大斜度井斷層取芯工藝技術

張洪君，劉春來，袁國強

（1.大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶163413；2.大慶鉆探工程公司鉆井三公司，黑龍江大慶163413）

·石油與鉆掘工程·

大斜度井斷層取芯工藝技術

張洪君*1，劉春來1，袁國強2

（1.大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院，黑龍江大慶163413；2.大慶鉆探工程公司鉆井三公司，黑龍江大慶163413）

大慶油田經過注水開發，地下剩余油高度分散，但受構造、儲層非均質以及井控程度等因素影響，尤其是斷層附近仍然存在局部剩余油富集區。近幾年來，利用大斜度井進行挖潛，取得較好效果。為了進一步研究斷層兩側巖性和儲層性質變化情況，進而為采油開發提供更精確的設計依據，提出了在斷層帶取芯的要求。通過對大斜度斷層取芯井的難點分析、研究配套了相應的取芯工具和工藝技術措施，并在現場成功實施，形成了一套大斜度井斷層取芯工藝技術。

大斜度井；斷層；連續取芯；工具；技術

大斜度斷層取芯是在斷層上升盤以一定的井斜角度，井眼軌跡從上到下，鉆穿斷層、貫穿油層的連續取芯。為了研究斷層帶地層巖性和儲層物性特點，在杏區斷層帶部署一口大斜度井取芯，井號為杏7-20-斜632，針對該井井眼軌跡要求和斷層帶取芯特點，采用了大慶鉆井院自主研制的SPM178-115型大斜度取芯工具，采取了合理的工藝技術措施，優選取芯鉆頭和優化取芯參數，成功地解決了井眼軌跡控制、斷層帶巖芯破碎、樹芯困難和密閉頭銷釘剪斷等關鍵技術問題，連續取芯進尺130.51m，平均收獲率達到99.3%，實現了地質目的，驗證了工具和工藝技術的合理性。

1 取芯難點分析

在大斜度井內，依據設計井眼軌跡，鉆穿斷層，并且要求巖芯連續和斷層帶的巖芯完整，如果井眼軌跡控制不好，就有可能取不到斷層，如果取到的斷層帶巖芯破碎，對研究斷層也失去了意義，導致取芯失敗，而且在連續114.51m的斷層帶取芯也是尚屬首次，因此，對于取芯來說也是一個挑戰，相對于普通取芯，有以下技術難點。

1.1 井眼軌跡控制

要取全取準斷層帶的巖芯，必須保證取芯實鉆軌跡沿取芯設計軌跡鉆進，對井眼軌跡控制是個難題，因此，我們必須設計出了穩斜、增斜、降斜3種鉆具組合，來滿足現場使用要求，并采取隨鉆測斜措施，實時掌握井眼軌跡動態情況，現場根據測斜數據，運用井眼軌跡調整軟件，參考設計的井眼軌跡，根據每種工具的增斜、降斜情況，及時調整取芯工具和取芯長度，滿足連續取芯同時，調整實鉆井眼軌跡，達到鉆穿斷層的目的。

1.2 斷層帶的巖芯破碎、脫皮

同一位置的斷層面，兩側的巖性不同，力學機理也不同，斷層帶處形成的巖芯容易破碎，再加上油田長期注水開發，在以往的常規取芯中，巖芯表面經常會出現一層極易脫落的表皮，巖芯直徑變細，易擼芯、掉芯，影響巖芯收獲率。

1.3 樹芯困難

由于井斜角較大，取芯工具在重力作用下，偏向井壁一側，采用常規取芯工具，內筒不居中，連續取芯時，留在井底的巖芯柱會被偏離的內巖芯筒阻擋，造成巖芯入筒困難，有鉆壓無進尺，影響機械鉆速和巖芯收獲率。

2 取芯工具的選擇

通過大斜度井難點分析，正確選擇工具是該井取芯成功的關鍵，密閉取芯工具不具有調整井眼軌跡功能，取芯的同時不能按設計井眼軌跡鉆進；水平井取芯工具不能解決巖芯脫皮問題，容易造成巖芯直徑細，影響巖芯收獲率；常規取芯工具內筒不居中，入芯困難，容易造成巖芯損失，取芯不連續；因此，優選SPM178-115大斜度井密閉取芯工具，該工具內筒居中，具有井眼軌跡調節功能，可以加入巖芯保護液，解決巖芯脫皮問題，工具結構、原理如下。

