焦页1952HF井下套管的二十七小时

赵文彬++郜国强++徐建

[摘  要]焦页195-2HF井部署在川东高陡褶皱带万县复向斜平桥背斜南部，该井在克服前期斜导眼井壁失稳、取心段井斜达40°等难题下。通过选择合适的取心工具，制定合理的工艺技术措施，确保了较好的取心收获率，该井取心进尺72.10m，心长59.57m，取心收获率82.62%。焦页195-2HF井取心施工的完成在页岩气井大斜度钻井取心工艺方面积累了经验，为平桥南区块施工同类型井提供了一定的借鉴价值。

[关键词]取心;大斜度;工具;技术;

中图分类号：TE244 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0215-02

1 概述

焦页195-2HF井部署在川东高陡褶皱带万县复向斜平桥背斜南部，二开设计井深3058m，钻探目的是获取平桥南区页岩气地质参数，落实页岩含气性;获取平桥南区地层及地球物理参数，指导地震资料处理与解释，为地层划分、开发井优化及水平井设计提供依据。

该井在2920.00-2992.60m连续取心72.10m，取心地层为志留系下统龙马溪组，地层岩性为灰黑色页岩、硅质页岩，该井前期斜导眼井壁失稳，井眼存在多个大肚子井段及台阶，导致取心前通井异常困难，同时，由于取心施工周期长，井斜较大（取心井段最大井斜超过40°，未包含地层倾角），钻井液浸泡井壁进一步增大了斜井段泥页岩坍塌压力，导致井壁失稳。针对上述难题，在施工中根据地层情况选用合适的取心工具及钻头，制定较合理的取心工艺措施，确保了取心施工作业顺利进行及收获率。

该井在斜井段合计取心10回次，取心实际进尺72.1m，心长59.57m，取心收获率82.62%。较圆满的完成首次在页岩气井施工中井斜达40°的定向取心作业，为进行平桥南区块页岩气井调整开发提供了宝贵的地质数据。

2 施工难点分析

2.1 前期施工概况

该井钻进至井深2920m，接甲方通知起钻测井。短起测后效过程中，遇卡频繁，需带泵上提钻具，直至提出215.9mm井眼（2536m以后）。通井下钻至2560m遇阻，下压15T未通过，开泵有憋泵现象，转动顶驱划眼蹩钻严重，时常蹩停顶驱。综上分析81/2″井段井壁失稳。期间更换通井钻具组合多次通划井眼，并泵入高粘，大排量清扫井筒。

由于井斜较大，井眼轨迹多处扭方位，导致起钻至2850m-2916m井段停泵上提摩阻大，需带泵上提，上提吨位140-160T。现场分析该井段井壁存在多处台阶及大肚子，下钻至该井段有遇阻现象，需转动顶驱方可通过。

2.2 本井取心难点分析

该井自井深1753m开始定向钻进，取心井段位于增斜段，因井斜角较大（取心井段最大井斜超过40°），钻井取心作业中，取心工具的轴线与重力的方向线所构成夹角较大，在重力作用下，取心工具躺卧在井眼低边，因此该井取心相对常规取心具有较大的难点。主要表现在以下几方面：

（1）由于该井增斜井段较长且存在造斜、扭方位等调整井段，井壁不规则且存在多处台阶，同时井眼低边易形成岩屑床，导致作业摩阻增大，取心外筒易于粘贴井壁，容易造成取心工具的阻卡现象，导致井下复杂;

（2）取心工具的内岩心筒因重力的作用而下垂，与取心工具的外筒内壁相接触，取心钻进时，内岩心筒随外筒一起旋转，直接影响取心的效果。取心工具处于倾斜状态，加之地层倾角的原因，岩心受力多元化，导致岩心折断及楔形断面之间压、扭、摩擦等，易导致堵心复杂的发生[1];

（3）由于该井井斜角较大且使用水基钻井液。井壁与钻柱摩擦力较大，导致井口钻压与井底钻压不相符，给现场正确判断钻压增加困难;

（4）常规的机械加压式取心工具，在大斜度井中实现有效加压较困难。

3 取心工具特点及可行性分析

3.1 取心钻头选择

取心成败的关键是取心钻头。钻头进尺、机械钻速和取心收获率均与所选用的取心钻头密切相关。Db-8100取心工具配套采用SCM306、PMC136d、PMC037、PMC038d型PDC钻头，钻头采用小切削齿和带状内保径齿，设计有加长扶正条，易于控制井斜;同时，加长保径提高耐磨性，且喉颈较短，自扶稳定性好，易于岩心进筒。

3.2 工具结构特点

由于该井取心段井斜较大达到40°，常规取心工具无法保证内筒居中，选用适用于中硬、硬地层地层定向井取心的Db-8100型取心工具。该工具主要由取心钻头、内外岩心筒、卡箍式岩心爪及上下扶正轴承、外筒扶正器等几部分组成，

