吳 為， 令文學(xué)， 司英暉

(1.中國石化國際石油勘探開發(fā)有限公司，北京 100029；2.中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101；3.中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營 257017)

YD油田鉆井取心技術(shù)難點及對策

吳 為1， 令文學(xué)2， 司英暉3

(1.中國石化國際石油勘探開發(fā)有限公司，北京 100029；2.中國石化石油工程技術(shù)研究院，北京 100101；3.中石化勝利石油工程有限公司鉆井工藝研究院，山東東營 257017)

YD油田早期探井的巖心資料不全，且?guī)r心收獲率偏低。為補全巖心資料，提高該油田的巖心收獲率，針對該油田取心井段地層溶洞發(fā)育、易破碎，地層巖性非均質(zhì)強，軟硬地層交錯且高含H2S等特點，在分析該油田鉆井取心技術(shù)難點的基礎(chǔ)上，結(jié)合該油田的鉆井取心實踐，從取心工具的選擇、井眼準備、下鉆、取心參數(shù)的優(yōu)化、割心及起鉆等方面，提出了提高YD油田巖心收獲率的技術(shù)對策，并在YD油田APP3井和F09井鉆井取心時進行了現(xiàn)場試驗，2口井的巖心收獲率得到大幅提高。這表明，該取心技術(shù)對策可以解決YD油田鉆井取心存在的技術(shù)難點。

取心 巖心收獲率 取心工具 YD油田

YD油田為中東地區(qū)少數(shù)整裝未開發(fā)的大型油田之一，主力開采層位為S層和F層。該油田已鉆探井的地層巖心資料不足和缺失，且?guī)r心收獲率偏低，而在一期開發(fā)過程中急需在關(guān)鍵井中的某些層段取心，以摸清該油田的儲量分布及油藏特性。該油田的取心層位S層和F層的地層特性不同，且這2個地層孔洞發(fā)育、地層破碎、巖性非均質(zhì)性強、高含硫化氫,而這些都對該油田的鉆井取心作業(yè)是一個挑戰(zhàn)。巖心收獲率偏低，不僅會增加鉆井作業(yè)綜合成本，而且由于本應(yīng)獲取的巖心資料未獲得，導(dǎo)致油田儲量評估的不確定性，從而影響整個油田開發(fā)方案的制定。為此，筆者在分析該油田取心技術(shù)難點的基礎(chǔ)上，分析了該油田5口關(guān)鍵井的取心作業(yè)情況，提出了一套提高該油田巖心收獲率和保障作業(yè)安全的取心技術(shù)措施，以期為該油田二期開發(fā)過程中安全高效取心提供技術(shù)保障。

1 YD油田鉆井取心技術(shù)難點

YD油田有S層和F層2個主力產(chǎn)層。S層埋深約3 000.00 m，為破碎性灰?guī)r儲層，地層壓力系數(shù)1.15左右，H2S體積分數(shù)0.3%～0.5%；F層埋深約4 200.00 m，為破碎性灰?guī)r儲層，地層壓力系數(shù)1.30～1.70，H2S體積分數(shù)0.5%～0.9%。F層的下部存在2套不同的壓力體系，處于同一裸眼段的FU小層和FL小層壓差高達20 MPa，極易發(fā)生壓差卡鉆。YD油田一期開發(fā)過程中多口井在該層段發(fā)生卡鉆事故[1]。該油田鉆井取心存在的主要技術(shù)難點為：

1) 白堊紀的S層主要由淺海大規(guī)模碳酸石灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r組成，具有溶洞發(fā)育、易破碎、地層巖性不均勻、軟硬交替等特點，取心時易發(fā)生磨心堵心[1]。

2) F層主要由灰?guī)r組成，但該地層局部巖性不純，含有晶體雜質(zhì)，地層孔隙裂縫發(fā)育，泥質(zhì)填充，含少量微裂縫，疏松且易破碎。該地層的巖心抵抗側(cè)向力弱，鉆具稍有彎曲就會造成巖心在鉆頭處折斷，發(fā)生堵心，而且還容易磨心[2]，影響巖心收獲率并增加作業(yè)成本。

