應用于油田的水平井密閉取芯技術

高長春

摘 要：油田油層是埋藏在地下的“黑色黃金”，油層深處地下對原油的定位開采帶來了極大的困難。水平井技術在低豐度薄層油藏的開采中得到了廣泛的應用，并取得了良好的開采效果，為進一步提高油井單井產量、完成目的油層的深度開發，需要借助于水平井連續密閉取芯技術，來實現巖芯地質資料的準確獲取，以便為油田井下地質分析提供準確的數據樣本。目前大段連續水平井密閉取芯技術仍存在一些技術難點。本文在分析水平井連續密閉取芯技術所面臨的應用難點的基礎上，對如何做好水平井連續密閉取芯技術的應用進行闡述。

關鍵詞：水平井；連續密閉取芯技術；應用

中圖分類號：TE244 文獻標志碼：A

0 前言

水平井連續密閉取芯能夠最大限度地保證所獲取的地下油層巖芯樣品資料的真實性，避免受到鉆井液的污染。通過對巖芯樣品進行分析，以便于獲取準確、翔實的地下油層油水飽和度等一系列地質資料數據，為油田油氣開發、儲量評估提供數據支撐。水平井是一種應用于油田開采的重要鉆采形式，伴隨而來的是水平井連續密閉取芯任務的增加，為了獲取真實、不受污染的巖芯樣品，需要積極做好水平井連續密閉取芯技術的應用，并針對水平井連續密閉取芯技術應用中所存在的問題采取針對性的應對措施，以便使得水平井連續密閉取芯技術能夠取得最好的應用效果。

1 水平井連續密閉取芯的工作原理與技術難點

1.1 水平井連續密閉取芯工作原理

在取芯內筒里注滿密閉液，上緊絲堵，內筒形成良好密封。取芯筒連接螺桿鉆具下入井底，取芯前進行循環，大排量沖洗井底，井底清洗干凈后停泵，緩慢下放鉆具施加鉆壓剪斷銷釘。通過采用轉盤和螺桿鉆具聯合驅動的方式進行取芯作業。取芯鉆進時，內筒不隨鉆具旋轉，密閉頭引導巖芯進入內筒，密閉液從其間隙流出，均勻地包裹在巖芯表面上，形成一層保護膜，免受鉆井液浸入巖芯，割芯時，上提鉆具，巖芯爪沿鉆頭內錐面下行，產生徑向鎖緊力，將巖芯卡緊，當上提拉力達到巖心斷面極限拉力時，巖芯即被割斷。

1.2 水平井連續密閉取芯技術難點

（1）取芯工具由于受到螺桿或是螺桿與轉盤的聯合驅動，將致使密閉筒發生高速轉動，高速轉動的密閉筒帶動位于其中的密閉液產生極大的旋轉力，如果巖芯強度不足，巖芯會在這一旋轉力的作用下發生斷裂或破損，影響取芯收獲率。因此在水平井連續密閉取芯作業中需要采用雙筒單動方式，而常規的水平井取芯工具所采用的懸掛總成占內筒管串約1m的長度，這一長度將嚴重占用取芯筒的進尺距離，且無法在井口灌注密閉液致使勞動作業強度大幅增加。（2）水平井取芯的關鍵在于避免出現糾斜工具糾斜，以免影響水平井取芯的進尺距離，從而導致無法完整地進行取芯。因此就要求水平井在取芯過程中，通過調節井眼軌跡實現水平井取芯的連續作業。（3）水平井取芯中所使用的密閉液密度較小低于鉆井液的密度，在水平井取芯作業中使用密閉液包覆巖芯的過程中，將使得一部分鉆井液進入密閉筒中造成巖芯的污染。

2 水平井連續密閉取芯的應用

我們對水平井取芯過程中存在的問題進行解決和優化，提高了水平井取芯的一系列難題。

2.1 水平井連續密閉取芯鉆具懸掛總成優化

在水平井連續密閉取芯技術的應用中，通過設計帶有一對圓錐滾子軸承的內筒旋轉機構，使得雙筒單動既能夠滿足轉動過程中所產生的軸向和徑向載荷，同時也完成了對于密閉內筒的軸向限定。通過結構優化縮短了傳統結構的長度，提高了密閉內筒的有效長度，使得水平井連續密閉取芯作業所獲得的巖芯長度得到了20%的提升。

