钻井液随钻过滤装置设计

2013-09-07梁奇敏高德利

石油矿场机械 2013年7期

梁奇敏，高德利

（中国石油大学石油工程教育部重点实验室，北京102249）

钻井是石油天然气等地下资源勘探开发的基本手段［1－3］，而钻井设备和技术是实现安全优快钻井的前提，人们从未停止相关研发设计工作［4－8］。钻井过程中大部分时间需要钻井液的循环［9］，尤其是随着井深的增加，需要不断调整钻井液体系。因此，钻井液加料的过程中经常会有一些杂物混入钻柱中，或者钻井液泵和震动筛的性能欠佳，处理后钻井液中的沙粒也经常进入钻柱内；每次打完1个单根或者1个立柱时，接下1个单根或者下1个立柱时，井口最上面的1个钻柱母扣都会敞开，这时很有可能有杂物掉入钻柱内。在这2种情况下，进入钻柱内的杂物都可能将钻头水眼堵死或者将井下的马达转子卡住而不能工作，进而需要起钻处理，耽误生产时间。目前我国主要有2种处理方式：钻井液泵出口滤网过滤和井口保护罩防止落物。钻井液泵出口滤网过滤是一种很有效的防止循环过程中杂物混入钻井液中的方法，现在很大一部分钻井液泵出口处都会安装1个小的滤网。但是如果小滤网被冲刷刺漏，很难及时发现，杂物就可以畅通无阻地进入钻柱内，同样可能导致井下设备被堵塞的情况。在井口钻杆母扣处安装保护罩是防止在接单根过程中落物从井口落入钻柱中的方法，但又给钻工多加了1道工序，带来很多不便。本文设计的钻井液随钻过滤装置可以随意安放在钻柱内，随着钻柱一起下入井下，既可有效过滤泵入钻柱内的钻井液，防止井下动力工具被堵死，又可回收掉入钻柱内的杂物，当杂物塞满滤网时就打捞到井口更换新的装置，具有降低作业风险的特点。结合现场初期试验，证明该钻井液随钻过滤装置可较好地应用在石油钻井中。

1 技术分析

1.1 结构设计

本文所设计的钻井液随钻过滤装置结构如图1所示，分为地面装置和井下装置2大部分：地面装置包括绞车、钢丝绳、定滑轮、加重棒、打捞矛；井下装置包括提升柄、单流阀、滤网、过滤套筒、弹簧组。

图1 随钻过滤装置结构

1.2 工作机理

每次组合钻具时，先将本文所设计的钻井液随钻过滤装置的井下部分安装在底部钻具总成2个钻铤间的短节里，如果有杂物混在循环的钻井液中或者在接单根时不慎有杂物落入钻柱内，杂物就会停在井下装置的过滤网上，从而不会把短节下面的井下动力钻具卡死或者把水眼堵死。如果杂物塞满过滤套筒时，单流阀门不能被流入钻杆内的钻井液顶开，此时地面会检测到泵压骤然升高，就需要用地面装置的绞车通过下放底端带有打捞矛的钢丝绳来打捞、更换井下部分，选择合适质量的加重棒给钢丝绳提供足够的牵引力就可以完全满足作业要求。这样就达到了既可有效过滤泵入钻柱内的钻井液，又可回收掉入钻柱内杂物的目的。该装置具有使用更换方便、使用寿命长、功能多、安全可靠、降低钻井作业风险等特点，具有广泛的推广应用价值。

1.3 技术参数

技术参数包括钢丝绳的直径、打捞矛的质量、滤网的目数等。在技术参数的设计过程中，需要遵循以下原则：

1）过滤套筒安装在井下的一个短节内，其外径与短节内径相同，利于过滤套筒在井下的稳定。

2）为了达到强度要求，钢丝绳直径可以按照生产井测井的电缆直径（8mm）来设计。

3）加重棒的质量随着井深和所钻井段底端井斜角的增加需要逐渐加重，加重棒的质量以将钢丝绳拉直为宜。

4）滤网的网眼可以设置成不同的数目，常用的是每平方英寸50个孔眼，为可更换部件。

2 应用实例

本文所设计的钻井液随钻过滤装置在新疆南疆地区的1口井进行了现场具体试验。该井全长7 100m，在二开井段钻进过程中，由于钻井液加重时不慎混入包装袋碎片，导致井下过滤套筒内塞满塑料状的杂物。当地面监测到泵压很高时，立即启用地面设备将井下的过滤装置打捞到地面并更换新的装置，成功消除了杂物堵死井下动力钻具或者钻头水眼的风险。