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第19卷 第3期 新疆石油天然气Vol.19 No.3 2023年9月 Xinjiang Oil&GasSept.2023基金项目：中国石油天然气集团公司重大工程技术现场试验项目“复杂超深井安全优快钻完井技术集成与试验”（2020F-46）。第一作者：甘泉（1994-），2021年毕业于中国地质大学（武汉）石油与天然气工程专业，硕士，目前主要从事石油地质与钻井相关研究工作。（Tel）18163510556（E-mail）quangan_通讯作者：张茂林（1967-），2009年毕业于西安石油大学石油工程专业，高级工程师，目前主要从事钻井工艺技术研究工作。（Tel）13779261213（E-mail）文章编号：16732677（2023）03010-11DOI：10.12388/j.issn.1673-2677.2023.03.002扩眼尺寸在不同工况下的影响分析以准噶尔盆地南缘H101井为例甘泉，张茂林，张晨，魏强，李冰青，张东（中国石油西部钻探工程有限公司工程技术研究院，新疆克拉玛依 834000）摘要：扩眼尺寸参数的确定是国内外扩眼研究的难点。为了保障在扩眼段顺利钻井和固井，以准噶尔盆地南缘H101井为例，深入研究扩眼尺寸在钻进、起下钻以及固井工况下的影响规律。从钻具弯曲变形、排量优化、底部钻具组合振动、起下钻抽吸激动压力与密度窗口、下尾管激动压力、注水泥当量循环密度（ECD）、以及考虑井眼曲率的井筒完整性角度分析其对扩眼尺寸的要求，并讨论下入套管尺寸变更对扩眼段固井的影响，最后结合数理统计分析综合考虑确定扩眼尺寸参数值。准噶尔盆地南缘H101井及同类井应用扩眼尺寸参数进行扩眼均顺利完钻，并且H101井扩眼段实现单日进尺101 m。提出的优选扩眼尺寸的方法和思路考虑因素更全面、更有说服力，对扩眼井确定扩眼尺寸具有重要借鉴意义。关键词：扩眼尺寸；窄间隙固井；有限元分析；准噶尔盆地南缘；深井超深井中图分类号：TE242文献标识码：AAnalysis of the Effects for Reamer Size under Different Operation Conditions：a Case Study of Well H101 in the Southern Margin of Junggar BasinGAN Quan，ZHANG Maolin，ZHANG Chen，WEI Qiang，LI Bingqing，ZHANG Dong（Research Institute of Engineering Technology，CNPC Western Drilling Engineering Co.，Ltd.，Karamay 834000，Xinjiang，China）Abstract：The determination of the reamer size（the desirable reamed borehole size）is a global challenge for research on reaming in drilling.To ensure smooth drilling and cementing of reamed borehole sections，an in-depth case study of Well H101 drilled in the southern margin of Junggar Basin was performed to identify the affecting patterns of the reamed borehole size on drilling，tripping and cementing operations.The requirements for the reamer size were analyzed from perspectives of the drilling tool bending deformation，pump rate optimization，BHA vibration，swab and surge pressure during tripping and fluid