范加興

(遼河油田鉆采工藝研究院，遼寧 盤錦 124010)

鋼纜投撈式一把抓打撈器的研制與應(yīng)用

范加興

(遼河油田鉆采工藝研究院，遼寧 盤錦 124010)

通過對(duì)傳統(tǒng)的一把抓打撈器在打撈井下“落魚”過程中存在的問題進(jìn)行分析，研制出了一種能夠高效打撈井底小件落物的鋼纜投撈式一把抓打撈器，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中取得了良好的效果。介紹了鋼纜投撈式一把抓打撈器的設(shè)計(jì)思路、結(jié)構(gòu)原理、操作技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果等。

鉆井；“落魚”；一把抓打撈器；二次打撈

0 引言

油井在整個(gè)生命周期中，會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題。其中井下小件“落魚”就是一種常見的小問題，如果不及時(shí)處理，會(huì)對(duì)正常生產(chǎn)造成一定影響，嚴(yán)重的會(huì)使油井產(chǎn)量下降，甚至造成卡泵，最終小修轉(zhuǎn)大修。如何經(jīng)濟(jì)、高效、快速打撈井下小件落物，保證油井的正常生產(chǎn)，成為油井小修作業(yè)的一道難題。筆者在多年從事小修作業(yè)方案編制及油井現(xiàn)場(chǎng)井下事故處理施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研制出了一種能快速高效打撈井下小件落物的鋼纜投撈式一把抓打撈器。

1 井底出現(xiàn)小件落物的原因分析及處理程序

1.1 原因分析

井底出現(xiàn)小件落物的原因根據(jù)油井的不同時(shí)期分類主要有以下幾種。

(1)鉆井時(shí)期的井下小件落物。鉆井過程中，由于鉆頭或者潛孔錘等輔助鉆井工具受到鉆井過程中鉆井管柱和地層應(yīng)力施加的復(fù)雜交變應(yīng)力超過了某些零件的強(qiáng)度極限，導(dǎo)致部分零件脫落掉落井底。造成零件脫落的原因有：鉆井泥漿各項(xiàng)性能參數(shù)不合格，造成鉆頭無法得到及時(shí)冷卻，造成疲勞損壞，致使鉆頭上的零件脫落；鉆頭及鉆進(jìn)輔助工具存在質(zhì)量缺陷，致使正常鉆進(jìn)過程中，鉆頭或鉆進(jìn)輔助工具損壞，零件脫落井底；鉆井作業(yè)過程中，現(xiàn)場(chǎng)操作人員未嚴(yán)格執(zhí)行正常操作程序造成鉆具損壞等。井下的小件落物有三牙輪鉆頭的牙輪、潛孔錘的錘頭等。

(2)生產(chǎn)時(shí)期的井下小件落物。生產(chǎn)過程中，抽油泵和生產(chǎn)管柱在液柱壓力、抽油泵活塞與泵筒間的摩擦力、抽油桿拉力的共同作用下，某些零部件的受力載荷已經(jīng)超過了其強(qiáng)度極限，導(dǎo)致部分零部件脫落井底。造成生產(chǎn)時(shí)期零部件脫落的原因有：生產(chǎn)參數(shù)不合理，造成泵效低、抽油泵零部件得不到充分冷卻，零部件疲勞損壞脫落井底；抽油泵存在質(zhì)量缺陷：抽油泵碰泵作業(yè)過程中，碰泵作業(yè)人員未能嚴(yán)格執(zhí)行正確的碰泵程序，造成抽油部分泵零部件損壞脫落井底。井下小件落物有凡爾球、閥罩等。

(3)其它井下小件落物。在鉆井過程或者修井過程中，由于施工人員的疏忽造成地面上的扳手、管鉗、螺絲、麻繩等工具或材料不慎落入井底；在測(cè)井過程中，由于井下事故造成測(cè)井工具等落入井底。

1.2 井下小件落物的處理程序

(1)確定井下有無落物。鉆井過程中根據(jù)返出的鉆屑中有無金屬等異物綜合鉆速等因素整體分析判斷井下有無落物；生產(chǎn)過程中根據(jù)上次下生產(chǎn)管柱的施工記錄判斷井下有無落物。

本段文字，結(jié)論句是上文的一種小結(jié)，顯然，這樣的結(jié)論句是水到渠成的小結(jié)，而不是可有可無的“蛇足”。第二句是論據(jù)句，舉了鮑叔牙式朋友的例子，第三句至第五句分析了“真正的朋友”應(yīng)當(dāng)是怎樣的狀態(tài)，第六句（結(jié)論句）則在此基礎(chǔ)上分析“真正的朋友”對(duì)于你的重要意義。

(2)確定井下落物種類。對(duì)于已知井下落物種類的情況，如施工人員疏忽致使扳手掉落井底，井下落物種類顯而易見；對(duì)于井下落物未知的情況，需用通過打鉛印的方法進(jìn)行判斷。

