密闭取芯技术探讨

江 岩

（上海海洋石油局钻井分公司勘探六号，上海200120）

密闭取芯技术探讨

江 岩*

（上海海洋石油局钻井分公司勘探六号，上海200120）

密闭取芯技术是一种取得油层原始资料的特殊取芯工艺，在取芯钻进时，通过施加一定的钻压剪断销钉，使得密闭液流出。随着岩芯的不断形成，密闭液均匀的附在岩芯表面，防止了钻井液的侵入和岩芯中油水的外溢。

密闭取芯；岩芯；MQX194-120；取芯工具

密闭取芯技术是一种取得油层原始含油、含水饱和度，以及岩性、物性、含油与电性关系等资料的特殊取芯工艺。含油、水饱和度反映了储层含油量真实状况，用于计算石油地质储量，完善油藏描述，为油层的一次开采和二次开采以及了解老油层残余油量分布提供直接依据。勘探六号钻井平台自投产以来共进行过3次密闭取芯，且都是在8-1/2″井眼，取芯工具型号为MQX194-120，2次取芯都很成功，取芯率均高于97%。

1 密闭取芯原理及特点

常规取芯获得的岩芯因受到钻井液的污染,钻井液中的部分固相颗粒进入岩芯使地层孔隙率数据失真,钻井液滤液进入岩芯使地层液体矿物质成分发生变化并造成油水饱和度数据不准,最终对该岩芯分析得到的资料会有较大误差,从而使勘探开发方案的制定受到较大的制约。密闭取芯则是在取芯钻进时，内外筒同时随钻具旋转，内同里注满密闭液。当密闭头通过岩芯爪进入内同，密闭液则从其间隙中流出，并均匀的涂在岩芯表面上，形成一层保护膜，防止了钻井液侵入岩芯。而所取的岩芯克服了岩芯爪的摩擦力进入内同，割芯时，上提钻具，岩芯爪沿着钻头内锥面下行，产生径向锁紧力，将岩芯卡紧。当上提拉力达到岩芯断面极限拉断力时，岩芯即被割断。

密闭取芯的主要特点如下：

（1）良好的密闭性，岩芯存放于内筒，内外筒环形空间进行泥浆循环，上接头组开有泥浆流道使内外筒隔离，避免岩芯与泥浆接触。

（2）岩芯清洁，岩芯内筒装有密闭保护液，随着取芯钻进密闭液及时的包裹岩芯四周进入内筒，避免钻井液污染侵蚀和岩芯中油水的外溢。

（3）岩芯完整，优化的取芯工具设计使得取芯过程的机械钻速快，就MQX194-120型号的工具而言，其岩芯直径可达120mm，单筒取芯长度8.8m，历史统计的收获率均达到90%以上，密闭率85%以上，取得的岩芯比较完整。

2 取芯工具结构

2.1 取芯管串

MQX194-120密闭取芯工具主要由取芯钻头、密闭活塞、平衡活塞和岩芯筒组合上接头等部分组成（如图1所示）。岩芯筒组合又分内外筒组合，内筒组合由卡箍座、卡箍、连接套、内岩芯筒组成;外筒组合由上接头(含限位接头和分流接头)、外筒、钻头与密封活塞组成，其密封活塞用销钉固定在钻头上。

取芯工具组装好后，灌满密闭液，装上平衡活塞。取芯钻进前，下放钻具让密封活塞接触井底，加压(50～70kN)剪销，密封活塞上行直到钻头接触井底，此时密闭液流出，并在井底形成保护区。钻进中，随着岩芯形成并沿内筒壁上行时，密闭液流出或等体积置换，流经岩芯柱表面并形成保护膜，从而达到保护岩芯，避免钻井液污染，其基本参数见表1、表2。

2.2 取芯钻头

MQX194-120为带水眼式PDC取芯钻头，其复合片直径为13mm，采用外锥式水眼流道设计，低侵蚀钻头结构（图2）。

在取芯的过程中，密闭液到达钻头顶部时，可以形成相对的封闭区域，隔离钻井液对岩芯的接触，随着取芯钻进岩芯的进入，密闭液便可以在岩芯的表面形成保护膜。而岩芯爪座和钻头内表面的精密配合，保证了岩芯不受钻井液的污染。

