大修钻杆套铣松扣技术研究

王焕平 程浩 顾建旭

【摘 要】大修处理卡钻事故一般采用爆炸松扣和套铣打捞等方法。在一些恶性卡钻事故中，由于被卡钻杆扣紧，爆炸松扣打捞后卡点以上剩余管柱无法倒扣捞出。针对此情况，提供一种套铣松扣的方法来解决倒扣问题。以钻杆接头模拟研究结果为基础，确定了套铣的对象是钻杆台肩和前三扣丝扣，再根据现场应用效果，从套铣头尺寸和材料两方面进行优化，提高了套铣松扣效率。

【关键词】大修；卡钻套铣；倒扣台肩

大修过程中发生卡钻后若处理不当，不仅会使井下复杂程度增大，甚至可能导致油水井报废。当一些恶性卡钻事故发生时，一般处理方法往往无能为力，寻找处理恶性卡钻事故的方法是很有必要的，套铣钻杆接头松扣方法就是其中一种有效方法。

一、大修过程中的恶性卡钻事故

与钻井发生卡钻的类型不同，大修过程中发生的卡钻主要是钻塞、套磨铣过程中的沉“砂”卡钻，管柱碎片和工具落井造成的落物卡钻和套管变形或错断造成的套损卡钻。钻杆接头密封性不好，在套磨铣或钻塞时一部分循环液从接头漏出，实际水力参数下降，循环液携带能力不足造成沉“砂”卡钻。若此时未及时发现继续钻进，旋转系统输出的大扭力使钻杆发主严重粘扣形成恶性卡钻事故。所谓粘扣，是指钻杆螺纹或两台肩面间的金属粘接在一起，发生这种破坏后，公母扣成为一体，无法卸开。发生严重粘扣的主要原因有：

（l）钻杆密封性下降，循环液漏出的同时冲洗掉了螺纹脂，保护失效；

（2）地层温度较高和旋转过程中钻杆接头部位会与地层或套管碰撞相互摩擦，產生大量的摩擦热，使接头表面层局部区域温度达到接头材料的淬火温度造成粘扣；

（3）卡钻后未及时停止旋转，旋转系统输出的大扭力造成钻杆粘扣。

二、套铣松扣技术理论基础

处理至卡点附近时，若钻杆无法倒开，可使用套铣钻杆接头松扣的方法打捞剩余管柱。即使用套铣的方法，将钻杆接头套铣薄，破坏钻杆接头的连接实现松扣的目的。使用有限元方法，对钻杆接头受力情况进行模拟分析。可得钻杆接头所承受的力和扭矩主要集中在台肩和前三扣上，因此严重粘扣主要也发生在台肩和前三扣上。套铣钻杆接头松扣技术就是以套铣钻杆台肩和前三扣为目的展开。

三、套铣松扣技术应用

某井在钻塞时卡钻并将钻具拧断，钻杆接头连接过紧无法倒开。使用爆炸松扣处理至卡点以上4根钻杆时，由于内空间受限无法再实施爆炸松扣，针对此情况，使用了套铣松扣技术成功解决了倒扣问题。

（一）套铣钻杆接头

参考被卡钻杆的尺寸，以套铣被卡钻杆台肩和前三扣为目的，制造了专用加厚套铣头，套铣头内径为80mm，外径为114mm。首先下磨鞋磨铣掉鱼顶钻杆母接头，保证套铣头能引人鱼顶。将套铣头焊接在套铣筒上后，还需要在套铣头附近钻水眼防止憋压跳钻。套铣时，控制转速50-100r/min，钻压10一25kN，连续套铣8h无进尺后起钻更换套铣头继续套铣。套铣过程累计28h，第四个套铣头将钻杆接头套铣通。下母锥打捞倒扣，倒扣过程无明显扭矩，捞出钻杆一根。钻杆加厚过渡带直径为84mm，接头直径为110mm，套铣后钻杆加厚过渡带和接头已经无法区分，外径均为80.5mm，观察发现钻杆的台肩和第一扣已经被完全套铣掉，2、3扣被套铣了一部分，本次套铣时间长，使用套铣头数量多，并且根据打捞出的钻杆发现还套铣掉了对松扣无效的钻杆加厚部分。另外，根据第二次套铣、打捞出的钻杆发现母接头端（第一次套铣留下）已经完全被破坏、撕裂，易形成落物，造成事故。

