易缩径地层的随钻井眼修复工具及修复方法与流程

1.本发明涉及一种井眼修复工具，尤其涉及一种易缩径地层的随钻井眼修复工具，本发明还涉及一种易缩径地层的随钻井眼修复方法，属于随钻井眼修复技术领域。


背景技术：

2.目前各油田甲方为节约工程投资、达到降本要求，简化施工井井身结构，减少表层套管或技术套管的下入深度，长裸眼井数量逐年增加。上部未能用套管封固具有膨胀性的泥岩地层和具有蠕变性的软泥岩地层，极易水化膨胀，出现缩径现象，导致起钻挂卡、下钻遇阻的复杂时有发生，甚至出现划出新井眼、卡钻等事故，造成严重的经济损失。
3.在施工过程中存在如下问题：1、上部地层一般都采用水基钻井液施工，加剧了泥岩的水化膨胀速度，缩径几率大大增加，为抑制缩径，一般都是采用提高钻井液密度的方法，不但增加了材料成本，而且高密度可能会压漏软泥岩地层，加剧复杂。
4.2、现有预防缩径措施主要是采用勤搞短起下方式修复井壁，部分易缩径地层甚至采用“打一退二”钻井方式，大大增加了施工周期。一旦通划技术措施执行不到位，极易发生划出新井眼或者卡钻事故。
5.3、部分施工队伍采用大尺寸钻头对缩径地层进行施工，以钻出大于标准井眼尺寸来对抗地层缩径，当钻至稳定地层后再起钻更换标准尺寸钻头继续施工，不但增加了钻头费用及起下钻次数，而且井筒变成了复式结构井眼，岩屑很容易堆积在大小井眼台阶，造成下钻、电测及下套管时在台阶位置遇阻。


技术实现要素：

6.本发明的首要目的在于，提供一种易缩径地层的随钻井眼修复工具，可解决长裸眼井中未能下套管封固易缩径地层带来的钻井成本、施工周期及复杂故障率持续增长的问题。
7.为实现上述目的，本发明的一种易缩径地层的随钻井眼修复工具，包括pdc钻头，所述pdc钻头上方自下而上依次旋接有单弯螺杆钻具、通井划眼器、无磁钻铤、螺旋钻铤、加重钻杆、偏心扩眼器和钻杆，所述加重钻杆包括相互旋接的多根且靠下一根加重钻杆的上方旋接有随钻震击器，所述pdc钻头为五刀翼防泥包钻头；所述偏心扩眼器的外壁设有扩眼上刀翼和扩眼下刀翼，所述扩眼上刀翼和扩眼下刀翼的倾斜方向相反且刀翼的高度不相等，所述扩眼上刀翼和扩眼下刀翼在各自的圆周上分别均匀设有多个且迎面均设有扩眼切削齿；所述无磁钻铤中安装有随钻测斜仪。
8.进一步的，所述pdc钻头的五个钻头刀翼在钻头冠外弧面上均匀分布，相邻钻头刀翼之间分别设有翼间水眼，钻头冠的底部中心区域另设有一对中心水眼，其中两个钻头刀翼的内端头分别延伸至两中心水眼之间；各钻头刀翼的迎面分别设有多个主切削齿，各主切削齿的后排分别设有弧形头合金齿。
9.进一步的，各钻头刀翼的顶部分别通过弧形凸面与钻头本体相连，所述弧形凸面
上分布有上划眼齿。
10.进一步的，所述通井划眼器包括柱体，沿柱体轴线设有柱体中心孔，所述柱体中段外壁均匀设有多个螺旋刀翼，各螺旋刀翼的扶正棱上分别嵌有多颗硬质合金柱，所述螺旋刀翼的上下两端分别通过锥度坡面与柱体相连，相邻螺旋刀翼之间分别设有螺旋过流槽，各螺旋过流槽的上部分别设有向上喷射的上喷射孔，各螺旋刀翼及锥度坡面的迎面分别嵌有多颗三棱切削齿，上、下锥度坡面背面的边沿分别嵌有多颗锥形切削齿。
11.本发明的另一个目的在于，提供一种易缩径地层的随钻井眼修复方法，可解决长裸眼井中未能下套管封固易缩径地层带来的钻井成本、施工周期及复杂故障率持续增长的问题。
12.为实现上述目的，本发明的一种易缩径地层的随钻井眼修复方法，采用权利要求1至4中任一项所述易缩径地层的随钻井眼修复工具，下钻过程中匀速下放，裸眼段内每200米顶通钻井液一次，破坏钻井液切力，开泵层位选择在井眼稳定的部位，采用小排量顶通水眼；进入缩径井段，遇阻20kn开始划眼，划眼至畅通无阻后继续下钻；下钻通井到底后先探沉沙，再以小排量顶通，循环正常后，将排量提至正常钻进排量，将井筒内岩屑清除干净。
