胜利液力扩眼器在超深井克深19的应用与认识

宁仁磊

（中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院，山东 东营257000）

1 引言

克深19 井是中石油塔里木油田部署在塔里木盆地库车坳陷克深区带克深19 构造的一口预探井，位于新疆维吾尔自治区拜城县城东北约16.1km，南距拜城－阿克苏公路约14.4km，钻探目的是探索克深19 号构造含油气性，扩大克深区带油气勘探成果；获取钻井地质资料，为该区地震速度场研究、圈闭精细描述提供参数和依据；了解白垩系巴什基奇克组储层纵横向变化情况。克深19 井设计完钻井深7620m，实际井身结构发生了很大变化，目的层加深，对扩眼作业施工提出了更高的要求。为保证四开套管能够顺利下到位，固井质量能够得到有效保证，要求对φ215.9mm 的四开井眼进行扩眼作业。

克深19 井使用YK216-280 型液压扩眼器在井段7412～7460m、7587～7640m、7797～7855m 共进行2 趟次扩孔作业，扩孔总进尺334m，平均扩孔速度3.11m/h，四开套管能够一次性下到位，工具起出后的新度仍然达到85%以上。

2 施工工具

2.1 工具结构和工作原理

克深19 井选用YK216-280 型扩眼器，该工具的结构组成包括上接头、本体、活塞总成、弹簧、刀翼等。扩眼器工作原理为：当扩眼器下钻到设计扩眼井深时，先启动转盘（或顶驱），再启动钻井泵，钻井液在通过活塞上的喷嘴时，产生压力降，活塞上的承压面在压差的作用下向下运动；活塞压缩弹簧，活塞下端推动刀翼，刀翼外张；刀翼上的PDC 齿开始旋转切削地层，当活塞向下运动到最底端时，刀翼向外张开到极限位置，定点旋转循环，造台阶作业完成后，钻压缓慢增加，开始进行扩眼钻进作业；当扩眼作业完成时，停止钻井泵，弹簧作用，活塞开始复位，此时刀翼收缩到本体内。

2.2 工具主要特点

①YK216-280 型扩眼器采用的结构是液力活塞式，钻井液流经喷嘴产生的压力降，推动活塞，活塞下行，推动刀翼张开。

②扩眼器刀翼采用的结构是三角形，在超深井施工中能够有效切削超硬地层。

③扩眼器刀翼在外张过程中为避免造成不必要的磨损，采用PDC 复合片切削刃，同时加密了保径齿[1]。

④对密封元件和水力元件的结构设计、材料选择等都提出了更高的要求，否则容易造成扩眼失败。

⑤为方便装配专用的领眼引鞋、钻头，下部设计了连接螺纹，方便有效。

⑥设计钻井液流道和壳体保径，独特的钻井液冲管可保证钻井液全部从钻头处循环，不会发生从刀翼处泄露。

⑦结构合理，刀翼可以灵活装配更换，可以扩出较大尺寸的井眼。

3 现场施工

3.1 施工难点及相应措施

3.1.1 施工难点

①扩眼井段埋藏深，井下温度高，使用油基钻井液密度大、循环压力大，对扩眼器密封元件的寿命造成严重影响，同时对工具的综合性能提出了更高的要求。

②扩眼地层是古近系的库姆格列木群，该井在正常钻进时发生过井漏，实际排量达不到工具理论设计工作排量，扩眼效果可能达不到理想效果，同时扩眼过程中容易出现井漏、井喷等复杂井下情况，作业风险大。

③沿程循环压力增大，循环设备的负荷变大，严重限制了扩眼器的流量选择。

④克深19 井扩眼井段含有较多的泥岩夹层，地层可钻性非常差，扩眼速度受到严重制约。

3.1.2 应对技术措施

结合克深19 井存在的施工难点，在确保工具工作稳定性、钻柱安全、岩屑的悬浮与有效携带的前提下，避免井漏、井涌等复杂情况的发生，采取了下列技术措施：

①现场施工中采用低钻压、低转速；

②适当提高钻井液的初/终切力；

③扩眼作业扭矩要小于钻具空转扭矩的200%为宜；

④对于液面变化，全程利用录井系统进行监测；

⑤工具采用抗超高温的密封元件；

⑥要求司钻精细操作，能够及时判断与处置井下发生的憋、跳、扭、卡等异常情况；

⑦在井下条件许可的前提下，采用尽可能高的排量，保证工具的正常工作；

⑧施工过程如遇设备损坏、井漏等复杂情况不能继续施工，应立即起钻，实施维修、堵漏等，待一切正常后，方可下钻继续扩眼作业[2]。

3.2 作业过程

克深19 井采用的扩眼钻具组合为：φ215.9mm 牙轮钻头+YK216-280 扩眼器+转换接头+φ177.8mm 钻铤×9 根+上部钻具。

施工参数：钻压0～30kN，排量17～23L/s，转速40～60r/min。

扩眼器入井前，先在井口对工具进行测试。顶驱与扩眼器连接后放入井口，缓慢开泵，3 个刀片能够顺利外张到最大位置，此时记录刀翼打开前后泵压的变化值，停泵，观察刀翼能否回收正常，如不能正常回收，需要更换工具，重新试验工具，待工具正常后方可入井。

扩眼作业时，应进行造台阶作业，工具下钻至设计井深7412m，缓慢转动转盘（20r/min），正常旋转钻柱后（3～5min）转速升至50r/min，开启钻井泵；此时，不要下放钻具，待3 个刀翼张开完全后，开始造台阶作业，整个过程至少需要60 分钟，甚至更多；台阶造好后，开始缓慢加压，如能加上钻压，说明造台阶成功，方可进行后续扩孔作业；每扩完一个立柱后，需至少对新扩井眼划眼2 次，然后再接立柱，然后重复上述操作。扩眼至设计井深7855m 后，大排量循环钻井液，将井底循环干净后方可起钻。在起钻到大小井眼交界处和套管鞋处，应缓慢上提钻具，防止刀翼未收缩造成卡钻，没有过提显示，工具起出后，刀片磨损正常。

3.3 施工效果

克深19 井扩眼作业安全、高效、顺利，全程无憋、跳、阻、卡等现象，起下钻顺利，扩眼器安全可靠，刀翼收缩、张开正常。扩眼过程中，始终维持在20 kN 左右的钻压；加大钻压对顶驱扭矩影响不大；扩眼器工作稳定，扭矩低且平稳；刀片张开和收缩正常，起下钻期间未出现卡阻情况，在上部未扩的小井眼段和套管鞋处未出现任何挂卡显示。第一趟扩眼结束后，使用双扶通井，在个别井段遇阻80kN 左右，在第二趟扩眼时，对这些井段进行重点复扩。后续下套管作业一次性成功下到位，固井质量合格，创国内8-1/2"井眼扩孔最深记录。

4 结论

①YK216-280 型液力扩眼器结构合理，现场使用简单可靠、性能稳定，完全能够满足超深井作业要求。

②在超深井扩眼作业中，现场施工需要充分考虑工具、钻柱、机泵极限许可使用条件、钻井液性能、井下安全等多种因素以及它们之间的制约关系，选出最佳施工方案。

③在容易发生井漏的区域进行扩眼作业时，要密切关注钻井液液面变化，如遇异常情况，立即起钻处理，禁止使用扩眼器进行循环堵漏，避免造成复杂井下情况。