番禺油田大井斜松散無膠結地層定向取心工藝及實踐

羅慶時， 裴今朝， 陳國軍， 楊 志

(中海油田服務股份有限公司，天津 300452)

番禺油田大井斜松散無膠結地層定向取心工藝及實踐

羅慶時， 裴今朝， 陳國軍， 楊 志

(中海油田服務股份有限公司，天津 300452)

受南海東部番禺油田韓江組地質特點影響，常規取心工具直井取心時，因巖心極易沖蝕致使取心收獲率大多在30%～50%之間。在該地層大井斜井段進行定向取心時，鉆具難以居中、摩阻扭矩較大、鉆具穩定性差更加大了取心難度。結合松散地層的地質特點，分析了影響松散地層取心收獲率的因素，通過優選取心工具、優化鉆具組合、選擇目標取心層段上部泥巖蓋層作為樹心地層、調整鉆井參數、完善技術措施等，首次成功完成了該油田大井斜松散儲層段定向取心作業，取心收獲率78.7%，遠超相關行業標準規定的取心收獲率≥50%的指標，實現了地質勘探目的。

定向取心；松散無膠結地層；收獲率；番禺油田；大井斜

0 引 言

鉆井取心是獲取地層原始地質資料的一種最為直觀的有效手段。對于松散易碎的巖層，由于地層松散、巖心易碎不成柱，采用常規的取心工具和傳統的自鎖式割心方式經常出現堵心、掉心現象，取心收獲率很低。而在定向井(或斜井)取心時，取心工具隨著井眼的軌跡而傾斜，其內巖心筒因受重力作用而下垂，與外巖心筒內壁相接觸，外筒帶動巖心內筒一起旋轉，加上巖心松散不成形，直接導致巖心斷裂，影響取心收獲率。國內外在松散地層取心或定向(水平井)井段取心方面工藝技術成熟[1—7]，但對于大井斜松散地層定向取心，則成功案例很少。

南海東部番禺油田韓江組砂巖儲層成巖性差，松散無膠結，以往該區域鉆井取心收獲率較低。2016年，中海油服在此鉆探一口探井水平井，在下韓江組大斜度井段(井斜60°)松散砂巖儲層段取心一筒。通過優選取心工具、優化鉆具組合、卡準樹心層位、調整鉆井參數、完善技術措施，克服了大井斜井段鉆具難以居中、摩阻扭矩較大、鉆具穩定性差、取心井段巖心松散不成形等困難，成功完成了取心作業，取心收獲率達78.7%。

1 技術背景

1.1 地層松散無膠結

番禺油田韓江組地層砂巖儲層埋藏較淺，油層呈油砂狀，有的還含有不等徑礫石。樹心鉆進時，由于地層松散，不利于造“和尚頭”，巖心無法進入巖心筒，容易出現堵心現象。取心鉆進時，鉆井液易對巖心造成沖蝕，松散地層更易被沖蝕導致取心收獲率低。同時由于巖心松散不成形，可鉆性好，鉆進過程中巖心極易斷裂，操作稍有不慎即可能造成斷巖心。起鉆過程中巖心易從巖心爪處掉落；地面出心時，采用傳統的人力頂出松散的巖心時巖心易變形錯亂，導致取得的資料準確性差。

1.2 定向取心井段井斜大

番禺油田某井計劃取心的韓江組某儲層井段井斜60°。在大井斜井段取心作業期間，取心工具的軸線與重力方向線之間的夾角較大，在重力的作用下，取心工具躺在井眼低邊，由此引發以下取心難點： (1) 鉆具貼在井眼低邊，居中度較差，增加了摩阻扭矩，導致下部鉆具穩定性較差。下部鉆具穩定性對取心影響較大，特別是散碎地層，鉆具不穩定導致巖心破碎，使巖心進筒阻力增大，最后導致堵心。(2) 內筒在低邊貼在外筒上，居中度差，取心鉆進時跟著外筒一起旋轉，不利于巖心進入，容易堵心。(3) 已經進入內筒的巖心貼在內筒低邊，產生較大的摩擦阻力，阻止新鉆出的巖心進筒，造成堵心，疏松地層機械鉆速很快，即便堵心鉆速也無明顯變化，容易導致發現不及時而造成磨心。(4) 常規的機械加壓割心工具難以有效加壓，導致割心困難。

