复杂地质层段扩孔技术研究

常红梅

（陕西延长石油集团公司 延长油田股份有限公司，陕西 延安 716000）

扩眼技术在钻井作业中通常认为是一种非常规的钻井技术，随着石油工业的发展，油气勘探面临越来越复杂的地质问题，钻井难度越来越大，特别是在深井和超深井中，小井眼钻井由于其环空空隙小，给钻井、固井作业带来一系列的问题，如环空压耗较大、井底水力作用能量较低、固井质量不能保证等。常会遇到复杂地层缩径卡钻等复杂情况，扩眼技术正在被石油工业所采用，随钻扩眼技术是小井眼钻井的重要技术之一。钻井作业的复杂性，高压油气井的作业等都是安全高效的扩眼作业的技术需要。

1 复杂地质层段石油钻井扩眼技术的工程意义

所谓井下扩眼钻井技术，是采用独特的扩眼工具，采取常规的钻头程序，而获得比常规井眼更大的井眼。有钻后扩眼和随钻扩眼两种形式，钻后扩眼是在钻完井眼后，专门下入扩眼工具扩大已钻井眼；井下随钻扩眼是下入随钻扩眼工具边打边扩，在全面钻进的同时形成扩大井眼，此项技术被西方的钻井技术专家称为继随钻测量和随钻测井之后的又一重大技术突破。

1.1 可采用小间隙套管程序，降低钻井成本

钻井扩眼可以实现减小套管柱之间的间隙，能够有效降低钻井成本，这在国外的许多钻井实践中已得到证实。在深井钻井作业中，为维持表层套管和防喷器足够的额定压力，使生产套管直径有较大改变，需要使用小间隙套管程序，国外称RCCPs 即Reduced Clearance Casing Programs。实现RCCPs 所采用的井下工具主要包括随钻扩眼器和可膨胀稳定器。随钻扩眼器用于在钻完套管内的水泥塞之后，继续向下钻进，以获得所需要的大尺寸井眼，可膨胀稳定器则用于稳定大尺寸井眼中的底部钻具组合。据国外资料报道，对于井深为4878m 的井，采用RCCPs 比用普通套管程序节约钻井成本27%。调查98 口小间隙套管井和常规套管井的结果表明，仅有6%的RCCPs 井在下套管过程中有部分或全部漏失，而常规间隙套管井为10%。目前国内该项技术还没有成功的经验，许多相关技术不太成熟。因而国内深井仍采用较复杂的套管程序，一开井眼大而生产套管直径小，给采油作业带来许多不便[1]。

1.2 可增加套管环空间隙，提高固井质量

通过井下扩眼技术，在套管尺寸不变的情况下，可增加套管环空间隙，从而提高了固井质量。塔河上亿吨油田的勘探开发规模在不断扩大和深入，其主力油层是古生界奥陶系碳酸岩地层，油层埋深5400m 以上，属超深井，完井方式采用Ф149.2mm 裸眼完井或Ф127.0mm套管射孔完井，为了满足分层测试和采油、修井的要求，必须下入Ф127.0mm套管封固油气层，然后分层射孔和测试。但Ф149.2mm 井眼和Ф127.0mm套管间隙小，往往满足不了分层测试的要求，固井质量差，甚至造成油井报废。在采用井下扩眼技术后，增加了套管环空间隙，提高了固井质量，取得了明显的经济效益。

1.3 可以通过井下扩眼技术，扩大油层段井眼，不仅提高了油层段的固井质量，给后续的完井和采油作业提供有利条件

通过井下扩眼技术增加了环空间隙，可以给后期的分层测试和完井提供有利条件，并可给砾石填充完井提供更大空间。

1.4 可解决盐膏层、易缩井径地层所带来的勘探和钻井问题[2]

众所周知，盐膏层蠕变和挤压可造成缩径和卡钻，引发严重的钻井事故。与此同时，盐膏层蠕变和挤压也可造成下套管困难，固井质量差，容易挤毁套管，给后期的采油作业带来麻烦。采用井下扩眼技术，扩大盐膏层井段的井眼，来抵消盐膏层蠕变所造成的位移，从而增大了水泥环厚度，提高了固井质量和保护了套管，可防止由此带来的卡钻、缩径等技术难题，避免由此带来的钻井事故和后期完井难题。

