摘　要：转盘驱动钻机在钻进的过程中，钻具遇到阻卡正好在转盘面对着钻杆接头情况下，通常使用了卡瓦倒划眼进行解卡作业，其难点在于钻杆接头处的耐磨带和钻杆加厚部分减少了卡瓦与钻杆的接触面积，转盘驱动扭矩通过卡瓦很难传递到钻具，卡瓦倒划眼的安全操作难度极大、卡钻风险极高。为此，针对性地设计出了一种钻杆接头过转盘倒划眼装置，该装置的实质就是当钻杆接头在转盘内时将坐钻杆卡瓦位置上移，避开钻杆接头的耐磨带及加厚部分的位置，使钻杆卡瓦与钻杆本体接触来有效传递转盘扭矩。结合倒划眼作业状况及装置原理，进而形成了使用该装置的钻杆接头过转盘的倒划眼技术。现场应用试验结果表明，该装置能有效地解决倒划眼时钻杆接头及加厚部位过转盘的作业安全问题，降低划眼中的事故复杂。该装置在四川盆地东部地区的XCH6井进行了现场应用试验，能够安全实现倒划眼作业，快速解除井下复杂。

关键词：转盘钻机  驱动  卡钻  钻杆接头  倒划眼  处理技术  四川盆地东部

Drill pipe joint below rotary reaming technology：Design and application

Abstract：Generally drill pipe slips are used for back reaming when the drill tool gets stuck and the rotary table faces to the drill adapter in the drilling with a rig driven by the rotary table．The challenge is that the wear ring at a drill adapter and the thicker part of a drill pipe reduce the contact area between a slip and a drill pipe and make the torque of the rotary table hard to transmit to the drill pipe through the slip，which results in difficulties in safe operation of back reaming with slips and higher possibility of sticking．Therefore，a back reaming unit for a drill adapter passing the rotary table is innovated accordingly．This unit is used to make the drill slip set down at higher positions when the drill adapter is in the rotary table to avoid the wear ring and thicker parts，so as to effectively deliver the rotary table torque when the slip contacts the drill pipe．Combined with actual operation and theories of the back reaming unit，the back reaming technology was developed by using this unit to make the drill adapter pass the rotary table．The field application showed that this unit can effectively make the drill adapter and thicker part safely pass the rotary table in back reaming and reduce the complexity in back reaming．This unit was tested in Well XCH6 in eastern Sichuan Basin．The results proved the high efficiency of the unit in back reaming and the capability to quickly remove the downhole complexities．

Keywords：rotary drill rig，drive，sticking，drill adapter，back reaming，processing technology，east，Sichuan Basin

起钻作业时，无论何种原因引起钻具遇阻都不能强行上提，应反复上下活动钻具，转动方向，以求解卡。如长时间活动无效，采取倒划眼的办法是一种行之有效的方法^[1]。使用转盘砧井遇阻时，一种情况是转盘面正对着钻杆，倒划眼作业宜采用卡瓦；另一种情况是转盘面正对着钻杆的接头位置，因钻杆公母接头上下均为斜坡加厚部分，钻杆母接头上有耐磨带，卡瓦不容易坐牢，操作难度大，技术要求高，而且划眼的效果差，现场操作时在划眼手段有限和划眼效果不好的情况下，多数采取直接上下活动钻具方式，这样更容易多提、多压吨位，使阻卡更加复杂化造成卡钻。例如处理川东地区的PXl井、TX001-1井的井下键槽时和处理Y122井、TD018-H1井的井下垮塌时，由于钻杆接头过转盘面倒划眼非常困难，采用强行活动钻具的方法造成了卡钻。

针对钻杆接头过转盘面划眼的操作难点，研制了钻杆接头过转盘倒划眼装置，满足了钻杆接头及加厚部位过转盘时的倒划眼作业。

1　钻杆接头过转盘倒划眼难点

根据驱动钻具方式可分为转盘驱动及顶部装置驱动^[2]。由于顶驱可在任何位置接钻具循环、旋转，遇阻遇卡之后可在不需要卡瓦等工具情况下在大范围、长距离直接实施(倒)划眼作业，而相比转盘钻井顶驱能大大提高钻井效率和井筒作业的安全性^[3]。但是由于顶驱相对复杂，使用、维护和保养费用较高，国内还普遍使用转盘驱动。

1．1　钻杆接头过转盘倒划眼现状

目前钻井现场主要使用斜坡对焊钻杆，其公母接头有加厚部分，母接头处有耐磨带^[4]。钻井中遇阻卡后转盘面对着钻杆的情况下，普遍使用卡瓦坐于转盘后启动转盘进行划眼。根据划眼过程中钻杆在转盘面的位置不同，可分为2种情况：①转盘面正对钻杆；②转盘面正对钻杆母接头耐磨带及钻杆公母接头加厚部分。

