順北大尺寸井眼鉆具故障分析及預(yù)防措施探討

劉軍　薛強(qiáng)

摘 要：自順北油氣田勘探開(kāi)發(fā)以來(lái)，井身結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化，為了保障后續(xù)施工，井身結(jié)構(gòu)和套管程序優(yōu)化，上部大尺寸井眼（250.88mm以上井眼）所鉆深度達(dá)7616m，相比之前新老四級(jí)結(jié)構(gòu)明顯加大，隨著大尺寸井眼的深度增加，鉆具事故頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響鉆井速度。鉆具故障主要原因?yàn)殂@具長(zhǎng)時(shí)間在薄弱點(diǎn)承受交變應(yīng)力而造成的疲勞損壞，控制鉆具的使用時(shí)間及改變鉆具結(jié)構(gòu)是目前的主要預(yù)防手段。

關(guān)鍵詞：井身結(jié)構(gòu);大尺寸井眼;鉆具故障;預(yù)防手段

1 鉆具故障整體情況

2018年6月至近，順北工區(qū)共發(fā)生各類典型鉆具故障13起，統(tǒng)計(jì)如下表1，從鉆具類型看，各種類型鉆具故障分布較為分散。

按照發(fā)生原因特征對(duì)鉆具故障分三類，分析如下表：

鉆具剛性大，扶正器母扣位置交變應(yīng)力集中;444.5mm扶正器距母扣斷面90mm斷裂。

質(zhì)量因素 轉(zhuǎn)換接頭、浮閥，頂驅(qū)接頭均為新工具，使用時(shí)間較短，鉆井參數(shù)較平穩(wěn)，未見(jiàn)異常，分析為質(zhì)量原因，有些接頭屬特殊定制，在工區(qū)使用較少，旁通閥連接部位外殼較薄，可能存在質(zhì)量問(wèn)題。

側(cè)鉆點(diǎn)位置鉆具 3口井2次斷裂點(diǎn)均處于側(cè)鉆點(diǎn)位置3751m附近，2次均為斷裂前鉆進(jìn)期間鉆時(shí)較高，鉆桿長(zhǎng)時(shí)間在側(cè)鉆點(diǎn)位置（3751m）受交變應(yīng)力作用，造成鉆具疲勞損傷發(fā)生鉆具刺漏斷裂。異常處置不當(dāng)。

2 鉆具故障典型原因分析

2.1 大尺寸鉆具斷裂

以順北某井?dāng)喾稣魇鹿蕿槔?/p>

發(fā)生經(jīng)過(guò)：鉆進(jìn)至井深3057.91m，泵沖由195↑203spm，立壓由19.5↓17.5MPa扭矩由11↓4kNm，懸重由1530kN↓1460kN，起鉆發(fā)現(xiàn)Φ444.5mm扶正器距母扣斷面90mm斷裂，如圖1所示。

原因分析如下：

①扶正器本體與井壁接觸產(chǎn)生反扭矩正好附加在扶正器上部?jī)?nèi)螺紋處。且上部?jī)?nèi)螺紋位置也是受井下復(fù)合力形成應(yīng)力集中疲勞的薄弱部位;

②該井前期鉆進(jìn)過(guò)程鉆壓波動(dòng)較大，加速扶正器內(nèi)螺紋疲勞失效。綜合分析大尺寸井眼較深，鉆具剛性強(qiáng)，參數(shù)高，鉆進(jìn)中在內(nèi)螺紋薄弱位置形成應(yīng)力集中而導(dǎo)致疲勞失效斷裂。

2.2 側(cè)鉆點(diǎn)鉆具斷裂故障（異常處置不當(dāng)）

順北某井5寸鉆桿本體斷裂，均處在側(cè)鉆點(diǎn)附近;與2018年順北1-12井兩期鉆桿本體斷裂故障及順北53X井故障情況相似。順北5-7井側(cè)鉆點(diǎn)位置3751m，順北1-12井側(cè)鉆點(diǎn)位置1100m，順北53X井側(cè)鉆點(diǎn)位置3043.59m。

發(fā)生經(jīng)過(guò)：鉆進(jìn)至井深6347.63m（層位：S1k）時(shí)，儀器監(jiān)測(cè)到立壓開(kāi)始緩慢減小，井隊(duì)上提鉆具至井深6346.05m時(shí)，懸重由2007.45kN↑2120.36↓1334.18kN，立壓由13.26↓8.75MPa，后上提鉆具懸重1330kN左右不變，判斷為鉆具斷裂。

