北部灣W6井潿洲組砂巖地層取心技術(shù)研究

王宏民，侯 煉，蘇志波，張忠強(qiáng)，賈鳳龍，雷新超

（1. 中國(guó)石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，上海 200120；2. 中石化西南石油工程有限公司湖南鉆井分公司，長(zhǎng)沙 410005；3. 中國(guó)石油化工股份有限公司海洋石油工程有限公司鉆井分公司，上海 201206；4. 中國(guó)石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司工程技術(shù)管理部，上海 200120）

北部灣W6井潿洲組砂巖地層取心技術(shù)研究

王宏民1，侯 煉2，蘇志波3，張忠強(qiáng)3，賈鳳龍4，雷新超3

（1. 中國(guó)石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司石油工程技術(shù)研究院，上海 200120；2. 中石化西南石油工程有限公司湖南鉆井分公司，長(zhǎng)沙 410005；3. 中國(guó)石油化工股份有限公司海洋石油工程有限公司鉆井分公司，上海 201206；4. 中國(guó)石油化工股份有限公司上海海洋油氣分公司工程技術(shù)管理部，上海 200120）

W6井是北部灣潿西區(qū)塊的一口評(píng)價(jià)井，在W6井主要目的層潿洲組砂巖進(jìn)行取心作業(yè)。由于前兩次取心收獲率低，此文分析該井潿洲組疏松砂巖取心難點(diǎn)及原因，從而對(duì)取心工具選型、取心參數(shù)優(yōu)化、取心工藝措施等進(jìn)行研究，提出適合該地層的取心參數(shù)、配套工具和工藝措施，在后續(xù)四次取心作業(yè)中得到應(yīng)用，取心率均達(dá)98%以上，效果明顯，為同類地層取心提供有效參考和借鑒。

取心工藝；潿洲組；疏松砂巖；取心工具；收獲率

隨著北部灣潿西區(qū)塊油氣勘探取得重大突破[1]，儲(chǔ)層的油氣評(píng)價(jià)越來越被重視。W6井為此區(qū)塊一口評(píng)價(jià)井，通過取心獲取地層資料顯得尤為重要。W6井一共進(jìn)行6次取心作業(yè)，取心層位主要分布在潿洲組的砂巖地層。前兩次取心作業(yè)取心率不高，且大部分丟失巖心為砂巖，不滿足地質(zhì)和工程要求，因此對(duì)潿洲組砂巖取心參數(shù)和取心工藝技術(shù)研究提出了新的要求[2-3]。

1 潿洲組儲(chǔ)層地質(zhì)特征

W6井位于北部灣盆地潿西探區(qū)潿西南低凸起西斜坡潿11-5W構(gòu)造南塊，地層自上而下鉆遇的地層為：第四系，新近系上新統(tǒng)望樓港組，新近系中新統(tǒng)燈樓角組、角尾組、下洋組，古近系漸新統(tǒng)潿洲組，始新統(tǒng)流沙港組及古新統(tǒng)長(zhǎng)流組頂部[4]，其巖性如表1所示，儲(chǔ)層主要分布于潿洲組中下部。該區(qū)塊平均地溫梯度為3.22℃/100m，井底地層溫度約為92℃，地層壓力系數(shù)正常。

表1 W6井地層巖性表

2 W6井取心概況及技術(shù)難點(diǎn)

W6井取心均在8-1/2"井眼潿洲組地層中，取心工具到底后先大排量循環(huán)（25L/s，離井底不少于2m），并采用上下活動(dòng)鉆具以清潔取心內(nèi)筒。小排量探井底，至計(jì)算方入處有鉆壓1t，經(jīng)慢轉(zhuǎn)頂驅(qū)后，鉆壓不回，有扭矩1～ 2kN·m，確認(rèn)為真實(shí)井底，開始取心鉆進(jìn)。首先小參數(shù)樹心，后逐漸提高取心參數(shù)至正常（鉆壓2～ 8t，轉(zhuǎn)速60～ 70r/min，排量 15L/s ～ 18.1L/s），當(dāng)鉆至泥巖取心機(jī)械鉆速較慢，割心起鉆。第一次取心收獲率87%，第二次取心收獲率70.8%。

