李愛超 黃津松 姬廣奇 孫文峻 王欣

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 天津 300452

1 引言

目前在海上及陸地油田勘探過程中，以直井為主。而井斜是檢驗井身結(jié)構(gòu)是否合格的重要指標(biāo)，所以在直井鉆進(jìn)作業(yè)中，對井斜的監(jiān)測尤為重要。在此前提下直井測斜儀應(yīng)運而生，直井測斜儀以其結(jié)構(gòu)簡單、測量精確。同時可隨鉆測量的優(yōu)點，縮短了鉆井作業(yè)周期，降低了鉆井作業(yè)成本，在陸地及海上得到了普遍的應(yīng)用[1，2]而脈沖器作為直井測斜儀的“大心臟”，決定著儀器在井下的穩(wěn)定性，保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定的傳輸。因而在工具入井前對脈沖的選擇是很重要的一步，而目前行業(yè)內(nèi)幾乎還沒有專門劃分脈沖器是否可入井使用的磨損分級依據(jù)。所以本文以海上及陸地已作業(yè)完成井為依據(jù)，來對脈沖器磨損特征進(jìn)行分析，以便于對行業(yè)內(nèi)測斜儀及MWD（Measurement While Drilling）現(xiàn)場應(yīng)用提供一定的理論支持[3]。

從直井測斜儀現(xiàn)場應(yīng)用的司顯終端可以看出見圖1，鉆進(jìn)初期靜止測斜儀器信號質(zhì)量和穩(wěn)定性均在95以上，測斜序列所屬脈沖信號Pluse1和Pluse2均為50%上下浮動；鉆進(jìn)后期乃至起鉆前靜止測斜儀器信號質(zhì)量和穩(wěn)定性基本維持在80-90之間，測斜序列所屬脈沖信號Pulse1占比遠(yuǎn)小于Pulse2幅值強度。在循環(huán)時間小于100小時內(nèi)，測斜過程中的脈沖信號Pulse1和Pulse2波峰明顯，壓降參數(shù)相近，說明在探管預(yù)設(shè)行程下，每個測斜序列都是穩(wěn)定、準(zhǔn)確的；當(dāng)循環(huán)時間大于200小時以后，測斜過程中的脈沖信號Pulse1小于Pulse2且Pulse1波峰不明顯，過渡過程中出現(xiàn)黏連現(xiàn)象，說明由于脈沖器內(nèi)部蘑菇頭等配件的沖蝕導(dǎo)致在開泵起壓過程中發(fā)生了壓力泄露的情況，導(dǎo)致Pulse1無法正常發(fā)碼，干擾信號識別。

圖1 測斜序列信號

起鉆后拆甩直井測斜儀脈沖器見圖2，發(fā)現(xiàn)脈沖器各配件均發(fā)生不同程度沖蝕反應(yīng)：承托環(huán)頂端出現(xiàn)不均勻麻點和順向裂紋，桁架和環(huán)帶交界處存在扇形沖蝕區(qū)；適配器桁架上下端均出現(xiàn)不同程度的溝槽，環(huán)帶內(nèi)壁呈波狀條紋分布，兩者之間較承托環(huán)相比存在較小的扇形沖蝕區(qū)；陶瓷件中蘑菇頭側(cè)翼的兩個流道也出現(xiàn)不同程度的擴展凹槽。

2 脈沖器磨損評級項目組成

鉆頭的主要失效形式是破巖過程中發(fā)生的結(jié)構(gòu)磨損，而直井測斜儀脈沖器的主要失效形式循環(huán)過程中發(fā)生的沖蝕磨損[5]。反應(yīng)脈沖器能否繼續(xù)使用的因素主要取決于脈沖器結(jié)構(gòu)的沖蝕情況：

直井測斜儀脈沖器在沖蝕類磨損失效特征中，通常表現(xiàn)為漸變性、同變性，通常隨著開泵時間的增加不同配件的磨損是同步且逐漸發(fā)生的，與鉆頭磨損的漸變性類似，可以進(jìn)行等級劃分[6]。按照組裝和連接模式來主要分為本體、承托環(huán)、陶瓷總成（陶瓷腔+提升閥）、適配器總成（軸承套+支撐環(huán)+適配器）五個部分，通過對現(xiàn)場反饋的出井配件進(jìn)行回收和整理，按照沖蝕嚴(yán)重程度進(jìn)行等級劃分，并標(biāo)記關(guān)鍵位置作為鈍化特征，主要包括以下三個部分：承托環(huán)、適配器、陶瓷提升閥[4]。

2.1 承托環(huán)沖蝕磨損級別劃分

承托環(huán)沖蝕磨損特征以桁架與中心環(huán)、外環(huán)結(jié)構(gòu)特征為主，見圖3。等級一：呈輕微型磨損，表面少量沖蝕痕跡，關(guān)鍵位置結(jié)構(gòu)完整，存在部分麻點；等級二：呈輕型磨損，表面少量沖蝕痕跡，關(guān)鍵位置結(jié)構(gòu)較完整，存在凹坑、縫隙；等級三：整體呈中型磨損，表面中量沖蝕痕跡，關(guān)鍵位置結(jié)構(gòu)欠缺，不影響功能但影響強度，存在凹坑、犁溝、局部沖蝕帶；等級四：整體呈嚴(yán)重型磨損，表面大量沖蝕痕跡，關(guān)鍵位置結(jié)構(gòu)缺失，影響功能和強度，存在嚴(yán)重沖蝕失效區(qū)；等級五：整體呈極嚴(yán)重型磨損，結(jié)構(gòu)完全缺失發(fā)生形變，無功能和強度，存在多處嚴(yán)重沖蝕失效區(qū)。

