边钻边扩技术提高深井大井眼钻速初探
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至 占到 了全井井 段 ７ 以上 ， 分 深井 ４ ４ ５ Ｏ 部 ４ ． ｍｍ 井 眼深 达 ２ ０ ～ ３ ０ ｍ；２３ １ １ ５ ０ ０ ０ ｊ １ ． ｍｍ 井 眼 深 达 ４ ０ ～ 『 ５０
Leabharlann Baidu
要思路和措施包括 ］加大钻压和提高钻速来提高机 ：
械破 岩能量 ； 采用 大尺 寸钻 杆 降低 水 力 损耗 ， 高井 底 提 水力 能量 ， 同时通 过改善 井底 流场 ， 提高井 底清洗 效率 ；
短节 接在钻 柱底 部 的小尺 寸领 眼钻头 之上 ， 通过 随钻 同
因［ ：１大尺寸 钻 头型 号少 ， ３ （） ］ 系列 不 全 ， 现场 可选 择 性
＊ 收 稿 日期 ：０ ００－６ ２ １－２２
第一作者简 介： 苑晓荣（ ９ ０） 女（ １ ７一 ， 汉族 ）河南周口人 ， ， 工程师， 主要从事钻井工程设计及研究工作 。
目的 ， 为解 决深井 上部大 直径井 眼机械钻 速低 的问题提 供 了一种新 的思路 。
１ 固定 同心式 扩孔器 的结构及 特点
。
当大直径 钻头钻 遇致 密泥页岩 地层 时 ， 平均机 械钻
速甚至 可能低 于 ０ ５ ｈ ．ｍ／ 。例 如 ， 里 木 油 田 的东 秋 ５ 塔
井， 从井 深 ３ ３ ７ ２ ７ ． ｍ 的 ４ ４ ５ ７． ￣ ０２ ３ ４ ． ｍｍ 井段 ， 总进
统 的复杂 性 ， 下地 质情 况 的不 确 定性 ， 往 需要 采 用 井 往
差 ， 头适应 性差 。（） 现有钻 铤承载 能力 的限制 ， 钻 ２受 大 直径 钻头上 施加 的钻压有 限 ， 得大直径 钻头 的机 械能 使 量处 于较低 水平 ， 在井深 、 地层 可钻性差 的条件下 ， 机械 能量 降低直 接导致 钻井速 度急剧 下 降。 （） ３在现有 钻具 条件 下 ， 井底 水功 率利用 率降低 ， 水力 能量也降低 ， 井底 清洗 效率 降低 ， 底清 洗不 良 ， 致井 底 出现垫 层 和钻 井 导
了一种 全新 的思路 。
关 键词 ： 井 ； 井眼 ； 深 大 机械 钻速 ； 井眼扩 大器 ； 具组合 ； 钻 现场 试验
中 图分 类号 ： ２ 文献标 识码 ： 文章编号 ：Ｏ ４ ５ １ （ ０ ０ １ 一Ｏ ７ —０ ＴＥ ４ Ａ １ Ｏ— ７ ６ ２ １ ） ２ Ｏ ８ ４
从 我 国 油 气 资 源 分 布 来 看 ， 部 地 区 石 油 资 源 西 ７ 埋藏 在深部 ； ０ 东部 地 区浅 层和 中深层勘 探开发 程度 较 高 ， 深部地层 尚有 ５ 而 ０多亿吨 的石油储 量可供勘 探 ； 而天然气 富集 的中部 地 区有 超 过一 半 的 天然 气 资源 量 也 是在深 部地层 。随着我 国石油勘 探开发 的不断深 入 ， 勘 探开发 重点逐 渐 向深部 和难钻地 区转移 ， 深井 和超深 井 钻井数 量不 断增 加 。而深 井 超深 井 由于地层 压 力 系
速度 的关键 环节之 一 。采 用 固定式 同心扩 孔 器的边钻 边扩 技 术通 过 改进 钻 头结构 和破 岩 方 式 ， 改变
井底岩 石的 应力状 态 ， 同时领 眼钻 头 能获得 足 够的机 械 能量和 水 力 能量 ， 以有 效提 高破 岩 效率 ， 可 并 改善 井底 清 洗效果 ， 而提 高大井眼段机械 钻速 ， 从 为解 决深 井上部 大直径 井眼机械 钻速慢 的 问题提供
摘 要 ： 着我 国石 油勘探 开发 的不 断深入 ， 随 勘探 开发 重 点逐 渐 向深部 和 难钻 地 区转 移 ， 井和超 深 深
井钻 井数量 不断增 加 。而深 井超 深井 由于地层 压力 系统的复 杂性 ， 井下地质 情 况的不确 定性 ， 往往 需
