(整理)井下随钻扩眼技术及工具研究

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随钻井眼修整工具关键结构设计与研究

在定向钻井过程中，井眼质量会受到不同程度的破坏[1]，由于定向钻具组合钻头和其他钻具之间有一定的角度，导致实际的井径要比预期的井眼直径小很多。钻头钻过地层后，地层岩石破裂进入井筒，这都会增加钻井阻力，钻压也不能有效传递到钻头。为克服现有技术不足，提供一种随钻井眼修整工具，有效扩大井眼直径、降低井眼台阶摩阻。

1 技术分析1.1 结构

随钻井眼修整工具结构（见图1）。主要由水眼、本体、螺旋带、PDC齿[2]组成。沿轴向设置2个螺旋带，其两者分布相差180°，其偏心距可调，偏心距大小决定了井眼扩大率。

1.2 工作原理

随钻井眼修整工具关键结构设计与研究

马超郝宙正孟凡华

中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司天津 300452

摘要：在定向钻井过程中井眼质量会受到不同方式的破坏，导致钻井阻力，严重降低机械钻速，为克服现有技术不足，研究了一种随钻井眼修整工具，并对关键结构扶正翼螺旋带与布齿进行了分析，该工具有效扩大井眼直径、减少井眼台阶摩阻。

关键词：定向井钻井修整螺旋带

Research and Application of Composite Materials in Underground Tools

Ma Chao，Hao Zhouzheng，Meng Fanhua

CNOOC Enter Tech-Drilling & Production Co.，Tianjin 300452，China

Abstract：In the course of directional drilling，the quality of the borehole will be damaged in different ways，resulting in drilling resistance，and serious reduction of mechanical drilling speed. To overcome the existing technology deficiencies，a set of drilling tool was studied. The key structure and cloth teeth of the spiral belt of the support wing are analyzed. The tool effectively expands the diameter of the wellbore，reduces the drag on the steps of the wellbore.

钻井施工中扩眼器的结构原理与应用

作者：赵建春

来源：《中国科技博览》2014年第06期

摘要：钻进中产生卡钻事故，会造成很大的经济损失。通过对钻井施工过程中常出现的键槽卡钻、缩径卡钻、砂桥卡钻等事故成因进行简要分析，提出在钻井中如恰当的利用“扩眼器”优化的钻具结构，可有利于解决这个问题。通过解析扩眼器这种钻具的性能和使用原理，介绍了这种钻具结构的在钻井施工中的使用方法，使用效能。结合实践，具有多种因地制宜的变种及在现实中的应用的意义。提出“扩眼器”在现实中的应用中具有广阔的前景。

关键词：井眼扩大器；键槽；缩径；砂桥卡钻；事故

中图分类号：[TB857+.4]

引言

在钻井施工中，每年因键槽、砂桥、缩径而造成的卡钻事故占钻井卡钻事故总数的较大比例。分析这些发生事故井的原因，基本上都与井径的缩小有关，在钻井过程中产生卡钻事故，往往又会引起一连串的其他的钻井事故，造成很大的经济损失。因此如何解决已钻井眼的缩小问题，是石油钻井工作者相当关心的问题之一。在钻井中恰当的利用“扩眼器”优化的钻具结构，可有利于解决这个问题，下面我们可以通过简单的分析，了解这种钻具的性能和使用这种钻具结构的意义。

1 常见的几种卡钻形式

1.1 键槽卡钻

键槽卡钻多发生在硬地层中，井斜和方位变化大，形成了狗腿的地方。钻进时，钻柱紧靠狗腿段旋转，起下钻时在狗腿井段上下拉刮，在井壁上磨出一条形如键槽的细槽，它比钻杆接头稍大但比钻头直径小，起钻时钻头拉入键槽底部被卡住。一种表现为实钻井眼轨迹不在一条直线上，局部弯曲，形成了狗腿。实际井眼由垂直段、增斜段、稳斜段、降斜段、水平段组成，就是直井井眼轨迹也是弯曲的，在井斜、方位变化的地方就必然产生狗腿。在起下钻过程中，钻杆接头切削井壁产生键槽。也有一种是壁阶式键槽，由于地层软硬交错，最后形成不规则的井壁，造成钻杆因重力的作用紧靠在井壁上不断切削井壁产生键槽。无论地层软硬、井斜大小，只要有产生键槽的条件，都能够产生键槽，引起键槽卡钻。

