国外扩张式随钻扩眼工具应用现状及发展趋势

随钻扩眼技术在处理复杂地层、提高钻井速度、提高套管环空间隙等方面具有应用价值。分析了国外几大油田服务公司的扩张式随钻扩眼工具的结构,介绍了其在现场的应用情况,总结了国外扩张式随钻扩眼工具的技术特点,并初步探讨了随钻扩眼工具的发展趋势。     

随钻扩眼技术研究进展

随钻扩眼工具作为扩眼工具的一种,具有常规固定翼式扩眼工具无法比拟的优势。在介绍随钻扩眼技术在深井、超深井、小间隙井、盐膏层钻井和侧钻井中的应用情况后,就国外随钻扩眼工具的研究进展和应用进行了分析,包括斯伦贝谢公司的Rhino系列扩眼工具、哈里伯顿公司的XR~(TM)和UR~(TM)扩眼工具、贝克休斯公司的GaugePro扩眼工具、威德福公司的RipTide扩眼工具及国民油井公司的Anderreamer扩眼工具。指出了国内外随钻扩眼工具的研究重点和今后的发展趋势。最后建议我国应加强随钻扩眼技术和工具的研究力度,完善随钻扩眼技术和工具,这对提高我国的钻井技术有着重要的现实意义。     

随钻扩眼工具及技术研究

基于随钻扩眼技术优势的分析，研究了机械式、液压式和偏心式随钻扩眼工具执行机构和扩眼总成的机构原理，并介绍了国内所开展的相关研究。文章提出应加强现有工具的适应性和匹配性研究，发掘各类工具的优势。优化执行机构、扩眼总成和水力机构、重视底部钻具组合力学特性的分析是今后发展和完善随钻扩眼工具及技术的几个重要内容。实践表明，随钻扩眼技术在处理井下复杂情况、降低钻井综合成本、提高钻井速度、提高建井质量和安全性等方面具有显著的优势，随钻扩眼工具也正逐渐成为一种重要的石油钻井配套工具。     

无线指令电控式智能扩眼技术

针对目前常规液压式随钻扩眼器只能安装在定向井随钻工具的上部、扩眼后无法使用大排量循环等问题,研制了无线指令电控式液压扩眼器。该扩眼器将投球激活的液压扩眼器球座总成替换为传压系统,增加了脉冲器总成和电控系统总成,可通过钻井液脉冲信号和钻杆转速信号下传指令,控制刀翼的伸出与缩回。计算分析了传压系统传压孔打开时脉冲器活塞的受力情况,并利用流体仿真软件分析了传压孔的冲蚀情况。通过现场测试,无线指令电控式扩眼器设计合理,3种方式的指令下传成功,刀翼张开及回收正常,为智能扩眼器的进一步研究奠定了基础。     

史密斯钻井新技术介绍——史密斯随钻扩眼器系统和犀牛稳定器

史密斯具有全球领先的扩眼技术，主要产品包括犀牛XS扩眼器和Reamaster，这些产品是同史密斯钻头一同研制开发的钻井新工具及系统软件，产品还包括双心钻头和IDEAS。史密斯的随钻扩眼器是建立在技术、经验和全球资源等基础上，以为用户提供高质量井眼为宗旨，通过大量的作业前期分析、优质的作业记录和作业之后的数据统计而证实有效的扩眼工具。史密斯能够提供广泛的随钻扩眼器工具系列产品和全方位的技术服务，确保在复杂的工况下实现优质井眼。     

经济高效的随钻扩眼新方法

介绍了一种先进的随钻扩眼新方法和工具。随钻扩眼技术与常规的先钻领眼后扩眼方法相比，节节省１－２倍的钻井施工时间，减小各层大道这尺寸，减少起下钻次数，提高机械钻速，降低卡钻概率。随钻扩眼工具设计合理，强度高，灵活性强，可实现由地面控制扩眼器在井下的“开／闭”，现场应用结果证实，这是一种非常可靠的扩眼工具。     

随钻扩眼新工具

美国Hughes—Christensen公司研制的井下钻头—扩眼器工具(Ream While Drilling),亦称随钻扩眼装置(RWD)。经Amoco公司在两口井进行了试验并获得成功。 该总成(见图1)是由一个普通钻头和一个扩眼刀具     

胜利油田随钻扩眼工具及其应用

针对胜利油田井身结构不合理、固井环空间隙小、盐膏层地层安全钻进等技术难题，研发了4种适应于不同复杂情况的随钻扩眼工具:SJK系列机械式扩眼工具、SPK双心式随钻扩眼工具、SYK系列压差式随钻扩眼工具、YK系列液压式扩眼工具。介绍了各种扩眼工具的结构原理、特点及其现场应用情况，分析了不同井况下随钻扩眼钻进时的钻具组合方案，提出了各种复杂井况下适宜的随钻扩眼工具及最佳钻具组合。现场应用表明，这4种随钻扩眼工具能够取得较好的应用效果。     