2.1 工具結構

主要由大接頭、上穩定器、絲堵、內巖芯筒、外巖芯筒、下穩定器、下接頭、巖芯爪、密閉頭和取芯鉆頭所組成。內筒底端面與鉆頭內腔密封配合，保證了內筒居中，巖芯能順利進筒；上下穩定器設計，滿足井眼軌跡調整要求；鉆井液由大接頭水眼、內外筒環形空間及鉆頭水眼到達井底，達到冷卻鉆頭、清洗井底的作用。

2.2 工作原理

組裝取芯鉆頭，連接取芯工具，在內筒里注滿巖芯保護液，上緊絲堵，連接鉆鋌、鉆桿，將工具下放至井底，取芯前大排量清洗井底，井底清洗干凈后，下壓鉆具剪斷銷釘，鉆具提離井底，啟動轉盤開始取芯鉆進，取芯過程中，隨著巖芯進入內筒，巖芯保護液排出，均勻地涂在巖芯表面上，形成一層保護膜，防止鉆井液浸入巖芯，割心時，上提鉆具，巖芯爪沿鉆頭錐面下行，產生徑向鎖緊力，將巖芯卡緊，當上提拉力達到巖芯斷面極限拉力時，巖芯即被割斷。

3 取芯技術措施

3.1 鉆具組合

為了保證取芯實鉆井眼軌跡符合設計井眼軌跡要求，設計出了穩斜、降斜、增斜3種取芯工具，現場根據測量井斜結果來調整鉆具組合，達到取芯的同時調整井眼軌跡要求。

穩斜鉆具組合：?215mm取芯鉆頭+?213mm穩定器+?178mm取芯筒+?213mm+穩定器+?159mm鉆鋌（2根）+?127mm加重鉆桿（15根）+?127mm鉆桿。

增斜鉆具組合：?215mm取芯鉆頭+?213mm穩定器+?178mm取芯筒+?159mm鉆鋌（2根）+?127mm加重鉆桿（15根）+?127mm鉆桿。

降斜鉆具組合：?215mm取芯鉆頭+?178mm取芯筒+?213mm穩定器+?159mm鉆鋌（2根）+?127mm加重鉆桿（15根）+?127mm鉆桿。

3.2 取芯鉆頭

取芯鉆頭齒以傾斜角度接觸地層，與地層層面形成了一定的角度，切削地層的機械鉆速不均勻，會對易破碎地層形成的巖芯質量造成影響。為此，我們采用雙錐冠形、高密度布齒的PDC取芯鉆頭，使每個齒都得到充分利用，加強切削效率，提高機械鉆速，增大了對破碎巖芯保護，使其在未破碎之前就進入內筒，減少堵芯和掉芯的可能性；加長內外保徑，增強了鉆頭的工作穩定性，也有效減小對巖芯的破碎損害，提高了巖芯質量和巖芯收獲率。

3.3 優選取芯參數

結合大斜度井取芯工具特點，合理選擇鉆進參數。鉆壓：鉆具大部分緊貼井壁，與井壁的摩阻較大，鉆壓不能有效傳遞到鉆頭上，指重表不能指示有效鉆壓，因此采用低鉆壓樹心，保證巖芯順利進入取芯內筒；正常鉆進時，采用回壓最快的鉆壓進行鉆進，少加、勤放，以下放鉆具鉆壓不漲為原則，達到最優的機械鉆速；排量：在滿足清洗井底和冷卻鉆頭條件下，一般考慮最低攜砂能力要求，同時要考慮巖芯質量、井眼穩定的要求，采用“大排量循環，低排量鉆進”原則；轉速：考慮到巖芯質量完整、鉆具和鉆頭工作平穩性，采用低轉速鉆進，轉數控制在50～55r/min，選擇低轉速的優點在于：一是減少鉆具振動，增加底部鉆具的穩定性，降低巖芯破碎可能性，防止卡芯與堵芯，提高巖芯收獲率；二是當井底扭矩過大時，低轉速可以起緩沖作用，降低鉆具扭矩，保護鉆具。