井下扩眼工具的研究现状分析

2021年第3期0卷

8页2021,50(3):8-16

石油矿场机械

OIL FIELD EQUIPMENT

文章编号：1001-3482(2021)03-0008-09

井下扩眼工具的研究现状分析

黄韬，何世明，汤明，马日春，李华军，姚耕华

(西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都610500S

摘要：深层巨厚盐膏层的钻井安全和固井安全一直是制约盐下油气资源高效开发的技术瓶颈之一,突破这个瓶颈的关键技术之一是扩眼技术。随着钻井技术的日趋进步，扩眼技术已成为一种用于解决井下复杂问题、优化井身结构的关键技术。国内外在井下扩眼工具的结构、原理方面已开展过大量研究，并已形成商业化产品。对国内外现有扩眼工具产品研究现状进行了调研分析，对不同扩眼工具按其工作原理和工作方式进行分类，并对工具的结构特点、工作原理、优缺点及其适用条件进行分析。在此基础上，对扩眼工具的发展提出了展望。该研究对扩眼工具的发展和推广应用具有积极的作用。

关键词：井下；扩眼工具；发展趋势

中图分类号：TE921.2文献标识码：A doi：10.3969/j.issn.10013482.2021.03.002

Analysis of the Research Status of Downhole Reaming Tools

HUANG Tao,HE Shiming,TANG Ming,MA Richun,LI Huajun,YAO Genghua

{State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation,

井下随钻扩眼技术及工具研究

引言

井下扩眼钻井技术，是采用专门的扩眼工具和常规钻头程序，获得比常规井眼尺寸更大井眼的一种钻井技术。分钻后扩眼和井下随钻扩眼两种方式，钻后扩眼是在钻完井眼后，再下入扩眼工具扩大已钻井眼，而井下随钻扩眼是下入随钻扩眼工具边钻边扩，在全面钻进的同时形成扩大井眼，此项技术被称为继随钻测量和随钻测井之后的又一重大技术突破。

近几年，钻井扩眼技术随着复杂工艺井及深井的增多，在国外的钻井领域得到了进一步的发展，各种类型的井下扩眼工具相继研制成功。特别是随钻扩眼工具也逐渐成为国内外钻井研究领域的新亮点。

一随钻扩眼技术的工程意义

1．可采用小间隙套管程序，降低钻井综合成本

钻井扩眼可以减小套管柱之间的间隙，有效降低钻井综合成本，这在国外的许多钻井实践中已得到证实。在深井钻井作业中，为维持表层套管和防喷器足够的额定压力，使生产套管直径有较大改变，需要使用小间隙套管程序（RCCPs即Reduced Clearance Casing Programs）。实现RCCPs所采用的井下工具主要包括随钻扩眼工具和可膨胀稳定器。随钻扩眼工具用于在钻完套管内的水泥塞之后，继续向下钻进，以获得所需要的大尺寸井眼，可膨胀稳定器则用于稳定大尺寸井眼中的底部钻具组合。据国外资料报道，对于井深为4878m 的井，采用RCCPs比用普通套管程序节约钻井成本27%。

2．增加套管环空间隙，提高固井质量，并为后续作业创造有利条件

通过井下扩眼技术，在增大环空间隙，提高了固井质量的同时，也可为后续的完井和采油等作业提供有利条件，如可给砾石填充完井提供更大空间等。

一种石油钻井用井下扩划眼工具[实用新型专利]

专利名称：一种石油钻井用井下扩划眼工具

专利类型：实用新型专利

发明人：尹博,巩同标,魏金新,毛江,张银钦,刘军,刘桐顺,杜书东,谭亚琦,王栋

申请号：CN201320339176.0

申请日：20130608

公开号：CN203321323U

公开日：

20131204

专利内容由知识产权出版社提供

摘要：本实用型涉及一种石油钻井用井下扩划眼工具，解决了石油钻井过程中井眼缩径时，经常出现的扩划眼失败的问题。其技术方案为：在一个厚壁钢管外侧中部焊接三片刀翼，刀翼120度均布，刀翼上部宽而下部尖呈V字形，刀翼外侧镶嵌有硬质合金齿；钢管的下部切削为尖端引导杆，起引导作用；钢管内部中空的水眼可以进行钻井液的循环。这样，在进行扩划眼作业时，下部的尖端引导杆先进入井眼，然后由上部的刀翼对井壁进行扩划眼作业。有益效果：当钻井过程中发生井眼缩径的情况时，无论在什么样的地层中进行扩划眼作业，既不会划出新井眼，给后期施工增加难度，又不会发生扩划眼失败的情况。

