官莊1井取心實踐與認識

余川東，劉純?nèi)剩ㄈA東工程有限公司六普鉆井分公司，江蘇鎮(zhèn)江 212003）

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官莊1井取心實踐與認識

余川東，劉純?nèi)?br/>（華東工程有限公司六普鉆井分公司，江蘇鎮(zhèn)江 212003）

摘 要：官莊1井是華東分公司“突破下?lián)P子”戰(zhàn)略的一口重點探井，希望通過本井的施工探索鄰近后緣凹陷構(gòu)造上古-中生代含油氣性，求取凹陷部分油氣地質(zhì)資料，帶動下?lián)P子區(qū)塊油氣勘探、開發(fā)，特設(shè)計取心5-6回次，實際取心12回次，累計進尺68.6m，取心率100%。作者針對官莊1井不同地層取心的難點問題，結(jié)合實鉆過程，從取心施工難點、取心工具選型、參數(shù)優(yōu)選、技術(shù)措施等幾方面分析，總結(jié)出了該區(qū)塊取心經(jīng)驗，以期能為該區(qū)塊后續(xù)井的施工提供有效參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：下?lián)P子區(qū)塊；取心難點；取心工具選型；取心技術(shù)措施

1 前言

取心，就是在石油鉆井工作中，利用取心工具從井底取出一定數(shù)量的巖心，利用巖心的巖性、物性、電性、礦物成分及化石等資料對地層進行對比分析。在油氣田勘探、開發(fā)各個階段，為查明儲層的性質(zhì)或從大區(qū)域的地層對比到檢查油氣田開發(fā)效果，評價和改進開發(fā)方案，任一研究步驟都離不開對巖心的觀察和研究［1］。

2 官莊1井概況

2.1 官莊1井地質(zhì)概況

句容工區(qū)地處下?lián)P子區(qū)塊南陵-句容坳陷，印支面構(gòu)造面貌清楚，總體為“兩凹夾一隆”，呈北東向展布。句容地區(qū)晚期有效烴源巖有青龍組、大隆組、龍?zhí)督M、孤峰組。其中青龍組泥灰?guī)r和龍?zhí)督M泥巖厚度較大，是主要的有效烴源巖。官莊龍?zhí)督M構(gòu)造位于句容市北部約4km，主要為一條南掉正斷層和兩條傾向相對的逆斷層控制的一個斷鼻構(gòu)造，構(gòu)造位置位于大卓-湖熟凹陷帶。至上而下地層為浦口組、葛村組、象山組、青龍組、大隆組、龍?zhí)督M、孤峰組、棲霞組、船山組、高驪山組。

葛村組泥巖易吸水膨脹造成縮徑、垮塌；青龍組灰?guī)r具微頁理，裂縫、溶洞發(fā)育；大隆組、龍?zhí)督M、孤峰組泥巖易吸水膨脹而產(chǎn)生剝落掉塊、垮塌；龍?zhí)督M粉-細砂巖易坍塌，應(yīng)提高鉆井液的抑制封堵防塌能力；棲霞組，碳酸鹽巖易漏，注意防漏。

2.2 官莊1井鉆井概況

官莊1井井型為定向井，340.15m開始定向造斜，完鉆井深2 985.46m，最大井斜25.77°，最大全角變化率7.38°/30m，井底最大位移872.9m。

3 官莊1井取心施工難點

1）本井主要目的層為龍?zhí)督M、棲霞組，兼探象山組、周沖村組、青龍組，取心地層較多，地質(zhì)條件各異，取心鉆頭選型困難。

2）孤峰組硅質(zhì)泥巖膠結(jié)疏松，成柱性差，巖心易碎，取心難度較大，易掉心甚至空心，影響錄井資料完整性。

3）頻繁起下鉆造成上部硬地層出現(xiàn)鍵槽，處理不及時易造成起鉆遇卡；青龍組灰?guī)r裂縫發(fā)育易井漏，容易產(chǎn)生井下復(fù)雜情況。

4）本井從340.15m開始定向造斜，后期基本穩(wěn)斜在23°-25°左右，斜井段內(nèi)筒由于重力作用而下垂，與外筒內(nèi)壁相接觸，取心鉆進時，內(nèi)筒易隨外筒一起旋轉(zhuǎn)，直接影響取心效果。

