番禺油田大井斜松散无胶结地层定向取心工艺及实践

罗庆时， 裴今朝， 陈国军， 杨 志

(中海油田服务股份有限公司，天津 300452)

番禺油田大井斜松散无胶结地层定向取心工艺及实践

罗庆时， 裴今朝， 陈国军， 杨 志

(中海油田服务股份有限公司，天津 300452)

受南海东部番禺油田韩江组地质特点影响，常规取心工具直井取心时，因岩心极易冲蚀致使取心收获率大多在30%～50%之间。在该地层大井斜井段进行定向取心时，钻具难以居中、摩阻扭矩较大、钻具稳定性差更加大了取心难度。结合松散地层的地质特点，分析了影响松散地层取心收获率的因素，通过优选取心工具、优化钻具组合、选择目标取心层段上部泥岩盖层作为树心地层、调整钻井参数、完善技术措施等，首次成功完成了该油田大井斜松散储层段定向取心作业，取心收获率78.7%，远超相关行业标准规定的取心收获率≥50%的指标，实现了地质勘探目的。

定向取心；松散无胶结地层；收获率；番禺油田；大井斜

0 引 言

钻井取心是获取地层原始地质资料的一种最为直观的有效手段。对于松散易碎的岩层，由于地层松散、岩心易碎不成柱，采用常规的取心工具和传统的自锁式割心方式经常出现堵心、掉心现象，取心收获率很低。而在定向井(或斜井)取心时，取心工具随着井眼的轨迹而倾斜，其内岩心筒因受重力作用而下垂，与外岩心筒内壁相接触，外筒带动岩心内筒一起旋转，加上岩心松散不成形，直接导致岩心断裂，影响取心收获率。国内外在松散地层取心或定向(水平井)井段取心方面工艺技术成熟[1—7]，但对于大井斜松散地层定向取心，则成功案例很少。

南海东部番禺油田韩江组砂岩储层成岩性差，松散无胶结，以往该区域钻井取心收获率较低。2016年，中海油服在此钻探一口探井水平井，在下韩江组大斜度井段(井斜60°)松散砂岩储层段取心一筒。通过优选取心工具、优化钻具组合、卡准树心层位、调整钻井参数、完善技术措施，克服了大井斜井段钻具难以居中、摩阻扭矩较大、钻具稳定性差、取心井段岩心松散不成形等困难，成功完成了取心作业，取心收获率达78.7%。

1 技术背景

1.1 地层松散无胶结

番禺油田韩江组地层砂岩储层埋藏较浅，油层呈油砂状，有的还含有不等径砾石。树心钻进时，由于地层松散，不利于造“和尚头”，岩心无法进入岩心筒，容易出现堵心现象。取心钻进时，钻井液易对岩心造成冲蚀，松散地层更易被冲蚀导致取心收获率低。同时由于岩心松散不成形，可钻性好，钻进过程中岩心极易断裂，操作稍有不慎即可能造成断岩心。起钻过程中岩心易从岩心爪处掉落；地面出心时，采用传统的人力顶出松散的岩心时岩心易变形错乱，导致取得的资料准确性差。

1.2 定向取心井段井斜大

番禺油田某井计划取心的韩江组某储层井段井斜60°。在大井斜井段取心作业期间，取心工具的轴线与重力方向线之间的夹角较大，在重力的作用下，取心工具躺在井眼低边，由此引发以下取心难点： (1) 钻具贴在井眼低边，居中度较差，增加了摩阻扭矩，导致下部钻具稳定性较差。下部钻具稳定性对取心影响较大，特别是散碎地层，钻具不稳定导致岩心破碎，使岩心进筒阻力增大，最后导致堵心。(2) 内筒在低边贴在外筒上，居中度差，取心钻进时跟着外筒一起旋转，不利于岩心进入，容易堵心。(3) 已经进入内筒的岩心贴在内筒低边，产生较大的摩擦阻力，阻止新钻出的岩心进筒，造成堵心，疏松地层机械钻速很快，即便堵心钻速也无明显变化，容易导致发现不及时而造成磨心。(4) 常规的机械加压割心工具难以有效加压，导致割心困难。