通過兩次取心情況分析，潿洲組取心技術(shù)難點(diǎn)主要是砂巖取心率較低，由取心過程及出心情況可以排除堵心導(dǎo)致磨掉巖心的可能，并且割心跡象明顯，在使用常規(guī)鉆具下至井底后沒有發(fā)現(xiàn)有留心現(xiàn)象。從所取巖心分析，丟失巖心主要是砂巖，因此收獲率低主要存在以下兩種原因：

（1）砂巖較疏松，成形性差，在沒有進(jìn)入取心筒前，部分巖心已經(jīng)散掉，并被鉆井液沖蝕掉，見圖1。

圖1 疏松砂巖出心圖

（2）丟失巖心主要在砂泥巖交界處，除了砂巖本身比較疏松外，在實(shí)際取心過程中，砂巖先進(jìn)入取心筒，泥巖后進(jìn)入取心筒并且泥巖鉆進(jìn)機(jī)械鉆速較慢，泥巖相對(duì)砂巖較為致密堅(jiān)硬，雖然理論上內(nèi)筒是不轉(zhuǎn)的，但實(shí)際上由于摩擦力的存在，內(nèi)筒存在緩慢的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而砂巖和泥巖在交界處長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦，造成部分砂巖巖心磨蝕，見圖2。

圖2 疏松砂巖在界面處磨蝕圖

3 取心工藝技術(shù)

3.1 取心鉆具組合

鉆具組合8-1/2"取心鉆頭（CQP768）+6-3/4"取心筒（JQX172-101雙筒）+6-1/2"浮閥接頭+6-1/2"鉆鋌10根+6-1/2"（震擊器+撓性接頭）+變扣接頭+5-1/2"加重鉆桿×13根+5-1/2"鉆桿。

本井選用JQX172-101取心工具，該工具外筒采用高強(qiáng)度厚壁無縫鋼管，強(qiáng)度高、剛性好，有利于提高巖心收獲率、延長(zhǎng)取心鉆頭使用壽命，內(nèi)巖心筒采用高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)合金鋼制成，主要規(guī)范見表2。

表2 取心工具規(guī)范

取心鉆頭型號(hào)為CQP768（川慶）和PMC135-8101（勝利），切削齒規(guī)格均為φ13mm，該鉆頭具有較大的切削齒，因此吃入地層更深，更易于排屑，基本滿足現(xiàn)場(chǎng)取心要求（見圖3和圖4）。若遇到更加疏松地層，建議取心工具選擇加壓式，以防止在割心時(shí)導(dǎo)致巖心脫落；取心鉆頭選擇帶水眼的，盡量減小鉆井液對(duì)巖心的沖刷，以提高收獲率。

對(duì)于Mg2+而言，Ida2-可與Mg2+形成配合物(如式(11)所示)，同時(shí)也可以與H+發(fā)生加質(zhì)子反應(yīng)，其反應(yīng)式如下：

圖3 CQP768鉆頭

圖4 PMC135-8101鉆頭

3.2 取心鉆進(jìn)參數(shù)優(yōu)選

3.2.1 鉆壓

鉆壓是影響機(jī)械鉆速的主要因素。由圖5、圖6可知，增大鉆壓，機(jī)械鉆速增加明顯，成正相關(guān)?？紤]到潿洲組砂巖較為疏松，建議采用1～ 3t的鉆壓，既能取得較好的機(jī)械鉆速，又能有效地避免機(jī)械鉆速過快而引起的“放空”現(xiàn)象。因此在疏松砂巖地層取心過程中，要及時(shí)跟緊鉆壓，不能“放空”，可以保證巖心及時(shí)順利進(jìn)入巖心筒。如果樹心時(shí)機(jī)械鉆速很快，應(yīng)盡快將鉆壓跟到正常鉆壓。對(duì)于鉆至中硬的泥巖地層，可鉆性差，機(jī)械鉆速明顯降低，可在取心時(shí)提高鉆壓，在取心筒承受范圍內(nèi)甚至超高推薦鉆壓值，滿足取心要求。

