密闭取芯井钻井技术及其问题分析

姬超 刘宇 张峰

中国石油集团渤海钻探工程有限公司第四钻井工程分公司 河北 沧州 062552

密闭取芯钻井技术是以传统取芯井工艺技术为基础，在应用该技术过程中，全面发挥密闭液的保护作用，提高取芯井的钻出效果。值得注意的是，虽然该种技术具有较强的应用优势，但其应用效果时常受到各种外在因素影响，如自然条件、人为因素等，各环节均有明确规定。因此，油田企业在生产石油过程中，如果要应用该技术，必须要全面勘察现场施工条件，科学选择密闭取芯钻井施工工具，控制施工数据，严格遵循行业规范，促进施工向规范化方向发展[1]。

1 密闭取芯井钻井技术要点

1.1 全面掌握井位地质情况

想要充分发挥密闭取芯钻井技术应用效果，要在钻井作业前，组织专业人员到施工现场，全面分析井位定制情况，掌握详细的地质信息，并将这些数据应用到密闭取芯钻井技术操作方面，提高技术应用效果。同时，由于整个取芯井钻井技术实施周期较长，施工中要进行重复下钻和起钻操作，要通过提前调查井位地质数据，来实时监督井位地下情况，提前制定合理的解决措施，避免出现严重的安全事故。另外，在钻取芯井时，要严格遵循行业要求，施工中表层环节，只有在掌握了表层地质情况的基础上，现场才能配有特定型号的密封装置，才能做到井控，避免由于经常起钻造成的井涌问题。如果在封闭的芯井中存在高压浅气层和欠压层，则需要根据现场情况对钻井液密度进行科学设计，这样才能减少现场出现的油气浸水、井漏等问题，保证钻井液密度的合理性。

1.2 提前准备取芯工具

在实施密闭取芯井钻井作业时，要提前准备所有取芯工具，如取芯筒、岩芯爪、丝堵、密封胶圈、配合接头等。同时，工作人员要结合密闭取芯钻井施工技术和现场实际施工情况，选择高质量取芯工具。在选择密闭液时，最常用蓖麻油混合液，在取芯筒下降前，要将使用的混合液应用到取芯筒内筒中，等到灌注满后，要采用丝堵将其堵住，加强密闭液对岩芯的保护作用。另外，应用在井场需要下井的所有工具，要做好详细的记录和测量作业，至少配置2根取芯筒。

1.3 取芯钻进操作

在进行密闭取芯井钻井操作时，要保证取芯钻井质量，才能充分发挥该技术的应用效果，避免出现严重的安全事故。在取芯最初阶段，要降低钻压数据，将其控制在10～20kN，通过小钻压适当调整岩芯头，给岩芯进入到岩芯筒创造良好的施工条件，保证其能顺利进行。如果在钻井20cm时仍然没有出现异常问题，要在原有小钻压基础上增加钻压，将钻压提升到40～50kN范围，加强钻机速度，提高钻机效率。如果钻井工作遇到应岩层，导致钻井工作难度增加，影响到其钻井速度，要提高钻压，将其上升到60～80kN，但实际钻压数据要根据现场情况进行控制[2]。

在选择筒芯进尺长度时，要提前确定芯筒长度，结合工艺要求选择对应的机械设备，利用专业工具检测出钻杆的放入和方余。正常情况下，进行密闭取芯作业时，要保证取进长度低于取芯筒内筒长度，不然取进长度超过标准值，会出现烧芯问题。但在施工时，要尽可能增加钻取长度，避免钻取长度过小，增加下钻操作次数，无形中增加施工处理难度系数。遇到复杂问题时，要停止取进操作，避免出现严重的安全隐患。目前，在正常施工条件下，每筒芯结束钻进前50cm要合理提高钻压，全面增加钻进速度和效率，保证钻取岩芯直径能满足行业要求，从而得到大直径岩芯，给后期割芯环节的岩芯兆抓取岩芯打下坚实的基础。另外，在进尺作业完成后，要合理降低钻压数量。