申请人：尹博

地址：257000 山东省东营市西城黄河钻井四公司技术办公室

国籍：CN

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浅谈随钻扩眼工具使用现状

在石油和地质钻井中，扩眼技术通常用于解决地层蠕变和岩层不稳定引起的缩经，以及深井、超深井中小井眼环空间隙过小造成后期作业困难等问题。国外著名的石油服务公司已经拥有了随钻扩眼系列的成熟产品和工具，国内对于随钻扩眼工具的研究处于起步阶段。

一、随钻扩眼工具的优点及分类

1.随钻扩眼工具优点

（1）实现小间隙套管固井。在深海、高温高压井、多层套管井等高成本钻井环境中，为最大限度地增大产层段的井眼尺寸，井下扩眼后采用小间隙套管程序。

（2）提高固井质量。应用井下扩眼技术能够增大裸眼与套管之间的环空间隙，显著地提高固井质量，给后续的完井作业和采油作业提供有利的条件。

（3）解决缩径井段钻井问题。井下随钻扩眼工具可以扩大盐膏层井段的井眼，以抵消盐膏层蠕变和挤压所造成的缩径位移，增大水泥环厚度，保护套管。

（4）支撑钻完井新工艺技术。如膨胀管技术、套管钻井技术和多分支井技术等，都需要增大井眼尺寸以保证工艺的实现。

2.随钻扩眼工具分类

随钻扩眼工具按其扩眼原理大致可以分为扩张式和固定翼式等。固定翼式扩眼器主要是指双心钻头，由领眼钻头和扩眼刀翼等组成，领眼钻头钻出直径较小的领眼，然后通过扩眼刀翼将领眼扩大到设计要求的直径的井眼。扩张式随钻扩眼工具按其执行机构动作原理则可以分为机械式和液压式。相比较而言，扩张式随钻扩眼工具的执行机构即可更换式刀翼，可以按照工艺需要张开或者收回，其扩眼尺寸范围更广、井壁更规则光滑。

二、国外随钻扩眼工具现状及应用

随钻扩眼工具的基本结构主要由三部分构成，即控制机构、扩眼总成和本体。其中本体与上下钻具相连，同时承载执行机构和扩眼总成；控制机构主要是通过一定的方式控制扩眼总成的启动与停止；扩眼总成即执行机构主要包括刀翼等，完成破岩扩眼作业。

井下扩眼技术及工具36页PPT

井下扩眼技术及工具
51、山气日夕佳，飞鸟相与还。 52、木欣欣以Байду номын сангаас荣，泉涓涓而始流。
53、富贵非吾愿，帝乡不可期。 54、雄发指危冠，猛气冲长缨。 55、土地平旷，屋舍俨然，有良田美池桑竹之属，阡陌交通，鸡犬相闻。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子

随钻扩眼工具研究现状

在油气井钻井中，随钻扩眼技术是在钻进过程中利用随钻扩眼工具将新钻出的井眼尺寸进一步扩大的技术。国外著名的石油服务公司已经拥有了随钻扩眼的核心技术，同时也已经制造形成了一系列的成熟产品和工具，并进行广泛的商业化应用。本文将重点介绍国外石油服务公司成熟的随钻扩眼工具的结构及应用状况，以期对我国在该领域的发展起到启发和借鉴作用。

一、随钻扩眼工具的优势及分类

1.随钻扩眼工具优势

（1）提供固井质量。油气资源埋藏越来越深，小井眼钻井能够降低钻井成本，但是小井眼也给后期的完井和采油作业带来很大困难。小井眼必然导致地层与套管间的环空间隙小，进而引起下套管困难，注水泥压耗高压力大，严重降低了固井质量。应用随钻扩眼技术能够增大地层与套管之间的环空间隙，显著提高完井作业效率和质量，并给后续的采油作业提供有利条件。