1.5 井下扩眼配套技术是今后开展膨胀管技术、套管钻井的技术基础和准备，具有较好的技术延续性。

目前不断开展的套管钻井、膨胀管技术都需要井下扩眼的工艺技术，通过井下扩眼配套技术的研究工作，可以给今后开展套管钻井和膨胀管技术打下技术基础和准备。

2 复合层段使用的主要扩眼类型和特点

不同类型的扩眼作业具有不同的特点，因此，在工具选择、措施制定和具体操作实施上同样存在很大的差异。现将各类扩眼作业的主要特点罗列如下

2.1 随钻扩眼

边钻边扩，可减少起下钻、接单根等作业环节；底部钻具组合（BHA）相对复杂且扭矩高、波动大，容易引发断钻具、钻具倒扣等井下事故；对井眼轨迹将产生难以确定的影响；钻屑量大，携砂严峻。同心随钻扩眼能够提高钻速是由两个方面因素控制，一是扩眼台阶处岩石应力集中，容易破碎。二是领眼钻头较小，能获得足够的机械能量，因此在相同的井底面积下采用随钻扩眼技术比直接采用较大尺寸的钻头钻进效果好。采用随钻扩眼技术能够改变井底岩石应力状态，有利于提高钻井速度。通过分析得到以下认识[3]：通过同心随钻扩眼井底岩石的有限元模型和井底岩石的应力状态，揭示同心随钻扩眼提高钻速的机理；扩眼台阶处岩石在地应力和液柱压力的共同作用下会产生拉伸应力集中现象，岩石容易被破碎；领眼钻头到扩眼刀翼之间的井壁位移是向下指向井筒中心的，该段井壁岩石易向井筒内垮塌，有利于扩眼刀翼破岩。

2.2 钻后扩眼

先钻后扩，BHA 相对简单，扭矩相对低且平稳，有利作业安全；对井眼轨迹几乎无影响；相对随钻扩眼，作业环节多，建井周期长；完钻井径电测可使扩眼作业更具针对性且易于判断。

2.3 扩眼方式的选择

对于深部地层，从下面几个方面对比随钻扩眼和钻后扩眼:钻井的复杂性：复合盐膏层钻进，在钻井过程中蹩钻现象比较频繁，如果使用随钻扩眼，钻进过程中的扭距变化比单单使用钻头要大，出现复杂情况的可能性大大增加，同时随钻扩眼的随钻扩眼器尺寸一般不小于钻头尺寸，如果出现钻具事故，处理的难度增加不少。水力学参数：随钻扩眼钻头和随钻扩眼器都需要水力冷却和水力携岩，要求钻进过程中的泵的排量比较大，井深在5000m 以上时，钻井液的密度在2.20 以上，钻具是复合钻具，钻具内部和环空的压耗系数比较大，如果加大泵的排量，造成泵压的增大，泥浆泵不能满足要求[4]。地层的不可预知性：地层的不可预知性比较强，可能出现井漏，井喷等复杂情况。综上所述，确定使用随钻扩眼还是钻后扩眼方案，要分析综合因素。

3 结束语

通过对于复杂地质层断扩孔技术进行研究得到以下结论：

现有的扩孔系列比较完整，能够满足复杂地质层断的扩孔的需求；通过文献调研结论揭示同心随钻扩眼提高钻速的机理；扩眼台阶处岩石在地应力和液柱压力的共同作用下会产生拉伸应力集中现象，岩石容易被破碎；领眼钻头到扩眼刀翼之间的井壁位移是向下指向井筒中心的，该段井壁岩石易向井筒内垮塌，有利于扩眼刀翼破岩。

[1]李江，唐世春，崔龙兵.库1 井钻井设计与施工[J]，石油钻探技术，2004，32(4)：5-7

[2]曾义金.深部膏盐层蠕变关系研究[J]，石油钻探技术，2004，32(3)：5-7.

[3]杨春和，殷建华.盐岩应力松弛效应的研究[J]..岩石力学与工程学报，1999,18(3):262-265

[4]邓金根.控制油井盐层段流变缩径的钻井液密度的计算方法.岩石力学与工程学报，1997,16(6):522-527