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密闭取心技术在元坝123井海相地层的应用

刘会斌

【摘 要】为获得四川元坝区块海相长兴组产层的准确地质资料，在元坝123井成功进行了密闭取心作业。取心过程中遇到了裂缝孔洞发育、高含硫化氢、井底高温等施工难点，通过优选密闭取心工具和密闭液、优化取心技术措施，创出了国内陆上密闭取心井深最深纪录。本井取出的密闭岩心为元坝地区勘探开发提供了第一手宝贵的原始地层资料，也对今后超深井取心具有参考和借鉴价值。
【关键词】密闭取心；海相地层；收获率；密闭率
密闭取心技术是一种利用密闭取心工具和密闭液实现地层岩心不受钻井液污染，取出的岩心可真实反映地层原始状态的特殊取心工艺。通过分析密闭岩心可以准确获取油气水饱和度、渗透率、孔隙度等地质资料，准确计算含气储量，为下一步制定合理的油气开发方案提供重要依据。
一、元坝123井基本概况
元坝123井位于四川省阆中市老观镇倩林坝村4组。本井设计直导眼井深7090m，主要目的层是上二叠统长兴组、下三叠统飞仙关组三段，兼探中三叠统雷口坡组、上三叠统须家河组、下侏罗统自流井组。长兴组地层主要岩性以黑色生屑灰岩、浅灰色灰质白云岩、白云质灰岩为主，裂缝、孔洞发育好，局部层位溶洞发育。
二、密闭取心难点分析
（1）取心井段深，井底高温高压，并且可能含有硫化氢，密闭取心施工风险高。
（2）井下情况复杂。由于雷口坡、嘉陵江地层钻遇盐膏层，要求钻井液密度高，而飞仙关、长兴组地层压力低，同时存在井漏和缩径卡钻风险。
（3）取心井段为破碎性、裂缝性地层。设计要求见显示或见生屑灰岩取心，储气层裂缝、溶洞发育好，成柱性差给取心施工增加了很大的难度。
（4）长兴组底部地层主要以白云岩为主，岩石坚固，裸眼段长，悬重大（上提最大悬重达到250t），钻杆拉力余量小，割心风险大。
三、密闭取心在元坝123井的应用
1.钻头与取心工具的选择
本井选用了胜利钻井院生产TMC536-8115人造聚晶金刚石钻头和PSC136-8115的PDC取心钻头，该钻头具有斜向水眼、中等外锥、中深内锥圆弧形冠部，圆柱形TSP齿内外保径等结构特点。
选用了胜利钻井院生产的Ym-8115密闭取心工具，该工具主要由上接头、内筒、外筒、平衡活塞、钻头密封活塞、岩心爪等组成，结构如图1所示。本工具具有以下技术特点：①内筒采用浮动活塞结构，能自动消除井眼液柱压力对工具密闭性的影响，从根本上保证了工具的密闭性，使之不受井深限制。②采用自锁式岩心爪结构，工具结构与割心操作简便。③双筒双动结构的岩心筒，密封可靠。④采用偏向井壁的斜水眼结构，减少对岩心的直接冲刷，降低对岩心的污染。⑤所有橡胶密封原件耐温达180℃。
选用胜利钻井院生产的抗高温油基密闭液，该液体是一种常温下绝对粘度大于65Pa·s的乳黄白色粘稠凝胶。其具有以下特点：①良好粘附性，能在岩心表面形成一层密的保护膜堵塞岩心表面的孔隙，阻止钻井液自由水的进入。②流动性好，在岩心进入内筒的同时，密闭液易被替出。③具有一定的抗温防腐能力。④其成分不影响岩心密闭率的测定。
2.密闭取心施工
本井密闭取心采用的钻具组合为：Φ215mm取心钻头+Φ178mm Ym-8115取心筒+521×520浮阀+521×410接头+Φ177.8mm钻铤6根+411×410旁通阀+411×411双公接头+Φ178mm震击器+φ127mm加重钻杆15根+φ127mm钻杆+411×520配合接头+φ139.7mm钻杆。
3.取心效果分析
元坝123井全井进行密闭取心16筒，有8筒密闭取心收获率达90%以上，其中4筒密闭取心收获率达100%，全井取心密闭率为93.33%。中途因地层破碎、密闭取心收获率低和井漏等问题，采用常规取心3筒，收获率均为100%。表1为元坝123井密闭取心记录。
4.影响元坝123井密闭取心因素分析
（1）影响收获率最主要的因素就是储层岩心成柱性差、极易破碎。
（2）生屑灰岩地层取心收获率明显偏低，而采用川8-5常规取心工具收获率较高，密闭取心工具内筒随外筒一起转动，很容易将破碎地层的岩心晃断，造成岩心堆积岩心爪处，进心困难，发生堵心、磨心钻进。
（3剪断取心工具的下部活塞销钉时，易把井底余心压碎，造成堵心。
（4）地层立缝发育，随着钻具的晃动，岩心进入内筒时，沿立缝断裂，发生错位，岩心在不断顶进内筒时，上部错位的岩心越卡越紧，继续钻进无法顶动，进而只能割心起钻。
5.提高取心收获率措施与建议
（1）连续取心时，销钉数量不易过多，避免剪断销钉过大钻压将井底余心压得过碎，造成树心困难。剪断销钉后，应上提钻具距井底0.3-0.5m大排量冲洗井底碎心循环出来后再进行树心作业。
（2）由于地层比较破碎，树心时采用小钻压、低排量，缓慢得使岩心进入取心筒，避免造成堵心。
（3）若密闭取心收获率过低，使用不加密闭液和下部活塞的密闭取心工具或者川式常规取心工具进行一次常规取心，了解地层情况。
（4）取心过程中，依据钻时调整钻压，确保不发生堵心等情况发生，密切关注扭矩、泵压等参数的变化，判断取心作业有异常变化时，准备割心。若扭矩瞬间突然增大时，可根据情况考虑割心，防止发生堵心和磨心。
四、结论与认识
（1）长兴组产层裂缝、孔洞发育好，地层破碎，采用双筒双动式取心工具易发生堵心和卡心现象，无法保证较高的收获率和单筒进尺，所以树心成为关键因素，采用小钻压、低排量、低转速缓慢推进岩心进入内筒。
（2）综合考虑地层、工具、钻进参数等影响因素，优选取心钻进工艺参数，破碎性地层钻进参数参考值为：钻压20-40kN，排量20-24L/s，转速45-55rpm，坚固白云岩地层钻进参数参考值：钻压40-60kN，排量25-27L/s，转速50-60rpm。
（3）合理选择割心层位，遇到扭矩异常变化及时判断，若发生堵心、磨心要及时割心，可以有效保证取心收获率。
（4）元坝123井密闭取心作业创出国内密闭取心井深最深纪錄（6971.23m），密闭取心技术在元坝区块超深井长兴组地层中首次成功应用，为今后元坝地区海相地层取心提供了有益的参考和借鉴。
【参考文献】
[1]刘彬，周刚等.密闭取心工艺在深井中的应用[J].钻采工艺，2008，7：124-125.
智富时代2018年8期
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