劉成杰，高薇薇

（1. 中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300450；2. 中海油安全技術服務有限公司，天津 300450）

近年來油價持續(xù)走低，降本增效一直為各大石油公司秉持的基本原則。如何降低油氣生產(chǎn)成本，已然成為石油行業(yè)亟待解決的問題。從原油開采生產(chǎn)過程分析，原油生產(chǎn)成本包括勘探、開發(fā)和采油三部分，其中開發(fā)鉆井成本約占三分之一。降低鉆井成本最有效的手段是提高單只鉆頭的鉆進速度和進尺，提高鉆頭的破巖性能[1]。

PDC (Polycrystalline Diamond Compact Bit)鉆頭在軟地層和中等硬度地層中的破巖性能非常好，鉆進速度高，使用時間長，大幅度提高鉆井工作效率，提高綜合經(jīng)濟效益，因此PDC 鉆頭廣泛應用于鉆井作業(yè)，市場占有率已達到75%～80%[2-4]。但隨著PDC 鉆頭的廣泛應用，已經(jīng)出現(xiàn)鉆頭類型和地層硬度不匹配、鉆頭本身質(zhì)量問題以及其他復雜的井下問題，為有效降低鉆井成本，需根據(jù)實際情況采取最合理有效的處理方式，以最大程度實現(xiàn)優(yōu)快鉆井。

1 PDC 鉆頭常見故障類型

PDC 鉆頭是聚晶金剛石復合片鉆頭的簡稱，包括胎體式PDC 鉆頭和鋼體式PDC 鉆頭兩種類型[5]。在鉆井作業(yè)中，由于PDC 鉆頭質(zhì)量、井下時間、磨損、受扭、承壓、震動等多種原因[6-9]，PDC 鉆頭常見的故障類型有：齒韌崩裂、刀翼折斷和鉆頭落井，前兩種故障通過起鉆更換鉆頭即可解決，第三種相對棘手。如果鉆頭落井事故處理方式方法不正確，將造成延誤工期、甚至報廢井眼等后果，造成巨大的經(jīng)濟損失，因此需根據(jù)鉆頭落井狀態(tài)采取最合理的解決方法，以最大限度地減少經(jīng)濟損失。

2 PDC 鉆頭落井案例

渤海地區(qū)某油井鉆水泥塞在165 m 至187 m鉆速忽快忽慢，至187 m 無進尺，10 m3稠漿清掃井眼，返出少量水泥碎塊，無其他異常。多次調(diào)整鉆井參數(shù)后，扭矩輕微波動（1～5 kN·m），馬達無工作壓差，仍無進尺。起鉆檢查，發(fā)現(xiàn)鉆頭脫扣落井，馬達母扣基本被磨平。

鉆頭為16″方源FMS34，鉆頭尺寸參數(shù)：公扣端水眼內(nèi)徑為76 mm，其通徑長度為365 mm；鉆頭臺肩面到刀翼根部打撈段的長度為175 mm，其打撈外徑為293 mm；731 扣的扣長（扣的上端面到臺肩面的距離）為133.4 mm。

3 PDC 鉆頭打撈方法應用分析

在常規(guī)鉆井過程中，絲扣本身質(zhì)量問題、人為絲扣未擰緊以及鉆井參數(shù)不合理均會導致鉆頭意外落井。鉆頭落井后的狀態(tài)主要有：居中、側翻和倒翻（圖1）。

圖1 落井鉆頭狀態(tài)

鉆頭落井情況不同采取的處理方式也不同。裸眼鉆井過程中鉆頭落井，一般直接填井放棄；下套管過程中鉆頭落井，則鉆頭打撈更為合理。針對本次PDC 鉆頭落井情況分析，選擇保留井眼打撈鉆頭。

3.1 傳統(tǒng)磨銑落井鉆頭

在鉆頭落井處理過程中，磨銑落井鉆頭是常用的一種傳統(tǒng)處理方法，通過下磨銑工具將落井鉆頭磨碎并隨泥漿返出。但其主要用于6″和8-1/2″小鉆頭，而PDC 鉆頭硬度大，磨銑過程極其困難進程緩慢，磨銑工作平均3～4 d，工作時間長，打撈成本高[10]。

3.2 公錐打撈

PDC 鉆頭落井后，在井下屬于滿眼情況，居中狀態(tài)可以直接使用專用打撈工具和傳統(tǒng)打撈方法，采用鉆頭頂端水眼公錐打撈，或者采用母錐、母扣與鉆頭絲扣造扣、對扣的方法。

