应用于油田的水平井密闭取芯技术

高长春

摘 要：油田油层是埋藏在地下的“黑色黄金”，油层深处地下对原油的定位开采带来了极大的困难。水平井技术在低丰度薄层油藏的开采中得到了广泛的应用，并取得了良好的开采效果，为进一步提高油井单井产量、完成目的油层的深度开发，需要借助于水平井连续密闭取芯技术，来实现岩芯地质资料的准确获取，以便为油田井下地质分析提供准确的数据样本。目前大段连续水平井密闭取芯技术仍存在一些技术难点。本文在分析水平井连续密闭取芯技术所面临的应用难点的基础上，对如何做好水平井连续密闭取芯技术的应用进行阐述。

关键词：水平井；连续密闭取芯技术；应用

中图分类号：TE244 文献标志码：A

0 前言

水平井连续密闭取芯能够最大限度地保证所获取的地下油层岩芯样品资料的真实性，避免受到钻井液的污染。通过对岩芯样品进行分析，以便于获取准确、翔实的地下油层油水饱和度等一系列地质资料数据，为油田油气开发、储量评估提供数据支撑。水平井是一种应用于油田开采的重要钻采形式，伴随而来的是水平井连续密闭取芯任务的增加，为了获取真实、不受污染的岩芯样品，需要积极做好水平井连续密闭取芯技术的应用，并针对水平井连续密闭取芯技术应用中所存在的问题采取针对性的应对措施，以便使得水平井连续密闭取芯技术能够取得最好的应用效果。

1 水平井连续密闭取芯的工作原理与技术难点

1.1 水平井连续密闭取芯工作原理

在取芯内筒里注满密闭液，上紧丝堵，内筒形成良好密封。取芯筒连接螺杆钻具下入井底，取芯前进行循环，大排量冲洗井底，井底清洗干净后停泵，缓慢下放钻具施加钻压剪断销钉。通过采用转盘和螺杆钻具联合驱动的方式进行取芯作业。取芯钻进时，内筒不随钻具旋转，密闭头引导岩芯进入内筒，密闭液从其间隙流出，均匀地包裹在岩芯表面上，形成一层保护膜，免受钻井液浸入岩芯，割芯时，上提钻具，岩芯爪沿钻头内锥面下行，产生径向锁紧力，将岩芯卡紧，当上提拉力达到岩心断面极限拉力时，岩芯即被割断。

1.2 水平井连续密闭取芯技术难点

（1）取芯工具由于受到螺杆或是螺杆与转盘的联合驱动，将致使密闭筒发生高速转动，高速转动的密闭筒带动位于其中的密闭液产生极大的旋转力，如果岩芯强度不足，岩芯会在这一旋转力的作用下发生断裂或破损，影响取芯收获率。因此在水平井连续密闭取芯作业中需要采用双筒单动方式，而常规的水平井取芯工具所采用的悬挂总成占内筒管串约1m的长度，这一长度将严重占用取芯筒的进尺距离，且无法在井口灌注密闭液致使劳动作业强度大幅增加。（2）水平井取芯的关键在于避免出现纠斜工具纠斜，以免影响水平井取芯的进尺距离，从而导致无法完整地进行取芯。因此就要求水平井在取芯过程中，通过调节井眼轨迹实现水平井取芯的连续作业。（3）水平井取芯中所使用的密闭液密度较小低于钻井液的密度，在水平井取芯作业中使用密闭液包覆岩芯的过程中，将使得一部分钻井液进入密闭筒中造成岩芯的污染。

2 水平井连续密闭取芯的应用

我们对水平井取芯过程中存在的问题进行解决和优化，提高了水平井取芯的一系列难题。

2.1 水平井连续密闭取芯钻具悬挂总成优化

在水平井连续密闭取芯技术的应用中，通过设计带有一对圆锥滚子轴承的内筒旋转机构，使得双筒单动既能够满足转动过程中所产生的轴向和径向载荷，同时也完成了对于密闭内筒的轴向限定。通过结构优化缩短了传统结构的长度，提高了密闭内筒的有效长度，使得水平井连续密闭取芯作业所获得的岩芯长度得到了20%的提升。

