提升螺桿鉆施工質(zhì)量對策研究

陳旭超 劉雪 楊威 冉奇 劉瑞兵

【摘 要】螺桿鉆具是油井檢維修施工中實(shí)施鉆、磨銑工藝的主要工具之一，在施工中由于受鉆柱組合設(shè)計(jì)缺陷等因素影響，導(dǎo)致鉆壓控制調(diào)整困難、進(jìn)尺緩慢等現(xiàn)象出現(xiàn)，影響施工效率。通過對鉆柱組合優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)半自動化平穩(wěn)恒壓鉆進(jìn)，提高作業(yè)施工效率，減少勞動強(qiáng)化。

【關(guān)鍵詞】螺桿鉆具;鉆柱組合;優(yōu)化

螺桿鉆是一種以液體為動力，把液體的動力轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的井下動力工具，當(dāng)動力液進(jìn)入液馬達(dá)，在液馬達(dá)的進(jìn)出口形成一定的壓差，推動液馬達(dá)的轉(zhuǎn)子繞定子做行星運(yùn)動，提供給鉆頭轉(zhuǎn)速和扭矩，實(shí)現(xiàn)油水井下返、封堵層的鉆塞、落物落魚的磨銑等井下作業(yè)施工。螺桿鉆施工方便，使用費(fèi)用低，在修井作業(yè)中發(fā)揮著重要作用，是小修隊(duì)伍的主要施工工具。但施工時螺桿鉆具管柱工藝結(jié)構(gòu)、工作參數(shù)等對施工質(zhì)量和工作效率起著重要作用。

1 存在問題

1.1 鉆壓控制難度大，井口油管倒轉(zhuǎn)

油田開發(fā)過程中經(jīng)常需要利用螺桿鉆具進(jìn)行鉆水泥塞、磨洗橋塞、修整魚頂?shù)茹@磨工藝措施。施工中由于被鉆磨物質(zhì)硬度較高，需要控制鉆壓在某一個范圍之間，保證正常鉆進(jìn)、磨洗。鉆壓過高，易造成管柱變形，在現(xiàn)場實(shí)際操作中，由于管柱與井底被鉆物是剛性接觸，鉆壓控制難度大，每鉆進(jìn)1厘米就會導(dǎo)致鉆壓產(chǎn)生變化減少，需要頻繁下放管柱調(diào)整鉆壓。鉆壓過大，會導(dǎo)致鉆頭制動、管柱反轉(zhuǎn)，司鉆就要立即上提管柱，再重新下放管柱加壓鉆井。通過操作作業(yè)機(jī)剎車剎把進(jìn)行鉆壓調(diào)整，需要操作人員注意力長時間高度集中，勞動強(qiáng)度大，鉆進(jìn)的精度控制難度大，導(dǎo)致鉆塞等作業(yè)進(jìn)度緩慢，施工效率低，且易發(fā)生其它不安全事故。

2、原因分析

在結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況下，我們對鉆頭、鉆具、中間連接部分、地面部分進(jìn)行分析，完善螺桿鉆具的使用工藝結(jié)構(gòu)，拓寬使用范圍和實(shí)效。在實(shí)際鉆塞、磨洗等檢維修工作中，螺桿鉆具井下鉆柱工藝結(jié)構(gòu)主要有油管、滑套短節(jié)、伸縮桿、螺桿鉆具等組成，其中滑套短節(jié)對鉆壓控制等起到主要作用。

2.1滑套短節(jié)結(jié)構(gòu)

滑套短節(jié)主要由外工作筒和外六方伸縮桿套裝在一起組合，外筒下端面有內(nèi)六方孔與伸縮桿配合，二者之間可以自由沿軸向相對滑動?；锥坦?jié)連接在鉆柱中，能夠承受拉壓負(fù)荷、密閉輸送修井液和傳遞扭矩，同時還能起到控制鉆壓和充當(dāng)緩沖器的作用。右圖中分別展示了滑套短節(jié)處于伸開和閉合的兩種狀態(tài)。

2.2目前現(xiàn)狀

長期以來，在鉆塞、磨洗等檢維修施工中習(xí)慣的做法是：將滑套短節(jié)直接連在螺桿鉆具之上，鉆柱組合自下而上為：鉆頭+螺桿鉆具+滑套短節(jié)+全井油管管柱。見圖2

