渤海X油田疏松砂岩密闭取心常见问题及应对措施

杨洋 罗鹏 苑仁国 王建立 冯恩龙 姚一冰

1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300452

2.中海石油（中国）有限公司天津分公司 天津 300459

以渤海X油田为代表的开发较早的油田已进入“双高”阶段，其中渤海X油田综合含水率87.1%，水淹问题突出，主力层内部剩余油分布明显不均。密闭取心资料作为一项重要的地质资料对科学有效评价水淹层，提高剩余油分布认识，实现稳油控水目标具有重要作用。通过对渤海X油田疏松砂岩密闭取心井分析，重点对出现的卡层不准、收获率低、密闭率低等三方面问题总结，将相关举措应用到渤海X油田F井密闭取心作业中，取得理想成效。

1 概况

渤海X油田目的层主要为东二段（E3d2）砂岩储层，分为东二上段（E3d2u）和东二下段（E3d2l），东二上段相对埋藏浅。本次分析的常见问题和解决措施以胜利密闭取心工具YLRmb-8100为例[1]，如图1，其采用机械加压方式割心。密闭取心区别于常规取心的最大特征在于通过密闭取心工具和密闭液使岩心基本不受水基钻井液的侵入和污染，能够最大程度获得原始油层含油饱和度、孔隙度和渗透率等重要地质资料。

图1 YLRmb-8100取心工具结构

2 密闭取心常见问题

围绕着密闭取心录井的“取全取准”原则，常出现问题：（1）卡层不准，层位判断错误。（2）岩心收获率低，岩心没有进筒或进筒割心后没有被全部带上来，甚至出现空筒。（3）密闭率低，岩心受到污染，影响实验分析和结果等。

2.1 取心卡层

卡准取心层位是密闭取心“取准”工作的前提，岩心带上层顶泥岩俗称“戴帽”，一般钻到取心砂体底部泥岩确保钻穿目的层，俗称“穿鞋”。按照卡层是否“戴帽”分为两种卡层模式。

（1）“穿鞋戴帽”卡层模式

“穿鞋戴帽”能保留取心层顶部砂体，有助于研究储层纵向上的变化；同时取心带一点泥岩帽子更容易树心。渤海X油田为三角洲前缘亚相沉积，储层纵向变化快，不确定性大，油组内小层划分多，不易区分，给“戴帽”带来较大风险。

“穿鞋戴帽”需要实时地层对比，精准预测，在层顶1～2m处定深取心。若小层砂体较薄，进层2m易将砂体打穿，此时优选“穿鞋戴帽”模式。若层位加深，泥岩帽子太厚则取心钻速较慢影响作业时效，同时砂岩不易进筒在钻头处磨碎，影响收获率。

（2）“穿鞋不戴帽”卡层模式

“穿鞋不戴帽”是常用的卡层模式，一般进层1～2m循环，确定取心层位取心。

①轨迹优化：密闭取心井多为定向井，距层顶50～90m要稳斜旋转钻进，便于记录砂泥岩参数变化规律。渤海X油田某井卡层过程滑动和旋转钻进频繁转换，砂泥岩参数变化无规律可循，没有及时找好循环点，错过取心层位造成取心失利。②校正深度：丈量好钻具，取心前100m投电石或标志层对比保证迟到深度准确。③对比曲线选择：由于地层不同程度水淹，电阻率曲线参考程度低，使用伽马曲线对比相对更准确。④及时循环：采取“层层对比，逐渐逼近，实时更新预测深度”策略，在钻时、钻压及扭矩等参数明显变化时及时停钻循环，判断是否为取心层位。

2.2 岩心收获率

近些年渤海X油田密闭取心井平均岩心收获率90%以上，个别井收获率较低。收获率低的井主要分两种：岩心未进筒或刚进筒时被冲散，在钻头处磨碎跟随钻井液返出到井口；岩心进筒发生堵心或割心时岩心爪未收全[2]。

（1）岩心未进筒

①地层原因，疏松砂岩埋藏浅，松散，胶结及成岩性差，易冲蚀。②参数原因，疏松砂岩在大排量下极易被冲刷掉；钻速较快时，钻压跟不上，钻具横向或者纵向震动，脆弱的疏松砂岩岩心柱很容易被钻头打碎。此外还有种特殊情况，渤海X油田某井密封活塞销钉未剪断，岩心无法进筒，钻进参数正常，疏松砂岩被冲蚀磨尽。

正常树心进筒小钻压低转速，减小钻柱振动，修整岩心头。疏松砂岩则一开始就需加至接近正常钻压，防止钻具“放空”。树心后，逐渐加钻压、小排量钻进。控制钻速10～15m/h，不宜过快以免堵心，无论钻压大小一定要跟紧钻压。

（2）岩心进筒

堵心有多种原因：①疏松砂岩进筒后，抗压强度低，钻速快，松散岩心在钻头、衬筒内散落堆积堵心，同时上部密闭液无法流出造成憋压。砂岩在钻头处遇较大阻力，钻速明显变慢，在钻头处磨碎[3]。②地层纵向非均质性强，泥岩夹层多。钻遇砂岩中间泥岩夹层时会出现钻速突然变慢甚至无进尺的堵心现象；钻穿泥岩夹层重新进入砂岩时又会出现钻速变快，扭矩明显变大，砂岩快速进筒造成堵心。③井底沉砂：井底未处理干净，大的掉块未携带出来，进入衬筒顶部造成堵心，导致下部疏松砂岩磨心无法进筒或进筒困难造成丢心。渤海X油田某井顶部掉块造成堵心，收获率只有51.88%。此外含砾砂岩或砂砾岩地层砾石大小及分布不均，软中带硬，胶结松散，也极易造成堵心、卡心，在此不做详细分析。

