摘要：隨鉆擴(kuò)眼工具在常規(guī)直井和小尺寸井和大斜度井中都具有較好的使用效果，其優(yōu)勢作用是：可鉆比套管通常所允許的更大直徑的井眼，可完成從直井到水平井的各種井身結(jié)構(gòu)的隨鉆擴(kuò)眼，可獲得套管與井壁間的最大間隙，改善固井質(zhì)量，擴(kuò)大生產(chǎn)井段的直徑，有效保證了油氣質(zhì)量，減少在大斜度井眼、膨脹性地層、蠕動性地層以及枯竭性砂巖中卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)等。本文首先介紹了隨鉆擴(kuò)眼工具，其次論述了隨鉆擴(kuò)眼工具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：隨鉆擴(kuò)眼工具；鉆井新技術(shù)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨鉆擴(kuò)眼主要指的是通過隨鉆擴(kuò)眼工具與常規(guī)鉆頭流程，整個(gè)鉆進(jìn)過程中將井眼予以擴(kuò)大的一種鉆井技術(shù)。隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)對復(fù)雜的井下環(huán)境有很好的適應(yīng)性、能夠節(jié)約鉆井整體成本、保障建井質(zhì)量水平。目前，隨鉆擴(kuò)眼已經(jīng)成為了石油鉆井工程中的核心技術(shù)，具有廣闊的發(fā)展前景。

1.隨鉆擴(kuò)眼工具

1.1雙心擴(kuò)眼鉆頭

將兩個(gè)PDC鉆頭上下一體相連就形成了雙心擴(kuò)眼鉆頭。由于上下兩個(gè)PDC鉆頭的軸線不重合，在鉆頭旋轉(zhuǎn)過程中所形成的高側(cè)向力會一定程度上刮擴(kuò)井壁，進(jìn)一步擴(kuò)大眼徑。雙心擴(kuò)眼鉆頭的不足之處是：無法保障擴(kuò)徑的穩(wěn)定、存在較大扭矩，常引發(fā)井下鉆具事故如扭斷鉆具、扭脹鉆桿內(nèi)接頭等，應(yīng)用效果不理想。

現(xiàn)階段，新型的雙心擴(kuò)眼鉆頭致力于鉆井成本的節(jié)約、操作的便捷性及根據(jù)鉆井實(shí)際所需研發(fā)匹配的鉆頭。

1.2偏心擴(kuò)眼工具

偏心擴(kuò)眼工具主要以硬質(zhì)合金為前提保障，將金剛石復(fù)合片作為切削齒，同時(shí)合理的設(shè)計(jì)了幾何形狀，目的在于不斷增強(qiáng)切削能力，防止損壞掉切削。要求切削齒表面必須進(jìn)行有效的拋光，避免過高的剪切應(yīng)力，提高排屑能力?？茖W(xué)合理的確立擴(kuò)眼刀翼，以保證直徑可以平滑過渡到擴(kuò)眼井徑，加強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。在常出現(xiàn)膨脹和疏松地層中使用較為理想。該工具的不足之處是：會嚴(yán)重的影響到下部鉆具組合性能，無法準(zhǔn)確的預(yù)測井斜和具體方位，存在較大的扭矩脈沖，形成的井徑缺乏規(guī)則性，地層會對其造成嚴(yán)重影響，無法進(jìn)行鉆套管水泥塞。

2.隨鉆擴(kuò)眼工具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

2.1隨鉆擴(kuò)眼工具水力結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

實(shí)際進(jìn)行隨鉆擴(kuò)眼鉆進(jìn)時(shí)，處于井底和鉆頭上部兩個(gè)破巖位置，兩個(gè)破巖工具一同開展作業(yè)，在實(shí)際存在的地面機(jī)泵條件下，怎樣對鉆井液能量進(jìn)行優(yōu)化配置，兩個(gè)部位中同時(shí)實(shí)現(xiàn)鉆井液輔助破巖、清洗、冷卻和潤滑的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)問題解決起來難度較大。若處理失誤將直接造成破巖鉆進(jìn)效果，而且還會發(fā)生鉆頭泥包、工具嚴(yán)重磨損、井徑不規(guī)則等影響鉆井安全的因素，所以優(yōu)化設(shè)計(jì)水力結(jié)構(gòu)在隨鉆擴(kuò)眼工具中同樣屬于核心。

