页岩地层取心技术研究及现场应用

针对页岩地层取心钻进时存在的机械钻速慢,岩心易破碎,易堵心、卡心,取心收获率偏低,出心作业时岩心容易从层理处破裂而影响后期分析等问题,采用高强度低摩阻铝合金内筒代替钢制内筒,配套岩心吊装转移装置进行地面转移,研发了新型耐磨抗冲击取心钻头,建立了取心工具稳定性分析模型,根据理论计算结果优选了取心钻具组合和施工工艺参数,初步形成了页岩地层取心配套技术。该取心技术已现场应用12井次,机械钻速提高1倍以上,单筒进尺提高50%,出心时间缩短为20~30 min,典型区块的取心收获率达到95%以上。现场应用表明,该取心技术可以满足页岩地层取心要求,能显著提高取心效率及取心收获率。      

松科1井定向取心技术

松科1井是一口科学探井，为准确获取地层层面和裂缝产状等要素，进行松辽盆地地层、沉积和石油地质等方面的综合研究，该井应用了定向取心技术。针对科学探井对岩心质量要求高及该井裸眼井段长、取心进尺长、地层岩性变化频繁、取心施工难度较大等问题，采取加长刻刀座轴向长度，增加岩心爪与刻刀座表面光滑度，优选取心钻头，调整钻井液性能和选择配伍性好的钻头与刻刀座、合理的钻进参数等措施，保证了定向取心收获率，取心累计进尺103．66m，收获率99．85％，为科学研究提供了可靠的岩心资料。     

钻井取心用液动投球装置研制及应用

钻井取心作业前需开泵大排量循环钻井液冲洗内筒,保证内筒无沉砂,有利于岩心顺利进入取心工具内筒,内筒清洗完毕后需从井口钻具水眼内投入密封钢球,并沿着钻具水眼进入取心工具单流阀座,达到封堵取心工具内筒流道的目的,在取心钻进过程中,阻止钻井液直接冲刷内筒中的岩心,从而影响岩心收获率。文章介绍了一种钻井取心用液动投球装置,通过改变钻井液排量打开藏球室,快捷、简便地实现投球坐封取心,并解决了钻具组合中装有内防喷工具无法实现井口投球的问题,大幅度提高了钻井取心作业效率。     

KZ型单动双管取心钻具的研制与应用

中国大陆科学钻探工程中心经论证与实钻试验，决定采用高速螺杆马达井底驱动液动锤提钻取心钻进方式完成5000m取心任务。为此专门研制了KZ型单动双管取心钻具，采用了轴承置钻具外总成、全泵量开式强制润滑与局部微循环清污的设计方式，具有结构简单、单动可靠、拆卸组装方便、回次进尺长、整机连续工作寿命长、成本低等优点。适用于完整的硬地层与坚硬的破碎地层。该钻具在科钻一井共取心钻进4633．77m，平均岩心收获率86．35％，机械钻速1．05m／h，在螺杆钻与液动锤的高频复合震动下整机平均寿命大于80h。详细介绍了该钻具研制的必要性、钻具的特有结构以及在科钻一井中的应用效果。     

陆域天然气水合物厚覆盖层跟管取心技术研究

针对陆域天然气水合物厚覆盖层取心钻进中存在的采取率低、孔壁不稳定等技术难题,制定了"隔水式单动双管取心、低温钻井液护心护壁、孔底扩眼跟管钻进"的钻进方法。隔水式单动双管取心是湿式钻进,相比于干钻取心,钻井液能起到良好的护壁作用;采用近钻头冷却,钻井液不会直接冲刷、冲散岩心,松散沉积地层能够进入岩心管;单动双管钻具,内管不回转,有效保护岩心的原位性。低温钻井液能够抑制水合物分解,有利于钻获水合物实物样品,通过室内试验确定了低温钻井液配方,研制了新型的翅片管式钻井液冷却装置,具有启动电流小、换热效率高等突出优点。跟管护壁是单动双管取心、液推式扩眼器扩孔的同时将套管下入孔内,起到护壁作用,根本上解决成孔问题。     

