川渝地区深层破碎地层取心工艺优化研究

王明华，刘 维，段绪林，魏 彬

中国石油集团川庆钻探工程有限公司川东钻探公司

0 引言

川渝地区取心作业层位多，多数储层段裂缝发育，地层破碎，堵心卡心频率高，单次取心进尺少，起下钻次数多，取心作业效率低。2021年取心作业区域集中在蓬莱含气区、磨高构造、深层页岩气，主要岩性为白云岩、灰岩、页岩，孔洞、裂缝发育，岩石破损，易堵心、卡心。上述破碎地层的钻井液密度高，泵压高，对破碎岩心浸蚀性强，更易造成单次取心进尺低。

针对上述问题，段绪林等人[1- 3]在川渝地区开展了破碎地层预防磨心、卡钻、提高取心收获率等技术总结，初步形成了堵心卡心预防处理操作方法。胡畔、李佩武等人[4- 7]开展了密闭取心技术试验，堵心卡心次数有所减低，依然存在堵心卡心起下钻偏多的问题。闫家等人[8- 11]在松科2等井开展了涡轮钻具、双岩心爪取心试验，取心收获率得到显著提升，但取心效率没有显著提高。国内外诸多专家[12- 24]对破碎地层取心难题进行了分析，提出了许多好的技术对策，但对川渝地区的取心地层是否适应，有待现场验证。进一步开展川渝地区破碎地层取心工艺优化，确保取心收获率，提高单次取心进尺，有利于加快川渝地区新区域新层系勘探开发、产能建设步伐，把能源的饭碗端在自己手里。

1 深层破碎地层取心概况与难点分析

1.1 破碎地层岩性特点

川渝地区勘探范围广，取心作业覆盖了从沙溪庙组到龙马溪组的17个层段，砂岩、页岩、云岩、灰岩、泥岩、盐层、砾石等7种岩性(岩石)。蓬莱含气区灯二段上部以粉晶、细晶绵层藻白云岩为主，中部以泥晶藻白云岩为主，下部为粉晶云岩夹少量硅质云岩。沧浪铺组以粉砂岩、泥质粉砂岩为主，夹粉砂质泥岩、泥岩。磨溪构造栖二段为灰岩，泥粉晶结构，硬度高、脆性强、可钻性差、极易破碎。天府含气区二叠系峨眉山玄武岩组含凝灰岩、角砾岩、玄武岩。泸州页岩气井龙马溪组上部泥、页岩夹泥质粉砂岩，下部、底部页岩。

1.2 取心作业堵心卡心复杂情况频繁发生，影响取心效率

对取心作业中发生堵心卡心时的参数变化趋势缺乏系统分析，没有完善的处理方法、强力的应急手段，部分轻微的堵心卡心没有正确处理，导致堵心卡心情况逐步严重，最后无法继续钻进，只能起钻，同样影响取心作业效率。7口取心低效井取心收获率97.27%；泸州页岩气2口井平均单次取心进尺分别为14.67 m、17.37 m，低于平均取心进尺18.83 m；蓬莱、磨溪、天府等其他区域5口井平均单次取心进尺最高8.44 m，最低2.50 m，低于平均取心进尺9.56 m。7口井平均单次取心进尺统计见图1。7口井取心作业起下钻50次，其中因堵心卡心处理困难导致起钻多达24次，比例48%。7口井起钻原因统计见图2。7口井取心作业发生堵心卡心26次，“及时发现、正确处理的堵心卡心”仅2次。见表1。

图1 7口低效井平均单次取心进尺统计

图2 7口低效井起钻原因统计

1.3 取心作业阻卡复杂处理手段少

1.3.1 取心工具处理复杂能力不强

在Ø214.4 mm及以上尺寸井眼中一般选择川7- 5型工具，在Ø148.2 mm 井眼中一般选择川5- 5型工具，详见表3。川7、川5工具外径小，增加了环空间隙，能够降低阻卡风险，但是抗拉强度、抗扭强度却不高，严重影响复杂处理。如W207井筇竹寺地层取心，地层渗透性强，阻卡频繁，摩阻达到200 kN以上，扭矩超过18 kN·m，选择川7- 5工具会明显限制阻卡初期处理，增加卡钻机率。

