冀东油田大斜度井井壁取心技术研究与应用

2018-12-06李战伟来东风苏亚楠

钻采工艺 2018年6期

李战伟，来东风，王维，邓威，苏亚楠

(中国石油冀东油田分公司勘探开发建设项目部)

随着冀东油田勘探开发向复杂油气藏不断深入，大斜度长位移井不断增加，井壁取心施工难度显著增加。由于常规电缆输送撞击式井壁取心受井斜、井型限制，井斜超过45°后很难利用电缆输送撞击式井壁取心取出地层岩心，从而无法提供井下储层最直观的证据，不利于认识油气层，而该部分地质资料对于确认油气层和油藏评价起着重要作用，所以大斜度井井壁取心亟需解决。目前国内外主要有钻进式井壁取心和撞击式井壁取心，其中钻进式井壁取心可实现钻具输送作业，但静止时间长，在大斜度井中采取钻具传输操作易卡钻;费用高昂，不利于勘探开发成本控制。撞击式井壁取心具有作业成本低、施工风险可控、作业效率高的独特优势，通过近两年对该项技术攻关研究和现场应用，取得了较好的应用效果［1－4］。

一、难点分析

(1)普通钻具输送湿接头总成的额定电压250 V，额定电流0．5 A左右，而撞击式井壁取心仪器点火时瞬间电流一般要达到1．5 A(甚至更大)，取心所使用的工具及短节必须耐大电流，防止点火瞬间仪器和线路的绝缘被击穿，目前的湿接头的绝缘等级无法达到。

(2)电缆输送撞击式井壁取心工艺上采用软电极或者伽马仪器跟踪校深，但钻杆输送工艺中这两种方法都无法采用，必须研究新的跟踪校深仪器。

(3)与常规电缆输送井壁取心不同，钻杆起下过程中，取心仪器始终沿下井壁运行，岩心筒的连接钢丝绳容易被磨断或者挂断，直接影响岩心收获率，必须解决仪器防磨和居中问题，提高取心收获率。

(4)钻具输送撞击式井壁取心作业取心枪在井内工作时间长，需要取心枪有较强的耐温性能，确保发射正常，因此必须提高取心枪耐温性，确保取心作业发射成功率。

二、关键技术研究与优化

1．实现信号稳定传输技术

1．1硬电极跟踪校深技术

原有的软电极校深方法在钻具输送过程中无法使用，为此采用0．4 m电位硬电极校深方法，以满足钻杆输送条件下恶劣测井环境校深，实现取心深度的精确校深。一是承载钻杆输送以及取心器产生的摩擦阻力;二是通过测量0．4 m电位实现深度校正，确定取心深度跟踪。

1．2大功率湿接头总成研制

设计湿接公母枪，耐高温高压、耐大电流大电压、提高线径为常规湿接头线径的3倍，通过计算，使其达到耐压1 000 V、耐电流4．5 A的要求，同时对公母接头部分的导电环、绝缘环、过线孔、单心密封塞等尺寸进行重新设计，使公母接头对接缝隙从原来的0．5～0．8 mm降低到0．3 mm，提高了因接触电阻大造成的电流耗损大的风险。

1．3选发器优选

在高温深井中取心施工优选机械选发器，由于机械选发器是一种机电装置，它主要靠电磁吸合作用带动机械装置同轴转动，以达到控制档位的目的。内部没有电子元器件，只有一个吸合线圈和一个变压器，其余是高温线，因此受井底温度和震动影响较小。高温机械较电子选发器具有工作稳定性更强的优势，该装置选用了耐温175°的变压器及机械选发装置，同时变压器存储仓设计合理，有效确保了取心过程中因猛烈撞击造成的发射故障。

2．提高岩心收获率技术

2．1保持仪器居中

在取心仪器上下两端各加一个硬翅扶正器，能够有效缓解因钻具贴靠井壁低边造成的取心仪器与井壁低边的摩阻，同时能够确保取心仪器居中，使得取心器本体与井壁间存在一定间隙，收获的岩心筒将处于自由状态，不会受取心器本体挤压，这样岩心筒被刮掉的概率将大大降低。

