新型氣體鉆井導引總成的研制

賈 麗,謝從輝,姜佰順,田玉棟

(大慶油田鉆探工程公司鉆井工程技術研究院,黑龍江大慶163413)

新型氣體鉆井導引總成的研制

賈 麗,謝從輝,姜佰順,田玉棟

(大慶油田鉆探工程公司鉆井工程技術研究院,黑龍江大慶163413)

在收集分析國內外有關旋轉防噴器的設計、分析、計算、使用等資料的基礎上,結合國內目前在用旋轉防噴器存在的一些問題,開發了一種新型氣體鉆井用旋轉防噴器導引總成。介紹了該導引總成的結構組成、工作原理、室內檢測和現場應用情況。該導引總成設計新穎、結構簡單,擴展了氣體鉆井井口控制裝備的應用范圍,提高了氣體鉆井產層起下鉆作業的安全性。

氣體鉆井;旋轉防噴器;導引總成

Abstract:Referring to some questions of all RBOP around the world,the new air drilling guide assembly was designed on the base of collecting the information about the design,analysis,calculations and use of the RBOP inside and outside the country.This paper introduces the system complexity,operating principle,lab simulation and flied using of the air drilling RTO homer.Its design is particular and makeup is simple,which expands the appliance area of the wellhead operation in the air drilling and improves the security of the round trip operation in producing formation in air drilling.

Key words:air drilling;RBOP;RTO in producing formation

旋轉防噴器(RBOP)又稱旋轉控制頭(RHC),是欠平衡鉆井、地熱鉆井、煤層氣鉆井的必要設備。它在井眼環空與鉆柱之間起封隔作用,并提供安全有效的壓力控制,同時具有將井眼返出流體導流出井口的作用[1]。導引總成為被動式旋轉控制頭內的核心旋轉密封、導流部件。目前大慶油田能夠使用旋轉防噴器等井口裝置和注氣設備實現氮氣儲層安全鉆進,并將儲層氣體導引至排砂管線出口點火燃燒。存在的問題是:現有的設備條件無法在鉆開儲層的情況下實現不壓井起下鉆作業,無法充分發揮氣體鉆井保護和發現油氣層的作用。目前,國內外公認解決上述問題最好的辦法是使用井下套管閥配合井口防噴器實現全過程欠平衡。使用套管閥存在價格過高、氣密性差、壽命短的缺點。單純使用現有的井口控制裝置又無法在氣體鉆井起下鉆時實現持續封井作業[2]。通過分析發現現有的氣體鉆井起下鉆井口控制裝置內的旋轉總成的膠芯內徑為?100 mm左右,通徑為?180 mm左右。?100 mm的膠芯最大彈性擴張尺寸為?150 mm,無法實現?159 mm鉆鋌的長期密封。?180 mm本體也無法實現?214 mm螺扶的通過。

針對這種現狀,大慶鉆探工程公司鉆井工程技術研究院2008年自主研發了一種能夠起下并密封下部鉆具組合的井口導引裝置。該裝置能解決氣體鉆井產層安全起下鉆作業存在的問題,已獲得實用新型專利(專利號:ZL200820091212.5),并已成功應用2口井。

1 結構及工作原理

該導引頭安裝在現有井口旋轉防噴器殼體上,替換原有旋轉總成,依靠矩形橡膠密封圈及內部的密封組合實現對氣體鉆井返出流體的密封及導引[3],擴展了氣體鉆井井口旋轉防噴器的應用范圍。結構如圖1。由于起下鉆時鉆具不旋轉,因此不具備旋轉功能,在設計時進行了上膠芯的防轉設計。該導引頭實現了系列化,與旋轉總成具有較高的互換性。該導引頭上、下殼體為矮牙梯形螺紋連接,上膠芯法蘭通過卡塊固定在殼體內。以上幾件主要起到支撐膠芯的作用,保證上下膠芯之間的距離達750 mm左右。同時在設計時進行了上膠芯的防轉設計。安裝時使用膠芯引錐導引鉆具組合串入膠芯。下鉆時,鉆具壓迫膠芯內腔的倒角,膠芯彈性膨脹保證了密封,同時允許鉆具通過。起鉆時,依靠膠芯下部的大倒角完成鉆具的導引,同時保證良好的密封。該膠芯具有極高的彈性,可在鉆具通過后瞬間回彈。雙膠芯的結構又確保了即使通過復雜結構鉆具組合,仍能提供連續的密封[4-5]。

