防掉裝置失效案例和244mm螺桿直井段安全使用探討

劉彥青

摘要： 螺桿鉆具目前廣泛應(yīng)用于鉆井作業(yè)的各個(gè)階段，有多種規(guī)格型號(hào)的系列工具滿(mǎn)足不同井型和鉆進(jìn)目的，作為一種井下動(dòng)力工具，螺桿不僅能減少井下鉆具的磨損，增加鉆頭的轉(zhuǎn)速和扭矩，與轉(zhuǎn)盤(pán)或頂驅(qū)同時(shí)使用還能大幅提高機(jī)械鉆速，顯著提高鉆井的經(jīng)濟(jì)效益。除滿(mǎn)足定向井、水平井和開(kāi)窗側(cè)鉆施工的需要外，目前還常常應(yīng)用于直井段配合PDC鉆頭提速，本文由最近發(fā)生的一起244mm螺桿事故展開(kāi)討論，對(duì)其使用過(guò)程中的注意事項(xiàng)進(jìn)行分析和探討，以期達(dá)到安全提速增效的目的。

關(guān)鍵字：244mm螺桿事故防掉裝置失效直井段安全使用

1. 前言

本文通過(guò)對(duì)近期發(fā)生在17-1/2"井眼直井段的一起9-5/8"螺桿事故進(jìn)行介紹和分析，來(lái)引出此種尺寸螺桿在安全使用方面的討論，希望能使相關(guān)方引起重視，廠家通過(guò)改進(jìn)措施提高產(chǎn)品質(zhì)量，顧客通過(guò)熟悉產(chǎn)品構(gòu)造與工作特點(diǎn)來(lái)合理使用，避免或減少事故的發(fā)生，真正達(dá)到在安全的前提下提速增效的意圖。

2. 螺桿事故簡(jiǎn)介

事故井上層20"套管下深115.5m，17-1/2"井眼在泥漿轉(zhuǎn)型順利完成后，于1522m起鉆換鉆頭時(shí)下入244mm直螺桿（用保護(hù)套替代本體438mm欠扶）準(zhǔn)備鉆650m井段到設(shè)計(jì)中完井深，鉆具組合為：17-1/2"PDC×0.43m +9-5/8"螺桿×8.83m +9"浮閥×0.53m +9"鉆鋌×9.13m +17-3/8"扶正器×1.93m + 9"鉆鋌×8.91m +轉(zhuǎn)換接頭×0.92m +8"鉆鋌×62.9 m+8"震擊器×10.3 m +轉(zhuǎn)換接頭×0.93 m +5"加重鉆桿×139.71 m +轉(zhuǎn)換接頭×0.57 m + 5-1/2"鉆桿。

2018年4月13日15：00下鉆至井底建立循環(huán)，鉆進(jìn)時(shí)參數(shù)：鉆壓50-100KN，頂驅(qū)轉(zhuǎn)速50-60rpm，排量3.8-4.0m3/min，泵壓19MPa，扭矩2-20Kn.m。泥漿性能：密度1.29g/cm3 ，粘度43s。

4月14日1：40鉆進(jìn)至井深1539.67m時(shí)瞬時(shí)扭矩劇增，頂驅(qū)蹩停，繼而壓力級(jí)別設(shè)置為27MPa的保險(xiǎn)凡爾憋開(kāi)，動(dòng)力機(jī)組停機(jī)，井場(chǎng)停電。

動(dòng)力恢復(fù)后，上提鉆具重新開(kāi)泵，3.5m3/min排量泵壓約14MPa，幾乎沒(méi)有扭矩，鉆時(shí)慢。檢修泥漿泵后嘗試不同鉆壓，基本無(wú)扭矩，鉆進(jìn)至1544米時(shí)，由于機(jī)械鉆速異常，8：45決定起鉆檢查鉆頭，井下循環(huán)時(shí)間為17.86小時(shí)，純鉆7.94小時(shí)。

起鉆正常無(wú)阻卡顯示，起出螺桿發(fā)現(xiàn)只有定子部分出井，外筒從定子下端連接螺紋處開(kāi)扣，轉(zhuǎn)子連同下部螺桿及鉆頭落井，落魚(yú)為鉆頭0.43m+螺桿下部3.48m+轉(zhuǎn)子部分約5.22m，長(zhǎng)約9.13m。下圖1為防掉接頭出井情況，圖2為定子部分和上部防掉接頭平躺在井場(chǎng)，圖3為定子底部脫扣端照片。

螺桿防掉裝置未起作用，而且沒(méi)有在卸開(kāi)的接頭內(nèi)發(fā)現(xiàn)防掉桿及防掉螺母和擋板，圖4為入井前拍攝的防掉接頭內(nèi)部情況，圖5為防掉螺母與擋板，圖6為防掉裝置的示意圖。

3. 事故處理過(guò)程

經(jīng)三次打撈未果，因現(xiàn)場(chǎng)無(wú)合適打撈工具且為了通井，第一次下入起出來(lái)的螺桿定子，第二次為13-3/8"套管自制的撈筒，第三次為改制的更大尺寸類(lèi)壁鉤工具，根據(jù)第二次打撈作業(yè)時(shí)的下入深度和起出工具上的痕跡并結(jié)合錄井資料，確認(rèn)事故井深實(shí)際為1539.67m，類(lèi)壁鉤工具入井打撈過(guò)程中扭矩大，擔(dān)心變形后難以起出上層套管，為避免事故復(fù)雜化，決定打水泥塞側(cè)鉆。

修塞后4月20日10：00于1360m下入2.5°彎接頭配合244mm直螺桿側(cè)鉆至1376m起鉆、換1.5°單彎螺桿配406mm欠尺寸扶正器于4月26日5：00鉆至井深1546m，17：00起鉆至井口，換常規(guī)鐘擺鉆具組合。

