向 峰，张洪君，张绍先，王长旭，田佳琦

（大庆钻探工程公司钻进工程技术研究院，黑龙江大庆 163413）

1 概述

大庆长垣油田三类油层地质储量巨大，是水驱开发的主要对象。常规直井取芯资料无法揭示井间砂体连通状况和剩余油分布规律。为探索最大程度挖掘大庆油田三类油层剩余潜力方法，亟需获取能够反映横向渗流特征的水平岩芯。设计施工了杏6-20-检平647井取芯，该井为国内首口以0.5～1m薄层为目标的水平取芯井，具有311mm 井眼造斜到窗口，油层厚度薄、平面相变快等施工难点。使用1.5°螺杆+LWD 钻具组合，优化井眼轨道剖面，水平段采用多种取芯钻具组合搭配，结合岩芯分析轨迹定位，确保精准抓层、精准入靶。共取芯53 筒，取芯总进尺329m，单层水平段续密闭取芯236m，窄靶窗连续不间断315m不出层，岩芯收获率99.77%，密闭率97.1%，验证了水平井水平段连续密闭取芯技术的成熟与应用。

2 技术难点

2.1 井眼轨迹控制难度大

水平段连续取芯长，油层厚度仅0.5～1m，设计要求靶窗尺寸上下偏差不大于0.3m，“段长层薄”；LWD仪器井斜、方位传感器测点位置距离钻头长达19m，取芯时不能直接监控钻头处井斜，现场需要提前预判井底井斜，防止出层。

2.2 工具造斜能力具有不确定性

设计五套SPMB178-115水平井密闭取芯工具，由于钻具长度不同，底部受力复杂，钻具的造斜能力存在不确定性。

2.3 密闭率不易保证

（1）由于SPMB178-115 取芯工具本体粗，容易在造斜点处和狗腿度大处遇阻导致密闭头销钉提前剪断，密闭液提前流出，影响岩芯密闭率。

（2）由于取芯工具处于水平状态，销钉剪断后，密封通道打开，因为密闭液与钻井液密度不同，地层压力和内筒内部压力作用的结果使密闭液与钻井液发生置换，导致密闭液部分流失，影响岩芯密闭率。

3 水平段连续密闭取芯技术

针对水平井水平段连续密闭取芯存在的技术难点，并结合树35-平27 井、北1-丁6-平138应用情况，开展了薄层水平段连续密闭取芯技术。通过取芯钻具组合调整井眼轨迹，取芯参数优选，从而保证薄层水平段连续密闭取芯的顺利实现。

3.1 井眼轨迹控制

设计了不同长度的双螺扶稳斜、单螺扶增斜、无螺扶降斜取芯工具，配合LWD 仪器随钻监测井斜，依据取芯工具的造斜规律，预测井底井斜，确定钻头位置，结合岩芯分析、对比地质模型来定位轨迹，最终确定下步钻具组合，实现了使用取芯工具调整井眼轨迹，保证了取芯工具始终在油层里穿行。

3.1.1 使用取芯工具调整井斜

（1）双螺扶取芯工具调整井斜。双螺扶稳斜钻具组合共取芯10筒，采用“直螺杆+转盘”取芯8筒，“转盘钻进”取芯2筒,使用过程中采用以下两种钻具组合:

组合A：∅215mm密闭取芯钻头×0.36m+∅180mm密闭取芯筒（双∅211mm 螺扶）×7.09m+∅172mm 直螺杆×5.18m+∅172mmLWD仪器×11.75m+∅127mm加重无磁×9.59m+∅127mm加重钻杆×57.46m+∅127mm斜坡钻杆×573.48m+∅127mm 加重钻杆×229.45m+∅127mm斜坡钻杆。

