螺杆钻在海上油田修井机大修中的探索与实践

杨 子

螺杆钻在海上油田修井机大修中的探索与实践

杨 子

（中海石油（中国）有限公司天津分公司，300459 天津）

单电机联合驱动绞车转盘方式设计的修井机已广泛应用于海洋石油平台, 该系统最大弊端就是旋转系统与提升系统两种工况不能同时实现，这就在很大程度上限制了磨铣及打捞等大修作业工艺的实施。螺杆钻的引入再配合平底磨鞋使用，彻底解决了电驱修井机大修磨铣作业“卡脖子”的难题，经现场作业实践证明，螺杆钻具满足电驱修井机大修作业磨铣作业要求，具有较高应用及推广价值。

渤海油田；过筛管压裂；大修；螺杆钻；钻塞

单电机联合驱动绞车转盘方式设计的修井机已广泛应用于海洋石油平台，其最大的绞车滚筒刹车都无法解刹，导致了大修井作业所需的绞车转盘主电机(以下简称主电机) 单独驱动转盘运转的绞车转盘联动工况无法实现, 其最大弊端就是旋转系统与提升系统两种工况不能同时实现。而在修井机大修作业中，套铣及打捞作业是常见的作业工序，前提是修井机旋转系统与提升系统能并联使用，而单电机控制的电驱修井机在很大程度上限制了大修施工工艺的实施。

1 柴驱修井机钻塞作业

井下落物的处理有两种方法，一是用打捞工具打捞出来；二是在井内将其消灭。在各种修井打捞手段都无法打捞出井内落物的情况下，钻磨套铣法是最古老而又最有效的解卡方法，而磨铣是最直接有效的方式。磨鞋是磨削井下落物，修理鱼顶的工具，其主要有平底磨鞋、凹底磨鞋、引子磨鞋、锥形磨鞋几种，而在柴驱修井机钻塞作业中常用平底磨鞋进行钻塞作业。

图1 常用平底磨鞋示意图

在海上油田柴驱修井机大修作业中，绝大部分机具因没有顶驱配置故不可实现管柱上提下放与旋转同时作业，因此采用方钻杆及水龙头井口配套装置来实现磨铣或套铣作业。图2为海上油田钻塞作业管柱示意图。

图2 柴驱修井机钻塞作业管柱结构示意图

2 电驱修井机钻塞作业

2.1 螺杆钻结构及原理

螺杆钻具又叫容积式动力钻具[1]。螺杆钻具是以钻井液为主要动力液的井下动力钻具，钻井液由泥浆泵泵出后经由钻柱进入钻具马达，马达端头形成的压力差推动转子旋转，再通过万向轴及传动轴将扭矩和转速传递给钻头，实现钻进[2]。其结构示意图如图3所示。

图3 螺杆钻马达的结构示意图

旁通阀是螺杆钻具的辅助部件，它的作用是使用泵是使钻柱内空间与环空沟通，避免起下钻和接换单根时钻柱内钻井液溢出污染钻台，影响正常工作。旁通阀总成由阀体、阀芯、弹簧、阀套、O 型密封圈等几部分组成[3]。旁通阀结构示意图如图4所示。

图4 旁通阀结构示意图

马达是螺杆钻具的动力部件，马达总成实际上是由转子和定子两个基本部分组成的单杆容积式动力机械[4]。图5所示是头数不同的螺杆马达剖面图。

图5 螺杆马达系列剖面图

2.2 应用案例

渤海油田A井于2005年7月投产，下入Y管分采管柱生产，5-1/2″绕丝筛管防砂，分4个防砂段，生产东二下段Ⅱ、Ⅲ油组。该井对应注水井注过聚合物，多次作业发现该井泵头及吸入口吸附有大量聚合物，导致该井产液量、产油量低，分析近井地带储层及井筒均存在聚合物堵塞严重。该井生产层剩余油富集，产能释放不出来，通过研究，为了提高该井区储量动用程度，提出剩余油潜力最大的第一防砂段采取过筛管压裂措施，释放产能。

