高壓旋轉(zhuǎn)控制頭的研制與應(yīng)用

高壓旋轉(zhuǎn)控制頭的研制與應(yīng)用

旋轉(zhuǎn)控制頭是實(shí)施缺陷鉆孔技術(shù)的不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備。目前國內(nèi)各大油田使用的旋轉(zhuǎn)控制頭均是購買的國外產(chǎn)品,價(jià)格十分昂貴。國內(nèi)原有的旋轉(zhuǎn)控制頭(旋轉(zhuǎn)防噴器)是60年代初和80年代末設(shè)計(jì)的低壓力級(jí)別產(chǎn)品。其主要表現(xiàn)為:單膠芯密封結(jié)構(gòu)形式,承壓低,密封性能差,膠芯壽命短,不能滿足現(xiàn)代欠平衡鉆井工藝的需要。四川石油鉆采院機(jī)械設(shè)計(jì)中心研制開發(fā)了動(dòng)密封壓力10.5MPa,靜密封壓力21MPa,具有雙膠芯密封結(jié)構(gòu)的高壓旋轉(zhuǎn)控制頭。經(jīng)試驗(yàn)和現(xiàn)場使用證明,效果良好。結(jié)構(gòu)原則、特點(diǎn)和參數(shù)1.旋轉(zhuǎn)控制頭控制該旋轉(zhuǎn)控制頭主要由旋轉(zhuǎn)總成、殼體總成和控制冷卻循環(huán)裝置3部分組成。旋轉(zhuǎn)總成和殼體通過卡箍連接。控制冷卻循環(huán)裝置包括液壓動(dòng)力房、控制箱2大部分,它們通過高壓軟管與旋轉(zhuǎn)控制頭連接(見圖1、圖2)。欠平衡鉆進(jìn)時(shí),方鉆桿通過旋轉(zhuǎn)控制頭上的旋轉(zhuǎn)補(bǔ)心總成,帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)套、中心管及上、下部橡膠密封膠芯與鉆柱一起旋轉(zhuǎn)。橡膠密封膠芯依靠自身的彈性變形和井壓助封來對(duì)鉆柱周圍實(shí)施密封。膠芯受到一定程度磨損后,可通過液壓膠囊施以外壓,實(shí)施主動(dòng)補(bǔ)償密封?？刂评鋮s循環(huán)裝置用以控制液動(dòng)卡箍的開啟和關(guān)閉、潤滑冷卻軸承和密封盤根。2.特色與創(chuàng)新2.1雙膠芯密封試驗(yàn)該旋轉(zhuǎn)控制頭采用目前國外較高壓力等級(jí)旋轉(zhuǎn)控制頭通常采用的雙膠芯密封結(jié)構(gòu),密封性能可靠。國外同類產(chǎn)品只能用于密封六方鉆桿,而該產(chǎn)品不僅可以密封六方鉆桿,同時(shí)也可以密封國內(nèi)普遍采用的四方鉆桿,因而更適合中國國情使用。2.2實(shí)現(xiàn)主動(dòng)補(bǔ)償密封該旋轉(zhuǎn)控制頭設(shè)計(jì)的液壓膠囊助封裝置,在下部膠芯和上部膠芯都磨損泄漏的情況下,可通過向設(shè)計(jì)的液壓膠囊內(nèi)注入液壓油,使其強(qiáng)行向內(nèi)擠壓上部膠芯,迫使上部膠芯抱緊鉆具,實(shí)施主動(dòng)補(bǔ)償密封。該裝置能有效地延長膠芯密封使用時(shí)間。該裝置為國內(nèi)首創(chuàng),國外也未見過。2.3卡菌帶膠芯更換該旋轉(zhuǎn)控制頭在需更換下部密封膠芯時(shí),只需將卡箍松開,就可將旋轉(zhuǎn)總成整體取出更換膠芯;更換上部密封膠芯時(shí),只需將上部的卡扣筒轉(zhuǎn)動(dòng)90°,即可方便地取出膠芯,拆裝省時(shí)方便。2.4自動(dòng)安全成網(wǎng)裝置該旋轉(zhuǎn)控制頭使用液動(dòng)卡箍連接殼體與旋轉(zhuǎn)總成,無須人員手工操作,自動(dòng)化程度高。其中自動(dòng)安全鎖緊裝置能保證卡箍在意外情況下安全鎖緊,先進(jìn)于國外產(chǎn)品的手動(dòng)鎖緊裝置。并提供有可與液動(dòng)卡箍互換的手動(dòng)卡箍,無需液控系統(tǒng)也能單獨(dú)使用。2.5油連續(xù)壓碎渣液旋轉(zhuǎn)總成設(shè)計(jì)有潤滑油注入與排出通道,能對(duì)軸承進(jìn)行連續(xù)壓力循環(huán)潤滑。在使用中,軸承浸沒在潤滑油中,使其能夠保證得到充分地冷卻和潤滑。2.6具有研磨矯正和抗磨性專利技術(shù)根據(jù)現(xiàn)場使用的鉆機(jī)普遍存在井架、轉(zhuǎn)盤與井口不對(duì)中的情況,該旋轉(zhuǎn)控制頭設(shè)計(jì)有防磨扶正套,能有效地延長軸承使用壽命。