多功能防溢管的研制與應用

方永春，張 偉，趙 輝

（西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依 834009）

0 引言

在石油鉆井施工中，為確保井控安全，根據(jù)井身結構和鉆井設計，安裝數(shù)量和壓力級別不同的防噴器，一般二開安裝1～2組防噴器，三開安裝2～3組防噴器，由于所安裝數(shù)量及型號不同，配套的防溢管高度要求不同，安裝在防噴器上導引泥漿進入高架槽的防溢管高度也不同，為滿足施工要求，各井隊基本都配備兩個高度不同的防溢管；同時在提鉆過程中，為清潔鉆具外壁粘滿的泥漿，均在鉆臺面采用人工刮泥方式，不僅勞動強度較大，而且勞動效率較低。在遇到提鉆速度過快、鉆頭水眼堵塞或在使用的螺桿卡死等問題提鉆時，泥漿從鉆具水眼噴涌到鉆臺面，流濺到底座及防噴器等。為避免發(fā)生井口鉆臺下設備及環(huán)境污染，各鉆機均在轉臺面下防溢管外單獨設置了分體式擋泥傘。防泥傘重約150 kg，由于鉆臺底座空間有限，安裝費時、費力，通常僅安裝擋泥傘就需4人2 h時間。目前井隊鉆井使用2個防溢管，采用人工刮泥和安裝分體式擋泥傘費時費力，影響井隊提速提效，因此研制集伸縮、刮泥、防泥漿濺漏并收集重復利用的多功能防溢管裝置，滿足鉆井生產(chǎn)安全、提速增效要求。

1 多功能防溢管研制方案

1.1 多功能防溢管功能

（1）防溢管具備伸縮功能：適應鉆井施工安裝防噴器不同口徑及高度要求。

（2）防溢管具備無接觸刮泥功能：滿足鉆井作業(yè)提鉆過程中清除不同尺寸鉆具所粘附的泥漿。

（3）防溢管具備擋泥傘功能：滿足鉆井過程中鉆臺噴灑的泥漿收集后返回防溢管再利用，實現(xiàn)降本增效和環(huán)保新要求。

1.2 多功能防溢管研制內容

防溢管伸縮動力、伸縮后固定及及伸縮管間密封的研究確定，防溢管無接觸刮泥器結構、相關尺寸及刮泥器控制裝置設計，防溢管泥漿收集重復利用的一體式擋泥傘尺寸、結構確定制作。

1.3 總體方案設計原則

防溢管伸縮長度以適用于底座為10.5 m、底座凈空高度9 m的ZJ70鉆機。防溢管的直徑尺寸及伸縮量以滿足新疆油田井控細則中關于常規(guī)井深結構防噴器配備要求。防溢管底部法蘭具備與環(huán)形或閘板防噴器中心距不同尺寸采用螺栓緊固連接，結合面密封可靠，不泄漏泥漿。防溢管上一體式擋泥傘尺寸以ZJ70鉆機轉盤ZP375通徑為依據(jù)，確保擋泥傘有效、可靠擋接從轉盤撒漏的泥漿，保證擋泥傘下部的防噴器及鉆臺底座清潔、衛(wèi)生環(huán)保。無接觸刮泥器動力采用鉆井現(xiàn)場壓風機生產(chǎn)的壓力0.6～1 MPa壓縮空氣，要求無接觸式刮泥器與鉆機絞車同步工作，即鉆機絞車開始工作上提鉆具時，無接觸式刮泥器同步開始進行刮泥工作，確保從井內提出的鉆具干凈。

1.4 多功能伸縮式防溢管設計

新疆油田ZJ70鉆機從事的探井及生產(chǎn)井井深多數(shù)為4000～7000 m，井口壓力基本低于70 MPa。按照新疆油田井控實施細則，井身結構常為表層套管508 mm；技術套管339.7 mm與244 mm；油層套管177.8 mm，其中表層套管防噴器組FZ54-14+FH54-14；二開防噴器組2FZ35-35（70）+FH35-35；三開防噴器組FZ28（35）-70+2FZ28（35）-70+FH28（35）-35；四開防噴器組FZ28-70+2FZ28-7+FH28-35其中單閘板防噴器如：FZ54-14和FZ28（35）-（70）高度為1.2 m左右；環(huán)形防噴器如FH54-14或FH35-35高度為2 m左右；雙閘板防噴器2FZ35-35（70）高度為2 m左右。

