刘春来，张洪君

（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆163413）

大斜度井取芯工具在冀东南堡油田的应用

刘春来*，张洪君

（大庆钻探工程公司钻井工程技术研究院，黑龙江大庆163413）

冀东南堡油田钻井类型以定向井居多，地质发育层理明显，取芯容易发生堵芯、磨芯等问题，给施工带来很大难度。针对冀东南堡油田近深井大斜度段取芯机械钻速慢、收获率低的问题，结合地层特性，应用大斜度井取芯工具，通过优选钻头、优化取芯工艺参数等技术措施，在保证高取芯收获率的前提下，有效地提高了取芯效率。

取芯；大斜度井；工具；技术

冀东南堡油田位于河北省唐山市境内曹妃甸港区，地质上为渤海湾盆地黄骅凹陷北部的南堡凹陷。由于地理位置的原因，定向井是该油田主要钻井类型。NP118×23井设计取芯段井斜62°，岩芯以砂岩为主，如何避免堵芯以及由堵芯而导致的磨芯，是提高取芯收获率的关键。通过对目的层地质特性研究，采用大斜度井取芯工具，优化取芯工艺参数，完成取芯2筒次，共计进尺10m，平均收获率98.2%。

1　取芯技术难点

大斜度井一般井斜角大于60°，且井眼斜深方向距离较长。大斜度段取芯与直井段、水平段取芯有很大的区别，无论是工艺方面还是工具方面，都存在诸多注意事项，主要存在以下技术难点：

1.1堵芯风险

1.1.1地层因素

直井取芯时岩芯仅受竖直方向重力的作用，水平井取芯时岩芯仅受水平方向推力的作用。但是在大斜度段取芯时，由于工具处于倾斜状态，加之地层倾角的原因，岩芯受力多维化，每个方向的分力都会对取芯施工产生不利的影响，导致岩芯折断以及楔形断面之间压、扭、摩擦等，这都是导致堵芯的主要原因。

1.1.2工具因素

一般带有旋转总成的取芯工具的内筒虽然可以独立旋转，但由于没有扶正的作用，应用在大斜度井取芯时，内筒会处于低边与外筒接触并跟随外筒旋转，加剧了岩芯楔形断面之间压、扭、摩擦作用，从而增加堵芯风险。

1.2下钻困难

由于大斜度井斜井段较长，并且存在造斜、调整井段，井壁不规则，而取芯工具外径较大，通过性较差。同时低边形成岩屑床，也可能对工具的下入产生较大的阻力。

2　取芯工具特点

2.1工具结构

NP118×23井采用大庆钻探NSP178-101取芯工具，该工具由投球接头、悬挂机构、内筒扶正机构、割芯机构和内外筒组成。

表1　工具参数

SP178-101取芯工具主要特点：（1）内筒上下各设有滚动式扶正轴承，其作用是保持内外筒同轴和内筒的灵活性，从而内筒保持与岩芯之间同步；（2）井下投球接头可以实现井下液控投球，不影响投球前提下实现螺杆+转盘复合驱动的取芯形式。该工具解决了一般取芯工具斜井取芯时内筒跟随转动、岩芯偏磨直径减小和无法配套螺杆驱动的问题，降低堵芯风险，有效保证了取芯收获率，提高取芯效率。

2.2取芯钻头

鉴于砂岩特性，PDC钻头在该区块的使用效果突出。为了增加钻头使用寿命，采用胎体PDC取芯钻头，外保径加长带设计提高了钻头在井底的稳定性。钻头宜采用小切削齿和带状内保径齿，以此降低切削齿对岩芯的损害。实践证明，小切削齿结构的钻头在该区块使用效果良好，参考数据见表2。

