0 引言

Majaguillar油田位于古巴北部马当撒省，是近年来在古巴发现的一块大型稠油油藏，油藏埋深800~1 000 m。该区块钻井井身结构以大斜度井和大位移井居多，油藏地层岩性主要为松软的生物灰岩及致密泥岩夹层。近几年技术人员在该区块进行了多次取心钻探，但取心效果均不理想，平均收获率仅为53.31 %。经过分析，存在的技术难点主要有以下2个因素：一是该区块多为大斜度井和大位移井，井眼清洁难度大，岩屑易沉积，复杂的井身结构大大增加了取心施工的作业难度^[1-3]；二是地层软硬多变，储层内生物灰岩孔洞、裂缝高度发育，松散易碎^[4-5]，泥岩夹层致密坚硬，可钻性差，往往发生松软灰岩取不出来，或者钻遇坚硬泥岩后岩心爪又无法将岩心割断的情况，严重影响取心效果。为解决以上技术难题，笔者对取心钻头和取心工具进行了优化改进，采用了更有针对性的技术措施，形成了适用于Majaguillar油藏大斜度井的钻井取心技术，并在该区块进行了现场应用，平均收获率较以往提高30%，效果明显。

1 主要取心工具 1.1 取心筒

取心工具型号为GWR194-115B，工具主要由定位接头、加压接头、外筒总成、旋转总成、内筒总成及取心钻头等组成，结构如图 1所示。工具外径194 mm，所取岩心直径为115 mm，单次可取岩心5.0 m。内筒为铝合金材质，内置PVC衬管，有利于岩心入筒和出心。内筒通过4只剪切销钉悬挂在定位接头上，剪断销钉需静载荷120 kN，割心方式为液力加压与自锁式相结合^[6]。

1.2 取心钻头

以往在该区块使用的均为胎体PDC取心钻头，现场应用结果表明：胎体钻头的水力结构和切削性能已明显不适应该地层和井眼条件，钻头水眼易堵塞，泥包现象频繁，严重影响取心效率和取心质量。由于Majaguillar油藏地层岩性以生物灰岩为主，不含砾，均质性好，对钻头的抗压强度和耐磨性要求不是太高，所以使用了一种钢体PDC取心钻头，以利用其更为优异的水力结构和排屑性能^[7]，其技术特点如下。

(1) 钻头具有更高的刀翼面，增大了钻头水眼离井底的距离，可实现软地层的深度切削，有效改善钻头水眼堵塞问题，其更宽的排屑槽也有助于岩屑的及时运移^[8]。

(2) 选取了规格为13.4 mm的优质切削齿，并通过改进切削齿焊接工艺提升钻头复合片的钎焊强度，使其在松软灰岩地层及致密泥岩地层均具备良好的切削性能。

(3) 使用了带U形槽的低冲蚀水眼结构，钻头水眼向外倾斜(如图 2所示)，可以有效降低钻井液对岩心的冲蚀^[9-10]。

2 关键技术 2.1 一体化悬挂加压装置

传统松散地层取心工具一般是通过悬挂接头将内筒悬挂在外筒上，通过独立的加压装置加压剪切销钉。这种加压方式的优点是安全可靠，成功率高；缺点是取心工具结构复杂，操作不便。一体化悬挂加压装置是专为大斜度井设计的液力加压装置，实现了悬挂功能和加压功能的结合，减少了现场操作步骤。其工作原理是：割心时，从钻杆处投入加压钢球并开泵送球，钢球落座后堵住悬挂加压装置的流通通道并进行憋压，压力作用给加压装置剪断销钉，使内、外筒分离并推动装置下行，压力释放；同时，内筒下行，一把抓岩心爪收缩，割断并托住岩心。

该装置的优点是：① 采用液力加压方式，在大斜度井或水平井中取心时，可保证有足够的剪切力来剪短销钉，成功率高；② 结构简单，操作方便，大大提高了现场工具组装效率。

2.2 防砂倒返装置

由于松散地层取心工具短、外筒粗，取心钻头、外筒与井壁环空间隙非常小，下钻的激动压力易驱使钻井液由内筒中间向上倒返；又由于大井斜角度下大量砂粒沉积，极易随钻井液倒返进入钻铤，下落沉积后将加压水眼堵死，此时开泵则会导致销钉剪断且不易被发现。为此，专门为松散地层取心工具设计了一个防砂倒返装置。它是在内筒上部加装一个翻板式阀心，可以阻止钻井液携砂上返进入内筒和钻铤，确保钻具内部清洁。阀板上留一小孔，保证内筒与上部投球通道连通，从而不影响上部单流球的作用，并且开泵后钻井液能顺利进入内筒，对内筒进行冲洗。