中国大陆科学钻探工程——科钻1井进展顺利

中国大陆科学钻探工程——科钻1井位于江苏东海县境内,所钻遇地层为超高压结晶变质岩,岩层变化异常频繁,岩石硬度高、密度大,地层倾角在70°以上。在这样的地层中钻进,世界上也是首次。在钻井施工中,在国内首次采用螺杆马达驱动PDC钻头连续取心钻进,大大提高了钻进速度和岩心收获率,并创出2000m先导孔和主孔二孔合一的奇迹。目前该井已顺利完成主孔3000m取心钻进,在3011.45～3020.14m井段获得Φ95.7mm、长3.02m的完整岩心,这是该井开钻以来获得的最长完整岩心,也是世界上在这一层段至今获得的最长完整岩心。     

印尼厘茂油田INJ-02B井密闭取心复杂情况处理与分析

INJ-02B井是印尼厘茂油田第一口取心井,设计井深1500 m,取心段长90 m。对比电测发现,取心段上部的井壁出现坍塌和缩径,导致下取心钻具失效。取心钻进过程钻遇极松软地层,岩心强度不够,无法成岩,造成堵心。同时由于松软地层钻速较快,地面无法判断是否已经堵心,进而导致磨心。经现场分析,在井径不规则井段,下入牙轮钻头划眼,确保井径规则,下钻至井底时采取转盘高速旋转以破碎大块岩屑,同时打高黏钻井液将大块岩屑携带出井筒,确保井底清洁。再通过分析取心钻时,采用适合于松散地层的低钻压、低转数和低排量的钻进参数来提高岩心的成岩率,从而降低堵心和磨心的风险。由于现场及时采取了以上技术措施,确保了该井取心的整体收获率为90.37%。该技术适用于印尼厘茂油田井塌井和松软地层的密闭取心的施工。     

海南福山凹陷花东1R井干热岩钻井关键技术

为探索海南岛福山凹陷古近系流沙港组流三段、长流组热储情况,在花场区块部署了第一口干热岩探井花东1R井,该井钻探中存在下部地层可钻性差且井眼轨迹控制难度大、深层取心收获率难以保障、地层温度高影响钻井液性能稳定与固井质量等一系列问题。为保证花东1R井顺利完钻,在分析该地域地质构造与岩性特征的基础上,采用牙轮钻头+螺杆的钻具组合及抗高温井下测量仪器,钻进定向井段;根据取心井段地层特点,优选取心工具和优化取心钻井参数,提高取心收获率;采用抗高温钾盐聚合物钻井液解决钻井液在高温环境下性能稳定性差的问题;采用抗高温双凝水泥浆和采取针对性的技术措施,保证高温环境下的固井质量。花东1R井实钻过程中应用上述技术措施,克服了由地层可钻性差和地层温度高引发的钻井技术难点,顺利完成钻井施工,为海南岛干热岩钻探提供了借鉴。      

缅甸D区块二开井段防斜钻具组合优选

缅甸D区块处于高陡构造,上部地层的地层倾角大,地层软硬交互频繁,在二开钻进过程中井斜角难以控制,随井深增加呈增大趋势。在分析常用防斜钻具组合（塔式钻具组合、钟摆钻具组合、刚性满眼钻具组合)的降斜能力及特点的基础上,结合缅甸D区块二开井段的地层特征,优选出塔式钻具组合做为钻进该区块二开井段的钻具组合。现场应用表明,该区块二开井段采用“PDC钻头+塔式钻具组合”或“PDC钻头+螺杆钻具”钻进,均能实现防斜打快的目的。建议在缅甸D区块二开井段推广应用“PDC钻头+塔式钻具组合”或“PDC钻头+螺杆”的钻具组合,以实现防斜打快、提高勘探开发进度的目的。      

