多功能防溢管的研制与应用

方永春，张 伟，赵 辉

（西部钻探克拉玛依钻井公司，新疆克拉玛依 834009）

0 引言

在石油钻井施工中，为确保井控安全，根据井身结构和钻井设计，安装数量和压力级别不同的防喷器，一般二开安装1～2组防喷器，三开安装2～3组防喷器，由于所安装数量及型号不同，配套的防溢管高度要求不同，安装在防喷器上导引泥浆进入高架槽的防溢管高度也不同，为满足施工要求，各井队基本都配备两个高度不同的防溢管；同时在提钻过程中，为清洁钻具外壁粘满的泥浆，均在钻台面采用人工刮泥方式，不仅劳动强度较大，而且劳动效率较低。在遇到提钻速度过快、钻头水眼堵塞或在使用的螺杆卡死等问题提钻时，泥浆从钻具水眼喷涌到钻台面，流溅到底座及防喷器等。为避免发生井口钻台下设备及环境污染，各钻机均在转台面下防溢管外单独设置了分体式挡泥伞。防泥伞重约150 kg，由于钻台底座空间有限，安装费时、费力，通常仅安装挡泥伞就需4人2 h时间。目前井队钻井使用2个防溢管，采用人工刮泥和安装分体式挡泥伞费时费力，影响井队提速提效，因此研制集伸缩、刮泥、防泥浆溅漏并收集重复利用的多功能防溢管装置，满足钻井生产安全、提速增效要求。

1 多功能防溢管研制方案

1.1 多功能防溢管功能

（1）防溢管具备伸缩功能：适应钻井施工安装防喷器不同口径及高度要求。

（2）防溢管具备无接触刮泥功能：满足钻井作业提钻过程中清除不同尺寸钻具所粘附的泥浆。

（3）防溢管具备挡泥伞功能：满足钻井过程中钻台喷洒的泥浆收集后返回防溢管再利用，实现降本增效和环保新要求。

1.2 多功能防溢管研制内容

防溢管伸缩动力、伸缩后固定及及伸缩管间密封的研究确定，防溢管无接触刮泥器结构、相关尺寸及刮泥器控制装置设计，防溢管泥浆收集重复利用的一体式挡泥伞尺寸、结构确定制作。

1.3 总体方案设计原则

防溢管伸缩长度以适用于底座为10.5 m、底座净空高度9 m的ZJ70钻机。防溢管的直径尺寸及伸缩量以满足新疆油田井控细则中关于常规井深结构防喷器配备要求。防溢管底部法兰具备与环形或闸板防喷器中心距不同尺寸采用螺栓紧固连接，结合面密封可靠，不泄漏泥浆。防溢管上一体式挡泥伞尺寸以ZJ70钻机转盘ZP375通径为依据，确保挡泥伞有效、可靠挡接从转盘撒漏的泥浆，保证挡泥伞下部的防喷器及钻台底座清洁、卫生环保。无接触刮泥器动力采用钻井现场压风机生产的压力0.6～1 MPa压缩空气，要求无接触式刮泥器与钻机绞车同步工作，即钻机绞车开始工作上提钻具时，无接触式刮泥器同步开始进行刮泥工作，确保从井内提出的钻具干净。

1.4 多功能伸缩式防溢管设计

新疆油田ZJ70钻机从事的探井及生产井井深多数为4000～7000 m，井口压力基本低于70 MPa。按照新疆油田井控实施细则，井身结构常为表层套管508 mm；技术套管339.7 mm与244 mm；油层套管177.8 mm，其中表层套管防喷器组FZ54-14+FH54-14；二开防喷器组2FZ35-35（70）+FH35-35；三开防喷器组FZ28（35）-70+2FZ28（35）-70+FH28（35）-35；四开防喷器组FZ28-70+2FZ28-7+FH28-35其中单闸板防喷器如：FZ54-14和FZ28（35）-（70）高度为1.2 m左右；环形防喷器如FH54-14或FH35-35高度为2 m左右；双闸板防喷器2FZ35-35（70）高度为2 m左右。

