小尺寸、高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)防噴器的試驗(yàn)與應(yīng)用

高 翔

（大慶鉆探工程公司鉆井工程技術(shù)研究院，黑龍江大慶163413）

大慶“三低”油田的油氣挖潛采用欠平衡鉆井方式是油田中后期開(kāi)發(fā)的有效手段。此類井的開(kāi)發(fā)過(guò)程中有2個(gè)特點(diǎn)，現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)防噴器無(wú)法滿足[1]：采用的鉆機(jī)底座低，無(wú)法滿足現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)防噴器的安裝和使用；采用PDC鉆頭，轉(zhuǎn)速在120～180r/min，大大超出現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)防噴器的額定轉(zhuǎn)速[2-3]。針對(duì)以上特點(diǎn)，大慶鉆探工程公司鉆井研究院研制了DQX-III型旋轉(zhuǎn)防噴器，能同時(shí)適應(yīng)鉆機(jī)低底座和PDC鉆頭高轉(zhuǎn)速的要求。

1 組成結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 組成結(jié)構(gòu)

該旋轉(zhuǎn)防噴器由本體和泵站兩部分組成，如圖1所示。本體主要由旋轉(zhuǎn)總成和殼體兩部分組成。旋轉(zhuǎn)總成包括驅(qū)動(dòng)器、外筒、密封膠芯、軸承、中心管等幾部分，旋轉(zhuǎn)總成和殼體通過(guò)卡箍連接和鎖緊。

1.2 DQX-III型旋轉(zhuǎn)防噴器的工作原理

方鉆桿通過(guò)旋轉(zhuǎn)防噴器上的牙莰驅(qū)動(dòng)器，帶動(dòng)總成與鉆具一起旋轉(zhuǎn)，而橡膠膠芯依靠自身的彈性變形和井壓助封來(lái)對(duì)鉆柱周圍實(shí)施密封。

液壓泵站是DQX-III型旋轉(zhuǎn)防噴器的潤(rùn)滑、冷卻系統(tǒng)，通過(guò)低粘度齒輪油的循環(huán)達(dá)到潤(rùn)滑、冷卻軸承和動(dòng)密封的目的。其主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù)如下：

主通徑：13-5/8″（346.1mm）；

底法蘭連接：API 6A 13-5/8″×5000psi BX160；

中心管通徑：180mm；

工作壓力（動(dòng)壓）：10.5MPa；

靜壓：21.0MPa；

額定轉(zhuǎn)速：180r/min；

可封鉆具：5-1/4″六方鉆桿；

工作介質(zhì)：空氣、泡沫和其他鉆井液。

2 室內(nèi)試驗(yàn)

在DQX-III型旋轉(zhuǎn)防噴器完成地面裝配、調(diào)試后，模擬現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件對(duì)該樣機(jī)進(jìn)行了一系列功能性試驗(yàn)[4-6]。試驗(yàn)結(jié)果顯示，該樣機(jī)各項(xiàng)基本功能達(dá)到了現(xiàn)場(chǎng)使用需求。具體試驗(yàn)情況如下所述。

2.1 靜壓試驗(yàn)

將六方測(cè)試鉆桿插入總成，確保鉆桿插入膠芯，用清水為介質(zhì)，啟動(dòng)試壓泵使其對(duì)防噴器進(jìn)行套壓試驗(yàn)，將壓力分別逐漸提升至3.5MPa、7.0MPa、14.0MPa及21.0MPa，然后穩(wěn)壓10min，觀察是否有壓降[8]。

試驗(yàn)結(jié)果：試驗(yàn)壓力在 3.5MPa、7MPa、14MPa、21MPa各壓力級(jí)別各觀察10min無(wú)壓降。

2.2 動(dòng)壓試驗(yàn)

將六方測(cè)試鉆桿插入防噴器內(nèi)，啟動(dòng)液壓泵站循環(huán)液壓油，啟動(dòng)液壓馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)防噴器旋轉(zhuǎn)總成進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速控制在100r/min左右，旋轉(zhuǎn)5min，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，將套壓升至1.5MPa，轉(zhuǎn)動(dòng)5min，逐漸將轉(zhuǎn)速提高至200r/min，觀察有無(wú)滲漏及保壓情況，繼續(xù)提高套壓至3.5MPa、7.0MPa和10.0MPa，重復(fù)上述動(dòng)作，觀察有無(wú)滲漏及保壓情況，并記錄相應(yīng)的套壓、轉(zhuǎn)速及扭矩值。

試驗(yàn)結(jié)果：

套壓1.5MPa和3.5MPa時(shí)，扭矩為180～240N·m，套壓為7.0MPa時(shí)，扭矩為290～380N·m，套壓為10.0MPa時(shí)，扭矩為410～590N·m，動(dòng)密封和膠芯無(wú)滲漏現(xiàn)象。

2.3 可靠性試驗(yàn)

將六方測(cè)試鉆桿插入防噴器內(nèi)，啟動(dòng)液壓泵站循環(huán)液壓油，啟動(dòng)液壓馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)防噴器旋轉(zhuǎn)總成進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，維持套壓為1.5MPa，轉(zhuǎn)速180r/min累計(jì)旋轉(zhuǎn)60h以上，觀察膠芯和動(dòng)密封的磨損情況。

試驗(yàn)結(jié)果：在套壓為1.5MPa的情況下，做180r/min高速旋轉(zhuǎn)，累計(jì)旋轉(zhuǎn)超過(guò)60h，膠芯和動(dòng)密封無(wú)滲漏現(xiàn)象，動(dòng)密封輕度磨損。

