松散砂砾岩地层钻井取心技术在渤海旅大区块的应用

2015-07-02赵宗锋

石油地质与工程 2015年5期

关键词：砾石砂砾钻具

赵宗锋

(中国石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营 257017)

松散砂砾岩地层钻井取心技术在渤海旅大区块的应用

赵宗锋

(中国石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东东营 257017)

渤海旅大区块新近系地层疏松、砾石含量高，导致钻井取心收获率低；通过研究储层地层岩性特点，分析岩性对取心收获率的影响，优选取心钻头和取心工具，优化取心钻进参数和取心工艺，形成了渤海旅大区块松散砂砾岩地层钻井取心技术。该技术在LD5-2N-2井现场应用，取心进尺204.00 m，心长166.60 m，平均收获率81.7%，提高了同类地层取心收获率，具有推广应用前景。

渤海旅大区块；松散砂砾岩；砾石层；钻井取心

渤海旅大区块储层主要集中在新近系明化镇组和馆陶组。岩性预测为大套砂岩、含砾砂岩夹泥岩，砂岩疏松，成柱性差，并且有大段砾石层，砾石直径较大，最大超过100 mm，导致取心收获率低。前期施工的LD5-2N-1井取心收获率仅为50.53%。为求取新近系稠油的产能，升级储量级别，进一步评价油藏，探索海上特稠油高效开发方法与技术，进行海上SAGD开发技术攻关，需进行系统取心。针对该区块钻井取心现状，优选取心工具，在实钻过程中不断优化取心钻进参数及取心工艺措施，形成了一套适合渤海旅大区块地层的取心配套技术。

1 地层岩性对取心收获率影响分析

新近系明化镇及馆陶组地层埋藏浅，地层压实效应差，地层疏松，岩心松散不成形。同时该层大部分含有砾石，砾石直径2～100 mm，砾石与砂岩之间泥质胶结或不胶结，且有大段纯砾石层，砾石直径50～100 mm，属于松散砂砾岩地层范畴。

1.1 疏松地层

松散地层取心一直是钻井取心界的一道难题。松散地层岩心成柱性差，甚至不成柱，其对取心收获率的影响主要有以下几个方面：

(1)部分岩心在进筒前被钻井液冲蚀。

(2)进筒岩心在取心钻进过程中，有一部分随着钻井液流出内筒。

(3)取心进尺达到一定程度后，进筒岩心在自重作用下垮塌，导致后续岩心进筒困难，甚至不进筒，有时出现磨心、堵心现象，进一步降低了岩心收获率[1]。

(4)松散岩心在钻头口易堆积，极易导致堵心，影响岩心收获率。

(5)疏松地层岩石可钻性高，在发生堵心等异常情况时，地面反应不明显，现场判断困难，造成收获率偏低。

1.2 砾石含量

砾石对取心收获率的影响分为两类，第一类为偶含砾石层段，第二为砂砾岩层段。

对于偶含砾石层段，根据所含砾石直径的大小又分为两种情况。一是当砾石直径小于50 mm的层段，取心作业时，砾石直接随岩心套被取进取心筒，取心钻头在井底基本能保持稳定状态，对取心收获率基本无影响。另一种情况是砾石直径大于50 mm时，砾石进筒方式为挤压或切削方式，砾石在井底受力不均，极易在钻头口及岩心爪处发生堵塞，造成堵心。由于偶含砾石，扭矩波动可能不明显，同时由于该层段岩性疏松，泥质胶结，可钻性高。现场操作中由于疏松砂岩堵心后钻时等参数没有明显变化，易造成判断困难，丧失割心的最佳机会，造成堵心后的磨心，从而造成收获率偏低。

对于含砾石较多的砂砾岩层段，砾石直径大小不一，且基本不胶结。取心钻进时，钻头切削地层，受力极不均匀，取心工具抖动憋跳严重，可以导致工具失稳，表现在地面上主要为钻具憋跳，扭矩波动剧烈。砾岩破碎后砾石滚动互磨，岩心基本上不会成形，极易造成岩心磨损，进筒困难，并且极易发生卡心堵心。进筒的岩心在钻具震动作用下分散，疏松砂岩及较小粒径砾石下落至井底，重复切削，降低取心收获率。同时较大砾石的存在，使得割心变得困难，通常会导致岩心爪收缩不完全，从而导致进筒岩心在起钻过程中部分落井。

另外砾石的大量存在对井眼稳定性提出更高要求，而且极易造成井下复杂情况发生。砾石的大量存在，对取心筒和取心钻头的伤害也比较大，极大地缩短取心工具使用寿命。

2 疏松砂砾岩地层取心技术

2.1 取心钻头及取心工具优选

根据渤海旅大区块储层埋藏浅、砂岩松散不成形、且大段含有砾石的地层特点，选择了胜利保形取心工具Rb-8100。疏松地层取心，机械钻速一般没有问题，主要考虑岩心防冲蚀，因此，取心钻头选择了防冲蚀型PSC143b-8100取心钻头，该型号钻头已在胜利油田浅层成功应用多年，效果良好[2]。