13.进一步的，ф311.1mm井眼的钻进参数为：钻压60～120kn，转速60r/min，排量50～55l/s；ф215.9mm井眼的钻进参数为：钻压40～100kn，转速60r/min，排量32～34l/s。
14.进一步的，所述钻井液所用原料的组分及其重量含量为，水：1000份，钠基膨润土：3～5份，复合金属离子pmha-ii：0.2份，乳液聚合物包被剂coater：0.1份，kcl：5～7份，聚胺抑制剂pair：0.2份，低黏聚阴离子纤维pac-lv：1份，改性沥青ft-342：2份，阳离子沥青胶乳：2份，磺酸盐共聚物降滤失剂dps-2：1份，微纳米封堵剂：1份，双亲承压堵漏剂：0.5份，极压润滑剂lub：2～3份，超细碳酸钙qs-4：2份，加入重晶石将钻井液密度调整至1.25～1.35g/cm
³
。
15.相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：1、可以解决长裸眼井中未能下套管封固易缩径地层带来的钻井成本、施工周期及复杂故障率持续增长等问题，能够有效防止缩径，可大幅度减少短起下次数及因缩径导致的复杂故障率，从而缩短施工周期，达到提速提效目的。
16.2、采用高效pdc钻头施工，提高上部地层机械钻速，缩短易缩径地层浸泡时间。五刀翼防泥包七水眼钻头可以降低钻头扭矩，减少崩齿概率，提高钻头的攻击性，减少泥包发生。各钻头刀翼顶部的弧形凸面使上方掉落物不容易堆积，弧形凸面上设置上划眼齿可以对掉落物进行破碎，防止上提时遇阻。
17.3、偏心扩眼器上下设置两组反向刀翼，且刀翼的高度不同，达到偏心的目的；在刀翼迎面处有切削齿，使得旋转时在偏心的作用下，可产生比实际通径大的井眼，从而实现对缩径地层的实时扩眼，并且正划和倒划均能切削井壁，防止缩径。偏心扩眼器的结构简单，无活动部件，无压耗，成本低、使用寿命长。
18.4、通井划眼器的划眼稳定性好、垮塌物易通过，井壁修复能力好，增加上喷射孔，提高倒划眼效果及通井质量。对存在缩径、台阶、垮塌井段井壁进行修复，提高井眼清洗效果，改善井身质量，且划眼时扭矩小，减少对钻具损害，降低井下钻具事故风险。
附图说明
19.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本发明。
20.图1为本发明易缩径地层的随钻井眼修复工具的结构示意图；图2为本发明中通井划眼器的主视图；图3为通井划眼器中螺旋刀翼的截面图；图4为本发明中偏心扩眼器的主视图；图5为本发明中pdc钻头的主视图；图6为图5的仰视图。
21.图中：a.pdc钻头；b.单弯螺杆钻具；c.通井划眼器；d.无磁钻铤；e.螺旋钻铤；f.加重钻杆；g.随钻震击器；h.偏心扩眼器；j.钻杆；1.柱体；1a.锥形母螺纹；1b.柱体中心孔；1c.锥形公螺纹；2.螺旋刀翼；3.锥度坡面；3a.第一坡面；3b.第二坡面；4.硬质合金柱；5.三棱切削齿；6.锥形切削齿；7.螺旋过流槽；8.上喷射孔；9.扩眼上刀翼；10.扩眼下刀翼；11.扩眼切削齿；12.钻头刀翼；13.翼间水眼；14.中心水眼；15.主切削齿；16.弧形头合金齿；17.弧形凸面；18.上划眼齿。
具体实施方式
22.在本发明的以下描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置必须具有特定的方位。
23.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
24.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。
