渤海疏松砂巖密閉取心低收獲率應(yīng)對(duì)措施探討

和鵬飛，萬(wàn)　祥，羅　曼，王　瑞，金　琳

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452)

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渤海疏松砂巖密閉取心低收獲率應(yīng)對(duì)措施探討

和鵬飛，萬(wàn)祥，羅曼，王瑞，金琳

(中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300452)

摘要：渤海X油田東二段儲(chǔ)層巖性疏松，水侵嚴(yán)重，巖心膠結(jié)差，取心作業(yè)中易發(fā)生鉆井液沖掉巖心、堵心、磨心等問(wèn)題，從而影響收獲率。針對(duì)此問(wèn)題，以2口井為實(shí)例，對(duì)密閉取心低收獲率的現(xiàn)象及原因進(jìn)行了分析，并提出了技術(shù)改進(jìn)措施。研究顯示，5號(hào)井兩次發(fā)生堵心的井段均為含油砂巖層間較薄的不均勻泥質(zhì)夾層，當(dāng)鉆具由疏松砂巖突然鉆遇不均勻夾層時(shí)，鉆壓和鉆速會(huì)突然變化，影響巖心進(jìn)筒，刮落的外端巖心和夾層中較硬巖心極易卡住并在襯筒下端堆積，造成堵心。4號(hào)井由于巖心過(guò)于疏松膠結(jié)太差，不能保持柱狀相對(duì)上移進(jìn)入取心筒，巖心在鉆頭處堆積，造成堵心；且上部鉆具組合在大井眼中環(huán)空間隙太大，導(dǎo)致鉆具組合的剛性不足，取心工具在井底無(wú)法穩(wěn)定工作。對(duì)兩口井均提出了鉆具、轉(zhuǎn)速等方面的技術(shù)改進(jìn)措施，后續(xù)取心收獲率均達(dá)到100%。

關(guān)鍵詞：密閉取心；收獲率；疏松砂巖；渤海油田

密閉取心是獲得地層原始含油飽和度、油水動(dòng)態(tài)等數(shù)據(jù)的重要技術(shù)手段，在海上石油開(kāi)發(fā)中得到廣泛應(yīng)用[1-5]。渤海X油田開(kāi)發(fā)時(shí)間較長(zhǎng)，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中暴露出油層層間矛盾突出、注入水突進(jìn)明顯、部分區(qū)塊或井組含水較高、局部區(qū)域單井控制剩余儲(chǔ)量相對(duì)較高等問(wèn)題[6-7]。為獲得原始地層資料，檢查油田注水開(kāi)發(fā)效果、油層水洗情況，綜合分析剩余油飽和度及驅(qū)油效率的分布規(guī)律與變化規(guī)律，在5號(hào)井和4號(hào)井進(jìn)行了密閉取心作業(yè)，分別取心14筒和19筒，為油田進(jìn)一步增產(chǎn)挖潛、提高水驅(qū)油效率提供重要地質(zhì)依據(jù)。

1 概況

1.1 油田地質(zhì)

X油田鉆井揭示地層自上而下為：平原組(Qp)、明化鎮(zhèn)組(Nm)、館陶組(Ng)、東營(yíng)組(Ed)，目的層為東營(yíng)組東二下段，儲(chǔ)層物性為中高孔—高滲；巖性以褐灰色細(xì)砂巖為主，夾薄層泥巖；細(xì)砂巖成分以石英為主，次為長(zhǎng)石，部分中粒，分選中等，泥質(zhì)膠結(jié)，巖性疏松[8-9]。

1.2 取心井基本數(shù)據(jù)

取心井基本數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　取心井基本數(shù)據(jù)表

5號(hào)井和4號(hào)井設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)為：φ444.5mm井眼×410m/430m+φ311.1mm井眼×1701m/1948m。

2 密閉取心工具選擇

根據(jù)油田取心層位地層巖性特征及渤海油田疏松砂巖地層取心成熟經(jīng)驗(yàn)，兩口井均選擇勝利油田Rmb-8100型取心工具配合HSC043-8100硬質(zhì)合金切削齒鉆頭和PSC043-8100 PDC切削齒鉆頭[10-13]。

2.1 設(shè)計(jì)取心鉆具組合

φ311.1mm井眼第一筒取心鉆具組合：φ215mm 取心鉆頭+φ213.0mm取心扶正器+φ178.0mm 取心筒+φ213.0mm取心扶正器+定位接頭+加壓接頭+變扣接頭+φ203.2mm鉆鋌×1根+扶正器+φ203.2mm鉆鋌×2根+φ203.2mm隨鉆震擊器+φ127.0mm加重鉆桿×14根。

連續(xù)取心鉆具組合：φ215.0mm 取心鉆頭+φ213.0mm取心扶正器+φ178.0mm 取心筒+φ213.0mm取心扶正器+定位接頭+加壓接頭+φ165.1mm鉆鋌×9根+φ165.1mm隨鉆震擊器+φ127.0mm加重鉆桿×14根。

2.2 推薦取心參數(shù)