工具主要特点：（1）外筒采用下扶正器，稳定性好。采用套管本体加上扶正器的外岩心筒组合，既提高了取心工具的稳定性，有利于提高岩心收获率、平均单筒进尺和取心钻头的使用寿命;又不会因刚性过强而引发起下钻困难的问题;（2）内筒总成采用两点扶正，即内筒中间设计有扶正轴承短节，在钻头腔内设计有滚柱扶正轴承，有效解决了在斜井中内筒下垂问题[2];（3）采用钻井液润滑悬挂轴承，轴承无弹夹，允许钻井液通过，起冷却和润滑作用，结构简单，转动灵活，寿命长;（4）整体卡箍和扶正卡箍岩心爪与250P和川7-4岩心爪通用;（5）采用内洗结构，下钻到底后开泵循环清洗井底和内筒后，再投球取心;（6）采用液力推进、机械上提并存结构，实现了取心钻进完毕割心上提内筒的目的，有效防止起钻过程中掉心情况的发生。

3.3 取心工具可行性分析

（1）由于该井取心段井斜较大达到40°，常规取心工具无法保证内筒居中，常规取心钻具的岩心内筒是单点悬挂，在垂直井中，内筒、外筒及钻头的轴线保持一致，双筒单动。而在定向井中，常规取心工具内筒由于重力作用并不能保持内筒、外筒及钻头轴线一致，而是内筒可能躺卧于外筒壁，在外筒压迫下随外筒转动，这将造成岩心难以进入内筒或者出现堵（卡）心[3]。该取心工具内岩心筒采用上下端加装轴承扶正，有效解决了上述问题亦实现了双筒单动。

（2）为降低岩心进筒阻力，保证出筒岩心完整性，方便保存岩心，一般多在内岩心筒中加衬筒组合。取心衬筒分为组合式多级尼龙衬筒和整体式铝合金衬筒，组合式多级尼龙衬筒在直井中应用较为广泛，但本井由于井斜角较大，节与节之间容易形成错缝，不利于岩心进入，而整体式铝合金衬筒则不存在这方面的问题，因此更适合本井取心[4]，该工具恰好使用的是整体式铝合金衬筒。

（3）常规取心工具作为机械加压式取心工具，在大斜度井中实现有效加压较困难，而该工具采用液力推进、机械上提并存结构，保证了斜井段钻压的有效输出。

（4）根据邻井取心资料，页岩气井取心多为直井段取心，典型的取心工具为川7-5双筒取心工具;且重庆平桥南区块及以往施工的井均未在定向段进行过取心作业。经调研，该工具曾在涪陵某页岩气井中（井斜30°）使用且效果较好。

综述所述，该工具在本井实施取心作业是可行有效的。

4 取心工艺技术

4.1 施工准备

为保证取心工具顺利下入，工具下入前使用带215.9mm牙轮钻头的刚性较强的钻具组合通井。对遇阻井段反复划眼，修正不规则井眼，同时大排量清洗井筒并采用高粘清扫井下岩屑床。考虑大斜度井钻井磨阻较大，取心前根据上提下放的悬重计算斜井眼磨阻，为钻进取心加压提供参考，其次为确保取心钻头及工具安全，设置了顶驱钻井扭矩为30KN.m。

4.2 钻具组合

取心钻具组合为Φ215.9mm取心钻头+Φ178mm取心筒（带210mm下扶正器）+取心筒上接头+Φ165.1 mm钻铤*2根+127mmHWDP*24根+127mmDP，取心外筒自带近钻头扶正器改善了取心工具的性能，增强取心筒强度，减小了钻头的侧向力，具有良好的稳斜作用，同时提高了取心工具和钻头工作的稳定性，有利于提高岩心收获率、平均单筒进尺、机械钻速和取心钻头的使用寿命。使用加重钻杆代替大部分钻铤，简化了钻具结构，有助于减小扭矩、防止井壁粘附及减小作业中的磨阻。

4.3 钻井液性能

前期为了防漏，控制钻井液密度在设计下限，发生井壁失稳后，钻井液密度逐步从1.30g/cm3提高至1.46g/cm3，由于取心钻井排量较小，为防止大斜度取心携岩效果不佳，从提高钻井液的润滑性、抑制性、携岩性入手，加大沥青类加量，除粉状沥青，还增加了乳化沥青的使用量，对于防塌封堵及减少摩阻有一定的效果。由于井底温度较高，增加了抗温材料及润滑剂的使用量（磺化类材料，PACLV等），尽可能降低失水。改善泥饼质量，保证井眼畅通，钻井液各项性能为：钻井液密度1.46g/cm3，粘度56s，API失水3.4mL，含砂0.2%，固相含量10%，动塑比0.5，钻井液摩擦系数0.0612。

4.4 取心参数

取心钻进参数对岩心收获率有很大的影响，在确定取心钻进参数时，一般遵循“大钻压、小排量、低转速”的原则[4]。而本井取心参数的选择主要参照以下几点：

（1）考虑到大斜度井眼，钻具与井壁磨阻较大，该磨阻对钻压影响较大，通常会降低钻压导致有效钻压输出较小。所以取心前要保持取心时的排量，再根据上提下放的悬重计算斜井眼磨阻并较定好指重表;

