焦页195—2HF井钻井取心技术

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  [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。
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