馬文靜，張志剛，劉水淼，伍浩文，劉文峰

中國(guó)石油冀東油田分公司 井下作業(yè)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(fèi)用低和操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，目前已被各油田廣泛應(yīng)用于井下修井作業(yè)。但在施工過程中常因各種因素影響鉆進(jìn)效率，出現(xiàn)鉆塞無進(jìn)尺、進(jìn)遲緩慢、卡鉆、鉆具斷脫落井等質(zhì)量事故，既損壞了鉆具，延長(zhǎng)了鉆井周期，又增加了作業(yè)成本。因此科學(xué)地分析影響螺桿鉆鉆進(jìn)效率的因素，制定針對(duì)性的控制措施，對(duì)提升井下作業(yè)水平有著十分重要的意義。

1 螺桿鉆具結(jié)構(gòu)及原理

螺桿鉆具一般由旁通閥總成、馬達(dá)總成、萬向軸總成和傳動(dòng)軸總成組成，修井液從上方管柱流經(jīng)旁通閥后進(jìn)入馬達(dá)，推動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的扭矩和轉(zhuǎn)速通過萬向節(jié)和傳動(dòng)軸傳遞到鉆頭[1]，實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)（圖1）。

圖1 螺桿鉆具結(jié)構(gòu)圖

2 鉆進(jìn)施工難點(diǎn)分析及技術(shù)措施

井下作業(yè)過程中影響螺桿鉆鉆進(jìn)效率的因素很多，結(jié)合冀東油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，針對(duì)修井液的性能、施工參數(shù)及鉆具選型等方面的問題，分析鉆進(jìn)施工的難點(diǎn)并提出切實(shí)可行的技術(shù)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(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過程中，由于修井液中的雜質(zhì)含量較多，出現(xiàn)旁通閥刺漏、失效，轉(zhuǎn)子與定子之間的容腔被雜質(zhì)堵死，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子無法轉(zhuǎn)動(dòng)[3]等現(xiàn)象，不僅損壞螺桿鉆具，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致鉆具報(bào)廢，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，而且需起鉆重新下入新鉆具，增加了施工成本，延長(zhǎng)了施工周期。

在施工現(xiàn)場(chǎng)通常從3個(gè)環(huán)節(jié)把控修井液中的固項(xiàng)含量：①對(duì)15 m3儲(chǔ)液池進(jìn)行清理檢查，確保儲(chǔ)液池底部無淤泥或灰渣等固體物質(zhì)沉積，在泵車上水管線端口處加過濾網(wǎng)；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(xì)砂及鐵屑等物質(zhì)；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(nèi)壁脫落的銹皮、水垢等物質(zhì)有效過濾，避免進(jìn)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(xù)有效延長(zhǎng)鉆具的使用壽命，進(jìn)而提高鉆進(jìn)效率。

2.2 施工參數(shù)

2.2.1 啟動(dòng)參數(shù)控制

現(xiàn)場(chǎng)鉆塞施工中，經(jīng)常發(fā)生如下情況：未充分建立循環(huán)而過早地將鉆具下放到塞面鉆進(jìn)，油管中的氣體未被排凈，被壓縮的氣柱隨打入液體下移，當(dāng)長(zhǎng)井段氣柱通過螺桿鉆具時(shí)，馬達(dá)失速，鉆頭停滯，鉆塞無進(jìn)尺，影響了鉆進(jìn)效率。

為了避免上述情況的發(fā)生，應(yīng)下鉆至塞面以上5 m開泵循環(huán)，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(huán)洗井，充分建立循環(huán)后，逐步增加泵壓及排量至額定值，記錄此時(shí)的空轉(zhuǎn)泵壓、排量，然后緩慢下放到塞面，開始鉆進(jìn)。

2.2.2 鉆壓的控制

鉆塞過程中，鉆壓過大，會(huì)導(dǎo)致螺桿的輸出扭矩為0，出現(xiàn)“制動(dòng)現(xiàn)象”[4]，此時(shí)螺桿鉆具的扭矩?zé)o法正常傳遞，蓄積在萬向軸上，由于無進(jìn)尺，上提管柱扭矩突然釋放會(huì)給外殼體一個(gè)非常大的反扭矩[5]，瞬時(shí)力使鉆具殼體出現(xiàn)松扣現(xiàn)象[6]。若此類操作多次出現(xiàn)將使鉆具殼體倒扣脫落入井，造成質(zhì)量事故。鉆壓過小，鉆頭只作用于塞面表層，鉆進(jìn)速度緩慢。所以，合理控制鉆壓是影響鉆進(jìn)效率的關(guān)鍵因素。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，受井斜、深度、全角變化率等因素的影響，實(shí)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(jì)算外還需根據(jù)觀察返出物的情況來判斷螺桿鉆具的鉆進(jìn)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(xì)絲狀和粉末狀，如圖2所示。通過大量的鉆橋塞實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)返出物為細(xì)絲狀時(shí)，鉆進(jìn)效率最高，此時(shí)達(dá)到最佳工況。

圖2 鉆橋塞返出物形態(tài)

