螺桿鉆在海上油田修井機大修中的探索與實踐

楊 子

螺桿鉆在海上油田修井機大修中的探索與實踐

楊 子

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，300459 天津）

單電機聯(lián)合驅(qū)動絞車轉(zhuǎn)盤方式設(shè)計的修井機已廣泛應(yīng)用于海洋石油平臺, 該系統(tǒng)最大弊端就是旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)與提升系統(tǒng)兩種工況不能同時實現(xiàn)，這就在很大程度上限制了磨銑及打撈等大修作業(yè)工藝的實施。螺桿鉆的引入再配合平底磨鞋使用，徹底解決了電驅(qū)修井機大修磨銑作業(yè)“卡脖子”的難題，經(jīng)現(xiàn)場作業(yè)實踐證明，螺桿鉆具滿足電驅(qū)修井機大修作業(yè)磨銑作業(yè)要求，具有較高應(yīng)用及推廣價值。

渤海油田；過篩管壓裂；大修；螺桿鉆；鉆塞

單電機聯(lián)合驅(qū)動絞車轉(zhuǎn)盤方式設(shè)計的修井機已廣泛應(yīng)用于海洋石油平臺，其最大的絞車滾筒剎車都無法解剎，導(dǎo)致了大修井作業(yè)所需的絞車轉(zhuǎn)盤主電機(以下簡稱主電機) 單獨驅(qū)動轉(zhuǎn)盤運轉(zhuǎn)的絞車轉(zhuǎn)盤聯(lián)動工況無法實現(xiàn), 其最大弊端就是旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)與提升系統(tǒng)兩種工況不能同時實現(xiàn)。而在修井機大修作業(yè)中，套銑及打撈作業(yè)是常見的作業(yè)工序，前提是修井機旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)與提升系統(tǒng)能并聯(lián)使用，而單電機控制的電驅(qū)修井機在很大程度上限制了大修施工工藝的實施。

1 柴驅(qū)修井機鉆塞作業(yè)

井下落物的處理有兩種方法，一是用打撈工具打撈出來；二是在井內(nèi)將其消滅。在各種修井打撈手段都無法打撈出井內(nèi)落物的情況下，鉆磨套銑法是最古老而又最有效的解卡方法，而磨銑是最直接有效的方式。磨鞋是磨削井下落物，修理魚頂?shù)墓ぞ撸渲饕衅降啄バ?、凹底磨鞋、引子磨鞋、錐形磨鞋幾種，而在柴驅(qū)修井機鉆塞作業(yè)中常用平底磨鞋進行鉆塞作業(yè)。

圖1 常用平底磨鞋示意圖

在海上油田柴驅(qū)修井機大修作業(yè)中，絕大部分機具因沒有頂驅(qū)配置故不可實現(xiàn)管柱上提下放與旋轉(zhuǎn)同時作業(yè)，因此采用方鉆桿及水龍頭井口配套裝置來實現(xiàn)磨銑或套銑作業(yè)。圖2為海上油田鉆塞作業(yè)管柱示意圖。

圖2 柴驅(qū)修井機鉆塞作業(yè)管柱結(jié)構(gòu)示意圖

2 電驅(qū)修井機鉆塞作業(yè)

2.1 螺桿鉆結(jié)構(gòu)及原理

螺桿鉆具又叫容積式動力鉆具[1]。螺桿鉆具是以鉆井液為主要動力液的井下動力鉆具，鉆井液由泥漿泵泵出后經(jīng)由鉆柱進入鉆具馬達，馬達端頭形成的壓力差推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，再通過萬向軸及傳動軸將扭矩和轉(zhuǎn)速傳遞給鉆頭，實現(xiàn)鉆進[2]。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 螺桿鉆馬達的結(jié)構(gòu)示意圖

旁通閥是螺桿鉆具的輔助部件，它的作用是使用泵是使鉆柱內(nèi)空間與環(huán)空溝通，避免起下鉆和接換單根時鉆柱內(nèi)鉆井液溢出污染鉆臺，影響正常工作。旁通閥總成由閥體、閥芯、彈簧、閥套、O 型密封圈等幾部分組成[3]。旁通閥結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

