魏軍會(huì)，黃 錕，徐明軍，易 俊，涂志雄

（1.塔里木油田油氣工程研究院，新疆庫爾勒841000；2.塔里木油田克拉油氣開發(fā)部，新疆庫爾勒841000）

1 概述

隨著油井開采技術(shù)的深入，生產(chǎn)管柱完井技術(shù)相應(yīng)更加復(fù)雜，井下故障復(fù)雜多樣。常規(guī)的套銑工具在套銑作業(yè)時(shí)，遇到復(fù)雜的落物出現(xiàn)套銑周期長(zhǎng)，套銑工具磨損嚴(yán)重、壽命短，甚至有時(shí)遇到套銑管柱被卡的事故導(dǎo)致處理進(jìn)度停滯不前。關(guān)于近年來塔里木地區(qū)超深井封隔器的處理情況，針對(duì)套銑工具的研究，向著高效性能方向發(fā)展，從切削磨銑元件的材質(zhì)到布局結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行改進(jìn)。隨著高效套、磨銑工具的研制與推廣，處理封隔器周期縮短至7～9d，對(duì)縮短工程周期、提高施工質(zhì)量有重要意義。

2 高效套銑工具的研究

2.1 高效套銑工具類型的選擇

套銑磨鞋結(jié)構(gòu)由接頭、本體、鑲焊材料、硬質(zhì)合金塊、自銳槽等組成；套銑磨鞋以其底面上堆焊的硬質(zhì)合金或耐磨材料在鉆壓的作用下吃入并磨碎落物，碎屑隨循環(huán)洗井液帶出地面，套銑磨鞋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和硬質(zhì)合金塊本身決定了磨鞋的切削效果。

套銑工具研發(fā)國(guó)內(nèi)起步較晚，套銑工具（圖1），從內(nèi)部布齒、外部布齒、底部布齒和底部布齒形狀分為A-K共計(jì)11種特殊設(shè)計(jì)。針對(duì)不同的套銑對(duì)象和可能的情況，研究設(shè)計(jì)套銑鞋的類型，全面滿足各種工況的套銑需求，仍是未來需要不斷完善的一個(gè)方向。

圖1 套銑工具類型

2.2 合金齒的優(yōu)選

（1）國(guó)內(nèi)目前均采用燒結(jié)WC-Co、WC-Ti—Co或兩者的混合，常見材料常見的硬質(zhì)合金塊有YD硬質(zhì)合金塊、YG硬質(zhì)合金塊、FX硬質(zhì)合金塊、A1203陶瓷塊、金剛石復(fù)合塊、立方氮化硼（PCBN）塊等，磨銑鞋在井下工作過程中，有可能對(duì)合金塊造成沖擊，還需要硬質(zhì)合金有一定的硬度及韌性，從磨鞋性能上分類，常分為高效磨鞋和常規(guī)磨鞋，高效磨鞋的高性能是通過添加硬質(zhì)合金獲得的，由于起關(guān)鍵作用的物質(zhì)是硬質(zhì)合金，但由于硬質(zhì)合金在堆焊時(shí)容易被燒損，因此影響了堆焊層的性能。

（2）復(fù)合材料基材，磨銑工具合金基材早期為銅鋅鎳合金，因?yàn)殂~鋅鎳合金對(duì)硬質(zhì)合金有良好的潤(rùn)濕性，能夠與硬質(zhì)合金形成良好的冶金結(jié)合界面，銅鋅鎳合金在目前套磨銑工具應(yīng)用比較廣泛，但是由于銅鋅鎳合金熔化溫度為900℃，較高的成型溫度容易在硬質(zhì)合金內(nèi)部形成硬脆相，使硬質(zhì)合金抗壓強(qiáng)度降低，導(dǎo)致磨銑工具的使用壽命下降；通過研究試驗(yàn)證實(shí)自制焊條碳化鎢和管皮重量比直接影響到抗沖擊磨損性能及碳化鎢的剝落。碳化鎢和管皮重量比恰當(dāng),堆焊層硬質(zhì)相的陰影效應(yīng)和基體、粘結(jié)相對(duì)硬質(zhì)相支撐效應(yīng)的相互作用是提高抗沖擊磨損的原因。

（3）貝克休斯新一代碳鎢合金齒，優(yōu)質(zhì)鈦衍生滲氮程序保證段銑工具刀翼在磨銑高等級(jí)鋼材(Q125等)能取得類似于普通鋼材(L80/N80)的機(jī)速和壽命。優(yōu)選出進(jìn)尺最多的兩種齒STANDARO和Test8，進(jìn)行模擬效果對(duì)比，在磨銑相同進(jìn)尺后可以看到新一代（Test 8）齒磨損遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)齒。

金剛石復(fù)合片（見圖2）是采用金剛石微粉與硬質(zhì)合金基片在超高壓高溫條件下燒結(jié)而成，既具有金剛石的高硬度、高耐磨性與導(dǎo)熱性，又具有硬質(zhì)合金的強(qiáng)度與抗沖擊韌性，是制造切削刀具、鉆井鉆頭及其他耐磨工具的理想材料。

