简论小井小井眼随钻扩眼技术结论

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。
设计特点：六方驱动和浮动机械剪切销钉设计，同

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心性和剧中稳定性良好，工作稳定，井斜控制能力强；不必专门再下一趟钻钻水泥塞和套管鞋，一趟钻即可解决问题；楔形刀翼/驱动轴配合，燕尾槽固定。
已开发的机械式扩眼器有：114mm、152.0mm、215.9mm、311.1mm四种尺寸。钻具组合为： 114mm单牙轮钻头（或PDC）+稳定器+扩眼器+ 88.9mmHWDp，进行随钻扩眼钻进，可将井眼从114mm扩大到140mm。同时因为是随钻扩眼，机械钻速不会因为扩眼而受影响，机械钻速也得到了提高。特别是对于目的层段扩径最好，经扩眼后的裸眼段环空间隙大大增加，提高了固井质量。
双心式随钻扩眼工具。双心式随钻扩眼工具是在双心PDC钻头的基础上设计的，其结构见图2。
其结构特点：为平衡扩眼刀翼的侧向力，设计了光滑保径的领眼稳定垫片；整体结构无活动部件，寿命长，井下风险小，适合长井段和定向井段扩眼；采用高低不同的扩眼刀翼设计可达到渐进式扩眼的目的；适应性强，可适用于各种领眼钻头。
压差式随钻扩眼工具。压差式随钻扩眼工具总体结构见图3。其结构主要有本体、刀体翼、弹簧、挡块、缸套等组成。刀翼为双排交错部齿、抛物线型设计，刀翼的活塞与缸套之间的动密封采用“Y”形密封圈密封，与缸套本体之间的静密封采用“O”形密封圈密封。
其工作原理是通过钻头水眼调节工作压降，在一定工作压降下，当作用在刀翼活塞面上的压力大于弹簧的弹力时，刀翼被外推，开始扩眼作业。当作用在活塞上的推力小于弹簧的弹力时，在弹簧力的作用下，刀翼逐渐回收并复位。
设计特点：结构紧凑，便于连接；现场维修、检测方便；由于利用钻头水眼所产生的压降，本身不消耗压降，使用范围广；具有很好的倒划眼功能，有利于安全起下钻。
液压式扩眼工具。液压式扩眼工具主要由保护接头、壳体、泵压显示装置、活塞总成、弹簧、刀翼、下扶正器等组成。该工具采用水力活塞式结构，利用喷嘴产生的压降推动活塞外张扩眼刀翼；独特的扩眼刀翼结构设计，有利于初始造台阶作业；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；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，不至于中间泄露，可增设旁通水眼清洗扩眼刀翼；利用泵压显示装置，可调节初始造台阶的外张力，并有利于地面操作人员判断和操作；可灵活选择领眼钻头，是套管侧钻井小井眼扩眼作业比较合理的设计。
工作原理：将液压式扩眼器下到预定扩眼深度，启动转盘，缓慢开泵，此时钻井液流经活塞上的喷嘴产生压力降，形成的压力推动活塞下行，活塞上的圆螺母支撑刀翼外张切削井壁。当刀翼达到最大外张位置，泵压将明显下降，即可进行扩眼钻进作业；扩眼完毕后，停泵，压力降消失，活塞在弹簧的反力作用下复位，刀翼借助自身重量和外力收回刀槽内。液压式PDC扩眼工具技术参数和规范见表1。
液压式扩眼工具曾在中原油田胡12-侧5井成功应用。扩眼井段1940～2420m，进尺480m。扩眼前个别井段井径从118mm缩小到100mm，缩径率达15.3%。井径小于118mm的井段累计165m，占总裸眼井段的31.7%。扩眼后，井径大于140mm的井段为310m，占总扩眼段的64.5%，井径大于130mm的井段累计400m，占总扩眼段的83.3%，平均井径大于136mm。中原油田部分开窗侧钻井扩眼前后井径对比情况见表2。
由表2可看出，扩眼后井径发生了明显增大，扩大率均在15%以上，达到了预期的目的。
伸缩式扩眼器利用具有伸缩性的刀翼实现扩径，扩径量不受上部井段套管内径的限制，可实现较大位移的扩径，靠弹簧和液压方式实现刀翼的伸缩，属于软支撑。该工具易受到井壁岩石软硬交错程度的影响，易形成糖葫芦井眼。