（2）解决井下复杂情况，提高井下安全。盐膏层是钻井过程中遇到的比较容易引发井下事故的重要因素。盐膏层具有蠕变压力高、蠕变速度快等特点，这些特点会导致已钻井眼的缩径，进而引发卡钻、卡套管等问题。随钻扩眼技术可以一次性扩大盐膏层井段的井眼尺寸，并且减少了给予盐膏层蠕变的时间，降低钻井过程中的复杂事故发生的概率。

（3）为钻完井和后期作业提供支撑。膨胀管、套管钻井等新兴起的钻完井工艺技术，以及后期作业中的分层测试、采油和修井，这些都需要合理尺寸的大井眼以保证工艺的实现。

2.随钻扩眼工具分类。目前，依据扩眼的机理，随钻扩眼工具主要有扩张式和固定翼式这两种。其中固定翼式就是指双心钻头，它是由前领眼钻头和紧跟其后的扩眼刀翼构成。领眼钻头与常规钻头基本相同，只是钻头尺寸较小，能够钻出尺寸较小的井眼即领眼，然后根据设计要求，选用合适的扩眼刀翼将已钻领眼扩大。扩张式随钻扩眼工具依据其扩眼机构的工作机理可分为机械式

随钻扩眼钻具组合与钻井参数优化研究

石油机械

CHINA PETROLELM MACHINERY 2021 年第 49 卷第 2 期

— 22 —V 钻井技术与装备A

随钻扩眼钻具组合与钻井参数优化研究*

*基金项目：国家科技重大专项“页岩气三维丛式水平井优快钻井技术试验与应用”（2016ZX05062-003）；中国石油天然气集团有限

公司重大科技专项“重大工程关键技术装备研究与应用（二期）”（2018E-21）；中国石油天然气集团有限公司重大现场试验项目“膨胀管裸眼封堵技术与装备现场试验”（2017F-19）。

张佳伟1纪国栋1郭卫红1汪海阁1崔猛1惠城

(1.中国石油集团工程技术研究院有限公司2.中国石油大学(北京))

张佳伟，纪国栋，郭卫红，等.随钻扩眼钻具组合与钻井参数优化研究.石油机械，2021, 49 (1) : 22-27.

摘要：鉴于国内现有随钻扩眼系统钻具组合与钻井参数优化研究缺乏，同时考虑领眼钻头及扩眼器几何结构、地层岩石强度及钻井参数等3种影响因素的计算模型少有报道，以及扩眼系统

扭矩分配比计算方法缺失等现状，通过建立模型分析了领眼钻头钻压和扭矩分配比随钻具组合、

钻柱转速及地层强度的变化规律，进行了钻前不同扩眼钻具组合对比与优选以及随转扩眼钻进实例分析。基于破岩机械比能、切削深度以及切削工具摩擦因数计算模型，提出扩眼系统有效切削

面积及有效切削半径概念，形成了随钻扩眼过程中领眼钻头钻压和扭矩分配比计算模型；提出了

随钻扩眼系统钻井参数优化流程，建立了随钻扩眼系统输出钻压和扭矩计算模型。研究结果可以

为随钻扩眼过程中钻井参数优化及自动化钻井提供理论支撑。

新型随钻液压扩眼器的研制

中存在的问题在国产工具中都有所体现。同时，国
产液压扩眼器扩眼效率低、结构不合理、工作安全
性差和寿命短的问题更为突出，难以满足海洋钻井
的技术要求；因此。目前国产扩眼器的结构迫
切需要进一步完善以提高其工作可靠性。鉴于目前国内、外随钻扩眼器存在的问题，以及不能满足海洋钻井技术要求的状况，２００７年中海油能源发展监督监理技术公司和中国石油大学
成扩眼，造成扭矩偏大，机械钻速低；④ 影响造斜；⑤ 易形成泥包；⑥ 井眼扩大尺寸有限ｌ］目】。
前使用的液压扩眼器在使用过程中存在的主要问题
Fra Baidu bibliotek有以下几点：① 服务费用昂贵；② 利用压差推动刀
翼张开，但不能准确判断刀翼是否张开到扩眼所需尺寸；③刀翼张到最大后没有锁定机构，随着压力的变化外径易发生变化；④如产生泥包，弹簧的推力不够，刀翼不能收回；⑤水眼处没有单流阀，水．
２１００年
第３８卷
第７期

