渤海油田特殊地層取心技術優化及應用

付常春， 楊保健， 劉寶生， 陶 林， 湯柏松

(1中海石油能源發展監督監理技術分公司 2中海石油(中國)天津分公司)

伴隨著中國經濟的騰飛，渤海油田的開發也正在加速，目前已建成3 000×104m3原油的年產能規模，成為我國重要的能源基地。新油田在開發之前要計算儲量，需要準確獲取油層原始含油飽合度和地層孔隙率等重要資料，以制定合理的開發方案。這些都需要以巖心分析資料為依據，巖心也就成為獲取地層資料最直接、最有效的手段。但新近發現的油藏儲層中，儲層巖性多為特殊巖性，(如蓬萊9-1潛山風化殼儲層、旅大5-2N砂礫巖儲層)，特殊地層特別松散、膠結性差易破碎、易水化、高含水、不均質含礫、大礫徑砂礫巖在這些地層取心往往難度大、復雜程度高，使用常規鉆井取心往往得不到理想的效果，從而給整個油藏的評價工作帶來巨大難度。如何提高該地層的取心收獲率，應對取心工作中的困難和挑戰，本文將重點闡述。

一、渤海油田地質特征和技術難點

1. 地質特征

(1)淺層明下段、館陶組地層巖性疏松，地層膠結物強度低，巖心不易成形，難以進入取心工具；易發生卡心，掉心。

(2)不均質含礫、大礫徑砂礫巖在這些地層取心往往難度大、復雜程度高，易發生卡心，掉心。

(3)巖心的出筒過程中，由于巖心柱受力狀態發生變化，巖心易坍塌破碎，巖心成形率低。

2. 常規取心工具的局限性

目前在國內普遍使用的常規取心工具，在膠結強度低、巖心承載能力差、且不均質含礫的地層取心，很難達到理想的效果，這是常規取心工具本身結構造成工具使用的局限性[1]，主要是因為：

(1)鉆井液通過取心鉆頭內腔冷卻取心鉆頭和攜帶巖屑，同時也造成對巖心的沖蝕，松散地層巖心本身比較松散、膠結性差、易破碎，巖心極易被鉆井液沖刷帶走或是使巖心直徑變小造成“抽心”和“丟心”現象的發生[2]。

(2)巖心直接與鉆井液接觸，使巖心膠結物部分水化而降低巖心柱的承載能力[3]。

(3)Rb-8100為軟地層保型取心工具，巖心爪為加壓收縮式，若取心鉆進至大礫徑礫石巖心后，加壓收縮式巖心爪無法正常收縮，導致已進筒巖心在起鉆過程中脫落。

3. 技術措施方面

(1)取心鉆進時排量過高，導致鉆井液對松散巖心的沖刷。

(2)轉速過高，已進筒巖心與內筒發生摩擦，導致堵心的發生。

(3)地層中礫石較多，影響取心工具在井底的穩定性，且影響巖心進筒。

(3)鉆壓過低或因機械鉆速較快而造成跟壓不及時，導致鉆頭離開井底造成鉆井液沖刷巖心[4]。

(5)巖心出筒時，因巖心受力狀態變化，造成巖心破碎。

二、渤海油田特殊取心技術優化

針對該地層巖性特點，以及工具、工藝及技術措施方面的不足，應用相應的特殊取心技術，并做好針對地層巖性特點的工具選型、鉆頭選型、作業參數的選擇、技術措施的細化工作，以有效保證取心收獲率。

1. 密閉取心技術優化

密閉取心是指在水基鉆井液中取得的巖心基本不受鉆井液的污染,能真實再現地層原始地質孔隙度、含油飽和度及水侵和含水率等資料。它是通過專用密閉取心工具和密閉液的共同作用來實現的一種特殊鉆井取心工藝[5]。

1.1 優選取心工具

根據地層軟硬程度選用Ym-8115型或Rmb-8100型取心工具，并配用鋁合金襯筒，可減少松散砂巖在取心作業中巖心的進筒阻力；軟地層取心工具封閉式巖心爪可防止因巖心膠結松散，而出現的漏心問題。