density window，surge pressure of running liners，equivalent circulating density（ECD）during cementing，and wellbore integrity incorporating wellbore curvature，and the im-pacts of changes in casing sizes on cementing of the reamed borehole section were investigated.Finally，the above analyses were com-bined with a mathematical statistical approach to comprehensively determine the reamer size.The determined reamer size was applied to Well H101 and analogous wells in the southern margin of Junggar Basin，which were all found with smooth drilling operations after reaming，and moreover，Well H101 delivered a daily penetration of 101 m for the reamed borehole section.The presented method and strategy for the reamer size optimization incorporate more factors and are more reliable.They provide important references for deter-mining the reamer size of to-be-reamed wells.Key words：reamed borehole size；narrow clearance cementing；finite element analysis；southern margin of Junggar Basin；deep and ultra-deep well引用：甘泉，张茂林，张晨，等.扩眼尺寸在不同工况下的影响分析以准噶尔盆地南缘H101井为例 J.新疆石油天然气，2023，19（3）：10-20.Cite：GAN Quan，ZHANG Maolin，ZHANG Chen，et al.Analysis of the effects for reamer size under different operation conditions：a case study of Well H101 in the souther margin of Junggar Basin J.Xinjiang Oil&Gas，2023，19（3）：10-20.10甘泉，等：扩眼尺寸在不同工况下的影响分析以准噶尔盆地南缘H101井为例第19卷 第3期在深井、超深井、小间隙井、侧钻井和复杂井的钻进过程中2，3，钻具在遇到弹塑性岩石层、盐膏层、泥岩与页岩吸水层、高压盐水层等复杂地层时2，3，钻具或套管与井壁环空间隙小易引发一系列钻、固井问题，如环空压耗大、憋泵、起下钻及下套管困难、卡钻卡套管、固井质量差、井漏井塌甚至井喷等4-6。扩眼能增大环空间隙，是预防和处理井下复杂、提高钻井安全性和效率、降低成本、优化井身结构、提高固井质量和效率、以及延长油气井寿命的有效手段3，7-13。目前，关于扩眼尺寸的研究取得了一定进展。奇敏等14认为在导眼与扩眼组合钻进模式下所钻井眼尺寸越大，造斜率越小。曾聪等15指出扩眼尺寸增大，钻出岩屑增多，钻井液携岩能力降低。闫炎等16运用Fluent软件模拟领眼与扩眼双级PDC钻头井底流场时发现，增大扩眼尺寸可提高井底水力能量利用率，但降低钻井液对切削齿的清洗效果。周伟等6提出在满足声幅测井检测固井质量对水泥石厚度要求前提下，可通过小间隙环空摩阻压降当量密度法、管内外推力相等法来确定扩眼尺寸。祝效华等17提出对于海相气藏盐岩夹层，可根据设计的套管服役寿命，对照盐岩蠕变产生的附加载荷和扩眼后的套管等效抵抗强度来确定扩眼尺寸。