2 技術對策

2.1 優選取心工具

針對取心作業難點，優選SP-8100型取心工具[1](見圖1)。該工具具有以下優點。

圖1 SP-8100型取心工具結構示意圖Fig.1 Diagram of SP-8100 coring tool

(1) 配上隱蔽式卡板巖心爪和卡箍巖心爪組合結構，無論地層軟還是硬、疏松還是致密，都能適用，可有效應對探井作業取心前對地層掌握不準的風險。若巖心疏松散碎，則卡板在彈簧力作用下伸開封閉內筒，托住巖心；若巖心較硬，卡板不能吃入巖心，則可上提鉆具，卡箍巖心爪自動收縮，割斷巖心。

(2) 內筒里增設了鋁合金襯筒，在出心時連同巖心一起頂出，分段割開，利于巖心保形，提高所取資料的準確性；襯筒內進行了涂層處理，可適當減小摩擦阻力，減少堵心、磨心現象的發生。

(3) 取心內筒上下兩端裝有徑向扶正軸承，可有效地保證內筒的居中性，防止內筒跟著外筒一起旋轉，利于大斜度井眼巖心進筒。

(4) 該工具采用液力加壓割心方式，通過打壓剪斷銷釘完成割心，適用于任何井斜的取心作業，能有效解決機械加壓式取心工具割心困難的問題，割心不受鉆具配重影響，為優化鉆具組合創造了有利條件。

(5) 設有安全泄壓裝置，憋壓至19MPa時泄壓閥自動打開泄壓，安全可靠。

(6) 投球為尼龍球。尼龍球在鉆井液中處于漂浮狀態，可以克服鋼球因密度過大貼低邊而無法就位，導致無法憋壓的問題。

(7) 該工具上下兩端各接有1個φ210mm可拆卸扶正器，現場作業中可根據具體情況使用雙扶、單扶或無扶正器工具進行取心作業。

(8) 針對目標取心地層松散、無膠結不成形的巖性特點，選用帶切削齒的取心鉆頭以保證獲得最優鉆速；同時設計一定長度保徑以提高定向井段底部鉆具組合的整體穩定性。本次取心作業選用16mm齒6刀翼聚晶金剛石復合片(PDC)鉆頭，保徑2英寸(1英寸≈2.54cm)，有利于提高鉆具穩定性。

2.2 優化鉆具組合

為提高在大井斜井段定向取心下部鉆具組合(BHA)的穩定性，優化了取心作業鉆具組合：φ215.9mm取心鉆頭+SP-8100取心工具總成+變扣接頭+浮閥接頭+φ203.2mm鉆鋌×1根+φ298.5mm扶正器+φ203.2mm鉆鋌×2根+變扣接頭+φ165.1mm震擊器+φ127mm加重鉆桿×11根。取心工具總成上下兩端安裝2個φ210mm扶正器以保證取心筒的整體穩定性。取心工具之上1根φ203.2mm鉆鋌處接1個φ298.5mm扶正器(取心之前井眼φ311.2mm)以保證鉆具組合整體上與取心筒在軸線上保持一致，提高了取心筒上部鉆具在φ311.2mm井眼中的穩定性，進而保證了取心筒在φ215.9mm井眼中的居中度和穩定性。同時，整個鉆具組合在剛性上也與鉆進時鉆具剛性一致，利于取心起下鉆。

2.3 優選樹心地層

根據隨鉆測井資料，分析實鉆地層情況，創新性地選擇目標取心層位上部的蓋層作為樹心地層。目標取心層位上部蓋層以泥巖為主，地層膠結好，可鉆性相對較差，利于樹心作業。結合穩定的樹心參數，鉆出有效的“和尚頭”，確保巖心整體進入取心筒，為后續松散不成形地層鉆進創造條件。

2.4 調整鉆井參數

從鉆壓、排量和鉆速3個方面調整鉆井參數。

先以小鉆壓樹心，之后提高至正常取心鉆壓。在疏松地層機械鉆速迅速增加時，恒定鉆壓鉆進，以免巖心被沖蝕或鉆壓跟不上造成斷心、影響收獲率。

先以小排量樹心，之后提高至正常取心排量。根據巖性變化適當調整排量： 松散井段機械鉆速快速增加時，迅速降低排量減小沖蝕；對于特別疏松地層，降至最低排量甚至停泵干鉆以確保巖心不被沖蝕；在泥巖段取心鉆進時，及時提高排量防止泥包。