常规ZJ70钻机的底座净高H为7 m，H=H1+H2，H1为一开防溢管的高度，H2为一开防喷器组的高度，防溢管的高度H1=H-H2。一开防喷器组的高度为一个单闸板和一个环形因此高度为3～2 m，底座净空高7 m，伸缩管高3.8 m。当在四开时，防喷器增加双闸板时，防喷器组增加2 m，此时防溢管必须缩短2 m左右。防溢管内管通径应大于二开技术套管尺寸，二开技术套管尺寸为339.7 mm。

因此确定伸缩式防溢管基本尺寸为外管直径360 mm，壁厚10 mm，长度3.5 m；内管直径350 mm，壁厚5 mm，长度3.2 m。内管可以在外管内上下移动，内管顶部焊接1000 mm×1000 mm×40 mm防溅挡泥伞，挡泥伞与内管焊接密封，避免挡泥伞收集的泥浆从挡泥伞与伸缩内管间泄漏。同时在挡泥伞与防溢管底部在防溢管上开4个50 mm的孔洞，便于所收集的泥浆通过孔洞回流到防溢管内再利用。在气吹式刮泥气腔内设置6个均匀分布3 mm气孔，气腔外壳设置4个1/2英寸快速接头，快速接头与受控压缩气管线连接，提钻绞车运行时，气管线同时开始向气吹式刮泥气供气，连续不断的压缩空气通过防溢管周围12个气孔将管内钻具吹刮干净。高架槽连接倒刺管短接焊接再伸缩内管气腔下部，伸缩内外管采用锤击由壬连接，内外管密封使用O形由壬胶圈，确保泥浆不从内外连接部位泄漏。防溢管底部外管焊接有与环形或闸板防喷器连接的法兰，螺孔为椭圆形，可适应多种中心距不同的封井器。

2 现场试验使用情况

2019年5月完成第一套多功能防溢管加工后，在从事呼图壁储气库钻井施工的电动钻机70203队试验使用。可伸缩及一体挡泥伞，满足不同开次防喷器安装高度及防泥浆撒漏功能，达到设计预期目标，但气动刮泥效果没有达到预期。经讨论、分析，主要是气吹式刮泥器气孔数量不够，气孔尺寸偏小，应此将气孔从6个增加到12个，气孔尺寸从3 mm增大到5 mm。按照这一方案制造第二套防溢管在70203队使用，气动刮泥效果达到预期效果，但由于气孔数量和直径增加，导致用气量增大，气压基本在0.6 MPa左右，影响绞车离合器用气。为解决这一矛盾，在提钻时启动钻机所配的2台螺杆压缩机即可。

多功能可伸缩防溢管经2年试验、改进完善，证明多功能防溢管装置满足现场各种井身结构井控设备安装要求，同时具备适合常规各种尺寸钻具和测井电缆提出时自动无接触挂泥和防泥浆溅落污染钻台底座和防喷器设备的功能。推广应用不仅可提高劳动效率，降低钻井工人安装挡泥伞和提钻手工刮泥的劳动强度，而且提升提钻速度，按提一柱立柱节约放下刮泥器后再去取卡瓦并座卡瓦的耗时为1 min，4000 m井可节约1 h，平均按提钻6次节约6 h，同时安装挡泥伞和防溢管可节约6 h，一口井共计可节约12 h。

3 结论

图1 多功能防溢管

多功能防溢管具备可伸缩、回收撒漏泥浆重复利用和利用压缩空气进行气吹式刮泥等项功能。在石油钻井追求安全提速提效和环保优先理念的当下，推广应用多功能防溢管装置不仅顺应时代发展要求，而且可显著降低工人劳动强度，提高生产效率，满足了清洁、安全生产要求。同时由于采用一体式伸缩结构，在安装过程中降低安装难度，消减安全风险，经济效益和社会效益均十分显著，具有较广的推广应用前景。