1.4 割离操作和防止丢芯

只有保证割芯操作正常进行，才能全面提升取芯成功率。因此，在转盘停止后，要均匀提高钻具高度，当其悬重高于钻具既有重量时，说明岩芯爪成功抓到岩芯。当要持续提升钻具操作时，如果悬重下降到基础重量，表示岩芯被割断，这时要立刻进行起钻操作。在割芯操作时，无论采用任何钻具进行提钻操作，要加强其稳定性，禁止突然上提，避免丢失岩芯。同时，想要保证密闭取芯钻井技术的施工效果，要保证其不丢芯，避免出现任何安全事故，要严格遵循行业操作标准，保证相关设备在正常运行范围[3]。

2 密闭取芯井施工中存在的问题

2.1 钻井组合不当，钻井数据设计不合理

在进行密闭取芯井钻井作业时，很多油田企业时常出现钻具组合不合理的现象，影响到钻井参数科学性。如果发发这种问题，会给取芯作业造成严重影响，甚至带来严重的钻井作业安全风险[4]。因此，在实际钻井作业操作过程中，工作人员要全面勘察现场施工的实际情况，确定实际钻具，对比不同钻具组合的优缺点，选择对应的钻井组合，有效提高日常钻井效果。在正常情况下，要在钻进取芯井段前应用双钟摆钻具，但必须要保证井眼的垂直性。同时，在后期设计钻井参数时，要结合底层实际情况，全面分析相关数据内容，保证各方面数据的合理性，如泵压、排量、钻速、钻压等数据，防止因参数过高，影响到钻井施工效果[5]。

2.2 开始钻进时要进尺慢

在开始钻探作业时，可能会出现进尺过慢或无进尺的情况，主要是因为一般钻孔压力都比较小的原始取芯钻探作业环节，只有在正常标准内控制钻孔压力，才能达到修正岩芯的目的，这样它的岩芯才能正常取芯钻头。密闭式取芯式钻井技术是在传统的取芯井工艺技术基础上，充分发挥密闭液的保护作用，使取芯井的钻孔效果得到提高。值得注意的是，该技术虽然应用优势较强，但由于受自然条件、人为因素等多种因素的影响，其技术应用条件往往在各个环节都有明确的规定。有些作业场环境条件比较恶劣，刚开始钻进时可能会遇到坚硬的岩层或疏松的岩层条件，一旦是坚硬的岩层，为了改变这种情况，可以在原来的基础上适当增加钻压，以保持小钻压的钻进作业下，钻进效率较低；如果是疏松岩层，堵心或磨心的机会较高，进尺缓慢甚至会出现无进尺的现象，现场作业人员在遇到这种情况时，应准确判断，全面分析处理原因，不要再进行钻进作业。

2.3 割芯时悬重变化较小

在割芯操作过程中，时常出现悬重变化不明显、没有任何变化等现象，当出现这种问题时，相关人员要制作相关措施，有效解决问题。如果在提升一段距离后，该悬重仍然等于钻具原本重量，表示随着钻进作业进程不断深入，岩芯出现断裂问题，这时要上提下放钻具，反复对比悬重变化规律。如果悬重反应程度较小，且存在较强的重复现象，说明在钻井作业时，岩芯爪抓取力不足，时常产生打滑现象。针对该种问题，要合理转动转盘，将钻井细微上提，反复试验多次[6]。

2.4 起钻后发现少岩芯

在部分油田作业中，在取出一筒芯并钻出芯的过程中，可能存在少芯或无芯的问题，这说明岩芯在作业中出现了掉井的情况，需要安排专门的工作人员及时进行打捞。下入不装密闭头并安装有新岩芯爪的取芯钻头，下到井下岩芯头上0.5m左右的距离，循环清洗鱼头，然后进入下放环节，下放需缓慢进行，下放遇阻时，可对转盘稍作转动，并钻入一定长度，但此钻入长度的确定，需根据落井岩芯的长度，取芯内筒的长度来确定，通常情况下，要先将鱼头放入井内，然后此长度小于0.5m。当现场作业进行过程中，落井岩芯形状不规则，取芯钻头难以套入时，需按缓慢性要求在起动转盘下放钻具时进行重新切割。

