井下扩眼技术及工具

————————*国家十五攻关课题"复杂油藏配套钻井技术及关键装备研究"子专题"钻井扩眼技术研究与应用"部分成果.1 随钻扩眼工具及技术*马清明（胜利石油管理局钻井工艺研究院，山东东营257017） 摘要：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结构和扩眼总成的结构原理，并介绍了国内所开展的相关研究。

指出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、扩眼总成和水力结构、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需要解决的几个关键问题。

关键词：随钻扩眼；随钻扩眼工具；结构原理；设计优化；现场试验 第一作者简介：马清明(1966～)，男，高级工程师，胜利石油管理局钻井工艺研究院副总工程师，石油工具研究所所长，1990年获石油大学（华东）说是学位，现为石油大学(华东)博士研究生，主要从事石油工具的研究和开发工作。

联系方式：zjymq m@ ，0546-8778223。

1前言随着对油气成藏机制认识的深化和油气田开发的深入，钻井遇到的问题越来越复杂，这些复杂问题的解决也越来越依赖于工具的发展和手段的完善，随钻扩眼技术正是基于这种背景提出和发展的。

所谓随钻扩眼技术就是采用随钻扩眼工具和常规钻头程序，在全面钻进的同时扩大井眼一种钻井技术。

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。

国内随钻扩眼工具及技术的研究刚刚起步，重视该项技术，就随钻扩眼工具这个关键环节开展针对性研究，对于提升我国钻井工程的实力具有重要的实际意义。

2技术优势分析扩眼技术实际应用的情况，其所表现的优势主要有以下几个方面一、降低钻井综合成本[1]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，又能使生产套管直径有多种改变，要求采用小间隙套管程序，研究表明，对于井深为4878m 的井, 采用小间隙套管程序比用普通套管程序节约钻井成本27 %。

2021年第3期0卷8页2021,50(3):8-16石油矿场机械OIL FIELD EQUIPMENT文章编号：1001-3482(2021)03-0008-09井下扩眼工具的研究现状分析黄韬，何世明，汤明，马日春，李华军，姚耕华(西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室，成都610500S摘要：深层巨厚盐膏层的钻井安全和固井安全一直是制约盐下油气资源高效开发的技术瓶颈之一,突破这个瓶颈的关键技术之一是扩眼技术。

随着钻井技术的日趋进步，扩眼技术已成为一种用于解决井下复杂问题、优化井身结构的关键技术。

国内外在井下扩眼工具的结构、原理方面已开展过大量研究，并已形成商业化产品。

对国内外现有扩眼工具产品研究现状进行了调研分析，对不同扩眼工具按其工作原理和工作方式进行分类，并对工具的结构特点、工作原理、优缺点及其适用条件进行分析。

在此基础上，对扩眼工具的发展提出了展望。

该研究对扩眼工具的发展和推广应用具有积极的作用。

关键词：井下；扩眼工具；发展趋势中图分类号：TE921.2文献标识码：A doi：10.3969/j.issn.10013482.2021.03.002Analysis of the Research Status of Downhole Reaming ToolsHUANG Tao,HE Shiming,TANG Ming,MA Richun,LI Huajun,YAO Genghua{State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation,South-west Petroleum University,Chengdu610500>China)Abstract：The safety of drilling and cementing in the deep and thick salt-paste layer has been one of the technical bottlenecks restricting the efficient development of oil and gas resources under salty layer.One of the key technologies to solve these problems is reaming.With the increasing progress of drilling technology,reaming has gradually become a key technology for solving com­plex underground-wellbore problems and optimizing we ll structure.The structure and principle of downhole reaming tools have been studied extensively at home and abroad,and commercial productshavebeendeveloped.Theexistingresearchaboutthereamingtoolsandclassifydi f er-entreamingtoolswascarriedoutbytheirworkingprincipleand working mode.Thestructural characteristics,working principle,advantages and disadvantages of the tools and their applicable conditions were systematica l y analyzed.The prospect and development trend of reaming tool were also analyzed.This research provides references on the development,promotion and appii-cationofreamingtools．Keywords:downhole；reamer tool；developing trend收稿日期：2020-11-02基金项目：国家自然科学基金青年基金“基于水化进程的泥岩地层井壁坍塌机理研究”51904260）；国家自然科学基金面上项目“高温高压高含酸性气体的海相裂缝性地层溢流机理研究”51774247）；四川省科技计划“高温高压裂缝性地层重力置换溢流机理与工业化应用研究”2018JY0460）作者简介：黄韬（1996-）,男,四川德阳人，硕士研究生，研究方向为油气井工程力学，E-mail：Taocareer@。