吴继伟等18综合考虑通井刚度比、下套管激动压力、注水泥循环ECD、以及一界面周向应力对水泥环的破坏等因素，对准噶尔盆地南缘超深井进行扩眼尺寸优选。近年来，准噶尔盆地南缘下组合油气勘探取得重大突破，高探1井创陆上碎屑岩单井日产量最高记录，呼探1井获高产工业油气流19-23。准噶尔盆地南缘下组合储层埋藏深，地质情况复杂（如异常高压、窄密度窗口、巨厚泥页岩等），许多深井、超深井环空间隙窄且封固段长，钻井风险高，固井难度大，普遍需要扩眼24，25。但扩眼尺寸的选择仍不够明确，特别是对扩眼尺寸对钻进和起下钻的影响研究少，并且分析扩眼后固井井筒完整性时未考虑井眼曲率。为此，笔者以准噶尔盆地南缘深井、超深井扩眼为背景，基于H101井数据，运用Landmark软件建立钻进、起下钻和固井工况模型；并运用Ansys Workbench软件建立考虑井眼曲率的套管-水泥环-地层有限元模型。在分析扩眼尺寸在整个钻、固井过程中存在的主要影响规律的基础上，对扩眼尺寸进行综合优选和应用评析，以期提高扩眼质量和完善扩眼技术体系，为扩眼尺寸参数优化设计提供更全面的分析思路和方法。1 模型的建立准噶尔盆地南缘小间隙井扩眼较为常见（如H101、H6、TA1井等），并且同类井可比性强。本文以H101井为实例开展研究，有助于明确该井扩眼尺寸参数，更重要的是通过H101井介绍扩眼尺寸的确定方法。表1为H101井的设计井身结构，五开241.3 mm井眼下219.1 mm技术尾管，环空间隙仅11.1 mm，需要扩眼以保证固井质量。本文建模以现场井况和参数为依据，充分运用现有技术，使模型贴合实际，提高研究结果的合理性和可靠性。钻进和起下钻时的管柱组合为：241.3 mm偏心钻头+185 mm螺杆+184 mm止回阀+165 mm浮 阀+178 mm 无 磁 钻 铤+随 钻 测 量（MWD）+238 mm扶正器+177.8 mm钻铤+177.8 mm随钻震击器+177.8 mm钻铤+149.2 mm加重钻杆+127 mm钻杆+149.2 mm钻杆。油基钻井液密度为2.08 g/cm，六速参数为152/86/61/53/6/4。固井时的管柱组合为：149.2 mm钻杆+127 mm钻杆+219.1 mm悬挂器+219.1 mm技术尾管+219.1 mm浮鞋。水泥密度为2.25 g/cm，类型为G级；隔离液密度为2.22 g/cm3，类型为驱油型。表1 H101井井身结构设计表开钻次序一开二开三开四开五开六开井深/m04803 1004 1405 7007 1807 730钻头直径/mm762.0571.5431.8333.4241.3190.5套管外径/mm609.6473.1365.1273.1219.1193.7回接套管168.3回接套管139.7油层尾管套管下入深度/m480 3 100 4 140 5 700 7 180 05 3005 3006 9806 9807 730环空间隙/mm76.2049.2033.3530.1511.1025.4011新疆石油天然气2023年2 钻进工况扩眼尺寸影响分析通过钻进工况模拟分析发现，扩眼尺寸对钻具弯曲变形、排量优化、以及底部钻具组合振动有影响，可根据其影响规律对扩眼尺寸进行优选。2.1 钻具弯曲变形与排量优化通过Landmark软件模拟，如图1（a）所示，钻进时，扩眼井径（本文是指扩眼段裸眼井径、扩眼工具直径、扩眼尺寸）增大，发生正弦弯曲时的门限钻压和发生螺旋弯曲时的门限钻压均减小。这表明扩眼井径越大，钻具越容易发生弯曲变形。因此，从避免钻具弯曲破坏角度出发，在满足其他要求前提下（如钻压），应优选合理的最大扩眼井径值。如本例在高钻压情况下，钻压达112.8 kN时，最大扩眼井径超过260 mm将导致钻具螺旋弯曲；在低钻压情况下，钻压为78.3 kN时，最大扩眼井径超过260 mm将导致钻具正弦弯曲。通过Landmark软件模拟，如图1（b）所示，钻进时，随着扩眼井径增大，最小携岩排量持续增大；而维持层流状态的临界排量先增大，当扩眼井径达到263 mm后趋于平稳。随着扩眼井径增大，排量区间值（即层流临界排量与最小携岩排量之差。在两者排量区间内流态为层流且满足携岩要求，区间值越大，排量调控范围越大。）