防卡防刺托盘的研制与应用

张耀先 雷华才 夏铭莉 张斌

摘 要：托盘主要应用于石油钻井过程中的井斜测量，它组装连接在钻具组合中。由于老式托盘的结构设计不合理，在钻进时，高压泥浆流经此处，极易形成涡流刺损钻具和托盘，造成托盘侧翻测斜仪器遇卡和钻具被刺所引发钻具落井事故，加之托盘水眼少、水眼小造成压力损耗大，严重影响了钻井速度。“防卡防刺托盘”托盘的成功研制，有效解决了以上存在的各种难题，避免了各种测斜事故及重大钻具落井事故的发生。另外，应用该托盘配合“复合单多点仪器”也能实现定向完工后的多点测量，从而减少一趟起下钻，其经济效益十分显著。

关键词：防卡防刺托盘;压耗高;钻具落井事故;测斜

1 防刺、防卡托盘的工作原理及技术特点

1.1 老式测斜托盘被刺发生翻转，导致测斜仪器遇卡、钻具被刺的状态分析

井斜、方位是钻井过程中井眼轨迹控制的基础数据。其数据来源主要依靠单点、多点、自浮测斜仪及MWD等仪器获取，这些测量仪器是井身质量控制不可缺少的监测工具，使用中需要在井下钻具的什么位置进行测量，必须在此处加带托盘来配合固定测斜仪器。在长期的测斜施工中，由于老式托盘的不合理设计，极易被高压泥浆刺坏发生翻转，导致测斜仪器频繁遇卡，尤其自浮仪器不能上浮后，只能通过起下钻的方式才能取出，严重影响钻井时效。如果采用大排量、含沙高的泥浆钻进，托盘的刺损更为严重，每次起钻检查后都得更换，有时一口井需要更换3-4个托盘;加放托盘后也会导致接头的刺损，其强度受到影响，会引发钻具刺穿或断钻具的情况，另外，加放托盘后压降大，影响到了机械钻速。

老式的托盘有两种：一种是厚度为10mm、外径为φ70mm，中间孔φ15mm，周围均布6个φ8mm水眼的托盘。使用自浮仪器测斜时，测斜仪器易进入刺大的水眼内或被刺翻的托盘处而导致仪器遇卡。另一种是投掷式的，在井下常被刺成两截而导致仪器遇卡，每个队每年都会有5-6次测斜仪器遇卡事故的发生。

为解决以上问题，我们对被刺托盘的受损情况、钻具和托盘结构、水力流动学及泥浆的含沙量进行了详细的分析研究，导致被刺的原因有：①托盘水眼少、水眼小，在钻具内加装托盘后当高压泥浆流经此处时，泥浆的流动阻力大，就会产生形成涡流，极易将托盘的水眼刺大、托盘和接头的焊接处刺坏导致侧翻;②托盘水眼少，水眼小压力损耗也大，加放托盘后所产生的压降，导致一部分供给钻头的水力破岩能量在此处消耗，严重的影响机械钻速;③托盘水眼少，水眼小，在钻具内加装托盘后，钻具内的高压泥浆流经此处受阻后会形成涡流，对此处的钻具内壁产生强烈的冲刺损坏（见图1、2）。

1.2 防刺、防卡托盘的工作原理及操作方法

首先，在钻具需要测斜的位置連接内径小于防刺防卡托盘外径的接头。通过时间、空间分离的发明原理，在正常钻进时，防卡防刺托盘不需要放在钻具中，这样能有效避免托盘冲刷被刺的时间、减少压力损耗的时间，为钻头提供充足的破岩能力，需要测斜时，将其从井口钻具投入，托盘到达测斜位置后，会坐落在内径小于它接头上部无磁钻铤内，投入单点、多点仪器后会坐落在托盘上进行测量，确保了井斜，尤其是方位精度。完成测量工作后，托盘会停留在钻具内，当正常钻进时的高压泥浆流经托盘时，因其具有流线型的结构，较大畅通的水眼，高压泥浆不会在此处产生形成涡流，能够有效避免了高压泥浆对其造成的冲刷刺坏。另外，它的高度为160mm，在钻具内无法侧翻，解决了测量过程中因托盘侧翻而被卡的测量事故的发生（见图3、4、5）。

1.3 防刺防卡托盘的技术特点

依据钻具水眼及老式托盘的结构、压力损耗、水力流动力学及泥浆的含沙量等各种特征，采用了流线型的结构设计，减少涡流的产生，增大托盘水眼内径，使其具有畅通的水眼来减少压力损耗，通过增加托盘高度来防止翻转被卡。

采用不锈钢材料设计和加工出一种外径为φ69mm，高度为161.5mm的托盘，其中间有直径为φ30mm的水眼，周围有均布5个扇形半径为φ16mm半圆水眼的托盘（如图6所示）。

2 现场情况及效果分析

新型防刺防卡托盘的成功研制，有效地解决了以上难题，该托盘至少能够连续使用5-6口井。现场应用后，避免了托盘刺损侧翻所造成的测井仪器被卡，满足各种测量仪器防卡要求;降低了压力损耗，有效的提高了机械钻速;减少了钻具刺损所造成的断钻具落井事故发生。该托盘得到了井队的好评，不但在吐哈区域得到广泛应用，而且也推广应用到了其他钻探企业，为钻井创效发挥了很大的作用。

另外，该托盘配合“复合单多点仪器”能够减少一趟起下钻，2012年2月7日在温5-417井进行了首次试验，取得了成功。2012年3月20日在神2-31井应用了该技术，2次都避免了一趟起下钻的时间。截止目前共计使用46次，创效188.6万元。

①项目投入费用：

R=改进单点测斜托盘

=0.3万元

②选择成果直接经济效益公式：节约工时类

△S=（T0-T1）×C×（1-a）-R

=（0.8-0）×5.5×（1-0）-0.3

=4.1（万元）

单次节约费用为4.1万元，目前共计使用42次，节约费用为46×4.1=188.6万元。

其中：△S-钻机应用井的资金节约额（万元）;T0-应用前平均起下钻损失时间0.8（天）;T1-应用后平均起下钻损失时间0（天）;C-钻机实际每天成本费用5.5（万元/天）;a-调整系数（0）。即因非技术因素（如管理或员工的努力）引起新增效益在整个效益增量中的比重;R-项目投入费用-0.3（万元）。

3 结论

①该工具制造简单，实用性强，投资少。通过使用，可以避免托盘易刺、易翻、钻井过程中压力损耗大的问题;

②配合“复合单多点仪器”能够实现定向完工后起钻时的多点测量，从而避免起出仪器后再需单独一趟钻的多点测量;

③工作可靠性高，对环境无污染，可广泛的推广应用于石油钻井系统的井斜测量。

参考文献：

[1]罗永中，陈怀高，吴先中，方健，谭山川.CDL测井仪打捞工具的研制与应用[J].天然气工业，2006，26（7）：59-60.

[2]许学刚，反穿心打捞测井电缆时井口防喷工具的研究[J].中国石油和化工质量与标准，2013（17）.

[3]罗荣，蒋建平，崔光.塔河油田测井事故处理及预防探讨[J].测井技术，2013（37）：5：553-556.

作者简介：

张耀先（1965- ），男，汉族，中国石油集团技能专家，主要从事钻井工作。