摘　要：轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)鉆機(jī)在鉆進(jìn)的過程中，鉆具遇到阻卡正好在轉(zhuǎn)盤面對(duì)著鉆桿接頭情況下，通常使用了卡瓦倒劃眼進(jìn)行解卡作業(yè)，其難點(diǎn)在于鉆桿接頭處的耐磨帶和鉆桿加厚部分減少了卡瓦與鉆桿的接觸面積，轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)扭矩通過卡瓦很難傳遞到鉆具，卡瓦倒劃眼的安全操作難度極大、卡鉆風(fēng)險(xiǎn)極高。為此，針對(duì)性地設(shè)計(jì)出了一種鉆桿接頭過轉(zhuǎn)盤倒劃眼裝置，該裝置的實(shí)質(zhì)就是當(dāng)鉆桿接頭在轉(zhuǎn)盤內(nèi)時(shí)將坐鉆桿卡瓦位置上移，避開鉆桿接頭的耐磨帶及加厚部分的位置，使鉆桿卡瓦與鉆桿本體接觸來有效傳遞轉(zhuǎn)盤扭矩。結(jié)合倒劃眼作業(yè)狀況及裝置原理，進(jìn)而形成了使用該裝置的鉆桿接頭過轉(zhuǎn)盤的倒劃眼技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置能有效地解決倒劃眼時(shí)鉆桿接頭及加厚部位過轉(zhuǎn)盤的作業(yè)安全問題，降低劃眼中的事故復(fù)雜。該裝置在四川盆地東部地區(qū)的XCH6井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)，能夠安全實(shí)現(xiàn)倒劃眼作業(yè)，快速解除井下復(fù)雜。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)盤鉆機(jī)  驅(qū)動(dòng)  卡鉆  鉆桿接頭  倒劃眼  處理技術(shù)  四川盆地東部

Drill pipe joint below rotary reaming technology：Design and application

Abstract：Generally drill pipe slips are used for back reaming when the drill tool gets stuck and the rotary table faces to the drill adapter in the drilling with a rig driven by the rotary table．The challenge is that the wear ring at a drill adapter and the thicker part of a drill pipe reduce the contact area between a slip and a drill pipe and make the torque of the rotary table hard to transmit to the drill pipe through the slip，which results in difficulties in safe operation of back reaming with slips and higher possibility of sticking．Therefore，a back reaming unit for a drill adapter passing the rotary table is innovated accordingly．This unit is used to make the drill slip set down at higher positions when the drill adapter is in the rotary table to avoid the wear ring and thicker parts，so as to effectively deliver the rotary table torque when the slip contacts the drill pipe．Combined with actual operation and theories of the back reaming unit，the back reaming technology was developed by using this unit to make the drill adapter pass the rotary table．The field application showed that this unit can effectively make the drill adapter and thicker part safely pass the rotary table in back reaming and reduce the complexity in back reaming．This unit was tested in Well XCH6 in eastern Sichuan Basin．The results proved the high efficiency of the unit in back reaming and the capability to quickly remove the downhole complexities．

Keywords：rotary drill rig，drive，sticking，drill adapter，back reaming，processing technology，east，Sichuan Basin

起鉆作業(yè)時(shí)，無論何種原因引起鉆具遇阻都不能強(qiáng)行上提，應(yīng)反復(fù)上下活動(dòng)鉆具，轉(zhuǎn)動(dòng)方向，以求解卡。如長(zhǎng)時(shí)間活動(dòng)無效，采取倒劃眼的辦法是一種行之有效的方法^[1]。使用轉(zhuǎn)盤砧井遇阻時(shí)，一種情況是轉(zhuǎn)盤面正對(duì)著鉆桿，倒劃眼作業(yè)宜采用卡瓦；另一種情況是轉(zhuǎn)盤面正對(duì)著鉆桿的接頭位置，因鉆桿公母接頭上下均為斜坡加厚部分，鉆桿母接頭上有耐磨帶，卡瓦不容易坐牢，操作難度大，技術(shù)要求高，而且劃眼的效果差，現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)在劃眼手段有限和劃眼效果不好的情況下，多數(shù)采取直接上下活動(dòng)鉆具方式，這樣更容易多提、多壓噸位，使阻卡更加復(fù)雜化造成卡鉆。例如處理川東地區(qū)的PXl井、TX001-1井的井下鍵槽時(shí)和處理Y122井、TD018-H1井的井下垮塌時(shí)，由于鉆桿接頭過轉(zhuǎn)盤面倒劃眼非常困難，采用強(qiáng)行活動(dòng)鉆具的方法造成了卡鉆。