圖4 旁通閥結(jié)構(gòu)示意圖

馬達是螺桿鉆具的動力部件，馬達總成實際上是由轉(zhuǎn)子和定子兩個基本部分組成的單桿容積式動力機械[4]。圖5所示是頭數(shù)不同的螺桿馬達剖面圖。

圖5 螺桿馬達系列剖面圖

2.2 應(yīng)用案例

渤海油田A井于2005年7月投產(chǎn)，下入Y管分采管柱生產(chǎn)，5-1/2″繞絲篩管防砂，分4個防砂段，生產(chǎn)東二下段Ⅱ、Ⅲ油組。該井對應(yīng)注水井注過聚合物，多次作業(yè)發(fā)現(xiàn)該井泵頭及吸入口吸附有大量聚合物，導(dǎo)致該井產(chǎn)液量、產(chǎn)油量低，分析近井地帶儲層及井筒均存在聚合物堵塞嚴重。該井生產(chǎn)層剩余油富集，產(chǎn)能釋放不出來，通過研究，為了提高該井區(qū)儲量動用程度，提出剩余油潛力最大的第一防砂段采取過篩管壓裂措施，釋放產(chǎn)能。

下鉆前井口做功能試驗正常，下鉆到位鉆塞作業(yè)：正循環(huán)套銑沖砂液（黏度38 S），排量50 m3·h-1@2 MPa，連續(xù)鉆塞4 h后，靜置復(fù)探砂面提前4.5 m遇阻；調(diào)參：排量60 m3·h-1@4.5 MPa，正循環(huán)130 s套銑沖砂液30 m3，返出有少量陶粒；再次連續(xù)鉆塞4 h靜置復(fù)探砂面提前5.7 m遇阻；繼續(xù)調(diào)參鉆進，現(xiàn)象一致。起鉆檢查旁通孔堵塞嚴重。后更換鉆具組合：4-1/2″平底磨鞋+2-7/8″鉆桿+6-5/8″撈杯+3-1/2″鉆桿+方鉆桿+水龍頭，下鉆后多次調(diào)參，順利鉆塞至目的深度，期間返出較多陶粒。起鉆后檢查發(fā)現(xiàn)：（1）撈杯攜帶出大量充填陶粒；（2）螺桿鉆旁通孔（5個水眼）均堵塞有大量絮狀物（透明塑料薄膜+疑似噸袋外殼碎片）。

現(xiàn)場分析，相關(guān)原因可能有2個方面：（1）泥漿池底部不干凈，配置套銑沖砂液時開攪拌器攜帶上浮并入井，堵塞旁通孔；（2）壓裂作業(yè)加砂時，噸袋碎片隨壓裂液入井。

B井于2015年投產(chǎn)，共4個防砂段，采用礫石充填方式完井。投產(chǎn)初期產(chǎn)液量比較低一直在40~65 m3·d-1之間波動比采液指數(shù)0.10 m3·(d·m·MPa)-1，遠低于周邊生產(chǎn)井Y1、Y2井。分析產(chǎn)液差的原因主要鉆完井過程中地層壓力低存在一定污染。為了提高該井區(qū)儲量動用程度，釋放油井產(chǎn)能，提出對第一、二、三防砂段進行過篩管壓裂增產(chǎn)措施。

當(dāng)下鉆至橋塞預(yù)定深度以上10 m，測管柱上提下放：52T/27T，緩慢下放管柱于2 625 m遇阻（易鉆橋塞位置），最大下壓2T，上提管柱，復(fù)探遇阻位置不變，上提管柱1 m，啟泵緩慢下放管柱開始鉆塞作業(yè)：43 m3·h-1@9.1 MPa，鉆壓1-1.5T，磨銑1 h，累計進尺0.15 m后無明顯進尺，期間多次調(diào)整磨銑參數(shù)，增大鉆壓至6T，繼續(xù)鉆磨4 h后，鉆壓突降；停泵放壓，緩慢下放管柱通過橋塞位置，無遇阻顯示。繼續(xù)下鉆，將易鉆橋塞推至2 690 m（Snap latch底深2 681.47 m）。

