HY1井破碎地层取心技术

HY1井破碎地层取心技术

张俊

中石化华东石油工程有限公司江苏钻井公司 江苏扬州 225261

摘要：HY1井是江苏油田分公司为了系统评价高邮凹陷阜二段页岩布置于苏北盆地高邮凹陷花庄构造花28南块的一口预探井，井型为直井。针对该井取心钻进时机械钻速慢，岩心破碎，堵心、卡心，取心收获率偏低等问题，运用优选择新型耐磨抗冲击取心钻头，优选取心钻具组合和施工工艺参数，初步形成了苏北页岩地层取心配套技术。

关键词：取心；树心；双筒取心；稳定性；堵心；收获率

HY1井位于位于江苏省扬州市江都区武坚镇花庄里河组，是口直井预探井。主要是系统评价高邮凹陷阜二段页岩油地质条件，落实页岩油勘探潜力，为水平井钻探提供依据。HY1井进入阜二段后见明显气测异常则及时取心，阜二段泥岩裂缝发育、破碎。为提高取心收获率，进行取心工具优选、参数优化、钻具组合优化、优选取心钻头等技术措施，初步形成了苏北页岩地层取心配套技术。

1 HY1井取心难点

(1)取心时岩心容易破碎，进筒难，易发生堵心、卡心、磨心等复杂情况。

(2)取心钻头适用性差、寿命低，机械钻速低。

(3)采用中长筒取心，取心外筒长，稳定性差，稳定器过多又容易导致起下钻困难，粘卡几率高。

(4)采用铝合金内筒取心作业时，内筒易变形，造成堵心，采用钢质内筒取心作业时，由于内筒长期未用，内筒内生锈腐蚀，从而进心阻力大。

(5)岩心页理较发育，断面发育多条微裂缝，高角度缝，倾角75°～80°，易堵心。

(6)井控风险大，该井在井深3655.10m发生溢流，关井套压0.5MPa，全烃含量10%上升到85%。

2 取心工具优选

2.1 通用底轴承多功能取心工具

通用底轴承多功能取心工具主要特点：内筒上端有悬挂总成，且有两副稳径推力球轴承共同作用，内筒底端面与钻头内腔内底轴承实现了密封配合，确保了该工具无论在多大井斜的井，内筒始终居中，转动灵活，内筒不接触外筒，避免被外筒带转，从而避免了内筒带转磨心；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。结构简单，连接、拆卸方便，加筒即可实现中、长筒取心；针对不同地层、岩性，配用相应的岩芯爪，都能适用。内筒分铝合金内筒和钢质内筒，前者进心阻力小，但易变形；后者易锈蚀进心阻力大、不易变形。

2.2 取芯钻头优选

根据地质预告，重点考虑“满天星”及八刀翼取心PDC钻头。前者运作平稳，机械钻速相对较低；后者机械钻速相对较高。为满足需要将八刀翼取心PDC钻头齿改为异形齿，即Φ13mm尖圆齿，尖圆齿切削齿后倾角17°，主要解决钻头难吃入地层问题。钻头冠部为双圆弧中等抛物线，8个水眼流道，水眼流道8-10mm，优化流道后，具有高效水马力，破岩效率高；提高钻头的射流冲击力和井底净化效果，增强该钻头稳定性和钻速高。

2.3 岩心爪优选

目前通用底轴承多功能取心工具岩心爪只有三种：卡箍式、卡板式及复合式。

卡箍岩心爪主要用于成柱性好的地层，割心总成内筒与卡箍岩心爪外面有1.5的锥度斜坡，取心时卡箍岩心爪在割心总成上部，卡箍自由张开，当岩心的重力和钻具上提导致卡箍的向下位移，以致卡箍在带锥度的斜面上移动、收缩，卡住岩心。

卡板岩心爪适用于成柱性稍差、岩心呈块状散落的地层，适合疏松、松散地层取心，显然不适合在该井使用。

复合岩心爪适用于岩心极易散落、破碎不成形的地层，主要由卡箍岩心爪和篮式岩心爪组合而成，缺点是由于受到钻头内腔的限制， 其抗压强度受到影响，不适用中长筒取心。

3 破碎地层取心工艺

3.1 常规取心工艺

钻具组合：Φ215mmPDC取心钻头+Φ178mm取心筒(单筒)+165mm螺旋钻铤*5+127mm加重钻杆*8+165mm随钻震击器+127mm加重钻杆。树心参数：钻压10-30KN，排量23L/S，转速50r/min；取心参数：钻压30-80KN，排量23L/S，转速50r/min。

井深3460.00m第一次取心，下入单筒进行试取心，取心进尺：8.9m，岩心长8.9m，收获率100%。第二次取心下入双筒，采用中长筒取心技术，取心井段3468.90-3486.90m，取心进尺：18m，岩心长18m，收获率100%。第三次取心下入双筒，取心钻进至3593.03m，钻时变慢，判断堵心，割心起钻。取心井段3582.10-3593.03m，取心进尺：10.93m，岩心长10.93m，收获率100%。起出后发现岩心爪处堵。

