復(fù)雜地質(zhì)層段擴(kuò)孔技術(shù)研究

常紅梅

（陜西延長石油集團(tuán)公司 延長油田股份有限公司，陜西 延安 716000）

擴(kuò)眼技術(shù)在鉆井作業(yè)中通常認(rèn)為是一種非常規(guī)的鉆井技術(shù)，隨著石油工業(yè)的發(fā)展，油氣勘探面臨越來越復(fù)雜的地質(zhì)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(huán)空空隙小，給鉆井、固井作業(yè)帶來一系列的問題，如環(huán)空壓耗較大、井底水力作用能量較低、固井質(zhì)量不能保證等。常會遇到復(fù)雜地層縮徑卡鉆等復(fù)雜情況，擴(kuò)眼技術(shù)正在被石油工業(yè)所采用，隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)是小井眼鉆井的重要技術(shù)之一。鉆井作業(yè)的復(fù)雜性，高壓油氣井的作業(yè)等都是安全高效的擴(kuò)眼作業(yè)的技術(shù)需要。

1 復(fù)雜地質(zhì)層段石油鉆井?dāng)U眼技術(shù)的工程意義

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

1.1 可采用小間隙套管程序，降低鉆井成本

鉆井?dāng)U眼可以實(shí)現(xiàn)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(shí)踐中已得到證實(shí)。在深井鉆井作業(yè)中，為維持表層套管和防噴器足夠的額定壓力，使生產(chǎn)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(shí)現(xiàn)RCCPs 所采用的井下工具主要包括隨鉆擴(kuò)眼器和可膨脹穩(wěn)定器。隨鉆擴(kuò)眼器用于在鉆完套管內(nèi)的水泥塞之后，繼續(xù)向下鉆進(jìn)，以獲得所需要的大尺寸井眼，可膨脹穩(wěn)定器則用于穩(wěn)定大尺寸井眼中的底部鉆具組合。據(jù)國外資料報(bào)道，對于井深為4878m 的井，采用RCCPs 比用普通套管程序節(jié)約鉆井成本27%。調(diào)查98 口小間隙套管井和常規(guī)套管井的結(jié)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(guī)間隙套管井為10%。目前國內(nèi)該項(xiàng)技術(shù)還沒有成功的經(jīng)驗(yàn)，許多相關(guān)技術(shù)不太成熟。因而國內(nèi)深井仍采用較復(fù)雜的套管程序，一開井眼大而生產(chǎn)套管直徑小，給采油作業(yè)帶來許多不便[1]。

1.2 可增加套管環(huán)空間隙，提高固井質(zhì)量

通過井下擴(kuò)眼技術(shù)，在套管尺寸不變的情況下，可增加套管環(huán)空間隙，從而提高了固井質(zhì)量。塔河上億噸油田的勘探開發(fā)規(guī)模在不斷擴(kuò)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(zhì)量差，甚至造成油井報(bào)廢。在采用井下擴(kuò)眼技術(shù)后，增加了套管環(huán)空間隙，提高了固井質(zhì)量，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 可以通過井下擴(kuò)眼技術(shù)，擴(kuò)大油層段井眼，不僅提高了油層段的固井質(zhì)量，給后續(xù)的完井和采油作業(yè)提供有利條件

通過井下擴(kuò)眼技術(shù)增加了環(huán)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(fā)嚴(yán)重的鉆井事故。與此同時(shí)，鹽膏層蠕變和擠壓也可造成下套管困難，固井質(zhì)量差，容易擠毀套管，給后期的采油作業(yè)帶來麻煩。采用井下擴(kuò)眼技術(shù)，擴(kuò)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(huán)厚度，提高了固井質(zhì)量和保護(hù)了套管，可防止由此帶來的卡鉆、縮徑等技術(shù)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(kuò)眼配套技術(shù)是今后開展膨脹管技術(shù)、套管鉆井的技術(shù)基礎(chǔ)和準(zhǔn)備，具有較好的技術(shù)延續(xù)性。

目前不斷開展的套管鉆井、膨脹管技術(shù)都需要井下擴(kuò)眼的工藝技術(shù)，通過井下擴(kuò)眼配套技術(shù)的研究工作，可以給今后開展套管鉆井和膨脹管技術(shù)打下技術(shù)基礎(chǔ)和準(zhǔn)備。

2 復(fù)合層段使用的主要擴(kuò)眼類型和特點(diǎn)

