鄧霖

摘 要： 近年來，隨著欠平衡鉆井技術(shù)的適用范圍逐漸擴大，特別是以提高機械鉆速為主要目的氣相欠平衡鉆井技術(shù)（即氣體鉆井技術(shù)）在西南地區(qū)進行了廣泛的應(yīng)用。勝利鉆井院研制了SLXFD型大通徑旋轉(zhuǎn)控制頭?？刂祁^底座能滿足通徑680mm及以下尺寸的鉆頭及井下工具通過，軸承總成適用于外徑小于205mm以下鉆具通過[1]。該大通徑旋轉(zhuǎn)控制頭通過系列化底座+井口過度法蘭+軸承總成套+軸承總成的組合，能滿足多數(shù)井深結(jié)構(gòu)下的井口裝置和鉆具組合。

關(guān)鍵詞： 欠平衡鉆井；旋轉(zhuǎn)控制頭；研制

引言

過去國內(nèi)實施欠平衡鉆井工藝，采用的鉆桿多是Φ127mm及以下的鉆桿。而根據(jù)工藝要求，廣泛使用Φ139.7mm鉆桿，并且在鉆桿接箍上焊接耐磨帶。之前，勝利鉆井院引進和研制的旋轉(zhuǎn)控制頭主要適用于35-35型的井口裝置及Φ127mm及以下的鉆桿及相應(yīng)的方鉆桿[2]。為了滿足使用Φ139.7mm鉆桿進行氣體鉆井的需要，另一方面也為了滿足更廣泛的井口裝置組合。勝利鉆井院研制了SLXFD型大通徑旋轉(zhuǎn)控制頭。經(jīng)試驗和現(xiàn)場使用證明，該旋轉(zhuǎn)控制頭適用性廣，使用效果良好，能滿足大多數(shù)欠平衡鉆井的需要。

一、工作原理及主要特點

1、工作原理

旋轉(zhuǎn)控制頭的主要功能是提供井口壓力控制，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)密封，使得鉆井作業(yè)在井口有壓力的情況下能夠照常進行。在結(jié)構(gòu)上旋轉(zhuǎn)控制頭是通過膠芯包繞鉆具來實現(xiàn)密封，通過軸承組來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)——軸承組內(nèi)滾道隨鉆具一起轉(zhuǎn)動，外滾道與底座保持固定不動。

旋轉(zhuǎn)控制頭的旋轉(zhuǎn)部分是軸承總成，是旋轉(zhuǎn)控制頭最關(guān)鍵的部件。密封膠芯安裝于軸承總成上，軸承總成和底座通過卡箍連接。軸承總成是由兩個向心扶正軸承和兩個推力軸承組成，由上下兩個膠芯或單個膠芯實現(xiàn)對鉆具包繞密封。膠芯的通徑小于鉆桿/方鉆桿的外徑，通過膠芯與鉆具的過盈配合實現(xiàn)密封。隨著膠芯的磨損，該過盈量不斷減小，膠芯將密封不住環(huán)空壓力，就應(yīng)該更換膠芯。如圖1。

軸承總成可以通過安裝不同型號的軸承套和不同型號的底座配合使用。

2、主要特點

1）系列化旋轉(zhuǎn)控制頭底座

在鉆井過程中，根據(jù)井身結(jié)構(gòu)的不同和井控要求的不同，所采用的井口裝置不同。為了適用于不同的井口裝置，該旋轉(zhuǎn)控制頭設(shè)計了68-7型，54-14型，35-35型三種系列化底座，系列化底座配合井口過度法蘭使用，可適用于大多數(shù)情況下的井口裝置。

2）集約化的軸承總成設(shè)計

通常情況下，一種通徑的旋轉(zhuǎn)控制頭底座需要配套一種尺寸規(guī)格的軸承總成。該旋轉(zhuǎn)控制頭采用一種規(guī)格的軸承總成，配合68型和54型軸承套，可適用于全系列旋轉(zhuǎn)控制頭底座。軸承總成通徑為210mm，通過采用不同規(guī)格的膠芯，可適用于139.7mm、127mm、89.9mm、73mm鉆桿及相應(yīng)的方鉆桿。