新型随钻液压扩眼器的研制

鉴于目前国内外随钻扩眼器存在的问题,以及不能满足海洋钻井技术要求的状况,研制了一种安全性和可靠性较高的新型随钻液压扩眼器。该液压扩眼器通过投球、憋压实现刀翼的收放。扩眼器直径为215.9mm,扩眼后井眼直径为254mm,误差小于5%,刀翼伸出力为15.533kN,刀翼的缩回力为55.477kN。现场应用表明,使用Φ215.9mm扩眼器扩眼后,井眼扩大率为20%～25%,能满足海洋石油钻探的要求。新型随钻液压扩眼器采用投球、憋压推动活塞高效运行的方法,使扩眼器刀翼伸出和收回的动作准确无误。     

随钻扩眼钻压分配的双因素计算方法

随钻扩眼过程中扩眼器与领眼钻头的钻压分配关系对扩眼钻进工作状态具有重要影响。传统计算方法仅考虑扩眼器与领眼钻头的几何结构因素,精度不高,难以合理指导工具设计。为此,在充分考虑岩石特性、钻具切削结构双参数的基础上,提出一种计算随钻扩眼钻压分配关系的双因素法,以分析各因素对钻压分配的影响规律。理论计算表明,扩眼钻压比与扩眼器钻遇岩层强度成正比,与扩眼刀翼锐度成反比。这一结果与文献的试验结果基本一致,可用于指导随钻扩眼装置的设计和应用。     

多级变径随钻扩眼器研制及刀翼受力与钻压分配分析

深层小井眼采用随钻扩眼器进行扩眼作业时存在井眼缩径、固井质量差和卡钻频繁等问题。为解决该问题,基于随钻扩眼器基本结构和工作原理,采用新型变径结构,研制了一种多级变径随钻扩眼器;建立了随钻扩眼尺寸与主动活塞轴向位移之间的函数关系,并分析了扩眼器刀翼的受力情况;采用双因素计算方法分析了该扩眼器的钻压分配情况,得到了随钻扩眼器钻压分配比对扩眼尺寸、钻具锐度及地层抗压强度的影响规律。分析得知,随钻扩眼器的钻压分配比与钻遇地层抗压强度、扩眼尺寸呈正比,与扩眼器锐度呈反比,该扩眼器的理论井径扩大率为7%～20%。研究认为:对随钻扩眼器进行钻压分配分析,可以指导扩眼器的设计及领眼钻头的选型;研制的多级变径随钻扩眼器为提高扩眼效率提供了技术支撑。      

JK215—237型随钻扩眼工具的研制

在考察国外随钻扩眼工具技术的基础上 ,研制成功JK2 15— 2 37型随钻扩眼工具。利用此工具可实现小间隙套管程序设计 ,成本低 ,安全性好 ,增大生产套管尺寸 ,有利于完井及修井作业。介绍了新型随钻扩眼工具的结构、设计要点和主要技术参数。首次采用该扩眼工具在 2 15 9mm井眼内下 177 8mm套管 ,以提高固井质量而进行扩眼作业试验。试验结果表明 ,该随钻扩眼工具结构合理 ,使用可靠 ,能满足随钻扩眼的需要 ;随钻扩眼的机械钻速与相同领眼钻头的机械钻速相当。     

油气钻井扩眼工具研究现状及发展趋势

随着技术的不断发展完善,扩眼作业已成为解决复杂深井阻卡、改良套管程序、提高固井质量以及降低钻井成本的重要手段。结合扩眼技术的分类和特点,着重论述了国内外扩眼工具的发展历程和目前处于主导地位的双心钻头、臂式和块式扩眼器的典型结构形式,给出了提高国内扩眼器技术水平的建议。国外公司在扩眼工具领域进行了长时间的研发,形成了较为系统的理论和系列化工具,而国内在此领域起步晚,需从计算机辅助设计、应用领域拓展和数据库建设等方面进行完善,逐步缩小与国外的技术差距。     

应用新型钻扩眼系统显著降低复杂井的钻井成本

在过去近２０年里，随钻扩眼工具的发展主要经历了“管下扩眼器＋钻头”－双心ＰＤＣ钻头－新型随钻扩眼系统的历程。９０年代中期所开发的新型随钻扩眼系统采用了两件式设计，没有活动部件，不存在金属部件掉落井下的风险，克服了常规管下扩眼器的缺陷；同时，又最大限度地减少了双心ＰＤＣ钻头作业过程中易出现的问题（扩眼段井径不一致、易出现振动损坏、定向控制不可预测，等）。这种新型随钻扩眼系统已多次在一些复杂井的钻井获     