1.2 優選取心鉆頭

密閉取心鉆頭的特點:鉆頭內徑和內唇面無鉆井液清洗;鉆井液只清洗冷卻外唇面;增強型等磨損布齒。

1.3 優選密閉取心密閉液

為了滿足取心設計要求，取心選用的密閉液具備以下功能：

(1)具有良好粘敷強度，能在巖心表面形成一層密閉保護膜堵塞巖心表面的孔隙，阻止鉆井液自由水的進入。

(2)填充取心內筒與巖心之間的間隙，阻止鉆井液進入內筒。

(3)在巖心進入內巖心筒的同時密閉液等體積流出，在鉆頭底部形成一個密閉保護區，確保新鉆出的巖心在進入內筒前不被鉆井液污染。

1.4 取心技術措施改進

(1)選用小排量、低轉速應對疏松砂巖，根據松散程度合理調整鉆壓，鉆遇泥巖可適當增大排量和轉速。

(2)控制鉆井液失水在4 mL以下，減小泥巖因吸水膨脹造成堵心的發生。

(3)單筒進尺不進行控制，根據鉆進情況及時效確定是否割心起鉆。

(4)造心過程以2 t鉆壓鉆進30 cm左右，若機械鉆速較慢，可提前將鉆壓加至4～6 t，引心完畢后，可將鉆壓加至8 t，鉆進期間可調整鉆壓、排量、轉速等參數。

(5)分析泵壓、扭矩的波動和鉆時的變化，判斷鉆頭的切削效率。

(6)優選取心鉆頭和鉆井參數，提高機械鉆速，縮短巖心在鉆井液中的浸泡時間，提高巖心收獲率和封閉率。

2. 含礫地層取心技術優化

2.1 優選取心工具

采用Rb-8100型取心工具，并配用鋁合金襯筒，可減少松散砂巖在取心作業中巖心的進筒阻力；封閉式巖心爪可防止因巖心膠結松散，而出現的漏心問題[6]。

2.2 優選取心鉆頭

選用具有水槽和水眼共存的鉆頭結構，可減少鉆井液對巖心沖蝕，達到保護巖心的目的。

2.3 取心技術措施改進

(1)選用小排量、低轉速應對疏松砂巖，根據松散及含礫程度合理調整鉆壓，鉆遇泥巖可適當增大排量和轉速。

(2)控制鉆井液失水在4 mL以下，減小泥巖因吸水膨脹造成堵心的發生。

(3)單筒進尺不進行控制，根據鉆進情況及時效確定是否割心起鉆。

(4)造心過程以2 t鉆壓鉆進30 cm左右，若機械鉆速較慢，可提前將鉆壓加至4～6 t，引心完畢后，可將鉆壓加至8 t，鉆進期間可調整參數。

(5)若發現扭矩基本無波動，應考慮是否是堵心、卡心、或鉆頭切削齒磨損嚴重造成的，根據情況判斷確定是否割心起鉆。

(6)根據現場出心情況，判斷巖性特點、鉆頭磨損程度，及時優選取心鉆頭及取心參數。

3. 破碎地層取心技術優化

3.1 取心工具工藝改進

設計采用雙巖心爪新型割心系統，可消除提鉆時，因巖心膠結松散，而出現的漏心問題見圖1。

圖1 帶導向套的全封閉巖心爪及雙巖心爪結構

3.2 優選取心鉆頭

(1)松散破碎地層(潛山頂部風化淋濾帶)。鉆頭具有水槽和水眼共存的結構，可減少鉆井液對巖心沖蝕，達到保護巖心的目的[7]見圖2。

圖2 勝利PMC037-8100型取心鉆頭

(2)裂縫發育破碎地層(潛山內幕裂縫發育帶)。將鉆頭的流道式過流面改成水眼，防止鉆井液沖刷松散巖心。同時改造使其適用于雙巖心爪取心工具，實現雙重割心有利于防止進筒巖心丟失。

