減摩減扭技術(shù)在深井套(磨)銑作業(yè)中的應(yīng)用

黃孝權(quán)，石大磊，馬天封 (中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部，天津 300452)

減摩減扭技術(shù)在深井套(磨)銑作業(yè)中的應(yīng)用

黃孝權(quán)，石大磊，馬天封 (中海油田服務(wù)股份有限公司油田化學(xué)事業(yè)部，天津 300452)

目前，深井、大位移井、水平井技術(shù)已成為油田重要增產(chǎn)手段，廣泛應(yīng)用在陸地和海上平臺。而在這些井套銑、磨銑作業(yè)時經(jīng)常出現(xiàn)摩阻扭矩過大，導(dǎo)致套管磨損甚至鉆具疲勞斷裂。因此，如何有效的降低扭矩，提高套銑、磨銑效率成為了一個不容忽視的問題,尤其是在修井機(jī)設(shè)備和動力限制的條件下進(jìn)行的深井、大位移井、水平井修井作業(yè)中更應(yīng)加以重視。介紹了適用于深井、大位移井、水平井等的套銑、磨銑作業(yè)的減摩減扭技術(shù)，即采用新型減扭接頭配合高效修井液體系。從BZ25-1A1深井修井現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，該減摩減扭技術(shù)使用效果良好,提高了套銑、磨銑修井作業(yè)效率，安全可靠經(jīng)濟(jì)效益明顯，有著廣闊的應(yīng)用前景,值得推廣。

減摩減扭技術(shù)；深井；套銑；摩阻；扭矩

套銑、磨銑作業(yè)中由于鉆柱與套管之間的相互摩擦，特別是大井斜下重力效應(yīng)造成的鉆柱摩阻(軸向摩擦力和摩擦扭矩)很大，導(dǎo)致套管磨損，磨穿甚至磨斷；同時動力扭矩傳遞困難、摩阻增加，扭矩過高，易造成鉆具斷裂，影響正常的套銑、磨銑作業(yè)。因此，減小井下摩阻,有效的傳遞動力扭矩是深井、大位移井、水平井的套銑、磨銑作業(yè)中重要的技術(shù)問題，而使用新型減扭接頭配合高效修井液體系是解決這一問題的有效途徑。

1 BZ25-1A1井作業(yè)概況

BZ25-1A1井是一口井深4971.50m的定向井,于2010年5月進(jìn)行修井，主要是打撈落魚,重新射孔投產(chǎn)。而此次魚頂較深(4579.83m), 打撈落魚較長(300多米)，用平臺的修井機(jī)設(shè)備修井作業(yè)。修井中,須磨銑掉魚頂?shù)腣BA封隔器后套銑修整打撈的落魚頭，再打撈落魚。磨銑時，采用了無固相清潔鹽水修井液，扭矩很大，磨銑期間頻繁出現(xiàn)憋鉆憋扭矩現(xiàn)象，累計磨銑130h進(jìn)尺0.83m， 其中在井深2000～2700m以及井底位置連續(xù)發(fā)生鉆具疲勞斷裂5次，致使后續(xù)作業(yè)無法正常進(jìn)行。為了繼續(xù)施工，決定采用新型減扭接頭配合高效修井液體系的減摩減扭技術(shù),順利的磨銑掉VBA封隔器、變扣及套銑修整2in油管上半段至井深4584.56m，為打撈下部2in油管及其以下管柱作好了準(zhǔn)備,極大的減少了磨銑、套銑作業(yè)的工期[1]。

2 新型減扭接頭配合高效修井液體系的設(shè)計

對BZ25-1A1井用平臺修井機(jī)進(jìn)行的修井作業(yè),由于修井機(jī)泵排量過小(約0.4～0.5m3/min),修井機(jī)泥漿泵泵壓不宜過大,泥漿池較小(泥漿池最大容量30m3),作業(yè)中使用方鉆桿(無頂驅(qū)),而修井機(jī)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速不能過快，扭矩不宜過大。在修井機(jī)設(shè)備和動力限制下，如何提高攜帶性能，如何在磨銑管柱作業(yè)中盡可能地減小摩阻，是一個重要且必須重視和解決的問題，故此修井作業(yè)難度較大。

2.1修井液體系設(shè)計

清潔鹽水修井液由于無固相，對保護(hù)油氣層有利，從而得到了較廣泛的應(yīng)用。該井清潔的KCl鹽水修井液密度易于調(diào)節(jié)和配制，并且在井下溫度和壓力條件下性能穩(wěn)定，不產(chǎn)生沉淀。