结论：双扶取芯筒稳斜略降，搭配直螺杆取芯时在较小钻压时可取得较快钻速，可用于靠近油层上部边界附近或夹层较多位置取芯。

组 合B: ∅215mm 密 闭 取 芯 钻 头×0.36m+∅180mm 密闭取芯筒（双∅211mm 螺扶）×7.09m+∅172mm 直螺杆×5.18m+∅172mmLWD 仪器×11.75m+∅127mm加重无磁×9.59m+∅127mm加重钻杆×57.46m+∅127mm 斜坡钻杆×573.48m+∅127mm加重钻杆×229.45m+∅127mm斜坡钻杆。

结论：双扶取芯筒稳斜略降，取芯筒直接连接LWD仪器有效缩短测点与钻头距离，增加轨迹预测的可靠性，可用于油层中部发育较好位置取芯。

综上所述：双螺扶取芯工具具有稳斜微降的趋势，两种钻进方式与组合产生的井斜变化规律基本相同，平均6m降斜0.03°～0.15°，如表1所示。

表1 双螺扶钻进参数变化表

（2）单螺扶取芯工具调整井斜。单螺扶增斜钻具组合采用“转盘钻进”取芯36筒。

组 合C ：∅215mm 密 闭 取 芯 钻 头×0.36m+∅180mm 密闭取芯筒（单∅211mm 螺扶）×8.06m+∅172mmLWD 仪器×11.75m+∅127mm 加重无磁×9.59m+∅127mm加重钻杆×57.46m+∅127mm斜坡钻杆×573.48m+∅127mm 加重钻杆×229.45m+∅127mm斜坡钻杆。

结论：单扶取芯筒微增井斜，取芯筒直接连接LWD仪器有效缩短测点与钻头距离，增加轨迹预测的可靠性，取芯筒长8.06m,在发育稳定地层提高取芯效率，可用于除顶部外油层发育较好位置取芯。

组 合D ：∅215mm 密 闭 取 芯 钻 头×0.36m+∅180mm 密闭取芯筒（单∅211mm 螺扶）×5.63m+∅172mmLWD 仪器×11.75m+∅127mm 加重无磁×9.59m+∅127mm加重钻杆×57.46m+∅127mm斜坡钻杆×573.48m+∅127mm 加重钻杆×229.45m+∅127mm斜坡钻杆。

结论：单扶取芯筒微增井斜，取芯筒直接连接LWD 仪器，取芯筒长5.63m，测点与钻头距离更近，可用于油层构造可能有变化位置取芯。

综上所述，近钻头单螺扶取芯工具具有稳定的增斜效果，适用于除油层顶部以外地层取芯，平均7m 增斜0.1°～0.25°，如表2所示。

表2 单螺扶钻进参数变化表

（3）无螺扶取芯工具调整井斜。无螺扶降斜钻具组合，采用“转盘钻进”共取芯3筒。

组 合E ：∅215mm 密 闭 取 芯 钻 头×0.36m+∅180mm 密闭取芯筒（单∅211mm 螺扶）×5.63m+∅172mmLWD 仪器×11.75m+∅127mm 加重无磁×9.59m+∅127mm加重钻杆×57.46m+∅127mm斜坡钻杆×573.48m+∅127mm 加重钻杆×229.45m+∅127mm斜坡钻杆。

结论：取芯筒直接连接LWD 仪器，取芯筒长3.55m，测点与钻头距离更近，平均4m 最大降斜0.4°（表3），降幅较大，可用于油层顶部位置取芯。

表3 无螺扶钻进参数变化表

（4）“弯螺杆+取芯钻具”调整井斜。

组合F：∅215mm取芯钻头×0.36m+∅180mm密闭取芯筒（无螺扶）×4.53m+保护接头×0.51m+∅172mm螺杆（1.0°）×5.18m +∅172mmLWD 仪器×11.75m+∅127mm 加重钻杆×57.46m+∅127mm 斜坡钻杆×573.48m+∅127mm 加重钻杆×229.45m+∅127mm 斜坡钻杆。

预期效果：无扶取芯筒降斜，配合单弯1.0°短螺杆，主要用来较快降井斜，并有调整方位功能，但由于弯点距钻头较远，降斜效果较正常定向钻进时要弱，可用于确定的油层顶部位置降斜取芯。

