一體式凹底磨鞋的研制及應用

王永宏,豐士俊,巴魯軍,王玉奎,王富濤,張鐵軍,楊利強

(勝利石油管理局渤海鉆井管具公司,山東東營257200)

一體式凹底磨鞋的研制及應用

王永宏,豐士俊,巴魯軍,王玉奎,王富濤,張鐵軍,楊利強

(勝利石油管理局渤海鉆井管具公司,山東東營257200)

介紹了一體式凹底磨鞋的結構、工作原理、制造工藝和使用條件。經使用證明,研制出的磨鞋能夠彌補常規平底磨鞋的不足,且強度大,效率高,不憋泵,值得推廣應用。

磨鞋;一體式;研制

鉆井時常見的落物事故主要包括牙輪鉆頭掉牙輪、斷齒、掉鋼珠;測斜儀、卡瓦牙、吊鉗牙、吊卡銷等掉落井下[1-2],如果不對井下落物進行處理,則無法繼續鉆進。處理井下落物事故的方法是用打撈工具進行打撈[3-4],在井下落物難以打撈的情況下,通常采用常規平底磨鞋下井磨銑,通過泥漿循環將磨碎的金屬屑攜帶至地面[5-6]。但常規平底磨鞋經過長期使用暴露出了3大問題:①接頭體和磨鞋體分體加工,然后焊接為一體,如果焊接質量不好,磨鞋強度低,在井下使用時可能斷裂,引發進一步的事故;②在井下磨銑落物時容易跑偏;③徑向水槽在最底部,泥漿通道由接頭體內徑經過磨鞋體中心到徑向槽,然后通向井內環形空間,由于泥漿循環必須經過磨鞋體底部的徑向槽,因此,隨著磨鞋的磨銑,磨鞋體不斷變薄,在磨鞋體底部的徑向槽也逐漸變淺,導致泥漿循環通道越來越不暢通,泥漿泵泵壓升高,甚至憋泵。為此,研制了一體式凹底磨鞋。

1 結構及工作原理

1.1 結構

一體式凹底磨鞋結構如圖1。

1.2 工作原理

利用鉆具將一體式凹底磨鞋送入井底,用Ⅰ擋轉速和適當鉆壓平穩磨銑落物,當磨鞋裸露的T107加長形鎢鋼塊磨平后,其埋焊部分繼續參與磨銑,直至將落物全部磨碎,碎屑隨循環鉆井液經由鉆具和井壁之間的環空返到地面。

2 加工工藝

根據井徑的不同加工不同規格的一體式凹底磨鞋。以?180 mm一體式凹底磨鞋為例。

a) ?180 mm一體式凹底磨鞋采用?203 mm的40CrNiMo毛坯整體加工。用管螺紋車床將接頭體和磨鞋體外徑分別車至?159 mm和?180 mm,接頭體和磨鞋體的過渡部分為斜臺肩,斜臺肩與鉛垂方向的夾角加工成30°。接頭體長度為280 mm,上部加工NC46內螺紋,與鉆柱的NC46外螺紋連接,接頭體內徑加工至?71 mm。

圖1 一體式凹底磨鞋結構

b) 磨鞋體和斜臺肩總長度為240 mm,用管螺紋車床加工磨鞋體的底面成凹底,凹底頂點離磨鞋體最下端距離為15 mm。在磨鞋體凹底,用鏜床鉆3個互為120°、直徑?18 mm、深度80 mm的鉛垂孔,3個鉛垂孔中心線與磨鞋中心線的半徑距離分別為40、45、50 mm,用銑床在磨鞋體外側銑出寬18 mm、高80 mm的深水槽,分別與3個鉛垂孔相切,在磨鞋體和斜臺肩外側銑出寬18 mm、深10 mm淺水槽,使淺水槽槽底面與接頭體外圓柱面相切。在3個鉛垂孔互成120°方向上,以鉛垂孔中心線與深水槽頂面的交點為圓心,用鏜床鉆3個?18 mm傾斜孔,3個傾斜孔中心線上端相交于離磨鞋體底端240 mm的中心線和3個鉛垂孔互為120°方向上。

c) 在磨鞋體的凹底,用鉆床按彼此間距4 mm,鉆150個直徑?8 mm、深36 mm的孔,鉆孔距離深水槽和磨鞋體凹底邊緣不小于5 mm,用銅焊條將T107加長型鎢鋼塊(八棱、對棱尺寸7 mm,總長40 mm)鑲焊于150個孔中,焊好后的鎢鋼塊應露出磨鞋體的凹底4 mm。

3 使用條件

a) 適用于硬地層。

b) 用于裸眼中,外徑比井徑小10%左右;用于套管中,外徑比套管內徑小4～6 mm。

c) 磨銑時最大鉆壓根據一體式凹底磨鞋直徑確定,不應超過同尺寸牙輪鉆頭的正常鉆壓。開始時應用小鉆壓磨銑,如果井下憋跳,減小鉆壓;如果井下工作平穩,適當增加鉆壓。

d) 磨銑時的排量應為正常排量的1/2,防止把碎塊沖離井底。

e) 磨銑時的轉速為40～60 r/min。

f) 磨銑過程中,每20～30 min提起鉆具劃眼1次;每3～5 h上提鉆具3～5 m,然后停泵上下活動鉆具。

g) 起鉆前,用大排量洗井1～2次。

4 現場使用

在勝利油田孤北古1、懇622-7、利913、羅東20-2、孤東26等井進行的落物磨銑中沒有出現斷裂和憋泵現象,均使用1只一體式凹底磨鞋就將落物磨銑掉,較快地處理了井下落物事故,并在最短的時間內恢復鉆井生產。

5 結論

1) 一體式凹底磨鞋強度高,在井下使用安全可靠。

2) 磨銑落物時落物不易跑偏,不會產生磨不到的現象。

3) 由于水槽設計在磨鞋體的側面,磨銑全過程泥漿循環不受阻、不憋泵。

4) 磨鞋凹底裸露的鎢鋼塊磨平后,埋焊部分可繼續參與磨銑,單只磨鞋效率高,可減少起下鉆次數,縮短建井周期,降低鉆井成本。

[1] 劉希圣,陳庭根,管志川.鉆井工程理論與技術[M].東營:石油大學出版社,2000.

[2] 趙金洲,張桂林.鉆井工程技術手冊[K].北京:中國石化出版社,2005.

[3] 黃建林,劉 偉,李 麗,等.常規打撈工具在水平井中的應用[J].石油礦場機械,2008,37(3):78-80.

[4] 劉 偉,張國興,劉 堅,等.超深井襯管打撈工藝技術[J].石油礦場機械,2008,37(5):93-96.

[5] 蔣希文.鉆井事故與復雜問題[M].北京:石油工業出版社,2006.

[6] 王化文,徐道剛.石油鉆采設備工具配件[M].北京:石油工業出版社,1994.

Development and Application of Unitized Concave Bottom Mill

WANG Yong-hong,FENG Shi-jun,BA Lu-jun,WANG Yu-kui,WAN G Fu-tao, ZHAN G Tie-jun,YANG Li-qiang
(Bohai Drilling Tools Company,Shengli Petroleum A dministration,Dongying257200,China)

The development of the mill shoe eliminates the shortcoming of the conventional flat bottom mill.By using,the strength of the mill shoe is large,its efficiency is high,and no circulation suffocation happens.It is worth deploying.

bottom mill;unity;development

1001-3482(2010)04-0095-02

TE921.9

B

2009-10-19

王永宏(1965-),男,山東臨朐人,工程師,主要從事石油鉆井工具的研發與管理工作,E-mail:gjwyh@slof.com。