气体钻井钻柱失效热因素分析.pdfVIP

石 油 机 械 2014年 第42卷 第2期 CHINA PETR0LEUM MACHINERY ●钻井技术与装备 气体钻井钻柱失效的热因素分析 罗 整 李金和 温 杰 蒋 杰 (川庚钻探工程公司钻采工程技术研究院) 摘要：针对气体钻井钻柱频繁失效问题，建立了钻柱与井壁摩擦生热闪温温升计算模型，研 究了局部温升在钻柱表面产生的热应力，通过平均表面传热系数评价了气体钻井环空压缩空气对 局部摩擦热的携热能力，并给出了计算算例。研究结果表明，钻柱对井壁的侧 向力较大时，钻柱 与井壁的接触摩擦可以使钻柱局部表面产生高达几百摄 氏度的闪温温升，该温升使钻柱局部表面 产生很大的热应力，随后高速气流携走全部或部分摩擦热。分析认为，摩擦热是导致气体钻井钻 柱异常失效的重要因素。热过载或热疲劳与机械载荷共同作用使钻柱表面产生微裂纹，从而加速 气体钻井钻柱失效。 关键词：气体钻井；钻柱失效；摩擦热；热疲劳；热过载 中图分类号 ：TE921 文献标识码 ：A doi：10．3969／j．issn．1001—4578．2014．02．007 AnalysisofThermalFactorsforStringFailureinGasDrilling LuoZheng LiJinhe WenJie JiangJie (ResearchInstituteofDrillingandProductionEngineeringTechnology，ChuanqingDrillingEngineeringCo．，Ltd．) Abstract：Inlightofrfequentdrillstringfailureingasdrilling，theflashtemperaturerisecalculationmodelof drillstringandwellwallfrictionalheatwasestablished．Thethermalstressproducedonstringsurfacebylocal tem· peraturerisewasstudied．Thelocalrfictionalheat-carryingcapacityofannularcompressiveairingasdrillingwase— valuatedthroughaveragesurfaceheattransfercoefficient．Thecalculationexamplewasgiven．Theresearchfindings show that，whenthelateralforceofdrillstringtowellwallisconsiderable，thestring—wallcontactfrictioncanpro- ducetemperatureriseofseveralhundreddegreesCelsiuson thelocalsurfaceofdrillstring．Thetemperaturerise leadstoremarkablethermalstressonthelocalsurfaceofdrillstring．Then，high-velocityaircurrentcarriesawayall orpartoffrictionalheat．Theanalysisshowsthatfrictionalheatisanimportantreasonfordrillstringfailurein gas drilling．Theinteractionbetweenthermaloverloadorthemr alfatigueandmechanicalloadproducesmicrocrackson stringsurface，thusacceleratingstringfailurein gasdrilling． Keywords：gasdrilling；drillstringfailure；frictionalheat；themr alfatigue；themr aloverload