随钻扩眼工具井底钻压分配的实验研究

（Ｂ，ｎｅｐｒｅｔａｉｔｍｄｌｇｔｅｄｎｍｃｃａａｔｓｃｏｔｅｄｌｓｎｉａｉｇｈｌｄｌｎｏａＷＯ）ａｘｅｍｎａｆｌｙｏｅｉｙａｉｈｒｃｒｔｆｈｒｌｔｇｔｒｍｎｉｒｌｇｏｌｗｓｉｌｃｉｎｈｅｉｉｉｒｗｈｅｉｗｅｉｉｔｓ
Ｋｅｒｓ：ｒａｎｉｒｌｇｔｏｓａｉｆｉｈｎｂｔｘｅｍｅｔｅｅｒｈｙｗｏｄｅｍｉｇｗｈｌｄｌｎｏｌ；ｒｔｏｇｔｉ；ｅｐｒｎａｒｓａｃｅｉｉｏｗｅｏｉｌ
随钻扩眼钻井作业作为一种用于井身结构优化、提高固井质量、高钻井效率、低作业成本的提降应用技术Ｊ得到了越来越广泛的应用。但是，，随钻扩眼工具的结构及破岩方式不同于常规钻头，在随钻扩眼钻井过程中产生了阶梯型井底，承受的其地层应力也有别于常规钻头产生的井眼，这种差别必然引起阶梯上岩石应力状态的变化，并影响其抗破坏能力，果使得扩眼体对岩石的破碎速度发生结
文章编号：６３５０（０７０－４－４１７－５２０）６０４０００

井下扩眼技术及工具

✓ 井下扩眼配套技术是今后开展膨胀管技术、套管钻井技术的基础和准备，具有较好的技术延续性。
✓ 井下扩眼技术可以使套管更容易通过定向井、水平井的造斜井段。特别是复杂三维定向井、大位移井等复杂工艺井。
✓通过随钻扩眼技术钻出大井眼，减小起下钻的井眼压力激动。
二、钻井工艺研究院的系列PDC扩眼器
➢以上数据均取自井径测井曲线
✓侧钻井采用扩眼技术，可增大完井管柱和提高固井质量
目前，51/2”套管侧钻井由于主套管尺寸的影响，为
了保证固是井进质量一。步提高侧钻井开发效果的潜在手段
如果采用井下扩眼技术，把Ø118mm井眼扩至 Ø140mm。
下入31/2”完井管柱
下入4”完井管柱，保证了固井质量，又能提高采收半径。
套管侧钻井扩眼技术的施工实例
井号:中原油田胡12-侧5井（51/2“主套管) 工具型号:YK-115液压伸臂式扩眼器（胜利油田钻井院）井身参数：最大井斜420，最大造斜率67.82O/100m。扩眼地层：沙3中段，砂岩、泥岩、页岩、泥质砂岩、
砂质泥岩扩眼井段：1940-2420m，进尺480m，机械钻速13m/h。扩眼前井径：实钻井眼Ø 118mm，最小Ø 100mm。扩眼后井径：平均井径Ø 140mm。
✓可提高深井小井眼的固井质量（塔河油田）
➢塔河上亿吨油田的勘探开发规模在不断扩大和深入，其主力

扩张式随钻扩眼工具技术发展综述

作者：王辉谢威

来源：《科技资讯》 2013年第36期

王辉谢威

(贵州高峰石油机械股份有限公司贵州贵阳 550081)

摘要:在钻井过程中通过采用随钻扩眼技术能够有效提高钻井速度,处理复杂地层,以及提

高套管环空间隙等等。本文对于随钻扩眼技术发展现状,特别是国外先进工具发展特点进行分析,还介绍国外技术特点与发展趋势,希望对于提高我国钻井工具配套具有一定帮助。

关键词:随钻扩眼工具特点发展现状发展趋势

中图分类号:TE271 文献标识码:A 文章编号:1672-

3791(2013)12(c)-0079-02

RWD为随钻扩眼技术的简称,在进行正常钻进过程中采用随钻扩眼工具和常规钻头,进行井

眼的有效扩大施工。经过实践检验,对于处理井下的复杂情况、提高钻井质量和安全性、降低钻井综合成本都具有明显的作用,这种重要的石油钻井配套工具的应用范围也越来越广,具有明显

