防卡防刺托盤(pán)的研制與應(yīng)用

張耀先 雷華才 夏銘莉 張斌

摘 要：托盤(pán)主要應(yīng)用于石油鉆井過(guò)程中的井斜測(cè)量，它組裝連接在鉆具組合中。由于老式托盤(pán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，在鉆進(jìn)時(shí)，高壓泥漿流經(jīng)此處，極易形成渦流刺損鉆具和托盤(pán)，造成托盤(pán)側(cè)翻測(cè)斜儀器遇卡和鉆具被刺所引發(fā)鉆具落井事故，加之托盤(pán)水眼少、水眼小造成壓力損耗大，嚴(yán)重影響了鉆井速度?！胺揽ǚ来掏斜P(pán)”托盤(pán)的成功研制，有效解決了以上存在的各種難題，避免了各種測(cè)斜事故及重大鉆具落井事故的發(fā)生。另外，應(yīng)用該托盤(pán)配合“復(fù)合單多點(diǎn)儀器”也能實(shí)現(xiàn)定向完工后的多點(diǎn)測(cè)量，從而減少一趟起下鉆，其經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

關(guān)鍵詞：防卡防刺托盤(pán);壓耗高;鉆具落井事故;測(cè)斜

1 防刺、防卡托盤(pán)的工作原理及技術(shù)特點(diǎn)

1.1 老式測(cè)斜托盤(pán)被刺發(fā)生翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)致測(cè)斜儀器遇卡、鉆具被刺的狀態(tài)分析

井斜、方位是鉆井過(guò)程中井眼軌跡控制的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)來(lái)源主要依靠單點(diǎn)、多點(diǎn)、自浮測(cè)斜儀及MWD等儀器獲取，這些測(cè)量?jī)x器是井身質(zhì)量控制不可缺少的監(jiān)測(cè)工具，使用中需要在井下鉆具的什么位置進(jìn)行測(cè)量，必須在此處加帶托盤(pán)來(lái)配合固定測(cè)斜儀器。在長(zhǎng)期的測(cè)斜施工中，由于老式托盤(pán)的不合理設(shè)計(jì)，極易被高壓泥漿刺壞發(fā)生翻轉(zhuǎn)，導(dǎo)致測(cè)斜儀器頻繁遇卡，尤其自浮儀器不能上浮后，只能通過(guò)起下鉆的方式才能取出，嚴(yán)重影響鉆井時(shí)效。如果采用大排量、含沙高的泥漿鉆進(jìn)，托盤(pán)的刺損更為嚴(yán)重，每次起鉆檢查后都得更換，有時(shí)一口井需要更換3-4個(gè)托盤(pán);加放托盤(pán)后也會(huì)導(dǎo)致接頭的刺損，其強(qiáng)度受到影響，會(huì)引發(fā)鉆具刺穿或斷鉆具的情況，另外，加放托盤(pán)后壓降大，影響到了機(jī)械鉆速。

老式的托盤(pán)有兩種：一種是厚度為10mm、外徑為φ70mm，中間孔φ15mm，周圍均布6個(gè)φ8mm水眼的托盤(pán)。使用自浮儀器測(cè)斜時(shí)，測(cè)斜儀器易進(jìn)入刺大的水眼內(nèi)或被刺翻的托盤(pán)處而導(dǎo)致儀器遇卡。另一種是投擲式的，在井下常被刺成兩截而導(dǎo)致儀器遇卡，每個(gè)隊(duì)每年都會(huì)有5-6次測(cè)斜儀器遇卡事故的發(fā)生。

為解決以上問(wèn)題，我們對(duì)被刺托盤(pán)的受損情況、鉆具和托盤(pán)結(jié)構(gòu)、水力流動(dòng)學(xué)及泥漿的含沙量進(jìn)行了詳細(xì)的分析研究，導(dǎo)致被刺的原因有：①托盤(pán)水眼少、水眼小，在鉆具內(nèi)加裝托盤(pán)后當(dāng)高壓泥漿流經(jīng)此處時(shí)，泥漿的流動(dòng)阻力大，就會(huì)產(chǎn)生形成渦流，極易將托盤(pán)的水眼刺大、托盤(pán)和接頭的焊接處刺壞導(dǎo)致側(cè)翻;②托盤(pán)水眼少，水眼小壓力損耗也大，加放托盤(pán)后所產(chǎn)生的壓降，導(dǎo)致一部分供給鉆頭的水力破巖能量在此處消耗，嚴(yán)重的影響機(jī)械鉆速;③托盤(pán)水眼少，水眼小，在鉆具內(nèi)加裝托盤(pán)后，鉆具內(nèi)的高壓泥漿流經(jīng)此處受阻后會(huì)形成渦流，對(duì)此處的鉆具內(nèi)壁產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖刺損壞（見(jiàn)圖1、2）。