针对以上堵心问题，卡准层后，通井以“保护井底岩心且井底无沉砂”为原则，下放距井底1m左右小排量循环，随后提离井底4～5m提排量循环，防止冲蚀冲散底部疏松砂岩；多筒连续取心，每连续取心3筒进行通井作业。取心作业时采用小排量（400～600L/min），尽量减小对岩心的冲刷；精细操作刹把，保证送钻均匀、跟压及时、防止钻头放空。取心前根据邻井各小层厚度结合本井轨迹做取心预测岩性剖面图，提供准确的地层预告。合理选择割心位置和时机，加强判断，钻到泥岩夹层适当调整参数。取心钻进过程中，所有钻井参数（钻时、钻压、扭矩、泵压等）明显波动或者异常，判断为“堵心”立即割心，疑似“堵心”或不明原因割心起钻。灵活调整控制单筒取心进尺，没有把握的进尺绝不多打。

从近几年取心井来看，岩心爪未收全一是打压速度较快，内筒行程不足；二是岩心爪下行推力不够，正常内筒压力不满足岩心爪收缩需求。

针对内筒行程和压力不足，可以增加泄压盘螺钉，提高泄压时的压力，增加割心时对内筒的推力。同时，采用12MPa→14MPa→16MPa→18MPa分段憋压稳压2min，再次憋压到19MPa泄压，增加内筒下行时间。

2.3 密闭率

密闭率通过密闭取心工具和覆盖在岩心表面的密闭液来实现。密闭液能在岩心表面形成一层保护膜堵塞岩心表面孔隙，阻止钻井液自由水的进入。

卡层时要控制好钻井液性能，减少对岩心污染。取心下钻过程要平稳，严禁猛刹、猛顿、猛放，遇阻不得超过4t，不得用取心钻头划眼强下，这些很容易在钻压作用下剪断密封活塞销钉，造成密闭液提前释放。遇阻立即上提，通过一定排量循环冲刷，缓慢旋转通过。到井底剪断销钉后，静待1分钟，让密闭液充分流出到钻头和井底，有效提高对岩心的保护。无特殊情况，不停泵、不停转，钻头不提离井底，始终使井底和进入衬筒的岩心表面环境被密闭液所包围。

此外，提高岩心整理效率，减少岩心暴露的时间。提前搭建防雨工棚，避免雨雪造成岩心污染。冰柜提前通电制冷，及时冷冻岩心。第一时间把冰柜返回基地，确保岩心一直处于冷冻状态，抵达岩心库马上进行各项研究。

3 实际应用

渤海X油田F井设计东二上段Ⅱ油组3、4、5小层以及Ⅲ油组1小层连续密闭取心作业，井眼Φ311.15mm，取心钻头Φ215.90mm，取心井段井斜55°。层位埋藏较浅，垂深1200m左右，细砂岩，相对疏松。

综合分析取心层顶Ⅱ油组3小层砂体较厚，已钻井设计和实钻深度误差较大，“穿鞋戴帽”模式风险大，决定选择“穿鞋不戴帽”。原设计滑动和旋转钻进频繁，砂泥岩参数不易区分。通过优化轨迹在取心层之上60m稳钻压4～5t旋转钻进，确定泥岩30m/h左右、砂岩50～60m/h的钻速规律。采用“层层对比，逐渐逼近，实时更新预测深度”策略，钻进至1768～1770m钻速明显加快，停钻循环，确认钻达取心层位。

取心钻进3～4t钻压，钻遇泥岩或致密粉砂岩后适当加钻压至5～6t，小排量400L/min，转速53rpm。第一桶心钻进5.70m左右无进尺，加钻压后无变化，扭矩降低，根据预测剖面判断Ⅱ油组3小层已钻穿遇泥岩堵心，及时割心起钻。底部泥岩，疏松砂岩在衬筒内挤压膨胀堵心。第八筒钻进1m左右钻速由13m/h变为1～2m/h，为排除泥岩夹层，加钻压后钻速10m/h，继续取心2m；后又明显变慢，怀疑发生堵心，及时割心起钻，砂岩在钻头处堵心。本次取心取全取准各油组，共取心10筒，总进尺84.26m，岩心收获率100%，密闭率100%，如图2。

图2 渤海X油田F井密闭取心综合分析结果

4 结束语

1）充分分析区域特征及邻井资料（尤其区域取心井），了解储层岩性特征，优选卡层模式和取心工具等是密闭取心工作的重要基础。

2）卡层时优化轨迹，保证迟到深度准确，“层层对比，逐渐逼近，实时更新预测深度”，找准参数变化特征及时循环。

3）收获率是作业中的难点，不同的地层采取不同的策略和参数，尤其是堵心等异常情况的判断和割心时机的选择十分关键。保证岩心“进的去，割的准，收的全”。判断堵心立即割心，疑似堵心割心起钻检查。

4）要坚持密闭液始终保护岩心免受泥浆侵染这一原则，通过取心工具和密闭液配合、出心的及时和后期保护来实现。

5）疏松砂岩的密闭取心始终是一个难点，围绕岩心收获率和密闭率，要不断优化和改进取心工具、取心方案方法等，形成一套有效的密闭取心工艺技术。