范亞民，張永澤，欒 蘇，趙旭東，閆永宏

（寶雞石油機械有限責任公司，陜西寶雞721002） ①

國外擴張式隨鉆擴眼工具應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

范亞民，張永澤，欒 蘇，趙旭東，閆永宏

（寶雞石油機械有限責任公司，陜西寶雞721002）①

隨鉆擴眼技術在處理復雜地層、提高鉆井速度、提高套管環(huán)空間隙等方面具有應用價值。分析了國外幾大油田服務公司的擴張式隨鉆擴眼工具的結構，介紹了其在現(xiàn)場的應用情況，總結了國外擴張式隨鉆擴眼工具的技術特點，并初步探討了隨鉆擴眼工具的發(fā)展趨勢。

井眼；鉆井；隨鉆擴眼；擴張式擴眼工具

隨鉆擴眼技術就是采用隨鉆擴眼工具和常規(guī)鉆頭，在全面鉆進的同時擴大井眼的一種鉆井技術，節(jié)約了起下鉆次數(shù)，效率高，避免了鉆后擴眼可能帶來的一系列的施工問題。隨鉆擴眼技術通常用于擴大裸眼段尺寸，使其大于上部套管串的內(nèi)徑，降低下套管成本（套管程序設計中自上而下均采用小尺寸套管），或者解決鹽膏層鉆探難題［1－4］。對于新發(fā)展的工藝技術，例如套管鉆井技術、多分支井技術等，也常利用隨鉆擴眼工具來保證工藝實現(xiàn)。擴張式隨鉆擴眼工具作為擴眼工具的一種，具有常規(guī)固定翼式擴眼工具無法比擬的優(yōu)勢，是國外各大油服公司研究發(fā)展的重點。本文將重點介紹威德福、貝克休斯等公司的擴張式隨鉆擴眼工具結構及應用情況。

1 國外產(chǎn)品現(xiàn)狀及應用概況

國外擴眼相關技術的研究已開展多年，經(jīng)歷了最初的固定翼式、第1代機械擴張式、第2代懸臂液壓擴張式、最新的第3代滑移液壓擴張式等階段［5］。國外幾大油田服務公司都已研制出相對成熟的擴張式隨鉆擴眼工具，例如威德福的Riptide擴眼器、哈里伯頓的XR型擴眼器、Tesco的Underreamer擴眼器等。

1.1 威德福RipTide擴眼器

威德福擴眼器分為上、下兩短節(jié)，如圖1。上短節(jié)為控制部分，下短節(jié)為擴眼器部分，上部分可通過2種方式控制動作，即投球和RFID（Radio－Frequency Identification）。采用RFID方式控制擴眼器開

圖1 RipTide擴眼器結構

威德福使用RFID技術的RipTide擴眼器能隨鉆擴眼，在美國北Dakota地區(qū)的油氣井，使用該系統(tǒng)將井眼從311.15mm（12英寸）擴大至342.90 mm（13英寸），總進尺91.44m（300ft），是世界第1家使用電子而非投球激活擴眼器的公司。目前，RFID方式可以在外徑為269.88～406.40mm（10～16英寸）的擴眼器上使用，并且以后將大量應用在墨西哥灣Marathon油田上。

1.2 貝克休斯GaugePro XPR擴眼器

貝克休斯公司的GaugePro XPR擴張式隨鉆擴眼器外形如圖2所示（圖示為刀翼未伸出時狀態(tài)）。刀翼伸出使用投球開啟，但是沒有使用剪切銷，代替的是緊定螺釘，而水眼位于本體上方，滑套下行時打開。對于311.15mm（英寸）的領眼，該工具可以擴眼至342.90mm（13英寸）。另外，貝克休斯和殼牌公司研究了領眼鉆頭與擴眼器的同步性［7］。