1．2　采用卡瓦对钻杆划眼的难点

1．2．1上提钻具拉力大小不易控制

转盘面正对钻具本体，恰好能够使用适合钻杆接头的卡瓦。使用对应钻杆接头尺寸的卡瓦，卡瓦卡住并悬持井中钻柱^[5]，驱动转盘就能实现划眼。

应用卡瓦进行倒划眼作业。应根据井下钻具遇阻卡的具体原因控制拉力大小。如是键槽或井下倒置台阶造成钻具遏阻，上提钻具的距离很短且拉力也大，这时倒划眼将会出现转盘扭矩大、转动困难甚至转不动。如果是虚厚泥饼造成钻具遇阻，则上提距离稍长而拉力不大，倒划眼进度相对较快州。

1．2．2转盘的扭矩控制难度大

由于设备自身的配置问题，转盘带电驱动的扭矩控制较易，但普通机械钻机只有凭经验和参数的变化来控制。即：①确定转盘控制扭矩值必须考虑钻具质量^[7]；②转盘刹车系统的制动能力和灵敏程度直接影响扭矩值控制精度；③转盘扭矩大小判断和控制受操作者的操作技能影响。

1．3　转盘面正对钻杆接头的倒划眼难点

1．3．1采用卡瓦划眼难点

由于钻杆母接头的耐磨带和钻杆公母接头相邻处的加厚部分影响了与卡瓦的接触面积，接触面积过少，转盘驱动的扭矩很难通过卡瓦传递到钻具上去，扭矩的传递和控制困难。

1．3．2采用钢丝绳倒划眼难点

在不能使用卡瓦进行划眼时，一般采用钢丝绳缠绕在钻杆上进行划眼作业。该方法存在使用大尺寸钢丝绳不好缠绕、固定的问题，而使用小尺寸钢丝绳倒划眼还有钢丝绳断裂伤人的风险。

1．3．3采取上下活动钻具的方式难点

若使用卡瓦或钢丝绳划眼困难情况下，采取上下活动钻具的方式，该方式的拉、压力值不易控制，容易导致卡钻。

2　钻杆接头过转盘倒划眼装置设计

2．1　装置设计

钻杆接头倒划眼的难点主要就在于钻杆接头处的耐磨带和钻杆接头加厚部分，影响了卡瓦与钻杆的接触面积。接触面积少，转盘驱动的扭矩很难通过卡瓦传递到钻具上去，从而无法实现划眼。设计了钻杆接头过转盘倒划眼装置，该装置由2块组成，使用连接螺栓上紧连接；当钻杆接头在转盘内时，通过该装置将坐钻杆的卡瓦位置上移，从而避开了钻杆接头的耐磨带及加厚部分的位置，使钻杆卡瓦与钻杆本体接触来有效传递转盘扭矩(图1)。

2．2　强度校核

采用Abaqus 6.9软件对该装置进行强度计算。通过建立划眼装置的集合模型，并用加力塞方式加载总载荷为l000kN，分析中全部采用8节点面体单元，单元的特征尺寸为9mm，共计75789个，单元类型选择8节点缩减积分单元(Abaqus中类型为C3D8R)，进行沙漏控制并计算结果，该装置能够满足1000kN载荷，理论承受扭矩达到50000N·m，能够满足现场倒划眼作业需要。

3　倒划眼操作技术

3．1　操作准备

操作准备工作分为9个步骤：①将过钻杆接头划眼装置通过顶部吊耳吊上钻台；②将该装置的连接螺栓拆开，把装置分开成2块，再分别吊至转盘上扣合，并坐在转盘面上，使用连接螺栓上紧；③重新上提钻具至遇阻卡位，上提拉力为原悬重再附加10～20kN刹车；④在转盘上钻具遇阻位用粉笔做一个明显的标记；⑤按井深、钻具的钢级、新旧程度计算好控制的扭转圈数；⑥电动转盘设定转盘扭矩值；⑦放入卡瓦在过钻杆接头划眼装置内；⑧缓慢下放钻具坐稳卡瓦，下压重量不得低于300kN，钻具悬重不足300kN则下放至悬重余量为方钻杆水龙头重量；⑨使用1.5～2m的力l6mm钢丝绳套1根绕钻杆穿入卡瓦手柄环，再用绳环锁牢。

3．2　倒划眼作业

3．2．1倒划眼成功

启动转盘转动钻具，控制转盘旋转圈数不超过预定圈数，倒划眼作业成功的步骤为：①注意转盘扭矩变化，在控制圈数内，扭矩不再上升；②继续转动转盘，直到扭矩波动正常；③带泵提出1单根，停泵、停转盘，净放钻具顺利；④开泵连续活动钻具，撤除过钻杆接头划眼装置；⑤接方钻杆，倒出已出井口的单根钻具，恢复起钻作业或继续步骤①操作。

