防掉装置失效案例和244mm螺杆直井段安全使用探讨

刘彦青

摘要： 螺杆钻具目前广泛应用于钻井作业的各个阶段，有多种规格型号的系列工具满足不同井型和钻进目的，作为一种井下动力工具，螺杆不仅能减少井下钻具的磨损，增加钻头的转速和扭矩，与转盘或顶驱同时使用还能大幅提高机械钻速，显著提高钻井的经济效益。除满足定向井、水平井和开窗侧钻施工的需要外，目前还常常应用于直井段配合PDC钻头提速，本文由最近发生的一起244mm螺杆事故展开讨论，对其使用过程中的注意事项进行分析和探讨，以期达到安全提速增效的目的。

关键字：244mm螺杆事故防掉装置失效直井段安全使用

1. 前言

本文通过对近期发生在17-1/2"井眼直井段的一起9-5/8"螺杆事故进行介绍和分析，来引出此种尺寸螺杆在安全使用方面的讨论，希望能使相关方引起重视，厂家通过改进措施提高产品质量，顾客通过熟悉产品构造与工作特点来合理使用，避免或减少事故的发生，真正达到在安全的前提下提速增效的意图。

2. 螺杆事故简介

事故井上层20"套管下深115.5m，17-1/2"井眼在泥浆转型顺利完成后，于1522m起钻换钻头时下入244mm直螺杆（用保护套替代本体438mm欠扶）准备钻650m井段到设计中完井深，钻具组合为：17-1/2"PDC×0.43m +9-5/8"螺杆×8.83m +9"浮阀×0.53m +9"钻铤×9.13m +17-3/8"扶正器×1.93m + 9"钻铤×8.91m +转换接头×0.92m +8"钻铤×62.9 m+8"震击器×10.3 m +转换接头×0.93 m +5"加重钻杆×139.71 m +转换接头×0.57 m + 5-1/2"钻杆。

2018年4月13日15：00下钻至井底建立循环，钻进时参数：钻压50-100KN，顶驱转速50-60rpm，排量3.8-4.0m3/min，泵压19MPa，扭矩2-20Kn.m。泥浆性能：密度1.29g/cm3 ，粘度43s。

4月14日1：40钻进至井深1539.67m时瞬时扭矩剧增，顶驱蹩停，继而压力级别设置为27MPa的保险凡尔憋开，动力机组停机，井场停电。

动力恢复后，上提钻具重新开泵，3.5m3/min排量泵压约14MPa，几乎没有扭矩，钻时慢。检修泥浆泵后尝试不同钻压，基本无扭矩，钻进至1544米时，由于机械钻速异常，8：45决定起钻检查钻头，井下循环时间为17.86小时，纯钻7.94小时。

起钻正常无阻卡显示，起出螺杆发现只有定子部分出井，外筒从定子下端连接螺纹处开扣，转子连同下部螺杆及钻头落井，落鱼为钻头0.43m+螺杆下部3.48m+转子部分约5.22m，长约9.13m。下图1为防掉接头出井情况，图2为定子部分和上部防掉接头平躺在井场，图3为定子底部脱扣端照片。

螺杆防掉装置未起作用，而且没有在卸开的接头内发现防掉杆及防掉螺母和挡板，图4为入井前拍摄的防掉接头内部情况，图5为防掉螺母与挡板，图6为防掉装置的示意图。

3. 事故处理过程

经三次打捞未果，因现场无合适打捞工具且为了通井，第一次下入起出来的螺杆定子，第二次为13-3/8"套管自制的捞筒，第三次为改制的更大尺寸类壁钩工具，根据第二次打捞作业时的下入深度和起出工具上的痕迹并结合录井资料，确认事故井深实际为1539.67m，类壁钩工具入井打捞过程中扭矩大，担心变形后难以起出上层套管，为避免事故复杂化，决定打水泥塞侧钻。

