密閉取芯井鉆井技術(shù)及其問題分析

姬超 劉宇 張峰

中國石油集團渤海鉆探工程有限公司第四鉆井工程分公司 河北 滄州 062552

密閉取芯鉆井技術(shù)是以傳統(tǒng)取芯井工藝技術(shù)為基礎(chǔ)，在應(yīng)用該技術(shù)過程中，全面發(fā)揮密閉液的保護作用，提高取芯井的鉆出效果。值得注意的是，雖然該種技術(shù)具有較強的應(yīng)用優(yōu)勢，但其應(yīng)用效果時常受到各種外在因素影響，如自然條件、人為因素等，各環(huán)節(jié)均有明確規(guī)定。因此，油田企業(yè)在生產(chǎn)石油過程中，如果要應(yīng)用該技術(shù)，必須要全面勘察現(xiàn)場施工條件，科學選擇密閉取芯鉆井施工工具，控制施工數(shù)據(jù)，嚴格遵循行業(yè)規(guī)范，促進施工向規(guī)范化方向發(fā)展[1]。

1 密閉取芯井鉆井技術(shù)要點

1.1 全面掌握井位地質(zhì)情況

想要充分發(fā)揮密閉取芯鉆井技術(shù)應(yīng)用效果，要在鉆井作業(yè)前，組織專業(yè)人員到施工現(xiàn)場，全面分析井位定制情況，掌握詳細的地質(zhì)信息，并將這些數(shù)據(jù)應(yīng)用到密閉取芯鉆井技術(shù)操作方面，提高技術(shù)應(yīng)用效果。同時，由于整個取芯井鉆井技術(shù)實施周期較長，施工中要進行重復下鉆和起鉆操作，要通過提前調(diào)查井位地質(zhì)數(shù)據(jù)，來實時監(jiān)督井位地下情況，提前制定合理的解決措施，避免出現(xiàn)嚴重的安全事故。另外，在鉆取芯井時，要嚴格遵循行業(yè)要求，施工中表層環(huán)節(jié)，只有在掌握了表層地質(zhì)情況的基礎(chǔ)上，現(xiàn)場才能配有特定型號的密封裝置，才能做到井控，避免由于經(jīng)常起鉆造成的井涌問題。如果在封閉的芯井中存在高壓淺氣層和欠壓層，則需要根據(jù)現(xiàn)場情況對鉆井液密度進行科學設(shè)計，這樣才能減少現(xiàn)場出現(xiàn)的油氣浸水、井漏等問題，保證鉆井液密度的合理性。

1.2 提前準備取芯工具

在實施密閉取芯井鉆井作業(yè)時，要提前準備所有取芯工具，如取芯筒、巖芯爪、絲堵、密封膠圈、配合接頭等。同時，工作人員要結(jié)合密閉取芯鉆井施工技術(shù)和現(xiàn)場實際施工情況，選擇高質(zhì)量取芯工具。在選擇密閉液時，最常用蓖麻油混合液，在取芯筒下降前，要將使用的混合液應(yīng)用到取芯筒內(nèi)筒中，等到灌注滿后，要采用絲堵將其堵住，加強密閉液對巖芯的保護作用。另外，應(yīng)用在井場需要下井的所有工具，要做好詳細的記錄和測量作業(yè)，至少配置2根取芯筒。

1.3 取芯鉆進操作

在進行密閉取芯井鉆井操作時，要保證取芯鉆井質(zhì)量，才能充分發(fā)揮該技術(shù)的應(yīng)用效果，避免出現(xiàn)嚴重的安全事故。在取芯最初階段，要降低鉆壓數(shù)據(jù)，將其控制在10～20kN，通過小鉆壓適當調(diào)整巖芯頭，給巖芯進入到巖芯筒創(chuàng)造良好的施工條件，保證其能順利進行。如果在鉆井20cm時仍然沒有出現(xiàn)異常問題，要在原有小鉆壓基礎(chǔ)上增加鉆壓，將鉆壓提升到40～50kN范圍，加強鉆機速度，提高鉆機效率。如果鉆井工作遇到應(yīng)巖層，導致鉆井工作難度增加，影響到其鉆井速度，要提高鉆壓，將其上升到60～80kN，但實際鉆壓數(shù)據(jù)要根據(jù)現(xiàn)場情況進行控制[2]。

