破碎地層取心的認(rèn)識及建議

李志兵 黃志安

摘要：破碎地層取心，受巖石性質(zhì)及工具穩(wěn)定性的雙重影響，極易出現(xiàn)嚴(yán)重的堵心、卡心，如果未及時(shí)發(fā)現(xiàn)或發(fā)現(xiàn)后未及時(shí)起鉆，不可避免的會導(dǎo)致磨心，降低取心收獲率。文中通過分析在金竹1井破碎地層取心出現(xiàn)堵心、掉心的原因，并結(jié)合鉆井參數(shù)的變化特點(diǎn)，總結(jié)形成了一套適應(yīng)性破碎地層取心，并提高取心收獲率的技術(shù)。在下?lián)P子區(qū)亳參1井破碎地層取心應(yīng)用，取得了較好效果。

關(guān)鍵詞：破碎地層;堵心;卡心;取心參數(shù);收獲率

鉆井取心是獲得地層原始標(biāo)本的唯一途徑，是了解地層巖性和儲層特性資料的最直接最可靠的手段，因此鉆井中將取心收獲率的高低作為評價(jià)取心效果的唯一標(biāo)準(zhǔn)。破碎地層取心，受巖石性質(zhì)及工具穩(wěn)定性的雙重影響，極易出現(xiàn)嚴(yán)重的堵心與卡心，如果未及時(shí)發(fā)現(xiàn)或發(fā)現(xiàn)未及時(shí)處理，不可避免的會導(dǎo)致磨心及堵心，降低取心收獲率。

1 破碎地層取心難點(diǎn)

破碎地層一般表現(xiàn)為縱向裂縫性發(fā)育并為方解石填充，地層傾角大，易破碎，受地層巖性、地層傾角以及構(gòu)造地應(yīng)力對地層的擠壓作用等因素影響造成取心率偏低和阻卡復(fù)雜頻繁。破碎地層取心存在以下難點(diǎn)：

（1）地層破碎，不能持續(xù)進(jìn)入內(nèi)筒造成堵心、磨心。

（2）高鉆壓易導(dǎo)致取心筒彎曲，取心筒彎曲后，將導(dǎo)致巖心柱的彎曲，扭曲的巖心將使得巖心入筒困難并易堵心。高轉(zhuǎn)速導(dǎo)致鉆具擺動大，鉆頭運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，巖心難以成柱，造成進(jìn)心困難。

（3）破碎巖心易卡于巖心爪處，堵塞進(jìn)心通道，易造成堵心甚至磨心。割心時(shí)破碎巖心不易抓住，造成掉心，漏心。

（4）破碎地層增加判斷難度，如未及時(shí)割心易造成堵心磨心。

（5）破碎地層一般表現(xiàn)為地層應(yīng)力大，取心鉆時(shí)慢，越慢越易造成堵心磨心。

（6）破碎地層如果鉆井液性能不匹配，破碎掉塊重復(fù)切削，致使鉆頭運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)

2 金竹1井破碎地層取心情況分析

金竹1井是滇黔北探區(qū)威信凹陷芒部背斜帶金竹林背斜南高點(diǎn)的一口探井，該井設(shè)計(jì)井深3200m，實(shí)鉆井深3139m。該井設(shè)計(jì)要求對下寒武筇竹寺組（∈1q）、上震旦統(tǒng)燈影組（Z2dn）和陡山沱組為可能含氣層段進(jìn)行取心，實(shí)鉆中取心7次，取芯進(jìn)尺20.15m，芯長15.89m，巖芯收獲率78.86%。其中第一次取心在筇竹寺組，地層相對穩(wěn)定，取心收獲率100%，其余六次取心在燈影組與陡山沱組，地層裂縫發(fā)育、破碎，導(dǎo)致取心收獲率低。

第1筒在筇竹寺組灰黑色泥巖取心，采用八刀翼取心PDC鉆頭+鋁合金內(nèi)筒+卡箍巖心爪取心工具，取心正常，收獲率100%。

第2、3和4筒在筇竹寺組碳質(zhì)頁巖地層、含云灰質(zhì)頁巖和燈影組白云巖地層取心，地層裂縫發(fā)育、破碎，取心進(jìn)尺短、收獲率低的主要原因是①取心過程中上部破碎地層的掉塊，轉(zhuǎn)盤扭矩波動變化大，造成取心鉆頭和取芯筒運(yùn)行不平穩(wěn)，進(jìn)心困難，影響了巖心判斷的難度。②卡箍巖心爪無法正常抓住破碎巖心，在技套內(nèi)起鉆鉆具碰撞加劇，致使部分巖心脫落。③取心現(xiàn)場操作不果斷，取心鉆時(shí)嚴(yán)重偏慢和井下復(fù)雜時(shí)，沒有及時(shí)割心起鉆，造成破碎巖心磨心。

