北部湾W6井涠洲组砂岩地层取心技术研究

王宏民，侯 炼，苏志波，张忠强，贾凤龙，雷新超

（1. 中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司石油工程技术研究院，上海 200120；2. 中石化西南石油工程有限公司湖南钻井分公司，长沙 410005；3. 中国石油化工股份有限公司海洋石油工程有限公司钻井分公司，上海 201206；4. 中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司工程技术管理部，上海 200120）

北部湾W6井涠洲组砂岩地层取心技术研究

王宏民1，侯 炼2，苏志波3，张忠强3，贾凤龙4，雷新超3

（1. 中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司石油工程技术研究院，上海 200120；2. 中石化西南石油工程有限公司湖南钻井分公司，长沙 410005；3. 中国石油化工股份有限公司海洋石油工程有限公司钻井分公司，上海 201206；4. 中国石油化工股份有限公司上海海洋油气分公司工程技术管理部，上海 200120）

W6井是北部湾涠西区块的一口评价井，在W6井主要目的层涠洲组砂岩进行取心作业。由于前两次取心收获率低，此文分析该井涠洲组疏松砂岩取心难点及原因，从而对取心工具选型、取心参数优化、取心工艺措施等进行研究，提出适合该地层的取心参数、配套工具和工艺措施，在后续四次取心作业中得到应用，取心率均达98%以上，效果明显，为同类地层取心提供有效参考和借鉴。

取心工艺；涠洲组；疏松砂岩；取心工具；收获率

随着北部湾涠西区块油气勘探取得重大突破[1]，储层的油气评价越来越被重视。W6井为此区块一口评价井，通过取心获取地层资料显得尤为重要。W6井一共进行6次取心作业，取心层位主要分布在涠洲组的砂岩地层。前两次取心作业取心率不高，且大部分丢失岩心为砂岩，不满足地质和工程要求，因此对涠洲组砂岩取心参数和取心工艺技术研究提出了新的要求[2-3]。

1 涠洲组储层地质特征

W6井位于北部湾盆地涠西探区涠西南低凸起西斜坡涠11-5W构造南块，地层自上而下钻遇的地层为：第四系，新近系上新统望楼港组，新近系中新统灯楼角组、角尾组、下洋组，古近系渐新统涠洲组，始新统流沙港组及古新统长流组顶部[4]，其岩性如表1所示，储层主要分布于涠洲组中下部。该区块平均地温梯度为3.22℃/100m，井底地层温度约为92℃，地层压力系数正常。

表1 W6井地层岩性表

2 W6井取心概况及技术难点

W6井取心均在8-1/2"井眼涠洲组地层中，取心工具到底后先大排量循环（25L/s，离井底不少于2m），并采用上下活动钻具以清洁取心内筒。小排量探井底，至计算方入处有钻压1t，经慢转顶驱后，钻压不回，有扭矩1～ 2kN·m，确认为真实井底，开始取心钻进。首先小参数树心，后逐渐提高取心参数至正常（钻压2～ 8t，转速60～ 70r/min，排量 15L/s ～ 18.1L/s），当钻至泥岩取心机械钻速较慢，割心起钻。第一次取心收获率87%，第二次取心收获率70.8%。

通过两次取心情况分析，涠洲组取心技术难点主要是砂岩取心率较低，由取心过程及出心情况可以排除堵心导致磨掉岩心的可能，并且割心迹象明显，在使用常规钻具下至井底后没有发现有留心现象。从所取岩心分析，丢失岩心主要是砂岩，因此收获率低主要存在以下两种原因：

（1）砂岩较疏松，成形性差，在没有进入取心筒前，部分岩心已经散掉，并被钻井液冲蚀掉，见图1。

图1 疏松砂岩出心图

（2）丢失岩心主要在砂泥岩交界处，除了砂岩本身比较疏松外，在实际取心过程中，砂岩先进入取心筒，泥岩后进入取心筒并且泥岩钻进机械钻速较慢，泥岩相对砂岩较为致密坚硬，虽然理论上内筒是不转的，但实际上由于摩擦力的存在，内筒存在缓慢的转动，从而砂岩和泥岩在交界处长时间转动摩擦，造成部分砂岩岩心磨蚀，见图2。

图2 疏松砂岩在界面处磨蚀图

3 取心工艺技术

3.1 取心钻具组合

钻具组合8-1/2"取心钻头（CQP768）+6-3/4"取心筒（JQX172-101双筒）+6-1/2"浮阀接头+6-1/2"钻铤10根+6-1/2"（震击器+挠性接头）+变扣接头+5-1/2"加重钻杆×13根+5-1/2"钻杆。