不同類型的擴(kuò)眼作業(yè)具有不同的特點(diǎn)，因此，在工具選擇、措施制定和具體操作實(shí)施上同樣存在很大的差異。現(xiàn)將各類擴(kuò)眼作業(yè)的主要特點(diǎn)羅列如下

2.1 隨鉆擴(kuò)眼

邊鉆邊擴(kuò)，可減少起下鉆、接單根等作業(yè)環(huán)節(jié)；底部鉆具組合（BHA）相對復(fù)雜且扭矩高、波動大，容易引發(fā)斷鉆具、鉆具倒扣等井下事故；對井眼軌跡將產(chǎn)生難以確定的影響；鉆屑量大，攜砂嚴(yán)峻。同心隨鉆擴(kuò)眼能夠提高鉆速是由兩個(gè)方面因素控制，一是擴(kuò)眼臺階處巖石應(yīng)力集中，容易破碎。二是領(lǐng)眼鉆頭較小，能獲得足夠的機(jī)械能量，因此在相同的井底面積下采用隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)比直接采用較大尺寸的鉆頭鉆進(jìn)效果好。采用隨鉆擴(kuò)眼技術(shù)能夠改變井底巖石應(yīng)力狀態(tài)，有利于提高鉆井速度。通過分析得到以下認(rèn)識[3]：通過同心隨鉆擴(kuò)眼井底巖石的有限元模型和井底巖石的應(yīng)力狀態(tài)，揭示同心隨鉆擴(kuò)眼提高鉆速的機(jī)理；擴(kuò)眼臺階處巖石在地應(yīng)力和液柱壓力的共同作用下會產(chǎn)生拉伸應(yīng)力集中現(xiàn)象，巖石容易被破碎；領(lǐng)眼鉆頭到擴(kuò)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(nèi)垮塌，有利于擴(kuò)眼刀翼破巖。

2.2 鉆后擴(kuò)眼

先鉆后擴(kuò)，BHA 相對簡單，扭矩相對低且平穩(wěn)，有利作業(yè)安全；對井眼軌跡幾乎無影響；相對隨鉆擴(kuò)眼，作業(yè)環(huán)節(jié)多，建井周期長；完鉆井徑電測可使擴(kuò)眼作業(yè)更具針對性且易于判斷。

2.3 擴(kuò)眼方式的選擇

對于深部地層，從下面幾個(gè)方面對比隨鉆擴(kuò)眼和鉆后擴(kuò)眼:鉆井的復(fù)雜性：復(fù)合鹽膏層鉆進(jìn)，在鉆井過程中蹩鉆現(xiàn)象比較頻繁，如果使用隨鉆擴(kuò)眼，鉆進(jìn)過程中的扭距變化比單單使用鉆頭要大，出現(xiàn)復(fù)雜情況的可能性大大增加，同時(shí)隨鉆擴(kuò)眼的隨鉆擴(kuò)眼器尺寸一般不小于鉆頭尺寸，如果出現(xiàn)鉆具事故，處理的難度增加不少。水力學(xué)參數(shù)：隨鉆擴(kuò)眼鉆頭和隨鉆擴(kuò)眼器都需要水力冷卻和水力攜巖，要求鉆進(jìn)過程中的泵的排量比較大，井深在5000m 以上時(shí)，鉆井液的密度在2.20 以上，鉆具是復(fù)合鉆具，鉆具內(nèi)部和環(huán)空的壓耗系數(shù)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(yù)知性：地層的不可預(yù)知性比較強(qiáng)，可能出現(xiàn)井漏，井噴等復(fù)雜情況。綜上所述，確定使用隨鉆擴(kuò)眼還是鉆后擴(kuò)眼方案，要分析綜合因素。

3 結(jié)束語

通過對于復(fù)雜地質(zhì)層斷擴(kuò)孔技術(shù)進(jìn)行研究得到以下結(jié)論：

現(xiàn)有的擴(kuò)孔系列比較完整，能夠滿足復(fù)雜地質(zhì)層斷的擴(kuò)孔的需求；通過文獻(xiàn)調(diào)研結(jié)論揭示同心隨鉆擴(kuò)眼提高鉆速的機(jī)理；擴(kuò)眼臺階處巖石在地應(yīng)力和液柱壓力的共同作用下會產(chǎn)生拉伸應(yīng)力集中現(xiàn)象，巖石容易被破碎；領(lǐng)眼鉆頭到擴(kuò)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(nèi)垮塌，有利于擴(kuò)眼刀翼破巖。

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

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

[3]楊春和，殷建華.鹽巖應(yīng)力松弛效應(yīng)的研究[J]..巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，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(jì)算方法.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，1997,16(6):522-527