錢可貴

(大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院,黑龍江大慶163413)

塔東地區(qū)位于塔里木盆地東部，塔東庫魯克塔格斷隆與車爾臣斷裂之間。四開取芯地層一般為奧陶系的鷹山組和蓬萊壩組，以及寒武系。鷹山組巖性以灰?guī)r為主，夾雜灰質(zhì)云巖。蓬萊壩組巖性以云巖為主，夾云質(zhì)灰?guī)r、云灰?guī)r。寒武系巖性為灰色白云巖、灰質(zhì)云巖、云質(zhì)灰?guī)r、硅質(zhì)巖、角礫云巖等。以前在塔東區(qū)塊的小井眼取芯較少，取芯收獲率較低。通過近幾年9口井的小井眼取芯，從中不斷總結(jié)經(jīng)驗，完善改進取芯工具和優(yōu)選取芯鉆頭，改進工藝技術(shù)措施，使收獲率不斷提高，最終達到90%以上。前4口井井眼尺寸為152.4mm，后5口井井眼尺寸改為168.3mm。

1 塔東地區(qū)四開小井眼取芯難點分析

（1）取芯井段深、井眼小。為了降低起下鉆卡鉆風險，取芯工具上無扶正器，鉆具細長，取芯工具在取芯鉆進時不穩(wěn)定。上下活動鉆具摩阻大，實際鉆壓不易確定，鉆具易被壓彎，導致取芯鉆頭偏向一側(cè)，使巖芯彎曲，導致堵芯。

（2）堵芯難判斷。由于地層軟硬交錯，部分云巖地層裂縫孔洞發(fā)育，巖芯堅硬且易碎，非常容易堵芯。當鉆速變慢時，地面難判斷是發(fā)生堵芯、還是出現(xiàn)硬夾層或鉆頭磨損導致。部分灰?guī)r地層，膠結(jié)性差，堵芯后鉆速基本不變。如果判斷失誤造成磨芯，則難以保證收獲率。

（3）鉆具和鉆頭的振動加劇了巖芯破碎。取芯鉆進時鉆頭的橫縱向振動導致裂縫和孔洞發(fā)育的巖芯破碎，可能破壞巖芯爪，也可能使巖芯卡死在內(nèi)筒中,如果繼續(xù)鉆進就出現(xiàn)磨芯。

（4）部分云巖、硅質(zhì)巖膠結(jié)致密，鉆頭壽命低，單筒進尺低。

2 技術(shù)對策

（1）取芯工具的優(yōu)選與改進：前4口井使用的取芯工具是普通常規(guī)取芯工具，型號是QC/ZS121-66。后5口井取芯工具改為QC/ZS133-70。后4口井在QC/ZS133-70取芯工具上增加了內(nèi)筒扶正和堵芯報警裝置。兩種工具都包括安全接頭、懸掛總成、內(nèi)外筒總成和卡芯機構(gòu)等[1]。改進后的QC/ZS133-70工具適用于168.3mm井眼取芯，與QC/ZS121-66取芯工具相比具有以下特點：①工具的抗拉強度和穩(wěn)定性提高20%，同時巖芯直徑增加4mm，有利于保持巖芯的完整性。②增加的內(nèi)筒扶正機構(gòu)可以保證在鉆具彎曲或存在井斜取芯時內(nèi)外筒同心，即保證鉆頭環(huán)狀切削地層剩余的巖芯與內(nèi)筒同心。扶正機構(gòu)與上部懸掛總成中的軸承配合，可以使內(nèi)筒在取芯鉆進時與巖芯之間不發(fā)生轉(zhuǎn)動，減少內(nèi)筒對巖芯的破壞，有利于巖芯順利進入內(nèi)筒。③增加的堵芯報警機構(gòu)在堵芯發(fā)生時泵壓會有一個明顯的變化，可以提示取芯工程師注意觀察，采取必要措施。