深井综采工作面切眼刷扩技术摘要：口孜东矿煤层埋藏深，地压大，该矿111307工作面切眼刷扩后断面大，顶板控制困难，通过合理的支护设计和严格的安全技术措施，保证了施工的安全和刷扩后的切眼的支护强度，为工作面安全顺利的安装设备打下了坚实基础。

关键词：深井；切眼；刷扩；锚网索（作者简介：王军（1985—），男，安徽颍上人，采矿工程师，2009年毕业于安徽理工大学采矿工程专业，现任口孜东矿生产办副主任。

）1概况口孜东矿第一水平标高-967m，自然地面标高为+23.52～+27.58m，该矿111307工作面切眼原支护为锚网索支护，上口标高-677m，下口标高-779m，宽5m,高4.8m,刷扩后宽9.5m，即在切眼西帮刷宽4.7m，原切眼巷道中心线到刷扩后西帮距离为7m,切眼长363.6m（斜距）。

2支护设计（1）采用工程类比法，根据111307工作面机巷、风巷地质情况、支护形式及矿压观测等资料，巷道采用锚网索+M钢带联合支护方式，锚杆规格为Φ22×2500mm，锚索采用Φ21.8mm钢绞线，锚固剂为MSZ2850型。

支护断面图见图1，锚网索支护参数见表1。

图1 111307工作面切眼刷扩断面图表1 锚网索支护参数表项目直径（mm）长度（m）间排距（mm×mm）间排距允许偏差锚杆222.5800×800±100mm锚219.1000×1600±100m（2）正常情况下采用戴帽点柱作为临时支护形式；当巷道围岩破碎采用超前锚杆作为超前支护，戴帽点柱配合护顶锚杆作临时支护。

戴帽点柱临时支护材料见表2。

表2 戴帽点柱临时支护材料表3支护质量与要求（1）刷扩后帮部到原巷道中线7000mm，允许偏差0～+100mm，施工控制尺寸7000～7100mm。

（2）断面净高4800mm，无腰线全高允许偏差为-50～+200mm，施工控制尺寸4750～5000mm。

长井段扩眼技术应用摘要：扩眼技术是一项非常规钻井技术，在现场扩眼作业中我们主要应用了两种扩眼技术，即使用牙轮钻头扩眼和使用扩眼器进行扩眼。

针对这两项扩眼技术，本文主要通过我胜利黄河钻井四公司施工的两口高难度井梁903井和高944井的扩眼施工情况，提出扩眼工具的优选方案，对扩眼施工中的难点，制定出合理的工程技术措施、并结合实际施工情况，说明了该技术方案的可靠性和实用性，为今后扩眼施工起到借鉴作用。

关键词：扩眼技术扩眼器一、概述随之深井和超深井的施工逐渐增多，钻井的施工难度也越来越大。

特别是施工过程中，在钻遇高压层、盐膏层、漏层等复杂地层时，往往需要下入套管封固，增加套管层次。

依据实际钻井井眼尺寸补下套管，往往造成完井井眼尺寸过小，给后期施工带来困难。

并且存在套管环空间隙小，固井质量无法得到保证等弊端。

应用扩眼技术对井眼经行有效扩大，是我们解决上述问题常用的方法。

目前，现场扩眼作业中常用的扩眼技术主要有两种，一种是使用牙轮钻头将井眼扩大，另一种是使用新型的扩眼器进行扩眼。

这两种扩眼技术在我公司施工的梁903井和高944井中分别得到了运用，并取得了良好的效果。

二、扩眼技术在现场施工中的应用2.1梁903井长井段扩眼技术应用梁903井钻进到井深1741米时，发生井漏，后被确定为沙四段顶部灰岩裂缝性漏失。

井漏后经多次堵漏都不成功，钻至1750米，漏失严重，下钻过程中发生卡钻（后解卡），本井采用原井身结构已经无法安全钻进下去，于是甲方决定下技术套管至漏层顶部后三开钻进处理井漏事故，保证井下钻进施工安全。

