一体式凹底磨鞋的研制及应用

王永宏,丰士俊,巴鲁军,王玉奎,王富涛,张铁军,杨利强

(胜利石油管理局渤海钻井管具公司,山东东营257200)

一体式凹底磨鞋的研制及应用

王永宏,丰士俊,巴鲁军,王玉奎,王富涛,张铁军,杨利强

(胜利石油管理局渤海钻井管具公司,山东东营257200)

介绍了一体式凹底磨鞋的结构、工作原理、制造工艺和使用条件。经使用证明,研制出的磨鞋能够弥补常规平底磨鞋的不足,且强度大,效率高,不憋泵,值得推广应用。

磨鞋;一体式;研制

钻井时常见的落物事故主要包括牙轮钻头掉牙轮、断齿、掉钢珠;测斜仪、卡瓦牙、吊钳牙、吊卡销等掉落井下[1-2],如果不对井下落物进行处理,则无法继续钻进。处理井下落物事故的方法是用打捞工具进行打捞[3-4],在井下落物难以打捞的情况下,通常采用常规平底磨鞋下井磨铣,通过泥浆循环将磨碎的金属屑携带至地面[5-6]。但常规平底磨鞋经过长期使用暴露出了3大问题:①接头体和磨鞋体分体加工,然后焊接为一体,如果焊接质量不好,磨鞋强度低,在井下使用时可能断裂,引发进一步的事故;②在井下磨铣落物时容易跑偏;③径向水槽在最底部,泥浆通道由接头体内径经过磨鞋体中心到径向槽,然后通向井内环形空间,由于泥浆循环必须经过磨鞋体底部的径向槽,因此,随着磨鞋的磨铣,磨鞋体不断变薄,在磨鞋体底部的径向槽也逐渐变浅,导致泥浆循环通道越来越不畅通,泥浆泵泵压升高,甚至憋泵。为此,研制了一体式凹底磨鞋。

1 结构及工作原理

1.1 结构

一体式凹底磨鞋结构如图1。

1.2 工作原理

利用钻具将一体式凹底磨鞋送入井底,用Ⅰ挡转速和适当钻压平稳磨铣落物,当磨鞋裸露的T107加长形钨钢块磨平后,其埋焊部分继续参与磨铣,直至将落物全部磨碎,碎屑随循环钻井液经由钻具和井壁之间的环空返到地面。

2 加工工艺

根据井径的不同加工不同规格的一体式凹底磨鞋。以∅180 mm一体式凹底磨鞋为例。

a) ∅180 mm一体式凹底磨鞋采用∅203 mm的40CrNiMo毛坯整体加工。用管螺纹车床将接头体和磨鞋体外径分别车至∅159 mm和∅180 mm,接头体和磨鞋体的过渡部分为斜台肩,斜台肩与铅垂方向的夹角加工成30°。接头体长度为280 mm,上部加工NC46内螺纹,与钻柱的NC46外螺纹连接,接头体内径加工至∅71 mm。

图1 一体式凹底磨鞋结构

b) 磨鞋体和斜台肩总长度为240 mm,用管螺纹车床加工磨鞋体的底面成凹底,凹底顶点离磨鞋体最下端距离为15 mm。在磨鞋体凹底,用镗床钻3个互为120°、直径∅18 mm、深度80 mm的铅垂孔,3个铅垂孔中心线与磨鞋中心线的半径距离分别为40、45、50 mm,用铣床在磨鞋体外侧铣出宽18 mm、高80 mm的深水槽,分别与3个铅垂孔相切,在磨鞋体和斜台肩外侧铣出宽18 mm、深10 mm浅水槽,使浅水槽槽底面与接头体外圆柱面相切。在3个铅垂孔互成120°方向上,以铅垂孔中心线与深水槽顶面的交点为圆心,用镗床钻3个∅18 mm倾斜孔,3个倾斜孔中心线上端相交于离磨鞋体底端240 mm的中心线和3个铅垂孔互为120°方向上。

c) 在磨鞋体的凹底,用钻床按彼此间距4 mm,钻150个直径∅8 mm、深36 mm的孔,钻孔距离深水槽和磨鞋体凹底边缘不小于5 mm,用铜焊条将T107加长型钨钢块(八棱、对棱尺寸7 mm,总长40 mm)镶焊于150个孔中,焊好后的钨钢块应露出磨鞋体的凹底4 mm。

3 使用条件

a) 适用于硬地层。

b) 用于裸眼中,外径比井径小10%左右;用于套管中,外径比套管内径小4～6 mm。

c) 磨铣时最大钻压根据一体式凹底磨鞋直径确定,不应超过同尺寸牙轮钻头的正常钻压。开始时应用小钻压磨铣,如果井下憋跳,减小钻压;如果井下工作平稳,适当增加钻压。

d) 磨铣时的排量应为正常排量的1/2,防止把碎块冲离井底。

e) 磨铣时的转速为40～60 r/min。

f) 磨铣过程中,每20～30 min提起钻具划眼1次;每3～5 h上提钻具3～5 m,然后停泵上下活动钻具。

g) 起钻前,用大排量洗井1～2次。

4 现场使用

在胜利油田孤北古1、恳622-7、利913、罗东20-2、孤东26等井进行的落物磨铣中没有出现断裂和憋泵现象,均使用1只一体式凹底磨鞋就将落物磨铣掉,较快地处理了井下落物事故,并在最短的时间内恢复钻井生产。

5 结论

1) 一体式凹底磨鞋强度高,在井下使用安全可靠。

2) 磨铣落物时落物不易跑偏,不会产生磨不到的现象。

3) 由于水槽设计在磨鞋体的侧面,磨铣全过程泥浆循环不受阻、不憋泵。

4) 磨鞋凹底裸露的钨钢块磨平后,埋焊部分可继续参与磨铣,单只磨鞋效率高,可减少起下钻次数,缩短建井周期,降低钻井成本。

[1] 刘希圣,陈庭根,管志川.钻井工程理论与技术[M].东营:石油大学出版社,2000.

[2] 赵金洲,张桂林.钻井工程技术手册[K].北京:中国石化出版社,2005.

[3] 黄建林,刘 伟,李 丽,等.常规打捞工具在水平井中的应用[J].石油矿场机械,2008,37(3):78-80.

[4] 刘 伟,张国兴,刘 坚,等.超深井衬管打捞工艺技术[J].石油矿场机械,2008,37(5):93-96.

[5] 蒋希文.钻井事故与复杂问题[M].北京:石油工业出版社,2006.

[6] 王化文,徐道刚.石油钻采设备工具配件[M].北京:石油工业出版社,1994.

Development and Application of Unitized Concave Bottom Mill

WANG Yong-hong,FENG Shi-jun,BA Lu-jun,WANG Yu-kui,WAN G Fu-tao, ZHAN G Tie-jun,YANG Li-qiang
(Bohai Drilling Tools Company,Shengli Petroleum A dministration,Dongying257200,China)

The development of the mill shoe eliminates the shortcoming of the conventional flat bottom mill.By using,the strength of the mill shoe is large,its efficiency is high,and no circulation suffocation happens.It is worth deploying.

bottom mill;unity;development

1001-3482(2010)04-0095-02

TE921.9

B

2009-10-19

王永宏(1965-),男,山东临朐人,工程师,主要从事石油钻井工具的研发与管理工作,E-mail:gjwyh@slof.com。