对破碎地层取心预防磨心的认识与建议

段绪林， 卓 云， 郝世东， 冯 果

(中国石油川庆钻探工程公司川东钻探公司)

钻井取心是获得地层原始标本的唯一途径，是了解地层岩性和储层特性资料的最直接最可靠的手段。因此，钻井中将取心收获率的高低作为评价取心效果的唯一标准[1]。实践表明 ，磨心是由于堵心、卡心后仍继续钻进引起的，磨心将使取心收获率降低，严重时甚至损坏取心工具，引起井下复杂。如足201井龙马溪组其中一筒取心进尺9 m，由于页岩有机碳高，岩石破碎，出现严重磨心，使缩径套被磨损，出井无岩心，岩心爪也掉于井底，使井下复杂化。因此为提高取心收获率，对磨心的早期发现极其重要。

一、磨心形成的原因

1.堵心卡心引起磨心

正常取心，取心钻头会产生一定的波动扭矩，由于取心工具内筒上部采用轴承悬挂，下部无支撑，波动扭矩势必会降低内筒稳定性，使内筒中破碎岩心失稳，碎岩心容易塞入岩心柱和岩心筒内壁之间,增大岩心进筒阻力。在取心钻进过程中，钻具的晃动加速了碎岩心的塞人，当堵塞阻力大于岩心柱的抗压力，岩心破碎，不能继续进入岩心筒，形成堵心[2]；高钻压易导致取心筒弯曲，取心筒弯曲后，将导致岩心柱的弯曲，扭曲的岩心将使得岩心人筒困难并易堵心[3]。堵心的严重程度取决于岩石的破碎度和钻进参数的匹配度。受井斜、钻压、转速等多方面的影响，内筒难以居中，钻遇裂缝发育岩石，破碎岩心进入内筒困难，卡于岩心爪处，岩心进入内筒的通道被堵塞，形成卡心。

不论是堵心或卡心发生后，都会造成进心通道被堵塞，此时就有部分乃至全部钻压转换为内筒与取心钻头喉部处岩心的摩擦力，当摩擦力大于内筒和内筒中岩心重量之和时，必然促使内筒上顶，但内筒上行受到悬挂轴承下端面限制，摩擦力就会直接作用在悬挂轴承上，使轴承运转不灵活，迫使内筒跟随外筒转动，让取心钻头喉部处的岩心与缩径套和内筒中的岩心产生相互磨损，形成磨心。使岩心资料丢失。

2.悬挂轴承不灵活引起磨心

(1)取心工具入井前，未对悬挂轴承进行检查、清洗、保养，在取心钻进时轴承运转不灵活，使内筒跟随外筒转动，引起磨心。

(2)悬挂轴承允许少量钻井液通过，用于冷却润滑轴承，若钻井液性能差，大量钻屑会在轴承中堆积，使轴承发卡，内外筒同时转动，引起磨心。

3.轴向间隙过小引起磨心

(1)缩径套与取心钻头内台阶间隙调整过小，特别是采用川5、川6取心工具取心，施加钻压过大，外筒在高钻压作用下，压缩距增加，使处于内筒下端的缩径套与取心钻头内台阶接触，内筒跟随外筒转动。

(2)取心钻遇裂缝发育岩石，部分细小岩心在缩径套与钻头喉部间不能被水马力及时冲出钻头外，由于轴向间隙过小，细小岩心会卡于间隙处，使外筒带动内筒跟随转动，引起磨心。

二、磨心的危害

1.降低岩心收获率

不论是堵心、卡心，还是悬挂轴承不灵活引起的磨心，都会使取心钻头喉部处的岩心与内筒中的岩心和缩径套产生对磨，磨心速度取决于钻压和岩心的破碎度。由于缩径套与取心钻头喉部处岩心的相互对磨，将使岩心收获率降低；当缩径套最下端的喇叭口被磨损后，一旦上提钻具，岩心爪会在上部岩心重力作用下掉井，内筒中的岩心有部分乃至全部掉于井底，不仅降低取心收获率，还会使地质资料丢失。

