随钻扩孔技术在西北油田的应用

摘 要：随着西北油田老井侧钻工艺的继续推广，直井侧钻已经成为老井复产、提高最终采收率的一条公认的有效途径。为了达到避水采油和保证施工安全，油田继续实践使用了随钻定向扩孔技术配合下步膨胀管施工，该技术使用国产双心钻头+进口高效螺杆，一次完成定向钻进和扩孔工作，有效地缩短施工周期，该技术的使用较以往采取定向钻进和扩孔分开施工的工艺流程节约钻井周期8天以上，同时避免了扩孔器在井下工作的安全风险。

关键词：套管开窗 侧钻 短半径 随钻扩孔 膨胀管 扩孔

一、概述

随着西北油田老井侧钻工艺的继续推广，直井侧钻已经成为老井复产、提高最终采收率的一条公认的有效途径。为了达到避水采油和保证施工安全，油田继续实践使用了随钻定向扩孔技术配合下步膨胀管施工，该技术使用国产双心钻头+进口高效螺杆，一次完成定向钻进和扩孔工作，有效地缩短施工周期，该技术的使用较以往采取定向钻进和扩孔分开施工的工艺流程节约钻井周期8天以上，同时避免了扩孔器在井下工作的安全风险。目前国内常用的钻后扩孔技术难以达到大井斜、高曲率井段的扩孔作业要求，只能在定向段进行随钻扩孔作业。

二、扩孔工具优选和工艺优化

深井定向随钻扩孔的技术难点是工具与工艺措施问题的综合反映，因此一方面要优选扩孔工具，根据扩孔工具的结构特点优化水力参数、配套动力钻具；另一方面，对施工过程中的技术措施进行优化，确保定向随钻扩孔施工的顺利完成。

1.扩孔工具的优选

1.1 双心钻头的选择

国外最新推出的CSDR系列双心扩孔钻头具有良好的力学稳定性，在多口定向井中进行扩孔作业都取得了成功。CSDR系列双心钻头已在西北油田多口φ177.8mm套管开窗侧钻井中应用，取得了理想的扩孔效果。

因此，选择CSDR双心钻头作为扩孔工具实施定向随钻扩孔。

1.2 动力钻具优选

进行双心钻头定向扩孔作业时，钻头本身存在较大的振动，要确保实现扩孔效果，对配套的动力钻具性能尤其是转速性能要求较高。国内φ120.6mm螺杆在排量为11L/s时，螺杆提供的转速只有140r/min左右，远低于双心钻头要求的170～180r/min。

国外475K4570可调式单弯螺杆钻具外径120.6mm，头数为4：5，属中高速螺杆钻具，采用7.0级结构设计，最大输出扭矩3796N・m。该螺杆钻具在压降2.75MPa，排量11L/s时，螺杆转速为180～185r/min，输出扭矩为2200N・m，能满足双心钻头定向扩孔的需求。

2.扩孔工艺的优化

深井小井眼条件下进行定向随钻扩孔作业，既要实现其扩孔效果，又要保证井眼轨迹平滑，无大的“狗腿”，以便于后期管串的顺利下入。其工艺优化主要包括配套动力钻具优选、水力参数优化和施工工艺优化。

2.1 水力参数优化

根据钻头使用说明，钻井液密度1.20kg/ L，排量11L/s时，CSDR双心钻头清洁与冷却所需要的最小钻头压降为0.7MPa。同时，钻头清洁与冷却所需的水功率大小主要与破岩体积有关，破岩体积越大，钻头清洁与冷却所需要的水功率越大。单位时间内钻头破岩体积为破岩面积与机械钻速的乘积，在机械钻速相同的情况下，破岩体积与面积成正比，因此可以根据领眼段与扩孔段的破岩面积来对定向随钻扩孔钻头的水功率进行分配。

2.2 施工工艺措施

在常规定向钻井施工技术的基础上，针对定向随钻扩孔技术的特点对其关键技术措施进行了优化：

1）打好井底造型。钻头到底前1～2m，顶通水眼，并以小参数打好这一造型段，为后面全参数定向扩孔作业打好基础，同时使领眼钻头完全吃入新地层中，发挥其扩孔效果。

2）采用控时钻进，控制钻时在40min/m左右。

3）多种措施确保工具面稳定。双心钻头震动大，工具面拨动范围大，可通过简化钻具组合、施加反扭矩、均匀送钻、勤送少送等方法，确保工具面稳定，以保证井眼轨迹的平滑。

四、现场应用

TK5-B井定向扩孔作业共实施两趟钻，作业井段5126.00～5486.00m，平均机械钻速1.32m/h，定向随钻扩孔共用时14d，较设计周期缩短20%。

针对定向随钻扩孔钻头的双心特性和小尺寸井眼钻井特点，以利于井眼轨迹控制和降低摩阻与扭矩、有效传递钻压为目标，优化钻具组合，去掉钻铤部分，造斜点以下全部采用加重钻杆。钻具组合为CSDR定向随钻扩孔钻头×0.43m+φ120.6mm1.5°可调式单弯螺杆×9.57m+φ88.9mm无磁悬挂短节×9.37m+φ88.9mm无磁承压钻杆×9.42m+φ88.9mm斜坡钻杆×144.70m+φ88.9mm加重钻杆×278.16m+φ88.9mm斜坡钻杆。

根据井眼轨迹控制要求，5128.00～5379.00m井段全部采用定向滑动钻进，5379.00～5486.00m井段全部采用复合钻进。

4.2 效果分析

定向随钻扩孔段施工井段长328m，井斜由10°增至63.90°，平均井斜变化率5.554°/30m，最大狗腿度9.258°/30m，位于5329.31.00～5357.10m处。

TK5-B井定向随钻扩孔作业段进行了四臂井径测井，定向扩孔段电测平均井径为173.99mm，其中泥岩井段平均井径为175.85mm，灰岩井段平均井径为170.82mm，达到了预期的扩孔效果。

五、结论及建议

1.通过实践，实现了深井小井眼定向随钻扩孔作业。现场试验证明，通过优选螺杆钻具、优化水眼组合和水力参数、优化施工参数、优化工具面摆放和稳定技术，深井小井眼条件下定向随钻扩孔是可行的、有优势的，可以实现井眼轨迹控制和扩孔的要求。

2.定向随钻扩孔钻头与传统双心钻头在结构上差别较大。定向随钻扩孔双心钻头实际作业时钻头和BHA的受力特性，井底流场与钻头水功率分配，及扩孔效果与钻进方式、钻速之间的关系，还需要开展进一步的理论研究和现场试验。