3.2 免投球取心工艺

HY1井在3655.10m发生溢流，提高密度至1.52g/cm³，溢流检查液面稳定，但油气上窜速度为221m/h.根据井控要求，釆取免投球取心工艺，即将钢球先放至球座上，在钻具组合中下入浮阀和旁通阀。第四次至第十二次取心均釆用了免投球取心工艺.免投球取心主要技术措施：

(1)钻具组合：Φ215mmPDC取心钻头+Φ178mm取心筒(双筒)+浮阀+165mm螺旋钻铤*5+旁通阀+127mm加重钻杆*8+165mm随钻震击器+127mm加重钻杆。

(2)取心工具检查、连接好，先开泵，大排量冲洗内筒，然后卸开并将钢球放至取心筒球座上。

(3)下钻前检查并连接浮阀和旁通阀，确保内防喷工具完好。下钻过程中，加强坐岗和液面监测，疑似溢流立即关井观察。钻具内掏空小于500m，下钻至Φ311井眼底部，开泵循环，并测循环周，然后下钻，提前50m开泵循环，并冲划至井底。

(4)每次割心完，循环一周，注入重浆塞和气滞塞，进行溢流观察，无溢流后，起钻。起钻过程中，每起1000m做溢流观察，疑似溢流立即关井观察。

第四次取心至十二次取心，取心进尺74.13m，心长74.06m，平均获率99.905%，取心机械钻速2.16m/h. 单次进尺最少0.84m，收获率最低98%，取心机械钻速最低0.28m/h，单次进尺最高18m，收获率最低100%，取心机械钻速最好5.54m/h。

3.3 中长筒取心技术

中长筒取心技术适用于连续长段钻井取心作业，大幅缩短取心周期，提高取芯效率，减少井下复杂的发生机率，获得较好的经济效益和取心指标，也获得良好的品牌效益。

中长筒取心关键技术：岩心筒经外观检查无裂纹、无咬扁，丝扣完好无损，取心工具必须经过严格的丈量、计算和选配。岩心筒单体长度误差不得超过2mm，在选筒时必须检查内外筒及弯曲度，千毫米小于等于4毫米。悬挂轴承转动灵活，短筒工具吊在井口，用手能轻易转动内筒为合格。岩心爪在装配前后都必须保证无变形，尺寸应符合规定弹性良好。其岩心座低端与取芯钻头内台阶间隙10-20mm。取心工具上下钻台平稳操作，下钻要平稳，严禁猛刹、猛顿、猛放，防止钻具剧烈抖动，防止甩弯工具；取心工具下钻到底，坚持循环一周“树心”钻进。双筒取心钻具组合：Φ215mmPDC取心钻头+Φ178mm取心筒(双筒)+165mm螺旋钻铤+127mm加重钻杆+165mm随钻震击器+127mm加重钻杆*+127mm钻杆。双筒取心参数：钻压：40-50Kn，转速：50rpm，排量：23L/S。

该井共九次用双筒取心，双筒取心累计进尺84.88m，心长84.81m，收获率99.91%.其中有六次受到地层影响，单次进尺较少。但第二次、第八次、第十二次共三次均取满筒18m，收获率100%，三次累计耗时13.41小时。

3.4 取心异常判断

停顶驱或转盘，慢慢上提钻具，原悬重+摩阻，如：原悬重1000KN，摩阻200KN，则上提1200KN刹车，如果指重表停在1200KN，则说明心在内筒，可下放至钻压20-30KN启动转盘或顶驱放心钻进。如果上提时指重表始终未超过1200 KN，结合超长的钻时可判断堵心，下放探底如无遇阻现象，可判断为堵心直接起钻，如果判断堵心了，要当机立断起钻，否则这段地质资料就为零。分别在第三、四、五、六、十次取心均遇到异常，采用上述判断，及时割心起钻，确保破碎地层取心收获率。

4 现场应用

HY1井取心层位为阜二段，取心井段：3460-3486.9m连续取心两趟，共取心26.9m，3582.1-3593.03m取心一趟取心10.93m，3655.1-3729.3m连续取心9趟取心74.2m。共取心12趟，取心总进尺112.03m，累计心长111.96m，收获率99.94%。其中单筒取心三次，累计进尺27.15m，心长27.15m，收获率100%，双筒取心累计进尺84.88m，心长84.81m，收获率99.91%；使用铝合金内筒六次，因铝合金内筒变形，改用钢质内筒。

5 结论与建议

(1)取心钻进过程，及时记录好施工参数、钻时变化，及时进行对比分析，找到原因，否则及时割心起钻。

(2)连续取心50m，应及时下常规钻头进行通井作业。

(3)优化取心钻具组合及取心参数，减少取心筒的受压弯曲变形，提高取心工具的稳定性，利于岩心成柱便于进心。