1.2 防刺、防卡托盤(pán)的工作原理及操作方法

首先，在鉆具需要測(cè)斜的位置連接內(nèi)徑小于防刺防卡托盤(pán)外徑的接頭。通過(guò)時(shí)間、空間分離的發(fā)明原理，在正常鉆進(jìn)時(shí)，防卡防刺托盤(pán)不需要放在鉆具中，這樣能有效避免托盤(pán)沖刷被刺的時(shí)間、減少壓力損耗的時(shí)間，為鉆頭提供充足的破巖能力，需要測(cè)斜時(shí)，將其從井口鉆具投入，托盤(pán)到達(dá)測(cè)斜位置后，會(huì)坐落在內(nèi)徑小于它接頭上部無(wú)磁鉆鋌內(nèi)，投入單點(diǎn)、多點(diǎn)儀器后會(huì)坐落在托盤(pán)上進(jìn)行測(cè)量，確保了井斜，尤其是方位精度。完成測(cè)量工作后，托盤(pán)會(huì)停留在鉆具內(nèi)，當(dāng)正常鉆進(jìn)時(shí)的高壓泥漿流經(jīng)托盤(pán)時(shí)，因其具有流線型的結(jié)構(gòu)，較大暢通的水眼，高壓泥漿不會(huì)在此處產(chǎn)生形成渦流，能夠有效避免了高壓泥漿對(duì)其造成的沖刷刺壞。另外，它的高度為160mm，在鉆具內(nèi)無(wú)法側(cè)翻，解決了測(cè)量過(guò)程中因托盤(pán)側(cè)翻而被卡的測(cè)量事故的發(fā)生（見(jiàn)圖3、4、5）。

1.3 防刺防卡托盤(pán)的技術(shù)特點(diǎn)

依據(jù)鉆具水眼及老式托盤(pán)的結(jié)構(gòu)、壓力損耗、水力流動(dòng)力學(xué)及泥漿的含沙量等各種特征，采用了流線型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少渦流的產(chǎn)生，增大托盤(pán)水眼內(nèi)徑，使其具有暢通的水眼來(lái)減少壓力損耗，通過(guò)增加托盤(pán)高度來(lái)防止翻轉(zhuǎn)被卡。

采用不銹鋼材料設(shè)計(jì)和加工出一種外徑為φ69mm，高度為161.5mm的托盤(pán)，其中間有直徑為φ30mm的水眼，周圍有均布5個(gè)扇形半徑為φ16mm半圓水眼的托盤(pán)（如圖6所示）。

2 現(xiàn)場(chǎng)情況及效果分析

新型防刺防卡托盤(pán)的成功研制，有效地解決了以上難題，該托盤(pán)至少能夠連續(xù)使用5-6口井。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，避免了托盤(pán)刺損側(cè)翻所造成的測(cè)井儀器被卡，滿足各種測(cè)量?jī)x器防卡要求;降低了壓力損耗，有效的提高了機(jī)械鉆速;減少了鉆具刺損所造成的斷鉆具落井事故發(fā)生。該托盤(pán)得到了井隊(duì)的好評(píng)，不但在吐哈區(qū)域得到廣泛應(yīng)用，而且也推廣應(yīng)用到了其他鉆探企業(yè)，為鉆井創(chuàng)效發(fā)揮了很大的作用。

另外，該托盤(pán)配合“復(fù)合單多點(diǎn)儀器”能夠減少一趟起下鉆，2012年2月7日在溫5-417井進(jìn)行了首次試驗(yàn)，取得了成功。2012年3月20日在神2-31井應(yīng)用了該技術(shù)，2次都避免了一趟起下鉆的時(shí)間。截止目前共計(jì)使用46次，創(chuàng)效188.6萬(wàn)元。

①項(xiàng)目投入費(fèi)用：

R=改進(jìn)單點(diǎn)測(cè)斜托盤(pán)

=0.3萬(wàn)元

②選擇成果直接經(jīng)濟(jì)效益公式：節(jié)約工時(shí)類

△S=（T0-T1）×C×（1-a）-R

=（0.8-0）×5.5×（1-0）-0.3

=4.1（萬(wàn)元）

單次節(jié)約費(fèi)用為4.1萬(wàn)元，目前共計(jì)使用42次，節(jié)約費(fèi)用為46×4.1=188.6萬(wàn)元。

其中：△S-鉆機(jī)應(yīng)用井的資金節(jié)約額（萬(wàn)元）;T0-應(yīng)用前平均起下鉆損失時(shí)間0.8（天）;T1-應(yīng)用后平均起下鉆損失時(shí)間0（天）;C-鉆機(jī)實(shí)際每天成本費(fèi)用5.5（萬(wàn)元/天）;a-調(diào)整系數(shù)（0）。即因非技術(shù)因素（如管理或員工的努力）引起新增效益在整個(gè)效益增量中的比重;R-項(xiàng)目投入費(fèi)用-0.3（萬(wàn)元）。

3 結(jié)論

①該工具制造簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，投資少。通過(guò)使用，可以避免托盤(pán)易刺、易翻、鉆井過(guò)程中壓力損耗大的問(wèn)題;

②配合“復(fù)合單多點(diǎn)儀器”能夠?qū)崿F(xiàn)定向完工后起鉆時(shí)的多點(diǎn)測(cè)量，從而避免起出儀器后再需單獨(dú)一趟鉆的多點(diǎn)測(cè)量;

③工作可靠性高，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，可廣泛的推廣應(yīng)用于石油鉆井系統(tǒng)的井斜測(cè)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅永中，陳懷高，吳先中，方健，譚山川.CDL測(cè)井儀打撈工具的研制與應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2006，26（7）：59-60.

[2]許學(xué)剛，反穿心打撈測(cè)井電纜時(shí)井口防噴工具的研究[J].中國(guó)石油和化工質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)，2013（17）.

[3]羅榮，蔣建平，崔光.塔河油田測(cè)井事故處理及預(yù)防探討[J].測(cè)井技術(shù)，2013（37）：5：553-556.

作者簡(jiǎn)介：

張耀先（1965- ），男，漢族，中國(guó)石油集團(tuán)技能專家，主要從事鉆井工作。