原因分析如下：

①鉆具斷點(diǎn)井深為3748.87m，斷點(diǎn)位于鉆桿加厚焊接薄弱部位，在二開(kāi)回填側(cè)鉆點(diǎn)（3751m）附近，鉆具長(zhǎng)期受交變應(yīng)力作用，產(chǎn)生疲勞損壞;

②井隊(duì)未及時(shí)發(fā)現(xiàn)鉆進(jìn)參數(shù)異常，加速了鉆具應(yīng)力集中處的斷裂。

2.3 質(zhì)量因素導(dǎo)致斷裂

①順北鷹1井轉(zhuǎn)換接頭、順北5-12H井浮閥，順北5-15井頂驅(qū)接頭均為新工具，使用時(shí)間較短，鉆井參數(shù)較平穩(wěn)，未見(jiàn)異常，分析為質(zhì)量原因;

②順北1-18H井螺桿尺寸為非標(biāo)準(zhǔn)尺寸，屬特殊定制，在工區(qū)使用較少，旁通閥連接部位外殼較薄，屬于本體強(qiáng)度問(wèn)題。

2.4 人為操作

①鉆進(jìn)過(guò)程中存在送鉆不均勻現(xiàn)象，扭矩波動(dòng)幅度大;

②上扣扭矩不當(dāng)問(wèn)題，螺紋粘扣、臺(tái)階面損傷;

③鉆井參數(shù)異常后，未能正確判斷異常隱患，仍繼續(xù)鉆進(jìn)。

3 鉆具故障預(yù)防建議

①加強(qiáng)鉆具管理，新到井鉆具必須有探傷檢測(cè)報(bào)告，嚴(yán)格按照鉆具管理探傷周期及修扣周期進(jìn)行使用，嚴(yán)禁超期鉆具在現(xiàn)場(chǎng)繼續(xù)使用;

②在現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中，需進(jìn)行依次檢查，組合鉆具發(fā)現(xiàn)鉆具彎曲、本體損傷、臺(tái)肩面損壞、通徑通不過(guò)等情況，不得入井;

③在危險(xiǎn)井段鉆進(jìn)過(guò)程中，一定要記錄好鉆進(jìn)期間的鉆井參數(shù)，在關(guān)鍵時(shí)期，加密鉆井參數(shù)觀察密度，做好對(duì)比分析，如有異常及時(shí)對(duì)比分析;

④深井鉆具負(fù)荷較重，鉆具疲勞損傷嚴(yán)重，易發(fā)生故障。上部井眼井身質(zhì)量不理想，井斜變化大（故障側(cè)鉆），造斜段鉆具受交變應(yīng)力影響發(fā)生應(yīng)力疲勞破壞。應(yīng)盡量避免高位側(cè)鉆;

⑤規(guī)范特殊工具管理：一是嚴(yán)格控制頂驅(qū)專用接頭使用時(shí)間，每只接頭使用時(shí)間不超過(guò)180±25h;二是17 1/2″及以上大尺寸扶正器兩端內(nèi)外螺紋修扣宜加工應(yīng)力槽，每趟鉆對(duì)扶正器進(jìn)行更換釋放應(yīng)力且每只扶正器使用時(shí)間不超過(guò)100±25h;三是規(guī)范貴州高峰和勝利管具對(duì)震擊器的檢維修管理，將震擊器納入鉆具管理范疇。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓飛龍.石油鉆井中旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井技術(shù)運(yùn)用研究[J].石化技術(shù)，2019（4）：76+75.

[2]景英華，袁鑫偉，姜磊，等.高速旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井破巖數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2019（1）：75-80.

[3]張文敏.旋轉(zhuǎn)沖擊鉆井技術(shù)在石油鉆井中的應(yīng)用[J].中小企業(yè)管理與科技，2017（21）：193-194.

[4]王建龍，張展豪，馮強(qiáng)，等.水力振蕩器與液力推力器集成應(yīng)用研究[J].石油機(jī)械，2017（4）：44-47.

[5]?，|，易先中，萬(wàn)繼方，等.機(jī)械振動(dòng)降摩減阻技術(shù)在滑動(dòng)鉆井中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程師，2015（3）：146-148.

[6]柴麟，張凱，劉寶林，等.自動(dòng)垂直鉆井工具分類及發(fā)展現(xiàn)狀[J].石油機(jī)械，2020（1）：1-11.

作者簡(jiǎn)介：

劉軍，漢族，籍貫：山東省平度市，學(xué)歷：大專，職稱：工程師，方向：石油鉆井工程。