2 技术对策

2.1 优选取心工具

针对取心作业难点，优选SP-8100型取心工具[1](见图1)。该工具具有以下优点。

图1 SP-8100型取心工具结构示意图Fig.1 Diagram of SP-8100 coring tool

(1) 配上隐蔽式卡板岩心爪和卡箍岩心爪组合结构，无论地层软还是硬、疏松还是致密，都能适用，可有效应对探井作业取心前对地层掌握不准的风险。若岩心疏松散碎，则卡板在弹簧力作用下伸开封闭内筒，托住岩心；若岩心较硬，卡板不能吃入岩心，则可上提钻具，卡箍岩心爪自动收缩，割断岩心。

(2) 内筒里增设了铝合金衬筒，在出心时连同岩心一起顶出，分段割开，利于岩心保形，提高所取资料的准确性；衬筒内进行了涂层处理，可适当减小摩擦阻力，减少堵心、磨心现象的发生。

(3) 取心内筒上下两端装有径向扶正轴承，可有效地保证内筒的居中性，防止内筒跟着外筒一起旋转，利于大斜度井眼岩心进筒。

(4) 该工具采用液力加压割心方式，通过打压剪断销钉完成割心，适用于任何井斜的取心作业，能有效解决机械加压式取心工具割心困难的问题，割心不受钻具配重影响，为优化钻具组合创造了有利条件。

(5) 设有安全泄压装置，憋压至19MPa时泄压阀自动打开泄压，安全可靠。

(6) 投球为尼龙球。尼龙球在钻井液中处于漂浮状态，可以克服钢球因密度过大贴低边而无法就位，导致无法憋压的问题。

(7) 该工具上下两端各接有1个φ210mm可拆卸扶正器，现场作业中可根据具体情况使用双扶、单扶或无扶正器工具进行取心作业。

(8) 针对目标取心地层松散、无胶结不成形的岩性特点，选用带切削齿的取心钻头以保证获得最优钻速；同时设计一定长度保径以提高定向井段底部钻具组合的整体稳定性。本次取心作业选用16mm齿6刀翼聚晶金刚石复合片(PDC)钻头，保径2英寸(1英寸≈2.54cm)，有利于提高钻具稳定性。

2.2 优化钻具组合

为提高在大井斜井段定向取心下部钻具组合(BHA)的稳定性，优化了取心作业钻具组合：φ215.9mm取心钻头+SP-8100取心工具总成+变扣接头+浮阀接头+φ203.2mm钻铤×1根+φ298.5mm扶正器+φ203.2mm钻铤×2根+变扣接头+φ165.1mm震击器+φ127mm加重钻杆×11根。取心工具总成上下两端安装2个φ210mm扶正器以保证取心筒的整体稳定性。取心工具之上1根φ203.2mm钻铤处接1个φ298.5mm扶正器(取心之前井眼φ311.2mm)以保证钻具组合整体上与取心筒在轴线上保持一致，提高了取心筒上部钻具在φ311.2mm井眼中的稳定性，进而保证了取心筒在φ215.9mm井眼中的居中度和稳定性。同时，整个钻具组合在刚性上也与钻进时钻具刚性一致，利于取心起下钻。

2.3 优选树心地层

根据随钻测井资料，分析实钻地层情况，创新性地选择目标取心层位上部的盖层作为树心地层。目标取心层位上部盖层以泥岩为主，地层胶结好，可钻性相对较差，利于树心作业。结合稳定的树心参数，钻出有效的“和尚头”，确保岩心整体进入取心筒，为后续松散不成形地层钻进创造条件。

2.4 调整钻井参数

从钻压、排量和钻速3个方面调整钻井参数。

先以小钻压树心，之后提高至正常取心钻压。在疏松地层机械钻速迅速增加时，恒定钻压钻进，以免岩心被冲蚀或钻压跟不上造成断心、影响收获率。

先以小排量树心，之后提高至正常取心排量。根据岩性变化适当调整排量： 松散井段机械钻速快速增加时，迅速降低排量减小冲蚀；对于特别疏松地层，降至最低排量甚至停泵干钻以确保岩心不被冲蚀；在泥岩段取心钻进时，及时提高排量防止泥包。

使用较低的转速树心，增强下部钻具的稳定性。待树心结束后，逐步提高至正常转速。钻进至松散岩性地层时，如机械钻速变快，在降排量的同时降低转速，确保钻具的稳定性以防止岩心断裂。