（2）堵芯的判斷與處理：增加堵芯報警機構(gòu)后，如果發(fā)生堵芯，巖芯推動內(nèi)筒上行，減少了分流接頭處水眼的過流面積，泵壓會增加1~2MPa。由于鉆井液性能不穩(wěn)定或鉆頭磨損，泵壓增加不一定是發(fā)生了堵芯，需要取芯工程師進一步判斷。具體需要采取以下措施減輕堵芯和判斷堵芯：首先在鉆速快的灰?guī)r地層使用小鉆壓鉆進，控制鉆速，降低堵芯的發(fā)生。其次當泵壓增加，速度變慢時，通過頂驅(qū)扭矩表來判斷是否發(fā)生堵芯磨芯，如果扭矩波動明顯，一般就不是發(fā)生堵芯，可以判斷出現(xiàn)硬夾層，通過適當增加鉆壓提高鉆速。如果扭矩無波動，同時鉆速非常慢，就可以初步判斷發(fā)生了堵芯，需要及時起鉆，避免巖芯損失。最后鉆頭磨損會導致鉆井液流道面積減少，泵壓升高。如果鉆速慢的同時，泵壓緩慢的逐漸升高，且鉆進時間較長，就可以判斷為鉆頭磨損導致。可以通過觀察返出的巖屑來判斷巖性，如果巖屑中含硅質(zhì)，一般就是地層硬度高導致的鉆速慢。

（3）優(yōu)選取芯參數(shù)降低鉆具振動：小鉆壓、低轉(zhuǎn)速可以明顯降低鉆具的振動，減少對巖芯的破壞。常用取芯鉆頭破巖形式有切削和研磨兩種，研磨型的鉆頭比切削型的取芯鉆頭振動明顯降低，減少振動對巖芯的破壞，有利于硬碎、裂縫和孔洞發(fā)育的地層取芯。

（4）取芯鉆頭的選擇：在灰?guī)r地層，雖然PDC鉆頭鉆速快，但鉆進時振動容易導致堵芯。在云巖地層巴拉斯鉆頭壽命比天然金剛石差[2]。因此在灰?guī)r為主的地層，選擇巴拉斯和天然金剛石鉆頭，在云巖地層選擇天然金剛石鉆頭或孕鑲鉆頭，提高單筒進尺?？紤]到井段深，起下鉆成本及地層的不可預測，一般選擇天然金剛鉆頭。

3 現(xiàn)場應用

3.1 取芯鉆具組合

?152.4mmBIT+?133mmCB+?127mmDC×12根+?121mmDC×9根+?101.6mmHWDP×15根+?101.6mmDP。

3.2 現(xiàn)場取芯技術(shù)

（1）取芯前檢查工具，確保懸掛軸承轉(zhuǎn)動靈活，內(nèi)外筒沒有彎曲。

（2）由于井底溫度高達160℃以上，需要把取芯工具出廠時自帶的丁腈橡膠密封圈改為氟橡膠密封圈，確保安全接頭密封的可靠性。

（3）下鉆到底后開泵循環(huán)，排量可達18L/s。循環(huán)期間上下活動鉆具，記錄上提下放的懸重。待后效完全返出時，投球，并開泵送球。通過鉆具內(nèi)容積和泵排量，計算出球到底時間。如果之前泵壓沒有突然增加，則時間達到計算送球時間后，即可認為球已經(jīng)到底。

（4）球到底后調(diào)整泵排量至正常取芯鉆進排量12~13L/s，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速調(diào)至15~20r/min，緩慢下放鉆具探底。指重表調(diào)零點后，頂驅(qū)停轉(zhuǎn)，加鉆壓20~40kN測量方入。

（5）測量完方入后，上提鉆具，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速調(diào)至40~50r/min[3]，用10~20kN樹芯30cm。樹芯后,根據(jù)鉆速逐漸提高鉆壓到20~40kN，鉆速過快時應降低鉆壓，減少堵芯發(fā)生。

