勝利松軟地層取心工具及技術的現場應用

寧仁磊

摘要：松軟砂泥巖地層在我國海上及陸地東部油田分布較廣，油層埋藏淺、孔隙度大、地層膠結性差，幾乎不膠結。由于地層極疏松，取心難度較大，用常規取心工具及工藝技術往往取心收獲率低，并且巖心在出筒時因受擠壓而變形，出筒后即成為散砂，得不到整體成形的巖心，因而也就無法得到準確的油層特性參數資料。本文根據松軟地層的地質特點，分析和研究影響松軟地層取心收獲率的各個因素，并結合勝利石油工程公司鉆井工藝研究院多年的技術研究和開發，以及現場取心技術服務經驗，介紹勝利松軟地層取心工具及技術的現場應用。

關鍵詞：松軟地層；取心工具；收獲率；現場應用

松軟地層取心，是一項世界性的難題，由于該地層膠結性差，巖心不呈柱，在取心過程中巖心進筒困難，易堵心，鉆井液對巖心沖蝕大，部分巖心呈流砂或顆粒狀態，導致卡心不實，在起鉆過程中巖心易從內筒里掉出來，無法滿足松軟地層取心的需要。為此，鉆井院專門研制開發了一種適應松軟地層且能保持巖心原始形狀的新型取心工具，即Rb-8100型保形取心工具。

一、取心工具介紹

1.1結構組成

工具結構主要由伸縮六方桿、加壓球座、加壓鋼球、加壓中心桿、定位接頭、懸掛銷釘、懸掛軸承、分水接頭、內巖心筒、外巖心筒、巖心抓、取心接頭等組成。

1.2結構特點

1）工具采用具有伸縮功能的加壓割心機構，特別適用松軟地層的割心操作，能保證巖心收獲率。

2）內筒采用銷釘懸掛方式，割心采用機械加壓，安全可靠，且地面能觀察到割心顯示。

3）采用耐磨、低阻、抗高溫、易切割的鋁合金作襯筒，既有利于巖心順利入筒，又能保護巖心的原始形狀。

4）屏蔽式取心鉆頭具有側向水眼，能夠避免鉆井液對巖心的沖蝕，有利于保護巖心，提高收獲率。

1.3工作原理

本工具由取心鉆頭、巖心筒組合、加壓接頭三大部分組成，取心鉆頭連接在外巖心筒之下，巖心筒組合又有內外之分，外筒組合包括外筒、外筒大小頭和定位接頭；內筒組合包括巖心爪、巖心爪短節、內筒及懸掛總成。內筒組合通過銷釘、銷套固定在定位接頭的銷孔處。加壓接頭連接在定位接頭之上，它是由能相對滑動的外六方桿和內六方以及加壓中心桿組成。

取心鉆進時，加壓接頭六方桿合攏，并傳遞鉆壓和扭矩。鉆進結束，加壓六方桿被拉開，使加壓鋼球到位。然后，滑放鉆具，加壓，鉆具重量通過鋼球傳給加壓中心桿，并直達內筒懸掛銷釘，進而剪斷銷釘，內筒下砸，迫使巖心爪沿鉆頭內腔錐面收縮，并割斷、包住巖心，達到松軟地層取心的目的。

二、松軟地層取心技術的現場應用實例

2.1基本數據

BZ1-5-2井設計井深1455.00m，取心計劃：本井設計在館陶組上段主要目的層段見良好油氣顯示取心1筒，進尺9m。鑒于取心井段埋藏淺、地層疏松、本井采取鋁合金內筒，整米切割方式進行，并進行冷凍保存。

2.2取心工具及鉆頭的選擇

根據地質設計，該井預計取心層位館陶組上段，上部為雜色泥巖與灰色細砂巖不等厚互層；下部為灰白色砂礫巖與夾雜色泥巖不等厚互層，埋藏淺，地層疏松，油砂巖呈柱性差，參照以往在該區塊取心情況，在工具選擇上準備兩套Rb-8100型取心工具。

鉆頭選擇以適合地層結構類型和有效獲取地質資料為原則，以獲取最優鉆速及效果為目的，原則上選用鉆速較快的PSC143b-8100型取心鉆頭，以滿足現場取心要求。同時，為減小巖心進入襯筒的阻力，選用單根9.3m的鋁合金襯筒。

2.3取心情況介紹

由于該井12-1/4″井段地層埋藏淺、井眼尺寸較大，鉆具穩定性差，為保證取心鉆進過程中因井眼太大而造成工具失穩影響巖心進筒，在井下條件許可的前提下，鉆鋌上加一欠尺寸鉆鋌扶正器，取心工具頂、底兩端位置各加一只扶正器以提高工具在井底的工作穩性。

鉆具組合為8-15/32"取心鉆頭+ 8-1/4"扶正器A +7"取心筒+ 8-1/4"扶正器B+定位接頭+ 7"加壓接頭+ X/O+ 8"DC*1+12-1/8″STB+ 8"DC*9+8″（F/J+ JAR）+X/O+ 5"HWDP*14+ 5"DP（由于割心時需加壓約20t，故要保證鉆具總重在30t之上）

取心鉆進參數：砂巖段建議排量控制在300L/min，泥巖段控制在400L/min。為防止砂巖段堵心，鉆壓不易過大，但必須跟壓及時，防止放空。

正常取心鉆進，開始鉆時、扭矩正常，平均鉆時在3m/h，扭矩在1500-3000lb.f，當進尺4.0m左右時，鉆時猛增，鉆時變至0.8m/h，扭矩也降至1000lb.f以下，與空轉時扭矩相差不大，結合地質預測，判斷可能鉆到泥巖層，并有堵心跡象。在與地質監督溝通后認為，已鉆至泥巖層，繼續取心的價值不大，決定割心起鉆。此時，進尺4.44m，割心時，投球后下壓鉆具，銷釘剪斷顯示明顯，加壓正常。

出筒巖心呈柱性較好，巖性上部多為灰色細砂巖，含泥質，下部為泥巖，與取心機械鉆速基本能夠對照。

2015年06月27日本井在館陶組上段進行取心一筒。取心井段：1235.00-1239.44m，進尺：4.44m，心長4.40m，收獲率：99.09%。

三、認識與結論

1）現場應用證明，Rb-8100型取心工具適合松軟地層取心，能有效保護巖心，采用機械加壓割心方式，能保證松、軟、散地層的取心收獲率，操作簡便，安全可靠。

2）鉆井液對巖心的沖蝕作用對松軟地層取心收獲率有很大影響，屏蔽式取心鉆頭具有側向水眼，能夠避免鉆井液對巖心的沖蝕，保護巖心，提高收獲率。

3）在松軟地層取心時，各個參數要選擇好，泵排量要小，鉆壓適當，頂驅或轉盤轉速適當減小，減小鉆頭轉動對巖心進筒的擾動，保證巖心進入取心筒。

4）在軟硬交錯的地層取心，要掌握好進尺以及割心位置，慢鉆時處及時割心。一經判斷為堵心，應立即割心起鉆。

參考文獻：

[1]蔣慶祥，宋維華.機械加壓式取心工具在井斜小于40°定向井的應用[J].西部探礦工程，2006，124：196-197.

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