螺桿鉆具打撈工具地面試驗研究

滕學清，楊成新，陳世春，王樹超，練章華

（1.中國石油大學（北京），北京102249；2.塔里木油田公司，新疆 庫爾勒841000；3.塔里木油田 第四勘探公司，新疆 庫爾勒841000；4.西南石油大學 油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，成都610500）

隨著螺桿鉆具使用量的增多，由于螺桿鉆具本身結構設計和制造質量的缺陷，以及使用保養不當等因素造成的井下事故日益增多，輕者造成砂卡、定子脫膠等事故，重者造成螺桿鉆具斷裂落井［1－4］。目前打撈工具主要適用于垂直井眼，由于受水平井井眼曲率、井斜角等條件的限制，常規直井打撈工具在水平井中的應用效果很不理想，即使在直井中的螺桿鉆具斷裂落井，常規打撈工具有時也不能很好地進行打撈，費時、成功率不高且費用較高。因此，本課題組設計了螺桿鉆具專用打撈工具，結構如圖1所示。該打撈工具適合于直井、定向井和水平井中螺桿鉆具斷裂落井的打撈。該打撈工具的特殊引鞋部位——特錐扣接頭和打撈工具上部接頭的強度校核和分析，已在文獻［1－2］中進行了系統的理論分析和有限元力學強度分析，其結構在理論上滿足強度要求。為了進一步驗證該螺桿鉆具打撈工具的可靠性和造扣功能，本文在某機械廠加工出了185mm和172mm螺桿鉆具專用打撈工具的試制產品，并將185mm螺桿鉆具打撈工具送往油田現場進行井下試驗，將172mm螺桿鉆具打撈工具送往西南石油大學進行地面實物試驗研究，以便獲取其性能參數。在試驗過程中，選用45＃鋼和螺桿鉆具本體2種材料的井下落魚進行地面打撈試驗，以便校驗打撈工具的實際性能。

圖1 螺桿鉆具打撈工具結構

1 試驗裝置及原理

為了完成螺桿鉆具打撈工具的打撈過程室內模擬試驗，對西南石油大學井下裝備實驗室的JZY－Ⅰ型多用途鉆具拆裝架進行了技術改造，以便適合于螺桿鉆具打撈過程的造扣試驗，實現造扣打撈功能。

試驗裝置如圖2所示，其原理為：首先將螺桿鉆具打撈工具固定在試驗裝置的臺架上，打撈工具不能旋轉，但在液壓系統的推力作用下，打撈工具可以隨軸向運動，施加鉆壓在打撈工具上，而被打撈的落魚則固定在與打撈工具同軸的另一個臺架上；落魚在液壓產生的轉矩作用下可以旋轉，但落魚不能軸向運動，因此在試驗過程中，在施加一定的鉆壓和轉矩的作用下，螺桿鉆具打撈工具沿軸向運動，落魚相對地進入打撈工具引鞋銑齒部位進行毛刺規整，隨后進入打撈工具的母錐部位進行造扣，實現打撈落魚的造扣試驗。

圖2 螺桿鉆具打撈試驗裝置

2 試驗結果分析

172mm螺桿鉆具打撈工具技術參數為：最大抗拉力2 000kN，最大抗扭22kN·m，最大抗拉、抗扭最薄弱位置均為安全接頭位置。在試驗過程中，調節液壓系統，使鉆壓和轉矩控制在一定的數值下行進試驗。本試驗的參數如表1所示。

表1 試驗載荷參數

2.1 45＃鋼落魚

利用本文改裝的試驗裝置固定打撈工具，用試驗裝置沖扣鉗咬緊試驗用45＃鋼落魚端部，控制臺控制沖扣鉗旋轉給試驗落魚施加轉矩，實現打撈工具在試驗鋼管外壁面造扣。試驗結果如圖3所示，45＃鋼鋼管落魚表面被卡頭牙齒咬傷，卸載后鐵屑脫落。圖4～5為打撈工具對45＃鋼鋼管落魚造扣試驗結果，打撈工具可以對45＃鋼管造出實際的螺紋形狀。由于45＃鋼材料軟、硬度小、韌性好，在試驗過程中又存在鐵屑排出不暢，鐵屑出現在打撈本體的扣中與在鋼管落魚表面形成的扣中反復擠壓的情況，以至于所造的扣被擠壞。但試驗結果表明，該打撈工具能實現造扣的功能。當造扣牙數較少時，由圖4～5可見，采用45＃鋼鋼管仍能造出完整扣型。

