如何提高钻井密闭取芯质量

金满库，马晓雁

1.中国石油大港油田分公司第二采油厂（河北黄骅061103）2.中国石油大港油田分公司采油工艺研究院（天津300280）

如何提高钻井密闭取芯质量

金满库1，马晓雁2

1.中国石油大港油田分公司第二采油厂（河北黄骅061103）2.中国石油大港油田分公司采油工艺研究院（天津300280）

钻井密闭取芯的关键在于如何保障取芯的密闭率和收获率。从取芯的工具选择、操作的过程以及密闭性能的提高和地层层位的确定等方面入手，阐述了如何提高钻井密闭取芯质量。指出，钻井密闭取芯的质和量主要取决于取芯过程中各相关单位的协作配合，以建井安全优质为基础，通过合理选用取芯工具、卡准层位、合理取芯操作、在技术和管理上保障钻井密闭取芯的收获率和密闭率。

密闭取芯；收获率；密闭率；油田开发

油田勘探开发需要准确获得油层原始含油饱和度和地层孔隙度等地质资料，以制定合理的方案。对于注水开发的老油田，需要检查注水效果，定量分析油层油水动态、水淹油层情况及水驱油效果，制定出有效的挖潜增效增产措施，完善开发方案[1]。这些都需要以岩性分析资料为依据。

密闭取芯是指在水基钻井液中取得的岩芯基本不受钻井液污染[2]，能真实再现地层原始地质孔隙度、含油饱和度及含水率等资料。它是通过专用密闭取芯工具和密闭液的共同作用来实现的一种特殊钻井取芯工艺。

1 取芯工具的选择

取芯开始前，在井口将取芯工具内筒里注满密闭液，内筒下端由销钉固定密封活塞，上端由浮动活塞密封，形成密封腔。取芯钻进时，由于钻压的作用，销钉被剪断，密封活塞上行，内筒密封被打开之后，取芯钻头接触井底，并迫使密封活塞完全进入内筒[3]。此时内筒里的密闭液开始被挤出，在井底形成保护区。钻进过程中，岩芯不断形成和增长，推着活塞不断上行。由于内筒上端是密封的，故筒内密闭液只能被进入内筒岩芯所挤压，且只能从内筒环空间隙等体积向外排出，排出的密闭液立即涂抹在岩芯柱表面形成保护膜。同时在井底岩芯柱周围形成保护区，钻井液只通过钻头水眼和外泄水槽循环，再携带岩屑和清洗冷却外唇面，使受保护岩芯免遭钻井液污染的目的得以实现。取芯的工具大多按岩心爪的类型或密闭方法来分类,结构如图1所示。芯筒的长度从3~10 m不等，类型众多。选取取芯工具主要要根据地层的胶结压实程度来决定岩心爪的类型，目前多用的有自锁式岩心爪、收缩式岩心爪等，利用可靠性高的岩心爪，可以有效的提高岩心的收获率。建议在地面装配工具前调试模拟岩心爪的抓取过程，越是松散地层对岩心爪的要求就越高。

图1 取芯工具示意图

2 密闭效果的提升

密闭取芯如果达不到密闭的要求，那就没有意义。密闭的关键在于取芯工具密闭性能和密闭液的性能，取芯操作也很关键。

密闭率的检测原理是通过在钻井液中添加可在地面检测到的示踪剂来确定。常用稀释的酚酞加入钻井液，如果从收获岩心的岩屑溶液滴入碱性溶液，反应呈现紫红色则说明岩心受泥浆污染，密闭性能差。

密闭率通常需要在所取的岩芯上进行多点取样测试，只要样品反应显红色该样品密闭率即为0，最后取总样品数量的合格数百分比得到该段岩芯的密闭率。

取芯工具的密闭关键在于钻头处的密闭胶圈，这也是泥浆唯一能进入芯筒的通道。密封圈的尺寸和正确安装很重要，当岩心从钻头进入充满密闭液的芯筒时，密闭圈会紧抱岩心柱，擦除岩心外壁泥浆，最大程度的保持岩心的原始状态。所以如果钻头处的密封机构失灵，泥浆就会随岩心进入芯筒，泥浆长时间接触岩心，密闭率就不能保证。

密闭液目前多采用高黏原油或蓖麻油[4]，要求黏度大，拔丝长。密闭液理论上不能侵入岩心，在冷冻状态下密闭液和岩心能轻松分离。如果密闭液性能达不到相关标准要求，就会对取芯造成二次污染，所取岩心物性资料也会失真。

