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1、石油钻探深井扩眼技术深井扩眼技术管下扩眼是一项不常用的技术,但随着石油工业的发展,钻井难度越来越大,特别在深井和超深井中,常会遇到狗腿、键槽和缩径等复杂情况,而且在深井钻井中要求下多层管柱,这就增加了对更耐用更可靠的管下扩眼器的需求,而以往常用的可胀开牙轮扩眼器存在着某些内在问题,如牙轮寿命短、水力参数有限及部件薄弱,导致使用效果不理想。介绍塔参一井的扩眼施工,将一种新型的扩眼器与常规扩眼器作比较,介绍其工作原理和使用方法,对新型扩眼器存在的问题作分析,总结在现场使用过程中的注意事项。塔参一井是塔里木探区第一口超深井,该井244套管下至井深5312ｍ至井深7010ｍ,是由216井眼完成
2、,裸眼井段长1798ｍ,井下垮塌掉块严重,自6958ｍ至7010ｍ有易缩径含膏白云岩,井下情况复杂,为保证钻达设计井深7500ｍ,决定提前下入套管。由于在井深7000ｍ以上的超深井中钻具传递钻压小,循环压耗大,为了能在下部井段用165钻头钻进,需下入尺寸较大的套管(193套管),从而可以选择较大尺寸的钻具,既有在加压状态下钻具结构的稳定性,又可以降低水力循环压耗,减少地面设备的承压能力。同时,从对比井径测井曲线来看,该裸眼井段共存在8处井径缩小,缩径处平均井径1778～206.3ｍｍ。因此,必须对该裸眼井段使用扩眼器进行扩眼,以保证193套管的顺利下入。常规扩眼器1、牙轮寿命2、水力参
3、数常规的井下扩眼器是在本体端部用销子固定三个臂组成,将牙轮钻头的一个牙轮牙爪焊接到臂的另一端,本体上包括一个活塞和凸轮总成,当开泵时液压力迫使凸轮向外推动臂,使牙轮压入地层,利用这种机理可使臂在预定的扩张直径处停止。一旦井眼下部被扩大到所需求的深度,停泵,使臂缩回到体内,然后通过限制井段将工具由井眼提出,牙轮寿命常规井下扩眼器牙轮寿命短的原因归结为使用牙轮钻头的牙轮,从而经常遇到这样一些问题:(1)牙轮的转速过快;(2)轴承不能承受井下扩眼的各种作用力;(3)失去保径作用;(4)切削结构不完整。1、牙轮寿命牙轮转速过大是由于使用小牙轮来扩较大直径的井眼,使用的牙轮尺寸在一定条件下应用时
4、受到的限制有①要求牙轮必须缩回到工具体的关闭位置内;②中心孔所占面积(该面积用于施加水力作用到钻头上或到达工具底端的圆头导向器上)。在下部扩眼器上使用牙轮钻头牙轮的另一个缺点是轴承设计。在全面钻进钻头使用中,内外推力载荷趋于彼此抵消,这主要是由于牙轮和地层是充分啮合的,因此,对轴承座台肩不超载。然而,在下部扩眼器中,因为井眼中心已被钻掉,内推力负荷经常是主要力量,并且只有牙轮的外缘部分在钻井眼,轴颈内球轴承座圈台肩和牙轮没有足够强度承受住巨大的内推力载荷。当牙轮连接到下部扩眼器上,要臂张开7°～10°才能达到所要求的扩眼尺寸,这引起保径面偏离井壁7°～10°,因此在下部扩眼器保径面与底
5、锥相交处只是一个很狭窄的角,狭窄的接触面使磨擦集中在某一点上,使该处井眼缩小。钻头牙轮上的切削结构由三个因素决定,即轴承设计、牙轮壳体厚度和在组装时三个牙轮必须相互啮合,用在下部扩眼器上牙轮的切削结构不能与同尺寸钻头的切削结构相比,不仅机械钻速受到影响,而且同井段所需的牙轮数也增加。常规下部扩眼器的特征是在一个外体内装进全部总成构件,三个牙轮臂总成用铰链装在工具上,并压缩在工具体铣出的槽内。臂的固定机构包括铰链销、螺丝等也是由外体支撑。为了容纳牙轮臂和其它零件,外体必须是厚壁结构,反过来就要求限制中心孔区域的大小,外体中心孔支承一个心轴或一个活塞总成,因此液流流过心轴或活塞总成的区域受
6、到限制,而且安全通过工具的最大泵流量也受到限制在工具上不安喷嘴,即使安了喷嘴,也不同于钻头喷嘴，使液流喷射到所钻的地层上,因此在牙轮表面上的清洗不足。2水力条件根据塔参一井的实际井下情况,考虑到常规扩眼器所存在的弊端,选用贝克·休斯公司ＴＲＩ.Ｓｔａｔｅ7ＭＢ251自锁式扩眼器。这种扩眼器主要由心轴、外滑套(本体)、液缸、弹性卡簧、压套橡胶密封圈、棘形凸缘体(下端带喷嘴)、切削刀、本体下部带扶正器块及可拉钻头母扣组成。贝克·休斯公司ＴＲＩ.Ｓｔａｔｅ7ＭＢ251自锁式扩眼器相对于常规的井下扩眼器所存在的问题来说,这种扩眼器将ＰＤＣ切削结构接到刀臂上,取代了较大的牙轮切削结构,同时切削结
7、构不再被嵌入大的容腔内,增加了工具体的强度和传递钻压的能力,工具本体质量的增加反过来又有利于刀臂的固定和支撑。刀臂的促动和打开后的锁紧由内压力差严格控制。促动器心轴边接到弹簧系统上,由液压操作,以打开或关闭刀臂,与其它钻井参数(钻压、扭矩、转数等)无关。内心轴促动刀臂的部位紧靠切削机构,以帮助分配管下扩眼过程中产生的侧向载荷。工具装有喷嘴,将液流引向刀臂,使刀臂直接受到流体的循环和冷却,清洗岩屑,降低扭矩,并相应增加机械钻速,延长刀臂的寿命。喷
