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长北双台肩钻具失效分析与预防

罗磊;李兴宝;孙佳才;丁鹏;芦造华

【摘要】长北项目作为中石油和壳牌石油公司陆上合作的典范,至今已获得可喜的

成绩.长北双分支水平井的开发日趋成熟,特别是二、三期井的开发取得重大突破.然

而伴随着时间的推移,钻井工具日趋老化,加之地层的复杂多变,产生了各种类型的钻

井非生产时间,其中因双台肩钻具失效产生的非生产时间所占比例最大.通过分析现

场发生的若干钻具失效、落井事故,研究开发了一系列行之有效的技术措施,提出了

一套切实可行的钻具管理规定,在一定程度控制了钻杆失效事故的发生.

【期刊名称】《石油化工应用》

【年(卷),期】2014(033)009

【总页数】4页(P42-45)

【关键词】双台肩;水平井;非生产时间;钻具失效;钻具管理

【作者】罗磊;李兴宝;孙佳才;丁鹏;芦造华

【作者单位】中国石油长庆油田分公司第二采气厂,陕西榆林719000;中国石油长

庆油田分公司第二采气厂,陕西榆林719000;中国石油长庆油田分公司第二采气厂,

陕西榆林719000;中国石油长庆油田分公司第二采气厂,陕西榆林719000;中国石

油长庆油田分公司第二采气厂,陕西榆林719000

【正文语种】中文

【中图分类】TE921.2

长北气田自2009年开始进入稳产期，各项技术及工艺的运用不断完善。但是伴随

着三期区块的开发，经过对现场资料分析发现，三期区块水平段储层相比一、二期

区块更加复杂，储层不连续、非均质、厚度薄，同时泥岩和碳质泥岩段长度显著增

长。面对地质条件的日趋复杂，钻井施工中钻具断裂等不可预料情况时有发生，长

北项目克服了种种困难，日趋完善了双分支水平井的各项技术，特别是大斜度、大

水平段泥岩（碳质泥岩）和煤层钻进等理论和实践的日趋成熟。通过对这些重点技

术难题进行攻关和创新，找出切实可行的解决措施，进一步完善双分支水平井开发

配套技术，为长北气田的产能建设提供技术支持。

1长北双台肩钻具失效案例分析

数据统计：自2008年至2011年底，长北区块发生大大小小钻杆失效事件四五十

起，其中包括裂缝，刺漏，断裂等失效事件。产生非生产时间近70d，经济损失

高达130多万美元。钻杆失效问题严重影响了钻井作业表现，同时增加了作业风

险。2010年，非生产时间接近一个月，经济损失也达到了50多万美元，因此查

明钻杆失效根源，预防钻杆破坏成为钻井施工作业中的一项重要工作。

1.1CB-DL1/CB-DL3断钻具事故

CB-DL1121/4”井段钻进至3406m（已进入水平段），起钻过程中钻具断裂

落井，鱼长2834m。其中包括钻头、电动机、随钻工具等底部钻具组合以及钻

杆和加重钻杆。下入磨鞋，磨掉钻杆鱼顶处剩余的钻杆母扣之后，在下入贝克休斯

打捞筒后成功打捞。

图1双台肩钻杆母扣示意

CB-DL381/2”井眼钻至4379m，发现泵压降低，并且随钻测井仪器的转速异

常，检查地面管线和泥浆泵，没有刺漏，起钻检查钻具。当起钻到1039m，发

现102号钻杆从母扣处断裂，落鱼长度1039m，包括钻头、电动机、随钻仪器

等底部钻具组合以及钻杆和加重钻杆。在下入磨鞋钻具组合，磨掉鱼头上部节箍和

耐磨带部分，下卡瓦打捞桶打捞成功。

1.2长北双台肩钻杆失效的特点及原因

钻杆失效一般表现为本体断裂和刺漏，钻杆螺纹处失效等。从以上两例事故案例可

看出，长北双台肩钻具失效大多数表现为钻杆螺纹处、母扣（连接）处失效。通过

分析认为失效原因主要为：

（1）钻进时钻杆的基本力学工况：基本力学工况和单台肩钻杆失效的一般机理相

同即：疲劳过度，拉伸/扭转过载，挤压过度等物理因素。

（2）钻杆结构和材料：钻杆接头内加厚附近的钻杆本体为承受弯曲应力集中区。

当钻杆接头与不能形成泥饼的井壁接触时，接触摩擦系数大，摩擦力足以激发反动

力。在反动力下弯曲应力交变频率成倍增加，因此疲劳裂纹很容易在这个区域形成。

螺纹连接处是整个钻柱最薄弱的环节，其寿命一般难于同钻杆本体相抗衡，在承受

复杂交变应力（疲劳）频繁作用时，螺纹处公扣、母扣连接处发生刺漏，导致断裂。

（3）钻具组合：用于不同直径或不同扣型钻杆过渡的配合接头使用不当，配合接

头本身螺纹（主要是公扣）和与之相连的钻杆螺纹就可能断裂。

（4）井径不规则影响：由于长北井眼轨迹设计为双分支水平井，水平段长，狗腿

度大，扭矩大等，致使井径不规则或有的井段扩径严重，从而导致钻杆的弯曲程度

随之相