圖3 承托環(huán)沖蝕磨損級別劃分

2.2 適配器沖蝕磨損級別劃分

適配器沖蝕磨損特征以桁架與外環(huán)連接帶結(jié)構(gòu)特征為主，見圖4。等級一：呈輕微型磨損，表面極少量沖蝕痕跡，關(guān)鍵位置結(jié)構(gòu)完整，存在部分麻點；等級二：呈輕型磨損，表面少量沖蝕痕跡，關(guān)鍵位置結(jié)構(gòu)較完整，存在凹坑、縫隙；等級三：整體呈中型磨損，表面中量沖蝕痕跡，關(guān)鍵位置結(jié)構(gòu)欠缺，不影響功能但影響強度，存在凹坑、犁溝、局部沖蝕帶；等級四：整體呈嚴(yán)重型磨損，表面大量沖蝕痕跡，關(guān)鍵位置結(jié)構(gòu)缺失，影響功能和強度，存在嚴(yán)重沖蝕失效區(qū)；等級五：整體呈極嚴(yán)重型磨損，結(jié)構(gòu)完全缺失發(fā)生形變，無功能和強度，存在多處嚴(yán)重沖蝕失效區(qū)。

圖4 適配器沖蝕磨損級別劃分

2.3 陶瓷提升閥沖蝕磨損級別劃分

陶瓷提升閥沖蝕磨損特征以側(cè)流道結(jié)構(gòu)特征為主，見圖5。等級一：整體呈輕微型磨損，表面無明顯沖蝕痕跡，關(guān)鍵位置結(jié)構(gòu)完整；等級二：整體呈輕型磨損，表面少量沖蝕痕跡，關(guān)鍵位置結(jié)構(gòu)擴張，不影響流道布局；等級三：呈中型磨損，表面中量沖蝕痕跡，關(guān)鍵位置結(jié)構(gòu)部分缺失、流道結(jié)構(gòu)變更；等級四：體呈重型磨損，表面大量沖蝕痕跡，沖蝕帶連結(jié)成槽，關(guān)鍵位置發(fā)生形變，收束流變散射流；等級五：整體呈嚴(yán)重型磨損，表面碎裂或斷裂，結(jié)構(gòu)體損壞，完全失效。

圖5 陶瓷提升閥沖蝕磨損級別劃分

2.4 其它鈍化特征

鈍化特征：直井測斜儀脈沖器在現(xiàn)場應(yīng)用過程中的鈍化特征根據(jù)關(guān)鍵沖蝕帶和現(xiàn)場失效形式進(jìn)行統(tǒng)計歸納，其結(jié)果如下見表1 。

表1 鈍化特征描述

3 評估組成與分析

（1）本體：本體結(jié)構(gòu)強度較高，且受沖蝕磨損影響較小，通常在使用過程中不發(fā)生失效更換的情況，如發(fā)現(xiàn)鈍化特征，無需進(jìn)行車間維保，強制報廢；

（2）承托環(huán)：承托環(huán)本體結(jié)構(gòu)強度較高，可以承受強度更大、時間更長的沖蝕磨損，經(jīng)評估認(rèn)定承托環(huán)形態(tài)等級大于等于三級，無法再次入井作業(yè)，返廠維修；承托環(huán)形態(tài)等級大于等于五級，無需進(jìn)行車間維保，強制報廢；

特殊情況：當(dāng)確定井隊下趟鉆投放多點測斜儀，承托環(huán)形態(tài)等級大于等于三級不可再次入井；當(dāng)脈沖器入井次數(shù)≥3次后不可再次入井；

（3）陶瓷總成：陶瓷總成結(jié)構(gòu)分陶瓷腔和提升閥兩部分，主磨損區(qū)域為提升閥，經(jīng)評估認(rèn)定提升閥形態(tài)等級大于等于三級，無法再次入井作業(yè)，返廠維修；提升閥形態(tài)等級大于等于四級，無需進(jìn)行車間維保，強制報廢；

特殊情況：當(dāng)不確定提升閥側(cè)流道結(jié)構(gòu)是否干擾脈沖信號識別時，不可再次入井；當(dāng)鉆具組合中包括震擊器、螺桿、扭力沖擊器、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向等軸/切向交變應(yīng)力發(fā)生工具時，陶瓷總成評估形態(tài)等級提升2級警戒值。

（4）適配器：適配器受流道收束和擾亂影響導(dǎo)致磨損速率遠(yuǎn)大于其他配件，經(jīng)評估認(rèn)定適配器形態(tài)等級大于等于二級，無法再次入井作業(yè)，返廠維修；適配器形態(tài)等級大于等于四級，無需進(jìn)行車間維保，強制報廢；

（5）鈍化特征/其他鈍化特征：鈍化特征除流道堵塞、外環(huán)渦殼、交界渦殼、沉淀堆積、無特征外，剩余鈍化特征只要出現(xiàn)即判定無法再次入井作業(yè)，返廠維修；鈍化特征除環(huán)頂缺陷、桁架凹陷、流道堵塞、外環(huán)渦殼、交界渦殼、振動錯位、沉淀堆積、無特征外，剩余鈍化特征只要出現(xiàn)即判定無需進(jìn)行車間維保，強制報廢。

4 結(jié)束語

通過對直井測斜儀，在現(xiàn)場應(yīng)用過程中易沖蝕、鈍化結(jié)構(gòu)進(jìn)行實際總結(jié)分析，并以鉆頭磨損分級標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，制定出直井測斜儀各部分的磨損分級等級和其他鈍化特征，從而為直井測斜儀能否再次入井、返廠維修、報廢提供一定客觀數(shù)據(jù)支持，為測斜儀及MWD現(xiàn)場應(yīng)用提供一定的理論指導(dǎo)。