泡沫鉆井條件下巖屑取樣方法研究

摘 要：介紹了泡沫鉆井條件下巖屑取樣方法，應用了新的泡沫鉆巖屑采樣裝置，在試驗中取得了比較好的效果，解決了巖屑采集中出現的問題，在以后的泡沫鉆中能進一步推廣應用。

關鍵詞：泡沫鉆；巖屑錄井

泡沫鉆井技術是時下較為先進的欠平衡鉆井技術，能減少對油氣層的傷害，有效保護油氣層；并非常有利于提高低壓、低滲儲層的油氣層發現和成倍的增加單井產量。同時，泡沫鉆井在小鉆壓下能有效地提高機械鉆速，為難鉆地層提高鉆井速度提供了一條有效的新途徑。因此，在勝利油田非常規開發水平井Y227-1HF井水平段沙四段純上亞段砂礫巖油層鉆井中被首次采用，在提速提效、油層保護中取得了良好的效果。Y227-1HF井泡沫鉆井條件下返出巖屑均呈細顆粒狀，巖屑直徑一般0.01-1mm，且巖屑均吸附在泡沫之上，很難把巖屑從泡沫上分離出來，這為現場巖屑撈取帶來很大困難。

1 泡沫鉆井工藝技術流程

泡沫鉆井工藝技術流程：是以泡沫基液為工作對象，用空壓機對空氣先進行初級加壓，然后經過增壓機增壓后的氣體再與霧化泵泵出泡沫基液混合，經立管三通進入鉆具，泡沫通過鉆頭時對鉆頭進行冷卻，再通過井口的旋轉頭（旋轉密封），泡沫和鉆屑進入排砂管線，最后到巖屑池，完成攜帶巖屑和消除粉塵的任務，泡沫自然破泡后基液回收到上水池進行再利用。

泡沫鉆井施工作業工藝流程圖如下：空氣→空壓機→增壓機→霧化泵（基液與氣體混合）→立管→鉆具→鉆頭→環空→井口→排砂管→巖屑池→破泡后基液→上水池。

2 泡沫鉆井條件下巖屑取樣裝置改進

2.1原始巖屑取樣存在的問題

因為泡沫鉆攜帶巖屑返出時壓力較大、速度快，再加上巖屑細小、吸附在泡沫上，在排砂管線出口處采集巖屑樣是不現實的，因此針對泡沫鉆井的巖屑采集必須在排砂管上焊專門的采樣口。

Y227-1HF井在泡沫鉆施工前，在排砂管線上焊接了取砂樣接口，采用兩端開口帶閥門控制的紗布袋來取樣，一端密封固定接在巖屑采樣口上，另一端用繩子捆扎。取樣時，將“紗布采樣袋”下部扎緊，并置于盛有消泡劑與清水的桶中，打開上端取樣閥門，調節其開啟程度讓泡沫、巖屑緩慢進入袋內，按采樣時間先關閉上端閥門，再打開巖屑采樣紗袋，取出布袋內巖屑，用砂樣盆接住，按順序排放，晾曬裝袋。由于Y227-1HF井泡沫鉆返出巖屑呈面粉狀、細顆粒狀，巖屑直徑多小于2mm，且巖屑均吸附在泡沫之上，難以把巖屑從泡沫上分離出來，現場在井段3511m-4434m先后采用長0.6m寬0.4m紗布、長度0.5m周長0.96m紗布袋及長度1m周長0.96m紗布袋來取樣，撈取巖屑平均數量為30.5g/包，不能滿足X射線元素、地化、定量熒光、碳酸鹽含量等分析項目取樣要求。同時，在取樣時，要關閉閥門，造成巖屑取樣不連續。

2.2泡沫鉆井液巖屑取樣器設計

為了解決Y227-1HF井泡沫鉆井條件下巖屑撈取質量不足和取樣不連續問題，在現場調研的基礎上，使用了泡沫鉆井液巖屑取樣器（圖1）。

設計思路：取樣器整體外觀為一長方體，箱體為泡沫鉆井液緩沖罐，罐頂蓋一半可以自由打開與關閉，底座與上面箱體可以分開；取樣器核心裝置為可調式支架濾網（內部濾網有5種型號： 60目、80目、100目、120目、150目，可以根據需要更換不同目數濾網），用于分離泡沫與巖屑，濾網外側設計一固定支架，可以輕松取出和放入濾網，分離裝置與箱底之間有一支架支撐。取樣器左側下部安裝有閥門，用于排放取樣器中廢液、消泡劑。

泡沫鉆井液巖屑取樣器操作說明：在巖屑取樣器中盛入泡沫消泡劑，用于消除泡沫，并避免泡沫外溢，由閥門控制泡沫、空氣與巖屑混合物進入取樣器的流量，當泡沫、空氣與巖屑混合物進入取樣器后，利用濾網將吸附在泡沫上的巖屑分離出來，利用消泡劑消泡，取樣時，關閉閥門，打開分離裝置，倒出巖屑，晾曬后即可描述和取樣。當取樣器中廢液較多時，可以打開左側下部閥門排出。

在試驗泡沫鉆井液巖屑取樣器過程中，由于閥門關閉，造成取樣不連續。通過如下設計可以解決不連續的問題：在進取樣器前管線上安裝一個三通，并安裝二只閥門，在取樣器的另一側增加一個相同的分離裝置，使用二只分離裝置輪流來取樣，保證巖屑撈取連續性。

3 應用效果

3.1泡沫鉆井液氣體采集器應用效果

Y227-1HF井自井深4394m之后開始采用泡沫鉆氣體采集器，在巖性與含油顯示級別不變情況下，氣測基質整體明顯上升，全烴基質由0.082%上升至0.250%，反映泡沫鉆氣體采集器密閉性要好于簡易桶，更能真實反映地下油氣顯示情況。

3.2泡沫鉆井液巖屑取樣器應用效果

在Y227-1HF井錄井對泡沫鉆井液巖屑取樣器取樣效果進行試驗，采用泡沫鉆井液巖屑取樣器撈取巖屑井段4434m-4534m，撈取巖屑平均質量為174.9g/包，巖屑質量能夠滿足現場巖屑描述與地化、定量熒光、X射線元素、碳酸鹽含量分析樣品所需要求，解決了巖屑取樣不足的難題，并保證了巖屑錄井的連續性。

4 結束語

泡沫鉆井液巖屑取樣器撈取巖屑質量明顯要高于傳統紗布袋取巖屑質量，基本解決了泡沫鉆井條件下巖屑取樣不足和不連續的問題。在實際應用過程中取得了良好的效果，在以后的泡沫鉆巖屑錄井中能進一步推廣應用。

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作者簡介：

李玉杰（1980—），甘肅省秦安縣人，大學本科，工程師。