3．2．2倒划眼不成功

启动转盘转动钻具，控制转盘旋转圈数不超过预定圈数，倒划眼作业不成功的步骤为：①注意转盘扭矩，扭矩一直上升，达到控制扭矩后，摘开转盘离合器并立即刹车，缓慢释放反扭矩；②上提钻具，提出卡瓦；③下放钻具解除阻卡，然后重新上提钻具，上提拉力为原悬重加上5～10kN(减小上提遇阻吨位)刹车；④重复倒划眼步骤。

4　现场应用

钻杆接头过转盘倒划眼装置在四川盆地东部地区的XCH6井进行了现场应用试验，在井段331.65～330.46m使用了过钻杆接头划眼装置，现场使用情况良好。

4．1　基本情况

XCH6井用Æ660.4mm钻头钻至上三叠统须家河组，下入Æ508mm表层套管至52.00m，该井的须家河组底界井深252m，中三叠统雷口坡组底界井深342m。

2013年6月3日23：00雾化钻进至井深342.50m出口返出正常；第一次划眼至23：10出口返出正常，气量330m³／min，液量18L／s，立压5.2MPa；至23：15第一次划眼完，准备第二次划眼，上提钻具至井深331.65m，出口突然失返，遇卡50kN。

钻具组合为Æ444.5mmSJT537GK牙轮钻头×0.46m+730×730双母回凡×0.74m+731×730回压阀×0.57m+731×730回压阀×0.57m+Æ228.6mm无磁钻铤1根×9.26m+Æ228.6mm钻铤l根×9.36m+D420mm扶正器×l.68m+Æ228.6mm钻铤l根×9.35m+731×630接头×0.47m+Æ203.2mm钻铤l柱×28.03m+631×410接头×0.67m+Æ165.1mm钻铤l柱×28.01m+Æ127.0mm钻杆25根×242.31m+411×410保护接头×0.45m+133.4mm六棱方钻杆。

4．2　处理情况

4．2．1方钻杆划眼

上提方钻杆遇卡后马上下放又遇阻，向下划眼至井深338.60m，蹩停转盘，开始向上倒划眼至井深332.15m，此时转盘面为方钻杆的底部圆形部分，已经不能使用滚子方补心配合方钻杆向上倒划眼。

4．2．2用卡瓦及钢丝绳划眼

在井深332.15m转为使用Æ177.8mm卡瓦向上倒划眼至331.65m时，411×410保护接头部分露出转盘面，而处于转盘面下端的钻杆母接头处有一条宽约4mm、高约1.5mm的耐磨带，耐磨带的最大外径为172mm，使用Æl77.8mm卡瓦划眼，钻具与卡瓦之间打滑，无法卡紧钻具划眼。被迫采用Æ22mm钢丝绳通过安全卡瓦固定并缠绕在井n钻具上划眼，由于转盘面以上为六棱方钻杆，钢丝绳不便缠绕并传递扭矩，故在411×410保护接头和方钻杆之间加一根1.5m的短钻杆。在随后的划眼过程中钢丝绳2次折断，无法继续向上倒划眼。

4．2．3钻杆接头过转盘倒划眼装置划眼

在划眼困难的情况下，试验采用该装置并配套了Æ127.0mm、Æl77.8mm卡瓦进行向上倒划眼作、忆倒划眼井段331.65～330.46m，段长1.19m，顺利通过了保护接头、钻杆母接头及加厚部分，划眼时间10h，装置承受了钻具载荷为500kN，扭矩为25000N·m(图2)。

4．3　效果评价

1)通过现场应用，解决了钻杆接头过转盘划眼难题。装置承受钻具载荷500kN，扭矩为25000 N·m，能够满足钻井作业现场对过钻杆接头划眼的需要。

2)该装置体积小、重量轻、运输方便，现场使用方便，能够安全实现倒划眼作业，快速解除井下复杂情况。

5　认识

1)钻杆接头过转盘倒划眼装置提高了划眼时坐卡瓦的位置，使钻杆卡瓦与钻杆本体接触来有效传递转盘扭矩，可解决钻杆接头及加厚部位过转盘时的倒划眼作业安全问题。

2)在浅井段使用卡瓦划眼时，钻具自身重量较轻，卡瓦无法坐牢。有必要进一步开展浅井段安全倒划眼方法研究。

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本文作者：陈涛  常忠勇  刘德平  胡琴玉  卓云  张杰

作者单位：中国石油川庆钻探工程公司川东钻探公司