定向井稳斜段长井段取心技术探讨

孙立全 （中石油大庆钻探工程公司钻井二公司，黑龙江 大庆163000）

大庆长垣喇、萨、杏油田属于大型非均质多油层砂岩油田，经过四十多年注水开发，各类油层都已不同程度水淹，但在占储量比例较大的厚油层中。由于储层纵向非均质性严重，油层顶部仍然存在一定的未水淹或低水淹厚度。为进一步了解厚油层顶部剩余油分布规律，判断稳斜段的水淹状况，研究油层沉积特征，有必要开展定向井稳斜段长井段取心技术研究。

1 定向井稳斜段长井段取心技术施工难点

1.1 井眼轨迹控制难度大

由于取心筒钢性较大，导致控制增斜、降斜难度大，并且调整取心筒上的螺扶外径，运用钻盘钻进的方式来达到增降井斜的目的具有很大不确定性。此外，在取心过程中不能通过钻压的调整来实现轨道控制。

1.2 取心工艺难度高

稳斜段取心与直井取心的不同之处在于取心工具的轴线与重力方向不同，在重力的作用下，取心工具躺在井筒底边上，在取心钻进过程中有降斜趋势，在钻压的作用下，容易使岩心筒弯曲，产生堵卡岩心筒和岩心损坏，进入岩心筒的岩心也容易发生偏磨与破碎，且岩屑容易在井筒底边上形成岩屑床。

1.3 易发生井塌、井漏、卡钻等复杂事故

取心筒外径较大，割心后有时会留下较大的岩块，并且在取心钻进过程中还要降低排量，大的岩块返不出来，停泵后岩块落到取心筒处，易卡住取心筒。此外，井斜较大且取心段附近有断层，易发生井塌、井漏等事故。此外，由于部分取心层位综合含水高，在取心时，割心经常出现撸心、掉心情况。

2 定向井稳斜段长井段取心技术研究

2.1 稳斜段取心钻具组合力学模型的建立

稳斜段取心时，采用转盘驱动钻井，其工作状态与直井钻井中的下部钻具工作状态不完全相同，主要表现为钻头扭矩由钻盘提供再由钻具传递到钻头上，取心筒钻具结构和弯曲刚度也不同于钻铤，因为取心筒是一个复合结构且重量随岩心长度发生变化。因此，根据下部取心钻具组合 （BHA）受力变形情况，可以建立钻盘驱动钻井时的BHA接触和几何非线性力学模型［1］（见图1）。

2.2 稳斜段取心钻具组合设计

在定向井稳斜段取心作业中，若采用弯螺杆定向钻井实施井眼轨道控制，必然导致井眼轨道控制步骤增加，损失取心井段，使钻井效率降低，钻井成本增高。如果采用转盘钻进实施井眼轨道控制，就可以提高工作效率。针对转盘驱动钻井工作状态，结合取心筒实际结构，为满足稳斜段长井段取心和控制井眼轨道的要求，设计了下列4种钻具组合［2－3］：

图1 BHA接触和几何非线性静力学模型示图

1）双稳定器稳斜钻具 ∅215.9钻头0.3m＋∅190／144接头0.22m＋∅213稳定器0.5m／0.28m＋∅177.8mm自锁式密闭取心筒×10m ＋稳定器0.5m／0.28m＋∅177.8mm钻铤×9m＋∅158.8mm钻铤×27m＋∅127.0mm钻杆。

2）单稳定器增斜钻具 ∅215.9钻头0.3m＋∅190／144接头0.22m＋∅213稳定器0.5m／0.28m＋∅177.8mm 自锁式密闭取心筒×10m ＋∅177.8mm 钻铤×9m＋∅158.8mm 钻铤×27m＋∅127.0mm钻杆。

3）双稳定器增斜钻具 ∅215.9钻头0.3m＋∅190／144接头0.22m ＋∅213稳定器0.5m／0.28m＋∅177.8mm自锁式密闭取心筒×10m＋∅177.8mm钻铤×9m＋稳定器0.5m／0.28m＋∅158.8mm钻铤×27m＋∅127钻杆。

4）单稳定器降斜钻具 ∅215.9钻头0.3m＋∅190／144接头0.72m ＋∅177.8mm自锁式密闭取心筒×10m＋∅213稳定器0.5m／0.28m＋∅177.8mm钻铤×9m＋∅158.8mm钻铤×27m＋∅127钻杆。

2.3 取心工具设计

1）取心钻头 钻头是取心过程中关键部件之一。根据定向井段取心的特点，设计与制造了加长保径、采用大间距切削齿、工作面流体畅通、排屑效果好、自扶稳定性好的胎体PDC取心钻头，器型号为∅215.9DQ506。

2）密闭安全接头 将安全接头与密闭接头设计成一个复合部件，使工具结构更为紧凑。密闭安全接头具有如下特点：取心前安装好密闭头，封堵内筒，保护好密闭液；岩心出筒时，打开密闭头，岩心即可推出岩心筒。