5）下青龍地層灰?guī)r與泥巖互層且裂縫發(fā)育含方解石，這種軟硬交錯、不均質(zhì)性地層易對取心鉆頭造成早期磨損，嚴重影響鉆頭使用壽命和取心鉆進時的穩(wěn)定性。

6）棲霞組、船山組小井眼取心，鉆具尺寸小而柔性大、井易斜而扭矩大、取心工具和鉆頭運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，取心時鉆壓較小，現(xiàn)場操作難度加大，增大取心難度，井底風(fēng)險較高。

4 官莊1井取心工具選型

4.1 取心工具

官莊1井采用川式常規(guī)取心工具，二開Φ241.3mm井段采用川8-4取心筒，三開Φ149.2mm井段采用川5-4取心筒?？傮w結(jié)構(gòu)由安全接頭、旋轉(zhuǎn)總成、內(nèi)外巖心筒、巖心爪、取心鉆頭組成。取心原理采用內(nèi)外巖心筒差動的原理，即取心鉆進時，鉆壓和扭矩通過外筒傳遞給鉆頭，切削掉周邊巖石后形成巖心，通過旋轉(zhuǎn)總成的靈活轉(zhuǎn)動，保持內(nèi)筒不旋轉(zhuǎn)，隨著進尺的增加，巖心直接進入內(nèi)筒受到保護，取心完畢，適當(dāng)上提鉆具，巖心爪相對下行抱緊巖心直至拔斷巖心，最后從巖心筒內(nèi)取出巖心。川8-4、川5-4外筒采用高強度厚壁無縫鋼管制作，強度高、穩(wěn)定性好、有利于提高巖心收獲率，延長取心鉆頭使用壽命。

4.2 取心鉆頭

針對上部地層取心次數(shù)較多，地質(zhì)條件不一，優(yōu)選了地層適應(yīng)性較廣的川克GC315取心鉆頭，該鉆頭冠部弧形設(shè)計，刀翼式布齒，內(nèi)外天然金剛石保徑，水道設(shè)置在內(nèi)保徑處，使保徑齒得到充分冷卻，延長了鉆頭使用壽命。

針對下部較破碎的硅質(zhì)泥巖，優(yōu)選了川慶CQB708取心鉆頭，該鉆頭脊鑲式布齒，天然金剛石內(nèi)外保徑齒布置，減少了對巖心的沖蝕作用，有利于保持巖心的完整，該鉆頭工作平穩(wěn)，鉆速均勻。

下部Φ149.2mm井段使用川慶CQB606取心鉆頭，見圖1，金剛石顆粒采用三角聚晶和圓柱聚晶，在取心過程中，針對該段灰?guī)r，鉆時較高，三角聚晶崩齒較多，取心鉆頭磨損較嚴重，該層位取心作業(yè)仍要繼續(xù)優(yōu)選取心鉆頭。

圖1 CQB606取心鉆頭

4.3 出心工具

目前出心主要以機械敲擊為主，盡量敲擊內(nèi)筒下部加厚部位，避免內(nèi)筒變形，影響下次取心作業(yè)。使用好配套出心工具（一端固定在內(nèi)筒上，另一端夾住巖心，通過操作手柄，可使巖心下滑并夾住巖心），能有效避免巖心由于重力作用而下滑傷人，或大段巖心滑出內(nèi)筒導(dǎo)致出心順序錯亂，保證了資料的準(zhǔn)確性。

5 官莊1井鉆井取心技術(shù)措施

5.1 取心下鉆前的井眼準(zhǔn)備工作

為保證井眼的穩(wěn)定和暢通，保證起下鉆暢通無阻，因此，在鉆進過程中做到以下幾點：

（1）針對上部硬地層由于頻繁起下鉆易形成鍵槽，對有顯示井段及時進行劃眼破壞鍵槽，直到井眼通暢，滿足取心要求；

（2）處理好井內(nèi)泥漿，使泥漿性能穩(wěn)定、具有良好的攜砂懸砂性能，滿足取心要求；

（3）檢查好機械設(shè)備及鉆具，保證在取心鉆進中地面設(shè)備與鉆具不發(fā)生問題；

（4）對送井取心工具應(yīng)按要求進行全面檢查，內(nèi)外筒不彎曲、變形，無傷痕、裂紋，內(nèi)筒干凈，每口井必須配備足夠的易損附件；

（5）檢查好指重表及其他資料記錄儀表，直至各儀表準(zhǔn)確、靈活可靠為止。

5.2 起下鉆操作

（1）起下鉆操作要求平穩(wěn)，不得猛頓、猛剎，不能長時間或長井段劃眼。

（2）下完鉆，慢慢開泵和啟動轉(zhuǎn)盤，先以大排量循環(huán)鉆井液，清潔井底，再按要求校正排量、轉(zhuǎn)速、指重表，然后投球，開泵送球到位。