25.如图1所示，本发明的随钻井眼修复工具串用于易缩径地层，自下而上依次旋接有pdc钻头a、单弯螺杆钻具b、通井划眼器c、无磁钻铤d、螺旋钻铤e、加重钻杆f、偏心扩眼器h和钻杆j，加重钻杆f包括相互旋接的多根且靠下一根加重钻杆f的上方旋接有随钻震击器g，无磁钻铤d中安装有随钻测斜仪。不改变原有钻井工艺、不占用额外时间，用于易缩径井段，可有效抑制上部泥岩地层缩径，解决起下钻阻卡严重问题，防止出现划出新井眼、卡钻等事故。对扭矩及环空返速影响小，可以实现在钻进过程中实现对易缩径地层进行实时扩眼，不需要专门下入大尺寸钻头钻易缩径地层，也不需要频繁的短起下修复易缩径段井壁，减少了起下钻次数，节约了施工周期，同时采用高效pdc钻头a，机械钻速快，进一步缩短了施工周期。
26.如图2、图3所示，通井划眼器c包括柱体1，沿柱体轴线设有柱体中心孔1b，柱体1的上端设有锥形母螺纹1a，柱体1的下端设有锥形公螺纹1c，柱体中段外壁均匀设有多个螺旋刀翼2，螺旋刀翼2均匀分布有三个，均为右旋且缠绕角为270
°‑
360
°
，以利于钻具旋转和岩屑返出，有利于提高钻井液循环效率。螺旋刀翼2与柱体1为一体式结构，安全可靠，耐久性高。
27.各螺旋刀翼2的扶正棱上分别嵌有多颗硬质合金柱4，螺旋刀翼2的上下两端分别通过锥度坡面3与柱体1相连。硬质合金柱4的出露高度为4mm，各硬质合金柱4的顶部设有圆弧形坡面，各圆弧形坡面的底部直径为2mm，坡度角为30
°‑
45
°
。圆弧形坡面构造使硬质合金柱4与硬地层为线平滑接触，划眼时扭矩较小；所布置齿均采用低温钎焊方式，增强稳定性。
28.螺旋刀翼2本体上下两侧与钻具体接触的锥度角部位均设计为两段制弧形构造，即锥度坡面3靠近柱体1的为第一坡面3a，靠近螺旋刀翼2的为第二坡面3b，二个坡面间弧形过渡。第一坡面3a远离螺旋刀翼2的起点与柱体外表面之间的夹角分别为30
°
，第二坡面3b起点与柱体轴线之间的夹角分别为20
°
，较小的倒角面角度使垮塌物不容易在坡面上堆积，也减小了卡钻的风险。
29.相邻螺旋刀翼2之间分别设有螺旋过流槽7，为提高划眼器倒划眼携砂效果，各螺旋过流槽7的上部分别设有向上喷射的上喷射孔8，上喷射孔8的外端口向上倾斜，上喷射孔8的轴线与柱体轴线之间的夹角为45
°
。上喷射孔8可以依据具体的井下情况安装不同尺寸的喷嘴，以达到不同的水马力要求。正划眼时可以阻止上部岩屑沉降，倒划眼时上喷射孔8可以对上返的岩屑进行二次加速，增加岩屑运移的能量，保证岩屑运移效果，最大限度保证井眼净化效果，防止出现泥包，保证通井质量。
30.各螺旋刀翼2及锥度坡面3的迎面分别嵌有多颗三棱切削齿5，间隔10cm布置一颗三棱切削齿5，以提高横向研磨及切削效果。
31.上、下锥度坡面3背面的边沿分别嵌有多颗锥形切削齿6，以提高弧面的稳定性。螺旋刀翼2两侧采用攻击性及抗冲击性较强的三棱切削齿5和锥形切削齿6，均为pdc切削齿，减少崩齿概率，提高划眼器的破岩效率及使用寿命。
32.硬质合金柱4在各螺旋刀翼2的外壁设有一排或两排以上，通常交叉分布两排，每排硬质合金柱4沿螺旋刀翼2的螺旋线均匀排列。
33.螺旋刀翼2本体外径尺寸设计为欠尺寸，其中当井筒直径≤8
½
英寸时，螺旋刀翼2的本体外径为井筒直径减去1/16英寸；当井筒直径》8
½
英寸时，螺旋刀翼2的本体外径为井筒直径减去1/8英寸或1/16英寸；螺旋刀翼2的宽度为40-50mm，以保证岩屑顺利通过排屑槽。
34.在遇到规则井眼时，螺旋刀翼扶正棱上的硬质合金柱4首先接触井壁，对井壁存在的微小突起、岩屑床等进行修刮，提高井眼质量；在遇到不规则井壁时，螺旋刀翼迎面上的三棱切削齿5先接触井壁进行修复，硬质合金柱4对井壁进行二次修复，尽量减少对井壁泥饼的破坏，维持井眼稳定性。
35.在遇到井下垮塌物时，井下垮塌物首先是落到螺旋刀翼末端坡面位置，通过上提、下放或正反转钻具，螺旋刀翼本体上的pdc切削齿及坡面上的pdc切削齿对垮塌物进行切削破碎，避免大块垮塌物堆积造成卡钻，避免上提时卡死钻头，解决井下垮塌造成卡钻的难题。同时还能清洁堆积岩屑床，改善井眼质量，大大降低了卡钻事故的发生。
