摘要
为了解决湖南永顺区块钻遇复杂破碎地层所出现的岩心采取率不足的问题，本文在永页2井的基础上，调查了勘查区的地质构造特征，根据不同地层的取心岩样分析了地层特性。在严格按照钻孔设计及质量要求的前提下，在各个阶段采取了不同的冲洗液，做到无垮塌、无漏失。面对破碎地层岩心采取率不足，研制和使用了一种囊袋多节捆绑式绳索取心钻具，利用其独特的囊袋结构，配以超前侧喷钻头，能够保护岩心免受冲洗液冲刷。结果显示：后续的钻进过程中，井深在1055.76~1108.96 m，岩心采取率由原来的最低79%，提高至90%以上，岩心得到了较好的保护。上述方法能够有效地解决破碎地层出现的岩心采取率不足问题，并能为后续的工作和类似工程提供保障和借鉴。
钻探工程的施工难点往往都发生在复杂地层或破碎地层，庄生明和罗光强等人在复杂的汶川地震断裂带采用螺杆马达+液动锤+半合管取心钻进工艺进行取心，但堵心问题依然突
在永页2井（湖南永顺页岩气2井）的基础上，根据实际钻进过程中获取的不同地层的岩心，得到了钻遇地层的岩性及成分，针对新滩组和龙马溪组层段岩心采取率不足等问题，拟采用一种新型囊袋多节捆绑式绳索取心钻具，利用其独特的囊袋结构和超前侧喷钻头，保证取心率的同时，还避免了冲洗液的影响。
永页2井是湖南省页岩气开发有限公司布署在湘鄂西褶冲带桑植-石门复向斜青安坪向斜轴部的1口资料井，井口位于湖南省永顺县石堤镇冷水村。永顺区块位于中扬子台褶带与江南隆起相接地带，中扬子台褶带属于较稳定地块，江南隆起则较为活跃。如
图1 勘查区构造区划图
Fig.1 Structural zoning map of the exploration area
工区经历了多期次构造运动，各期次的构造行迹也显得纷繁复杂。尤其是在燕山Ⅲ幕、Ⅳ幕陆内拉张作用下，挤压应力产生逆掩、逆冲推覆构造，后期同时发育一些规模不大的张性断裂，并沿早期断裂带产生压扭性作用，使工区内断裂更显复
本次实钻目的层井段在445.05~1523.11 m，主要钻遇了新滩组和龙马溪组。从
图2 钻遇地层岩心
Fig.2 Cores from drilled formation
永页2井设计井深为1553.0 m，根据设计要求确定在1553.0 m完结，完钻层位于上奥陶统宝塔组。
在一开直井段时（0~19.9 m）先采用Ø146 mm扩孔钻头和Ø127 mm表层套管，配合进行扩孔，而后再用Ø96 mm金刚石钻头进行深层钻进，主要采用钻铤加压，轻压吊打钻进，保证了一开直井段的防斜打直及井身质量。二开井段（20.00~1553.00 m）使用TXB-1800型钻机，无液压系统，依靠钻机自重给压，钻机机械转速较慢，钻效较低，而后更改为XY-6N型液压钻机，并采用全压钻进以提高钻速。在1000.00~1553.00 m时，由于井斜偏大，逐步采取控制钻压钻进，保证了钻头的合理使用，也加快了施工进度，防止井斜进一步加大。具体井身结构见
图3 永页2井井身结构
Fig.3 Structure of Well Yongye-2
其他质量要求如下：
（1）全孔取心，设计要求岩心采取率≥90%，60 mm≤岩心直径≤63.5 mm。
（2）设计要求最大孔斜≤5°，全角变化率≤2°/30 m。
该井一开使用膨润土低固相环保钻进液体系配浆开钻，针对一开上部地层比较疏松的特点，为了加强防垮塌、防漏失能力，开钻前配置密度为1.06 g/c
二开采用低固相甲基聚合物钻井液体系，替换掉一开钻井液，井深22.80 m时加入CMC、K-PAM、土粉，并采取顶替方式洗井，使钻井液密度保持在1.06 g/
从
图4 1049~1055 m处破碎岩心
Fig.4 Broken cores from 1049m to 1055m
目前，已有众多专家针对破碎地层取心提出相关解决方
从
图5 囊袋多节捆绑式绳索取心钻具结构示意
Fig.5 Structure of the bladder wireline core drilling tool
内管总成中的囊袋部分是整个新型钻具的核心部分，起收集岩心、保护岩心的作用。因此，囊袋本身厚度不易过厚，且应该具备足够的拉伸强度和耐磨性。目前，囊袋薄膜是采用线型低密度聚乙烯和高密度聚乙烯共同混合的材料加工而成，兼具了二者的高抗穿透性、易拉伸性和易加工的特性。超前侧喷钻头由常规钻头部分和超前齿部分构成，主要起改变水流流向的作用，其设计为阶梯状，通过变径钢体周围的斜水眼，将冲洗液导流至钻头底唇面，随着唇面上的水口和水槽改变冲洗液的流向。
在钻进施工时，利用囊袋的自动收缩，束牢岩心，不让岩心滑落，同时，在钻具的冲击力下，不断向更深的地层伸展，让岩心充满囊袋。当岩心充满囊袋时，囊袋下部的橡皮箍筋圈将囊袋箍紧，泵压立即升高，并对地面设备及时做出提醒。其原理不同于传统的取心钻具，纯粹的利用岩心管机械式的裹挟岩心。普通的岩心管较难获取软弱冲蚀性的岩心，但可伸缩性囊袋能够将这些水土岩石的混合物全部包住，并由橡皮箍紧束牢，大大减少了岩心的丢失。
囊袋多节捆绑式绳索取心钻具常搭配超前侧喷式钻头（见
图6 超前侧喷式钻头
Fig.6 Pilot side jet drill bit
采用新型钻具进行钻进后，不同深度岩层的取心率如
新型钻具得到运用以后，实际效果表明，岩心采取率得到较大提高，由原来最低79%，提高至90%以上，且岩心因为囊袋的保护和超前侧喷式钻头的改流效果，真实还原了地层特征，减少了岩心的破碎（参见
图7 新型钻具岩心采取效果
Fig.7 Cores taken with the new core drilling tool
（1）湖南永顺勘查区经历了多期次构造运动，钻遇地层裂隙发育，碎屑矿石较多。因而在实际的钻井工程中，一开和二开阶段分别使用低固相环保钻井液体系和甲基聚合物钻井液体系，避免了垮塌、漏失等现象。此外，在两井段中也分别采用了钻铤加压，轻压吊打钻进和逐步钻进稳控井斜的钻进方式，尤其针对井斜较大井段，使得其最大孔斜≤5°，保证了施工的顺利进行。
（2）孔深在1041.00~1055.76 m时，由于岩层破碎，工程取心效果不佳，所取岩心完整度不够。此次工程采用了囊状多节捆绑式绳索取心钻具，囊袋多节捆绑式绳索取心钻具具有独特的多节捆绑式囊袋总成结构，且钻具本身常搭配超前侧喷式钻头进行使用。囊袋本身可以保护岩心，使得岩心具有保真性；超前侧喷式钻头则通过钢体变径处均匀分布由内向外的斜水口提前改变了水流流向，防止岩心被冲刷。工程实践证明，囊袋多节捆绑式绳索取心钻具能够在破碎地层中提高岩心的取心率，取心率由原来的79%提升至90%以上。
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