螺桿鉆在海上油田修井機大修中的探索與實踐

楊 子

螺桿鉆在海上油田修井機大修中的探索與實踐

楊 子

（中海石油（中國）有限公司天津分公司，300459 天津）

單電機聯合驅動絞車轉盤方式設計的修井機已廣泛應用于海洋石油平臺, 該系統最大弊端就是旋轉系統與提升系統兩種工況不能同時實現，這就在很大程度上限制了磨銑及打撈等大修作業工藝的實施。螺桿鉆的引入再配合平底磨鞋使用，徹底解決了電驅修井機大修磨銑作業“卡脖子”的難題，經現場作業實踐證明，螺桿鉆具滿足電驅修井機大修作業磨銑作業要求，具有較高應用及推廣價值。

渤海油田；過篩管壓裂；大修；螺桿鉆；鉆塞

單電機聯合驅動絞車轉盤方式設計的修井機已廣泛應用于海洋石油平臺，其最大的絞車滾筒剎車都無法解剎，導致了大修井作業所需的絞車轉盤主電機(以下簡稱主電機) 單獨驅動轉盤運轉的絞車轉盤聯動工況無法實現, 其最大弊端就是旋轉系統與提升系統兩種工況不能同時實現。而在修井機大修作業中，套銑及打撈作業是常見的作業工序，前提是修井機旋轉系統與提升系統能并聯使用，而單電機控制的電驅修井機在很大程度上限制了大修施工工藝的實施。

1 柴驅修井機鉆塞作業

井下落物的處理有兩種方法，一是用打撈工具打撈出來；二是在井內將其消滅。在各種修井打撈手段都無法打撈出井內落物的情況下，鉆磨套銑法是最古老而又最有效的解卡方法，而磨銑是最直接有效的方式。磨鞋是磨削井下落物，修理魚頂的工具，其主要有平底磨鞋、凹底磨鞋、引子磨鞋、錐形磨鞋幾種，而在柴驅修井機鉆塞作業中常用平底磨鞋進行鉆塞作業。

圖1 常用平底磨鞋示意圖

在海上油田柴驅修井機大修作業中，絕大部分機具因沒有頂驅配置故不可實現管柱上提下放與旋轉同時作業，因此采用方鉆桿及水龍頭井口配套裝置來實現磨銑或套銑作業。圖2為海上油田鉆塞作業管柱示意圖。

圖2 柴驅修井機鉆塞作業管柱結構示意圖

2 電驅修井機鉆塞作業

2.1 螺桿鉆結構及原理

螺桿鉆具又叫容積式動力鉆具[1]。螺桿鉆具是以鉆井液為主要動力液的井下動力鉆具，鉆井液由泥漿泵泵出后經由鉆柱進入鉆具馬達，馬達端頭形成的壓力差推動轉子旋轉，再通過萬向軸及傳動軸將扭矩和轉速傳遞給鉆頭，實現鉆進[2]。其結構示意圖如圖3所示。

圖3 螺桿鉆馬達的結構示意圖

旁通閥是螺桿鉆具的輔助部件，它的作用是使用泵是使鉆柱內空間與環空溝通，避免起下鉆和接換單根時鉆柱內鉆井液溢出污染鉆臺，影響正常工作。旁通閥總成由閥體、閥芯、彈簧、閥套、O 型密封圈等幾部分組成[3]。旁通閥結構示意圖如圖4所示。

圖4 旁通閥結構示意圖

馬達是螺桿鉆具的動力部件，馬達總成實際上是由轉子和定子兩個基本部分組成的單桿容積式動力機械[4]。圖5所示是頭數不同的螺桿馬達剖面圖。

圖5 螺桿馬達系列剖面圖

2.2 應用案例

渤海油田A井于2005年7月投產，下入Y管分采管柱生產，5-1/2″繞絲篩管防砂，分4個防砂段，生產東二下段Ⅱ、Ⅲ油組。該井對應注水井注過聚合物，多次作業發現該井泵頭及吸入口吸附有大量聚合物，導致該井產液量、產油量低，分析近井地帶儲層及井筒均存在聚合物堵塞嚴重。該井生產層剩余油富集，產能釋放不出來，通過研究，為了提高該井區儲量動用程度，提出剩余油潛力最大的第一防砂段采取過篩管壓裂措施，釋放產能。

下鉆前井口做功能試驗正常，下鉆到位鉆塞作業：正循環套銑沖砂液（黏度38 S），排量50 m3·h-1@2 MPa，連續鉆塞4 h后，靜置復探砂面提前4.5 m遇阻；調參：排量60 m3·h-1@4.5 MPa，正循環130 s套銑沖砂液30 m3，返出有少量陶粒；再次連續鉆塞4 h靜置復探砂面提前5.7 m遇阻；繼續調參鉆進，現象一致。起鉆檢查旁通孔堵塞嚴重。后更換鉆具組合：4-1/2″平底磨鞋+2-7/8″鉆桿+6-5/8″撈杯+3-1/2″鉆桿+方鉆桿+水龍頭，下鉆后多次調參，順利鉆塞至目的深度，期間返出較多陶粒。起鉆后檢查發現：（1）撈杯攜帶出大量充填陶粒；（2）螺桿鉆旁通孔（5個水眼）均堵塞有大量絮狀物（透明塑料薄膜+疑似噸袋外殼碎片）。