（3）防止掉心，割心后立即起鉆，割心后不要過多循環(huán)，平穩(wěn)起鉆，嚴禁轉(zhuǎn)盤卸扣。

5.3 鉆井液準(zhǔn)備

鉆井液性能必須適應(yīng)取心工具要求，且性能穩(wěn)定，小井眼取心難度大，加強鉆井液管理尤為重要。在取心過程中主要考慮鉆井液摩阻系數(shù)、切力、含砂量三個指標(biāo)及井眼通暢。

象山組、大隆組、青龍組、龍?zhí)督M、孤峰組控制性能粘度41～45s，含砂小于0.2，動切力6-7，初終比3-5/8-12，摩阻系數(shù)小于0.09；

棲霞組控制性能粘度36-38s，含砂小于0.2，動切力6-9，初終比5-8/9-12，摩阻系數(shù)小于0.08。

5.4 取心鉆具組合及參數(shù)

取心鉆進是環(huán)形破巖，鉆頭承壓面較小，外筒管璧相對較薄。為了保護好巖心，提高收獲率，鉆壓、轉(zhuǎn)速、排量均要比全面鉆進用鉆頭小些，鉆具組合要求盡量簡單。

鉆具組合及參數(shù)：

（1）Φ215.9取心鉆頭0.39m+川8-4筒+Φ127加重鉆桿*20 根+Φ127鉆桿，轉(zhuǎn)速45-50r/min，排量28-30L/s，鉆壓5-6T；

（2）Φ149.2取心鉆頭0.25m+川5-4筒+Φ88.9加重鉆桿*15 根+Φ88.9鉆桿，轉(zhuǎn)速45-50r/min，排量11-13L/s，鉆壓3T。

5.5 重難點地層取心技術(shù)措施

5.5.1 孤峰組破碎地層-

針對孤峰組破碎硅質(zhì)泥巖地層，膠結(jié)程度差，取出巖心見圖2，選用CBQ708取心鉆頭，該鉆頭工作平穩(wěn)，切削元件對稱分布，耐磨性一直；并配合卡箍式及卡板式的復(fù)合式巖心爪，入井前將鉆頭底面與巖心抓的距離調(diào)節(jié)相對較短，有利于引心。

取心過程中，為了防止沖壞巖心，適當(dāng)降低排量至28 L/s，鉆壓4-5T；降低轉(zhuǎn)速至45r/min，增加下部鉆具的穩(wěn)定性，避免鉆具不穩(wěn)定導(dǎo)致巖心破碎，使巖心進筒阻力增大；嚴把操作關(guān)，勤點少送，送鉆均勻。

割心時，針對該破碎型地層，提前0.5米增大鉆壓2T，并適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速使巖心變粗，有利于巖心爪卡牢巖心。

圖2 孤峰組取出巖心

5.1.2 斜井段取心

斜井段鉆柱由于重力作用貼近井壁低邊，鉆柱軸線偏離井眼軸線，鉆柱轉(zhuǎn)動必然產(chǎn)生離心力，且離心力大小正比于鉆具質(zhì)量、轉(zhuǎn)速的平方和偏心度，從而使下部鉆具彎曲，且這一離心力是促進鉆柱渦動的主要原因；其次轉(zhuǎn)速的增加，鉆柱的軸向載荷變化幅度加大，從而使鉆柱軸向振動加強，降低鉆具穩(wěn)定性等［2］。

因此，定向井取心轉(zhuǎn)速應(yīng)相對低一些，增加下部鉆具的穩(wěn)定性，降低扭矩；同時大大降低了對在巖石易破碎地層進行取心作業(yè)時，鉆具不穩(wěn)定導(dǎo)致巖心破碎，使巖心進筒阻力增大，最后導(dǎo)致卡心或堵心的可能性。因此，選用低轉(zhuǎn)速進行取心鉆進是非常有必要的。官莊1井在斜井段轉(zhuǎn)速為50r/min，孤峰組破碎地層降至45r/min，取得了不錯的效果，未出現(xiàn)卡心等復(fù)雜情況。

