鉆井液隨鉆過(guò)濾裝置設(shè)計(jì)

梁奇敏，高德利

（中國(guó)石油大學(xué) 石油工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京102249）

鉆井是石油天然氣等地下資源勘探開(kāi)發(fā)的基本手段［1－3］，而鉆井設(shè)備和技術(shù)是實(shí)現(xiàn)安全優(yōu)快鉆井的前提，人們從未停止相關(guān)研發(fā)設(shè)計(jì)工作［4－8］。鉆井過(guò)程中大部分時(shí)間需要鉆井液的循環(huán)［9］，尤其是隨著井深的增加，需要不斷調(diào)整鉆井液體系。因此，鉆井液加料的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)有一些雜物混入鉆柱中，或者鉆井液泵和震動(dòng)篩的性能欠佳，處理后鉆井液中的沙粒也經(jīng)常進(jìn)入鉆柱內(nèi)；每次打完1個(gè)單根或者1個(gè)立柱時(shí)，接下1個(gè)單根或者下1個(gè)立柱時(shí)，井口最上面的1個(gè)鉆柱母扣都會(huì)敞開(kāi)，這時(shí)很有可能有雜物掉入鉆柱內(nèi)。在這2種情況下，進(jìn)入鉆柱內(nèi)的雜物都可能將鉆頭水眼堵死或者將井下的馬達(dá)轉(zhuǎn)子卡住而不能工作，進(jìn)而需要起鉆處理，耽誤生產(chǎn)時(shí)間。目前我國(guó)主要有2種處理方式：鉆井液泵出口濾網(wǎng)過(guò)濾和井口保護(hù)罩防止落物。鉆井液泵出口濾網(wǎng)過(guò)濾是一種很有效的防止循環(huán)過(guò)程中雜物混入鉆井液中的方法，現(xiàn)在很大一部分鉆井液泵出口處都會(huì)安裝1個(gè)小的濾網(wǎng)。但是如果小濾網(wǎng)被沖刷刺漏，很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)，雜物就可以暢通無(wú)阻地進(jìn)入鉆柱內(nèi)，同樣可能導(dǎo)致井下設(shè)備被堵塞的情況。在井口鉆桿母扣處安裝保護(hù)罩是防止在接單根過(guò)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(lái)很多不便。本文設(shè)計(jì)的鉆井液隨鉆過(guò)濾裝置可以隨意安放在鉆柱內(nèi)，隨著鉆柱一起下入井下，既可有效過(guò)濾泵入鉆柱內(nèi)的鉆井液，防止井下動(dòng)力工具被堵死，又可回收掉入鉆柱內(nèi)的雜物，當(dāng)雜物塞滿濾網(wǎng)時(shí)就打撈到井口更換新的裝置，具有降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)初期試驗(yàn)，證明該鉆井液隨鉆過(guò)濾裝置可較好地應(yīng)用在石油鉆井中。

1 技術(shù)分析

1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的鉆井液隨鉆過(guò)濾裝置結(jié)構(gòu)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(wǎng)、過(guò)濾套筒、彈簧組。

圖1 隨鉆過(guò)濾裝置結(jié)構(gòu)

1.2 工作機(jī)理

每次組合鉆具時(shí)，先將本文所設(shè)計(jì)的鉆井液隨鉆過(guò)濾裝置的井下部分安裝在底部鉆具總成2個(gè)鉆鋌間的短節(jié)里，如果有雜物混在循環(huán)的鉆井液中或者在接單根時(shí)不慎有雜物落入鉆柱內(nèi)，雜物就會(huì)停在井下裝置的過(guò)濾網(wǎng)上，從而不會(huì)把短節(jié)下面的井下動(dòng)力鉆具卡死或者把水眼堵死。如果雜物塞滿過(guò)濾套筒時(shí)，單流閥門不能被流入鉆桿內(nèi)的鉆井液頂開(kāi)，此時(shí)地面會(huì)檢測(cè)到泵壓驟然升高，就需要用地面裝置的絞車通過(guò)下放底端帶有打撈矛的鋼絲繩來(lái)打撈、更換井下部分，選擇合適質(zhì)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(yè)要求。這樣就達(dá)到了既可有效過(guò)濾泵入鉆柱內(nèi)的鉆井液，又可回收掉入鉆柱內(nèi)雜物的目的。該裝置具有使用更換方便、使用壽命長(zhǎng)、功能多、安全可靠、降低鉆井作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)等特點(diǎn)，具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1.3 技術(shù)參數(shù)

技術(shù)參數(shù)包括鋼絲繩的直徑、打撈矛的質(zhì)量、濾網(wǎng)的目數(shù)等。在技術(shù)參數(shù)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要遵循以下原則：

1） 過(guò)濾套筒安裝在井下的一個(gè)短節(jié)內(nèi)，其外徑與短節(jié)內(nèi)徑相同，利于過(guò)濾套筒在井下的穩(wěn)定。

2） 為了達(dá)到強(qiáng)度要求，鋼絲繩直徑可以按照生產(chǎn)井測(cè)井的電纜直徑（8mm）來(lái)設(shè)計(jì)。

3） 加重棒的質(zhì)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(zhì)量以將鋼絲繩拉直為宜。

4） 濾網(wǎng)的網(wǎng)眼可以設(shè)置成不同的數(shù)目，常用的是每平方英寸50個(gè)孔眼，為可更換部件。

2 應(yīng)用實(shí)例

本文所設(shè)計(jì)的鉆井液隨鉆過(guò)濾裝置在新疆南疆地區(qū)的1口井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)具體試驗(yàn)。該井全長(zhǎng)7 100m，在二開(kāi)井段鉆進(jìn)過(guò)程中，由于鉆井液加重時(shí)不慎混入包裝袋碎片，導(dǎo)致井下過(guò)濾套筒內(nèi)塞滿塑料狀的雜物。當(dāng)?shù)孛姹O(jiān)測(cè)到泵壓很高時(shí)，立即啟用地面設(shè)備將井下的過(guò)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(dòng)力鉆具或者鉆頭水眼的風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)論

1） 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明：鉆井液隨鉆過(guò)濾裝置的設(shè)計(jì)原理是正確的，應(yīng)用本文所設(shè)計(jì)的鉆井液隨鉆過(guò)濾裝置，即使是在地面清潔系統(tǒng)性能不佳的情況下，也能保證過(guò)濾掉鉆井液中的雜物。

2） 當(dāng)井下過(guò)濾套筒內(nèi)塞滿塑料狀的雜物時(shí)，地面能夠監(jiān)測(cè)到泵壓很高，啟用地面裝置可以將井下的過(guò)濾裝置打撈到地面并更換或者清理，為實(shí)時(shí)判斷井下?tīng)顩r提供了參考依據(jù)。

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