图1 MQX194-120密闭取芯工具

表1 MQX194-120密闭取芯工具尺寸

表2 MQX194-120密闭取芯工具参数

图2 取芯钻头

2.3 岩芯爪和密封活塞

密封活塞由销钉和取芯钻头连接，并通过密封圈与取芯钻头形成密闭腔，防止了密闭液的外流（图3、图4）。

图3 组装前的岩芯爪和密封活塞

图4 组装后的岩芯爪和密封活塞

取芯钻进前，通过加一定的钻压，剪断连接密封活塞和取芯钻头的销钉后，密闭液便会流出，随着岩芯的不断形成，密闭液均匀的附在岩芯表面，使岩芯达到密闭效果，保存了岩芯在地层中最原始的状态，便于对目的层的研究分析。

3 密闭液及示踪剂

根据取芯段的岩性和井温的不同，可选择适应硬地层、破碎地层、松散软等地层使用的密闭液，3种主要成分（氯化石蜡、过氯乙烯树脂、重晶石粉）性能稳定，在-30℃～-180℃，能保持液态，3种成分充分混合成胶体溶液状，能粘附在岩芯表面形成保护层，从而达到密闭岩芯的效果。

试验证实，在压力为8.0～15.0MPa，温度低于180℃条件下,密闭液不会侵入到岩芯内部，也不与岩芯成分发生任何化学作用，同时具备安全、环保的有关规定。

现在常用的示踪剂为硫氰酸（NH4CNS），其物理性质为无色、有光泽、单斜晶体，在空气中易潮解。相对密度为1.305g/cm3，熔点约为149℃，有毒有刺激性。在取芯作业前应将示踪剂和钻井液作配伍实验。按照SY/T 5343-94的规定：1m3的钻井液加入1000gNH4CNS，符合相关指标。

具体操作时，应由专业人员戴好防护用品，避免其接触到皮肤及被呼吸道吸入，加入到井浆后计算好时间，在第一个循环周出来时，通知捞砂及看三除的人员注意避让。

4 MQX194-120型取芯工具操作方法

4.1 取芯准备

（1）井下无漏失，无溢流，起下外钻畅通无阻。

（2）井底无金属落物。

（3）钻井液性能必须符合设计要求,API滤失量不大于3mL,密度应控制在近平衡钻井所要求的范围内。

（4）钻井设备及仪表性能完好。

4.2 工具检查

（1）钻头出刃均匀完好，水眼畅通，密封活塞能充分密封，可靠无浸漏,且剪销后能顺利通过内孔。

（2）内外筒不直度不超过1/2000,无咬扁和影响强度的裂纹，螺纹完好。

（3）选用岩芯爪，弹性适中，热焊的碳化钨颗粒均匀。

（4）密闭圈须完好无损，Y型圈不得有翻折现象。

（5）密闭液装好后，须将工具提出井口，检查有无密闭液渗漏现象。

4.3 工具组装

在场地上，先将内筒与连接套、岩芯爪座上紧，先将岩芯爪套在密封活塞腰上，然后套入卡箍座,并与连接套下端联接,再与分水接头、上接头依次上紧，然后与外筒上紧。将活塞从钻头内腔拉出归位，装好固定销钉。外筒上扣扭矩：12700～15000Nm。

4.4 注意事项

工具吊上钻台与坐井口时，严防碰撞活塞头,然后向工具水眼内装入密闭液(约121L)至分水接头水眼处,待气泡消失后,再装入平衡活塞。平衡活塞“Y”型密封圈的方向一正一反,严防装反失去密封。起下钻做到平稳，不猛刹，猛放，猛顿。下钻中若遇阻，应小心缓慢下放，否则应起钻划眼再下。下完钻，应将钻头提离井底充分循环，保证示综剂分散均匀。循环时，要上下活动和缓慢转动，下行时，必须保留2m离底。

