復雜地質層段擴孔技術研究

常紅梅

（陜西延長石油集團公司 延長油田股份有限公司，陜西 延安 716000）

擴眼技術在鉆井作業中通常認為是一種非常規的鉆井技術，隨著石油工業的發展，油氣勘探面臨越來越復雜的地質問題，鉆井難度越來越大，特別是在深井和超深井中，小井眼鉆井由于其環空空隙小，給鉆井、固井作業帶來一系列的問題，如環空壓耗較大、井底水力作用能量較低、固井質量不能保證等。常會遇到復雜地層縮徑卡鉆等復雜情況，擴眼技術正在被石油工業所采用，隨鉆擴眼技術是小井眼鉆井的重要技術之一。鉆井作業的復雜性，高壓油氣井的作業等都是安全高效的擴眼作業的技術需要。

1 復雜地質層段石油鉆井擴眼技術的工程意義

所謂井下擴眼鉆井技術，是采用獨特的擴眼工具，采取常規的鉆頭程序，而獲得比常規井眼更大的井眼。有鉆后擴眼和隨鉆擴眼兩種形式，鉆后擴眼是在鉆完井眼后，專門下入擴眼工具擴大已鉆井眼；井下隨鉆擴眼是下入隨鉆擴眼工具邊打邊擴，在全面鉆進的同時形成擴大井眼，此項技術被西方的鉆井技術專家稱為繼隨鉆測量和隨鉆測井之后的又一重大技術突破。

1.1 可采用小間隙套管程序，降低鉆井成本

鉆井擴眼可以實現減小套管柱之間的間隙，能夠有效降低鉆井成本，這在國外的許多鉆井實踐中已得到證實。在深井鉆井作業中，為維持表層套管和防噴器足夠的額定壓力，使生產套管直徑有較大改變，需要使用小間隙套管程序，國外稱RCCPs 即Reduced Clearance Casing Programs。實現RCCPs 所采用的井下工具主要包括隨鉆擴眼器和可膨脹穩定器。隨鉆擴眼器用于在鉆完套管內的水泥塞之后，繼續向下鉆進，以獲得所需要的大尺寸井眼，可膨脹穩定器則用于穩定大尺寸井眼中的底部鉆具組合。據國外資料報道，對于井深為4878m 的井，采用RCCPs 比用普通套管程序節約鉆井成本27%。調查98 口小間隙套管井和常規套管井的結果表明，僅有6%的RCCPs 井在下套管過程中有部分或全部漏失，而常規間隙套管井為10%。目前國內該項技術還沒有成功的經驗，許多相關技術不太成熟。因而國內深井仍采用較復雜的套管程序，一開井眼大而生產套管直徑小，給采油作業帶來許多不便[1]。

1.2 可增加套管環空間隙，提高固井質量

通過井下擴眼技術，在套管尺寸不變的情況下，可增加套管環空間隙，從而提高了固井質量。塔河上億噸油田的勘探開發規模在不斷擴大和深入，其主力油層是古生界奧陶系碳酸巖地層，油層埋深5400m 以上，屬超深井，完井方式采用Ф149.2mm 裸眼完井或Ф127.0mm套管射孔完井，為了滿足分層測試和采油、修井的要求，必須下入Ф127.0mm套管封固油氣層，然后分層射孔和測試。但Ф149.2mm 井眼和Ф127.0mm套管間隙小，往往滿足不了分層測試的要求，固井質量差，甚至造成油井報廢。在采用井下擴眼技術后，增加了套管環空間隙，提高了固井質量，取得了明顯的經濟效益。

1.3 可以通過井下擴眼技術，擴大油層段井眼，不僅提高了油層段的固井質量，給后續的完井和采油作業提供有利條件

通過井下擴眼技術增加了環空間隙，可以給后期的分層測試和完井提供有利條件，并可給礫石填充完井提供更大空間。

1.4 可解決鹽膏層、易縮井徑地層所帶來的勘探和鉆井問題[2]

眾所周知，鹽膏層蠕變和擠壓可造成縮徑和卡鉆，引發嚴重的鉆井事故。與此同時，鹽膏層蠕變和擠壓也可造成下套管困難，固井質量差，容易擠毀套管，給后期的采油作業帶來麻煩。采用井下擴眼技術，擴大鹽膏層井段的井眼，來抵消鹽膏層蠕變所造成的位移，從而增大了水泥環厚度，提高了固井質量和保護了套管，可防止由此帶來的卡鉆、縮徑等技術難題，避免由此帶來的鉆井事故和后期完井難題。