3.2.2 排量

取心過程中井眼清潔受排量、巖屑尺寸、巖屑密度、鉆井液性能、鉆具組合等因素影響，下述模型可在理論上解決井眼清潔問題，優(yōu)化取心排量[5]。

圖5 第一回次取心參數(shù)圖

圖6 第二回次取心參數(shù)圖

臨界環(huán)空返速vf：

臨界巖屑傳輸速度vt：

式中：vf為鉆井液的上返速度，m/s；vt為鉆井液的臨界巖屑傳輸速度，m/s；vs為巖屑的下滑速度，m/s；R為機(jī)械鉆速，m/h；ds，dp，dh分別為巖屑直徑、鉆桿外徑、井眼直徑，cm；ρs、ρ分別為巖屑、鉆井液的密度，g/cm3；Q為泥漿泵排量，L/s。

取心前可利用上述模型模擬出保證井眼清潔和正常攜巖的最低排量。在疏松砂巖地層取心，泵排量在滿足正常攜巖的基礎(chǔ)上務(wù)必要小，防止巖心沖蝕，從而保證取心率的提高。通過模擬計(jì)算，第一次和第二次取心采用18.05L/s和14.97L/s的排量，其值偏大，對(duì)巖心沖刷作用較大，因此后續(xù)取心作業(yè)推薦排量控制在9～10L/s，來提高疏松砂巖取心收獲率。

3.2.3 轉(zhuǎn)速

研究表明，轉(zhuǎn)速的提高對(duì)機(jī)械鉆速的提高有一定的作用，但影響較小，且當(dāng)下部受壓鉆具在轉(zhuǎn)動(dòng)條件下，穩(wěn)定性會(huì)降低。對(duì)于潿洲組的疏松砂巖地層，取心轉(zhuǎn)速相對(duì)低一些，增加下部鉆具的穩(wěn)定性，降低扭矩，降低對(duì)疏松地層和巖石易破碎地層鉆具不穩(wěn)定導(dǎo)致巖心破碎的可能，減輕取心筒震動(dòng)對(duì)巖心的影響，保證巖心收獲率。因此，應(yīng)該選用較低的轉(zhuǎn)速進(jìn)行取心鉆進(jìn)（表3）。

表3 潿洲組疏松砂巖取心參數(shù)優(yōu)化結(jié)果

3.3 取心工藝措施

（1）鉆前調(diào)整好泥漿性能，上下活動(dòng)保證井眼暢通，井底清潔無落物；

（2）檢查取心筒，調(diào)整好內(nèi)筒巖心爪與內(nèi)筒間隙，對(duì)于砂巖等松軟地層，適當(dāng)增大間隙，推薦10～15mm，對(duì)于泥巖等硬地層應(yīng)適當(dāng)減小間隙，推薦8～12mm；

（3）取心前先大排量循環(huán)，采用高轉(zhuǎn)速將內(nèi)筒甩干凈；

（4）取心前配好鉆具長(zhǎng)度，避免中途接鉆具；

（5）鉆進(jìn)過程中做到“均勻送鉆”，如需增加鉆壓，須緩慢增加，切忌“一次到位”；

（6）取心鉆進(jìn)過程中，無特殊情況，一般不停泵、不停轉(zhuǎn)，鉆頭不提離井底，當(dāng)出現(xiàn)溢流等異常情況，應(yīng)立即中止取心鉆進(jìn)；

（7）根據(jù)鉆時(shí)判斷巖性，最好選擇在泥巖段割心[6]，以實(shí)現(xiàn)油層的“穿鞋戴帽”，在割心前可適當(dāng)降低鉆壓，磨細(xì)巖心，避免割心時(shí)過提太大，方便割心。如若遇到大段砂巖地層，在滿足取心進(jìn)尺情況下，盡量選擇在機(jī)械鉆速較慢即地層膠結(jié)性較好的砂巖中割心，在割心前可適當(dāng)增大鉆壓，加粗巖心，利于巖心不易滑脫或破碎而丟失。

4 應(yīng)用效果

W6井在潿洲組進(jìn)行6次取心作業(yè)，一共進(jìn)尺46.58m，心長(zhǎng)44.33m，平均收獲率為95%（表4）。第三回次到第六回次取心在總結(jié)了前兩次取心經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了取心鉆進(jìn)參數(shù)和取心工藝措施，收獲率提高明顯，見圖6。

