大斜度井取芯工具在冀東南堡油田的應用

劉春來，張洪君

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶163413）

大斜度井取芯工具在冀東南堡油田的應用

劉春來*，張洪君

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶163413）

冀東南堡油田鉆井類型以定向井居多，地質發育層理明顯，取芯容易發生堵芯、磨芯等問題，給施工帶來很大難度。針對冀東南堡油田近深井大斜度段取芯機械鉆速慢、收獲率低的問題，結合地層特性，應用大斜度井取芯工具，通過優選鉆頭、優化取芯工藝參數等技術措施，在保證高取芯收獲率的前提下，有效地提高了取芯效率。

取芯；大斜度井；工具；技術

冀東南堡油田位于河北省唐山市境內曹妃甸港區，地質上為渤海灣盆地黃驊凹陷北部的南堡凹陷。由于地理位置的原因，定向井是該油田主要鉆井類型。NP118×23井設計取芯段井斜62°，巖芯以砂巖為主，如何避免堵芯以及由堵芯而導致的磨芯，是提高取芯收獲率的關鍵。通過對目的層地質特性研究，采用大斜度井取芯工具，優化取芯工藝參數，完成取芯2筒次，共計進尺10m，平均收獲率98.2%。

1　取芯技術難點

大斜度井一般井斜角大于60°，且井眼斜深方向距離較長。大斜度段取芯與直井段、水平段取芯有很大的區別，無論是工藝方面還是工具方面，都存在諸多注意事項，主要存在以下技術難點：

1.1堵芯風險

1.1.1地層因素

直井取芯時巖芯僅受豎直方向重力的作用，水平井取芯時巖芯僅受水平方向推力的作用。但是在大斜度段取芯時，由于工具處于傾斜狀態，加之地層傾角的原因，巖芯受力多維化，每個方向的分力都會對取芯施工產生不利的影響，導致巖芯折斷以及楔形斷面之間壓、扭、摩擦等，這都是導致堵芯的主要原因。

1.1.2工具因素

一般帶有旋轉總成的取芯工具的內筒雖然可以獨立旋轉，但由于沒有扶正的作用，應用在大斜度井取芯時，內筒會處于低邊與外筒接觸并跟隨外筒旋轉，加劇了巖芯楔形斷面之間壓、扭、摩擦作用，從而增加堵芯風險。

1.2下鉆困難

由于大斜度井斜井段較長，并且存在造斜、調整井段，井壁不規則，而取芯工具外徑較大，通過性較差。同時低邊形成巖屑床，也可能對工具的下入產生較大的阻力。

2　取芯工具特點

2.1工具結構

NP118×23井采用大慶鉆探NSP178-101取芯工具，該工具由投球接頭、懸掛機構、內筒扶正機構、割芯機構和內外筒組成。

表1　工具參數

SP178-101取芯工具主要特點：（1）內筒上下各設有滾動式扶正軸承，其作用是保持內外筒同軸和內筒的靈活性，從而內筒保持與巖芯之間同步；（2）井下投球接頭可以實現井下液控投球，不影響投球前提下實現螺桿+轉盤復合驅動的取芯形式。該工具解決了一般取芯工具斜井取芯時內筒跟隨轉動、巖芯偏磨直徑減小和無法配套螺桿驅動的問題，降低堵芯風險，有效保證了取芯收獲率，提高取芯效率。

2.2取芯鉆頭

鑒于砂巖特性，PDC鉆頭在該區塊的使用效果突出。為了增加鉆頭使用壽命，采用胎體PDC取芯鉆頭，外保徑加長帶設計提高了鉆頭在井底的穩定性。鉆頭宜采用小切削齒和帶狀內保徑齒，以此降低切削齒對巖芯的損害。實踐證明，小切削齒結構的鉆頭在該區塊使用效果良好，參考數據見表2。