扩眼器在定向造斜段的应用可行性研究

随钻扩眼器可有效扩大下部井眼直径,对于优化井身结构、提高完井质量、提高钻进效率、降低后续作业风险具有重要意义。随钻扩眼时该工具相当于一个满眼扶正器,在直井段工作时扩眼器具有防斜作用,但在定向段随钻扩眼时该工具将改变常规造斜钻具的造斜特性,因此该工具在定向造斜段应用的可行性需要研究。以一套常用造斜钻具为例,计算了其初始造斜率以及直接扩眼工况和随钻扩眼工况的造斜率,发现使用扩眼器后对原有钻具组合的造斜特性影响很大。为达到原有造斜要求,通过单独和组合调整BHA参数(主要有螺杆钻具弯角、上稳定器外径、上稳定器距离钻头距离等)获得与原有BHA造斜特性基本相当的多种方案,这说明扩眼器可在既定的造斜要求下完成定向随钻扩眼钻进施工。     

双扩眼器井底小井眼消除技术

双扩眼器井底小井眼消除技术是一种高效的随钻扩眼技术,钻进过程中不仅可使用MWD/LWD仪器高质量地测量底部井眼的井斜参数以及电阻率、伽马、密度等地质参数,而且钻进结束后可直接下入较大尺寸的尾管,无需额外的扩眼施工,从而缩短施工时间,节约成本。介绍了Rhino RHE井底小井眼消除系统的组成及Ro D工具的工作原理,阐述了双扩眼器井底小井眼消除技术在墨西哥湾深水环境下的应用效果,并指出施工前要进行Ro D工具安放位置对BHA方位趋势变化的影响、Ro D工具的意外开启和关闭以及水力学模拟分析,这样有助于提高作业成功率。最后建议加强与Ro D工具和Rhino RHE系统功能类似的扩眼器及扩眼技术的研发。     

随钻扩眼工具的研制与应用

随钻扩眼技术是近年来兴起的一项钻井新技术,其原理是采用随钻扩眼工具在套管下边钻边扩,最终实现井眼尺寸比领眼钻头尺寸大,以达到提高完井质量及解决复杂事故的目的。胜利油田钻井院研制开发了随钻扩眼工具JK215-237,介绍了随钻扩眼工具的结构及特点,详细叙述了该工具在垦628井现场试验情况,试验结果表明,JK215-237随钻扩眼工具结构合理,能够实现套管下边钻边扩,扩眼的结果能够提高完井质量,该工具的研制与应用对随钻扩眼技术的应用以及随钻扩眼工具的研制具有重要的指导意义。     

经济高效的随钻扩眼新方法

介绍了一种先进的随钻扩眼新方法和工具。随钻扩眼技术与常规的先钻领眼后扩眼方法相比，可节省1～2倍的钻井施工时间，减小各层套管尺寸，减少起下钻次数，提高机械钻速，降低卡钻概率。随钻扩眼工具设计合理，强度高，灵活性强，可实现由地面控制扩眼器在井下的“开／闭”，现场应用结果证实，这是一种非常可靠的扩眼工具。     

随钻扩眼器扩眼机构流场分析与优化设计

扩眼机构是射频识别控制随钻扩眼器的关键部件之一,其结构与性能关系着随钻扩眼器的成败。为此,优化设计了扩眼器短节,研制出具有自锁功能、可回收双台阶刀翼的扩眼器。该扩眼器的止推台阶可保证刀翼完全张开,后自锁台阶使刀翼自锁;采用三刀翼布局,合适的刀翼布齿方式、布齿密度及保径齿数量可保持扩眼井段井眼扩大率。现场应用结果表明:RFID随钻扩眼器扩眼井径达到设计要求,射频识别标签读取正常;既具备常规随钻扩眼作业连续性、快速性的特点,又可根据需要控制扩眼器多次开闭;可以在管柱中集成多个扩眼器,并按照设计程序控制各扩眼器刀翼的收放,实现复合扩眼作业。该扩眼器操作简单可靠,具有广阔的推广应用前景。     

国内深部地层扩眼技术研究

深部地层扩眼是当前国内发展较快的一项钻井技术。论述了国内深部地层扩眼技术的现状及发展概况，针对深部地层扩眼特点以及存在的主要问题，提出了合理的工程技术措施、扩眼工具的优选方案，按深部地层扩眼发展需要，展望了超常规井眼扩大器和随钻超常规井眼扩大器的应用前景，并结合典型井例说明了该技术方案的可靠性和实效性。