2.2 水平井連續密閉取芯井眼軌跡調整控制優化

針對水平井取芯糾斜的優化，通過對水平井連續密閉取芯過程中取芯工具的受力狀態進行分析，利用改變取芯工具近鉆頭和遠鉆頭的穩定器增加和減少，使得水平井連續密閉取芯過程中的井眼軌跡可控。利用無螺扶、單螺扶、雙螺扶3種結構形式與螺桿上端形成鉆具組合，實現了水平井連續密閉取芯作業過程中的井眼軌跡控制。通過對優化后的鉆井工具進行試驗后發現，利用無螺扶、單螺扶、雙螺扶3種結構形式與螺桿上端形成鉆具組合具有較強的造斜性能，水平井連續密閉取芯作業中根據測斜工具所獲得的水平井井眼軌跡變化規律，選擇合適的鉆具組合，來完成水平井連續密閉取芯作業中的井眼軌跡調整控制。

2.3 水平井連續密閉取芯密閉液鉆井液置換問題的優化

針對低密度的密閉液與高密度的鉆井在取芯密閉過程中的置換問題，一方面可以通過研發新型高密度基密閉液，利用高密度基密閉液所具有的高黏度和切力特性，完成對于巖芯的密閉和保護，高黏度的密閉液將能夠與鉆井液形成良好的密度平衡，從而有效地避免了存在于水平井連續密閉取芯密作業過程中的密閉液置換問題。除了積極開發新型高密度密閉液外，對密閉取芯工具進行改造也能夠有效地解決密閉液置換問題，通過在密閉頭上加裝平衡單向閥，用以阻隔鉆井液的進入，在水平井連續密閉取芯密作業過程中，如密閉筒內壓力高于筒外壓力時，單向平衡閥的彈簧將壓縮，平衡閥的閥芯打開，位于密閉筒中的密閉液將能夠從密閉筒中流出，而當密閉筒內外壓力平衡時，平衡單向閥則關閉，阻隔密閉筒與外界的聯系，通過加裝平衡單向閥，能夠有效地改善鉆井液置換問題，提高了取芯的保護。

2.4 優化水平井連續密閉取芯作業參數

水平井連續密閉取芯作業精細而復雜，在實際的水平井連續密閉取芯作業中需要結合井下地層的地質狀況優化作業參數。作業中每隔一定長度進行一次通井作業，確保鉆井井眼的暢通，通井時可以使用LWD儀器對井眼進行測量優化鉆井鉆具并控制鉆井方向。

2.5 優化水平井連續密閉取芯鉆壓

水平井連續密閉取芯作業過程中鉆具大多數情況下處于水平作業狀態，受重力作用鉆具與井眼下壁的摩擦，加劇致使指重表所顯示鉆壓無法真實地表現出實際鉆壓。在水平井連續密閉取芯作業中，應盡可能地選用小鉆壓鉆進，在保證水平井連續密閉取芯設備快鉆速的基礎上優先選用小鉆壓，并注意觀測泵壓和鉆進扭矩的變化情況，最大限度地確保水平井連續密閉取芯鉆進的正常進行。在水平井鉆進過程中，隨著鉆井深度和水平段的加長，鉆壓無法有效地傳遞至鉆頭上，為解決這一問題，可以在鉆具螺桿上方加裝螺旋鉆鋌，并將鉆鋌與加重鉆桿在鉆進過程中的定期倒換，用以確保鉆井鉆進過程中的施壓。

2.6 水平井連續密閉取芯作業中鉆具轉速的優化

水平井連續密閉取芯作業中其鉆進主要依靠螺桿，而轉盤僅僅作為輔助驅動，輔助轉盤旋轉能夠保證轉具能夠充分轉動，避免黏卡、托壓等問題的產生。水平井連續密閉取芯作業的轉速確定遵循“低轉速”原則，將轉具的轉速控制在5r/min～20r/min的范圍內。水平井連續密閉取芯作業低轉速鉆進能夠保證取芯的完整性，提高取芯的收獲率。同時低轉速能夠有效防止轉矩過載，保護水平井連續密閉取芯作業鉆具的安全。

結語

水平井連續密閉取芯技術的應用能夠在水平井取芯作業過程中最大限度地保證了巖芯的油水飽和度資料的真實性和可靠性，避免巖芯樣品受到鉆井液的污染。本文在分析傳統水平井取芯作業不足之處的基礎上，對如何做好水平井取芯技術的優化進行了分析介紹。

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