（2）转速设定考虑机械钻速、取心质量及钻具安全，低转速能降低扭矩，增加下部钻具及钻头工作的稳定性;在易破碎地层中亦可降低卡心和堵心的风险，所以大斜度井取心宜用低转速，本井设置在50-70r/mi n左右;

（3）取心排量既要满足取心的需求，又要兼顾携砂及井眼稳定的需求，为达到较好的携岩效果和取得良好取心收获率，本井排量给定20-30l/s，并尽可能维持相同的排量以便判断井下情况，但是当出现机械钻速对比明显的情况时，应根据钻速情况调整取心排量，一般原则机械钻速较低时采用上限，机械钻速较高时采用下限[5]。

4.4 取心措施

由于大斜度井取心存在起下钻摩阻较大、钻进时扭矩大、携屑困难、割心显示不明显等特点[5]，在该井作业过程中采取了以下技术措施：

（1）钻进取心。取心前大排量循环清洗井眼，确保井底清洁，为防止堵心，按照方入提前开动顶驱，上下反复磨碎井底碎块，当取心钻头快接触井底时，尽可能缓慢地转动钻具，校好悬重后，取心钻头轻触井底，钻压（0.5～1t）由小到大，待井底与钻头形状完全吻合后，方可逐渐加至推荐钻压，送钻要求均匀，严防溜钻。取心钻进中，无特殊情况，钻头不能提离井底，尽量避免中途停钻、停转。取心钻进时，根据实钻情况调整钻压、转速、排量等钻井参数。直到获得最佳取心效果。取心钻进中，注意观察机械钻速、泵压的变化，认真分析、判断井下情况。

（2）割心。考虑斜井眼中摩阻较大，割心时根据取心前上提钻具悬重判断是否割心成功，由于该井上提摩阻较高，正常带泵上提吨位160T，割心时上提吨位可能达到180-200T，且上提吨位不稳，存在摩阻突然释放等可能，影响岩心收获率甚至有导致岩心脱落的可能。因此需要增加磨心时间，所以取心最后1m时，逐渐加压至12-14t，转速控制在40-50rpm，磨心钻压到0后割心，上提割心吨位尽量控制在180吨以下，特殊情况不超过200T。

5 取心效果分析

焦页195-2HF井在40度斜井段合计取心10回次，取心进尺72.1m，心长59.57m，取心收获率82.62%。具体数据见表3。

由表3可看出1、3、4回次取心收获率较低，第1回次因操作原因导致堵心，第3、4回次因井眼条件差导致掉心，且部分层段岩心破碎，井底至2700m井段上提吨位较高，需要带泵多次上下活动钻具甚至上拉下砸方能起钻，导致掉心的发生，加之破碎岩心难以带离井眼，也难以打捞，所以收获率低。

6 结论和建议

（1）Db-8100取心工具使用近钻头扶正器改善了取心工具的性能，增强取心筒强度，减小了钻头的侧向力，具有良好的稳斜作用，同时提高了取心工具和钻头工作的稳定性。该工具内岩心筒采用上下扶正，解决了在斜井中内筒下垂问题，首次使用该工具在页岩气井井斜40度井段取心，使用效果较好。

（2）取心钻头采用小切削齿和带状内保径齿，配加长扶正条，易于控制井斜，加长保径提高耐磨性，且喉颈较短，自扶稳定性好，易于岩心进筒并保护岩心，实钻过程中SCM306型钻头效果最佳。

（3）合理选择取心钻进参数是取心关键。根据扭矩变化及时调整取心钻压，低转速、略高排量是参数选取原则。

（4）取心作业井眼条件的好坏至关重要，本井前期井壁坍塌导致井眼不规则，虽通井划眼处理，但斜井段较长，划眼效果不佳导致前期取心效果差，建议类似情况，在调整钻井液性能的同时，采用划眼器划眼，为取心作业创造良好井眼条件。

（5）起钻时应控制速度，操作平稳，不得猛刹猛放，防抽吸，防单吊环起钻，严禁转盘松卸扣，防止丢掉岩心。每起3柱灌满泥浆一次，避免液柱压力下降，造成井内不稳定;取心工具出井前严禁转盘卸扣。岩心出筒后，要及时清洗和封存，避免岩心受到破坏。

参考文献

[1]王智峰，薄万顺，许俊良，大斜度井取心技术[J]，西部探矿工程，2005 （4），P85.

[2]陈晓林，国内水平井定向取心技术及工具[J]，探矿工程，2007（9），P76.

[3]任攀攀，陈晓琳，林修阔，常规取心工具在定向井中应用的可行性分析[J]，探矿工程，2009（3），P8.

[4]王智峰，李作会，王敏生，渤海埕北油田大斜度井取心实践认识[J]，海洋石油，2006（1），P93.

[5]刘春来，张洪军，大斜度井取心工具在冀东南堡油田的应用[J]，西部探矿工程，2016 （10），P38.

作者简介：赵文彬（1987-），男，重庆忠县人，助理工程师，2010年毕业于西南石油大学钻井工程专业，现工作单位：中石化华东石油工程有限公司六普钻井分公司70829井队，从事钻井技术工作。