表2　鉆頭應用效果

3　取芯技術措施

3.1施工準備

為了保證工具下入順利，下入工具前采用8-1/2″鉆頭通井，修整不規則井眼，同時大排量清洗井下巖屑床。考慮大斜度井的磨阻大，取芯前根據上提、下放鉤載計算井壁摩阻≈（T上提-T下放）/2。NP118×23井使用頂驅鉆機，根據PDC鉆頭鉆進情況設置鉆機額定扭矩。

3.2鉆井液性能

由于取芯時鉆井液排量小，水動力較常規鉆井不足，尤其大斜度井取芯時攜屑更加困難。出于井下安全考慮，必須提高鉆井液的潤滑性、抑制性。因此鉆井液中添加適量潤滑劑后，各項性能應滿足：API失水＜7mL，粘度＞45s，含砂量＜0.3%，固相含量＜10%，動塑比＜0.5，密度取設計下限。

3.3鉆具組合

取芯鉆具組合為?215mm取芯鉆頭+?214mm扶正器+?178mm取芯筒+?214mm扶正器+?172mm鉆鋌+?127mm加重鉆桿+?127mm鉆桿。穩定器一方面增加取芯筒強度；另一方面提高工具和鉆頭的穩定性，于井眼中居中，減小鉆頭側向力，既有良好的穩斜作用，又有利于提高取芯質量。

3.4取芯參數

3.4.1鉆壓

由于井壁摩阻對鉆壓影響較大，對鉆頭有效鉆壓的判斷存在一定誤差，所以取芯前在正常鉆速和排量的情況下確認摩阻大小并校對指重表。待指針穩定后以此為鉆壓0值。取芯時給定10～20kN，正常取芯時給定40～50kN，全過程盡可能維持鉆壓平穩，送鉆均勻，根據扭矩情況及時調整鉆壓大小，防止扭矩過大導致斷鉆具風險。

3.4.2轉速

轉速的設定既要考慮機械鉆速和取芯質量，又要考慮鉆具安全，因此一般給定轉速50～60r/min。原因是低轉速能夠提高工具和鉆頭的穩定性，尤其當鉆遇泥巖夾層或破碎地層時，低轉速可以降低巖芯損害，降低堵芯風險。

3.4.3排量

鉆井液排量應滿足取芯工藝需求，為了達到更好的攜屑效果，提高取芯效率，排量一般給定25～30L/s，并盡可能維持同一排量以防止鉆壓發生變化。但是，當出現機械鉆速對比明顯的情況時，應根據鉆速情況調整取芯排量，一般原則是機械鉆速較低時采用上限，機械鉆速較高時采用下限。

4　現場應用效果

2015年6月，NP118×23井完成取芯2筒次，共計進尺10m，芯長9.82m，平均收獲率98.2%，具體數據見表3。

表3　NP118×23井取芯效果

5　結論及建議

（1）大斜度井取芯工具是一種安全、可靠、適用于大斜度井、大位移井的取芯工具，能夠獲得較高的取芯收獲率。

（2）胎體PDC取芯鉆頭外保徑帶加長設計提高了鉆頭的自扶穩定性，有益于提高鉆頭使用壽命、減小巖芯損害。

（3）合理選擇取芯參數至關重要，根據扭矩變化情況及時調整鉆壓，低轉速、大排量是大斜度井取芯一般工藝原則。

（4）大斜度井取芯工具設計有井下液控投球接頭，可以嘗試螺桿+轉盤復合驅動形式，既能夠提高取芯機械鉆速，同時工具和鉆頭的穩定性不受影響，減小鉆具所承受的扭矩，所以復合驅動是大斜度井取芯更佳方案。

［1］王智峰，李作會，王敏生.渤海埕北油田大斜度井取芯實踐和認識［J］.海洋石油，2006（3）.

［2］王智峰，薄萬順，許俊良.大斜度井取芯技術［J］.西部探礦工程，2005（4）.

［3］張洪君，劉春來，袁國強.大斜度井斷層取芯工藝技術［J］.西部探礦工程，2015（6）.

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

TE244

B

1004-5716（2016）10-0037-02

2015-11-19

2015-11-19

劉春來（1983-），男（漢族），黑龍江大慶人，工程師，現從事取芯技術研究工作。