渤海油田特殊地层取心技术优化及应用

付常春， 杨保健， 刘宝生， 陶 林， 汤柏松

(1中海石油能源发展监督监理技术分公司 2中海石油(中国)天津分公司)

伴随着中国经济的腾飞，渤海油田的开发也正在加速，目前已建成3 000×104m3原油的年产能规模，成为我国重要的能源基地。新油田在开发之前要计算储量，需要准确获取油层原始含油饱合度和地层孔隙率等重要资料，以制定合理的开发方案。这些都需要以岩心分析资料为依据，岩心也就成为获取地层资料最直接、最有效的手段。但新近发现的油藏储层中，储层岩性多为特殊岩性，(如蓬莱9-1潜山风化壳储层、旅大5-2N砂砾岩储层)，特殊地层特别松散、胶结性差易破碎、易水化、高含水、不均质含砾、大砾径砂砾岩在这些地层取心往往难度大、复杂程度高，使用常规钻井取心往往得不到理想的效果，从而给整个油藏的评价工作带来巨大难度。如何提高该地层的取心收获率，应对取心工作中的困难和挑战，本文将重点阐述。

一、渤海油田地质特征和技术难点

1. 地质特征

(1)浅层明下段、馆陶组地层岩性疏松，地层胶结物强度低，岩心不易成形，难以进入取心工具；易发生卡心，掉心。

(2)不均质含砾、大砾径砂砾岩在这些地层取心往往难度大、复杂程度高，易发生卡心，掉心。

(3)岩心的出筒过程中，由于岩心柱受力状态发生变化，岩心易坍塌破碎，岩心成形率低。

2. 常规取心工具的局限性

目前在国内普遍使用的常规取心工具，在胶结强度低、岩心承载能力差、且不均质含砾的地层取心，很难达到理想的效果，这是常规取心工具本身结构造成工具使用的局限性[1]，主要是因为：

(1)钻井液通过取心钻头内腔冷却取心钻头和携带岩屑，同时也造成对岩心的冲蚀，松散地层岩心本身比较松散、胶结性差、易破碎，岩心极易被钻井液冲刷带走或是使岩心直径变小造成“抽心”和“丢心”现象的发生[2]。

(2)岩心直接与钻井液接触，使岩心胶结物部分水化而降低岩心柱的承载能力[3]。

(3)Rb-8100为软地层保型取心工具，岩心爪为加压收缩式，若取心钻进至大砾径砾石岩心后，加压收缩式岩心爪无法正常收缩，导致已进筒岩心在起钻过程中脱落。

3. 技术措施方面

(1)取心钻进时排量过高，导致钻井液对松散岩心的冲刷。

(2)转速过高，已进筒岩心与内筒发生摩擦，导致堵心的发生。

(3)地层中砾石较多，影响取心工具在井底的稳定性，且影响岩心进筒。

(3)钻压过低或因机械钻速较快而造成跟压不及时，导致钻头离开井底造成钻井液冲刷岩心[4]。

(5)岩心出筒时，因岩心受力状态变化，造成岩心破碎。

二、渤海油田特殊取心技术优化

针对该地层岩性特点，以及工具、工艺及技术措施方面的不足，应用相应的特殊取心技术，并做好针对地层岩性特点的工具选型、钻头选型、作业参数的选择、技术措施的细化工作，以有效保证取心收获率。

1. 密闭取心技术优化

密闭取心是指在水基钻井液中取得的岩心基本不受钻井液的污染,能真实再现地层原始地质孔隙度、含油饱和度及水侵和含水率等资料。它是通过专用密闭取心工具和密闭液的共同作用来实现的一种特殊钻井取心工艺[5]。

1.1 优选取心工具

根据地层软硬程度选用Ym-8115型或Rmb-8100型取心工具，并配用铝合金衬筒，可减少松散砂岩在取心作业中岩心的进筒阻力；软地层取心工具封闭式岩心爪可防止因岩心胶结松散，而出现的漏心问题。

