螺桿鉆鉆塞工藝技術探討

馬文靜，張志剛，劉水淼，伍浩文，劉文峰

中國石油冀東油田分公司 井下作業分公司（河北 唐山 063299）

螺桿鉆具不僅可以有效鉆除塞面，而且能將鉆磨碎屑帶出地面，提供暢通井筒，具有扭矩大、效率高、費用低和操作簡單的特點，目前已被各油田廣泛應用于井下修井作業。但在施工過程中常因各種因素影響鉆進效率，出現鉆塞無進尺、進遲緩慢、卡鉆、鉆具斷脫落井等質量事故，既損壞了鉆具，延長了鉆井周期，又增加了作業成本。因此科學地分析影響螺桿鉆鉆進效率的因素，制定針對性的控制措施，對提升井下作業水平有著十分重要的意義。

1 螺桿鉆具結構及原理

螺桿鉆具一般由旁通閥總成、馬達總成、萬向軸總成和傳動軸總成組成，修井液從上方管柱流經旁通閥后進入馬達，推動馬達轉子轉動，轉子轉動產生的扭矩和轉速通過萬向節和傳動軸傳遞到鉆頭[1]，實現鉆進（圖1）。

圖1 螺桿鉆具結構圖

2 鉆進施工難點分析及技術措施

井下作業過程中影響螺桿鉆鉆進效率的因素很多，結合冀東油田現場應用情況，針對修井液的性能、施工參數及鉆具選型等方面的問題，分析鉆進施工的難點并提出切實可行的技術措施。

2.1 修井液性能

一般情況下，要求螺桿鉆修井液含砂量小于1%[2]，但在現場應用過程中，由于修井液中的雜質含量較多，出現旁通閥刺漏、失效，轉子與定子之間的容腔被雜質堵死，導致轉子無法轉動[3]等現象，不僅損壞螺桿鉆具，嚴重時還會導致鉆具報廢，造成一定的經濟損失，而且需起鉆重新下入新鉆具，增加了施工成本，延長了施工周期。

在施工現場通常從3個環節把控修井液中的固項含量：①對15 m3儲液池進行清理檢查，確保儲液池底部無淤泥或灰渣等固體物質沉積，在泵車上水管線端口處加過濾網；②在泵車與井口之間的上水管線上加裝修井液地面過濾裝置，該過濾裝置可有效過濾出細砂及鐵屑等物質；③在下井管柱螺桿鉆以上安裝井下過濾器，其作用是將油管內壁脫落的銹皮、水垢等物質有效過濾，避免進入螺桿鉆具中。通過以上措施，保證流入鉆具中的液體清潔，可持續有效延長鉆具的使用壽命，進而提高鉆進效率。

2.2 施工參數

2.2.1 啟動參數控制

現場鉆塞施工中，經常發生如下情況：未充分建立循環而過早地將鉆具下放到塞面鉆進，油管中的氣體未被排凈，被壓縮的氣柱隨打入液體下移，當長井段氣柱通過螺桿鉆具時，馬達失速，鉆頭停滯，鉆塞無進尺，影響了鉆進效率。

為了避免上述情況的發生，應下鉆至塞面以上5 m開泵循環，記錄管柱上提懸重和下放懸重，控制泵壓3~4 MPa，排量200~300 L/min正循環洗井，充分建立循環后，逐步增加泵壓及排量至額定值，記錄此時的空轉泵壓、排量，然后緩慢下放到塞面，開始鉆進。

2.2.2 鉆壓的控制

鉆塞過程中，鉆壓過大，會導致螺桿的輸出扭矩為0，出現“制動現象”[4]，此時螺桿鉆具的扭矩無法正常傳遞，蓄積在萬向軸上，由于無進尺，上提管柱扭矩突然釋放會給外殼體一個非常大的反扭矩[5]，瞬時力使鉆具殼體出現松扣現象[6]。若此類操作多次出現將使鉆具殼體倒扣脫落入井，造成質量事故。鉆壓過小，鉆頭只作用于塞面表層，鉆進速度緩慢。所以，合理控制鉆壓是影響鉆進效率的關鍵因素。

在實際應用過程中，受井斜、深度、全角變化率等因素的影響，實際作用到塞面上的鉆壓存在不同程度的損失，除了通過理論計算外還需根據觀察返出物的情況來判斷螺桿鉆具的鉆進效率。以鉆橋塞為例，在額定工作排量下，返出物主要有碎塊狀、細絲狀和粉末狀，如圖2所示。通過大量的鉆橋塞實驗證明，當返出物為細絲狀時，鉆進效率最高，此時達到最佳工況。

圖2 鉆橋塞返出物形態

2.2.3 接單根參數控制

若在接單根后出現泵壓無法達到額定值，加壓無反轉，鉆塞無進尺的現象，此時可以判斷旁通閥長期處于旁通狀態[7]。分析原因是由于在接單根前仍保持鉆塞時的泵壓和大排量正洗井，此時水流通過鉆頭水眼對井底產生沖擊力，鉆頭在長時間空轉時所產生的徑向渦流，不利于攜帶固體物質上移。接單根時停泵，由于油套環空液柱壓力大于油管液柱壓力，鉆磨產生的碎屑迅速回落，導致旁通閥滑套被碎屑卡死而不能閉合，故無法正常鉆進，需起出更換鉆具，嚴重影響鉆塞效率。