3) F層的FU小層壓力系數(shù)為1.70，F(xiàn)L小層壓力系數(shù)為1.30，均為孔隙灰?guī)r儲層，滲透性好，鉆井液的液柱壓力與地層壓力的壓差大，在取心過程中極易發(fā)生壓差卡鉆。

4) 井底溫度高(S層井底溫度100 ℃左右，F(xiàn)層150 ℃左右)，且取心層位均為高含H2S地層，對取心前的安全預(yù)案分析、取心工具的選擇、防H2S鉆井液系統(tǒng)及出心和地面割心過程中的安全防護都提出了很高的要求[3]。

5) 由于取心井段都在主力產(chǎn)層，油氣顯示活躍，尤其F層屬于高壓儲層，取心過程中井控風(fēng)險較大。

6) 由于該油田缺乏之前的鉆井取心數(shù)據(jù)和鄰井地質(zhì)資料，對取心地層的準確預(yù)測、取心鉆具組合(BHA)、取心參數(shù)的選擇及井口出心等都需要進行詳細的研究[4]。

7) 鉆井成本高，建井周期短，取心井段長，如何在保證巖心收獲率的同時提高鉆井取心作業(yè)效率，又是一大挑戰(zhàn)[5]。

2 鉆井取心技術(shù)措施

2.1 取心工具的選擇

2.1.1 取心工具

由于缺乏鄰井的地層資料,無法了解取心層位的巖性、硬度、可鉆性、研磨性和地層膠結(jié)程度。因此，只能根據(jù)該油田以往的取心情況和取心效果選擇取心工具。該油田主要采用Y型取心工具，該取心工具適用于中硬地層—硬地層的取心作業(yè)。根據(jù)該油田取心經(jīng)驗，φ311.1 mm井眼和φ212.7 mm井眼主要選用Yb8100型取心工具，φ149.2 mm井眼主要選用Y670型取心工具。

該油田使用過單筒、雙筒及三筒取心方式，其中單筒取心4筒次，平均單趟進尺6.10 m，平均巖心收獲率100.00%；雙筒取心39筒次，平均單趟進尺14.08 m，平均巖心收獲率89.05%；三筒取心18筒次，平均單趟進尺15.98 m，平均巖心收獲率77.55%。綜合分析，單筒巖心收獲率雖高，但時效差，單位進尺綜合成本高，僅推薦在破碎易丟心地層采用該取心方式；雙筒取心與三筒取心作業(yè)方式相比，平均收獲率高11.5百分點，而且平均單趟進尺僅少1.90 m，綜合考慮鉆井時效及巖心收獲率，推薦優(yōu)先采用雙筒取心方式。

2.1.2 取心鉆頭

選擇合適的取心鉆頭，能夠保持工具的穩(wěn)定性、保護巖心的完整性，防止堵心現(xiàn)象發(fā)生及提高取心效率[6-7]。根據(jù)該油田取心地層的地質(zhì)特征，定制了幾種型號的取心鉆頭，并進行了現(xiàn)場試驗。由現(xiàn)場試驗結(jié)果得知，PMC037型和TMC536型取心鉆頭具有較好的適應(yīng)性。PMC037型鉆頭的圓弧形冠部為胎體，切屑齒為φ8 mm PDC復(fù)合片，布齒密度加強，具有很強的抗沖擊性和攻擊性,取心鉆進時主要采用該型號鉆頭。但當(dāng)在取心過程中鉆遇非均質(zhì)地層，扭矩變化幅度大，PDC鉆頭出現(xiàn)崩齒等現(xiàn)象時，應(yīng)更換為刃小、更抗沖擊的TMC536型鉆頭，以降低扭矩，減小取心工具的晃動，提高巖心收獲率。

