定向随钻扩孔井眼质量影响因素探索

李炎伟

中海油服油田技术事业部 065201

摘要：塔河油田在超过6000米的定向井钻井中使用了定向随钻扩孔的技术，有效的扩大了井径，这为后面套管下入、固井创造了良好条件。但定向随钻扩孔在使用中依然存在井径不规则、局部井径小等一些问题。通过对影响定向随钻扩井眼质量的一些因素进行分析，对提高扩孔质量和效率的解决方向做出一些探索。井眼质量是一个很重要的钻井质量评价因素，通常的井眼评价的标准是井眼是否平滑、是否有缩扩径等，但这些标准缺乏可操作性。

关键词：定向随钻；扩孔；井眼质量；影响因素；

前言

定向随钻扩孔就是在定向滑动钻井过程中利用随钻扩眼工具作业的过程，扩孔后的井径相较于通过直径，通常扩大10%。偏心随 钻扩孔钻头受井斜限制更小，井斜大于30°的条件下依然可以使用。在塔河油田177.8mm套管开窗侧钻井中，套管开窗后下入直径有149.2mm的偏心随钻扩孔钻头，在滑动定向钻进中将井眼直径扩大至165.1mm以上，也为后序套管下入和固井创造了条件。通过实践发现滑动定向随钻扩孔时受椭圆井眼、局部扩孔后井径小等因素影响，限制了套管下入深度和固井质量。本文分析了几个影响随钻扩孔的因素，以期找到解决的措施，进一步提升定向随钻扩孔井眼质量。

一、井眼质量评价体系

井眼质量是钻井质量评价的一个重要的因素。目前出现了许多井眼质量评价的方法，例如每米进尺的耗费、钻井日费、每吨原油的钻井费用等等，这些标准虽然提供了有效的评价，但却没有明确的评价比较体系。完美的井眼通常是较设计轨迹偏移量小、井眼平滑、井眼不呈螺旋形、没有残余的岩屑床、井壁没有凸起、没有不规则井眼、拥有套管可以下入得最小井眼尺寸、井眼适合套管下入等。但是这些标准是缺乏可操作性 评价系统。

目前石油工业上由于对井眼质量评价的标准，还没有统一的意见。在石油和非石油领域，也有一些较好的评分系统，虽然它们显得 有些主观，但是简单易形，因此在各自的领域被广泛的接受。例如，IADC提出的三牙轮钻头磨损分级方法，它准确的描述了磨钝的钻头镶齿和钢齿牙轮钻头及固定的切削刃钻头，其中刚齿的钻头以牙齿磨损高度来计算、镶齿以崩碎、断的齿数之和占原有齿数来表示等。在医学领域有一种，格拉斯昏迷评分体系，这个体系能简单、快捷的识别病人是否有大脑损伤，这个系统评分从 3到15分，3为最坏的情况，15为最好的情况。它包括良好的眼球反应、良好的动作反射、良好的主动反应。跟格拉斯昏迷评分体系相同，也可以建立一套行之有效的井眼质量评价评分体系，对整个钻井过程做全面的指导，根据起钻是否顺利，下套管作业是否顺利等因素建立评分体系，而套管能否顺利的下入井底是对整个井眼质量是否完美的最终检验。井眼质量评价系统分成3个部分：（1）钻井过程响应；（2）起钻过程响应；（3）下套管过程响应。基本的原则是：评分的分值从少到多依次是：钻井过程响应、起钻过程响应、下套管过程响应。

二、井眼质量影响因素

（一）井斜对井眼质量的影响

TH10233CH井随钻扩孔后4臂井径测井，就出现了1-3臂和2-4臂井径不一致的情况。初始分析认为测井时，仪器臂受自身重力压迫没有完全张开，导致两对测井臂测得井径并不一致。但工具的测量臂受压迫，工具上测量臂显示可完全触碰井壁，测量值不应受影响。根据科威特应用情况，4臂测井也存在1-3和2-4臂井径偏差较大的情况。若井径测量结果准确，定向随钻扩孔钻头形成的井眼应该为椭圆井眼