在選擇筒芯進尺長度時，要提前確定芯筒長度，結(jié)合工藝要求選擇對應(yīng)的機械設(shè)備，利用專業(yè)工具檢測出鉆桿的放入和方余。正常情況下，進行密閉取芯作業(yè)時，要保證取進長度低于取芯筒內(nèi)筒長度，不然取進長度超過標準值，會出現(xiàn)燒芯問題。但在施工時，要盡可能增加鉆取長度，避免鉆取長度過小，增加下鉆操作次數(shù)，無形中增加施工處理難度系數(shù)。遇到復雜問題時，要停止取進操作，避免出現(xiàn)嚴重的安全隱患。目前，在正常施工條件下，每筒芯結(jié)束鉆進前50cm要合理提高鉆壓，全面增加鉆進速度和效率，保證鉆取巖芯直徑能滿足行業(yè)要求，從而得到大直徑巖芯，給后期割芯環(huán)節(jié)的巖芯兆抓取巖芯打下堅實的基礎(chǔ)。另外，在進尺作業(yè)完成后，要合理降低鉆壓數(shù)量。

1.4 割離操作和防止丟芯

只有保證割芯操作正常進行，才能全面提升取芯成功率。因此，在轉(zhuǎn)盤停止后，要均勻提高鉆具高度，當其懸重高于鉆具既有重量時，說明巖芯爪成功抓到巖芯。當要持續(xù)提升鉆具操作時，如果懸重下降到基礎(chǔ)重量，表示巖芯被割斷，這時要立刻進行起鉆操作。在割芯操作時，無論采用任何鉆具進行提鉆操作，要加強其穩(wěn)定性，禁止突然上提，避免丟失巖芯。同時，想要保證密閉取芯鉆井技術(shù)的施工效果，要保證其不丟芯，避免出現(xiàn)任何安全事故，要嚴格遵循行業(yè)操作標準，保證相關(guān)設(shè)備在正常運行范圍[3]。

2 密閉取芯井施工中存在的問題

2.1 鉆井組合不當，鉆井數(shù)據(jù)設(shè)計不合理

在進行密閉取芯井鉆井作業(yè)時，很多油田企業(yè)時常出現(xiàn)鉆具組合不合理的現(xiàn)象，影響到鉆井參數(shù)科學性。如果發(fā)發(fā)這種問題，會給取芯作業(yè)造成嚴重影響，甚至帶來嚴重的鉆井作業(yè)安全風險[4]。因此，在實際鉆井作業(yè)操作過程中，工作人員要全面勘察現(xiàn)場施工的實際情況，確定實際鉆具，對比不同鉆具組合的優(yōu)缺點，選擇對應(yīng)的鉆井組合，有效提高日常鉆井效果。在正常情況下，要在鉆進取芯井段前應(yīng)用雙鐘擺鉆具，但必須要保證井眼的垂直性。同時，在后期設(shè)計鉆井參數(shù)時，要結(jié)合底層實際情況，全面分析相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容，保證各方面數(shù)據(jù)的合理性，如泵壓、排量、鉆速、鉆壓等數(shù)據(jù)，防止因參數(shù)過高，影響到鉆井施工效果[5]。