圖3 45＃鋼落魚夾緊過程中被咬傷情況

圖4 45＃鋼造扣試驗結果

圖5 45＃鋼造扣試驗結果局部

2.2 螺桿鉆具落魚

為了進一步驗證螺桿鉆具打撈工具的實用性和可靠性，采用油田現場實際的螺桿鉆具落魚（42CrMo，調質后硬度280～320HB）做進一步的造扣試驗。試驗過程與45＃鋼落魚同樣，螺桿鉆具落魚的試驗結果如圖6所示。圖7是圖6b的局部放大照片，可以看出：鉆井用螺桿鉆具定子所造扣型完整，大約有6牙完整螺紋，并能明顯地看出螺紋的形狀，有6牙完整螺紋可以承受足夠的軸向力并將井下斷落的螺桿鉆具打撈出來。該試驗表明：試驗用螺桿鉆具打撈工具在實際工程中具有很好的造扣能力，所造之扣具有很強的抗拉能力，能夠有效地打撈出螺桿鉆具落魚。

圖6 螺桿鉆具落魚造扣試驗結果

2.3 積屑分析

在45＃鋼鋼管落魚和螺桿鉆具落魚造扣試驗完成后，對打撈工具內部造扣螺紋進行了檢查和分析，如圖8～9所示。由圖8可知：在完成45＃鋼落魚打撈造扣試驗后，打撈工具內部造扣螺紋表面粘附大量45＃鋼鐵屑，說明在造扣時被切削的鐵屑被再次擠壓在螺紋表面造成造扣螺紋損壞，該打撈工具不適合于打撈較軟金屬材料的井下落物。

圖7 螺桿鉆具造扣試驗螺紋扣局部放大照片

圖8 45＃落魚內部螺紋積屑

圖9 螺桿落魚內部螺紋積屑

由圖9可知：在對井下實際螺桿鉆具落魚進行打撈造扣試驗后，打撈工具內部的螺紋表面不存在大量鐵屑粘附，切屑呈粉末狀并掉落，形成了完整的螺紋扣。說明在對強度較高的螺桿鉆具落魚進行打撈造扣時，被切削的鐵屑可以被安全排開，不會對新扣造成破壞，可得到很好的螺紋形狀，該螺紋能承受較大的軸向提拉力，確保成功打撈落魚。

3 結論

1） 在試驗過程中，該打撈工具能夠很好地對井下螺桿鉆具落魚進行螺紋造扣，能夠造出6牙左右的螺紋，確保成功地打撈出井下斷落的螺桿鉆具。

2） 在打撈較軟的45＃鋼落魚時，在造扣試驗過程中鐵屑排出不暢，鐵屑在打撈本體的扣中及45＃鋼管落魚表面形成的扣中反復擠壓，使所造的扣被擠壞，打撈45＃鋼落魚的效果相對較差。

［1］陳世春，練章華，王樹超，等.螺桿鉆具打撈器接頭有限元力學分析［J］.石油礦場機械，2011，40（6）：4－7.

［2］翟科軍.YK5H深水平井螺桿鉆具落井事故的處理探討［J］.石油鉆探技術，2006，34（5）：81－82.

［3］陳世春，張曉東，梁紅軍，等.塔里木地區超深井鉆機配置［J］.石油礦場機械，2010，39（4）：48－53.

［4］練章華，楊 龍，馮耀榮，等.膨脹套管非API特殊螺紋端面金屬自密封結構設計［J］.石油礦場機械，2011，40（2）：27－29.