先增大，当扩眼井径达到263 mm后，开始下降。过渡流、尤其是紊流相比较于层流而言，循环压耗更大且不利于保护井壁稳定性26，27，因此，从维持层流，减少过渡流和紊流，满足携岩，以及扩大排量调节区间角度考虑，扩眼不宜超过263 mm。?708090100110120130240245250255260265270?/mm?/kN?0.81.11.41.72.02.4241245.4249.8254.2258.6263267.4271.8?/(m/min)3?/mm(b)?(a)?图1 钻进工况扩眼尺寸对钻具弯曲变形与排量优化的影响2.2 底部钻具组合振动扩眼时，强振动对钻头、扩眼器、底部钻具组合（BHA）、井眼轨迹和质量、以及钻井安全和效率会产生不利影响3，7，28，29。通过Landmark软件模拟，如图2所示，在低转速（5060 r/min）和高转速（100130 r/min）条件下，BHA振动时的弯曲应力、剪切应力、合应力、垂向位移、横向位移、合位移均存在局部高值，表明BHA存在强烈振动。提到的应力与位移物理量示意图见图3。表2根据建模结果列出了这些物理量导致BHA强振动时的主要不利影响，并从避免BHA强振动角度优选了扩眼尺寸。同时，转速应控制在60100 r/min，使钻头破岩更加稳定，减少有害能量损失，提高机械钻速，防止BHA强振动导致跳钻、钻具破坏等。表2 底部钻具组合振动对扩眼尺寸的要求考虑因素BHA强振动时主要不利影响推荐扩眼尺寸/mm弯曲应力钻具弯曲破坏259剪切应力钻具磨损、井壁破坏264合应力钻具破坏260垂向位移跳钻259横向位移碰撞破坏258合位移钻具破坏2613 起下钻工况扩眼尺寸影响分析通过起下钻工况模拟分析发现，扩眼尺寸对起下钻抽吸激动压力及其区间值有影响，可根据其影响规律对扩眼尺寸进行优选。根据Landmark软件模拟结果，如图4（a）、图4（b）所示，起下钻时，扩眼可降低井底瞬态抽吸激动压力，但扩眼尺寸超过265 mm后几乎没影响。为了有效降低抽吸激动压力引起的井漏、井壁坍塌、以及溢流等风险，扩眼尺寸不宜超过265 mm。此外，起下钻速度越快，井底瞬态抽吸激动12甘泉，等：扩眼尺寸在不同工况下的影响分析以准噶尔盆地南缘H101井为例第19卷 第3期压力越高，并且起下钻速度影响力高于扩眼，因此现场应控制合理起下钻速度。如图4（c）、图4（d）所示，起下钻时，扩眼井径增大，开排或闭排稳态抽吸激动井底密度区间值（其大小等于井底稳态激动ECD减去抽吸ECD。开排指开排量，比如划眼时，闭排指关排量。）减小。这主要是扩眼后井底稳态激动ECD值减小，井底稳态抽吸ECD值增大导致。随着起下每根立柱的时间增大（即减缓起下钻速度），开排或闭排稳态抽吸激动井底密度区间值减小。所以扩眼和缓慢起下钻对于窄密度窗口地层均是有利的。但扩眼尺寸超过260 mm（开排）、265 mm（闭排）后，扩眼对于降低稳态抽吸激动井底密度区间值作用明显减小。扩眼2.82.83 33.23.25060708090100110120130240245250255260265270?/mm?0 5.1.01 5.2.02 5.3.03 5.4.04 5.(a)?240245250255260265270?/mm?506070809010011012013034567891011121314(d)?240245250255260265270?/mm?50607080901001101201300.20.40.60.81.01.21.41.6(b)?240245250255260265270?/mm?50607080901001101201302.62.83.03.23.43.63.84.04.24.4(e)?240245250255260265270?/mm?506070809010011012013034567891011()c?240245250255260265270?/mm?5060708090100110120130345678910(f)?/(r/min)?/(r/min)?/(r/min)?/(r/min)?/(r/min)?/(r/min)BHA/MPa?BHA/MPa?BHA/MPa?BHA/mm?BHA/mm?BHA/mm?