2.2 開始鉆進時要進尺慢

在開始鉆探作業(yè)時，可能會出現(xiàn)進尺過慢或無進尺的情況，主要是因為一般鉆孔壓力都比較小的原始取芯鉆探作業(yè)環(huán)節(jié)，只有在正常標準內(nèi)控制鉆孔壓力，才能達到修正巖芯的目的，這樣它的巖芯才能正常取芯鉆頭。密閉式取芯式鉆井技術(shù)是在傳統(tǒng)的取芯井工藝技術(shù)基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮密閉液的保護作用，使取芯井的鉆孔效果得到提高。值得注意的是，該技術(shù)雖然應(yīng)用優(yōu)勢較強，但由于受自然條件、人為因素等多種因素的影響，其技術(shù)應(yīng)用條件往往在各個環(huán)節(jié)都有明確的規(guī)定。有些作業(yè)場環(huán)境條件比較惡劣，剛開始鉆進時可能會遇到堅硬的巖層或疏松的巖層條件，一旦是堅硬的巖層，為了改變這種情況，可以在原來的基礎(chǔ)上適當增加鉆壓，以保持小鉆壓的鉆進作業(yè)下，鉆進效率較低；如果是疏松巖層，堵心或磨心的機會較高，進尺緩慢甚至會出現(xiàn)無進尺的現(xiàn)象，現(xiàn)場作業(yè)人員在遇到這種情況時，應(yīng)準確判斷，全面分析處理原因，不要再進行鉆進作業(yè)。

2.3 割芯時懸重變化較小

在割芯操作過程中，時常出現(xiàn)懸重變化不明顯、沒有任何變化等現(xiàn)象，當出現(xiàn)這種問題時，相關(guān)人員要制作相關(guān)措施，有效解決問題。如果在提升一段距離后，該懸重仍然等于鉆具原本重量，表示隨著鉆進作業(yè)進程不斷深入，巖芯出現(xiàn)斷裂問題，這時要上提下放鉆具，反復對比懸重變化規(guī)律。如果懸重反應(yīng)程度較小，且存在較強的重復現(xiàn)象，說明在鉆井作業(yè)時，巖芯爪抓取力不足，時常產(chǎn)生打滑現(xiàn)象。針對該種問題，要合理轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤，將鉆井細微上提，反復試驗多次[6]。

2.4 起鉆后發(fā)現(xiàn)少巖芯

在部分油田作業(yè)中，在取出一筒芯并鉆出芯的過程中，可能存在少芯或無芯的問題，這說明巖芯在作業(yè)中出現(xiàn)了掉井的情況，需要安排專門的工作人員及時進行打撈。下入不裝密閉頭并安裝有新巖芯爪的取芯鉆頭，下到井下巖芯頭上0.5m左右的距離，循環(huán)清洗魚頭，然后進入下放環(huán)節(jié)，下放需緩慢進行，下放遇阻時，可對轉(zhuǎn)盤稍作轉(zhuǎn)動，并鉆入一定長度，但此鉆入長度的確定，需根據(jù)落井巖芯的長度，取芯內(nèi)筒的長度來確定，通常情況下，要先將魚頭放入井內(nèi)，然后此長度小于0.5m。當現(xiàn)場作業(yè)進行過程中，落井巖芯形狀不規(guī)則，取芯鉆頭難以套入時，需按緩慢性要求在起動轉(zhuǎn)盤下放鉆具時進行重新切割。

3 密閉取芯技術(shù)應(yīng)用

3.1 設(shè)計鉆具組合

Rmb-8100型取芯工具作為最常見的低污染密閉取芯工具，鉆頭采用MQJ215人造金剛石取芯鉆頭，取芯工具應(yīng)用MQL215型取芯工具。鉆具組合采用Φ215mm取芯鉆頭+Φ215mm密閉取芯工具+Φ158.8mm鉆鋌×12根+Φ127mm鉆桿+133.4mm方鉆桿；鉆進鉆壓控制在60～80kN，鉆速為50～60r/min，排量為15～20L/s。

3.2 做好施工作業(yè)井眼的準備工作

想要保證井眼質(zhì)量滿足設(shè)計要求，必須保證起下鉆的通暢性，井底不存在任何雜物；鉆井液設(shè)計要滿足設(shè)計要求，井眼失水量低于3mL，含砂量小于0.3%，鉆井液密度要控制在衡鉆井標準范圍。同時，要配置適量加重鉆井液，取芯前三天，要停止取芯井周圍300m內(nèi)的注水，直到取芯全部結(jié)束。