現場分析，相關原因可能有2個方面：（1）泥漿池底部不干凈，配置套銑沖砂液時開攪拌器攜帶上浮并入井，堵塞旁通孔；（2）壓裂作業加砂時，噸袋碎片隨壓裂液入井。

B井于2015年投產，共4個防砂段，采用礫石充填方式完井。投產初期產液量比較低一直在40~65 m3·d-1之間波動比采液指數0.10 m3·(d·m·MPa)-1，遠低于周邊生產井Y1、Y2井。分析產液差的原因主要鉆完井過程中地層壓力低存在一定污染。為了提高該井區儲量動用程度，釋放油井產能，提出對第一、二、三防砂段進行過篩管壓裂增產措施。

當下鉆至橋塞預定深度以上10 m，測管柱上提下放：52T/27T，緩慢下放管柱于2 625 m遇阻（易鉆橋塞位置），最大下壓2T，上提管柱，復探遇阻位置不變，上提管柱1 m，啟泵緩慢下放管柱開始鉆塞作業：43 m3·h-1@9.1 MPa，鉆壓1-1.5T，磨銑1 h，累計進尺0.15 m后無明顯進尺，期間多次調整磨銑參數，增大鉆壓至6T，繼續鉆磨4 h后，鉆壓突降；停泵放壓，緩慢下放管柱通過橋塞位置，無遇阻顯示。繼續下鉆，將易鉆橋塞推至2 690 m（Snap latch底深2 681.47 m）。

圖6 易鉆橋塞結構示意圖

3 作業建議

為了提高作業質量，規避因返工額外產生作業成本的情況發生，對于螺桿鉆入井作業前，應充分進行相關檢查及功能試驗，相關注意事項有以下幾個方面：

3.1 旁通閥的檢查

用提升短節將螺桿鉆具提起座入轉盤卡瓦內，使旁通閥體位于轉盤上方，以便于觀察，裝上安全卡瓦，卸去提升短節。用木棒把旁通閥體和閥芯壓到下死點，從上部注滿水，旁通閥體應無泄漏，松開閥芯，閥芯能復位，則旁通閥體正常。

3.2 修井工作液的清潔度控制

1）螺桿鉆循環前，泥漿泵地面內循環，觀察泥漿泵濾網堵塞情況并及時清理；或泥漿池轉液，加干凈地熱水，保證工作液干凈度；

2）螺桿鉆循環中，定時檢查并清理泥漿泵濾網雜物。

4 結論

1）過篩管壓裂增產防砂工藝是挖潛低產低效井產能的重要手段，而螺桿鉆在過篩管壓裂后鉆塞成功應用，節省了因反復拆裝方鉆桿及水龍頭等環節操作時間，加快了大修后復產的周期，節約了作業成本，間接增加了油氣產量，可貢獻較大經濟價值。

2）針對電驅修井機大修，涉及套銑或磨銑作業環節，螺桿鉆引入和成功實踐，擴寬了大修作業的思路。

3）對螺桿鉆實際作業中出現的問題進行合理改良或優化，可進一步在定向井或水平井等不同井況中推廣應用，其具有較高應用價值。

［1］李奇龍．螺桿鉆具在地熱井鉆探中的應用初探[J]. 探礦工程，2014，41 (3)：56-58．

［2］王檢軍. 螺桿鉆具斷落事故處理與預防探討[J]. 石油和化工設備，2020，23(7):67-69.

［3］鄭斌. 螺桿鉆具的失效分析及對策方案研究[D]. 東北石油大學，2017.

［4］蘇義腦. 螺桿鉆具的工作特性[J]. 石油鉆采工藝, 1998，6 (20): 11-13.

Exploration and Practice of Screw Drill in Overhaul of Workover Rig in Offshore Oilfields

(CNOOC Tianjin Branch, Tianjin 300459, China)

The workover rig designed by single motor combined drive winch turntable has been widely used in offshore oil platforms. The biggest drawback of this system is that the two working conditions of rotating system and lifting system cannot be realized at the same time, which greatly limits the implementation of overhaul operations, such as milling, fishing and so on. The introduction of the screw drill combined with the use of flat bottom grinding shoes completely solves the problem of "jamming neck" in the overhaul and milling operation of the electric drive workover rig. The field operation practice has proved that the screw drill can meet the grinding and milling operation requirements in the overhaul operation of electric drive workover rig, and has high application and promotion value.

Bohai oilfield; Screen fracturing; Overhaul; Screw drill; Drilling plug

2020-12-31

楊子（1987-），男，工程師，現在從事海上油氣田大型修井監督施工管理相關工作。

TE934

A

1004-0935（2021）03-0410-03