針對(duì)鉆桿接頭過轉(zhuǎn)盤面劃眼的操作難點(diǎn)，研制了鉆桿接頭過轉(zhuǎn)盤倒劃眼裝置，滿足了鉆桿接頭及加厚部位過轉(zhuǎn)盤時(shí)的倒劃眼作業(yè)。

1　鉆桿接頭過轉(zhuǎn)盤倒劃眼難點(diǎn)

根據(jù)驅(qū)動(dòng)鉆具方式可分為轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)及頂部裝置驅(qū)動(dòng)^[2]。由于頂驅(qū)可在任何位置接鉆具循環(huán)、旋轉(zhuǎn)，遇阻遇卡之后可在不需要卡瓦等工具情況下在大范圍、長(zhǎng)距離直接實(shí)施(倒)劃眼作業(yè)，而相比轉(zhuǎn)盤鉆井頂驅(qū)能大大提高鉆井效率和井筒作業(yè)的安全性^[3]。但是由于頂驅(qū)相對(duì)復(fù)雜，使用、維護(hù)和保養(yǎng)費(fèi)用較高，國內(nèi)還普遍使用轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)。

1．1　鉆桿接頭過轉(zhuǎn)盤倒劃眼現(xiàn)狀

目前鉆井現(xiàn)場(chǎng)主要使用斜坡對(duì)焊鉆桿，其公母接頭有加厚部分，母接頭處有耐磨帶^[4]。鉆井中遇阻卡后轉(zhuǎn)盤面對(duì)著鉆桿的情況下，普遍使用卡瓦坐于轉(zhuǎn)盤后啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤進(jìn)行劃眼。根據(jù)劃眼過程中鉆桿在轉(zhuǎn)盤面的位置不同，可分為2種情況：①轉(zhuǎn)盤面正對(duì)鉆桿；②轉(zhuǎn)盤面正對(duì)鉆桿母接頭耐磨帶及鉆桿公母接頭加厚部分。

1．2　采用卡瓦對(duì)鉆桿劃眼的難點(diǎn)

1．2．1上提鉆具拉力大小不易控制

轉(zhuǎn)盤面正對(duì)鉆具本體，恰好能夠使用適合鉆桿接頭的卡瓦。使用對(duì)應(yīng)鉆桿接頭尺寸的卡瓦，卡瓦卡住并懸持井中鉆柱^[5]，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤就能實(shí)現(xiàn)劃眼。

應(yīng)用卡瓦進(jìn)行倒劃眼作業(yè)。應(yīng)根據(jù)井下鉆具遇阻卡的具體原因控制拉力大小。如是鍵槽或井下倒置臺(tái)階造成鉆具遏阻，上提鉆具的距離很短且拉力也大，這時(shí)倒劃眼將會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)盤扭矩大、轉(zhuǎn)動(dòng)困難甚至轉(zhuǎn)不動(dòng)。如果是虛厚泥餅造成鉆具遇阻，則上提距離稍長(zhǎng)而拉力不大，倒劃眼進(jìn)度相對(duì)較快州。

1．2．2轉(zhuǎn)盤的扭矩控制難度大

由于設(shè)備自身的配置問題，轉(zhuǎn)盤帶電驅(qū)動(dòng)的扭矩控制較易，但普通機(jī)械鉆機(jī)只有憑經(jīng)驗(yàn)和參數(shù)的變化來控制。即：①確定轉(zhuǎn)盤控制扭矩值必須考慮鉆具質(zhì)量^[7]；②轉(zhuǎn)盤剎車系統(tǒng)的制動(dòng)能力和靈敏程度直接影響扭矩值控制精度；③轉(zhuǎn)盤扭矩大小判斷和控制受操作者的操作技能影響。

1．3　轉(zhuǎn)盤面正對(duì)鉆桿接頭的倒劃眼難點(diǎn)

1．3．1采用卡瓦劃眼難點(diǎn)

由于鉆桿母接頭的耐磨帶和鉆桿公母接頭相鄰處的加厚部分影響了與卡瓦的接觸面積，接觸面積過少，轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)的扭矩很難通過卡瓦傳遞到鉆具上去，扭矩的傳遞和控制困難。

1．3．2采用鋼絲繩倒劃眼難點(diǎn)

在不能使用卡瓦進(jìn)行劃眼時(shí)，一般采用鋼絲繩纏繞在鉆桿上進(jìn)行劃眼作業(yè)。該方法存在使用大尺寸鋼絲繩不好纏繞、固定的問題，而使用小尺寸鋼絲繩倒劃眼還有鋼絲繩斷裂傷人的風(fēng)險(xiǎn)。

1．3．3采取上下活動(dòng)鉆具的方式難點(diǎn)