表4 W6井取心情況匯總

圖6 第三、四、五、六回次砂巖巖心

其中第三次取心進(jìn)尺15.36m，巖心都為砂巖，但各段的膠結(jié)性和成柱性并不相同，有些段在出筒后為一堆散沙，極為疏松，不成形，見圖7，但采用優(yōu)化后的參數(shù)和工藝措施下，仍然保證了收獲率，滿足了地質(zhì)需求。從第五回次出筒巖心分析，在砂泥巖界面處有明顯的摩擦痕跡，見圖8和圖9，這也印證了內(nèi)筒自轉(zhuǎn)引起的疏松砂巖在界面處磨蝕是第一和第二回次取心收獲率低的原因之一。

5 結(jié)論

（1）潿洲組砂巖收獲率低主要由于砂巖較疏松，成形性差，易被鉆井液沖蝕掉，砂巖和泥巖在交界處存在轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦，造成部分砂巖巖心磨蝕。

（2）模擬優(yōu)選了適合本區(qū)塊潿洲組砂巖段取心參數(shù)，鉆壓采用1～3t，轉(zhuǎn)速采用40～50r/min，排量采用 9～10L/s。

（3）評(píng)價(jià)本次取心工具能夠滿足此地層要求，提出針對(duì)更加松軟地層建議選擇壓式取心工具，以提高疏松砂巖的取心率。

圖7 疏松的巖心圖

圖8 砂泥巖接觸面

圖9 泥巖磨面圖

[1]中石化北部灣獲罕見高產(chǎn)測(cè)試油氣井[J]. 海洋石油，2016， 36（1）： 11.

[2]孔志剛， 于希. 遼河油田古潛山儲(chǔ)層鉆井取心技術(shù)[J]. 石油鉆探技術(shù)， 2014， 42（3）： 50-54.

[3]姚風(fēng)軍， 鄭惠如， 方華良. 勝利淺海中硬和硬地層取心技術(shù)分析 [J]. 海洋石油， 2001（2）： 41-43.

[4]鄭軍， 陳平， 杜學(xué)斌. 北部灣盆地西部地區(qū)潿洲組層序及沉積體系分析 [J]. 海洋石油， 2013， 33（2）： 1-7.

[5]韓正磊. 定向井取心技術(shù)淺析與應(yīng)用[J]. 西部探礦工程，2013， 25（6）： 73-75， 78.

[6]岳志鵬， 田榮， 曾俊， 等. PDC鉆井取心卡層方法探討[J]. 錄井工程，2004（4）： 30-33， 65.

Study of Coring Technology in Sandstone at Well W6, Weizhou Formation,Beibu Gulf

WANG Hongmin1, HOU Lian2, SU Zhibo3, ZHANG Zhongqiang3, JIA Fenglong4, LEI Xinchao3
（1. Offshore Petroleum Engineering Institute of SINOPEC Shanghai Offshore Oil and Gas Company, Shanghai 200120, China;2. Hunan Drilling Branch Company of SINOPEC Southwest Petroleum Engineering Co. Ltd, Changsha 410005, China;3. Drilling Company of SINOPEC Offshore Oil fi eld Services Company, Shanghai 201206, China;4. Engineering Technology Management Department of SINOPEC Shanghai Offshore Oil and Gas Company, Shanghai 200120, China）

Coring operation has been down recently in the sandstones of main objective Weizhou Formation in Well W6, an evaluation well located in Weixi block, Beibu Gulf. The coring recovery rate is low in the fi rst two coring. In this paper, the diff i culties in coring from unconsolidated sandstone in this well have been analyzed, and study has been conducted on coring tool selection, coring parameter optimization, and coring technic measures. These improvements are applied in the subsequent four operations and obvious results have been obtained, and coring recovery is over 98%. The result provides helpful reference for coring in similar formations.

Coring Technics; Weizhou Formation; unconsolidated sandstone; coring tool; rate of core recovery

TE244

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2017.03.052

1008-2336（2017）03-0052-05

2016-08-23；改回日期：2017-04-13

王宏民，男，1989年生，碩士，2014年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）油氣井工程專業(yè)，從事鉆井工藝研究、鉆井設(shè)計(jì)等。

E-mail：wanghm.shhy@sinopec.com。