常規(guī)ZJ70鉆機的底座凈高H為7 m，H=H1+H2，H1為一開防溢管的高度，H2為一開防噴器組的高度，防溢管的高度H1=H-H2。一開防噴器組的高度為一個單閘板和一個環(huán)形因此高度為3～2 m，底座凈空高7 m，伸縮管高3.8 m。當在四開時，防噴器增加雙閘板時，防噴器組增加2 m，此時防溢管必須縮短2 m左右。防溢管內管通徑應大于二開技術套管尺寸，二開技術套管尺寸為339.7 mm。

因此確定伸縮式防溢管基本尺寸為外管直徑360 mm，壁厚10 mm，長度3.5 m；內管直徑350 mm，壁厚5 mm，長度3.2 m。內管可以在外管內上下移動，內管頂部焊接1000 mm×1000 mm×40 mm防濺擋泥傘，擋泥傘與內管焊接密封，避免擋泥傘收集的泥漿從擋泥傘與伸縮內管間泄漏。同時在擋泥傘與防溢管底部在防溢管上開4個50 mm的孔洞，便于所收集的泥漿通過孔洞回流到防溢管內再利用。在氣吹式刮泥氣腔內設置6個均勻分布3 mm氣孔，氣腔外殼設置4個1/2英寸快速接頭，快速接頭與受控壓縮氣管線連接，提鉆絞車運行時，氣管線同時開始向氣吹式刮泥氣供氣，連續(xù)不斷的壓縮空氣通過防溢管周圍12個氣孔將管內鉆具吹刮干凈。高架槽連接倒刺管短接焊接再伸縮內管氣腔下部，伸縮內外管采用錘擊由壬連接，內外管密封使用O形由壬膠圈，確保泥漿不從內外連接部位泄漏。防溢管底部外管焊接有與環(huán)形或閘板防噴器連接的法蘭，螺孔為橢圓形，可適應多種中心距不同的封井器。

2 現(xiàn)場試驗使用情況

2019年5月完成第一套多功能防溢管加工后，在從事呼圖壁儲氣庫鉆井施工的電動鉆機70203隊試驗使用。可伸縮及一體擋泥傘，滿足不同開次防噴器安裝高度及防泥漿撒漏功能，達到設計預期目標，但氣動刮泥效果沒有達到預期。經(jīng)討論、分析，主要是氣吹式刮泥器氣孔數(shù)量不夠，氣孔尺寸偏小，應此將氣孔從6個增加到12個，氣孔尺寸從3 mm增大到5 mm。按照這一方案制造第二套防溢管在70203隊使用，氣動刮泥效果達到預期效果，但由于氣孔數(shù)量和直徑增加，導致用氣量增大，氣壓基本在0.6 MPa左右，影響絞車離合器用氣。為解決這一矛盾，在提鉆時啟動鉆機所配的2臺螺桿壓縮機即可。

多功能可伸縮防溢管經(jīng)2年試驗、改進完善，證明多功能防溢管裝置滿足現(xiàn)場各種井身結構井控設備安裝要求，同時具備適合常規(guī)各種尺寸鉆具和測井電纜提出時自動無接觸掛泥和防泥漿濺落污染鉆臺底座和防噴器設備的功能。推廣應用不僅可提高勞動效率，降低鉆井工人安裝擋泥傘和提鉆手工刮泥的勞動強度，而且提升提鉆速度，按提一柱立柱節(jié)約放下刮泥器后再去取卡瓦并座卡瓦的耗時為1 min，4000 m井可節(jié)約1 h，平均按提鉆6次節(jié)約6 h，同時安裝擋泥傘和防溢管可節(jié)約6 h，一口井共計可節(jié)約12 h。

3 結論

圖1 多功能防溢管

多功能防溢管具備可伸縮、回收撒漏泥漿重復利用和利用壓縮空氣進行氣吹式刮泥等項功能。在石油鉆井追求安全提速提效和環(huán)保優(yōu)先理念的當下，推廣應用多功能防溢管裝置不僅順應時代發(fā)展要求，而且可顯著降低工人勞動強度，提高生產(chǎn)效率，滿足了清潔、安全生產(chǎn)要求。同時由于采用一體式伸縮結構，在安裝過程中降低安裝難度，消減安全風險，經(jīng)濟效益和社會效益均十分顯著，具有較廣的推廣應用前景。