趙寶祥，鄭浩鵬，陳江華，王小勇，田宗強(qiáng)

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

鉆井工藝技術(shù)日趨成熟，機(jī)械鉆速得到大幅提升。潿洲油田滾動(dòng)開發(fā)出現(xiàn)了大量大斜度、井身軌跡復(fù)雜的三維定向井和大位移井，井眼成井質(zhì)量問題突出，嚴(yán)重影響了鉆井時(shí)效及成井質(zhì)量[1-4]。

1 劃眼器結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 劃眼器結(jié)構(gòu)

劃眼器主要由上下連接螺紋、本體和刮削翼組成。劃眼器為整體加工，采用徑向均勻分布的三個(gè)刮削翼設(shè)計(jì)，有效保證其穩(wěn)定性，刮削翼面敷焊有金剛石復(fù)合片切削齒，具有較強(qiáng)的攻擊性（圖 1）。

1.2 劃眼器工作原理

劃眼器是在鉆柱扶正器基礎(chǔ)上改進(jìn)而來。工具本體及刮削翼采用整體式加工，金剛石復(fù)合片采用與PDC鉆頭一致的敷焊工藝，可避免工具部件落井的風(fēng)險(xiǎn)。

劃眼器采用均布的三刮削翼設(shè)計(jì)。刮削翼為弧形，底端采用大弧度設(shè)計(jì)，以提高劃眼器的穩(wěn)定性，減小切削應(yīng)力，同時(shí)可以避免定向井在軟硬交錯(cuò)地層形成臺(tái)階。

圖1 劃眼器結(jié)構(gòu)（左）與外觀（右）

劃眼器采用金剛石復(fù)合片為切削齒，規(guī)徑采用硬質(zhì)合金加強(qiáng)保徑；金剛石復(fù)合片采用低出刃設(shè)計(jì)，具有良好的抗研磨與抗沖擊性能，適用于軟-硬地層的隨鉆井壁修整。

在刮削翼上敷焊的金剛石復(fù)合片為切削齒，軸向刮削翼具有較強(qiáng)的切削能力，鉆進(jìn)中隨鉆柱旋轉(zhuǎn)主動(dòng)切削井壁，能夠有效修整井壁，使井眼更加通暢，解決起下鉆等難題[5-6]。

2 工具的選擇與加放位置

2.1 劃眼器的選擇

定向鉆進(jìn)成眼井徑一般略大于鉆頭直徑，劃眼器刮削翼的規(guī)徑尺寸越接近井眼尺寸時(shí)，對井壁的修整作用越強(qiáng)。一般選擇刮削翼直徑與鉆頭直徑一致，或比鉆頭直徑小3.00 mm。

劃眼器對井壁的切削會(huì)產(chǎn)生附加的扭矩值，這與井身軌跡、地層巖性及井眼清潔狀況有關(guān)[7]。將劃眼器模擬為擴(kuò)眼器，模擬計(jì)算其余工況相同情況下的Φ311.15 mm井段，附加的扭矩值為2～4 kN·m。

2.2 劃眼器的加放位置

定向井中必須考慮底部鉆具組合中鉆鋌等的摩阻，尤其在大斜度井中，一般減少鉆鋌的使用，加重鉆桿的用量應(yīng)根據(jù)井型的差異而不同。劃眼器具有較強(qiáng)的井壁切削能力，鉆進(jìn)中必須避免劃眼器以下的鉆柱與井壁形成新的切點(diǎn)，應(yīng)保持劃眼器在鉆進(jìn)過程中處于受拉狀態(tài)。因此，需要確定大斜度井中劃眼器的最低加放位置。

在定向井中，鉆桿開始彎曲時(shí)的臨界壓縮載荷滿足下式：

式中：!max為鉆桿開始彎曲時(shí)的臨界壓縮載荷，MPa；"為設(shè)計(jì)最大鉆壓，MPa；W為下部鉆具組合鉆桿以下鉆具的浮重，kN；0為井斜角，（°）；1為鉆井液浮力校正系數(shù)；e為彈性模量，N/m2；3為管材的軸慣性矩， m4；4為管材密度，g/cm3；A為管材橫截面積，mm2；6為鉆桿與井眼間的間隙值，mm。