图2 扩眼尺寸对BHA振动应力和位移的影响图3 相关应力与位移物理量示意图?13新疆石油天然气2023年图5 下尾管瞬态激动压力与注水泥循环ECD对扩眼尺寸的要求1012141618202224262830?/(m/min)240245250255260270265?/mm1520253035404550556065240245250255260265270?/mm0.20.40.60.8?/(/min)m31.21.412.152.202.252.302.452.402.502.352.202.252.302.352.402.45(a)?(b)?ECD?ECD g/(/cm)3?/(kg/m)3?ECD g/(/cm)3尺寸不超过265 mm时，扩眼降低稳态抽吸激动井底密度区间值以适应窄密度窗口地层较为有效。4 固井工况扩眼尺寸影响分析通过固井工况模拟分析发现，扩眼尺寸对下尾管瞬态激动压力、注水泥循环ECD、以及固井井筒完整性有影响，可根据其影响规律对扩眼尺寸进行优选。4.1 下尾管瞬态激动压力与注水泥循环ECD通过Landmark软件模拟，如图5（a）所示，下尾管时，扩眼有助于降低井底瞬态激动压力。其中260 mm是分界线，扩眼尺寸不超过260 mm时降低井底瞬态激动压力的速率较快，超过260 mm后降低速率较慢。为了更加有效降低井底瞬态激动压力，减少其引起的井漏风险，推荐扩眼到260 mm。此外，下尾管速度越快，井底瞬态激动压力越高，并且下尾管速度影响力要高于扩眼，因此现场应控制合理的下尾管速度。如图5（b）所示，注水泥过程中，扩眼能降低井底最大ECD，但扩眼尺寸超过260 mm后降低效果不明显，并且超过260 mm后，注水泥井底最大ECD对固井排量的敏感性减小。因此，为了更加有效降低注水泥井底最大ECD，减少井漏风险，为注水泥提供更大的固井排量调控区间，降低施工作业难度，推荐扩眼到260 mm。4.2 考虑井眼曲率的固井井筒完整性基于H101井五开实际情况，运用Ansys Work图4 起下钻抽吸激动压力与密度窗口对扩眼尺寸的要求1012141618202226242830240245250255260265270?/mm810121416182022(a?)(d?)(c?)）(708090100110120130240245250255260265270?/mm828486889092949698100240245250255260265270?/mm7080901001101201308486889092949698100(b?)240245250255260265270?/mm1012141618202226242830810121416182022?/(m min/)?/s?/(kg/m)3?/(m min/)?/(kg/m)3?()/(kg/m)?3?/s?()/(kg/m)?314甘泉，等：扩眼尺寸在不同工况下的影响分析以准噶尔盆地南缘H101井为例第19卷 第3期bench软件建立考虑井眼曲率的套管-水泥环-地层有限元模型，通过改变水泥环厚度分析模型所受应力及变形情况，优选扩眼尺寸，以减小应力破坏，保障井筒完整性，提高固井质量。建立的几何模型如图6（a）所示。详细几何参数和物性参数如表3所示。圣维南原理指出围岩横向尺寸为水泥环外径的510倍时可提高模型求解收敛性30，据此设置地层外缘长宽为2 000 mm。鉴于实钻轨迹通常不是严格直线，具有曲率，设计井眼曲率为1.5（）/30 m。划分网格时，控制套管和水泥环单元大小50 mm，地层单元大小150 mm，整体扫掠，套管和水泥环各自面映射3层，地层面映射6层。按此方法划分网格，可使重点关注的套管和水泥环网格较细，并且网格总数合理，运行效率高，划分结果如图6（b）、图6（c）所示。前期试行过多种网格划分，本方法划分网格最优，并且不同的网格划分方式对本文开展扩眼尺寸优选研究无本质性影响。套管-水泥环-地层模型所受应力及约束如表4所示。准噶尔盆地南缘存在较大水平主次应力差值31，故在x、y轴方向分别设置水平最大、最小地应力。逐一查看11组不同水泥环厚度（详见表3）的模型求解结果发现，变形和应力变化情况总体趋势相似。以水泥环厚度11.10 mm的模型为例，阐述总体变化情况。根据Ansys Workbench软件模拟结果，如图7（a）所示，Von-Mises等效应力主要分布在套管上，并沿着井筒径向向外阶梯式减小。