圖2 金剛石復(fù)合片

2.3 堆焊工藝的優(yōu)化

（1）氧氣乙炔加熱工藝。套銑磨鞋常規(guī)加工方式主要采用氧—乙炔焰或氬弧焊作為熱源，但常規(guī)堆焊由于硬質(zhì)合金在堆焊時(shí)容易被燒損，因此影響了堆焊層的性能，直接影響到磨鞋的性能；磨鞋在焊接的過程中，最關(guān)鍵步驟就是對(duì)磨鞋焊接部位的加熱與保溫，因?yàn)橹挥袑⒛バ锥思訜岬?00℃左右，融化的鎳銅合金才能達(dá)到液化狀態(tài)，將硬質(zhì)合金塊與磨鞋本體緊密地焊接在一起，只有溫度達(dá)到規(guī)定溫度，并且穩(wěn)定在該溫度一定時(shí)間，才能保證焊接質(zhì)量，合金塊在井底劇烈的擠壓和刮削下不脫落；設(shè)計(jì)了一種既能加熱又能保溫的裝置，取代磨鞋硬質(zhì)合金常規(guī)焊接加熱裝置，較好地解決了磨鞋加工的溫度控制及保溫問題（見圖3）。

圖3 加熱保溫裝置與新舊裝置保溫曲線對(duì)比

（2）真空鑄造工藝。鎳基合金材料，由于CBN、PDC對(duì)加熱溫度非常敏感，高溫下會(huì)出現(xiàn)石墨化，所以加熱溫度需要控制在700℃左右，立方氮化硼加熱時(shí)易在空氣中氧化，因此無法使用常規(guī)的氧氣乙炔加熱或磁感應(yīng)加熱，為了滿足立方氮化硼、聚晶金剛石等超高硬度增強(qiáng)相制備復(fù)合套磨銑工具的需求，選用了針對(duì)套磨銑工具的真空鑄造技術(shù)（見圖4）。

圖4 真空鑄造設(shè)備示意圖

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

塔里木油田×××井套銑施工情況如下所述。

3.1 井下事故簡(jiǎn)況

該井由于油管施工重點(diǎn)套銑打撈MFT封隔器及處理下部管串。MFT封隔器是偏心過光纜的特殊型號(hào)的封隔器，這種封隔器結(jié)構(gòu)由于它要穿越光纜并且是偏心封隔器，材質(zhì)35Crmo。作業(yè)深度5600m。

3.2 施工作業(yè)情況

第1次套銑選用YD合金的?152mm套銑鞋。

鉆具結(jié)構(gòu)：?152mm～?129mm銑鞋+?152mm～?132mm套銑管+變扣(310×6″雙級(jí)T公)+雙公變扣311×331+?145mm撈杯×1只(330×331)+雙母變扣(330×210)+4-1/8″鉆鋌1根+變扣(211×310)+147mm穩(wěn)定器(311×310)+3-1/2″DP。

套銑施工參數(shù)：重量3t，轉(zhuǎn)速60～80r/min,壓力7～10MPa，流量9L/s，密度1.03g/cm3，粘度45s，累計(jì)進(jìn)尺12.70m，套銑目標(biāo)是鎧甲光纜+封隔器，出口返出少量絲狀鐵屑。

第2次套銑選用?153mm金剛石孕鑲套銑鞋。

套銑管柱結(jié)構(gòu)：?153mm～?126mm金剛石銑鞋+變扣+?153mm～?132mm套銑管+變扣(310×6″雙級(jí)T公)+雙公變扣311×331+?145mm撈杯×1只(330×331)+雙母變扣(330×210)+4-1/8″鉆鋌1根+變扣(211×310)+?147mm穩(wěn)定器(311×310)+變扣(311×210)+4-1/8″鉆鋌11根+2-7/8″DP+變扣+3-1/2″DP。

套銑參數(shù)，重量2～4t，轉(zhuǎn)速60～80r/min，壓力7～10MPa,流量9L/s，密度1.03g/cm3，粘度45s，累計(jì)進(jìn)尺2.77m，套銑完成，出口返出少量鐵屑及封隔器膠皮，套銑目標(biāo)封隔器鋼體+卡瓦。

4 結(jié)論與建議

（1）首先要通過對(duì)合金齒的優(yōu)選，結(jié)合合金堆焊鑲嵌工藝的研究，通過對(duì)比分析，完成高效套銑鞋的加工制造。

（2）套銑鞋類型及尺寸的選擇，依據(jù)套銑對(duì)象（如封隔器等）的辨識(shí)，依據(jù)磨銑對(duì)象的材質(zhì)、尺寸、施工環(huán)境等設(shè)計(jì)套銑鞋的尺寸類型，使套銑鞋在工作時(shí)真正達(dá)到高效磨銑的目的。

（3）新型合金材料聚晶立方氮化硼復(fù)合片，復(fù)合加工工藝(孕鑲+銀基合金堆焊)工藝的應(yīng)用，針對(duì)特殊套銑材質(zhì)及環(huán)境需求，研究特種套銑工具。

（4）建議運(yùn)用智能監(jiān)控技術(shù)，如套銑鞋工作參數(shù)扭矩、溫度、壓力等智能檢測(cè)，進(jìn)行使用前后的對(duì)比分析，結(jié)合地面檢測(cè)裝置的實(shí)驗(yàn)，對(duì)套銑工具進(jìn)行不斷的研究改進(jìn)。