若使用卡瓦或鋼絲繩劃眼困難情況下，采取上下活動(dòng)鉆具的方式，該方式的拉、壓力值不易控制，容易導(dǎo)致卡鉆。

2　鉆桿接頭過轉(zhuǎn)盤倒劃眼裝置設(shè)計(jì)

2．1　裝置設(shè)計(jì)

鉆桿接頭倒劃眼的難點(diǎn)主要就在于鉆桿接頭處的耐磨帶和鉆桿接頭加厚部分，影響了卡瓦與鉆桿的接觸面積。接觸面積少，轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)的扭矩很難通過卡瓦傳遞到鉆具上去，從而無法實(shí)現(xiàn)劃眼。設(shè)計(jì)了鉆桿接頭過轉(zhuǎn)盤倒劃眼裝置，該裝置由2塊組成，使用連接螺栓上緊連接；當(dāng)鉆桿接頭在轉(zhuǎn)盤內(nèi)時(shí)，通過該裝置將坐鉆桿的卡瓦位置上移，從而避開了鉆桿接頭的耐磨帶及加厚部分的位置，使鉆桿卡瓦與鉆桿本體接觸來有效傳遞轉(zhuǎn)盤扭矩(圖1)。

2．2　強(qiáng)度校核

采用Abaqus 6.9軟件對(duì)該裝置進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。通過建立劃眼裝置的集合模型，并用加力塞方式加載總載荷為l000kN，分析中全部采用8節(jié)點(diǎn)面體單元，單元的特征尺寸為9mm，共計(jì)75789個(gè)，單元類型選擇8節(jié)點(diǎn)縮減積分單元(Abaqus中類型為C3D8R)，進(jìn)行沙漏控制并計(jì)算結(jié)果，該裝置能夠滿足1000kN載荷，理論承受扭矩達(dá)到50000N·m，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)倒劃眼作業(yè)需要。

3　倒劃眼操作技術(shù)

3．1　操作準(zhǔn)備

操作準(zhǔn)備工作分為9個(gè)步驟：①將過鉆桿接頭劃眼裝置通過頂部吊耳吊上鉆臺(tái)；②將該裝置的連接螺栓拆開，把裝置分開成2塊，再分別吊至轉(zhuǎn)盤上扣合，并坐在轉(zhuǎn)盤面上，使用連接螺栓上緊；③重新上提鉆具至遇阻卡位，上提拉力為原懸重再附加10～20kN剎車；④在轉(zhuǎn)盤上鉆具遇阻位用粉筆做一個(gè)明顯的標(biāo)記；⑤按井深、鉆具的鋼級(jí)、新舊程度計(jì)算好控制的扭轉(zhuǎn)圈數(shù)；⑥電動(dòng)轉(zhuǎn)盤設(shè)定轉(zhuǎn)盤扭矩值；⑦放入卡瓦在過鉆桿接頭劃眼裝置內(nèi)；⑧緩慢下放鉆具坐穩(wěn)卡瓦，下壓重量不得低于300kN，鉆具懸重不足300kN則下放至懸重余量為方鉆桿水龍頭重量；⑨使用1.5～2m的力l6mm鋼絲繩套1根繞鉆桿穿入卡瓦手柄環(huán)，再用繩環(huán)鎖牢。

3．2　倒劃眼作業(yè)

3．2．1倒劃眼成功

啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，控制轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)圈數(shù)不超過預(yù)定圈數(shù)，倒劃眼作業(yè)成功的步驟為：①注意轉(zhuǎn)盤扭矩變化，在控制圈數(shù)內(nèi)，扭矩不再上升；②繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤，直到扭矩波動(dòng)正常；③帶泵提出1單根，停泵、停轉(zhuǎn)盤，凈放鉆具順利；④開泵連續(xù)活動(dòng)鉆具，撤除過鉆桿接頭劃眼裝置；⑤接方鉆桿，倒出已出井口的單根鉆具，恢復(fù)起鉆作業(yè)或繼續(xù)步驟①操作。

3．2．2倒劃眼不成功

啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具，控制轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)圈數(shù)不超過預(yù)定圈數(shù)，倒劃眼作業(yè)不成功的步驟為：①注意轉(zhuǎn)盤扭矩，扭矩一直上升，達(dá)到控制扭矩后，摘開轉(zhuǎn)盤離合器并立即剎車，緩慢釋放反扭矩；②上提鉆具，提出卡瓦；③下放鉆具解除阻卡，然后重新上提鉆具，上提拉力為原懸重加上5～10kN(減小上提遇阻噸位)剎車；④重復(fù)倒劃眼步驟。

4　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

鉆桿接頭過轉(zhuǎn)盤倒劃眼裝置在四川盆地東部地區(qū)的XCH6井進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)，在井段331.65～330.46m使用了過鉆桿接頭劃眼裝置，現(xiàn)場(chǎng)使用情況良好。

