一種新型鉆井用安全接頭的研制與應用

鐘號軍

一種新型鉆井用安全接頭的研制與應用

鐘號軍

中國石油大慶鉆探工程公司鉆井一公司（黑龍江大慶163400）

針對鉆井常用安全接頭在使用過程中不易退扣、退扣后下接頭不易打撈等缺點，研制了一種新型鉆井用滑動式L型安全接頭。介紹了滑動式L型安全接頭的結構、原理及應用情況。滑動式L型安全接頭在現場使用1只，累計倒扣12次，成功率100%，起出后經現場重新裝配、更換限位銷釘可以繼續使用。結果表明，該安全接頭結構合理、操作方便、安全可靠，能滿足鉆井現場施工要求，保證了安全接頭的退扣成功率，在打撈、震擊解卡等鉆井作業中有廣闊的應用前景。

鉆井；安全接頭；作業管柱；退扣

安全接頭是連接在井內管柱上的一種易于脫扣、對扣的安全工具，它安裝在管柱需要脫開的位置，可同管柱一起傳送扭矩和承受各種復合應力，井內發生故障時通過井口操作完成作業管柱的脫扣、對扣，為預防及解除井下事故提供保障[1-2]。鉆井常用的安全接頭按丟手脫扣原理分為機械式和液壓式。機械式安全接頭有C型、H型和J型，C型安全接頭上、下部分由鋸齒形螺紋連接，此螺紋配合比較松、螺距大，易于退扣；H型和J型安全接頭上、下部分由銷釘固定，通過滑鍵在滑槽中的移動進行退扣和對扣[3]。液壓式安全接頭一般為投球式，利用鉆井液將球送至球座憋壓形成壓差，推動活塞剪斷安全銷釘達到上下接頭脫開的目的[4]。

在安全接頭的使用過程中，存在以下問題：第一，C型安全接頭使用過程中，由于鉆柱沿井深各處的摩擦力是隨機的，倒螺紋時不能保證聯接處倒螺紋扭矩最大[5-6]，從而不能保證在聯接處倒開，且通過鋸齒螺紋連接的C型安全接頭在經過緊扣等作業后，因螺紋連接強度較高，上下接頭結合臺肩處貼死鎖緊，安全接頭不易倒開；第二，C型、H型和J型安全接頭退扣后，留在井下的下接頭都是內螺紋或內滑槽，井筒中的巖屑等雜物容易落入其中，導致落魚內腔堆滿巖屑等雜物不易清理，無法再用上接頭對扣打撈，只能采用公錐或母錐、撈筒打撈，增加了作業風險；第三，液壓式安全接頭在管柱不能循環時無法投球入座，也就無法脫扣，且大多數卡鉆等事故中鉆柱是不能循環的，因此液壓式安全接頭在處理事故中應用范圍極小。為了解決以上問題，通過多方面調研，研制出一種新型鉆井用安全接頭——滑動式L型安全接頭。

1 工具結構與原理

如圖1和圖2所示，滑動式L型安全接頭由上、下接頭組成，兩接頭用限位銷釘連接成整體，上下接頭間用O型橡膠密封圈密封，上接頭上端與下接頭下端車有管柱連接螺紋，上接頭下部內孔中有滑鍵，下接頭上部柱體外側有滑槽，裝好后上接頭的滑鍵正好處在下接頭的滑槽里，作業時，上提管柱，剪斷限位銷釘，上接頭的滑鍵就可沿下接頭的滑槽作上下運動，轉動一定的角度，就可完成安全接頭的退扣、對扣動作。

如圖3（a）所示，滑動式L型安全接頭退扣的具體操作如下：①安全接頭與落魚對扣連接后，上提鉆具剪斷限位銷釘，上接頭滑鍵沿下接頭滑槽滑入滑槽A點，此時安全接頭可傳遞扭矩、拉力和壓力，可進行緊扣、倒扣、震擊等作業；②在鉆具受拉狀態下，下放鉆具使安全接頭承受鉆壓5～10kN，此時滑鍵移至B點；③向左旋轉1～3圈（深井和定向井要轉動2～3圈），此時滑鍵移至C點；④在保持鉆柱扭矩的同時上提鉆具，滑鍵移至D點，上接頭與下接頭分開，鉆具可自由活動，表明安全接頭已經退開。

