大斜度井断层取芯工艺技术

张洪君，刘春来，袁国强

（1.大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆163413；2.大庆钻探工程公司钻井三公司，黑龙江大庆163413）

·石油与钻掘工程·

大斜度井断层取芯工艺技术

张洪君*1，刘春来1，袁国强2

（1.大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆163413；2.大庆钻探工程公司钻井三公司，黑龙江大庆163413）

大庆油田经过注水开发，地下剩余油高度分散，但受构造、储层非均质以及井控程度等因素影响，尤其是断层附近仍然存在局部剩余油富集区。近几年来，利用大斜度井进行挖潜，取得较好效果。为了进一步研究断层两侧岩性和储层性质变化情况，进而为采油开发提供更精确的设计依据，提出了在断层带取芯的要求。通过对大斜度断层取芯井的难点分析、研究配套了相应的取芯工具和工艺技术措施，并在现场成功实施，形成了一套大斜度井断层取芯工艺技术。

大斜度井；断层；连续取芯；工具；技术

大斜度断层取芯是在断层上升盘以一定的井斜角度，井眼轨迹从上到下，钻穿断层、贯穿油层的连续取芯。为了研究断层带地层岩性和储层物性特点，在杏区断层带部署一口大斜度井取芯，井号为杏7-20-斜632，针对该井井眼轨迹要求和断层带取芯特点，采用了大庆钻井院自主研制的SPM178-115型大斜度取芯工具，采取了合理的工艺技术措施，优选取芯钻头和优化取芯参数，成功地解决了井眼轨迹控制、断层带岩芯破碎、树芯困难和密闭头销钉剪断等关键技术问题，连续取芯进尺130.51m，平均收获率达到99.3%，实现了地质目的，验证了工具和工艺技术的合理性。

1 取芯难点分析

在大斜度井内，依据设计井眼轨迹，钻穿断层，并且要求岩芯连续和断层带的岩芯完整，如果井眼轨迹控制不好，就有可能取不到断层，如果取到的断层带岩芯破碎，对研究断层也失去了意义，导致取芯失败，而且在连续114.51m的断层带取芯也是尚属首次，因此，对于取芯来说也是一个挑战，相对于普通取芯，有以下技术难点。

1.1 井眼轨迹控制

要取全取准断层带的岩芯，必须保证取芯实钻轨迹沿取芯设计轨迹钻进，对井眼轨迹控制是个难题，因此，我们必须设计出了稳斜、增斜、降斜3种钻具组合，来满足现场使用要求，并采取随钻测斜措施，实时掌握井眼轨迹动态情况，现场根据测斜数据，运用井眼轨迹调整软件，参考设计的井眼轨迹，根据每种工具的增斜、降斜情况，及时调整取芯工具和取芯长度，满足连续取芯同时，调整实钻井眼轨迹，达到钻穿断层的目的。

1.2 断层带的岩芯破碎、脱皮

同一位置的断层面，两侧的岩性不同，力学机理也不同，断层带处形成的岩芯容易破碎，再加上油田长期注水开发，在以往的常规取芯中，岩芯表面经常会出现一层极易脱落的表皮，岩芯直径变细，易撸芯、掉芯，影响岩芯收获率。

1.3 树芯困难

由于井斜角较大，取芯工具在重力作用下，偏向井壁一侧，采用常规取芯工具，内筒不居中，连续取芯时，留在井底的岩芯柱会被偏离的内岩芯筒阻挡，造成岩芯入筒困难，有钻压无进尺，影响机械钻速和岩芯收获率。

2 取芯工具的选择

通过大斜度井难点分析，正确选择工具是该井取芯成功的关键，密闭取芯工具不具有调整井眼轨迹功能，取芯的同时不能按设计井眼轨迹钻进；水平井取芯工具不能解决岩芯脱皮问题，容易造成岩芯直径细，影响岩芯收获率；常规取芯工具内筒不居中，入芯困难，容易造成岩芯损失，取芯不连续；因此，优选SPM178-115大斜度井密闭取芯工具，该工具内筒居中，具有井眼轨迹调节功能，可以加入岩芯保护液，解决岩芯脱皮问题，工具结构、原理如下。

2.1 工具结构

主要由大接头、上稳定器、丝堵、内岩芯筒、外岩芯筒、下稳定器、下接头、岩芯爪、密闭头和取芯钻头所组成。内筒底端面与钻头内腔密封配合，保证了内筒居中，岩芯能顺利进筒；上下稳定器设计，满足井眼轨迹调整要求；钻井液由大接头水眼、内外筒环形空间及钻头水眼到达井底，达到冷却钻头、清洗井底的作用。

2.2 工作原理

组装取芯钻头，连接取芯工具，在内筒里注满岩芯保护液，上紧丝堵，连接钻铤、钻杆，将工具下放至井底，取芯前大排量清洗井底，井底清洗干净后，下压钻具剪断销钉，钻具提离井底，启动转盘开始取芯钻进，取芯过程中，随着岩芯进入内筒，岩芯保护液排出，均匀地涂在岩芯表面上，形成一层保护膜，防止钻井液浸入岩芯，割心时，上提钻具，岩芯爪沿钻头锥面下行，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力时，岩芯即被割断。

3 取芯技术措施

3.1 钻具组合

为了保证取芯实钻井眼轨迹符合设计井眼轨迹要求，设计出了稳斜、降斜、增斜3种取芯工具，现场根据测量井斜结果来调整钻具组合，达到取芯的同时调整井眼轨迹要求。

稳斜钻具组合：∅215mm取芯钻头+∅213mm稳定器+∅178mm取芯筒+∅213mm+稳定器+∅159mm钻铤（2根）+∅127mm加重钻杆（15根）+∅127mm钻杆。