圖2 GaugePro XPR擴眼器外形結構

墨西哥國家石油公司（PEMEX）在南墨西哥灣深水區(qū)規(guī)劃了部分超深水井，平均水深2 015～2 020m，最深達2 438m，GaugePro XPR擴眼器成功地在墨西哥灣的世界最深水井（約9 573m）中使用［8］。

1.3 Tesco套管鉆井擴眼器

Tesco的Underreamer擴眼器起源于專為套管鉆井技術研制的工具［9］，能在套管鉆井時隨鉆擴眼，可將常規(guī)井眼尺寸114.30～339.73mm（4～13英寸）擴大至158.75～444.50mm（6～17英寸）。該工具已在90多口井中使用，進尺超過152.4km（500 000ft）。Tesco還利用商用化CFD軟件進行腐蝕模擬，以改進工具［10］。

Underreamer擴眼器的結構如圖3，工具本體設計有穩(wěn)定器，并且無軸承，只有3個移動部件（1個活塞，3個伸展臂）。

圖3 Underreamer擴眼器外形結構

Tesco公司還應用旋轉導向系統(tǒng)（Rotary Steering System，RSS）進行套管導向鉆井（Casing Directional Drilling，CDD）［11］，在井下鉆具組合（BHA）中，Underreamer擴眼器位于泥漿馬達下部，噴射短節(jié)上部。至2005年，Tesco公司已完成300多口套管鉆井，其中十幾口井嘗試了套管導向鉆井。2008－02，Tesco公司在印度尼西亞使用339.73mm（13英寸）套管進行了亞太地區(qū)首次商業(yè)化套管定向鉆井，平均機械鉆速為22.86 m／h（75ft／h）。

1.4 哈里伯頓XR型擴眼器

XR型擴眼器能夠在原有領眼基礎上擴眼后收回，并且允許起鉆時全排量循環(huán)，可進行井下裸眼擴眼［12－13］。XR型擴眼器的最大特點在于其在擴眼完后能全排量起鉆，不損傷套管和井壁。XR擴眼器還是目前唯一能夠在領眼基礎上擴大井眼50%的工具，其結構如圖4所示。

圖4 XR擴眼器外形結構

在墨西哥灣淺海Campeche海灣，墨西哥國家石油公司（PEMEX）應用哈里伯頓的Geo－Pilot 9600系列和XR1200型擴眼器相結合成功地對1口井進行了開窗側鉆，將井眼從311.15mm（12英寸）擴大至374.65mm（14英寸），一趟完成，共用時8h，約節(jié)約＄8.3萬元。

1.5 國民油井Anderreamer擴眼器

Anderreamer井下擴張式液壓擴眼器外形及結構如圖5所示。該擴眼器能夠形成高質量的同心井眼，不考慮地層類型、鉆井參數(shù)或者井底狀況，直徑大約比套管內(nèi)徑大20%。Anderreamer擴眼器能夠在苛刻的井下環(huán)境中作業(yè)，還應用數(shù)學預測模型以確保鉆頭的切削結構與Anderreamer的切削結構相匹配。

圖5 Anderreamer擴張式液壓擴眼器結構

該工具已成功應用于旋轉導向系統(tǒng)（RSS）之上的擴眼、當量循環(huán)密度（ECD）管理中的擴眼、塑性地層中的擴眼、套管環(huán)空間隙過小時的擴眼、鹽膏層蠕變等。

該擴眼器與NOV的鉆頭已成功應用于墨西哥灣深水鉆井中［14］，其中斯倫貝謝利用Anderreamer擴眼器解決了在墨西哥灣Louann鹽膏層旋轉導向鉆井時的縮進問題［15］，該區(qū)域鹽膏層分布在610～3 568mm（2 000～12 000ft）。之所以選擇擴張式擴眼器代替常見的雙心鉆頭，是因為雙心鉆頭會引起破壞性振動從而導致BHA故障。

