1 油田概况
文昌某油田位于海南省文昌市以东的海域，所在水深117m。由于该油田导管架目前已无空余槽口可用，只能选用一口低效生产井进行套管开窗侧钻。综合对比优选，决定在某老井9-5/8″套管内470m处开窗侧钻。设计在珠江组三个层位密闭取心7筒，取心层位地层埋深浅、疏松、成岩性差，井斜大（28°）。疏松地层定向井中密闭取心为南海西部首例，其它地区成功例子也不多，技术和施工难度很大。
2 施工难点
（1）成岩性差，岩心柱不易成形，很难顺利进入取心工具。
（2）地层纵向不均质性强，夹层多，容易堵心。
（3）地层疏松，易被冲刷，收获率难保证。
（4）地层物性好，水基泥浆容易污染岩心，密闭率难保证。
（5）套管开窗井，密闭取心工具过窗口时容易将钻头活塞销钉提前剪断，造成钻井液污染密闭液，影响密闭效果。
（6）取心工具的特点是“三筒三动”，稳定性差，岩心易在钻头处破碎堆积造成堵心。
（7）定向井中存在岩心躺低边现象，工具稳定性差，增大岩心与衬筒间的摩阻，相应也增大了岩心进取心工具的难度，容易堵心。
3 密闭取心工艺
3.1 取心工具的选择
根据该井的钻井密闭取心地质要求和预计取心段地层岩性特征，以及其它地区密闭取心成功经验，选用某取心公司的一款适用于松软地层的密闭取心工具（见图1）。该工具结构原理和结构特点如下：
3.1.1 结构原理
它是由取心钻头、岩心筒组合、密封活塞、加压接头四大部分组成，取心钻头连接在外筒之下，内、外筒组合组成岩心筒组合，外筒组合包括外筒和定位接头，内筒组合包括岩心爪、岩心爪短节、内筒和悬挂总成，内筒中装有一铝合金衬筒。内筒组合通过销钉、销套固定在定位接头销孔处，密封活塞通过销钉固定在取心钻头进口外，内筒与钻头的配合面上装有密封圈，内筒在井口灌满密闭液，加压接头连接在定位接头之上，它是由能相对滑动的外六方杆和内六方杆以及加压中心杆组成。取心钻进前，密封活塞首先接触井底，加钻压剪断密封活塞的固定销钉，钻头接触井底，并迫使密封活塞完全进入钻头，此时内筒的密闭液开始逐渐被挤出，在井底形成保护区，随着岩心的形成和增长，密封活塞也自然被推着上行，同时由于内筒上端是密封的，内筒的密闭液就只能通过岩心与衬筒的环形间隙不断向下等体积被排出，并连续不断地、均匀地涂抹在岩心柱表面上，形成保护膜，从而达到保护岩心柱免遭泥浆污染的目的。取心钻进时，加压接头六方柱合拢，并传递钻压和扭矩。钻进结束后，加压六方杆被拉开，投加压钢球到位，然后，下放钻具，钻具重量通过钢球传递给加压中心杆，并直达内筒悬挂销钉，进而剪断销钉，内筒下行，推着岩心爪沿钻头内锥面收缩，并割断抱住岩心，达到疏松地层密闭取心的目的。
3.1.2 结构特点
（1）采用“三筒三动”整体组合方式，即在取心内筒中又增加了保形衬筒，将密闭与保形技术有机的结合为一体。
（2）采用密闭结构，内筒中充满密闭液体以实现进筒后的岩心不被泥浆污染。
（3）采用球悬挂、机械加压割心方式，以实现全封闭岩心爪的割心功能，使疏松的岩心进筒后在起钻过程中不漏不掉。
（4）采用新型的低污染钻头结构，有效地防止泥浆射流对岩心的冲刷，有利于提高收获率和密闭率。
（5）取心钻头外径Φ215mm，岩心直径Φ100mm，一方面可以使用常规的Φ215.9mm井眼取心作业，另一方面岩心柱可以满足钻孔取资料的要求。
3.1.3 主要技术参数
（1）钻头Φ215mm（外径），Φ100mm（内径）。
（2）外筒Φ178mm（外径），Φ154mm（内径）。
（3）内筒Φ140mm（外径），Φ127mm（内径）。
（4）岩心爪Φ100mm（内径），可收缩的最小内径25mm。
（5）工具装配好后，岩心爪与钻头定位台肩的轴向间隙10～20mm。
（6）钢球Φ47mm。
（7）工具长度10550mm，可取岩心最大长度9380mm。
（8）岩心衬筒Φ123mm（外径），Φ108mm（内径）。
（9）取心工具上端扣型NC50母。
（10）每取心一次，内筒密闭液装用量为120L。
| 图1 密闭取心工具示意图 |
3.2 取心钻头的选择
根据该井的地层岩性特征，选用六刀翼、13mm切削齿取心钻头。该型号钻头为刚体PDC取心钻头，切削齿出露程度较高，适用于软到中硬地层；根据“等切削原理”布齿，并进行力平衡设计，使之工作稳定，磨损均匀；采用过盈固齿工艺，保证切削齿在钻进中不掉不扭。
3.3 示踪剂的选择
示踪剂的选择应满足以下要求：
