随钻扩眼工具的研究与优化策略研究

摘要：随钻扩眼工具在常规直井和小尺寸井和大斜度井中都具有较好的使用效果，其优势作用是：可钻比套管通常所允许的更大直径的井眼，可完成从直井到水平井的各种井身结构的随钻扩眼，可获得套管与井壁间的最大间隙，改善固井质量，扩大生产井段的直径，有效保证了油气质量，减少在大斜度井眼、膨胀性地层、蠕动性地层以及枯竭性砂岩中卡钻的风险等。本文首先介绍了随钻扩眼工具，其次论述了随钻扩眼工具结构设计的优化。

关键词：随钻扩眼工具；钻井新技术；优化设计

随钻扩眼主要指的是通過随钻扩眼工具与常规钻头流程，整个钻进过程中将井眼予以扩大的一种钻井技术。随钻扩眼技术对复杂的井下环境有很好的适应性、能够节约钻井整体成本、保障建井质量水平。目前，随钻扩眼已经成为了石油钻井工程中的核心技术，具有广阔的发展前景。

1.随钻扩眼工具

1.1双心扩眼钻头

将两个PDC钻头上下一体相连就形成了双心扩眼钻头。由于上下两个PDC钻头的轴线不重合，在钻头旋转过程中所形成的高侧向力会一定程度上刮扩井壁，进一步扩大眼径。双心扩眼钻头的不足之处是：无法保障扩径的稳定、存在较大扭矩，常引发井下钻具事故如扭断钻具、扭胀钻杆内接头等，应用效果不理想。

现阶段，新型的双心扩眼钻头致力于钻井成本的节约、操作的便捷性及根据钻井实际所需研发匹配的钻头。

1.2偏心扩眼工具

偏心扩眼工具主要以硬质合金为前提保障，将金刚石复合片作为切削齿，同时合理的设计了几何形状，目的在于不断增强切削能力，防止损坏掉切削。要求切削齿表面必须进行有效的抛光，避免过高的剪切应力，提高排屑能力。科学合理的确立扩眼刀翼，以保证直径可以平滑过渡到扩眼井径，加强系统稳定性。在常出现膨胀和疏松地层中使用较为理想。该工具的不足之处是：会严重的影响到下部钻具组合性能，无法准确的预测井斜和具体方位，存在较大的扭矩脉冲，形成的井径缺乏规则性，地层会对其造成严重影响，无法进行钻套管水泥塞。

2.随钻扩眼工具结构设计的优化

2.1随钻扩眼工具水力结构的优化

实际进行随钻扩眼钻进时，处于井底和钻头上部两个破岩位置，两个破岩工具一同开展作业，在实际存在的地面机泵条件下，怎样对钻井液能量进行优化配置，两个部位中同时实现钻井液辅助破岩、清洗、冷却和润滑的规范标准，这个问题解决起来难度较大。若处理失误将直接造成破岩钻进效果，而且还会发生钻头泥包、工具严重磨损、井径不规则等影响钻井安全的因素，所以优化设计水力结构在随钻扩眼工具中同样属于核心。

2.2扩眼工具执行机构的优化

实际中，应根据钻井的井况、地层、井身结构、驱动方式来选择相应的随钻扩眼钻具组合，比如旋转近钻头扩眼模式、导向扩眼钻具组合。掌握了解现行工具的适应能力与匹配能力，将其潜在的功能作用全面的挖掘，基于直井、斜井、定向井编制相应的钻具组合方案来开展扩眼工作，深入细致优化对应的装置、参数，有效保证工具的安全可靠性，从而产生系列随钻扩眼工具。

2.3扩眼总成的优化

由于扩眼工具井下作业过程中会穿越多套地层，无法根据岩性在扩眼过程中进行刀片的及时更换，长井段扩眼作业中，具有较高的研磨性地层，所以要求使用的扩眼工具和刀片也应具有较高的研磨性，当工具处于强研磨性地层中工作，会导致刀体、刀片出现强烈的磨损，基于此，以下专门对刀片耐磨性的提升做了深入的探讨。

（1）确立耐磨性好的材料；在高研磨性地层中，常使用SK3lX聚晶金刚石耐磨材料，该材料可达到HRA97．0的硬度，抗弯强度达到了1200N／mm，密度达到了14．9／cm，它的最显著特征是热稳定性高，不会受高温的影响而降低自身的硬度、韧性及耐磨性，在高研磨性地层中同样能够及时有效的完成扩眼。

（2）改善扩眼切削机构；最初构建的切削结构仅仅在刀片两翼位置处实施了耐磨颗粒的分布，但由于高研磨性岩层会一定程度上研磨刀体的正、侧、立三面，所以它的结构设计与高研磨性地层的要求不相一致。应进行一番改进，切削部分应以台阶状为主，刀片侧翼面使用柱状聚晶金刚石，正面选用柱状和粒状的高硬度材料材料，立面则选用片状的高硬度材料。设计刀体结构的目的主要是提高刀体对地层的切削能力，同时使刀体和工具体间留有足够的间隙，有效促进了钻井液在刀体中的冷却作用。

（3）对刀体和切削块的焊接方式加以改进；将耐磨性好的材料焊在刀体与井壁的三个接触面上，要求切削块和刀体都选用高强度符合材料烧结成整体，从而不断增强切削块与刀体结合强度，保障抗冲击性，使工具能够有效的穿越夹层。

3.结论

综上所述可知，随钻扩眼属于边钻进边扩眼，底部钻具组合的特性与常规钻井之间存在一定的差异，此外，在对随钻扩眼钻具组合进行确立与选择时，应深入细致的分析思考其稳定性，以使底部钻具组合时常处于稳定状态下作业，提高随钻扩眼工具及其钻头的切削水平与使用寿命，严防因随钻扩眼工具在底部钻具组合中运行而导致钻出的轨迹与规范标准不相符。

4.参考文献

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作者简介

丁庆利 （1977-），男，黑龙江省牡丹江市人，助理工程师，专科，现从事钻具稳定器的设计工作。