羅慶時(shí)， 裴今朝， 陳國軍， 楊 志

(中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300452)

番禺油田大井斜松散無膠結(jié)地層定向取心工藝及實(shí)踐

羅慶時(shí)， 裴今朝， 陳國軍， 楊 志

(中海油田服務(wù)股份有限公司，天津 300452)

受南海東部番禺油田韓江組地質(zhì)特點(diǎn)影響，常規(guī)取心工具直井取心時(shí)，因巖心極易沖蝕致使取心收獲率大多在30%～50%之間。在該地層大井斜井段進(jìn)行定向取心時(shí)，鉆具難以居中、摩阻扭矩較大、鉆具穩(wěn)定性差更加大了取心難度。結(jié)合松散地層的地質(zhì)特點(diǎn)，分析了影響松散地層取心收獲率的因素，通過優(yōu)選取心工具、優(yōu)化鉆具組合、選擇目標(biāo)取心層段上部泥巖蓋層作為樹心地層、調(diào)整鉆井參數(shù)、完善技術(shù)措施等，首次成功完成了該油田大井斜松散儲層段定向取心作業(yè)，取心收獲率78.7%，遠(yuǎn)超相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的取心收獲率≥50%的指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)勘探目的。

定向取心；松散無膠結(jié)地層；收獲率；番禺油田；大井斜

0 引 言

鉆井取心是獲取地層原始地質(zhì)資料的一種最為直觀的有效手段。對于松散易碎的巖層，由于地層松散、巖心易碎不成柱，采用常規(guī)的取心工具和傳統(tǒng)的自鎖式割心方式經(jīng)常出現(xiàn)堵心、掉心現(xiàn)象，取心收獲率很低。而在定向井(或斜井)取心時(shí)，取心工具隨著井眼的軌跡而傾斜，其內(nèi)巖心筒因受重力作用而下垂，與外巖心筒內(nèi)壁相接觸，外筒帶動(dòng)巖心內(nèi)筒一起旋轉(zhuǎn)，加上巖心松散不成形，直接導(dǎo)致巖心斷裂，影響取心收獲率。國內(nèi)外在松散地層取心或定向(水平井)井段取心方面工藝技術(shù)成熟[1—7]，但對于大井斜松散地層定向取心，則成功案例很少。

南海東部番禺油田韓江組砂巖儲層成巖性差，松散無膠結(jié)，以往該區(qū)域鉆井取心收獲率較低。2016年，中海油服在此鉆探一口探井水平井，在下韓江組大斜度井段(井斜60°)松散砂巖儲層段取心一筒。通過優(yōu)選取心工具、優(yōu)化鉆具組合、卡準(zhǔn)樹心層位、調(diào)整鉆井參數(shù)、完善技術(shù)措施，克服了大井斜井段鉆具難以居中、摩阻扭矩較大、鉆具穩(wěn)定性差、取心井段巖心松散不成形等困難，成功完成了取心作業(yè)，取心收獲率達(dá)78.7%。

1 技術(shù)背景

1.1 地層松散無膠結(jié)

番禺油田韓江組地層砂巖儲層埋藏較淺，油層呈油砂狀，有的還含有不等徑礫石。樹心鉆進(jìn)時(shí)，由于地層松散，不利于造“和尚頭”，巖心無法進(jìn)入巖心筒，容易出現(xiàn)堵心現(xiàn)象。取心鉆進(jìn)時(shí)，鉆井液易對巖心造成沖蝕，松散地層更易被沖蝕導(dǎo)致取心收獲率低。同時(shí)由于巖心松散不成形，可鉆性好，鉆進(jìn)過程中巖心極易斷裂，操作稍有不慎即可能造成斷巖心。起鉆過程中巖心易從巖心爪處掉落；地面出心時(shí)，采用傳統(tǒng)的人力頂出松散的巖心時(shí)巖心易變形錯(cuò)亂，導(dǎo)致取得的資料準(zhǔn)確性差。