2.1.3 巖心爪

在松軟地層取心時主要選擇加壓式巖心爪，在硬地層、高耐磨地層取心時主要選擇上拔式巖心爪?？紤]YD油田取心地層的情況，為提高巖心收獲率，選用由加壓式巖心爪和上拔式巖心爪組成的組合式巖心爪。

2.1.4 取心鉆具組合

根據(jù)S層的地層特征，可以選用常規(guī)取心鉆具組合[8]。F層取心過程中存在卡鉆風(fēng)險，因此要對鉆具組合進行優(yōu)化，減少鉆鋌的用量，多使用加重鉆桿，以減小鉆具與井壁之間的接觸面積。F層取心推薦采用以下2種取心鉆具組合：

1)φ149.2 mm取心工具+φ120.7 mm鉆鋌×5根+φ88.9 mm加重鉆桿×30根+φ120.7 mm隨鉆震擊器+φ88.9 mm加重鉆桿×6根+φ88.9 mm鉆桿；

2)φ212.7 mm取心工具+φ165.1 mm鉆鋌×6根+φ127.0 mm加重鉆桿×14根+φ165.1 mm隨鉆震擊器+φ127.0 mm加重鉆桿×6根+φ127.0 mm鉆桿。

2.2 井眼準備

為了保證取心時效和巖心收獲率，取心作業(yè)前的井眼準備必須做到：

1) 井身質(zhì)量必須與設(shè)計要求一致，起下鉆無任何阻卡，井底保持干凈。

2) 鉆井液需要保持良好的性能，API濾失量應(yīng)控制在5 mL以內(nèi)；在FL小層的取心過程中，要提前用無滲透鉆井液對裸眼層段進行分段封堵；在取心過程中將潤滑劑含量提高至3%～5%，以提高鉆井液的潤滑性能;控制鉆井液固相含量。

3) 由于取心層位均為儲層，且高含H2S，必須準備充足的壓井材料[9]。

4) 必須精確預(yù)測每一筒巖心的預(yù)取層位，確保每趟鉆取心最好以膠結(jié)程度較好的泥巖段開始到另一個泥巖段結(jié)束，以保證巖心的完整性和提高巖心收獲率。

5) 相關(guān)的地面設(shè)備需要處于良好的工作狀態(tài)。

6) 檢查所有即將入井取心鉆具組合的內(nèi)徑，確保取心作業(yè)中的投球能順利到達預(yù)定位置。

7) 如果取心井段較長，尤其是在F地層取心時，建議在中途更換常規(guī)鉆具組合時通井，并調(diào)整鉆井液性能，這樣可以有效防止卡鉆事故的發(fā)生。

2.3 下鉆

1) 嚴格按照推薦的上扣扭矩對取心工具的內(nèi)外筒、取心鉆頭和懸掛總成等各個部分進行上扣。

2) 取心工具入井前，再次核查取心內(nèi)外筒之間的軸向間隙。

3) 平穩(wěn)下放取心鉆具組合，阻力不能超過設(shè)計的遇阻力，避免使用取心鉆頭進行劃眼作業(yè)。

4) 當(dāng)取心鉆頭離井底8.00 m時開泵，鉆井液循環(huán)正常后緩慢將取心鉆具下放至井底。

2.4 取心鉆進

取心鉆進過程中的關(guān)鍵是根據(jù)地層的巖性選取合適的取心參數(shù)。取心參數(shù)主要包括鉆壓、排量和轉(zhuǎn)速等。

2.4.1 鉆壓

取心鉆壓應(yīng)根據(jù)地層巖石的硬度確定。鉆壓必須大于地層的抗壓強度，否則無進尺。如果取心鉆壓過小，可能出現(xiàn)鉆速過慢，鉆頭磨損加重，甚至出現(xiàn)脫壓的可能；鉆壓過大則可能出現(xiàn)堵心現(xiàn)象。