最終試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，在DQX-III型旋轉(zhuǎn)防噴器完成地面裝配、調(diào)試后，模擬現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件對(duì)該樣機(jī)進(jìn)行了一系列功能性試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，該樣機(jī)各項(xiàng)基本功能達(dá)到了現(xiàn)場(chǎng)使用需求。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

表1 DQX-III型旋轉(zhuǎn)防噴器室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果

3.1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需滿足的要求

（1）井口按鉆井設(shè)計(jì)配備齊全的井控裝置；

（2）配備相應(yīng)的近平衡鉆井配套設(shè)備；

（3）現(xiàn)場(chǎng)需提供380V/50Hz，至少30kW的電源接口；

（4）現(xiàn)場(chǎng)需準(zhǔn)備不帶標(biāo)識(shí)槽的18°斜坡鉆桿，數(shù)量不少于設(shè)計(jì)的井段；

（5）現(xiàn)場(chǎng)需提供六方鉆桿，下旋塞的外徑不許超過(guò)?168mm；

（6）接單根或正常鉆進(jìn)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)操作需向井筒內(nèi)倒入少許潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑膠芯，以防膠芯快速磨損；

（7）對(duì)于下井鉆具、接單根出現(xiàn)的毛刺、咬痕，需進(jìn)行打磨；

（8）旋轉(zhuǎn)防噴器試壓?jiǎn)栴}，隨現(xiàn)場(chǎng)井口試壓一同完成；（9）要求井口居中，偏心度不大于5mm,校正井口；（10）其它事宜按照該井鉆井工程設(shè)計(jì)執(zhí)行或現(xiàn)場(chǎng)協(xié)商解決。

3.2 安裝工藝及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

3.2.1 安裝工藝

（1）在井口搭腳手架。清理閘板防噴器環(huán)槽及旋轉(zhuǎn)防噴器環(huán)槽，上好栽絲；

（2）將殼體從井架底座大門口吊裝在井口上，注意保護(hù)緊固螺栓，不得損壞；

（3）安裝密封鋼圈，坐好殼體，上緊螺母固定好殼體；

（4）液壓泵站就位后鏈接380V電源,通電后手動(dòng)打開(kāi)循環(huán)泵，看電機(jī)是否反轉(zhuǎn)，如果反轉(zhuǎn)調(diào)相線；檢查油箱和水箱，看油水是否滿足要求，如不足及時(shí)補(bǔ)充；

（5）用管鉗松開(kāi)卡箍上的緊固螺栓，將卡箍打開(kāi)；

（6）將旋轉(zhuǎn)總成吊到鉆臺(tái)上，安放在座裝架上。在鉆桿下部接上相應(yīng)尺寸的引錐，涂上潤(rùn)滑劑（如黃油或鉛油），然后將其插入到座裝架上的旋轉(zhuǎn)總成中。卸下引錐，將該鉆桿與井口上的下部鉆具相連。將旋轉(zhuǎn)總成和殼體的密封面清理干凈，下放鉆具將旋轉(zhuǎn)總成座在殼體上。鎖緊卡箍上緊固螺栓,鏈接旋轉(zhuǎn)總成的管線。

3.2.2 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試

（1）首先接通電源，啟動(dòng)液壓泵站，保證泵站能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）將帶有膠芯總成的鉆柱連接到井內(nèi)鉆柱，下放，使膠芯進(jìn)入旋轉(zhuǎn)防噴器殼體內(nèi)，用卡箍鎖緊旋轉(zhuǎn)防噴器本體，并上好緊固螺栓。

（3）將2根冷卻循環(huán)管線與總成上的進(jìn)、出口快速接頭連接，啟動(dòng)液壓泵站，觀察泵站各顯示值，保證循環(huán)系統(tǒng)工作狀態(tài)正常。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

2011年，該旋轉(zhuǎn)防噴器在大慶油田采油八廠進(jìn)行了多口井的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，其中有3口液相欠平衡及6口氮?dú)忏@井。

2011年4月，在采油八廠的芳180-斜146井進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，該井屬采油八廠的一口開(kāi)發(fā)井，設(shè)計(jì)井深1504m。根據(jù)設(shè)計(jì)本井二開(kāi)井段1454～1504m 4-6/8″in井眼，層位：姚一段到青二、三段，需采用氮?dú)忏@進(jìn)。

鉆井參數(shù)：ZJ30鉆機(jī)，最高轉(zhuǎn)速120r/min，鉆壓40～60kN，扭矩4.4～6.3kN·m，進(jìn)尺47m，總鉆時(shí)間3.07h，平均機(jī)械鉆速15.31m/h。

4 結(jié)論

（1）室內(nèi)試驗(yàn)中，在套壓1.5MPa下，做180r/min高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)，累計(jì)旋轉(zhuǎn)超過(guò)60h，動(dòng)密封及膠芯無(wú)滲漏現(xiàn)象，整套系統(tǒng)工作可靠。

(2)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，該旋轉(zhuǎn)防噴器能夠滿足ZJ30鉆機(jī)低底座、高轉(zhuǎn)速的要求。

欠平衡鉆井技術(shù)可以有效地提高鉆井機(jī)械鉆速，縮短建井周期，節(jié)約鉆井成本，同時(shí)欠平衡鉆井對(duì)于保護(hù)和發(fā)現(xiàn)油氣有著重要的作用[9-10]，因此該防噴器具有良好的應(yīng)用前景。

隨著“三低”油田開(kāi)發(fā)井的增多，小尺寸、高轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)防噴器的需求會(huì)顯著增加，該旋轉(zhuǎn)防噴器為的研發(fā)可大大降低生產(chǎn)成本，在油田大范圍推廣應(yīng)用，將取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。