4.5 取芯钻进及操作要求

待一切准备就绪后，迅速将钻头接触井底，加压80kN，剪断密封活塞固定销,然后调整钻压20kN并启动转盘,在钻进0.3m后将钻压由小到大调整在推荐钻压。见表3。

表3 推荐取芯参数

（1）送钻均匀，增减钻压要缓慢，防止溜钻。

（2）取芯钻进中，无特殊情况，不停泵，不停转，钻头不拉离井底。

（3）取芯钻进时，注意观察机械钻速、泵压的变化，发现异常果断处理。

（4）泵压逐渐增高，机械钻速随之下降，上提钻具，泵压恢复，一般是钻头磨损，应割芯起钻。

（5）泵压突然升高，机械钻速明显下降，一般是进入软地层钻头泥包引起。

（6）泵压升高，机城钻速基本不变，上提钻具、泵压不降，多属钻头水眼堵塞，若不能排除，应割芯起钻。

（7）泵压出现大波动，机械钻速忽高忽低，一般是钻遇软硬交错地层，应适当调整钻压。

（8）泵压降低，机械钻速明显下降，甚至无进尺,一般是卡芯，应割芯起钻。

（9）泵压明显下降，可能是由于钻具刺漏引起,应割芯起钻。

4.6 割芯

（1）割芯时，缓慢上提钻具，注意观寨指重表显示，一般是增加悬重50～150kN又立即消除，证明岩芯被提断，如果增加悬重50～150kN稳住不降，则应停止上提钻具，保持岩芯受拉状态，增加钻井液排量循环，直至岩芯拔断。

（2）若上提钻具（超过钻具压缩距）不增加悬重，应立即起钻。

（3）割芯完毕后，不循环，立即起钻。

（4）岩芯出筒可采用在钻台上或场地上2种方式。在钻台上出芯,利用岩芯自重，采用岩芯钳控制岩芯落出段长；在场地上出芯，采用活塞加堵头，用试压泵推出岩芯，按岩芯出筒顺序标出方向、序号，依序排列在岩芯盒内。

5 密闭取芯影响因素

（1）地质因素，岩石可钻性、油砂岩性和孔隙度等都对密闭率的效果有影响。

（2）井底压差，压差越小，钻井液对岩芯渗入越浅，对未钻开地层受污染程度也越小，一般要求钻井液密度按下限设计，使液柱压力近平衡，保持低的井底压差。

（3）工具因素，取芯工具要求密封性好，性能稳定；取芯钻头设计合理，既能保持高机械钻速，又能避免钻井液与岩芯接触。

（4）密闭液因素，要求密闭液能在岩芯表面形成良好的密闭膜，密闭液能在压差的作用下充填岩芯表面的孔隙，使岩芯内部的油、水不渗出，也不与岩芯内部的油、水置换。

（5）钻井工程因素，密闭取芯时，设备、人员操作及钻井参数的选择，对密闭取芯有直接影响。

6 密闭岩芯取样

（1）尽量选择在岩芯的中心部位，边缘易污染部分应去掉。

（2）尽量避开裂缝面。

（3）每筒岩芯两头0.5m位置处不应取样。

（4）按行业标准规定，密闭率检测应取样密度一般为每米8～10块，含油产状及岩性变化不大的岩芯段，取样密度可减小，相反可增加取样密度。实际取样中也应保证每米不低于1块。

7 密闭取芯的应用

由于密闭取芯能够保存岩芯在地层的原始状态，方便于日后的研究与分析，并且密闭取芯的工具也在逐渐的优化和改进，越来越多的油气井钻探都开始倾向于应用此种技术，表4列举了密闭取芯技术在国内的一些应用。

表4 密闭取芯应用情况

[1] 李延军.密闭取心技术在钻井现场的认识与应用[J].科技致富向导，2013（6）.

[2]郑水平，包玲.辽河掌握密闭取心核心技术[N].中国石油报，2011.

[3]于智峰，李龙涛.水平井密闭取心技术在大庆油田中的应用[J].西部探矿工程，2011（1）.

TE244

B

1004-5716(2015)09-0049-04

2014-09-26

2014-09-29

江岩（1986-），男（汉族），吉林永吉人，助理工程师，现从事钻井技术工作。