下钻前井口做功能试验正常，下钻到位钻塞作业：正循环套铣冲砂液（黏度38 S），排量50 m³·h-1@2 MPa，连续钻塞4 h后，静置复探砂面提前4.5 m遇阻；调参：排量60 m³·h-1@4.5 MPa，正循环130 s套铣冲砂液30 m³，返出有少量陶粒；再次连续钻塞4 h静置复探砂面提前5.7 m遇阻；继续调参钻进，现象一致。起钻检查旁通孔堵塞严重。后更换钻具组合：4-1/2″平底磨鞋+2-7/8″钻杆+6-5/8″捞杯+3-1/2″钻杆+方钻杆+水龙头，下钻后多次调参，顺利钻塞至目的深度，期间返出较多陶粒。起钻后检查发现：（1）捞杯携带出大量充填陶粒；（2）螺杆钻旁通孔（5个水眼）均堵塞有大量絮状物（透明塑料薄膜+疑似吨袋外壳碎片）。

现场分析，相关原因可能有2个方面：（1）泥浆池底部不干净，配置套铣冲砂液时开搅拌器携带上浮并入井，堵塞旁通孔；（2）压裂作业加砂时，吨袋碎片随压裂液入井。

B井于2015年投产，共4个防砂段，采用砾石充填方式完井。投产初期产液量比较低一直在40~65 m3·d-1之间波动比采液指数0.10 m3·(d·m·MPa)-1，远低于周边生产井Y1、Y2井。分析产液差的原因主要钻完井过程中地层压力低存在一定污染。为了提高该井区储量动用程度，释放油井产能，提出对第一、二、三防砂段进行过筛管压裂增产措施。

当下钻至桥塞预定深度以上10 m，测管柱上提下放：52T/27T，缓慢下放管柱于2 625 m遇阻（易钻桥塞位置），最大下压2T，上提管柱，复探遇阻位置不变，上提管柱1 m，启泵缓慢下放管柱开始钻塞作业：43 m³·h-1@9.1 MPa，钻压1-1.5T，磨铣1 h，累计进尺0.15 m后无明显进尺，期间多次调整磨铣参数，增大钻压至6T，继续钻磨4 h后，钻压突降；停泵放压，缓慢下放管柱通过桥塞位置，无遇阻显示。继续下钻，将易钻桥塞推至2 690 m（Snap latch底深2 681.47 m）。

图6 易钻桥塞结构示意图

3 作业建议

为了提高作业质量，规避因返工额外产生作业成本的情况发生，对于螺杆钻入井作业前，应充分进行相关检查及功能试验，相关注意事项有以下几个方面：

3.1 旁通阀的检查

用提升短节将螺杆钻具提起座入转盘卡瓦内，使旁通阀体位于转盘上方，以便于观察，装上安全卡瓦，卸去提升短节。用木棒把旁通阀体和阀芯压到下死点，从上部注满水，旁通阀体应无泄漏，松开阀芯，阀芯能复位，则旁通阀体正常。

3.2 修井工作液的清洁度控制

1）螺杆钻循环前，泥浆泵地面内循环，观察泥浆泵滤网堵塞情况并及时清理；或泥浆池转液，加干净地热水，保证工作液干净度；

2）螺杆钻循环中，定时检查并清理泥浆泵滤网杂物。

4 结论

1）过筛管压裂增产防砂工艺是挖潜低产低效井产能的重要手段，而螺杆钻在过筛管压裂后钻塞成功应用，节省了因反复拆装方钻杆及水龙头等环节操作时间，加快了大修后复产的周期，节约了作业成本，间接增加了油气产量，可贡献较大经济价值。

2）针对电驱修井机大修，涉及套铣或磨铣作业环节，螺杆钻引入和成功实践，扩宽了大修作业的思路。

3）对螺杆钻实际作业中出现的问题进行合理改良或优化，可进一步在定向井或水平井等不同井况中推广应用，其具有较高应用价值。

［1］李奇龙．螺杆钻具在地热井钻探中的应用初探[J]. 探矿工程，2014，41 (3)：56-58．

［2］王检军. 螺杆钻具断落事故处理与预防探讨[J]. 石油和化工设备，2020，23(7):67-69.

［3］郑斌. 螺杆钻具的失效分析及对策方案研究[D]. 东北石油大学，2017.

［4］苏义脑. 螺杆钻具的工作特性[J]. 石油钻采工艺, 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

杨子（1987-），男，工程师，现在从事海上油气田大型修井监督施工管理相关工作。

TE934

A

1004-0935（2021）03-0410-03