而这就需要把二开井眼从原来的?215.9mm扩眼到?311.2mm，方便下?244.5mm的技术套管。

根据梁903井井眼的实际情况决定分两个主要步骤来完成本井的扩眼任务：（1）先用?215.9mm牙轮钻头划眼到1715米起钻换钻头。

（2）再用?311.2mm牙轮钻头扩眼到1715米，下?244.5mm的技术套管后固井。

可实施随钻管下扩孔的近钻头扩孔器Ξ卢玉东赵 炜(中原石油勘探局宏大化工总厂)(中原油田分公司信息中心)摘要 为了满足开采难度较大油气田开发的技术要求 ,大位移延伸井 、深水油气井和高压油气 井日趋增多 ,这类油气井在钻井作业中存在着许多问题 ,需要采取安全且高效的管下扩孔措施来解 决 。

美国 Security DBS 公司研制推出的新型近钻头扩孔器 (NBR ) 可随钻扩孔 ,减少起下钻次数和更 换井底组合钻具的频率 ,可以取代常规管下扩眼工具 ,是目前仅有的一种可与导向钻井系统配套使 用的钻大尺寸井眼的工具 。

介绍了这种近钻头扩孔器的作业原理 、结构特点 、应用范围及现场应用 情况 。

关键词 近钻头扩孔器 原理 特点 应用短作业时间之外 ,还可以明显地节省因处理井眼问 题而发生的费用 。

引 言作业原理与工具特点大位移延伸钻井作业的复杂性 、深水钻井作业 环境和高压油气井的钻井作业等都使安全高效的管 下扩孔作业面临日益加剧的技术难题 。

在类似的这 些钻井作业中 ,扩大井眼直径使其超过钻头尺寸可 以解决许多高耗资的钻井作业问题 ,例如盐层或页 岩的运移 、钻屑沉积物的形成和过量滤饼的形成 。

然而采用特殊设计的井底组合钻具 (BH A ) 实施常规 的扩孔工艺措施 ,往往要求多次起下钻柱 ,施工作业 耗时较长 。

由美国 Security DBS 公司研制推出的近 钻头扩孔器 (NBR ) ,由于可随钻扩孔 ,减少起下钻次 数和更换井底组合钻具的频率 ,故可以替代常规管 下扩眼工具 。

NBR 也是目前仅有的一种可与导向 钻井系统配套使用的完钻大尺寸井眼的工具 。

自 1999 年 中 期 以 来 , 这 种 工 具 投 入 了 工 业 应 用 ,用于完钻井径 121 ～ 432mm 之间的 7 种井眼井 段 ,可将井眼直径扩大 20 % 。

由于可以替代双喷嘴 钻头 ,NBR 可安装在 BH A 的任何位置 ,对钻具的可 控制性影响极小 ,并且在扩孔的同时不必中断钻井 作业 。

试论平禹煤电公司一矿井下二3—15040扩切眼安全技术措施概要：井下爆破工作必须由专职爆破工担任，并持证上岗，严格按“操作规程”进行操作。

刮板输送机运行前，必须发出警号，严禁人员乘坐刮板输送机，更不允许在刮板输送机上运送物料、设备。

机头、机尾必须打上牢固可靠的压机柱或用地锚固定。

井下爆破工作施工前，全体施工人员必须对本措施进行贯彻学习。

一、施工准备1、施工前，必须备齐所用物料（高强让压锚杆、玻璃钢锚杆、W钢带、钢网、高强让压锚索、锚杆钻机、气腿凿岩机、风锚头、锚索盘、锚杆盘、力矩扳手等）。

2、施工前，用旧皮带或木板对开口处风水管路、机电设备等进行可靠性掩护。

3、施工前，清净作业地点周围杂物，保证退路畅通。

二、支护工艺1、施工方法：（1）扩切眼时采用气动手持式钻机或YT-28气腿式凿岩机打眼，煤矿三级乳化炸药配合1-5段毫秒延期电雷管爆破落煤，人工装煤经刮板输送机运输至二3-15040风巷650胶带输送机、620刮板输送机直接上五采区皮带下山胶带输送机经明斜井运出。