3.4 使用巖芯保護液

取芯層位的地層親水且地層壓力較高，巖芯遇水容易在巖芯柱表面形成一層極易脫落的表皮，致使巖芯直徑變細，且隨著巖芯筒逐漸提離井底，壓力釋放，巖芯容易破碎，不能形成完整的巖芯，取不到斷層剖面，導致取芯失敗。因此，采用在內筒中加入油基巖芯保護液，形成的巖芯進入內筒后就被保護液包裹起來，保證了巖芯整齊完整，現場應用效果較好。

3.5 防卡技術

鉆具與井壁存在較大摩阻，多次起下鉆造成在井壁一側形成溝痕，鉆具位于溝痕內容易發生粘卡事故，因此，采用在鉆井液中混原油和加入石墨、防塌劑、定時活動鉆具等方法，提高鉆井液性能和井壁的穩定性，減少摩阻和轉盤扭矩，防止井下復雜情況發生。

3.6 銷釘剪斷措施

取芯前首先要剪斷密閉頭銷釘，由于工具傾斜，井底沉砂多、井壁摩阻和鉆具托壓等原因，造成銷釘剪斷困難，因此，取芯前盡可能大排量清洗井底，一般在轉盤轉動情況下，采用不超過10kN鉆壓接觸井底，下放鉆具沒有進尺時，停止轉盤，再下放鉆具靜壓100kN，沒有顯示，可以多剪幾次，直到剪銷明顯，啟動轉盤、下放鉆具、鉆進有進尺為止，現場應用效果較好。

4 取芯效果分析

該井共取芯 15筒，井段 1223.0～1239.0m、1258.6～1373.11m，取芯進尺130.51m，芯長129.65m，平均收獲率99.3%，單筒最高進尺9.25m，最高機械鉆速9.6m/h，巖芯整齊，取全取準了斷層剖面，取得了較好的效果，取芯數據見表1。

表1 杏7-20-斜632井取芯數據統計表

該工具能夠滿足井眼軌跡調整要求，實鉆井眼軌跡與設計井眼軌跡基本吻合。

由于是大斜度井，巖芯出筒后的斷面是斜面，從巖芯筒頂端用油管通芯時，如果巖芯在內筒中有碎屑或者有垂直裂縫，斜茬的斷面會形成楔子效應，將巖芯卡在內筒中，巖芯不能出筒，出現巖芯出筒困難時，不能用油管撞擊巖芯，將外筒戴上護絲，用大鉤提起取芯筒，并使取芯筒傾斜，震擊外筒，外筒經多次震擊后，內筒中的巖芯松動而下滑，巖芯逐漸出筒，效果較好。

5 結論和認識

（1）首次在大斜度井斷層帶取芯并獲得成功，為研究斷層兩側巖性和儲層性質變化提供了有效手段。

（2）大斜度斷層取芯工具設計合理，性能可靠，工藝技術措施切實可行，巖芯完整，收獲率較高。

（3）穩斜、降斜、增斜3種取芯鉆具組合滿足了大斜度井取芯同時調整井眼軌跡的要求。

[1]劉春來，王曉舟，張洪君.錢可貴.水平井取芯工具在杏6-0-平35井中的應用[J].石油鉆采工藝，2008，30（4）.

[2]王智鋒，李作會，王敏生.渤海埕北油田大斜度井取芯實踐和認識[J].海洋石油，2006（3）.

[3]李健.水平井密閉取芯工藝技術分析[J].內江科技，2012（3）.

[4]楊鵬，王智鋒，王敏生.CB-A29m大斜度井取芯實踐與認識[J].西部探礦工程，2005（6）.

TE243

B

1004-5716(2015)06-0004-03

2014-05-23

2014-05-26

張洪君（1972-），男（漢族），黑龍江大慶人，高級工程師，現從事取芯技術研究和鉆井技術工作。