36.如图4所示，偏心扩眼器h的外壁设有扩眼上刀翼9和扩眼下刀翼10，扩眼上刀翼9和扩眼下刀翼10的倾斜方向相反，扩眼上刀翼9和扩眼下刀翼10在各自的圆周上分别均匀设有多个且迎面均设有扩眼切削齿11。
37.偏心扩眼器h采用上下两组上下反方向的螺旋切削刀翼，可实现边钻边扩出比钻头理论直径略微大一些的井眼，上下两组切削刀翼可实现正常钻进过程中的常规正划眼和
起钻过程中的倒划眼。可消除井下微狗腿，在下套管之前或下入膨胀封隔器之前，不需要专门下入扩眼工具进行钻后扩眼作业，有利于测井仪器进出井眼，提高电测一次成功率。
38.扩眼上刀翼9和扩眼下刀翼10的高度不相等，实现微偏心，可以在钻进过程中将井眼进行微扩，而在滑动钻进期间，又不影响工具顺利穿过钻头形成的井眼，从而减少下钻遇阻划眼，起钻拔活塞。
39.偏心扩眼器h的上、下两端为标准的411
×
410钻杆扣，长度仅1m，接在一根钻杆立柱中，对多数井架而言不影响立柱摆放和二层台操作；如图5、图6所示，pdc钻头a为五刀翼防泥包钻头，五个钻头刀翼12在钻头冠外弧面上均匀分布，相邻钻头刀翼12之间分别设有翼间水眼13，钻头冠的底部中心区域另设有一对中心水眼14，七个水眼及其喷嘴有利于最大限度冲洗冷却钻头，带动岩屑快速冲离井底，防止岩屑在井底堆积重复切削造成钻头损伤。其中两个钻头刀翼12的内端头分别延伸至两中心水眼14之间；各钻头刀翼12的迎面分别设有多个主切削齿15，各主切削齿15的后排分别设有弧形头合金齿16。
40.各钻头刀翼12的顶部分别通过弧形凸面17与钻头本体相连，上方掉落物不容易堆积在弧形凸面17上形成卡滞。弧形凸面17上分布有上划眼齿18，可以对掉落物进行破碎，防止上提时遇阻。
41.下钻操作：本工具串在下钻过程中匀速下放，裸眼段内每200米顶通钻井液一次，破坏钻井液切力，开泵层位选择在井眼稳定的部位，采用小排量顶通水眼；进入缩径井段，遇阻20kn开始划眼，划眼至畅通无阻后方可继续下钻；下钻通井到底后先探沉沙，再以小排量顶通，循环正常后，将排量提至正常钻进排量，调整好钻井液性能，将井筒内岩屑清除干净。
42.钻井液所用原料的组分及其重量含量如下：水1000份，钠基膨润土：3～5份，复合金属离子pmha-ii：0.2份，乳液聚合物包被剂coater：0.1份，kcl：5～7份，聚胺抑制剂pair：0.2份，低黏聚阴离子纤维pac-lv：1份，改性沥青ft-342：2份，阳离子沥青胶乳：2份，磺酸盐共聚物降滤失剂dps-2：1份，微纳米封堵剂：1份，双亲承压堵漏剂：0.5份，极压润滑剂lub：2～3份，超细碳酸钙qs-4：2份，加入重晶石将钻井液密度调整至1.25～1.35g/cm
³
。
43.该钻井液体系综合性能评价实验见表1：表1
从表1中数据可以看出，1、老化前后钻井液粘切、流变性变化不大，本体系具有良好抗温稳定性，且老化前后无重晶石沉降，本体系悬浮性能良好。
44.2、本体系常温中压滤失量为3.4ml，经热滚120℃老化16h后钻井液的中压滤失量为3.8ml，高温高压滤失量为10ml，说明钻井液体系中压滤失量和高温高压滤失量性能好，能够满足易缩径井段施工要求。
45.3、本体系室温状态下润滑系数小于0.1，在120℃热滚16小时后，润滑系数略有降低，润滑性能更优。
46.4、采取江苏地区阜宁组泥岩岩岩心进行钻井液的抑制性评价。岩心在清水中的膨胀性较高，8h膨胀率为5.57%，而氯化钾聚胺钻井液8h膨胀率仅为0.46%，抑制性大大提高，氯化钾聚胺钻井液提高了对岩心的抑制分散作用。
47.采用低粘切强抑制聚胺钻井液体系从强抑制、低粘切入手，利用聚合物与聚胺抑制剂复配，对大小分子抑制剂定量控制，切实提高抑制性能，预防泥岩地层的水化分散，确保起下钻顺畅。
48.钻井液体系中所用原料的厂家及性能参数要求见表2：表2