科钻一井扩孔器的研制及应用

科钻一井在取心钻进中为了尽量避免大段划眼(扩孔),在钻具组合中岩心筒的上、下部位各装一套扩孔器,为此,采用无压浸渍焊接工艺研制出φ157．3 mm碳化钨胎体式表镶φ3mm×5 mm人造聚晶金刚石扩孔器。科钻一井99只扩孔器的现场应用证明,该扩孔器使用寿命较长,满足了全井取心钻进的需要,是一种较好的取心钻具配件,也有助于提高和完善我国硬岩深井大直径取心钻进技术。     

科钻一井取心钻进技术研究

根据科学钻探对岩心的特殊要求，认为金刚石取心钻头是科学深钻取心钻进较理想的选择。推导了提钻取心和绳索取心两种钻进方法的时间和成本计算公式，进而建立了临界井深计算模型。以设计井深5000m的科钻一井为例，对提钻取心和绳索取心进行了技术经济分析，认为科钻一井的首选为绳索取心钻进方法，但如能将回次长度提高到9m左右，提钻取心钻进方法也不失为一种经济实用的选择。对科钻一井采用的井底马达驱动金刚石钻头冲击回转取心钻进方法的钻具组合、钻进参数和使用效果进行了详细介绍。     

涡轮钻具复合钻进技术

涡轮钻具复合钻进技术是大幅度提高钻井速度、防斜打快的主要手段之一,随着涡轮钻具性能、型号的完善,加上高效PDC钻头的蓬勃发展,涡轮钻具复合钻井技术将得到大规模推广应用。在对涡轮钻具和螺杆钻具结构、性能和使用优缺点进行对比的基础上,提出了涡轮钻具复合钻进最佳工况的概念,给出了明确的转速范围;从涡轮钻具的特性和PDC钻头配合要求着手,详细论述了涡轮钻具复合钻进的机理;建立了涡轮钻具系统在钻井过程中的动态和纵向振动模型,为获得最佳的涡轮钻具复合钻进效果提供了理论依据。在国内高陡构造的典型地区进行防斜打快的应用实例表明,机械钻速明显提高,钻井周期大大缩短,钻井成本大幅度下降,经济效益显著。     

我国西部地区超深井钻井取心技术

超深井取心收获率的高低受地层岩性、取心工具及工艺技术措施等因素影响很大。针对我国西部地区超深井段钻井取心地层可钻性差,研磨性强,井温高,循环压力高,井底沉砂造成堵心,井深复杂情况多且判断困难、地层裂缝发育、取心工具失稳等方面的难点,根据超深井取心的实践,总结了在该区超深井取心作业中涉及取心前准备、下钻、树心及取心钻进、割心、起钻等各个环节的技术措施,介绍了塔深1、元坝3、于奇6等3口井在超深井段取心工具选择、取心措施制订、取心层位岩性确定、钻具组合优选、钻井参数优化、提高岩心收获率等方面所取得的经验;进而提出旨在提高我国西部地区超深井段取心收获率的建议：①优选取心工具和取心钻头;②制订具有针对性的技术措施;③选用动力工具进行取心等。     

H1井页岩地层密闭取心技术实践

H1井是中海油在某区块作业的第一口页岩气预探井,完钻井深3 001 m。该井共进行5回次密闭取心作业。针对页岩地层岩性致密,地层倾角大,岩石可钻性差等问题,采用优选密闭取心方式、优选密闭液及取心钻头、优化钻具组合、合理控制取心钻进参数、精细化操作等技术措施,成功解决了页岩地层取心过程中出现的地层倾角大、地层破碎、取心钻进机械钻速低、易堵心等问题,密闭取心进尺32.83 m,取心收获率高达98%,大大提高了页岩地层钻井取心效率。     

