11、西安管材所]复杂深井钻柱安全性研究.docVIP

复杂深井钻柱安全性研究 杨 龙 刘永刚 林 凯 （中国石油管材研究所陕西西安710065） 【摘 要】 钻具的安全是安全高效的进行油气资源开发的基本条件和重要保障。本文通过对各大油田钻具失效的现场调研分析和大量的钻具失效分析数据统计，全面、系统的阐述了钻具失效的现状、失效形式、失效原因及预防措施，为深井、超深井等复杂深井的钻具安全具有重要的指导性意义。 【关键词】 钻具 失效 预防措施( 随着石油勘探开发力度的加大，深井、超深井等复杂井的钻探工作量呈现出逐年上升的趋势，伴之而来的钻具失效事故也时有发生。钻具失效事故的发生，将直接导致延长钻井周期，增加投资成本，造成巨大的经济损失，甚至发生井毁人亡的惨剧[1]。如塔里木油田1997年1月3日发生的塔参1井φ158.75mm钻铤断裂事故，该井为一口超深井，在井深6392.8m时发生事故，处理事故时间达到了3448，造成人力，物力和财力的巨大损失。据不完全统计，西部某油田在2005年发生钻具失效事故59起，其中一口井在整个钻井过程中发生钻具失效事故10余起。中石化西北局2005年施工的塔深1井也先后发生多起钻具失效事故，造成巨大的经济损失。深井、超深井由于井下工况复杂，处理井下钻具事故的难度增大，造成的损失也更严重，因此，开展对深井、超深井等复杂井的钻具安全性研究，对保障钻井工程的顺利进行具有重要意义。管材研究所是中国石油和石油行业在石油管工程领域唯一的技术中心与核心科研机构，拥有国内唯一的中国科协石油管材与装备失效分析和预防分中心，拥有先进的实验仪器300台（套），其中，成套的石油管全尺寸实物试验系统、螺纹检测与量值传递系统等处于国内领先水平，在国际上也属于先进水平。建所以来，完成失效分析项目累计1200余项，在石油管材失效方面积累了大量、详实的第一手资料和数据，取得了丰硕的成果，修改API钻具标准6项，制定国内钻具标准1项，大大提高了石油管材的安全可靠性和使用寿命。 1 钻具失效情况 从管材研究所2005年接手的失效分析项目数据统计来看，在接手的33项钻具失效分析中，钻杆本体失效12项，占总数的36.4%；钻杆接头失效8项，占总数的24.2%；钻铤失效6项，占总数的18.2%；钻具稳定器失效4项，占总数的12.1%；其他钻具（如震击器，方钻杆等）3项，占总数的9.1%。在完成的31项钻具失效分析项目中，钻杆本体失效12项，占总数的38.7%；钻杆接头失效7项，占总数的22.6%；钻铤失效6项，占总数的19.4%；钻具稳定器失效4项，占总数的12.9%；其他钻具（如震击器，转换接头等）2项，占总数的6.5%。在这些失效分析项目中，深井和超深井的钻具失效分别达到27起和25起，占失效总数的81.8%和80.6%。这些钻具失效数据仅是油田送管材所进行钻具失效分析的数据结果统计，送检的失效钻具也只是全国各大油田发生的钻具失效中典型的失效个例，实际失效的钻具数目远远大于此数据。据不完全统计，全国各大油田每年实际发生的钻具失效事故数量有数百起，由此产生的直接经济损失高达数千万元。以西部某油田的钻具失效情况为例，该油田每年失效的钻具仅钻杆就高达上百起，钻铤、稳定器等大刚度钻具的断裂失效在深井、超深井中也时常发生，给钻井生产带来巨大损失和安全隐患。表1所示为西部某油田近年来发生的钻杆失效情况统计结果。表1 1998至2005年某油田钻杆失效情况 年 份 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005半年 失效类型 断 刺 断 刺 断 刺 断 刺 断 刺 断 刺 断 刺 断 刺 数量（次） 60 2 50 3 8 3 11 24 9 49 5 41 7 173 7 81 2 钻具失效的形式 钻具失效形式主要有钻具断裂、钻具刺漏、钻具内螺纹接头涨扣、钻具内螺纹接头开裂、钻具偏磨等等。钻具断裂是最严重的钻具失效，是钻具安全性研究的重点，尤其是在深井、超深井以及水平井、大位移井等复杂井的作业过程中，钻具断裂的危害尤其严重，轻者增加钻井成本，延长钻井周期，重者导致填井侧钻甚至于整井报废。在钻具断裂失效中，钻铤、钻具稳定器，转换接头等井下工具以螺纹接头连接部位断裂最普遍，断裂位置常位于螺纹连接两端的最后1-2牙螺纹啮合处。理论分析及实验测试表明，螺纹连接中的所有啮合螺纹的等效应力不是平均分布的，而是呈浴盆曲线，在螺纹连接两端的最后1-2牙螺纹啮合处所受的等效应力最大[2]，如图1所示。因此，螺纹连接部位是大刚度钻具的薄弱部位，也是钻具失效的多发点。螺纹接头应力槽的加工和双扭矩台肩的发明，可以有效的改善螺纹接头的应力分布，提高螺纹连接部位的承载能力，减少螺纹接头的疲劳失效，提高螺纹连接的疲劳寿命[3]。在深井、超深井等复杂井的钻探作业中，用双扭矩