從鉆壓角度分析YD油田的取心情況，結(jié)果見表1。

表1 YD油田不同鉆壓下取心收獲率統(tǒng)計

Table 1 Core recovery rates under different WOBs in the YD Oilfield

由表1可見，采用小鉆壓(10～30 kN)，有利于提高巖心收獲率。其原因是，S地層及F地層為破碎性地層，采用小鉆壓取心，能有效降低由于地層破碎造成的卡心和堵心的概率；同時，小鉆壓可以防止中長筒取心作業(yè)時取心工具彎曲，也有利于提高巖心收獲率。

2.4.2 排量

以能夠滿足井底清潔和冷卻鉆頭為前提選擇排量。排量過大，鉆井液沖擊力大，容易破壞松軟地層或硬度低地層的巖心；排量過小，不能保證井底清潔，鉆頭容易泥包，也會使鉆頭冷卻不好而發(fā)生磨損。所以當(dāng)?shù)貙虞^軟時，在保證井底清潔的前提下，排量應(yīng)適當(dāng)降低；當(dāng)?shù)貙虞^硬時，排量可適當(dāng)增大。

2.4.3 轉(zhuǎn)速

從理論上講，在一定的限度下，如果鉆頭吃入地層的深度不變，轉(zhuǎn)速提高，鉆速也會增大，巖心入筒時間隨之縮短，有利于提高巖心收獲率。但較高的轉(zhuǎn)速會使鉆頭發(fā)生擺動，增大其橫向作用力和鉆柱的離心力，容易引起堵心和卡心。為保證取心效果，宜采用較低的轉(zhuǎn)速。YD油田幾口井的取心作業(yè)實踐表明，S層及F層采用低轉(zhuǎn)速(50～60 r/min)、小鉆壓，可以提高巖心收獲率。

2.5 割心及起鉆

1) 基于現(xiàn)場地質(zhì)師的預(yù)測并結(jié)合鉆時判斷，盡量在膠結(jié)良好的泥巖地層割心,防止在起鉆的過程中發(fā)生掉心[10]。

2) 起鉆時快速平穩(wěn)，盡量縮短巖心在鉆井液中的浸泡時間。同時嚴格執(zhí)行關(guān)于高溫高壓井起鉆的井控規(guī)定，包括連續(xù)灌漿、關(guān)鍵層位控制起鉆速度等。

3) 按照取心預(yù)案中關(guān)于井口出心的規(guī)定執(zhí)行出心作業(yè)。在出心前，要限定鉆臺上的作業(yè)人數(shù)，并配備正壓式呼吸器；取心鉆頭出井口后，應(yīng)用H2S探測儀對取心鉆頭底部進行H2S探測，確保出心安全[3]。

3 現(xiàn)場試驗

3.1 APP3井

APP3井為YD油田西部邊緣的重點評價井，完鉆井深4 400.00 m。該井在S層φ212.7 mm井段完成2筒次取心，在F層φ149.2 mm井段完成3筒次取心。該井第一次進行了三筒取心技術(shù)的試驗，取心情況如表2所示。

1) S層三筒取心鉆具組合為φ212.7 mm取心鉆頭(PMC037-8100型)×0.30 m+φ177.8 mm取心筒(Yb8100型)×8.80 m+φ209.6 mm穩(wěn)定器×0.50 m+φ177.8 mm取心筒(Yb8100型)×8.80 m+φ209.6 mm穩(wěn)定器×0.50 m+φ177.8 mm取心筒×8.80 m+φ193.7 mm上接頭×0.22 m+φ165.1 mm鉆鋌×8根+φ165.1 mm隨鉆震擊器+φ127.0 mm加重鉆桿×15根+φ127.0 mm鉆桿。樹心參數(shù)：鉆壓11 kN，排量16 L/s，轉(zhuǎn)速50 r/min；鉆進取心參數(shù)：鉆壓20～45 kN，排量16 L/s，轉(zhuǎn)速50 r/min。

