渤海沙河街硬地层密闭取心技术的工程实践

2016-10-18关贺坤和鹏飞崔治军叶周明李林波

石油化工应用 2016年9期

关键词：内筒沙河渤海

关贺坤，和鹏飞，崔治军，叶周明，李林波

（1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452；2.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300452）

渤海沙河街硬地层密闭取心技术的工程实践

关贺坤1，和鹏飞1，崔治军2，叶周明2，李林波1

（1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津300452；2.中海石油（中国）有限公司天津分公司，天津300452）

渤海部分油田开发已经进入中后期，为了剩余油的分布和油藏储量动用情况、水淹水洗程度、残余油饱和程度，在调整井中设计进行取心作业。渤海某油田某井取心层位在沙二段，该地层埋深较深、地层压实强度较高。取心过程中容易出现取心钻进困难、堵心以及割心困难等问题，为此通过调研对邻近区域同层位取心情况进行分析，结合本区块地质特点的基础上优选取心钻头、取心工具、取心参数，通过制定一系列技术措施，选择首次在渤海应用的硬地层密闭取心工具。最终成功共取心4筒，取得了收获率和密闭率均为100%的良好应用效果。

密闭取心；沙河街；取心钻头；取心工具；渤海油田

密闭取心技术是近年来发展并应用较广的取心技术，相比常规取心，密闭取心获得的岩心可避免井筒钻井液的污染［1-5］。因为钻井液中固相颗粒和滤液的进入，将导致岩心孔隙度、储集空间中液体矿化度等发生根本的变化，影响对地层的判断和认识。在渤海某油田开发中，为研究剩余油分布、地层水洗情况等，在沙河街储层进行取心［6-8］。

1　作业背景及难点分析

1.1取心井基本情况

（1）油田地质情况。油田钻井过程揭示地层自上而下为：平原组、明化镇组、馆陶组、东营组、沙河街组，目的层为沙河街二段，储集层物性中等偏好，多数样品孔隙度17%～22%，渗透率100 mD左右，孔隙度与渗透率有较好的相关性，岩性灰色、浅灰色细砂岩，粉砂岩与褐灰色泥岩不等厚互层（见表1）。

表1　渤海沙河街地层岩性

（2）取心井取心段为8-1/2″井眼、井斜角10°左右，取心深度在3 000 m和3 200 m两处。

1.2作业难点

从历史井钻井情况分析，该区块沙河街组地层压实强度在20 MPa到45 MPa波动，井段的钻头使用数据分析，钻头的磨损大多数都是均匀磨损。钻头磨损到一定程度后，吃入就比较困难，机械钻速逐渐降低，可见地层的研磨性和抗压强度都比较高；沙河街地层的机械钻速均偏低。该段地层内摩擦角均值为31°，最大值为34°，属于中等研磨性地层。

由于井深较深，地面参数判断存在一定的误差值，本井取心的主要难点有取心钻头和取心工具的选择，要满足该地层的有效钻进，同时要满足密闭取心的需要。一般密闭取心钻头内径和内唇面无钻井液清洗；钻井液只清洗冷却外唇面。因密闭取心工艺要求杜绝钻井液失水污染岩心，钻头内径和内唇面无钻井液清洗，只靠取心工具内筒挤出的密闭液冷却金刚石切削齿和携带岩屑，钻井液只通过水眼和外泄水槽循环，清洗冷却外唇面。外泄水槽内缘只能开到园弧顶点附近，杜绝钻井液紊流污染岩心。

2　技术方案

2.1取心钻头的选择

根据同层位或者类似作业情况井取心情况，选用胜利PMC037m-8115型取心钻头作为主力钻头。PSC136m-8115型、TMC536m-8115型取心钻头作为辅助钻头。其中PMC037m-8115型取心钻头为近五年新设计的取心钻头，采用8 mm小齿PDC片，具有平均布齿密度大，切削效率高，钻头清洗效果好等优点。该钻头是对付中硬-硬地层取心的主力钻头，适应范围较广，泥岩机械钻速根据不同地层情况可达2 m/h～6 m/h。

2.2取心工具的选择

该地层岩性为细砂岩与泥岩呈不等厚互层，因此选适用于中硬地层的Ym-8115型密闭取心工具。Ym-8115密闭取心工具主要由安全接头、外筒总成、悬挂结构、内筒总成及取心钻头总成。采用双筒单动结构，内外筒可相对运动，该型号工具的使用情况（见表2）。外筒接头外径194 mm，管体外径178 mm；内筒外径139.7 mm，内径125 mm；岩心爪内径113 mm，可收缩的最小内径93.9 mm（见图1）。

图1　Ym-8115型密闭取心工具示意图

内筒上部采用浮动活塞结构，以消除井眼液柱压力对工具密封性的影响。由于这一结构的采用，就使得工具密闭区内外的压力始终保持平衡。因而本工具的使用范围一般不受井眼深度的限制，同时它还使得工具具有新的优点：工具采用双筒双动结构，内筒悬挂装置中无轴承，无单流凡尔，以实现内筒与钻头配合面为静密封。并实现内筒的密闭液为单向流动，确保密封有效。在下钻过程中，固定在钻头上的密闭活塞基本不受力，不仅固定销钉的数量可减少，而且通常由于井深或下钻操作不稳等因素所引起的固定销提前剪断，使密封失效的问题也可由此避免。在下钻过程中，密闭区的密封始终是属于“低压密封”。不仅容易实现，而且安全可靠。由于密封活塞固定销的数量少，在取心钻进前，剪销所需要的力就小。这样就避免了由于大钻压剪销而对钻头产生猛力冲击，对于保护取心钻头有利。

表2　参考井取心情况

2.3取心钻具组合的设计

Φ215 mm取心钻头（0.3 m）+Φ210 mm扶正器A（0.5 m）+Φ178 mm取心筒（8.8 m）+Φ210 mm扶正器B（0.5 m）+上接头（0.22 m）+X/O（521×410）+Φ203.2 mm钻铤×9根+Φ203.2 mm随钻震击器+Φ127.0 mm加重钻杆×14根。

2.4密闭液的选择

采用具有耐高温、流动性好、附着力强等优良性能的胜利SM-I型深井合成基密闭液（示踪剂选用酚酞），以确保岩心密闭率达到设计要求。该密闭液为黄棕色固相均匀的黏稠液体，无毒且性能稳定。同时具备以下特点：（1）常温黏度为5 Pa·s～25 Pa·s，密度为1.02 g/cm3～1.2 g/cm3；（2）抽丝长度常温大于15 cm，高温后大于5 cm；（3）良好的悬浮性能；（4）流动性好，在岩心进入岩心筒的同时密闭液易被挤出；（5）附着性好，密闭液能够及时在岩心表面形成一层不易被钻井液渗透的保护膜；（6）密闭液含有不同粒度惰性固相用以堵塞岩心表面孔隙；（7）具有较好的抗温性能，其成分不影响岩心密闭率的测定。