栾毓辛
中石化胜利地质录井公司 山东 东营 257200
摘要：岩心是在矿产资源开发过程中了解矿产资源分布、强度和组成的第一手资料。取芯作为最直接、最有效的取芯方式，是地质勘探和详查钻探的必要手段。取芯的准确性直接决定了地质勘探和详查的准确性。但当节理发育、松散破碎、岩体松软时，钻后易发生钻孔堵塞、脱落等情况，导致取芯率低，影响工程进度和取芯质量。因此，深入研究取芯堵漏可以为现有钻具的优化提供数据参考，并提出堵漏的预防措施，为复杂地层条件下的取芯工作提供参考。
关键词：复杂地层；取心钻进；堵心；预防措施
引言
在地质岩心钻探中广泛使用的双管单芯取样器配备了环形芯断路器采集岩心。基本断路器广泛应用于硬断裂、完整断裂或一般断裂地层，但在弱断裂和松散断裂地层中使用，导致塑料芯和松散芯块连接、研磨或堵塞的可能性较高，芯块回收率较低，无法满足基本质量要求。近年来，为了解决弱、松复杂地层中的岩心加载问题，开发了一种具有弹簧扣件或双弹簧(玫瑰色和钳形弹簧)的芯断路器。此类型的内核断路器与较低的喷孔钻头结合使用，降低了插孔和研磨的可能性，可有效地收集塑料芯和松动的芯块，提高了基本回收率和图像质量。但是，其寿命短，处理技术复杂，生产成本高于普通环形核断路器。由于处理困难或使用成本高，在实际应用中很难推广和应用。
1堵心地质特征
通过研究和比较大量的芯支护实例，发现芯支护是复杂地层加载工作中常见的问题，受芯支护的复杂地层也有类似的岩体发生，通常发生在厚泥岩、页岩和沙砾中一些基本支管情况严重，发生的可能性很大。根据岩层类型和区域分布情况，岩层目标、岩层区域和地质类型差别很大，但发生岩层连接的战略非常相似，往往表明岩层裂缝比较发达，有的是淤泥质的，有的则是 或者岩层纹理柔软，含水率较高，因此在此类地层钻井过程中很难形成柱芯，而且森林内部经常形成间断的岩石块和缺口，这些块被分割开来。在一些地区，地层严重泥泞，核心因而膨胀。
２堵心原因分析
在复杂地层取芯时，钻具堵塞主要发生在两个位置，一个是取芯钻头内台阶与内管下端卡簧(芯爪)之间和轴向间隙之间；二是芯管和内管之间的一定位置。岩心堵塞主要是由于破碎地层产生的岩心形状不规则，岩心在钻具振动下开裂破碎，堆积压实，岩心进入内管速度缓慢，为岩心堵塞的发生提供了时间；另外，在泥岩、页岩、煤层等水敏性地层钻进时，岩心吸水膨胀，也是堵塞的原因之一。卡簧(芯爪)与轴向间隙之间容易塞芯，主要是这里的台阶，为塞芯提供了方便的条件。同时，卡簧(芯爪)的内表面设计有浅槽或花纹，增加摩擦力，破碎不规则的芯在经过这里时阻力大，容易卡死挤死；内管中间的某个位置容易堵塞，主要是因为内管较长，孔径较小，内表面通常不加工，出厂前管的表面质量保留，表面粗糙度值大，破胀芯进入管内的阻力大。同时，内管壁薄而长，使用时容易弯曲，更容易发生堵塞。
3钻具的性能特点
(1)双作用三层管钻具。所谓双动，就是内外芯管都转动，只有第三层芯容纳管不转动。这与其他单作用三层管绳索取心工具有显著区别。它最大的特点是结合了双作用双管和单作用双管的优点，提高了钻具对地层的适应性。(2)不用提钻，更换内钻头结构。绳索取心工具的内管总成本身就是一套单作用双管钻具，内钻头可随岩心打捞到地表，并可随时检查更换，实现了内钻头的更换，无需提钻，延长了提钻间隔。(3)双弹簧夹紧结构。所谓双弹簧夹紧结构，是在岩心容纳管内设置一个用于普通绳索取心工具的夹紧弹簧，在岩心容纳管外设置一个弹簧保持装置。线芯完好时卡簧起作用，线芯破损时止动弹簧起作用。(4)地层适应性好。内外芯管都旋转，带动内外钻头参与破岩，所以软硬地层都适用，内钻头先进，起到隔水护芯和切割的作用，为外钻头破岩创造了自由面，延长了外钻头的使用寿命，延长了钻井间隔，充分发挥了绳索取芯钻井的优势。(5)转换性能好。①图1钻具左侧所示的结构，可以称之为内钻头换成无钻的双作用三层管双弹簧绳索取心钻具；②图1钻具右侧所示的结构，可称为单作用三层管双弹簧分梯形钻头绳索取心钻具；③可以改装成普通常规绳索取心工具，只要更换外钻头和内管，就可以改装成普通绳索取心工具。