要 采 用复杂 的 井身结构和 套 管层 次 ， 中， 其 上部 井段 井 眼尺寸 大 、 井段 长 、 钻速 低 ， 为制 约深 井钻 井 成
通过 改进钻 头结构 和破岩 方式 ， 改变井底 岩石 的应 力状 态， 提高破 岩效率 。其 中， 通过 采 用 固定 式 同心 扩孔 器
５０ｍ， ００ 而深井 上部大 直径井 段机 械钻 速普 遍偏低 的 问 题 变得 十分突 出 ， 为制约 深井钻井 速度 的关键环 节之 成
一
实施 边钻边 扩 ， 进钻 头结 构 和 破岩 方 式 ， 改 改变 井底 岩 石 的应力状 态 ， 以提高 破岩效 率从 而达 到提高钻 速 的 可
头泥 包现象 ， 降低 了机 械钻速 。 也 针对上 述 问题 ， 目前 提高大 直径井段 机械钻速 的主
复杂 的井 身结构 和多层 次套 管满足 钻井和 生产需要 ＿ ， ｌ ＿ 由此不可 避免地 形成 上部井 段套管 尺寸较 大 ， 大井 眼段
较 长 的格 局 。在深 井 眼 中 ， ３ １ １ １． ｍｍ 以上 的井 段 甚
７ ８
西 部探 矿工程
２１ ０ ０年第 １ 期 ２
边 钻 边 扩技 术提 高 深 井大 井 眼钻 速初 探
苑 晓荣 ， 刘学彬 李俊波。李树盛。 ， ，
（． １ 中原 油 田分 公司勘探 开发科 学研 究院 ， 河南 濮 阳 ４ ７０ ； ５ ０１
２ 中国石油长城钻探工程公司， ． 北京 １０ ０ ； ． ０ １１ ３ 中国石油大学石油工程教育部重点实验室， 北京 １２４） ０ ２９
尺 １ ９ ． ｍ， ６ ８ ６ 共耗用 ５ 只牙 轮钻头 ， ５ 平均机 械钻速 仅为 ０ ４ ｍ／ ， 只 钻头 平 均 进 尺仅 有 ３ ． ８ ２。深 井 大 ．８ ｈ单 ０ ８ ｍ＿ ］ 直径井 段 的机 械 钻 速 偏 低 主 要 有 以下 几 个 方 面 的原
边钻边 扩技术 中采 用 的 固定 同心式 扩孔 器 是 以焊 接 等方式将 ４ ～６个牙掌 牙轮对 称地 固定 在一个 中空 的 本体 上 ， 外径尺 寸等 于待 钻 井 眼 的尺 寸 ， 扩 孔钻 头 其 将
Leabharlann Baidu
要思路和措施包括 ］加大钻压和提高钻速来提高机 ：
械破 岩能量 ； 采用 大尺 寸钻 杆 降低 水 力 损耗 ， 高井 底 提 水力 能量 ， 同时通 过改善 井底 流场 ， 提高井 底清洗 效率 ；
短节 接在钻 柱底 部 的小尺 寸领 眼钻头 之上 ， 通过 随钻 同
因［ ：１大尺寸 钻 头型 号少 ， ３ （） ］ 系列 不 全 ， 现场 可选 择 性
＊ 收 稿 日期 ：０ ００－６ ２ １－２２
第一作者简 介： 苑晓荣（ ９ ０） 女（ １ ７一 ， 汉族 ）河南周口人 ， ， 工程师， 主要从事钻井工程设计及研究工作 。
目的 ， 为解 决深井 上部大 直径井 眼机械钻 速低 的问题提 供 了一种新 的思路 。
１ 固定 同心式 扩孔器 的结构及 特点
。
当大直径 钻头钻 遇致 密泥页岩 地层 时 ， 平均机 械钻
速甚至 可能低 于 ０ ５ ｈ ．ｍ／ 。例 如 ， 里 木 油 田 的东 秋 ５ 塔
井， 从井 深 ３ ３ ７ ２ ７ ． ｍ 的 ４ ４ ５ ７． ￣ ０２ ３ ４ ． ｍｍ 井段 ， 总进
统 的复杂 性 ， 下地 质情 况 的不 确 定性 ， 往 需要 采 用 井 往
差 ， 头适应 性差 。（） 现有钻 铤承载 能力 的限制 ， 钻 ２受 大 直径 钻头上 施加 的钻压有 限 ， 得大直径 钻头 的机 械能 使 量处 于较低 水平 ， 在井深 、 地层 可钻性差 的条件下 ， 机械 能量 降低直 接导致 钻井速 度急剧 下 降。 （） ３在现有 钻具 条件 下 ， 井底 水功 率利用 率降低 ， 水力 能量也降低 ， 井底 清洗 效率 降低 ， 底清 洗不 良 ， 致井 底 出现垫 层 和钻 井 导
