破碎地層取心的認識及建議

李志兵 黃志安

摘要：破碎地層取心，受巖石性質及工具穩定性的雙重影響，極易出現嚴重的堵心、卡心，如果未及時發現或發現后未及時起鉆，不可避免的會導致磨心，降低取心收獲率。文中通過分析在金竹1井破碎地層取心出現堵心、掉心的原因，并結合鉆井參數的變化特點，總結形成了一套適應性破碎地層取心，并提高取心收獲率的技術。在下揚子區亳參1井破碎地層取心應用，取得了較好效果。

關鍵詞：破碎地層;堵心;卡心;取心參數;收獲率

鉆井取心是獲得地層原始標本的唯一途徑，是了解地層巖性和儲層特性資料的最直接最可靠的手段，因此鉆井中將取心收獲率的高低作為評價取心效果的唯一標準。破碎地層取心，受巖石性質及工具穩定性的雙重影響，極易出現嚴重的堵心與卡心，如果未及時發現或發現未及時處理，不可避免的會導致磨心及堵心，降低取心收獲率。

1 破碎地層取心難點

破碎地層一般表現為縱向裂縫性發育并為方解石填充，地層傾角大，易破碎，受地層巖性、地層傾角以及構造地應力對地層的擠壓作用等因素影響造成取心率偏低和阻卡復雜頻繁。破碎地層取心存在以下難點：

（1）地層破碎，不能持續進入內筒造成堵心、磨心。

（2）高鉆壓易導致取心筒彎曲，取心筒彎曲后，將導致巖心柱的彎曲，扭曲的巖心將使得巖心入筒困難并易堵心。高轉速導致鉆具擺動大，鉆頭運轉不平穩，巖心難以成柱，造成進心困難。

（3）破碎巖心易卡于巖心爪處，堵塞進心通道，易造成堵心甚至磨心。割心時破碎巖心不易抓住，造成掉心，漏心。

（4）破碎地層增加判斷難度，如未及時割心易造成堵心磨心。

（5）破碎地層一般表現為地層應力大，取心鉆時慢，越慢越易造成堵心磨心。

（6）破碎地層如果鉆井液性能不匹配，破碎掉塊重復切削，致使鉆頭運轉不平穩

2 金竹1井破碎地層取心情況分析

金竹1井是滇黔北探區威信凹陷芒部背斜帶金竹林背斜南高點的一口探井，該井設計井深3200m，實鉆井深3139m。該井設計要求對下寒武筇竹寺組（∈1q）、上震旦統燈影組（Z2dn）和陡山沱組為可能含氣層段進行取心，實鉆中取心7次，取芯進尺20.15m，芯長15.89m，巖芯收獲率78.86%。其中第一次取心在筇竹寺組，地層相對穩定，取心收獲率100%，其余六次取心在燈影組與陡山沱組，地層裂縫發育、破碎，導致取心收獲率低。

第1筒在筇竹寺組灰黑色泥巖取心，采用八刀翼取心PDC鉆頭+鋁合金內筒+卡箍巖心爪取心工具，取心正常，收獲率100%。

第2、3和4筒在筇竹寺組碳質頁巖地層、含云灰質頁巖和燈影組白云巖地層取心，地層裂縫發育、破碎，取心進尺短、收獲率低的主要原因是①取心過程中上部破碎地層的掉塊，轉盤扭矩波動變化大，造成取心鉆頭和取芯筒運行不平穩，進心困難，影響了巖心判斷的難度。②卡箍巖心爪無法正常抓住破碎巖心，在技套內起鉆鉆具碰撞加劇，致使部分巖心脫落。③取心現場操作不果斷，取心鉆時嚴重偏慢和井下復雜時，沒有及時割心起鉆，造成破碎巖心磨心。

針對前3筒破碎地層取心情況，優化破碎地層取心工藝：

（1）破碎地層取心鉆頭選用高效快速鉆進鉆頭或滿天星式取心鉆頭，提高鉆頭運行平穩度。

（2）在破碎地層取心采用卡板式巖心爪或復合式巖心爪。

（3）加強對井下的判斷，出現異常果斷割心起鉆，盡量避免在破碎地層中割心。

（4）破碎地層取心前嚴格按要求做好井眼準備工作，保證井眼暢通、井底干凈，調整好鉆井液性能。

（5）取心過程要避免停泵、停轉盤上提鉆具，起下鉆過程中操作平穩，減少碰撞。

（6）破碎地層取心需進一步優選取心鉆進參數，如適當降低轉速、鉆壓和排量。

第5和6筒在燈影組白云巖地層取心，地層巖性硬、脆、破碎，通過采用鋁合金內筒+板式巖心爪取心工具，優化取心參數，取心鉆壓不超過40KN，轉速50rpm，排量20l/s。取心過程中出現轉盤扭矩波動增加明顯，且無進尺，判斷發生堵心，立即割心起鉆。2筒心均取得了較好的效果，收獲率分別達到71.43%和83%。

第5筒巖心垂直和軸向裂縫極為發育，取心過程中鉆井液沖蝕和應力釋放引起巖心破碎，造成取心過程中扭矩波動大和堵心。

由于第6筒取心室卡板式巖心爪損壞，第7筒心采用卡箍式巖心爪取心，取心進尺3.19m，收獲率65.8%。巖心分段破碎，巖心爪內有整塊巖心，巖心爪以下破碎心脫落，造成收獲率偏低。

3 破碎地層取心工藝應用效果

皖亳參1井是中國地質調查局油氣資源中心部署在皖北亳州地區的一口參數井，完鉆井深2848m，在二疊系上石盒子組、下石盒子組、山西組和石炭太原組連續取心230m。取心地層碳質泥巖、煤層、火成巖發育，泥巖和砂巖均破碎，造成取心過程中堵心頻發、單趟取心進尺短，取心趟數多。

針對皖亳參1井取心過程中地層破碎情況，優化破碎地層取心工藝：

（1）采用雙扶取心筒，來減少底部取心工具的擺動。破碎性砂巖地層采用單筒取心工藝，同時控制取心進尺。

（2）使用彈性較好的巖心爪，便于進心。調整鉆頭間隙到5mm-7mm，降低在巖心爪處卡心的幾率。

（3）使用尖園進口齒復合片取心鉆頭，提高取心機械轉速，降低堵心幾率。

（4）優化取心參數，降低鉆壓為4KN、轉盤轉速為50 rpm，減少取心筒的受壓彎曲變形，提高鉆頭工作的穩定性，利于巖心成柱便于進心。

皖亳參1井通過優化取心工具與參數及操作，破碎性地層取心進尺230m，心長227.69m，收獲率96.89%。

4 結論與建議

（1）破碎地層取心必須針對地層破碎特性，及時優化取心工藝及參數，以提高取心收獲率。

（2）破碎地層取心使用穩定性好的雙扶取心外筒和鋁合金內筒，單筒取心工藝。

（3）破碎地層取心優選尖園齒高效取心鉆頭或滿天星式鉆頭，提高取心速度。

（4）破碎地層取心應根據井下情況，適當降低取心鉆壓、鉆速和排量，減少因參數的影響造成堵心及磨心。

（5）加快復合式巖心爪的研制。如使用卡箍式或卡板式巖心爪，將底軸承間隙調整為小于6mm以內。