2) S層單筒取心鉆具組合為φ212.7 mm取心鉆頭(PMC037-8100型)×0.30 m+φ177.8 mm取心筒(Yb8100型)×8.80 m+φ209.6 mm穩(wěn)定器×0.50 m+φ193.7 mm上接頭×0.22 m+φ165.1 mm鉆鋌×8根+φ165.1 mm隨鉆震擊器+φ127.0 mm加重鉆桿×15根+φ127.0 mm鉆桿。樹心參數(shù)：鉆壓9 kN，排量16 L/s，轉(zhuǎn)速50 r/min；鉆進取心參數(shù)：鉆壓20～25 kN，排量16 L/s，轉(zhuǎn)速50 r/min。

3) F層雙筒取心鉆具組合為φ149.2 mm取心鉆頭(TMC536-670型)×0.23 m+φ146.1 mm穩(wěn)定器×0.50 m+φ120.7 mm取心筒(Y670型)×8.69 m+φ146.1 mm穩(wěn)定器×0.50 m+φ120.7 mm取心筒×8.69 m+φ146.1 mm穩(wěn)定器×0.50 m+φ120.7 mm安全接頭×0.55 m+φ120.7 mm鉆鋌×5根+φ88.9 mm加重鉆桿×30根+φ120.7 mm隨鉆震擊器+φ88.9 mm加重鉆桿×6根+φ88.9 mm鉆桿。樹心參數(shù)：鉆壓4.5 kN，排量8.875 L/s，轉(zhuǎn)速50 r/min;鉆進取心參數(shù)：鉆壓15～20 kN，排量6.5～90 L/s，轉(zhuǎn)速50 r/min。

4) F層單筒取心鉆具組合為φ149.2mm取心鉆頭(TMC536-670)×0.23 m+φ146.1 mm穩(wěn)定器×0.50 m+φ120.7mm取心筒(Y670型)×8.69 m+φ146.1 mm穩(wěn)定器×0.50 m +φ120.7 mm安全接頭×0.55 m+φ120.7 mm鉆鋌×5根+φ88.9mm加重鉆桿×30根+φ120.7 mm隨鉆震擊器+φ88.9 mm加重鉆桿×6根+φ88.9 mm鉆桿。樹心參數(shù)：鉆壓4.5 kN，排量7.1 L/s，轉(zhuǎn)速50 r/min；鉆進取心參數(shù)：鉆壓15～20 kN，排量6.5 L/s，轉(zhuǎn)速50 r/min。

3.2 F09井

F09井為YD油田東北部的一口關(guān)鍵資料井，完鉆井深4 540.00 m。該井在S層φ311.1 mm井段完成10筒次取心，在F層φ212.7 mm井段完成5筒次取心。此外，通過總結(jié)之前3口井的取心經(jīng)驗，為了縮短建井周期，節(jié)約建井成本，該井大量采用了三筒取心技術(shù)，取心情況如表3所示。

該井所采用的雙筒取心鉆具組合與APP3井相似，在此不再列出。下面只給出該井所用三筒取心鉆具組合。

1) S層三筒取心鉆具組合為φ212.7 mm取心鉆頭(PMC037-8100型)×0.30 m+φ209.6 mm穩(wěn)定器×0.50 m+φ177.8 mm取心筒(Yb8100型)×8.80 m+φ209.6 mm穩(wěn)定器×0.50 m+φ177.8 mm取心筒(Yb8100型)×8.80 m+φ209.6 mm穩(wěn)定器×0.50 m+φ177.8 mm取心筒(Yb8100型)×8.80 m+φ193.7 mm上接頭×0.22 m+φ165.1 mm鉆鋌×8根+φ165.1 mm隨鉆震擊器+φ127.0 mm加重鉆桿×15根+φ127.0 mm鉆桿。樹心參數(shù)：鉆壓10～20 kN，排量18.2L/s，轉(zhuǎn)速50 r/min；鉆進取心參數(shù)：鉆壓20～30 kN，排量18.0～19.2 L/s，轉(zhuǎn)速50 r/min。