1.2 定向取心井段井斜大

番禺油田某井計(jì)劃取心的韓江組某儲層井段井斜60°。在大井斜井段取心作業(yè)期間，取心工具的軸線與重力方向線之間的夾角較大，在重力的作用下，取心工具躺在井眼低邊，由此引發(fā)以下取心難點(diǎn)： (1) 鉆具貼在井眼低邊，居中度較差，增加了摩阻扭矩，導(dǎo)致下部鉆具穩(wěn)定性較差。下部鉆具穩(wěn)定性對取心影響較大，特別是散碎地層，鉆具不穩(wěn)定導(dǎo)致巖心破碎，使巖心進(jìn)筒阻力增大，最后導(dǎo)致堵心。(2) 內(nèi)筒在低邊貼在外筒上，居中度差，取心鉆進(jìn)時(shí)跟著外筒一起旋轉(zhuǎn)，不利于巖心進(jìn)入，容易堵心。(3) 已經(jīng)進(jìn)入內(nèi)筒的巖心貼在內(nèi)筒低邊，產(chǎn)生較大的摩擦阻力，阻止新鉆出的巖心進(jìn)筒，造成堵心，疏松地層機(jī)械鉆速很快，即便堵心鉆速也無明顯變化，容易導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)不及時(shí)而造成磨心。(4) 常規(guī)的機(jī)械加壓割心工具難以有效加壓，導(dǎo)致割心困難。

2 技術(shù)對策

2.1 優(yōu)選取心工具

針對取心作業(yè)難點(diǎn)，優(yōu)選SP-8100型取心工具[1](見圖1)。該工具具有以下優(yōu)點(diǎn)。

圖1 SP-8100型取心工具結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Diagram of SP-8100 coring tool

(1) 配上隱蔽式卡板巖心爪和卡箍巖心爪組合結(jié)構(gòu)，無論地層軟還是硬、疏松還是致密，都能適用，可有效應(yīng)對探井作業(yè)取心前對地層掌握不準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)。若巖心疏松散碎，則卡板在彈簧力作用下伸開封閉內(nèi)筒，托住巖心；若巖心較硬，卡板不能吃入巖心，則可上提鉆具，卡箍巖心爪自動(dòng)收縮，割斷巖心。

(2) 內(nèi)筒里增設(shè)了鋁合金襯筒，在出心時(shí)連同巖心一起頂出，分段割開，利于巖心保形，提高所取資料的準(zhǔn)確性；襯筒內(nèi)進(jìn)行了涂層處理，可適當(dāng)減小摩擦阻力，減少堵心、磨心現(xiàn)象的發(fā)生。

(3) 取心內(nèi)筒上下兩端裝有徑向扶正軸承，可有效地保證內(nèi)筒的居中性，防止內(nèi)筒跟著外筒一起旋轉(zhuǎn)，利于大斜度井眼巖心進(jìn)筒。

(4) 該工具采用液力加壓割心方式，通過打壓剪斷銷釘完成割心，適用于任何井斜的取心作業(yè)，能有效解決機(jī)械加壓式取心工具割心困難的問題，割心不受鉆具配重影響，為優(yōu)化鉆具組合創(chuàng)造了有利條件。

(5) 設(shè)有安全泄壓裝置，憋壓至19MPa時(shí)泄壓閥自動(dòng)打開泄壓，安全可靠。

(6) 投球?yàn)槟猃埱颉Ｄ猃埱蛟阢@井液中處于漂浮狀態(tài)，可以克服鋼球因密度過大貼低邊而無法就位，導(dǎo)致無法憋壓的問題。

(7) 該工具上下兩端各接有1個(gè)φ210mm可拆卸扶正器，現(xiàn)場作業(yè)中可根據(jù)具體情況使用雙扶、單扶或無扶正器工具進(jìn)行取心作業(yè)。

(8) 針對目標(biāo)取心地層松散、無膠結(jié)不成形的巖性特點(diǎn)，選用帶切削齒的取心鉆頭以保證獲得最優(yōu)鉆速；同時(shí)設(shè)計(jì)一定長度保徑以提高定向井段底部鉆具組合的整體穩(wěn)定性。本次取心作業(yè)選用16mm齒6刀翼聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)鉆頭，保徑2英寸(1英寸≈2.54cm)，有利于提高鉆具穩(wěn)定性。