5.1.3 棲霞組小井眼地層

官莊1井小井眼取心多分布在二迭系棲霞組，巖性以灰?guī)r為主，裂縫發(fā)育，巖性較硬，另外Φ149.2mm井眼采用88.9mm鉆具，鉆具抗彎性差，在自重狀態(tài)下，鉆具本身就容易發(fā)生彎曲，易造成取心工具在井下旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生失穩(wěn)；同時巖性直徑細，一般為66mm左右，抵抗側(cè)向力能力差，當(dāng)鉆具彎曲旋轉(zhuǎn)時，取心工具在井下的失穩(wěn)很容易使巖性折斷，引起堵心和卡心，進而取心難度較大。

考慮到鉆具抗彎性差，因此在井下安全允許的條件下，多下幾柱加重鉆桿，或考慮下入鉆鋌，以增加工具的穩(wěn)定性。同時取心軸向間隙調(diào)節(jié)要適量，間隙過小，加上鉆壓后，內(nèi)筒與鉆頭接觸可能使內(nèi)筒隨外筒一起旋轉(zhuǎn)，有可能造成巖心折斷，引起堵心，從而影響了取心進尺；間隙過大，影響造心和進心及工具使用壽命。

參數(shù)制定采用小鉆壓、低鉆速、小排量組合，考慮到要保持鉆進中排量穩(wěn)定且鉆頭的冷卻及排砂量，因此排量定在12L/s；造心鉆壓采用0.5T，確保造心成功。鉆進鉆壓采用3T，45-50r/min的低轉(zhuǎn)速鉆進，以保證鉆具在井下的穩(wěn)定性。同時利用綜合錄井儀記錄的各參數(shù)及其變化曲線，及時判斷井下情況以采取相應(yīng)措施，對于小井眼取心，靠鉆臺上的儀表觀察扭矩、泵壓的變化比較困難，而借助錄井儀的變化曲線，則可形象的進行判斷。

5.6 取心效果分析

官莊1井取心作業(yè)從892.8m象山組開始，Φ241.3mm井段取心9回次，Φ149.2mm井段取心3回次，共計取心12回次，累計進尺68.6m，取心率均為100%，創(chuàng)下該區(qū)塊取心歷史最好指標(biāo)。取心數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表1：

6 結(jié)論與認識

1）針對不同地層合理進行鉆頭選型、優(yōu)化鉆進參數(shù)配置極為重要。

2）適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速是十分有必要的，保證下部鉆具的穩(wěn)定性，利于巖心均勻井筒，降低堵心的可能性。

3）從取心操作上，必須嚴格執(zhí)行操作規(guī)程。在樹心、割心等重要環(huán)節(jié)重點把關(guān)，采用合理工藝措施，取心鉆進及時根據(jù)情況調(diào)整鉆進參數(shù)，注意鉆進參數(shù)變化，判斷好卡心、堵心等情況并及時采取相應(yīng)措施處理，確保巖心收獲率。

4）硬碎地層于樹心前處理掉井底碎塊對提高收獲率及進尺特別有利。

表1 取心數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

參考文獻

［1］ 韓正磊.定向井取心技術(shù)淺析與應(yīng)用.西部探礦工程，2013，（6）：75.

Guanzhuang 1 well coring Practice and Theory

Yu Chuan-Dong，Liu Chun-ren

Abstract：Guanzhuang 1 well is an exploration well focused strategy “under the Yangtze breakthrough” East China branch，hopes construction of the exploration wells adjacent to the rear edge of the ancient valley formations-the Mesozoic hydrocarbon potential strike a recessed portion of oil and gas geological data，driven by Yangzi block oil and gas exploration，development，special design coring back 5-6 times，12 times the actual coring，the cumulative footage 68.6m，take heart rate of 100%.Difficulties for Guanzhuang OF WELL different strata coring，combined with the actual drilling process，from construction difficulties coring，coring tool selection，parameter optimization，technical measures and other aspects of analysis，summed up the experience of the block coring，in order to provide an effective reference for subsequent blocks for the construction of wells.

Key words：lower Yangtze block；Coring difficulties；Coring tool selection；Coring technology measures

中圖分類號：TE244

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1003–6490（2016）02–0025–03

收稿日期：2016–02–10

作者簡介：余川東（1989—），男，四川南充人，助理工程師，主要從事石油鉆井工作。