使用較低的轉速樹心，增強下部鉆具的穩定性。待樹心結束后，逐步提高至正常轉速。鉆進至松散巖性地層時，如機械鉆速變快，在降排量的同時降低轉速，確保鉆具的穩定性以防止巖心斷裂。

具體的取心鉆井參數組合如表1所示。

表1 取心鉆井參數

2.5 完善技術措施

保持井眼干凈順暢。取心作業前鉆進時注意控制好井眼軌跡，防止狗腿度急劇變化，鉆到取心深度后通過通井、循環、調整泥漿性能(提高抑制性、潤滑性等)等措施使井眼干凈、順暢、穩定；取心前以較大排量循環清洗井底，取心工具接觸井底前提前開泵開頂驅，上下反復沖洗，清除井底巖屑、碎塊，有效防止碎塊進入巖心筒導致堵心。

發現異常果斷處理。疏松地層取心時井下異常較難被發現，且危害比在硬地層更大，較短時間的延誤可能導致較長進尺的浪費，嚴重影響收獲率。實鉆過程中，密切監控鉆井參數變化，根據扭矩和泵壓變化情況判斷是否堵心。如果有堵心，應果斷割心起鉆。

割心時精心操作。坐卡瓦前在轉盤面做好標記，根據鉆具伸縮量估算上提鉆具高度，保持鉆具底部不動；坐卡瓦時下放鉆具不能超過做好的標記，防止巖心底部破碎堵塞在鉆頭內腔，從而導致內筒沒有足夠下行空間無法泄壓，影響割心。提前準備好固井泵和固井管線，若打壓至設計割心泵壓19MPa后沒有自動泄壓，可嘗試使用固井泵打更高壓力，推動內筒下行泄壓，同時巖心爪伸出卡住巖心。

地面出心時做好保護措施，防止松散巖心散落，及時連同襯筒一起分段割開，送入冰柜冷藏保形。

3 現場應用

番禺油田某井鉆φ311.2mm井眼至1642.89m，根據實鉆測井數據，即將鉆穿目標取心層上的泥巖地層。循環，起鉆，下φ215.9mm取心鉆具組合，進行取心作業。取心鉆進期間，鉆穿目的層段頂部泥巖蓋層后，機械鉆速迅速增加至60m/h，現場及時降低排量和轉速并跟上鉆壓至3～6t。鉆進至預定深度時，停泵干鉆3min，轉入割心程序，起鉆完。出井巖心巖性以中砂巖為主，砂巖段巖屑基本無膠結，松散不成形(見圖2)。取心進尺8.98m，出井巖心長7.07m，取心收獲率78.7%，遠超行業標準要求。

圖2 出井巖心Fig.2 Core pictures after operation

4 結 語

SP-8100取心工具在巖心爪設計、扶正器加放、內筒設計、割心方式選取等方面適合大井斜松散無膠結地層定向取心作業。選擇目標取心層位上部可鉆性較差的蓋層作為樹心地層，結合穩定的樹心參數，鉆出有效的“和尚頭”，確保巖心整體進入取心筒，是取心作業成功實施的前提。通過優化取心鉆具組合確保了取心作業過程中的鉆具穩定性，配合合理鉆井參數及相關取心工藝技術措施，保障了取心的成功。番禺油田首次大井斜松散地層定向取心作業的成功實施可以為類似作業提供借鑒。

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DirectionalCoringTechnologyandPracticeofUn-CementedandUnconsolidatedFormationinHighInclinationWell

LUO Qing-shi, PEI Jin-zhao, CHEN Guo-jun, YANG Zhi

(ChinaOilfieldServicesLimited,Tianjin300452,China)

Hanjiang reservoir formation is shallowly buried with un-cemented and unconsolidated oil sands in oilfield located at the east of the South China Sea. The coring recovery in this formation is only 30%～50% with conventional tools due to the serious washout during operation. Loss of centering and stability, together with high torque of the drill pipe in high inclination directional well will exacerbate the coring difficulties. We analyze the factors affecting the coring recovery in un-cemented and unconsolidated oil sands. Through selecting the coring tools, optimizing the drilling tools combination, starting from the mudstone caprock above oil sand, adjusting the drilling parameters and improving technical measures, coring operation is achieved with high recovery of 78.7% which exceeds the coring recovery of 50% stipulated in industry standard of China.

directional coring; un-cemented and unconsolidated formation; recovery; Panyu Oilfield; high inclination

TE51

A

2095-7297(2017)04-0232-04

2017-06-06

羅慶時(1983—)，男，工程師，主要從事鉆井監督工作。