普光氣田空氣鉆井取芯技術(shù)

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1、普光氣田空氣鉆井取心技術(shù)黃松偉張獻(xiàn)豐李漢橋（中原油田鉆井四公司河南濮陽457321）摘要：普光氣田位于四川東北山區(qū)，屬高陡構(gòu)造，地層傾角大，地層巖石硬度高，可鉆性差，地層復(fù)雜，機(jī)械鉆速極低，而在該地區(qū)進(jìn)行取心作業(yè)難度更大，會(huì)造成鉆井周期長且極易發(fā)生井下事故。隨著空氣鉆井技術(shù)在普光氣田的成功應(yīng)用和推廣，使用空氣鉆井取心技術(shù)部分解決了該地區(qū)地層評價(jià)困難的難題。空氣鉆井取心技術(shù)在國內(nèi)是一個(gè)嶄新的技術(shù)領(lǐng)域，此項(xiàng)新工藝在普光地區(qū)兩口Φ320mm井眼中進(jìn)行了探索性的研究和實(shí)驗(yàn)，并取得了良好的效果?？諝忏@井取心與常規(guī)的泥漿鉆井取

2、心的區(qū)別在于，它是直接用大氣中的空氣作為循環(huán)介質(zhì)來冷卻鉆頭和攜帶巖屑。采用空氣鉆井取心技術(shù)解決了常規(guī)取心造成巖心污染的問題，客觀真實(shí)地反映了地層情況，為研究評價(jià)普光氣田、促進(jìn)普光地區(qū)的勘探開發(fā)提供了重要的科學(xué)依據(jù)。關(guān)鍵詞：空氣鉆井取心取心工具取心技術(shù)取心收獲率一、概述普光氣田位于四川省達(dá)州市宣漢境內(nèi)，探明含氣面積約28km2,探明儲(chǔ)量為2501×108m3，是國內(nèi)目前規(guī)模最大、豐度最高的特大型整裝海相大氣田。普光構(gòu)造的地層為陸相、海相相交互和海相沉積，上部地層為高陡構(gòu)造，砂、泥、頁巖互層頻繁，硬度大，研磨性強(qiáng)，可鉆

3、性差，機(jī)械鉆速低；中下部地層破碎，井眼穩(wěn)定性差，易發(fā)生井漏；下部深層碳酸鹽巖氣藏普遍存在多套壓力系統(tǒng)和產(chǎn)層，硫化氫含量高，鉆井風(fēng)險(xiǎn)大。為了加快普光氣田的勘探開發(fā)速度，中原油田自2005年底開始在川東北地區(qū)儲(chǔ)層上部井段引進(jìn)并使用了空氣鉆井技術(shù)，與常規(guī)鉆井1-2m/h的機(jī)械鉆速比較，空氣鉆井速度提高了3～8倍，配合使用空氣錘甚至超過10倍，達(dá)到了大幅度提高鉆井速度的目的。普光地區(qū)特殊的地質(zhì)構(gòu)造，造成我們對該地區(qū)陸相地層沉積特性的認(rèn)識(shí)和研究不足，而常規(guī)鉆井取心因地層埋藏深、鉆時(shí)慢存在很高的鉆井安全風(fēng)險(xiǎn)等，因此在目前普光地

4、區(qū)空氣鉆井技術(shù)日趨成熟的情況下，對該地區(qū)上部陸相地層開展空氣鉆井取心，以滿足勘探開發(fā)和研究應(yīng)用的要求。普光107-1H井和普光3011-5井是普光地區(qū)的兩口開發(fā)井。普光107-1H井位于四川省宣漢縣黃金鎮(zhèn)沙場村3組，是中石化中原油田普光分公司部署在普光構(gòu)造東南翼上的一次開發(fā)水平井,設(shè)計(jì)井深6415.5m；普光3011-5井是中石化中原油田普光分公司部署的另一口開發(fā)定向井，設(shè)計(jì)井深5485m，位于四川盆地川東斷褶帶黃金口構(gòu)造帶普光構(gòu)造。通過兩口井的空氣鉆井取心施工，克服了取心工具的選配、潤滑、摩擦過熱等、取心鉆頭選型