如图7（b）所示，变形主要发生在套管、水泥环以及近井壁地层，并沿着井筒径向向外减小。介质套管水泥环地层内径/mm193.7219.1等于水泥环外径厚度/mm12.7011.1012.9515.4517.9520.4522.9525.4530.4540.4560.4580.00外径/mm219.1241.3245.0250.0255.0260.0265.0270.0280.0300.0340.0379.1长宽：2 0002 000弹性模量/GPa2003034泊松比0.30.180.23密度/（kgm-3）7 8502 3002 500长度/m10.1210井眼曲率/（）（30 m-1）1.5xyzzyxxy(a)?(b)(?)(c)?)(04 m03 m00m.25z z图6 几何模型与网格划分表3 套管-水泥环-地层模型基本参数15新疆石油天然气2023年通过改变水泥环厚度（详见表3），分析不同扩眼尺寸下套管-水泥环-地层整体、水泥环与套管交界面（一界面）、水泥环与地层交界面（二界面）的变形和应力变化情况。分析的变形和应力参数共计40项（含最大值和平均值），详见表5。逐一分析Ansys Workbench软件模拟结果发现，整体而言，随着扩眼井径增大，这40项参数值均呈减小趋势。扩眼有利于减小变形和应力破坏，以保障套管-水泥环-地层井筒完整性。表4 套管-水泥环-地层模型所受应力及约束参数井深/m重力加速度/（ms-2）水平最大地应力（x轴方向）/MPa水平最小地应力（y轴方向）/MPa套管内压力/MPa固定约束水平地应力不均匀系数指标6 0109.81100809.81（6010+z）2.14/1000地层外表面1.25z为距离井深6 010 m处的深度，单位m。通过Ansys Workbench软件模拟发现扩眼尺寸存在影响敏感区，如图8（a）所示，一界面最大法向应力（z轴方向）、一界面最大剪切应力（xy平面）、二界面最大法向应力（z轴方向）分别在扩眼井径为250 mm、255 mm、265 mm时存在局部低值，回升后变化平缓，故扩眼尺寸影响敏感区在265 mm以内。为了使得这三项敏感应力都处于相对低值且稳定状态，减小其对水泥环一、二界面的破坏，扩眼到265 mm较为合理。通过Ansys Workbench软件模拟发现扩眼尺寸存在降低应力和变形的作用高效区，如图8（b）所示，最大Von-Mises等效应力降速等6项指标在扩眼井径为255 mm时存在局部峰值，为了更高效降低这6项参数，应扩眼到255 mm以上。如图8（c）所示，一界面最大剪切应力均值降速等4项指标在扩眼井径为260 mm时存在局部峰值，为了更高效降低这4项参数，应扩眼到260 mm以上。整体而言，随着扩眼井径增大，全部40项参数值一直呈减小趋势，在扩眼尺寸255 mm和260 mm之间存在减小速率局部峰值，为使扩眼更高效降低变形和应力破坏，应扩眼到260 mm以上。4.3 下入套管变更讨论H101井扩眼目的是顺利下入技术尾管封固高压水层，而扩眼施工结束后，高压水层实际压力不高，不影响继续钻进，扩眼段便不下入预先设计尺寸的技术尾管，而选择继续钻进，完钻后与下一开次一起下入较小尺寸的套管。为此讨论下入套管变小、环空间隙变大情况对扩眼段固井的影响。在原Landmark工况模型基础上减小套管尺寸，进行了下套管瞬态激动压力与注水泥循环ECD模拟和对比，结果见图9。分析得出，在扩眼尺寸同为260 mm时，套管外径由219.1 mm减小为139.7 mm后，下套管井底瞬态激动压力当量密度和注水泥井底最大ECD均减小，更有利于固井，施(a)Von-Mises?(b)?yxyxZXyxMaxMin05 m00.1 m083.736167.47251.20334.93418.66502.39586.13669.86753.59Von-Mises?/M aP00.1 m00.1 m00.041 5210.083 0420.124 560.166 080.207 600.249 120.290 650.332 170.373 69yxyxyxZXMinMax00.5 m?