川渝地區深層破碎地層取心工藝優化研究

王明華，劉 維，段緒林，魏 彬

中國石油集團川慶鉆探工程有限公司川東鉆探公司

0 引言

川渝地區取心作業層位多，多數儲層段裂縫發育，地層破碎，堵心卡心頻率高，單次取心進尺少，起下鉆次數多，取心作業效率低。2021年取心作業區域集中在蓬萊含氣區、磨高構造、深層頁巖氣，主要巖性為白云巖、灰巖、頁巖，孔洞、裂縫發育，巖石破損，易堵心、卡心。上述破碎地層的鉆井液密度高，泵壓高，對破碎巖心浸蝕性強，更易造成單次取心進尺低。

針對上述問題，段緒林等人[1- 3]在川渝地區開展了破碎地層預防磨心、卡鉆、提高取心收獲率等技術總結，初步形成了堵心卡心預防處理操作方法。胡畔、李佩武等人[4- 7]開展了密閉取心技術試驗，堵心卡心次數有所減低，依然存在堵心卡心起下鉆偏多的問題。閆家等人[8- 11]在松科2等井開展了渦輪鉆具、雙巖心爪取心試驗，取心收獲率得到顯著提升，但取心效率沒有顯著提高。國內外諸多專家[12- 24]對破碎地層取心難題進行了分析，提出了許多好的技術對策，但對川渝地區的取心地層是否適應，有待現場驗證。進一步開展川渝地區破碎地層取心工藝優化，確保取心收獲率，提高單次取心進尺，有利于加快川渝地區新區域新層系勘探開發、產能建設步伐，把能源的飯碗端在自己手里。

1 深層破碎地層取心概況與難點分析

1.1 破碎地層巖性特點

川渝地區勘探范圍廣，取心作業覆蓋了從沙溪廟組到龍馬溪組的17個層段，砂巖、頁巖、云巖、灰巖、泥巖、鹽層、礫石等7種巖性(巖石)。蓬萊含氣區燈二段上部以粉晶、細晶綿層藻白云巖為主，中部以泥晶藻白云巖為主，下部為粉晶云巖夾少量硅質云巖。滄浪鋪組以粉砂巖、泥質粉砂巖為主，夾粉砂質泥巖、泥巖。磨溪構造棲二段為灰巖，泥粉晶結構，硬度高、脆性強、可鉆性差、極易破碎。天府含氣區二疊系峨眉山玄武巖組含凝灰巖、角礫巖、玄武巖。瀘州頁巖氣井龍馬溪組上部泥、頁巖夾泥質粉砂巖，下部、底部頁巖。

1.2 取心作業堵心卡心復雜情況頻繁發生，影響取心效率

對取心作業中發生堵心卡心時的參數變化趨勢缺乏系統分析，沒有完善的處理方法、強力的應急手段，部分輕微的堵心卡心沒有正確處理，導致堵心卡心情況逐步嚴重，最后無法繼續鉆進，只能起鉆，同樣影響取心作業效率。7口取心低效井取心收獲率97.27%；瀘州頁巖氣2口井平均單次取心進尺分別為14.67 m、17.37 m，低于平均取心進尺18.83 m；蓬萊、磨溪、天府等其他區域5口井平均單次取心進尺最高8.44 m，最低2.50 m，低于平均取心進尺9.56 m。7口井平均單次取心進尺統計見圖1。7口井取心作業起下鉆50次，其中因堵心卡心處理困難導致起鉆多達24次，比例48%。7口井起鉆原因統計見圖2。7口井取心作業發生堵心卡心26次，“及時發現、正確處理的堵心卡心”僅2次。見表1。

圖1 7口低效井平均單次取心進尺統計

圖2 7口低效井起鉆原因統計

1.3 取心作業阻卡復雜處理手段少

1.3.1 取心工具處理復雜能力不強

在?214.4 mm及以上尺寸井眼中一般選擇川7- 5型工具，在?148.2 mm 井眼中一般選擇川5- 5型工具，詳見表3。川7、川5工具外徑小，增加了環空間隙，能夠降低阻卡風險，但是抗拉強度、抗扭強度卻不高，嚴重影響復雜處理。如W207井筇竹寺地層取心，地層滲透性強，阻卡頻繁，摩阻達到200 kN以上，扭矩超過18 kN·m，選擇川7- 5工具會明顯限制阻卡初期處理，增加卡鉆機率。