5、和機(jī)械震動(dòng)對收獲率的影響，取得了較好的效果。普光107-1H井取心進(jìn)尺34.82m，心長30.38m，取心收獲率87.25%，取心平均機(jī)械鉆速0.28m/h；普光3011-5井取心進(jìn)尺62.50m，心長49.59m，取心收獲率79.34%，取心平均機(jī)械鉆速2.71m/h。二、空氣鉆井取心的技術(shù)難點(diǎn)和對策（一）技術(shù)難點(diǎn)空氣鉆井取心技術(shù)在國內(nèi)屬于一個(gè)嶄新的技術(shù)領(lǐng)域，與常規(guī)鉆井液鉆井取心的區(qū)別在于，它是直接采用空氣作為循環(huán)介質(zhì)來冷卻鉆頭和攜帶巖屑來滿足鉆井取心需要的一種特殊取心方法。普光地區(qū)是首次在國內(nèi)實(shí)施空氣鉆井取心工

6、藝，與常規(guī)鉆井液為介質(zhì)的取心相比，存在諸多技術(shù)難點(diǎn)，具有一定的挑戰(zhàn)性和不可預(yù)見性。1.空氣鉆井取心工具由于循環(huán)介質(zhì)為空氣，因沒有鉆井液的潤滑，致使取心筒懸掛軸承會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)失效。2．由于缺少鉆井液的冷卻和潤滑，巖心爪長期與巖心摩擦形成高溫，造成巖心爪提前損壞，割心成功率難以保證。3．空氣鉆井返出的巖屑都是粉末狀微小顆粒。由于沒有鉆井液的減震效果好，空氣取心時(shí)井底鉆具震動(dòng)比較劇烈、地層硬度高、易碎，尤其是在膠結(jié)相對疏松的地層，巖心很難形成，取心收獲率低。4．空氣鉆井取心具有空氣鉆井的優(yōu)點(diǎn)，鉆時(shí)很快，對割心位置的巖性

7、難以判斷。（二）相應(yīng)的技術(shù)對策1.空氣鉆井取心工具的選擇與改進(jìn)：為了滿足空氣鉆進(jìn)取心的技術(shù)要求，選擇使用川7-5取心筒，其懸掛軸承改進(jìn)為耐高溫高壓的空氣冷卻密封軸承，以增加其潤滑性并延長使用壽命；巖心爪總成由縮徑套式改為加長卡緊套式，避免因長時(shí)間與巖心摩擦生熱而導(dǎo)致的巖心爪損壞。2.確定鉆具組合及取心鉆進(jìn)參數(shù)：為降低井下鉆具震動(dòng)、提高取心速度和取心收獲率，首先簡化鉆具組合，采用小鉆壓、低轉(zhuǎn)速、大空氣排量，以滿足空氣取心鉆進(jìn)的技術(shù)要求。鉆具組合為：Φ241.3mm(或215.9mm)PDC鉆頭+川7-5取心工具+Φ1

8、58mm鉆鋌×3根+Φ127mm加重鉆桿×15根+127mm鉆桿空氣鉆井取心鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓20～30KN，轉(zhuǎn)速35rpm，排氣量120～130m3/min，立壓2.1～2.2MPa。3.鉆頭的優(yōu)選原則：由于空氣取心鉆進(jìn)作業(yè)技術(shù)要求的鉆壓和轉(zhuǎn)速都較低，為提高機(jī)械鉆速，選用PDC取心鉆頭比較適宜。三、空氣鉆井取心應(yīng)用實(shí)例1、取心要求由于空氣鉆井取心技術(shù)在國內(nèi)屬于