2.2 優(yōu)化鉆具組合

為提高在大井斜井段定向取心下部鉆具組合(BHA)的穩(wěn)定性，優(yōu)化了取心作業(yè)鉆具組合：φ215.9mm取心鉆頭+SP-8100取心工具總成+變扣接頭+浮閥接頭+φ203.2mm鉆鋌×1根+φ298.5mm扶正器+φ203.2mm鉆鋌×2根+變扣接頭+φ165.1mm震擊器+φ127mm加重鉆桿×11根。取心工具總成上下兩端安裝2個(gè)φ210mm扶正器以保證取心筒的整體穩(wěn)定性。取心工具之上1根φ203.2mm鉆鋌處接1個(gè)φ298.5mm扶正器(取心之前井眼φ311.2mm)以保證鉆具組合整體上與取心筒在軸線上保持一致，提高了取心筒上部鉆具在φ311.2mm井眼中的穩(wěn)定性，進(jìn)而保證了取心筒在φ215.9mm井眼中的居中度和穩(wěn)定性。同時(shí)，整個(gè)鉆具組合在剛性上也與鉆進(jìn)時(shí)鉆具剛性一致，利于取心起下鉆。

2.3 優(yōu)選樹心地層

根據(jù)隨鉆測井資料，分析實(shí)鉆地層情況，創(chuàng)新性地選擇目標(biāo)取心層位上部的蓋層作為樹心地層。目標(biāo)取心層位上部蓋層以泥巖為主，地層膠結(jié)好，可鉆性相對較差，利于樹心作業(yè)。結(jié)合穩(wěn)定的樹心參數(shù)，鉆出有效的“和尚頭”，確保巖心整體進(jìn)入取心筒，為后續(xù)松散不成形地層鉆進(jìn)創(chuàng)造條件。

2.4 調(diào)整鉆井參數(shù)

從鉆壓、排量和鉆速3個(gè)方面調(diào)整鉆井參數(shù)。

先以小鉆壓樹心，之后提高至正常取心鉆壓。在疏松地層機(jī)械鉆速迅速增加時(shí)，恒定鉆壓鉆進(jìn)，以免巖心被沖蝕或鉆壓跟不上造成斷心、影響收獲率。

先以小排量樹心，之后提高至正常取心排量。根據(jù)巖性變化適當(dāng)調(diào)整排量： 松散井段機(jī)械鉆速快速增加時(shí)，迅速降低排量減小沖蝕；對于特別疏松地層，降至最低排量甚至停泵干鉆以確保巖心不被沖蝕；在泥巖段取心鉆進(jìn)時(shí)，及時(shí)提高排量防止泥包。

使用較低的轉(zhuǎn)速樹心，增強(qiáng)下部鉆具的穩(wěn)定性。待樹心結(jié)束后，逐步提高至正常轉(zhuǎn)速。鉆進(jìn)至松散巖性地層時(shí)，如機(jī)械鉆速變快，在降排量的同時(shí)降低轉(zhuǎn)速，確保鉆具的穩(wěn)定性以防止巖心斷裂。

具體的取心鉆井參數(shù)組合如表1所示。

表1 取心鉆井參數(shù)

2.5 完善技術(shù)措施

保持井眼干凈順暢。取心作業(yè)前鉆進(jìn)時(shí)注意控制好井眼軌跡，防止狗腿度急劇變化，鉆到取心深度后通過通井、循環(huán)、調(diào)整泥漿性能(提高抑制性、潤滑性等)等措施使井眼干凈、順暢、穩(wěn)定；取心前以較大排量循環(huán)清洗井底，取心工具接觸井底前提前開泵開頂驅(qū)，上下反復(fù)沖洗，清除井底巖屑、碎塊，有效防止碎塊進(jìn)入巖心筒導(dǎo)致堵心。

發(fā)現(xiàn)異常果斷處理。疏松地層取心時(shí)井下異常較難被發(fā)現(xiàn)，且危害比在硬地層更大，較短時(shí)間的延誤可能導(dǎo)致較長進(jìn)尺的浪費(fèi)，嚴(yán)重影響收獲率。實(shí)鉆過程中，密切監(jiān)控鉆井參數(shù)變化，根據(jù)扭矩和泵壓變化情況判斷是否堵心。如果有堵心，應(yīng)果斷割心起鉆。