操作的过程中，应尽量按照取芯操作规程去平稳操作，经验主义或不规范的操作会导致密封机构的损毁、岩心衬管内憋压、钻井复杂的发生，不利于取芯质量的保证。

出芯后应尽快整理岩心，快速冷冻或存储，长时间暴露在空气中，就会失去密闭的意义。

3 地层位置的确定

取芯的目的层一般是含油水气的层段，讲究“穿鞋戴帽”，即某段地层的上覆盖层泥岩和下部泥岩都应取到，并且泥岩段要尽量少取，才能取到大段的砂岩以供研究。目的取芯段的确定通常采用地震资料解释法、邻井资料对比法，电测法和录井法。

地震资料解释的精度目前还不是太高，往往能看出岩性大致趋势，但误差较大。邻井资料对比法具有可参照性，但往往邻井到目的井之间会有一段距离，所以遇到地层变化也往往会出现卡层偏差大的情况；电测由于测井工具的限制，往往不能测到井底，盲区多在10 m以上，所以也具有局限性。录井是实时的钻进参数确定手段，是最直接的反应井底情况的方法，所以录井在卡层的过程中有着不可替代的作用。

在钻进过程中，要根据地震资料和邻井资料预判目的层的位置，必要井段利用电测去对比验证，录井过程中，要慢钻。加密岩屑的捞取和分析，必要时采用地质循环，等待地层岩屑返出后再确定井底岩性。所以卡层要综合手头各项数据资料，对比分析，提高预见性，来卡准层位做到“戴帽”，而“穿鞋”可直接依照录井的钻时钻压数据来确定。

4 收获率的保障

通过合理卡层，使用合理的取芯钻具和岩心爪，保障密闭工作，提高收获率，其中取芯过程（从取芯工具入井到出筒）中的操作和协作是非常关键的。需要在现场组织好各个部门间的协作，明确分工，做好衔接。

在取芯的关键步骤，如钻具的丈量方入的确定，取芯钻进的手法，割芯的时机和方法都按照相关的规程去操作和落实，收获率就会得到保障。

5 钻井井控及钻井质量

取芯过程中频繁的起下钻和各种工具材料的入井，对钻井的井眼质量和井控工作都是一项不小的挑战[5]。如果在取芯作业的过程中发生井下复杂和井控事故，那取芯就不能顺利的进行。所以取芯井是重点井，在泥浆性能、井眼轨迹、井控设备、钻井操作等各项工序要优化组合，首先保障建井质量和井眼安全，再去探求取芯的质量（图2）。否则取芯就得不偿失。

图2 大港油田XX井密闭取芯岩芯剖面图

6 结论

钻井密闭取芯的质和量主要取决于取芯过程中各相关单位的协作配合，以建井安全优质为基础，通过合理选用取芯工具、卡准层位、合理取芯操作、在技术和管理上保障钻井密闭取芯的收获率和密闭率，通过后期的研究，可以达到地质研究的目的。

[1]董风波,张祖松,董凤扬,等.密闭取芯技术在白音查干查9-4井的应用[J].内蒙古石油化工,2006,32(3):146-149.

[2]罗富先.ZY—1型水基密闭液及其应用[J].钻井液与完井液,1994,11(5):58-59.

[3]冯耀忠.新型取芯钻头[J].石油机械,2001,29(7):11.

[4]钱明壮.密闭液的配制与使用[J].石油钻采工艺,1982,4(3): 35-43.

[5]范文星.密闭取心井钻井技术及其问题探讨[J].石油天然气学报,2007,29(2):129-131.

The key of drilling coring is how to ensure the acquisition ratio and the sealing acquisition ratio of cores.It is expounded how to improve drilling coring quality from the selection of coring tools,the operation of coring process,the improvement of coring sealing and the determination of coring stratigraphic position.It is pointed out that the quality and quantity of drilling coring is mainly deter⁃mined by the cooperation of the relevant units in the coring process.Based on the safety and high quality of well construction,the acqui⁃sition ratio and the sealing acquisition ratio of cores are ensured by the reasonable selection of coring tools,the accurate determination of coring stratigraphic horizon,the reasonable coring operation,and so on.

sealed coring；acquisition ratio;sealing acquisition ratio;oilfield development

贾强

2017-04-07

金满库（1985-），男，工程师,现从事钻井管理工作。