表1 低效井堵心卡心统计表

1.3.2 高渗透地层割心困难

部分区域取心井段裂缝发育，渗透性特别好，取心钻进中快速形成虚厚滤饼，取心钻进扭矩大，取心后遇到严重阻卡，难以割心。如W207井筇竹寺地层，前期取心12趟，割心时发生阻卡6趟，卡钻2次。处理卡钻过程中需要强力活动钻具，甚至需要启动随钻震击器，容易导致岩心掉落，影响取心收获率。

2 措施优化研究及应用

2.1 堵心卡心复杂处理技术

2.1.1 建立堵心卡心快速判断方法

以钻压、泵压、扭矩、钻时等取心关键参数的变化趋势分析为核心，提出了“三逐步三快速”的堵心卡心判断方法，三逐步判断原则：钻时逐步增加；钻压逐步上涨；扭矩逐步下降。三快速判断原则：泵压快速上升；钻压快速上涨；扭矩快速下降。

建立了取心参数实时跟踪方法，采用微钻时分析法，准确判断破碎地层早期堵心卡心，为提高单次取心进尺提供了早期预警。

2.1.2 建立了堵心卡心初期处理方法

在通过微钻时变化分析法发现堵心卡心后，采取钻压调整法，解除堵心卡心。PT102井灯二段取心钻进发生2次堵心，均表现为钻时逐步增加、钻压上涨，扭矩下降，通过两次及时调整钻压，岩心通道得到有效疏通，扭矩恢复正常，堵心解除。

取心作业中推广应用三三方法、取心参数实时跟踪法、微钻时分析法、钻压调整法等技术，“及时发现、正确处理的堵心卡心”由9.09%上升至70.28%。总体起钻比例显著降低，见表2。

表2 试验井堵心卡心原因统计表

2.2 取心作业阻卡处理技术

2.2.1 创新实施旋转割心工艺减少阻卡

FT1井高摩阻、高扭矩井段推广应用旋转割心工艺割心，作业中严格落实“一确保、四控制”(确保取心工具质量；控制割心时的排量、扭矩、转速、钻具上提速度)作业程序，突破了割心时不转动钻具的禁区，实现了取心钻进、割心、上提钻具、循环时的钻具连续旋转，有效避免了故障复杂发生。

2.2.2 优选高强度取心工具提升阻卡处理能力

根据常见阻卡发生与处理的过程分析，把阻卡预防与处理分为阻卡预防、阻卡初期处理、卡钻处理三个阶段。阻卡初期如果阻卡征兆发现不及时、处理手段欠缺，就容易导致卡钻。所以，在取心作业中加强了阻卡初期处理的研究。根据目前所用的常规取心工具强度使用表(表3)分析对比，Ø215.9 mm及以上井眼选用川8- 5型取心工具，Ø149.2mm井眼选用川6- 5型取心工具，取心工具强度明显提高，增加了阻卡初期处理的手段。在M151等5井次进行了现场试验(见表4)，未发生因为取心工具强度问题引起的阻卡初期难以及时处理的复杂情况。

表3 川- 5型取心工具主要规范

表4 工具优选现场试验井效果

2.3 实施效果

在5个构造破碎地层开展取心技术推广应用，完成取心进尺263.10 m，收获率达99.08 %。平均单次进尺由9.42 m提高至13.85 m，其中L203H123- 1井平均单次进尺达到了21.5 m(表5)，最高单次进尺27.5 m。通过提高单次取心进尺，同比减少了起下钻9趟，降低比例32.14 %，取心效率明显提高。

表5 试验井取心指标统计表

3 认识与建议

(1)川渝地区创新形成了堵心卡心快速判断与处理技术、旋转割心工艺、取心工具优选技术，支撑了钻井现场整体提速。现场试验结果表明，能有效降低堵心卡心频率，提高破碎地层单次取心进尺，减少起下钻次数，加快勘探开发与产能建设步伐。

(2)建立了取心作业参数实时跟踪方法。现场要加强取心参数收集、分析、判断，取心人员要坚持旁站指导，以及时处理。

(3)取心作业的原则首先是确保取心收获率。钻遇复杂地层段，发现取心参数异常变化，采取破碎地层取心工艺难以快速解决难题，要果断进行割心等方式处理，确保岩心完整。