油田鉆具失效原因分析及控制措施研究

朱天勝

摘 要：鉆具屬于鉆柱的組成部分之一，它的功能十分重要，其它部位不可替代，科學(xué)合理的鉆具組合設(shè)計可以為油田鉆井過程中提供良好的傳輸動力，規(guī)范使用鉆具可以讓鉆井工作的效率大幅度提高，可以在保證質(zhì)量的前提下盡快完工，以減少鉆井成本。鉆具的維護(hù)保養(yǎng)也需要科學(xué)認(rèn)真，這樣可以有效降低鉆具失效機(jī)率，增加鉆具的使用年限。

關(guān)鍵詞：油田鉆井;鉆具;失效分析;控制措施

1 鉆具失效的主要類型

1.1 鉆具斷裂

1.1.1 疲勞斷裂

鉆具疲勞斷裂的主要原因是因為其螺紋發(fā)生斷裂，這是因為螺紋和鉆具相比，它的剛度較小，在應(yīng)力的影響下，螺紋截面有一部分的應(yīng)力較為集中，這也是實效最多之處，也就在螺紋的最后幾扣。

1.1.2 過載斷裂

過載斷裂的主要原因是因為在鉆井過程中遇到阻礙或者憋鉆現(xiàn)象，這是施工人員采取強(qiáng)拉、強(qiáng)扭、強(qiáng)壓的處理方式，這是作用力超過鉆桿的承受極限，導(dǎo)致在鉆桿的摩擦對焊處發(fā)生斷裂。鉆桿焊接之處截面變化，這里很容易受到泥漿的腐蝕，并且在焊接過程中，熱處理不當(dāng)會導(dǎo)致焊接處的強(qiáng)度下降，在負(fù)荷力較大時，此處的應(yīng)力十分集中，以致于發(fā)生斷裂。

1.1.3 低應(yīng)力脆斷

鉆具進(jìn)行油田鉆井是一個長時間的過程，它會受到反復(fù)的荷載力，雖然在此過程中鉆具承受的應(yīng)力并沒有達(dá)到其很能承受的極限，但是鉆具的材質(zhì)或者施工工藝沒有按照標(biāo)準(zhǔn)完成，這樣也會導(dǎo)致鉆具發(fā)生脆斷。

1.1.4 氫脆斷裂

油田井中含有大量的硫化氫物質(zhì)，鉆具就是在這樣的環(huán)境下施工。因為鉆具的原材料是鋼材，它會與氫原子發(fā)生反應(yīng)，在應(yīng)力作用下，會發(fā)生氫脆斷裂現(xiàn)象，不同鋼材在硫化氫環(huán)境中的表現(xiàn)也有著不同。

1.2 鉆具表面損傷

1.2.1 表面腐蝕

縫隙腐蝕、均勻腐蝕均屬于表面腐蝕的一種，在發(fā)生卡鉆現(xiàn)象，通過使用泡酸實現(xiàn)解卡，導(dǎo)致出現(xiàn)酸腐蝕或者鉆具受到鉆井液腐蝕等都屬于表面腐蝕的表現(xiàn)。

1.2.2 表面磨損

表面磨損主要發(fā)生的部位在鉆具螺紋之上，螺紋上扣之時，需要通過旋合才能完成，這時就會發(fā)生磨損，或者是施工過程中，鉆桿和井壁之間的磨損都屬于表面磨損。

1.2.3 表面機(jī)械損傷

鉆具因施工過程中發(fā)生碰傷或者是大鉗、卡瓦被咬傷等都屬于機(jī)械損傷，在進(jìn)行鉆具焊接或火燒之時，有可能導(dǎo)致鉆的性能發(fā)生一定的變化，這也屬于機(jī)械損傷。