（2）扩切眼施工前必须在切眼内煤壁侧补打托棚进行超前支护。

（3）扩切眼施工时，采用自上而下靠巷道煤墙帮与原切眼顶板W钢带对接施工。

（4）扩切眼施工期间必须随工程进度在新切眼与原切眼采煤帮交岔处打设“#”字木垛，木垛规格为：长1.2m、宽1m，净间距3m（允许误差±200），允许误差顶部必须用木楔背紧。

木垛距工作面迎头不大于8m，木垛距扩切眼采煤帮1.1m，距原切眼老塘侧贴帮柱2.2m。

2、支护工序及要求（1）临时支护工序及要求工作面迎頭掘出空间后，开始铺联网，然后用两根2.8m单体柱将顶锚网托起至顶板，起到超前临时支护作用，单体柱间距600mm，距两帮各600mm。

（2）永久支护工序及要求对顶板进行临时支护后，验收员负责看线，并挂线量取巷道宽度，施工人员刷帮至设计宽度后，验收员按线量取并号定顶锚杆眼位；锚杆施工完后，同时将下一排的顶帮锚网按搭接要求提前上好并压在搭接段下，使用工具对顶帮锚杆进行紧固；工作面锚网支护完毕后进入下一个循环。

井下随钻扩眼技术及工具研究引言井下扩眼钻井技术，是采用专门的扩眼工具和常规钻头程序，获得比常规井眼尺寸更大井眼的一种钻井技术。

分钻后扩眼和井下随钻扩眼两种方式，钻后扩眼是在钻完井眼后，再下入扩眼工具扩大已钻井眼，而井下随钻扩眼是下入随钻扩眼工具边钻边扩，在全面钻进的同时形成扩大井眼，此项技术被称为继随钻测量和随钻测井之后的又一重大技术突破。

近几年，钻井扩眼技术随着复杂工艺井及深井的增多，在国外的钻井领域得到了进一步的发展，各种类型的井下扩眼工具相继研制成功。

特别是随钻扩眼工具也逐渐成为国内外钻井研究领域的新亮点。

一随钻扩眼技术的工程意义1．可采用小间隙套管程序，降低钻井综合成本钻井扩眼可以减小套管柱之间的间隙，有效降低钻井综合成本，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（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工具和可膨胀稳定器。

随钻扩眼工具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%。

2．增加套管环空间隙，提高固井质量，并为后续作业创造有利条件通过井下扩眼技术，在增大环空间隙，提高了固井质量的同时，也可为后续的完井和采油等作业提供有利条件，如可给砾石填充完井提供更大空间等。

3．解决盐膏层、易缩井径地层所带来的勘探和钻井问题由于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，而且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，以抵消盐膏层蠕变所造成的位移，并增大水泥环厚度，提高固井质量和保护套管，解决了卡钻、缩径等技术难题，避免了钻井事故和后期完井难题。

大北201井5 7/8″井段UR600扩眼工具现场施工方案新疆帝陛艾斯钻头工具有限公司刘松伟一、大北201井基本情况井号：大北201井承钻井队：华北70157 队二、大北201井工具准备情况工具名称：UR600工具到井数量：2 套配件：足够数量的配件三、UR600型扩眼工具的扩眼井段1、扩眼井段：根据甲方的要求，在规定井段进行5 7/8”井眼扩至7 1/2”的扩眼施工，扩眼井段长 m四、 UR600扩眼工具简介XJDBS UR600型扩眼器是一种液力作用的伸展刀臂的扩眼器，刀臂在液力的作用下伸出来扩大井眼尺寸，停泵时有一个复位弹簧将刀臂收回来。

UR600型扩眼器有两只刀翼，根据具体要求更换不同长度的刀翼后，可将井眼从158mm扩大到406.6mm。

扩眼器心轴(drive rod) 上有两个水眼位于刀翼正下方处，保证刀翼的有效冷却和清洁，在心轴的上端和下端分别装有一个喷嘴，调节上喷嘴尺寸的大小可以调节压缩复位弹簧的推力，调节下喷嘴尺寸的大小可以调节从刀翼处和从钻头处液体流出的比例，确保刀翼和钻头都获得充分的冷却和润滑。