2.岩心质量差

堵心后引起的磨心，将使内筒中不成柱状的岩心在摩擦力作用下，岩心相互挤压，形成碎块紧密集聚于内筒中，使岩心出筒非常困难，需要榔头猛力敲打内筒加厚部位才能抖出岩心，出筒岩心极为破碎，使破损岩心失去分析利用价值。

3.损坏取心工具

磨心开始后，施加在取心钻头上的钻压绝大部分转移至内筒上，内筒会在压力长时间作用下弯曲变形，损坏悬挂轴承，使缩径套、岩心爪不能再次使用。

4.增长取心周期

磨心产生无效取心进尺，钻速低，将使取心周期增加，提高钻井成本。

三、磨心的预防

分析总结正常取心、堵心、卡心、磨心的参数变化特点，结合在多个构造破碎地层取心经验，摸索总结出一套预防磨心提高取心收获率的技术。

1.取心工具入井检查

(1)内外筒不弯曲，不变形。

(2)悬挂轴承清洁，润滑脂涂抹均匀，使其运转灵活。轴承间隙不超过3 mm。

(3)根据所取地层岩石发育度，合理调整缩径套与取心钻头内台阶的纵向间隙。

(4)左右搬动岩心筒，转动灵活。

2.根据取心钻进参数变化分析判断

堵心、卡心后取心钻井参数变化有很大区别。正常取心钻进时，应记录好各项原始钻井参数，以便于出现堵心、卡心时作出准确判断。

(1)堵心是由于内筒受工具稳定性的影响，内筒中破碎岩心失稳，碎岩心掉于岩心柱与内筒环空之间后，将增大岩心进入内筒阻力，施加在取心钻头上的钻压就有部分乃至全部消耗在内筒与岩心的摩擦阻力上，此时机械钻速会逐步降低，持续送钻钻压涨幅较大，同时由于钻头承受的压力减小，扭矩得到降低。

所以判断堵心的方法采用三逐步原则：①机械钻速逐步降低；②钻压逐步上涨；③扭矩逐步下降。堵心可分为轻度、中度、重度三种情况，轻度堵心只会降低机械钻速，仍可继续取心钻进；中度堵心不仅会降低机械钻速，还会使内筒中岩心挤碎不成形。重度堵心会直接导致磨心。

(2)卡心是由于受井斜、钻压、转速等多方面的影响，内筒难以居中，裂缝发育岩石被取心钻头切削后，结构发生变化，受泵压和工具稳定性的双重影响，细小岩心脱离岩心柱，大的块状岩心将发生偏移、错位，被强行挤入缩径套后，卡于岩心爪处，岩心通道被完全堵塞。

部分细岩心脱离岩心柱，必然会停留在缩径套与钻头喉部之间，减小钻井液流道面积，使立压快速上升，同时由于碎岩心卡于岩心爪处，堵塞了岩心通道，大部分钻压从取心钻头上快速转移至缩径套处，钻压必然快速上涨，扭矩会快速下降，所以卡心的判断依据就是三快速原则：①立压快速上升；②钻压快速上涨；③扭矩快速下降。卡心比堵心的后果要严重得多，卡心后继续钻进，将直接导致磨心。

(3)磨心速度肯定比取心速度慢，最重要的一点就是，钻压从取心钻头转移至缩径套与取心钻头喉部的岩心之间，此时取心钻头受到的作用力极小，扭矩回到空转扭矩状态，所以判断磨心的依据就是钻速变慢，扭矩趋于平稳，其它参数无变化。

四、应用效果

新的预防磨心技术在高石梯、磨溪构造的灯影组、龙王庙组等破碎地层取心应用，获得了较高的取心收获率(表1)，这套新的技术已得到广泛推广使用。

表1 新技术取得的结果

五、结论及建议

(1)悬挂轴承运转灵活，优质的钻井液性能，是保证正常取心的首要条件。

(2)仔细分析对比正常取心、堵心、卡心、磨心的参数变化特点，发现钻速、立压、扭矩等参数出现异常时，立即采取措施，在岩心被磨损之前将取心工具提离井底。能大幅提高岩心质量和取心收获率。

(3)建议深化研究，在现有基础上提高取心工具内筒稳定性，减少堵心、卡心几率，从而在保障收获率的基础上提高取心效率。