2 鉆具失效原因分析

2.1 鉆具本體應(yīng)力累積

油田鉆井是一個長時間的過程，鉆柱會受到重復(fù)應(yīng)力循環(huán)，長時間的累計導(dǎo)致出現(xiàn)永久性的損傷，鉆柱屈曲或者旋轉(zhuǎn)都會導(dǎo)致出現(xiàn)應(yīng)力循環(huán)現(xiàn)象，當(dāng)鉆柱處于交變應(yīng)力時，鉆柱應(yīng)力集中之處會出現(xiàn)累積疲勞損傷，導(dǎo)致產(chǎn)生疲勞裂紋，當(dāng)交變應(yīng)力持續(xù)時間過長，裂紋會逐漸擴(kuò)大，直接導(dǎo)致鉆柱發(fā)生失效。

2.2 鉆具螺紋上扣扭矩探討

鉆桿螺紋上扣旋合需要合理，扭矩合理上緊，這樣可以減少螺紋及接頭的損壞。根據(jù)鉆井手冊上的相關(guān)規(guī)定，扭矩上緊的程度不能小于推薦值的90%，不然會因為連接不緊而導(dǎo)致螺紋紋面磨損，而且還會因為載荷力的作用，扭矩自動上緊而讓其上緊扭矩的程度超過規(guī)定值，導(dǎo)致螺紋脹大，并且螺紋還會承受附加曲力。

2.3 淺層全角變化率

油田鉆井過程中，鉆柱所受到的力主要有彎曲力、軸向力、震動力、擠壓力、擺振力以及離心力等。

3 預(yù)防鉆具失效的措施探討

3.1 嚴(yán)格執(zhí)行鉆具使用規(guī)定

①螺紋上扣旋合嚴(yán)格按照規(guī)定;大鉗、雙鉗咬住之處需要按照規(guī)定，并且不能僅使用單吊鉗緊扣和卸扣，這樣可以減少因為鉆桿打滑導(dǎo)致的表面損傷;②起下鉆時，需要仔細(xì)做好檢查，保證管體沒有刺漏;③鉆具使用時間過長，需要通過錯位起鉆防止鉆具螺紋磨損嚴(yán)重;④甩鉆具時，需要做好養(yǎng)護(hù)工作，用淡水清洗;⑤需要對返回的鉆具進(jìn)行檢查，并且進(jìn)行檢修，檢修過程中認(rèn)真記錄下數(shù)據(jù)，并存入檔案

3.2 優(yōu)化鉆井軌跡

在正式進(jìn)行鉆井施工之前，施工人員需要根據(jù)設(shè)計完成的軌跡進(jìn)行受力模擬，這樣就可以發(fā)生鉆具側(cè)向力較為集中之處，這樣就可以根據(jù)此及時進(jìn)行調(diào)整此處的全角變化率，讓受力的分布不在過于集中，這樣就可以有效的降低因為側(cè)向摩擦導(dǎo)致鉆具出現(xiàn)損壞的機(jī)率，進(jìn)而增加鉆井的效率。

3.3 強(qiáng)化鉆井參數(shù)監(jiān)控

進(jìn)行油田鉆井施工，需要施工人員對鉆井上方和井下進(jìn)行監(jiān)控，通過這樣的方式可以對鉆具的運(yùn)行進(jìn)行把控。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到臨界值，會發(fā)生鉆柱共振現(xiàn)象，導(dǎo)致鉆桿彎曲磨損。當(dāng)轉(zhuǎn)速在臨界值之內(nèi)，這時鉆柱振動加劇，但是這樣可以通過改變轉(zhuǎn)速和鉆壓減小鉆柱振動的程度。

4 結(jié)語

通過對實際的油氣田鉆井進(jìn)行分析，研究鉆具刺漏發(fā)生的主要原因，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致該事故發(fā)生的原因十分的復(fù)雜，多種多樣，有可能是鉆具質(zhì)量問題，也有可能是受力或者是摩擦等原因，它們相互影響。但是只要可以仔細(xì)認(rèn)真的做好對每一個細(xì)節(jié)的把控，將鉆具的所有薄弱之處找出，并及時給出應(yīng)對措施，這樣就能夠有效的減少鉆具刺漏失效的發(fā)生，進(jìn)而增加鉆井的效率，保證鉆井作業(yè)的安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬德新，劉軍波，等.長井段大尺寸井眼鉆具疲勞失效分析模型建立與應(yīng)用[J].中國海上油氣，2017，29（3）：67-72.