4．1　基本情況

XCH6井用Æ660.4mm鉆頭鉆至上三疊統(tǒng)須家河組，下入Æ508mm表層套管至52.00m，該井的須家河組底界井深252m，中三疊統(tǒng)雷口坡組底界井深342m。

2013年6月3日23：00霧化鉆進(jìn)至井深342.50m出口返出正常；第一次劃眼至23：10出口返出正常，氣量330m³／min，液量18L／s，立壓5.2MPa；至23：15第一次劃眼完，準(zhǔn)備第二次劃眼，上提鉆具至井深331.65m，出口突然失返，遇卡50kN。

鉆具組合為Æ444.5mmSJT537GK牙輪鉆頭×0.46m+730×730雙母回凡×0.74m+731×730回壓閥×0.57m+731×730回壓閥×0.57m+Æ228.6mm無磁鉆鋌1根×9.26m+Æ228.6mm鉆鋌l根×9.36m+D420mm扶正器×l.68m+Æ228.6mm鉆鋌l根×9.35m+731×630接頭×0.47m+Æ203.2mm鉆鋌l柱×28.03m+631×410接頭×0.67m+Æ165.1mm鉆鋌l柱×28.01m+Æ127.0mm鉆桿25根×242.31m+411×410保護(hù)接頭×0.45m+133.4mm六棱方鉆桿。

4．2　處理情況

4．2．1方鉆桿劃眼

上提方鉆桿遇卡后馬上下放又遇阻，向下劃眼至井深338.60m，蹩停轉(zhuǎn)盤，開始向上倒劃眼至井深332.15m，此時(shí)轉(zhuǎn)盤面為方鉆桿的底部圓形部分，已經(jīng)不能使用滾子方補(bǔ)心配合方鉆桿向上倒劃眼。

4．2．2用卡瓦及鋼絲繩劃眼

在井深332.15m轉(zhuǎn)為使用Æ177.8mm卡瓦向上倒劃眼至331.65m時(shí)，411×410保護(hù)接頭部分露出轉(zhuǎn)盤面，而處于轉(zhuǎn)盤面下端的鉆桿母接頭處有一條寬約4mm、高約1.5mm的耐磨帶，耐磨帶的最大外徑為172mm，使用Æl77.8mm卡瓦劃眼，鉆具與卡瓦之間打滑，無法卡緊鉆具劃眼。被迫采用Æ22mm鋼絲繩通過安全卡瓦固定并纏繞在井n鉆具上劃眼，由于轉(zhuǎn)盤面以上為六棱方鉆桿，鋼絲繩不便纏繞并傳遞扭矩，故在411×410保護(hù)接頭和方鉆桿之間加一根1.5m的短鉆桿。在隨后的劃眼過程中鋼絲繩2次折斷，無法繼續(xù)向上倒劃眼。

4．2．3鉆桿接頭過轉(zhuǎn)盤倒劃眼裝置劃眼

在劃眼困難的情況下，試驗(yàn)采用該裝置并配套了Æ127.0mm、Æl77.8mm卡瓦進(jìn)行向上倒劃眼作、憶倒劃眼井段331.65～330.46m，段長(zhǎng)1.19m，順利通過了保護(hù)接頭、鉆桿母接頭及加厚部分，劃眼時(shí)間10h，裝置承受了鉆具載荷為500kN，扭矩為25000N·m(圖2)。

4．3　效果評(píng)價(jià)

1)通過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，解決了鉆桿接頭過轉(zhuǎn)盤劃眼難題。裝置承受鉆具載荷500kN，扭矩為25000 N·m，能夠滿足鉆井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)過鉆桿接頭劃眼的需要。

2)該裝置體積小、重量輕、運(yùn)輸方便，現(xiàn)場(chǎng)使用方便，能夠安全實(shí)現(xiàn)倒劃眼作業(yè)，快速解除井下復(fù)雜情況。

5　認(rèn)識(shí)

1)鉆桿接頭過轉(zhuǎn)盤倒劃眼裝置提高了劃眼時(shí)坐卡瓦的位置，使鉆桿卡瓦與鉆桿本體接觸來有效傳遞轉(zhuǎn)盤扭矩，可解決鉆桿接頭及加厚部位過轉(zhuǎn)盤時(shí)的倒劃眼作業(yè)安全問題。

2)在淺井段使用卡瓦劃眼時(shí)，鉆具自身重量較輕，卡瓦無法坐牢。有必要進(jìn)一步開展淺井段安全倒劃眼方法研究。

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本文作者：陳濤  常忠勇  劉德平  胡琴玉  卓云  張杰

作者單位：中國石油川慶鉆探工程公司川東鉆探公司