(3)洗井、沖砂、打鉛印。

(4)針對(duì)井下不同的落物選取不同的打撈工具。如果井下為小件落物，一把抓是可以選取的打撈工具。

(5)將一把抓打撈工具連接在油管的前端，下入打撈井段。待一把抓打撈工具接近井下落物上方時(shí)，開泵循環(huán)10 min左右?？焖傧路糯驌乒苤４龖抑貫榱銜r(shí)緩慢上提管柱，懸重較下放管柱之前有所增加，說明井下“落魚”被成功打撈。

2 常規(guī)一把抓打撈器存在的問題

一把抓是修井施工中經(jīng)常用到的一種打撈工具，因其形狀很像動(dòng)物的爪子，工作原理猶如老鷹捉小雞而得名。傳統(tǒng)的一把抓工具通過油管連接下入井底，到達(dá)魚頂上方位置，待井底徹底洗井，猛然下放打撈管柱，將“落魚”徹底打撈入筒，撈爪在管柱重力作用下收攏，井下“落魚”成功打撈。常規(guī)的一把抓打撈器在使用過程中主要存在以下2方面的問題。

(1)一把抓需要利用油管將其送達(dá)井底，施工時(shí)間長(zhǎng)，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工成本高。

(2)一把抓撈爪材料和本體材料相同，撈抓閉合后在井內(nèi)無法二次開啟，故打撈成功率較低。

3 新型一把抓打撈器的設(shè)計(jì)思路

新型鋼纜投撈式一把抓打撈器的設(shè)計(jì)綜合考慮以下幾個(gè)因素。

3.1 打撈器具備快速打撈能力

常規(guī)的一把抓打撈器之所以打撈耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，主要原因在于每次打撈都需要完成兩趟的起下管柱作業(yè)，中間涉及到上百根油管絲扣的松懈。對(duì)于1000 m深的油井，僅僅是起下油管的時(shí)間就超過4 h，如果算上油管的準(zhǔn)備時(shí)間就更長(zhǎng)了。新型一把抓打撈器在下井手段上，將依靠油管連接下入井底的方式排除在外。能將一把抓撈器送入井底除了油管外，還可以利用鋼絲繩、麻繩、電纜、抽油桿、連續(xù)油管等。需要綜合考慮油井深度、井下落物的復(fù)雜性、成本可控，多方面因素，最終選擇適合將打撈器送入井底的手段。

3.2 打撈器具備二次打撈能力

常規(guī)的一把抓打撈器，由于撈爪為剛性材料，發(fā)生形變之后不能恢復(fù)，能不能成功打撈到井下落物只有一次機(jī)會(huì)。為了提高打撈器的打撈成功率，必須將一次打撈變?yōu)槎啻未驌?。多次打撈需要在打撈器的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上進(jìn)行創(chuàng)新。

3.3 打撈器能夠完整地實(shí)現(xiàn)下放、打撈、上提等動(dòng)作

常規(guī)一把抓打撈器利用管柱的自重和撈爪材料的剛性能夠輕松實(shí)現(xiàn)井下落物的打撈。對(duì)于新研制的一把抓打撈器既需要具備二次打撈能力，又需要具備常規(guī)一把抓的功能，顯然在結(jié)構(gòu)上需要進(jìn)行重大地創(chuàng)新。

4 新型一把抓打撈器的結(jié)構(gòu)及工作原理

4.1 二次打撈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前用于井下“落魚”打撈的一把抓工具如圖1所示，其工作原理是待“落魚”整體進(jìn)入一把抓工作腔后，下放打撈管柱利用管柱重力使撈爪閉合，上提打撈管柱將井底“落魚”撈出。傳統(tǒng)一把抓無法實(shí)現(xiàn)二次打撈，問題在于撈爪一次閉合，無法再次開啟。為了讓撈爪擁有多次閉合開啟功能，必須讓撈爪擁有彈性，為此將撈爪的材質(zhì)選擇為彈簧鋼。材質(zhì)彈簧鋼的選擇雖然解決了一把抓撈爪多次開啟問題，但是撈爪多次閉合問題顯然未能解決。通過查閱文獻(xiàn)以及室內(nèi)實(shí)驗(yàn)最后確定在撈爪徑向布孔雙螺旋式穿線的方式最終解決撈爪的多次閉合問題。

4.2 快速打撈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)一把抓下入的時(shí)候需要在一把抓的上部連接油管。油管的作用，主要為打撈工具一把抓提供撈爪閉合的壓力。一把抓打撈過程中需要油管進(jìn)行一趟起下，作業(yè)成本較高，且需要較長(zhǎng)時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)快速打撈的目的，通過項(xiàng)目組的反復(fù)論證最終決定將油管改為兩根鋼纜。一根鋼纜主要用來對(duì)一把抓進(jìn)行上提下放操作，另外一根鋼纜與撈爪閉合線連接用來配合控制撈爪的閉合。撈爪的閉合由兩根鋼纜的配合完成。鋼纜投拉式一把抓打撈工具結(jié)構(gòu)如圖2所示。撈爪閉合線采用兩根鋼絲對(duì)稱穿線，主要是防止撈爪閉合時(shí)偏離軸心，造成井下復(fù)雜事故的出現(xiàn)。投拉式一把抓主體上的過水孔主要是為了降低一把抓下放過程中阻力。投拉式一把抓主體的直徑確定主要取決于所打撈“落魚”的直徑及油井套管的內(nèi)徑。主體長(zhǎng)度主要由撈爪的個(gè)數(shù)、撈爪的彈力大小、撈取的井底“落魚”的質(zhì)量及主體的質(zhì)量確定。