圖1 新型氣體鉆井導引總成結構

2 技術參數(如表1)

表1 氣體鉆井導引總成的技術參數

3 特點

a) 提高井口安全性 使用該裝備后,即使起下下部鉆具組合,井口也始終處于封閉狀態,從而提高了井口作業的安全性。

b) 保護產層 可與配套設備結合實現氣體鉆井產層安全起下鉆作業,從而避免了采用超壓措施給產層造成的損害。

c) 節約費用 該裝備在起下鉆時可起到井下套管閥的作用,而費用卻只有使用套管閥的1/15左右。

4 室內試驗

a) 螺扶通過試驗 在3 kN力的作業下,螺扶順利通過,同時具有密封性。

b) 膠芯抗破壞試驗 進行20次膠芯通過試驗,膠芯無可見裂痕。

c) 靜水滲漏試驗 灌水靜置1 h,無滲漏。

d) 承壓試驗 靜水壓5 MPa,5 min壓降小于0.1 MPa。

以上試驗數據表明,開發的氣體鉆井導引總成達到設計要求。

5 現場試驗

2008年在大慶達深9井使用套管閥進行全過程欠平衡作業時,該改進裝置作為一種應急設備,首次現場使用。作業時首先甩掉原有旋轉總成,將氣體鉆井導引總成隨鉆具裝入旋轉防噴器殼體相應位置。實現起下鉆下部鉆具組合作業各1次,起到了氣體產層鉆井起下鉆封井的作用。2009年在吉林長深10井的欠平衡作業時,又順利進行氣體產層鉆井起下鉆作業1次,作業時未發生氣體滲漏,作業后檢查膠芯未發現裂縫,達到了研制的預期目的。

6 結論

1) 氣體鉆井導引總成由于其特殊的膠芯尺寸及空間設計,擴展了旋轉防噴器的應用范圍。

2) 在起下鉆時,氣體鉆井導引總成可起到井下套管閥的作用,而費用卻只有使用套管閥的1/15,節約了鉆井成本。

3) 現場試驗表明,氣體鉆井導引總成達到設計要求和預期的目的,提高了氣體鉆井產層起下鉆作業的安全性。

[1] 羅寧根.FX28-35型旋轉防噴器的研制[J].海洋石油,2003,23(增刊):106-109.

[2] 宋林松,王巖鵬.幾種高壓旋轉防噴系統的性能比較[J].石油礦場機械,2004,33(增刊):25-27.

[3] 陳家慶,王穎君,趙增元.Williams高壓旋轉防噴器國產化要點淺析[J].石油礦場機械,2002,31(03):1-5.

[4] 張寶生,陳家慶.對Williams高壓旋轉防噴器用膠芯的分析研究[J].石油礦場機械,2004,33(增刊):21-24.

[5] 王錫洲,付玉坤,朱海燕,等.閘板防噴器膠芯密封及損壞機理分析[J].石油礦場機械,2010,39(2):16-18.

Development of New Air Drilling Guide Assembly

JIA Li,XIE Cong-hui,JIANG Bai-shun,TIAN Yu-dong
(Daqing Drilling Engineering&Technology Research Institute,Daqing Drilling and Exploration Engineering Corporation,Daqing163413,China)

TE921.2

B

1001-3482(2010)08-0079-03

2010-01-12

項目來源:實用新型專利(ZL200820091212.5)

賈 麗(1983-),女,山東人,2005年畢業于西安石油大學石油工程專業,現從事欠平衡鉆井技術研究工作,E-mail:jiali@cnpc.com.cn。