（二）提高套铣效率方法

1.套铣头尺寸优选

由于第一次套铣时间长、消耗大，套铣效率低且易形成落物。另外，套铣的目的是松扣，没有必要完全解除粘扣，因此必须对套铣参数进行优化。根据钻杆接头尺寸，第二次套铣选用内径89mm的套铣头，此尺寸比钻杆母接头台肩内径大lmm，不仅避开了钻杆加厚段，还保留了一定厚度的钻杆台肩防止形成落物。第二次套铣累计套铣时间11.5h，第二个套铣头将钻杆接头套铣通。下母锥打捞倒扣，倒扣过程所遇扭矩较小，捞出钻杆1根。套铣后钻杆公扣端丝扣未被破坏，台肩剩余住0.5mm仍可辨别。钻杆公母端加厚过渡带长度分别为17.5cm和18.5cm，直径均为84mm，套铣后钻杆公母端加厚过渡带长度和直径均未变化，而钻杆接头直径套铣后变为89.5mm。套铣避开了钻杆加厚过渡带同时保留了一定厚度的台肩未形成落物，套铣时间和消耗大大减少，套铣效率明显提高。

2.套铣头材料优选

第二次套铣耗时虽大幅度减少，但套铣时间还是相对较长，需要进一步优化。通过第二次套铣发现：（l）倒扣时所遇扭矩较小，还可以再多保留一定厚度的台肩，套铣头尺寸还有进一步优化的空间；（2）增大套铣头内径虽能减小套铣时间，但总时间还是较长，仅通过加大套铣头尺寸来减少套铣时间难以达到理想效果。为此，在进一步增大套铣头内径的同时，在材料上对套铣头进行了优选，制造了含人造金刚石颗粒的超硬度套铣头，硬度HRC值为52，套铣头内径扩大到了90mm，外径为仍为114mm。由于对套铣头的尺寸和材料两方面进行了优选，第三次套铣取得了非常理想的效果，累计套铣时间仅为2.5h即将钻杆接头套铣通，取出套铣头后发现还能用于下次套铣使用，至少还能再套铣掉一个钻杆接头。第三次套铣后下母锥打捞，打捞过程所遇扭矩相比上一次更大，但松扣效果明显，倒扣非常顺利，捞出钻杆1根，套铣后钻杆接头直径变为90mm，公扣丝扣完好，同时留下了更清晰的台肩。在该井恶性卡钻处理过程中，使用套铣松扣技术不仅实现了松扣打捞，还逐步确定了套铣头的适当尺寸和材料，提高了套铣松扣的效率。再结合套捞一体化技术可全面提高套铣打捞效率，将该技术运用于爆炸松扣或聚能切割后卡点以上剩余管柱的打捞既安全又高效。

四、结论

根据钻杆接头的数值模拟结果和套铣钻杆接头方法的现场应用及优化，主要得到以下结论：

（l）理论模拟结果表明，钻杆接头所承受的力和扭矩主要集中在台肩和前三扣上，严重粘扣也主要发生在台肩和前三扣上；

（2）现场应用表明，使用套铣的方法套铣掉钻杆接头台肩大部分即可实现松扣目的；

（3）以大于被卡钻杆台肩内径适当尺寸作为套铣头内径，再结合材料和套捞一体化技术，可大幅度提高套铣倒扣打捞效率；

（4）套铣松扣技术是处理恶性卡钻事故的一种即安全又高效的方法。

【参考文献】

[1]许晓林.油田井下作业大修施工技术的探讨[J].化工管理，2016（34）：127.

[2]冉津津，赵若锟，陈娟，吉翔.大修钻杆套铣松扣技术[J].科学技术与工程，2013，13（31）：9312-9315+9326.