王耀東 劉同華 苗勝昔 耿衛(wèi)

中原油田井下特種作業(yè)公司修井工程部 457061

1 工具設(shè)計(jì)機(jī)理

我們分為兩個(gè)方面進(jìn)行了研究設(shè)計(jì)。

1.1 工具結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)

該工具在結(jié)構(gòu)上突破了普通銑頭的設(shè)計(jì)理念，在其結(jié)構(gòu)上與普通銑頭相比就能得知其優(yōu)越的使用性能。

1）普通銑頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅僅是將YD合金進(jìn)行單一的堆砌，然后進(jìn)行焊接；其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便進(jìn)行再加工。其缺點(diǎn)是有以下三點(diǎn)（由文269-1和濮3-251井實(shí)踐得知）：

A.YD合金是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的堆焊而形成的，其強(qiáng)度低，易撕裂。

B.在進(jìn)行套銑的過(guò)程中，洗井液流通不順暢，泵壓高達(dá)15MPa排量低于10m3/h。

C.套銑時(shí)鉆壓和扭矩都相對(duì)較大，鉆壓可達(dá)150KN，扭矩可達(dá)15KN·m

2）新式銑頭雖然結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，但將新式銑頭改造后卻具備了高于普通銑頭的性能；

A.焊接鑲嵌在銑頭本體槽內(nèi)的W2合金，強(qiáng)度很高，鑲嵌緊密，很難被撕裂。

B.創(chuàng)新型的半圓式水眼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證了套銑時(shí)洗井液的流通順暢，使洗井的功能性得以提高，泵壓低于5MPa，排量升至35m3/h。

C.套現(xiàn)頭端部突出的創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在為水眼創(chuàng)造更大空間的同時(shí)促使套銑過(guò)程中產(chǎn)生的鉆壓與扭矩都有所減小。

只有不斷地進(jìn)行實(shí)踐和相關(guān)的理論分析計(jì)算，才能使套現(xiàn)頭結(jié)構(gòu)得到合理的改進(jìn)，通過(guò)對(duì)269-1和濮3-251井套銑頭的實(shí)踐操作及結(jié)果分析，可正確的判斷降低其功效的原因：

（1）在套銑過(guò)程中，套銑頭端部基本和銑頭本體的內(nèi)徑大小相同，這就使得套銑時(shí)的鉆桿接頭不得不同銑頭本體的內(nèi)壁緊緊地結(jié)合在一起，導(dǎo)致鉆壓與扭矩都出現(xiàn)了一定程度的損耗。

（2）與此同時(shí)，這種套銑頭結(jié)構(gòu)還會(huì)導(dǎo)致洗井液流通不順暢，致使泵壓升高，排量低，從而影響對(duì)YD合金的制冷性能，使得合金結(jié)合不緊密，故而容易被撕裂，而導(dǎo)致脫落，并且磨銑后產(chǎn)生的大量鐵屑無(wú)法及時(shí)的返出，造成了重復(fù)磨銑效率降低。進(jìn)行改造升級(jí)后的銑頭尺寸大小，應(yīng)仍舊為∮114mm，其銑頭端部的突出設(shè)計(jì)內(nèi)徑大小是∮84mm，銑頭本體的內(nèi)徑大小是∮90mm，如此不僅能夠使磨銑的阻力減小而且又不會(huì)使強(qiáng)度降低，根據(jù)理論計(jì)算公式進(jìn)行如下計(jì)算：

1）該工具本體材料選擇為45鋼。

2）按工具下井套銑時(shí)的扭矩計(jì)算，在該扭矩下的最小允許直徑，代入公式：

3）計(jì)算出的最小允許直徑的尺寸不超過(guò)工具設(shè)計(jì)相應(yīng)尺寸范圍，從而證明了工具具有可操作性。

理論計(jì)算得出的設(shè)計(jì)尺寸，通過(guò)實(shí)踐操作可知此工具雖處于不正常狀態(tài)，但仍具有較好的操作性能。依據(jù)正規(guī)的操作程序，可持續(xù)進(jìn)行20多h的工作，銑掉6個(gè)接頭。

1.2 銑頭刀片的改進(jìn)研究

銑頭結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，增加了磨銑功能，與此同時(shí)也可通過(guò)在銑頭刀片上鑲嵌合金材料以改善刀片的切削能力上，我們深入調(diào)查了各種合金的物理和化學(xué)性能，決定對(duì)以下幾種合金進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，鑲焊在結(jié)構(gòu)改進(jìn)的銑頭本體上，最終選擇了質(zhì)地優(yōu)良的W2合金刀片。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果和進(jìn)一步改進(jìn)措施

工具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和合金刀片的材料選定，在實(shí)踐中證實(shí)了其正確性，并在刀片的排列上進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)整，使該工具設(shè)計(jì)趨向成熟，再配合連續(xù)套銑筒和打撈工具，使其實(shí)用性得到進(jìn)一步延伸，成為套銑打撈工藝的首選工具。

3 工作原理

高效切削式套銑頭開(kāi)辟了套銑工藝的新思路，由傳統(tǒng)的單純磨銑工藝向切削工藝轉(zhuǎn)變，高效切削式套銑頭成功利用了銑床的工作原理，使套銑頭在井內(nèi)就象一臺(tái)銑床，將鉆桿接頭一層一層切削，切削效果極佳；其本體內(nèi)徑又較其端部?jī)?nèi)徑大，從而有效降低了與被套過(guò)鉆桿接頭的摩擦阻力；端部開(kāi)有2～3道水槽，既易于循環(huán)通道暢通攜帶鉆削又降低了泵壓，同時(shí)又起到了對(duì)銑頭的冷卻作用，保證了銑頭始終處于一個(gè)良好的工作狀態(tài)。

4 使用技術(shù)要求

使用高效切削式高效套銑頭，在套銑起始階段，務(wù)必控制低鉆壓于5KN以?xún)?nèi)，控制轉(zhuǎn)速在80r/min左右；進(jìn)入正常套銑后，逐漸增加鉆壓至10KN～30KN，轉(zhuǎn)速控制在110r/min～120r/min，才能發(fā)揮該套銑頭良好的切削性能；使用高效切削式套銑頭過(guò)程中嚴(yán)禁頓鉆和猛提猛放，以免損傷刀片，影響套銑頭的切削能力。

5 效益分析

以濮3-251井為例。

5.1 采油效益

該井目前產(chǎn)油5 T，以前停產(chǎn)，按一年生產(chǎn)原油5T×365天＝1825T

每噸原油1700元計(jì)算1825×1700＝310.25萬(wàn)元

5.2 修井成本節(jié)約情況

日費(fèi)1.1萬(wàn)元/天×60天＝66萬(wàn)元

5.3 后期效益情況

本工具后期效益顯著，對(duì)打撈鉆桿提供了可靠保證，每撈一根鉆桿比普通銑頭節(jié)約時(shí)間15天。

6 結(jié)語(yǔ)與建議

該套銑頭的研制成功，填補(bǔ)了高難度套銑工藝無(wú)工具選擇的空白，開(kāi)辟了套銑工藝的新思路，在修井工藝的歷史上能起到劃時(shí)代意義；在現(xiàn)場(chǎng)使用該銑頭應(yīng)按使用技術(shù)施工，保證其始終保持良好的工作狀態(tài)；工具已研制成型，并在修井現(xiàn)場(chǎng)得到驗(yàn)證。建議申請(qǐng)專(zhuān)利并在全國(guó)推廣，使其發(fā)揮更重要的作用。