井下扩眼技术及工具

实钻井底模型对比图
常规的双心钻头 PK系列偏心式钻头扩眼器
JK系列机械伸臂式扩眼器
工作原理
利用锥体使刀片伸出，靠锥体上的燕尾槽使刀片 收回；当需要刀片伸出时，加压煎断销订使锥体下行， 迫使刀片伸出，需要刀片收回时，工具上提锥体上行， 使刀片收回。
技术特点：
六方驱动，机械剪断销钉设计 不必单独钻水泥塞和套管鞋 同心性和居中性良好，工作平稳,井斜控制性能好 楔形的刀翼/驱动轴配合，燕尾槽固定 已完成两种规格设计
施工步骤示意图
沙84井具体应用情况（9001队）
采用钻井院研制的YK245型水力扩张式PDC扩眼器井下单独 扩眼。 井段（m） 5200~5232 5445~5470 5490~5528 原井眼 8 1/ 2“ 8 1/ 2“ 8 1/ 2“ 缩后井径 7“-8” 6“ 7“-8” 扩眼后井径 >81/2“ 8 1/ 2 “ >81/2“ 一个单峰为6“ 备注
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（1）早开泵、晚摘泵、勤划眼、严格控制钻速；
（2）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。
采用井下扩眼技术，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。
2 1.5 1 0.5 0 1
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0.77 0.26 0.86
1.35
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0.44
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定向井段扩眼
采用高强度钢整体加工，强度高 已完成两种规格的设计
型号 PK-178 PK-245 领眼直径 Ø120.65 Ø152.4 通过井径 Ø152 Ø216 扩眼井径 Ø178 Ø245 总长 576mm 750mm 上部扣型 NC38 NC50 下部扣型 27/8REG 31/2REG
机械钻速对比图
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3 2.5
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需要下套管的情况下，采用钻井院研制的水力扩张式PDC
扩眼器井下单独扩眼，取得了明显的应用效果，已累计使用工 具58套、工具配件30多套。
4口井的扩眼井径的对比和效益分析
井名 沙76井 沙72井 沙74井 T601井
扩眼前井径（mm） 扩眼前井径（mm） 井径(mm) 扩大率（%） Ø 160.02 Ø 164.21 Ø 151.00 Ø 166.09 Ø 181.80 Ø 175.79 Ø 164.00 Ø 173.97 21.80 11.58 13.00 7.88 13.60 7.10 8.60 4.70
可以通过井下扩眼技术，扩大油层段井眼， 不仅提高了油层段的固井质量，给后续的完井
和采油作业提供有利条件。
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。
NC31 NC38
下部 扣型
2 7/8REG 3 1/2REG
Ø210
Ø290
Ø245
Ø352
Ø216
Ø311
20~30
30~40
6
6
NC50
6 5/8REG
4 1/2REG
6 5/8REG
YK系列液压伸臂式扩眼器
结构设计特点
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，不致发生中间泄露； 也可增设旁通水眼清洗扩眼刀翼 利用了泵压显示装置，可增加初始造台阶时的外张 力，并有利于地面操作人员判断和操作 下部设计有钻杆丝扣，可以灵活选用领眼钻头。
YK系列液压伸臂式扩眼器
现场应用
YK系列液压伸臂式扩眼器
现场应用
YK系列液压伸臂式扩眼器
现场应用
YK系列液压伸臂式扩眼器
现场应用
PK系列偏心式钻头扩眼器
根据双心钻头的思路进行了设计 为平衡扩眼刀翼的侧向力，设计了光滑保径的领眼
稳定垫块
无活动部件，寿命长，井下风险小，适合长井段和
在当今石油天然气价格的挑战下，许多其他的油井
也必须考虑由小间隙套管程序来降低钻井成本。
小间隙套管程序和常规套管程序两种井设计的费用比较（以百万美元计）
小间隙套管程序
套管 泥浆 岩屑处理 水泥 钻井工具和注水泥工具
常规套管程序
节约
1.02 0.90 0.02 0.60 1.10
1.75 1.30 0.03 0.80 1.20
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。
JK系列机械伸臂式扩眼器
技术规范
型号 通过井径 领眼直径 扩眼井径 总长 上部扣型 下部扣型
JK-178
JK-245
Ø152.4
Ø215.9
Ø152.4
Ø215.9
Ø178
Ø245
780mm
780mm
Baidu Nhomakorabea
NC38
NC50
31/2REG
41/2REG
JK系列机械伸臂式扩眼器
刀翼正面
加压下行
刀翼张开
刀翼侧面
套管下扩眼技术
在钻完井眼后，单 独下入扩眼工具进行扩 眼作业。
钻后扩眼技术
随钻扩眼技术
随钻扩眼工具匹配 全面钻进钻头，边钻边 扩，全面钻进和扩眼同 时进行
随钻扩眼技术
国外技术专家认为, 随钻扩眼技术的应用 成功，是继随钻测量、随钻测井之后的又 一大技术突破。 节约了起下钻次数，效率高，避免了钻后 扩眼所可能带来的一系列的施工问题。
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
0.73 0.40 0.10 0.20 0.10
钻机费用
总共节省
6.00
7.00
1.00
2.53
国内深井小间隙套管程序和常规套管程序两种井身结构对比图
采用随钻扩眼技术 改变井身结构
减小了导管尺寸 增加了生产套管尺寸 可增加套管层次
市场和需求，技术经济分析及预测
由此可以看出，如果该项技术完善之后进行大范围推 广，可以说是对油田现行井身结构的一次意义非凡的
油层是古生界奥陶系碳酸岩地层，油层埋深5400m以上，属 超深井，完井方式采用Ø 149.2mm裸眼完井或Ø 127.0mm
套管射孔完井，为了满足分层测试和采油、修井的要求，必须
下入Ø 127.0mm套管封固油气层，然后分层射孔和测试。但 Ø 149.2mm井眼和Ø 127.0mm套管间隙小，往往满足不了 分层测试的要求，固井质量差，甚至造成油井报废。
技术变革，同时也会引发钻井方式、工程设计以及完
井设计理念的更新，其潜在的经济效益、社会效益是 巨大的。 特别是深井和超深井多的西部地区，解决现有的深井 技术难题，更是具有切实的现实意义，具有巨大的市 场潜力和需求。
可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，引发严重
一、井下扩眼技术的工程意义
可通过井下扩眼技术采用小间隙套管程序，降低成本 小间隙套管程序对于降低油井的成本是非常有效的。
在海上，由于要求在深井中油层套管尺寸尽可能地大，
而同时保持表层套管和防喷器有着足够的压力额定值，
可采用小间隙套管程序RCCPs(reduced clearance casing programme)。
5545~5575
8 1/ 2“
6“
7“-81/2“
一个单峰为6“
30小时进尺162m，平均机械钻速5.4m/h。
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 是进一步提高 了保证固井质量。
下入31/2”完井管柱
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
YK系列液压伸臂式扩眼器
规格型号
工具外径 （mm)
Ø114 Ø142 扩孔直径 （mm） Ø140 Ø178
通过井径 （mm）
Ø118 Ø152
排量 （l/s）
8~11 12~15
刀翼 数目
4 6
上部扣 型