推薦取心參數(shù)如表2所示。

表2　推薦取心參數(shù)表

3 難點(diǎn)分析

5號(hào)井和4號(hào)井的取心層位均埋藏較淺，地層壓實(shí)強(qiáng)度較低，砂巖膠結(jié)疏松。取心過(guò)程中易發(fā)生掉巖心、堵心、磨心等問(wèn)題，且發(fā)生上述現(xiàn)象后地面判斷較為困難，影響收獲率、密閉率。5號(hào)井在第4筒和第6筒(均為對(duì)應(yīng)層位連續(xù)取心第二筒)取心鉆進(jìn)期間均出現(xiàn)堵心現(xiàn)象，巖心收獲率僅為52.84%和50%；4號(hào)井在第3筒(連續(xù)取心第二筒)和第4筒(連續(xù)取心第三筒)作業(yè)中出現(xiàn)堵心現(xiàn)象，巖心收獲率分別為31.93%和48.75%。

3.15號(hào)井低收獲率

3.1.1 現(xiàn)象描述

5號(hào)井第4筒出心后，發(fā)現(xiàn)襯筒上移，且上部空的襯筒內(nèi)有20L左右的密閉液呈被壓縮狀態(tài)；第6筒筒心出井后，觀察襯筒未出現(xiàn)明顯上移，然而襯筒內(nèi)噴出密閉液30L左右，鉆頭腔和巖心爪處堵塞的巖心與第4筒筒心堵心的巖性基本一致。

3.1.2 分析

第4筒取心鉆進(jìn)至1401.88m時(shí)鉆遇不均勻夾層，由于本井段井斜達(dá)24°，部分剝落的外圍較硬泥質(zhì)巖心在襯筒下端面堆積，造成卡心，且逐漸將襯筒推向內(nèi)筒密封面(安裝時(shí)襯筒上端距離密封面約3cm)，導(dǎo)致密閉液無(wú)法進(jìn)入襯筒與內(nèi)筒環(huán)空下行，其體積逐漸壓縮至一定程度后，致使襯筒內(nèi)密封活塞無(wú)法上行，巖心無(wú)法進(jìn)入襯筒，造成堵心。

第6筒取心鉆進(jìn)至約1426.8m時(shí)，上部疏松砂巖進(jìn)筒后鉆遇不均勻夾層發(fā)生卡心，由于本筒取心機(jī)械鉆速較快，泥巖在鉆頭腔內(nèi)快速堆積，堵塞密閉液下行通道，造成堵心。

兩次發(fā)生堵心的井段均為含油砂巖層間較薄的不均勻泥質(zhì)夾層。通常軟地層密閉取心在直井或者小井斜井中應(yīng)用較多，而該井井斜約為24°，當(dāng)鉆具由疏松砂巖突然鉆遇不均勻夾層時(shí)，鉆壓和鉆速會(huì)突然變化，影響巖心進(jìn)筒，刮落的外端巖心和夾層中較硬巖心極易卡住，并在襯筒下端堆積，堵塞密閉液循環(huán)通道，造成堵心。

3.24號(hào)井低收獲率

3.2.1 現(xiàn)象描述

4號(hào)井第3筒筒心取心進(jìn)尺2m后，扭矩開(kāi)始波動(dòng)9～12kN·m，機(jī)械鉆速明顯變快，0.5m鉆進(jìn)取心用時(shí)小于1min，為防止沖蝕掉心，及時(shí)將排量降低至400L/min。割心顯示8t，下壓30t三次保證巖心爪收縮。出井顯示巖心爪收縮正常，鉆頭位置沒(méi)有密閉液往下流，但內(nèi)筒內(nèi)部?jī)H有2.65m巖心，其他均為密閉液。巖心多為細(xì)砂巖，部分含泥質(zhì)。

第4筒筒心取心進(jìn)尺3.5m后，機(jī)械鉆速明顯變慢，扭矩減小至10～12kN·m，分析發(fā)生堵心，割心起鉆。

出心情況：巖心爪未收縮，堵心現(xiàn)象明顯，內(nèi)筒內(nèi)部?jī)H有1.95m巖心，其他均為密閉液。

3.2.2 分析

取心過(guò)程中發(fā)生堵心后，取心鉆頭在平磨的情況下能夠達(dá)到20～30m/h的速度，而且出井取心筒底部巖心爪處的巖心極其疏松，稍有晃動(dòng)即有松散巖心掉落，充分說(shuō)明所取井段巖性膠結(jié)較差極為疏松。由于所取巖心過(guò)于疏松，內(nèi)部無(wú)膠結(jié)結(jié)構(gòu)力，取心鉆進(jìn)時(shí)巖心柱無(wú)法成型沿著取心內(nèi)筒上移，在鉆頭處堆積較多后因鉆壓壓實(shí)而造成堵心。

此外，造成此問(wèn)題的另一個(gè)可能因素為鉆具組合不合理，雖然165.1mm鉆鋌在小井眼中能夠起到穩(wěn)定取心鉆頭及取心工具的作用，但上部鉆具組合在大井眼中環(huán)空間隙太大，導(dǎo)致鉆具組合的剛性不足，取心工具在井底無(wú)法穩(wěn)定工作。

