáng)，獲得了較高的機(jī)械鉆速，降低了鉆井成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。該型號取心鉆頭可以嘗試在渤海其他油田沙河街組地層應(yīng)用。

（3）綜合分析影響取心收獲率和密閉率的因素，并制定詳細(xì)的技術(shù)措施是取心作業(yè)成功的關(guān)鍵。

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TE921.3

A

1673-5285（2016）09-0077-03

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.09.019

2016-07-05

關(guān)賀坤，男，工程師，畢業(yè)于東北石油大學(xué)石油工程專業(yè)，主要從事海洋石油鉆完井技術(shù)監(jiān)督工作，郵箱：guanhk@cnooc.com.cn。