鉆磨工具的設計與選擇

劉敬黨

摘? 要：筆者根據目前井下大修鉆磨工作的實際，闡述了鉆磨工具設計上的諸多要點，同時在需鉆磨處理井下物體時，合理選擇鉆磨工具做了實際案例分析，并做了相應的分析總結，提出了設計鉆磨工具及合理選擇鉆磨工具在施工中的重要性。

關鍵詞：鉆磨工具;設計;選擇

一，引言

在井下大修施工中，經常采用鉆磨工具進行處理井下問題，鉆磨工具在銑削井下物體時，工況較為復雜，鉆磨工具主要以回轉方式推進切削，需要承受較大的壓力、剪切彎曲力和較大交變扭矩，以及周期性或突發(fā)性的沖擊載荷作用，同時還要承受瞬時高溫作用，因此當鉆磨工具設計不合理或選擇的鉆磨工具不當，往往會造成施工的失敗，更有甚者會出現井下事故的發(fā)生，因此在設計井下鉆磨工具時，必須設計合理，比如強度，結構，尺寸，水眼，流道，磨銑材料及磨銑材料布局，焊接材料，工藝措施等，這樣才能有效地完成井下鉆磨任務，有效節(jié)省現場操作人員的勞動強度，提高施工效率.

對鉆磨工具合理的選擇更為重要，不能盲目的選擇鉆磨工具，不能千篇一律，要針對處理的井下物體的狀況進行分析論證，選擇切實可行的鉆磨工具，要從實際角度出發(fā)，分析鉆磨工具在工作過程中是否合適，從而有效地保證我們施工的順利完成，因此，井下大修工作中，鉆磨工具的設計是我們施工成功的關鍵，合理選擇鉆磨工具是我們施工成功的保障.

二，鉆磨工具設計的要點：

首先我們要考慮的是鉆磨工具的強度問題，采取何種材料制作，能有效滿足井下工作狀況的需求，如果鉆磨灰，樹脂，積砂，可采用強度較低的A3鋼及45#鋼做基體，如果鉆磨強度較高的鐵質，鋼質材料，應選擇30、35Crmo材料等綜合性能較強的材料做基體，保證工具的安全。

2，是要考慮鉆磨工具的結構，必須滿足鉆磨井下物體的需求，能否均勻全面鉆磨到井下物體，考慮到鉆磨工具的有效性，同時也要考慮到鉆磨工具的安全性，如結構設計要有導斜面，防止卡鉆，防止磨損套管等，不能有直角退刀槽等，內部變徑要同外部變徑不能吻合等，防止在鉆壓及扭矩的作用下發(fā)生斷裂。

3，尺寸設計要合理，一般要小于套管3-5mm，不應過大，防止造成工程事故。長度按具體情況確定。

4，水眼的設計原則既要保證一定的修井液流量，從而達到一定的上返攜帶能力，又要不影響磨銑效果，布局合理，能滿足磨銑材料的冷卻。

5，流道的設計要根據鉆磨工具的尺寸確定，尺寸越大，流道越多，使修井液上返能達到一定排量，底部鉆磨不蹩壓，鉆磨效果好。

6，鉆磨工具材料種類很多，目前常用的有YD合金、WC、YG-8、YT769、YT535、p-25、C-2、PDC、BDC、CBN、等等，結構有粉、塊、柱、片等，根據鉆磨的不同物體，選擇合理的磨銑材料。

7，鉆磨材料布局要合理，工作時要全面掃到井下物體，磨銑材料軌跡對井下鉆磨物體呈均勻網狀分布，保證鉆磨施工的順利完成，這一點非常重要，如果設計不均，造成鉆磨受阻等問題。

8，焊接胎體材料有Cu、Zn、Ni、Ag等，銀焊強度較高、造價昂貴，可根據切削井下物體材料確定胎體類型，胎體選擇不好，容易產生“脫齒”現象。

9，鉆磨工具加工工藝措施也較為復雜，磨銑材料不能受高溫作用，溫度過高容易使磨銑材料高溫碳化失效，這是加工鉆磨工具最關鍵問題，堆焊底層時要保證基體加熱，當基體堆焊表面發(fā)亮，然后撒上溶劑，待溶劑在堆焊表面呈透明液體在打底層1—2mm，后堆焊，堆焊后工件放置在石棉或石灰中保溫冷卻，才能保證磨銑材料不“掉鞋底”。

三，鉆磨工具的選擇

在施工過程中，會遇到較多井下物體需要鉆磨，因此要根據不同的井下物體，選擇不同的鉆磨工具，我們在這里舉例說明幾個典型問題，

1.鉆磨灰塞，大修施工經常遇到鉆磨灰塞施工，很多施工技術人員選擇尖鉆頭、三刮刀鉆頭、平底磨鞋、銑錐等等，這些工具的選擇在一定程度上有一定的道理，但有些時候在鉆磨灰塞當中很不適用，尖鉆頭鉆磨扭矩較大，磨銑材料少，易于磨損;三刮刀鉆頭接觸灰塞面積較大，鉆磨比較費時;平底磨鞋基體無“保徑”，磨銑灰塞阻力大，磨銑進度緩慢;銑錐底部為碎塊狀磨銑材料，不適合磨銑灰塞，磨銑進尺慢。因此以上鉆磨工具均不適合磨銑灰塞，而磨銑灰塞最首選鉆磨工具為盤式單牙輪鉆、三牙輪鉆、PDC鉆頭，這些工具以其獨特的優(yōu)勢，能對灰塞達到平穩(wěn)、快速鉆進。