4 技術(shù)措施改進(jìn)與應(yīng)用效果

4.15號(hào)井技術(shù)改進(jìn)措施與應(yīng)用效果

(1) 現(xiàn)場(chǎng)組裝取心工具時(shí)，對(duì)所有襯筒端面直徑、壁厚和長(zhǎng)度進(jìn)行精確復(fù)測(cè)，確保襯筒(鋁合金襯筒組合自下而上為4m+4m+1m+0.7m)之間無(wú)縫連接，密封活塞能自由通過(guò)。

(2) 為防止襯筒上移后堵塞襯筒與內(nèi)筒環(huán)空之間的密閉液流通通道，后續(xù)取心作業(yè)時(shí)，在所有0.7m短襯筒最上端面10～20cm處不均勻打孔并打磨光滑，提供額外密閉液流出通道。

(3) 由于地質(zhì)工程角度無(wú)法精準(zhǔn)預(yù)測(cè)含油砂層內(nèi)夾層的具體厚度及巖性情況，取心鉆進(jìn)期間控制鉆壓為5～6t，當(dāng)鉆遇夾層時(shí)，保持鉆壓穩(wěn)定，使巖心能穩(wěn)定塑型并順利進(jìn)筒，避免出現(xiàn)卡心情況。

(4) 最終第7筒至第14筒取心均獲得100%收獲率。

4.24號(hào)井技術(shù)改進(jìn)措施與應(yīng)用效果

(2) 取心參數(shù)采取小排量(300～400L/min)、小鉆壓(不放空的情況下盡量小)、低轉(zhuǎn)速(40～50r/min)，發(fā)現(xiàn)井下異常后及時(shí)、果斷割心起鉆，不片面追求單筒進(jìn)尺。

(3) 最終第5筒至第18筒取心均達(dá)到100%收獲率。

5 結(jié)論

(1)選用的Rmb-8100型取心工具采用機(jī)械加壓收縮巖心爪結(jié)構(gòu)，適用于X油田東二段油層的取心作業(yè)。

(2)X油田東二段細(xì)砂巖、粉砂巖非常疏松，且歷經(jīng)長(zhǎng)年注水、注聚合物開(kāi)采，地層水侵嚴(yán)重，巖心膠結(jié)差甚至不膠結(jié)。為保證取心收獲率，在對(duì)水侵嚴(yán)重地層進(jìn)行取心作業(yè)，特別是密閉取心作業(yè)時(shí)，取心進(jìn)尺盡量不要超過(guò)3m。機(jī)械鉆速在20m/h以上的地層也應(yīng)采取快速鉆進(jìn)3m即割心的方式。

(3)研究區(qū)東二段油層泥質(zhì)夾層厚度一般在2m以內(nèi)，鉆遇機(jī)械鉆速極慢地層時(shí)，如果后面能夠變快，說(shuō)明沒(méi)有造成堵心，可以繼續(xù)取心鉆進(jìn)；若鉆遇機(jī)械轉(zhuǎn)速慢的地層超過(guò)2m后鉆速仍未變快，應(yīng)及時(shí)割心起鉆。

(4)在φ311.1mm井眼使用φ215.0mm取心鉆頭進(jìn)行取心作業(yè)，尤其是在定向井取心作業(yè)時(shí)，應(yīng)在鉆鋌上增加一次取心扶正器，以保證取心工具工作的穩(wěn)定性。

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Countermeasures for Low Harvest Rate of Sealed Coring of Loose Sandstone Reservoir in Bohai Oilfield

He Pengfei, Wan Xiang, Luo Man，Wang Rui,Jin Lin

(CNOOCEnerTech-Drilling&ProductionCo.,Tianjin300452,China)

Abstract:Reservoir in the second member of Dongying Formation in Bohai X Oilfield features in loose lithology, severe water invasion, and poor core cement, so the core is easily washed away, plugged, or worn by drilling fluid during coring operation. As a result, the harvest rate is affected. To solve this problem, we took two wells as an example, analyzed the phenomenon of low harvest rate of sealed coring and its cause, and proposed countermeasures. Study indicated that the intervals of Well No.5 occurring core plugging twice were inhomogeneous interlayers that were thin among oil-bearing sandstone layers. When drilling tools encountered inhomogeneous interlayers, drilling pressure and drilling rate would change abruptly, affecting core into the tube. And the scraped external core and the harder core in interlayers easily got stuck and accumulated at bottom of liner, and thus resulted in core plugging. The loose core in Well No.4 was difficult to prop the upper core up and accumulated at the drilling bit, leading to “core plugging”. Moreover, the upper drilling assemblage had too large annular clearance, as a result, the drilling assemblage lacked of hardness. So coring tools could not work steadily at the bottom of the well. We put forward improvement actions for the two wells in terms of drilling tools and rotational speed, and the follow-up coring harvest rate reached 100%.

Key words:Sealed coring; harvest rate; loose reservoir; Bohai Oilfield

第一作者簡(jiǎn)介：和鵬飛(1987年生)，男，工程師，主要從事海洋石油鉆完井技術(shù)監(jiān)督工作。郵箱：hepf@cnooc.com.cn。

中圖分類號(hào)：TE242

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A