2.2擴(kuò)眼工具執(zhí)行機(jī)構(gòu)的優(yōu)化

實(shí)際中，應(yīng)根據(jù)鉆井的井況、地層、井身結(jié)構(gòu)、驅(qū)動方式來選擇相應(yīng)的隨鉆擴(kuò)眼鉆具組合，比如旋轉(zhuǎn)近鉆頭擴(kuò)眼模式、導(dǎo)向擴(kuò)眼鉆具組合。掌握了解現(xiàn)行工具的適應(yīng)能力與匹配能力，將其潛在的功能作用全面的挖掘，基于直井、斜井、定向井編制相應(yīng)的鉆具組合方案來開展擴(kuò)眼工作，深入細(xì)致優(yōu)化對應(yīng)的裝置、參數(shù)，有效保證工具的安全可靠性，從而產(chǎn)生系列隨鉆擴(kuò)眼工具。

2.3擴(kuò)眼總成的優(yōu)化

由于擴(kuò)眼工具井下作業(yè)過程中會穿越多套地層，無法根據(jù)巖性在擴(kuò)眼過程中進(jìn)行刀片的及時(shí)更換，長井段擴(kuò)眼作業(yè)中，具有較高的研磨性地層，所以要求使用的擴(kuò)眼工具和刀片也應(yīng)具有較高的研磨性，當(dāng)工具處于強(qiáng)研磨性地層中工作，會導(dǎo)致刀體、刀片出現(xiàn)強(qiáng)烈的磨損，基于此，以下專門對刀片耐磨性的提升做了深入的探討。

（1）確立耐磨性好的材料；在高研磨性地層中，常使用SK3lX聚晶金剛石耐磨材料，該材料可達(dá)到HRA97．0的硬度，抗彎強(qiáng)度達(dá)到了1200N／mm，密度達(dá)到了14．9／cm，它的最顯著特征是熱穩(wěn)定性高，不會受高溫的影響而降低自身的硬度、韌性及耐磨性，在高研磨性地層中同樣能夠及時(shí)有效的完成擴(kuò)眼。

（2）改善擴(kuò)眼切削機(jī)構(gòu)；最初構(gòu)建的切削結(jié)構(gòu)僅僅在刀片兩翼位置處實(shí)施了耐磨顆粒的分布，但由于高研磨性巖層會一定程度上研磨刀體的正、側(cè)、立三面，所以它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與高研磨性地層的要求不相一致。應(yīng)進(jìn)行一番改進(jìn)，切削部分應(yīng)以臺階狀為主，刀片側(cè)翼面使用柱狀聚晶金剛石，正面選用柱狀和粒狀的高硬度材料材料，立面則選用片狀的高硬度材料。設(shè)計(jì)刀體結(jié)構(gòu)的目的主要是提高刀體對地層的切削能力，同時(shí)使刀體和工具體間留有足夠的間隙，有效促進(jìn)了鉆井液在刀體中的冷卻作用。

（3）對刀體和切削塊的焊接方式加以改進(jìn)；將耐磨性好的材料焊在刀體與井壁的三個(gè)接觸面上，要求切削塊和刀體都選用高強(qiáng)度符合材料燒結(jié)成整體，從而不斷增強(qiáng)切削塊與刀體結(jié)合強(qiáng)度，保障抗沖擊性，使工具能夠有效的穿越夾層。

3.結(jié)論

綜上所述可知，隨鉆擴(kuò)眼屬于邊鉆進(jìn)邊擴(kuò)眼，底部鉆具組合的特性與常規(guī)鉆井之間存在一定的差異，此外，在對隨鉆擴(kuò)眼鉆具組合進(jìn)行確立與選擇時(shí)，應(yīng)深入細(xì)致的分析思考其穩(wěn)定性，以使底部鉆具組合時(shí)常處于穩(wěn)定狀態(tài)下作業(yè)，提高隨鉆擴(kuò)眼工具及其鉆頭的切削水平與使用壽命，嚴(yán)防因隨鉆擴(kuò)眼工具在底部鉆具組合中運(yùn)行而導(dǎo)致鉆出的軌跡與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不相符。

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作者簡介

丁慶利 （1977-），男，黑龍江省牡丹江市人，助理工程師，?？疲F(xiàn)從事鉆具穩(wěn)定器的設(shè)計(jì)工作。