（6）如果鉆速低，最后漲芯時不宜加壓過大，增加的鉆壓是使鉆具發(fā)生彎曲，最終變相地增加了單筒進尺。鉆速高時，宜增加15~30kN鉆壓，使巖芯直徑增加，有利于割芯。鉆達預定進尺后，磨芯至20kN，測量方入后連續(xù)緩慢上提鉆具割芯。

（7）由于巖芯直徑小，巖芯上裂縫多，割芯力較小，導致巖芯爪對巖芯的抱緊力小。在起鉆時就要求司鉆和鉗工操作平穩(wěn)，減輕鉆具振動，防止巖芯從內(nèi)筒中掉落。如果無卡鉆、溢流等特殊情況，不循環(huán)鉆井液，直接起鉆。

3.3 取芯效果及原因分析

近幾年在塔東地區(qū)共取芯9口井，按照施工時間統(tǒng)計，數(shù)據(jù)見表1。從表1中可以看出，取芯井段為6000~7000m，屬于超深井取芯，巖性以灰?guī)r和云巖為主。收獲率整體水平在不斷提高，最后4口井，累計收獲率已達到82.66%，最后1口井收獲率達到90.75%。鉆頭從PDC改為巴拉斯和天然金剛石取芯鉆頭后單筒進尺降低了，實際獲取的巖芯提高較多。

表1 取芯數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

（1）收獲率低的原因主要有以下幾點：①地層裂縫發(fā)育，巖芯成柱性差，巖芯破碎。取芯鉆進時發(fā)生堵芯，鉆速變化不大，地面沒有判斷出來，繼續(xù)鉆進造成磨芯。②地層堅硬，鉆速慢，加壓的過程中鉆具彎曲造成“假進尺”。部分筒次的取芯，最后鉆壓不能磨到20kN，鉆具壓縮量導致實際進尺小于計算的進尺。③割芯時，地層裂縫發(fā)育，巖芯破碎。巖芯爪對巖芯的抱緊力小。起鉆時鉆具振動導致巖芯從內(nèi)筒中掉落。④部分巖芯致密，鉆進時鉆頭把巖芯磨的非常光滑，割芯時發(fā)生擼芯，導致收獲率降低。

（2）單筒進尺低的原因主要有以下幾點：①發(fā)生了堵芯，并準確判斷出。為避免磨芯，只好起鉆。最具代表性的為GC14井的第3筒芯,巖芯發(fā)生彎曲，如圖1所示。②鉆頭磨損，泵壓增加，鉆速變慢。圖2是新鉆頭和2只磨損的舊鉆頭圖片。

圖1 發(fā)生彎曲的巖芯

圖2 新鉆頭和磨損的鉆頭

（3）增加的內(nèi)筒扶正降低了堵芯的發(fā)生，有利于巖芯順利進入內(nèi)筒。在后4口井的取芯中堵芯發(fā)生的情況比前5口井明顯減少。

（4）增加堵芯報警機構(gòu)后，泵壓增加可以給取芯工程師一個明顯的警示。提示取芯工程師注意觀察、判斷，及時采取措施。CT 2第2筒芯，就是泵壓增加，結(jié)合頂驅(qū)扭矩準確判斷出發(fā)生堵芯及時起鉆，避免了磨芯發(fā)生，保證了巖芯收獲率。

4 結(jié)論與認識

（1）在灰?guī)r為主的地層容易堵芯，需要小鉆壓、低轉(zhuǎn)數(shù)控制鉆速，降低堵芯發(fā)生，可以選擇巴拉斯鉆頭。

（2）在云巖為主地層鉆速慢，不宜增加太高鉆壓造成“假進尺”，可以選擇天然金剛石鉆頭。

（3）天然金剛石鉆頭的適用性高于巴拉斯鉆頭，不能確定地層情況時，宜選擇天然金剛石鉆頭。

（4）增加的內(nèi)筒扶正機構(gòu)降低了堵芯的發(fā)生，增加的堵芯報警機構(gòu)有利于對堵芯的判斷。