卓 云 段緒林 劉 維 雷 波 鄧 輝 陳 濤

川南地區(qū)是目前頁巖氣產(chǎn)能建設的主要區(qū)域之一[1-4]。該區(qū)域井主要以龍馬溪組為目的層，含氣性好，儲層發(fā)育[5]。地質要求一般在龍馬溪組一亞段取心50～100 m，取心井段長。目前采用單筒、雙筒取心技術，平均單次取心進尺不到10 m，實際取心周期超過20 d。采用三筒取心技術，有利于提高單次取心進尺，減少起下鉆次數(shù)，縮短取心周期，減少頁巖層暴露后巖心在井內(nèi)停留時間，提高巖心質量。

1 三筒取心主要風險與難點

1.1 取心收獲率難以保證

1）龍馬溪組硬度高，拔心拉力大，需經(jīng)過多次上提、下放鉆具以及摘掛泵和配合轉動頂驅才能拔斷巖心，巖心爪有可能變形，導致起鉆中巖心掉井。

2）取心井段超過3 000 m，鉆井液密度高，川南地區(qū)頁巖層多數(shù)段成分不純，非頁巖的組分種類多，有碳質、灰質、硅質、粉砂質、有機質等，巖性復雜，起下鉆阻卡多。遇嚴重阻卡，多采用低轉速、倒劃眼處理，有甩掉巖心的風險。

3）取心井段長，機械鉆速低，導致取心鉆進時間長，對設備性能要求高。若因設備故障或人為因素造成溜、頓鉆，收獲率得不到保障。

4）龍馬溪組多含硅質、黃鐵礦等，相對比較破碎，導致出心困難。出心極度困難時，只能把內(nèi)筒倒向場地，割斷內(nèi)筒出心，影響取心收獲率。

1.2 長時間空井增加井控風險

1）取心工具井口連接時間長。采用三筒取心，工具組裝工序多、工具間隙調整時間相對較長，增加空井等待時間。

2）長段巖心出心時間長。若巖心破碎，會進一步增加空井等待時間。

3）龍馬溪組為頁巖氣井目的層，儲層發(fā)育，氣顯示活躍。若鉆進中發(fā)生溢流，因拔心困難，鉆具只能停留在井底，可能導致關井失敗。

4）若出心時發(fā)生溢流，需將內(nèi)外筒組裝好后才能將工具提出井口，增加關井時間。

1.3 鉆具剛性變化增加卡鉆風險

1）川南地區(qū)龍馬溪組鉆井液密度高，橫向差異大，安全窗口窄，平衡點難以準確掌握，容易井漏、垮塌，卡鉆風險大。

2）設計采用川8-5取心工具，工具外徑?180 mm，超過鉆進中使用的鉆鋌外徑（?165.1 mm）。三筒取心時，鉆具組合的剛性變化大，遇阻卡幾率增大。

3）川8-5取心工具抗拉強度1 400 kN，抗扭強度35 kN·m，三筒連接，降低了取心筒穩(wěn)定性和抗復雜能力，遇阻卡后處理手段受限。

1.4 巖心重增加出心風險

1）計算30 m巖心，重650～700 kg。由于頂驅高度、鉆具長度限制，用管鉗卸縮徑套的位置偏低，增加了操作難度和風險。

2）出心時的巖心卡盤卡在連接套上。若巖心破碎，極易卡在連接套內(nèi)，難以出心。

1.5 地質與工藝因素影響取心效率

1）取心井段間斷有硅質、暗色礦物等研磨性強的巖石，容易引起取心鉆頭先期磨損，影響取心進尺。據(jù)統(tǒng)計，川南地區(qū)龍馬溪組單只取心鉆頭進尺為20～40 m。

2）龍馬溪組巖石相對比較破碎，容易堵心、卡心，影響單次進尺。統(tǒng)計WY地區(qū)部分井，單次平均取心進尺6.78 m，最高為13 m。

3）龍馬溪組巖石可鉆性相對較差，鄰井取心顯示，黃鐵礦條帶、斑點發(fā)育，多數(shù)為灰質、硅質、砂質頁巖，目前常用的金剛石取心鉆頭、PDC取心鉆頭，取心鉆進平均機械鉆速僅0.30～0.50 m/h。

