钻具扩大器在胜科1井岩膏层段的应用

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摘要:盐岩层在一定的温度和压力下会发生蠕变，导致井眼缩径。当起钻时由于井径缩小，钻头无法顺利通过，造成卡钻事故。由于一般使用的扶正器只有保径作用，没有切削功能，起下钻时无法切削井壁，同时由于其外径与井眼直径只相差几毫米，在易缩径的井段还增加了卡钻的可能性。根据岩膏层的特点研制的钻具扩大器增强了切削功能，具有破坏地层的能力。

关键词:岩膏层;卡钻;扩大器;应用

胜科1井钻井施工中钻遇盐膏层，如何防止井眼缩径成为一大难题。我们根据该井钻井施工情况，通过深入分析盐膏层蠕变机理，设计制作了针对胜科1井的钻具扩大器，为胜科1井顺利钻过岩膏层提供了可靠的工具保障。

一、螺旋式扩大器的设计

1、 结构

针对胜科1井设计的螺旋扩大器主要由1-本体、2-切削元件、3-保径元件组成。该工具包括本体、保径元件和切削元件组成。在螺旋或直棱带的外表面上镶焊YT硬质合金齿，在棱带旋转时与井壁首先接触的侧边铣出长方形的槽，在槽中镶焊焊YG硬质合金，在螺旋棱带的两端部也镶焊有硬质合金切削齿。螺旋棱带的分布采用全包容结构，即在旋转过程中总有切削齿和保径齿与井壁保持接触，保证扩大器能够连续切削井壁。下钻时，整体式扩大器近钻头端的切削齿切削井壁，保径齿修整井壁，同时可对钻头起到扶正作用，防止井眼偏斜。由于螺旋棱带的上端也有切削齿，起钻时，扩大器也可切削和修整井壁，同时遇阻时能够破坏键槽，保证扩大器下方较大尺寸的钻具以及钻头可以顺利通过。

2、设计优点

⑴优选的切削元件具有较好的耐磨性和韧性，增强了切削功能。经过多次试验，我们选用了更适合岩膏层段的高强度硬质YT540作为主切削元件。

⑵依据胜科1井钻遇岩膏层段时的泥浆参数对水槽的布局采用软件进行水力分析和设计，保证了流道面积和泥浆携带岩屑上返的通道，在井底复杂工况下能够发挥最大限度的清洗和冷却功能。

⑶螺旋棱带的分布采用全包容结构，保证扩大器能够连续切削井壁。

⑷起钻时整体式扩大器也可切削和修整井壁，避免了短起下划眼操作，为设计井深为7000米的胜科1井节约了大量的钻井时间。

二、直翼式扩大器的设计

由于胜科1井及其复杂的地质结构，单一的螺旋扩大器不能完全满足钻遇岩膏层时所出现的问题，集中表现在钻速提高的情况下，螺旋扩大器偶尔会出现憋钻情况。为此我们还专门设计了直翼扩大器，扩大泥浆流道面积，更好地满足了胜科1井的需求。

1、技术改进措施

⑴在主体上加工出三条直棱带，增加旋转时棱带与井壁的直线接触面积，解决了软泥岩造成的泥包问题，提高了切削效率。

⑵增加了用于倒划眼的切削部分，

⑶设计改进了刀翼上部的圆弧过渡带，能更好有效的保护套管鞋。

⑷精心设计刀翼尺寸，将本体与刀翼的尺寸进行了良好的配合，防止卡钻时套铣刀翼合金时所带来的不便。

三、实际应用及效果

1、胜科1井三开钻进过程中，使用了6只310整体式扩大器，有效防止了井眼缩径，没有发生过岩膏层钻具卡钻现象，顺利钻过盐膏层。

2、胜科1井四开钻进过程中，使用自行研制的212直翼扩大器，有效防止了井眼缩径，同时在PDC钻头卡钻事故处理时，由于刀翼与本体尺寸设计合理，打捞套铣时一次将刀翼内部本体铣掉，打捞成功。

四、认识与结论

在钻井作业中，保持井眼畅通是其中较为关键的因素之一。在易发生缩径、坍塌、卡钻地层使用扩大器能有效解决此类问题，同时由于钻具扩大器结构合理、简单，切削功能强，便于使用和维修。现场推广应用证明，螺旋扩大器和直棱扩大器能够有效解决井眼缩径问题，能够连续切削井壁，并进行倒划眼操作，节约了钻井时间和成本。在其基础上开发的系列新型工具同样效果显著。该成果能够有效解决井眼缩径问题，可以替代“100米扶正器”，而且使用效果好于扶正器。整体式扩大器能够连续切削井壁，并进行倒划眼操作，实现一机多用，节约了钻井时间和成本。在其基础上开发的系列新型工具同样效果显著。

因此，该工具具有较好的应用价值和良好的推广前景。

作者简介：

张连涛（1971-），山东垦利人，现为西安石油大学研究生，从事钻井工具的研发及钻井工程技术服务）