论文部分内容阅读
摘要：破碎地层取心，受岩石性质及工具稳定性的双重影响，极易出现严重的堵心、卡心，如果未及时发现或发现后未及时起钻，不可避免的会导致磨心，降低取心收获率。文中通过分析在金竹1井破碎地层取心出现堵心、掉心的原因，并结合钻井参数的变化特点，总结形成了一套适应性破碎地层取心，并提高取心收获率的技术。在下扬子区亳参1井破碎地层取心应用，取得了较好效果。
关键词：破碎地层;堵心;卡心;取心参数;收获率
钻井取心是获得地层原始标本的唯一途径，是了解地层岩性和储层特性资料的最直接最可靠的手段，因此钻井中将取心收获率的高低作为评价取心效果的唯一标准。破碎地层取心，受岩石性质及工具稳定性的双重影响，极易出现严重的堵心与卡心，如果未及时发现或发现未及时处理，不可避免的会导致磨心及堵心，降低取心收获率。
1 破碎地层取心难点
破碎地层一般表现为纵向裂缝性发育并为方解石填充，地层倾角大，易破碎，受地层岩性、地层倾角以及构造地应力对地层的挤压作用等因素影响造成取心率偏低和阻卡复杂频繁。破碎地层取心存在以下难点：
（1）地层破碎，不能持续进入内筒造成堵心、磨心。
（2）高钻压易导致取心筒弯曲，取心筒弯曲后，将导致岩心柱的弯曲，扭曲的岩心将使得岩心入筒困难并易堵心。高转速导致钻具摆动大，钻头运转不平稳，岩心难以成柱，造成进心困难。
（3）破碎岩心易卡于岩心爪处，堵塞进心通道，易造成堵心甚至磨心。割心时破碎岩心不易抓住，造成掉心，漏心。
（4）破碎地层增加判断难度，如未及时割心易造成堵心磨心。
（5）破碎地层一般表现为地层应力大，取心钻时慢，越慢越易造成堵心磨心。
（6）破碎地层如果钻井液性能不匹配，破碎掉块重复切削，致使钻头运转不平稳
2 金竹1井破碎地层取心情况分析
金竹1井是滇黔北探区威信凹陷芒部背斜带金竹林背斜南高点的一口探井，该井设计井深3200m，实钻井深3139m。该井设计要求对下寒武筇竹寺组（∈1q）、上震旦统灯影组（Z2dn）和陡山沱组为可能含气层段进行取心，实钻中取心7次，取芯进尺20.15m，芯长15.89m，岩芯收获率78.86%。其中第一次取心在筇竹寺组，地层相对稳定，取心收获率100%，其余六次取心在灯影组与陡山沱组，地层裂缝发育、破碎，导致取心收获率低。
第1筒在筇竹寺组灰黑色泥岩取心，采用八刀翼取心PDC钻头+铝合金内筒+卡箍岩心爪取心工具，取心正常，收获率100%。
第2、3和4筒在筇竹寺组碳质页岩地层、含云灰质页岩和灯影组白云岩地层取心，地层裂缝发育、破碎，取心进尺短、收获率低的主要原因是①取心过程中上部破碎地层的掉块，转盘扭矩波动变化大，造成取心钻头和取芯筒运行不平稳，进心困难，影响了岩心判断的难度。②卡箍岩心爪无法正常抓住破碎岩心，在技套内起钻钻具碰撞加剧，致使部分岩心脱落。③取心现场操作不果断，取心钻时严重偏慢和井下复杂时，没有及时割心起钻，造成破碎岩心磨心。
针对前3筒破碎地层取心情况，优化破碎地层取心工艺：
（1）破碎地层取心钻头选用高效快速钻进钻头或满天星式取心钻头，提高钻头运行平稳度。
（2）在破碎地层取心采用卡板式岩心爪或复合式岩心爪。
（3）加强对井下的判断，出现异常果断割心起钻，尽量避免在破碎地层中割心。
（4）破碎地层取心前严格按要求做好井眼准备工作，保证井眼畅通、井底干净，调整好钻井液性能。
（5）取心过程要避免停泵、停转盘上提钻具，起下钻过程中操作平稳，减少碰撞。
（6）破碎地层取心需进一步优选取心钻进参数，如适当降低转速、钻压和排量。
第5和6筒在灯影组白云岩地层取心，地层岩性硬、脆、破碎，通过采用铝合金内筒+板式岩心爪取心工具，优化取心参数，取心钻压不超过40KN，转速50rpm，排量20l/s。取心过程中出现转盘扭矩波动增加明显，且无进尺，判断发生堵心，立即割心起钻。2筒心均取得了较好的效果，收获率分别达到71.43%和83%。