本井选用JQX172-101取心工具，该工具外筒采用高强度厚壁无缝钢管，强度高、刚性好，有利于提高岩心收获率、延长取心钻头使用寿命，内岩心筒采用高强度优质合金钢制成，主要规范见表2。

表2 取心工具规范

取心钻头型号为CQP768（川庆）和PMC135-8101（胜利），切削齿规格均为φ13mm，该钻头具有较大的切削齿，因此吃入地层更深，更易于排屑，基本满足现场取心要求（见图3和图4）。若遇到更加疏松地层，建议取心工具选择加压式，以防止在割心时导致岩心脱落；取心钻头选择带水眼的，尽量减小钻井液对岩心的冲刷，以提高收获率。

对于Mg2+而言，Ida2-可与Mg2+形成配合物(如式(11)所示)，同时也可以与H+发生加质子反应，其反应式如下：

图3 CQP768钻头

图4 PMC135-8101钻头

3.2 取心钻进参数优选

3.2.1 钻压

钻压是影响机械钻速的主要因素。由图5、图6可知，增大钻压，机械钻速增加明显，成正相关。考虑到涠洲组砂岩较为疏松，建议采用1～ 3t的钻压，既能取得较好的机械钻速，又能有效地避免机械钻速过快而引起的“放空”现象。因此在疏松砂岩地层取心过程中，要及时跟紧钻压，不能“放空”，可以保证岩心及时顺利进入岩心筒。如果树心时机械钻速很快，应尽快将钻压跟到正常钻压。对于钻至中硬的泥岩地层，可钻性差，机械钻速明显降低，可在取心时提高钻压，在取心筒承受范围内甚至超高推荐钻压值，满足取心要求。

3.2.2 排量

取心过程中井眼清洁受排量、岩屑尺寸、岩屑密度、钻井液性能、钻具组合等因素影响，下述模型可在理论上解决井眼清洁问题，优化取心排量[5]。

图5 第一回次取心参数图

图6 第二回次取心参数图

临界环空返速vf：

临界岩屑传输速度vt：

式中：vf为钻井液的上返速度，m/s；vt为钻井液的临界岩屑传输速度，m/s；vs为岩屑的下滑速度，m/s；R为机械钻速，m/h；ds，dp，dh分别为岩屑直径、钻杆外径、井眼直径，cm；ρs、ρ分别为岩屑、钻井液的密度，g/cm3；Q为泥浆泵排量，L/s。

取心前可利用上述模型模拟出保证井眼清洁和正常携岩的最低排量。在疏松砂岩地层取心，泵排量在满足正常携岩的基础上务必要小，防止岩心冲蚀，从而保证取心率的提高。通过模拟计算，第一次和第二次取心采用18.05L/s和14.97L/s的排量，其值偏大，对岩心冲刷作用较大，因此后续取心作业推荐排量控制在9～10L/s，来提高疏松砂岩取心收获率。

3.2.3 转速

研究表明，转速的提高对机械钻速的提高有一定的作用，但影响较小，且当下部受压钻具在转动条件下，稳定性会降低。对于涠洲组的疏松砂岩地层，取心转速相对低一些，增加下部钻具的稳定性，降低扭矩，降低对疏松地层和岩石易破碎地层钻具不稳定导致岩心破碎的可能，减轻取心筒震动对岩心的影响，保证岩心收获率。因此，应该选用较低的转速进行取心钻进（表3）。

表3 涠洲组疏松砂岩取心参数优化结果

3.3 取心工艺措施

（1）钻前调整好泥浆性能，上下活动保证井眼畅通，井底清洁无落物；

（2）检查取心筒，调整好内筒岩心爪与内筒间隙，对于砂岩等松软地层，适当增大间隙，推荐10～15mm，对于泥岩等硬地层应适当减小间隙，推荐8～12mm；

（3）取心前先大排量循环，采用高转速将内筒甩干净；

（4）取心前配好钻具长度，避免中途接钻具；

（5）钻进过程中做到“均匀送钻”，如需增加钻压，须缓慢增加，切忌“一次到位”；

（6）取心钻进过程中，无特殊情况，一般不停泵、不停转，钻头不提离井底，当出现溢流等异常情况，应立即中止取心钻进；

（7）根据钻时判断岩性，最好选择在泥岩段割心[6]，以实现油层的“穿鞋戴帽”，在割心前可适当降低钻压，磨细岩心，避免割心时过提太大，方便割心。如若遇到大段砂岩地层，在满足取心进尺情况下，尽量选择在机械钻速较慢即地层胶结性较好的砂岩中割心，在割心前可适当增大钻压，加粗岩心，利于岩心不易滑脱或破碎而丢失。

