井下隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)及工具研究

1、1井下隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)及工具研究井下隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)及工具研究引言井下擴(kuò)眼鉆井技術(shù)，是采用專門的擴(kuò)眼工具和常規(guī)鉆頭程序，獲得比常規(guī)井眼尺寸更大井眼的一種鉆井技術(shù)。分鉆后擴(kuò)眼和井下隨鉆擴(kuò)眼兩種方式，鉆后擴(kuò)眼是在鉆完井眼后，再下入擴(kuò)眼工具擴(kuò)大已鉆井眼，而井下隨鉆擴(kuò)眼是下入隨鉆擴(kuò)眼工具邊鉆邊擴(kuò)，在全面鉆進(jìn)的同時(shí)形成擴(kuò)大井眼，此項(xiàng)技術(shù)被稱為繼隨鉆測(cè)量和隨鉆測(cè)井之后的又一重大技術(shù)突破。近幾年，鉆井?dāng)U眼技術(shù)隨著復(fù)雜工藝井及深井的增多，在國(guó)外的鉆井領(lǐng)域得到了

2、進(jìn)一步的發(fā)展，各種類型的井下擴(kuò)眼工具相繼研制成功。特別是隨鉆擴(kuò)眼工具也逐漸成為國(guó)內(nèi)外鉆井研究領(lǐng)域的新亮點(diǎn)。一隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)的工程意義1可采用小間隙套管程序，降低鉆井綜合成本鉆井?dāng)U眼可以減小套管柱之間的間隙，有效降低鉆井綜合成本，這在國(guó)外的許多鉆井實(shí)踐中已得到證實(shí)。在深井鉆井作業(yè)中，為維持表層套管和防噴器足夠的額定壓力，使生產(chǎn)套管直徑有較大改變，需要使用小間隙套管程序（RCCPs即ReducedClearanceCasingPrograms

3、）。實(shí)現(xiàn)RCCPs所采用的井下工具主要包括隨鉆擴(kuò)眼工具和可膨脹穩(wěn)定器。隨鉆擴(kuò)眼工具用于在鉆完套管內(nèi)的水泥塞之后，繼續(xù)向下鉆進(jìn)，以獲得所需要的大尺寸井眼，可膨脹穩(wěn)定器則用于穩(wěn)定大尺寸井眼中的底部鉆具組合。據(jù)國(guó)外資料報(bào)道，對(duì)于井深為4878m的井，采用RCCPs比用普通套管程序節(jié)約鉆井成本27%。2增加套管環(huán)空間隙，提高固井質(zhì)量，并為后續(xù)作業(yè)創(chuàng)造有利條件通過井下擴(kuò)眼技術(shù)，在增大環(huán)空間隙，提高了固井質(zhì)量的同時(shí)，也可為后續(xù)的完井和采油等作業(yè)提供

4、有利條件，如可給礫石填充完井提供更大空間等。3解決鹽膏層、易縮井徑地層所帶來的勘探和鉆井問題由于鹽膏層蠕變和擠壓可造成縮徑和卡鉆，引發(fā)嚴(yán)重的鉆井事故，而且鹽膏層蠕變和擠壓也可造成下套管困難，固井質(zhì)量差，容易擠毀套管，給后期的采油作業(yè)帶來麻煩。采用井下擴(kuò)眼技術(shù)，擴(kuò)大鹽膏層井段的井眼，以抵消鹽膏層蠕變所造成的位移，并增大水泥環(huán)厚度，提高固井質(zhì)量和保護(hù)套管，解決了卡鉆、縮徑等技術(shù)難題，避免了鉆井事故和后期完井難題。4井下擴(kuò)眼配套技術(shù)是開展膨脹

5、管技術(shù)、套管鉆井技術(shù)的技術(shù)基礎(chǔ)和準(zhǔn)備，具有較好的技術(shù)延續(xù)性5提高復(fù)雜結(jié)構(gòu)井中，套管的通過性井下擴(kuò)眼技術(shù)可以使套管更容易通過定向井、水平井的造斜井段，特別是復(fù)雜三維定向井、大位移井等復(fù)雜工藝井。隨著旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的廣泛應(yīng)用，各種大位移井、復(fù)雜三維定向井日益增多，由于其造斜井段軌跡復(fù)雜給套管下入帶來了一定困難，通過隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)擴(kuò)大造斜段井眼，可確保套管的順利下入。二隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)及工具的研究進(jìn)展1BakersfeildBit&Tool公司的

6、GaugemasterDrillerTM擴(kuò)眼工具BakerHughes公司的GaugemasterDrillerTM擴(kuò)眼工具是一種出現(xiàn)較早、設(shè)計(jì)獨(dú)特、性能優(yōu)良的套管下擴(kuò)眼工具，它是采用牙輪擴(kuò)眼刀翼，兩刀翼設(shè)計(jì)可以使用更大和重載的擴(kuò)眼牙輪，工具強(qiáng)度和可靠性更高。在鉆完油層以后，取出撞針，兩只擴(kuò)眼刀翼外伸，就可3在降低鉆井液排量的情況下，使鉆頭鉆速提高1倍以上，其原因在于反向噴嘴在井底產(chǎn)生了一種抽吸作用。反向噴嘴的其它作用包括：防止產(chǎn)生鉆頭

