石油钻井扩孔工具研究及应用

石油钻井扩孔工具研究及应用

【摘要】分析了石油钻井扩孔技术的重要意义，介绍了国外井下扩孔工具及特点，研究了国内的钻井扩孔工具及其应用，提出了扩孔工具的选取方法，为今后深入的扩孔工具研究，奠定了扎实的基础。

【关键词】石油钻井 井下扩孔 工具 应用

随着石油开采量不断增加，使得石油开采的难度不断的加大，这样就对石油钻井施工提出了更高的要求。近些年，国外一些石油公司研发了大量的钻井扩孔工具，由最初的双心扩孔钻头发展至现在的系列扩孔工具，如BakerHughes Christens公司的系列随钻扩孔器、Bakersfeild Bit&Tool公司的Gaugemaster DrillerTM扩眼工具[1]，石油扩孔钻井工具性能的日益完善，尺寸规格逐渐的全面，对油田提高采收率十分重要。

1 石油钻井扩孔技术的意义

1.1 增加水泥环隙提高固井质量

为保证固井的质量，要求水泥环隙处于12.7 mm ～19 mm之间。若水泥环隙太小，即使有些井在不扩孔的情况下保证了固井的质量，但由于水泥环太薄，后续的射孔或修井作业也会使水泥环破损或产生裂缝，直接影响油井的开发时间。通过石油钻井扩孔技术，在套管尺寸不变的条件下，可增加套管环空间隙提高固井质量。

1.2 解决盐膏层蠕变和挤压所带来的勘探和钻井问题

众所周知，盐膏层蠕变和挤压可造成缩径和卡钻，引起严重的钻井事故。盐膏层蠕变和挤压可造成下套管困难，固井质量差，容易挤毁套管。常规的方法：早开泵、晚摘泵、勤划眼、严格控制钻速；增加钻井液密度，通过压差来防止盐膏层蠕变。但都没有从根本上解决此类问题。采用井下扩孔技术，扩大盐膏层井段的井眼，来抵消盐膏层蠕变所造成的位移，从而增大了水泥环厚度，提高了固井质量和保护了套管。

1.3 改变常规井身结构

减小套管柱之间的间隙，可以用扩孔来实现，改变常规的井身设计，提高机械钻速，使钻井成本明显的下降，这在国内外的一些钻井过程中得到体现 。

1.4 钻井新技术的基础

目前，井下扩孔工艺技术作为支持技术，为许多的钻井前沿技术如：套管钻井技术、超短半径钻井、刚体膨胀管技术以及分支井钻井等，在国外成功的发展到商业化水平。井下扩孔技术的研究，使钻井技术得到延伸。

2 国外井下扩孔工具及特点

2.1 BakerHughes Christens公司的RWD系统

BakerHughes Christens公司的RWD系统，独特的高低不同扩眼刀翼设计，可达到逐级扩眼效果。而且采用BlackIce/CSE切削片，钻井效率高可换旁通水眼，改善清洗效果切削刃高度可调整，确保受力和磨损均匀，领眼稳定垫块：平衡扩眼刀翼产生的偏置不平衡力与常规的双心钻头相比：加长了PDC扩眼刀翼和领眼钻头的距离，并在扩眼刀翼下部

增设偏置扶正垫块。优点：无活动部件、寿命长、井下风险小，缺点：需单独下钻钻掉套管鞋。

2.2 Gaugemaster DrillerTM扩孔工具

Bakersfeild Bit&Tool公司的Gaugemaster DrillerTM扩眼工具，Gaugemaster DrillerTM扩眼器也是一种设计独特、性能优良的套管下扩眼工具，它出现的时间较早，它和其他几种工具不同的是采用牙轮扩眼刀翼 ，两刀翼设计可以使用更大和重载的扩眼牙轮，工具强度和可靠性更高在钻完油层以后，取出撞针，两只扩眼刀翼外伸，就可以进行扩眼作业了。不需额外的起下钻来改变工具，节省了资金和时间。

2.3 Under reamer扩孔工具

Andergauge公司的Under reamer扩孔工具，Andergauge公司根据其主导产品Andergaug变径稳定器的原理改型设计了Anderreamer扩孔工具，该工具采用独特的机械和水力结构外推扩眼总成来达到套管下随钻扩眼的作业目的，扩眼总成使用PDC 切削刃，并能在起钻前主动收回扩眼总成。全尺寸的领眼钻头和正排量启动楔形的刀翼/驱动轴配合确保扩眼总成主动收回，三点刚性支承：更好的井斜控制可换喷嘴优化排量配置，地面的泵压降低显示工具的工作状态，Andergauge变径稳定器的原理改型设计了Anderreamer扩眼工具，该工具采用独特的机械和水力结构外推扩眼总成来达到套管下随钻扩眼的作业目的，扩眼总成使用PDC 切削刃，并能在起钻前主动收回扩眼总成。

3 国内井下扩孔工具及应用

胜利油田钻井院工具所根据新疆塔河油田深井扩眼的技术要求，设计了KKQ型系列水

力扩张式PDC扩眼器 ：采用了水力活塞式结构，利用喷嘴产生的压降推动活塞外张扩眼刀翼扩眼刀翼仍然为三角形结构设计，有利于初始的造台阶作业；采用PDC复合片作为切削刃，各扩眼刀翼增设了保径齿，保证扩眼刀翼外张时不受严重磨损；并重新设计了钻井液流道和壳体保径，内部钻井液冲管使得钻井液全部从钻头处循环，不会发生中间泄露。

在海洋钻井公司9号平台埕北古5井施工中，专门设计的该类型工具7“套管下扩眼直径达到？220mm，并连续随钻扩眼钻进水泥塞100余m，开创国内此类施工的先例。

4 扩孔工具的选取

一般来讲，松软、破碎地层可选用专用钻具和侧喷、底喷钻头或内管超前式、压入式钻头；特别坚硬岩层可选用细粒表镶钻头和特殊设计的孕镶钻头。扩孔器与钻头的级配要合理，否则起不到修整孔壁、保持钻孔直径合乎标准尺寸以及扶正和稳定钻头的作用，并且要像使用钻头一样进行排队使用。

5 结论

（1）石油钻井扩孔技术具有十分广阔的应用领域，随着石油钻井工艺技术的不断发展，它的作用和地位将变得越来越重要。

（2）通过借鉴国外的扩孔钻井工具的设计和特点，使我国的扩孔工具研究快速发展，并取得了良好的应用效果。

参考文献

[1] 许俊良.JK215-237型随钻扩眼工具的研制[J].石油机械，2004，32（10）：42-43

[2] 马清明，王瑞和.随钻扩眼工具与岩石摩擦接触的数值模拟研究[J].机械科学与技术，2006，25（8）：909-912

[3] 王国杰，樊玉光，王宏来，等. 石油钻井扩孔工具研究及应用[J].石油矿场机械，2006，25（8）：909-912

[4] 李润，李黔.双向随钻扩眼器刀翼设计研究及应用[J].石油矿场机械，2009，38（4）：74-76

[5] 剪树旭，文均红，王向东，等. 国产扩孔器研究应用现状及展望[J].石油钻探技术，2003，12

[6] 周金星.钻井工具使用手册[M] .北京：科学出版社， 1990

孙亚伟，工作单位：中原石油勘探局塔里木钻井公司。

刘小超，工作单位：中原石油勘探局塔里木钻井公司。