根據(jù)出井馬達母扣端照片（圖2），判斷鉆頭公扣絲扣已被磨損，故選擇公錐造扣內(nèi)打撈，公錐椎體尺寸結構如圖3 所示。

圖2 出井馬達母扣照片

圖3 公錐椎體尺寸

應用公錐打撈作業(yè)時，多次變換角度、旋轉轉速等參數(shù)，公錐均很難成功進入鉆頭水眼。打撈鉆具組合：

（1）公錐（打撈徑65～100 mm）+短鉆桿（3 m）+變扣+15-3/4″扶正器+8″鉆鋌1 柱+變扣+加重鉆桿（4 柱）+鉆桿

（2）公錐（打撈徑65～100 mm）+短鉆桿（3 m）+變扣+16″扶正器+8″鉆鋌1 柱+變扣+加重鉆桿（4 柱）+鉆桿

（3）公錐（打磨坡角，打撈徑40～97 mm）+鉆桿單根（9.5 m）+16″扶正器+變扣+加重鉆桿（4 柱）+鉆桿

（4）公錐（打磨坡角，打撈徑40～97 mm）+短鉆桿（3 m）+變扣+16″扶正器+8″鉆鋌（1 根）+15-3/4″扶正器+變扣+加重鉆桿（4 柱）+鉆桿

（5）公錐（打磨坡角，打撈徑65～100 mm）+短鉆桿（3 m）+變扣+16″扶正器+8″鉆鋌（1 根）+15-3/4″扶正器+變扣+加重鉆桿（4 柱）+鉆桿

分析公錐打撈過程，首先嘗試將公錐打磨坡角，以具有一定引入效果，提高公錐進入鉆頭水眼機率，但未能成功。上提公錐顯示單側面有明顯造扣痕跡，據(jù)此判斷公錐插入鉆頭與井眼間環(huán)空，致使公錐打撈方法失敗。根據(jù)多次打撈失敗情況，采取下鉛模打鉛印（圖4）。鉛印顯示井下鉆頭歪斜、不居中，且鉆頭公扣破損，傳統(tǒng)打撈方法束手無策，打撈鉆頭難度較大，急需一種更合理的打撈方法。

圖4 井下鉆頭鉛印

3.3 改進鉆頭流道的一把抓打撈

分析多次失敗數(shù)據(jù)和公錐鉛印，提出兩趟鉆打撈方法。

3.3.1 第一趟鉆：引鞋扶正、居中鉆頭

鉆具組合：269.9 mm 打撈筒(配381 mm 加大引鞋)+變扣+加重鉆桿+變扣+393.7 mm 扶正器+變扣+加重鉆桿+鉆桿。

打撈筒加大引鞋具有很強的扶正、引導井下鉆頭的功能（圖5），即使本體與套管之間有絲扣掉塊，也可通過旋轉將鉆頭轉動活動并居中；且381 mm 加大引鞋可恰好套入鉆頭本體，如圖6 所示；同時可開泵沖洗鉆頭，確保井底清潔，為后續(xù)打撈作業(yè)掃清障礙。

圖5 扶正引鞋

圖6 引鞋扶正、鉆進模擬

3.3.2 第二趟鉆：改進的鉆頭流道打撈工具“一把抓”打撈PDC 鉆頭

鉆具組合：一把抓工具+大小頭+變扣+加重鉆桿+變扣+393.7 mm 扶正器+8″鉆鋌+變扣+加重鉆桿+鉆桿。

根據(jù)鉆頭流道應用61PPF 327.7 mm 套管加工滿足要求的“一把抓”工具（圖7）。

圖7 改良“一把抓”

（1）每個爪的寬度為5～10 cm 漸變形態(tài)，5個爪翼均勻分布，精確定位；

（2）增加爪翼長度至60 cm，加工爪翼呈弓形，末端內(nèi)收，直徑320 mm，弓形最大外徑360 mm，受壓后可發(fā)生屈曲變形，以防止折斷；

（3）為保證爪翼更容易產(chǎn)生形變，爪翼末端200 mm 壁厚打薄至7 mm（原套管壁厚10 mm）；

（4）5 個爪翼通過鉆頭流道下入井底后，通過下壓產(chǎn)生內(nèi)收形變抓住鉆頭。

鉆頭流道打撈工具打撈PDC 鉆頭過程：

（1）通過鉆桿下放打撈工具至井下鉆頭附近，精確定位；

（2）旋轉鉆頭調(diào)整遇阻位置及角度，確保爪翼順利通過流道，包住鉆頭；

（3）繼續(xù)施加壓力使爪翼屈曲變形，爪爪相扣，包裹落井鉆頭，并成功打撈（圖8）。

3.4 PDC 鉆頭打撈程序建議

兩趟鉆打撈方法首先根據(jù)鉛印判斷井底鉆頭狀態(tài)，若確定為歪斜情況，第一次下鉆根據(jù)鉆頭型號尺寸選擇合適的扶正引鞋，扶正歪斜鉆頭；第二次根據(jù)鉆頭尺寸制作流道打撈工具，完成鉆頭打撈，尤為適用于井下鉆頭歪斜、不居中情況。此次鉆頭打撈過程驗證了兩趟鉆打撈方法對落井鉆頭歪斜情況的可操作性和有效性，避免了公錐打撈的多次下鉆，節(jié)省時間，降低作業(yè)成本。

圖8 成功打撈脫扣鉆頭

4 結論與認識

（1）面對落井PDC 鉆頭傾斜、不居中，常規(guī)打撈困難、打撈成本高的復雜情況，優(yōu)化打撈方法，加大引鞋扶正、居中落井鉆頭，清潔井眼，確保后續(xù)打撈作業(yè)順利進行，首次應用即取得良好效果，明顯縮短打撈工期，降低成本。

（2）記錄打撈過程的各種參數(shù)，分析數(shù)據(jù)參數(shù)和失敗的征兆，有利于提出更加合適的打撈方法。

（3）根據(jù)鉆頭流道改進鉆頭打撈工具，增強打撈工具在鉆頭與流道間的通過性，提高鉆頭打撈的成功率。

（4）打撈工具“一把抓”需進一步研究結構設計及材質(zhì)選擇，形成足夠強度通用型標準設計參數(shù)。