的经济效益[1～2]。

1 随钻扩眼工具

分析随钻扩眼工具可知,根据随钻扩眼钻井过程的相关要求,钻头型的随钻扩眼工具和具有

独立结构的随钻扩眼工具则是两种最为常见的,前者主要包括近钻头随钻扩眼工具、双体式偏心钻头、双心钻头(单体式偏心钻头)等;后者主要包括同心结构和偏心结构的随钻扩眼工具[3～4]。

1.1 双心扩眼钻头

双心扩眼钻头是由上下一体连接的两个PDC钻头组成。其中,对于上下两个PDC钻头来说,

其轴线是不重合的,因此,较大的侧向力是由于在钻头旋转过程中产生,因而能够起到扩大井径的作用。但是,此类工具有一定缺点,较大扭矩宜引起井下事故;不稳定的扩径大小;结构上与领眼

小井眼随钻扩眼技术

作者：王荣军王宗亚蒋嘉琪王姗闫志强张军生

来源：《环球市场信息导报》2012年第09期

针对中原油田开窗侧钻井小井眼钻井井身质量差、钻速低、环空间隙小、盐膏层井段缩径、固井质量差等技术难题，探索采用合适的随钻扩眼工具：机械式扩眼工具、双心式随钻扩眼工具、压差式随钻扩眼工具、液压式扩眼工具、可扩眼钻头等，解决小井眼钻井的逐项问题。该文对各种扩眼工具的结构原理、特性及现场应用情况进行的阐述，对小井眼钻井具有很好的指导意义。

随钻扩眼；井下工具；钻头；小井眼；中原油田

中原油田开发区块已经进入开发后期，许多老井长期生产，井下套管出现问题，为了继续应用这些井进行生产和挖潜剩余潜能，只有进行开窗侧钻，造成侧钻井比例大幅上升。但由于在5″套管内进行开窗侧钻，小井眼小间隙钻井，钻速低，井身质量差，影响固井质量。为了提高固井质量、延长侧钻井寿命，采用随钻扩眼技术增大井眼与套管之间的环形间隙，增加水泥环的厚度和韧性。随钻扩眼技术是采用随钻扩眼工具和常规钻头或者采用可扩眼钻头，在正常钻进的同时扩大井眼的一种技术。随钻扩眼工具可以分两次或多次钻进完成大尺寸井眼段；可扩眼钻头可一次随钻扩眼到设计井径。随钻扩眼技术的应用可提高井身质量，达到“无螺旋井眼”；增加套管环空间隙，扩大裸眼段环空尺寸，提高固井质量；解决盐膏层及其他易缩径地层所带来的完井风险。近年来各单位自主研发了一系列扩眼工具，现场应用中取得了较好的效果。

1.随钻扩眼工具结构及应用

机械式扩眼工具。机械式随钻扩眼工具由上接头、八方组合、主体、刀片和扶正器等部件组成（见图1）。其原理是在套管内钻进时，销钉不剪断，扩眼刀翼不张开，可用来钻掉套管内的水泥塞和套管鞋；当需要扩眼时，加压剪断销钉，使锥体下移，迫使刀片伸出，可进行扩眼钻进。扩眼结束需要收回刀翼时，工具上提，锥体上行，靠锥体上的特殊机构可使刀片收回，顺利起钻。