2 三筒取心關鍵技術

1）井眼暢通，避免取心鉆頭劃眼。若取心前一趟起下鉆掛卡嚴重，應通井后再取心。

2）優(yōu)化鉆井液性能，減少摩阻，緩解托壓。

3）首選PDC取心鉆頭，以提高單次進尺、提高機械鉆速。

4）下鉆完，循環(huán)排后效，大排量沖洗井底，用10～30 kN鉆壓進行樹心，鉆進0.30～0.50 m后逐步加至規(guī)定鉆壓鉆進。

5）取心前測試空載扭矩。附加10～12 kN·m為取心鉆進最高扭矩。

6）使用液壓大鉗緊卸扣，不得用轉盤卸扣，防甩掉巖心。

7）需用短鉆桿調整放入時，應接在最后一個立柱之下或在鉆具未進入裸眼段前的立柱之間。

8）連接套絲扣卸完后，連接套仍套在巖心柱上，首先應將安全防護網(wǎng)裝在內(nèi)筒下端，防巖心四處飛濺傷人。再將連接套上部巖心閃斷后，快速下放鉆具，降低內(nèi)筒高度，防止內(nèi)筒中巖心快速掉落，引起巖心順序錯亂。最后在內(nèi)筒下端的加厚處裝上巖心卡盤正常出心。

9）因內(nèi)筒中巖心較重，應在巖心卡盤手柄中套上加力管，防止出心失控。

10）三筒連接長度31.30 m。組合工具、出心時，提出內(nèi)筒前，調整三處防碰天車，專人觀察頂驅狀態(tài)。組合工具、出心結束，恢復防碰天車設置。

3 現(xiàn)場試驗效果

WY204井是川南頁巖氣井中的一口開發(fā)井。WY地區(qū)龍馬溪組壓力系數(shù)橫向差異大[6-9]，WY204井實鉆過程中，龍馬溪組鉆遇多個顯示層，取心前鉆井液密度由2.20 g/cm3調整至2.30 g/cm3，加之巖性混雜，非頁巖的組分比例高，可鉆性差，采用PDC鉆頭全面鉆進時機械鉆速僅2.5～3.0 m/h，處于該區(qū)域較低水平。為提高取心速度，減少巖心井內(nèi)停留時間，在該井開展三筒取心試驗獲得成功，最高進尺25 m，取得取心作業(yè)的重大突破。

3.1 取心要求

WY204井?244.5 mm套管下至井深2 953 m，?215.9 mm井眼龍馬溪組設計取心進尺為70 m。分別為：龍馬溪組龍一2亞段底部頁巖段垂厚20 m，龍一1亞段優(yōu)質頁巖垂厚約46 m，五峰組垂厚約1 m，進寶塔組垂厚3 m（表1）。

3.2 取心鉆具

采用川8-5取心工具，巖心直徑?105 mm （表2）。

表1 WY204井取心要求

表2 取心鉆具組合及參數(shù)設計

3.3 取心指標

WY204井成功完成三筒取心，最高進尺25 m，平均進尺達21.66 m（表3）。取心周期12 d（含中途通井擴眼1趟1.7 d），同比節(jié)約鉆井周期9 d（表4）。

4 結論與認識

1）針對川南地區(qū)龍馬溪組地層頁巖層發(fā)育、取心井段長的特點，實施三筒取心技術，縮短了取心周期，大大減少了巖心井內(nèi)停留時間，為提高巖心質量奠定了基礎。

2）裝備配套、鉆井液性能良好、取心工具配套是三筒取心成功的基礎。

3）川渝地區(qū)長筒取心技術處于探索階段，加之龍馬溪組取心機械鉆速還沒有實現(xiàn)整體突破，取心筒不穩(wěn)定性、長時間取心鉆進卡鉆風險顯著增加，還需要在取心參數(shù)優(yōu)化、取心鉆頭優(yōu)選、卡鉆風險控制、堵心卡心預防等方面深入研究和試驗。

表3 取心進尺統(tǒng)計

表4 取心速度與NX202對比

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