钻进操作：ф311.1mm井眼推荐参数为钻压：60～120kn；转速：60r/min；排量：50～55l/s；ф215.9mm井眼推荐参数为钻压40～100kn；转速60r/min；排量32～34l/s；钻进过程中经常活动钻具，观察各钻井参数和岩屑返出情况，确认好井眼状况。
49.起钻操作：(1)起钻前循环处理好钻井液，将井筒内岩屑清除干净；(2)起钻中如在缩径井段遇阻卡，寸提倒划，将井下情况处理正常后，再下钻到底，循环处理钻井液；(3)加强坐岗。每起3柱钻杆或1柱钻铤灌满钻井液一次，防止出现拔活塞现象。
50.钻井液维护处理：(1)钻进过程中采用细水长流的方式及时补充抑大分子类抑制剂，保证钻井液具有良好的抑制性，能有效的抑制泥岩造浆；(2)保证主聚物的含量，配合乳液包被剂和降滤失剂，增强钻井液的抑制性能；(3)施工过程中保证固控设备正常运转。震动筛的使用率不低于100%，双除使用率不低于80%，离心机使用率不低于40%。
51.在真11-13井、沙7-46井等12口井进行了应用，上部泥岩地层缩径得到有效改善，平均井径扩大率9.99%，一只钻头完成一开次施工，平均机械钻速较邻井提高34%，钻井液维护使用成本较邻井降低29.4%。
52.实施例1：真11-13井真11-13井完钻井深2506m，邻井一般短起下5次，本井采用随钻井眼修复，至完钻只进行2次短起下，电测一次成功，井径扩大率较邻井的3.21%增加到9.72%。且钻头单趟进尺达2154m，平均机械钻速比邻井相同地层井段提高26.9%。钻井液维护使用成本较邻井降
低23.1%。
53.实施例2：沙7-46井沙7-46井完钻井深2426m，邻井一般短起下4次，本井采用随钻井眼修复，至完钻只进行1次短起下，电测一次成功，井径扩大率较邻井的2.17%增加到8.72%。且钻头单趟进尺达2026m，平均机械钻速比邻井相同地层井段提高31%。钻井液维护使用成本较邻井降低26.4%。
54.实施例3：沙20-89井沙20-89井完钻井深2412m，邻井一般短起下4次，本井采用随钻井眼修复，至完钻只进行1次短起下，电测一次成功，井径扩大率较邻井的3.27%增加到10.72%。且钻头单趟进尺达2170m，平均机械钻速比邻井相同地层井段提高29%。钻井液维护使用成本较邻井降低30.5%。
55.实施例4：闵28-16井闵28-16井完钻井深1906m，邻井一般短起下至少3次，本井采用随钻井眼修复，只在823.5m进行了一次短起下，起钻顺利，电测一次成功，井径扩大率较邻井的-1.12%增加到8%。且钻头单趟进尺达1687m，平均机械钻速比邻井相同地层井段提高32%。钻井液维护使用成本较邻井降低19.4%。
56.实施例5：马46-01斜井马46-01斜井完钻井深1767m，邻井一般需要短起下至少3次，本井采用随钻井眼修复，只在823.5m进行了一次短起下，起钻顺利，电测一次成功，井径扩大率较邻井的-1.12%增加到8%。且钻头单趟进尺达1682m，平均机械钻速比邻井相同地层井段提高48%。钻井液维护使用成本较邻井降低22.3%。
57.实施例6：韦2-133井韦2-133井完钻井深1697m，邻井一般需要短起下3次，本井采用随钻井眼修复，至完钻只进行1次短起下，钻井周期仅3.75天，电测一次成功，井径扩大率较邻井的2.13%增加到12%。且钻头单趟进尺达1517m，平均机械钻速比邻井相同地层井段提高35%。钻井液维护使用成本较邻井降低18.6%。
58.以上所述仅为本发明之较佳可行实施例而已，显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，非因此局限本发明的专利保护范围，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制。