液压控制式双向随钻扩孔工具研制

２０２１年第５０卷第２期第８６页

石油矿场机械

犗犐犔　犉犐犈犔犇　犈犙犝犐犘犕犈犖犜

２０２１，５０（２）：８６８９

文章编号：１００１３４８２（２０２１）０２００８６０４

液压控制式双向随钻扩孔工具研制

李传武１，李忠庆２，廉光义３

（１．中石化中原石油工程有限公司，河南濮阳４５７００１；

２．中石化中原石油工程有限公司钻井一公司，河南濮阳４５７００１；

３．川庆钻探工程有限公司新疆分公司，新疆库尔勒８４１０００）

摘要：随钻扩孔工具不仅能显著提高小井眼固井质量，而且解决了深井超深井钻井过程中的缩径难题，从而避免了发生井下事故。在分析研究国内外随钻扩孔工具特点的基础上，研制了一种高效随钻扩孔工具，具有随钻同心扩孔、水力可控、强制收翼、双向扩孔的特点。以井深１０００ｍ为例，进行了刀翼收放的水力学校核。同时，运用有限元对其本体进行了不同转矩工况下的强度校核，当转矩高达４０ｋＮ·ｍ时，最大等效应力仅为１０．６ＭＰａ，满足设计要求。该工具的研制对国内随钻扩孔的研究具有重要意义。

关键词：扩孔；随钻扩孔；同心扩孔；水力控制；强制收回

中图分类号：ＴＥ９２１．２文献标识码：Ｂ犱狅犻：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１３４８２．２０２１．０２．０１７

犇犲狏犲犾狅狆犿犲狀狋狅犳犎狔犱狉犪狌犾犻犮犪犾犾狔犆狅狀狋狉狅犾犾犲犱犅犻犱犻狉犲犮狋犻狅狀犪犾犚犲犪犿犻狀犵犠犺犻犾犲犇狉犻犾犾犻狀犵犜狅狅犾狊

ＬＩＣｈｕａｎｗｕ１，ＬＩＺｈｏｎｇｑｉｎｇ２，ＬＩＡＮＧｕａｎｇｙｉ３

（１．犣犺狅狀犵狔狌犪狀犘犲狋狉狅犾犲狌犿犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犆狅．，犔狋犱．，犛犻狀狅狆犲犮，犘狌狔犪狀犵４５７００１，犆犺犻狀犪；

随钻扩眼工具的研究与优化策略研究

摘要：随钻扩眼工具在常规直井和小尺寸井和大斜度井中都具有较好的使用效果，其优势作用是：可钻比套管通常所允许的更大直径的井眼，可完成从直井到水平井的各种井身结构的随钻扩眼，可获得套管与井壁间的最大间隙，改善固井质量，扩大生产井段的直径，有效保证了油气质量，减少在大斜度井眼、膨胀性地层、蠕动性地层以及枯竭性砂岩中卡钻的风险等。本文首先介绍了随钻扩眼工具，其次论述了随钻扩眼工具结构设计的优化。

关键词：随钻扩眼工具；钻井新技术；优化设计

随钻扩眼主要指的是通过随钻扩眼工具与常规钻头流程，整个钻进过程中将井眼予以扩大的一种钻井技术。随钻扩眼技术对复杂的井下环境有很好的适应性、能够节约钻井整体成本、保障建井质量水平。目前，随钻扩眼已经成为了石油钻井工程中的核心技术，具有广阔的发展前景。

1.随钻扩眼工具

1.1双心扩眼钻头

将两个PDC钻头上下一体相连就形成了双心扩眼钻头。由于上下两个PDC 钻头的轴线不重合，在钻头旋转过程中所形成的高侧向力会一定程度上刮扩井壁，进一步扩大眼径。双心扩眼钻头的不足之处是：无法保障扩径的稳定、存在较大扭矩，常引发井下钻具事故如扭断钻具、扭胀钻杆内接头等，应用效果不理想。

现阶段，新型的双心扩眼钻头致力于钻井成本的节约、操作的便捷性及根据钻井实际所需研发匹配的钻头。

1.2偏心扩眼工具

偏心扩眼工具主要以硬质合金为前提保障，将金刚石复合片作为切削齿，同时合理的设计了几何形状，目的在于不断增强切削能力，防止损坏掉切削。要求切削齿表面必须进行有效的抛光，避免过高的剪切应力，提高排屑能力。科学合理的确立扩眼刀翼，以保证直径可以平滑过渡到扩眼井径，加强系统稳定性。在常出现膨胀和疏松地层中使用较为理想。该工具的不足之处是：会严重的影响到下部钻具组合性能，无法准确的预测井斜和具体方位，存在较大的扭矩脉冲，形成的井径缺乏规则性，地层会对其造成严重影响，无法进行钻套管水泥塞。