由于清潔鹽水修井液存在顯著的缺點：濾失較大易漏失，黏度較低不能有效懸浮和攜帶固相，不能有效減小摩阻。在鹽水修井液加入聚合物來提高體系的懸浮攜帶和潤滑性。

2.2減扭接頭設(shè)計

減扭接頭的結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由上接頭，防磨支撐環(huán)，耐磨套和下接頭組成。

圖1 減扭接頭結(jié)構(gòu)簡圖

減扭接頭采用軸承式減摩技術(shù)，整套工具采用高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼加工制造，并留有充足的打鉗位置，安裝拆卸方便。優(yōu)選摩擦副材料，采用獨特的軸承副設(shè)計，摩擦因數(shù)小，耐磨性好，強(qiáng)度相對較高。其工作原理是減扭接頭安裝在2根鉆桿之間，用標(biāo)準(zhǔn)API鉆桿接頭螺紋與鉆桿相連。耐磨套與套管內(nèi)壁接觸，而接頭本體與鉆桿一起旋轉(zhuǎn)，從而在耐磨套和本體之間產(chǎn)生摩擦。由于耐磨套僅在套管內(nèi)滑動，不隨鉆桿轉(zhuǎn)動，因而與套管內(nèi)壁不產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動，減少了套管的磨損。接頭本體與耐磨套摩擦副的動摩擦系數(shù)較小，加上獨有的鉆井液、修井液的自潤滑特性，從而達(dá)到減少扭矩傳遞的損失，降低鉆具與套管之間的摩阻，對保護(hù)鉆桿和套管防磨損有良好的效果。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1BZ25-1A1減摩減扭修井液體系

針對解決磨銑、套銑作業(yè)中扭矩和摩阻過高，考慮到防止或減弱各種因素對油氣層的損害、在流動條件下減少摩擦損失、有效的攜帶和懸浮固相在地面清除、以及修井作業(yè)安全和成本，該井采用聚合物-鹽水修井液體系。即無固相清潔1.10g/cm3KCl鹽水修井液中加入0.5% PF-VIS增黏劑提高修井液黏切力，增強(qiáng)攜帶性，有利于磨銑、套銑作業(yè)中攜帶鐵屑；加入4%的RT101高效潤滑劑提高修井液潤滑性，減小磨銑、套銑作業(yè)中的摩阻和扭矩。

1) PF-VIS 增黏劑 PF-VIS增黏劑具體表現(xiàn)為：集增稠、懸浮、穩(wěn)定、耐鹽于一體，在鹽水，熱水和冷水中有良好的溶解性；對環(huán)境友好,可生物降解。其顯著特點是有良好的分散性和配伍兼容性，在高剪切速率下黏度低，有利于提高機(jī)械(磨銑)鉆速;而在環(huán)形空間低剪切速率下具有較高的黏度，使修井液攜帶巖屑的能力明顯增強(qiáng)。因此PF-VIS增黏劑是優(yōu)良的鉆井液、完井液、修井液添加劑，能潤滑鉆頭，有較強(qiáng)的攜巖、攜帶鐵屑能力和較小的噴嘴阻力，可提高套銑、磨銑效率。

2) RT-101高效潤滑劑 性能優(yōu)異的潤滑劑是配制減扭修井液的關(guān)鍵。RT-101高效潤滑劑主要由植物、礦物油和極壓抗磨劑組成；具有較好抗磨損、減摩阻的性能，因此RT-101高效潤滑劑能用于潤滑鉆頭、鉆具以降低摩阻，潤滑性能確保驅(qū)動扭矩不到極限，從而有效地減小鉆具對套管的磨損，保護(hù)鉆具和套管，有利于提高磨銑、套銑的工效。

表1、表2、 表3分別給出了不同潤滑劑的最大無卡咬合負(fù)荷、扭矩降低率以及潤滑性能對比結(jié)果。從表1～3可以看出，RT-101高效潤滑劑與同類產(chǎn)品相比，扭矩降低率大，最大無卡咬合負(fù)荷值高，說明RT-101高效潤滑劑顯劇的降低黏性摩阻，較好保護(hù)鉆具在高載荷下轉(zhuǎn)動工作中而與井壁套管或泥餅碰撞接觸(特別是大斜度深井)產(chǎn)生擦傷或其他高磨損, 其抗磨潤滑性也延長了減扭接頭的使用壽命。

表1 不同潤滑劑的最大無卡咬合負(fù)荷(國家石油產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心)