按照該鉆柱組合形式在鉆進(jìn)時，僅靠螺桿鉆具的重量并不能滿足鉆壓的要求（鉆具自重僅100余千克），實(shí)際操作中需要將滑套短節(jié)完全收合，形成整個鉆柱重量向下的剛性傳遞，利用上部全井管柱的重量進(jìn)行調(diào)整加壓，從而導(dǎo)致鉆壓調(diào)整頻繁而且困難。

同時鉆柱的縱向振動作用于全井管柱上，無法得到緩沖吸收。這樣滑套短節(jié)不僅無法起到緩沖作用，而且對于鉆壓的控制控制完全沒有得到發(fā)揮，失去了其使用的意義。

3、鉆柱優(yōu)化過程

3.1理論依據(jù)

通過研究論證認(rèn)為，應(yīng)該將滑套短節(jié)上移至管柱中部，在滑套短節(jié)與螺桿鉆具之間連接的管柱作為配重管柱。鉆柱組合自下而上為：鉆頭+螺桿鉆具+配重油管+滑套短節(jié)+上部管柱。這樣滑套短節(jié)的的伸縮桿處于半閉合狀態(tài)時，只有滑套短節(jié)以下配重管柱的重量壓在鉆頭上，可使鉆頭得到一個恒定不變的預(yù)定進(jìn)給力，不受上部管柱重量的影響，保證鉆頭平穩(wěn)順利的實(shí)現(xiàn)恒壓鉆井。

3.2 計(jì)算設(shè)計(jì)

根據(jù)選用的螺桿鉆具及鉆頭類型，要求不同的鉆進(jìn)參數(shù)，據(jù)此設(shè)計(jì)相應(yīng)的配重管柱。以5LZ100×3.5型螺桿鉆具+HJ517型三牙輪鉆頭為例，選用鉆壓應(yīng)為10-15千牛，如使用?73mm油管，則應(yīng)在滑套短節(jié)與螺桿鉆具之間加15根油管作用配重，配重油管在清水中的總重量為13千牛，滿足施工需要。

4 操作程序

4.1 啟動鉆具

下入時滑套短節(jié)在配重管柱拉力下伸開，下至預(yù)定深度一下，在開泵循環(huán)正常后慢放管柱，待指重表懸重下降，說明鉆頭已經(jīng)接觸灰面或待磨洗物開始鉆進(jìn)。懸重下降13千牛時，配重管柱重量已經(jīng)完全轉(zhuǎn)為鉆壓。

4.2滑套短節(jié)閉合

繼續(xù)下放管柱月1米左右（伸縮桿的行程），在此過程中外筒逐漸下行，但鉆壓保持不變。至指重表懸重稍有下降即可停止下放，此時滑套短節(jié)已經(jīng)完全閉合，打好剎車即可進(jìn)行自動鉆井程序。

4.3自動鉆進(jìn)

在其后的鉆進(jìn)過程中，隨著進(jìn)尺的增加，伸縮桿再次逐漸向下伸出，在其伸出1米形成內(nèi)，配重油管充當(dāng)鉆壓，保持不變無需調(diào)整。同時鉆進(jìn)中鉆柱的縱向振動，由伸縮桿上下滑動吸收，達(dá)到減震緩沖的目的，有利于保護(hù)鉆具及管柱。

4.4程序循環(huán)

待指重表懸重有所回升，則說明伸縮桿已經(jīng)完全伸出，底部鉆具受到上部管柱拉力，井底鉆壓已經(jīng)下降。再次慢放管柱重復(fù)之前操作，即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)恒定鉆進(jìn)。每個單根僅需要操作10次左右，鉆壓控制準(zhǔn)確而且操作簡單易行。

5、實(shí)施效果

2019年5月，在古5818等5口井的鉆水泥塞施工中，采用了優(yōu)化鉆柱組合?，F(xiàn)場操作簡單易行，平均進(jìn)尺由5.77米/小時提高至7.54米/小時，而且鉆塞均一次成功鉆至設(shè)計(jì)深度，未出現(xiàn)螺桿鉆損壞失效導(dǎo)致的起鉆更換情況。

6結(jié)束語

通過對螺桿鉆具的井下鉆柱組合進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了半自動平穩(wěn)鉆進(jìn)，不但提高了轉(zhuǎn)速，而且降低了勞動強(qiáng)度，有利于工作效率的提高。改變了幾十年來的傳統(tǒng)方式，易于操作掌握，在同行業(yè)內(nèi)具有良好的推廣應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]萬仁薄 采油技術(shù)手冊第五分冊.修井工具與技術(shù).北京：石油工業(yè)出版社，1998

作者簡介：

陳旭超：河南南陽人，1994年參加工作，從事油藏開發(fā)。