4 应用效果

W6井在涠洲组进行6次取心作业，一共进尺46.58m，心长44.33m，平均收获率为95%（表4）。第三回次到第六回次取心在总结了前两次取心经验的基础上，优化了取心钻进参数和取心工艺措施，收获率提高明显，见图6。

表4 W6井取心情况汇总

图6 第三、四、五、六回次砂岩岩心

其中第三次取心进尺15.36m，岩心都为砂岩，但各段的胶结性和成柱性并不相同，有些段在出筒后为一堆散沙，极为疏松，不成形，见图7，但采用优化后的参数和工艺措施下，仍然保证了收获率，满足了地质需求。从第五回次出筒岩心分析，在砂泥岩界面处有明显的摩擦痕迹，见图8和图9，这也印证了内筒自转引起的疏松砂岩在界面处磨蚀是第一和第二回次取心收获率低的原因之一。

5 结论

（1）涠洲组砂岩收获率低主要由于砂岩较疏松，成形性差，易被钻井液冲蚀掉，砂岩和泥岩在交界处存在转动摩擦，造成部分砂岩岩心磨蚀。

（2）模拟优选了适合本区块涠洲组砂岩段取心参数，钻压采用1～3t，转速采用40～50r/min，排量采用 9～10L/s。

（3）评价本次取心工具能够满足此地层要求，提出针对更加松软地层建议选择压式取心工具，以提高疏松砂岩的取心率。

图7 疏松的岩心图

图8 砂泥岩接触面

图9 泥岩磨面图

[1]中石化北部湾获罕见高产测试油气井[J]. 海洋石油，2016， 36（1）： 11.

[2]孔志刚， 于希. 辽河油田古潜山储层钻井取心技术[J]. 石油钻探技术， 2014， 42（3）： 50-54.

[3]姚风军， 郑惠如， 方华良. 胜利浅海中硬和硬地层取心技术分析 [J]. 海洋石油， 2001（2）： 41-43.

[4]郑军， 陈平， 杜学斌. 北部湾盆地西部地区涠洲组层序及沉积体系分析 [J]. 海洋石油， 2013， 33（2）： 1-7.

[5]韩正磊. 定向井取心技术浅析与应用[J]. 西部探矿工程，2013， 25（6）： 73-75， 78.

[6]岳志鹏， 田荣， 曾俊， 等. PDC钻井取心卡层方法探讨[J]. 录井工程，2004（4）： 30-33， 65.

Study of Coring Technology in Sandstone at Well W6, Weizhou Formation,Beibu Gulf

WANG Hongmin1, HOU Lian2, SU Zhibo3, ZHANG Zhongqiang3, JIA Fenglong4, LEI Xinchao3
（1. Offshore Petroleum Engineering Institute of SINOPEC Shanghai Offshore Oil and Gas Company, Shanghai 200120, China;2. Hunan Drilling Branch Company of SINOPEC Southwest Petroleum Engineering Co. Ltd, Changsha 410005, China;3. Drilling Company of SINOPEC Offshore Oil fi eld Services Company, Shanghai 201206, China;4. Engineering Technology Management Department of SINOPEC Shanghai Offshore Oil and Gas Company, Shanghai 200120, China）

Coring operation has been down recently in the sandstones of main objective Weizhou Formation in Well W6, an evaluation well located in Weixi block, Beibu Gulf. The coring recovery rate is low in the fi rst two coring. In this paper, the diff i culties in coring from unconsolidated sandstone in this well have been analyzed, and study has been conducted on coring tool selection, coring parameter optimization, and coring technic measures. These improvements are applied in the subsequent four operations and obvious results have been obtained, and coring recovery is over 98%. The result provides helpful reference for coring in similar formations.

Coring Technics; Weizhou Formation; unconsolidated sandstone; coring tool; rate of core recovery

TE244

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2017.03.052

1008-2336（2017）03-0052-05

2016-08-23；改回日期：2017-04-13

王宏民，男，1989年生，硕士，2014年毕业于中国石油大学（北京）油气井工程专业，从事钻井工艺研究、钻井设计等。

E-mail：wanghm.shhy@sinopec.com。