注水開發后期提高常規取芯收獲率的方法

王玉璽

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶163413）

大慶油田經過50年注水開發，地下油水運移狀況發生很大的變化，使巖石的物性及力學性質發生了不同程度的改變。為探明大慶油田注水開發后地層物性參數和過渡帶特點，往往要設計一些常規取芯井，但在取芯過程中會出現丟芯和掉芯的現象，與外圍相比收獲率會下降多個百分點。主要原因在于泥巖巖性水敏性高，水化膨脹后表皮松軟，自鎖式巖芯爪不能提供有效摩擦力抓住巖芯，致使巖芯不能被割取，經常發生擼芯、掉芯等問題，影響取芯質量，造成收獲率不足。根據上述特點及多年現場取芯經驗，發現取芯施工中存在的上述問題，從取芯方式和工具結構上尋求轉變，提高注水開發后常規取芯井的收獲率，為后續取芯井施工提供有價值的參考和解決方法。

1 自鎖巖芯爪工作機理

由受力分析圖（見圖1）可知，在巖芯爪卡緊巖芯的過程中，鉆具上提力T是主動力，在T力作用下，巖芯爪沿錐面下行，徑向收縮，卡緊巖芯。卡緊巖芯的條件為：巖芯爪與巖芯之間的摩擦力F2應大于或等于巖芯爪錐面與鉆頭錐面之間阻止巖芯爪相對下移的摩擦力F1。即應保證：

圖1 巖芯爪受力分析圖

此外，由平衡條件∑X=0可得出：

式中：F1——巖芯爪與縮頸套錐面之間的摩擦系數；

F2——巖芯爪與巖芯之間的摩擦系數。

經過多年現場應用證明F2＞0.24能夠保證巖芯爪卡住巖芯。但由于該地層巖性疏松、易碎、表層易脫落，巖石碎屑或脫落的表層覆蓋與摩擦片碳化鎢表面加上泥漿的潤滑作用，會致使F2降低，F2降低到一定程度，小于卡住巖芯所需要的最小摩擦系數F2min時，就會引起打滑，從而巖芯爪卡不住巖芯。

2 問題成因

在薩、杏油田設計了五口常規取芯井，其井號為薩中N1-20-77井、N1-20-16井、薩南N2-3-丙449井、N6-30-丙658井、杏10-5-丙375井。在施工中，除N6-30-丙658井外，其余四口井均在S0、SI、S2頂部泥巖段擼芯、掉芯現象比較嚴重（見圖2），收獲率不足80%。分析巖芯，主要為巖芯多有表面變軟和分層掉皮的現象，在取芯過程中，減少潤滑劑的使用和降低鉆井液失水，但是效果不明顯。經分析表明隨著注水開發地下的巖石侵潤性質發生了變化，由親油變成了親水。同時蒙脫石和易裂巖層的吸水使表面的巖性迅速水化，形成了一個極軟的分層。抓取巖芯可能性降低，巖芯爪在表面打滑，沒有有效地摩擦力能抱住巖芯柱。

圖2 取芯現場S0、S1、S2頂部泥巖段擼芯、掉芯圖片

3 解決方法

3.1 嚴格控制鉆井液性能

鉆井液的質量直接影響著取芯工具的安全和收獲率的高低，因此，常規取芯井水基鉆井液性能至關重要，在取芯現場進行跟蹤調查，認真檢查了每口井的現場記錄，并核實鉆井液各項性能。每口井的失水不大于4；密度為1.10~1.25g/cm3，符合鉆井取芯技術要求指標。

3.2 內筒中灌注無烴油基保護液

在取芯筒中加入無烴油基保護液，鉆頭設計水眼流道。在取芯施工過程中，巖芯將保護液替換出內筒，并在巖芯表面形成一層保護膜，使泥漿不能侵染巖芯，使巖芯表面不松軟，能為自鎖式巖芯爪提供隔斷巖芯的摩擦力，從而達到割取巖芯的目的。

3.3 取芯鉆進參數的選擇

（1）采用低鉆壓、低轉速樹芯，保證巖芯順利進入取芯筒內；

（2）正常鉆進時，鉆壓不可過高、鉆速不可過快，避免鉆頭部位的碎屑堆積造成堵芯；

（3）下鉆、起鉆要平穩，不可急剎、急放，防止掉芯，甚至卡鉆；

（4）取芯前充分循環鉆井液，待返砂干凈后再開始取芯鉆進。

3.4 采用多次割芯技術

現場施工發現，由于所取巖芯上泥餅過厚，巖芯爪會出現打滑現象，抱不住巖芯。可以采取上提下放活動鉆具，循環幾分鐘后，再下放井底打鉆50cm割芯，割芯前可以考慮在磨芯完后，停轉盤停泵，下放鉆具100kN左右再上提鉆具。針對割芯沒有顯示的問題，采用多次割芯的辦法。可以對比鄰井電測圖，盡量找砂巖段割芯。如發現泥巖段過長而多次割芯沒有顯示的時候，為保證收獲率，可以考慮打漲筒，但一般不建議采用此方法。

4 應用情況

于2019年6~9月共完成5口松散地層取芯井（取芯數據見表1）。取芯筒次50筒，無擼芯、掉芯現象，累計平均收獲率96.51%，從根本上解決了松散、疏松地層取芯擼芯、掉芯現象。取芯效果良好，取芯質量得以保證。

表1 2019年5口松散地層取芯井詳細數據表

5 結論

（1）該方法適用于水敏性高的泥頁巖地層，尤其是大慶油田長期注水開發后的親水性巖性，可以有效提高取芯時的收獲率，保證取芯質量；

（2）取全取準巖芯對正確認識地層物性參數至關重要，松遼盆地嫩二段黑色泥巖取芯用此方法效果極佳，對今后泥頁巖井取芯有指導意義。

（3）通過合理的取芯技術參數和工藝措施，提高了泥頁巖常規取芯的收獲率，為油田后期開發，制定開發措施，提供有力的證據鏈。