苏北盆地戴南组和阜宁组地层取心关键技术

针对苏北盆地戴南组和阜宁组泥岩地层取心钻进中存在的回次取心进尺少、岩心收获率低和取心机械钻速低等技术难点,在分析戴南组和阜宁组泥岩地层特点的基础上,研制了相应的PDC取心钻头,并优选了取心筒、优化了取心水力参数,形成了适用于苏北盆地泥岩地层的取心关键技术。PDC取心钻头以“G系列”齿为主切削齿,同时配合大喷嘴加内规径流道和优化的排屑槽斜面,既能降低岩屑与切削齿表面的摩擦力、改善岩屑运移状态和提高机械钻速,又具有效清洗切削齿、使岩心顺利进入内筒和提高岩心收获率的作用。该取心关键技术在48口井的戴南组和阜宁组地层进行了现场应用,岩心收获率平均大于98.0%,最高机械钻速达到24.80 m/h。苏北盆地泥岩地层取心关键技术解决了戴南组和阜宁组地层取心技术难点,具有较好的推广应用前景。      

微取心PDC钻头试验及评价

PDC钻头是钻井工程提速增效主要手段之一。常规全面钻进PDC钻头破岩方式,对软地层刮切,对中硬地层刮切为主,剪切为辅,生成的岩屑颗粒小,粉末状为主,增加了地质录井岩性判断和地层分层的难度。新型微取心PDC钻头钻进时,在钻头心部形成微岩心,微岩心颗粒大,收集率高,能满足岩石信息鉴定需求。云安002-5井现场试验结果表明,微取心全面钻进PDC钻头获取的颗粒状岩屑分析达标,为及时发现、保护、评价油气层,为油田勘探开发提供资料依据。     

超高温高压井取心技术在LD13井的应用

海上超高温高压井由于超高地层温度超高地层压力、压力窗口极窄等特点,作业难度较高,在超高温高压井段取心,存在井控风险高、易井漏等高风险,是一项难度极高的作业。该文分析了在超高温高压井段取心的技术难点,从而对取心筒改进、钻具组合和钻进参数优选、井控措施、防漏措施进行研究,提出取心筒改进方案、推荐钻具组合和钻进参数、井控措施和防漏措施,并首次在LD13超高温高压井实践中得到了应用。施工中采用改造后的取心筒,控制住了井控风险,避免了井漏,并最终取得100%取心收获率,在南海海上超高温高压井段取心作业圆满完成,应用效果明显,可为海上超高温高压井段取心提供有效参考和借鉴。     

提高深井取心效率技术研究

针对大庆油田深井钻井取心效率低的问题,设计了井下动力钻具取心工具、高效研磨取心钻头。动力钻具取心工具增加了液力投球机构、堵心报警及内筒保护机构、双岩心爪割心机构,解决了传统取心工艺钻速慢、收获率低的问题,并有效规避了堵心事故和撸心的现象。高效研磨取心钻头提高了火成岩地层取心机械钻速,同时也提高了钻头的井下使用寿命。现场试验证明,动力钻具取心工具和高效研磨取心钻头应用效果良好,性能突出,切实提高了深井取心效率。     

JH-1井取心实践与认识

针对JH-1井须家河组地层硬度大、取心机械钻速低、岩心质量要求高等问题，采用铝合金内筒中长筒取心技术，同时通过优选取心钻头、优化钻具组合等技术措施，成功解决了取心过程中出现的各种问题，取得了较好的取心效果。介绍了岩心吊装、Gamma扫描、标注等岩心地面处理工艺。该井的取心实践与认识对今后该地区的取心作业具有一定的参考价值。     

保压储气取心工具设计研究

现有取心工具取出的岩心在提升到地面时脱离了其原有地层环境,使得岩心分析存在一定偏差,对油气勘探开发的决策产生影响。保压储气取心工具是为了维持岩心所在地层压力和储存地层中天然气水合物而研制的一种特殊取心工具。该工具在岩心爪组合件外套接了密封腔,钻具上提时密封腔密封内筒空间实现保压,这样能够极大减小岩心由于脱离原地层环境而产生岩心分析偏差的状况,使得油气勘探能够更加精准,同时该取心工具在内筒和旋转总成之间设置了用于收集取心地层油气的储气腔,能够进一步为油气勘探提供可靠的分析依据。