2 國外技術特點與發(fā)展趨勢

綜上所述，可以看出國外油服公司的擴眼工具已經(jīng)很成熟，產(chǎn)品規(guī)格齊全，可以應用在大部分地層條件下，具體情況如表1所示。

表1 國外公司擴眼器產(chǎn)品一覽

2.1 技術特點

1） 動作原理 現(xiàn)在已基本淘汰了固定翼式和機械擴張式，液壓擴張式中除Tesco套管鉆井擴眼器和哈里伯頓的UR型擴眼器屬于懸臂擴張式外，其余的皆為滑移液壓擴張式擴眼器，這是因為滑移液壓擴張式擴眼器動作更可靠，鉆井效率更高。

2） 控制方式 國外滑移液壓式擴眼工具主要采用投球或壓差開啟方式，收回則普遍采用停泵卸壓后靠彈簧收回的方式，除了哈里伯頓的二次投球和威德福的RFID方式。

3） 工具本體 或者采用整體式工具體，或者由兩短節(jié)組成；而刀翼則普遍采用硬質合金體鑲嵌PDC塊，并帶倒劃眼功能的結構形式。

4） 擴眼范圍 國外工具普遍可以在原領眼尺寸基礎上將井眼實際擴大20%以上，有的甚至達到50%。

5） 應用范圍 國外擴眼工具的應用已從陸地到海洋，尤其是深海中，從基本的鹽膏層擴眼到開窗側鉆、導向鉆井以及多分支井、大位移井鉆井，使用廣泛，使鉆井效率和固井質量大為提高，帶來了可觀的經(jīng)濟效益。

6） 國外公司還普遍重視優(yōu)選鉆頭和擴眼工具，優(yōu)化井下鉆具組合。

2.2 發(fā)展趨勢

1） 將逐步淘汰第2代懸臂擴張式，第3代滑移擴張式將更普遍應用。

2） 更為可靠地動作并擴眼，更高的安全性和更長的使用壽命。

3） 激發(fā)方式將會以威德福RFID為發(fā)展方向，向遠程遙控激發(fā)方向發(fā)展。

4） 刀翼結構更為優(yōu)化和個性化設計，更能有效切割地層。

3 結論

1） 隨鉆擴眼技術發(fā)展至今已經(jīng)發(fā)生了很大變化，需要滿足更多用戶的需求，以及具有更高的可靠性，這成為推動隨鉆擴眼技術快速發(fā)展的主要動力。

2） 國外公司擁有成熟的擴眼技術與產(chǎn)品，并且已廣泛應用于鉆完井作業(yè)中。

3） 國內(nèi)正處于起步上升階段，欲解決日益凸現(xiàn)的深部地層和巖膏層鉆探難題、滿足新鉆井技術發(fā)展，沖破國外技術封鎖、提升我國石油裝備水平，必須加強基礎研究，切實開展刀翼優(yōu)化設計、工具可靠性分析等工作，力求縮小與國外的技術差距。

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Application Status and Trends of Foreign Expandable Reaming Tool While Drilling

FAN Ya－min，ZHANG Yong－ze，LUAN Su，ZHAO Xu－dong，YAN Yong－h(huán)ong
（Baoji Oilfield Machinery Co.，Ltd.，Baoji 721002，China）

The technology of reaming while drilling is of prevalent value in complex formation handling，drilling speed increasing，annular clearance enlarging，etc.The structure for expandable reamers of several foreign oilfield service companies are analyzed in detail.Meanwhile the applications are introduced respectively.Also the characteristics of foreign expandable reamer are summarized and trends are discussed preliminarily.

borehole；drilling；reaming while drilling；expandable reamer

1001－3482（2011）12－0025－04

TE921

A

2011－06－15

范亞民（1956－），男，陜西韓城人，工程師，主要從事石油井口、井控、鉆采設備研發(fā)及標準化管理工作，E－mail：jszxfym＠bomco.cn。閉［6］時，泵送1個小型的射頻發(fā)射器到擴眼器，使擴眼器控制部分接收到“開”或者“閉”的指令，然后開始動作。