1.5 井下擴眼配套技術是今后開展膨脹管技術、套管鉆井的技術基礎和準備，具有較好的技術延續性。

目前不斷開展的套管鉆井、膨脹管技術都需要井下擴眼的工藝技術，通過井下擴眼配套技術的研究工作，可以給今后開展套管鉆井和膨脹管技術打下技術基礎和準備。

2 復合層段使用的主要擴眼類型和特點

不同類型的擴眼作業具有不同的特點，因此，在工具選擇、措施制定和具體操作實施上同樣存在很大的差異。現將各類擴眼作業的主要特點羅列如下

2.1 隨鉆擴眼

邊鉆邊擴，可減少起下鉆、接單根等作業環節；底部鉆具組合（BHA）相對復雜且扭矩高、波動大，容易引發斷鉆具、鉆具倒扣等井下事故；對井眼軌跡將產生難以確定的影響；鉆屑量大，攜砂嚴峻。同心隨鉆擴眼能夠提高鉆速是由兩個方面因素控制，一是擴眼臺階處巖石應力集中，容易破碎。二是領眼鉆頭較小，能獲得足夠的機械能量，因此在相同的井底面積下采用隨鉆擴眼技術比直接采用較大尺寸的鉆頭鉆進效果好。采用隨鉆擴眼技術能夠改變井底巖石應力狀態，有利于提高鉆井速度。通過分析得到以下認識[3]：通過同心隨鉆擴眼井底巖石的有限元模型和井底巖石的應力狀態，揭示同心隨鉆擴眼提高鉆速的機理；擴眼臺階處巖石在地應力和液柱壓力的共同作用下會產生拉伸應力集中現象，巖石容易被破碎；領眼鉆頭到擴眼刀翼之間的井壁位移是向下指向井筒中心的，該段井壁巖石易向井筒內垮塌，有利于擴眼刀翼破巖。

2.2 鉆后擴眼

先鉆后擴，BHA 相對簡單，扭矩相對低且平穩，有利作業安全；對井眼軌跡幾乎無影響；相對隨鉆擴眼，作業環節多，建井周期長；完鉆井徑電測可使擴眼作業更具針對性且易于判斷。

2.3 擴眼方式的選擇

對于深部地層，從下面幾個方面對比隨鉆擴眼和鉆后擴眼:鉆井的復雜性：復合鹽膏層鉆進，在鉆井過程中蹩鉆現象比較頻繁，如果使用隨鉆擴眼，鉆進過程中的扭距變化比單單使用鉆頭要大，出現復雜情況的可能性大大增加，同時隨鉆擴眼的隨鉆擴眼器尺寸一般不小于鉆頭尺寸，如果出現鉆具事故，處理的難度增加不少。水力學參數：隨鉆擴眼鉆頭和隨鉆擴眼器都需要水力冷卻和水力攜巖，要求鉆進過程中的泵的排量比較大，井深在5000m 以上時，鉆井液的密度在2.20 以上，鉆具是復合鉆具，鉆具內部和環空的壓耗系數比較大，如果加大泵的排量，造成泵壓的增大，泥漿泵不能滿足要求[4]。地層的不可預知性：地層的不可預知性比較強，可能出現井漏，井噴等復雜情況。綜上所述，確定使用隨鉆擴眼還是鉆后擴眼方案，要分析綜合因素。

3 結束語

通過對于復雜地質層斷擴孔技術進行研究得到以下結論：

現有的擴孔系列比較完整，能夠滿足復雜地質層斷的擴孔的需求；通過文獻調研結論揭示同心隨鉆擴眼提高鉆速的機理；擴眼臺階處巖石在地應力和液柱壓力的共同作用下會產生拉伸應力集中現象，巖石容易被破碎；領眼鉆頭到擴眼刀翼之間的井壁位移是向下指向井筒中心的，該段井壁巖石易向井筒內垮塌，有利于擴眼刀翼破巖。

[1]李江，唐世春，崔龍兵.庫1 井鉆井設計與施工[J]，石油鉆探技術，2004，32(4)：5-7

[2]曾義金.深部膏鹽層蠕變關系研究[J]，石油鉆探技術，2004，32(3)：5-7.

[3]楊春和，殷建華.鹽巖應力松弛效應的研究[J]..巖石力學與工程學報，1999,18(3):262-265

[4]鄧金根.控制油井鹽層段流變縮徑的鉆井液密度的計算方法.巖石力學與工程學報，1997,16(6):522-527