圖1 滑動式L型安全接頭示意圖

圖2 滑動式L型安全接頭實物圖

若要重新接上安全接頭，按退扣操作程序反方向操作即可。如圖3（b）所示，對扣具體操作如下：①將安全接頭上接頭下至預定深度，接觸到安全接頭下接頭，開泵清洗魚頂；②清洗完魚頂后停泵，緩慢下放鉆具，下壓10～20kN向右旋轉1～3圈（深井和定向井要轉動2～3圈），此時滑鍵嵌入下接頭的滑槽內，滑鍵沿滑槽由D點移至C點，再移至B點；③在保持鉆柱扭矩的同時上提鉆具，滑鍵移至A點，上提鉆具懸重增加，表明安全接頭已經接上。

圖3 滑動式L型安全接頭退扣、對扣示意圖

2 現場應用情況

龍斜A井完鉆井深1 694m，起鉆至996m時發生卡鉆，原鉆具倒扣倒出全部鉆桿，井內落魚結構：Φ215mm鉆頭×0.30m+Φ214mm螺扶×1.45m+ Φ178mm鉆鋌×9.36m+Φ214mm螺扶×1.45m+ Φ178mm鉆鋌×9.32m+Φ208mm螺扶×1.29m+ Φ159mm無磁鉆鋌×9.42m+Φ165mm鉆鋌×68.82m。接滑動式L型安全接頭和鉆桿下鉆，對扣成功后上提，安全接頭受拉170kN時剪斷限位銷釘，上提鉆具安全接頭受拉100kN倒扣，共倒扣6次懸重未增加，下放鉆具使安全接頭受壓20kN鉆盤倒轉1圈后上提，成功退開安全接頭，起出安全接頭上接頭。接安全接頭上接頭和震擊器下鉆，下鉆至魚頂位置開泵清洗魚頂，下壓鉆具10kN正轉1圈有反扭后上提，懸重增加，對扣成功。上提鉆具使安全接頭受拉300～400kN進行震擊作業，震擊900次未解卡，期間多次大噸位活動使安全接頭受拉1 000kN仍未解卡。上提鉆具使安全接頭受拉100kN倒扣，懸重增加50kN，撈獲5根鉆鋌。之后經過多次套銑，下安全接頭多次倒扣，事故解除。

另外，滑動式L型安全接頭還在徐斜A井和龍A井卡鉆事故中使用，使用情況如表1所示，共使用1只，累計倒扣12次，成功率100%，安全接頭起出后經現場重新裝配、更換限位銷釘可以繼續使用。

表1 滑動式L型安全接頭現場使用情況表

3 結論與認識

滑動式L型安全接頭結構合理、操作方便、安全可靠，能滿足現場施工要求，在打撈、震擊解卡、正扣倒正扣等鉆井作業中有廣闊的應用前景。該安全接頭依靠滑鍵沿滑槽軌道移動，保證了安全接頭的退扣成功率；安全接頭退扣后，留在井下的是公接頭，解決了以往留在井下的是母接頭時落魚內腔堆滿巖屑等雜物不易清理、安全接頭無法再對扣的難題；安全接頭使用完后，只需重新裝配、更換限位銷釘，即可重復使用。

[1]蔣希文.鉆井事故與復雜問題[M].北京：石油工業出版社, 2006.

[2]王慧嶺,朱立強,程林.AJ-C型安全接頭的研究[J].地質裝備,2011,12(2)：14-16.

[3]程貴華,潘紅政,李高升,等.新型安全接頭的研制與應用[J].石油鉆探技術,2001,29(2)：52-53.

[4]李金鳳,李哲,陳志忠,等.滑套式安全接頭的設計與研制[J].石油鉆采工藝,2013，35(6)：109-111.

[5]朱榮東,陳平,夏宏泉,等.一種新型隨鉆安全接頭設計及其強度分析[J].石油礦場機械,2007,36(8)：33-36.

[6]趙彬.煤礦定向鉆進用安全接頭的研制[J].煤炭技術, 2014,33(7)：212-215.

Inviewoftheshortcomingsofthecommonlyusedsafetyjointindrillingprocess,suchasnoteasytounscrew,andafterunscrewing noteasytosalvagethelowerjoint,anewtypeofL-shapedslidingsafetyjointisdeveloped.Thestructure,principleandapplicationofthenew safety joint are introduced.A safety joint was used for debuckling 12 times,and its success rate is 100%.After replacing limit pin and reas?sembling,it can be reused.The application results show that,the safety joint has the advantages of reasonable structure,convenient opera?tion,safetyandreliability,itcanmeettherequirementsofdrillingsiteconstruction,toensurethedebucklingsuccessrateofsafetyjoint,and ithasawideapplicationprospectindrillingoperation,suchasfishing,shock,etc..

drilling well;safety joint;operation string；dropping buckle

梅

2017-01-12

鐘號軍（1984-），男，工程師，現從事鉆井技術管理工作。