2．2调整钢丝绳尺寸

在电缆输送方式下，为保证在井眼垮塌、扩径严重的情况下也能获取合格岩心，取心器所使用的取心钢丝绳一般长度为50 cm。如果采用钻杆输送方式，取心钢丝绳可以缩短到30 cm或者更短些。因为钻杆输送方式使用的硬翅扶正器确保了取心器在井眼内居中，30 cm钢丝绳完全满足取心需求，这样也降低了相邻两个岩心筒缠绕到一起被刮掉风险。另外，通过加大井壁取心钢丝绳直径，提高钢丝绳抗拉强度，可以提高取心收获率。

3．防阻减震技术

在钻具下放过程中仪器会与井壁接触和碰撞，如果遇阻力量过大，会压坏或折断仪器。采用柔性短节与导向胶锥，可以有效减弱钻杆输送过程对仪器的冲击力，通过方向引导实现仪器的安全顺利下入。

3．1柔性短节

柔性短节由钛钢制成多个一定几何尺寸零件组合而成，具有径向偏离30°以及360°转向的安全导向作用。安装在马龙头与硬电极之间，用于钻杆与取心器仪器的过渡性连接，提高仪器串在井筒运动的灵活性，保护仪器本体，提高取心的收获率。

3．2导向胶锥

导向胶锥采用钢体与橡胶结合而成。橡胶内部装有弹簧，以增加橡胶强度，一是降低传输过程中对取心仪器产生的震动强度;二是引导取心器沿井筒轨迹行进。同时，与柔性短节共用改善在井筒中的运动状态。

4．钻具输送撞击式井壁取心仪器组合

仪器及工具安装如下:湿接头总成+柔性短节+0．4 m电位硬电极+专用取心仪器(上下端各加装一个扶正器)+导向胶锥。

5．现场技术保障措施

5．1取心收获率保障措施

①在取心仪器上下端各加装一个硬翅扶正器，同时水平井湿接头总成与校深电极之间加装柔性短节，确保枪身不挤压岩心筒，防止岩心筒被刮掉;②将取心钢丝绳长度由原来50 cm缩短到30 cm，岩心筒采用间隔式时填装方式;③采用耐高温高压、性能可靠的取心器和药饼;④钻具输送井壁取心作业时要严格按照钻杆输送测井作业规程要求开展施工;⑤所有点火取心作业必须在上提钻具过程中完成，钻具上提速度应控制在600 m/h以内。一旦点火取心后，严禁下放钻具;⑥完成取心作业后，上提钻具必须平稳;⑦取心仪器通过缩径井段或进入套管鞋时，速度必须降至600 m/h以内;⑧超深井作业时，尽量选用机械选发器，提高耐温性能，确保发射率。

5．2取心点深度准确保障措施

①根据完井电测曲线，在设计取心段内选择层位反应明显地方进行深度校正。校深曲线必须采用上测曲线，长度应大于2根立柱长度;②取心过程中，钻具上提速度必须平稳;③上提钻具取心过程中，绞车工必须确保跟踪张力平稳;④操作工密切监视跟踪曲线深度，每次点火取心前，必须核实取心点深度，确保深度无误方可点火取心;⑤如果两个取心点深度差超过100 m，应在起钻过程中重新校深。

三、现场实施与效果

1．现场实施

钻具输送撞击式井壁取心是将钻杆输送测井和常规电缆撞击式井壁取心结合的集成创新结果，经过2年的研究和应用，解决大斜度井井壁取心的难题，为油田勘探开发提供了宝贵的岩心资料。截止到2015年12月31日，总计完成33口井的井壁取心作业，施工井最大井斜达到65．2°，共设计取心838颗，完成730颗取心任务，岩心收获率87．89%。

2．存在问题及改进措施

目前出现的施工问题:①发射率低;②取心筒发射后拉掉问题;③空弹或岩心较少问题;④仪器及配套设备性能不稳定。解决措施分别见表1～表4。

表1取心筒未发射原因分析及措施

表2取心筒发射后拉掉原因分析及措施

表3井径统计和钢丝绳对应分析表

表4空弹、岩心较小原因分析及措施

3．应用效果

通过钻具输送撞击式井壁取心岩心资料，共解释21口井，油层462．8 m/83层，油气层89．2 m/9层，差油层174．1 m/41层，可能油气层227．4 m/35层，油水同层270．6 m/55层，为测井解释提供了宝贵资料。在录井显示差、常规测井资料无法确定是否存在油层、难于完井决策的井上通过取心资料，研究人员做出正确决策，起到明显效果。经过钻具输送撞击式井壁取心确认7口井无油气显示，取消后续的下套管、固井等完井作业，节省大量的作业费用，经济效益非常显著。