3.3 取芯工具下鉆作業(yè)

要根據(jù)地層地質(zhì)情況，盡可能選擇泥巖段進行割芯，有利于穿鞋帶帽操作；在鉆完進尺后，要停止鉆進運行，做好明顯標志工作，才能緩慢提高鉆具高度，保證加壓接頭六方滑動桿全部拉開，防止鉆頭離開井底。同時，要將47mm鋼球投入到鉆桿，每次只能投一個，投球時間控制在3min/個，投球數(shù)量累計到4只后，要讓球進行自由下落，落球時要根據(jù)0.006H/min進行計算，其中H表示井深，單位用m進行表示。另外，在投球過程中要科學轉(zhuǎn)動鉆具，整個投球過程要聽從取芯工程師進行統(tǒng)一指揮，相互配合進行操作，等到鋼球全部達到指定位置后，再緩慢轉(zhuǎn)動鉆具5～10圈；在停止轉(zhuǎn)動滑放鉆具時，要將鉆壓提升到20～30t。這時，工取芯工程師要用手觸摸鉆具，觀察指重表表動情況，當指針回到2～10t時，鉆具有變化情況，表示懸掛銷釘被剪斷，要將鉆具上升到投球中，變化方位進行兩次加壓操作，直到整個割芯操作流程完成。

3.4 巖芯出筒作業(yè)

在正常情況下，要求工作人員在兩個小時內(nèi)完成出筒操作，并實現(xiàn)取樣操作流程，卸下巖芯爪和短節(jié)，從內(nèi)筒上部取出襯筒定位擋環(huán)。同時，應(yīng)用專業(yè)頂芯工具，依次將鋁合金襯筒頂出，并根據(jù)要求標記記號，嚴格遵循地質(zhì)取樣要求進行保存、切割、冷凍等操作。在出筒時，必須要求地質(zhì)人員、工程人員在施工現(xiàn)場，雙方相互密切配合，嚴格遵循行業(yè)標準，避免巖芯質(zhì)量受到各種因素影響，如水、鉆井液、其他物質(zhì)等因素影響。石油作為現(xiàn)代最常見的能源儲備，其所處環(huán)境過于惡劣，形成周期較長，積極引進先進的鉆井工藝，以提高日常鉆井效果，以保證石油開發(fā)功能的順利進行。在油田實際鉆探中，密閉取芯鉆探技術(shù)應(yīng)用效果較好，是目前最先進的鉆探技術(shù)。值得注意的是，為了使該技術(shù)的應(yīng)用效果得到充分發(fā)揮，達到鉆探的預期目的，在施工中應(yīng)注意各方面的要求，嚴格按照行業(yè)施工標準執(zhí)行。如果遇到雨雪天氣，要及時采取防護措施，保證巖芯能正常出筒操作。取芯操作完成后，要用大鉗緊固加壓接頭、取芯工具等部件，有利于工作人員進行維修和回收。

4 結(jié)束語

綜上所述，密閉取芯鉆井技術(shù)在油田施工中具有明顯效果，但想要充分發(fā)揮該種技術(shù)的真正價值，相關(guān)作業(yè)人員要提高對其的重視程度，全面分析施工現(xiàn)場實際情況，管理技術(shù)應(yīng)用中的安全質(zhì)量問題，促進作業(yè)向規(guī)范化方向發(fā)展。通過對密閉取芯井鉆探技術(shù)進行全面分析，對應(yīng)用要點進行探究，對井位地質(zhì)情況進行了提前勘察，發(fā)現(xiàn)密閉取芯井作業(yè)中存在的問題，提出了有效解決問題的措施，避免了對密閉取芯井鉆探技術(shù)應(yīng)用效果的影響，提高其應(yīng)用效果。