第5筒岩心垂直和轴向裂缝极为发育，取心过程中钻井液冲蚀和应力释放引起岩心破碎，造成取心过程中扭矩波动大和堵心。
由于第6筒取心室卡板式岩心爪损坏，第7筒心采用卡箍式岩心爪取心，取心进尺3.19m，收获率65.8%。岩心分段破碎，岩心爪内有整块岩心，岩心爪以下破碎心脱落，造成收获率偏低。
3 破碎地层取心工艺应用效果
皖亳参1井是中国地质调查局油气资源中心部署在皖北亳州地区的一口参数井，完钻井深2848m，在二叠系上石盒子组、下石盒子组、山西组和石炭太原组连续取心230m。取心地层碳质泥岩、煤层、火成岩发育，泥岩和砂岩均破碎，造成取心过程中堵心频发、单趟取心进尺短，取心趟数多。
针对皖亳参1井取心过程中地层破碎情况，优化破碎地层取心工艺：
（1）采用双扶取心筒，来减少底部取心工具的摆动。破碎性砂岩地层采用单筒取心工艺，同时控制取心进尺。
（2）使用弹性较好的岩心爪，便于进心。调整钻头间隙到5mm-7mm，降低在岩心爪处卡心的几率。
（3）使用尖园进口齿复合片取心钻头，提高取心机械转速，降低堵心几率。
（4）优化取心参数，降低钻压为4KN、转盘转速为50 rpm，减少取心筒的受压弯曲变形，提高钻头工作的稳定性，利于岩心成柱便于进心。
皖亳参1井通过优化取心工具与参数及操作，破碎性地层取心进尺230m，心长227.69m，收获率96.89%。
4 结论与建议
（1）破碎地层取心必须针对地层破碎特性，及时优化取心工艺及参数，以提高取心收获率。
（2）破碎地层取心使用稳定性好的双扶取心外筒和铝合金内筒，单筒取心工艺。
（3）破碎地层取心优选尖园齿高效取心钻头或满天星式钻头，提高取心速度。
（4）破碎地层取心应根据井下情况，适当降低取心钻压、钻速和排量，减少因参数的影响造成堵心及磨心。
（5）加快復合式岩心爪的研制。如使用卡箍式或卡板式岩心爪，将底轴承间隙调整为小于6mm以内。
关键词：破碎地层;堵心;卡心;取心参数;收获率
钻井取心是获得地层原始标本的唯一途径，是了解地层岩性和储层特性资料的最直接最可靠的手段，因此钻井中将取心收获率的高低作为评价取心效果的唯一标准。破碎地层取心，受岩石性质及工具稳定性的双重影响，极易出现严重的堵心与卡心，如果未及时发现或发现未及时处理，不可避免的会导致磨心及堵心，降低取心收获率。
1 破碎地层取心难点
破碎地层一般表现为纵向裂缝性发育并为方解石填充，地层倾角大，易破碎，受地层岩性、地层倾角以及构造地应力对地层的挤压作用等因素影响造成取心率偏低和阻卡复杂频繁。破碎地层取心存在以下难点：
（1）地层破碎，不能持续进入内筒造成堵心、磨心。
（2）高钻压易导致取心筒弯曲，取心筒弯曲后，将导致岩心柱的弯曲，扭曲的岩心将使得岩心入筒困难并易堵心。高转速导致钻具摆动大，钻头运转不平稳，岩心难以成柱，造成进心困难。
（3）破碎岩心易卡于岩心爪处，堵塞进心通道，易造成堵心甚至磨心。割心时破碎岩心不易抓住，造成掉心，漏心。
（4）破碎地层增加判断难度，如未及时割心易造成堵心磨心。
（5）破碎地层一般表现为地层应力大，取心钻时慢，越慢越易造成堵心磨心。
（6）破碎地层如果钻井液性能不匹配，破碎掉块重复切削，致使钻头运转不平稳
2 金竹1井破碎地层取心情况分析
金竹1井是滇黔北探区威信凹陷芒部背斜带金竹林背斜南高点的一口探井，该井设计井深3200m，实钻井深3139m。该井设计要求对下寒武筇竹寺组（∈1q）、上震旦统灯影组（Z2dn）和陡山沱组为可能含气层段进行取心，实钻中取心7次，取芯进尺20.15m，芯长15.89m，岩芯收获率78.86%。其中第一次取心在筇竹寺组，地层相对稳定，取心收获率100%，其余六次取心在灯影组与陡山沱组，地层裂缝发育、破碎，导致取心收获率低。