針對前3筒破碎地層取心情況，優(yōu)化破碎地層取心工藝：

（1）破碎地層取心鉆頭選用高效快速鉆進(jìn)鉆頭或滿天星式取心鉆頭，提高鉆頭運(yùn)行平穩(wěn)度。

（2）在破碎地層取心采用卡板式巖心爪或復(fù)合式巖心爪。

（3）加強(qiáng)對井下的判斷，出現(xiàn)異常果斷割心起鉆，盡量避免在破碎地層中割心。

（4）破碎地層取心前嚴(yán)格按要求做好井眼準(zhǔn)備工作，保證井眼暢通、井底干凈，調(diào)整好鉆井液性能。

（5）取心過程要避免停泵、停轉(zhuǎn)盤上提鉆具，起下鉆過程中操作平穩(wěn)，減少碰撞。

（6）破碎地層取心需進(jìn)一步優(yōu)選取心鉆進(jìn)參數(shù)，如適當(dāng)降低轉(zhuǎn)速、鉆壓和排量。

第5和6筒在燈影組白云巖地層取心，地層巖性硬、脆、破碎，通過采用鋁合金內(nèi)筒+板式巖心爪取心工具，優(yōu)化取心參數(shù)，取心鉆壓不超過40KN，轉(zhuǎn)速50rpm，排量20l/s。取心過程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)盤扭矩波動增加明顯，且無進(jìn)尺，判斷發(fā)生堵心，立即割心起鉆。2筒心均取得了較好的效果，收獲率分別達(dá)到71.43%和83%。

第5筒巖心垂直和軸向裂縫極為發(fā)育，取心過程中鉆井液沖蝕和應(yīng)力釋放引起巖心破碎，造成取心過程中扭矩波動大和堵心。

由于第6筒取心室卡板式巖心爪損壞，第7筒心采用卡箍式巖心爪取心，取心進(jìn)尺3.19m，收獲率65.8%。巖心分段破碎，巖心爪內(nèi)有整塊巖心，巖心爪以下破碎心脫落，造成收獲率偏低。

3 破碎地層取心工藝應(yīng)用效果

皖亳參1井是中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源中心部署在皖北亳州地區(qū)的一口參數(shù)井，完鉆井深2848m，在二疊系上石盒子組、下石盒子組、山西組和石炭太原組連續(xù)取心230m。取心地層碳質(zhì)泥巖、煤層、火成巖發(fā)育，泥巖和砂巖均破碎，造成取心過程中堵心頻發(fā)、單趟取心進(jìn)尺短，取心趟數(shù)多。

針對皖亳參1井取心過程中地層破碎情況，優(yōu)化破碎地層取心工藝：

（1）采用雙扶取心筒，來減少底部取心工具的擺動。破碎性砂巖地層采用單筒取心工藝，同時(shí)控制取心進(jìn)尺。

（2）使用彈性較好的巖心爪，便于進(jìn)心。調(diào)整鉆頭間隙到5mm-7mm，降低在巖心爪處卡心的幾率。

（3）使用尖園進(jìn)口齒復(fù)合片取心鉆頭，提高取心機(jī)械轉(zhuǎn)速，降低堵心幾率。

（4）優(yōu)化取心參數(shù)，降低鉆壓為4KN、轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為50 rpm，減少取心筒的受壓彎曲變形，提高鉆頭工作的穩(wěn)定性，利于巖心成柱便于進(jìn)心。

皖亳參1井通過優(yōu)化取心工具與參數(shù)及操作，破碎性地層取心進(jìn)尺230m，心長227.69m，收獲率96.89%。

4 結(jié)論與建議

（1）破碎地層取心必須針對地層破碎特性，及時(shí)優(yōu)化取心工藝及參數(shù)，以提高取心收獲率。

（2）破碎地層取心使用穩(wěn)定性好的雙扶取心外筒和鋁合金內(nèi)筒，單筒取心工藝。

（3）破碎地層取心優(yōu)選尖園齒高效取心鉆頭或滿天星式鉆頭，提高取心速度。

（4）破碎地層取心應(yīng)根據(jù)井下情況，適當(dāng)降低取心鉆壓、鉆速和排量，減少因參數(shù)的影響造成堵心及磨心。

（5）加快復(fù)合式巖心爪的研制。如使用卡箍式或卡板式巖心爪，將底軸承間隙調(diào)整為小于6mm以內(nèi)。