/mm00.5 m00.5 m05 m图7 组合体Von-Mises等效应力与总变形云图（水泥环外径241.3 mm）16甘泉，等：扩眼尺寸在不同工况下的影响分析以准噶尔盆地南缘H101井为例第19卷 第3期分析对象套管-水泥环-地层水泥环与套管交界面（一界面）水泥环与地层交界面（二界面）参数项Von-Mises等效应力、总变形Von-Mises等效应力、法向应力（x/y/z轴方向）、剪切应力（xy/yz/xz平面）、最大剪切应力、总变形合计（含最大值&平均值）229292表5 总变形和应力分析参数列表420365268240250260270280290300310320330340350360370380?/M aP?/mm?(z)?(xy)?(z)?(a)?-0.000 20.000 20.000 60.001 00.001 400.020.040.060.080.10.12240250260270280290300310320330340350360370380?/(mm/mm)?/(MPa/mm)?/mm?(c)()?260 mm?Von-Mises?00.000 30.000 60.000 90.001 2012345240250260270280290300310320330340350360370380?/(mm/mm)?/(MPa/mm)?/mm(b)(255 mm)?Von-Mises?Von-Mises?Von-Mises?图8 扩眼尺寸影响敏感区与作用高效区分析17新疆石油天然气2023年219.1 mm?139.7 mm?219.1 mm?139.7 mm?9141924293439441015202530?/(kg/m)3?/(m/min)(a)?2 1532 1632 1732 1832 1932 2032 2132 2230.250.50.7511.25?ECD/(kg/m)3?/(m/min)3(b)?ECD?图9 套管尺寸变小后下套管瞬态激动压力与注水泥循环ECD对比分析下入套管外径/mm219.1139.7组合体总变形/mm最大值0.370.17平均值0.220.06组合体Von-Mises等效应力/MPa最大值716.26585.03平均值265.4189.84表6 套管尺寸变小后井筒完整性对比分析工风险更小。在原Ansys Workbench有限元模型基础上减小套管尺寸，进行了组合体总变形和Von-Mises等效应力模拟和对比，结果见表6。分析得出，在扩眼尺寸同为260 mm时，套管外径由219.1 mm减小为139.7 mm后，套管-水泥环-地层组合体总变形和Von-Mises等效应力的最大值与平均值都减小，井筒完整性得到更好保护。5 扩眼尺寸综合优选与参数应用5.1 扩眼尺寸综合优选分析本文分析的扩眼尺寸推荐值最小值为258 mm，最大值为265 mm，平均数为261 mm，众数为260 mm，中位数为260 mm，如表7所示。给每个影响因素下分析出的扩眼尺寸推荐值赋予一个权重分值，求取的扩眼尺寸加权平均值为261 mm。由于H101井扩眼的主要目的是保证固井质量封固复杂地层，故对固井工况下分析出的扩眼尺寸推荐值赋予的权重分值为100；同时为了保障顺利实现扩眼钻井，对钻进和起下钻赋予的权重分值为9095；将最小扩眼尺寸推荐值作为经济性指标赋予权重分值90，详见表7。通过数理统计分析，综合考虑，最终确定H101井扩眼尺寸为260 mm以上，上限不宜超过265 mm（即全部推荐值里的最大值）。值得注意的是，全部16项扩眼尺寸推荐值中仅4项略小于260 mm（详见表7），其余均在260 mm以上。H101井及同一区域类似井实际钻井设计的扩眼尺寸参数即260 mm以上。5.2 扩眼尺寸参数应用准噶尔盆地南缘类似H101井的扩眼井还包括H6井、TA1井等，它们扩眼段地层相近，井身结构类型相同，现场执行的扩眼尺寸参数均为260 mm以上，扩眼工具外径都为260 mm，实钻井径存在一定扩径，如表8所示。H101井扩眼钻井施工过程中，未发生断钻具、井壁坍塌、以及溢流等事故复杂，扩眼段实现单日进尺101 m，并且安全下入套管（套管尺寸由219.1 mm减小为139.7 mm），顺利完钻。H6井与H101井一样，安全下入套管（套管尺寸由219.1 mm减小为139.7 mm），顺利完钻。TA1井按原设计套管尺寸219.1 mm安全下入套管，顺利完钻。