表2　钻头应用效果

3　取芯技术措施

3.1施工准备

为了保证工具下入顺利，下入工具前采用8-1/2″钻头通井，修整不规则井眼，同时大排量清洗井下岩屑床。考虑大斜度井的磨阻大，取芯前根据上提、下放钩载计算井壁摩阻≈（T上提-T下放）/2。NP118×23井使用顶驱钻机，根据PDC钻头钻进情况设置钻机额定扭矩。

3.2钻井液性能

由于取芯时钻井液排量小，水动力较常规钻井不足，尤其大斜度井取芯时携屑更加困难。出于井下安全考虑，必须提高钻井液的润滑性、抑制性。因此钻井液中添加适量润滑剂后，各项性能应满足：API失水＜7mL，粘度＞45s，含砂量＜0.3%，固相含量＜10%，动塑比＜0.5，密度取设计下限。

3.3钻具组合

取芯钻具组合为Ø215mm取芯钻头+Ø214mm扶正器+Ø178mm取芯筒+Ø214mm扶正器+Ø172mm钻铤+Ø127mm加重钻杆+Ø127mm钻杆。稳定器一方面增加取芯筒强度；另一方面提高工具和钻头的稳定性，于井眼中居中，减小钻头侧向力，既有良好的稳斜作用，又有利于提高取芯质量。

3.4取芯参数

3.4.1钻压

由于井壁摩阻对钻压影响较大，对钻头有效钻压的判断存在一定误差，所以取芯前在正常钻速和排量的情况下确认摩阻大小并校对指重表。待指针稳定后以此为钻压0值。取芯时给定10～20kN，正常取芯时给定40～50kN，全过程尽可能维持钻压平稳，送钻均匀，根据扭矩情况及时调整钻压大小，防止扭矩过大导致断钻具风险。

3.4.2转速

转速的设定既要考虑机械钻速和取芯质量，又要考虑钻具安全，因此一般给定转速50～60r/min。原因是低转速能够提高工具和钻头的稳定性，尤其当钻遇泥岩夹层或破碎地层时，低转速可以降低岩芯损害，降低堵芯风险。

3.4.3排量

钻井液排量应满足取芯工艺需求，为了达到更好的携屑效果，提高取芯效率，排量一般给定25～30L/s，并尽可能维持同一排量以防止钻压发生变化。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芯排量，一般原则是机械钻速较低时采用上限，机械钻速较高时采用下限。

4　现场应用效果

2015年6月，NP118×23井完成取芯2筒次，共计进尺10m，芯长9.82m，平均收获率98.2%，具体数据见表3。

表3　NP118×23井取芯效果

5　结论及建议

（1）大斜度井取芯工具是一种安全、可靠、适用于大斜度井、大位移井的取芯工具，能够获得较高的取芯收获率。

（2）胎体PDC取芯钻头外保径带加长设计提高了钻头的自扶稳定性，有益于提高钻头使用寿命、减小岩芯损害。

（3）合理选择取芯参数至关重要，根据扭矩变化情况及时调整钻压，低转速、大排量是大斜度井取芯一般工艺原则。

（4）大斜度井取芯工具设计有井下液控投球接头，可以尝试螺杆+转盘复合驱动形式，既能够提高取芯机械钻速，同时工具和钻头的稳定性不受影响，减小钻具所承受的扭矩，所以复合驱动是大斜度井取芯更佳方案。

［1］王智峰，李作会，王敏生.渤海埕北油田大斜度井取芯实践和认识［J］.海洋石油，2006（3）.

［2］王智峰，薄万顺，许俊良.大斜度井取芯技术［J］.西部探矿工程，2005（4）.

［3］张洪君，刘春来，袁国强.大斜度井断层取芯工艺技术［J］.西部探矿工程，2015（6）.

［4］杨鹏，王智峰，王敏生.CB-A29m大斜度井取芯实践与认识［J］.西部探矿工程，2005（6）.

TE244

B

1004-5716（2016）10-0037-02

2015-11-19

2015-11-19

刘春来（1983-），男（汉族），黑龙江大庆人，工程师，现从事取芯技术研究工作。