3 密闭取芯技术应用

3.1 设计钻具组合

Rmb-8100型取芯工具作为最常见的低污染密闭取芯工具，钻头采用MQJ215人造金刚石取芯钻头，取芯工具应用MQL215型取芯工具。钻具组合采用Φ215mm取芯钻头+Φ215mm密闭取芯工具+Φ158.8mm钻铤×12根+Φ127mm钻杆+133.4mm方钻杆；钻进钻压控制在60～80kN，钻速为50～60r/min，排量为15～20L/s。

3.2 做好施工作业井眼的准备工作

想要保证井眼质量满足设计要求，必须保证起下钻的通畅性，井底不存在任何杂物；钻井液设计要满足设计要求，井眼失水量低于3mL，含砂量小于0.3%，钻井液密度要控制在衡钻井标准范围。同时，要配置适量加重钻井液，取芯前三天，要停止取芯井周围300m内的注水，直到取芯全部结束。

3.3 取芯工具下钻作业

要根据地层地质情况，尽可能选择泥岩段进行割芯，有利于穿鞋带帽操作；在钻完进尺后，要停止钻进运行，做好明显标志工作，才能缓慢提高钻具高度，保证加压接头六方滑动杆全部拉开，防止钻头离开井底。同时，要将47mm钢球投入到钻杆，每次只能投一个，投球时间控制在3min/个，投球数量累计到4只后，要让球进行自由下落，落球时要根据0.006H/min进行计算，其中H表示井深，单位用m进行表示。另外，在投球过程中要科学转动钻具，整个投球过程要听从取芯工程师进行统一指挥，相互配合进行操作，等到钢球全部达到指定位置后，再缓慢转动钻具5～10圈；在停止转动滑放钻具时，要将钻压提升到20～30t。这时，工取芯工程师要用手触摸钻具，观察指重表表动情况，当指针回到2～10t时，钻具有变化情况，表示悬挂销钉被剪断，要将钻具上升到投球中，变化方位进行两次加压操作，直到整个割芯操作流程完成。

3.4 岩芯出筒作业

在正常情况下，要求工作人员在两个小时内完成出筒操作，并实现取样操作流程，卸下岩芯爪和短节，从内筒上部取出衬筒定位挡环。同时，应用专业顶芯工具，依次将铝合金衬筒顶出，并根据要求标记记号，严格遵循地质取样要求进行保存、切割、冷冻等操作。在出筒时，必须要求地质人员、工程人员在施工现场，双方相互密切配合，严格遵循行业标准，避免岩芯质量受到各种因素影响，如水、钻井液、其他物质等因素影响。石油作为现代最常见的能源储备，其所处环境过于恶劣，形成周期较长，积极引进先进的钻井工艺，以提高日常钻井效果，以保证石油开发功能的顺利进行。在油田实际钻探中，密闭取芯钻探技术应用效果较好，是目前最先进的钻探技术。值得注意的是，为了使该技术的应用效果得到充分发挥，达到钻探的预期目的，在施工中应注意各方面的要求，严格按照行业施工标准执行。如果遇到雨雪天气，要及时采取防护措施，保证岩芯能正常出筒操作。取芯操作完成后，要用大钳紧固加压接头、取芯工具等部件，有利于工作人员进行维修和回收。

4 结束语

综上所述，密闭取芯钻井技术在油田施工中具有明显效果，但想要充分发挥该种技术的真正价值，相关作业人员要提高对其的重视程度，全面分析施工现场实际情况，管理技术应用中的安全质量问题，促进作业向规范化方向发展。通过对密闭取芯井钻探技术进行全面分析，对应用要点进行探究，对井位地质情况进行了提前勘察，发现密闭取芯井作业中存在的问题，提出了有效解决问题的措施，避免了对密闭取芯井钻探技术应用效果的影响，提高其应用效果。