割心時(shí)精心操作。坐卡瓦前在轉(zhuǎn)盤面做好標(biāo)記，根據(jù)鉆具伸縮量估算上提鉆具高度，保持鉆具底部不動(dòng)；坐卡瓦時(shí)下放鉆具不能超過做好的標(biāo)記，防止巖心底部破碎堵塞在鉆頭內(nèi)腔，從而導(dǎo)致內(nèi)筒沒有足夠下行空間無法泄壓，影響割心。提前準(zhǔn)備好固井泵和固井管線，若打壓至設(shè)計(jì)割心泵壓19MPa后沒有自動(dòng)泄壓，可嘗試使用固井泵打更高壓力，推動(dòng)內(nèi)筒下行泄壓，同時(shí)巖心爪伸出卡住巖心。

地面出心時(shí)做好保護(hù)措施，防止松散巖心散落，及時(shí)連同襯筒一起分段割開，送入冰柜冷藏保形。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

番禺油田某井鉆φ311.2mm井眼至1642.89m，根據(jù)實(shí)鉆測井?dāng)?shù)據(jù)，即將鉆穿目標(biāo)取心層上的泥巖地層。循環(huán)，起鉆，下φ215.9mm取心鉆具組合，進(jìn)行取心作業(yè)。取心鉆進(jìn)期間，鉆穿目的層段頂部泥巖蓋層后，機(jī)械鉆速迅速增加至60m/h，現(xiàn)場及時(shí)降低排量和轉(zhuǎn)速并跟上鉆壓至3～6t。鉆進(jìn)至預(yù)定深度時(shí)，停泵干鉆3min，轉(zhuǎn)入割心程序，起鉆完。出井巖心巖性以中砂巖為主，砂巖段巖屑基本無膠結(jié)，松散不成形(見圖2)。取心進(jìn)尺8.98m，出井巖心長7.07m，取心收獲率78.7%，遠(yuǎn)超行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖2 出井巖心Fig.2 Core pictures after operation

4 結(jié) 語

SP-8100取心工具在巖心爪設(shè)計(jì)、扶正器加放、內(nèi)筒設(shè)計(jì)、割心方式選取等方面適合大井斜松散無膠結(jié)地層定向取心作業(yè)。選擇目標(biāo)取心層位上部可鉆性較差的蓋層作為樹心地層，結(jié)合穩(wěn)定的樹心參數(shù)，鉆出有效的“和尚頭”，確保巖心整體進(jìn)入取心筒，是取心作業(yè)成功實(shí)施的前提。通過優(yōu)化取心鉆具組合確保了取心作業(yè)過程中的鉆具穩(wěn)定性，配合合理鉆井參數(shù)及相關(guān)取心工藝技術(shù)措施，保障了取心的成功。番禺油田首次大井斜松散地層定向取心作業(yè)的成功實(shí)施可以為類似作業(yè)提供借鑒。

[1] 許俊良，楊玉坤，畢永進(jìn).SP-8100型水平井取心工具[J].石油機(jī)械,1994(9)： 50.

Xu Jun-liang, Yang Yu-kun, Bi Yong-jin. SP-8100 horizontal coring tool [J]. Petroleum Machinery, 1994(9)： 50.

[2] 李新昌，李劍，洪黎，等.泌陽凹陷北部斜坡松散破碎地層取心技術(shù)[J].石油地質(zhì)與工程,2010,24(3)： 111.

Li Xin-chang, Li Jian, Hong Li, et al. Loose broken formation coring technology in north slope block of Biyang sag [J]. Petroleum Geology and Engineering, 2010,24(3)： 111.

[3] 許俊良.疏松及破碎地層取心新技術(shù)[J].鉆采工藝,2009,32(1)： 22.

Xu Jun-liang. Coring technology in unconsolidated and fractured formations [J]. Drilling and Production Technology, 2009,32(1)： 22.

