合水油田水平井水平段取心工艺技术与应用

田逢军， 王万庆， 倪华锋， 杨 光， 周 朏

(川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司)

合水油田位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡西南庆阳鼻褶带，为长庆油田水平井成片开发的油田之一，施工水平井多，储层非均质性强，需要水平段全直径取心及其后续分析，掌握储层的岩性变化特征、规律及缝发育展布规律，为后期有效开发提供一定的理论依据和技术支撑。GP41-65井为合水油田延长组水平井，水平段取心工作较易开展且容易分析地层变化情况。该井设计水平段长1 500 m，水平段连续取心50 m。为长庆油田首次水平井水平段取心井。

一、技术难点

(1)适合合水油田地层特点的取心工具选择难度大，既要保证收获率，同时满足长庆成本要求。

(2)水平井水平段取心井段的选择难度较大，既要油层稳定，轨迹不大幅度调整井段。

(3)取心钻具结构的选择难度大，要保证取心顺利，同时井眼轨迹要符合设计要求。取心工具扶正器刚性大，摩阻、扭矩大于一般水平井，易发生井下复杂。

(4)水平井水平段取心钻进钻压不稳定，取心工具的轴线与重力的方向成直角，钻柱与井壁摩擦力大，容易出现脱压现象[1]，表上钻压不能直观反映加载在钻头上的钻压。

二、合水油田水平井取心方案确定

1.取心工具的优选

通过调研SPQ172-101水平段专用取心工具使用情况、客户反馈意见及使用地层等信息，对比分析合水油田地层情况，发现该取心工具和CQP768水平井取心钻头配合使用， 能满足该区块水平井水平段取心需要，该工具总长度8 m，该取心工具外筒Ø172 mm，扶正器外径Ø212 mm，最大有效取心长度7 m。取心工具如图1所示。

2.取心井段的优选

合水油田水平井一般入窗200～400 m油层最稳定井段，轨迹平稳平滑，适合于取心钻进，所以选择第四靶点开始连续取心50 m。预计取心井段为2 288～2 338 m，要求取心收获率大于95%。

3.设计方案优化

取心钻头CQP768型Ø214.4 mm，二开Ø215.9 mm井眼井身结构。设计斜井段增斜率18°/100 m，入窗井深预计2 302 m，预计取心过程井斜在89.5°左右，取心井段轨迹容易控制。

4.钻具结构的优选方案

取心最长7 m，入井钻具方入调整合理，保证每次取心钻进过程不接单根。直井段到稳斜段使用加重钻杆，使加压容易。钻具组合：Ø214.4 mm取心钻头×0.315 m+Ø212 mm稳定器×1 m+Ø172 mm取心筒×5.5 m+Ø212 mm稳定器×1 m+Ø172 mm接头×0.3 m+Ø127 mm DP。

5.划眼修复井眼

根据合水油田地层情况，每钻进20 m左右划眼修复井眼一次，保证井眼畅通，井下安全。钻具组合：Ø215.9 mm牙轮钻头×0.25 m+7头螺杆Ø172 mm×1°+Ø212 mm稳定器×0.95 m+回压凡尔×0.5 m+Ø172 mm无磁钻杆×8.47 m+DP。

三、取心工具及应用

1.取心工具的特点

水平井取心系统的旋转总成是一个多轴承总成，能防止内筒旋转，在工具处于水平位置时，能更好的扶正内筒；两同心稳定器组成的双外筒稳定器，有利于控制井眼轨迹；在岩心爪座与钻头接头间的环空内安放滚柱轴承，是内筒的下支撑点，使取心工具处于水平位置时，内筒能对正钻头喉部，岩心能顺利进入内筒并得到保护。水平井取心专用钻头如图2所示，钻头喉部较短，便于岩心的通过，避免卡心、堵心。

图2 取心钻头

2.取心工具的组装及检查

岩心爪组合件外端面与钻头内台肩间隙为9～13 mm，如图1的C，其调节与定向井取心工具类似；旋转总成应转动灵活，无阻卡现象。内外筒无变形，螺纹应完好；卡箍岩心爪弹性适宜，上下活动无阻卡现象等；每次取完心，检查、保养取心工具轴承及岩心爪等易损件。认真检查钻头内径、外径，保径磨损必须更换。

3.下钻重点

取心起下钻操作与定向井取心基本相同，下钻平稳，防止钻具剧烈摆动。下钻遇阻不得超过50 kN，遇阻严重，应下起钻换钻头划眼。下钻至井斜60°以上井段，分段开泵循环冲洗井壁。

四、取心技术

1.取心钻压

取心钻进时取心工具的轴线与重力的方向成直角，在重力的作用下，取心工具平躺于井眼方向，造成钻柱与井壁摩擦力大，很容易出现脱压现象[1]，一般取心钻进时泵压大于循环泵压1.5 MPa左右为宜。取心工具到井底后，使用大排量循环冲洗取心内筒及井底，后降至正常取心排量，校正指重表，记录上提下放摩阻、循环泵压，投球循环，记录循环泵压开始取心钻进。

2.取心过程注意事项

树心、取心钻进与定向井取心基本相同，主要防止托压后无进尺，造成磨心、掉心，观察钻速、泵压的变化，发现异常，果断起钻分析；割心前小钻压钻进0.1 m左右，停泵上提割心，水平井岩心与地层层理一致，割心比较明显。

3.井下动力钻具水平段取心

根据合水油田已钻水平井地层情况，结合常规取心实践经验， 最后一筒心试验螺杆钻具取心技术，选低速直螺杆，取心前不用投球，钻具组合： Ø214.4 mm取心钻头×0.315 m+Ø212 mm扶正器×1 m+Ø172 mm取心筒×5.5 m+Ø212 mm扶正器×1 m+Ø172 mm接头×410×0.3 m+Ø172 mm回压凡尔×0.5 m+9头螺杆Ø172 mm直螺杆+Ø127 mm×90 m HWDP +Ø127 mm DP。

下钻到底循环泵压12 MPa，树心钻压2 kN左右，泵压13.3 MPa，转盘转速50 r/min，螺杆转速80 r/min。树心完，正常取心钻压40～50 kN，泵压13.9 MPa。割心上提悬重明显。

表1 取心统计表

表2 取心井段井眼轨迹数据表

4.取心过程分析

取心进尺53.53 m，井段2 322～2 375.53 m，心长53.53 m，收获率100%(见表1)。其中未使用螺杆取心46.58 m，螺杆钻具取心6.95 m，全井取心成功。

5.取心井段轨迹变化

取心过程使用双扶正器，降斜趋势明显。特别是取心5 m扶正器出老井眼后，平均每10 m降斜率达到0.48°，见表2。取心过程注意轨迹变化，使用螺杆取心时，井斜微增。

五、结论

(1)通过使用合水油田水平井水平段取心技术，GP41-65井取心安全顺利，取心质量、井身质量全部合格，为2015年长庆油田水平井技术新突破。

(2)水平井水平段取心，建议在水平井取心的设计环节，施工方参与取心地质设计工作，以便取心工作能安全高效进行。

(3)取心前调整好井眼轨迹，适应取心工具要求，认真检查取心工具，特别是轴承，工具不能带病工作，这是保证取心收获率的重要因素。

(4)取心前井眼畅通，井壁稳定，钻井液润滑性良好，是取心成功不可缺少的重要条件 。

(5)取心工具取心筒有效长度不到7 m，不能双筒取心。在合水油田使用螺杆钻具+取心工具取心，钻时快、效率高。

[1]熊得智.水平井取心工艺技术[J].钻采工艺,1996,19(1):1-9.