段緒林， 卓 云， 郝世東， 馮 果

(中國石油川慶鉆探工程公司川東鉆探公司)

鉆井取心是獲得地層原始標(biāo)本的唯一途徑，是了解地層巖性和儲層特性資料的最直接最可靠的手段。因此，鉆井中將取心收獲率的高低作為評價(jià)取心效果的唯一標(biāo)準(zhǔn)[1]。實(shí)踐表明 ，磨心是由于堵心、卡心后仍繼續(xù)鉆進(jìn)引起的，磨心將使取心收獲率降低，嚴(yán)重時(shí)甚至損壞取心工具，引起井下復(fù)雜。如足201井龍馬溪組其中一筒取心進(jìn)尺9 m，由于頁巖有機(jī)碳高，巖石破碎，出現(xiàn)嚴(yán)重磨心，使縮徑套被磨損，出井無巖心，巖心爪也掉于井底，使井下復(fù)雜化。因此為提高取心收獲率，對磨心的早期發(fā)現(xiàn)極其重要。

一、磨心形成的原因

1.堵心卡心引起磨心

正常取心，取心鉆頭會產(chǎn)生一定的波動扭矩，由于取心工具內(nèi)筒上部采用軸承懸掛，下部無支撐，波動扭矩勢必會降低內(nèi)筒穩(wěn)定性，使內(nèi)筒中破碎巖心失穩(wěn)，碎巖心容易塞入巖心柱和巖心筒內(nèi)壁之間,增大巖心進(jìn)筒阻力。在取心鉆進(jìn)過程中，鉆具的晃動加速了碎巖心的塞人，當(dāng)堵塞阻力大于巖心柱的抗壓力，巖心破碎，不能繼續(xù)進(jìn)入巖心筒，形成堵心[2]；高鉆壓易導(dǎo)致取心筒彎曲，取心筒彎曲后，將導(dǎo)致巖心柱的彎曲，扭曲的巖心將使得巖心人筒困難并易堵心[3]。堵心的嚴(yán)重程度取決于巖石的破碎度和鉆進(jìn)參數(shù)的匹配度。受井斜、鉆壓、轉(zhuǎn)速等多方面的影響，內(nèi)筒難以居中，鉆遇裂縫發(fā)育巖石，破碎巖心進(jìn)入內(nèi)筒困難，卡于巖心爪處，巖心進(jìn)入內(nèi)筒的通道被堵塞，形成卡心。

不論是堵心或卡心發(fā)生后，都會造成進(jìn)心通道被堵塞，此時(shí)就有部分乃至全部鉆壓轉(zhuǎn)換為內(nèi)筒與取心鉆頭喉部處巖心的摩擦力，當(dāng)摩擦力大于內(nèi)筒和內(nèi)筒中巖心重量之和時(shí)，必然促使內(nèi)筒上頂，但內(nèi)筒上行受到懸掛軸承下端面限制，摩擦力就會直接作用在懸掛軸承上，使軸承運(yùn)轉(zhuǎn)不靈活，迫使內(nèi)筒跟隨外筒轉(zhuǎn)動，讓取心鉆頭喉部處的巖心與縮徑套和內(nèi)筒中的巖心產(chǎn)生相互磨損，形成磨心。使巖心資料丟失。

2.懸掛軸承不靈活引起磨心

(1)取心工具入井前，未對懸掛軸承進(jìn)行檢查、清洗、保養(yǎng)，在取心鉆進(jìn)時(shí)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)不靈活，使內(nèi)筒跟隨外筒轉(zhuǎn)動，引起磨心。

(2)懸掛軸承允許少量鉆井液通過，用于冷卻潤滑軸承，若鉆井液性能差，大量鉆屑會在軸承中堆積，使軸承發(fā)卡，內(nèi)外筒同時(shí)轉(zhuǎn)動，引起磨心。

3.軸向間隙過小引起磨心

(1)縮徑套與取心鉆頭內(nèi)臺階間隙調(diào)整過小，特別是采用川5、川6取心工具取心，施加鉆壓過大，外筒在高鉆壓作用下，壓縮距增加，使處于內(nèi)筒下端的縮徑套與取心鉆頭內(nèi)臺階接觸，內(nèi)筒跟隨外筒轉(zhuǎn)動。

(2)取心鉆遇裂縫發(fā)育巖石，部分細(xì)小巖心在縮徑套與鉆頭喉部間不能被水馬力及時(shí)沖出鉆頭外，由于軸向間隙過小，細(xì)小巖心會卡于間隙處，使外筒帶動內(nèi)筒跟隨轉(zhuǎn)動，引起磨心。

二、磨心的危害

1.降低巖心收獲率

不論是堵心、卡心，還是懸掛軸承不靈活引起的磨心，都會使取心鉆頭喉部處的巖心與內(nèi)筒中的巖心和縮徑套產(chǎn)生對磨，磨心速度取決于鉆壓和巖心的破碎度。由于縮徑套與取心鉆頭喉部處巖心的相互對磨，將使巖心收獲率降低；當(dāng)縮徑套最下端的喇叭口被磨損后，一旦上提鉆具，巖心爪會在上部巖心重力作用下掉井，內(nèi)筒中的巖心有部分乃至全部掉于井底，不僅降低取心收獲率，還會使地質(zhì)資料丟失。

2.巖心質(zhì)量差

堵心后引起的磨心，將使內(nèi)筒中不成柱狀的巖心在摩擦力作用下，巖心相互擠壓，形成碎塊緊密集聚于內(nèi)筒中，使巖心出筒非常困難，需要榔頭猛力敲打內(nèi)筒加厚部位才能抖出巖心，出筒巖心極為破碎，使破損巖心失去分析利用價(jià)值。