第1筒在筇竹寺组灰黑色泥岩取心，采用八刀翼取心PDC钻头+铝合金内筒+卡箍岩心爪取心工具，取心正常，收获率100%。
第2、3和4筒在筇竹寺组碳质页岩地层、含云灰质页岩和灯影组白云岩地层取心，地层裂缝发育、破碎，取心进尺短、收获率低的主要原因是①取心过程中上部破碎地层的掉块，转盘扭矩波动变化大，造成取心钻头和取芯筒运行不平稳，进心困难，影响了岩心判断的难度。②卡箍岩心爪无法正常抓住破碎岩心，在技套内起钻钻具碰撞加剧，致使部分岩心脱落。③取心现场操作不果断，取心钻时严重偏慢和井下复杂时，没有及时割心起钻，造成破碎岩心磨心。
针对前3筒破碎地层取心情况，优化破碎地层取心工艺：
（1）破碎地层取心钻头选用高效快速钻进钻头或满天星式取心钻头，提高钻头运行平稳度。
（2）在破碎地层取心采用卡板式岩心爪或复合式岩心爪。
（3）加强对井下的判断，出现异常果断割心起钻，尽量避免在破碎地层中割心。
（4）破碎地层取心前严格按要求做好井眼准备工作，保证井眼畅通、井底干净，调整好钻井液性能。
（5）取心过程要避免停泵、停转盘上提钻具，起下钻过程中操作平稳，减少碰撞。
（6）破碎地层取心需进一步优选取心钻进参数，如适当降低转速、钻压和排量。
第5和6筒在灯影组白云岩地层取心，地层岩性硬、脆、破碎，通过采用铝合金内筒+板式岩心爪取心工具，优化取心参数，取心钻压不超过40KN，转速50rpm，排量20l/s。取心过程中出现转盘扭矩波动增加明显，且无进尺，判断发生堵心，立即割心起钻。2筒心均取得了较好的效果，收获率分别达到71.43%和83%。
第5筒岩心垂直和轴向裂缝极为发育，取心过程中钻井液冲蚀和应力释放引起岩心破碎，造成取心过程中扭矩波动大和堵心。
由于第6筒取心室卡板式岩心爪损坏，第7筒心采用卡箍式岩心爪取心，取心进尺3.19m，收获率65.8%。岩心分段破碎，岩心爪内有整块岩心，岩心爪以下破碎心脱落，造成收获率偏低。
3 破碎地层取心工艺应用效果
皖亳参1井是中国地质调查局油气资源中心部署在皖北亳州地区的一口参数井，完钻井深2848m，在二叠系上石盒子组、下石盒子组、山西组和石炭太原组连续取心230m。取心地层碳质泥岩、煤层、火成岩发育，泥岩和砂岩均破碎，造成取心过程中堵心频发、单趟取心进尺短，取心趟数多。
针对皖亳参1井取心过程中地层破碎情况，优化破碎地层取心工艺：
（1）采用双扶取心筒，来减少底部取心工具的摆动。破碎性砂岩地层采用单筒取心工艺，同时控制取心进尺。
（2）使用弹性较好的岩心爪，便于进心。调整钻头间隙到5mm-7mm，降低在岩心爪处卡心的几率。
（3）使用尖园进口齿复合片取心钻头，提高取心机械转速，降低堵心几率。
（4）优化取心参数，降低钻压为4KN、转盘转速为50 rpm，减少取心筒的受压弯曲变形，提高钻头工作的稳定性，利于岩心成柱便于进心。
皖亳参1井通过优化取心工具与参数及操作，破碎性地层取心进尺230m，心长227.69m，收获率96.89%。
4 结论与建议
（1）破碎地层取心必须针对地层破碎特性，及时优化取心工艺及参数，以提高取心收获率。
（2）破碎地层取心使用稳定性好的双扶取心外筒和铝合金内筒，单筒取心工艺。
（3）破碎地层取心优选尖园齿高效取心钻头或满天星式钻头，提高取心速度。
（4）破碎地层取心应根据井下情况，适当降低取心钻压、钻速和排量，减少因参数的影响造成堵心及磨心。
（5）加快復合式岩心爪的研制。如使用卡箍式或卡板式岩心爪，将底轴承间隙调整为小于6mm以内。