密閉取心技術(shù)在元壩123井海相地層的應用

劉會斌

【摘 要】為獲得四川元壩區(qū)塊海相長興組產(chǎn)層的準確地質(zhì)資料，在元壩123井成功進行了密閉取心作業(yè)。取心過程中遇到了裂縫孔洞發(fā)育、高含硫化氫、井底高溫等施工難點，通過優(yōu)選密閉取心工具和密閉液、優(yōu)化取心技術(shù)措施，創(chuàng)出了國內(nèi)陸上密閉取心井深最深紀錄。本井取出的密閉巖心為元壩地區(qū)勘探開發(fā)提供了第一手寶貴的原始地層資料，也對今后超深井取心具有參考和借鑒價值。

【關鍵詞】密閉取心；海相地層；收獲率；密閉率

密閉取心技術(shù)是一種利用密閉取心工具和密閉液實現(xiàn)地層巖心不受鉆井液污染，取出的巖心可真實反映地層原始狀態(tài)的特殊取心工藝。通過分析密閉巖心可以準確獲取油氣水飽和度、滲透率、孔隙度等地質(zhì)資料，準確計算含氣儲量，為下一步制定合理的油氣開發(fā)方案提供重要依據(jù)。

一、元壩123井基本概況

元壩123井位于四川省閬中市老觀鎮(zhèn)倩林壩村4組。本井設計直導眼井深7090m，主要目的層是上二疊統(tǒng)長興組、下三疊統(tǒng)飛仙關組三段，兼探中三疊統(tǒng)雷口坡組、上三疊統(tǒng)須家河組、下侏羅統(tǒng)自流井組。長興組地層主要巖性以黑色生屑灰?guī)r、淺灰色灰質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r為主，裂縫、孔洞發(fā)育好，局部層位溶洞發(fā)育。

二、密閉取心難點分析

（1）取心井段深，井底高溫高壓，并且可能含有硫化氫，密閉取心施工風險高。

（2）井下情況復雜。由于雷口坡、嘉陵江地層鉆遇鹽膏層，要求鉆井液密度高，而飛仙關、長興組地層壓力低，同時存在井漏和縮徑卡鉆風險。

（3）取心井段為破碎性、裂縫性地層。設計要求見顯示或見生屑灰?guī)r取心，儲氣層裂縫、溶洞發(fā)育好，成柱性差給取心施工增加了很大的難度。

（4）長興組底部地層主要以白云巖為主，巖石堅固，裸眼段長，懸重大（上提最大懸重達到250t），鉆桿拉力余量小，割心風險大。

三、密閉取心在元壩123井的應用

1.鉆頭與取心工具的選擇

本井選用了勝利鉆井院生產(chǎn)TMC536-8115人造聚晶金剛石鉆頭和PSC136-8115的PDC取心鉆頭，該鉆頭具有斜向水眼、中等外錐、中深內(nèi)錐圓弧形冠部，圓柱形TSP齒內(nèi)外保徑等結(jié)構(gòu)特點。

選用了勝利鉆井院生產(chǎn)的Ym-8115密閉取心工具，該工具主要由上接頭、內(nèi)筒、外筒、平衡活塞、鉆頭密封活塞、巖心爪等組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。本工具具有以下技術(shù)特點：①內(nèi)筒采用浮動活塞結(jié)構(gòu)，能自動消除井眼液柱壓力對工具密閉性的影響，從根本上保證了工具的密閉性，使之不受井深限制。②采用自鎖式巖心爪結(jié)構(gòu)，工具結(jié)構(gòu)與割心操作簡便。③雙筒雙動結(jié)構(gòu)的巖心筒，密封可靠。④采用偏向井壁的斜水眼結(jié)構(gòu)，減少對巖心的直接沖刷，降低對巖心的污染。⑤所有橡膠密封原件耐溫達180℃。

選用勝利鉆井院生產(chǎn)的抗高溫油基密閉液，該液體是一種常溫下絕對粘度大于65Pa·s的乳黃白色粘稠凝膠。其具有以下特點：①良好粘附性，能在巖心表面形成一層密的保護膜堵塞巖心表面的孔隙，阻止鉆井液自由水的進入。②流動性好，在巖心進入內(nèi)筒的同時，密閉液易被替出。③具有一定的抗溫防腐能力。④其成分不影響巖心密閉率的測定。

