科钻全面钻进及扩孔钻进方案

 从钻孔方案和施工程序可知，主孔上部井段和小井眼回填纠斜井段实施全面钻进，其他井段则先用Φ156mm钻头取心，必要时再进行扩孔钻进。全面钻进和扩孔钻进均采用石油钻井技术。
 
  对于主孔上部大直径非取心井段，也采用分级扩孔技术。原因是：在坚硬、易斜的地层中直接用大直径钻头钻进，不仅钻速低，防斜效果差，一旦井斜后难以纠正，而且纠斜成本高，综合效益差。因此多采用常规尺寸钻头开孔，再分级扩孔至设计口径的工艺技术。国外大陆科学钻探也多采用该技术。
 
  1．钻柱。
 
  全面钻进和扩孑L钻进可能使用的钻柱主要有两种：Φ89mm和Φ127mm石油钻柱。进行钻柱设计主要考虑以下问题：①钻杆要满足抗拉和抗扭强度要求，其中，Φ89mm钻柱强度要满足Φl56mm井眼5000m深度的纠斜施工要求；Φ127mm钻柱强度要满足Φ200mm井眼4500m深度的扩孔要求。②钻铤数量满足施加钻压要求；钻铤尺寸要考虑防斜、纠斜及卡钻后的套铣作业。③下部钻具组合设计要满足防斜及纠斜要求。④针对本孔钻探施工，选择钻柱时要考虑钻柱与孔壁之间的间隙及钻具内径，减少钻井液循环阻力和起下钻造成的波动压力。⑤考虑科学钻探的周期性(3～5年)，选择的钻柱接头外表面及公母螺纹要耐磨损、密封性能好、承压能力高，减少钻具事故和套管事故的发生。
 
  2．钻具组合。
 
  1)全面钻进钻具组合设计。
 
  由于地层倾角在30。以上，岩层各向异性差别大，坚硬的岩石中又含云母，使得钻进中极易产生井斜。因此，在主孔上部全面钻进钻具组合设计时主要考虑两个问题：①防斜、纠斜；②提高机械钻速。
 
  采用石油钻井中的刚性满限钻具和德国KTB使用的VDS垂钻系统进行防斜。其中，满眼钻具选用了Φ203. 2mm粗钻铤和4个稳定器，用增加满眼钻具的刚性来达到增加钻具稳斜（防斜）的效果。为提高硬地层破岩效率，提高机械钻速，尽量使用液动锤（冲击器）。另外，稳定器以上钻铤外径的选择要满足卡钻后的套铣作业，钻铤长度依据使用的最大钻压确定。VDS垂钻系统可以有效防斜，主孔上部井段使用VDS垂钻系统作为主力防斜、纠斜工具，使用钟摆钻具和动力钻具十弯接头钻具作为主孔上部井段的辅助纠斜工具。
 
  钟摆钻具采用先进的双稳定器钟摆钻具十液动锤结构。该钻具采用Φ203. 2mm粗钻铤以增大钟摆力和纠斜效果，采用液动锤达到降低钻压和提高钻速及纠斜的目的。另外，稳定器以上钻铤外径的选择要满足卡钻后的套铣作业，钻铤长度依据使用的最大钻压确定。
 
  在Φ156mm井眼回填纠斜时，也进行全面钻进。由于VDS垂钻系统适用的最小井眼为Φ215. 9mm，因而不能使用。在如此小的井眼中，钻具钟摆力和刚性大大减小，造成钟摆钻具不能有效纠斜。因此，Φ156mm井眼回填纠斜只有采用动力钻具十弯接头方法，为了使纠斜后的狗腿度不大于设计要求，用“单弯”代替普通螺杆马达和弯接头，这样，可通过配合回转钻进降低狗腿度。提高钻速可使用液动锤。钻铤外径选择要满足卡钻后的套铣作业，钻铤长度依据使用的最大钻压确定。
 
  2)扩孔钻进钻具组合设计。
 
  由于扩孔钻进是在已钻小井眼井斜满足要求的前提下进行的，因此，扩孔钻具设计时不考虑防斜和纠斜问题，只考虑井下安全和如何提高钻速问题。钻铤外径选择要满足卡钻后的套铣作业。钻铤长度依据使用的最大钻压确定。为了提高硬岩机械钻速，可使用液动锤。
 
  3．钻头。
 
  1)全面钻头选择。
 
  钻头的选择主要是指钻头与地层的适应性选择，目的是使选择的钻头适应地层，以获得高的钻速、延长钻头寿命和降低钻进成本。
 
  国外大陆科学钻探资料表明，在硬及研磨性较强地层全面钻进宜选用牙轮钻头或球齿钻头。由于变质结晶岩地层软硬变化频繁，不像沉积岩那样在某一层段相对稳定，因此，钻头选型强调广谱性。根据岩石可钻性、抗压强度等方法选择钻头，同时，参考钻头厂家依据所钻岩石物理性质推荐的钻头型号。
 
  综合考虑各种因素，确定全面钻进用牙轮钻头型号为H617～727或I-U617～727;扩孔用牙轮钻头型号为SKHA617～717。
 
  2)扩孔钻头设计。
 
  扩孔钻头设计包括：扩孔尺寸系列设计、扩孔部分与地层的相适应性设计、领眼钻头类型选择三个方面。
 
  (1)扩孔尺寸系列设计。考虑岩石破碎体积，钻进速度、钻头事故的预防及对钻头寿命的影响等因素，分级过细，虽然机械钻速提高了，但扩孔次数也增加，综合钻进效率不高；分级过粗，会降低扩孔效率。
 
  (2)钻头扩孔部分与地层的相适应性设计。和全面钻进的钻头选型相同，优先选择牙轮扩孔钻头，在大冲击功液动锤配合下也可选用球齿扩孔钻头。
 
  (3)领眼钻头类型选择。由于扩孔是在老孔质量合格的前提下进行的，因而不存在井斜控制问题，领眼钻头只起导向、破碎大掉块及清除沉砂作用，故领眼钻头选择硬质合金钻头结构形式。