增斜钻具组合：∅215mm取芯钻头+∅213mm稳定器+∅178mm取芯筒+∅159mm钻铤（2根）+∅127mm加重钻杆（15根）+∅127mm钻杆。

降斜钻具组合：∅215mm取芯钻头+∅178mm取芯筒+∅213mm稳定器+∅159mm钻铤（2根）+∅127mm加重钻杆（15根）+∅127mm钻杆。

3.2 取芯钻头

取芯钻头齿以倾斜角度接触地层，与地层层面形成了一定的角度，切削地层的机械钻速不均匀，会对易破碎地层形成的岩芯质量造成影响。为此，我们采用双锥冠形、高密度布齿的PDC取芯钻头，使每个齿都得到充分利用，加强切削效率，提高机械钻速，增大了对破碎岩芯保护，使其在未破碎之前就进入内筒，减少堵芯和掉芯的可能性；加长内外保径，增强了钻头的工作稳定性，也有效减小对岩芯的破碎损害，提高了岩芯质量和岩芯收获率。

3.3 优选取芯参数

结合大斜度井取芯工具特点，合理选择钻进参数。钻压：钻具大部分紧贴井壁，与井壁的摩阻较大，钻压不能有效传递到钻头上，指重表不能指示有效钻压，因此采用低钻压树心，保证岩芯顺利进入取芯内筒；正常钻进时，采用回压最快的钻压进行钻进，少加、勤放，以下放钻具钻压不涨为原则，达到最优的机械钻速；排量：在满足清洗井底和冷却钻头条件下，一般考虑最低携砂能力要求，同时要考虑岩芯质量、井眼稳定的要求，采用“大排量循环，低排量钻进”原则；转速：考虑到岩芯质量完整、钻具和钻头工作平稳性，采用低转速钻进，转数控制在50～55r/min，选择低转速的优点在于：一是减少钻具振动，增加底部钻具的稳定性，降低岩芯破碎可能性，防止卡芯与堵芯，提高岩芯收获率；二是当井底扭矩过大时，低转速可以起缓冲作用，降低钻具扭矩，保护钻具。

3.4 使用岩芯保护液

取芯层位的地层亲水且地层压力较高，岩芯遇水容易在岩芯柱表面形成一层极易脱落的表皮，致使岩芯直径变细，且随着岩芯筒逐渐提离井底，压力释放，岩芯容易破碎，不能形成完整的岩芯，取不到断层剖面，导致取芯失败。因此，采用在内筒中加入油基岩芯保护液，形成的岩芯进入内筒后就被保护液包裹起来，保证了岩芯整齐完整，现场应用效果较好。

3.5 防卡技术

钻具与井壁存在较大摩阻，多次起下钻造成在井壁一侧形成沟痕，钻具位于沟痕内容易发生粘卡事故，因此，采用在钻井液中混原油和加入石墨、防塌剂、定时活动钻具等方法，提高钻井液性能和井壁的稳定性，减少摩阻和转盘扭矩，防止井下复杂情况发生。

3.6 销钉剪断措施

取芯前首先要剪断密闭头销钉，由于工具倾斜，井底沉砂多、井壁摩阻和钻具托压等原因，造成销钉剪断困难，因此，取芯前尽可能大排量清洗井底，一般在转盘转动情况下，采用不超过10kN钻压接触井底，下放钻具没有进尺时，停止转盘，再下放钻具静压100kN，没有显示，可以多剪几次，直到剪销明显，启动转盘、下放钻具、钻进有进尺为止，现场应用效果较好。

4 取芯效果分析

该井共取芯 15筒，井段 1223.0～1239.0m、1258.6～1373.11m，取芯进尺130.51m，芯长129.65m，平均收获率99.3%，单筒最高进尺9.25m，最高机械钻速9.6m/h，岩芯整齐，取全取准了断层剖面，取得了较好的效果，取芯数据见表1。

表1 杏7-20-斜632井取芯数据统计表

该工具能够满足井眼轨迹调整要求，实钻井眼轨迹与设计井眼轨迹基本吻合。

由于是大斜度井，岩芯出筒后的断面是斜面，从岩芯筒顶端用油管通芯时，如果岩芯在内筒中有碎屑或者有垂直裂缝，斜茬的断面会形成楔子效应，将岩芯卡在内筒中，岩芯不能出筒，出现岩芯出筒困难时，不能用油管撞击岩芯，将外筒戴上护丝，用大钩提起取芯筒，并使取芯筒倾斜，震击外筒，外筒经多次震击后，内筒中的岩芯松动而下滑，岩芯逐渐出筒，效果较好。

5 结论和认识

（1）首次在大斜度井断层带取芯并获得成功，为研究断层两侧岩性和储层性质变化提供了有效手段。

（2）大斜度断层取芯工具设计合理，性能可靠，工艺技术措施切实可行，岩芯完整，收获率较高。

（3）稳斜、降斜、增斜3种取芯钻具组合满足了大斜度井取芯同时调整井眼轨迹的要求。

[1]刘春来，王晓舟，张洪君.钱可贵.水平井取芯工具在杏6-0-平35井中的应用[J].石油钻采工艺，2008，30（4）.

[2]王智锋，李作会，王敏生.渤海埕北油田大斜度井取芯实践和认识[J].海洋石油，2006（3）.

[3]李健.水平井密闭取芯工艺技术分析[J].内江科技，2012（3）.

[4]杨鹏，王智锋，王敏生.CB-A29m大斜度井取芯实践与认识[J].西部探矿工程，2005（6）.

TE243

B

1004-5716(2015)06-0004-03

2014-05-23

2014-05-26

张洪君（1972-），男（汉族），黑龙江大庆人，高级工程师，现从事取芯技术研究和钻井技术工作。