4堵心预防措施
4.1优化钻头
根据复杂地层取心过程中钻头易发生堵塞的类型，从钻头内部平整度、防止进水、施工管理和钻井效率等方面进行优化。在复杂地层进行取心作业时，应选择钻头质量高、强度高、内外光滑度高的钻头。如果市场上的钻头不能满足施工现场的要求，应通过二次加工增加钻头的内部光洁度。为了防止一些易膨胀的岩体遇水膨胀，钻头的选择主要是液体分离。当钻头释放冲洗液时，可以从钻头侧面或底部喷射冲洗液，以减少冲洗液对岩心的侵蚀，特别是在岩体遇水高度松散破碎或强烈膨胀的情况下，可以有效防止岩体的水化和膨胀造成岩心堵塞。在施工管理方面，应坚持“预防为主、防治结合”的原则，加强取芯前期的准备和取芯过程中的管理。施工前，应尽可能收集附近地区钻井施工的详细资料，熟知地层分布情况，提前制定预防复杂地层堵塞的预案措施，选择合适的钻头和参数，采用最合适的钻井速度和扭矩，提高取芯成功率。
4.2冲洗液性能优化
冲洗液的主要功能包括清洗孔底、运输和悬挂岩层、冷却钻头、润滑钻具、保护孔壁等。复杂土层钻孔时，冲洗液应能迅速排出岩层和产生于洞底的岩粉，保持洞底清洁，避免岩层反复磨蚀，降低钻孔速度，增加岩心冲洗时间。在水敏感层(如泥、页岩、煤层等)钻孔时，冲洗液应具有良好的除水性能，过滤损耗量应较低，同时能防止岩心在钻井过程中吸水膨胀、开裂和增厚。在水敏感层钻井时，可用钾基冲洗液进行少量过滤损失，LBM冲洗液等。
4.3取心工艺优化
通过对大量实际案例的分析可以看出，从取芯施工开始到出现岩心堵塞，岩心堵塞的位置、次数、方式各不相同，但其中的共同点是岩心在管道中已经储存了足够长的时间，并且保存了很长时间，因此损坏的概率增加。在复杂地层取心时，施工本身存在许多不确定因素。如果岩心在内管中存放时间过长，必然会造成损害，降低取心质量。因此，有效防止岩心堵塞是提高取心效率和取心质量的必然选择。在复杂地层中进行取心作业时，应提前采取预防措施，通过各种手段获取类似地层的详细地质调查资料，并提出有针对性的预案措施。在施工过程中，需要根据地层实际不断调整转速、注入压力、取心井段等参数，使工艺能够根据实际情况因地制宜。在软岩中钻进时，要尽可能降低转速，防止因转速过快造成岩心被压碎和损坏。在相对破碎和破碎的地层中钻井时，需要减轻钻头的重量，以避免整个岩心被压缩损坏，同时降低转速，以防止岩心因大规模振动而破裂。泵排量应根据钻井进度进行相应调整。在高强度区域钻进时，可以适当增大泵排量，以获得足够的冲击力。使用液密钻头时，泵排量可根据实际需要进行调整，但遇到松散破碎地层时，应适当减小泵排量，防止岩心被冲击破碎。取心施工时应做好现场管理，实时观察钻井效率变化，并根据钻屑返出情况及时调整。如果钻井速度减慢，返出量增加，应考虑堵塞的可能性，并相应改变WOB和转速。如果确定发生堵塞，必须停止作业，及时收回钻头取芯，防止钻头和岩心磨损。尽可能的在更好更完整的截面上选择芯，防止脱落。取芯应缓慢平稳，以免过快引起振动，造成岩心损坏或脱落。总之，要根据实际情况，做好复杂地层条件下的取心工作，及时调整相关参数，做好现场管理，不断完善施工工艺，进一步防止堵塞的发生。
结束语
(1)岩心堵塞是复杂地层取心钻井过程中常见的问题，经常发生，在水敏性地层中，裂缝发育，软弱松散，破损严重，容易发生岩心堵塞。(2)岩心堵塞主要发生在岩心、钻头和内管之间，主要是由于岩心破碎、形状不规则和钻具振动，使岩心进入管的阻力逐渐增大，直至发生岩心堵塞。(3)应根据地层选择合适的取心钻头，钻头应设计成液体分离，以减少冲洗液对岩心的侵蚀。冲洗液应具有良好的水化抑制性能和较小的滤失量，以避免水敏感地层岩心过早的水化膨胀，防止岩心堵塞的发生。
参考文献
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