2) F層三筒取心鉆具組合為φ212.7 mm取心鉆頭(PMC037-8100型)×0.30 m+φ177.8 mm取心筒(Yb8100型)×8.80 m+φ209.6 mm穩(wěn)定器×0.50 m+φ177.8 mm取心筒×8.80 m+φ209.6 mm穩(wěn)定器×0.50 m+φ177.8 mm取心筒×8.80 m+φ193.7 mm上接頭×0.22 m+φ165.1 mm鉆鋌×6根+φ127.0 mm加重鉆桿×14根+φ165.1 mm隨鉆震擊器+φ127.0 mm加重鉆桿×6根+φ127.0 mm鉆桿。樹心參數(shù)：鉆壓5～10 kN,排量14.5 L/s，轉(zhuǎn)速50 r/min，鉆進取心參數(shù)：鉆壓20～30 kN，排量15 L/s，轉(zhuǎn)速50 r/min。

4 結(jié)論及建議

1) 鉆進參數(shù)調(diào)整范圍過大和對堵心異常情況的誤判,是YD油田巖心收獲率不高的主要原因。取心時應(yīng)嚴格執(zhí)行取心操作規(guī)程，時刻注意鉆進參數(shù)的變化，及時判斷異常情況，確保巖心收獲率。

2) 針對破碎性碳酸鹽巖儲層，采用小鉆壓、低轉(zhuǎn)速和低排量的取心參數(shù)，在保證取心機械轉(zhuǎn)速的同時，降低破碎性地層造成的卡心和堵心的概率。

3) 建議結(jié)合該地區(qū)的地層特性，開展取心工具的穩(wěn)定性研究，在條件允許的情況下，盡可能采用雙筒或三筒取心鉆具組合，這樣既可以保證巖心收獲率，又可以降低鉆井綜合成本。

4) 建議引進具有堵心顯示功能的新型取心工具，以提高巖心收獲率。

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[編輯 劉文臣]

Coring Challenges and Solutions in the YD Oilfield

Wu Wei1, Ling Wenxue2, Si Yinghui3

(1.SinopecInternationalPetroleumExplorationandProductionCorporation,Beijing, 100029,China; 2.SinopecResearchInstituteofPetroleumEngineering,Beijing, 100101,China; 3.DrillingTechnologyResearchInstitute,SinopecShengliOilfieldServiceCorporation,Dongying,Shandong, 257017,China)

In the YD Oilfield, early wildcat wells provided only limited core data and there was low core recovery. In order to acquire enough core data and to improve the core recovery in this oilfield, coring challenges were first analyzed, since the coring intervals were prone to break due to existence of dissolved caves and the fact they contained alternating hard and soft formations with high heterogeneity and high H2S. Then, considering these challenges and the practice of coring in this oilfield, a specific coring solution was proposed for the YD Oilfield, that included consideration of aspects of coring tools selection, wellbore preparation, runing in hole, coring parameters optimization, core cutting and pulling out of hole. In addition, this article also demonstrates the coring drilling experiences in Well APP3 and F09. The solution was applied in Wells APP3 and F09,and their core recovery rate in these wells significantly improved. The results indicate that the proposed solution could effectively address the challenges of coring in this oilfield.

coring; core recovery rate; coring tools; YD Oilfield

2015-02-20；改回日期：2015-04-21。

吳為(1982—)，男，湖北天門人，2006年畢業(yè)于長江大學(xué)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)，2009年獲中國石油大學(xué)(北京)油氣井工程專業(yè)碩士學(xué)位，工程師，主要從事鉆井技術(shù)管理及科研等工作。

國家科技重大專項“中東復(fù)雜地層安全快速鉆井關(guān)鍵技術(shù)研究”(編號：2011ZX05031-004-001)資助。

?YD油田工程技術(shù)專題?

10.11911/syztjs.201503004

TE254

A

1001-0890(2015)03-0018-05

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