防卡防刺托盤的研制與應用

張耀先 雷華才 夏銘莉 張斌

摘 要：托盤主要應用于石油鉆井過程中的井斜測量，它組裝連接在鉆具組合中。由于老式托盤的結構設計不合理，在鉆進時，高壓泥漿流經此處，極易形成渦流刺損鉆具和托盤，造成托盤側翻測斜儀器遇卡和鉆具被刺所引發鉆具落井事故，加之托盤水眼少、水眼小造成壓力損耗大，嚴重影響了鉆井速度?！胺揽ǚ来掏斜P”托盤的成功研制，有效解決了以上存在的各種難題，避免了各種測斜事故及重大鉆具落井事故的發生。另外，應用該托盤配合“復合單多點儀器”也能實現定向完工后的多點測量，從而減少一趟起下鉆，其經濟效益十分顯著。

關鍵詞：防卡防刺托盤;壓耗高;鉆具落井事故;測斜

1 防刺、防卡托盤的工作原理及技術特點

1.1 老式測斜托盤被刺發生翻轉，導致測斜儀器遇卡、鉆具被刺的狀態分析

井斜、方位是鉆井過程中井眼軌跡控制的基礎數據。其數據來源主要依靠單點、多點、自浮測斜儀及MWD等儀器獲取，這些測量儀器是井身質量控制不可缺少的監測工具，使用中需要在井下鉆具的什么位置進行測量，必須在此處加帶托盤來配合固定測斜儀器。在長期的測斜施工中，由于老式托盤的不合理設計，極易被高壓泥漿刺壞發生翻轉，導致測斜儀器頻繁遇卡，尤其自浮儀器不能上浮后，只能通過起下鉆的方式才能取出，嚴重影響鉆井時效。如果采用大排量、含沙高的泥漿鉆進，托盤的刺損更為嚴重，每次起鉆檢查后都得更換，有時一口井需要更換3-4個托盤;加放托盤后也會導致接頭的刺損，其強度受到影響，會引發鉆具刺穿或斷鉆具的情況，另外，加放托盤后壓降大，影響到了機械鉆速。

老式的托盤有兩種：一種是厚度為10mm、外徑為φ70mm，中間孔φ15mm，周圍均布6個φ8mm水眼的托盤。使用自浮儀器測斜時，測斜儀器易進入刺大的水眼內或被刺翻的托盤處而導致儀器遇卡。另一種是投擲式的，在井下常被刺成兩截而導致儀器遇卡，每個隊每年都會有5-6次測斜儀器遇卡事故的發生。

為解決以上問題，我們對被刺托盤的受損情況、鉆具和托盤結構、水力流動學及泥漿的含沙量進行了詳細的分析研究，導致被刺的原因有：①托盤水眼少、水眼小，在鉆具內加裝托盤后當高壓泥漿流經此處時，泥漿的流動阻力大，就會產生形成渦流，極易將托盤的水眼刺大、托盤和接頭的焊接處刺壞導致側翻;②托盤水眼少，水眼小壓力損耗也大，加放托盤后所產生的壓降，導致一部分供給鉆頭的水力破巖能量在此處消耗，嚴重的影響機械鉆速;③托盤水眼少，水眼小，在鉆具內加裝托盤后，鉆具內的高壓泥漿流經此處受阻后會形成渦流，對此處的鉆具內壁產生強烈的沖刺損壞（見圖1、2）。