2.密閉取心施工

本井密閉取心采用的鉆具組合為：Φ215mm取心鉆頭+Φ178mm Ym-8115取心筒+521×520浮閥+521×410接頭+Φ177.8mm鉆鋌6根+411×410旁通閥+411×411雙公接頭+Φ178mm震擊器+φ127mm加重鉆桿15根+φ127mm鉆桿+411×520配合接頭+φ139.7mm鉆桿。

3.取心效果分析

元壩123井全井進行密閉取心16筒，有8筒密閉取心收獲率達90%以上，其中4筒密閉取心收獲率達100%，全井取心密閉率為93.33%。中途因地層破碎、密閉取心收獲率低和井漏等問題，采用常規(guī)取心3筒，收獲率均為100%。表1為元壩123井密閉取心記錄。

4.影響元壩123井密閉取心因素分析

（1）影響收獲率最主要的因素就是儲層巖心成柱性差、極易破碎。

（2）生屑灰?guī)r地層取心收獲率明顯偏低，而采用川8-5常規(guī)取心工具收獲率較高，密閉取心工具內(nèi)筒隨外筒一起轉(zhuǎn)動，很容易將破碎地層的巖心晃斷，造成巖心堆積巖心爪處，進心困難，發(fā)生堵心、磨心鉆進。

（3剪斷取心工具的下部活塞銷釘時，易把井底余心壓碎，造成堵心。

（4）地層立縫發(fā)育，隨著鉆具的晃動，巖心進入內(nèi)筒時，沿立縫斷裂，發(fā)生錯位，巖心在不斷頂進內(nèi)筒時，上部錯位的巖心越卡越緊，繼續(xù)鉆進無法頂動，進而只能割心起鉆。

5.提高取心收獲率措施與建議

（1）連續(xù)取心時，銷釘數(shù)量不易過多，避免剪斷銷釘過大鉆壓將井底余心壓得過碎，造成樹心困難。剪斷銷釘后，應上提鉆具距井底0.3-0.5m大排量沖洗井底碎心循環(huán)出來后再進行樹心作業(yè)。

（2）由于地層比較破碎，樹心時采用小鉆壓、低排量，緩慢得使巖心進入取心筒，避免造成堵心。

（3）若密閉取心收獲率過低，使用不加密閉液和下部活塞的密閉取心工具或者川式常規(guī)取心工具進行一次常規(guī)取心，了解地層情況。

（4）取心過程中，依據(jù)鉆時調(diào)整鉆壓，確保不發(fā)生堵心等情況發(fā)生，密切關注扭矩、泵壓等參數(shù)的變化，判斷取心作業(yè)有異常變化時，準備割心。若扭矩瞬間突然增大時，可根據(jù)情況考慮割心，防止發(fā)生堵心和磨心。

四、結(jié)論與認識

（1）長興組產(chǎn)層裂縫、孔洞發(fā)育好，地層破碎，采用雙筒雙動式取心工具易發(fā)生堵心和卡心現(xiàn)象，無法保證較高的收獲率和單筒進尺，所以樹心成為關鍵因素，采用小鉆壓、低排量、低轉(zhuǎn)速緩慢推進巖心進入內(nèi)筒。

（2）綜合考慮地層、工具、鉆進參數(shù)等影響因素，優(yōu)選取心鉆進工藝參數(shù)，破碎性地層鉆進參數(shù)參考值為：鉆壓20-40kN，排量20-24L/s，轉(zhuǎn)速45-55rpm，堅固白云巖地層鉆進參數(shù)參考值：鉆壓40-60kN，排量25-27L/s，轉(zhuǎn)速50-60rpm。

（3）合理選擇割心層位，遇到扭矩異常變化及時判斷，若發(fā)生堵心、磨心要及時割心，可以有效保證取心收獲率。

（4）元壩123井密閉取心作業(yè)創(chuàng)出國內(nèi)密閉取心井深最深紀錄（6971.23m），密閉取心技術(shù)在元壩區(qū)塊超深井長興組地層中首次成功應用，為今后元壩地區(qū)海相地層取心提供了有益的參考和借鑒。

【參考文獻】

[1]劉彬，周剛等.密閉取心工藝在深井中的應用[J].鉆采工藝，2008，7：124-125.