这表明本文开展的扩眼尺寸优选研究具有一定的合理性。6 结论与认识（1）钻进工况下，随着扩眼井径增大，钻具越容易弯曲变形，最小携岩排量增大，维持层流状态的临界排量先增大后平稳变化，并且在低转速（5060 r/min）18甘泉，等：扩眼尺寸在不同工况下的影响分析以准噶尔盆地南缘H101井为例第19卷 第3期和高转速（100130 r/min）条件下，BHA存在局部强振区。（2）起下钻工况下，扩眼有助于降低井底瞬态抽吸激动压力，降低稳态抽吸激动井底密度区间值，对于窄密度窗口地层有利。（3）固井工况下，扩眼有助于降低下尾管井底瞬态激动压力，降低注水泥井底最大ECD，有利于保护井筒完整性并且扩眼尺寸存在影响敏感区和作用高效区。下入套管外径变小，更有利于固井和保护井筒完整性。（4）综合考虑钻进、起下钻和固井工况下扩眼尺寸的影响规律以及各因素下的扩眼尺寸推荐值，结合数理统计分析，最终明确准噶尔盆地南缘H101井的扩眼尺寸参数设计为260 mm以上，上限不宜超过265 mm，现场顺利扩眼完钻。同类扩眼井可借鉴本文的扩眼尺寸优选方法设计扩眼尺寸。参考文献1 余荣华，袁鹏斌.随钻扩眼技术研究进展 J.石油机械，2016，44（8）：6-10.2 剪树旭，杨勇，张少培，等.国内深部地层扩眼技术研究 J.石油钻探技术，2005（6）：22-24.3 孙伟佳.侧钻井同心随钻扩眼钻柱动力学研究 D.四川成都：西南石油大学，2014.4 吴应凯.RWD随钻扩眼下部钻具组合设计与力学行为研究D.四川成都：西南石油学院，2004.5 吴柳根，冯德杰，齐鑫，等.侧钻井大通径尾管完井技术研究及应用 J.石油钻采工艺，2021，43（6）：732-736.6 周伟，于洋，刘晓民，等.小间隙固井合理扩眼尺寸研究 J.石油机械，2013，41（6）：28-30、35.7 夏焱.随钻扩眼工具结构及与之相匹配的钻具组合设计方工况钻进起下钻固井考虑因素钻具弯曲变形门限钻压排量优化BHA弯曲应力强振动BHA剪切应力强振动BHA合应力强振动BHA垂向位移强振动BHA横向位移强振动BHA侧向位移强振动稳态抽吸激动压力密度窗口下钻瞬态激动压力起钻瞬态抽吸压力下尾管瞬态激动压力注水泥循环ECD井筒完整性影响敏感区井筒完整性作用高效区经济性扩眼尺寸推荐值/mm260263259264260259258261265265265260260265260258权重分值90 90 90 90 95 90 90 90 90 90 90 100 100 100 100 90 加权平均数/mm261 平均数/mm261 众数/mm260 中位数/mm260 表7 不同影响因素条件下的扩眼尺寸推荐值与优选井号H101H6TA1设计扩眼尺寸/mm241.3扩眼260以上扩眼井段/m5 7006 8305 4666 3395 7047 263扩眼工具外径/mm260实际平均井径/mm264265264平均机速/（mh-1）3.142.351.30套管尺寸/mm219.1变更139.7219.1扩眼工具PDC钻头+POWER-V工具+犀牛扩眼器相同地层呼 图 壁 河 组、清水河组表8 准噶尔盆地南缘典型井扩眼尺寸参数应用情况H101、TA1扩眼工具还使用了双心钻头+螺杆。19新疆石油天然气2023年法研究 D.山东青岛：中国石油大学（华东），2007.8 SHOKRY A，ELGIBALY A，SALEM A.Implementation of a novel eccentric dog leg reamer in oil well drilling J.Journal of Petroleum Exploration and Production，2021，11（3）：1199-1209.9 毛宇.随钻扩眼钻具系统振动特性及扩眼工艺参数影响规律研究 D.四川成都：西南石油大学，2017.10 卿山盟.小井眼随钻扩眼技术研究 D.四川成都：西南石油大学，2015.11 管志川，魏文忠，夏焱.随钻扩眼工具井底钻压分配的实验研究 J.中国石油大学（华东）学报：自然科学版，2007，31（6）：44-47.12 石晓兵，陈平，夏宏泉，等.RWD随钻扩眼钻进的破岩机理研究 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