2.2 水平井连续密闭取芯井眼轨迹调整控制优化

针对水平井取芯纠斜的优化，通过对水平井连续密闭取芯过程中取芯工具的受力状态进行分析，利用改变取芯工具近钻头和远钻头的稳定器增加和减少，使得水平井连续密闭取芯过程中的井眼轨迹可控。利用无螺扶、单螺扶、双螺扶3种结构形式与螺杆上端形成钻具组合，实现了水平井连续密闭取芯作业过程中的井眼轨迹控制。通过对优化后的钻井工具进行试验后发现，利用无螺扶、单螺扶、双螺扶3种结构形式与螺杆上端形成钻具组合具有较强的造斜性能，水平井连续密闭取芯作业中根据测斜工具所获得的水平井井眼轨迹变化规律，选择合适的钻具组合，来完成水平井连续密闭取芯作业中的井眼轨迹调整控制。

2.3 水平井连续密闭取芯密闭液钻井液置换问题的优化

针对低密度的密闭液与高密度的钻井在取芯密闭过程中的置换问题，一方面可以通过研发新型高密度基密闭液，利用高密度基密闭液所具有的高黏度和切力特性，完成对于岩芯的密闭和保护，高黏度的密闭液将能够与钻井液形成良好的密度平衡，从而有效地避免了存在于水平井连续密闭取芯密作业过程中的密闭液置换问题。除了积极开发新型高密度密闭液外，对密闭取芯工具进行改造也能够有效地解决密闭液置换问题，通过在密闭头上加装平衡单向阀，用以阻隔钻井液的进入，在水平井连续密闭取芯密作业过程中，如密闭筒内压力高于筒外压力时，单向平衡阀的弹簧将压缩，平衡阀的阀芯打开，位于密闭筒中的密闭液将能够从密闭筒中流出，而当密闭筒内外压力平衡时，平衡单向阀则关闭，阻隔密闭筒与外界的联系，通过加装平衡单向阀，能够有效地改善钻井液置换问题，提高了取芯的保护。

2.4 优化水平井连续密闭取芯作业参数

水平井连续密闭取芯作业精细而复杂，在实际的水平井连续密闭取芯作业中需要结合井下地层的地质状况优化作业参数。作业中每隔一定长度进行一次通井作业，确保钻井井眼的畅通，通井时可以使用LWD仪器对井眼进行测量优化钻井钻具并控制钻井方向。

2.5 优化水平井连续密闭取芯钻压

水平井连续密闭取芯作业过程中钻具大多数情况下处于水平作业状态，受重力作用钻具与井眼下壁的摩擦，加剧致使指重表所显示钻压无法真实地表现出实际钻压。在水平井连续密闭取芯作业中，应尽可能地选用小钻压钻进，在保证水平井连续密闭取芯设备快钻速的基础上优先选用小钻压，并注意观测泵压和钻进扭矩的变化情况，最大限度地确保水平井连续密闭取芯钻进的正常进行。在水平井钻进过程中，随着钻井深度和水平段的加長，钻压无法有效地传递至钻头上，为解决这一问题，可以在钻具螺杆上方加装螺旋钻铤，并将钻铤与加重钻杆在钻进过程中的定期倒换，用以确保钻井钻进过程中的施压。

2.6 水平井连续密闭取芯作业中钻具转速的优化

水平井连续密闭取芯作业中其钻进主要依靠螺杆，而转盘仅仅作为辅助驱动，辅助转盘旋转能够保证转具能够充分转动，避免黏卡、托压等问题的产生。水平井连续密闭取芯作业的转速确定遵循“低转速”原则，将转具的转速控制在5r/min～20r/min的范围内。水平井连续密闭取芯作业低转速钻进能够保证取芯的完整性，提高取芯的收获率。同时低转速能够有效防止转矩过载，保护水平井连续密闭取芯作业钻具的安全。

结语

水平井连续密闭取芯技术的应用能够在水平井取芯作业过程中最大限度地保证了岩芯的油水饱和度资料的真实性和可靠性，避免岩芯样品受到钻井液的污染。本文在分析传统水平井取芯作业不足之处的基础上，对如何做好水平井取芯技术的优化进行了分析介绍。

参考文献

[1]于智峰，向峰，李龙涛，等.水平井密闭取芯技术在大庆油田中的应用[J].西部探矿工程，2011，23（1）：101-103.

[2]刘春来，王晓舟，张洪君，等.水平井取心工具在杏6-1-平35井中的应用[J].石油钻采工艺，2008，30（4）：114-116.

[3]隋新光，赵敏娇，渠永宏，等.水平井挖潜技术在大庆油田高含水后期厚油层剩余油开发中的应用[J].东北石油大学学报，2006，30（1）：112-113.