石油鉆井?dāng)U孔工具研究及應(yīng)用研究

前言
　　擴(kuò)孔就是指采用鉆掘手段將本已存在的孔眼原位擴(kuò)大為直徑更大的孔眼的過程，這一技術(shù)最初應(yīng)用于20世紀(jì)初，主要用于解決井眼縮頸及井壁坍塌等難題。隨著近年來石油開采向深井、高壓油氣井、海洋深水鉆井等領(lǐng)域的轉(zhuǎn)移，其鉆井工程所面對(duì)的環(huán)境日益復(fù)雜化，擴(kuò)孔作業(yè)已成為解決這類難題的有效手段之一。在近幾十年研究發(fā)展下，鉆井?dāng)U孔技術(shù)取得了顯著進(jìn)步。
　　1、石油鉆井?dāng)U孔作業(yè)的目的和意義
　　(1)提高石油鉆井的固井質(zhì)量。一般情況下，固井的水泥環(huán)隙要求在12.7―19mm之間。水泥環(huán)隙過小，會(huì)導(dǎo)致水泥環(huán)過薄，容易產(chǎn)生裂縫，造成層間互竄，從而影響油井固井質(zhì)量。
　　(2)擴(kuò)大鹽膏層井段井眼直徑。鹽膏層蠕變縮徑可造成卡鉆和擠毀套管等,引發(fā)嚴(yán)重的鉆井事故;鹽膏層蠕變和擠壓還可造成下套管困難,固井質(zhì)量差,給后期鉆井與采油作業(yè)帶來麻煩。采用井下擴(kuò)孔技術(shù),可擴(kuò)大鹽膏層井段井眼直徑，從而有效避免此類事故發(fā)生。
　　(3)改變常規(guī)井身結(jié)構(gòu)。通過擴(kuò)孔可以有效減小套管柱之間的空隙，從而改變井身結(jié)構(gòu)，提高鉆速，降低鉆井成本，提高鉆井的經(jīng)濟(jì)效益。
　　2、國內(nèi)外石油鉆井?dāng)U孔工具的研究現(xiàn)狀
　　20世紀(jì)初，油氣鉆井工業(yè)開始大量采用旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)，為了解決由于鉆頭質(zhì)量差而產(chǎn)生的井徑逐漸縮小的問題，鉆井界引入擴(kuò)孔這一技術(shù)。最初采用以液壓驅(qū)動(dòng)的伸縮臂式擴(kuò)孔器，經(jīng)過幾十年的研究發(fā)展，到90年代中后期，擴(kuò)孔工具取得了顯著發(fā)展。今天，擴(kuò)孔技術(shù)已經(jīng)逐漸與其他鉆井技術(shù)相融合，形成了如套管鉆井、導(dǎo)向擴(kuò)孔鉆井等一系列新技術(shù)。目前，擴(kuò)孔工具按切削片是否可動(dòng)分為固定翼擴(kuò)孔器和可動(dòng)翼擴(kuò)孔器兩大類。其中，固定翼擴(kuò)孔器主要指雙心鉆頭，由領(lǐng)眼鉆頭和擴(kuò)眼刀翼組成。如Varel公司的一體雙心鉆頭和兩體雙心鉆頭；可動(dòng)翼擴(kuò)眼器通常由本體、控制機(jī)構(gòu)和擴(kuò)眼體三部分組成。本體多為筒形,用于容納控制機(jī)構(gòu)和擴(kuò)眼體并與鉆柱、鉆頭等鉆具相連；控制機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,是擴(kuò)眼器的神經(jīng)中樞,用于控制擴(kuò)眼體的張開和縮回;擴(kuò)眼體通常是安裝有切削刃的刀翼或牙輪,用于執(zhí)行破巖擴(kuò)眼作業(yè)。如Smith公司的臂式擴(kuò)眼器系列產(chǎn)品和塊式擴(kuò)眼器系列產(chǎn)品。
　　國內(nèi)的擴(kuò)眼技術(shù)始于20世紀(jì)70年代，在經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，目前最具有代表性的主要是遼河油田、勝利油田研制的幾種擴(kuò)眼器。其中遼河油田設(shè)計(jì)研發(fā)的主要是液壓驅(qū)動(dòng)的臂式擴(kuò)眼器；勝利油田研制的擴(kuò)眼器主要是機(jī)械式的PDC隨鉆擴(kuò)眼器，它是一種塊式擴(kuò)眼器，采用機(jī)械力驅(qū)動(dòng)。
