密閉取芯技術探討

江 巖

（上海海洋石油局鉆井分公司勘探六號，上海200120）

密閉取芯技術探討

江 巖*

（上海海洋石油局鉆井分公司勘探六號，上海200120）

密閉取芯技術是一種取得油層原始資料的特殊取芯工藝，在取芯鉆進時，通過施加一定的鉆壓剪斷銷釘，使得密閉液流出。隨著巖芯的不斷形成，密閉液均勻的附在巖芯表面，防止了鉆井液的侵入和巖芯中油水的外溢。

密閉取芯；巖芯；MQX194-120；取芯工具

密閉取芯技術是一種取得油層原始含油、含水飽和度，以及巖性、物性、含油與電性關系等資料的特殊取芯工藝。含油、水飽和度反映了儲層含油量真實狀況，用于計算石油地質儲量，完善油藏描述，為油層的一次開采和二次開采以及了解老油層殘余油量分布提供直接依據。勘探六號鉆井平臺自投產以來共進行過3次密閉取芯，且都是在8-1/2″井眼，取芯工具型號為MQX194-120，2次取芯都很成功，取芯率均高于97%。

1 密閉取芯原理及特點

常規取芯獲得的巖芯因受到鉆井液的污染,鉆井液中的部分固相顆粒進入巖芯使地層孔隙率數據失真,鉆井液濾液進入巖芯使地層液體礦物質成分發生變化并造成油水飽和度數據不準,最終對該巖芯分析得到的資料會有較大誤差,從而使勘探開發方案的制定受到較大的制約。密閉取芯則是在取芯鉆進時，內外筒同時隨鉆具旋轉，內同里注滿密閉液。當密閉頭通過巖芯爪進入內同，密閉液則從其間隙中流出，并均勻的涂在巖芯表面上，形成一層保護膜，防止了鉆井液侵入巖芯。而所取的巖芯克服了巖芯爪的摩擦力進入內同，割芯時，上提鉆具，巖芯爪沿著鉆頭內錐面下行，產生徑向鎖緊力，將巖芯卡緊。當上提拉力達到巖芯斷面極限拉斷力時，巖芯即被割斷。

密閉取芯的主要特點如下：

（1）良好的密閉性，巖芯存放于內筒，內外筒環形空間進行泥漿循環，上接頭組開有泥漿流道使內外筒隔離，避免巖芯與泥漿接觸。

（2）巖芯清潔，巖芯內筒裝有密閉保護液，隨著取芯鉆進密閉液及時的包裹巖芯四周進入內筒，避免鉆井液污染侵蝕和巖芯中油水的外溢。

（3）巖芯完整，優化的取芯工具設計使得取芯過程的機械鉆速快，就MQX194-120型號的工具而言，其巖芯直徑可達120mm，單筒取芯長度8.8m，歷史統計的收獲率均達到90%以上，密閉率85%以上，取得的巖芯比較完整。

2 取芯工具結構

2.1 取芯管串

MQX194-120密閉取芯工具主要由取芯鉆頭、密閉活塞、平衡活塞和巖芯筒組合上接頭等部分組成（如圖1所示）。巖芯筒組合又分內外筒組合，內筒組合由卡箍座、卡箍、連接套、內巖芯筒組成;外筒組合由上接頭(含限位接頭和分流接頭)、外筒、鉆頭與密封活塞組成，其密封活塞用銷釘固定在鉆頭上。

取芯工具組裝好后，灌滿密閉液，裝上平衡活塞。取芯鉆進前，下放鉆具讓密封活塞接觸井底，加壓(50～70kN)剪銷，密封活塞上行直到鉆頭接觸井底，此時密閉液流出，并在井底形成保護區。鉆進中，隨著巖芯形成并沿內筒壁上行時，密閉液流出或等體積置換，流經巖芯柱表面并形成保護膜，從而達到保護巖芯，避免鉆井液污染，其基本參數見表1、表2。

2.2 取芯鉆頭

MQX194-120為帶水眼式PDC取芯鉆頭，其復合片直徑為13mm，采用外錐式水眼流道設計，低侵蝕鉆頭結構（圖2）。

在取芯的過程中，密閉液到達鉆頭頂部時，可以形成相對的封閉區域，隔離鉆井液對巖芯的接觸，隨著取芯鉆進巖芯的進入，密閉液便可以在巖芯的表面形成保護膜。而巖芯爪座和鉆頭內表面的精密配合，保證了巖芯不受鉆井液的污染。

