多功能防溢管的研制與應(yīng)用

方永春，張 偉，趙 輝

（西部鉆探克拉瑪依鉆井公司，新疆克拉瑪依 834009）

0 引言

在石油鉆井施工中，為確保井控安全，根據(jù)井身結(jié)構(gòu)和鉆井設(shè)計(jì)，安裝數(shù)量和壓力級(jí)別不同的防噴器，一般二開(kāi)安裝1～2組防噴器，三開(kāi)安裝2～3組防噴器，由于所安裝數(shù)量及型號(hào)不同，配套的防溢管高度要求不同，安裝在防噴器上導(dǎo)引泥漿進(jìn)入高架槽的防溢管高度也不同，為滿足施工要求，各井隊(duì)基本都配備兩個(gè)高度不同的防溢管；同時(shí)在提鉆過(guò)程中，為清潔鉆具外壁粘滿的泥漿，均在鉆臺(tái)面采用人工刮泥方式，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度較大，而且勞動(dòng)效率較低。在遇到提鉆速度過(guò)快、鉆頭水眼堵塞或在使用的螺桿卡死等問(wèn)題提鉆時(shí)，泥漿從鉆具水眼噴涌到鉆臺(tái)面，流濺到底座及防噴器等。為避免發(fā)生井口鉆臺(tái)下設(shè)備及環(huán)境污染，各鉆機(jī)均在轉(zhuǎn)臺(tái)面下防溢管外單獨(dú)設(shè)置了分體式擋泥傘。防泥傘重約150 kg，由于鉆臺(tái)底座空間有限，安裝費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，通常僅安裝擋泥傘就需4人2 h時(shí)間。目前井隊(duì)鉆井使用2個(gè)防溢管，采用人工刮泥和安裝分體式擋泥傘費(fèi)時(shí)費(fèi)力，影響井隊(duì)提速提效，因此研制集伸縮、刮泥、防泥漿濺漏并收集重復(fù)利用的多功能防溢管裝置，滿足鉆井生產(chǎn)安全、提速增效要求。

1 多功能防溢管研制方案

1.1 多功能防溢管功能

（1）防溢管具備伸縮功能：適應(yīng)鉆井施工安裝防噴器不同口徑及高度要求。

（2）防溢管具備無(wú)接觸刮泥功能：滿足鉆井作業(yè)提鉆過(guò)程中清除不同尺寸鉆具所粘附的泥漿。

（3）防溢管具備擋泥傘功能：滿足鉆井過(guò)程中鉆臺(tái)噴灑的泥漿收集后返回防溢管再利用，實(shí)現(xiàn)降本增效和環(huán)保新要求。

1.2 多功能防溢管研制內(nèi)容

防溢管伸縮動(dòng)力、伸縮后固定及及伸縮管間密封的研究確定，防溢管無(wú)接觸刮泥器結(jié)構(gòu)、相關(guān)尺寸及刮泥器控制裝置設(shè)計(jì)，防溢管泥漿收集重復(fù)利用的一體式擋泥傘尺寸、結(jié)構(gòu)確定制作。

1.3 總體方案設(shè)計(jì)原則

防溢管伸縮長(zhǎng)度以適用于底座為10.5 m、底座凈空高度9 m的ZJ70鉆機(jī)。防溢管的直徑尺寸及伸縮量以滿足新疆油田井控細(xì)則中關(guān)于常規(guī)井深結(jié)構(gòu)防噴器配備要求。防溢管底部法蘭具備與環(huán)形或閘板防噴器中心距不同尺寸采用螺栓緊固連接，結(jié)合面密封可靠，不泄漏泥漿。防溢管上一體式擋泥傘尺寸以ZJ70鉆機(jī)轉(zhuǎn)盤ZP375通徑為依據(jù)，確保擋泥傘有效、可靠擋接從轉(zhuǎn)盤撒漏的泥漿，保證擋泥傘下部的防噴器及鉆臺(tái)底座清潔、衛(wèi)生環(huán)保。無(wú)接觸刮泥器動(dòng)力采用鉆井現(xiàn)場(chǎng)壓風(fēng)機(jī)生產(chǎn)的壓力0.6～1 MPa壓縮空氣，要求無(wú)接觸式刮泥器與鉆機(jī)絞車同步工作，即鉆機(jī)絞車開(kāi)始工作上提鉆具時(shí)，無(wú)接觸式刮泥器同步開(kāi)始進(jìn)行刮泥工作，確保從井內(nèi)提出的鉆具干凈。

1.4 多功能伸縮式防溢管設(shè)計(jì)

新疆油田ZJ70鉆機(jī)從事的探井及生產(chǎn)井井深多數(shù)為4000～7000 m，井口壓力基本低于70 MPa。按照新疆油田井控實(shí)施細(xì)則，井身結(jié)構(gòu)常為表層套管508 mm；技術(shù)套管339.7 mm與244 mm；油層套管177.8 mm，其中表層套管防噴器組FZ54-14+FH54-14；二開(kāi)防噴器組2FZ35-35（70）+FH35-35；三開(kāi)防噴器組FZ28（35）-70+2FZ28（35）-70+FH28（35）-35；四開(kāi)防噴器組FZ28-70+2FZ28-7+FH28-35其中單閘板防噴器如：FZ54-14和FZ28（35）-（70）高度為1.2 m左右；環(huán)形防噴器如FH54-14或FH35-35高度為2 m左右；雙閘板防噴器2FZ35-35（70）高度為2 m左右。

