提升螺桿鉆施工質量對策研究

陳旭超 劉雪 楊威 冉奇 劉瑞兵

【摘 要】螺桿鉆具是油井檢維修施工中實施鉆、磨銑工藝的主要工具之一，在施工中由于受鉆柱組合設計缺陷等因素影響，導致鉆壓控制調整困難、進尺緩慢等現象出現，影響施工效率。通過對鉆柱組合優化設計優化，實現半自動化平穩恒壓鉆進，提高作業施工效率，減少勞動強化。

【關鍵詞】螺桿鉆具;鉆柱組合;優化

螺桿鉆是一種以液體為動力，把液體的動力轉化為機械能的井下動力工具，當動力液進入液馬達，在液馬達的進出口形成一定的壓差，推動液馬達的轉子繞定子做行星運動，提供給鉆頭轉速和扭矩，實現油水井下返、封堵層的鉆塞、落物落魚的磨銑等井下作業施工。螺桿鉆施工方便，使用費用低，在修井作業中發揮著重要作用，是小修隊伍的主要施工工具。但施工時螺桿鉆具管柱工藝結構、工作參數等對施工質量和工作效率起著重要作用。

1 存在問題

1.1 鉆壓控制難度大，井口油管倒轉

油田開發過程中經常需要利用螺桿鉆具進行鉆水泥塞、磨洗橋塞、修整魚頂等鉆磨工藝措施。施工中由于被鉆磨物質硬度較高，需要控制鉆壓在某一個范圍之間，保證正常鉆進、磨洗。鉆壓過高，易造成管柱變形，在現場實際操作中，由于管柱與井底被鉆物是剛性接觸，鉆壓控制難度大，每鉆進1厘米就會導致鉆壓產生變化減少，需要頻繁下放管柱調整鉆壓。鉆壓過大，會導致鉆頭制動、管柱反轉，司鉆就要立即上提管柱，再重新下放管柱加壓鉆井。通過操作作業機剎車剎把進行鉆壓調整，需要操作人員注意力長時間高度集中，勞動強度大，鉆進的精度控制難度大，導致鉆塞等作業進度緩慢，施工效率低，且易發生其它不安全事故。

2、原因分析

在結合現場實際情況下，我們對鉆頭、鉆具、中間連接部分、地面部分進行分析，完善螺桿鉆具的使用工藝結構，拓寬使用范圍和實效。在實際鉆塞、磨洗等檢維修工作中，螺桿鉆具井下鉆柱工藝結構主要有油管、滑套短節、伸縮桿、螺桿鉆具等組成，其中滑套短節對鉆壓控制等起到主要作用。

2.1滑套短節結構

滑套短節主要由外工作筒和外六方伸縮桿套裝在一起組合，外筒下端面有內六方孔與伸縮桿配合，二者之間可以自由沿軸向相對滑動。滑套短節連接在鉆柱中，能夠承受拉壓負荷、密閉輸送修井液和傳遞扭矩，同時還能起到控制鉆壓和充當緩沖器的作用。右圖中分別展示了滑套短節處于伸開和閉合的兩種狀態。

2.2目前現狀

長期以來，在鉆塞、磨洗等檢維修施工中習慣的做法是：將滑套短節直接連在螺桿鉆具之上，鉆柱組合自下而上為：鉆頭+螺桿鉆具+滑套短節+全井油管管柱。見圖2

按照該鉆柱組合形式在鉆進時，僅靠螺桿鉆具的重量并不能滿足鉆壓的要求（鉆具自重僅100余千克），實際操作中需要將滑套短節完全收合，形成整個鉆柱重量向下的剛性傳遞，利用上部全井管柱的重量進行調整加壓，從而導致鉆壓調整頻繁而且困難。

同時鉆柱的縱向振動作用于全井管柱上，無法得到緩沖吸收。這樣滑套短節不僅無法起到緩沖作用，而且對于鉆壓的控制控制完全沒有得到發揮，失去了其使用的意義。

3、鉆柱優化過程

3.1理論依據

通過研究論證認為，應該將滑套短節上移至管柱中部，在滑套短節與螺桿鉆具之間連接的管柱作為配重管柱。鉆柱組合自下而上為：鉆頭+螺桿鉆具+配重油管+滑套短節+上部管柱。這樣滑套短節的的伸縮桿處于半閉合狀態時，只有滑套短節以下配重管柱的重量壓在鉆頭上，可使鉆頭得到一個恒定不變的預定進給力，不受上部管柱重量的影響，保證鉆頭平穩順利的實現恒壓鉆井。

3.2 計算設計

根據選用的螺桿鉆具及鉆頭類型，要求不同的鉆進參數，據此設計相應的配重管柱。以5LZ100×3.5型螺桿鉆具+HJ517型三牙輪鉆頭為例，選用鉆壓應為10-15千牛，如使用?73mm油管，則應在滑套短節與螺桿鉆具之間加15根油管作用配重，配重油管在清水中的總重量為13千牛，滿足施工需要。

4 操作程序

4.1 啟動鉆具

下入時滑套短節在配重管柱拉力下伸開，下至預定深度一下，在開泵循環正常后慢放管柱，待指重表懸重下降，說明鉆頭已經接觸灰面或待磨洗物開始鉆進。懸重下降13千牛時，配重管柱重量已經完全轉為鉆壓。

4.2滑套短節閉合

繼續下放管柱月1米左右（伸縮桿的行程），在此過程中外筒逐漸下行，但鉆壓保持不變。至指重表懸重稍有下降即可停止下放，此時滑套短節已經完全閉合，打好剎車即可進行自動鉆井程序。

4.3自動鉆進

在其后的鉆進過程中，隨著進尺的增加，伸縮桿再次逐漸向下伸出，在其伸出1米形成內，配重油管充當鉆壓，保持不變無需調整。同時鉆進中鉆柱的縱向振動，由伸縮桿上下滑動吸收，達到減震緩沖的目的，有利于保護鉆具及管柱。

4.4程序循環

待指重表懸重有所回升，則說明伸縮桿已經完全伸出，底部鉆具受到上部管柱拉力，井底鉆壓已經下降。再次慢放管柱重復之前操作，即可實現連續恒定鉆進。每個單根僅需要操作10次左右，鉆壓控制準確而且操作簡單易行。

5、實施效果

2019年5月，在古5818等5口井的鉆水泥塞施工中，采用了優化鉆柱組合。現場操作簡單易行，平均進尺由5.77米/小時提高至7.54米/小時，而且鉆塞均一次成功鉆至設計深度，未出現螺桿鉆損壞失效導致的起鉆更換情況。

6結束語

通過對螺桿鉆具的井下鉆柱組合進行優化，實現了半自動平穩鉆進，不但提高了轉速，而且降低了勞動強度，有利于工作效率的提高。改變了幾十年來的傳統方式，易于操作掌握，在同行業內具有良好的推廣應用價值。

參考文獻：

[1]萬仁薄 采油技術手冊第五分冊.修井工具與技術.北京：石油工業出版社，1998

作者簡介：

陳旭超：河南南陽人，1994年參加工作，從事油藏開發。