具体的取心钻井参数组合如表1所示。

表1 取心钻井参数

2.5 完善技术措施

保持井眼干净顺畅。取心作业前钻进时注意控制好井眼轨迹，防止狗腿度急剧变化，钻到取心深度后通过通井、循环、调整泥浆性能(提高抑制性、润滑性等)等措施使井眼干净、顺畅、稳定；取心前以较大排量循环清洗井底，取心工具接触井底前提前开泵开顶驱，上下反复冲洗，清除井底岩屑、碎块，有效防止碎块进入岩心筒导致堵心。

发现异常果断处理。疏松地层取心时井下异常较难被发现，且危害比在硬地层更大，较短时间的延误可能导致较长进尺的浪费，严重影响收获率。实钻过程中，密切监控钻井参数变化，根据扭矩和泵压变化情况判断是否堵心。如果有堵心，应果断割心起钻。

割心时精心操作。坐卡瓦前在转盘面做好标记，根据钻具伸缩量估算上提钻具高度，保持钻具底部不动；坐卡瓦时下放钻具不能超过做好的标记，防止岩心底部破碎堵塞在钻头内腔，从而导致内筒没有足够下行空间无法泄压，影响割心。提前准备好固井泵和固井管线，若打压至设计割心泵压19MPa后没有自动泄压，可尝试使用固井泵打更高压力，推动内筒下行泄压，同时岩心爪伸出卡住岩心。

地面出心时做好保护措施，防止松散岩心散落，及时连同衬筒一起分段割开，送入冰柜冷藏保形。

3 现场应用

番禺油田某井钻φ311.2mm井眼至1642.89m，根据实钻测井数据，即将钻穿目标取心层上的泥岩地层。循环，起钻，下φ215.9mm取心钻具组合，进行取心作业。取心钻进期间，钻穿目的层段顶部泥岩盖层后，机械钻速迅速增加至60m/h，现场及时降低排量和转速并跟上钻压至3～6t。钻进至预定深度时，停泵干钻3min，转入割心程序，起钻完。出井岩心岩性以中砂岩为主，砂岩段岩屑基本无胶结，松散不成形(见图2)。取心进尺8.98m，出井岩心长7.07m，取心收获率78.7%，远超行业标准要求。

图2 出井岩心Fig.2 Core pictures after operation

4 结 语

SP-8100取心工具在岩心爪设计、扶正器加放、内筒设计、割心方式选取等方面适合大井斜松散无胶结地层定向取心作业。选择目标取心层位上部可钻性较差的盖层作为树心地层，结合稳定的树心参数，钻出有效的“和尚头”，确保岩心整体进入取心筒，是取心作业成功实施的前提。通过优化取心钻具组合确保了取心作业过程中的钻具稳定性，配合合理钻井参数及相关取心工艺技术措施，保障了取心的成功。番禺油田首次大井斜松散地层定向取心作业的成功实施可以为类似作业提供借鉴。

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DirectionalCoringTechnologyandPracticeofUn-CementedandUnconsolidatedFormationinHighInclinationWell

LUO Qing-shi, PEI Jin-zhao, CHEN Guo-jun, YANG Zhi

(ChinaOilfieldServicesLimited,Tianjin300452,China)

Hanjiang reservoir formation is shallowly buried with un-cemented and unconsolidated oil sands in oilfield located at the east of the South China Sea. The coring recovery in this formation is only 30%～50% with conventional tools due to the serious washout during operation. Loss of centering and stability, together with high torque of the drill pipe in high inclination directional well will exacerbate the coring difficulties. We analyze the factors affecting the coring recovery in un-cemented and unconsolidated oil sands. Through selecting the coring tools, optimizing the drilling tools combination, starting from the mudstone caprock above oil sand, adjusting the drilling parameters and improving technical measures, coring operation is achieved with high recovery of 78.7% which exceeds the coring recovery of 50% stipulated in industry standard of China.

directional coring; un-cemented and unconsolidated formation; recovery; Panyu Oilfield; high inclination

TE51

A

2095-7297(2017)04-0232-04

2017-06-06

罗庆时(1983—)，男，工程师，主要从事钻井监督工作。