4. 事故原因分析

4.1 螺桿鉆具結(jié)構(gòu)原理

螺桿鉆具通常是一種把液體壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的容積式井下動(dòng)力工具。由鉆井泵將鉆井液泵入鉆具水眼流經(jīng)馬達(dá)總成時(shí)，轉(zhuǎn)子在壓力鉆井液的驅(qū)動(dòng)下繞定子軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，馬達(dá)產(chǎn)生的扭矩和轉(zhuǎn)速通過(guò)萬(wàn)向軸和傳動(dòng)軸傳遞給鉆頭，從而實(shí)現(xiàn)鉆井作業(yè)。

螺桿鉆具馬達(dá)總成的性能參數(shù)是其主要性能參數(shù)，輸出扭矩與馬達(dá)壓降成正比，輸出轉(zhuǎn)數(shù)與輸入鉆井液流量成正比，隨負(fù)荷的增加，螺桿輸出轉(zhuǎn)數(shù)降低很少，通過(guò)控制地面上的壓力表讀數(shù)和鉆井泵的排量就控制住了井下螺桿的扭矩和轉(zhuǎn)速。

螺桿鉆具工作時(shí)的實(shí)際輸出扭矩，取決于鉆壓的大小。鉆進(jìn)中，螺桿鉆具帶動(dòng)鉆頭做順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，在鉆具的殼體上產(chǎn)生反扭矩，反扭矩的大小為輸出扭矩與摩擦損失扭矩之和，反扭矩通過(guò)螺桿鉆具殼體傳遞到鉆柱上，從而引起螺桿鉆具馬達(dá)以上部分連接螺紋的緊扣，馬達(dá)以下部分連接螺紋的松扣。

4.2 防掉總成結(jié)構(gòu)原理

防掉總成的作用是當(dāng)異常原因造成螺桿鉆具殼體斷裂或脫扣時(shí)防止落井并同時(shí)使泵壓升高以便操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題避免造成事故。起出的防掉接頭頸部有明顯的一圈凹槽.，而正常使用后的接頭此處應(yīng)該沒(méi)有任何磨損.

4.3 事故原因分析推論

由于落魚(yú)未被成功打撈，只能借助于錄井相關(guān)資料進(jìn)行分析并得出以下推論供參考。錄井曲線(xiàn)的組成主要由數(shù)值被五等分的兩大部分及右側(cè)的時(shí)間記錄、最后一欄為井深記錄和平均鉆時(shí)0-50min/m的曲線(xiàn)。第一部分綠色線(xiàn)表示扭矩值、藍(lán)色線(xiàn)為大鉤位置、黑色線(xiàn)為大鉤載荷、紅色線(xiàn)為鉆壓值，數(shù)值代表鉆頭位置；第二部分橘黃色線(xiàn)為泵排量、紅色線(xiàn)為泵壓、黑色線(xiàn)代表出口流量百分比，其余三條表示三臺(tái)泵的泵沖。

4.3.1 地層巖性變化導(dǎo)致鉆進(jìn)扭矩變化幅度大

從下面相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)及曲線(xiàn)截圖可以看到，從1525.1m至1526.1m鉆進(jìn)的17分鐘內(nèi)，扭矩有5次接近設(shè)置的20Kn.m上限，最低1-2Kn.m，變化幅度大且頻繁，可能造成早期定子下端連接扣松動(dòng)。

4.3.2 鉆進(jìn)過(guò)程中泵壓波動(dòng)給異常情況判斷帶來(lái)干擾

下面這張截圖是13日16：45-17：35的鉆進(jìn)記錄，從中可以看出三臺(tái)泵泵沖不變條件下，50分鐘內(nèi)泵壓波動(dòng)六次且最大達(dá)500-600psi，3號(hào)泵停開(kāi)一次。

第二張截圖記錄時(shí)間段是20：35-21：15，從中可以看出在泵沖不變、排量穩(wěn)定的前提下，泥巖段因可鉆性差，隨鉆壓（最左側(cè)紅線(xiàn)）增加泵壓反而逐漸降低，期間泵壓也有較大幅度波動(dòng)，且停開(kāi)泵一次來(lái)改善鉆井泵上水狀況。

4.3.3 操作不規(guī)范導(dǎo)致錯(cuò)過(guò)復(fù)雜情況被發(fā)現(xiàn)的時(shí)機(jī)

由于操作人員水平有限，采取措施不當(dāng)，長(zhǎng)時(shí)間的井下情況不正常沒(méi)有得到足夠重視，認(rèn)為工具入井時(shí)間短、不應(yīng)該有問(wèn)題，從下面對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)和曲線(xiàn)截圖可以看到，從23：45到14日0：55這段時(shí)間內(nèi)，泵壓變化達(dá)700psi有三次，可操作上卻從開(kāi)始停開(kāi)泵時(shí)上提鉆具0.5m左右逐漸變成了鉆具不提離井底，失去了早期防掉裝置起作用的最佳時(shí)間段。

5. 結(jié)論

5.1 優(yōu)選適合區(qū)塊鉆井需求的螺桿鉆具是正常生產(chǎn)的安全基礎(chǔ)；

5.2 掌握工具結(jié)構(gòu)原理并按規(guī)程操作是減少事故發(fā)生的技術(shù)保障；

5.3 合理判斷異常情況原因并及時(shí)采取正確措施是事故的防范手段；

5.4 廠家根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用反饋信息做技術(shù)改進(jìn)是實(shí)現(xiàn)雙贏的必要途徑。

參考文獻(xiàn)

[1] 螺桿鉆具使用說(shuō)明書(shū). 渤海裝備中成機(jī)械制造分公司/立林石油機(jī)械有限公司