1.2 防刺、防卡托盤的工作原理及操作方法

首先，在鉆具需要測斜的位置連接內徑小于防刺防卡托盤外徑的接頭。通過時間、空間分離的發明原理，在正常鉆進時，防卡防刺托盤不需要放在鉆具中，這樣能有效避免托盤沖刷被刺的時間、減少壓力損耗的時間，為鉆頭提供充足的破巖能力，需要測斜時，將其從井口鉆具投入，托盤到達測斜位置后，會坐落在內徑小于它接頭上部無磁鉆鋌內，投入單點、多點儀器后會坐落在托盤上進行測量，確保了井斜，尤其是方位精度。完成測量工作后，托盤會停留在鉆具內，當正常鉆進時的高壓泥漿流經托盤時，因其具有流線型的結構，較大暢通的水眼，高壓泥漿不會在此處產生形成渦流，能夠有效避免了高壓泥漿對其造成的沖刷刺壞。另外，它的高度為160mm，在鉆具內無法側翻，解決了測量過程中因托盤側翻而被卡的測量事故的發生（見圖3、4、5）。

1.3 防刺防卡托盤的技術特點

依據鉆具水眼及老式托盤的結構、壓力損耗、水力流動力學及泥漿的含沙量等各種特征，采用了流線型的結構設計，減少渦流的產生，增大托盤水眼內徑，使其具有暢通的水眼來減少壓力損耗，通過增加托盤高度來防止翻轉被卡。

采用不銹鋼材料設計和加工出一種外徑為φ69mm，高度為161.5mm的托盤，其中間有直徑為φ30mm的水眼，周圍有均布5個扇形半徑為φ16mm半圓水眼的托盤（如圖6所示）。

2 現場情況及效果分析

新型防刺防卡托盤的成功研制，有效地解決了以上難題，該托盤至少能夠連續使用5-6口井?，F場應用后，避免了托盤刺損側翻所造成的測井儀器被卡，滿足各種測量儀器防卡要求;降低了壓力損耗，有效的提高了機械鉆速;減少了鉆具刺損所造成的斷鉆具落井事故發生。該托盤得到了井隊的好評，不但在吐哈區域得到廣泛應用，而且也推廣應用到了其他鉆探企業，為鉆井創效發揮了很大的作用。

另外，該托盤配合“復合單多點儀器”能夠減少一趟起下鉆，2012年2月7日在溫5-417井進行了首次試驗，取得了成功。2012年3月20日在神2-31井應用了該技術，2次都避免了一趟起下鉆的時間。截止目前共計使用46次，創效188.6萬元。

①項目投入費用：

R=改進單點測斜托盤

=0.3萬元

②選擇成果直接經濟效益公式：節約工時類

△S=（T0-T1）×C×（1-a）-R

=（0.8-0）×5.5×（1-0）-0.3

=4.1（萬元）

單次節約費用為4.1萬元，目前共計使用42次，節約費用為46×4.1=188.6萬元。

其中：△S-鉆機應用井的資金節約額（萬元）;T0-應用前平均起下鉆損失時間0.8（天）;T1-應用后平均起下鉆損失時間0（天）;C-鉆機實際每天成本費用5.5（萬元/天）;a-調整系數（0）。即因非技術因素（如管理或員工的努力）引起新增效益在整個效益增量中的比重;R-項目投入費用-0.3（萬元）。

3 結論

①該工具制造簡單，實用性強，投資少。通過使用，可以避免托盤易刺、易翻、鉆井過程中壓力損耗大的問題;

②配合“復合單多點儀器”能夠實現定向完工后起鉆時的多點測量，從而避免起出儀器后再需單獨一趟鉆的多點測量;

③工作可靠性高，對環境無污染，可廣泛的推廣應用于石油鉆井系統的井斜測量。

參考文獻：

[1]羅永中，陳懷高，吳先中，方健，譚山川.CDL測井儀打撈工具的研制與應用[J].天然氣工業，2006，26（7）：59-60.

[2]許學剛，反穿心打撈測井電纜時井口防噴工具的研究[J].中國石油和化工質量與標準，2013（17）.

[3]羅榮，蔣建平，崔光.塔河油田測井事故處理及預防探討[J].測井技術，2013（37）：5：553-556.

作者簡介：

張耀先（1965- ），男，漢族，中國石油集團技能專家，主要從事鉆井工作。