3.損壞取心工具

磨心開始后，施加在取心鉆頭上的鉆壓絕大部分轉(zhuǎn)移至內(nèi)筒上，內(nèi)筒會在壓力長時(shí)間作用下彎曲變形，損壞懸掛軸承，使縮徑套、巖心爪不能再次使用。

4.增長取心周期

磨心產(chǎn)生無效取心進(jìn)尺，鉆速低，將使取心周期增加，提高鉆井成本。

三、磨心的預(yù)防

分析總結(jié)正常取心、堵心、卡心、磨心的參數(shù)變化特點(diǎn)，結(jié)合在多個(gè)構(gòu)造破碎地層取心經(jīng)驗(yàn)，摸索總結(jié)出一套預(yù)防磨心提高取心收獲率的技術(shù)。

1.取心工具入井檢查

(1)內(nèi)外筒不彎曲，不變形。

(2)懸掛軸承清潔，潤滑脂涂抹均勻，使其運(yùn)轉(zhuǎn)靈活。軸承間隙不超過3 mm。

(3)根據(jù)所取地層巖石發(fā)育度，合理調(diào)整縮徑套與取心鉆頭內(nèi)臺階的縱向間隙。

(4)左右搬動巖心筒，轉(zhuǎn)動靈活。

2.根據(jù)取心鉆進(jìn)參數(shù)變化分析判斷

堵心、卡心后取心鉆井參數(shù)變化有很大區(qū)別。正常取心鉆進(jìn)時(shí)，應(yīng)記錄好各項(xiàng)原始鉆井參數(shù)，以便于出現(xiàn)堵心、卡心時(shí)作出準(zhǔn)確判斷。

(1)堵心是由于內(nèi)筒受工具穩(wěn)定性的影響，內(nèi)筒中破碎巖心失穩(wěn)，碎巖心掉于巖心柱與內(nèi)筒環(huán)空之間后，將增大巖心進(jìn)入內(nèi)筒阻力，施加在取心鉆頭上的鉆壓就有部分乃至全部消耗在內(nèi)筒與巖心的摩擦阻力上，此時(shí)機(jī)械鉆速會逐步降低，持續(xù)送鉆鉆壓漲幅較大，同時(shí)由于鉆頭承受的壓力減小，扭矩得到降低。

所以判斷堵心的方法采用三逐步原則：①機(jī)械鉆速逐步降低；②鉆壓逐步上漲；③扭矩逐步下降。堵心可分為輕度、中度、重度三種情況，輕度堵心只會降低機(jī)械鉆速，仍可繼續(xù)取心鉆進(jìn)；中度堵心不僅會降低機(jī)械鉆速，還會使內(nèi)筒中巖心擠碎不成形。重度堵心會直接導(dǎo)致磨心。

(2)卡心是由于受井斜、鉆壓、轉(zhuǎn)速等多方面的影響，內(nèi)筒難以居中，裂縫發(fā)育巖石被取心鉆頭切削后，結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，受泵壓和工具穩(wěn)定性的雙重影響，細(xì)小巖心脫離巖心柱，大的塊狀巖心將發(fā)生偏移、錯位，被強(qiáng)行擠入縮徑套后，卡于巖心爪處，巖心通道被完全堵塞。

部分細(xì)巖心脫離巖心柱，必然會停留在縮徑套與鉆頭喉部之間，減小鉆井液流道面積，使立壓快速上升，同時(shí)由于碎巖心卡于巖心爪處，堵塞了巖心通道，大部分鉆壓從取心鉆頭上快速轉(zhuǎn)移至縮徑套處，鉆壓必然快速上漲，扭矩會快速下降，所以卡心的判斷依據(jù)就是三快速原則：①立壓快速上升；②鉆壓快速上漲；③扭矩快速下降?？ㄐ谋榷滦牡暮蠊獓?yán)重得多，卡心后繼續(xù)鉆進(jìn)，將直接導(dǎo)致磨心。

(3)磨心速度肯定比取心速度慢，最重要的一點(diǎn)就是，鉆壓從取心鉆頭轉(zhuǎn)移至縮徑套與取心鉆頭喉部的巖心之間，此時(shí)取心鉆頭受到的作用力極小，扭矩回到空轉(zhuǎn)扭矩狀態(tài)，所以判斷磨心的依據(jù)就是鉆速變慢，扭矩趨于平穩(wěn)，其它參數(shù)無變化。

四、應(yīng)用效果

新的預(yù)防磨心技術(shù)在高石梯、磨溪構(gòu)造的燈影組、龍王廟組等破碎地層取心應(yīng)用，獲得了較高的取心收獲率(表1)，這套新的技術(shù)已得到廣泛推廣使用。

表1 新技術(shù)取得的結(jié)果

五、結(jié)論及建議

(1)懸掛軸承運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，優(yōu)質(zhì)的鉆井液性能，是保證正常取心的首要條件。

(2)仔細(xì)分析對比正常取心、堵心、卡心、磨心的參數(shù)變化特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)鉆速、立壓、扭矩等參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，立即采取措施，在巖心被磨損之前將取心工具提離井底。能大幅提高巖心質(zhì)量和取心收獲率。

(3)建議深化研究，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高取心工具內(nèi)筒穩(wěn)定性，減少堵心、卡心幾率，從而在保障收獲率的基礎(chǔ)上提高取心效率。