圖1 MQX194-120密閉取芯工具

表1 MQX194-120密閉取芯工具尺寸

表2 MQX194-120密閉取芯工具參數

圖2 取芯鉆頭

2.3 巖芯爪和密封活塞

密封活塞由銷釘和取芯鉆頭連接，并通過密封圈與取芯鉆頭形成密閉腔，防止了密閉液的外流（圖3、圖4）。

圖3 組裝前的巖芯爪和密封活塞

圖4 組裝后的巖芯爪和密封活塞

取芯鉆進前，通過加一定的鉆壓，剪斷連接密封活塞和取芯鉆頭的銷釘后，密閉液便會流出，隨著巖芯的不斷形成，密閉液均勻的附在巖芯表面，使巖芯達到密閉效果，保存了巖芯在地層中最原始的狀態，便于對目的層的研究分析。

3 密閉液及示蹤劑

根據取芯段的巖性和井溫的不同，可選擇適應硬地層、破碎地層、松散軟等地層使用的密閉液，3種主要成分（氯化石蠟、過氯乙烯樹脂、重晶石粉）性能穩定，在-30℃～-180℃，能保持液態，3種成分充分混合成膠體溶液狀，能粘附在巖芯表面形成保護層，從而達到密閉巖芯的效果。

試驗證實，在壓力為8.0～15.0MPa，溫度低于180℃條件下,密閉液不會侵入到巖芯內部，也不與巖芯成分發生任何化學作用，同時具備安全、環保的有關規定。

現在常用的示蹤劑為硫氰酸（NH4CNS），其物理性質為無色、有光澤、單斜晶體，在空氣中易潮解。相對密度為1.305g/cm3，熔點約為149℃，有毒有刺激性。在取芯作業前應將示蹤劑和鉆井液作配伍實驗。按照SY/T 5343-94的規定：1m3的鉆井液加入1000gNH4CNS，符合相關指標。

具體操作時，應由專業人員戴好防護用品，避免其接觸到皮膚及被呼吸道吸入，加入到井漿后計算好時間，在第一個循環周出來時，通知撈砂及看三除的人員注意避讓。

4 MQX194-120型取芯工具操作方法

4.1 取芯準備

（1）井下無漏失，無溢流，起下外鉆暢通無阻。

（2）井底無金屬落物。

（3）鉆井液性能必須符合設計要求,API濾失量不大于3mL,密度應控制在近平衡鉆井所要求的范圍內。

（4）鉆井設備及儀表性能完好。

4.2 工具檢查

（1）鉆頭出刃均勻完好，水眼暢通，密封活塞能充分密封，可靠無浸漏,且剪銷后能順利通過內孔。

（2）內外筒不直度不超過1/2000,無咬扁和影響強度的裂紋，螺紋完好。

（3）選用巖芯爪，彈性適中，熱焊的碳化鎢顆粒均勻。

（4）密閉圈須完好無損，Y型圈不得有翻折現象。

（5）密閉液裝好后，須將工具提出井口，檢查有無密閉液滲漏現象。

4.3 工具組裝

在場地上，先將內筒與連接套、巖芯爪座上緊，先將巖芯爪套在密封活塞腰上，然后套入卡箍座,并與連接套下端聯接,再與分水接頭、上接頭依次上緊，然后與外筒上緊。將活塞從鉆頭內腔拉出歸位，裝好固定銷釘。外筒上扣扭矩：12700～15000Nm。

4.4 注意事項

工具吊上鉆臺與坐井口時，嚴防碰撞活塞頭,然后向工具水眼內裝入密閉液(約121L)至分水接頭水眼處,待氣泡消失后,再裝入平衡活塞。平衡活塞“Y”型密封圈的方向一正一反,嚴防裝反失去密封。起下鉆做到平穩，不猛剎，猛放，猛頓。下鉆中若遇阻，應小心緩慢下放，否則應起鉆劃眼再下。下完鉆，應將鉆頭提離井底充分循環，保證示綜劑分散均勻。循環時，要上下活動和緩慢轉動，下行時，必須保留2m離底。