7、泥包；鉆井液排量降低，從而在環(huán)空中形成層流，減少了在軟地層中對(duì)井壁的沖蝕；環(huán)空層流減小了環(huán)空摩阻，從而降低了等量循環(huán)密度。5HalliburtonSecurityDBS公司的NBRTM近鉆頭擴(kuò)眼工具SecurityDBS公司的近鉆頭擴(kuò)眼工具NBR象一個(gè)三翼變徑穩(wěn)定器。工具驅(qū)動(dòng)活塞的推力來自水眼內(nèi)部與環(huán)空之間的壓差，壓差可以通過調(diào)整鉆頭的水眼總面積，或在NBR下面增加其它鉆具來調(diào)整。壓差越大活塞的推力越大?；钊獗砻妫ǖ兑恚╄傆蠵DC（聚

8、晶金剛石復(fù)合片）切削齒?；钊膬?nèi)部預(yù)置有彈簧以保證當(dāng)壓差產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力小于彈簧力時(shí)能縮回。設(shè)計(jì)有剪切銷釘保證NBR在鉆進(jìn)套管鞋時(shí)處于縮回的工作狀態(tài)。該工具可直接安裝在鉆頭上方或下部鉆具組合的其它部位。NBR適用于任何型號(hào)的領(lǐng)眼鉆頭。NBR在滿眼狀態(tài)下長(zhǎng)度與常規(guī)近鉆頭穩(wěn)定器的長(zhǎng)度相當(dāng)，實(shí)踐證明其擴(kuò)眼能力優(yōu)于雙心鉆頭或其它類型的擴(kuò)眼工具。在定向施工過程中，尤其是在高難度大位移井鉆井過程中，傳統(tǒng)的擴(kuò)眼技術(shù)很難進(jìn)行，而NBR可以鉆過水泥塞和套管鞋

9、在不起鉆更換下部鉆具組合的前提下鉆出擴(kuò)大尺寸的井眼。NBR使得鉆進(jìn)和井下擴(kuò)眼同時(shí)進(jìn)行，對(duì)下部鉆具組合性能的影響卻很小。因此，NBR既可以用于馬達(dá)鉆進(jìn)，又可以用于旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)包括導(dǎo)向鉆進(jìn)。由于NBR是滿眼的，它能將任何形式的下部鉆具組合扶正，減弱了鉆具扭振，減小了井眼螺旋。6國(guó)內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì)與現(xiàn)狀最近幾年，國(guó)內(nèi)大港油田、遼河油田有單一規(guī)格的擴(kuò)眼工具問世，但大多仿制改進(jìn)國(guó)外以往的產(chǎn)品，沒有形成成熟的配套技術(shù)。根據(jù)文獻(xiàn)，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究單位已完成采用雙

10、心鉆頭進(jìn)行井下擴(kuò)眼的課題研究工作，雙心鉆頭的工業(yè)性應(yīng)用也取得了一定使用效果，但雙心鉆頭具有下列缺點(diǎn)：①井斜和方位不可預(yù)測(cè)；②扭矩脈沖過高；③井徑不規(guī)則；④在中硬地層中，鉆速和工具壽命受到限制；⑤不能鉆套管內(nèi)的水泥塞。勝利石油管理局鉆井工藝研究院1999年開始進(jìn)行采用PDC復(fù)合片切削刃液壓式擴(kuò)眼工具的研究工作，并形成了四種尺寸系列，在塔里木塔河油田取得了較好的使用效果，初步展示擴(kuò)眼鉆井技術(shù)良好的應(yīng)用前景和技術(shù)價(jià)值。但總的來說，工具的種類尚

11、顯單一，配套技術(shù)也不成熟，還很難滿足各種現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需求，因此隨鉆擴(kuò)眼鉆井技術(shù)迫切需要進(jìn)行研究。三勝利油田隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)及工具的先導(dǎo)性研究勝利石油管理局鉆井工藝研究院根據(jù)鉆井生產(chǎn)需要并借簽國(guó)外石油擴(kuò)眼工具的發(fā)展趨勢(shì)與特點(diǎn)，研制開發(fā)了機(jī)械式和偏心式PDC擴(kuò)眼工具隨鉆擴(kuò)眼工具，并進(jìn)行了先導(dǎo)性試驗(yàn)。各型工具的結(jié)構(gòu)原理、性能參數(shù)及主要特點(diǎn)如下：1工具的研制開發(fā)（1）SK系列雙心PDC隨鉆擴(kuò)眼器該系列工具（見圖1）是在雙心鉆頭的技術(shù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行了