朱國寧，和鵬飛，葛文臣，侯冠中，王 寧

(1．中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津300452;2．中海石油〈中國〉天津分公司，天津300452)

渤海油田鉆井作業(yè)中95%以上的常規(guī)定向井、大斜度井利用馬達鉆具實現(xiàn)，大多數(shù)水平井與大位移井利用上部地層馬達鉆具、下部地層旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具的方式完成。2013年渤海油田共完成鉆井近300口，其中37%為常規(guī)定向井、7%為大斜度井、45%為水平井、11%為直井。由于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的工作特性，形成的井眼較為規(guī)整，尤其在深部可鉆性較差的地層鉆進擴眼率較小，在深井、大位移井等需要下入尾管結(jié)構(gòu)的井中，規(guī)整的井眼對于尾管下入并非有利，為保證尾管、篩管的順利下入，渤海油田引入了擴眼技術(shù)用以解決此類問題。

目前以史密斯公司生產(chǎn)的犀牛系列擴眼工具占據(jù)主要市場，具有較多的應(yīng)用案例，使用面積較為廣泛。國內(nèi)在中原油田、塔河油田等深井、復(fù)雜地層井作業(yè)中分別應(yīng)用了勝利油田和塔河鉆井院研制的水力擴眼裝置。

1 單球投入式擴眼器的結(jié)構(gòu)原理

1．1 結(jié)構(gòu)組成

單球投入式擴眼器(以下簡稱擴眼器)主要分為本體總成、傳動總成和擴眼總成3部分，如圖1所示。其中，本體總成主要是容納傳動總成及擴眼總成，同時實現(xiàn)與其他鉆具的組合;傳動總成是控制擴眼器工作的傳動開關(guān);擴眼總成是擴眼作業(yè)的主體部分。

1．2 工作原理簡述

此類型擴眼器采用三刀翼組合、同心分布，利用鉆具內(nèi)液力壓差控制刀翼的伸出和收回。正常非擴眼段或者工序作業(yè)時，擴眼器未投球激活，刀翼處于收縮狀態(tài)，對鉆井作業(yè)不產(chǎn)生其他影響。使用過程中在地面井口鉆具內(nèi)投入激活球，利用泥漿泵小泵沖泵送球到位，然后憋壓、剪切活塞銷釘，打開旁通水眼流道，激活擴眼器切削塊。保持液力壓差5.5 MPa時，擴眼器刀翼完全伸出，進入擴眼狀態(tài)。

圖1 單球投入式擴眼器結(jié)構(gòu)示意圖

2 擴眼器的應(yīng)用分析

2．1 應(yīng)用范圍

擴眼器的使用目的就是實現(xiàn)井徑的擴大，主要應(yīng)用于渤海油田以下幾個方面的作業(yè)。

(1)受限擴孔:由于上部井眼及窗口尺寸的限制［1－2］，大尺寸鉆具無法下入井內(nèi)，只能采用擴眼器對下部井眼進行擴眼作業(yè)，實現(xiàn)井眼達到所需井徑，也可提高固井質(zhì)量［3］。

(2)非常規(guī)套管程序:為滿足非常規(guī)套管程序的需求，出現(xiàn)下部井眼的裸眼直徑大于上級套管內(nèi)徑的現(xiàn)象，因此需使用擴眼器對下部井段進行擴眼作業(yè)［4］。

(4)清除鍵槽:在鉆進過程中，對易于形成鍵槽的井段，擴眼器不斷地切削、修整井壁，破壞鍵槽，減少出現(xiàn)鍵槽卡鉆的風險［7－8］。

擴眼器的工作模式主要分為:隨鉆擴眼、倒劃擴眼、鉆后單獨擴孔。

2．2 現(xiàn)場應(yīng)用

2．2．1 隨鉆擴眼

以I38H井為例。該井為一口水平井，設(shè)計井深3643 m，垂深1155 m，水平段長844 m，水垂比達到2.47。該井四開水平段設(shè)計為152.4 mm井眼，下入114.3 mm篩管簡易防砂，為保證篩管的順利下入，通過論證分析，決定將152.4 mm井眼擴至177.8 mm井眼。

擴眼器加放在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具上部(單流閥以上，震擊器以下，保證激活球可通過上部鉆具內(nèi)徑)，在鉆開水泥塞擴眼器到達套管鞋5 m，投球激活擴眼器。I38H井選用犀牛系列擴眼器5625型號(最大擴眼177.8 mm)進行擴眼作業(yè)，工作排量為900 L/min。擴眼齒距鉆頭30 m。

隨鉆擴眼鉆進參數(shù):鉆壓30～50 kN，排量1200～1300 L/min(80%分配到擴眼器)，轉(zhuǎn)速90～110 r/min。

2．2．2 倒劃擴眼

作為本系列的第二冊教材，本冊收錄了阿倫斯基《六首兒童小曲》中的三首、貝多芬 《D大調(diào)奏鳴曲》選段、沃克曼《俄羅斯人來了》、加德《C大調(diào)進行曲》、傅契斯《降E大調(diào)圓舞曲》、安德烈《D大調(diào)小奏鳴曲》、莫舍萊斯《圓舞曲和三聲中部》、庫勞《快板》、舒曼《花園之歌》、賴內(nèi)克 《中庸的快板》、比才《舞會》、莫什科夫斯基《西班牙舞曲》，以及弗雷《洋娃娃組曲》等15首四手聯(lián)彈作品。值得注意的是，編者強調(diào)了這些作品都是原創(chuàng)的四手聯(lián)彈，讓我們感受到過去時代不同作曲家對這類重奏的理解和運用。本冊的作曲家的選擇均很有代表性，并且跨越多種風格。

