普光气田空气钻井取芯技术

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1、普光气田空气钻井取心技术黄松伟张献丰李汉桥（中原油田钻井四公司河南濮阳457321）摘要：普光气田位于四川东北山区，属高陡构造，地层倾角大，地层岩石硬度高，可钻性差，地层复杂，机械钻速极低，而在该地区进行取心作业难度更大，会造成钻井周期长且极易发生井下事故。随着空气钻井技术在普光气田的成功应用和推广，使用空气钻井取心技术部分解决了该地区地层评价困难的难题。空气钻井取心技术在国内是一个崭新的技术领域，此项新工艺在普光地区两口Φ320mm井眼中进行了探索性的研究和实验，并取得了良好的效果。空气钻井取心与常规的泥浆钻井取

2、心的区别在于，它是直接用大气中的空气作为循环介质来冷却钻头和携带岩屑。采用空气钻井取心技术解决了常规取心造成岩心污染的问题，客观真实地反映了地层情况，为研究评价普光气田、促进普光地区的勘探开发提供了重要的科学依据。关键词：空气钻井取心取心工具取心技术取心收获率一、概述普光气田位于四川省达州市宣汉境内，探明含气面积约28km2,探明储量为2501×108m3，是国内目前规模最大、丰度最高的特大型整装海相大气田。普光构造的地层为陆相、海相相交互和海相沉积，上部地层为高陡构造，砂、泥、页岩互层频繁，硬度大，研磨性强，可钻

3、性差，机械钻速低；中下部地层破碎，井眼稳定性差，易发生井漏；下部深层碳酸盐岩气藏普遍存在多套压力系统和产层，硫化氢含量高，钻井风险大。为了加快普光气田的勘探开发速度，中原油田自2005年底开始在川东北地区储层上部井段引进并使用了空气钻井技术，与常规钻井1-2m/h的机械钻速比较，空气钻井速度提高了3～8倍，配合使用空气锤甚至超过10倍，达到了大幅度提高钻井速度的目的。普光地区特殊的地质构造，造成我们对该地区陆相地层沉积特性的认识和研究不足，而常规钻井取心因地层埋藏深、钻时慢存在很高的钻井安全风险等，因此在目前普光地

4、区空气钻井技术日趋成熟的情况下，对该地区上部陆相地层开展空气钻井取心，以满足勘探开发和研究应用的要求。普光107-1H井和普光3011-5井是普光地区的两口开发井。普光107-1H井位于四川省宣汉县黄金镇沙场村3组，是中石化中原油田普光分公司部署在普光构造东南翼上的一次开发水平井,设计井深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开发定向井，设计井深5485m，位于四川盆地川东断褶带黄金口构造带普光构造。通过两口井的空气钻井取心施工，克服了取心工具的选配、润滑、摩擦过热等、取心钻头选型

5、和机械震动对收获率的影响，取得了较好的效果。普光107-1H井取心进尺34.82m，心长30.38m，取心收获率87.25%，取心平均机械钻速0.28m/h；普光3011-5井取心进尺62.50m，心长49.59m，取心收获率79.34%，取心平均机械钻速2.71m/h。二、空气钻井取心的技术难点和对策（一）技术难点空气钻井取心技术在国内属于一个崭新的技术领域，与常规钻井液钻井取心的区别在于，它是直接采用空气作为循环介质来冷却钻头和携带岩屑来满足钻井取心需要的一种特殊取心方法。普光地区是首次在国内实施空气钻井取心工

6、艺，与常规钻井液为介质的取心相比，存在诸多技术难点，具有一定的挑战性和不可预见性。1.空气钻井取心工具由于循环介质为空气，因没有钻井液的润滑，致使取心筒悬挂轴承会在较短时间内失效。2．由于缺少钻井液的冷却和润滑，岩心爪长期与岩心摩擦形成高温，造成岩心爪提前损坏，割心成功率难以保证。3．空气钻井返出的岩屑都是粉末状微小颗粒。由于没有钻井液的减震效果好，空气取心时井底钻具震动比较剧烈、地层硬度高、易碎，尤其是在胶结相对疏松的地层，岩心很难形成，取心收获率低。4．空气钻井取心具有空气钻井的优点，钻时很快，对割心位置的岩性

7、难以判断。（二）相应的技术对策1.空气钻井取心工具的选择与改进：为了满足空气钻进取心的技术要求，选择使用川7-5取心筒，其悬挂轴承改进为耐高温高压的空气冷却密封轴承，以增加其润滑性并延长使用寿命；岩心爪总成由缩径套式改为加长卡紧套式，避免因长时间与岩心摩擦生热而导致的岩心爪损坏。2.确定钻具组合及取心钻进参数：为降低井下钻具震动、提高取心速度和取心收获率，首先简化钻具组合，采用小钻压、低转速、大空气排量，以满足空气取心钻进的技术要求。钻具组合为：Φ241.3mm(或215.9mm)PDC钻头+川7-5取心工具+Φ1

8、58mm钻铤×3根+Φ127mm加重钻杆×15根+127mm钻杆空气钻井取心钻进参数：钻压20～30KN，转速35rpm，排气量120～130m3/min，立压2.1～2.2MPa。3.钻头的优选原则：由于空气取心钻进作业技术要求的钻压和转速都较低，为提高机械钻速，选用PDC取心钻头比较适宜。三、空气钻井取心应用实例1、取心要求由于空气钻井取心技术在国内属于