(3)裂縫欠發育破碎地層(潛山內幕裂縫欠發育帶)。為了提高機械鉆速在保持6刀翼冠部結構的基礎上為增加布齒密度將刀翼數量增加至8。

3.3 取心技術措施改進

(1)風化殼地層取心，以保證收獲率為首要目的，選用小排量、低轉速應對疏松砂巖，根據風化程度合理調整鉆壓。

(2)控制鉆井液失水在4 mL以下，減小泥巖因吸水膨脹造成堵心的發生。

(3)單筒進尺不進行控制，根據鉆進情況及時效確定是否割心起鉆。

(4)造心過程以2 t鉆壓鉆進30 cm左右，若機械鉆速較慢，可提前將鉆壓加至4～6 t，引心完畢后，可將鉆壓加至8 t，鉆進期間可調整參數。

(5)鉆完取心進尺后，磨心1 h以上，確保將鉆壓磨回0 t，割心過提不超過25 t，若多次拔心巖心不斷，應放至原井深繼續磨心。

(6)根據現場出心情況，判斷巖性特點、鉆頭磨損程度，及時優選取心鉆頭及取心參數。

4. 極松散地層取心技術優化

4.1 優選取心工具

采用Rmb-8100型取心工具，并配用鋁合金襯筒，可減少松散砂巖在取心作業中巖心的進筒阻力；封閉式巖心爪可防止因巖心膠結松散，而出現的漏心問題。

4.2 優選取心鉆頭

鉆頭具有水槽和水眼共存的結構，可減少鉆井液對巖心沖蝕，達到保護巖心的目的，該鉆頭對泥巖、松散砂巖有一定的侵略性，也對松散巖心的保護性較好。為減少鉆井液對井底松散砂巖的沖蝕，優選水眼較多的取心鉆頭以保證取心收獲率。

4.3 取心技術措施改進

(1)極松散地層取心，以保證收獲率為首要目的，選用小排量、低轉速應對松散砂巖，根據松散程度合理調整鉆壓。

(2)控制鉆井液失水在4 mL以下，減小泥巖因吸水膨脹造成堵心的發生。

(3)單筒進尺不進行控制，根據鉆進情況及時效確定是否割心起鉆。

(4)若發現扭矩基本無波動，應考慮是否是堵心、卡心、或鉆頭切削齒磨損嚴重造成的，根據情況判斷確定是否割心起鉆。

(5)根據現場出心情況，判斷巖性特點、鉆頭磨損程度，及時優選取心鉆頭及取心參數。

(6)出心過程中，減少外力對取心筒的擾動，避免因外力影響而導致的取心收獲率下降。

三、渤海油田特殊取心技術優化的應用效果

LD5-2N-2井在明下段、館陶組特殊地層連續取心78筒，累計取心進尺204.00 m，心長166.60 m，取心收獲率81.67%，遠超國家特殊地層取心標準 (50%)，在特殊地層取心均實現新突破，PL9-1-11井和PL9-1-13井累計在中生界潛山破碎地層取心11筒，累計取心進尺35.65 m，心長33.72 m，平均取心收獲率94.59%，取得理想的效果見表1。另外，密閉取心技術在岐口18-1-P13井成功應用。

表1 優化后特殊地層取心收獲率統計表

四、結論與建議

經過近幾年來的持續不斷的探索實踐，基本形成了一套適合渤海油田特殊地層的取心技術，取心收獲率有很大幅度的提高，節約了大量的工時和成本，為加快渤海地區油氣田勘探步伐提供了有力的技術保證。

(1)優化后的鉆井取心技術及工具鉆頭，能充分適應渤海地區特殊地層的地質條件，使在特殊取心地層取心收獲率平均達到90%以上。

(2)由于地層不同層位巖性的差異性，要求現場根據出心情況，判斷巖性特點、鉆頭磨損程度，及時優選取心鉆頭及取心參數。

(3)針對性提升特殊地層取心收獲率，可以推廣到其他油田應用，具有一定的應用前景。