圖6 易鉆橋塞結(jié)構(gòu)示意圖

3 作業(yè)建議

為了提高作業(yè)質(zhì)量，規(guī)避因返工額外產(chǎn)生作業(yè)成本的情況發(fā)生，對于螺桿鉆入井作業(yè)前，應(yīng)充分進行相關(guān)檢查及功能試驗，相關(guān)注意事項有以下幾個方面：

3.1 旁通閥的檢查

用提升短節(jié)將螺桿鉆具提起座入轉(zhuǎn)盤卡瓦內(nèi)，使旁通閥體位于轉(zhuǎn)盤上方，以便于觀察，裝上安全卡瓦，卸去提升短節(jié)。用木棒把旁通閥體和閥芯壓到下死點，從上部注滿水，旁通閥體應(yīng)無泄漏，松開閥芯，閥芯能復(fù)位，則旁通閥體正常。

3.2 修井工作液的清潔度控制

1）螺桿鉆循環(huán)前，泥漿泵地面內(nèi)循環(huán)，觀察泥漿泵濾網(wǎng)堵塞情況并及時清理；或泥漿池轉(zhuǎn)液，加干凈地?zé)崴?，保證工作液干凈度；

2）螺桿鉆循環(huán)中，定時檢查并清理泥漿泵濾網(wǎng)雜物。

4 結(jié)論

1）過篩管壓裂增產(chǎn)防砂工藝是挖潛低產(chǎn)低效井產(chǎn)能的重要手段，而螺桿鉆在過篩管壓裂后鉆塞成功應(yīng)用，節(jié)省了因反復(fù)拆裝方鉆桿及水龍頭等環(huán)節(jié)操作時間，加快了大修后復(fù)產(chǎn)的周期，節(jié)約了作業(yè)成本，間接增加了油氣產(chǎn)量，可貢獻較大經(jīng)濟價值。

2）針對電驅(qū)修井機大修，涉及套銑或磨銑作業(yè)環(huán)節(jié)，螺桿鉆引入和成功實踐，擴寬了大修作業(yè)的思路。

3）對螺桿鉆實際作業(yè)中出現(xiàn)的問題進行合理改良或優(yōu)化，可進一步在定向井或水平井等不同井況中推廣應(yīng)用，其具有較高應(yīng)用價值。

［1］李奇龍．螺桿鉆具在地?zé)峋@探中的應(yīng)用初探[J]. 探礦工程，2014，41 (3)：56-58．

［2］王檢軍. 螺桿鉆具斷落事故處理與預(yù)防探討[J]. 石油和化工設(shè)備，2020，23(7):67-69.

［3］鄭斌. 螺桿鉆具的失效分析及對策方案研究[D]. 東北石油大學(xué)，2017.

［4］蘇義腦. 螺桿鉆具的工作特性[J]. 石油鉆采工藝, 1998，6 (20): 11-13.

Exploration and Practice of Screw Drill in Overhaul of Workover Rig in Offshore Oilfields

(CNOOC Tianjin Branch, Tianjin 300459, China)

The workover rig designed by single motor combined drive winch turntable has been widely used in offshore oil platforms. The biggest drawback of this system is that the two working conditions of rotating system and lifting system cannot be realized at the same time, which greatly limits the implementation of overhaul operations, such as milling, fishing and so on. The introduction of the screw drill combined with the use of flat bottom grinding shoes completely solves the problem of "jamming neck" in the overhaul and milling operation of the electric drive workover rig. The field operation practice has proved that the screw drill can meet the grinding and milling operation requirements in the overhaul operation of electric drive workover rig, and has high application and promotion value.

Bohai oilfield; Screen fracturing; Overhaul; Screw drill; Drilling plug

2020-12-31

楊子（1987-），男，工程師，現(xiàn)在從事海上油氣田大型修井監(jiān)督施工管理相關(guān)工作。

TE934

A

1004-0935（2021）03-0410-03