3）内筒扶正装置 在内筒的两端安装了扶正装置，其中在上端安装了滚轮扶正器，在下端装整体式滚柱轴承，这样增加了内筒的稳定性，防止岩心偏磨，还可以减少内筒的转动，保证岩心的完整，为提高岩心收获率提供有利条件。

4）外筒双扶正器 外筒装有螺旋扶正器，可防止岩心筒弯曲，提高了取心筒抗弯曲强度，有利于取心作业。

2.4 取心钻进参数的确定

1）钻压 取心工具近似贴在井壁状态，钻柱与井壁的摩阻、扭矩增大，给取心施压造成困难。因此，现场根据泵压、扭矩变化来调节钻头施加在地层上压力的大小。随着稳斜段的加长，施加钻压变得困难，后期取心钻具组合可采取增加2根钻铤的方法，从而解决稳斜段施加钻压困难的问题。此外，在取心后期，由于内外岩心筒与井眼不居中，会造成树心时套心困难，为此采用循环时大排量清洗井底、钻进时采用5kN钻压钻进、钻压恢复后再加压的方法，待钻进0.5m、泵压升高后，再调整正常参数钻进［4］。

2）排量 取心排量一般应满足取心时携砂及井眼稳定的需求。采用“大排量循环，低排量钻进”，循环时，开泵要缓慢，并用低排量循环10min，再采用 （28～30）L／s高排量循环，清洗井底和内筒，以减少钻井液中的固相含量，防止沉砂卡钻井下事故的发生；钻进时，为防止钻井液冲蚀岩心，采用（20～22）L／s循环排量，随着稳斜段的加长，泵压升高，这样就有可能导致加不上钻压，机械钻速降低。针对上述情况，可采用降低排量、增加钻压的方法来提高机械钻速。

3）转盘转数 取心钻进采用转盘驱动，考虑钻具的平稳性采用低转数，因此现场根据钻具摆动情况来调整转盘转数，采用 （30～50）r／min，低转数能够增加下部钻具的稳定性，降低钻头扭矩，保证岩心的完整，防止卡心与堵心，提高岩心收获率。

2.5 稳斜段轨迹控制工艺

稳斜段轨迹控制是定向井长井段取心的关键［5］。为确保井眼轨迹符合设计要求并最终中靶，应及时调整井眼轨迹以达到井身质量要求。钻至取心井段同时调整好井斜和方位，起钻换取心钻具组合，为准确掌握稳斜段取心时井眼轨迹的变化规律，每取心钻进30～50m通井测斜一次。取心钻具组合通过调整取心筒螺扶外径、取心筒长度 （螺扶外径、取心筒长度通过力学分析计算获得）后设计为微降、增斜和降斜3种形式，根据测斜情况及时进行调整，保证井眼轨迹满足设计要求。对于稳斜取心井段，当设计井斜角相对稳定或变化幅度较小时，通过改变螺旋扶正器安放位置，在取心的同时调整水平段轨迹。

表1 2种钻具组合造斜率对照表

3 现场应用

喇6－检SM2601井2011年3月5日开钻，钻至井深985.8m时开始取心，4月3日完钻，井深1303m。该井共取心35筒，取心总进尺340.97m，总心长304.27m，总收获率99.8%。钻进周期25.58d，建井周期29d，平均取心机械钻速5.81m／h。在喇6－检SM2601井稳斜段井眼轨道控制中，选用稳斜、增斜钻具组合对轨迹进行调整。2种钻具组合造斜率对照表如表1所示。由表1可知，2种钻具组合造斜率的误差较小，既能满足稳斜段长井段连续取心的要求，又能同时调整井眼轨迹。

4 结 语

为进一步了解厚油层顶部剩余油分布规律和判断稳斜段的水淹状况，开展定向井稳斜段长井段取心技术研究。在分析定向井稳斜段长井段取心技术施工难点，建立稳斜段取心钻具组合力学模型，设计了稳斜段取心钻具组合和取心工具，确定了取心钻进参数，并阐述了稳斜段轨迹控制工艺。现场施工表明，应用定向井稳斜段长井段取心技术既能满足稳斜段长井段连续取心的要求，又能同时调整井眼轨迹，因而具有可行性。

［1］邹野，李治淼，赵贤初，等 .杏6－1－平35井水平段取心钻具设计 ［A］.大庆油田有限责任公司核心技术人才优秀论文集 ［C］.北京：石油工业出版社，2009：56－58.

［2］任攀攀，陈晓林，林修阔 .常规取心工具在定向井中应用的可行性分析 ［J］.探矿工程 （岩土钻掘工程），2009，36（3）：7－8.

［3］蒋庆祥，宋维华 .机械加压式取心工具在井斜小于40°定向井中的应用 ［J］.西部探矿工程，2006，（8）：196－197.

［4］陈世春 .TZ5X－1大斜度定向井小井眼取心技术 ［J］.石油钻采工艺，2002，24 （2）：26－28.

［5］许俊良，毕永进，周洪国，等 .定向井取心工具的研制及现场应用 ［J］.石油机械，2001，29（2）：35－37.