[4] 羅軍.松散地層取心技術(shù)在小M2井煤層取心中的應(yīng)用[J].鉆采工藝,2007,30(4)： 159.

Luo Jun. Application of unconsolidated formation coring technique in coal seam of Xiao M2 well [J]. Drilling and Production Technology, 2007,30(4)： 159.

[5] 蒲繼才,趙生秀.松散地層取心技術(shù)在臺試5井的應(yīng)用[J].青海石油,2006(1)： 75.

Pu Ji-cai, Zhao Sheng-xiu. Application of unconsolidated formation coring technique in Taishi 5 well [J]. Qinghai Petroleum, 2006(1)： 75.

[6] 張玉庭.大慶松散地層取心工藝的研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2013(17)： 10.

Zhang Yu-ting. Study on coring technology of unconsolidated formation in Daqing Oilfield [J]. Science and Technology Innovation Herald, 2013(17)： 10.

[7] 魏剛,邵明仁,范白濤,等.疏松砂巖取心工具在南堡35-2油田的應(yīng)用[J].鉆采工藝,2007,30(1)： 89.

Wei Gang, Shao Ming-ren, Fan Bai-tao, et al. Application of unconsolidated sand formation coring tool in Nanpu 35-2 Oilfield [J]. Drilling and Production Technology, 2007,30(1)： 89.

[8] 陳世春.TZ5X-1大斜度定向井小井眼取心技術(shù)[J].石油鉆采工藝,2002,24(4)： 26.

Chen Shi-chun. Coring technologies in high inclination slim directional wells [J]. Oil Drilling & Production Technology, 2002,24(4)： 26.

[9] 孫立全.定向井穩(wěn)斜段長井段取心技術(shù)探討[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版),2013,10(20)： 72.

Sun Li-quan. Coring technology discussion in long steady inclined section of directional wells [J]. Journal of Yangtze University (Natural Science Edition), 2013,10(20)： 72.

[10] 王智鋒,薄萬順,許俊良.大斜度井取心技術(shù)[J].西部探礦工程,2005,17(4)： 84.

Wang Zhi-feng, Bo Wan-shun, Xu Jun-liang. Coring technologies in high inclination wells [J]. West-China Exploration Engineering,2005,17(4)： 84.

[11] 陳建兵,安文忠.QHD32-6-4井松散地層系統(tǒng)取心工藝[J].石油鉆采工藝,1999，21(6)： 35.

Chen Jian-bing, An Wen-zhong. Coring technologies of unconsolidated formation in well QHD32-6-4 [J]. Oil Drilling & Production Technology, 1999，21(6)： 35.

[12] 陳曉林.國內(nèi)水平井定向取心技術(shù)及工具[J].探礦工程(巖土鉆掘工程),2007,34(9)： 75.

Chen Xiao-lin. Coring technologies and tools of horizontal wells in China [J]. Exploration Engineering (Rock & Soil Drilling and Tunneling), 2007,34(9)： 75.

DirectionalCoringTechnologyandPracticeofUn-CementedandUnconsolidatedFormationinHighInclinationWell

LUO Qing-shi, PEI Jin-zhao, CHEN Guo-jun, YANG Zhi

(ChinaOilfieldServicesLimited,Tianjin300452,China)

Hanjiang reservoir formation is shallowly buried with un-cemented and unconsolidated oil sands in oilfield located at the east of the South China Sea. The coring recovery in this formation is only 30%～50% with conventional tools due to the serious washout during operation. Loss of centering and stability, together with high torque of the drill pipe in high inclination directional well will exacerbate the coring difficulties. We analyze the factors affecting the coring recovery in un-cemented and unconsolidated oil sands. Through selecting the coring tools, optimizing the drilling tools combination, starting from the mudstone caprock above oil sand, adjusting the drilling parameters and improving technical measures, coring operation is achieved with high recovery of 78.7% which exceeds the coring recovery of 50% stipulated in industry standard of China.

directional coring; un-cemented and unconsolidated formation; recovery; Panyu Oilfield; high inclination

TE51

A

2095-7297(2017)04-0232-04

2017-06-06

羅慶時(shí)(1983—)，男，工程師，主要從事鉆井監(jiān)督工作。