鉆井液隨鉆過濾裝置設計

梁奇敏，高德利

（中國石油大學 石油工程教育部重點實驗室，北京102249）

鉆井是石油天然氣等地下資源勘探開發的基本手段［1－3］，而鉆井設備和技術是實現安全優快鉆井的前提，人們從未停止相關研發設計工作［4－8］。鉆井過程中大部分時間需要鉆井液的循環［9］，尤其是隨著井深的增加，需要不斷調整鉆井液體系。因此，鉆井液加料的過程中經常會有一些雜物混入鉆柱中，或者鉆井液泵和震動篩的性能欠佳，處理后鉆井液中的沙粒也經常進入鉆柱內；每次打完1個單根或者1個立柱時，接下1個單根或者下1個立柱時，井口最上面的1個鉆柱母扣都會敞開，這時很有可能有雜物掉入鉆柱內。在這2種情況下，進入鉆柱內的雜物都可能將鉆頭水眼堵死或者將井下的馬達轉子卡住而不能工作，進而需要起鉆處理，耽誤生產時間。目前我國主要有2種處理方式：鉆井液泵出口濾網過濾和井口保護罩防止落物。鉆井液泵出口濾網過濾是一種很有效的防止循環過程中雜物混入鉆井液中的方法，現在很大一部分鉆井液泵出口處都會安裝1個小的濾網。但是如果小濾網被沖刷刺漏，很難及時發現，雜物就可以暢通無阻地進入鉆柱內，同樣可能導致井下設備被堵塞的情況。在井口鉆桿母扣處安裝保護罩是防止在接單根過程中落物從井口落入鉆柱中的方法，但又給鉆工多加了1道工序，帶來很多不便。本文設計的鉆井液隨鉆過濾裝置可以隨意安放在鉆柱內，隨著鉆柱一起下入井下，既可有效過濾泵入鉆柱內的鉆井液，防止井下動力工具被堵死，又可回收掉入鉆柱內的雜物，當雜物塞滿濾網時就打撈到井口更換新的裝置，具有降低作業風險的特點。結合現場初期試驗，證明該鉆井液隨鉆過濾裝置可較好地應用在石油鉆井中。

1 技術分析

1.1 結構設計

本文所設計的鉆井液隨鉆過濾裝置結構如圖1所示，分為地面裝置和井下裝置2大部分：地面裝置包括絞車、鋼絲繩、定滑輪、加重棒、打撈矛；井下裝置包括提升柄、單流閥、濾網、過濾套筒、彈簧組。

圖1 隨鉆過濾裝置結構

1.2 工作機理

每次組合鉆具時，先將本文所設計的鉆井液隨鉆過濾裝置的井下部分安裝在底部鉆具總成2個鉆鋌間的短節里，如果有雜物混在循環的鉆井液中或者在接單根時不慎有雜物落入鉆柱內，雜物就會停在井下裝置的過濾網上，從而不會把短節下面的井下動力鉆具卡死或者把水眼堵死。如果雜物塞滿過濾套筒時，單流閥門不能被流入鉆桿內的鉆井液頂開，此時地面會檢測到泵壓驟然升高，就需要用地面裝置的絞車通過下放底端帶有打撈矛的鋼絲繩來打撈、更換井下部分，選擇合適質量的加重棒給鋼絲繩提供足夠的牽引力就可以完全滿足作業要求。這樣就達到了既可有效過濾泵入鉆柱內的鉆井液，又可回收掉入鉆柱內雜物的目的。該裝置具有使用更換方便、使用壽命長、功能多、安全可靠、降低鉆井作業風險等特點，具有廣泛的推廣應用價值。

1.3 技術參數

技術參數包括鋼絲繩的直徑、打撈矛的質量、濾網的目數等。在技術參數的設計過程中，需要遵循以下原則：

1） 過濾套筒安裝在井下的一個短節內，其外徑與短節內徑相同，利于過濾套筒在井下的穩定。

2） 為了達到強度要求，鋼絲繩直徑可以按照生產井測井的電纜直徑（8mm）來設計。

3） 加重棒的質量隨著井深和所鉆井段底端井斜角的增加需要逐漸加重，加重棒的質量以將鋼絲繩拉直為宜。

4） 濾網的網眼可以設置成不同的數目，常用的是每平方英寸50個孔眼，為可更換部件。

2 應用實例

本文所設計的鉆井液隨鉆過濾裝置在新疆南疆地區的1口井進行了現場具體試驗。該井全長7 100m，在二開井段鉆進過程中，由于鉆井液加重時不慎混入包裝袋碎片，導致井下過濾套筒內塞滿塑料狀的雜物。當地面監測到泵壓很高時，立即啟用地面設備將井下的過濾裝置打撈到地面并更換新的裝置，成功消除了雜物堵死井下動力鉆具或者鉆頭水眼的風險。

3 結論

1） 現場試驗表明：鉆井液隨鉆過濾裝置的設計原理是正確的，應用本文所設計的鉆井液隨鉆過濾裝置，即使是在地面清潔系統性能不佳的情況下，也能保證過濾掉鉆井液中的雜物。

2） 當井下過濾套筒內塞滿塑料狀的雜物時，地面能夠監測到泵壓很高，啟用地面裝置可以將井下的過濾裝置打撈到地面并更換或者清理，為實時判斷井下狀況提供了參考依據。

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

［2］胡湘烔，高德利.石油與天然氣工程學－油氣井工程［M］.北京：中國石化出版社，2003.

［3］王清江，毛建華，韓貴金，等.定向鉆井技術［M］.北京：石油工業出版社，2009.

［4］宋執武，高德利.不倒翁式偏心防斜鉆具的設計［J］.石油機械，2006，34（8）：19－20.

［5］蔣宏偉，周英操，趙 慶，等.控壓鉆井關鍵技術研究［J］.石油礦場機械，2012，41（1）：1－4.

［6］閆 鐵，杜婕妤，李 瑋，等.高效破巖前沿鉆井技術綜述［J］.石油礦場機械，2012，41（1）：50－55.

［7］梁奇敏，高德利.基于INSITE軟件的隨鉆測量研究與實踐［J］.價值工程，2012，31（15）：207－208.

［8］梁奇敏，高德利，汪順文.定向鉆井造斜工具面控制方法研 究 與 應用 ［J］.石 油 化 工 應 用，2012，31（12）：10－14.

［9］鄢捷年.鉆井液工藝學［M］.東營：石油大學出版社，2001.