以某37井為例。該井同樣為水平井，設(shè)計井深3723 m，垂深 1154 m，水垂比達到 2.43，三開215.9 mm井眼穩(wěn)斜著陸。其215.9 mm井眼裸眼段長達950 m，且穩(wěn)斜角80°左右，著陸段方位從192°增至221°，下入177.8 mm尾管的難度極大。為保障下尾管作業(yè)順利，決定采用擴眼技術(shù)將本井的三開215.9 mm井眼擴至241.3 mm井眼。在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具組合上下入擴眼工具，三開中完短起下鉆后，再投球激活擴眼器，進行倒劃眼擴眼作業(yè)。37井選用犀牛系列擴眼器8000型號(最大擴眼241.3 mm)，工作排量1600～2000 L/min。

倒劃擴眼參數(shù):鉆壓10～30 kN，排量1600～000 L/min，轉(zhuǎn)速60～120 r/min。擴眼速度在0.02 m/s左右。

2．2．3 單獨擴眼

以B5H井為例。該井設(shè)計為水平井，設(shè)計井深3600 m，井底垂深2533.84 m。二開311.15 mm井眼著陸，著陸點2928 m，井斜88.48°。三開水平段215.9 mm井眼至3600 m，設(shè)計下177.8 mm尾管至3591 m。三開裸眼長度達672 m，尾管下入長度663 m。

擴眼參數(shù):鉆壓20～50 kN，排量2000～2200 L/min，轉(zhuǎn)速 90 r/min。

3 結(jié)論及建議

(1)工具的選擇:擴眼器的擴眼尺寸可達本體尺寸的125%，合理選用擴眼器尺寸對擴眼作業(yè)難度及穩(wěn)定性都具有較大影響。

(2)隨鉆擴眼:對于作業(yè)井段較長、地層較軟的擴眼作業(yè)，隨鉆擴眼可以更節(jié)省時間。但是隨鉆作業(yè)時擴眼器一般要與MWD、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具系統(tǒng)等配合使用由此導(dǎo)致擴眼器以下的鉆具長度較長。

(3)倒劃擴眼:如果在隨鉆擴眼時扭矩較大，或者設(shè)計階段利用軟件模擬測算隨鉆擴眼扭矩較大，無法保證鉆具安全，則采用倒劃擴眼模式，將鉆進和擴眼分開進行，避免扭矩復(fù)合。

(4)單獨擴眼:鉆后單獨擴眼時，可以通過簡化鉆具達到縮短導(dǎo)眼、增加擴眼段長度的目的。單獨擴眼鉆具組合簡單，工作程序簡單，參數(shù)易于控制。但鉆后單獨擴眼時，在使用舊牙輪鉆頭為引導(dǎo)工具時，需控制擴眼速度降低側(cè)鉆風險，同時單獨擴眼也會產(chǎn)生更大的震動，對鉆具和擴眼器都具有風險，尤其是對擴眼器的刀翼壽命影響較大。

(5)對于后續(xù)作業(yè)困難、易出現(xiàn)異常情況的井，如易縮徑的井、長裸眼段井等，在設(shè)計時應(yīng)考慮進行擴眼作業(yè)，避免后期作業(yè)時復(fù)雜情況的出現(xiàn)。擴眼作業(yè)雖然會影響機械鉆速，但相對于異常情況出現(xiàn)甚至事故的發(fā)生，擴眼器的使用是必要的。

［1］ 閆永宏，王進全，黃悅?cè)A，等．擴張式隨鉆擴眼工具技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展建議［J］．石油機械，2011，(10):162－165．

［2］ 楊保健，付建民，馬英文，等．508 mm隔水導(dǎo)管開窗側(cè)鉆技術(shù)［J］．石油鉆采工藝，2014，36(4):50 －53．

［3］ 李明朝，蔡文軍，王衛(wèi)，等．勝利擴孔技術(shù)在小井眼擴孔中的應(yīng)用［J］．西部探礦工程，2014，26(5):49 －51．

［4］ 和鵬飛，孔志剛．Power Drive Xceed指向式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)在渤海某油田的應(yīng)用［J］．探礦工程(巖土鉆掘工程)，2013，40(11):45－48．

［5］ 祝效華，朱虎軍，司念亭，等．擴眼器在定向造斜段的應(yīng)用可行性研究［J］．海洋石油，2008，28(4):96 －98．

［6］ 于小龍，劉貴遠，左凱，等．新型隨鉆液壓擴眼器的研制［J］．石油機械，2010，38(7):14 －16．

［7］ 吳吉元，韓秀玲，楊華，等．雙擴眼器井底小井眼消除技術(shù)［J］．石油機械，2015(4):73 －76，104．