了一种 全新 的思路 。
关 键词 ： 井 ； 井眼 ； 深 大 机械 钻速 ； 井眼扩 大器 ； 具组合 ； 钻 现场 试验
中 图分 类号 ： ２ 文献标 识码 ： 文章编号 ：Ｏ ４ ５ １ （ ０ ０ １ 一Ｏ ７ —０ ＴＥ ４ Ａ １ Ｏ— ７ ６ ２ １ ） ２ Ｏ ８ ４
从 我 国 油 气 资 源 分 布 来 看 ， 部 地 区 石 油 资 源 西 ７ 埋藏 在深部 ； ０ 东部 地 区浅 层和 中深层勘 探开发 程度 较 高 ， 深部地层 尚有 ５ 而 ０多亿吨 的石油储 量可供勘 探 ； 而天然气 富集 的中部 地 区有 超 过一 半 的 天然 气 资源 量 也 是在深 部地层 。随着我 国石油勘 探开发 的不断深 入 ， 勘 探开发 重点逐 渐 向深部 和难钻地 区转移 ， 深井 和超深 井 钻井数 量不 断增 加 。而深 井 超深 井 由于地层 压 力 系
速度 的关键 环节之 一 。采 用 固定式 同心扩 孔 器的边钻 边扩 技 术通 过 改进 钻 头结构 和破 岩 方 式 ， 改变
井底岩 石的 应力状 态 ， 同时领 眼钻 头 能获得 足 够的机 械 能量和 水 力 能量 ， 以有 效提 高破 岩 效率 ， 可 并 改善 井底 清 洗效果 ， 而提 高大井眼段机械 钻速 ， 从 为解 决深 井上部 大直径 井眼机械 钻速慢 的 问题提供
摘 要 ： 着我 国石 油勘探 开发 的不 断深入 ， 随 勘探 开发 重 点逐 渐 向深部 和 难钻 地 区转 移 ， 井和超 深 深
井钻 井数量 不断增 加 。而深 井超 深井 由于地层 压力 系统的复 杂性 ， 井下地质 情 况的不确 定性 ， 往往 需
要 采 用复杂 的 井身结构和 套 管层 次 ， 中， 其 上部 井段 井 眼尺寸 大 、 井段 长 、 钻速 低 ， 为制 约深 井钻 井 成
通过 改进钻 头结构 和破岩 方式 ， 改变井底 岩石 的应 力状 态， 提高破 岩效率 。其 中， 通过 采 用 固定 式 同心 扩孔 器
５０ｍ， ００ 而深井 上部大 直径井 段机 械钻 速普 遍偏低 的 问 题 变得 十分突 出 ， 为制约 深井钻井 速度 的关键环 节之 成
一
实施 边钻边 扩 ， 进钻 头结 构 和 破岩 方 式 ， 改 改变 井底 岩 石 的应力状 态 ， 以提高 破岩效 率从 而达 到提高钻 速 的 可
头泥 包现象 ， 降低 了机 械钻速 。 也 针对上 述 问题 ， 目前 提高大 直径井段 机械钻速 的主
复杂 的井 身结构 和多层 次套 管满足 钻井和 生产需要 ＿ ， ｌ ＿ 由此不可 避免地 形成 上部井 段套管 尺寸较 大 ， 大井 眼段
较 长 的格 局 。在深 井 眼 中 ， ３ １ １ １． ｍｍ 以上 的井 段 甚
７ ８
西 部探 矿工程
２１ ０ ０年第 １ 期 ２
边 钻 边 扩技 术提 高 深 井大 井 眼钻 速初 探
苑 晓荣 ， 刘学彬 李俊波。李树盛。 ， ，
（． １ 中原 油 田分 公司勘探 开发科 学研 究院 ， 河南 濮 阳 ４ ７０ ； ５ ０１
２ 中国石油长城钻探工程公司， ． 北京 １０ ０ ； ． ０ １１ ３ 中国石油大学石油工程教育部重点实验室， 北京 １２４） ０ ２９
尺 １ ９ ． ｍ， ６ ８ ６ 共耗用 ５ 只牙 轮钻头 ， ５ 平均机 械钻速 仅为 ０ ４ ｍ／ ， 只 钻头 平 均 进 尺仅 有 ３ ． ８ ２。深 井 大 ．８ ｈ单 ０ ８ ｍ＿ ］ 直径井 段 的机 械 钻 速 偏 低 主 要 有 以下 几 个 方 面 的原
边钻边 扩技术 中采 用 的 固定 同心式 扩孔 器 是 以焊 接 等方式将 ４ ～６个牙掌 牙轮对 称地 固定 在一个 中空 的 本体 上 ， 外径尺 寸等 于待 钻 井 眼 的尺 寸 ， 扩 孔钻 头 其 将