2.3 高性能陶瓷密封轴承

由于开放式钢制推力球轴承在密封性方面存在一定缺陷，很难防止钻井液的冲蚀及砂粒的磨损，为此，GWR194-115B型取心工具采用了一种新型密封轴承，其结构如图 3所示。轴承由上、下轨道腔及陶瓷球构成，轴承下轨道腔的轨道槽设计成U形，并在轨道槽内填充复合密封脂，轴承下轨道腔与上轨道腔之间采用抗磨密封垫进行密封，密封垫采用石墨制成，并具有独特的防渗透形状设计，轴承球采用Si₃N₄高硬度陶瓷材料制成，能够在高温下承受大载荷并具备优异的耐磨损性能^[11]。新型密封轴承具有密封性好、不生锈、灵活性好的特点，它的使用大大提高了大井斜角度下取心工具旋转总成的灵活性和可靠性。

2.4 双保险割心系统

双保险割心系统是一种新的割心工具，它结合了加压式与自锁式割心的优点，可以很好地解决软硬交替地层的割心技术难题。在软地层割心时，可以通过加压式岩心爪将岩心割断并承托住岩心；在硬地层割心时，可以启用自锁式岩心爪将岩心拔断^[12]。该系统由一把抓岩心爪、自锁式岩心爪和连接套组成，结构如图 4所示。

其原理是：一把抓岩心爪与连接套用螺纹连接，卡箍式岩心爪内置于一把抓岩心爪当中，卡箍式岩心爪外锥面与一把抓岩心爪内锥面相匹配。割心时，先采用加压式割心方式使机构下行，一把抓岩心爪沿钻头内锥面变形收缩切断岩心，若地层岩心较硬，一把抓岩心爪无法将其割断，则采用自锁式割心方式，上提钻具启动卡箍式岩心爪，使其沿一把抓内锥面收缩，最终抱死岩心并将其拔断。该割心系统具有结构简单，地层适应性强，割心成功率高的特点。

3 钻进参数优化

Majaguillar油藏中的生物灰岩成岩性差，胶结疏松，易垮塌^[13]。在这种地层取心，岩心头和岩心柱都很难形成，采用常规的取心技术参数始终无法达到理想的取心效果，另外大井斜角度下取心工具的稳定性也无法得到保证。针对这一问题，设计了以“压”代“钻”的极低转速钻进方案。表 1是推荐使用的取心技术参数。

具体操作过程如下：钻进初期以极低转速(20 r/min)接触井底，并直接以大钻压(50~60 kN)钻进，尽量缩短树心时间，然后逐渐将钻压平稳地加至100~120 kN，并且在钻进过程中尽量保持转速在20~30 r/min范围内。这样操作可以理解为通过大钻压顶住井底以稳住钻具，将松软岩心迅速塞入内筒，而通过使用新型钢体PDC取心钻头，在极低转速钻进下也能保证机械钻速不低，又不至于将岩心搅散。该技术措施非常适用于Majaguillar稠油油藏地层，具有机械钻速快和扭矩平稳的优势，对提高取心收获率有很大帮助。

4 现场应用及效果

近年来该钻井取心技术在古巴Majaguillar油藏进行了多次现场应用，表 2为现场取心数据统计表。累计完成取心进尺91.4 m，心长76.04 m，平均收获率83.19%，整体取心收获率较以往提高了30%。现场应用结果表明：新型钻头水力结构在仅有2~3个水眼保持畅通的情况下就能满足正常的作业需求，降低了因水眼堵塞导致无效起下钻的次数，双保险割心系统多次在坚硬泥岩地层发挥作用，保证了取心效果。

5 结论

(1) Majaguillar稠油油藏大斜度井取心技术可有效提高该油藏的取心收获率，为充分认识该地区含油气构造特征、产能和储量计算提供了第一手岩心资料。

(2) 新型钢体取心钻头的应用为松软地层取心技术参数提供了更大的可操作空间，在水力结构和切削能力上也体现出了良好的使用性能；防砂倒返装置可以阻止钻井液携砂倒灌，维持内筒清洁；双保险割心系统可以有效解决软硬交错地层割心难的问题。

(3) 根据Majaguillar稠油油藏地层特点设计了低转速钻进方案，通过以“压”代“钻”，取得了良好的钻进效果，岩心质量和取心收获率均得到提高。