通過計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)分析，結(jié)合潿洲油田通用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具組合，建議在距離鉆頭100 m以上的位置放置劃眼器。劃眼器在該位置不僅能避免鉆進(jìn)中受壓，還能清刮高滲透砂巖井壁較厚的外泥餅，避免砂巖段“縮徑”對起鉆效率的影響[8-10]。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 提高起鉆效率

分析潿洲油田某相鄰兩個(gè)平臺(tái)的三維定向井 A平臺(tái)與B平臺(tái)，兩平臺(tái)相距1.8 km，二開Φ311.15 mm井段均采用強(qiáng)封堵抑制型水基鉆井液，全井段位于潿洲組、流沙港組地層，均為穩(wěn)斜井段，其中 A平臺(tái)的開發(fā)井在二開Φ311.15 mm井段應(yīng)用了劃眼器。

A平臺(tái)常規(guī)定向井在該井段采用的鉆具組合：Φ311.15 mmPDC鉆頭+旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向+Φ206.40 mm隨鉆測量工具+Φ203.20 mm無磁鉆鋌+Φ203.20 mm鉆鋌+配合接頭+Φ149.20 mm加重鉆桿（鉆桿）+劃眼器+隨鉆液壓震擊器+Φ149.20 mm加重鉆桿+Φ149.20 mm鉆桿。B平臺(tái)在該井段未加入劃眼器，在無磁鉆鋌上加放了螺旋型端部帶有劃眼齒的扶正器，其他底部鉆具組合形式一致。

表1是未使用劃眼器的B平臺(tái)4口三維定向井起鉆時(shí)效的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，表2為應(yīng)用了劃眼器的A平臺(tái)4口相似井的起鉆時(shí)效統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。兩個(gè)平臺(tái)的開發(fā)井在該井段完鉆后，起鉆過程均采用倒劃眼起鉆方式，表中起鉆用時(shí)及平均起鉆速度均為井底至上層管鞋處的數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對比顯示，相似井型在同樣地層應(yīng)用劃眼器的井，倒劃眼起鉆效率有較大提高。

3.2 解決下套管阻卡

潿洲油田的A平臺(tái)開發(fā)井Φ215.90 mm井段鉆開流沙港組下層序的高壓儲(chǔ)層，地層巖性以細(xì)砂巖與泥頁巖互層為主，可鉆性差。采用PDC鉆頭配合旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，可提高鉆井效率并控制井眼質(zhì)量。該井段第一口井A8井裸眼段長443 m，完鉆后倒劃眼起鉆，下鉆通井順利，下入Φ177.80 mm尾管在儲(chǔ)層段砂泥巖交界面處遇阻，嘗試上下活動(dòng)、開泵循環(huán)等多種方式均無法通過，最終起出尾管進(jìn)行通井。

表1 B平臺(tái)井起鉆時(shí)效分析

表2 A平臺(tái)起鉆時(shí)效分析

下鉆通井在遇阻井段反復(fù)劃眼修整后，尾管順利下入。借鑒Φ311.15 mm井段的經(jīng)驗(yàn)，在后續(xù)定向井Φ215.90 mm井段鉆具組合中加放了劃眼器，鉆井參數(shù)對比顯示，同樣井型加放劃眼器后，扭矩附加值為2～5 kN·m。完鉆后同樣采用倒劃眼起鉆方式，增強(qiáng)了井壁修整效果，下尾管再未發(fā)生遇阻。表3為該平臺(tái)尾管作業(yè)情況，結(jié)果表明，劃眼器在軟硬交錯(cuò)地層能夠有效修整井壁，提高下套管作業(yè)效率。

表3 A平臺(tái)井下入尾管統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

（1）現(xiàn)場應(yīng)用表明，劃眼器修整井壁效果良好，在同等工況條件下能夠大幅提升起鉆效率，還能提高窄間隙套管的一次下入成功率。

（2）劃眼器依靠鉆具旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)，具有較強(qiáng)的主動(dòng)切削能力。理論計(jì)算和實(shí)際應(yīng)用表明，該工具產(chǎn)生的扭矩附加值較小，對鉆井工藝無時(shí)效和安全影響。

（3）刮削翼敷焊金剛石復(fù)合片為切削齒，規(guī)徑采用硬質(zhì)合金加強(qiáng)保徑，具有良好的抗研磨與抗沖擊性能，可重復(fù)入井使用。