表1 低效井堵心卡心統計表

1.3.2 高滲透地層割心困難

部分區域取心井段裂縫發育，滲透性特別好，取心鉆進中快速形成虛厚濾餅，取心鉆進扭矩大，取心后遇到嚴重阻卡，難以割心。如W207井筇竹寺地層，前期取心12趟，割心時發生阻卡6趟，卡鉆2次。處理卡鉆過程中需要強力活動鉆具，甚至需要啟動隨鉆震擊器，容易導致巖心掉落，影響取心收獲率。

2 措施優化研究及應用

2.1 堵心卡心復雜處理技術

2.1.1 建立堵心卡心快速判斷方法

以鉆壓、泵壓、扭矩、鉆時等取心關鍵參數的變化趨勢分析為核心，提出了“三逐步三快速”的堵心卡心判斷方法，三逐步判斷原則：鉆時逐步增加；鉆壓逐步上漲；扭矩逐步下降。三快速判斷原則：泵壓快速上升；鉆壓快速上漲；扭矩快速下降。

建立了取心參數實時跟蹤方法，采用微鉆時分析法，準確判斷破碎地層早期堵心卡心，為提高單次取心進尺提供了早期預警。

2.1.2 建立了堵心卡心初期處理方法

在通過微鉆時變化分析法發現堵心卡心后，采取鉆壓調整法，解除堵心卡心。PT102井燈二段取心鉆進發生2次堵心，均表現為鉆時逐步增加、鉆壓上漲，扭矩下降，通過兩次及時調整鉆壓，巖心通道得到有效疏通，扭矩恢復正常，堵心解除。

取心作業中推廣應用三三方法、取心參數實時跟蹤法、微鉆時分析法、鉆壓調整法等技術，“及時發現、正確處理的堵心卡心”由9.09%上升至70.28%。總體起鉆比例顯著降低，見表2。

表2 試驗井堵心卡心原因統計表

2.2 取心作業阻卡處理技術

2.2.1 創新實施旋轉割心工藝減少阻卡

FT1井高摩阻、高扭矩井段推廣應用旋轉割心工藝割心，作業中嚴格落實“一確保、四控制”(確保取心工具質量；控制割心時的排量、扭矩、轉速、鉆具上提速度)作業程序，突破了割心時不轉動鉆具的禁區，實現了取心鉆進、割心、上提鉆具、循環時的鉆具連續旋轉，有效避免了故障復雜發生。

2.2.2 優選高強度取心工具提升阻卡處理能力

根據常見阻卡發生與處理的過程分析，把阻卡預防與處理分為阻卡預防、阻卡初期處理、卡鉆處理三個階段。阻卡初期如果阻卡征兆發現不及時、處理手段欠缺，就容易導致卡鉆。所以，在取心作業中加強了阻卡初期處理的研究。根據目前所用的常規取心工具強度使用表(表3)分析對比，?215.9 mm及以上井眼選用川8- 5型取心工具，?149.2mm井眼選用川6- 5型取心工具，取心工具強度明顯提高，增加了阻卡初期處理的手段。在M151等5井次進行了現場試驗(見表4)，未發生因為取心工具強度問題引起的阻卡初期難以及時處理的復雜情況。

表3 川- 5型取心工具主要規范

表4 工具優選現場試驗井效果

2.3 實施效果

在5個構造破碎地層開展取心技術推廣應用，完成取心進尺263.10 m，收獲率達99.08 %。平均單次進尺由9.42 m提高至13.85 m，其中L203H123- 1井平均單次進尺達到了21.5 m(表5)，最高單次進尺27.5 m。通過提高單次取心進尺，同比減少了起下鉆9趟，降低比例32.14 %，取心效率明顯提高。

表5 試驗井取心指標統計表

3 認識與建議

(1)川渝地區創新形成了堵心卡心快速判斷與處理技術、旋轉割心工藝、取心工具優選技術，支撐了鉆井現場整體提速。現場試驗結果表明，能有效降低堵心卡心頻率，提高破碎地層單次取心進尺，減少起下鉆次數，加快勘探開發與產能建設步伐。

(2)建立了取心作業參數實時跟蹤方法。現場要加強取心參數收集、分析、判斷，取心人員要堅持旁站指導，以及時處理。

(3)取心作業的原則首先是確保取心收獲率。鉆遇復雜地層段，發現取心參數異常變化，采取破碎地層取心工藝難以快速解決難題，要果斷進行割心等方式處理，確保巖心完整。