2.2.3 接單根參數(shù)控制

若在接單根后出現(xiàn)泵壓無法達(dá)到額定值，加壓無反轉(zhuǎn)，鉆塞無進(jìn)尺的現(xiàn)象，此時(shí)可以判斷旁通閥長(zhǎng)期處于旁通狀態(tài)[7]。分析原因是由于在接單根前仍保持鉆塞時(shí)的泵壓和大排量正洗井，此時(shí)水流通過鉆頭水眼對(duì)井底產(chǎn)生沖擊力，鉆頭在長(zhǎng)時(shí)間空轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的徑向渦流，不利于攜帶固體物質(zhì)上移。接單根時(shí)停泵，由于油套環(huán)空液柱壓力大于油管液柱壓力，鉆磨產(chǎn)生的碎屑迅速回落，導(dǎo)致旁通閥滑套被碎屑卡死而不能閉合，故無法正常鉆進(jìn)，需起出更換鉆具，嚴(yán)重影響鉆塞效率。

為了避免上述情況發(fā)生，在接單根前應(yīng)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(shí)旁通閥處于開位，通過小排量正循環(huán)洗井可有效地?cái)y帶固體物質(zhì)上移，并處于懸浮狀態(tài)，沖洗時(shí)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(xù)鉆進(jìn)。

2.3 鉆具選型

由于井身結(jié)構(gòu)、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(zhuǎn)速是否滿足攜屑能力、扭矩是否適應(yīng)塞面硬度，是影響鉆進(jìn)效率的主要因素。

2.3.1 鉆具外徑尺寸

根據(jù)井筒直徑選擇螺桿鉆具，所選鉆具的排量和轉(zhuǎn)速應(yīng)滿足攜屑能力，螺桿鉆具外徑與套管內(nèi)徑之間留出一定的環(huán)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(hù)套管的同時(shí)最大限度地減小留在套管內(nèi)壁灰環(huán)、盲板環(huán)等殘留物，進(jìn)而避免了重復(fù)下鉆劃眼。

2.3.2馬達(dá)頭數(shù)比

馬達(dá)頭數(shù)比選型，通常在轉(zhuǎn)子、定子長(zhǎng)度一定時(shí)，螺桿鉆具轉(zhuǎn)子頭數(shù)越多，相同條件下輸出的扭矩越大，輸出的轉(zhuǎn)速就相對(duì)越低；反之，如果轉(zhuǎn)子頭數(shù)越少，輸出的扭矩越小，輸出的轉(zhuǎn)速相對(duì)越高[10]。表1為某廠家生產(chǎn)的螺桿鉆具同尺寸鉆具頭數(shù)比與對(duì)應(yīng)參數(shù)情況。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用過程中，一般鉆灰塞、砂橋、膠皮等較容易鉆進(jìn)的塞面時(shí)，推薦使用頭數(shù)比為3∶4或5∶6的鉆具，輸出扭矩小但轉(zhuǎn)速較高，鉆塞效率較高；鉆盲板、可鉆式橋塞時(shí)由于塞面硬度高，推薦使用頭數(shù)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(shù)比與對(duì)應(yīng)參數(shù)情況

2.3.3 井下溫度狀況

根據(jù)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(yīng)查閱該井或臨井鉆塞井段的井溫?cái)?shù)據(jù)，根據(jù)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(dá)橡膠提前失效，輸出扭矩降低[8]，影響鉆進(jìn)效果。正確選擇鉆具，有利于延長(zhǎng)螺桿鉆具的使用壽命，提高鉆進(jìn)效率及鉆塞成功率。

3 應(yīng)用實(shí)例

冀東油田南堡X井，套管規(guī)格139.7 mm，套管內(nèi)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(zhuǎn)速139~280 r/min，輸出扭矩1 501 N·m。

鉆具入井前準(zhǔn)備，在車間對(duì)萬向軸外殼體上端與下端點(diǎn)焊鋼片加固處理后運(yùn)送至井場(chǎng)，地面轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭靈活好用，地面打壓驗(yàn)證旁通閥開、關(guān)正常，鉆頭旋轉(zhuǎn)正常。15 m3儲(chǔ)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(huán)，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(zhuǎn)泵壓4 MPa。③啟動(dòng)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(jìn)60 min，進(jìn)尺7 cm，觀察返出物為粉末狀，直徑約0.1~0.5 mm。④調(diào)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(zhuǎn)現(xiàn)象，鉆進(jìn)60 min，進(jìn)尺15 cm，觀察返出物為細(xì)絲狀，直徑約0.5~0.8 mm。⑤持續(xù)鉆進(jìn)，保持鉆壓10~15 kN，排量600 L/min，繼續(xù)鉆進(jìn)，直至鉆穿橋塞，管柱懸重32.8 kN，上下劃眼3次，確保井內(nèi)無殘留橋塞環(huán)。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(jìn)出口液性一致，完成鉆塞施工，起出鉆具。

4 結(jié)束語

影響螺桿鉆鉆塞效果的因素復(fù)雜多樣，包括修井液的性能、現(xiàn)場(chǎng)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(shù)優(yōu)化等針對(duì)性的技術(shù)措施，可最大限度地減小井壁殘留物，避免由于操作不當(dāng)造成的鉆具殼體脫扣落井等質(zhì)量事故，同時(shí)可有效延長(zhǎng)鉆具使用壽命，提升施工效率和鉆塞成功率。