4.5 取芯鉆進及操作要求

待一切準備就緒后，迅速將鉆頭接觸井底，加壓80kN，剪斷密封活塞固定銷,然后調整鉆壓20kN并啟動轉盤,在鉆進0.3m后將鉆壓由小到大調整在推薦鉆壓。見表3。

表3 推薦取芯參數

（1）送鉆均勻，增減鉆壓要緩慢，防止溜鉆。

（2）取芯鉆進中，無特殊情況，不停泵，不停轉，鉆頭不拉離井底。

（3）取芯鉆進時，注意觀察機械鉆速、泵壓的變化，發現異常果斷處理。

（4）泵壓逐漸增高，機械鉆速隨之下降，上提鉆具，泵壓恢復，一般是鉆頭磨損，應割芯起鉆。

（5）泵壓突然升高，機械鉆速明顯下降，一般是進入軟地層鉆頭泥包引起。

（6）泵壓升高，機城鉆速基本不變，上提鉆具、泵壓不降，多屬鉆頭水眼堵塞，若不能排除，應割芯起鉆。

（7）泵壓出現大波動，機械鉆速忽高忽低，一般是鉆遇軟硬交錯地層，應適當調整鉆壓。

（8）泵壓降低，機械鉆速明顯下降，甚至無進尺,一般是卡芯，應割芯起鉆。

（9）泵壓明顯下降，可能是由于鉆具刺漏引起,應割芯起鉆。

4.6 割芯

（1）割芯時，緩慢上提鉆具，注意觀寨指重表顯示，一般是增加懸重50～150kN又立即消除，證明巖芯被提斷，如果增加懸重50～150kN穩住不降，則應停止上提鉆具，保持巖芯受拉狀態，增加鉆井液排量循環，直至巖芯拔斷。

（2）若上提鉆具（超過鉆具壓縮距）不增加懸重，應立即起鉆。

（3）割芯完畢后，不循環，立即起鉆。

（4）巖芯出筒可采用在鉆臺上或場地上2種方式。在鉆臺上出芯,利用巖芯自重，采用巖芯鉗控制巖芯落出段長；在場地上出芯，采用活塞加堵頭，用試壓泵推出巖芯，按巖芯出筒順序標出方向、序號，依序排列在巖芯盒內。

5 密閉取芯影響因素

（1）地質因素，巖石可鉆性、油砂巖性和孔隙度等都對密閉率的效果有影響。

（2）井底壓差，壓差越小，鉆井液對巖芯滲入越淺，對未鉆開地層受污染程度也越小，一般要求鉆井液密度按下限設計，使液柱壓力近平衡，保持低的井底壓差。

（3）工具因素，取芯工具要求密封性好，性能穩定；取芯鉆頭設計合理，既能保持高機械鉆速，又能避免鉆井液與巖芯接觸。

（4）密閉液因素，要求密閉液能在巖芯表面形成良好的密閉膜，密閉液能在壓差的作用下充填巖芯表面的孔隙，使巖芯內部的油、水不滲出，也不與巖芯內部的油、水置換。

（5）鉆井工程因素，密閉取芯時，設備、人員操作及鉆井參數的選擇，對密閉取芯有直接影響。

6 密閉巖芯取樣

（1）盡量選擇在巖芯的中心部位，邊緣易污染部分應去掉。

（2）盡量避開裂縫面。

（3）每筒巖芯兩頭0.5m位置處不應取樣。

（4）按行業標準規定，密閉率檢測應取樣密度一般為每米8～10塊，含油產狀及巖性變化不大的巖芯段，取樣密度可減小，相反可增加取樣密度。實際取樣中也應保證每米不低于1塊。

7 密閉取芯的應用

由于密閉取芯能夠保存巖芯在地層的原始狀態，方便于日后的研究與分析，并且密閉取芯的工具也在逐漸的優化和改進，越來越多的油氣井鉆探都開始傾向于應用此種技術，表4列舉了密閉取芯技術在國內的一些應用。

表4 密閉取芯應用情況

[1] 李延軍.密閉取心技術在鉆井現場的認識與應用[J].科技致富向導，2013（6）.

[2]鄭水平，包玲.遼河掌握密閉取心核心技術[N].中國石油報，2011.

[3]于智峰，李龍濤.水平井密閉取心技術在大慶油田中的應用[J].西部探礦工程，2011（1）.

TE244

B

1004-5716(2015)09-0049-04

2014-09-26

2014-09-29

江巖（1986-），男（漢族），吉林永吉人，助理工程師，現從事鉆井技術工作。