為了避免上述情況發生，在接單根前應降低泵壓小排量正洗井。一般泵壓控制在2~3 MPa，排量控制在200~300 L/min，此時旁通閥處于開位，通過小排量正循環洗井可有效地攜帶固體物質上移，并處于懸浮狀態，沖洗時間不少于15 min[4]，停泵迅速接單根，然后加大泵壓和排量至額定值，下放管柱繼續鉆進。

2.3 鉆具選型

由于井身結構、井溫狀況不同,加之所鉆塞面的硬度存在差異，所選鉆具的排量和轉速是否滿足攜屑能力、扭矩是否適應塞面硬度，是影響鉆進效率的主要因素。

2.3.1 鉆具外徑尺寸

根據井筒直徑選擇螺桿鉆具，所選鉆具的排量和轉速應滿足攜屑能力，螺桿鉆具外徑與套管內徑之間留出一定的環型空間，一般選擇比井筒直徑小25.4 mm以上的螺桿鉆具[8]。鉆頭直徑小于套管直徑6~8 mm[9]，保護套管的同時最大限度地減小留在套管內壁灰環、盲板環等殘留物，進而避免了重復下鉆劃眼。

2.3.2馬達頭數比

馬達頭數比選型，通常在轉子、定子長度一定時，螺桿鉆具轉子頭數越多，相同條件下輸出的扭矩越大，輸出的轉速就相對越低；反之，如果轉子頭數越少，輸出的扭矩越小，輸出的轉速相對越高[10]。表1為某廠家生產的螺桿鉆具同尺寸鉆具頭數比與對應參數情況。在現場實際應用過程中，一般鉆灰塞、砂橋、膠皮等較容易鉆進的塞面時，推薦使用頭數比為3∶4或5∶6的鉆具，輸出扭矩小但轉速較高，鉆塞效率較高；鉆盲板、可鉆式橋塞時由于塞面硬度高，推薦使用頭數比為9∶10或7∶8的大扭矩鉆具。

表1 某廠家同尺寸鉆具頭數比與對應參數情況

2.3.3 井下溫度狀況

根據定子橡膠的耐溫性能不同，螺桿鉆具可分為常溫螺桿鉆具和高溫螺桿鉆具，前者耐溫不高于120℃，后者耐溫范圍120~150℃[10]。在選擇鉆具前應查閱該井或臨井鉆塞井段的井溫數據，根據井下溫度范圍合理選擇螺桿鉆具。避免高溫井段使用常溫鉆具，造成馬達橡膠提前失效，輸出扭矩降低[8]，影響鉆進效果。正確選擇鉆具，有利于延長螺桿鉆具的使用壽命，提高鉆進效率及鉆塞成功率。

3 應用實例

冀東油田南堡X井，套管規格139.7 mm，套管內徑121.36 mm，最大井斜29.97°，需鉆除井下3 607 m處橋塞。選用9LZ100X7-4螺桿鉆+Φ116 mm六棱鉆頭，額定工作排量484~977 L/min，鉆壓5~55 kN，轉速139~280 r/min，輸出扭矩1 501 N·m。

鉆具入井前準備，在車間對萬向軸外殼體上端與下端點焊鋼片加固處理后運送至井場，地面轉動鉆頭靈活好用，地面打壓驗證旁通閥開、關正常，鉆頭旋轉正常。15 m3儲液池清理干凈，修井液地面過濾裝置安裝完畢。施工過程如下：①探塞面，下鉆具探至橋塞位置后，上提5 m。②建立循環，正洗井，泵壓3.5 MPa，排量300 L/min，管柱上提懸重37.2 kN，管柱下放懸重32.7 kN，出口返液后，增大排量至600 L/min，空轉泵壓4 MPa。③啟動鉆具，緩慢下放鉆具至塞面，管柱懸重22.7~27.7 kN，鉆壓5~10 kN，排量600 L/min，泵壓5~6 MPa，鉆進60 min，進尺7 cm，觀察返出物為粉末狀，直徑約0.1~0.5 mm。④調整鉆壓，增大鉆壓至10~15 kN，排量600 L/min，泵壓6~8 MPa，無憋鉆、反轉現象，鉆進60 min，進尺15 cm，觀察返出物為細絲狀，直徑約0.5~0.8 mm。⑤持續鉆進，保持鉆壓10~15 kN，排量600 L/min，繼續鉆進，直至鉆穿橋塞，管柱懸重32.8 kN，上下劃眼3次，確保井內無殘留橋塞環。⑥充分洗井返屑，降低泵壓，小排量正洗井，泵壓3.5 MPa，排量300 L/min，洗井150 min，充分洗井至進出口液性一致，完成鉆塞施工，起出鉆具。

4 結束語

影響螺桿鉆鉆塞效果的因素復雜多樣，包括修井液的性能、現場操作及鉆具選型等方面。通過鉆具合理選型、鉆具入井前檢查及修井液凈化、參數優化等針對性的技術措施，可最大限度地減小井壁殘留物，避免由于操作不當造成的鉆具殼體脫扣落井等質量事故，同時可有效延長鉆具使用壽命，提升施工效率和鉆塞成功率。