（二）已钻井眼的影响

双心扩孔钻头偏心扩眼部分必须围绕钻柱轴线转动，才能实现预期的扩眼效果。领眼部分进入地层后能够与上部钻具构成稳定的轴，转速达到时偏心部分围绕此轴转动，从而达到扩孔效果。若在149.2mm 井眼中进行扩孔，直径120.65mm 领眼钻头不受井眼约束，转动时不在绕钻柱轴线转动而是自传的，同时在离心力的作用下围绕149.2mm井眼井壁公转，下部钻具转动过程中呈现出摆动转动的趋势。此种情况下，扩眼部分外扩力不够大，若地层非均质，还会增加钻头损坏的可能性，并且，扩孔效果达不到预期效果，领眼直径最大不能与通过直径相同，否则无法满足下入要求。

随钻扩孔钻头最重要的几何特征参数是三个直径和一个角度，即：通过直径PT、扩眼直径D、领眼直径P以及扩眼角RA 之间满足以下关系：

D = {PT×sin{180-RA/2-arcsin{ [( PT -P)/PT]×sin RA/2}}/sinRA2

式中 PT——随钻扩孔钻头所能通过的最小的孔的直径通过直径，mm；D——随钻扩孔钻头的理论扩孔直径，mm；P——领眼直径领眼的理论直径，mm；RA——扩眼刀翼上决定通过直径的两点与领眼中心所形成的角度。这四个参数中只有三个是独立的，只要知道了其中三个参量的值，就可以依据上式计算出剩余参量的值。

随钻扩孔钻头主要几何特征参数

所以，偏心钻随钻扩孔钻头领眼直径不能增大到149.2mm，但这样就无法克服钻头损坏，扩眼效果不佳这一难题。因此，尽量减少采用149.2mm钻头钻进的导眼段的长度，减少随钻扩孔钻头在已钻井眼中扩孔段长。除此之外，149.2mm导眼段的井斜小，如果对于井径有特殊要求，可以根据TH10410CH2施工情况，面对使用时存在的工具面难摆、不稳定这些问题，进行改进。改进后的钻头进一步优化了领眼部分刀翼设计，进一步提高了钻头的稳定性，改善了定向时工具面的稳定性。

三、定向随钻扩孔工艺难点

（一）对螺杆性能要求高

偏心钻头对地层进行不对称切削，使螺杆承受的扭矩较大，且波 动幅度大，要求螺杆具有较高的强度。同时，为实现扩孔效果，需要螺杆在较低排量(11～13L／s)下为钻头提供足够的转速和输出扭矩，以实现扩眼钻头绕心轴快速旋转，在离心力作用下切削岩石实现扩孔目的。

（二）与定向随钻工具配套的偏心钻头选择困难

一是要求钻头能够承受螺杆输出的高转速；二是钻头的工作特性对螺杆具有很大影响，工作稳定性直接影响螺杆寿命；三是钻头 工作期间，下部钻具承受的震动较大，这对底部钻具尤其是定向仪器的影响较大，易导致仪器故障。

（三）钻井参数对随钻扩眼效果的影响认识不全面

目前国内对于扩孔效果与钻井参数以及钻速等因素的关系认识不明确，如何优选参数以保证扩孔效果是定向随钻扩孔技术的又一难点。

（四）井眼轨迹控制难度大

斜井段进随钻扩孔作业时，井壁施加的侧向力分配不均，导致底 部钻具组合受力复杂，井斜、方位变化复杂，工具面不稳定，井 眼轨迹预测和控制难度大。

（五）超深井小井眼循环压耗大，泵功率利用效率低

与钻后扩孔相比，定向随钻扩孔钻进过程中产生的岩屑量大，携 岩所需要的钻井液最小排量较大。同时，受原井身结构限制，超深井侧钻时使用小钻杆，钻具环空问隙小，循环压耗大，螺杆及 钻头获得的水功率低。

结语

定向随钻扩孔技术在油田的开发中应用越来越多，因此，我们应该从以下几个方面入手，尽最大努力降低随钻扩孔对井眼质量的影响：（1）尽可能减少随钻扩孔前的导眼井段，并控制井斜尽可能小，有利于减少扩孔井径小的风险，并能减少钻头在摆动中受损的风险。 （2）在滑动定向钻进时，优选使用领眼为6刀翼的偏心随钻扩孔钻头，有利于滑动定向钻进过程中工具面的稳定，提升扩 孔质量。 （3）在斜井段，控制钻头的转速稍高于扩孔最低转速，有利于降低椭圆井眼。希望这些对于定向随钻扩孔井眼质量的提高有所帮助。

参考文献

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