根据地层的软硬的不同，可以选用不同的切削齿。

UR600扩眼器的上下连接扣型为3 1/2” IF。

五、UR扩眼工具主要参数：六、推荐钻具组合要求（以井上钻具组合为主）5 7/8＂钻头+UR600扩眼工具+4 3/4＂钻铤X17根+随钻震击器+4 3/4＂钻铤X2根+3 1/2＂加重钻杆X15根+钻杆七、水力参数计算结八、推荐钻井参数九、UR600扩眼工具操作程序及要求1井场设备验证要求井场设备参数读数准确（钻机和录井），尤其要求扭矩读数真实准确。

2水力参数设计及地面验证根据扩眼现场的实际井深、岩层、扩眼的尺寸等进行相应的水力参数设计。

确定相应的钻具组合。

地面验证：用专用工具在地面试UR600扩眼工具，验证刀翼收放是否正常；3．下钻3.1接UR600工具，按设计要求下入管串结构：6 5/8＂钻头+UR600扩眼工具+4 3/4＂钻铤X20根+4 3/4＂JAR+4 3/4＂钻铤X3根+3 1/2＂加重钻杆X15根+3 1/2＂钻杆X99根+5＂钻杆；3.2 下钻时要求平稳操作，为防止扩眼工具刀翼伸出损伤套管和扩眼刀翼上的PDC齿，在套管内下钻过程中不许开泵循环。

小井眼随钻扩眼技术作者：王荣军王宗亚蒋嘉琪王姗闫志强张军生来源：《环球市场信息导报》2012年第09期针对中原油田开窗侧钻井小井眼钻井井身质量差、钻速低、环空间隙小、盐膏层井段缩径、固井质量差等技术难题，探索采用合适的随钻扩眼工具：机械式扩眼工具、双心式随钻扩眼工具、压差式随钻扩眼工具、液压式扩眼工具、可扩眼钻头等，解决小井眼钻井的逐项问题。

该文对各种扩眼工具的结构原理、特性及现场应用情况进行的阐述，对小井眼钻井具有很好的指导意义。

随钻扩眼；井下工具；钻头；小井眼；中原油田中原油田开发区块已经进入开发后期，许多老井长期生产，井下套管出现问题，为了继续应用这些井进行生产和挖潜剩余潜能，只有进行开窗侧钻，造成侧钻井比例大幅上升。

但由于在5″套管内进行开窗侧钻，小井眼小间隙钻井，钻速低，井身质量差，影响固井质量。

为了提高固井质量、延长侧钻井寿命，采用随钻扩眼技术增大井眼与套管之间的环形间隙，增加水泥环的厚度和韧性。

随钻扩眼技术是采用随钻扩眼工具和常规钻头或者采用可扩眼钻头，在正常钻进的同时扩大井眼的一种技术。

随钻扩眼工具可以分两次或多次钻进完成大尺寸井眼段；可扩眼钻头可一次随钻扩眼到设计井径。

随钻扩眼技术的应用可提高井身质量，达到“无螺旋井眼”；增加套管环空间隙，扩大裸眼段环空尺寸，提高固井质量；解决盐膏层及其他易缩径地层所带来的完井风险。

近年来各单位自主研发了一系列扩眼工具，现场应用中取得了较好的效果。

1.随钻扩眼工具结构及应用机械式扩眼工具。

机械式随钻扩眼工具由上接头、八方组合、主体、刀片和扶正器等部件组成（见图1）。

其原理是在套管内钻进时，销钉不剪断，扩眼刀翼不张开，可用来钻掉套管内的水泥塞和套管鞋；当需要扩眼时，加压剪断销钉，使锥体下移，迫使刀片伸出，可进行扩眼钻进。

扩眼结束需要收回刀翼时，工具上提，锥体上行，靠锥体上的特殊机构可使刀片收回，顺利起钻。

设计特点：六方驱动和浮动机械剪切销钉设计，同心性和剧中稳定性良好，工作稳定，井斜控制能力强；不必专门再下一趟钻钻水泥塞和套管鞋，一趟钻即可解决问题；楔形刀翼/驱动轴配合，燕尾槽固定。