深井钻具失效分析.pdfVIP

第 28卷 第 6期 钻 采 工 艺 Vo1．28 No．6 DRILLING ＆PRODUCTl0NTECHNOLOGY ·27 · 深井钻具失效分析与预防 毕雪亮，王长江，阎 铁 ，刘维凯 ，陈要辉 (大庆石油学院) 摘 要 ：为了弄清深井钻井中频繁发生的钻具失效事故的原因和机理，减少深井钻井钻具失效的发生率 ，依 据现场操作过程中出现的实际情况，首先从理论的角度总结了深井钻具失效的基本类型和主要特点；从钻具的自 身条件和外部影响两个方面分析了深井钻具失效的8个影响因素及其作用机理，最后从优化钻具内部组织性能和 外部使用方法出发，提出5条预防深井钻具失效的措施 ，指导现场施工。 关键词 ：钻井工程 ；钻具失效；深井 ；预防措施 中图分类号：TE82l 文献标识码：A 文章编号：1006—768X(2005)06—0027—04 深井钻井相对于其它钻井 ，存在着 以下几点特 钻柱接头在受载情况下螺纹部分的伸长；钻柱 殊性 ：(1)钻井工程的系统性和复杂性。对钻井技 本体超过极限的弯曲及扭转 。 术、操作方法和钻井工具等提出了更高的要求；(2) 1．2 断裂 深部地质条件恶劣。地层岩性一般为上软下硬 ，并 断裂在钻柱事故 中占的比例较大 ，危害也较严 且可能有软硬交互 的地层 ，容易出现蹩钻 、跳钻现 重。主要包括以下几种 ： 象，使得钻具发生疲劳失效的几率加大；(3)钻井周 (1)过载断裂 ：如钻杆遇卡提升时焊缝热影响区 期长。下部岩石的可钻级值高，钻时慢，钻进困难 ； 的断裂 ；蹩钻时的钻柱体折断。 (4)地温梯度高。平均地温梯度 4℃～5℃ ／100m， (2)低应力脆断：在整个钻柱失效 中占相当大的 井深4000m左右 ，井底温度达 160℃以上l1J。所有 比例 。钻杆 、钻铤和转换接头处均有发生，如钻杆焊 这些使得深井钻井更容易发生钻具失效事故。 缝的脆性断裂 ；钻铤和转换接头螺纹部位 的脆性断 裂。这种断裂 的原因是疲劳损伤 。其显著特点是 ， 一 、 深井钻具失效的 在突然断裂前没有宏观前兆 ，一般测量手段查不出 基本类型及主要特点 来 ，在不知不觉 中造成灾难性事故。所 以低应力脆 1．钻具失效基本类型 断是最危险的断裂方式之一。 钻具在井下的受力十分复杂，其服役条件苛刻， (3)应力腐蚀断裂 ：是钻柱失效的常见形式。如 包括：钻柱所承受的载荷性质 (静载荷 、交变载荷 、冲 钻柱在含硫油气井 中工作时的硫化物应力腐蚀断 击载荷)、加载次序 (载荷谱)、应力状态 (拉 、压 、弯、 裂 ；钻杆接触某些腐蚀介质 (如盐酸 、氯化物类)时的 扭 、剪、接触及各种复合应力)、温度 、环境介质 (空 应力腐蚀开裂 。 气、水 、钻井液、H，S、C02、NaC1)等。另外，还有 由于 (4)氢脆断裂 ：当金属 中存在过多氢时，在拉应 钻具涡动引起的钻柱与井壁间的摩擦和高频撞击 。 力作用下可使材料产生氢脆 。实际上，由硫化氢和 钻柱在工作时还受磨蚀 、磨损 、粘滞力 、氢脆 、温度等 盐酸引起的钻柱应力腐蚀断裂也是由于氢的作用。 因素的影响。所以失效形式多种多样 ，主要有 以下 (5)疲劳断裂：一般发生在钻杆接头 、钻铤和转 三类l4J，并且这几种失效形式常常同时存在并交互 换接头螺纹部位等截面变化区域或因表面