1.2 优选取心钻头

密闭取心钻头的特点:钻头内径和内唇面无钻井液清洗;钻井液只清洗冷却外唇面;增强型等磨损布齿。

1.3 优选密闭取心密闭液

为了满足取心设计要求，取心选用的密闭液具备以下功能：

(1)具有良好粘敷强度，能在岩心表面形成一层密闭保护膜堵塞岩心表面的孔隙，阻止钻井液自由水的进入。

(2)填充取心内筒与岩心之间的间隙，阻止钻井液进入内筒。

(3)在岩心进入内岩心筒的同时密闭液等体积流出，在钻头底部形成一个密闭保护区，确保新钻出的岩心在进入内筒前不被钻井液污染。

1.4 取心技术措施改进

(1)选用小排量、低转速应对疏松砂岩，根据松散程度合理调整钻压，钻遇泥岩可适当增大排量和转速。

(2)控制钻井液失水在4 mL以下，减小泥岩因吸水膨胀造成堵心的发生。

(3)单筒进尺不进行控制，根据钻进情况及时效确定是否割心起钻。

(4)造心过程以2 t钻压钻进30 cm左右，若机械钻速较慢，可提前将钻压加至4～6 t，引心完毕后，可将钻压加至8 t，钻进期间可调整钻压、排量、转速等参数。

(5)分析泵压、扭矩的波动和钻时的变化，判断钻头的切削效率。

(6)优选取心钻头和钻井参数，提高机械钻速，缩短岩心在钻井液中的浸泡时间，提高岩心收获率和封闭率。

2. 含砾地层取心技术优化

2.1 优选取心工具

采用Rb-8100型取心工具，并配用铝合金衬筒，可减少松散砂岩在取心作业中岩心的进筒阻力；封闭式岩心爪可防止因岩心胶结松散，而出现的漏心问题[6]。

2.2 优选取心钻头

选用具有水槽和水眼共存的钻头结构，可减少钻井液对岩心冲蚀，达到保护岩心的目的。

2.3 取心技术措施改进

(1)选用小排量、低转速应对疏松砂岩，根据松散及含砾程度合理调整钻压，钻遇泥岩可适当增大排量和转速。

(2)控制钻井液失水在4 mL以下，减小泥岩因吸水膨胀造成堵心的发生。

(3)单筒进尺不进行控制，根据钻进情况及时效确定是否割心起钻。

(4)造心过程以2 t钻压钻进30 cm左右，若机械钻速较慢，可提前将钻压加至4～6 t，引心完毕后，可将钻压加至8 t，钻进期间可调整参数。

(5)若发现扭矩基本无波动，应考虑是否是堵心、卡心、或钻头切削齿磨损严重造成的，根据情况判断确定是否割心起钻。

(6)根据现场出心情况，判断岩性特点、钻头磨损程度，及时优选取心钻头及取心参数。

3. 破碎地层取心技术优化

3.1 取心工具工艺改进

设计采用双岩心爪新型割心系统，可消除提钻时，因岩心胶结松散，而出现的漏心问题见图1。

图1 带导向套的全封闭岩心爪及双岩心爪结构

3.2 优选取心钻头

(1)松散破碎地层(潜山顶部风化淋滤带)。钻头具有水槽和水眼共存的结构，可减少钻井液对岩心冲蚀，达到保护岩心的目的[7]见图2。

图2 胜利PMC037-8100型取心钻头

(2)裂缝发育破碎地层(潜山内幕裂缝发育带)。将钻头的流道式过流面改成水眼，防止钻井液冲刷松散岩心。同时改造使其适用于双岩心爪取心工具，实现双重割心有利于防止进筒岩心丢失。

(3)裂缝欠发育破碎地层(潜山内幕裂缝欠发育带)。为了提高机械钻速在保持6刀翼冠部结构的基础上为增加布齿密度将刀翼数量增加至8。

3.3 取心技术措施改进

(1)风化壳地层取心，以保证收获率为首要目的，选用小排量、低转速应对疏松砂岩，根据风化程度合理调整钻压。

(2)控制钻井液失水在4 mL以下，减小泥岩因吸水膨胀造成堵心的发生。

(3)单筒进尺不进行控制，根据钻进情况及时效确定是否割心起钻。

(4)造心过程以2 t钻压钻进30 cm左右，若机械钻速较慢，可提前将钻压加至4～6 t，引心完毕后，可将钻压加至8 t，钻进期间可调整参数。

(5)钻完取心进尺后，磨心1 h以上，确保将钻压磨回0 t，割心过提不超过25 t，若多次拔心岩心不断，应放至原井深继续磨心。

(6)根据现场出心情况，判断岩性特点、钻头磨损程度，及时优选取心钻头及取心参数。

4. 极松散地层取心技术优化

4.1 优选取心工具

采用Rmb-8100型取心工具，并配用铝合金衬筒，可减少松散砂岩在取心作业中岩心的进筒阻力；封闭式岩心爪可防止因岩心胶结松散，而出现的漏心问题。

4.2 优选取心钻头

钻头具有水槽和水眼共存的结构，可减少钻井液对岩心冲蚀，达到保护岩心的目的，该钻头对泥岩、松散砂岩有一定的侵略性，也对松散岩心的保护性较好。为减少钻井液对井底松散砂岩的冲蚀，优选水眼较多的取心钻头以保证取心收获率。

4.3 取心技术措施改进

(1)极松散地层取心，以保证收获率为首要目的，选用小排量、低转速应对松散砂岩，根据松散程度合理调整钻压。

(2)控制钻井液失水在4 mL以下，减小泥岩因吸水膨胀造成堵心的发生。

(3)单筒进尺不进行控制，根据钻进情况及时效确定是否割心起钻。

(4)若发现扭矩基本无波动，应考虑是否是堵心、卡心、或钻头切削齿磨损严重造成的，根据情况判断确定是否割心起钻。

(5)根据现场出心情况，判断岩性特点、钻头磨损程度，及时优选取心钻头及取心参数。

(6)出心过程中，减少外力对取心筒的扰动，避免因外力影响而导致的取心收获率下降。

三、渤海油田特殊取心技术优化的应用效果

LD5-2N-2井在明下段、馆陶组特殊地层连续取心78筒，累计取心进尺204.00 m，心长166.60 m，取心收获率81.67%，远超国家特殊地层取心标准 (50%)，在特殊地层取心均实现新突破，PL9-1-11井和PL9-1-13井累计在中生界潜山破碎地层取心11筒，累计取心进尺35.65 m，心长33.72 m，平均取心收获率94.59%，取得理想的效果见表1。另外，密闭取心技术在岐口18-1-P13井成功应用。

表1 优化后特殊地层取心收获率统计表

四、结论与建议

经过近几年来的持续不断的探索实践，基本形成了一套适合渤海油田特殊地层的取心技术，取心收获率有很大幅度的提高，节约了大量的工时和成本，为加快渤海地区油气田勘探步伐提供了有力的技术保证。

(1)优化后的钻井取心技术及工具钻头，能充分适应渤海地区特殊地层的地质条件，使在特殊取心地层取心收获率平均达到90%以上。

(2)由于地层不同层位岩性的差异性，要求现场根据出心情况，判断岩性特点、钻头磨损程度，及时优选取心钻头及取心参数。

(3)针对性提升特殊地层取心收获率，可以推广到其他油田应用，具有一定的应用前景。