（1）化学性质稳定，在岩心中的扩散及吸附作用小，能起到示踪作用。
（2）加入到泥浆中后，不影响泥浆性能或对泥浆性能影响很小，而且可用化学剂处理。
（3）油层中不含或含量很低，不影响示踪剂的示踪作用。
（4）检测方法灵敏，重复性好，操作简便，适宜现场应用。
3.4 密闭液的选择
密闭液是一种能在取心过程中保护岩心不被泥浆污染，且本身也不会污染岩心的多种物质组成的高分子胶体。根据保形、密闭取心工艺原理，要求其必须具有以下功能：
（1）具有良好的粘附强度，能在岩心柱表面形成一层保护膜堵塞岩心表面的孔隙，阻止泥浆侵入。
（2）填充衬筒与岩心柱之间的间隙，阻止泥浆侵入。
（3）岩心柱进入衬筒的同时密闭液等体积流出，在钻头底部形成一个密闭保护区，确保新钻出的岩心在进入取心工具前不被泥浆污染。
3.5 井眼准备
（1）钻进至取心层位前泥浆性能调整到要求API失水，满足密闭取心要求。
（2）钻进至取心层位，循环，短起至老井眼，下钻通井到底，循环调整泥浆性能，同时加入示踪剂，循环均匀，保证取心前最后一趟钻起钻畅通无阻，若有阻挂，重新通井。
（3）循环调整泥浆性能期间，按规定数量均匀地向泥浆中加入示踪剂，循环均匀且含量达到设计要求，经示踪剂工程师测试浓度符合要求后方可起钻进行密闭取心作业。
3.6 取心钻具组合的选择
（1）取心钻具组合刚性方面考虑和定向井钻具组合相似（定向井钻具中加Φ165.1mm钻铤4根，无磁钻铤2根，16根Φ127mm加重钻杆，故密闭取心钻具中加6根Φ165.1mm钻铤），确保顺利过窗口。割心时需下压28～35t，考虑6根Φ165.1mm钻铤重量不够，再加30根Φ127mm加重钻杆。
（2）取心结束后要投4个47mm钢球割心，所有入井钻具要通径，另通过现场试验证明，钢球很容易卡在浮阀阀芯处，为了规避取心风险，取心钻具组合中去掉浮阀，但做好预防下钻倒灌泥浆堵水眼的措施：使用100目振动筛筛布，保证泥浆清洁；控制匀速下钻，并且每下100m灌浆打通一次。
（3）考虑到本井为套管开窗井，为解决起下钻过窗口时挂阻问题，除了提前增强开窗钻具组合、定向井钻具组合刚性，同时降低取心钻具刚性外，取心钻具组合中要避免出现直台阶，另考虑到加压接头在起钻过程中处于拉伸状态（六方套伸缩距为20cm），存在直台阶，为了降低起钻过程中挂窗口的风险，在钻铤与加压接头之间加装一扶正器。
（4）综上所述，取心组合：Φ215mm"取心钻头+Φ177.8mm取心筒+加压接头+Φ190.5mm扶正器+变扣接头+Φ165.1mm钻铤6根+变扣接头+Φ127mm加重钻杆30根。
3.7 取心参数的选择
根据地质监督提供的地层信息，取心段地层疏松，物性好，为了保护岩心柱不被冲刷，选用较小的排量；考虑取心工具自身“三筒三动”特点（取心钻进时内筒和衬筒与岩心存在相对运动），再加上井斜因素，从工具工作稳定性角度考虑选用较低的转速；取心层段较疏松，存在硬夹层，为了防止堵心，保证钻头始终压着地层钻进，机械钻速较快时钻压应跟上（不低于4t），当钻遇硬夹层机械钻速较慢时，为了防止钻穿硬夹层进入松软地层时，由于地层突变造成堵心，钻压要适当减少（保持在4t左右）；考虑三个取心层位的地层又各不相同，取心参数应区别对待。实际参数如下：
（1）第一个取心层位取心参数：4～6t，40rpm，400L/min。
（2）第二个取心层位地层更疏松、第三个取心层位岩性疏松且钙质夹层频繁，取心参数调整为：4～6t，35rpm，350L/min。
4 现场实施情况
现场共进行8筒次密闭取心，累计密闭取心进尺59.38m，累计心长59.38m，平均收获率100%，现场检测岩心密闭合格率100%，是南海西部有史以来单井密闭取心进尺最多，平均收获率最高，效果最好的一次，创造了南海西部密闭取心的记录。密闭取心数据统计见表1：
5 结语
（1）这次在该油田使用的密闭取心工具密闭取心效果良好，获得了很好的收获率和密闭率，但其“三筒三动”的特点仍然存在工具稳性差，易堵心的风险，有待进一步改进。
（2）这次使用的取心钻头适合松软地层取心钻进，平均机械钻速3.70m/h，但在中硬或硬地层取心时钻头应有所调整。
（3）准确的地层预告，和与之相适合的取心参数、正确判断夹层或其它井下复杂情况是保证收获率的关键。
（4）良好的井眼状况和泥浆性能是本次密闭取心成功的保证。
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