修塞后4月20日10：00于1360m下入2.5°弯接头配合244mm直螺杆侧钻至1376m起钻、换1.5°单弯螺杆配406mm欠尺寸扶正器于4月26日5：00钻至井深1546m，17：00起钻至井口，换常规钟摆钻具组合。

4. 事故原因分析

4.1 螺杆钻具结构原理

螺杆钻具通常是一种把液体压力能转换为机械能的容积式井下动力工具。由钻井泵将钻井液泵入钻具水眼流经马达总成时，转子在压力钻井液的驱动下绕定子轴线旋转，马达产生的扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头，从而实现钻井作业。

螺杆钻具马达总成的性能参数是其主要性能参数，输出扭矩与马达压降成正比，输出转数与输入钻井液流量成正比，随负荷的增加，螺杆输出转数降低很少，通过控制地面上的压力表读数和钻井泵的排量就控制住了井下螺杆的扭矩和转速。

螺杆钻具工作时的实际输出扭矩，取决于钻压的大小。钻进中，螺杆钻具带动钻头做顺时针旋转的同时，在钻具的壳体上产生反扭矩，反扭矩的大小为输出扭矩与摩擦损失扭矩之和，反扭矩通过螺杆钻具壳体传递到钻柱上，从而引起螺杆钻具马达以上部分连接螺纹的紧扣，马达以下部分连接螺纹的松扣。

4.2 防掉总成结构原理

防掉总成的作用是当异常原因造成螺杆钻具壳体断裂或脱扣时防止落井并同时使泵压升高以便操作人员及时发现问题避免造成事故。起出的防掉接头颈部有明显的一圈凹槽.，而正常使用后的接头此处应该没有任何磨损.

4.3 事故原因分析推论

由于落鱼未被成功打捞，只能借助于录井相关资料进行分析并得出以下推论供参考。录井曲线的组成主要由数值被五等分的两大部分及右侧的时间记录、最后一栏为井深记录和平均钻时0-50min/m的曲线。第一部分绿色线表示扭矩值、蓝色线为大钩位置、黑色线为大钩载荷、红色线为钻压值，数值代表钻头位置；第二部分橘黄色线为泵排量、红色线为泵压、黑色线代表出口流量百分比，其余三条表示三台泵的泵冲。

4.3.1 地层岩性变化导致钻进扭矩变化幅度大

從下面相对应的数据及曲线截图可以看到，从1525.1m至1526.1m钻进的17分钟内，扭矩有5次接近设置的20Kn.m上限，最低1-2Kn.m，变化幅度大且频繁，可能造成早期定子下端连接扣松动。

4.3.2 钻进过程中泵压波动给异常情况判断带来干扰

下面这张截图是13日16：45-17：35的钻进记录，从中可以看出三台泵泵冲不变条件下，50分钟内泵压波动六次且最大达500-600psi，3号泵停开一次。

第二张截图记录时间段是20：35-21：15，从中可以看出在泵冲不变、排量稳定的前提下，泥岩段因可钻性差，随钻压（最左侧红线）增加泵压反而逐渐降低，期间泵压也有较大幅度波动，且停开泵一次来改善钻井泵上水状况。

4.3.3 操作不规范导致错过复杂情况被发现的时机

由于操作人员水平有限，采取措施不当，长时间的井下情况不正常没有得到足够重视，认为工具入井时间短、不应该有问题，从下面对应的数据和曲线截图可以看到，从23：45到14日0：55这段时间内，泵压变化达700psi有三次，可操作上却从开始停开泵时上提钻具0.5m左右逐渐变成了钻具不提离井底，失去了早期防掉装置起作用的最佳时间段。

5. 结论

5.1 优选适合区块钻井需求的螺杆钻具是正常生产的安全基础；

5.2 掌握工具结构原理并按规程操作是减少事故发生的技术保障；

5.3 合理判断异常情况原因并及时采取正确措施是事故的防范手段；

5.4 厂家根据现场使用反馈信息做技术改进是实现双赢的必要途径。

参考文献

[1] 螺杆钻具使用说明书. 渤海装备中成机械制造分公司/立林石油机械有限公司