组合G：∅215mm 取芯钻头×0.36m+∅180mm 密闭取芯筒（单∅211mm 螺扶）×5.63m+保护接头×0.51m+∅172 螺杆mm（1.0°）×5.18m+∅172mmLWD仪器×11.75m+∅127mm 加重钻杆×57.46m+∅127mm斜坡钻杆×573.48m+∅127mm 加重钻杆×229.45m+∅127mm斜坡钻杆。

预期效果：单扶取芯筒增斜，配合单弯1.0°短螺杆，主要用来较快增井斜，并有调整方位功能，但由于弯点距钻头较远，增斜效果较正常定向钻进时要弱，用于确定的油层中下部位置增斜取芯。

综上所述：采用弯螺杆+取芯钻具配合来调整井斜，由于弯点距钻头较远，增斜能力不强，井斜调整效果若弱于定向调整，与单螺扶、无螺扶取芯工具配合直螺杆效果相差不多。

3.1.2 利用机械钻速微调井斜

理论上说，机械钻速越快，单螺扶增斜快，双螺扶稳斜效果好，无螺扶降斜慢。通过现场实践证明，机械钻速超过8m/h单螺扶增效效果明显，双螺扶稳斜效果较好。在取芯实际过程中，我们以8m/h的机械钻速为参考（表4），合理调整钻压、转速、排量，精细控制机械钻速，达到调整井眼轨迹的目的。

表4 钻速参数变化表

使用单螺扶取芯工具，在第11、24 筒，施加钻压70kN，单筒机械钻速6m/h，井斜略降。使用双螺扶取芯工具，第26筒钻速达到10m/h，稳斜较好，第27筒钻速达到8m/h，稳中有降。第28 使用无螺扶取芯工具，钻速8.81m/h（表5），降斜变化相对较小。

表5 钻速与井斜变化表

3.2 改进技术措施提高密闭效果

提高密闭效果从两方面着手：

（1）保证井眼通畅，避免销钉提前剪断。在取芯现场按照每取芯50m 或下钻遇阻必须坚持起钻通井；严格控制钻进速度，避免因为激动压力过大造成销钉的提前剪断，导致密闭液提前外流，影响密闭效果。

（2）配置高粘度DSM 油基保护液，通过增加膨润土比例提高保护液密度，达到平衡钻井液密度的目的，粘度由常规的5000mPa·s提高到15000mPa·s，这种保护液具有较高的粘度和切力，当岩芯进入取芯内筒时，保护液从岩芯与内筒间隙中均匀流过，形成对岩芯的有效包裹，避免钻井液对岩芯的侵蚀，可大幅提高密闭效果。

4 现场应用

杏6-20-检平647 井造斜段施工完后进入探油顶段，为了及时掌握井下取芯井斜变化情况，取芯全井段下入LWD仪器随钻测量，使用短螺杆可缩短测点距井底的距离，提高预测井底井斜的准确度，在关键井段可甩掉螺杆和取芯筒，下通井钻具测量井斜。每次割芯完成后进行测斜，根据所得数据预测井底井斜，结合地质建模和岩芯特征切换取芯钻具组合，如此往复循环使取芯井眼轨迹的油层中穿行。历时38d，完成取芯53筒，取芯总进尺329m，比设计取芯周期节省了17d，同时创造了水平段层内连续取芯236m的国内最高纪录，实现了收获率、密闭率分别99.8%和97%双高指标。

5 结论与认识

（1）近钻头单螺扶取芯工具增斜效果明显；双螺扶取芯工具稳斜略降；无螺扶取芯工具降斜效果明显；弯螺杆驱动取芯工具定向效果不明显。

（2）通过增斜、稳斜和降斜三套钻具组合配合取芯机械钻速，实现了井眼轨迹控制。

（3）总结取芯钻具组合与钻进参数的造斜规律，有效预判井底井斜，依据随钻地质导向模型选用取芯工具。

（4）使用高粘度密闭液和预防销钉提前剪断两种措施，大幅提高密闭率效果。

（5）该井的成功验证了薄层水平段连续密闭取芯技术合理。