常規(guī)ZJ70鉆機(jī)的底座凈高H為7 m，H=H1+H2，H1為一開(kāi)防溢管的高度，H2為一開(kāi)防噴器組的高度，防溢管的高度H1=H-H2。一開(kāi)防噴器組的高度為一個(gè)單閘板和一個(gè)環(huán)形因此高度為3～2 m，底座凈空高7 m，伸縮管高3.8 m。當(dāng)在四開(kāi)時(shí)，防噴器增加雙閘板時(shí)，防噴器組增加2 m，此時(shí)防溢管必須縮短2 m左右。防溢管內(nèi)管通徑應(yīng)大于二開(kāi)技術(shù)套管尺寸，二開(kāi)技術(shù)套管尺寸為339.7 mm。

因此確定伸縮式防溢管基本尺寸為外管直徑360 mm，壁厚10 mm，長(zhǎng)度3.5 m；內(nèi)管直徑350 mm，壁厚5 mm，長(zhǎng)度3.2 m。內(nèi)管可以在外管內(nèi)上下移動(dòng)，內(nèi)管頂部焊接1000 mm×1000 mm×40 mm防濺擋泥傘，擋泥傘與內(nèi)管焊接密封，避免擋泥傘收集的泥漿從擋泥傘與伸縮內(nèi)管間泄漏。同時(shí)在擋泥傘與防溢管底部在防溢管上開(kāi)4個(gè)50 mm的孔洞，便于所收集的泥漿通過(guò)孔洞回流到防溢管內(nèi)再利用。在氣吹式刮泥氣腔內(nèi)設(shè)置6個(gè)均勻分布3 mm氣孔，氣腔外殼設(shè)置4個(gè)1/2英寸快速接頭，快速接頭與受控壓縮氣管線連接，提鉆絞車運(yùn)行時(shí)，氣管線同時(shí)開(kāi)始向氣吹式刮泥氣供氣，連續(xù)不斷的壓縮空氣通過(guò)防溢管周圍12個(gè)氣孔將管內(nèi)鉆具吹刮干凈。高架槽連接倒刺管短接焊接再伸縮內(nèi)管氣腔下部，伸縮內(nèi)外管采用錘擊由壬連接，內(nèi)外管密封使用O形由壬膠圈，確保泥漿不從內(nèi)外連接部位泄漏。防溢管底部外管焊接有與環(huán)形或閘板防噴器連接的法蘭，螺孔為橢圓形，可適應(yīng)多種中心距不同的封井器。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)使用情況

2019年5月完成第一套多功能防溢管加工后，在從事呼圖壁儲(chǔ)氣庫(kù)鉆井施工的電動(dòng)鉆機(jī)70203隊(duì)試驗(yàn)使用。可伸縮及一體擋泥傘，滿足不同開(kāi)次防噴器安裝高度及防泥漿撒漏功能，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)，但氣動(dòng)刮泥效果沒(méi)有達(dá)到預(yù)期。經(jīng)討論、分析，主要是氣吹式刮泥器氣孔數(shù)量不夠，氣孔尺寸偏小，應(yīng)此將氣孔從6個(gè)增加到12個(gè)，氣孔尺寸從3 mm增大到5 mm。按照這一方案制造第二套防溢管在70203隊(duì)使用，氣動(dòng)刮泥效果達(dá)到預(yù)期效果，但由于氣孔數(shù)量和直徑增加，導(dǎo)致用氣量增大，氣壓基本在0.6 MPa左右，影響絞車離合器用氣。為解決這一矛盾，在提鉆時(shí)啟動(dòng)鉆機(jī)所配的2臺(tái)螺桿壓縮機(jī)即可。

多功能可伸縮防溢管經(jīng)2年試驗(yàn)、改進(jìn)完善，證明多功能防溢管裝置滿足現(xiàn)場(chǎng)各種井身結(jié)構(gòu)井控設(shè)備安裝要求，同時(shí)具備適合常規(guī)各種尺寸鉆具和測(cè)井電纜提出時(shí)自動(dòng)無(wú)接觸掛泥和防泥漿濺落污染鉆臺(tái)底座和防噴器設(shè)備的功能。推廣應(yīng)用不僅可提高勞動(dòng)效率，降低鉆井工人安裝擋泥傘和提鉆手工刮泥的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且提升提鉆速度，按提一柱立柱節(jié)約放下刮泥器后再去取卡瓦并座卡瓦的耗時(shí)為1 min，4000 m井可節(jié)約1 h，平均按提鉆6次節(jié)約6 h，同時(shí)安裝擋泥傘和防溢管可節(jié)約6 h，一口井共計(jì)可節(jié)約12 h。

3 結(jié)論

圖1 多功能防溢管

多功能防溢管具備可伸縮、回收撒漏泥漿重復(fù)利用和利用壓縮空氣進(jìn)行氣吹式刮泥等項(xiàng)功能。在石油鉆井追求安全提速提效和環(huán)保優(yōu)先理念的當(dāng)下，推廣應(yīng)用多功能防溢管裝置不僅順應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求，而且可顯著降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，滿足了清潔、安全生產(chǎn)要求。同時(shí)由于采用一體式伸縮結(jié)構(gòu)，在安裝過(guò)程中降低安裝難度，消減安全風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益均十分顯著，具有較廣的推廣應(yīng)用前景。