　　3、影響擴(kuò)孔工具的主要因素
　　石油鉆井?dāng)U孔作業(yè)的成熟發(fā)展為鉆井業(yè)做出了突出貢獻(xiàn)，但作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程，其作業(yè)的成敗也受一系列系統(tǒng)因素影響。其主要表現(xiàn)在：
　　（1）地質(zhì)特性。不同的地質(zhì)特性直接影響到作業(yè)的安全、速度和質(zhì)量。擴(kuò)孔作業(yè)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體的地層巖性采取相應(yīng)的措施，從而保證擴(kuò)孔作業(yè)的高效完成。
　?。?）作業(yè)前期施工情況。在進(jìn)行擴(kuò)孔作業(yè)前，應(yīng)充分了解鉆井前期的施工情況，重點(diǎn)了解鉆井鉆頭的使用情況，是否有井塌、卡鉆等一系列問題出現(xiàn)。
　　（3）井眼的穩(wěn)定性。有些油井存在井塌落石的情況，這時(shí)應(yīng)當(dāng)提高泥漿的切力以及相關(guān)性能來滿足攜巖和懸?guī)r的要求，應(yīng)注意防止卡鉆現(xiàn)象出現(xiàn)。
　?。?）井眼軌跡。井眼軌跡也是影響擴(kuò)孔作業(yè)的重要因素之一，他不僅影響井下工作狀態(tài)的穩(wěn)定性，而且直接影響擴(kuò)孔參數(shù)、擴(kuò)孔組合以及技術(shù)措施的設(shè)定實(shí)施。
　?。?）鉆井液性能。鉆井液性能主要由鉆井的實(shí)際情況決定，其性能的優(yōu)良直接關(guān)系到擴(kuò)孔作業(yè)的成敗。
　　4、未來國內(nèi)石油鉆井?dāng)U孔工具的研究方向
　　由于我國石油產(chǎn)業(yè)起步較晚，開采技術(shù)落后于西方發(fā)達(dá)國家，加之早期國內(nèi)需求不足，鉆井?dāng)U孔技術(shù)得不到有關(guān)部門的足夠重視，人力物力投入較少，發(fā)展緩慢。隨著近年來我國油氣需求量的逐年遞增，國內(nèi)的大部分油田已進(jìn)入開采的中后期，開采難度加劇，為擴(kuò)孔技術(shù)的研究開發(fā)提供了動(dòng)力。未來，針對(duì)于我國一些老油田以及深層油田開采，相應(yīng)的擴(kuò)孔技術(shù)將具有良好的研發(fā)應(yīng)用前景，應(yīng)引起相關(guān)的科研人員以及開采的現(xiàn)場工作者的重視。
　　結(jié)論
　?。?）石油鉆井?dāng)U孔技術(shù)具有十分廣闊的應(yīng)用前景，隨著我國石油需求量的逐年遞增，石油鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，擴(kuò)孔技術(shù)的研制與應(yīng)用將日益重要。
　?。?）國內(nèi)擴(kuò)孔技術(shù)起步晚，技術(shù)落后。目前應(yīng)用的擴(kuò)孔技術(shù)與西方發(fā)達(dá)國家相比仍有較大差距。
　?。?）我國擴(kuò)孔鉆井工具要想擺脫國外的技術(shù)壟斷，形成具有競爭的產(chǎn)品，須借鑒國外的先進(jìn)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，加大人力物力的研發(fā)投入，同時(shí)借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，逐漸縮小與西方國家的差距。