3）軸承總成的密封特點[3]

軸承總成靠上下動密封形成了一個獨立的、密閉的軸承室，采用強制油潤滑，水冷卻（動力站配備制冷壓縮機），工作可靠，壽命較長。

二、現(xiàn)場應(yīng)用情況

鉆井、氣體鉆井等施工。如，2013年4月在元壩27-2井運用該設(shè)備進行了泡沫鉆井和氣體鉆井施工

2.1、基本情況

元壩27-2井位于四川省蒼溪縣浙水鄉(xiāng)紅旗村，構(gòu)造位置為四川盆地川東北巴中低緩構(gòu)造元壩區(qū)塊長興組四號礁帶，是中石化西南油氣分公司部署的一口開發(fā)井。按照設(shè)計要求，一開采用Ф660.4mm鉆頭開孔，采用泡沫鉆井技術(shù)鉆至井深502m，下入Ф508.0mm套管，水泥漿返至地面，為二開建立井口，安裝防噴器。二開采用Ф444.5mm鉆頭，原則上設(shè)計采用氣體鉆井鉆至井深2960m（進入下沙10m左右），下入Ф346.1mm套管封隔上部易塌、易漏地層；若因井下復(fù)雜無法繼續(xù)實施氣體鉆井施工，按要求提前下套管或轉(zhuǎn)換鉆井液鉆至設(shè)計井深中完。

2.2、施工情況

針對不同開次選擇的設(shè)備組合，見表1

一開采用泡沫鉆井由井深26m，鉆進至井深506米。一開泡沫鉆井累計進尺480米，純鉆時間147.58h，平均機械鉆速3.25m/h；二開于井深506米開始空氣鉆鉆進。鉆至井深2952 m，井下出現(xiàn)大量掉塊，接單根時上提下放均遇阻，為了井下安全和下一步施工的順利進行，決定結(jié)束空氣鉆。二開井段氣體鉆井進尺2445.2m，純鉆進時間152.42h，平均機械鉆速16.04m/h。

施工過程中設(shè)備運行平穩(wěn)、軸承溫升正常、密封情況良好。隨著設(shè)備工作時間的不斷加長，在潤滑排量不變的前提下，軸承總成潤滑油壓力與井壓間的壓差僅由初始階段的300psi下降為280psi，這說明壓差不但確保了軸承總成內(nèi)部不受污染，還有效的防止了細微顆粒進入動密封面，這種情況下動密封磨損極小。

結(jié)論

系列化設(shè)計使得旋轉(zhuǎn)控制頭能夠滿足大多數(shù)情況下的井口裝置和鉆具組合，設(shè)備選用靈活、方便，大大提高了旋轉(zhuǎn)控制頭的適用范圍[4]。

通過集約化的設(shè)計，使用一種軸承總成配合不同規(guī)格的軸承套可滿足不同規(guī)格的底座，減少了配件種類，節(jié)省了研發(fā)成本。

室內(nèi)試驗和現(xiàn)場使用情況表明，該大通徑旋轉(zhuǎn)控制頭結(jié)構(gòu)先進，性能可靠，操作簡單，拆卸、安裝方便，膠芯密封持久可靠，滿足絕大多數(shù)欠平衡鉆井施工工藝要求。

參考文獻

[1]劉寶和.中國石油勘探開發(fā)百科全書.工程卷[M].北京：石油工業(yè)出版社，2008.11.

[2]韓來聚.勝利鉆井新技術(shù)研究創(chuàng)新與應(yīng)用[C].東營：中國石油大學(xué)出版社，2012.9.

[3]萊昂斯著.空氣與氣體鉆井手冊（第三版）[M]，楊虎等譯.北京：石油工業(yè)出版社，2012.3.