2.新型可扩眼钻头

目前国内外研制的可扩眼钻头为双中心扩眼钻头，其着眼点为采用硬支撑设计方案，将 118mm钻头钻进井眼机械式扩眼至 130～ 150mm。
可扩眼钻头结构见图4，主要由下接头、活塞、主壳体缸体、返向活塞、返向缸体、变流套、返向缸体接头、钢球、上接头等部分组成。借助于高压钻井液作用在活塞上、下端面上的压力差产生一定的静压力，剪断销钉后，利用活塞轴上的斜面和斜面销推动PDC刀片到设计确定的张开尺寸，并将力传递给PDC刀片，连续不断的作用使PDC钻头向下切削岩石形成机械进尺。同时利用连接接头上的定位销，使PDC刀片的位置保持不变，钻出的井眼尺寸稳定。当需要收回PDC刀片时，上提钻柱，活塞轴上移，PDC刀片在斜面销的作用下恢复到原始尺寸。扩眼钻头可随钻扩眼，扩眼速度、寿命与单牙轮钻头相匹配；刀翼伸缩灵活，强度可靠；扩孔后，井径规则。
扩眼钻头入井钻具组合最好避开定向井段。严禁下钻过程中循环钻井液排量超过3L/s和猛提猛放钻柱，以防液柱压力波动使销钉提前剪断。扩眼钻头总成送达预定扩眼深度后，缓慢转动转盘，开泵循环钻井液，当排量达到3～5L/s时，钻井液截留压差的作用迫使活塞压缩弹簧，小活塞外滑脱离返向中心轴，实现解除安全定位。当泵压达到5～8MPa，即可进行正常扩眼钻进。该扩眼钻头在中原油田个别井上应用取得了很好的成效。

3.随钻扩眼钻具组合

随钻扩眼钻具组合的选择是根据所钻井情况、地层和井身结构进行优化。
常规随钻扩眼组合。一般采用多稳定器组合设计：钻头+稳定器+随钻扩眼工具+钻铤+稳定器（可膨胀）+钻铤+钻杆；钻头+钻铤+稳定器+随钻扩眼工具+钻铤+稳定器（可膨胀）+钻铤+钻杆。这2套钻具组合是比较广泛的钻具组合。
旋转近钻头扩眼模式。旋转近钻头扩眼模式钻具组合有：钻头+随钻扩眼工具+钻铤+稳定器（

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可膨胀）+钻铤+钻杆；钻头+短稳定器+随钻扩眼工具+钻铤+稳定器（可膨胀）+钻铤+钻杆；钻头+随钻扩眼工具+钻铤+钻杆。
此钻具组合性能较好，不影响岩屑录井，对地层不敏感，可适用于直井、定向井稳斜段，但现场要根据横向振动情况合理调节稳定器，控制钻压过大对切削齿的横向冲击和破坏。
导向扩眼钻具组合。常用的小井眼钻具组合有：稳斜钻具组合：钻头+随钻扩眼工具或旋转导向工具+可膨胀式扶正器（比扩眼尺寸小3～9mm）+钻铤（加重钻杆）+钻杆。降斜钻具组合：钻头+随钻扩眼工具或旋转导向工具+可膨胀式扶正器（比扩眼尺寸小1.6mm）+钻铤（加重钻杆）+钻杆。增斜钻具组合：钻头+随钻扩眼工具或旋转导向工具+（可膨胀式扶正器（比扩眼尺寸小1

2.7～19mm））+钻铤（加重钻杆）+钻杆。

如果使用动力钻具，随钻扩眼工具直接接到钻头上部，可膨胀扶正器直接连接动力钻具上部，或者去掉扶正器。
对现有工具的适应性和配套技术还要进行继续研究，根据现场应用中存在的问题对工具进行改进和完善，形成系列化，提高小井眼侧钻技术水平，提高机械钻速和井身质量，提高小井眼固井质量。
4.结论
现场应用情况表明随钻扩眼工具能满足小井眼随钻扩眼的需要，根据地层情况优选扩眼钻具组合有助于提高扩眼效率，控制井斜，最大限度地提高扩眼工具的工作稳定性。
小井眼随钻扩眼技术是老区开窗侧钻的必配套技术，有利于提高钻速和井身质量，提高小井眼小间隙套管固井质量。
小井眼扩眼钻具经过逐步开发和完善，形成系列化生产，对老井后期开发潜能的挖潜是有力的技术支撑。