2.7盤開口尺寸該旋轉(zhuǎn)控制頭結(jié)構(gòu)緊湊,高度低,徑向尺寸小,能用于轉(zhuǎn)盤開口尺寸為>520及其以上的所有鉆機(jī)。由于配備有完善的控制系統(tǒng),冷卻加熱等輔助裝置,使得該旋轉(zhuǎn)控制頭適用范圍廣,既能用于高溫缺水的環(huán)境,又能用于高寒地區(qū)。3.主要技術(shù)3.1空氣、泡沫及其它等方鉆桿適用鉆具:>127、>89、>73鉆桿及相應(yīng)的六方、四方等方鉆桿;適用介質(zhì):空氣、泡沫及其它各種鉆井液;控制頭最大可通過鉆具尺寸:>196.8;適用溫度:井口溫度<100℃。3.2工作壓力及轉(zhuǎn)速主通徑:>350、>280、>230;側(cè)通徑:>180;工作壓力:動(dòng)壓10.5MPa;靜壓21MPa;最大轉(zhuǎn)速:100r/min;總體尺寸:旋轉(zhuǎn)控制頭總高:1580mm,旋轉(zhuǎn)總成外徑:518mm。試驗(yàn)和現(xiàn)場應(yīng)用1.旋轉(zhuǎn)控制頭現(xiàn)場試驗(yàn)在四川石油局鉆采研究院井控裝置質(zhì)檢中心防噴器試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行了密封性能試驗(yàn)。靜密封試驗(yàn)壓力21MPa;動(dòng)密封壓力7~10.5MPa,所用膠芯過接頭300對(duì)未損壞,試驗(yàn)結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。2000年10月30日~11月2日,在四川川西北礦區(qū)平落20井對(duì)該旋轉(zhuǎn)控制頭進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)。該次試驗(yàn)分別用127mm膠芯密封對(duì)133mm四方鉆桿和133mm六方鉆桿進(jìn)行了轉(zhuǎn)動(dòng)及靜密封性能試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí),轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速70r/min,密封井壓10.5MPa,轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)軸承溫升正常,密封情況良好。靜密封試驗(yàn)壓力仍為21MPa。試驗(yàn)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求。2.旋轉(zhuǎn)控制頭應(yīng)用2001年10月2日~10月21日,中石化石油勘探開發(fā)研究院德州石油鉆井所在新疆S88井使用我們提供的127mm膠芯。該井轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速65r/min,膠芯通過鉆具3800m,過接頭壽命近400對(duì),其中有200m套壓在5~9MPa范圍之間。該井實(shí)施邊漏邊鉆工藝,過接頭壽命沒有考慮上提下放,如考慮這個(gè)因素,壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于400對(duì)。2001年10月27日在四川川東地區(qū)東安1井用該旋轉(zhuǎn)控制頭進(jìn)行了欠平衡鉆井施工和處理井漏復(fù)雜作業(yè)。施工井段1397.59~1689.59m,施工時(shí)欠壓值在0.5~3MPa之間,轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速70r/min。該旋轉(zhuǎn)控制頭軸承累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)775h;共使用上膠芯2只,單只累計(jì)通過鉆具分別為7400m和8300m,單只最多過接頭900多對(duì);共使用下膠芯3只,單只累計(jì)通過鉆具分別為6000m、5800m和6100m,單只最多過接頭600多對(duì)。旋轉(zhuǎn)控制頭的優(yōu)點(diǎn)(1)試驗(yàn)和現(xiàn)場使用表明,該旋轉(zhuǎn)控制頭結(jié)構(gòu)先進(jìn),性能可靠,操作簡單,拆卸、安裝