石油鑽井擴孔工具研究及應用研究
工程技術
作者： 付敏清 王翠霞 於向明 魏長鑫
【摘要】隨著我國經濟改革的逐漸深入，能源需求量的逐年遞增，石油產業得到了空前的發展。油氣開采技術的不斷發展完善，使得石油鑽井擴孔作業成為解決複雜深井阻卡、改良套管程序、提高固井質量以及降低鑽井成本的重要手段。本文依據鑽井擴孔技術的特點與分類，首先概述了石油鑽井擴孔工具的應用目的與意義；其次針對於國內外石油鑽井擴孔工具的應用現狀，進行簡要的對比說明,同時列舉了一係列影響擴孔作業成效的具體因素；最後，針對於目前我國在油田開采方麵的具體情況，概括了未來我國的擴孔工具研究發展方向。為相關的從業人員提供一定的技術參考。
【關鍵詞】石油；鑽孔；擴孔工具；應用研究
前言
擴孔就是指采用鑽掘手段將本已存在的孔眼原位擴大為直徑更大的孔眼的過程，這一技術最初應用於20世紀初，主要用於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、海洋深水鑽井等領域的轉移，其鑽井工程所麵對的環境日益複雜化，擴孔作業已成為解決這類難題的有效手段之一。在近幾十年研究發展下，鑽井擴孔技術取得了顯著進步。
1、石油鑽井擴孔作業的目的和意義
(1)提高石油鑽井的固井質量。一般情況下，固井的水泥環隙要求在12.7—19mm之間。水泥環隙過小，會導致水泥環過薄，容易產生裂縫，造成層間互竄，從而影響油井固井質量。
(2)擴大鹽膏層井段井眼直徑。鹽膏層蠕變縮徑可造成卡鑽和擠毀套管等,引發嚴重的鑽井事故;鹽膏層蠕變和擠壓還可造成下套管困難,固井質量差,給後期鑽井與采油作業帶來麻煩。采用井下擴孔技術,可擴大鹽膏層井段井眼直徑，從而有效避免此類事故發生。
(3)改變常規井身結構。通過擴孔可以有效減小套管柱之間的空隙，從而改變井身結構，提高鑽速，降低鑽井成本，提高鑽井的經濟效益。
2、國內外石油鑽井擴孔工具的研究現狀
20世紀初，油氣鑽井工業開始大量采用旋轉鑽井技術，為了解決由於鑽頭質量差而產生的井徑逐漸縮小的問題，鑽井界引入擴孔這一技術。最初采用以液壓驅動的伸縮臂式擴孔器，經過幾十年的研究發展，到90年代中後期，擴孔工具取得了顯著發展。今天，擴孔技術已經逐漸與其他鑽井技術相融合，形成了如套管鑽井、導向擴孔鑽井等一係列新技術。目前，擴孔工具按切削片是否可動分為固定翼擴孔器和可動翼擴孔器兩大類。其中，固定翼擴孔器主要指雙心鑽頭，由領眼鑽頭和擴眼刀翼組成。如Varel公司的一體雙心鑽頭和兩體雙心鑽頭；可動翼擴眼器通常由本體、控製機構和擴眼體三部分組成。本體多為筒形,用於容納控製機構和擴眼體並與鑽柱、鑽頭等鑽具相連；控製機構結構複雜,是擴眼器的神經中樞,用於控製擴眼體的張開和縮回;擴眼體通常是安裝有切削刃的刀翼或牙輪,用於執行破岩擴眼作業。如Smith公司的臂式擴眼器係列產品和塊式擴眼器係列產品。
國內的擴眼技術始於20世紀70年代，在經過了幾十年的發展，目前最具有代表性的主要是遼河油田、勝利油田研製的幾種擴眼器。其中遼河油田設計研發的主要是液壓驅動的臂式擴眼器；勝利油田研製的擴眼器主要是機械式的PDC隨鑽擴眼器，它是一種塊式擴眼器，采用機械力驅動。