下圖一為某大修隊在磨銑灰塞時選用的平底磨鞋，鉆灰時間長達12小時，進尺只有16.32m，浪費了大量的時間和成本，起出發(fā)現，平底磨鞋底部碎塊WC完好，磨鞋側面磨損嚴重，該磨鞋入井前直徑為Φ152mm;磨鞋底部縮徑至Φ147mm;上部縮徑至Φ150mm，這種現象表明，選擇磨銑工具不當。

圖二、圖三為某大修隊鉆磨灰塞時使用的三刮刀鉆，磨鉆21小時進尺13.63m，起出發(fā)現該三刮刀底部WC合金無磨損，各刀刃完好，無磨損、斷裂現象，而細心則發(fā)現，該工具設計有問題，該工具三刮刀最大回旋直徑僅達到Φ118mm，而基體接箍處直徑為Φ121mm，這就是設計工作的最大敗筆，這也是鉆磨無進尺的主要原因。

1.鉆磨金屬類井下落物，金屬類落物種類較多，有管類及桿類、小件等，也應按這些種類選擇不同材料的鉆磨工具，某大修隊磨銑Φ73mm油管所用平底磨鞋，工具雖磨損不是很嚴重，但底部柱狀磨銑材料均全部斷裂，這就是受沖擊載荷作用而導致的結果，因為這種工具適合磨銑膠結堅硬的沉砂、樹脂、膠皮、灰塞等，用于磨銑Φ73mm油管非常不適用，導致磨鞋快速失效，磨銑這種情況下的井下落物，用碎塊狀的YD合金、WC、YG-8均適用。

2.套銑工具的選擇，井下大修在有些情況下，為了將井下管類落物在井內打撈出來，采取套銑的方式，在套銑中如果采取磨銑材料不當，容易造成更為復雜的井下事故，套銑井內落物為Φ73mm稍彎曲的無接箍油管，盲目將鑲嵌鎢鋼塊的套銑筒下入井內套銑，將底部管柱擰成麻花狀，造成工序的復雜化，所以套銑金屬類落物時盡量使用碎塊狀磨銑材料，避免使用塊狀磨銑材料。

四，效果分析及結論：

綜上所述，在井下大修的鉆磨施工中，合理設計鉆磨工具可以有效地處理井下各類物體，是順利完成大修工作的關鍵環(huán)節(jié)，從而達到優(yōu)質高效，同時也避免了大量成本的浪費，合理選擇井下鉆磨工具也是我們修井行業(yè)技術人員最基本的任務之一，是技術人員應盡的責任。

1.針對不同的井下物體狀況，合理的設計鉆磨工具。

2.抓住時機工作中的每一個細小環(huán)節(jié)，認真分析論證，確定合理方案。

3.合理選擇相應的鉆磨工具。

五、經濟效益分析

1.抽油機井示功圖測試原來由三人完成的工作，采用不停抽測試儀后，只需一人即可完成，我廠共有5個大隊級采油單位，使用該儀器可節(jié)約人力10人，按每人月工資1000元計算，年可節(jié)約工資費為：

10人×1000元/人×12個月=120000元

2、由于采用不停抽測試儀后避免了因測試停抽而影響產量，按原來測試方式，最快一次測試需停抽15分鐘，全廠按1400口井計算，每月測一次，追加機動測試20%，那么浪費在測試方面的時間計算：1400×（1+20%）×12×15/60=5040小時（折算210天），單井平均5t/d計，全年影響產量至少1050噸。按噸油所創(chuàng)效益850元計算，則年可創(chuàng)經濟效益為：

850元/噸×1050噸=892500元

3、按由于頻繁打卡子和停抽而造成的斷脫和卡井年幾率2%、每井次作業(yè)費3萬元計算，我廠1400口抽油機井年可節(jié)約作業(yè)費為：

3萬元/井次×1400井次×0.02=84萬元

4、按每臺測試儀5萬元計算，5個采油單位年投入資金為：

5萬元/臺×5臺=25萬元

綜上所述，我廠采用不停抽測試儀，年可創(chuàng)經濟效益為：

12+89.25+84-25=160.25萬元

投入產出比為：

25：160.25=1：6.41

六、推廣應用前景

油井生產測試是油田開發(fā)過程中的重要環(huán)節(jié)，是油田各級領導和技術人員判斷油井生產狀況和進行油田動態(tài)分析、措施挖潛及開發(fā)調整等科研生產決策的主要依據。隨著開發(fā)的深入，油井生產測試已越來越被人們所重視。EPOch-1型不停抽示功儀通過在我廠的應用，與傳統(tǒng)測試儀比較，其技術優(yōu)勢非常突出，在生產一線有著較廣泛的應用范圍和推廣前景。