3.2減扭接頭的安裝

磨銑、套銑時扭矩的大小主要跟鉆柱所受的側(cè)向力和井身結(jié)構(gòu)有關(guān)系，BZ25-1 A1井從213m開始造斜，623m造斜結(jié)束，造斜段352～582m區(qū)間狗腿度較大，測得最大值在4.66°/30m，故該區(qū)間可能是造成摩阻扭矩比較大的原因之一。根據(jù)實鉆井眼軌跡分析認(rèn)為，該井的井身結(jié)構(gòu)復(fù)雜和穩(wěn)斜段長是摩阻扭矩大的主要原因。

表2 不同潤滑劑的扭矩降低率

注：1lbf·ft=1.355818N·m。

表3 不同潤滑劑潤滑性能對比 (基漿為4%海水膨潤土漿潤滑劑加量為1%)

根據(jù)實鉆軌跡側(cè)向力的分布情況，減扭接頭應(yīng)該安放在造斜段及側(cè)向力較大的井段才能達(dá)到減摩減扭的效果。圖2表明按設(shè)計加入減扭接頭后降低了摩阻和扭矩。減扭接頭安裝方案如下：

2200～4800m井段，鉆桿之間每2柱加1個減扭接頭。0～2200m井段，鉆桿之間每3柱加1個減扭接頭，其中在造斜段(352～582m)，鉆桿之間每1柱加1個減扭接頭。

3.3應(yīng)用效果

表4是磨銑管柱組合下磨銑作業(yè)對比結(jié)果。從表4可以看出，使用新型減扭接頭配合高效修井液體系的減磨減扭技術(shù)在BZ25-1A1井修井作業(yè)中有效降低了磨銑、套銑摩阻和扭矩，解決鉆具因扭矩過大導(dǎo)致疲勞刺漏斷裂的問題，順利的磨銑掉了封隔器，套銑修整了打撈的落魚頭并縮短了作業(yè)時間，有效的降低了修井成本。

表4 磨銑管柱組合下磨銑作業(yè)對比

備注：測實際轉(zhuǎn)盤扭矩值分別在350/300時，實際扭矩值分別為3200lbf·ft/2500lbf·ft；spm表示沖次/min。

4 結(jié) 論

(1)修井液配制要根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)情況,兼顧作業(yè)成本,針對性的選擇材料。聚合物-鹽水修井液具有必要的安全作業(yè)密度，無固相避免固相對油氣層損害，循環(huán)時可有效攜帶固相返出地面清除，流動下有效減少摩擦損失。BZ25-1A1高效減扭修井液有效傳遞動力扭矩,較好的攜帶懸浮性和潤滑性，可操作性強(qiáng), 成本低。其中KCL鹽水易配制和密度易調(diào)整，性能穩(wěn)定。PF-VIS增黏劑能有效的提高修井液黏度，增強(qiáng)攜帶鐵屑的能力；RT-101高效潤滑劑的潤滑性能確保驅(qū)動扭矩不到極限，從而有效地提高潤滑性減小摩擦阻力，保護(hù)鉆具和套管,同時其抗磨潤滑性也延長了減扭接頭的使用壽命。優(yōu)質(zhì)的減扭修井液體系配合減扭接頭使用可進(jìn)一步提高套銑、磨銑效率。

(2)現(xiàn)場應(yīng)用表明減扭接頭的結(jié)構(gòu)合理，性能可靠。合理的安裝能夠有效的降低深井、大位移井、水平井作業(yè)的磨阻和扭矩，解決鉆具因扭矩過大導(dǎo)致疲勞斷裂的問題，同時減少套管磨損，使鉆修機(jī)效率得到充分發(fā)揮。

(3)減摩減扭技術(shù)的使用有助于鉆井、修井中套(磨)銑和套管開窗側(cè)鉆中安全高效作業(yè),提高鉆柱和套管的壽命及鉆柱的安全系數(shù)，從而可以節(jié)約作業(yè)成本，經(jīng)濟(jì)效益明顯。減摩減扭技術(shù)作為降低摩阻的有效手段之一已得到充分證實，建議在深井、大位移井、水平井鉆井、修井中推廣。

[1] 蘇義腦,竇修榮.減磨工具及其應(yīng)用[J].石油鉆采工藝,2005,27(2)：102-123.

2013-06-19

黃孝權(quán)(1982-)，男，工程師，現(xiàn)主要從事油氣井鉆完井液與技術(shù)應(yīng)用方面的研究工作。

TE245

A

1673-1409(2013)26-0092-04

[編輯] 洪云飛