2.2 取心工具特点

Rb-8100型取心工具主要由取心钻头、岩心爪、取心筒(外筒、内筒、铝合金衬筒)、悬挂总成、承压座、加压杆、加压接头组成。该取心工具具有以下特点：

(1)采用内外双筒单动悬挂式结构。外筒传递钻压和扭矩，带动钻头旋转取心钻进；内筒采用大弹子、无弹夹的悬挂轴承，使内筒处于静止状态，使进入内筒的岩心处于相对静止状态。

(2)采用钢球悬挂方式，安全可靠[3]。内筒重量作用在承载能力较大的钢球上，避免提前释放内筒组合，在下钻作业过程中可提高下钻速度，提高作业效率。

(3)采用具有伸缩功能的机械加压割心机构，将岩心爪收缩到最小尺寸，使疏松砂岩进筒后，在起钻过程中不漏不掉，保证松软地层取心收获率。

(4)采用低摩阻铝合金衬筒，减少岩心进筒时的堵塞和阻卡，在实现保形功能的同时，提高岩心收获率和平均单筒取心进尺。同时铝合金还具有易切割，取样储存方便的特点。

2.3 取心参数优化

取心作业是一项综合性技术作业，不仅有好的取心工具、井眼质量，还要有合理的钻井参数配合。针对渤海旅大区块储层埋藏浅，地层松散不成形，且含有砾石的特点，制定了相应的取心钻进参数，形成了“钻压、排量相结合，砾石层看扭矩，根据钻时调参数”的取心参数特点。根据地层及实钻情况确定的取心钻进参数如表1。

表1 取心钻进参数

2.4 取心措施

2.4.1 取心准备

井身质量符合设计要求，起下钻遇阻、遇卡井段必须处理正常，取心前应进行短起下作业。确保井底干净无落物，确保地面设备和仪器仪表性能良好。所有钻具与接头水眼须经专门检查，确保钢球能顺利就位。调整好钻井液性能，确定合理的钻井液密度，控制好钻井液滤失量。提前落实好投球位置，配好放入，为割心做好准备。

2.4.2 下钻

下放钻具要平稳，严禁猛刹、猛顿、猛放。在裸眼或井眼不规则处下钻速度要严格控制，遇阻不超过4 t,遇阻经上下活动无效时，应循环泥浆，不得划眼强下。下钻至井底一个单根高度，缓慢开泵。起动泵压不得超过7 MPa，以免猛烈开泵造成剪断内筒销钉。开泵正常后，以1 200 L/min的排量在离井底2 m以上活动，循环冲洗井底。期间进行校深、探底操作，并记录好上提下放摩阻。

2.4.3 钻进

取心时，开始加压20～30 kN，钻进0.2～0.3 m，然后慢慢把钻压加至正常钻压，若所钻地层为疏松砂岩，则一开始就需加至正常钻压，防止钻具“放空”。要求送钻均匀，增压及时，严禁溜钻。在整个取心过程中要求不停泵、不停转、不能上提钻具。全程跟踪记录取心参数，密切注意参数变化，及时分析判断井下情况，确保取心顺利进行。砾石层段，密切注意扭矩变化，控制取心进尺，保证井下安全。

2.4.4 割心、起钻、出心

根据地质预测与钻时，尽量选择在泥岩段或相对较硬的砂岩段割心，异常情况应果断割心。割心时要停泵、停转，上提钻具0.3 m，让加压接头的滑动六方完全拉开而钻头又不离开井底。卸开顶驱投球，间隔投球，每次投球1只，累计投球4只，让球自由下落，球落时间按0.006 m/min计算，期间可适当转动钻具。待钢球就位后，滑放钻具加压割心。悬挂销钉剪断时，一般指重表会突然回摆60～120 kN，继续加压至260 kN完成割心操作。割心完毕立即起钻，起钻要平稳，禁止转盘卸扣和绷扣。加压接头松扣上提时，要堵好井口，防止钢球落井。出心时，地质工程人员配合好，确保岩心按顺序摆放标记。每次出心完毕，保养好取心筒，同时对取心情况进行分析总结，制定好下一筒次取心措施。

3 现场应用

在LD15-2N-2井现场作业中，采用Rb-8100取心工具和PSC143b-8100型取心钻头，在明化镇和馆陶组地层井段882.00～1086.00 m处取心78筒，取心进尺204.00 m，心长166.60 m，平均收获率81.7%，与同类地层相比收获率有大幅提高，取心效果良好，具体取心数据见表2。可以看出，Rb-8100取心工具较其它类型取心工具同类地层取心收获率提高71.6%，与LSφ241.3 mm工具相比，收获率也有1.6%幅度的提高，说明Rb-8100取心工具适用于松散砂砾岩地层，同时对Rb-8100取心工具在松散砂砾岩地层应用的进一步完善改进指明了方向[4]。