圖1 一把抓打撈工具示意圖 圖2 鋼纜投拉式一把抓工具示意圖

4.3 工作原理

在實(shí)施過程中，兩股撈爪閉合線匯合在一起后連接在一號(hào)鋼纜(控制彈簧撈爪開合)上，承重接頭則連接在二號(hào)鋼纜(控制打撈工具的上提、下放)上，下放時(shí)每隔20 m采用鋼纜卡子，鋼纜卡子一端為固定卡子固定在二號(hào)鋼纜上，一端為活動(dòng)卡子將一號(hào)鋼纜攬入。

(1)下放時(shí)先下放一號(hào)鋼纜0.5 m，再同時(shí)同速下放兩種鋼纜，以保證在下放過程中撈爪始終處于張開狀態(tài)。

(2)當(dāng)工具下放到井底時(shí)，先緩慢上提一號(hào)鋼纜，控制拉力在彈簧撈爪閉合力與工具重力之間，以保證在打撈工具向上活動(dòng)之前使彈簧撈爪閉合，這樣就能將井底一種或多種落物同時(shí)抓入打撈工具內(nèi)。

(3)當(dāng)確保撈爪已完全閉合后，加大拉力同時(shí)同速上提兩種鋼纜，通過拉力的大小判斷是否撈入井下落物，若打撈成功則繼續(xù)同時(shí)同速上提兩種鋼纜；若打撈未成功，保持一號(hào)鋼纜不動(dòng)，上提二號(hào)鋼纜0.5 m以上，再同時(shí)下放兩種鋼纜，重復(fù)(2)、(3)操作，直至打撈成功。

5 新型一把抓打撈器的適用范圍

該新型鋼纜投撈式一把抓打撈器適用于打撈井下小件落物，如短電纜、扳手、螺絲、管鉗、橡膠零部件等。對(duì)井況的要求是直井、斜井，且套管完好。該工具不適用于水平井。

6 新型一把抓打撈器的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用及效果

該工具在遼河油田應(yīng)用8井次，成功率100%。如齊40-10-21井因井下小件落物低產(chǎn)。為了使油井恢復(fù)產(chǎn)量，必須將井底落物打撈出來。鋼纜投拉式一把抓打撈工具在此井進(jìn)行了首次現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。油井深945 m，準(zhǔn)備工具用時(shí)15 min，投放工具用時(shí)30 min，打撈工具，由于第一次沒有撈獲，進(jìn)行二次打撈，井下“落魚”被成功打撈，用時(shí)30 min。起出打撈工具用時(shí)30 min。合計(jì)用時(shí)1.75 h。傳統(tǒng)一把抓打撈工具對(duì)1000 m油井井下落物進(jìn)行打撈需要5 h左右。該工具的應(yīng)用大大節(jié)省了打撈時(shí)間。

7 結(jié)語

鋼纜投拉式一把抓打撈器結(jié)構(gòu)新穎、工作可靠，可以有效地解決常規(guī)一把抓打撈工具的二次打撈和快速打撈難題，可以替代常規(guī)一把抓打撈工具使用。該工具與同類打撈工具相比，具有打撈種類多、打撈速度快、打撈成功率高、造成井下二次事故率小、打撈成本低等眾多優(yōu)點(diǎn)，具有很好的推廣價(jià)值?？勺鳛槌Ｓ么驌乒ぞ吲鋫涞阶鳂I(yè)隊(duì)，使其成為小修隊(duì)必備工具之一。

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Development and Application of a Retrievable Catchall Wire Rope Junk Fisher/

FANJia-xing

(Drilling and Production Technology Research Institute of Liaohe Oilfield, Panjin Liaoning 124010, China)

By the analysis on the fish catching process with conventional catchall fisher, a wire rope retrievable junk fisher is developed, which can efficiently fish up small junks at hole bottom and good result has been achieved in field application. This paper introduces the fisher about its design idea, structure principle and the application effect.

drilling; “fish”; catchall junk fisher; secondary fishing

2016-12-26；

2017-01-02

范加興，男，漢族，1981年生，工程師，鉆井工程專業(yè)，碩士，從事鉆修井工藝技術(shù)研究和科研管理工作，遼寧省盤錦市興隆臺(tái)區(qū)惠賓街91號(hào)，77948106@qq.com。

P634.4+9；TE921+.9

B

1672-7428(2017)04-0053-03