渤海沙河街硬地層密閉取心技術的工程實踐

2016-10-18 11:53:46關賀坤和鵬飛崔治軍葉周明李林波

石油化工應用 2016年9期

關賀坤，和鵬飛，崔治軍，葉周明，李林波

（1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，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的工程實踐

關賀坤1，和鵬飛1，崔治軍2，葉周明2，李林波1

（1.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津300452；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津300452）

渤海部分油田開發已經進入中后期，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，在調整井中設計進行取心作業。渤海某油田某井取心層位在沙二段，該地層埋深較深、地層壓實強度較高。取心過程中容易出現取心鉆進困難、堵心以及割心困難等問題，為此通過調研對鄰近區域同層位取心情況進行分析，結合本區塊地質特點的基礎上優選取心鉆頭、取心工具、取心參數，通過制定一系列技術措施，選擇首次在渤海應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

密閉取心技術是近年來發展并應用較廣的取心技術，相比常規取心，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入，將導致巖心孔隙度、儲集空間中液體礦化度等發生根本的變化，影響對地層的判斷和認識。在渤海某油田開發中，為研究剩余油分布、地層水洗情況等，在沙河街儲層進行取心［6-8］。

1　作業背景及難點分析

1.1取心井基本情況

（1）油田地質情況。油田鉆井過程揭示地層自上而下為：平原組、明化鎮組、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性，巖性灰色、淺灰色細砂巖，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作業難點

從歷史井鉆井情況分析，該區塊沙河街組地層壓實強度在20 MPa到45 MPa波動，井段的鉆頭使用數據分析，鉆頭的磨損大多數都是均勻磨損。鉆頭磨損到一定程度后，吃入就比較困難，機械鉆速逐漸降低，可見地層的研磨性和抗壓強度都比較高；沙河街地層的機械鉆速均偏低。該段地層內摩擦角均值為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，同時要滿足密閉取心的需要。一般密閉取心鉆頭內徑和內唇面無鉆井液清洗；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，鉆頭內徑和內唇面無鉆井液清洗，只靠取心工具內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，清洗冷卻外唇面。外泄水槽內緣只能開到園弧頂點附近，杜絕鉆井液紊流污染巖心。

2　技術方案

2.1取心鉆頭的選擇

根據同層位或者類似作業情況井取心情況，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點。該鉆頭是對付中硬-硬地層取心的主力鉆頭，適應范圍較廣，泥巖機械鉆速根據不同地層情況可達2 m/h～6 m/h。

2.2取心工具的選擇

該地層巖性為細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、懸掛結構、內筒總成及取心鉆頭總成。采用雙筒單動結構，內外筒可相對運動，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；內筒外徑139.7 mm，內徑125 mm；巖心爪內徑113 mm，可收縮的最小內徑93.9 mm（見圖1）。

圖1　Ym-8115型密閉取心工具示意圖

內筒上部采用浮動活塞結構，以消除井眼液柱壓力對工具密封性的影響。由于這一結構的采用，就使得工具密閉區內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點：工具采用雙筒雙動結構，內筒懸掛裝置中無軸承，無單流凡爾，以實現內筒與鉆頭配合面為靜密封。并實現內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，不僅固定銷釘的數量可減少，而且通常由于井深或下鉆操作不穩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，密閉區的密封始終是屬于“低壓密封”。不僅容易實現，而且安全可靠。由于密封活塞固定銷的數量少，在取心鉆進前，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生猛力沖擊，對于保護取心鉆頭有利。

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、附著力強等優良性能的勝利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到設計要求。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。